JPH08267118A - ウェブ薄肉ｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却後の形状不良を防止して、ウェブ波、フ
ランジ反りの両者がともに発生しないウェブ薄肉Ｈ形鋼
の製造技術を提供する。 【構成】 熱間仕上げ圧延機の入り側に設けられた冷却
手段により、Ｈ形鋼のフランジ外面を強制冷却してウェ
ブ薄肉Ｈ形鋼を製造する方法において、予め、熱間仕上
げ圧延時におけるウェブ平均温度とフランジ平均温度と
の温度差の限界値、熱間仕上げ圧延時におけるフランジ
内面温度とフランジ外面温度との温度差の限界値を、そ
れぞれ求めておき、次いで、前記冷却手段の入り側にお
けるＨ形鋼のウェブ表面温度およびフランジ表面温度か
ら、ウェブ平均温度とフランジ平均温度との温度差およ
びフランジ内面温度とフランジ外面温度との温度差を求
め、これらの温度差がそれぞれ前記各温度差の限界値以
下になるように、前記冷却帯の水量密度を調整する。ま
た、冷却帯の水量密度の調整を、ライン方向に分割され
た冷却帯の個別調整により実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、形状が良好なウェブ薄
肉Ｈ形鋼の製造方法に係り、とくにウェブ波とフランジ
反りとをともに抑制しうるウェブ薄肉Ｈ形鋼の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ウェブ薄肉Ｈ形鋼は、フランジ厚に比べ
ウェブ厚が薄い断面形状を有するＨ形鋼であり、断面係
数が大きく強度に比し経済性に優れているという利点が
ある。しかし、このウェブ薄肉Ｈ形鋼を熱間圧延により
製造しようとすると、一般に、ウェブ波と称する形状不
良が発生し製造を困難にしている。このウェブ波は、熱
間圧延および冷却過程において、フランジとウェブとの
板厚差により、両者の間に温度差が生じ、ウェブに発生
する長手方向圧縮残留応力がウェブの臨界座屈応力を超
えることによって発生するものである。

【０００３】ところで、薄肉Ｈ形鋼の熱間圧延時に発生
するウェブ波を、抑制するための一般的な方法として、
フランジを強制冷却することがあげられる。すなわち、
この方法は、フランジを強制冷却することにより、フラ
ンジとウェブとの温度差を少なくして、ウェブの圧縮残
留応力を軽減し、ウェブ波を抑制しようとするものであ
る。しかしながら、単にフランジを強制冷却するのみで
は形状が良好な薄肉Ｈ形鋼を製造できないばかりでな
く、強制冷却が強すぎると表面硬度の上昇を招き、一
方、強制冷却が弱すぎるとウェブ波を抑制することがで
きなくなるといった制御の困難性を伴っていた。

【０００４】そこで、上記のフランジ強制冷却法を改善
するための方法が、例えば特開平１−２０５０２８号公
報、特開平５−５７３０２号公報などに提案されてい
る。上記特開平１−２０５０２８号公報に開示の方法
は、熱間仕上げ圧延後にフランジを強制冷却する際に、
水冷中にウェブ波が発生しない水冷直後のフランジとウ
ェブの温度差の下限と、水冷後室温に至までにウェブ波
が発生しない水冷直後のフランジとウェブの温度差の上
限とを、Ｈ形鋼のサイズおよび冷却水量密度ごとに求め
ておき、前記温度差の上下限内に水冷直後の温度差が入
るようにフランジを強制冷却するものである。しかしな
がら、本発明者らの実験によると、この方法では熱間仕
上げ圧延後だけでフランジ強制冷却を行う場合、ウェブ
が薄肉になると水冷中および水冷後ともウェブ波が発生
しやすくなり、また、水冷直後のフランジとウェブの温
度差の上下限の範囲が非常に小さくなったり、上下限の
範囲が存在しなくなったりしてウェブ波を完全に防止で
きなかった。さらに、水冷中にウェブ波が発生するよう
な強水冷を避けるためには、水量密度を少なくし強制冷
却装置の設備長を長くしなければならないという問題も
あった。

