JP3763041B2 - 冷間形成された形鋼の降伏強度を増大する方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、帯鋼を所望の構造用形状鋼へ形成するインラインロール加工中に、冷間形成された帯鋼の降伏強度を増大する方法に関する。
背景技術
四角形中空鋼材、円管、山型鋼材、溝形鋼材および開放形鋼材などの希望の構造用形状鋼へ、帯鋼を形成する工程は、広く知られており、多年の間使用されてきた。この供給材料は通常、いわゆる薄鋼板であり、これらは一般に、製造圧延機の熱間ロール加工により、帯鋼に形成されてきた。
過去に、後に続く冷間ロール工程から形成された完成品の向上した降伏強度を得る、一般に認められた方法は、熱間ロール加工前に、各種の合金用金属を鋼鉄の組成に加えることにより、帯鋼の化学的性質を変えることである。ほかの方法は、熱間ロール加工中に加熱機械的処理の使用である。合金用金属と希望の混合の合金を得る処理とのコスト、および加熱機械的操作による処理の技術的コストとにより、また、経済的価格で多様な性能特性に対する要望を満足するために、各種タイプの形金属の製品目録を維持することが必要であるので、これらの方法は、コスト高の処理である。
この理由から、すべての冷間ロール加工された形鋼の大多数は、共通の薄鋼板から形成されており、必要な荷重特性を得ることが望まれる場合、サイズと重量を単に増加するだけである。
しかし、構造用形状鋼が、従来の方法で薄鋼板からロール加工された同じような形鋼と比較して、向上した性能を与えるために形成される鋼材の降伏特性を高めることは、技術と経済的観点から望まれる多くの用途がある。
発明の開示
従って、本発明は、インライン製造工程の一部として、冷間ロール加工形鋼の降伏強度を増大する方法を提供するものであり、この方法は、少なくとも部分的に冷間加工され、これにより、所定の歪み量を受けた形鋼を、形鋼の温度が２００℃〜５００℃の範囲へ昇温され、形鋼の温度を２〜３０秒の時間の間、その温度範囲に維持する加熱ステージを通過させる段階から成っており、温度と時間の組み合わせが、所定の歪みエージング度を得るために、前記の範囲内で選択される。
好適に、この方法は、加熱と歪みエージングの後に形鋼を冷却し、次に、その後の冷間加工を形鋼に行う段階から成っている。
好適に、形鋼を加熱ステージを通過させる段階は、形鋼を２〜３０秒の間、２００〜４５０℃の温度へ加熱し、その温度を１〜１５秒の間、少なくとも４４０℃に維持することから成っている。
さらに好適には、形鋼を加熱ステージを通過させる段階は、形鋼を２〜１０秒の間、３５０〜４００℃へ加熱し、その温度を２〜６秒の間、４４０〜４６０℃に維持することから成っている。
形鋼を冷却する段階は、その後の冷間加工の前に、形鋼の温度を９０℃より低く、好適には、２５〜４５℃へ降下する。
本発明の一つの形では、温度を高め、その高められた温度を維持する段階は、インライン亜鉛メッキ作業における形鋼の予熱とその後のコーティングにより行われる。 好適に、形鋼は、０．０１〜０．２５％の炭素と０．００１〜０．００６％の窒素とを含有する鋼鉄組成を有する。
【図面の簡単な説明】
すべてのほかの形がその範囲内にあるが、本発明の一つの好適な形が、付属図面に関してのみ実施例より説明されるであろう。
図１は、帯鋼からの厚肉中空形鋼の冷間加工による連続フォーミングの圧延機の流れ図である。
図２は、図１に示された圧延機を流れる形鋼の温度グラフである。
発明を実施するための形態
ここに説明されている本発明の一つの形では、最初の冷間加工後の帯鋼は、インライン亜鉛メッキ工程の一部として行われるが、この加熱は、無地の薄形鋼の亜鉛メッキから独立して行われることは、お分かりであろう。
添付図面に示された冷間加工圧延機は、コイル送りマガジン２に置かれた熱間ロール加工された帯鋼のコイルをつかみ、その後、巻き解かれて、巻き解きステーション３、ピンチロール４および帯鋼を平坦化し巻き癖除去するレベラーローラー５を通る。次に、帯鋼は添え継ぎ溶接ステーションを通り、そこで、後続のコイルが、端末間で接合され、圧延機の連続送り帯鋼を形成する。
