加以使用。此外, 在专利文献 2、 3 中公开了将通过热轧而直接得到的 T 型钢 ( 以下, 有时称 作 “轧制 T 型钢” (rolled T-bar)) 作为 T 纵材加以使用。 专利文献 1 : 日本特开 2002-301501 号公报
专利文献 2 : 日本特开平 11-342401 号公报
专利文献 3 : 日本特开 2007-331027 号公报
但是, 在基于上述现有技术的切割 T 型钢或轧制 T 型钢的 T 纵材中存在以下问题。
T 纵材多作为沿着船体的长度方向的长尺部件 (longitudinal) 加以使用。 在该情 况下, 将多个长度为 10 ~ 20m 左右的 T 纵材 (T 型钢 ) 在长度方向焊接接合, 来作为长尺的 船体构造件 ( 加强件 )。这样的 T 纵材彼此的焊接接合部, 在船体构造件的性质上, 全部要 求具有适当的强度。但是, 在使用现有技术的切割 T 型钢或轧制 T 型钢的情况下, 在 T 纵材 彼此的焊接接合部产生、 进展龟裂, 有可能产生导致接合部的强度降低这样的问题。 为了防 止这样的问题产生, 以往必须进行使焊接施工的作业效率大幅度降低这样的预备作业。
但是, 本发明者们进行了研讨, 结果清楚地认识到只要优化轧制 T 型钢的形状就 能够大幅度改善上述的预备作业的负担。 发明内容 因而, 本发明的目的在于解决上述现有技术的课题, 提供一种 T 型钢, 该 T 型钢能 够在造船、 桥梁、 建筑等领域中应用于构造件等, 尤其是在应用于船体构造用的 T 纵材的情 况下, T 纵材彼此的焊接接合的施工性优异。
本发明者们, 在将现有技术的切割 T 型钢和轧制 T 型钢应用于 T 纵材的情况下, 对 在 T 纵材彼此的焊接接合中产生的问题及其对策进行了研讨, 得到以下的见解。
在焊接接合 T 纵材的端部彼此的情况下, 在对对接部进行坡口加工的基础上进行 焊接。 此时, 以避免由翼缘和腹板的焊接线交叉引起的材质恶化以及焊接缺陷产生为目的, 实施将与翼缘相接触的腹板的一部分切割成扇形状的弧形缺口 (scallop) 加工。
在图 11 中表示 T 纵材 (T 型钢 ) 的接合部的坡口加工例。在该图中左侧为 T 纵材 的端部的侧视图, 右侧为 T 纵材的端部的主视图, 由虚线包围的部分是弧形缺口加工部。另 外, 如图所示, 对翼缘和腹板的对接部分别实施坡口加工。在此, 在切割 T 型钢和轧制 T 型 钢中, 在腹板和翼缘的结合部具有截面圆弧状的焊脚部 (fillet)( 图 11 和后述的图 1 中用 fi 表示的圆弧部 ), 在上述弧形缺口加工中, 需要除去焊脚部以使翼缘内表面变得平坦。在 成为除去了该焊脚部的加工面的精加工不充分且存在凹凸的粗加工面的情况下, 有可能产 生上述那样的问题、 即因应力集中或应变集中等而导致在焊接接合部产生、 进展龟裂, 并产 生接合部的强度降低的问题。
T 纵材所使用的现有的切割 T 型钢或轧制 T 型钢, 由于以下所述的理由, 具有截面 呈圆弧状且其该圆弧的半径 ( 一般称作焊脚 R) 为 13mm 左右以上的焊脚部。
首先, 对于切割 T 型钢而言, 由于将通过热轧而得到的 H 型钢 ( 轧制 H 型钢 ) 的腹 板部半截 ( 对半裁开 ) 而制造成, 所以具有与轧制 H 型钢相当的焊脚部。轧制 H 型钢的焊 脚部的焊脚 R 的尺寸由日本工业标准 (JIS) 标准化, H 型钢的尺寸越大则焊脚 R 也越大。一 般情况下, 船体构造用的 T 纵材多是腹板高度为 150mm 以上且腹板高度为翼缘宽度的 2 倍 以上的尺寸。在日本工业标准 (JIS) 中腹板高度 300mm 的轧制 H 型钢的焊脚 R 为 13mm, 因
此由轧制 H 型钢得到的腹板高度 150mm 以上的 T 纵材用的切割 T 型钢的焊脚 R 为 13mm 以 上。
另一方面, 对于轧制 T 型钢的焊脚 R 的尺寸, 虽然没有像轧制 H 型钢那样被标准 化, 但是在现有的轧制 H 型钢的制造方法中, 与轧制 H 型钢同样, 不得不成为相当大的尺寸。 例如在专利文献 3 的制造轧制 T 型钢的方法中, 使用万能粗轧机 (universal mill) 和万能 精轧机, 进行 T 型钢的热轧。在该热轧中, 要成为 T 型钢的焊脚部的部分, 被万能粗轧机的 水平轧辊 (horizontal roll) 的轧辊角部 ( 翼缘侧轧辊角部 ) 轧制, 进而被万能精轧机的 水平轧辊的轧辊角部 ( 翼缘侧轧辊角部 ) 成型而制作成截面圆弧状。多将这些万能粗轧机 和万能精轧机的水平轧辊 R( 半径 ) 设为大致相同的大小, 但由于以下的理由而不能将该轧 辊角 R 设置得太小。
