JPH04143224A - 強度・靭性に優れるフィレット部を有するｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、強度、靭性に優れるフィレット部を有する
Ｈ形鋼を熱間圧延により製造する方法に関するものであ
る。

熱間圧延のままで使用される非調質高張力・高靭性Ｈ形
鋼は、成分調整、温度制御圧延、圧延後の加速冷却等の
技術を用いて製造している。しかし、これらのＨ形鋼は
その部位により強度、靭性などの特性が異なり、特にフ
ィレット部は、他の部位にくらべ厚みが厚いため冷却速
度が遅く圧延温度も高くなることなどから、結晶粒が粗
くなり、強度・靭性に劣ったものとなる。

したがって、熱間圧延によって製造するＨ形鋼に対して
は、フィレット部の強度、靭性を向上することか強く望
まれている。

（従来の技術） 前記、フィレット部の強度、靭性を向上させる試みは従
来よりなされており、特開昭５４−４８６２９号公報に
は、圧延後特にウェブ付根部（フィレット部）を制御冷
却することによる、ウェブ付根部の低温靭性が優れたＨ
形鋼の製造方法が開示されている。しかしながら、この
技術はフィレット部の結晶粒の細粒化を制御冷却のみで
行なうため、強度、靭性の向上には自ずから限度がある
。

また、特開昭５５−４００５７号公報には、粗圧延にて
、フィレット部の断面積を故意に大きくしておき、仕上
げミルにてこの部分を強圧下するＨ形鋼の製造方法が開
示されているが、この方法では、仕上げ圧延前のフィレ
ット部の断面積を大きくするため、仕上げミルにおける
圧下刃の増大によるロール強度が不足する、寸法変動が
大きくなる、等の問題があり実用的でない。

（発明が解決しようとする課！り この発明は、熱間圧延によりＨ形鋼を製造する方法にお
いて、前記従来技術の問題点の解決を計り、フィレット
部の強度、靭性に優れるＨ形鋼の製造方法を提供しよう
とするものである。

（課題を解決するための手段） この発明の要旨は、熱間ユニバーサルミル圧延によるＨ
形鋼の圧延中に、その最終パス又はその直前パスの入側
で、該Ｈ形鋼のフランジとウェブの入隅に対応するフィ
レット部に対して、５℃／ｓ以上の冷却速度で局部的に
冷却を施し、その後フィレット部をＡｒ、意思下６３０
℃以上の範囲内の温度にて熱バランスさせて、フランジ
間隔を１０−以上ウニブ厚さの４倍以下だけ縮小させる
ウェブ高さ方向の挟圧圧延を行なうことを特徴とする強
度・靭性に優れるフィレット部を有するＨ形鋼の製造方
法であり、 さらに、フィレット部に対する局部的な冷却が、フラン
ジ幅中心におけるフランジ外面の表面温度につき、５０
０℃以下に至らせるものであり、その後の熱バランスが
、復熱又は復熱に加えて局部的に加熱を補うことにより
、フィレット部を＾Ｃ６点以上に一たん昇温させ、引き
続き、フィレット部に対し３℃／Ｓ以上の冷却速度での
局部的な冷却に基くものとするものである。

ここに、フィレット部に対する局部的冷却は、フランジ
幅中心におけるフランジ外面を水冷することにより行な
うものであり、 また、熱バランスとは鋼表面からの放熱と内部熱拡散の
バランスの取れた状態をいう。

さらに、ウェブ高さ方向の挟圧圧延時において、同時に
、フランジ部、ウェブ部に圧下を加えることも一向にさ
しつかえない。

つぎに、この発明の方法の適用に関し、Ｈ形鋼の成分組
成については、従来Ｈ形鋼に用いられる公知のものいず
れもが適合するが、代表組成をあげると以下のとおりで
ある。

Ｃ：鋼の強化元素であり、強度を確保するためには０．
０５ｗｔ％以上が好ましく、多量の添加は強度を必要以
上に高くすると共に溶接性を悪くすることから０．２５
ｗｔ％以下が好まし、い。

Ｓｉ：脱酸効果と強度を高めるためには０．１０ｗｔ％
以上が好ましく、過剰添加は靭性を低下させるので、そ
のうれいのない０．５０ｗｔ％以下とすることが好まし
い。

Ｍｎ＝焼入性を改良し、強度、靭性を向上させるため０
．４０ｗｔ％以上とすることが好ましいが、多量に添加
すると溶接性を損うことから１．５０ｗｔ％以下とする
ことが好ましい。