次に、帯鋼はピンチロール７により集積装置８へ引かれ、ショットブラストステーション９へ送り込まれて、帯鋼の表面を調製する。
帯鋼の最初のロールフォーミングは、形状調整機１０において行われ、そこで、形鋼がほぼ外気温で最初の外形に変形されるように、最初の冷間加工が行われ、中空断面を形成することを希望する場合、縦方向の縁溶接が行われる。
次に、形鋼１１は、冷却区画１２へ入り、溶接作業後の金属を冷却する。
インラインコーティング、例えば、形鋼の亜鉛メッキコーティングを望む場合、形鋼は、酸洗いステーション１３と洗浄ステージ１４とを通り、表面の払拭が、各ステージの後に、過度の液を除去するエアナイフ１５により行われる。
次に、形鋼は、すべての適切な形状に従っているが、好適に電気誘導加熱により操作される加熱装置１６へ入る。これは、形鋼の表面状態を保持するために、不活性ガスの雰囲気で行われる。誘導加熱段階は、形鋼の温度を２〜３０秒の間、２００〜４５０℃へ高める。本発明の好適な形では、誘導加熱は、その温度を２〜６秒の暴露時間の間、３５０℃〜４００℃へ高める。
次に、形鋼は、インライン亜鉛メッキステージ１７へ敏速に入り、そこで、亜鉛メッキ工程の一部として、形鋼の温度は、１〜１５秒の間４４０〜４６０℃に保持される。本発明の最も好適な形では、亜鉛メッキステージの温度は、２〜６秒の間、４４５℃〜４５５℃に保持される。
次に、形鋼は、急冷ステーション１８へ入り、そこで、形鋼の温度は２５℃〜４５℃へ下げられる。
これらの温度分布は、図２に明確に示されており、グラフ脚部のボックスないの数は、図１に示されたロールフォーミング工程の各種ステージに関するもので、同じ数字で示されており、誘導加熱器１６の温度上昇は２６で示され、亜鉛メッキ槽の温度保持分布は２７で示されている。１８で行われる急冷は、温度分布２８となる。比較により、亜鉛メッキされない薄鋼板の標準冷間ロールフォーミング工程は、２９で示されている。
次に、冷間加工によるその後の最終フォーミングが、フォーミングロール１９により行われ、その後、形鋼は洗浄ステーション２０とコーティングステーション２１を通り、そこで、形鋼はエアナイフ２２により乾燥され、例えば、透明ポリマーなどの最終塗膜が塗布される。
最後に、形鋼は、乾燥ステーション２３を通ってフライングソー２４へ進み、そこで、所望の長さに切断され、取り出しステーション２５へ進む。
形状調整機１０の最初の冷間加工と最終フォーミングロール１９との間で形鋼の温度を上昇することにより、”歪みエージング”操作が形鋼について行われ、これは、最初と最後の冷間ロール操作の間で加熱されない冷間フォーミングされた形鋼と比較して、製品の降伏強度と極限引っ張り強度とを非常に強化する。連続鋳造Ａｌ−Ｓｉキルド鋼１０１５については、この強度増加は、一般に、降伏強度について５５ＭＰａ、極限引っ張り強度について５０ＭＰａである。連続鋳造Ａｌ−Ｓｉキルド鋼１００６については、この強度増加は、一般に、降伏強度について３０ＭＰａ、極限引っ張り強度について３０ＭＰａである。強度強化度は、最初と最後のフォーミング操作に発生する冷間加工量、ステージ１６，１７における加熱の温度と持続時間、および、形鋼の化学組成、特に炭素含有量に依存する。
従って、強度強化度は、上記の加熱と歪みエージングの工程の変数を制御するか、または、具体的には、最初の操作、即ち、一般に形状フォーミングロール１０において発生する冷間加工量を制御することにより、すべての所望の最終製品に適合される。ある程度の固有歪み量が、原材料の帯鋼を亜鉛メッキの前に所望の形状へ加工する際に発生するが、これが降伏または強度強化の所望量を得るに不十分であるならば、人工的歪み量が、この時点で加えられる。これは、例えば、帯鋼を曲がった形状へ、次に、平坦な形状へ縦方向に加工するか、または、平坦な帯鋼を“Ｓ”字形状またはこれに似た形状で、すなわち、正弦波の経路を通るか、または数組のブライダルロールの間を通過させる側方向に加工することにより行うことが出来る。歪みエージング工程は、最初の冷間加工により誘起された歪みを増成するので、最初の歪み量をこの方法で制御することにより、完成品の極限降伏特性を希望通りに生成することが可能である。
