JPS6123247B2

JPS6123247B2 -

Info

Publication number: JPS6123247B2
Application number: JP50120207A
Authority: JP
Inventors: Ekonomopurosu Mario; Uirumotsuto Sutefuan
Original assignee: SANTORU DO RUSHERUSHU METARYURUJIIKU
Current assignee: SANTORU DO RUSHERUSHU METARYURUJIIKU
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-10-04
Publication date: 1986-06-05
Also published as: JPS5163311A; LU73512A1; GB1522973A; GB1522972A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は形鋼およびその品質を改善する装置に
関する。なお、この明細書で「形鋼」というの
は、Ｉ形鋼、チヤンネル、山形鋼、鉄道用レー
ル、Ｔ形鋼あるいは鋼板などを総称するものであ
る。本発明の対象とする形鋼の材質については、
鎮静鋼、半鎮静鋼、リムド鋼であつてよく、実質
上、製法の如何による鋼種を問わない。したがつ
て、本発明は形鋼を製造したり使用したりする産
業分野に応用できる。

従来の技術形鋼を使用する購買者が要求する主な性質は、
なかんずく、とくに、高い破壊強さ、弾性限度、
レジリエンスであり、それに加えて、形鋼が使わ
れる多目的な用途と関連して、溶接性が良好なこ
と、疲労抵抗が大きいこと、満足すべき可たん性
をもつていることである。

鋼の溶接性と可たん性とを改善するために炭素
分とマンガン分とを減らすと有利であることが知
られているが、そのようにすると、引張り強さが
減少するという欠点が生じる。このような欠点を
消除するには、圧延機の出口のところで圧延鋼に
対して直接に適当な冷却処理を施すことができ
る。このようにすると、形鋼の特性をある程度は
改善することができる。

しかしながら、単なる上記のような方途では、
圧延鋼の性質を不充分にしか改善しえないので、
上述のような純冷却方式をただ１回施工する方途
を補足して他に種々の措置を講ずることが多い。

そのような補充的な方途としては、いろいろ挙
げられるけれども、そのうちの１方法としては、
Nbとかｖなどの如き、分散性の元素を添加する
という件がある。このようにすると、鋼の結晶粒
子を微細化させ、かつ、添加元素のプレシピテー
シヨンによつてフエライト組織の形成を誘起す
る。しかしながら、このような方途は、いちじる
しくコストを高める。そして、このコスト高は、
弾性限度の値を向上させようとすれば、するほ
ど、増大し、また、圧延形鋼のサイズが大きくな
るにつれて、ますます増大することが経験されて
いる。

本発明に関連する従来技術としては特開昭47−
7606号公報に記載せられたものがある。この従来
発明の要旨とするところは次のとおりである。す
なわち、加圧空気と噴霧水の混合物の方位を定めた流れ
によつて炭素鋼または低合金鋼の圧延されたレー
ルを熱処理する方法において：高い炭素含有量と
中程度のマンガン含有量を有しオーステナイト状
態にある鋼レールをレールのヘツド、ウエブおよ
びフランジのどの点をも同時に、制御された速度
の前記流れによつて、前記レールを順次冷却する
ようになつている圧延レールの熱処理方法。であ
る。

レールが形鋼の１種であることはいう迄もな
い。この場合の鋼は次の成分範囲のものである。
なお記載の％は重量％を指す。

炭素……0.75―1.00％マンガン……0.40―1.100％ケイ素……0.10―0.90％硫黄および燐……＜0.050％クロム……0.01―1.00％発明が解決しようとする問題点本発明が解決すべき従来技術の問題点は鋼の溶
接性ならびに疲労強度および延性が改善された形
鋼を得るための、優秀かつ簡易な熱処理装置を提
供するにある。

問題点を解決するための手段本発明においては、上記の問題点を解決するた
めに、まず、圧延機の最終圧延段の出口もしくは
その付近に設けられた上下方向には可動であるが
長手水平方向には不動の定置形の冷却用車台４を
設け、この車台の下面側あるいは上面側には不動
の冷却箱６を形鋼の走行方向に少くとも２段設
け、これにより、形鋼が圧延機を出た直後におい
て所要の冷却作用を受けるようにする。このよう
にすれば、形鋼は特別に再加熱する必要がなく、
それ自体の保有熱をもつとも効果的に利用しう
る。ただし、最終圧延段において形鋼を急冷する
ことそれ自体は公知のものであつて、それ自体に
発明性はない。

