(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕上げ圧延後、フランジ外面に冷却水を噴射し、加速冷却を行なうＨ形鋼の製造方法において、仕上圧延工程前にフランジ外面温度分布を、均一又はフィレット部のみを該周辺部よりも低温となるように冷却することを特徴とするフランジの開き角度が零である強度と靱性に優れたＨ形鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱間圧延後、冷却を行うＨ形鋼の製造方法に関し、特に冷却後、矯正機あるいはプレスによる矯正作業なく能率よくＨ形鋼を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築用の部材に対する耐震性の要望が強まり、柱材や梁材用に強度や靭性に優れたＨ形鋼が求められ、その製造方法として制御圧延や制御冷却が適用されている。
【０００３】
制御圧延や制御冷却は高強度・高靭性の鋼材の一般的な方法であり、制御圧延は１０００℃以上に加熱したスラブやＣＣＢＢ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃａｓｔｉｎｇ  ｂｅａｍ  ｂｌａｎｋ）素材を一旦中程度の厚みまで粗圧延し、その後、鋼板の温度が未再結晶温度域やあるいはその近傍の温度域で最終の仕上げ圧延を行うもので、制御冷却は圧延後加速冷却によってＡｒ３温度以上から５００℃程度まで冷却し、強度を確保するものである。
【０００４】
Ｈ形鋼のフランジに対して、仕上げ圧延機後方の加速冷却装置により制御冷却を行う方法として、フランジ内外面から同時に冷却する方法（特公平５−７３８０６号公報、以下先行技術１）、多段にスプレーノズルを配置しガイドの後方からガイドに設けたスリットを通してＨ形鋼のフランジ外面を冷却する方法（特開平５−３１７９４８号公報、以下先行技術２）がある。
【０００５】
先行技術１の場合、Ｈ形鋼自体、図１に示すようにフランジ１，フランジ幅（Ｈ），フランジ厚み（ｔ２），ウエブ２、ウエブ高さ（Ｂ），ウエブ厚み（ｔ１）の各寸法が多様であるため、多品種のＨ形鋼を能率よく製造するためにはフランジ内面の冷却装置の幅、位置、高さ等を容易に変更できる複雑な構造とするか、あるいは冷却装置の位置調整を自在とする機構が必要であり、更に内面に冷却装置を設けるため、Ｈ形鋼との衝突の危険性もあり、安定操業の点でも問題があった。
【０００６】
先行技術２の場合、スプレーノズルを多段に配置し、フランジ外面を冷却する方法であり、フランジが外面側からのみ冷却されるため加速冷却等の強冷却の場合、冷却中にフランジ外面を凹にした反り（図２（１））が発生する。冷却後、冷却床上で全体の温度が下がるにつれ、フランジ外面を凸にした曲がり（図２（２））が発生し、結局Ｈ形鋼が常温になった状態ではフランジ外面を凸にした曲がりが残留し、その後、矯正機やプレスによる矯正作業が発生していた。特に、残留曲がりがフランジ外面を凸にした曲がりは矯正作業が難しく、コスト高となっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、仕上げ圧延機後方の加速冷却装置により制御冷却を行う方法において、内外面から冷却する方法は装置が複雑となり、外面から冷却する方法は冷却後、矯正する工程が不可欠であった。本発明は、複雑な装置を用いることなく、外面からの冷却のみにより熱歪が少ないＨ形鋼の製造方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はＨ形鋼の冷却工程後の形状に及ぼすＨ形鋼各部の温度分布の影響を詳細に検討し、仕上げ圧延前におけるフランジ外面の温度分布が重要なことを把握した。すなわち、フランジ外面における温度分布を、ほぼ均一又はフィレット部３（図１中、フランジ１とウエブ２の付け根の部分）のみを低温とした後、仕上げ圧延でフランジの開き角度を零とした場合、冷却工程後においてもフランジの開き角度は零で変化せず、鉛直を保つことが可能であることを見出した。
