JPH08239719A - 熱間圧延された形材の冷却方法および装置 - Google Patents
熱間圧延された形材の冷却方法および装置Info
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- JPH08239719A JPH08239719A JP8016734A JP1673496A JPH08239719A JP H08239719 A JPH08239719 A JP H08239719A JP 8016734 A JP8016734 A JP 8016734A JP 1673496 A JP1673496 A JP 1673496A JP H08239719 A JPH08239719 A JP H08239719A
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- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コストや時間のかかる試験を行わずに、かつ
それに伴う不良品を発生することなく、歪みのない冷却
結果を得る。 【解決手段】 横断面内に離して設けられた異なる質量
の部分１０〜１２を有する形材が、例えばレールとして
形成されている、熱間圧延された形材を圧延温度から冷
却する方法と装置において、先ず最初に、計算ユニット
４０と協働する測定技術的な手段３０〜３２を用いて計
算プログラムにより、異なる形材部分１０〜１２の質量
と温度に応じて各々の形材部分から奪うべき熱量と、そ
のために必要な冷却媒体４８の供給量を調べて計算す
る。その後、γ固溶体がフェライトおよびまたはパーラ
イトに崩壊するときに、形材部分が変態熱を放出しなが
らできるだけ小さな時間的なずれでもって変態線Ａr3／
Ａr1に達するように、異なる形材部分１０〜１２または
その質量の冷却が制御されて行われる。
それに伴う不良品を発生することなく、歪みのない冷却
結果を得る。 【解決手段】 横断面内に離して設けられた異なる質量
の部分１０〜１２を有する形材が、例えばレールとして
形成されている、熱間圧延された形材を圧延温度から冷
却する方法と装置において、先ず最初に、計算ユニット
４０と協働する測定技術的な手段３０〜３２を用いて計
算プログラムにより、異なる形材部分１０〜１２の質量
と温度に応じて各々の形材部分から奪うべき熱量と、そ
のために必要な冷却媒体４８の供給量を調べて計算す
る。その後、γ固溶体がフェライトおよびまたはパーラ
イトに崩壊するときに、形材部分が変態熱を放出しなが
らできるだけ小さな時間的なずれでもって変態線Ａr3／
Ａr1に達するように、異なる形材部分１０〜１２または
その質量の冷却が制御されて行われる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、横断面内に離して
設けられた異なる質量の部分を有する熱間圧延された形
材、特にレールを、冷却床上で圧延温度から冷却する方
法およびこの方法を実施するための装置に関する。
設けられた異なる質量の部分を有する熱間圧延された形
材、特にレールを、冷却床上で圧延温度から冷却する方
法およびこの方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レールは冷却床上で圧延温度から８０°
Ｃ以下まで冷却される。形材の質量が非対称に配置され
ているので、レールの頭部と脚部の間で異なる冷却状態
が生じる。この場合、脚部は質量に比べて熱放出面積が
大きいので、頭部よりも早く冷却される。その結果、レ
ールは冷えたときに曲がる。この曲がりは、まだ高温の
レールを予め曲げることにより、或る程度防止すること
ができる。これはしかし、成果が不確かでコストのかか
る熱間曲げ工程を必要とする。その際いかなる場合で
も、レールは冷却後矯正しなければならない。冷却プロ
セスおよび特に矯正によって、内部応力がレール内に発
生し、この内部応力はレールの強度に悪影響を及ぼす。
この欠点を効果的に防止するために、既に多数の提案が
なされた。
Ｃ以下まで冷却される。形材の質量が非対称に配置され
ているので、レールの頭部と脚部の間で異なる冷却状態
が生じる。この場合、脚部は質量に比べて熱放出面積が
大きいので、頭部よりも早く冷却される。その結果、レ
ールは冷えたときに曲がる。この曲がりは、まだ高温の
レールを予め曲げることにより、或る程度防止すること
ができる。これはしかし、成果が不確かでコストのかか
る熱間曲げ工程を必要とする。その際いかなる場合で
も、レールは冷却後矯正しなければならない。冷却プロ
セスおよび特に矯正によって、内部応力がレール内に発
生し、この内部応力はレールの強度に悪影響を及ぼす。
この欠点を効果的に防止するために、既に多数の提案が
なされた。
【０００３】ドイツ連邦共和国特許出願第４２３７９９
１号明細書は、圧延スタンドで熱間圧延された成形圧延
材、特にレールを、冷却床上で自然対流または強制空気
冷却によって冷却するための方法を示している。この発
明は、頭部を下にしてレールを吊り下げて冷却床上を搬
送することにある。この手段により、自然対流の場合熱
伝達が良好に変化し、それによってレールを横にしたと
きのレールの頭部と脚部の温度差が約１４０°Ｃである
のに対し、レールを吊り下げたときには約５０°Ｃに低
下する。頭部と脚部の温度差が小さいので、曲がる欠点
が小さくなり、ほとんど真っ直ぐなレールが仕上げ矯正
するための矯正機械に挿入され、それによってレール材
料の最終応力が非常に小さくなる。
１号明細書は、圧延スタンドで熱間圧延された成形圧延
