JP2021154366A - Ｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好なフランジ形状を有する高強度Ｈ形鋼を製造可能な方法を提供する。【解決手段】鋼素材に熱間圧延を施してＨ形鋼を製造する方法であって、前記熱間圧延の仕上圧延工程の入側及び出側において、前記Ｈ形鋼のフランジの外面に対して冷却工程を行うに際し、前記冷却工程のうち少なくとも一工程において所定の式を満足する、Ｈ形鋼の製造方法。【選択図】図２

Description

本発明は、主に建築、橋梁等の構造用部材として用いられるＨ形鋼を製造する方法に関する。好適には、本発明は、Ｈ形鋼におけるフランジの内面を冷却することなく、外面を冷却することのみで、フランジの形状が良好な高強度のＨ形鋼を製造する方法に関する。

建築物の梁及び柱に用いられる部材であるＨ形鋼は、一般に、圧延により製造され、図１に示す断面形状を有する。ここで、Ｈ形鋼において、比較的厚い厚さを有する部位１をフランジと称し、比較的薄い厚さを有し且つフランジ１間に挟まれた部位２をウェブと称す。また、フランジ１における厚さ（フランジ厚：ｔ_Ｆ）の方向と略直交する方向の長さをフランジの幅（フランジ幅：Ｂ）と称す。そして、フランジ１が有する２つの面１１、１２のうち、ウェブ２と直接的に接触していない方の面をフランジ外面１１と称し、ウェブ２と直接的に接触している方の面をフランジ内面１２と称す。このように、Ｈ形鋼は、一対のフランジ及びウェブから構成される。

図２には、Ｈ形鋼用の製造設備の一例を示す。一般的に、Ｈ形鋼は、Ｈ形鋼素材を粗圧延機（図示せず）で粗造形圧延し、粗造形圧延されたＨ形鋼素材を中間圧延機（図示せず）で中間圧延した後、仕上圧延機５で更に仕上圧延することによって、所望の形に造形されながら製造される。そして、これらの熱間圧延工程中に、例えば、水冷装置等の１つ又は２つ以上の冷却装置３、３’により、フランジ１を冷却することがある。更に高強度なＨ形鋼を製造する場合には、鋼材の組織制御のために、例えば、仕上圧延機５の出側に設けた冷却装置（「加速冷却装置」ともいう）４により、仕上圧延後のフランジ１を更に冷却することもある。
なお、図２では、仕上圧延機５の入側に２つの冷却装置３、３’を設けた例を示しているが、仕上圧延機５の入側に設ける冷却装置は１つでもよい。

ここで、製造工程中にフランジ１の外面１１と内面１２との間に温度差が生じると、この温度差に起因して、図３に示すように、フランジ１が外側又は内側に反って倒れ込む形状不良の問題が生じることがある。
本明細書では、このような形状不良をフランジの反り（フランジ反り）と称し、フランジ１の反りの程度を、フランジの反り量ｄ（又は、フランジ反り量ｄ）＝本来のフランジ１の位置から、本来のフランジ厚ｔ_Ｆの方向にずれた最大距離として表す。そして、例えば、フランジ反りが外側に向いている外反りを＋の符号で、フランジ反りが内側を向いている内反りを−の符号で表す。

このようなフランジ反りの主な原因は、仕上圧延終了時のフランジ内外面における温度差に起因した熱収縮差である。よって、仕上圧延終了時におけるフランジ内外面の温度差が過度に大きくないことが望ましい。この観点から、仕上圧延機５の入側に設置したフランジ水冷装置３、３’等を用いてフランジ１を水冷して形状制御が実施されている。

一方、高強度化を目的として、仕上圧延機５の出側に設けた加速冷却装置４によりフランジ１の外面を冷却する場合、例え、仕上圧延機５の出側においてフランジ内外面の温度差が過度に大きくなかったとしても、加速冷却によりフランジ外面の温度が大幅に降下し、再びフランジ内外面の温度差が広がることがある。この加速冷却において、フランジ外面は温度降下に伴って熱変形するが、フランジ外面以外の部分は直接的に冷却されていないためほとんど変形しない。すなわち、長さの異なる梁が接合されているような状態となるため、降伏に至る大きな応力がフランジに働き、塑性歪が発生する場合がある。塑性歪が発生した場合、Ｈ形鋼の温度が断面内まで室温になった後でも、フランジには加速冷却中に生じた塑性歪が残存し、結果としてフランジ反りとなる。

したがって、高強度化したＨ形鋼の製造においても適正なフランジ形状を確保するためには、仕上圧延の入側および出側にて冷却を行うことに加え、フランジ反りの向き及び／又は大きさを制御して所望のフランジ形状を得るべく、冷却条件を規定する必要がある。

従来、フランジ反りを防止することを目的とした、種々の冷却技術が開示されている。
例えば、特許文献１では、仕上圧延機の出側における、フランジ反りが発生しないフランジの仕上温度を実験により予め定めることを開示している。そして、特許文献１では、フランジの仕上温度が、予め定められた仕上温度±２５℃以内となるように、フランジ外面を水冷する水量及び冷却時間を調整することで、フランジ反りを防止できるとしている。

また、特許文献２では、フランジ反りの原因がフランジの内外面における温度差であることから、フランジ内外面を水冷するに際し、フランジ反りが発生しない水冷終了時点でのフランジ内外面における温度差を予め定めることを開示している。そして、特許文献２では、水冷終了時点でのフランジ内外面における温度差が、予め定められた温度差以内となるように、水冷用の水量を調整することで、フランジ反りを防止できるとしている。

更に、特許文献３では、箱型の冷却装置本体をフランジ内面及びウェブ上面に近接して設け、フランジ内面とウェブ上面との各々へ形成する水流の速度を制御している。そして、特許文献３では、フランジ内外面の熱履歴を同一とする温度制御によってフランジ反りが解消されるとしている。

そして、特許文献４では、フランジ反りを防止する目的で、仕上圧延機の入側及び出側に設置された水冷装置を用いてフランジ内外面を冷却するに際し、水冷装置の入側又は出側の少なくとも一方で、ウェブ上面に滞留する冷却水を塞き止め、フランジ内面における冷却ゾーンの濡れ長を制御することで、フランジ反りを防止できるとしている。

特開平７−３２３３２０号公報 特開平６−３１３３１号公報 特開平６−２９７０２８号公報 特開２００６−７５８５６号公報

特許文献１に開示された技術は、仕上圧延機の出側における、フランジ反りが発生しないフランジ目標温度を予め定める技術であるところ、特許文献１の技術では、上記目標温度を予め定めたとしても、水温及び／又は気温の変動、機械の劣化等に起因した変化が直近で起こった場合、当該目標温度にするための冷却条件が変動してしまうため、フランジ反りを継続的に許容値以下に制御するのが困難である。また、特許文献１の技術では、仕上圧延機の出側で行われるフランジ加速冷却によって生じる、フランジ内外面の温度差に起因したフランジ反りについて考慮されていない。したがって、特許文献１に記載の技術からでは、仕上圧延機の出側でフランジを加速冷却した際に、フランジ反りを防止できないといった問題があった。

