JPH08323402A - Ｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 １回または複数回にわたる粗ユニバーサル圧
延とこの粗ユニバーサル圧延に引き続く仕上げユニバー
サル圧延を施す圧延工程と、粗ユニバーサル圧延の出
側、仕上げユニバーサル圧延の入側および出側の冷却ゾ
ーンにおいて被圧延材のフランジ部を冷却する冷却工程
との結合になるＨ形鋼の製造方法において、予め定めら
れた被圧延材の搬送速度、冷却ゾーンの使用パターンお
よび冷却水の流量の下で冷却を行った際の常温下におけ
る被圧延材の形状を把握しておき、その際の形状が許容
範囲を満足するように被圧延材の搬送速度、冷却ゾーン
の使用パターンおよび冷却水の流量を修正し、この修正
した条件に従って被圧延材のフランジ部の冷却を行う。 【効果】 水冷に起因した形状不良を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｈ形鋼の製造方法に
関し、とくに熱間圧延によってＨ形鋼を製造する場合に
避けられなかった冷却過程での形状不良を極力軽減する
ための技術を提案する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧延Ｈ形鋼の製造に際しては、そ
の冷却過程でフランジとウエブとの間に温度差が不可避
に生じ、それ故にこの温度差に起因した残留応力によっ
て、とくにウエブに座屈限界を超える圧縮内部応力が発
生し、ウエブが波状に変形する、いわゆるウエブ波が発
生し易いという問題があった。また、仕上げ圧延におけ
るフランジの温度によっては、圧延後の常温下におい
て、フランジが外側または内側に倒れ込む, いわゆるフ
ランジ反りと呼ばれる形状不良が発生し易いという問題
があった。

【０００３】まず、ウエブ波の発生を防止する先行技術
に関しては、特開平４−１０３７２０号公報や特開平４
−１７３９１９号公報、特開平１−２０５０２８号公報
あるいは特開昭５３−５６１４６号公報等これまでに多
数の提案がみられ、このうち、特開平４−１０３７２０
号公報には、ウエブが水冷されることなく冷却されるこ
とに着目し、水冷後のウエブの温度が設定目標温度とな
る搬送速度を算出し、この搬送速度から各水冷ゾーン通
過時間を算出し、該通過時間を基に各ゾーンの冷却水の
流量の設定を行う方法が開示されている。また、特開平
４−１７３９１９号公報には、仕上げ圧延後にフランジ
を強制冷却する際に、強制冷却中にウエブ波が発生しな
い水冷時間の上限と強制冷却後常温に至るまでにウエブ
波が発生しない水冷時間の下限を予め求めておき、この
水冷時間の上下限範囲内にフランジを強制冷却する方法
が開示されている。さらに、特開平１−２０５０２８号
公報には、強制冷却前の鋼材のフランジ部とウエブ部と
の温度を測定し、強制冷却中、あるいは強制冷却後のウ
エブとフランジの温度差を上下限範囲内で冷却すること
により、ウエブ波の発生を防止する方法が開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
技術においては以下のような問題があった。 一般に、Ｈ形鋼のフランジの水冷は、ウエブに水乗
りを生じさせないという観点から、冷却水を縦板に対し
水平に噴射するのが一般的であるが、特開平４−１０３
７２０号公報のように冷却水の流量を変更することで鋼
材の温度を制御するものにあっては、冷却水の流量を絞
ったときにフランジに冷却むらが生じるといった問題が
あった。

【０００５】 また、特開平４−１７３９１９号公
報、特開平１−２０５０２８号公報では、具体的に冷却
時間をどのような方法で決定し、いかなる範囲に収めれ
ば形状の良好な製品を得ることができるのかの開示がな
く、とくに特開平１−２０５０２８号公報においては、
水冷後のウエブとフランジの温度差をどのような方法で
決定し、いかなる範囲に収めれば形状が良好になるかに
ついての条件は全く言及されていないのが現状であっ
た。

【０００６】この発明の目的は、上記各従来技術では完
全な解決ができない、水冷不良によるＨ形鋼の形状不良
を無くすための技術を開発し、提案することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上掲の目的の実現に向け
鋭意研究を続けた結果、発明者らは、予め定められた被
圧延材の搬送速度、冷却ゾーンの使用パターン（水冷パ
ターン）、冷却水の流量等で水冷を行った場合にいかな
る形状になるかを予め把握しておき、その形状を基に水
冷条件を修正し、この修正した条件を基に水冷を行うよ
うにすれば、水冷に起因する形状不良を未然に防止でき
ることを知見し、本発明に想到した。

【０００８】即ち、この発明は、粗ユニバーサル圧延終
了後の被圧延材（以下，単に「素材」と記す）の温度と
搬送速度、冷却ゾーンの使用パターン（水冷パターン）
および冷却水の流量から最終水冷ゾーン出側までの素材
の温度履歴を求める温度モデルと、水冷中の素材温度履
歴から常温時の形状を予測する形状予測モデルを用い、
以下の要領で冷却条件を調整、水冷する方法である。