【０００５】また、上記特開平５−５７３０２号公報開
示の方法は、熱間仕上げ圧延機出側のウェブ平均温度と
フランジ平均温度との温度差をある定量化した臨界量よ
りも小さくなるように、熱間仕上げ圧延機入側でフラン
ジ外面冷却および／またはウェブ加熱を行い、ウェブ波
の発生を防止するものである。この方法によれば、熱間
仕上げ圧延前にウェブとフランジとの平均温度差を小さ
くすることで、ウェブ波を防止することは可能である
が、フランジ外面冷却の場合、フランジ内、外面温度差
が大きい状態で熱間仕上げ圧延されることから、冷却後
室温に至るまでに前記温度差に起因してフランジ反りと
称する形状不良が発生するという問題があった。また、
この方法では、ウェブ加熱により満足する効果を得るた
めには設備が大がかりになるという問題もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、上記既知
技術においては、いずれもウェブ波、フランジ反りのい
ずれか一方のの形状不良が不可避であるという問題を抱
えていた。そこで、本発明は、ウェブ薄肉Ｈ形鋼を熱間
圧延によって製造するにあたって、上記のような従来技
術が抱えていた問題点を解決し、優れた形状を有するウ
ェブ薄肉Ｈ形鋼の製造技術を提供することを目的とす
る。本発明の他の目的は、強制冷却後の形状不良を防止
して、ウェブ波、フランジ反りの両者がともに発生しな
いウェブ薄肉Ｈ形鋼の製造技術を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、上掲
の目的の実現に向けて、熱間仕上げ圧延機入り側におけ
る強制冷却が、圧延後室温まで冷却したウェブ薄肉Ｈ形
鋼の形状に及ぼす影響について詳細に検討した結果、ウ
ェブ波とフランジ反りを共に発生させないために必要な
Ｈ形鋼の温度条件を設定しておき、ライン方向に分割さ
れた冷却帯を具備する強制冷却装置を用いて、これらの
冷却帯の水量密度を個々に調整することにより前記温度
条件を満たすよう制御すれば、この目的がはじめて達成
できることを見出したのである。本発明は上記の知見に
立脚するものであり、その要旨構成は次のとおりであ
る。

【０００８】(1) 熱間仕上げ圧延機の入り側に設けられ
た冷却手段により、Ｈ形鋼のフランジ外面を強制冷却し
てウェブ薄肉Ｈ形鋼を製造する方法において、予め、ウ
ェブ波の発生防止に必要な、熱間仕上げ圧延時における
ウェブ平均温度とフランジ平均温度との温度差の限界
値、フランジ反りを許容範囲内に抑制するために必要
な、熱間仕上げ圧延時におけるフランジ内面温度とフラ
ンジ外面温度との温度差の限界値をそれぞれ求めてお
き、次いで、前記冷却手段の入り側におけるＨ形鋼のウ
ェブ表面温度およびフランジ表面温度からウェブ平均温
度とフランジ平均温度との温度差およびフランジ内面温
度とフランジ外面温度との温度差を求め、これらの温度
差がそれぞれ前記各温度差の限界値以下になるように、
前記冷却手段の冷却能を調整することを特徴とするウェ
ブ薄肉Ｈ形鋼の製造方法。 (2) 冷却手段の冷却能の調整を、圧延ライン方向に分割
された冷却帯の水量密度を個別調整することにより実現
する上記(1) に記載のウェブ薄肉Ｈ形鋼の製造方法。

【０００９】

【作用】まず、本発明は熱間仕上げ圧延機の入り側に設
けられた冷却手段により、Ｈ形鋼のフランジ外面を強制
冷却することを前提とする。なぜなら、熱間仕上げ圧延
の前にフランジを強制冷却することにより、仮に水冷中
にウェブ波が発生しても、熱間仕上げ圧延機で矯正でき
るという利点があるからである。

【００１０】さて、上記強制冷却に先立って、先ずウェ
ブ波、フランジ反りを抑制するために必要な、熱間仕上
げ圧延時の温度条件について検討した。主成分組成が
Ｃ：0.16wt％、Mn：1.35wt％で、ウェブ高さ：550mm 、
フランジ幅：200mm 、ウェブ厚：６mm、フランジ厚：16
mm (以下、Ｈ形鋼のサイズを 550×200 ×6 ×16のよう
に表記する）のウェブ薄肉Ｈ形鋼を製造する場合におい
て、形状不良の発生状況と熱間仕上げ圧延時の温度条件
との関係を調査した結果の一例を図１および図３に示
す。

