JPH0723508B2 - 薄肉h形鋼の冷却方法およびその装置 - Google Patents

薄肉h形鋼の冷却方法およびその装置

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JPH0723508B2
JPH0723508B2 JP2068125A JP6812590A JPH0723508B2 JP H0723508 B2 JPH0723508 B2 JP H0723508B2 JP 2068125 A JP2068125 A JP 2068125A JP 6812590 A JP6812590 A JP 6812590A JP H0723508 B2 JPH0723508 B2 JP H0723508B2
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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B45/00Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203Cooling
    • B21B45/0209Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 近年来H形鋼製品について、薄肉化の要望が主として建
設構造物用材の分野で強まっている。この発明は式要請
に応じるための薄肉H形鋼の圧延の際に多発傾向の著し
いウエブ波発生防止法と、その方法の実施に適合する装
置についての開発研究の成果である。
ここに、薄肉H形鋼とは、フランジ厚さ/ウエブ厚さ比
(以下単に「TF/TW」で示す)が2以上、ウエブ高さ/
ウエブ厚さ比(以下単に「HW/TW」で示す。)が65以上
のH形鋼を指すものとし、またウエブ波とは、薄肉H形
鋼の最終圧延後の冷却中にしばしばウエブに発生する波
状の凹凸を意味するのは慣例どおりである。
(従来の技術) 特公昭55−43053号公報には、残留応力の少ないH形鋼
の製造方法が開示されている。この方法は、ウエブ温度
が750℃〜500℃の温度領域において、ウエブ温度とフラ
ンジ温度の差が、プラス、マイナス80℃以内となる如き
温度関係域を経過せしめる第1の手段と、ひき続き、自
然冷却もしくは徐冷あるいは強制冷却を加える第2の手
段からなっている。
しかしながら、この方法では、TF/TW、HW/TWが大きく
なると、第2手段での冷却で、空冷、あるいはボックス
に入れての徐冷の場合は残留応力によるウエブ波が発生
し、ウエブ波が発生しないように強制冷却の度合いを強
めると、冷却面に低温変態組織(マルテンサイト、ベイ
ナイト組織をいう)が生成しフランジ表面硬度が上がり
過ぎ、靭性が劣化して曲げ加工性、溶接性が劣化するな
どの問題があり、このほか第1の手段では、フランジ部
を冷却しながらウエブ部を逆に加熱するというコストア
ップ要因も含まれている。
また、特開昭58−93819号公報にはウエブ波のないH形
鋼の製造方法として、最終仕上圧延前の工程で、ウエブ
の保温もしくはフランジの水冷を行ない、ウエブ波の形
状不良を評価するウエブ評価指数Wをフランジおよびウ
エブの仕上温度および断面寸法で表わしたものである
が、これもTF/TW,HW/TWが上記のように大きい薄肉H
形鋼についてはもはや適用できなくなる。
(発明が解決しようとする課題) H形鋼はのそ形状から、熱間圧延とくにその後の冷却過
程で、フランジ部とウエブ部に温度差が生じ易いのでし
ばしば冷却後の残留応力が問題となる。特に薄肉H形鋼
では、TF/TW,HW/TWが大きいので残留応力も大きくな
る。そして、ウエブ部に生じた残留応力が限界を超えて
大きくなるとウエブ波が発生する。
ウエブ波の発生を防止するためかりに、フランジ部の強
制冷却を強く行うと冷却面の鋼材の靭性が劣化する。逆
に靭性劣化のない、すなわち低温変態組織の生成のない
様な単純な緩冷却ではウエブ波の発生が余儀なくされ
る。
この発明は、TF/TW,HW/TWの大きいH形鋼、すなわち
薄肉H形鋼を製造するにあたって、従来技術の上記した
ような問題点を解決して、ウエブ波の発生を防止し、加
えて靭性にも優れた薄肉H形鋼の製造を容易にしようと
するものである。
(課題を解決するための手段) この発明の要旨は以下のとおりである。
1.形鋼の熱間仕上げ圧延機を用いる薄肉H形鋼の熱間圧
延に際し、 熱間仕上げ圧延機の入側及び/又は出側にて、その圧延
ラインを挟みかつこれに沿って間隔をへだてる少なくと
も2ヵ所から薄肉H形鋼の断面サイズに応じて、 フランジ表面温度を、Ar1変態温度に対してはるかに低
く低温変態組織の生成する温度よりは高い温度域に至る
まで一たん急冷し、引続きフランジの表面温度がAc1
近傍の温度に達するまで復熱させる、急冷−復熱両過程