【０００９】(1) １回または複数回にわたる粗ユニバー
サル圧延の終了後の素材温度を基にして、特定の搬送速
度、水冷パターンおよび流量の組み合わせて水冷を行っ
た場合にいかなる温度履歴をとるかを温度モデルにて予
測する。 (2) 上記(1) で予測した温度履歴からいかなる形状にな
るかを形状予測モデルを用いて把握し、その形状が良好
になるように水冷条件を調整し、温度履歴計算と形状計
算を繰り返すことにより、形状が良好になるような水冷
条件を検索する。 (3) 上記(2) で求められた条件に基づいてフランジの水
冷を行う。

【００１０】以上の工程を経ることを特徴とする本発明
は、１回または複数回にわたる粗ユニバーサル圧延の後
にこの粗ユニバーサル圧延に引き続いて行う仕上げユニ
バーサル圧延によってＨ形鋼を製造する際、粗ユニバー
サル圧延の出側と、仕上げユニバーサル圧延の入側およ
び出側の各冷却ゾーンにおいて被圧延材のフランジ部を
冷却するに当たり、予め定められた被圧延材の搬送速
度、冷却ゾーンの使用パターンおよび冷却水の流量の下
で冷却を行った際の常温下における被圧延材の形状を把
握しておき、その形状が許容範囲を満足するように被圧
延材の搬送速度、冷却ゾーンの使用パターンおよび冷却
水の流量を修正し、この修正した条件に従って被圧延材
フランジ部の冷却を行うことを特徴とする、Ｈ形鋼の製
造方法を要旨構成とする。

【００１１】

【作用】この発明においては、粗ユニバーサル圧延終了
後の素材温度に応じて水冷条件の調整を行うようにした
ものであり、この方法によれば、冷却過程で生じるフラ
ンジ部の形状不良は極めて軽減されたものとなる。

【００１２】図１は、この発明を実施するのに好適なＨ
形鋼の製造設備の構成を示したものであり、この図にお
いてＨ形鋼は紙面右側へ搬送されるものとする。さて、
Ｈ形鋼用の素材は、粗圧延中必要に応じてにユニバーサ
ルミル１の出側に設置した水冷装置４と仕上げユニバー
サルミル３の入側に設置した水冷装置４にて、フランジ
部の外面に冷却水が噴射される。その後、形状制御を目
的として仕上げユニバーサルミル３に通されて仕上げ圧
延が行われるが、この仕上げ圧延において形状を整えら
れた後は、必要に応じて仕上げユニバーサルミルの出側
に設置した水冷装置５で水冷される。

【００１３】この例では、仕上げユニバーサルミル３の
入側に設置される水冷装置は、粗ユニバーサルミル１の
出側に設置される水冷装置とあわせて２ゾーンであり、
仕上げユニバーサルミル３の出側に設置される水冷装置
は１ゾーンあり、それぞれ各ゾーンは４バンクからな
り、任意のバンクを使用することによって、すなわち、
冷却ゾーンの使用パターンを変更することによって、冷
却パターンを種々変えることができるようになってい
る。

【００１４】以下、冷却条件の調整要領について説明す
る。まず、仕上げユニバーサル圧延時および水冷装置５
の出側における被圧延材のウエブとフランジとの温度差
が目標範囲内に納まるように冷却ゾーンの使用するバン
ク（以後、「水冷パターン」という）と搬送速度を決定
する。

【００１５】次に、ウエブ波が発生し易いサイズや断面
を有するＨ型鋼を対象とする圧延においては、仕上げユ
ニバーサルミル３の出側に設置した水冷装置５の全バン
クを使用して冷却するとともに、仕上げ圧延時の被圧延
材の温度を目標温度とした場合において水冷装置５の出
側での被圧延材のウエブとフランジの温度差が目標範囲
内に納まるように搬送速度を決定し、この搬送速度に基
づき仕上げ圧延時に被圧延材の温度が目標範囲に納まる
ように仕上げユニバーサルミルの入側に設置した水冷装
置４で使用するバンクを決定する。ここで、このような
冷却を行う理由は、生産能率を落すことなく冷却を行う
ためである。すなわち、ウエブ波の発生しやすいサイズ
や断面を有するＨ型鋼では、冷却によるウエブとフラン
ジの熱収縮量の差に起因する熱歪量を小さくするため
に、水冷装置５出側でのフランジ温度をウエブ温度に対
し、比較的低くしなければならず、かつ仕上げユニバー
サル圧延時のフランジ温度を目標範囲内に収める冷却を
行った場合、仕上げユニバーサルミル３の入側に設置さ
れる水冷装置４の全バンクを使用し、その際の２つの温
度制約を満足するように搬送速度を決定することが、生
産能率を最大にすることにつながるのである。

