JPH075962B2 - 薄肉ウエブh形鋼の製造方法 - Google Patents

薄肉ウエブh形鋼の製造方法

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JPH075962B2
JPH075962B2 JP7623690A JP7623690A JPH075962B2 JP H075962 B2 JPH075962 B2 JP H075962B2 JP 7623690 A JP7623690 A JP 7623690A JP 7623690 A JP7623690 A JP 7623690A JP H075962 B2 JPH075962 B2 JP H075962B2
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征男 黒川
康志 竹島
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] フランジ厚に対しウエブ厚が薄い薄肉ウエブH形鋼を熱
間圧延によって製造する際に、ウエブ波発生を防止する
とともに強制冷却によって生じる冷却面の硬度上昇を抑
制する薄肉ウエブH形鋼の製造方法に関するものであ
る。
[従来の技術及び発明が解決しようとする課題] 単位長さ当たりの重量に対して断面係数が大きく、経済
性の優れた薄肉ウエブH形鋼は、従来は溶接によるビル
ドアップH形鋼が主流を占めていたが、近時は圧延によ
る各種の製造手段が提案されるようになった。即ち、圧
延による薄肉ウエブH形鋼の製造方法で最も重要な課題
はウエブ波の発生をいかに解決するかであったが、近時
に至り各種の実用的な対策提案されている。薄肉ウエブ
H形鋼のウエブ波とは周知のとおり、フランジとウエブ
の冷却過程における温度差に帰因する残留応力によっ
て、ウエブの座屈限界を超える圧縮内部応力がウエブに
発生し、これがウエブに波状の形状不良として現れるも
のである。本願出願人はウエブ波を防止する手段とし
て、先に特開平1−205028号公報の技術を提案した。こ
の提案の要旨は、強制冷却中にウエブ波が発生しない水
冷時間の上限もしくは水冷直後のフランジとウエブの温
度差の下限と、強制冷却後常温に至るまでのウエブの熱
応力がウエブの座屈応力以下となる水冷時間の下限もし
くは水冷直後のフランジとウエブの温度差の上限をH形
鋼のサイズおよび冷却水量密度毎に予め定めておき、こ
の上下限範囲内でフランジの強制冷却を行い、水冷終了
時のフランジとウエブの温度差が一定範囲内になるよう
にする手段であった。
この特開平1−205028号技術によれば冷却制御のみでウ
エブ波の無い薄肉ウエブH形鋼を経済的に製造すること
が可能となったが、強制冷却によってフランジに焼きが
入り、フランジ表面硬度が過度に上昇する場合があるこ
とが分かった。一般のH形鋼でも表面硬度が高すぎる
と、孔明け等の加工が困難になり、また焼きが入ると降
伏点(YP),引張強さ(TS)が極端に高くなるとともに
伸びが低下して所定の材質を満足できないことが知られ
ているが、フランジ冷却による薄肉ウエブH形鋼の製造
法では特に表面硬度の上昇が顕著に表れることが分かっ
た。
フランジ冷却による熱間圧延法によって薄肉ウエブH形
鋼を製造するに際し、ウエブ波の防止と同時にフランジ
表面の硬度上昇を抑制する新規な製造方法を提供するも
のである。
[課題を解決するための手段・作用] まず、本出願人の先願発明、特開平1−205028号公報技
術と共通するH形鋼のウエブ波に関する基本的なメカニ
ズム、即ちフランジの冷却条件、冷却後の時間経過がフ
ランジおよびウエブの温度、さらにはウエブ応力等にど
のように影響するかについて述べる。第4図(a)は仕
上げ圧延後のH形鋼の空冷および水冷における冷却曲線
の例を示し、第4図(b)は第4図(a)の温度変化に
対応するウエブの熱応力の変化を示したものである。横
軸はウエブ幅方向中央部の温度であり、横軸右方向は時
間の経過とともに高温から低温へ推移する状態を示す。
曲線11は空冷の場合のフランジ冷却曲線、曲線12〜14は
ウエブ温度がDであった時点からフランジ水冷を介した
時のフランジの冷却曲線であり、12は短時間水冷(水冷
終了が温度Eまで)、14は長時間水冷(水冷終了温度G
まで)13は両者中間の水冷時間(水冷終了が温度Fま