材、特にレールを、冷却床上で自然対流または強制空気
冷却によって冷却するための方法を示している。この発
明は、頭部を下にしてレールを吊り下げて冷却床上を搬
送することにある。この手段により、自然対流の場合熱
伝達が良好に変化し、それによってレールを横にしたと
きのレールの頭部と脚部の温度差が約１４０°Ｃである
のに対し、レールを吊り下げたときには約５０°Ｃに低
下する。頭部と脚部の温度差が小さいので、曲がる欠点
が小さくなり、ほとんど真っ直ぐなレールが仕上げ矯正
するための矯正機械に挿入され、それによってレール材
料の最終応力が非常に小さくなる。
【０００４】ドイツ連邦共和国特許第２１６１７０４号
明細書から、応力と歪みを生じないように、鉄道レール
を冷却するための方法と装置が知られている。この場
合、冷却すべき同じようなレールプロフィルの脚部を、
対をなして対称にかつ互いに支持部を形成するように一
緒に保持し、横方向コンベヤによって冷却床上を搬送す
る。各々のレール頭部がレール脚部とほぼ同じ大きさの
質量を有しているが、レール脚部の外周がレール頭部の
外周の約２倍であるので、一緒に保持されたレール脚部
の質量に対する外周面の比は、レール頭部の外周面と質
量の比とほぼ同じ大きさである。それによって、レール
頭部とレール脚部が均一に冷却される。この手段は実際
に、レール脚部が互いに支持し合って対をなしている場
合、ほとんど歪みのない冷却にとって充分であった。
明細書から、応力と歪みを生じないように、鉄道レール
を冷却するための方法と装置が知られている。この場
合、冷却すべき同じようなレールプロフィルの脚部を、
対をなして対称にかつ互いに支持部を形成するように一
緒に保持し、横方向コンベヤによって冷却床上を搬送す
る。各々のレール頭部がレール脚部とほぼ同じ大きさの
質量を有しているが、レール脚部の外周がレール頭部の
外周の約２倍であるので、一緒に保持されたレール脚部
の質量に対する外周面の比は、レール頭部の外周面と質
量の比とほぼ同じ大きさである。それによって、レール
頭部とレール脚部が均一に冷却される。この手段は実際
に、レール脚部が互いに支持し合って対をなしている場
合、ほとんど歪みのない冷却にとって充分であった。
【０００５】米国特許第４６８７８８号明細書には、レ
ールを冷却するための方法が開示されている。この場
合、レールは、装置内で頭部を下にして吊り下げられ、
水を満たした槽内に全部または一部を浸漬されて冷却さ
れる。その際、レールは同時に、押圧ボルトによって固
定された支持台に押しつけられる。
ールを冷却するための方法が開示されている。この場
合、レールは、装置内で頭部を下にして吊り下げられ、
水を満たした槽内に全部または一部を浸漬されて冷却さ
れる。その際、レールは同時に、押圧ボルトによって固
定された支持台に押しつけられる。
【０００６】ドイツ連邦共和国特許第４０４１２７号明
細書では、非対称の横断面の金属棒特に鉄道レールを矯
正するための方法が開示されている。この発明は、横断
面の大きな部分が調整された人工的な冷却を受け、すべ
ての部分の太さが不均一であるにもかかわらず同じ程度
に収縮し、棒が大気温度まで冷却される際に真っ直ぐの
ままである。この結果は、液体内への浸漬、散水湿潤、
噴霧された液体、蒸気、空気または他のガスの吹き付け
による人工的な冷却を行うことによって達成される。こ
の場合、使用される媒体は冷却時間の間中であるいは冷
却時間の一部で常時または中断されて作用する。この方
法の場合、棒がが硬質鋼または硬化可能な合金からなっ
ている場合でも、棒が冷却中硬化しないということが注
目される。
細書では、非対称の横断面の金属棒特に鉄道レールを矯
正するための方法が開示されている。この発明は、横断
面の大きな部分が調整された人工的な冷却を受け、すべ
ての部分の太さが不均一であるにもかかわらず同じ程度
に収縮し、棒が大気温度まで冷却される際に真っ直ぐの
ままである。この結果は、液体内への浸漬、散水湿潤、
噴霧された液体、蒸気、空気または他のガスの吹き付け
による人工的な冷却を行うことによって達成される。こ
の場合、使用される媒体は冷却時間の間中であるいは冷
却時間の一部で常時または中断されて作用する。この方
法の場合、棒がが硬質鋼または硬化可能な合金からなっ
ている場合でも、棒が冷却中硬化しないということが注
目される。
【０００７】ドイツ連邦共和国特許第１９４２９２９号
明細書から、レールを冷却するための方法が知られてい
る。この方法は異なる物理的原理に基づいている。レー
ルはオーステナイト変態温度に達する前に、熱を反射す
る層の上に離してレール脚部を降ろされる。その際付加
的に、レールの踏面上に、冷却の途中で絶縁材を載せる
ことができる。この方法の場合、レールが直接並べて置
かれ、レールの脚部が側方で接触することにより、放射
によって相互に積極的に影響し合う。この手段は、外部
エネルギーを供給しないで、反射層で戻し放射し、踏面
を絶縁被覆することによって、レール横断面の部分の冷
却に積極的に影響を与える。オーステナイト変態温度に
達する前に、熱を反射する層の上に離してレールの脚部
を置くことにより、レール脚部とレールウェブのオース
テナイト変態が早く開始されることを防止するという利
点がある。それによって、レール材料の技術的値が個別
的に、すなわち鋼分析に応じて、正確な温度調節によっ
て影響を与えられ、大きな強度、膨張値および収縮値が
達成可能である。
明細書から、レールを冷却するための方法が知られてい
る。この方法は異なる物理的原理に基づいている。レー
ルはオーステナイト変態温度に達する前に、熱を反射す
る層の上に離してレール脚部を降ろされる。その際付加
