JPS60248818A - 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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JPS60248818A
JPS60248818A JP10432484A JP10432484A JPS60248818A JP S60248818 A JPS60248818 A JP S60248818A JP 10432484 A JP10432484 A JP 10432484A JP 10432484 A JP10432484 A JP 10432484A JP S60248818 A JPS60248818 A JP S60248818A
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stress
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Masao Kurokawa
黒川 征男
Minoru Kawarada
河原田 実
Hitoshi Ono
尾野 均
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) ウェブ高さが大きく、フランジ厚に対しウェブ厚が薄い
ウエゾ薄肉H形鋼を熱間圧延によって製造する際のウェ
ブ波発生を防止する製造方法に関するものである。
(従来の技術) 周知の通シ断面係数が大きく強度に比して経済性の優れ
た薄肉ウェブH形鋼は、圧延による製造方法ではウェブ
波の問題があって市場に供給された例がない。
また、溶接法によるビルドアップH形鋼ではやはり溶接
歪の問題やコストが高いなどの難点がある。
さて、圧延製造法によると、一般に前記ウェブ波の発生
は、72ンジとウェブとの冷却過程における温度差に起
因する残留応力によって、ウェブの座屈限界を越える圧
縮内部応力がウェブに発生するためであって、そのため
フランジとウェブの温度を等しくするような冷却手段が
提案されている。
しかしながら薄肉ウェブH形鋼では、フランジが比較的
厚くしかもウェブが薄く、さらにウェブ高さが高いため
、フランジとウェブの温度差を少なくすることが非常に
困難で、どうしても残留応力が大きくなシ、これに対し
ウェブの座屈限界が低いためウェブ波の抑制は極めて困
難である。
以下図面に従ってさらに説明する。
第1図(a) 、 (b)は薄肉ウェブH形鋼のウェブ
波に関する概略説明図である。第1図(、)に示す通シ
ウエf1、フランジ2a 、2bを有する圧延H形鋼1
&では、フランジ厚Ftに比しウェブ厚Wiが薄くさら
にウェブ高さwHが高い場合たとえば第1図(b)に示
す如く、熱延は可能であるが、ウェブ1にウェブ波3が
生じて製品になシにくいことは前述の通ルである。而し
て、本発明において薄肉ウェfH形鋼とはウェブ厚W4
とウェブ内申Uの比W(/uが0.017以下のものを
指し、その寸法限定理由は前記比Wt/uが0.017
以上であればウェブ波が発生しに<<、0.017以下
になると経験的にウェブ波が発生することを知見してい
るからである。
ウェブ波の発生はウェブ座屈によるもので、ウェブ座屈
応力は前記比Wt/uの自乗即ち(Wt/u)2に概略
比例し、この(Wt/u )2が3X10−’以下にな
ると通常の熱間圧延−空冷の工程ではウェブ波が発生す
る。
次に圧延H形鋼の残留応力の発生につき定性的に説明す
る。
第2図(、)は圧延終了後の放冷経過時間に対するフラ
ンジ温度4とウェブ温度5、およびフランジとウェブの
温度差6の推移を示し、第2図(b)は内部応力の変化
を模式的に示したもので7はフランジの応力、8はウェ
ブの応力、9はウェブの圧縮側の降伏応力−〇yw11
0はフランジの引張シ側の降伏応力σy2を表している
。放冷中の温度推移は断面各部が不均一に冷却されるた
め、変態開始の時間的ずれが生じその推移状況は複雑で
ある。大きな特徴としてはフランジ温度4が変態を終了
する時間Aの近傍で7ランノとウェブの温度差6はピー
クを示し、その後漸減しつつ、フランジとウェブの温度
