JPH0813365B2

JPH0813365B2 - 薄肉ウェブｈ形鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH0813365B2
Application number: JP25897990A
Authority: JP
Inventors: 弘行的場
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH04138801A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、フランジに対してウェブが極めて薄いＨ
形鋼製品を熱間圧延で製造する製法方法に関するもので
ある。

〈従来技術〉フランジ厚とウェブ厚の比が2.0以上の薄肉ウェブＨ
形鋼を熱間圧延で製造する場合、フランジとウェブの厚
みの相異に基づく熱容量の差等により、フランジとウェ
ブの温度差が仕上圧延後において通常200℃以上とな
る。その結果、その後の冷却過程においてフランジの収
縮量がウェブに比べて著しく大きくなり、ウェブは圧縮
応力状態、フランジは引張応力状態となり、ウェブの圧
縮応力が座屈応力限界を超えると、ウェブに波打ちが発
生する。

このような薄肉ウェブＨ形鋼のウェブ波打ちを防止す
る方法として、従来から種々の方法が提案されており、
例えば次のようなものがある。

（ｉ）特開昭59−192152号公報Ｈ形鋼の仕上圧延工程に特殊な孔型を有する水平ロー
ルを追加し、ウェブにウェブ高さ方向の波形を形成する
ことにより、冷却ウェブ波の発生を防止する方法。

（ii）特開昭62−104601号公報低温（ウェブ200〜500℃）でフランジのみを仕上圧延
機で軽圧下（１〜数％の圧下率）することにより、ウェ
ブにプリテンションを与えて引張応力状態に反転させ、
冷却時に発生する圧縮応力を軽減する方法。

（iii）特開昭63−140703号公報熱間仕上、熱間鋸断後、フランジ温度が650〜200℃の
温度域で、温間圧延機によりフランジを３％以下の圧下
率で軽圧下し、ウェブ残留応力を低減する方法。

（iv）特開昭63−272469号公報熱間仕上、熱間鋸断後、ウェブ温度が400℃以下の温
度域で、ウェブにウェブ高さを0.2％以上拡大する拡幅
力を加え、もしくはウェブを交互に繰り返し曲げ加工し
てウェブ高さ拡大し、またはフランジ温度が400℃以下
の温度域で、Ｈ形鋼の強軸方向に対する曲げ加工を施
し、ウェブの残留応力を減少させる方法。

〈この発明が解決しようとする課題〉しかしながら、前述のような方法では、通常のＨ形鋼
製造設備に専用の圧延装置を追設する必要があり、ある
いは既設設備を利用したとしても圧下に大きな動力を必
要とし、設備費、ランニングコスト等からＨ形鋼自体が
コスト高となる問題がある。

一方、Ｈ形鋼のフランジを水冷し、ウェブ内部応力の
減少を図ることは一般的なことであり、また確実に効果
のある方法である。このような水冷方法の一つとして次
のような方法がある。

（ａ）圧延過程でフランジを冷却する方法。

この方法は内部応力減少に対しては極めて有効である
が、低温圧延になること、不均一温度状態での圧延にな
ることなどのため、品質、寸法精度が悪化するので、実
操業への採用は難しい。

そこで、次のような方法が考えられる。

（ｂ）仕上圧延後、フランジを冷却する方法。

（ａ）のような問題はないが、このような冷却方法が
適用できるサイズ（フランジ・ウェブ比）には限界があ
り、限界の見極めおよび適正水冷時間の決定が容易では
ない。すなわち、Ｈ形鋼のウェブ応力は冷却の全過程で
波打限界以下にある必要があるが、フランジ冷却速度が
充分でないと、常温域でウェブ応力が波打ち限界を超
え、一方、フランジ冷却速度が過大であると、そのフラ
ンジ冷却中にウェブ応力が波打ち限界を超えてしまい、
あるサイズ以上では、ウェブの波打ち限界が低く、この
どちらかで必ず波打ちが発生することになる。

この対策として次のような方法があるが、それぞれ問
題点を有している。

（ｃ）フランジ冷却速度をフランジ冷却中に波打ちを発
生させない範囲内の値に設定し、冷却時間を充分にとる
方法（許容される冷却速度と冷却時間の間には相関があ
るので相関式を解く必要がある）。