で)で冷却した場合の各フランジの冷却曲線を示す。直
線15はウエブの冷却曲線であるが、ウエブに対しては強
制冷却を施さないので空冷・水冷共通となっている。第
4図の曲線16〜19は前記の各冷却曲線11〜14に対応する
ウエブの熱応力推移を示す。また、図中の曲線20はウエ
ブの座屈応力を示し、高温度になるほど小さな値とな
る。ところで、ウエブ波は前記したようにウエブの座屈
限界を越える圧縮内部応力がウエブに発生するから、第
4図の空冷の場合の熱応力16は温度低下につれて圧縮応
力が増大し、点ニにおいて座屈応力20に達し、ウエブ波
が発生することになる。フランジ水冷材の熱応力を示す
曲線17〜19で共通していることは、水冷中にフランジと
ウエブの温度差が小さくなるに従い圧縮応力が増大する
が、水冷を終了すると一旦引張り側へ変化した後、再び
圧縮側へ変化する。これは水冷により縮小されたフラン
ジとウエブの温度差が水冷後一旦拡大し、縮小するため
である。水冷中のウエブの圧縮応力は点ト、ヘ、ホで示
すように、水冷時間が長いほど大きく、逆に常温の圧縮
応力は点ヌ、リ、チで示すように水冷時間が長いほど小
さくなる。上記の短・中・長・の各水冷時間条件のうち
で冷却時間を長い応力推移曲線19の水冷中の応力は点ル
で座屈応力20に達しており、水冷中にウエブ波が発生す
る。また、冷却時間が短い応力曲線17の場合、水冷中の
熱応力のピーク点ホは座屈応力20以下であり、水冷中に
ウエブ波が発生することはないが、水冷終了後常温に至
る途中の点ヲで座屈応力20に達し、ウエブ波が発生する
ことが分かった。即ち、水冷程度が強すぎる場合は水冷
中に、また水冷程度が弱すぎる場合には水冷後常温に至
るまでの間にウエブ波が発生している。そして、中間の
水冷時間の場合の熱応力推移18は水冷中および水冷後常
温に至るまで座屈応力以下であり、この条件のもとでウ
エブ波を防止することが可能となる。即ち、薄肉ウエブ
H形鋼の場合は、従来サイズのH形鋼における残留応力
軽減法のように、単にフランジとウエブの温度差を縮小
するためのフランジ水冷のみではウエブ波を防止するこ
とができない。そこで、本願出願人が先に提案した特開
平1−205028号において、強制冷却中にウエブ波が発生
しない水冷時間の上限もしくは水冷直後のフランジとウ
エブの温度差の下限と、強制冷却後常温に至るまでのウ
エブの熱応力がウエブの座屈応力以下となる水冷時間の
下限もしくは水冷直後のフランジとウエブの温度差の上
限をH形鋼のサイズおよび冷却水量密度毎に予め定めて
おき、この範囲内で強制冷却する手段を提案したもので
ある。
薄肉ウエブH形鋼の冷却中に発生するウエブ波は、基本
的には上記の冷却手段によって防止可能であるが、水冷
開始時のフランジの温度が高く、水冷時間が長い場合に
はフランジ外側面に焼きが入り、硬度が著しく高くなり
所定の材質を満足することができないことが分かった。
第1表にその一例を示すが、ウエブ波は防止できてもフ
ランジ表面の硬度が著しく上昇して強度が上昇し、伸び
不足となる場合があることが分かる。即ち、フランジ外
側面の表層部がベーナイト組織となって水冷を行わない
ものに比較して表面硬度(ビッカース硬度HV(10)25
0)で90上昇し、伸びが14%低下している。
そこで本発明者等は、ウエブ波を防止するための前記仕
上げ圧延直後の強度冷却に先立って、フランジ外側面の
表層部組織を微細化しておくことにより、仕上げ圧延後
の冷却によって焼きが入りにくくなることを知見した。
具体的な手段としては中間圧延工程でフランジ外側面の
表層部温度を700℃以下の温度まで強制冷却する工程
と、水冷を停止し再度700℃を超える温度まで復熱させ
る復熱工程とを繰り返しながら中間圧延を行い、引続い
て仕上げ圧延および仕上げ圧延直後の冷却を行うもので
ある。
第1図は本発明法の中間圧延段階における圧延状況を時
間の経過とH形鋼の温度変化との関係で示したものであ
る。第2図はその設備配置例であり、中間圧延機1の前
後面には水冷装置2aを配置し、次工程の仕上圧延機3の
後面には冷却ウエブ波を防止するための水冷装置2bを配
置している。第1図においてフランジ部の平均温度は時
間の経過と共に漸次低下していくのに対し、フランジ表
層部温度は冷却・復熱を交互に繰り返すため鋸歯状とな
っている。このように冷却・復熱を交互に行いつつ圧延