【００１１】図１は、熱間仕上げ圧延前にフランジ強制
冷却した際の、熱間仕上げ圧延時のウェブ平均温度とフ
ランジ平均温度との関係から、室温におけるウェブ波発
生の有無を調べたものである。図１から、熱間仕上げ圧
延時のウェブ平均温度Ｔ_W とフランジ平均温度Ｔ_F との
温度差ΔＴ^m （＝Ｔ_F −Ｔ_W ）を、ウェブ波が発生しな
い温度差の限界値ΔＴ^m _cr（この場合ΔＴ^m _cr＝１０
℃）以下にするとウェブ波を防止できることがわかる。
なお、ここでの熱間仕上げ圧延時の平均温度はウェブ全
体、フランジ全体の平均温度であり、いずれも直接測定
することが不可能であるので、熱間仕上げ圧延前後の実
測表面温度とフランジ強制冷却開始前から熱間仕上げ圧
延終了後までの温度計算とをもとに求められる。これら
の平均温度は、それぞれ、ウェブの代表位置（ウェブ高
さの1/2 ）、フランジの代表位置（フランジ幅の1/4 ）
におけるそれぞれの板厚平均温度で代用させてもよく、
その場合にはΔＴ^m _crの値が変わるだけである。

【００１２】このように、熱間仕上げ圧延前にフランジ
強制冷却を行うと、フランジ外面だけが水冷されるので
フランジ外面Ｔ_FOとフランジ内面Ｔ_FIとの温度差ΔＴ^S
( ＝Ｔ_FI−Ｔ_FO）が大きい状態で熱間仕上げ圧延される
ことから、フランジ反りという形状不良を招く恐れがあ
る。ここで、フランジ反りとは、図２に示すようにウェ
ブ対して直角に保たれるべきフランジの両端が、ウェブ
に対する直角位置から外側（＋側）あるいは内側（−
側）に傾く形状不良のことである。図３は、図１の実験
と同じサイズのウェブ薄肉Ｈ形鋼を製造する際の、熱間
仕上げ圧延時のフランジ内、外面温度差ΔＴ^S と室温に
おけるフランジ反りとの関係を調べたものである。これ
から、フランジ内、外面温度差が大きくなると、フラン
ジ反りが＋側に大きくなり許容範囲から外れるが、フラ
ンジ内、外面温度差を限界値ΔＴ^S _cr( 図３ではΔＴ^S
_cr＝７０℃）以下にすれば、フランジ反りを許容範囲内
に抑えられることがわかる。なお、ここでのフランジ内
面温度および外面温度は、フランジ幅1/4 の位置でのそ
れぞれ内表面温度および外表面温度であるが、フランジ
板厚方向で外表面が直接強制冷却され、内表面がフィレ
ット部に含まれないフランジ幅方向位置でもよく、その
場合にはΔＴ^S _crの値が変わるだけである。また、ΔＴ
^S _crも熱間仕上げ圧延時のフランジ内、外面温度を実測
する代わりに、ΔＴ^m _crと同じ手法で求めても構わな
い。

【００１３】上記したΔＴ^m _cr、ΔＴ^S _crは、Ｈ形鋼の
サイズおよび鋼種によって異なるので、ΔＴ^m _crの場合
は、ウェブとフランジの代表温度として、ウェブ全体，
フランジ全体の平均温度とそれぞれの代表位置における
板厚平均温度を比較し、ウェブ波発生有無と最も相関の
強いものを選択し、ΔＴ^S _crの場合は、フランジの代表
温度として、フランジ反りと最も相関の強いフランジ幅
方向位置の内面温度および外面温度を選択し、ウェブ波
および／またはフランジ反りが問題になるサイズ、鋼種
について予め把握しておけばよい。

【００１４】さて、実操業時に、ウェブ波およびフラン
ジ反りを抑制するためには、上記のΔＴ^m _crおよびΔＴ
^S _crを目標にして、強制冷却装置の入り側における圧延
中のＨ形鋼のウェブ表面温度およびフランジ表面温度か
ら上記ΔＴ^m _cr、ΔＴ^S _crを求めるのと同様な方法によ
り、ウェブ平均温度とフランジ平均温度との温度差およ
びフランジ内面温度とフランジ外面温度との温度差を求
め、これらの温度差がそれぞれ各温度差の限界値（ΔＴ
^m _cr、ΔＴ^S _cr）以下になるように、強制冷却の条件を
制御する必要がある。

