JP3496531B2

JP3496531B2 - 溝形鋼の製造方法

Info

Publication number: JP3496531B2
Application number: JP22818698A
Authority: JP
Inventors: 晃夫藤林; 誠中世古
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2004-02-16
Anticipated expiration: 2018-08-12
Also published as: JP2000051903A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧延による溝形鋼
の製造方法に関し、特にウェブ厚みがフランジ厚みより
も厚い大形の溝形鋼の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、熱間圧延された形鋼は、その断
面形状が複雑で、特にウェブとフランジの厚みが異なる
形鋼の製造では、圧延中に生じた各部位の温度差から圧
延後製品が熱歪によって変形し問題となっていた。これ
まで用いられてきた溝形鋼の、例えば、Ｕリブと称する
ものは、ウェブとフランジの厚みが同じであったため、
圧延によってウェブとフランジを圧延しながら造形し、
最終仕上げ圧延の終了時にはウェブおよびフランジの温
度はほぼ同じであり、その後冷却床で自然放冷させても
特に大きな歪みは生じることなく常温まで冷却すること
が可能であった。しかしながら、近年、橋梁の下部部材
として用いられるＵリブは橋梁を建設する際の建設工数
や工事費削減のために大形化しており、フランジ幅の広
いＵリブが求められてきた。このような大形のＵリブは
従来のＵリブに比べてそのフランジ幅が３００〜４００
ｍｍと大きく、それに伴って強度をもたせるためにウェ
ブ厚みがフランジ厚みに比べて厚い特殊な仕様となって
いる。

【０００３】このようにウェブ厚みとフランジ厚みが異
なる大形のＵリブを圧延法によって製造すると、加熱炉
から粗圧延、仕上げ圧延と時間が経つに従って厚みの厚
いウェブの温度が厚みの薄いフランジの温度より高くな
り、その温度差は徐々に広がっていく。従って、仕上げ
圧延が終了した時点では３０〜１００℃程度の温度差が
生じ、仕上げ圧延終了時には曲がりのない良好な形状で
あっても冷却床で自然放冷中に温度が下がるに従って通
常はウェブの面を内側に反りが生じ始める。この反りは
ウェブおよびフランジが常温に至った時点で最大とな
る。このような反りの生じたＵリブは形鋼の製造で通常
用いられる複数ロールの繰り返し曲げによって歪みを除
去する矯正機で矯正することが難しかった。従って、こ
れまではウェブ厚みの厚いＵリブは条切りした厚板を溶
接で組み立てて製造するのが一般的であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、冷却中の鋼材の
熱歪を小さくする方法としては、仕上げ圧延終了時にウ
ェブとフランジの温度を同じにしておけば、冷却途中で
反りが発生するものの最終的な変形は小さくなることが
知られている。しかしながら、仕上げ圧延終了時に厚み
の厚いウェブの温度をフランジと同じ温度にするために
は、粗圧延や仕上げ圧延時にウェブを選択的に冷却しな
ければならず、そのためには各圧延機にウェブを冷やす
ための冷却装置を設置する必要があり設備費が膨大とな
っていた。

【０００５】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、ウェブ厚みがフランジ厚みより
も厚い溝形鋼を圧延によって製造する場合において、反
りなどの変形が少ない溝形鋼を能率的に製造する方法を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る溝形鋼の製
造方法は、圧延法によってウェブ厚みがフランジ厚みよ
りも厚い溝形鋼を製造するに際して、フランジの仕上が
り温度を変態開始温度以下とし、仕上げ圧延終了時のフ
ランジとウェブの伸びがほぼ同じになるフランジ温度お
よびウェブ温度で仕上げ圧延を終了することを特徴とす
るものである。この場合、圧延中にウェブあるいはウェ
ブとフランジを水冷しながら前記フランジ温度および前
記ウェブ温度で仕上げ圧延を終了するものである。

【０００７】本発明の溝形鋼の製造方法の特徴を図面に
基づいて説明する。図１は鋼の冷却中の長さの変化を模
式的に示したものである（これは、Dilation curve と
呼ばれるものである）。通常、鋼は１０００℃以上の高
温に加熱して圧延を施されるが、高温域では鋼の組織は
オーステナイト（γ）であるが、冷却中に、ある温度
（通常の空冷では７４０℃前後）で変態を開始する。こ
の変態開始温度をＡｒ１温度と呼ぶ。変態が始まると、
鋼は変態膨張によって長さが膨張する。やがて変態が終
了すると再び収縮を始める。このように、鋼は圧延後、
冷却が進行するに従ってそれぞれの温度領域で収縮−膨
張−収縮をする。従って、ウェブとフランジの厚みが異
なる大形のＵリブを冷却すると、フランジの収縮−膨張
−収縮と、ウェブの収縮−膨張−収縮とが時間的にずれ
を生じるために、その長手方向の反りが経時変化をす
る。