特許文献２に開示された技術は、フランジ内外面を水冷するに際し、水冷終了時点でのフランジ内外面における温度差の目標値を予め定める技術であるところ、特許文献２の技術では、上記目標値を予め定めたとしても、水温及び／又は気温の変動、機械の劣化等に起因した変化が直近で起こった場合、当該目標値にするための冷却条件が変動してしまうため、フランジ反りを継続的に許容値以下に制御するのが困難である。また、特許文献２の技術では、仕上圧延機の出側で行われるフランジ加速冷却によって生じる、フランジ内外面の温度差に起因したフランジ反りについて考慮されていない。したがって、特許文献２に記載の技術からでは、仕上圧延機の出側でフランジを加速冷却した際に、フランジ反りを防止できないといった問題があった。さらに、特許文献２の技術では、フランジ内面を水冷することに起因してウェブ上面に水が滞留するため、ウェブの過冷却を引き起こすといった問題がある。したがって、特許文献２の技術には、フランジ内面を水冷する水量に制限があり、フランジ内面に対する冷却能力を十分に確保できないといった問題がある。加えて、特許文献２には、上記温度差の目標値をいかなる方法で決定し、かつ、水冷終了時点での内外面における温度差を当該目標値に対していかなる範囲に制御すれば形鋼の形状が良好になるかについての言及がなされていない。

特許文献３に開示された技術は、仕上圧延機の出側でフランジを加速冷却する際、箱型の冷却装置をフランジ内面及びウェブ上面に近接して設け、フランジ内面とウェブ上面との各々への水量を制御する技術である。しかしながら、特許文献３の技術のように、Ｈ形鋼の内面に冷却装置を近接させるとＨ形鋼が冷却装置に衝突する危険性があり、安定操業が困難である。また、特許文献３の技術では、フランジ内面を冷却する際にウェブ上面に水が滞留するため、ウェブの過冷却を引き起こすといった問題があった。

特許文献４に開示された技術は、フランジ内外面を冷却するに際し、水冷装置の入側又は出側の少なくとも一方で、ウェブ上面に滞留する冷却水を塞き止める技術であるところ、特許文献４の技術では、冷却水を塞き止める装置がウェブ上部に設けられており、Ｈ形鋼が通過する際に衝突する危険性があるので、安定操業が困難である。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものである。更に詳述すれば、本発明は、仕上圧延工程の入側及び出側にてフランジ外面を冷却するに際し、仕上圧延後のフランジ外面とフランジ内面との温度差を具体的に規定することにより、良好なフランジ形状を有するＨ形鋼を製造可能な方法を提供することを目的とする。
また、より好適には、本発明は、上記温度差を所定範囲内に規定することにより、フランジ内面の冷却を行うことなく、フランジ外面の冷却を行うことのみで、良好なフランジ形状を有する高強度のＨ形鋼を製造可能な方法を提供することを目的とする。

上記従来技術の問題点を解決するにあたり、本発明者らは、フランジ反りの主な原因が、図４に一例を示すとおり、仕上圧延終了以降のフランジ内外面における温度差に起因した熱収縮量の差（熱収縮差）であることに着目した。そして、本発明者らは、フランジ反りを抑制するにあたり、仕上圧延後の加速冷却終了時のフランジ内外面における温度差を所定範囲内に制御することが有効であるとの新たな知見を得た。
更に、本発明者らは、上記温度差を所定範囲内に規定すれば、仕上圧延工程の入側及び出側でフランジの外面に対して冷却工程を行うことにより、フランジの内面を直接的に冷却せずとも、高強度なＨ形鋼におけるフランジの形状を制御可能であることも見出した。

すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
１．鋼素材に熱間圧延を施してＨ形鋼を製造する方法であって、
前記熱間圧延の仕上圧延工程の入側及び出側において、前記Ｈ形鋼のフランジの外面に対して冷却工程を行うに際し、前記冷却工程のうち少なくとも一工程において次式（１）を満足する、Ｈ形鋼の製造方法。

α：温度に依存した線膨張係数［１／℃］
Ｔ_ｏ：仕上圧延工程の出側で行われる冷却工程の入側におけるフランジの外面温度［℃］
Ｔ_Ｉ：仕上圧延工程の出側で行われる冷却工程の入側におけるフランジの内面温度［℃］
ΔＴ_ｏ：仕上圧延工程の出側で行われる冷却工程によるフランジの外面温度の降下量［℃］
ΔＴ_Ｉ：仕上圧延工程の出側で行われる冷却工程によるフランジの内面温度の降下量［℃］
ｔ_Ｆ：フランジ厚［ｍｍ］
Ｂ：フランジ幅［ｍｍ］
σ_ＹＰ：フランジの外面温度に依存した降伏応力［ＭＰａ］
Ｅ：フランジの外面温度に依存したヤング率［ＭＰａ］
ここで、上記式（１）におけるＴ_Ｏ及びＴ_Ｉは、例えば、図２の温度計９で測定した場合に得られると算出される、フランジの外面及び内面それぞれの目標温度を指す。

２．前記仕上圧延工程の入側及び出側で行われる前記冷却工程における水量密度を５００Ｌ／ｍ²ｍｉｎ以上２０００Ｌ／ｍ²ｍｉｎ以下とする、前記１に記載のＨ形鋼の製造方法。

３．前記仕上圧延工程の入側及び出側における前記Ｈ形鋼の搬送速度を１．０ｍ／ｓ以上６．０ｍ／ｓ以下とする、前記１又は２に記載のＨ形鋼の製造方法。

４．前記冷却工程に先立ち、
製造実績を記録する工程と、
記録された前記製造実績から、次回冷却するＨ形鋼に関するパラメータと類似するパラメータを有する複数の過去のＨ形鋼について、前記過去のＨ形鋼を製造するために用いた過去の冷却条件と、前記過去の冷却条件に応じた過去のフランジの反り量とを読み出す工程と、
読み出した前記過去の冷却条件と前記過去のフランジの反り量との関係を得る工程と、
得られた前記関係から、前記式（１）を満足する次回の冷却条件を決定する工程と、を含む、
前記１〜３のいずれかに記載のＨ形鋼の製造方法。

本発明によれば、良好なフランジ形状を有するＨ形鋼を製造可能である。
また、より好適には、本発明によれば、フランジ内面の冷却を行うことなく、フランジ外面を冷却することのみで、良好なフランジ形状を有する高強度のＨ形鋼を製造可能である。

Ｈ形鋼の断面形状を示す模式図である。 本発明の一実施形態に従ったＨ形鋼の製造方法における、仕上圧延機、冷却装置、温度計、及び形状計の配置を示す図である。 フランジの反りを示す模式図である。 鋼の冷却過程において発生する、変態点Ａｒ_３及びＡｒ_１と伸びとの関係を模式的に示すグラフである。 内面温度と外面温度とに温度差が生じたフランジを梁としてモデル化した模式図である。 フランジ内外面の温度から算出されるパラメータとフランジ反り量との関係を示すグラフである。 フランジの内面温度及び外面温度の測定位置を示した模式図である。 本発明の一実施形態に従った、次回の冷却条件として適正な搬送速度を決定する算出方法を説明したグラフである。 本発明の一実施形態に従った、Ｈ形鋼の製造本数とフランジ反り量との関係を示すグラフである。