的に、レールの踏面上に、冷却の途中で絶縁材を載せる
ことができる。この方法の場合、レールが直接並べて置
かれ、レールの脚部が側方で接触することにより、放射
によって相互に積極的に影響し合う。この手段は、外部
エネルギーを供給しないで、反射層で戻し放射し、踏面
を絶縁被覆することによって、レール横断面の部分の冷
却に積極的に影響を与える。オーステナイト変態温度に
達する前に、熱を反射する層の上に離してレールの脚部
を置くことにより、レール脚部とレールウェブのオース
テナイト変態が早く開始されることを防止するという利
点がある。それによって、レール材料の技術的値が個別
的に、すなわち鋼分析に応じて、正確な温度調節によっ
て影響を与えられ、大きな強度、膨張値および収縮値が
達成可能である。
【０００８】これと逆の効果、すなわち迅速冷却法によ
るレール頭部の硬化が、フランス国特許第５４３．４６
１号明細書に従って達成され、レールをさかさまにして
脚部を上向けに吊り下げて、水を入れた槽内で一連の浸
漬工程を非常に短い時間受けさせる。
るレール頭部の硬化が、フランス国特許第５４３．４６
１号明細書に従って達成され、レールをさかさまにして
脚部を上向けに吊り下げて、水を入れた槽内で一連の浸
漬工程を非常に短い時間受けさせる。
【０００９】上記の方法は多少の経験に基づいていると
いう共通の欠点がある。すなわち、所望の冷却結果を保
証するためには、方法を実施する際にどのパラメータを
守らなければならないかを、先ず最初に、長時間かかる
試験で確かめなければならない。その際、少なくとも装
入の度に、熱間圧延された形材の試験片が使用される。
この試験は、即座に満足できる結果が得られない場合に
は繰り返す必要があり、不良品が何度も生じることにな
る。
いう共通の欠点がある。すなわち、所望の冷却結果を保
証するためには、方法を実施する際にどのパラメータを
守らなければならないかを、先ず最初に、長時間かかる
試験で確かめなければならない。その際、少なくとも装
入の度に、熱間圧延された形材の試験片が使用される。
この試験は、即座に満足できる結果が得られない場合に
は繰り返す必要があり、不良品が何度も生じることにな
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】これらの技術水準から
出発して、本発明の根底をなす課題は、上記の難点に打
ち勝ち、圧延温度から冷却する際に、コストや時間のか
かる試験を行わずに、かつそれに伴う不良品を発生する
ことなく、歪みのない冷却結果が得られるように、請求
項１の上位概念に記載した種類の、熱間圧延された形材
を冷却する方法と装置を改良することである。
出発して、本発明の根底をなす課題は、上記の難点に打
ち勝ち、圧延温度から冷却する際に、コストや時間のか
かる試験を行わずに、かつそれに伴う不良品を発生する
ことなく、歪みのない冷却結果が得られるように、請求
項１の上位概念に記載した種類の、熱間圧延された形材
を冷却する方法と装置を改良することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
る方法では、先ず最初に、計算ユニットと協働する測定
技術的な手段を用いて計算プログラムにより、異なる形
材部分の質量と温度に応じて各々の形材部分から奪うべ
き熱量と、そのために必要な冷却媒体の供給量を調べて
計算し、その後、γ固溶体がフェライトおよびまたはパ
ーライトに崩壊するときに、形材部分が変態熱を放出し
ながらできるだけ小さな時間的なずれでもって変態線Ａ
r3／Ａr1に達するように、異なる形材部分またはその質
量の冷却が制御されて行われることによって解決され
る。
る方法では、先ず最初に、計算ユニットと協働する測定
技術的な手段を用いて計算プログラムにより、異なる形
材部分の質量と温度に応じて各々の形材部分から奪うべ
き熱量と、そのために必要な冷却媒体の供給量を調べて
計算し、その後、γ固溶体がフェライトおよびまたはパ
ーライトに崩壊するときに、形材部分が変態熱を放出し
ながらできるだけ小さな時間的なずれでもって変態線Ａ
r3／Ａr1に達するように、異なる形材部分またはその質
量の冷却が制御されて行われることによって解決され
る。
【００１２】この方法により、異なる装入の際に、コス
トのかかる経験的な試験を必要とせずに、形材が曲がら
ない完璧な冷却結果が得られる。方法の実施形では、形
材の異なる質量中心ができるだけ小さな時間的なずれで
もって最終温度に達するように、変態温度から所定の最
終温度まで更に冷却が行われる。この手段により、レー
ルが曲がらない完璧な冷却結果に加えて、形材横断面に
わたって硬さが均一の最適な鋼調質が達成される。
トのかかる経験的な試験を必要とせずに、形材が曲がら
ない完璧な冷却結果が得られる。方法の実施形では、形
材の異なる質量中心ができるだけ小さな時間的なずれで
もって最終温度に達するように、変態温度から所定の最
終温度まで更に冷却が行われる。この手段により、レー
ルが曲がらない完璧な冷却結果に加えて、形材横断面に
わたって硬さが均一の最適な鋼調質が達成される。
【００１３】形材部分を加熱すべき熱量を計算する際
に、基礎とする鋼品質の変態温度が考慮されると合目的
である。本発明の他の合目的な実施形では、水によって
圧延形材またはその部分を冷却する際に、異なる形材面
に生じる熱伝達係数を検出し、この熱伝達係数によっ
て、形材面の冷却に必要な冷却媒体の供給量を予め定め
る。
に、基礎とする鋼品質の変態温度が考慮されると合目的
である。本発明の他の合目的な実施形では、水によって
圧延形材またはその部分を冷却する際に、異なる形材面
