(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間仕上圧延直後のＨ形鋼のフランジを加速冷却するに際して、該フランジ外面を強冷却するとともに、ウェブ上下面を緩冷却するＨ形鋼の冷却方法であって、前記ウェブの緩冷却は、上面は複数のスプレ−冷却ノズルと複数の空気噴射ノズルにより、下面は複数のスプレ−冷却ノズルにより、冷却するものであり、前記フランジ外面の強冷却は、水量密度が1000Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2以上であり、前記ウェブの緩冷却は、水量密度が200〜500Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2であることを特徴とするＨ形鋼の冷却方法。
【請求項２】
熱間仕上圧延直後のＨ形鋼のフランジを加速冷却するに際して、該フランジ外面を強冷却するとともに、ウェブ上下面を緩冷却するＨ形鋼の冷却方法であって、前記ウェブの緩冷却は、上面は複数のミストノズルと複数の空気噴射ノズルにより、下面は複数のミストノズルにより、冷却するものであり、前記フランジ外面の強冷却は、水量密度が1000Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2以上であり、前記ウェブの緩冷却は、水量密度が50〜200Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2であることを特徴とするＨ形鋼の冷却方法。
【請求項３】
前記ウェブの冷却を間欠冷却とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のＨ形鋼の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱間仕上圧延直後のＨ形鋼、特に薄肉ウェブＨ形鋼に加速冷却を施して、高強度・高靭性の薄肉ウェブＨ形鋼を製造する際の冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築用として使用される鋼材に対して、耐震性を高めるようにとの要求が強くなってきている。特に、建築物の柱材や梁材として用いられるＨ形鋼においては、強度や靭性の優れたＨ形鋼が求められており、そのようなＨ形鋼の製造方法として、圧延と冷却とを組み合わせた制御圧延・制御冷却が盛んに行なわれている。
【０００３】
高強度・高靭性のＨ形鋼を製造する一般的な方法としては、１０００℃以上に加熱した圧延素材であるスラブや連続鋳造されたビ−ムブランクを、一旦中程度の厚みまで粗圧延し、その後、被圧延材の組織が再結晶しない温度域やその温度域に近い温度域で、最終の仕上げ圧延を行う、いわゆる制御圧延と、圧延後に加速冷却によって、Ａｒ3温度以上から５００℃程度まで急冷（焼き入れ）することによって強度を出す、いわゆる制御冷却が行われている。
【０００４】
Ｈ形鋼のフランジを、仕上げ圧延機の後方に設けた加速冷却装置により、制御冷却する従来の方法としては、特公平５−７３８０６号公報に開示された、フランジ内外面から同時に冷却する方法（従来技術１）、特開平５−３１７９４８号公報に開示された、多段にスプレーノズルを配置し、これをサイドガイドの後方からサイド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（従来技術２）がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術には、次のような問題点がある。
従来技術１の冷却方法は、ウェブ厚みがフランジ厚みに対して薄いため、ウェブの温度降下量がフランジの温度降下量よりも大きくなるので、冷却後のウェブとフランジの温度差は、冷却する前よりも開いている。
【０００６】
したがって、そのままの状態で冷却床で放冷させると、常温まで冷却される過程において、温度の低いウェブが先に収縮し、温度の高いフランジは後で収縮するので、フランジ収縮時にウェブが引っ張られて、ウェブにウェブ波が生じる。
【０００７】
従来技術２の冷却方法は、例えばフランジ外面を、1000Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2以上の水量密度で加速冷却すると、冷却によってフランジが急速に縮むため、加速冷却中にウェブが座屈して、同じようにウェブ波が生じる。
【０００８】