は接近していく。内部応力は7ランノがAr1変態を終
了する時間Aの近傍においてはフランジの変態膨張をウ
ェブが拘束するため、フランジ応カフは引張シ応力、ウ
ェブ応力8は圧縮応力となる。
フランジがAr□変態を終了した後はフランジとウェブ
との温度差6が小さくなるに従がい、フランジに引張シ
、ウェブに圧縮iの応力が蓄積していくが、一般にウェ
ブの断面積゛はフランジの断面積よ)小さく、従ってウ
ェブの圧縮応力はフランジの引張シ応力よシも絶対値は
大きくなる。冷却がさらに進みウェブの圧縮応力8は時
間Bにおいて降伏応力9(−σyW )に点イで達する
と、その後はほぼ降伏応力に等しい値で推移する。常温
Cの段階ではウェブとフランジにはそれぞれ点口、点ハ
で示す大きさの応力が残留応力となる。
一般に、この残留応力がウェブの座屈応力よシ大きくな
ると冷却の途中でウェブ冷却波を生じる。
従来、冷却ウェブ波を防止するため、変態終了時間Aに
到達するまでにウェブとフランジの温度差を少なくする
手段として、例えば特開昭50−133110号公報に
示されたウェブ保温法あるいは特開昭49−43810
号公報のフランジ水冷法が公知である。しかしながらこ
れらの冷却法はウェブ厚が大きい場合は効果があるが、
薄肉ウェブHの場合はウェブの保温あるいはフランジの
冷却によるウェブとフランジ温度の近接過程でウェブに
急激な圧縮応力が作用し、ウェブ波を解消することはで
きなかった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は薄肉ウェブH形鋼を圧延によって製造するに際
し、ウェブ波の発生を簡単な手段で防止できる製造方法
を提供することを目的とするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は熱間圧延終了後のH形鋼のサイズ毎に予めウェ
ブ波発生下限温度を定めておき、該温度以上から長さ方
向の両端を把持して収縮を拘束し、ついで放冷あるいは
強制冷却によって断面に引張シの塑性変形を生じせしめ
、製品のサイズと拘束開始温度から定まる拘束解放許容
温度以下で拘束を解除することによってウェブ波のない
ウェブ薄肉H形鋼を製造することを要旨とするものであ
る。
(発明の作用・効果) 第3図(、)は前述の第2図(、)と同じく、通常の放
冷経過時間に対するフランジ温度4とウェブ温度5およ
びフランジとウェブの温度差6の推移を示したものであ
る。第3図(b)はフランジがAr□変態を終了する時
間Aの後、ウェブに圧縮応力8′とフランジに引張応カ
フ′が蓄積されるが、時間りの時にH形鋼の先端と後端
を拘束し、拘束の解放は時間Cの常温で行なった例であ
る。Dで収縮を拘束。
すると断面各部位とも内部応力は急速に引張シ側に移行
し、ある程度冷却が進行するとフランジ応カフ′は点二
で降伏点σyFに達し、ウェブ応力8′は点ホで降伏点
σyWに達する。この後はフランジ応力、ウェブ応力は
降伏点に沿って変化し、常温Cで応力へは断面各部位で
の降伏点のノ々ラツキがなければ、全断面均一な応力状
態を示す。この均一温度の状態で拘束を解放すると点ト
で示すように全断面の応力は零になシ、ウェブ座屈を起
こすことはない。
次に第3図(C)は前記の例と拘束開始時間りは同じで
あるが、拘束の解放を常温に達する以前の時間Eで行な
った場合を示す。フランジ応カフ“は点チで降伏点σy
Fに達した後、時間Eまで降伏点に沿りて点りまで変化
し、続いて点ワまで低下した後、常温Cで点力の引張シ
応力が残る。一方つニブ応力8′はウェブの降伏点σy
Wに達する以前の点ヌから引張シ応力が減少し、圧縮側
の点ルに移行し、常温Cで圧縮応力点ヲが残留する。
以上の例から明らかなように圧延終了後の冷却途中で夷
品の長さ方向の両端部を拘束し、一定時間経過後拘束を
解放することによって残留応力は殆んど零かもしくは極
めて小さくできることが判明した。
ところで、拘束開始時期をどの時点にすべきか、各糧の
実験を行なった結果、製品の′サイズ毎に最も好ましい
拘束開始温度があることが分った。
すなわち、ウェブの座屈応力はウェブ厚Wtとウェブ内