に生じる熱伝達係数を検出し、この熱伝達係数によっ
て、形材面の冷却に必要な冷却媒体の供給量を予め定め
る。
【００１４】方法の非常に有利な実施形では更に、レー
ルが頭部を下にして吊り下げて冷却床上を案内され、そ
の際異なる質量中心の制御された冷却の少なくとも一部
が、自然対流と、形材部分の質量と温度に応じて奪うべ
き熱量に基づき、冷却媒体の付加的な使用によって行わ
れる。それによって、形材の曲がりが小さくなり、矯正
を全く必要としなくなるかあるいは不利な応力を回避し
つつ少しだけ矯正すればよい。
ルが頭部を下にして吊り下げて冷却床上を案内され、そ
の際異なる質量中心の制御された冷却の少なくとも一部
が、自然対流と、形材部分の質量と温度に応じて奪うべ
き熱量に基づき、冷却媒体の付加的な使用によって行わ
れる。それによって、形材の曲がりが小さくなり、矯正
を全く必要としなくなるかあるいは不利な応力を回避し
つつ少しだけ矯正すればよい。
【００１５】その際、熱の奪い取りは、個々の形材部分
への冷却媒体の適切で有利な間歇的噴霧によって行うこ
とができる。場合により圧延形材長さにわたって存在す
る温度ピークを補正するために、更に、圧延形材は圧延
された長さ方向に見て異なる強さで冷却される。そし
て、制御される熱の奪い取りは、圧延形材全体またはそ
の個々の部分を冷却媒体内に浸漬することによって１回
または複数回繰り返して設定したサイクル時間で行われ
る。
への冷却媒体の適切で有利な間歇的噴霧によって行うこ
とができる。場合により圧延形材長さにわたって存在す
る温度ピークを補正するために、更に、圧延形材は圧延
された長さ方向に見て異なる強さで冷却される。そし
て、制御される熱の奪い取りは、圧延形材全体またはそ
の個々の部分を冷却媒体内に浸漬することによって１回
または複数回繰り返して設定したサイクル時間で行われ
る。
【００１６】本発明による方法を実施するための装置で
は、頭部、ウェブまたは脚部のような異なる形材部分か
らの熱の放射を測定するための手段が、レールのわきに
好ましくはレールの圧延長さに沿って間隔をおいて設け
られ、この手段がデータラインを介して計算ユニットに
接続され、形材部分の寸法または質量が入力データライ
ンによってこの計算ユニットに入力され、かつ温度と質
量の積を計算し、この積に応じて信号ラインを介して冷
却媒体供給装置を制御するようプログラミングされてい
る。
は、頭部、ウェブまたは脚部のような異なる形材部分か
らの熱の放射を測定するための手段が、レールのわきに
好ましくはレールの圧延長さに沿って間隔をおいて設け
られ、この手段がデータラインを介して計算ユニットに
接続され、形材部分の寸法または質量が入力データライ
ンによってこの計算ユニットに入力され、かつ温度と質
量の積を計算し、この積に応じて信号ラインを介して冷
却媒体供給装置を制御するようプログラミングされてい
る。
【００１７】装置の有利な実施形では、冷却床が例えば
水、空気、水／空気混合物のような異なる冷却媒体のた
めの制御可能な冷却媒体供給装置を備えている。
水、空気、水／空気混合物のような異なる冷却媒体のた
めの制御可能な冷却媒体供給装置を備えている。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明による方法と、例示的に示
した装置を、図に基づいて説明する。図１は、異なる横
断面部分の異なる冷却経過の曲線をＺＴＵ（時間−温度
−変態線）−グラフで示している。この横断面部分はそ
の質量、ひいてはその温度中心に応じて、比較的に異な
る時間で変態線Ａr1に達する。この場合発生する時間的
な違いは４０〜１２０秒の差を生じる。グラフは次の冶
金組成（重量％）を有する鋼に関する：Ｃ＝0.63；Ｓｉ
＝0.29；Ｍｎ＝1.72；Ｐ＝0.020 ；Ｓ＝0.027；Ｃｒ＝
0.099 。この鋼は５分間加熱した後１５分の保持時間に
よって、９５０°Ｃでオーステナイト化された。
した装置を、図に基づいて説明する。図１は、異なる横
断面部分の異なる冷却経過の曲線をＺＴＵ（時間−温度
−変態線）−グラフで示している。この横断面部分はそ
の質量、ひいてはその温度中心に応じて、比較的に異な
る時間で変態線Ａr1に達する。この場合発生する時間的
な違いは４０〜１２０秒の差を生じる。グラフは次の冶
金組成（重量％）を有する鋼に関する：Ｃ＝0.63；Ｓｉ
＝0.29；Ｍｎ＝1.72；Ｐ＝0.020 ；Ｓ＝0.027；Ｃｒ＝
0.099 。この鋼は５分間加熱した後１５分の保持時間に
よって、９５０°Ｃでオーステナイト化された。
【００１９】グラフにおいて、 Ａ＝オーステナイト Ｐ＝パーライト Ｚｗ＝中間段階 Ｍ＝マルテンサイト 曲線群の経過から判るように、試料が５分間９５０°Ｃ
でオーステナイト化された後で、低い冷却速度でＡr1線
が所定の温度および冷却時間のときに達成される。冷却
速度が速いと、鋼は変態慣性範囲に基づいてパーライト
線に達せず、低い温度のときは中間段範囲（ベイナイ
ト）で変態するかまたはまだ速い冷却速度のときはマル
テンサイト線（約２６０°Ｃ）に達して初めて変態す
る。グラフを完全なものとするために、室温で測定した
硬度値ＨＶ２（単位：Ｎ／ｍｍ2 ）が曲線の下部にある
円の中に記入されている。
でオーステナイト化された後で、低い冷却速度でＡr1線
が所定の温度および冷却時間のときに達成される。冷却
速度が速いと、鋼は変態慣性範囲に基づいてパーライト
線に達せず、低い温度のときは中間段範囲（ベイナイ
ト）で変態するかまたはまだ速い冷却速度のときはマル
テンサイト線（約２６０°Ｃ）に達して初めて変態す
る。グラフを完全なものとするために、室温で測定した