図４は、鋼の冷却過程において発生する、変態点Ａｒ_３及びＡｒ_１と伸び（長さ）との関係を模式的に示したグラフである。一般に、鋼は、製造中の冷却過程で、オーステナイトと呼ばれる面心立方格子構造からフェライトと呼ばれる体心立方格子構造に相変態する。鋼の冷却を進めると、オーステナイトのフェライトへの変態が変態点Ａｒ_３で始まり、変態点Ａｒ_１で完了する。そして、図４からもわかるように、鋼が変態を伴わずに温度低下する場合には収縮する一方、鋼がオーステナイトからフェライトへと変態（Ａｒ_３からＡｒ_１へと温度降下）している間は膨張する。例えば、Ｈ形鋼におけるフランジの内面と外面とに図４の星印及び丸印としてそれぞれ示す温度差があった場合、この収縮・膨張に伴って、内面と外面との間に熱収縮差が生じる。

まず、Ｈ形鋼の製造工程において仕上圧延工程の入側でフランジ外面を冷却すると、フランジ外面に比べてフランジ内面が比較的高温となるため、仕上圧延工程の出側ではフランジ内外面に温度差が生じる。そして、図４からもわかるように、このフランジ内外面間に生じた温度差に起因して熱収縮差が発生し、仕上圧延工程の出側においてフランジ反りが生じる。このとき、仕上圧延工程の出側におけるフランジ内外面の温度がともにフェライトへの変態開始温度（すなわち、変態点Ａｒ_３）以上であると、フランジでは、外面と比較して温度の高い内面の方が収縮量が大きくなるので、フランジ反りが内反り傾向になる。

更に、上述した仕上圧延工程の入側におけるフランジ外面の冷却工程に次いで、仕上圧延工程の出側においてもフランジ外面の冷却工程（「加速冷却工程」ともいう）を行う場合、フランジ外面の温度はさらに降下してＡｒ_３を下回り、フェライトへの変態が進行する。このとき、フランジ外面はフェライトへの変態進行に伴って膨張するが、フランジ内面はほとんど温度降下しないため変形しない。したがって、フランジ内面と外面とで長さの異なる梁が接合したような状態となり、フランジ外面には降伏するほどの圧縮応力が発生して圧縮塑性歪が生じるため、フランジ反りは外反り傾向になる。

すなわち、仕上圧延工程の出側において、フランジ内外面の温度がともにＡｒ_３以上である場合は、フランジ外面と比較して内面の収縮量が大きくなり、フランジは内反り傾向になる。一方、仕上圧延工程の出側でフランジ外面に対して加速冷却工程を行うことにより、フランジ外面のフェライトへの変態を進行させてフランジ外面に圧縮塑性歪を発生させ、内反りしたフランジを外反り傾向に仕向ける効果を発生させることができる。換言すると、仕上圧延工程の出側におけるフランジ内外面の温度差に起因した内反り傾向を、フランジ外面に対して更に行う加速冷却工程により発生させた外反り傾向を利用して相殺し、フランジ反りを防止することができる。

続いて、フランジ内外面の温度が図４に示す状態にある場合について説明する。フランジ外面は、仕上圧延工程の入側での冷却工程を経て、仕上圧延工程の出側においてフェライトへと変態進行中（Ａｒ_１〜Ａｒ_３の温度範囲内）である（図４の丸プロット）。また、フランジ内面は、仕上圧延工程の出側において変態開始点Ａｒ_３の近傍手前である（図４の星プロット）。この場合、更なる冷却とともに、フランジ内面と比較してフランジ外面の収縮量が大きくなり、フランジ反りは外反り傾向になる。

仕上圧延工程の入側におけるフランジ外面に対する上記冷却工程に次いで、仕上圧延工程の出側においてフランジ外面に対して加速冷却工程も行った場合、フランジ外面の温度が更に降下して変態点Ａｒ_１以下となり、フェライトへの変態が終了する。フェライトへの変態が終了した後のフランジ外面は、更なる温度降下に伴って熱収縮する一方で、フランジ内面はほとんど温度降下しないため変形しない。このとき、フランジ内面と外面とで長さの異なる梁が接合したような状態となり、フランジ外面には降伏するほどの引張応力が発生して引張塑性歪が生じるため、フランジ反りは内反り傾向になる。

すなわち、仕上圧延工程の出側において、フランジ外面がフェライトへと変態進行中（Ａｒ_１〜Ａｒ_３の温度範囲内）であり、かつ、フランジ内面が変態開始点Ａｒ_３近傍手前である場合は、フランジ内面と比較して外面の収縮量が大きくなり、フランジは外反り傾向になる。一方、仕上圧延工程の出側でフランジ外面に対して加速冷却工程を行うことにより、フランジ外面のフェライトへの変態を完了させて熱収縮させることで、フランジ外面に引張塑性歪を発生させ、外反りしたフランジを内反り傾向に仕向ける効果を発生させることができる。換言すると、仕上圧延工程の出側におけるフランジ内外面の温度差に起因した外反り傾向を、フランジ外面に対して更に行う加速冷却工程により発生させた内反り傾向を利用して相殺し、フランジ反りを防止することができる。

本発明を完成させるにあたり、まず弾塑性変形理論を用いて、仕上圧延工程の出側のフランジ内外面における温度差によって生じる、フランジ反りのモデル化を試みた。図５に示すように、フランジを、厚さｔ_Ｆ及び長さＢ／２を有する梁と仮定すると、フランジ内外面における温度差によって生じる反り量ｄ（ｍｍ）は次式（２）に従って仮定できる。

α：温度に依存した線膨張係数［１／℃］
Ｔ_ｏ：仕上圧延工程の出側で行われる冷却工程の入側におけるフランジの外面温度［℃］
Ｔ_Ｉ：仕上圧延工程の出側で行われる冷却工程の入側におけるフランジの内面温度［℃］
ｔ_Ｆ：フランジ厚［ｍｍ］
Ｂ：フランジ幅［ｍｍ］

続いて、本発明者らは、仕上圧延工程の出側におけるフランジ外面に対する加速冷却工程によって生じる、フランジ反りのモデル化を試みた。図５に示すように、フランジの半分の一方（図５における上半部）、又は、フランジの半分の他方（図５における下半部）を、厚さt_Ｆ、長さＢ／２の梁と仮定する。すると、フランジ外面に対する加速冷却工程によりフランジ内外面に生じた温度差に起因する歪ε_ｔは次式（３）で仮定できる。

ΔＴ_ｏ：仕上圧延工程の出側で行われる冷却工程（加速冷却工程）によるフランジの外面温度の降下量［℃］
ΔＴ_Ｉ：加速冷却工程によるフランジの内面温度の降下量［℃］

ここで、フランジ外面に対する加速冷却工程により、フランジ内外面に生じた温度差に起因する歪ε_ｔは、次式（４）で示すように、弾性歪ε_ｅ及び塑性歪ε_ｐに分けられる。

このとき、弾性歪ε_ｅは、次式（５）で示すことができる。

_σＹＰ：フランジの外面温度に依存した降伏応力［ＭＰａ］
Ｅ：フランジの外面温度に依存したヤング率［ＭＰａ］

上記式（３）、（４）及び（５）を塑性歪ε_ｐについて解くと、次式（６）となる。このように、フランジ外面に対する加速冷却工程によって生じる、フランジ外面における塑性歪ε_ｐが次式（６）により求まる。