【００１５】そのため、強制冷却装置としては、圧延ラ
イン方向に冷却能が変化させうるもの、言い換えれば、
ライン方向に分割された冷却帯を備えたものを使用すれ
ば、本発明を有利に実現できる。図４は、本発明を実施
するための装置例であり、熱間仕上げ圧延機２の入側の
ライン方向に、複数の冷却帯に分割されたフランジ水冷
装置３と、フランジ水冷装置入側、熱間仕上げ圧延機入
側および出側に温度測定装置４とを設けたものである。
なお、フランジ水冷装置３内の複数の冷却帯（３ａ〜３
ｈ）は個別に水量密度を変化させて使用することが可能
である。

【００１６】そして、上記したような強制冷却装置にお
いて、使用する冷却帯の決定とその水量密度の調整は、
上記各温度差の限界値（ΔＴ^m _cr、ΔＴ^S _cr）のほか、
フランジ水冷装置入側の温度測定装置で実測したウェブ
とフランジの表面温度に応じて、あるいは粗圧延機１で
圧延中の測定温度から計算したフランジ水冷装置入側の
ウェブとフランジの予測表面温度に応じて行う。最適な
冷却帯を選択するためには、サイズ、鋼種、水量密度毎
に、フランジ水冷装置入側のウェブとフランジの表面温
度と、熱間仕上げ圧延時にΔＴ^m _cr以下、ΔＴ^S _cr以下
を満足するのに適切なフランジ水冷装置の冷却帯との関
係を予め温度計算により求めておくことが必要である。
冷却帯の使用数が同じでもフランジ水冷装置入側の冷却
帯を優先的に使用する場合と出側の冷却帯を優先的に使
用する場合とでは、ウェブ波の防止にはほぼ同等の効果
であるが、フランジ反りについては前者の方がフランジ
水冷終了から熱間仕上げ圧延までの時間が長く、フラン
ジ外面の復熱によってΔＴ^S が小さくなるので有利であ
る。しかしながら、前者でもウェブ波防止のために冷却
帯の使用数が多くなると、連続的にフランジ水冷される
ことでΔＴ^S が急激に大きくなり、フランジ反りが抑制
できないことがある。この場合、冷却帯の連続的な使用
を避けるために中間に水冷を行わない冷却帯を設け、復
熱帯として利用することも有効な手段である。したがっ
て、上記の関係を予め求める際には、種々の冷却帯の組
合せを検証し、ウェブ波、フランジ反りが発生しやすい
サイズについては、ΔＴ^m 、ΔＴ^S を小さくするため
に、全冷却帯あるいは一部の冷却帯での水量密度の変
更、搬送速度の変更も検討しておくことが望ましい。

【００１７】実際のフランジ強制冷却においては、対象
サイズの目標表面温度に対応した冷却帯を仮設定してお
き、実測あるいは予測した表面温度に応じ、冷却帯、水
量密度等の一部変更だけを行うようにする。また、予測
した表面温度で冷却帯を仮設定し、実測した表面温度に
応じ使用冷却帯、水量密度等の一部変更を行うようにす
ると、仮設定を変更する頻度は小さくなる。なお、熱間
仕上げ圧延前のフランジ強制冷却能を多少軽減するため
に、熱間仕上げ圧延後にフランジ水冷装置を追加し、Δ
Ｔ^m _cr、ΔＴ^S _crの緩和を図ることは構わない。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を以下に示す。 ・実施例１ Ｃ：0.16wt％、Ｍn:1.35wt％を主成分とし、サイズが異
なるウェブ薄肉Ｈ形鋼を、図４に示す配置の、熱間仕上
げ圧延機の入り側に設けたフランジ水冷装置を用いて熱
間圧延により製造した。この水冷装置はそれぞれオン・
オフ制御および流量制御可能な８基の冷却帯から構成さ
れた全長４０ｍの装置である。冷却帯は50×50mm² の噴
射面積をもつ斜方スプレ−ノズルがフランジ幅方向に５
段、長手方向に１００mmピッチで配置されている。製造
条件と得られた結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】なお、表１におけるΔＴ^m _cr、ΔＴ^S _crは
工程生産材の調査および温度計算によって得られた値で
ある。また、表１中の使用冷却帯の水量密度が０ｌ/m²m
inのものは未使用状態を、０ｌ/m²minを超える数値が表
記されているものは使用状態を意味する。冷却方法は、
フランジ上下端２５mm幅を除くフランジ外面に直接スプ
レ−噴射するようにフランジ幅より５０mm狭い段数を使
用し、スプレ−噴射部の水量密度の初期設定値はすべて
1100ｌ/m²minとした。また、室温まで冷却したウェブ薄
肉Ｈ形鋼のウェブ波の有無とフランジ反りを観察し、形
状の良否を評価した。ここで、ウェブ波の有無について
は、目視観察によりウェブ面が平坦であるか否かで、ま
た、フランジ反りについては、図２で定義した測定値が
±0.4m以内の許容範囲にあるか否かで判定した。