本発明は、従来技術の上述のような問題点を解消するためになされたものであり、高強度・高靭性の薄肉ウェブＨ形鋼をウェブ波を発生させることなく、能率よく冷却することのできるＨ形鋼の冷却方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決する手段】
この発明に係るＨ形鋼の冷却方法は、熱間仕上圧延直後のＨ形鋼のフランジを加速冷却するに際して、強冷却するとともに、ウェブ上下面を緩冷却するものであって、前記ウェブの緩冷却は、上面は複数のスプレ−冷却ノズルと複数の空気噴射ノズルにより、下面は複数のスプレ−冷却ノズルにより、冷却するものであり、前記フランジ外面の強冷却は、水量密度が1000Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2以上であり、前記ウェブの緩冷却は、水量密度が200〜500Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2とするものである。
【００１１】
また、熱間仕上圧延直後のＨ形鋼のフランジを加速冷却するに際して、該フランジ外面を強冷却するとともに、ウェブ上下面を緩冷却するＨ形鋼の冷却方法であって、前記ウェブの緩冷却は、上面は複数のミストノズルと複数の空気噴射ノズルにより、下面は複数のミストノズルにより、冷却するものであり、前記フランジ外面の強冷却は、水量密度が1000Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2以上であり、前記ウェブの緩冷却は、水量密度が50〜200Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2とするものである。
【００１３】
また、前記ウェブの冷却を間欠冷却とするものである。
【００１４】
この発明のＨ形鋼の冷却方法において、フランジ外面を強冷却するのは、フランジ内外面から冷却するのでは、ウェブが過冷却となり、ウェブにウェブ波が発生するので、フランジ外面からの冷却とするのであるが、フランジ外面からのみの緩冷却では、フランジに十分な高強度および高靭性が得られないので、強冷却とした。
【００１５】
そして、強冷却における水量密度は、フランジ内面側まで十分な高強度および高靭性が得られる1000Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2以上とした。
【００１６】
また、ウェブを緩冷却するのは、ウェブに十分な高強度および高靭性を付与するに際して、強冷却では特に薄肉ウェブＨ形鋼において、ウェブにウェブ波が発生するので、緩冷却とした。
【００１７】
また、Ｈ形鋼のウェブを緩冷却する際に問題となるのは、ウェブ上面に噴射した冷却水が、ウェブ上を樋の中を流れるように流れ、ウェブのまだ冷却がなされていない部分や、冷却が終了した部分を冷却し、ウェブが過冷却されてしまうことである。
【００１８】
したがって、ウェブの冷却は緩冷却で行うとともに、冷却後の冷却水をウェブ上から可能なかぎり早く排出するか、ウェブ上に冷却水が存在しても、ウェブが過冷却されないような条件で冷却することが肝要である。
【００１９】
本発明のＨ形鋼の冷却方法は、上述したような観点に基づいてなされたものである。
【００２０】
ウェブを緩冷却するに際して、上面は複数のスプレ−冷却ノズルと複数の空気噴射ノズルにより、下面は複数のスプレ−冷却ノズルにより冷却するのは、次の理由による。
【００２１】
ウェブの上下面とも複数のスプレ−冷却ノズルにより冷却するのは、上下面とも同じ温度になるように、緩冷却を行うためである。
【００２２】
また、ウェブ上面にスプレ−冷却ノズルに加えて、空気噴射ノズルを配置したのは、スプレ−冷却ノズルから噴射された冷却水がウェブに衝突して、ウェブのある一定区間を冷却したら、空気噴射ノズルにより空気を噴射して、ただちにウェブ上面の冷却水を吹き飛ばし、冷却水がウェブ上面に長時間滞留しないようにするためである。
【００２３】
また、さらに冷却を緩くするためには、ウェブの冷却を間欠的な冷却とし、各スプレ−冷却ノズル間の非冷却部で、ウェブ上に滞留した冷却水を、ウェブ上から速やかに排除するために、空気噴射ノズルにより空気を噴射して、ただちにウェブ上面の冷却水を吹き飛ばし、冷却水がウェブ上面に長時間滞留しないようにする。
【００２４】
ウェブ下面は、スプレ−冷却ノズから噴射された冷却水がウェブに衝突して、ウェブのある一定区間を冷却した後、冷却水は自然落下するので、ウェブ下面には空気噴射ノズルは配置しなくてよい。
【００２５】
ウェブを緩冷却するに際して、上面は複数のミストノズルと複数の空気噴射ノズルにより、下面は複数のミストノズルにより冷却するのは、次の理由によるものである。
【００２６】
