JP3267982B2 - 熱間ロール加工による改良型ｉ型鋼と、それに関係した製品の製造方法 - Google Patents

熱間ロール加工による改良型ｉ型鋼と、それに関係した製品の製造方法

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    • B21B1/08—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling structural sections, i.e. work of special cross-section, e.g. angle steel
    • B21B1/088—H- or I-sections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Metal Rolling (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野 本発明は、建築物の建設に用いられるタイプの金属製
Ｉ型鋼及び関連したＩ型鋼を製る方法に関する。より具
体的には、Ｉ型鋼ウェブに好ましくない波が生じにくい
熱間ロール加工による改良型Ｉ型鋼及びそれの製法に関
する。
【０００２】 従来技術の説明 種々の建築物の建設に、金属製Ｉ型鋼のような種々の
型の金属製ビームを用いることは、永年に亘って知られ
ている。このようなビームは、１つのウェブと、ウェブ
の両端にある一対のフランジを有しており、ビームは、
実質的な静荷重を安全に支持するために、単独で用いら
れるか、このようなビームの組立部品の中で用いられ
る。
【０００３】 このようなビームは、フランジをウェブに溶接するこ
とによって製ることは、古くから知られている。このビ
ームを、鋼魂から、熱間ロール加工することによって形
成することも知られている。 Ｉ型鋼の熱間ロール加工による形成に際して直面して
いる問題の１つは、体積分布に起因し、ウェブ温度とフ
ランジ温度が著しく異なって、ウェブがフランジより早
く冷えることにより、冷却率の相違により好ましくない
波（waves）がウェブ内に生じる。この温度差は、例え
ばおよそ121℃に達する。
【０００４】 米国特許第4251973号は、フランジに溶接されたＩ型
鋼を開示しており、温度の差異によるウェブの波立ちに
関する問題を解決する工夫を明らかにしている。これ
は、Ｉ型鋼の長手方向に対して、通常垂直方向に延びて
いるウェブ内に形成された複数の窪んだ畝を用いてい
る。ドイツ特許第46414号も参照されたい。 オープントラスを建築物の建設に供することを提案す
ることも知られており、長手のトラスリブは、最初にウ
ェブ内に形成され、続いてウェブの主要部分から切断さ
れ、広がったオープンウェブトラスを構成するために変
形される。米国特許第1927442号及び、米国特許第39627
63号を参照されたい。
【０００５】 米国特許第3199174号は、一連の平たいストリップを
ウェブへ固定して、「ビームを製造する際に」望ましく
ないウェブの座屈（buckling）の阻止及び、外的な力に
よって生じる座屈に備えたウェブの強化を開示してい
る。 長く延びた棒材によって分けられたウェブ内へ、複数
の刻み目を有するトラスを配備することも知られてい
る。 米国特許第2263272号は、ウェブプレートを一対のＴ
字部へ溶接することによって鋼製Ｉ型鋼を製造すること
を開示している。 米国特許第4129974号は、局部補強部材の形成をした
抑制構造（restraining structure）を有するＩ型鋼を
開示しており、一般に溝状の形状で長手方向上の特定の
位置でフランジやウェブへ保持されている。また、米国
特許第2392674号を参照されたい。 １つ以上の溶接ビードによって杭部材（a pile membe
r）の先端を補強することは、米国特許第3810363号に開
示されている。