【００２１】表１から、発明例は、サイズ、鋼種、水量
密度毎に予め温度計算より求めておいた、フランジ水冷
装置入側のウェブおよびフランジの表面温度と、熱間仕
上げ圧延時にΔＴ^m _cr以下、かつΔＴ^S _cr以下を満足す
るのに必要なフランジ水冷装置の冷却帯、水量密度との
関係を用い、フランジ水冷装置入側で実測した温度に応
じて冷却帯、水量密度を適正に変更した場合であり、ウ
ェブ波発生防止とフランジ反り抑制を同時に実現できる
ことがわかる。これに対し、比較例は、フランジ水冷装
置入側で実測した表面温度による冷却帯、水量密度の変
更を行わなかったために、ΔＴ^m _cr以下、ΔＴ^S _cr以下
のいずれか一方の条件だけ満足された場合で、ウェブ
波、フランジ反りのどちらかの形状不良が発生した。

【００２２】・実施例２ Ｃ：0.18wt％、Ｍn:0.60wt％を主成分とし、サイズが異
なるウェブ薄肉Ｈ形鋼を、図４に示す配置の、熱間仕上
げ圧延機の入り側に設けたフランジ水冷装置を用い、実
施例１と同様にして、熱間圧延により製造し、形状を評
価した。その製造条件と得られた結果を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２から、発明例では、ウェブ波発生防止
とフランジ反り抑制を同時に実現できることがわかる。
これに対し、比較例では、ウェブ波、フランジ反りのど
ちらかの形状不良が発生した。

【００２５】

【発明の効果】上述したように、本発明方法によれば、
従来の方法が抱えていた問題点が解消され、優れた形状
を有するウェブ薄肉Ｈ形鋼の製造が可能となる。また、
本発明方法によれば、熱間仕上げ圧延機入側におけるフ
ランジ外面の強制冷却によって、サイズ、鋼種毎に熱間
仕上げ圧延時のウェブとフランジとの平均温度差、およ
びフランジ内、外面温度差を限界値以下に制御すること
で、ウェブ波およびフランジ反りのといった形状不良が
発生しないウェブ薄肉Ｈ形鋼を安定して製造できるの
で、その工業的な効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱間仕上げ圧延時のウェブ平均温度、フランジ
平均温度とウェブ波発生の有無との関係を示す図であ
る。

【図２】フランジ反りの形状および量を示す図である。

【図３】熱間仕上げ圧延時のフランジ内、外面温度差と
室温でのフランジ反りとの関係を示す図である。

【図４】熱間粗圧延から熱間仕上げ圧延までの圧延ライ
ンと、熱間仕上げ圧延前後のフランジ水冷装置の配置を
示す平面図である。

【符号の説明】

１ 粗圧延機 ２ 仕上げ圧延機 ３ フランジ水冷装置 ４ 温度測定装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱間仕上げ圧延機の入り側に設けられた冷
   却手段により、Ｈ形鋼のフランジ外面を強制冷却してウ
   ェブ薄肉Ｈ形鋼を製造する方法において、予め、ウェブ
   波の発生防止に必要な、熱間仕上げ圧延時におけるウェ
   ブ平均温度とフランジ平均温度との温度差の限界値、フ
   ランジ反りを許容範囲内に抑制するために必要な、熱間
   仕上げ圧延時におけるフランジ内面温度とフランジ外面
   温度との温度差の限界値を、それぞれ求めておき、次い
   で、前記冷却手段の入り側におけるＨ形鋼のウェブ表面
   温度およびフランジ表面温度から、ウェブ平均温度とフ
   ランジ平均温度との温度差およびフランジ内面温度とフ
   ランジ外面温度との温度差を求め、これらの温度差がそ
   れぞれ前記各温度差の限界値以下になるように、前記冷
   却手段の冷却能を調整することを特徴とするウェブ薄肉
   Ｈ形鋼の製造方法。
2. 【請求項２】冷却手段の冷却能の調整を、ライン方向に
   分割された冷却帯の水量密度を個別調整することにより
   実現する請求項１に記載のウェブ薄肉Ｈ形鋼の製造方
   法。