することによって、フランジ外側面の表層部はフェライ
トの析出、未変態オーステナイトの微細化の促進などに
より組織を微細化し焼入れ性の低下を達成できるもので
ある。なお、本発明において冷却と復熱の境界温度とし
た700℃は、厳密には鋼材成分によって異なるが、引張
強度40〜50kg/mm2クラスの一般的な圧延H形鋼の成分系
では700℃を実操業の基準値として管理すれば本発明の
目的は充分に達成されることを各種試験で確認した結果
定めたものである。また、本発明においてフランジ表層
部の微細化組織の厚みは仕上げ圧延後の水冷条件によっ
ても異なるが、フランジ厚み30mm以下のH形鋼の場合に
は5mm以下で充分である。
[実施例] 第3図(a)は従来の仕上げ圧延後のフランジ強制冷却
のみの場合のフランジ表層部断面の組織を示し、第3図
(b)は本発明法による中間圧延段階で水冷圧延工程と
復熱工程とを交互に行い且つ、仕上げ圧延後の冷却も行
った場合のフランジ表層部断面組織である。従来法の
(a)図では表層部の組織はベーナイトになっている
が、(b)図の組織は微細なフェライト、パーライトと
なっていることが分かる。第2表は第3図(a),
(b)に対応する仕上げ圧延後の冷却条件および機械的
性質を比較したものである。第2表において従来法の水
冷時間が本発明法よりも長いのは、従来法では中間圧延
段階の冷却工程が無く、冷却ウエブ波防止のために水冷
時間を多くする必要があったためである。
[発明の効果] 従来の薄肉ウエブH形鋼製造法では、仕上げ圧延後の冷
却によってフランジ表面の硬度上昇と材質の劣化が避け
られなかったが、本発明法によればウエブ波発生の防止
は勿論、中間圧延段階の冷却と復熱制御を行うのみでフ
ランジ表面の硬度上昇を抑制でき、特別な合金元素を添
加する必要もないので極めて経済的に薄肉ウエブH形鋼
を製造できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明法における圧延材の温度推移を示すグラ
フ、第2図は本発明法を実施する装置列例の説明略図、
第3図(a),(b)は従来法と本発明法の場合のフラ
ンジ表層部断面の金属組織の光学顕微鏡写真、第4図
(a)は冷却条件を変化させた場合のウエブ温度の変化
を示すグラフ、(b)は(a)図のウエブ温度に対応す
るウエブの応力の変化を説明するグラフである。 1……中間圧延機 2a……中間圧延機前後面の水冷装置 3……仕上圧延機 2b……仕上圧延機後面の冷却装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若月 輝行 大阪府堺市築港八幡町1番地 新日本製鐵 株式會社堺製鐵所内 (72)発明者 長谷川 博行 大阪府堺市築港八幡町1番地 新日本製鐵 株式會社堺製鐵所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱間仕上げ圧延直後のH形鋼のフランジを
    強制冷却する際に、強制冷却中にウエブ波が発生しない
    水冷直後のフランジとウエブの温度差の下限と、強制冷
    却後常温に至るまでのウエブの熱応力がウエブの座屈応
    力以下となる水冷直後のフランジとウエブの温度差の上
    限とをH形鋼のサイズおよび冷却水量密度毎に予め求め
    ておき、前記温度差の上・下限内でフランジを強制冷却
    する薄肉ウエブH形鋼の製造方法において、前記仕上げ
    圧延前の中間圧延段階でフランジ外側面を強制冷却し、
    フランジ外側面の表層部温度を700℃以下まで水冷する
    水冷工程と、水冷を停止しフランジ外側面の表層部温度
    を700℃超まで復熱させる復熱工程とを繰り返しながら
    圧延を行い、所定のフランジ表層部厚さを微細組織とし
    た後、前記仕上げ圧延および仕上げ圧延直後のフランジ
    強制冷却を行うことを特徴とする薄肉ウエブH形鋼の製
    造方法。
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JP2837056B2 (ja) * 1993-02-04 1998-12-14 新日本製鐵株式会社 制御圧延による低炭素当量圧延形鋼の製造方法
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