硬度値ＨＶ２（単位：Ｎ／ｍｍ2 ）が曲線の下部にある
円の中に記入されている。
【００２０】鋼の冷却時およびＡr3変態線またはＡr1変
態線に達したときに、γ固溶体の崩壊によってフェライ
トまたはパーライト内にいわゆる変態熱が遊離すること
が知られている。この変態熱は、共析点（Ｃ＝0.86％）
に達するまでＣ含有量が増えるにつれて最大値まで増大
する。
態線に達したときに、γ固溶体の崩壊によってフェライ
トまたはパーライト内にいわゆる変態熱が遊離すること
が知られている。この変態熱は、共析点（Ｃ＝0.86％）
に達するまでＣ含有量が増えるにつれて最大値まで増大
する。
【００２１】冷却速度およびＣ含有量に応じて、そのと
き遊離する熱は、９０ｋＪ／ｋｇまでに達する。この変
態プロセスの場合同時に、長さが約0.3 ％増大する。非
対称形材の公知の塑性変形は冷却床上で大部分が上記の
変態相のときに発生し、形材の曲がりは冷却床の終端で
初めて温度調整時に横断面に見えるようになる。それと
関連する内部応力は、矯正によって完全に除去すること
ができない。次に、レールの例についてこの過程を説明
する。
き遊離する熱は、９０ｋＪ／ｋｇまでに達する。この変
態プロセスの場合同時に、長さが約0.3 ％増大する。非
対称形材の公知の塑性変形は冷却床上で大部分が上記の
変態相のときに発生し、形材の曲がりは冷却床の終端で
初めて温度調整時に横断面に見えるようになる。それと
関連する内部応力は、矯正によって完全に除去すること
ができない。次に、レールの例についてこの過程を説明
する。
【００２２】圧延後レールを冷却する際に、脚部１２
（図５）はその小さな質量および質量に比べて大きなそ
の放射面に基づいて、先ず最初に変態線Ａr3／Ａr1に達
し、大きくなり始める。この長さ変化は、まだオーステ
ナイト範囲にあるレール頭部１０（図５）において塑性
的な伸長を生じることになる。変態後、脚部１２は温度
が低下するにつれて収縮する。この場合、頭部１０はそ
の小さな強度に基づいて実質的に妨害されないで、少し
だけ圧縮される。そして、レール頭部１０が変態線Ａr3
／Ａr1に達するときに、レール頭部は変態による長さ伸
長を開始する。しかし、この伸長は、既に変態した冷た
い脚部１２（この脚部の降伏点はこの温度範囲において
はるかに高い）によって抑制されるので、まだ軟らかい
頭部１０は塑性変形、すなわち圧縮される。冷却床５０
（図５）の終端でレール横断面にわたって温度が調整さ
れるときに、レールは圧縮された短い頭部１０によって
曲がり始める。この曲がりは長いレールの場合、冷却床
５０上を更に搬送して矯正機械に通すのが非常に困難な
ほど大きい。
（図５）はその小さな質量および質量に比べて大きなそ
の放射面に基づいて、先ず最初に変態線Ａr3／Ａr1に達
し、大きくなり始める。この長さ変化は、まだオーステ
ナイト範囲にあるレール頭部１０（図５）において塑性
的な伸長を生じることになる。変態後、脚部１２は温度
が低下するにつれて収縮する。この場合、頭部１０はそ
の小さな強度に基づいて実質的に妨害されないで、少し
だけ圧縮される。そして、レール頭部１０が変態線Ａr3
／Ａr1に達するときに、レール頭部は変態による長さ伸
長を開始する。しかし、この伸長は、既に変態した冷た
い脚部１２（この脚部の降伏点はこの温度範囲において
はるかに高い）によって抑制されるので、まだ軟らかい
頭部１０は塑性変形、すなわち圧縮される。冷却床５０
（図５）の終端でレール横断面にわたって温度が調整さ
れるときに、レールは圧縮された短い頭部１０によって
曲がり始める。この曲がりは長いレールの場合、冷却床
５０上を更に搬送して矯正機械に通すのが非常に困難な
ほど大きい。
【００２３】レールを例にして、本発明による冷却方法
がどのようにして計算および実際されるかについて説明
する。図２において、レールの横断面はほぼ実際の寸法
で示してある。この場合、レール片は１〜５で示す個所
に熱電対を備えている。レール片は炉の中で１０００°
Ｃでオーステナイト化され、続いて空気の自然対流で冷
却される。その際の測定個所１〜５の冷却経過をグラフ
に記入した。
がどのようにして計算および実際されるかについて説明
する。図２において、レールの横断面はほぼ実際の寸法
で示してある。この場合、レール片は１〜５で示す個所
に熱電対を備えている。レール片は炉の中で１０００°
Ｃでオーステナイト化され、続いて空気の自然対流で冷
却される。その際の測定個所１〜５の冷却経過をグラフ
に記入した。
【００２４】これは図３に示してある。図３には、図２
の測定個所１〜５に対応する冷却経過が個々の曲線で記
入してある。このグラフから判るように、例えば頭部１
０を付加的に冷却しないで自然対流によって冷却する
と、脚部１２の質量中心４が約6.5 分後にＡr3／Ａr1線
に達し、１０分後に変態が終了する。頭部１０の質量中
心１は、約8.5 分後に変態を開始し、１２分後に変態が
終了する。この時点で、レール脚部１２は既に約１００
°Ｃまで下がっており、レール頭部１０よりも高い熱降
伏点を有する。従って、変態によるレール頭部１０の伸
長は、脚部１２によって完全にまたは部分的に抑制さ
れ、それによってレール頭部１０が塑性変形、すなわち
圧縮されることが予想される。これは、レールが冷える
と、レール頭部１０の顕著な曲がりを生じる。レール脚
部１２と同じ時点でレール頭部が変態線Ａr3／Ａr1に達
するようにするためには、どれ位の熱量をレール頭部１
０から奪わなければならないかを、計算プログラムによ
って計算した。この場合、対応する鋼（0.8 ％Ｃ）の変
態熱が本発明に従って一緒に考慮された。計算に基づい