【０００６】 前述の開示にも拘わらず、熱間ロール加工によってウ
ェブ部に好ましくない波が存在しないＩ型鋼の製造方法
及びその様に製られたＩ型鋼について実際上且つ実質的
なニーズがある。そのニーズは荷重支持として１以上の
Ｉ型鋼を用いる建築物の建設及びその他の構造物につい
ても同様にある。
【０００７】 発明の要旨 本発明は、Ｉ型鋼を熱間ロール加工によって製る方法
を提供することによって、上記記載の問題を解決するも
のである。長く延びた金属素材（workpiece）は、漸次
熱間ロール加工され、ウェブ及びその端部にフランジを
有する長いビームを製る。ウェブ内には、中実の断面を
もつ、長く延びた補強手段が形成されており、これは、
フランジに略平行な、略真っ直ぐな長手方向の軸を有す
る。次に、Ｉ型鋼を冷却して、ウェブ中に実質的な波が
形成されることを阻止している。該方法は、望ましい実
施例では、長く延びた補強手段として１から５本の長手
方向に延びて突出したリブを設けることを予定してお
り、該リブは望ましくは連続していて、ビームと同じ広
がりを有している。補強リブは、ヒートシンクの役目を
果たし、ロール加工をする間に、ウェブとフランジの間
の温度差を最小にして、冷却による温度差が招来する波
をウェブ中に作らないようにする。
【０００８】 望ましい実施例に於いて、リブは、ウェブの平均幅の
約200から400％、望ましくは最大幅275から325％に設定
される。ウェブに沿って計測される高さは、約1.27から
3.81センチ、望ましくは約1.91から3.18センチである。 熱間ロール加工は、鋼製Ｉ型鋼について、約982℃か
ら1260℃の温度で、多数のステーションで連続的に行わ
れることが望ましい。冷却前、ウェブの温度は、フラン
ジの温度の約85から95％であることが一般的である。 前述の方法によって造られたＩ型鋼は、前記構造を持
ち、温度差がウェブ中に引き起こす波立ちを殆ど含まな
い。 製造されたビームは、どのＩ型鋼が用いられるのと同
様な方法で、荷重支持部材として建築物に用いられる。
【０００９】 本発明の目的は、Ｉ型鋼を熱間ロール加工する方法及
び、Ｉ型鋼のウェブ部分に波立ちを誘発する温度に耐え
る製品を提供することである。 本発明の更なる目的は、Ｉ型鋼ウェブ内に一体に形成
された、長手方向に延びる補強部材を提供することであ
り、これは、ヒートシンクとして機能して、Ｉ型鋼をロ
ール加工によって形成する間に、ウェブとフランジの間
の温度差を最小にする。 本発明の更なる目的は、Ｉ型鋼を製造する方法を提供
することであり、これは、補強部材を設けるために適切
に設計されたロールを用いて、従来のロールによる成形
技術が用いられてもよい。
【００１０】 本発明の他の目的は、建築物の建築に於いて、荷重支
持の用途で、従来のやり方で用いられてもよい方法及
び、それによって製造された物を提供することである。 本発明の更なる他の目的は、製造と使用が経済的であ
るような方法及び、それに関連した生産物を提供するこ
とである。 本発明の更なる他の目的は、均一又は増加する強度を
有する標準的なＩ型鋼と較べて、フィート毎の重量を減
じているようなＩ型鋼を提供することである。 本発明に関する前記及び他の目的は、添付図面と関連
した下記の本発明の説明からさらに十分に理解されるで
あろう。
【００１１】 図面の簡単な説明 図１は、本発明に属するＩ型鋼の型の端面を正面から
見た図である。 図２は、図１のＩ型鋼のウェブの部分を示す図であ
る。 図３は、本発明に属する他の実施例のＩ型鋼の端面を
正面から見た図である。 図４は、図３のＩ型鋼の一部を示す右側面図である。 図５のａ〜ｄは、本発明に係るＩ型鋼の製造物の一実
施例を示す概略図である。
【００１２】 望ましい実施例の説明 本説明で用いられる時、「建築物（building）」なる
語は、製造したホーム、モジュール型のホーム、家屋、
アパートメント、商業用建築物及び、外壁及びそこに保
持された屋根を有する建築物に関係し、ここでＩ型鋼