【０００８】図５は、図６（ａ）に示す断面の代表的な
サイズの大形Ｕリブ１をウェブ２を上にして通常圧延で
仕上げた場合の仕上がり時点を時刻ゼロとして、そのＵ
リブ１の反りの経時変化を示した図である。この図にお
いて、プラスが上反り、すなわち図６（ｂ）に示すよう
にウェブ２の方が収縮した状態、マイナスが下反り、す
なわち図６（ｃ）に示すようにフランジ３の方が収縮し
た状態である。図６において、フランジ高さは３００ｍ
ｍ、Ｕリブ上下端の幅はそれぞれ４４０ｍｍ、３００ｍ
ｍ、フランジ厚みは８ｍｍ、ウェブ厚みは１２ｍｍで、
仕上がり時のフランジおよびウェブの温度はそれぞれ７
７０℃と８６０℃であった。この図のようにＵリブ１は
最初上反りから始まって最終的に下反りに終わる。これ
は、仕上がり時のフランジ、ウェブの温度がそれぞれ７
７０℃、８６０℃であったので、最終的に常温（〜２０
℃）まで冷やされた際の総縮み代はウェブの方が大きい
ためである。

【０００９】本発明はこのような複雑な曲がりを呈する
大形Ｕリブの曲がりの様相を詳細に検討した結果、見出
されたもので、ウェブ、あるいはフランジとウェブを圧
延前、圧延中あるいは最終仕上げ圧延パスまでに調整冷
却し、フランジの仕上がり温度を変態開始温度のＡｒ１
温度以下にし、仕上げ時のフランジとウェブの伸びがほ
ぼ同じとなるようなフランジ温度およびウェブ温度で仕
上げ圧延を終了するものである。

【００１０】この場合において、フランジとウェブの仕
上がり目標温度（仕上げ圧延時の温度）は次のように決
定する。まず、当該Ｕリブと同じ鋼の空冷時における温
度と伸びの特性図を図１のように求める。次に、この図
において変態中に伸びが同じになる温度の組み合わせ、
例えば、図１のａ点、ｂ点、ｃ点を求める。これらの３
点を求めるには図１の特性曲線の極大、極小の範囲内に
おいて、伸びが同じになる任意の直線（水平線）２０と
の交点を求めればよい。従って、フランジとウェブの温
度をこの組み合わせで仕上げれば、常温まで冷却された
時点で反りがゼロに近い状態となる。ただし、当該Ｕリ
ブはウェブ厚みがフランジ厚みより厚く、圧延中にはウ
ェブ温度が高いので、仕上げ圧延終了時のウェブおよび
フランジの目標温度は、ウェブ温度のａ点、フランジ温
度のｂ点、あるいはウェブ温度のａ点、フランジ温度の
ｃ点、もしくはウェブ温度のｂ点、フランジ温度のｃ点
の３つの組み合わせがある。このとき、ウェブ厚みとフ
ランジ厚みの比、圧延条件（圧延時間や圧延中の水冷条
件）によって最も温度調整のしやすい温度の組み合わせ
をこの中から選べばよい。

【００１１】図４は、本発明によって、Ａｒ１温度が７
４５℃の鋼を仕上げ時のフランジとウェブの伸びが等し
くなる温度、すなわちフランジ温度を図１のｂ点で示す
７１０℃、ウェブ温度を図１のａ点で示す７６０℃とし
た場合の反りの具合を求めた結果である。この方法によ
れば、最終的にフランジとウェブの温度が共に常温に至
った時、両者の総縮み代がほぼ同じで、かつ冷却途中で
大きな反りを発生することなく、従って塑性歪みを発生
することなく常温に至った。従って、後に矯正する際
に、矯正荷重は小さく、かつその矯正量が小さいので、
フランジ部に波状の変形が発生することはなかった。