したがって、仕上圧延後にフランジ外面に対して加速冷却を行った場合のフランジ反り量ｄは、上記式（２）に対し、フランジ外面に生じる塑性歪ε_ｐ（上記式（６））を考慮して、次式（７）のとおりとなる。

ここで、加速冷却工程によるフランジの外面温度の降下量ΔＴ_ｏ［℃］は、仕上圧延工程
の出側かつ加速冷却工程の入側におけるフランジの外面温度Ｔ_Ｏ［℃］と、加速冷却工程の出側におけるフランジの外面温度Ｔ_Ｏａ［℃］とを用いて、
ΔＴ_ｏ＝Ｔ_Ｏ−Ｔ_Ｏａ ・・・（８）
よって算出できる。
同様に、加速冷却工程によるフランジの内面温度の降下量ΔＴ_Ｉ［℃］は、仕上圧延工程の出側かつ加速冷却工程の入側におけるフランジの内面温度Ｔ_Ｉ［℃］と、加速冷却工程の出側におけるフランジの内面温度Ｔ_Ｉａ［℃］とを用いて、
ΔＴ_Ｉ＝Ｔ_Ｉ−Ｔ_Ｉａ ・・・（９）
よって算出できる。

続いて、発明者らは、仕上圧延工程の入側及び出側における冷却条件、具体的には、Ｈ形鋼の搬送速度、並びに、仕上圧延機５の入側に配置された冷却装置３、３’及び仕上圧延機５の出側に配置された加速冷却装置４における水量密度、使用するバンク数を適宜変更することで、フランジの内外面温度Ｔ_Ｉ及びＴ_ｏと、発生するフランジ反り量ｄとの関係を調査した。調査に用いた仕上圧延後のＨ形鋼のサイズは８００ｍｍ×３５０ｍｍ×１９ｍｍ×４０ｍｍ（ウェブ高さ×フランジ幅×ウェブ厚×フランジ厚、以下同様）であった。仕上圧延機５の出側（下流）かつ加速冷却装置４の入側に設置された温度計８（図２を参照）にて、仕上圧延後かつ加速冷却前のフランジ内外面温度Ｔ_Ｉ及びＴ_ｏを測定した。また、加速冷却装置４の出側（下流）に設置された温度計９（図２を参照）にて、仕上圧延後かつ加速冷却後のフランジ内外面温度Ｔ_Ｉａ及びＴ_ｏａを測定した。

ここで、フランジの外面温度の測定に際しては、図７に示すように、フランジ幅Ｂの中心からフランジ幅Ｂの方向に±５０ｍｍ離れた位置で測定した外面温度のうちの最大値とフランジ反り量ｄとの相関が最も高いので、当該位置で測定するのが好適である。また、フランジの内面温度の測定に際しては、図７に示すように、Ｒ（円弧状の丸み）が付いたフィレット部における温度の最大値とフランジ反り量ｄとの相関が最も高いので、当該部で測定するのが好適である。

図６は、フランジ内外面の温度から算出されるパラメータと発生したフランジ反り量ｄとの関係を調査した結果である。図６より、図中に直線で示した上記式（７）と調査結果とが一致した傾向を示し、上記式（７）からフランジ反り量ｄが予測可能であることが分かる。

ここで、フランジ反り量ｄが±２ｍｍ以下の範囲内であれば、最終製品とする際にフランジ形状の矯正が不要となる、又は、矯正が必要であってもその時間を大幅に短縮することができる。したがって、ｄを±２ｍｍ以内に抑えることが、Ｈ形鋼の製造において肝要である。つまり、仕上圧延工程後にフランジ外面に対して加速冷却工程を実施しつつ、フランジ反り量を±２ｍｍ以内に制御するためには、次式（１０）を満たせばよい。

すなわち、次式（１０）をフランジ内外面の温度に関して整理すると、次式（１）のとおり表現できる。このように、仕上圧延工程後のフランジ内外面の温度を、次式（１）を満たすように制御すれば、高強度Ｈ形鋼においてフランジ反りを良好に防止できる。

このように、冷却過程で生じるフランジ反りを制御するには、仕上圧延工程の出側（かつ加速冷却工程の入側）におけるフランジ内外面温度と、加速冷却工程の出側におけるフランジ内外面温度とが、上記式（１）を満たすように、フランジ内外面の温度を制御する必要がある。そして、フランジ内外面の温度を制御するには、冷却工程における冷却条件を調整することが有効である。冷却条件の具体的な決定方法の一例としては、図２に示す冷却装置３、３’及び加速冷却装置４の水量密度、使用するバンク数、及び冷却領域等の冷却パターン、並びに／或いは、Ｈ形鋼の搬送速度を変化させる方法が挙げられる。使用するバンク数は特に制限されず、任意のバンク数を使用することができる。例えば、図２の例では、第１の冷却装置３は３バンクから構成され、第２の冷却装置３’は４バンクから構成され、加速冷却装置４は６バンクから構成されている。
なお、本明細書では、仕上圧延工程の入側における冷却工程と、仕上圧延工程の出側における加速冷却工程との両工程を指して、単に「冷却工程」と称する場合がある。同様に、仕上圧延工程の入側に設置された冷却装置と、仕上圧延工程の出側に設置された加速冷却装置との両装置を指して、単に「冷却装置」と称する場合がある。

仕上圧延機５の入側及び出側における冷却装置３、３’、４の水量密度を調整する場合、水量密度が２０００Ｌ／ｍ²ｍｉｎよりも大きくなると、冷却能力を向上する効果が飽和して不経済となる。そのため、仕上圧延機の入側及び出側における冷却装置の水量密度は２０００Ｌ／ｍ²ｍｉｎ以下が好適である。また、仕上圧延機の入側及び出側における冷却装置の水量密度が５００Ｌ／ｍ²ｍｉｎ未満の場合、冷却能力が不足して、フランジに冷却むらが生じる可能性がある。そのため、冷却均一性の観点からは、仕上圧延機の入側及び出側における冷却装置の水量密度は５００Ｌ／ｍ²ｍｉｎ以上が好適である。すなわち、仕上圧延工程の入側及び出側における冷却工程の水量密度は、５００Ｌ／ｍ²ｍｉｎ以上２０００Ｌ／ｍ²ｍｉｎ以下であることが望ましい。

また、フランジの外面を冷却するに際し、冷却領域が、フランジ幅Ｂの中央からフランジ幅Ｂに沿って±５０ｍｍ以内の部位を含むことが好ましく、±５０ｍｍ以内の部位であることがより好ましい。この部位はフランジの内面においてウェブと接合されている部位であり、フランジ内外面に温度差が最も生じやすい部位だからである。