よりなる熱サイクルを2回以上にわたって繰返す冷却パ
ターンの下における冷却水の噴射供給を行なうことを特
徴とする、薄肉H形鋼のウエブ波発生防止法。
2.形鋼の熱間仕上げ圧延機の入側及び/又は出側で、つ
くろうとする薄肉H形鋼の圧延ラインを挟んで薄肉H形
鋼のフランジに面する冷却水の噴射供給が個別的に制御
可能な複数区画に分割して成る冷却ゾーンを配設したこ
とを特徴とする薄肉H形鋼のウエブ波発生防止装置。
ここに、復熱過程は冷却ゾーンを外れたスペースで行な
ってもよい。
この明細書において、Ac1変態点温度近傍とは、Ac1変態
点温度より50℃低い温度以上であることを意味し、また
低温変態組織とはマルテンサイト、ベイナイト組織をい
うものとする。
(作用) 熱間圧延によりH形鋼を製造するにあたって、薄肉H形
鋼、すなわち、TF/TWが2以上、HW/TWが65以上と大き
くなると、通常の製造条件ではウエブ波が著しく多発す
る。そして、ウエブ波の発生を防止するため強制冷却を
強めると、低温変態組織、すなわち、マルテンサイト、
ベイナイト組織などが生成し、強制冷却部の靭性を著し
く損うことになる。
これらのウエブ波の発生、あるいは靭性の劣化を防止
し、コスト高要因を排除するためには、熱間仕上げ圧延
機の入側及び/又は出側にて、H形鋼のフランジ表面
を、水冷による急冷と、これに続いて水冷中断による復
熱とからなる熱サイクルを2回以上繰り返すことが必要
である。
さらに、水冷による急冷時のフランジ表面の最低温度
は、靭性が劣化する低温変態組織の生成を防止すること
が肝要であり、このためには低温変態組織の生成温度よ
り高い温度に止どめる必要がある。また、復熱によるフ
ランジ表面温度は、焼戻効果による靭性の向上を計るた
めAc1変態点より50℃低い温度以上になるように、前過
程の水冷による急冷条件、および復熱時間などを調整す
ることか必要である。
つぎに、この発明の製造法および装置を、第1図により
説明を加える。第1図は、左から順に、粗圧延機3、エ
ッジングミル4、冷却ゾーン1、仕上圧延機5、冷却ゾ
ーン2と配置されており、熱間圧延H形鋼は、最終段階
では矢印の方向に移動する。そして、冷却ゾーン1およ
び2は、さらに小さくわかれた区画よりなり、第1図に
おいては、冷却ゾーン1が7区画、冷却ゾーン2が6区
画にわかれており、各区画ごとに、冷却水を噴射供給す
るにあたっての流量コントロールができるようになって
いる。
この発明の適用は、 熱間圧延途中の鋼材を、粗圧延機3で粗圧延を終え、エ
ッジングミル4でエッジング圧延した後、水冷ゾーン1
で水冷による急冷、水冷中断による復熱を2回以上繰返
し、仕上げ圧延機5で仕上げ圧延する場合、 粗圧延機3で粗圧延を終えエンジングミル4でエッジン
グ圧延した後、仕上げ圧延機5での仕上げ圧延を挟んで
冷却ゾーン1と冷却ゾーン2とで、上記と同様の急冷と
復熱を2回以上繰返す場合、 さらには仕上げ圧延機5での仕上げ圧延後、冷却ゾーン
2で上記と同様の急冷と復熱を2回以上繰返す場合、 などがある。
ここに、H形鋼フランジ部の冷却ゾーン1及び/又は冷
却ゾーン2での水冷による急冷、水冷中断による復熱を
行うには、たとえば冷却ゾーン1のみで行う場合、1−
1,1−2,1−5,1−7の各区画で水冷による急冷を行な
い、1−3,1−4,1−6の各区画は水冷せずに空冷するこ
とで復熱が行なわれ、このようにすることにより、急冷
と復熱昇温を繰返すことができる。そして各区画の水
冷、空冷の選択は、H形鋼の断面サイズ並びに圧延送り
速度に応じて決定される。なお、前にも述べたが、この
発明に必要な復熱を冷却ゾーン外のスペースで設計する
ことも可能である。
つぎに、水冷状況を示す冷却装置の横断面を第2図に示
す。テーブルローラー17の上にH形鋼18が乗っており、
このH形鋼18の断面サイズにより、冷却水がH形鋼のフ
ランジ部以外の所にかからないようにノズル6,(7)お
よびサイドガイド10の位置が決定される。ノズル6,
(7)は、ノズル水平移動用シリンダー11、および昇降
移動機構12,13により、それぞれ水平方向垂直方向の移
動が可能となっており、サイドガイド10はサイドガイド
水平移動用シリンダー15により全体として移動可能とな
っている。
図示例で冷却装置は前後2列のヘッダー8,9にそれぞれ
接続されるノズル6,(7)を冷却ゾーンの分割をした区
画毎に5基/mの割合で並べられている。
つぎに、フランジ部の水冷による急冷と空冷による復熱
の態様を第3図に示す。
第3図は、 ウエブ高さ:700mm フランジ巾:200mm ウエブ厚さ: 9mm フランジ厚さ: 22mm の薄肉H形鋼を第1図に示す仕上げ圧延機5の入側と出
側とにそれぞれ配設した冷却ゾーン1及び2で、それら
の分割全区画のうち、1−1,1−2,1−3,1−6,1−7,2−
1及び2−2の区画を水冷による急冷区画とし、1−4,