本発明においては、上記定置形の車台４に対
し、傾斜あるいは水平方向に進行する形鋼１の１
平面と接触する適数の転動ローラ５を設けて形鋼
１を良好にガイドさせる。上下方向に可動の車台
４の下面側あるいは上面側には上述したように冷
却流体が循環する固定配置の冷却箱６を水平方向
に少なくとも２段設け、これらの冷却箱６は機械
的調整装置Ａによつて形鋼１との間の間隔を調整
可能に装置する。

このようにした冷却装置を使用すると、形鋼１
の少くとも一面を可調節かつ最適な条件下におい
て良好に冷却すりことができる。形鋼１がＩ形鋼
である場合に上下の両フランジを急冷するには、
上記の装置を形鋼１の上下に対称に２基配設す
る。

なお、本発明においては、上記の冷却箱６の底
板もしくは天井板を多孔に形成することによつて
多数の冷却ノズルを形成させ、それによつて形鋼
１の平らな表面の急冷を充分に行なわせるように
する。

本発明の実施態様においては、さらにまた、別
に設けられた冷却用のノズル１４，１５により上
記平らな面の裏面の如き形鋼１の一部を冷却する
ように配装するものである。ただし、この補助的
冷却装置は鉄道用レールとか鋼板を処理する場合
には必要ではない。

さらにまた、本発明装置の使用にあつては、形
鋼１が特別の顕微鏡的なミクロの複合構造を持つ
ようにするために、形鋼１の炭素―― の最大含有量およびマンガンの適量範囲を次の如
く指定する。

すなわち、Ｃ……0.20重量％（最大）、 Mn……0.50〜２重量％これにより溶接性、疲労強度ならびに延性を所要
値にすることができる。すなわち、低温時におけ
る溶接ぜい性の劣化を招来するような炭素分およ
びマンガン分の増量を回避した製品を得ることが
出来る。本発明においては、まず炭素含有量の最
大値を0.20重量％に押さえるのであるが、これは
この値を超えると形鋼の溶性および低温脆性がユ
ーザが望む所期値よりも悪くなるからである。ま
た、本発明ではマンガンの含有量を0.50〜２％に
押さえるが、その趣旨も上記と同様であり、この
範囲外では溶接性と低温脆性がユーザの希望値よ
りも悪くなるからである。

作用本発明においては、圧延工程の仕上げ段の出口
のところにおいて、形鋼の、たとえばフランジの
如き平板面部（たとえばチヤンネルの場合はウエ
ブとす）の外表面に対し、適当な冷却用流体を用
いて表面硬化処理を受けさせ、しかも、その際、
冷却条件を調整して、流体使用冷却区帯におい
て、一方においては、形鋼の非硬化処理部の保有
温度が充分に高くて硬化処理表面層の焼もどしを
行ないうるに足り、しかも該表面層の保有熱が非
硬化処理部の保有熱よりも大であるようにすると
ともに、他方においては、フエライトとカーバイ
ドとよりなるオーステナイトの変態が形鋼の非硬
化処理において生起するように処理するための装
置を提供するにある。

本発明の装置に使用する冷却液体としては、水
を使用しうる。場合によつては、塩類の懸濁液も
しくは溶液でもありうる。界面活性剤の溶液とす
ることもある。液の場合、古くから知られている
ノズルによつて形鋼表面に噴射してよい。霧滴の
形にして超音波速度で噴射することができる。こ
れは、ガス中に液滴を懸吊した一種のサスペンジ
ヨンといえよう。蒸気の形のものにしてもよい。
注液噴流管の如きものを使用して、層流型の噴流
が得られるものを使用してもよい。また、それと
は反対に、流速をいちじるしく高めるために、ガ
ス噴流のみを超音速で吹きつけてもよい。

本発明の装置を使用することにより、特別な種
類の形鋼が得られる。すなわち、その少なくとも
１つの平面部がその表面層は焼もどされたベイナ
イトもしくはマルテンサイトよりなり、その個所
の他の部分はフエライトおよびカーバイドから成
るものがそれである。

本発明の装置において所期の形鋼を得るために
は、表面処理の実施中に、流体と生産物との間の
熱交換が最適の条件下において行なわれるように
するため、生産物の保有カロリーを高めるように
調整する。この発明実施の必須の態様の特徴とす
るところは、強い表面冷却を少なくとも２段式に
実施するのであつて、そのうちの１つの処理段に
おいては、生産物の少なくとも表面部の温度が均
一化するように処理が行なわれる。