て、レール頭部１０は自然対流に加えて、付加的な水の
噴霧によって冷却された。
の測定個所１〜５に対応する冷却経過が個々の曲線で記
入してある。このグラフから判るように、例えば頭部１
０を付加的に冷却しないで自然対流によって冷却する
と、脚部１２の質量中心４が約6.5 分後にＡr3／Ａr1線
に達し、１０分後に変態が終了する。頭部１０の質量中
心１は、約8.5 分後に変態を開始し、１２分後に変態が
終了する。この時点で、レール脚部１２は既に約１００
°Ｃまで下がっており、レール頭部１０よりも高い熱降
伏点を有する。従って、変態によるレール頭部１０の伸
長は、脚部１２によって完全にまたは部分的に抑制さ
れ、それによってレール頭部１０が塑性変形、すなわち
圧縮されることが予想される。これは、レールが冷える
と、レール頭部１０の顕著な曲がりを生じる。レール脚
部１２と同じ時点でレール頭部が変態線Ａr3／Ａr1に達
するようにするためには、どれ位の熱量をレール頭部１
０から奪わなければならないかを、計算プログラムによ
って計算した。この場合、対応する鋼（0.8 ％Ｃ）の変
態熱が本発明に従って一緒に考慮された。計算に基づい
て、レール頭部１０は自然対流に加えて、付加的な水の
噴霧によって冷却された。
【００２５】その結果が図４のグラフの曲線群によって
示してある。その際、両曲線４，１が変態温度ｔ4 −ｔ
1 に達するときの時間差はたったの２５秒であった。こ
れは、レール頭部１０とレール脚部１２がほぼ同時にＡ
r3／Ａr1線に達し、そして同時に変態を終了することを
意味する。実験室で試されたこの方法は、大規模な実験
で証明された。その際、期待された結果が得られた。本
発明に従って処理されたレールはほぼ室温で冷却工程を
終了した後で、処理されないレールよりも１０の累乗だ
け真っ直ぐで応力が小さかった。
示してある。その際、両曲線４，１が変態温度ｔ4 −ｔ
1 に達するときの時間差はたったの２５秒であった。こ
れは、レール頭部１０とレール脚部１２がほぼ同時にＡ
r3／Ａr1線に達し、そして同時に変態を終了することを
意味する。実験室で試されたこの方法は、大規模な実験
で証明された。その際、期待された結果が得られた。本
発明に従って処理されたレールはほぼ室温で冷却工程を
終了した後で、処理されないレールよりも１０の累乗だ
け真っ直ぐで応力が小さかった。
【００２６】図５には本発明の実施の形態が示してあ
る。その際、レールは頭部１０を下にして吊り下げら
れ、脚部１２が保持装置２１内に配置されている。測定
ヘッド３０，３１，３２は、測定ヘッド３０がレール脚
部１２の熱放射を、測定ヘッド３１がウェブ１１の熱放
射を、そして測定ヘッド３２がレール頭部１０の熱放射
を検出し、測定値をデータライン３３，３４，３５を経
て計算ユニット４０に報告するように配置されている。
この計算ユニットには更に、入力データライン３６を経
て、成形部分１０，１１，１２の寸法または質量が入力
される。これらから、プログラミングされた計算ユニッ
トは、個々の成形部分１０，１１，１２について温度と
質量の積が算出され、この積に応じて冷却媒体供給装置
４５〜４７が信号ライン３７を介して制御される。この
冷却媒体供給装置は作動して、適切な噴射流４８の冷却
媒体を、吊り下げられたレール頭部１０に噴霧する。一
点鎖線５０は冷却床を例示的に示している。この冷却床
はいろいろな冷却媒体４８のための制御可能な冷却媒体
供給装置４５〜４７を備えている。この冷却媒体は例え
ば水、空気、水／空気混合物である。
る。その際、レールは頭部１０を下にして吊り下げら
れ、脚部１２が保持装置２１内に配置されている。測定
ヘッド３０，３１，３２は、測定ヘッド３０がレール脚
部１２の熱放射を、測定ヘッド３１がウェブ１１の熱放
射を、そして測定ヘッド３２がレール頭部１０の熱放射
を検出し、測定値をデータライン３３，３４，３５を経
て計算ユニット４０に報告するように配置されている。
この計算ユニットには更に、入力データライン３６を経
て、成形部分１０，１１，１２の寸法または質量が入力
される。これらから、プログラミングされた計算ユニッ
トは、個々の成形部分１０，１１，１２について温度と
質量の積が算出され、この積に応じて冷却媒体供給装置
４５〜４７が信号ライン３７を介して制御される。この
冷却媒体供給装置は作動して、適切な噴射流４８の冷却
媒体を、吊り下げられたレール頭部１０に噴霧する。一
点鎖線５０は冷却床を例示的に示している。この冷却床
はいろいろな冷却媒体４８のための制御可能な冷却媒体
供給装置４５〜４７を備えている。この冷却媒体は例え
ば水、空気、水／空気混合物である。
【００２７】本発明では、適切な手段により、主要な部
分、すなわち頭部１０、ウェブ１１および脚部１２がほ
ぼ同じ時点で変態線Ａr3／Ａr1に達し、異なる成形部分
の長さ変化が同様に同時に生じるように、レールの冷却
プロセスが行われる。それにより、レールプロフィルの
範囲が圧縮または膨張することが防止される。その後の
冷却床５０上での冷却時に、再び横断面に温度差が生じ
るがしかし、それによって生じる応力はその都度の降伏
点よりもはるかに小さいので、弾性範囲内の変形は次の
ように生じる。すなわち、このようにして処理されたレ
ールが、冷却後ほとんど応力を有しないように、かつ本
発明による処理の前で熱間圧延された状態のようにほぼ
真っ直ぐになるように生じる。これは本発明に従い、コ
ンピュータで前もって算出した熱量を奪うことによって
達成されるので、変態線Ａr3／Ａ r1に達するまでＺＴＵ
グラフで経過した、形材のすべての主要な部分の時間
は、図３と４の比較から明瞭に判るように、少なくとも