（作　用） この発明方法を適用したＨ形鋼の製造方法について述べ
る。

前記したように、Ｈ形鋼のフィレット部は他の部位にく
らべ厚みが厚いことから、冷却速度が遅く、通常の熱間
圧延においては圧延温度も高くなり、結晶粒が粗大化し
て、強度、靭性が劣るものとなる。

したがって、この発明方法においては、フィレット部に
おいて、 ・圧延前の結晶粒を細粒化すること、 ・温度制御圧延により結晶粒を細粒化すること、・圧延
による加工歪量を増大すること、など行なうことにより
、フィレット部の結晶粒の、より一層の細粒化を計り、
強度、靭性を向上させるものである。

すなわち、通常の圧延においては、フィレット部の圧延
仕上り温度は高く、圧延後再結晶が進み粗粒化するため
、たとえ圧下率を大きくして加工歪量を増大しても、結
晶粒の細粒化効果はあまり期待できない。

そこで、圧延温度を低下させることが有効であるが、放
冷によりＨ形鋼全体を冷却して圧延する場合、フィレッ
ト部の圧延温度を計８点以下６３０℃以上の範囲内の温
度にすると、ウェブ部等は温度が下りすぎ材質異常（靭
性の低下、強度の規格値オーバー等）となる。

したがって、フィレット部のみを急冷して温度低下を計
ることが好ましく、このためにはフランジ幅中心におけ
るフランジ外面を水冷により急冷することが有効である
。

一方、このように、フランジ幅中心におけるフランジ外
面を水冷により急冷し、その後Ａｒ１点以下６３０℃以
上の範囲内の温度にて熱バランスさせることは、圧延前
フィレット部の結晶粒を細粒化させるものであり、 さらに、前記冷却において、該フランジ外面の表面温度
を５００℃以下、すなわちベイナイト、又はマルテンサ
イト生成域まで急冷した後、復熱、又は復熱に加えて局
部加熱を行なってＡｃ、意思上の温度に昇熱させ、再度
績フランジ外面を水冷し、その後、Ａｒ、点板下６３０
℃以上の範囲内の温度にて熱バランスさせることは、圧
延前の鋼の結晶粒を細粒化させるものであり、これに加
えてこの冷却方法は、Ａｒ、点板下６３０℃以上の範囲
内の温度にて熱バランスさせることを容易にするもので
ある。

つぎに、フィレット部をＡｒ１点以下６３０℃以上の範
囲内の温度で圧延することは、圧延後の結晶粒の成長が
なく細粒化した結晶粒がそのまま保たれ、したがって、
強度、靭性の良好なフィレット部が得られるわけである
が、この発明においては、前記圧延でフィレット部の加
工歪量を増大することにより、結晶粒のより一層の細粒
化を促進させるもので、さらに優れた強度、靭性が得ら
れることになる。

ここで、圧延によるフィレット部の加工歪量の増大はフ
ランジ間隔を縮小することにより行ない、フランジ間隔
の縮小は、ユニバーサルミルの水平ロール幅を狭くする
ことにより行なう。

このフランジ間隔を縮小する場合のフィレット部近傍の
メタルフローは次のようになる。

第２図のＨ形鋼横断面において、フランジ間隔縮小圧延
前Ａ（実線）から、フランジ間隔縮小圧延後Ｂ（点線）
に圧延により成形する場合、まず、垂直ロールによりフ
ランジ間隔を縮小する挟圧圧延が行なわれるが、この時
にはウェブ部のメタルがフィレット部に入り込むａの方
向に流れ、さらに圧下が進むと局部的にウェブ部の厚み
を増すｂの方向に流れる。そして最後に水平ロールによ
り、ウェブ部が厚みを増した部分を含めＣの方向に圧下
される。

かくすることにより、従来と同し圧下率であっても、フ
ランジ間隔を縮小することによりフィシ・７ト部には大
きな加工歪が加わることになる。

つぎに、この発明方法を適用して製造する圧延ラインは
、例えば第１図に示すような構成で行うことができる。

すなわち、第１図は、加熱炉６、ブレークダウンミル１
、中間デツキ７、ユニバーサルミル２、エツジヤ−ミル
３、冷却ゾーン４ａ、復熱ゾーン４ｂ、冷却ゾーン４Ｃ
および仕上げユニバーサルミル５の構成よりなる。

また、冷却ゾーンには、フランジ外面を水冷するための
ノズルを配置してあり、復熱ゾーンには、フランジ外面
を加熱するためのバーナーによる加熱装置、あるいは高
周波加熱装置などを備えている。