この必須的実施態様においては、生産物に対す
る強度の冷却を一連の引続く冷却段において実施
し、生産物表面の温度の均一化をはかり、それら
の数次の冷却段の少なくとも末尾において、マル
テンサイト化および（または）ベイナイト化が生
産物中において確実に生起するようにする。

本発明装置の使用における１実施態様にしたが
えば、生産物温度の関数として、熱量の移行の変
化を示すようした線図に依拠して、最適な熱量保
有と抽熱とが達成されるように、処理段数の決
定、各冷却処理段の条件設定、生産物の温度の均
一化とが行なわれる。

実施にあつては、強度冷却工程の第１段におい
ては、圧延生産物の表面温度を低下させて熱量の
流れの最大値に対応する温度以下のわずかな値ま
で引下げる。冷却はその瞬間中止されるので、そ
れに伴つて表面温度は高められることになる。そ
こで抽熱の効果が中心のほうへ及んでゆく。そこ
で冷却の新しい位相すなわち新しい冷却段がはじ
まり、表面温度が熱の流れの最大値に対応する温
度よりもわずかに上位の値に達する。

上記のように引続く数次の処理段によつて冷却
するという方式を採用することにより、生産物の
表面温度は、最適に近い熱交換条件に対応するよ
うな限界内に保持される。

本発明装置によつて最適の条件で熱処理が行な
われるために、次のような事態を確実に保証する
ことができる。すなわち、圧延品の表面温度は、
最少量の冷却水の消費をもつて行なわれると共
に、また冷却装置の長さを経済的に縮少させるこ
とができる。

本発明の装置を使用すれば、きわめて有利な条
件で鉄道用のレールの製造に応用することができ
る。このような応用にあたつては、圧延ローラ設
備の仕上処理段階の出口のところで、レールの頭
の上部を適当な冷却流体によつて、その表面が硬
化されるように制御することができる。

この場合、冷却流体による冷却区帯の出口のと
ころで、レール頭の非硬化処理部の保有温度はレ
ールが冷却装置と協働しつつある間に、一方にお
いては硬化被処理表面層の焼もどしが実現され、
マルテンサイトもしくはベイナイトより成るよう
にされるとともに、他方においては、非硬化処理
部分において、フエライトおよびカーバイドより
なるオーステナイトの変態が行なわれるように処
理される。

以上の説明からわかるように、本発明装置によ
るときは、複合型の組成を有する形鋼を得ること
ができる。

適当は熱処理を施こすか、あるいは、たとえば
ニオブのような添加元素を加えることによつて、
とくに結晶粒子を微細化することによつて圧延品
の品質を改善することは周知である。微細粒子よ
りなる形鋼は、満足すべき弾性限界内において、
良好な可たん性をもつことが知られている。

上述のような態様において本発明装置の稼働を
実施すれば、良好な機械的諸性質を有する形鋼に
適合した、複合構造の鋼を得ることができる。そ
して、この構造はとくに経済的な利点があり、し
かも、そのような構造は添加元素の量を減らした
り、鎖静鋼、半鎮静鋼もしくはチルド鋼を使用し
ても実現できるものである。

本発明の装置による形鋼の特徴とするところ
は、形鋼の長手中心軸線に対して直角に切断した
断面で見て、形鋼に現われている平面的要素の表
面にあらまし平行な２つの区帯が現われており、
それらのうち、１つの区帯は非焼もどしベイナイ
トと焼もどしマルテンサイトとからなり、他方の
区帯は非焼もどしベイナイトと非焼もどしフエラ
イト・パーライト混成構造とから成ることであ
る。

さらに、本発明の装置を使用する実施範囲にあ
る変形実施態様の形鋼では、上記２つの区帯のあ
いだに１つの中間区帯があり、しかも、それは、
あらまし、非焼もどしベイナイトから成る。

さらにまた、本発明の装置を使用するさらなる
変形実施態様における形鋼では、焼もどしマルテ
ンサイトと非焼もどしベイナイトとからなる区帯
は、非焼もどしベイナイトおよびフエライト・パ
ーライトよりなる区帯に対するとは反対側の面の
ところに、主として完全焼もどしマルテンサイト
よりなる区帯と隣り合わせた構造をもつ。

さらに本発明の装置使用の他の変形実施態様に
おいては、非焼もどしベイナイトと非焼もどしフ
エライト・パーライトとからなる区帯は、非焼も
どしフエライト・パーライトより主としてなる層
と隣接しており、後者の存在位置は非焼もどしベ
イナイトと焼もどしマルテンサイトとからなる区
帯とは反対側の面に位置する構造をとらしめるこ
とが出来る。