【００１２】従来、常識的に用いられていた、仕上げ時
の温度をフランジ、ウェブで同じにする手法は、この場
合、フランジ温度を下げずにウェブの温度のみを約９０
℃下げなければならず、このためには、パススケジュー
ルの変更や圧延時間の変更とウェブの水冷強化を行わな
ければならず、現実的にウェブ温度のみを下げることは
不可能で両者の温度差を完全になくすことは難しかっ
た。一方、本発明による方法であれば、フランジ温度を
７７０℃から７１０℃と約６０℃、ウェブ温度を８６０
℃から７６０℃と１００℃下げ、両者の温度差は４０℃
と小さい。したがって、現実的にはフランジを弱冷却し
ながらウェブを強冷却すれば、現状の圧延パススケジュ
ール等を変更することなく、また能率を落とすことな
く、大形のＵリブの圧延が可能である。なお、本発明に
おける圧延法には、孔型圧延法、ユニバーサル圧延法の
いずれも包含するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】図２は本発明の実施例で使用した
製造設備の概要を示す図である。図２において、４は加
熱炉、５は粗圧延機、６は第１の中間圧延機、７は第２
の中間圧延機、８は仕上げ圧延機、９は冷却床、１０は
矯正機である。この実施例は、熱間圧延によって断面が
厚み２５０ｍｍ、幅６５０ｍｍのスラブを圧延して、図
６（ａ）に示すような、フランジ高さが３００ｍｍ、ウ
ェブ幅が４４０ｍｍと３００ｍｍ、フランジ厚みが８ｍ
ｍ、ウェブ厚みが１２ｍｍの大形のＵリブ１を製造する
ものである。また、粗圧延機５、第１の中間圧延機６、
第２の中間圧延機７および仕上げ圧延機８でそれぞれの
圧延機のロールには各３つのカリバーが設けられ、合計
１２のカリバーで孔型圧延を行った。圧延材はフランジ
を下にウェブを上にした上に凸の状態で圧延される。さ
らに、第１の中間圧延機６、第２の中間圧延機７および
仕上げ圧延機８には、図３に示すようにウェブ２を下側
から冷却するための冷却ノズル１５が各圧延機の入側サ
イドガイド（図示せず）、出側サイドガイド１２と連動
して動くように、かつ、圧延材の中心を下から水を噴射
するように設けられており、さらにフランジ３をサイド
から冷却するように入側と出側のサイドガイド１２に該
ガイドと連動して左右に動くようにガイドに設けた開口
部から冷却水を噴射する冷却ノズル１４が設けられてい
る。なお図３において、１１は圧延ロール、１３は出側
搬送ロールである。そして、仕上げ圧延後の大形Ｕリブ
１は冷却床９に搬送されて、自然放冷され、常温まで冷
却した後、矯正機１０で矯正される。

【００１４】この製造設備において、加熱炉４で約１２
５０℃に加熱したスラブをデスケーリングした後、粗圧
延機５、続いて第１、第２の中間圧延機６、７および仕
上げ圧延機８で圧延した。この圧延中に第１、第２の中
間圧延機６、７および仕上げ圧延機８でウェブを下側の
冷却ノズル１５から水を噴射して冷却するとともに、フ
ランジをサイドの冷却ノズル１４から水を噴射して冷却
しながら圧延した。そして、最終の仕上げ温度を本発明
の主旨である『フランジの仕上がり温度を変態開始のＡ
ｒ１温度以下、すなわちこの鋼の場合の変態点７４５℃
以下にし、かつ、仕上げ時のフランジとウェブの伸びが
ほぼ同じになるフランジ温度およびウェブ温度となるよ
うに仕上げ圧延を終了させる』べくフランジ温度が７１
０℃、ウェブ温度が７６０℃となるように冷却しながら
圧延した。仕上げ圧延後、この大形Ｕリブをホットソー
（図示せず）で切断し、冷却床９に搬送して自然放冷し
た。その結果、最終的にフランジとウェブの温度が共に
常温に至った時、両者の総縮み代はほぼ同じで、かつ、
冷却途中で大きな反りを発生することなく、従って塑性
歪みを発生することなく、１０ｍあたりの曲がりは２０
ｍｍであった。この大形Ｕリブは後に最大荷重３００ｔ
の矯正機１０で矯正したが、大きな矯正を加えることな
く１０ｍあたりの曲がりをほぼ０に矯正することができ
た。また、このとき、フランジに波状の変形は発生しな
かった。

【００１５】（比較例１）比較例１として、前記実施例
と同じ圧延設備において同じサイズの大形Ｕリブを製造
した場合で、実施例で行った第１の中間圧延機６、第２
の中間圧延機７および仕上げ圧延機８では温度調整のた
めの水冷を行わずに、仕上げ時の圧延温度を成り行きに
任せた場合の製造例を以下に説明する。本比較例は前述
の実施例と同じく熱間圧延によって断面が厚み２５０ｍ
ｍ、幅６５０ｍｍのスラブを圧延して実施例と同じサイ
ズの大形Ｕリブを製造した場合で、設備の構成は図２と
同じである。加熱炉４で約１２５０℃に加熱したスラブ
をデスケーリングした後、粗圧延機５、続いて第１、第
２の中間圧延機６、７および仕上げ圧延機８で圧延し
た。この圧延中に第１、第２の中間圧延機６、７および
仕上げ圧延機８では特にフランジ、ウェブを水冷するこ
とは行わずに圧延した。その結果、仕上げ圧延終了時に
はフランジ温度は７７０℃、ウェブ温度は８６０℃であ
った。この大形Ｕリブをホットソーで切断し、冷却床９
に搬送して自然放冷した。その結果、最終的にフランジ
とウェブの温度が共に常温に至った時、両者の総縮み代
が異なることで１０ｍあたり６０〜９０ｃｍの大きな反
りが発生した。この大形Ｕリブは後に最大荷重３００ｔ
の矯正機１０で矯正したが、最大荷重を加えても曲がり
をとりきることは不可能であった。残留歪みは１０ｍあ
たり２００ｍｍであった。この矯正の際に、フランジに
波状の変形が生じた。従って、この大形Ｕリブは製品と
ならなかった。