ほぼ同じである。
分、すなわち頭部１０、ウェブ１１および脚部１２がほ
ぼ同じ時点で変態線Ａr3／Ａr1に達し、異なる成形部分
の長さ変化が同様に同時に生じるように、レールの冷却
プロセスが行われる。それにより、レールプロフィルの
範囲が圧縮または膨張することが防止される。その後の
冷却床５０上での冷却時に、再び横断面に温度差が生じ
るがしかし、それによって生じる応力はその都度の降伏
点よりもはるかに小さいので、弾性範囲内の変形は次の
ように生じる。すなわち、このようにして処理されたレ
ールが、冷却後ほとんど応力を有しないように、かつ本
発明による処理の前で熱間圧延された状態のようにほぼ
真っ直ぐになるように生じる。これは本発明に従い、コ
ンピュータで前もって算出した熱量を奪うことによって
達成されるので、変態線Ａr3／Ａ r1に達するまでＺＴＵ
グラフで経過した、形材のすべての主要な部分の時間
は、図３と４の比較から明瞭に判るように、少なくとも
ほぼ同じである。
【図１】レール片の連続的な冷却のＺＴＵグラフであ
る。
る。
【図２】熱電対を埋め込んだレールの横断面図である。
【図３】自然対流でレール片を冷却する際の、図２に示
す個々の測定個所の冷却経過のグラフである。
す個々の測定個所の冷却経過のグラフである。
【図４】本刃による冷却経過を示すグラフである。
【図５】冷却装置の概略図である。
１〜５ 質量 １０ 頭部 １１ ウェブ １２ 脚部 ３０〜３２ 測定技術的な手段 ３３〜３５ データライン ３６ 入力データライン ３７ 信号ライン ４０ 計算ユニット ４５〜４７ 冷却媒体供給装置 ４８ 冷却媒体 ５０ 冷却床
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マンフレート アルベディール ドイツ連邦共和国 デー・40231 メット マン ファイルヒェンヴェーク 14 (72)発明者 ブルーノ ベーマー ドイツ連邦共和国 デー・40235 エルク ラート エドゥアルト・デーレンシュトラ ーセ 22
Claims (10)
- 【請求項１】 横断面内に離して設けられた異なる質量
（１〜５）の部分（１０，１２）を有する形材が、例え
ばレールとして形成されている、熱間圧延された形材を
圧延温度から冷却する方法において、先ず最初に、計算
ユニット（４０）と協働する測定技術的な手段（３０〜
３２）を用いて計算プログラムにより、異なる形材部分
（１０〜１２）の質量（１〜５）と温度に応じて各々の
形材部分から奪うべき熱量と、そのために必要な冷却媒
体（４８）の供給量を調べて計算し、その後、γ固溶体
がフェライトおよびまたはパーライトに崩壊するとき
に、形材部分が変態熱を放出しながらできるだけ小さな
時間的なずれでもって変態線Ａr3／Ａr1に達するよう
に、異なる形材部分（１０〜１２）またはその質量（１
〜５）の冷却が制御されて行われることを特徴とする方
法。 - 【請求項２】 形材の異なる質量中心（１〜５）ができ
るだけ小さな時間的なずれでもって最終温度に達するよ
うに、変態温度から所定の最終温度まで更に冷却が行わ
れることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 形材部分（１０〜１２）を加熱すべき熱
量を計算する際に、基礎とする鋼品質の変態温度が考慮
されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。 - 【請求項４】 例えば水によって圧延形材またはその部
分（１０〜１２）を冷却する際に、異なる形材面に生じ
る熱伝達係数を検出し、この熱伝達係数によって、形材
面の冷却に必要な冷却媒体（４８）の供給量を予め定め
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載
の方法。 - 【請求項５】 レールが頭部（１０）を下にして吊り下
げて冷却床（５０）上を案内され、その際異なる質量中
心（１〜５）の制御された冷却の少なくとも一部が、自
然対流と、形材部分（１０〜１２）の質量と温度に応じ
て奪うべき熱量に基づいて、冷却媒体（４８）の付加的
な使用によって行われることを特徴とする請求項１〜４
のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項６】 熱の奪い取りが、個々の形材部分（１０
〜１２）への冷却媒体（４８）の適切で有利な間歇的噴
霧によって行われることを特徴とする請求項１〜５のい
ずれか一つに記載の方法。 - 【請求項７】 場合により圧延形材長さにわたって存在
する温度ピークを補正するために、圧延形材が圧延され
た長さ方向に見て異なる強さで冷却されることを特徴と
する請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項８】 制御される熱の奪い取りが、圧延形材全
体またはその個々の部分（１０〜１２）を冷却媒体内に
浸漬することによって１回または複数回繰り返して設定
したサイクル時間で行われることを特徴とする請求項１
〜７のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項９】 頭部（１０）、ウェブ（１１）または脚
部（１２）のような異なる形材部分からの熱の放射を測
定するための手段（３０，３２）が、レールのわきに好
ましくはレールの圧延長さに沿って間隔をおいて設けら
れ、この手段がデータライン（３３〜３５）を介して計
算ユニット（４０）に接続され、形材部分の寸法または
質量が入力データライン（３６）によってこの計算ユニ
ットに入力され、かつ温度と質量の積を計算し、この積