本発明に必要な冷却処理を行なう場合に、１つ
の板状部もしくは適数の板状部を有する形鋼の両
面を処理するときには、該板状部の断面構造を構
成する各区帯の形状は、該板状部もしくは形鋼そ
れ自体の形にあらまし沿うようにして形成される
ことである。

第３図には、上記のような各区帯の配置態様が
略図的に示されている。この図は、板状部の両面
に対して硬化処理を施こした平板状形鋼の１つの
横断面を示したものである。この図の１０１と１
０１′とは完全焼もどしのマルテンサイトから主
として成る２つの層状区帯をあらわしており、１
０２と１０２′とは焼もどしマルテンサイトと非
焼もどしベイナイトとからそれぞれ成る層状区帯
を示し、１０３と１０３′とは非焼もどしベイナ
イトと非焼もどしフエライト・パーライト混成部
とからそれぞれ成る層状区帯をあらわし、１０４
は非焼もどしフエライト・パーライト混成部から
主として成る層状区帯をあらわしている。それら
のうち、１０２，１０２′と１０３，１０３′とは
発明必須の要件であり、１０１，１０１′と１０
４，１０４′とは任意選択的のものである。

本発明における冷却処理装置は水平ないし傾斜
行路に沿つて配置することができ、調整は長さを
加減したり、傾斜を加減したりして実施しうる。
冷却装置としては、冷却箱を使用し、仕切り板を
設けるか、頂板もしくは底板を多孔型のものに
し、それらの多孔より形鋼平板部の外面に対し冷
却用の流体を噴射することができる。

実施例つぎに、第１図について実施例を説明する。

この図において１は、矢印２の方向に進行しな
がら圧延をうけている形鋼をあらわし、本例のば
あいは、この形鋼１はＩ形鋼として例示されてい
る。３はこのＩ形鋼の上部フランジであつて、そ
の上には、各個にローラ軸５ａにより支承されて
いる数個の転動ローラ５を介して車台４が載つて
いる。転動ローラ５と車台４からなる台車Ｃは、
図に示してない止め金によつて、長手方向にはつ
ねに一定の位置を保持しているが上下方向には動
かせる。したがつて形鋼１が移動するにつれて転
動ローラ５と一体のローラ軸５ａは回転する。６
は冷却箱であつて空間的に固定されている台架構
造体Ｓより懸吊され、かつ車台４の下面近くに設
けられた空所内にとにつけてあり、導管７によつ
て、水を可とする冷却媒質が循環するように構成
されている。８は雄ネジ棒であつて台架構造体Ｓ
の両端部のところに回転可能に配装され、９はそ
の上端にとりつけた調整車であつてこれを廻すと
雄ネジ棒８は回転する。Ｔはメネジ部材であつて
雄ネジ棒８とかみ合つており、かつ支持装置Ｕと
一体化され、これらの部材８，９，Ｔ，Ｕよりな
る調整装置Ａ（第１図の上段部において、左右に
１組づつ、合計２個）を操作することにより、形
鋼１と相対的に、冷却箱６の位置を加減すること
ができる。じつさいには冷却箱６は上下方向にも
水平方向にも不動であるが、台車Ｃは転動ローラ
５もろとも、上下方向に動かしうる。

以上は第１図の上段部の構成であるが、上述と
同様の装置が第１図の下段部に対称配置に設けら
れているが、図には単に冷却箱６のみしか示して
いない。すなわち、形鋼１の下部フランジ１０に
対しても、上記と同様の冷却箱６等が設けられて
いるが、第１図には関連車台４等のほかの部分は
紙面の都合上図示していない。ただし、今迄の説
明と第２図の表示等とをあわせ続めば、架台構造
体Ｓ、台車Ｃ、調整装置Ａ等の配置ならびに冷却
箱６を車台４の上側に配装する態様は容易に類推
できよう。

なお、形鋼１の上下フランジ３と１０との内部
側の表面１１を冷却をするために、冷却媒質用の
噴射ノズル１３と１４とが別に設けられている。
冷却媒質は水でも空気でもよい。１６，１７はそ
のための冷却媒質供給管である。

発明の効果以下に若干の数値的比較実験例を挙げて、本発
明の装置により、形鋼の性質が確認できることを
実証する。

実験に供した形鋼は、アルミニウムとケイ素と
で沈静させた沈静鋼よりなるＩ形鋼で、DIN40の
規格にしたがうものであつた。炭素含有量は、
0.165％、Mnの含有量は1.32％であつた。この、
温度800℃ないし850℃で圧延されて出てきた物の
性質は、本発明を応用しない場合、次のとおりで
ある。