しかし、実際操業では、長時間冷却は圧延ラインの生
産能力ダウンを引き起こすことになるので、容易には採
用できない。また、適正な冷却速度と冷却時間を決定す
ることは難しく、あるサイズ以上においては適正できな
い。

（ｄ）フランジを圧延方向に引張って拘束しながらフラ
ンジ冷却を実施する方法。

しかし、圧延方向に拘束する方法では、適用できる材
料の長さに制約があり、長すぎると圧延方向の中央部で
は、効果的に張力を加えることができず、ウェブに応力
がほとんど働かず、効果がなくなる。また、具体的な設
備化には極めて高額な投資が必要となる問題がある。

なお、圧延過程でのフランジとウェブの温度差の減少
を図る方法として次のような方法があるが、（ｅ）ウェブ上に乗っている水をバキュームで吸い取る
方法。

（ｆ）フランジ中央部を凹ませた状態で粗圧延を行う方
法。

効果が充分でなく、ウェブ波打ちを確実に防止するこ
とができない。

この発明は、前述のような問題点を解消すべくなされ
たもので、その目的は、従来設備を使用できると共に、
比較的安価な設備で、かつ小さな圧下力でウェブ波打ち
を防止でき、しかも従来の水冷を適用できないサイズに
対して長さ方向全体にわたって容易かつ確実にウェブ波
打ちを防止できる薄肉ウェブＨ形鋼の製造方法を提供す
ることにある。

〈課題を解決するための手段〉本発明は、第１図、第２図に示すように、フランジ1F
に対してウェブ1Wが極めて薄いＨ形鋼製品１を熱間圧延
で得る製造方法において、通常の熱間仕上圧延後、ウェ
ブ1Wをウェブ高さ方向に拘束しつつフランジ1Fを強制冷
却するようにしたものである。

ウェブ1Wをウェブ高さ方向に拘束し、張力を付与する
手段としては、拘束装置をウェブ高さ方向に可動とし、
機械側から力を与える方法、拘束装置を固定としてお
き、ウェブ高さが冷却に伴い小さくなることを利用した
力の与え方、およびその組み合わせを考えることができ
る。

第２図ないし第４図に示すのは、拘束装置の例であ
り、第２図に示すのは、左右位置調整可能な水平ローラ
2aを有する幅可変ローラテーブル２である。第３図は、
油圧シリンダ３をフランジ間に一対で配設してなる装置
であり、第４図はフランジ内面に当接する垂直ロール４
を架台５に上下左右位置調整可能に設けた装置である。
第３図、第４図の装置は冷却ゾーンに例えば約1mピッチ
で配設する。

〈作用〉薄肉ウェブＨ形鋼の仕上ユニバーサルミル通過時のウ
ェブとフランジの温度差は200℃以上となっており、こ
の製品を放冷すると、第１図に示すように、30数分後に
波打ちが発生し、フランジを充分に冷却すると、そのフ
ランジ冷却中にウェブ応力が波打限界を超え、波打ちが
発生する。

これに対し、Ｈ形鋼をウェブ高さ方向に拘束し、ウェ
ブにウェブ高さ方向張力を付与すると、圧延方向にもフ
ランジによる拘束のため引張応力が働くこととなり、ウ
ェブの圧延方向圧縮応力値そのものが軽減され、水冷実
施時の応力が波打限界を超えることがなく、いい換えれ
ば製造可能限界が拡大されることになる。

さらに、Ｈ形鋼のウェブは両端をフランジに拘束され
るため、波打ちはウェブ中央部に集中発生し、両端は直
線が維持されるので、ウェブ高さ方向に張力を付与する
ことによって波打限界を容易に拡大することができる。

つまり、Ｈ形鋼を高さ方向に拘束すると、波打ちの発
生しにくい状態を作ることができ、その結果、フランジ
の強冷却が可能となり、製造可能サイズを拡大でき、フ
ランジ水冷のみでは波打ちが発生していたサイズを波打
ちを発生させることなく製造できる。