なお、これらの冷却ゾーン、復熱ゾーン（４ａ、　４ｂ
４ｃ）は、中間デツキ７とユニバーサルミル２の間に設
けても、この発明方法を適用することができる。

前記圧延ラインにおける圧延工程を順に説明する。

加熱炉６で加熱された素材は、ブレークダウンミル１で
の粗圧延の後、中間デツキ７を通ってユニバーサルミル
２での圧延の後、冷却過程を経て仕上げユニバーサルミ
ル５でフランジ間隔を縮小する挟圧圧延が行なわれる。

そして、ユニバーサルミル２での圧延後の冷却は、冷却
ゾーン４ａ又は４Ｃを用いて、フランジ幅中心のフラン
ジ外面を水冷することにより、フィレット部に対し５℃
／Ｓ以上の冷却速度で局部的に急冷し、その後Ａｒ、点
以下６３０℃以上の範囲内の温度にて熱バランスさせる
か、 又は、冷却ゾーン４ａで、前記と同様の水冷によりフィ
レット部に対し５℃／ｓ以上の冷却速度で局部的に急冷
してフランジ幅中心におけるフランジ外面の表面温度を
５００℃以下にし、その後の熱バランスが復熱ゾーン４
ｂにて復熱又は復熱に加えてフランジ幅中心のフランジ
外面を局部的に加熱することによりフィレット部をへ０
１点以上に昇温させ、さらに冷却ゾーン４ｃで前記と同
様の水冷でフィレット部に対し、３℃／ｓ以上の冷却速
度で局部的に急冷し、その後Ａｒ＋点以下の６３０℃以
上の範囲内の温度にて熱バランスさせる。

つづいて、仕上げユニバーサルミル５での圧延は、フィ
レット部がＡｒ、点板下６３０℃以上の範囲内の温度で
フランジ間隔を１０ｍ以上ウェブ高さの４倍以下の範囲
内でウェブ高さ方向に挟圧圧延を行なうが、この圧延を
行なう場合、仕上げユニバーサルミル５には、ユニバー
サルミル２の水平ロール幅よりフランジ間隔の縮小に合
わせて狭くした幅を有する水平ロールを用いる。

つぎに、この発明方法において、冷却条件、および圧延
条件を限定する理由を以下に述べる。

まず、最終パスまたはその直前パスの入側でのフィレッ
ト部に対する冷却速度は、遅すぎると急冷による結晶粒
の細粒化効果が得られず、かつ、フランジ幅中心におけ
るフランジ外面の表面温度を５００℃以下にする場合に
は前記に加えて復熱による温度上昇が望めな（なること
から、フィレット部に対して５℃／Ｓ以上の冷却速度と
する。

前記、フランジ幅中心におけるフランジ外面の表面温度
を５００℃以下にした後の昇温は、表面に局部的に生成
するベイナイトあるいはマルテンサイトを焼戻すためＡ
ｃ、意思上の温度にする必要があり、この昇温後の冷却
速度は、結晶粒の細粒化を計るため、フィレット部に対
し３℃／ｓ以上の冷却速度とする必要がある。

つづいて、フランジ間隔を縮小するウェブ高さ方向の挟
圧圧延における圧延温度は、Ａｒ＋点を超える温度では
、圧延後再結晶が進行することなどあって結晶粒の細粒
化が期待できず、６３０″Ｃ未満では靭性が劣化するた
めＡｒ、点板下６３０″Ｃ以上とする。

また、前記ウェブ高さ方向の挟圧圧延におけるフランジ
間隔の縮小幅は、１０５ｍ未満ではフィレット部の加工
歪量が不足して、強度、靭性の向上が期待できず、ウェ
ブ厚さの４倍を超えるとウェブ部に座屈が生しることか
ら、１０ｍｍ以上ウェブ厚さの４倍以下とする。

なお、フランジ間隔の縮小幅下限を絶対値とした理由は
、フランジ間隔を縮小する圧延において、ウェブ部の高
さ方向に影響を及ぼす範囲が、ウェブ高さなどに関係な
く、定まった範囲内にあることによる。

（実施例） 転炉で溶製した、Ｃ：　０．１６ｉｍｔ％、Ｓｉ　：　
０．３０ｗｔ％、Ｍｎ　：　１．２０ｗｔ％を含有する
ビームブランクを素材とし、下記のＡ、Ｂ、Ｃ１３サイ
ズのＨ形鋼を、この発明方法、および従来方法により製
造した。

Ａ、　Ｈ３Ｏ０ｘ２５０　ｘ　９　ｘ１２Ｂ、　　Ｈ６
００Ｘ２００　Ｘ　９　Ｘ１９Ｃ，Ｈ７５０ｘ２５０　
ｘ１４ｘ２Ｂ この発明方法による前記３サイスの圧延は、第１図に示
す圧延ラインで下記の圧延条件Ｉで行ない、サイズＢに
ついては、圧延条件２でも行なった。