は、構造部材として用いられる。 本説明で用いられる時、「構造物製品（structural p
roduct）」なる語は、構造部材としてＩ型鋼を含む製造
物を意味しており且つ、これらに限定されるものではな
いが、建築物、橋、レクリエーション用の乗り物、船、
ボート、ボートトレーラー、トラックトレーラー及びそ
の他のトレーラーと、道路のガードレール及び、道路の
案内標識を含んでいる。
【００１３】 図１及び２を参照すると、ウェブ（２）及びフランジ
（４）（６）を有する本発明のＩ型鋼が示されている。
フランジは、ウェブの両端に位置しており、Ｉ型鋼が、
金属加工物を段階的に熱間ロール加工することによっ
て、一体なＩ型鋼として形成され、その結果、ウェブと
フランジは一体に形成されている。望ましい実施例に於
いて、ウェブ（２）とフランジ（４）（６）はどちら
も、造られる際、長手方向にほぼ同一の広がりを有して
おり、これらは連続している。 Ｉ型鋼は、所望のいかなる比率（proportions）であ
ってよいが、フランジ（４）（６）は、等しい幅Ｗに造
られることが望ましく、例えば、約2.86センチから20.3
2センチ幅である。所望によりフランジ（４）（６）
は、異なった幅で造られてもよい。ウェブ（２）は、高
さＨを有し、例えば、説明した幅内に入るフランジにつ
いて、約5.08センチから60.96センチであってよい。能
率的な取扱いを容易にするため及び、Ｉ型鋼を現場で切
断及び接合するようにあつらえる（customize）のため
に、高さＦとＧのそれぞれの領域（10）（14）は、ほぼ
平面であることが望ましい。高さＦ、Ｇは望ましくは、
夫々最小5.08センチである。
【００１４】 前記の図面に示されるように、長い補強手段は中実の
断面を持っており、ウェブ（２）内に一体に形成され、
フランジ（４）（６）に略平行になっている略真っ直ぐ
な長手方向の軸を有する。本発明の本実施例に於いて、
補強手段は、２つの横向きに拡大したリブ（20）（22）
で構成されている。前記リブは、ウェブ（２）と同一の
広がりを有することが望ましい。リブ（20）は、左右対
称に、ウェブ（２）の両側へ突出することが望ましく、
ウェブ（２）の厚さの約200から400％、望ましくは約27
5から325％に等しい幅Ｙを有していてもよい。前記ウェ
ブに沿って計測されたリブの高さＸは、約1.27センチか
ら3.81センチであって、約1.90から3.18センチが望まし
い。（寸法Ｆを有する）領域（10）と（寸法Ｇを有す
る）領域（14）との間に配置されたウェブの領域（12）
内に、このようなリブがおよそ１から５個設けられる。
リブの質量は、十分な熱を吸収するために、ヒートシン
クの役割を果たすよう選択されるであろう。従って熱間
ロール加工による成型中における、ウェブ（２）とフラ
ンジ（４）（６）間の温度差は、冷却に際して、温度差
によってウェブ（２）内に波立ちが生じることへの抵抗
力となる程度に最小限にされるであろう。
【００１５】 示された形状において、リブ（20）（22）（24）は、
湾曲した外形を有しており、およそ球体である。望まし
くは、楕円形や六角形のような他の形状が用いられても
よいことが理解されるであろう。 図３及び図４を参照し、本発明の別の実施例が示され
ている。ウェブ（32）は、一対のフランジ（34）（36）
と一体に形成され、１つの長く延びた補強リブ（40）が
設けられている。通常、リブ（40）は、適した金属製ヒ
ートシンクを形成して、ロール加工成型による熱差を最
小限にするために、図１及び図２中の個々のリブ（20）
（22）の一方より大きな中実断面からなされている。望
ましくは、各々が比例的に小さくなるリブが３個以上設
けられてもよい。
【００１６】 本発明のＩ型鋼は、建築物又は他の構造物の荷重支持
用として、従来と同じ要領で使用することが出来、Ｉ型
鋼の長さ、幅、連結部、支持部分が何であれ、従来のＩ
型鋼と同じ様にして使用できる。このような使用状況