この冷却方法は、空気によってアトマイズされた微細な液滴群を、高速でウェブに衝突させるものであるが、液滴群は空気によて随伴されるものであるので、液滴群はウェブに衝突後速やかに空気流に乗って排除されるので、ウェブ上に冷却水は残存せず、ウェブの過冷却は起こりにくいからである。なお、この場合も間欠的な冷却を行う場合には、空気噴射ノズルを設けておくことが望ましい。
【００２７】
また、ウェブ上面にミストノズルに加えて、空気噴射ノズルを配置したのは、冷却水量が多い場合は、ミストノズルであっても、ノズルの前後の非冷却部に冷却水が滞留するおそれがあるので、空気噴射ノズルにより冷却水を排除するためである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明のＨ形鋼の冷却方法を適用するＨ形鋼製造ラインの設備構成を示す図である。
【００３０】
圧延素材であるスラブまたは連続鋳造したビ−ムブランク2は、加熱炉１により１２５０℃程度まで加熱され、搬送テ−ブルによりブレ−クダウンミル3に送られる。ブレ−クダウンミル3においては、前記圧延素材２が概略Ｈ形形状をした第一の中間圧延材に造形圧延される。
【００３１】
さらに、ユニバ−サル方式の第一の粗圧延機4および第二の粗圧延機5により、リバ−ス圧延されて、前記第一中間圧延材はよりＨ形形状に近い第二の中間圧延材となる。この第一の粗圧延機4および第二の粗圧延機5による圧延においては、圧延し終わったＨ形鋼製品の強度および靭性を高めるために、特定の圧延温度域において、特定の圧下率で圧延を行う制御圧延が行われる。
【００３２】
第一の粗圧延機4および第二の粗圧延機5による圧延を終えた第二の中間圧延材は、仕上圧延機6に送られて、フランジを垂直にたてる圧延が行われて、フランジおよびウェブの各部寸法が最終製品に対応する寸法を有する仕上圧延材（Ｈ形鋼）となる。
【００３３】
仕上圧延材は圧延後直ちに、長さが４０ｍ程度の通過型の冷却装置7に送られ、冷却装置7により、フランジ外面が加速冷却される。
【００３４】
そして、冷却後の仕上圧延材は、熱間鋸断機８で所定の長さに切断された後、冷却床9において常温まで放冷される。
【００３５】
Ｈ形鋼のフランジを冷却する冷却装置７は、Ｈ形鋼搬送時の搬送をガイドするサイドガイドを兼ねており、板材に多数の冷却水噴射用の噴射孔を設けたものである。
【００３６】
もちろん、強冷却を実現できるものであれば他の形式の冷却装置でもよく、例えば、スプレ−ノズルを複数配置した冷却装置でもよい。
【００３７】
フランジの加速冷却効果を高めるためには、冷却速度を大きくしたほう方がよいので、フランジの内面側からも冷却することが考えられるが、フランジ内面の冷却に使用した冷却水により、ウェブが過冷却されてウェブ波が発生するので、冷却水排除手段を備えなければならず、冷却装置が複雑になるので、フランジ内面の冷却は、緩冷却か冷却をしない方が好ましい。
【００３８】
そこで、本発明のＨ形鋼の冷却においては、1000Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2以上の高水量密度で、フランジの外側からのみ冷却することにした。
【００３９】
これは、1000Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2以上の高水量密度で冷却すれば、フランジの内面から冷却することなしに、フランジの内面側まで冶金学的に見て、十分な加速冷却効果が得られるからである。
【００４０】
さらに、本発明のＨ形鋼の冷却方法においては、フランジの冷却とともに、ウェブの冷却を行うことを特徴としている。
【００４１】
以下に、本発明のＨ形鋼の冷却方法において、ウェブの冷却方法を中心とした実施の形態と参考例を説明する。なお、フランジの冷却方法は、実施の形態及び参考例においても、上述したような冷却方法で行われるので、その詳細説明は省略する。
【００４２】
図2は、本発明のＨ形鋼の冷却方法の第一の実施の形態において、使用される冷却装置の斜視図である。
【００４３】
この冷却方法においては、Ｈ形鋼10のフランジ１０ａを冷却するためのサイドガイド1１に加えて、ウェブ１０ｂの上面側に複数のスプレ−冷却ノズル1２および複数の空気噴射ノズル1３を、ウェブ１０ｂの下面側に複数のスプレ−冷却ノズル14を配置して、Ｈ形鋼10のウェブ１０ｂの上下面を間欠的に緩冷却するようにしている。なお、複数のスプレー冷却ノズルを連続的に並べて１つのノズル群とし、そのノズル群を間隔を置いて複数群配置して、ウェブの冷却を行う場合には、各ノズル群からウェブに噴射された冷却水が、非冷却部に流出滞留し、ウェブ上面を過冷却するので、この場合には各スプレー冷却ノズル群の前後に空気噴射ノズルを配置し、複数のスプレー冷却ノズルを連続的に配置した場合には、その最初のスプレー冷却ノズルの前および最後のスプレー冷却ノズルの後に空気噴射ノズルを設けて滞留水を排除すればよい。