鋼鉄の化学組成と特に炭素の組成は、最初の歪みとその後の歪みエージングとに関する降伏強化度についての大きな効果を有することが明らかにされた。この効果は、０．０１％〜０．２５％の炭素の範囲と０．００１５％〜０．００４５％の窒素の範囲において適用出来ることが見いだされた。特に有利な結果が、０．０４％〜０．１７％範囲の炭素含有量により得られる。この効果は、熱間ロール加工された帯鋼と、これらの範囲にある炭素と窒素の含有量の熱間ロール加工された帯鋼と標準汎用冷間ロール加工された帯鋼の基本材料とに同等に適用出来ることが分かった。
本発明の好適な形は、インライン亜鉛メッキステージ１７を組み込んでいるものとして説明されているが、増大した降伏強度の効果は、形鋼の歪みエージングへ寄与するステージ１６と１７の加熱によるので、降伏強度効果は、形鋼が亜鉛メッキされているか否かに関係なく独立している。言うまでもなく、形鋼の増大された強度特性を得るために、亜鉛メッキステーション１７を省略して、単に、形鋼薄板を加熱ステーション１６で加熱し、定められた時間の間、定められた温度に保持することは可能である。

Claims (9)

1. インライン製造工程の一部として、冷間ロール加工された形鋼の降伏強度を増大する方法において、
   少なくとも部分的に冷間加工され、これにより所定量の歪みを受けた形鋼を加熱ステージに通して形鋼の温度を２００〜５００℃の範囲に昇温し、
   形鋼の温度をその温度範囲に２〜３０秒の間維持させ、
   形鋼の温度は約５００℃を超えて昇温されない
   ことを特徴とする冷間形成された形鋼の降伏強度を増大する方法。
2. 加熱と歪みエージングの後に形鋼を冷却し、
   その後の冷間加工を前記形鋼に行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 形鋼の温度が２〜３０秒の間２００〜４５０℃の範囲に高められ、
   次に、前記形鋼の温度が１〜１５秒の間少なくとも４４０℃に保持される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 形鋼の温度が２〜１０秒の間３５０〜４００℃の範囲に高められ、
   次に、前記形鋼の温度が２〜６秒の間少なくとも４４０〜４６０℃に保持される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 形鋼を冷却する工程において、その後の冷間加工の前に、形鋼の温度を９０℃未満に降下させることを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 形鋼を冷却する工程において、その後の冷間加工の前に、形鋼の温度を２５〜４５℃に降下させることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 温度を高める工程と高められた温度を保持する工程が、インライン亜鉛メッキ操作において、形鋼の予熱とその後のコーティングの間に行われることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 形鋼が０．０１〜０．２５％の炭素を含有する鋼鉄組成を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 形鋼が０．００１〜０．００６％の窒素を含有する鋼鉄組成を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。

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