また、圧延方向にフランジを拘束する場合には、適用
できる材料の長さに制約があり、長すぎると圧延方向の
中央部ではほとんど効果がなくなるのに対し、本発明で
はウェブ高さ方向に張力を付与するので、材料長さの影
響を受けず、長さ方向全体にわたって容易かつ確実にウ
ェブ波打ちを防止でき、常に安定した効果を発揮でき
る。

さらに、本発明では、従来設備の冷却ゾーンに比較的
簡単な構成の装置を追加するだけでよく、比較的少額の
投資で設備化が可能である。また、拘束力は、例えばウ
ェブ高さ700mmに対して0.5mm程度付加するだけでよく、
大きな圧下力を必要としない。

〈実施例〉これは、（ウェブ高さ）×（フランジ幅）×（ウェブ
／フランジ厚）がH700×200×6/19（フランジ・ウェブ
厚比:3.17）のＨ形鋼に適用した例であり、種々の条件
で本発明と従来例（フランジ水冷のみ）を実施したとこ
ろ次表のような効果が得られた。

なお、本発明では、第４図の装置を用いており、垂直
ロールは冷却ゾーン全長にわたって1mピッチで配置し
た。また、垂直ロールの開度は、仕上圧延直後のウェブ
高さ内法寸法Ａ＋0.5〔mm〕に設定し、ウェブ高さを拘
束した。

仕上ユニバーサルミル通過時のウェブとフランジの温
度差は250℃以上となっている。この製品を放冷する
と、ウェブが220℃の時点で波打ちが発生する。

前表のように、仕上圧延直後のウェブ／フランジ温度
が600/850℃の状態かかフランジ温度が600℃になるよう
にフランジ冷却を実施すると、冷却開始後80秒の時点
（フランジ冷却中）でウェブに波打ちが発生し、良品を
得ることができなかった。そこで、同一の初期条件、同
一の冷却速度条件で70秒間だけフランジ冷却を実施する
と、ウェブが50℃の時点で波打ちが発生し、やはり良品
を製造できなかった。

つまり、H700×200×6/19は本発明を適用する必要の
あるサイズということであり、仕上圧延後にウェブ高さ
を拘束しながら従来例と同一の初期条件、同一の冷却速
度条件で100〜160秒間フランジ冷却したところ、常温迄
の冷却のどの時点においてもウェブ波打ちは発生せず、
良品を製造することが可能であった。

なお、仕上圧延後にウェブ高さを拘束しながら従来例
と同一の初期条件、同一の冷却速度条件で70〜90秒間フ
ランジ冷却したところフランジ水冷後の放冷過程でウェ
ブ波打ちが発生したが、これはウェブ高さを拘束するこ
とによってフランジ強冷却が可能な条件を作ったにもか
かわらず十分な強冷却を実施しなかったからである。

〈発明の効果〉前述の通り、この発明に係る薄肉ウェブＨ形鋼の製造
方法は、通常の熱間仕上圧延後、ウェブをウェブ高さ方
向に拘束しつつフランジを強制冷却するようにしたた
め、次のような効果を奏する。

（ｉ）ウェブ高さ方向の拘束によりウェブに引張応力が
働くとともに、波打限界が拡大されることにより強冷却
が可能となり、従来のフランジ水冷を適用できないサイ
ズであっても、ウェブ波打を発生させることなく製造で
きる。

（ii）ウェブ高さ方向の拘束であるため、長さ方向にわ
たって容易かつ確実にウェブ波打を防止できる。

（iii）従来設備を使用できると共に、比較的安価な拘
束装置を追設することにより、大幅に製造コストを上昇
させることなく薄肉ウェブＨ形鋼の製造可能サイズ拡大
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るウェブ応力推移を示すグラフ、第
２図は本発明を実施するための装置を示す概略図、第３
図、第４図は同様の装置の他の例を示す概略図である。１……Ｈ形鋼、1F……フランジ 1W……ウェブ、２……ローラテーブル 2a……水平ローラ、３……油圧シリンダ４……垂直ロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フランジに対してウェブが極めて薄いＨ形
鋼製品を熱間圧延で得る製造方法において、通常の熱間仕上圧延後、ウェブをウェブ高さ方向に拘束
しつつフランジを強制冷却することを特徴とする薄肉ウ
ェブＨ形鋼の製造方法。