圧延条件ｌ ・フランジ間隔の縮小：　１０ａｗｍ ・ＵＰフランジ圧下率：１０％ ・４ａ冷却ゾーンにおける冷却によるフランジ幅中心に
おけるフランジ外面の表面温度：３５０℃・４ｂ復熱ゾ
ーンにおけるフィレント部復熱温度ニア３０℃ ・４ｃ冷却ゾーンにおける冷却によるフランジ幅中心に
おけるフランジ外面の表面温度：４５０℃・仕上げユニ
バーサルミル圧延時フィレット部温度ニア００℃ 圧延条件２ ・フランジ間隔の縮小：　１０ｍｍ ・ＵＰフランジ圧下率ニア％ ・４ａ冷却ゾーンにおける冷却によるフランジ幅中心に
おけるフランジ外面の表面温度：３５０℃・仕上げユニ
バーサルミル圧延時フィレット部温度＝７３０°に れらのＨ形鋼について、フランジ幅方向スとｙ２（フィ
レット部）の位置における部材について、引張特性、吸
収エネルギーを調査し、さらに、Ｂサイズの従来方法及
びこの発明方法の圧延条件１により製造したＨ形鋼につ
いては、フィレット部の断面組織も調査した。

これらの調査結果を、第３図−−−−一−−引張特性、
第４図−−−一−−−吸収エネルギー、及び、第５図−
一−−−断面組織を示す顕微鏡写真（倍率４００）に示
す。

なお、フランジ幅スの位置における引張特性、吸収エネ
ルギーは、この発明方法による場合も従来方法による場
合も大差ないので、第３図及び第４図には従来方法の値
を示した。

これらの結果より、この発明方法により製造したＨ形鋼
は、従来方法で製造したＨ形鋼にくらべ、フィレット部
の強度、靭性は優れており、組織も細かくなっているこ
とがわかる。

（発明の効果） この発明方法によれば、フィレット部の温度制御を行な
って、フランジ間隔の縮小圧延を行うことにより、強度
・靭性の優れるフィレット部を有するＨ形鋼が得られ、
この発明方法によって製造するＨ形鋼は、構造物等に使
用して、安全性が高く信鎖性に冨むものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｈ形鋼の圧延ラインを示す上面図、第２図は
、ウェブ高さを縮小圧延するときのメタルフローを示す
Ｈ形鋼の横断面図、 第３図は、この発明方法、及び従来方法によって製造し
たＨ形鋼の引張特性を示すグラフ、第４図は、この発明
方法、及び従来方法によって製造したＨ形鋼の吸収エネ
ルギーを示すグラフ、及び 第５図は、この発明方法、及び従来方法によって製造し
たＨ形鋼の断面組織を示す顕微鏡写真である。 １・・・ブレークダウンミル ２・・・ユニバーサルミル　　３・・・エツジヤ−ミル
４ａ・・・冷却ゾーン　　　　　４ｂ・・・復熱ゾーン
４ｃ・・・冷却ゾーン ５・・・仕上ケユニバーサルミル ６・・・加熱炉　　　　　　　７・・・中間デツキＡ・
・・フランジ間隔縮小圧延前断面 Ｂ・・・フランジ間隔縮小圧延後断面 第１図 第２図 第３図 フラング厚Ｃｍｍ） 第４図 フランＶ″７ｔＣｍｒｎ） 手 続 補 正 書 平成３年 月 日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱間ユニバーサルミル圧延によるＨ形鋼の圧延中に
   、その最終パス又はその直前パスの入側で、該Ｈ形鋼の
   フランジとウェブの入隅に対応するフィレット部に対し
   て、５℃／ｓ以上の冷却速度で局部的に冷却を施し、そ
   の後フィレット部をＡｒ＿１点以下６３０℃以上の範囲
   内の温度にて熱バランスさせて、フランジ間隔を１０ｍ
   ｍ以上ウェブ厚さの４倍以下だけ縮小させるウェブ高さ
   方向の挟圧圧延を行なうことを特徴とする強度・靭性に
   優れるフィレット部を有するＨ形鋼の製造方法。 ２、フィレット部に対する局部的な冷却が、フランジ幅
   中心におけるフランジ外面の表面温度につき、５００℃
   以下に至らせるものであり、その後の熱バランスが、復
   熱又は復熱に加えて局部的に加熱を補うことにより、フ
   ィレット部をＡｃ＿１点以上に一たん昇温させ、引き続
   き、フィレット部に対し３℃／ｓ以上の冷却速度での局
   部的な冷却に基くものとする、請求項１項記載の強度・
   靭性に優れるフィレット部を有するＨ形鋼の製造方法。