に応じて信号ライン（３７）を介して冷却媒体供給装置
（４５〜４７）を制御するようプログラミングされてい
ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載
の方法を実施するための装置。 - 【請求項１０】 冷却床（５０）が水、空気、水／空気
混合物のような異なる冷却媒体（４８）のための制御可
能な冷却媒体供給装置（４５〜４７）を備えていること
を特徴とする請求項９記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19503747A DE19503747A1 (de) | 1995-02-04 | 1995-02-04 | Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen von warmgewalzten Profilen |
| DE19503747:2 | 1995-02-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08239719A true JPH08239719A (ja) | 1996-09-17 |
| JP4020445B2 JP4020445B2 (ja) | 2007-12-12 |
Family
ID=7753229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01673496A Expired - Fee Related JP4020445B2 (ja) | 1995-02-04 | 1996-02-01 | 熱間圧延されたレールの冷却方法および装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0725152B1 (ja) |
| JP (1) | JP4020445B2 (ja) |
| KR (1) | KR960031630A (ja) |
| CN (1) | CN1076757C (ja) |
| AT (1) | ATE190360T1 (ja) |
| DE (2) | DE19503747A1 (ja) |
| ES (1) | ES2144161T3 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001198614A (ja) * | 1999-12-23 | 2001-07-24 | Sms Demag Ag | 熱間圧延された形材の冷却方法及び装置 |
| JP2007302946A (ja) * | 2006-05-11 | 2007-11-22 | Daido Steel Co Ltd | 合金鋼の製造方法 |
| CN107335770A (zh) * | 2017-02-20 | 2017-11-10 | 湖北武铁山桥轨道装备有限公司 | 钢轨锻压用夹具、锻压装置以及热处理系统和热处理工艺 |
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| EP0807692A1 (de) * | 1996-05-15 | 1997-11-19 | Sms Schloemann-Siemag Aktiengesellschaft | Verfahren zum Kühlen von Profilstahl-Trägern |
| CN1083013C (zh) * | 1996-09-29 | 2002-04-17 | 攀枝花钢铁(集团)公司 | 利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法及其装置 |
| DE10137596A1 (de) * | 2001-08-01 | 2003-02-13 | Sms Demag Ag | Verfahren zur Kühlung von Werkstücken, insbesondere von Profilwalzprodukten, aus Schienenstählen |
| RU2456352C1 (ru) * | 2010-11-11 | 2012-07-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "Томская Электронная Компания" | Способ и устройство термической обработки рельсов |
| CN104307880A (zh) * | 2014-11-10 | 2015-01-28 | 江苏亨特宏业重工有限公司 | 热轧机用节能式冷却机构 |
| CN104561496B (zh) * | 2014-12-25 | 2017-01-18 | 内蒙古科技大学 | 一种钢轨热处理用汽雾冷却实验装置 |
| CN105349769B (zh) * | 2015-12-08 | 2017-11-14 | 中国铁道科学研究院金属及化学研究所 | 一种钢轨闪光焊缝自动检测设备 |
| CN109136514A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-04 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 热处理后钢轨输送装置 |
| WO2020189232A1 (ja) * | 2019-03-15 | 2020-09-24 | 日本製鉄株式会社 | レール |
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