は、非常に多くて、ここに完全にリストアップできない
うえ、当該分野の専門家であればＩ型鋼の使用方法を容
易に理解するであろうから、このような使用状況につい
ての詳細は、ここでは説明されない。例えば、Ｉ型鋼の
端部を、石工支持壁（masonry supporting walls）に保
持することは知られており、これは最終的に、階を幾つ
か有する小さな建築物の土台又は、その上に支持される
建築物の他の荷重発生要素によって支えられる。複数の
Ｉ型鋼を用いることも知られており、Ｉ型鋼の数は、例
えば互いに適切に支持され、垂直方向に向けられ、かつ
相互に連結されて、荷重支持部材の支えが要求又は望ま
れる広い領域をカバーする数である。Ｉ型鋼は、いかな
る所望の位置に合わせて配置されてもよい。
【００１７】 図５（ａ）から図５（ｄ）を参照すると、多数のロー
ル加工成型工程において、熱間ロール加工中に単一の補
強リブを有する鋼製Ｉ型鋼の製造に、本発明の方法を用
いた一例が考察されている。当該分野の専門家は、特定
の設計に用いられるステージ数及びロールの形状を容易
に理解するであろうから、このような詳細はここでは説
明されない。一般的に、もっと多くのロール加工段階が
必要とされるので、図５（ａ）から（ｄ）は、金属の特
性及び所望の寸法によって、説明に役立つと見なされる
べきであり、異なる数のロールスタンドが用いられる。 図５（ａ）は、加工素材であって、上面（50）、側面
（52）（54）及び底面（56）を有する長く延びた鋼ビレ
ットである。材料は、中炭素鋼合金（mild carbon stee
l alloy）であってもよく、5.08センチから25.4センチ
厚である。
【００１８】 フォーミングの第１段階の後、図５（ｂ）に示される
如く、該加工物は、ウェブ（62）と、そこに一体形成さ
れた一対のフランジ（64）（66）及び、補強リブ（68）
を有する。熱間ロールの第２段階は、ウェブを薄くして
ウェブ（72）を造り、略中心へ配置された補強リブ（7
8）を具えており、長く薄いフランジを有してフランジ
（74）（76）を具える。Ｉ型鋼の最終段階は、図５
（ｄ）に示されており、ウェブ（82）は、均等な大きさ
のフランジ（84）（86）及び、補強リブ（88）を含む。
本発明の他の実施例に関して、Ｉ型鋼は、その長手方向
にわたってほぼ均一な横断面の形状を有する。
【００１９】 本発明の方法及び製品が、熱間ロール加工によるＩ型
鋼をもたらし、該Ｉ型鋼には、冷却時のウェブとフラン
ジの温度差によって生じる望ましくない波が、ビームの
ウェブ部分に殆どないことが理解されるであろう。これ
は、フランジと略平行な長手方向に軸を有する、長手方
向に向いた補強手段を具えることによって達成される。
補強手段は、望ましい実施例中の約１から５個のリブの
形を取りことができ、ウェブに余分な熱を吸収させるヒ
ートシンクの役割を果たす。これによって、冷却する前
に、ウェブとフランジとの間の平均温度差が縮小するの
で、冷却によって生じるウェブの座屈又は波立ちは阻止
される。
【００２０】 本発明のＩ型鋼は、従来のＩ型鋼が用いられる方法
で、種々の荷重支持建築物において用いられてもよい。
ウェブ、フランジ及びリブの比率は、従来のＩ型鋼と比
較すると、フィート当りの重量は軽く、強度は同等又は
増加している。かつ、ウェブとフランジ間の温度差によ
る好ましくないウェブの波立ちが無い。 本明細書に於いて開示する便宜上、中炭素鋼で構成さ
れるＩ型鋼が開示されているが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、望まれるならば、アルミニウムや、
高強度且つ低合金度の鋼のような種々のタイプの金属が
用いられてもよい。また、使用目的に関連して、第一の
用途は、荷重支持の観点から、Ｉ型鋼を水平に向けて建
築物に配置することであるが、該Ｉ型鋼は、種々の水
平、垂直又は傾斜した位置に使用出来、種々な追加目的
のために用いられてもよい。