【００４４】
ウェブ１０ｂ上面側に配置されたスプレ−冷却ノズル12から噴射された冷却水が、ウェブ１０ｂに衝突して、ウェブ１０ｂのある一定区間を冷却したら、空気噴射ノズル13から空気が噴射され、ただちにウェブ１０ｂ上面の冷却水が吹き飛ばされる。これにより、冷却水がウェブ１０ｂ上面に長時間滞留することがないので、ウェブ１０ｂが過冷却されることはない。
【００４５】
ウェブ１０ｂ下面も、スプレ−冷却ノズル14から噴射された冷却水により、上下面が均等な温度となるように冷却されるが、ウェブ１０ｂ下面側においては、冷却水はウェブ１０ｂに衝突して、ウェブ１０ｂのある一定区間を冷却した後、自然に落下するので、ウェブ１０ｂ下面には空気噴射ノズル13は配置していない。
【００４６】
なお、この冷却方法において、間欠的に冷却するのは、ウェブの冷却を緩やかに行うためであるが、連続的に冷却した場合でも、最初のスプレ−冷却ノズルの前方、および最後のスプレ−冷却ノズルの後方に、スプレ−冷却ノズルから噴射されてウェブ上に滞留する冷却水を、排除するための空気噴射ノズルを設ければよい。
【００４７】
スプレ−冷却ノズル12および14は、４０ｍの長さのサイドガイド1１に沿って２ｍ間隔に２０本程度設けられ、空気噴射ノズル13は隣り合う上面側スプレ−冷却ノズル12の中間に位置するように、同じく２ｍ間隔に配置される。
【００４８】
スプレ−冷却ノズル12および14には、水量密度200〜500Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2のものが使用され、空気噴射ノズル13には、最大200ＮＬ/ｍｉｎの空気噴射が可能なものが使用される。
【００４９】
次に、本発明のＨ形鋼の冷却方法の第二の実施の形態を説明する。
図3は、本発明のＨ形鋼の冷却方法の第二の実施の形態において、使用される冷却装置の斜視図である。
【００５０】
この冷却方法においては、Ｈ形鋼10のフランジ１０ａを冷却するためのサイドガイド1１に加えて、ウェブ１０ｂの上面側および下面側に、複数のミストノズル15および1６を上下対向するように配置して、Ｈ形鋼10のウェブ１０ｂの上下面を緩冷却するようにしている。
【００５１】
この冷却方法においては、空気によってアトマイズされた微細な液滴群を、高速でウェブ１０ｂに衝突させるものであるが、液滴群は空気によて随伴されるものであるので、液滴群はウェブ１０ｂに衝突後速やかに空気流に乗って排除されるので、ウェブ１０ｂ上に冷却水は残存しない。したがって、ウェブ１０ｂの過冷却を防止するための冷却水排除手段は基本的には必要ではない。しかしながら、冷却水量が多い場合は、ミストノズルであっても、ノズルの前後の非冷却部に冷却水が滞留するおそれがあるので、望ましくは空気噴射ノズルを設けたほうがよい。
【００５２】
ミストノズル15および1６には、水量密度50〜200Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2のものが使用され、４０ｍの長さのサイドガイド1１に沿って２ｍ間隔に２０本程度対向して設けられる。
【００５３】
次に、本発明のＨ形鋼の冷却方法に関する参考例を説明する。図４は、参考例において、使用される冷却装置の斜視図である。
【００５４】
この冷却方法においては、Ｈ形鋼10のフランジ１０ａを冷却するためのサイドガイド1１に加えて、ウェブ１０ｂの上面側および下面側に、複数の温水ノズル17および18を上下対向するように配置して、Ｈ形鋼10のウェブ１０ｂの上下面を緩冷却するようにしている。
【００５５】
温水ノズル17および18には、水量密度200〜500Ｌ/ｍｉｎ・ｍ2のものが使用され、４０ｍの長さのサイドガイド1１に沿って２ｍ間隔に２０本程度対向して設けられる。
【００５６】
温水ノズル17からウェブ１０ｂの上面に噴射された温度60℃程度の温水は、ウェブ１０ｂの上面に衝突して、ウェブ１０ｂの上面を冷却するとともに、自分自身はウェブ１０ｂから熱を受けて、その温度は100℃近くまで上昇する。したがって、冷却水としての温水がウェブ１０ｂ上面を流れても、ウェブ１０ｂと温水との間の熱交換は、いわゆる膜沸騰による伝熱形態をとるので、温水による冷却能力は弱く、積極的に排除しなくても、ウェブ１０ｂが過冷却されることはない。しかしながらこの場合も、空気噴射ノズルを設置してもよい。