フランジ内外面温度が上記式（１）を満たすべく調整する冷却条件としては、上述した中でも、仕上圧延工程の入側及び出側における、Ｈ形鋼の搬送速度、及び／又は、冷却工程における冷却パターンを変更することが好ましく、少なくとも搬送速度を変更することがより好ましい。換言すると、仕上圧延工程の入側及び出側におけるＨ形鋼の冷却時間を調整することにより、仕上圧延工程の出側におけるフランジ内外面温度Ｔ_Ｉ、Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｉａ、Ｔ_Ｏａを調整することがより好ましい。ただし、Ｈ形鋼の搬送速度が遅過ぎると生産性が低下するため、搬送速度は１．０ｍ／ｓ以上であることが好適である。一方、Ｈ形鋼の搬送速度が速過ぎると、Ｈ形鋼の搬送方向における先端が仕上圧延機に適切に進入できずに圧延が困難になる場合、十分な冷却が困難になる場合があるため、搬送速度は６．０ｍ／ｓ以下であることが好適である。すなわち、仕上圧延工程の入側及び出側におけるＨ形鋼の搬送速度は、１．０ｍ／ｓ以上６．０ｍ／ｓ以下であることが望ましい。
また、搬送速度は、上述した水量密度も考慮して適宜調整することが一層望ましい。一例として、水量密度が比較的高く且つ搬送速度が比較的遅い場合、上記式（１）を満足しない過剰な冷却となることがある。この観点からは、例えば、１８００Ｌ／ｍ²ｍｉｎ超と比較的高い水量密度に対しては、搬送速度を１．０ｍ／ｓ超に速める等して適宜調整することができる。

次に、フランジ反りを低減し、良好なフランジ形状を有するＨ形鋼を確実に製造する方法の一例について、より具体的には、このような所望の高強度Ｈ形鋼を得るための冷却制御方法の一例について述べる。なお、本発明の範囲はこの一例に限られない。

本発明のＨ形鋼の製造方法では、鋼素材に熱間圧延を施してＨ形鋼を製造するにあたり、熱間圧延の仕上圧延工程の入側及び出側において、Ｈ形鋼のフランジの外面に対して冷却工程を行う。そして、本発明のＨ形鋼の製造方法では、上記冷却工程を行うに際し、冷却工程のうち少なくとも一工程において、上記式（１）を満足させることを特徴とする。
ここで、上記式（１）を満足する冷却を行うために、例えば、仕上圧延機５と；仕上圧延機５の入側に設けられた水冷装置等の冷却装置３と；仕上圧延機５の出側に設けられた加速水冷装置等の加速冷却装置４と；冷却装置３の入側及び出側、加速冷却装置４の入側及び出側にそれぞれ備えられた温度計６，７，８，９と；加速冷却装置４の出側に備えられた形状計１０と；を用いることができる。ここで、冷却装置３は、Ｈ形鋼を仕上圧延するに先立ち、Ｈ形鋼のフランジ外面を冷却するために用いられる。また、加速冷却装置４は、仕上圧延されたＨ形鋼を高強度に仕上げるとともに、Ｈ形鋼のフランジ外面を再度冷却するために用いられる。更に、温度計は、フランジの外面温度及び内面温度を各設置箇所にて測定し、冷却条件の決定・調整に活用するために用いられる。そして、形状計は、仕上圧延後かつ加速冷却後のフランジの反り量を測定し、冷却条件の決定・調整に活用するために用いられる。
冷却条件を決定・調整するに際しては、上述のとおり、上圧延工程の出側におけるフランジの外面温度及び内面温度が式（１）を満足すべく、決定・調整することが肝要である。式（１）を満足させるにあたり、仕上圧延工程の入側における冷却条件を調整してもよいし、仕上圧延工程の出側における冷却条件を調整してもよいし、入側及び出側の両方における冷却条件を調整してもよい。冷却条件の決定・調整方法の一例として、以下の要領に従う。

（Ａ）まず、仕上圧延工程前かつ冷却工程前のフランジの外面温度及び内面温度を温度計６で測定する。温度計６で測定されたフランジ内外面の温度の実績値から、予め設定しておいた冷却装置３及び加速冷却装置４の冷却パターンを用いた場合に、仕上圧延機５の出側かつ加速冷却装置の入側及び出側に設置された温度計８，９で測定されるフランジ内外面の温度が上記式（１）を満たすことのできる、換言すれば、フランジ内外面の温度差を所定の目標範囲内に収めることができる、Ｈ形鋼の搬送速度を計算する。
（Ｂ）上記（Ａ）において計算された搬送速度によっても、例えば、水温の変化、気温の変化、装置の状態の変化等といった想定外の要因により、フランジ内外面の温度差が所定の目標範囲内に収まらなかった場合は、上記（Ａ）で計算された搬送速度の中で、フランジ内外面の温度差が所定の目標範囲に最も近づいた搬送速度を前提とした場合に、加速冷却装置４の入側及び出側におけるフランジ内外面温度Ｔ_Ｉ、Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｉａ、Ｔ_Ｏａを所定の目標範囲内に収めることのできる、冷却装置３及び加速冷却装置４の冷却パターンを計算する。
（Ｃ）上記（Ｂ）において、フランジ内外面の温度差が所定の目標範囲内に尚収まらない場合は、上記（Ａ）及び（Ｂ）で計算された搬送速度及び冷却パターンの中で、フランジ内外面の温度差が所定の目標範囲に最も近づいた搬送速度及び冷却パターンを前提とした場合に、温度計８，９で測定される、加速冷却装置の入側及び出側におけるフランジ内外面の温度を所定の目標範囲内に収めることのできる搬送速度を再び計算する。

以上の演算を繰り返し行うことで定めた、冷却装置３及び加速冷却装置４の冷却条件を用いて、フランジの外面に対して、仕上圧延工程の前後において少なくとも１回ずつの計２回以上冷却工程を行うことにより、フランジ形状が良好な圧延Ｈ形鋼を得ることができる。このように、実際の冷却工程に先立って、冷却条件の演算のみを繰り返すことにより、フランジ形状の制御を一層効率的に行うことができる。

しかし、上述したように、仕上圧延機５の出側におけるフランジ内外面温度を、上記式（１）を満たす目標範囲内に収めるための適正な冷却条件は、実際には、冷却水温、気温、機械精度等により変動する場合がある。したがって、上記のとおり決定された冷却条件を、例えば、次に例示する手段で逐次修正を行うことにより、フランジ反り量ｄを限りなく０（零）に近づけ、形状の更に良好なＨ形鋼を確実に製造することが可能である。

すなわち、上述した演算により決定された冷却条件を製造実績として記録部（図２を参照）で記録する。また、当該冷却条件に従って外面が冷却されたフランジの外面温度及び内面温度を、各箇所に設置された温度計６、７、８、９にて計測し、計測された各温度を製造実績として記録部で記録する。更に、上記冷却条件に従って外面が冷却され、かつ仕上圧延されたＨ形鋼におけるフランジ反り量を形状計１０で測定し、測定されたフランジ反り量を製造実績として記録部で記録する。

なお、形状計１０での測定においては、Ｈ形鋼が常温になったときに行うことが好ましい。しかし、Ｈ形鋼の表面が５００℃以下である場合のフランジの形状と、Ｈ形鋼の表面が常温時のフランジの形状とはほとんど変わらないため、Ｈ形鋼の表面が５００℃以下である場合にフランジ反り量を測定してもよい。
形状計１０としては、特に制限されることなく、例えば、一点の距離を測定可能なレーザ変位計を使用することができる。そして、レーザ変位計をフランジ幅Ｂの方向に走査してフランジ反り量ｄを算出することができる。或いは、複数のレーザ変位計をフランジ幅Ｂの方向に並列させてフランジまでの距離を測定し、得られた結果を二次曲線又は円弧に近似することにより、フランジ反り量ｄを算出してもよい。