【００２１】 本発明の特定の実施例を、例示の目的でここに説明し
てきたが、当該分野の専門家であれば、添付の請求の範
囲に規定された発明から逸脱することなく、この詳細に
関して種々の変形をなすことができることが理解される
であろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−162658（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−103702（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−195598（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B21B 1/00 - 1/46 B21D 37/16 E04C 3/04

Claims (22)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】長く延びた金属素材を形成し； 前記金属素材を漸次熱間ロール加工して、ウェブ及び、
    そのウェブの端部にフランジを有する、長く延びたビー
    ムを製り； 中実の断面をもつ、長く延びた補強手段をウェブ内に形
    成し、これは、前記フランジに略平行にされた、略真っ
    直ぐな長手方向の軸を有しており； 前記補強手段は、２から５個の引き伸ばされて両側に突
    出する中実のヒートシンク用リブによって構成し、 ウェブとフランジとの間の温度差のために、ウェブ中に
    実質的な波が形成されることを阻止しつつＩ型鋼を冷却
    し、；及び 前記Ｉ型鋼を、構造物内に保持すること、 とを含む、一体形の金属製Ｉ型鋼を形成及び使用する方
    法。
  2. 【請求項２】前記の長く延びた補強手段を十分な質量で
    形成し、前記冷却前のウェブの平均温度は、フランジの
    華氏温度の85％から95％の範囲温度である請求項１の一
    体型金属製Ｉ型鋼の形成及び使用方法。
  3. 【請求項３】ほぼ連続的なウェブ； ウェブの両端に設けられた一対のフランジ； 一体に形成され長く延びた補強手段は、中実の横断面を
    もち、これはフランジに略平行にされた、略真っ直ぐな
    長手方向の軸を有し； 前記補強手段は、２から５個の引き延ばされて両側に突
    出する忠実のヒートシンク用リブを有しており、 補強手段とフランジとの間に配置されている、略平坦な
    部分を有する前記ウェブ；及び 前記ウェブは、冷却前にウェブとフランジの間の温度差
    によって波が生じることをほぼ阻止する、 一体型の熱間ロール加工による金属製構造物製品である
    Ｉ型鋼。
  4. 【請求項４】最大幅が、ウェブの平均値の200％から400
    ％である前記リブを含む、請求項３の一体型の熱間ロー
    ル加工による金属製Ｉ型鋼。
  5. 【請求項５】長く延びて横方向に突出するリブが、前記
    ウェブとほぼ同一の広がりを持つことを含む、請求項４
    の一体型の熱間ロール加工による金属製Ｉ型鋼。
  6. 【請求項６】前記リブの高さが、1.27センチから3.81セ
    ンチだけ前記ウェブに沿って計測された高さであること
    を含む、請求項４の一体型の熱間ロール加工による金属
    製Ｉ型鋼。
  7. 【請求項７】前記構造物製品支持体は建築物支持体であ
    る、請求項３の一体型の熱間ロール加工による金属製Ｉ
    型鋼。
  8. 【請求項８】複数の熱間ロール加工による金属製Ｉ型鋼
    は、構造物製品へ固定されており、各Ｉ型鋼は、 ほぼ連続的なウェブ； ウェブの両端に設けられた一対のフランジ； 一体に形成され長く延びた補強手段は、中実の横断面を
    もち、これはフランジに略平行にされた、略真っ直ぐな
    長手方向の軸を有し； 前記補強手段は、２個から５個の引き延ばされて両側に