【００５７】
この参考例の説明では、60℃の温水の場合で説明したが、60℃以上の温水や100℃以上の熱水（過熱水）を使用してもよい。
【００５８】
【実施例】
仕上圧延終了時点におけるウェブ高さが６００ｍｍ、フランジ幅が３００ｍｍ、ウェブ厚みが９ｍｍ、フランジ厚みが１９ｍｍ、長さが７０ｍで、フランジ温度が850℃、ウェブ温度が800℃のＨ形鋼を、長さ４０ｍの通過型の冷却装置に搬送速度１．８２ｍ/ｓｅｃの一定速度で装入（冷却装置を通過する所要時間は２３秒）し、連続的にフランジを強冷却するとともに、ウェブを緩冷却する冷却試験を行った。
【００５９】
この冷却試験においては、フランジを強冷却する方法は、フランジ外面側のみから強冷却する方法の一通りだけであるが、ウェブを緩冷却する方法は、前述した本発明の第一の実施の形態に示した冷却方法（本発明例１）、本発明の第二の実施の形態に示した冷却方法（本発明例２）、参考例に示した冷却方法（参考例）の三通りを実施した。
【００６０】
また、本発明の効果を確認するため、比較例として、本発明例１及び２と同じ寸法、同じ温度条件のＨ形鋼を使用し、フランジを外面から強冷却するだけで、ウェブは冷却しない冷却方法（比較例１）、フランジを外面から強冷却するとともに、フランジを内面からスプレ−冷却ノズルで冷却し、かつウェブの上下面を冷却するとともに、ウェブ上の冷却水を強制排除しない冷却方法（比較例２）、本発明例１におけるウェブ上面での空気噴射を行わない冷却方法（比較例３）の三通りの冷却試験を合わせて行った。なお、比較例２においては、フランジの温度降下量が大きくなりすぎるので、冷却停止時のフランジ温度が５００℃程度のなるように、冷却装置通過速度を2.8ｍ/ｓｅｃとした。
【００６１】
上記いずれの冷却試験においても、Ｈ形鋼が冷却装置をでて一定時間経過して、フランジの温度が500℃に復熱した時点でのウェブの温度を測定するとともに、冷却床で常温まで自然放冷された後に、ウェブにウェブ波が発生発生しているか否かを調べた。その結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】
0003546300.tif 000002
【００６３】
表１から明らかなように、本発明例１及び２においては、フランジの温度が５００℃に復熱した時点でのウェブの温度は、４９０〜５１０℃とフランジとの温度差が小さく、常温まで冷却される過程において、フランジとウェブが均等に収縮されることが予測される。また、その結果ウェブ波は発生していない。
【００６４】
これに反して、比較例例1〜3においては、フランジの温度が５００℃に復熱した時点でのウェブの温度は、100〜700とフランジとの温度差が大きく、常温まで冷却される過程において、フランジとウェブとは均等に収縮されないことが予測される。また、その結果ウェブ波が全てに発生している。
このように、本発明のＨ形鋼の冷却方法においては、薄肉ウェブＨ形鋼を冷却する場合においても、ウェブ波は発生せず、製造能率を高く維持しながら、高強度・高靭性のＨ形鋼の製造が可能である。
なお、比較例２においては、ウェブ上の冷却水を強制排除することにより、ウェブ波の発生はなくなった。
【００６５】
【発明の効果】
本発明により、高強度・高靭性のＨ形鋼の製造が、ウェブ波を発生させることなく可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＨ形鋼の冷却方法を適用するＨ形鋼製造ラインの設備構成を示す図である。
【図２】本発明のＨ形鋼の冷却方法の第一の実施の形態において使用される冷却装置の斜視図である。
【図3】本発明のＨ形鋼の冷却方法の第二の実施の形態において使用される冷却装置の斜視図である。
【図４】本発明のＨ形鋼の冷却方法に関する参考例において使用される冷却装置の斜視図である。
【符号の説明】
1 加熱炉
2 スラブまたは連続鋳造したビ−ムブランク
3 ブレ−クダウンミル
4 第一の粗圧延機
5 第二の粗圧延機
6 仕上圧延機
7 冷却装置
8 熱間鋸断機
9 冷却床
11 サイドガイド
12 スプレ−冷却ノズル
13 空気噴射ノズル
14 スプレ−冷却ノズル
15 ミストノズル
16 ミストノズル
17 温水ノズル
18 温水ノズル
【図１】
0003546300.tif 000003
【図２】
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【図３】
0003546300.tif 000005
【図４】
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