次に、冷却を行う前に、記録部に記録された製造実績の中から、次の製造工程で冷却するＨ形鋼（「次回冷却するＨ形鋼」ともいう。）に関するパラメータ、例えば、鋼の成分、Ｈ形鋼のサイズ、温度計６で計測されたフランジ内外面の温度を参考に、これらと類似するパラメータを有する、過去の製造工程で使用したＨ形鋼（「過去のＨ形鋼」ともいう。）について、過去のＨ形鋼を製造するために用いた過去の冷却条件と、当該過去の冷却条件に応じた過去のフランジの反り量とを読み出す。続いて、記録部から読みだした、過去のＨ形鋼に関する過去の冷却条件（例えば、搬送速度、冷却パターン）の内いずれか１つと、過去のＨ形鋼において生じたフランジ反り量ｄとの関係を取り出す。そして、得られた関係から、フランジ反り量ｄが所定の目標値以内に収まると判断される冷却条件を探索し、次回冷却するＨ形鋼の冷却条件を決定する。

このような手法で、次回冷却するＨ形鋼の冷却条件を決定するためには、複数の過去のＨ形鋼に関する製造実績を参照することが好ましく、製造実績を参照する過去のＨ形鋼は少なくとも３個であることがより好ましく、２０個程度であることが更に好ましい。また、過去のＨ形鋼が直近の工程で使用したＨ形鋼であることが好ましい。

Ｈ形鋼の製造に際しては、上記式（１）からもわかるように、温度計８および９で測定されるフランジ内外面の温度を調整することで、フランジ反り量ｄを制御することが可能である。すなわち、温度計８，９で測定されるフランジ内外面の温度を上記式（１）を満たすように調整できるのであれば、探索する冷却条件は、仕上圧延機５の入側に設置された冷却装置３および出側に設置された加速冷却装置４のいずれについての冷却条件でもよい。ただし、材質の観点から最終的な冷却停止温度（温度計９で測定される温度）を一定に保つ場合には、仕上圧延機５の入側および出側に設置された冷却装置３，４の両方の冷却条件を探索することが好ましい。

フランジ厚ｔ_Ｆ、温度計６で測定されたフランジ内外面の温度、並びに搬送速度および冷却パターンが類似した、直近の３工程で製造した３本のＨ形鋼についての製造実績（「直近３個の製造実績」ともいう。）を参照して次回の冷却条件を決定する場合について、図８に例を示して説明する。

まず、直近３個の製造実績（図中の丸プロット）について近似直線を得る。次に、次回に製造するＨ形鋼におけるフランジ反り量ｄが目標範囲内に収まる、好適にはｄ＝０となる搬送速度を探索する（図中の星プロット）。

結果としてフランジ反り量ｄが目標範囲内から外れた場合には、例えば、直近の製造実績数を増やす、異なるパラメータが類似する過去のＨ形鋼についての製造実績を採用するなどして、上述と同様の操作を繰り返すことにより、フランジ反りの更なる低減を図ることができる。

次回冷却するＨ形鋼の冷却条件を決定するに際し、当然、探索・決定する冷却条件は、冷却パターンでも構わない。具体的には、例えば、冷却装置の水量密度を変化させて冷却条件を調整しても構わない。
また、記録部に大量のデータを保存可能な場合には、ニューラルネットワークなどの手法を用いて、製造実績、過去の冷却条件とフランジ反り量ｄとの関係を解析して、次回のＨ形鋼に対する適正な冷却条件を算出しても構わない。

上述のとおり、図２では、仕上圧延機５の入側に２つの冷却装置３，３’を設けた例を示しているが、仕上圧延機５の入側に設ける冷却装置は１つでもよい。仕上圧延機５の入側に冷却装置を２つ設け、それらの間に温度計７を設けた場合、温度計７で測定したフランジ内外面の温度についての結果から、冷却装置３における目標冷却温度と冷却後に実測された温度との差を算出する。この場合、算出された、目標冷却温度と冷却後に実測された温度との差を修正するように、換言すると、仕上圧延工程前の最終的な目標冷却温度となるように冷却装置３’の冷却条件を決定することができる。このように冷却条件をより精密に制御できる観点からは、仕上圧延機５の入側に冷却装置を２つ以上設け、それらの間に温度計を設けることが好ましい。

以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
後述する実施例及び比較例では、Ｃ：０．１５ｗｔ％、Ｍｎ：１．３ｗｔ％を主な添加元素として含有し、ウェブ高さ：８００ｍｍ、フランジ幅Ｂ：４００ｍｍ、ウェブ厚：１９ｍｍ、フランジ厚ｔ_Ｆ：４０ｍｍのサイズを有するＨ形鋼を製造した。また、以下に詳述する点を除き、後述する実施例及び比較例では、図２に示す配置の装置を用いてＨ形鋼を製造した。
なお、実施例及び比較例を通じて、冷却領域は、フランジの外面かつフランジ幅Ｂの中央からフランジ幅Ｂに沿って±５０ｍｍ以内の部位とした。

表１には、各冷却条件で製造したＨ形鋼における、フランジの反り量ｄの結果を示す。ここで、Ｔ_ｏは仕上圧延機の出側かつ加速水冷装置の入側におけるフランジ外面温度、Ｔ_Ｉは仕上圧延機の出側かつ加速水冷装置の入側におけるフランジ内面温度、Ｔ_Ｏａは仕上圧延機の出側かつ加速水冷装置の出側におけるフランジ外面温度、Ｔ_Ｉａは仕上圧延機の出側かつ加速水冷装置の出側におけるフランジ内面温度を示し、ΔＴ_ｏは加速冷却工程によるフランジ外面温度の降下量、ΔＴ_Ｉは加速冷却工程によるフランジ内面温度の降下量を示す。また、ｔ_Ｆはフランジ厚、Ｂはフランジ幅、σ_ＹＰ／Ｅは加速冷却工程により生じた弾性歪を示す。そして、αは線膨張係数を表し、より具体的には、α_Ｏが仕上圧延機の出側かつ加速水冷装置の入側におけるフランジ外面についての、α_Ｉが仕上圧延機の出側かつ加速水冷装置の入側におけるフランジ内面についての、α_Ｏａが仕上圧延機の出側かつ加速水冷装置の出側におけるフランジ外面についての、α_Ｉａが仕上圧延機の出側かつ加速水冷装置の出側におけるフランジ内面についての、それぞれ線膨張係数を表す。
ここで、表１における「α（Ｔ_Ｏ−Ｔ_Ｉ）−α（ΔＴ_Ｏ−ΔＴ_Ｉ）」は、以下の式（１１）
（α_Ｏ・Ｔ_Ｏ−α_Ｉ・Ｔ_Ｉ）−｛（α_ＯＴ_Ｏ−α_ＯａＴ_Ｏａ）−（α_ＩＴ_Ｉ−α_ＩａＴ_Ｉａ）｝
・・・（１１）
に従って算出されたものである。