【０００９】
本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１０】
１．仕上げ圧延後、フランジ外面に冷却水を噴射し、加速冷却を行なうＨ形鋼の製造方法において、仕上圧延工程前にフランジ外面温度分布を、均一又はフィレット部のみを該周辺部よりも低温となるように冷却することを特徴とするフランジの開き角度が零である強度と靱性に優れたＨ形鋼の製造方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図４は本発明の製造の実施の形態を示す概略図である。スラブを加熱炉７により加熱後、ブレークダウンミル８によりＨ形鋼形状の素材に圧延し、第１の粗圧延機群９及び第２の粗圧延機群１１でのリバース圧延により、各部寸法を圧延成形する。その後、仕上げ圧延を行うが、本発明では仕上げ圧延前にフィレット部を外側より冷却し、フランジ外面の温度分布を均一、又は温度分布においてフィレット部を低温とする。本発明での均一とは、本発明の目的を達成しうる程度に実質的に均一であればよく、例えば、フィレット部の温度がフランジ部の温度に比べて＋３０℃から−５０℃の範囲内にあれば良い。なお、ここでフィレット部の温度とはフランジ上端または下端から１／２Ｂにおける外面復熱温度、フランジ温度とはフランジ上端または下端から１／４Ｂの位置における外面復熱温度である。
【００１２】
フィレット部は、熱的に容量が大きく冷却されにくく、仕上げ圧延前のフランジ外面温度分布では高温となり、冷却工程後の熱歪による変形の原因となるため冷却する。冷却は粗圧延工程以降、仕上げ圧延前に実施すればよく、特にその時期、方法は規定しないが、本実施例では設備コストを考慮し、粗圧延機の前後に設けられたサイドガイド１０ａ，１０ｂに、ノズル高さとスプレー幅の変更が可能なスプレーノズルで、フランジ外面のフィレット部を選択的に冷却する冷却機構を組み込み、フランジ外面よりフィレット部を冷却した。
【００１３】
冷却後、仕上げ圧延機１２の竪ロール５ａ、５ｂ、水平ロール６ａ，６ｂとのギャップを調整し、圧延後のフランジの開き角度を零に仕上げた後、冷却装置１３によりフランジ外面を加速冷却し、その後、熱間切断機で所定の長さに切断後、冷却床１４に室温まで放置した。
【００１４】
【実施例】
本発明の効果を実施例により説明する。以下に図４に示す設備配置列を用いて、仕上げ圧延終了時点のウエブ高さＨが５７２ｍｍ，フランジ幅Ｂが５１０ｍｍ，ウエブ厚みが６０ｍｍ，フランジ厚み８０ｍｍ，長さ１３ｍのＨ形鋼を製造した実施例について、説明する。
【００１５】
本実施例では、板厚２５０ｍｍのスラブを加熱炉７により１２５０℃に加熱後、ブレークダウンミル８によりＨ形鋼形状の素材に圧延し、第１の粗圧延機群９及び第２の粗圧延機群１１でのリバース圧延により、各部寸法を圧延成形する。リバース圧延は制御圧延とした。粗圧延後、ユニバーサル方式の粗圧延機１１によりリバース圧延し、フィレット部を冷却後、仕上げ圧延を行い、その後、フランジを加速冷却する。
【００１６】
フィレット部の冷却は、第２の粗圧延機１１前後の長さ各々１０ｍのサイドガイド１０ａ，１０ｂに設けた冷却装置により、フランジ外面部のフィレット部を幅７０ｍｍに亘って水量密度１５００ｌ／ｍｉｎｍ2で，冷却した。その結果、約９００℃となったフランジ外面部においてフィレット部のみ約８５０℃と低温となり、フィレット部を冷却しない場合と比較して約１５０℃低下していた。
【００１７】
仕上げ圧延機１２の直前では、復熱し、約２０〜３０℃温度が上昇する。尚、フランジ外面の温度はフランジ上端又は下端から１／４Ｂの位置における外面復熱温度で、フィレット部の温度は１／２Ｂにおける温度とした。
【００１８】
仕上げ圧延では、粗圧延終了時、フランジの開き角度αが０．４６度と外側に開いた形状を、開き角度αを零となるように圧延し、フランジを鉛直とした。その後、冷却装置１３にＨ形鋼を搬入し、後端が装置内に入ったと同時に冷却水を水量密度１５００ｌ／ｍｉｎｍ2で噴射し、オッシレーションさせながら１２０秒間冷却した。冷却復熱後、上述したフランジ外面温度は５００℃で長手方向に均一であった。