弾性限界………38Kg／mm² 破断強さ………55Kg／mm² 弾性レジリエンス…５Kg／cm² （温度−20℃における値）圧延工程から出た、この同じＩ形鋼は、本発明
の装置によつて10秒間処理した後には、温度は上
記と同じ条件にして、次の特徴的な数値をもつて
いた。

弾性限界………45Kg／mm² 破断強さ………60Kg／mm² 弾性レジリエンス……9.4Kg／cm² （温度−20℃における値）その操作条件は次のとおりのものであつた。

圧延速度……１ｍ／Ｓ冷却時間……10min 上下の冷却箱の長さを圧延方向にみて100ｍあ
たりにつき、次の数値を採用した。

圧延速度……１ｍ／Ｓ冷却時間……10S 上下の冷却箱の長さを圧延方向にみて100ｍあ
たりにつき、次の数値を採用した。

形鋼からの間隔……３〜６mm 冷却水圧……１〜３Kg／cm² 給水量（排水量）……15〜50m³／ｈ噴射ノズルとしては、空気と水とを混用するも
のを用い、空気流をいつたん集中させてから、発
散させる型のものを使用した。その各部の寸法は
次のようなものであつた。

ネツク部の径………１mm 空気圧……４Kg／cm² 空気の吹出量……1.5〜2.5Nm³／ｈ水圧……３〜４Kg／cm² 吐水量……５立／分形鋼中心からの距離……100mm 入口温度……AC変態点以上出口温度……600℃〜700℃ （冷却路を出てから10〜20秒のところで
測定）つぎに、得られた生産物の顕微鏡的構造を説明
すると、次のとおりである。

３枚の顕微鏡写真を示した第４図ないし第６図
は、本発明の装置により処理されたＩ形鋼
（DIN40）のフランジの異なつた部分の結晶構造
図である。

第４図に示した顕微鏡写真は、このフランジの
表皮でできた構造部分（焼もどしによるマルテン
サイトもしくはベイナイトあるいは、それらの混
成物）を示し、第５図はこのフランジの外面より
7.5ミリメール内方のところで採取した部分の結
晶構造を示すものであり、第６図に示すものは、
本発明の装置により処理されなかつたフランジの
構成部分の一部を示した結晶構造例であり、フエ
ライトとカーバイドとの混成構造を示す。冷却速
度が低いので、粒子は粗い。

前述した装置についていえば、冷却箱に使用す
る冷却液の冷却能力に対する感度を高めるため
に、層流を構成するように操作すると有利であ
る。また冷却液としては水を使用すると有利であ
る。装置には多数のバツフルを設け、液の流れが
次々に方向を変えるようにするとよい。バツフル
の全長ならびに液の通流経路の長さは、装置を横
切る方向に液が流出するように選定するのがよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の１例を示した側面図、
第２図は第１図のＡ―A′線に沿つて切断して示
した装置要部の模式説明的横断面図、第３図は本
発明の装置によつて処理された形鋼の平板部の断
面を模式的に示した断面的説明図、第４図ないし
第６図は製品の顕微鏡写真である。これらの図において、１……形鋼、２……矢
印、３……上部フランジ、４……車台、５……転
動ローラ、５ａ……ローラ軸、６……冷却箱、７
……導管、８……ネジ、９……調整車、１０……
下部フランジ、１１……表面、１２……車台、１
３，１４……噴射ノズル。

Claims

【特許請求の範囲】

１傾斜あるいは水平方向に進行する形鋼１の１
平面と接触する適数の転動ローラ５をそなえ、圧
延機の最終圧延段の出口もしくはその付近に設け
られた上下方向には可動であるが長手水平方向に
は不動の定置形の車台４の下面側あるいは上面側
に設けられた機械的調整装置Ａによつて形鋼１と
の間の間隔を調整可能で、冷却流体が通流もしく
は循環する少くとも２段配置の冷却箱６と、この
冷却箱６の底板もしくは天井板を多孔に形成して
冷却流体を多数の噴流状態で形鋼１の上記平面に
付与する構造とをそなえ、上記の機械的調整装置
Ａは冷却箱６を不動に支持する台架構造体Ｓと上
下方向に可動の上記車台４との間にまたがつて配
装されていることを特徴とする形鋼の品質を改善
する装置。