1−5及び2−3以降を空冷による復熱区画として、急
冷、復熱両過程を含む2回以上の熱サイクルを繰返す冷
却パターンを設定した際における温度変化を示すもの
で、第3図のaはフランジ表面温度、bはフランジ板厚
方向平均温度を示す。フランジ表面温度は、水冷区画に
て急冷され、空冷区画で復熱することを示しており、フ
ランジ板厚方向平均温度は空冷区画でも変態の発生する
温度域を除いて低下することを示している。
(実施例) 転炉で溶製し、連続鋳造で鋳造したビームブランクを用
いて、3種類のサイズの薄肉H形鋼に熱間圧延した。上
記熱間圧延においては、第2図に示す冷却装置を用い
て、この発明方法の適合例、従来例(急冷)、比較例
(徐冷)の3条件の冷却条件で冷却した。上記により製
造したH形鋼について、フランジ部の組織、機械的性質
のウエブ波の発生の有無、ウエブ部の残留応力などを調
査した。これらの製造条件ならびに調査結果をまとめて
表1に示す。
表1において、記号Aは比較例として徐冷したものであ
るが、当然のことながらフランジ部の組織にベイナイ
ト、マルテンサイトの生成は見られず、機械的性質も問
題なく良好であるが、ウエブ波が発生し製品とならな
い。
また、記号BとC、DとE、及びFとGはそれぞれ、H
形鋼のサイズ、冷却条件は異なるが、従来例(急冷)と
この発明方法の適合例である。
これらの従来例と適合例を比較すると、フランジ部の組
織に従来例ではベイナイト、マルテンサイトの生成が見
られるのに対し、適合例では上記組織の生成はなく、当
然フランジ部の機械的性質から靭性も優れていることを
示している。さらにウエブ波の発生は共にないがウエブ
部の残留応力は適合例が少なく優れている。
以上、この発明方法によれば、ウエブ波の発生がなく、
フランジ部の靭性の劣化のないTF/TW,HW/TWの大きい
H形鋼を安価に製造することができる。
なお冷却ゾーン1および2の各区画の長さは各々10mで
ある。
(発明の効果) この発明は、TF/TW,HW/TWの大きい薄肉H形鋼を熱間
圧延で製造するにあたり、その冷却工程において、フラ
ンジ部を水冷による急冷、水冷中断による復熱の熱サイ
クルを2回以上繰り返すことにより、ウエブ波の発生、
フランジ部の靭性の劣化を防止したもので、コスト面で
も安価に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】 第1図は、粗及び仕上げ圧延機とエッジングミル、さら
に冷却ゾーンの配置を示す平面図、 第2図は、冷却装置の横断面図、 第3図aは、この発明方法の急冷・復熱によるフランジ
表面の温度変化を示し、 第3図bは、この発明方法の急冷・復熱によるフランジ
板厚方向平均値の温度変化を示す。 1……仕上げ圧延機入側フランジ冷却ゾーン 2……仕上げ圧延機出側フランジ冷却ゾーン 3……粗圧延機(ユニバーサルミル) 4……エッジングミル 5……仕上げ圧延機(ユニバーサルミル) 6,(7)……ノズル 8,9……ヘッダー 10……サイドガイド 11……ノズル水平移動用シリンダー 12,13……昇降移動機構 14……ハウジング 15……サイドガイド水平移動用シリンダー 16……サイドガイド用ローラー 17……テーブルローラー 18……H形鋼。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】形鋼の熱間仕上げ圧延機を用いる薄肉H形
    鋼の熱間圧延に際し、 熱間仕上げ圧延機の入側及び/又は出側にて、その圧延
    ラインを挟みかつこれに沿って間隔をへだてる少なくと
    も2カ所から、薄肉H形鋼の断面サイズに応じて、 フランジ表面温度を、Ar1変態点温度に対してはるかに
    低く、低温変態組織の生成する温度よりは高い温度域に
    至るまで一たん急冷し、引続きフランジの表面温度がAc
    1点近傍の温度に達するまで復熱させる、急冷−復熱両
    過程よりなる熱サイクルを2回以上にわたって繰返す冷
    却パターンの下における冷却水の噴射供給を行なうこと
    を特徴とする、薄肉H形鋼の冷却方法。
  2. 【請求項2】形鋼の熱間仕上げ圧延機の入側及び/又は
    出側で、つくろうとする薄肉H形鋼の圧延ラインを挟ん
    で薄肉H形鋼のフランジに面する冷却水の噴射供給が個
    別的に制御可能な複数区画に分割して成る冷却ゾーンを
    配設したことを特徴とする薄肉H形鋼の冷却装置。
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JPH01205028A (ja) * 1988-02-10 1989-08-17 Nippon Steel Corp 薄肉ウエブh形鋼の製造方法

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