幅UO比の自乗(Wt/u)2に概略比例することは前
述した通シであるが、同じ比の値でもフランジ厚とウェ
ブ厚および製品の温度との関係でウェブ波の発生の有無
が決定ずけられる。
第4図は、これらの関係を示すグラフであって、ウェブ
波発生時の温度は曲線60.60’で示すように(Wt
/u)2と、フランジ厚とウェブ厚の比Ft/Wtで決
まシ、(Wt/u)2が小さいほど、Ft/Wtが大き
いほど高温からウェブ波が生じ゛ることか分る。
拘束を開始する温度はウェブ波が発生し始める温度以上
にするのが望ましいが、ウェブ波が発生しても、まだ弾
性範囲内であれば救済が可能であるので、ウェブ波が弾
性内に保たれる温度範囲を見込むことによって拘束開始
温度の下限はさらに低くすることができる。実験の結果
ではウェブ波が弾性内に保たれるのはフランジ温度が冷
却ウェブ波が発生し始めてから約100℃低下するまで
の間であることが確認されているので、実際の拘束開始
温度は第4図の仮想線で示す線分60 a 、 60’
a以上の温度であればよい。本発明における拘束を開始
できるウェブ波発生下限温度とは上記曲線60a−3る
いは60′aのことを指すものであ)、製品の温度測定
部位はフランジ外面の幅方向中央部を対象にしている。
温度測定部位をフランジ外面中央としたのは測定が容易
であるといグ理由からであるが、ウェブの温度あるいは
断面平均温度でも勿論差支えない。どの部位の温度を基
準にするかでウェブ波発生温度は当然、相対的に違って
くるので第4図のサイズとの関係は実測データにもとす
き準備する必要がある。
次に拘束を開放する時期について説明する。
先に第3図で、拘束を解放する時期は内部応力を最本少
なくするためにはフランジとウェブの温度差が零になる
常温で解放し、ある程度の残留応力を許容できる場合は
冷却の途中で解放してもよいことは既に述べた通シであ
る。従って本発明ではウェブ波が発生しない拘束解放時
期を製品の温度で規定する。
第5図(、)はウェブ高さ600覇、フランジ幅200
m、ウェブ厚6燗、フランジ厚12鱈の製品について拘
束開始時のフランジ温度と拘束解放時フランジ温度との
関係からウェブ波の発生状況をグロットしたものであシ
、ウェブ波の生じない範囲が拘束開始時と拘束解放時と
のフランジ温度の関係から定まることが明らかである。
第5図(b)は前記第5図(、)の場合の製品寸法のう
ちフランジ厚のみが19+nで他は同じ寸法である場合
のウェブ波発生状況を示したもので、フランジ厚が12
解の場合に比較して、拘束開始フランジ温度が同一でも
フランジ厚が厚いだけ、拘束解放フランジ温度を低くす
る必要があることを示している91本発明における拘束
解放許容温度とは前述の第5図(1) 、 (b)にお
ける曲線62あるいは62′のようにウェブ波発生有無
を拘束開始時フランジ温度と拘束解放時フランジ温度と
の関係を製品の寸法別にめたものをいうものである。こ
の場合、温度測定部位は前述の拘束開始温度で説明した
と同様に、フランジ温度に限定することなく、ウェブあ
るいは断面平均温度を採用することも勿論可能である。
以上の実施例は被圧延材の温度降下を自然のまま、すな
わち空冷によっているが、拘束開放までの時間を短縮す
るために水冷による強制冷却手段も有効である。
第6図(、)は拘束開放時のフランツ温度を約150℃
に一定させ、拘束を開始後、冷却条件を変えた場合のフ
ランジ温度と拘束解放時のフランジとウェブの温度差と
の関係を前記例に同じ600×200X6/12サイズ
のH形鋼で示したものである。
第6図(b)は同じ関係を拘束解放時のフランジ温度を
約250℃とした時を示う。
図中、仮想線63は前述のウェブ波発生下限温度である
。第6図(a) 、 (b)の比較において例えば拘束
開始フランジ温度が600℃、解放時フランジ温度が1
50℃の場合は拘束解放時のフランジとウェブ温度差は
約80℃以下であるべきで、一方、解放時フランジ温度
が250℃の場合は約125℃以下にする必要があるこ
とを示すものである。
さて本発明法を実施する工程は仕上圧延終了後、冷却床
で静置放冷の途中、ウェブ波発生下限温度に達する前に