また、表１中には、水冷装置３、３’、４がそれぞれ有するＹ個のバンク中の内、それぞれの水冷装置でＸ個のバンクを使用した場合を、「Ｘ／Ｙ」として表記した。例えば、水冷装置３が３個のバンクを有し、この３個のバンクのうち１個のバンクを使用した場合は、水冷装置３について「１／３」と表記される。同様に、例えば、水冷装置３’が有する４個のバンクのうち２個のバンクを使用した場合は、水冷装置３’について「２／４」と表記され、加速水冷装置４が有する６個のバンクのうち３個のバンクを使用した場合は、加速水冷装置４について「３／６」と表記される。
そして、表１の水量密度の欄には、上段に水冷装置３の水量密度を、中段に水冷装置４の水量密度を、下段に加速水冷装置４の水量密度を記載した。
同様に、表１の搬送速度の欄には、上段に水冷装置３を通る際の搬送速度を、中段に水冷装置３’を通る際の搬送速度を、下段に加速水冷装置４を通る際の搬送速度を記載した。

（実施例１）
仕上圧延機５の入側に設置された水冷装置３及び３’を用いて、フランジ外面の冷却を行った後、粗圧延鋼を仕上圧延機５に通して仕上圧延を行った。仕上圧延機５の出側かつ加速水冷装置４の入側に設置された温度計８で測定された、フランジの外面温度Ｔ_ｏは６１５℃、フランジの内面温度Ｔ_Ｉは７１３℃であった。次いで、仕上圧延機５の出側に設置された加速冷却装置４でフランジ外面を更に冷却し、加速冷却装置４の出側に設置された温度計９で測定された、フランジの外面温度Ｔ_Ｏａは５１２℃、フランジの内面温度Ｔ_Ｉａは６３０℃であった。このとき、加速水冷装置４の出側における、常温時のフランジ反り量ｄは−０．５ｍｍであった。

実施例１においてフランジ反り量を良好に抑制することができたのは、温度計８および９で測定されたフランジ内外面の温度Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｉ、Ｔ_Ｏａ、Ｔ_Ｉａから算出される「α（Ｔ_Ｏ−Ｔ_Ｉ）−α（ΔＴ_Ｏ−ΔＴ_Ｉ）＝−０．００２」が、フランジ反り量を２ｍｍ以下に抑制するための条件である「（−１６ｔ_Ｆ／Ｂ^２−σ_ＹＰ／Ｅ）＝−０．００５以上かつ（１６ｔ_Ｆ／Ｂ^２−σ_ＹＰ／Ｅ）＝０．００３以下」を満たし、式（１）を満足していたためである。
なお、温度計８および９でフランジ幅Ｂの方向に沿った温度分布を測定した結果、フランジ幅方向に最大３０℃の温度偏差が発生していた。これは、水冷装置３，３’および加速水冷装置４で使用した水量密度がいずれも４９０Ｌ／ｍ^２ｍｉｎであり、水量密度の好適下限である５００Ｌ／ｍ^２ｍｉｎを下回っていたためである。

（実施例２）
仕上圧延機５の入側に設置された水冷装置３’のみを用いて、フランジ外面の冷却を行った後、粗圧延鋼を仕上圧延機５に通して仕上圧延を行った。仕上圧延機５の出側かつ加速水冷装置４の入側に設置された温度計８で測定された、フランジの外面温度Ｔ_ｏは７３６℃、フランジの内面温度Ｔ_Ｉは７６７℃であった。次いで、仕上圧延機５の出側に設置された加速冷却装置４でフランジ外面を更に冷却し、加速冷却装置４の出側に設置された温度計９で測定された、フランジの外面温度Ｔ_Ｏａは６５３℃、フランジの内面温度Ｔ_Ｉａは６９６℃であった。このとき、加速水冷装置４の出側における、常温時のフランジ反り量ｄは０．７７ｍｍであった。

実施例２においてフランジ反り量を良好に抑制することができたのは、温度計８および９で測定されたフランジ内外面の温度Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｉ、Ｔ_Ｏａ、Ｔ_Ｉａから算出される「α（Ｔ_Ｏ−Ｔ_Ｉ）−α（ΔＴ_Ｏ−ΔＴ_Ｉ）＝−０．０００８」が、フランジ反り量を２ｍｍ以下に抑制するための条件である「（−１６ｔ_Ｆ／Ｂ^２−σ_ＹＰ／Ｅ）＝−０．００４７以上かつ（１６ｔ_Ｆ／Ｂ^２−σ_ＹＰ／Ｅ）＝０．００３４以下」を満たし、式（１）を満足していたためである。なお、温度計８および９でフランジ幅Ｂの方向に沿った温度分布を測定した結果、フランジ幅方向に最大５℃の温度偏差が発生していた。これは、水冷装置３’および加速水冷装置４で使用した水量密度がそれぞれ１６００および１０００Ｌ／ｍ^２ｍｉｎであり、水量密度の好適下限である５００Ｌ／ｍ^２ｍｉｎ以上であったため、実施例１と比較して、フランジ幅方向の冷却均一性がより向上した。

（実施例３）
仕上圧延機５の入側に設置された水冷装置３及び３’を用いて、フランジ外面の冷却を行った後、粗圧延鋼を仕上圧延機５に通して仕上圧延を行った。仕上圧延機５の出側かつ加速水冷装置４の入側に設置された温度計８で測定された、フランジの外面温度Ｔ_ｏは７７３℃、フランジの内面温度Ｔ_Ｉは８６９℃であった。次いで、仕上圧延機５の出側に設置された加速冷却装置４でフランジ外面を更に冷却し、加速冷却装置４の出側に設置された温度計９で測定された、フランジの外面温度Ｔ_Ｏａは７４１℃、フランジの内面温度Ｔ_Ｉａは８５６℃であった。このとき、加速水冷装置４の出側における、常温時のフランジ反り量ｄは−１．２ｍｍであった。

実施例３においてフランジ反り量を良好に抑制することができたのは、温度計８および９で測定されたフランジ内外面の温度Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｉ、Ｔ_Ｏａ、Ｔ_Ｉａから算出される「α（Ｔ_Ｏ−Ｔ_Ｉ）−α（ΔＴ_Ｏ−ΔＴ_Ｉ）＝−０．００２９」が、フランジ反り量を２ｍｍ以下に抑制するための条件である「（−１６ｔ_Ｆ／Ｂ^２−σ_ＹＰ／Ｅ）＝−０．００４５以上かつ（１６ｔ_Ｆ／Ｂ^２−σ_ＹＰ／Ｅ）＝０．００３５以下」を満たし、式（１）を満足していたためである。
なお、温度計８および９でフランジ幅Ｂの方向に沿った温度分布を測定した結果、フランジ幅方向に最大５℃の温度偏差が発生していた。これは、水冷装置３，３’および加速水冷装置４で使用した水量密度がそれぞれ１１００、１６００、１０００Ｌ／ｍ^２ｍｉｎであり、水量密度の好適下限である５００Ｌ／ｍ^２ｍｉｎ以上であったため、実施例１と比較して、フランジ幅方向の冷却均一性が向上した。また、Ｈ形鋼の搬送速度が４．０ｍ／ｓ〜６．０ｍ／ｓであり、搬送速度の好適下限である１．０ｍ／ｓ以上であったため、実施例１及び２と比較して生産性が更に向上した。