【００１９】
冷却後、熱間切断機で採寸，切断後、冷却床に搬送し、自然放冷を行なった。常温となった時点でも、フランジの開き角度αは零であり、矯正する必要はなかった。
【００２０】
次に、比較例１〜３として、フランジ外面冷却の有無及び冷却実施時期により、フランジ外面の温度分布を変化させ、Ｈ形鋼を製造した。それぞれの比較例は本発明の実施例と同じく図４に示す設備配置列を用い、製造した。
【００２１】
比較例１は、粗圧延の段階で、フランジ外面冷却をせずに、仕上げ圧延を行うもので
粗圧延後、仕上げ圧延前のフランジ外面の温度分布はフィレット部が１０００℃、フランジが９００℃とフィレット部が高温となった中高の形状となっている。
【００２２】
比較例２は、粗圧延の段階で、第２の粗圧延機のサイドガイドに組み込んだ冷却装置によりフランジ全幅を冷却するもので、冷却後、フランジ外面の温度分布はフィレット部が高温となった中高の形状であるが、フィレット部が８５０℃、フランジが８００℃となった。
【００２３】
比較例３は、仕上げ圧延前には、フランジ外面の冷却は行なわず、仕上げ圧延後の加速冷却の直前にフィレット部のみを冷却した。冷却は上述した本発明の実施例における粗圧延時のフィレット冷却条件と同等の条件で行なった。以上、いずれの比較例でも、仕上げ圧延ではフランジの開き角度を零とし、フランジを立てた形状とした。
その後、強度を向上させるための加速冷却を行ない、熱間切断機で採寸，切断後、冷却床に搬送し、自然放冷を行なった。
【００２４】
常温となった時点で、図５に示すフランジの足先部の外寸法Ｈｃ，フランジの中央部Ｈｔを測定した。表１に本発明実施例の測定結果と合わせて示す。いずれの比較例の場合でも、矯正機の繰り返し曲げによるフランジの開き角度の矯正が必要であった。比較例１の場合、フランジの内側への倒れこみが大きく、フランジの開き角度を零とすることは難しかった。比較例２，３は比較例１よりフランジの内側への倒れこみが小さかったものの矯正作業が必要であった。
【００２５】
また、比較例２によるＨ形鋼のフランジ部は、フランジ部の上から１／４、３／４において強度が低くなったが、粗圧延時のフランジの全面冷却により、仕上げ圧延後の加速冷却における冷却開始温度がフィレット部を除いて強度の確保に必要な温度を下回った結果と考えられる。
【００２６】
【表１】
0003680652.tif 000002
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、強度と靭性に優れたＨ形鋼を加速冷却により製造する場合、冷却によるフランジの変形を生じないので、精整工程における矯正作業が不要となり、低コストで高能率な生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｈ形鋼の各部の名称を示す図
【図２】仕上げ圧延後の冷却過程におけるＨ形鋼の形状を示すもので、（１）は加速冷却後、（２）は冷却床上で冷却後の変形状態を示す図
【図３】仕上げ圧延の状況を示すもので、（１）は圧延前のフランジの開き角度α（２）は圧延後の形状、（３）は圧延中の状況を示す図
【図４】Ｈ形鋼を製造する設備の配置を示す図
【図５】Ｈ形鋼におけるフランジの変形を示す図
【符号の説明】
１…フランジ
２…ウエブ
３…フィレット
４…フランジ開き角度
５ａ，５ｂ…竪ロール
６ａ，６ｂ…水平ロール
７…加熱炉
８…ブレークダウン圧延機
９…第一の粗圧延機群
１０ａ，１０ｂ…サイドガイド（冷却装置）
１１…第二の粗圧延機群
１２…仕上げ圧延機
１３…冷却装置
１４…冷却床
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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