【００１６】（比較例２）比較例２として、前記実施例
と同じ圧延設備において同じサイズの大形Ｕリブを製造
した場合で、実施例で行った第１の中間圧延機６、第２
の中間圧延機７および仕上げ圧延機８では温度調整のた
めの水冷を行い、ウェブとフランジの温度を同じにして
仕上げ圧延を終了させた場合である。比較例２は前述の
実施例と同じく熱間圧延によって断面が厚み２５０ｍ
ｍ、幅６５０ｍｍのスラブを圧延して実施例と同じサイ
ズの大形Ｕリブを製造した場合で、設備の構成は図２と
同じである。加熱炉４で約１２５０℃に加熱したスラブ
をデスケーリングした後、粗圧延機５、続いて第１、第
２の中間圧延機６、７および仕上げ圧延機８で圧延し
た。この圧延中に第１、第２の中間圧延機６、７および
仕上げ圧延機８ではウェブのみを水冷しながら圧延し
た。しかしながら、通常の圧延条件でフランジの仕上が
り温度が７７０℃に対してフランジ温度を７７０℃まで
冷却することができなかった。その結果、仕上げ圧延終
了時にはフランジ温度は７７０℃、ウェブ温度は８１０
℃であった。この大形Ｕリブをホットソーで切断し、冷
却床９に搬送して自然放冷した。その結果、最終的にフ
ランジとウェブの温度が共に常温に至った時、両者の総
縮み代が異なることで１０ｍあたり３０〜７０ｃｍの大
きな反りが発生した。この大形Ｕリブは後に最大荷重３
００ｔの矯正機１０で矯正したが、最大荷重を加えても
曲がりをとりきることは不可能であった。残留歪みは１
０ｍあたり１００ｍｍであった。この矯正の際に、フラ
ンジに波状の波形が生じた。従って、この大形Ｕリブは
製品とならなかった。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば次のような効果を得ることができる。（１）本発明の方法によって歪みの少ない大形の溝形鋼
を安定に製造することができる。（２）熱歪を矯正する際に、フランジが波状の変形を呈
することがなく、製品歩留まりが高い。（３）冷却床での変形が少なく、搬送やクレーンでの吊
り上げが容易である。（４）矯正等の精製工程が簡略化でき能率が上がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼の温度と伸びの関係を示す図で、本発明にお
いてフランジとウェブの仕上げ圧延時の温度を求めるた
めに用いる図である。

【図２】本発明の実施例で使用した製造設備の概要図で
ある。

【図３】本発明の仕上がり目標温度を調整するために圧
延機に設けられた水冷設備の概要を示す図である。

【図４】本発明方法によって製造した大形Ｕリブの仕上
げ圧延終了後の自然放冷中に発生する反り量の経時変化
を示す図である。

【図５】従来法によって製造した大形Ｕリブの仕上げ圧
延終了後の自然放冷中に発生する反り量の経時変化を示
す図である。

【図６】大形Ｕリブの断面図と自然放冷中に発生する反
りを模式的に示す図である。

【符号の説明】

１大形Ｕリブ２ウェブ３フランジ４加熱炉５粗圧延機６第１の中間圧延機７第２の中間圧延機８仕上げ圧延機９冷却床１０矯正機１１圧延ロール１２出側サイドガイド１３出側搬送ロール１４フランジ冷却用の冷却ノズル１５ウェブ冷却用の冷却ノズル

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧延法によってウェブ厚みがフランジ厚
みよりも厚い溝形鋼を製造するに際して、フランジの仕
上がり温度を変態開始温度以下とし、仕上げ圧延終了時
のフランジとウェブの伸びがほぼ同じになるフランジ温
度およびウェブ温度で仕上げ圧延を終了することを特徴
とする溝形鋼の製造方法。
【請求項２】圧延中にウェブあるいはウェブとフラン
ジを水冷しながら前記フランジ温度および前記ウェブ温
度で仕上げ圧延を終了することを特徴とする請求項１記
載の溝形鋼の製造方法。