H形鋼長さ方向の両端部を把持し、拘束解放許容温度以
下で拘束を解除するもので、第7図(a) 、 (b)
はその拘束をするだめの装置例を示す。図において19
.19’は作業床20に所定の間隔をおいて固設された
固定台、該固定台の一方の台19′には製品21の先端
部Fを把持する固定チャック22が設けである。
一方の固定台19には固定ジャ、キ受26が固設してあ
シ、該ジヤツキ受26に対し進退自在に可動ジヤツキ台
28が油圧シリンダー25を介して取付られている。可
動チャック22′はガイPレール23上に載置してあシ
、可動ジヤツキ台28に回転自在に軸支された一対のス
クリューロッド29.29’の回転によって前後進自在
に構成されている。
拘束開始にあたっては製品21を図示しないローラーテ
ーブルで矢印3o方向へ移送し先端部Fを固定チャック
22で把持する。次いで油圧シリンダー25を作動して
固定ジヤツキ受26と可動ジヤツキ台28の間隔を広げ
た状態でスクリューロッド29 、29’を回転させ製
品の尾端Rまで可動チャック22′を移動した後、可動
チャック22′で尾端Rを把持する。
この状態で放冷あるいは、強制冷却することにより製品
21は長さ方向の収縮が拘束される。
拘束の解放にあたっては、長さ方向に大きな負荷が作用
しているため、まず油圧シリシダー25の圧力を抜いた
のち、チャック22.22’を開き、搬送方向30へ製
品を送シ出す。
上述の拘束手順以外にも、例えば拘束開始時は油圧シリ
ンダー25の圧力を抜いた状態にしておき拘束開始した
あと、シリンダーを作動して製品に機械的な強制引張変
形を与え処理後再び圧力を抜いて無負荷にしてチャック
を解放してもよい。
拘束実施中あるいは拘束終了直前の強制的な引張シは一
層冷却波防止効果を増大できる。
(実施例) 第1表はH600X200 X6/12 (ウニ2高×
フランジ幅×ウェブ厚/フランジ厚)の製品における本
発明の効果を示すもので、従来の非拘束(圧延後自然放
冷)による場合と比較して、冷却ウェブ波(波の高さ/
ピッチで表わす)は格段に減少している。
以上詳述したように本発明法は極めて簡単な手段で従来
圧延法では製品化が困難とされていたウェゾ薄肉H形鋼
が製造でき、工業的な利益は大でちる。
過とフランジ・ウェブの温度及び温度差を示すグラフ、
第2図(b)は内部応力の変化を示すグラフ、第3図(
a) 、 (b) 、’ (e)は本発明のメカニズム
の示す説明図、第4図は拘束開始温度の説明図、第5図
(a)。
(b)は拘束解放温度の説明図、第6図6)、伽)は拘
束解放時のフランジとウェブの温度差の説明図、第7図
(、)は本発明を実施する装置例の側面図、第7図(b
)は第7図(、)の平面図である。
1:ウェブ 2:フランジ 3:ウェブ波 4:フランジ温度 7:フランジの応力 8:ウェブの応力19:固定台 
20:作業床 21:製品 22二固定チャック 23:がイドレール 25:油圧シリンダー26:固定
ジヤツキ受 28:可動ジヤツキ29:スクリーーロッ
ド 30:移送方向矢印第1図 (a ) (b) 第2図 第3図 頃I A L、ILシ 第4図 (wry)’ 第5図 J@ !li、 f5111妨In フラ:、i’;遥
5第6図 (a)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 熱間圧延終了後のH形鋼のウェブ厚、フランジ厚および
    ウェブ内法長さ各々の寸法関係からウェブ波発生下限温
    度を予めめておき、該温度以上からH形鋼長さ方向の両
    端部を把持して収縮力を拘束し、ついで放冷あるいは強
    制冷却によって断面に引張りの塑性変形を生じせしめ、
    前記各部寸法と拘束開始温度との関係から定まる拘束解
    放許容温度以下で拘束を解除することを特徴とするウェ
    ブ薄肉H形鋼の製造方法。
JP10432484A 1984-05-23 1984-05-23 薄肉ウエブh形鋼の製造方法 Granted JPS60248818A (ja)

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