    突出する中実のヒートシンク用リブを有しており、 補強手段とフランジとの間に配置されている、略平坦な
    部分を有する前記ウェブ；及び 前記ウェブは、冷却前にウェブとフランジの間の温度差
    によって波が生じることをほぼ阻止すること、 とを含む構造物製品。
  9. 【請求項９】最大幅は、ウェブの平均幅の200％から400
    ％である前記リブを含む、 請求項８の構造物製品。
  10. 【請求項１０】長く延びた金属素材を配備し； 長く延びた金属素材を漸次熱間ロール加工し、ウェブ及
    び、その端部にフランジを有する、長く延びたビームを
    製り； ウェブ内に、長く延びた補強ヒートシンク手段は、中実
    の横断面をもち、これはフランジに略平行にされた、略
    真っ直ぐな長手方向の軸を有し； 前記Ｉ型鋼を冷却して、ウェブとフランジの間の温度差
    によって実質的な波が生じるのを阻止すること、 とを含む、一体型の金属製Ｉ型鋼を形成する方法。
  11. 【請求項１１】前記補強ヒートシンク手段の形成を、前
    記ウェブ及びフランジの形成と同時に行う、請求項10の
    金属製Ｉ型鋼の形成方法。
  12. 【請求項１２】前記補強ヒートシンク手段を、１から５
    個の長く延びた横向きに突出するリブで設けることを含
    む、請求項11の金属製Ｉ型鋼の形成方法。
  13. 【請求項１３】前記リブを、ウェブの平均幅の200から4
    00％の最大幅で設けることを含む、請求項12の金属製Ｉ
    型鋼の形成方法。
  14. 【請求項１４】前記リブを、1.27センチから3.81センチ
    の前記ウェブに沿って計測された高さで設けることを含
    む、請求項12の金属製Ｉ型鋼の形成方法。
  15. 【請求項１５】前記の長く延びた補強ヒートシンク手段
    を十分な量で形成し、冷却前のウェブの平均温度は、冷
    却前のフランジの平均温度に十分に近く、冷却中にウェ
    ブ内に波が形成されることを阻止することを含む、請求
    項11の金属製Ｉ型鋼の形成方法。
  16. 【請求項１６】前記の長く延びた補強手段を十分な質量
    で形成し、前記冷却前のウェブの平均温度は、フランジ
    の華氏温度の85から95％の範囲である温度である請求項
    15の金属製Ｉ型鋼の形成方法。
  17. 【請求項１７】フランジと、長く延びたリブとの間に挿
    置された略平坦な部分を有するウェブを形成することを
    含む、請求項12の金属製Ｉ型鋼の形成方法。
  18. 【請求項１８】鋼製のＩ型鋼を形成すること、及び 前記の形成を、982℃から1260℃の温度で行うことを含
    む、請求項16の金属製Ｉ型鋼の形成方法。
  19. 【請求項１９】前記ウェブを、ほぼ連続的なウェブとし
    て設けることを含む、請求項10の金属製Ｉ型鋼の形成方
    法。
  20. 【請求項２０】前記の長く延びた補強ヒートシンク手段
    が、前記ウェブとほぼ同一の広がりを持つことを含む、
    請求項10の金属製Ｉ型鋼の形成方法。
  21. 【請求項２１】前記リブを、前記ウェブの残り部分の平
    均幅の275％から325％の最大幅に設けることを含む、請
    求項12の金属製Ｉ型鋼の形成方法。
  22. 【請求項２２】前記リブは湾曲した外表面を有する、請
    求項12の金属製Ｉ型鋼の形成方法。
JP53983998A 1997-03-14 1998-03-12 熱間ロール加工による改良型ｉ型鋼と、それに関係した製品の製造方法 Expired - Fee Related JP3267982B2 (ja)

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US818,476 1997-03-14
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