【００１６】ウエブ波の発生が比較的起こりにくいサイ
ズや断面を有するＨ型鋼については、仕上げユニバーサ
ルミル３の入側に設置される水冷装置４の全バンクを使
用するとともに、仕上げ圧延時の被圧延材の温度が目標
温度範囲内に納まるように搬送速度を決定する。そし
て、この搬送速度に基づき水冷装置５の出側で被圧延材
のウエブとフランジの温度差が目標範囲内に納まるよう
に仕上げユニバーサルミル３の出側に設置した水冷装置
５の使用バンクを決定する。ここで、このような冷却を
行う理由は、生産能率を落すことなく冷却を行うためで
ある。すなわち、ウエブ波の発生し難いサイズや断面を
有するＨ型鋼では、水冷装置５出側でのフランジ温度は
ウエブ温度に対し、比較的高くてもよく、仕上げ圧延時
のフランジ温度を目標範囲内に収めることで、水冷装置
５出側のフランジ温度制約を自動的に満足される場合が
多い。従って、仕上げユニバーサルミル３の入側に設置
される水冷装置４の全バンクを使用して冷却を行い、そ
の際に仕上げ圧延時の被圧延材の温度が目標温度範囲内
に収まるように搬送速度を決定することが、生産能率を
最大にすることにつながるのである。

【００１７】上記の考え方に基づいた水冷条件の決定フ
ローは、図２に示すとおりであり、図２に示した水冷条
件の決定は、Ｈ形鋼を対象とした水冷時の素材の温度推
移を予測する下記(1) 式の如き温度モデルを用いたもの
である。なお、図中、ＵＦは仕上げユニバーサル圧延を
表示したものであり、前面冷却装置とは入側の冷却装置
を、また、後面冷却装置とは出側の冷却装置をそれぞれ
示す。

【００１８】

【数１】

【００１９】

【数２】

【００２０】素材温度と相関の高い形状不良の例として
は、フランジ反りが挙げられる。フランジ反りは、水冷
後常温時の断面形状においてＨ形鋼のフランジが外折れ
ないしは内折れになる状態をいう。なお、フランジ反り
と仕上げ圧延時のフランジ部の温度の関係は図３に示す
ようになる。

【００２１】フランジ反りは、上掲の図３に示すよう
に、仕上げ圧延時のフランジ温度から予測が可能であ
り、このフランジ反りは、図４に示すように曲率換算値
で表示される。

【００２２】このフランジ反りは次式で表示することが
できる。

【数３】

【００２３】ウエブ波も素材温度と相関の高い形状不良
であって、そのウエブ波の起こりやすさは、最終水冷ゾ
ーン出側のウエブとフランジの温度差から、次式(4) で
表示することができる。本発明では、そのウエブ波の起
こり易さがある基準値以上においてウエブ波が発生する
ものとして冷却条件の修正を行う方法であり、フランジ
反りの予測モデルの精度は、図５に示すとおりである。

【００２４】

【数４】

【００２５】

【実施例】ウエブ高さ：９００mm, フランジ幅：３５０
mm, ウエブ高さ：１６mm, フランジ厚：２５mmになる素
材において粗ユニバーサル圧延時のフランジ温度および
ウエブ温度を変更した２例につき、図２に示したフロー
に従い水冷条件を下表の如く調整して冷却し得られたＨ
形鋼の常温下における品質について調査した。

【００２６】

【表１】

【００２７】また、この決定例に基づいて水冷を行った
場合の鋼材温度の推移を図６に示す。その結果、この発
明に従うＨ形鋼の製造要領に従えば、素材の水冷を行っ
た場合の温度推移は図６に示すとおりであって、ウエブ
波発生の防止に加え、従来±１．０mm程度であったフラ
ンジ反りを±０. ６mm程度まで抑えることができるよう
になった。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、予
め定められた搬送速度、水冷ゾーンの使用パターンおよ
び流量で水冷を行った場合の水冷後常温時の形状を予測
し、この予測形状が良好になるように搬送速度、水冷ゾ
ーンの使用パターンおよび流量を修正し、この修正した
水冷条件で水冷を行うようにしたから、水冷に起因する
形状不良を効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｈ形鋼の製造ラインの構成を示した図である。

【図２】水冷条件の決定要領の説明図である。

【図３】フランジ反りと仕上げ圧延時のフランジ温度の
関係を示した図である。

【図４】フランジ反り量の規定要領を示した図である。

【図５】フランジ反りを予測するモデルの精度を示した
図である。

【図６】粗圧延終了時から水冷装置の出側に至るまでの
間における鋼材（素材）の温度推移を示したグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 粗ユニバーサルミル ３ 仕上げユニバーサルミル ４ 水冷装置 ５ 水冷装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １回または複数回にわたる粗ユニバーサ
   ル圧延の後にこの粗ユニバーサル圧延に引き続いて行う
   仕上げユニバーサル圧延によってＨ形鋼を製造する際、
   粗ユニバーサル圧延の出側と、仕上げユニバーサル圧延
   の入側および出側の各冷却ゾーンにおいて被圧延材のフ
   ランジ部を冷却するに当たり、 予め定められた被圧延材の搬送速度、冷却ゾーンの使用
   パターンおよび冷却水の流量の下で冷却を行った際の常
   温下における被圧延材の形状を把握しておき、その形状
   が許容範囲を満足するように被圧延材の搬送速度、冷却
   ゾーンの使用パターンおよび冷却水の流量を修正し、こ
   の修正した条件に従って被圧延材フランジ部の冷却を行
   うことを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。