（比較例１）
仕上圧延機５の入側に設置された水冷装置３及び３’を用いて、フランジ外面の冷却を行った後、粗圧延鋼を仕上圧延機５に通して仕上圧延を行った。仕上圧延機５の出側かつ加速水冷装置４の入側に設置された温度計８で測定された、フランジの外面温度Ｔ_ｏは７６６℃、フランジの内面温度Ｔ_Ｉは８８０℃であった。次いで、仕上圧延機５の出側に設置された加速冷却装置４でフランジ外面を更に冷却し、加速冷却装置４の出側に設置された温度計９で測定された、フランジの外面温度Ｔ_Ｏａは２２０℃、フランジの内面温度Ｔ_Ｉａは７０１℃であった。このとき、加速水冷装置４の出側における、常温時のフランジ反り量ｄは−２．２ｍｍであった。
比較例１においてフランジ反り量を良好に抑制できなかったのは、温度計８および９で測定されたフランジ内外面の温度Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｉ、Ｔ_Ｏａ、Ｔ_Ｉａから算出される「α（Ｔ_Ｏ−Ｔ_Ｉ）−α（ΔＴ_Ｏ−ΔＴ_Ｉ）＝−０．００５５」が、フランジ反り量を２ｍｍ以下に抑制するための条件である「（−１６ｔ_Ｆ／Ｂ^２−σ_ＹＰ／Ｅ）＝−０．００５３以上かつ（１６ｔ_Ｆ／Ｂ^２−σ_ＹＰ／Ｅ）＝０．００２７以下」の範囲を外れ、式（１）を満足しなかったためである。

（実施例４）
冷却工程も仕上圧延工程も施す前の粗圧延鋼について、温度計６を用いてフランジ外面温度及び内面温度を測定したところ、ともに８９７℃であった。次に、上述した、次回の冷却条件を決定する手法に従い、３個の製造実績を用いて、図８に示すとおり、過去の冷却条件と過去のフランジの反り量との関係についてのグラフを得た。そして、このグラフから、フランジ反り量ｄが約０ｍｍとなる搬送速度を１．２ｍ／ｓと算出した。
なお、実施例４における、前回実施した冷却条件としては、前回搬送速度が２．０ｍ／ｓ、前回水冷装置３で使用したバンクが３／３個、前回水冷装置３’で使用したバンクが４／４個、前回加速冷却装置４で使用したバンクが３／６個であり、水冷装置３、３’及び加速水冷装置４で使用した前回水量密度がそれぞれ１１００、１６００、１０００Ｌ／ｍ^２ｍｉｎであり、室温時の前回フランジ反り量が１．０ｍｍであった。

上記の製造実績に基づいて、算出された目標搬送速度＝１．２ｍ／ｓを実現すべく、下記式（１２）に従って、次回の冷却条件としての搬送速度を決定した。ここで、操作量が大きくなりすぎないよう、比例ゲインＫｐを０．６とした比例制御（Ｐ制御）を行った。
搬送速度＝（フランジ反り量ｄが０ｍｍになると算出された目標搬送速度
− 前回搬送速度）× Ｋｐ ＋ 前回搬送速度 ・・・（１２）
上記式（１２）に値を当てはめ、
（１．２−２．０）×０．６＋２．０＝１．５ｍ／ｓとして、次回の搬送速度を算出した。
そして、算出された搬送速度＝１．５ｍ／ｓにてフランジ外面の冷却を行い、仕上圧延を行ったところ、形状計１０で測定されたフランジ反り量ｄは０．１ｍｍとなり、フランジ反り量が、前回フランジ反り量と比較して０ｍｍに近づいた。

図９には、実施例４において、上記の手順を繰り返して冷却条件を調整したときの、Ｈ形鋼の製造本数とフランジ反り量ｄとの関係を示す。図９から明らかなように、製造実績を利用して、次回冷却するＨ形鋼の冷却条件（本実施例では搬送速度）を調整することにより、搬送速度が目標値に漸近して、Ｈ形鋼におけるフランジ反りを徐々にかつ一層改善できることがわかった。特に、実施例４においては、製造本数が５本以上である場合にｄ値が約０ｍｍとなり、極めて高度にフランジ反りを抑制できた。

１ フランジ
１１ フランジの外面
１２ フランジの内面
１３ フランジ厚ｔ_Ｆ
１４ フランジ幅Ｂ
２ ウェブ
２１ ウェブ厚
２２ ウェブ高さ
３ 冷却装置
３’ 冷却装置
４ （加速）冷却装置
５ 仕上圧延機
６ 温度計
７ 温度計
８ 温度計
９ 温度計
１０ 形状計
１１ 加速冷却装置の入側（仕上圧延機の出側）
１２ 加速冷却装置の出側（仕上圧延機の出側）

本発明は、良好なフランジ形状を有する高強度Ｈ形鋼を製造するために利用することができる。

Claims (4)

1. 鋼素材に熱間圧延を施してＨ形鋼を製造する方法であって、
   前記熱間圧延の仕上圧延工程の入側及び出側において、前記Ｈ形鋼のフランジの外面に対して冷却工程を行うに際し、前記冷却工程のうち少なくとも一工程において次式（１）を満足する、Ｈ形鋼の製造方法。
   

   

   α：温度に依存した線膨張係数［１／℃］
   Ｔ_ｏ：仕上圧延工程の出側で行われる冷却工程の入側におけるフランジの外面温度［℃］
   Ｔ_Ｉ：仕上圧延工程の出側で行われる冷却工程の入側におけるフランジの内面温度［℃］
   ΔＴ_ｏ：仕上圧延工程の出側で行われる冷却工程によるフランジの外面温度の降下量［℃］
   ΔＴ_Ｉ：仕上圧延工程の出側で行われる冷却工程によるフランジの内面温度の降下量［℃］
   ｔ_Ｆ：フランジ厚［ｍｍ］
   Ｂ：フランジ幅［ｍｍ］
   σ_ＹＰ：フランジの外面温度に依存した降伏応力［ＭＰａ］
   Ｅ：フランジの外面温度に依存したヤング率［ＭＰａ］
2. 前記仕上圧延工程の入側及び出側で行われる前記冷却工程における水量密度を５００Ｌ／ｍ²ｍｉｎ以上２０００Ｌ／ｍ²ｍｉｎ以下とする、請求項１に記載のＨ形鋼の製造方法。
3. 前記仕上圧延工程の入側及び出側における前記Ｈ形鋼の搬送速度を１．０ｍ／ｓ以上６．０ｍ／ｓ以下とする、請求項１又は２に記載のＨ形鋼の製造方法。
4. 前記冷却工程に先立ち、
   製造実績を記録する工程と、
   記録された前記製造実績から、次回冷却するＨ形鋼に関するパラメータと類似するパラメータを有する複数の過去のＨ形鋼について、前記過去のＨ形鋼を製造するために用いた過去の冷却条件と、前記過去の冷却条件に応じた過去のフランジの反り量とを読み出す工程と、
   読み出した前記過去の冷却条件と前記過去のフランジの反り量との関係を得る工程と、
   得られた前記関係から、前記式（１）を満足する次回の冷却条件を決定する工程と、を含む、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のＨ形鋼の製造方法。

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