(a) 当缩小轧辊角 R 时, 轧辊角部与翼缘内表面的接触条件变得严峻, 在两者之间 产生烧伤 (scoring)。因此, 在翼缘内表面产生烧伤痕, 无法制造适当品质的产品型钢。
(b) 在轧辊角部的轧辊磨损增大, 随着继续轧制而轧辊角 R 变大, 并且圆弧形状崩 溃而无法形成光滑的单一直径的圆弧。因此, 产生频繁进行轧辊交换的必要性, 生产性降 低, 并且制造成本增加。即, 难以以低成本大量生产产品。
(c) 由于轧辊角 R 越小, 轧辊角部的温度越容易上升, 所以因热而导致材质恶化、 损伤。在轧辊角部产生龟裂、 缺落等的情况下, 强行进行轧辊的交换, 生产性降低。
以上的问题在轧制次数多且压下率高的万能粗轧机中特别显著。因此, 水平轧辊 的轧辊角 R 由不会产生上述 (a) ~ (c) 的问题那样的充分大的尺寸构成, 结果, 所制造出的 轧制 T 型钢的焊脚 R 的尺寸也变得与此相当的大小。
此外, 在制造专利文献 2 的轧制 T 型钢的方法中, 使用具备上下轧辊的孔型轧机 (two-roll type mill), 进行 T 型钢的热轧。在该热轧中, 要成为 T 型钢的焊脚部的部分, 被构成孔型的上下轧辊的特定部位轧制, 但如果缩小该特定的轧辊部位的圆弧半径, 则在 翼缘内表面成为接近垂直的角度的上轧辊中, 在该轧辊部位的圆弧前端和翼缘内表面产生 烧伤。 因此, 在翼缘内表面产生烧伤痕, 无法制造适当品质的产品型钢。 因此, 应轧制焊脚部 的轧辊部位的圆弧半径, 由不会产生上述问题那样的充分大的尺寸构成, 结果, 所制造出的 轧制 T 型钢的焊脚 R 的尺寸也变得与此相当的大小。另外, 专利文献 2 的型钢是 T 形截面, 但为翼缘的厚度越靠近前端则赋予薄的锥形的截面形状, 在专利文献 2 所记载的型钢的制 造方法中, 无法制造翼缘厚度在整个宽度方向都均匀的 T 型钢。
此外, 在上述弧形缺口加工中, 焊脚 R( 在图 11 中用 r1 表示焊脚 R) 越大则焊脚 部的体积和宽度越大, 应通过弧形缺口加工除去的体积和应精加工为平坦的部分的宽度增 大。即, 在具有现有的切割 T 型钢、 轧制 T 型钢那样大的焊脚 R 的型钢中, 由于弧形缺口加 工的精加工面积大, 所以产生精加工精度不充分的部分, 认为这是成为产生上述那样的焊 接作业功率降低问题的原因。
具体而言, 在通过例如气割进行弧形缺口加工中的腹板以及焊脚部的除去的情况 下, 一般以基于手工作业的磨床精加工来进行气割面的精加工。 因而, 精加工面积越大则精 加工精度也越容易出现偏差, 用于充分除去气体切口的作业花费较长的时间, 焊接作业的 效率大幅度降低。此外, 在通过磨床进行加工的情况下, 由于精加工的面积大, 所以磨屑的 损耗变多, 变换频率增加, 从而导致加工效率降低。但是, 如果存在精加工精度不充分的部分, 则在焊接接合后因应力集中、 应变集中产生、 进展龟裂而导致焊接接合部的强度降低, 因此即使焊接作业的效率恶化也必须对加工面进行高精度地精加工。
基于以上见解, 对作为 T 纵材使用的 T 型钢的焊脚部的最佳形状、 大小进行了研 讨, 结果得到以下结论 : 通过将截面圆弧状的焊脚部的焊脚 R 设为 10mm 以下、 优选设为 8mm 以下, 不会因弧形缺口加工的精加工不良而导致焊接接合部的强度降低, 大幅度提高弧形 缺口加工的作业效率。进而, T 纵材虽然也需要实施弯曲加工以沿着船壳, 但是如果焊脚 R 较小, 则通过减小焊脚部的截面, 能够提高弯曲加工性, 因此也能够提高对 T 纵材进行弯曲 加工时的作业效率。
本发明是基于这样的见解而研发的, 以以下的内容作为主旨。
(1) 一种 T 型钢, 其腹板高度为 150mm 以上且不具有焊接部, 其特征在于 : 在腹板 和翼缘部的结合部形成的焊脚部的型钢宽度方向的截面形状为与腹板和翼缘相切的圆弧 状, 并且该圆弧的半径 r1 为 2 ~ 10mm。
(2) 一种 T 型钢, 其特征在于, 在上述 (1) 的 T 型钢中, 上述腹板的高度是上述翼缘 的宽度的 2 倍以上。
(3) 一种 T 型钢, 其特征在于, 在上述 (1) 或 (2) 的 T 型钢中, 通过热轧而加工成 T 型钢。 特别是, 优选使用万能轧机对素材钢片实施热轧而加工成 T 型钢。
(4) 一种 T 型钢, 其特征在于, 在上述 (1) ~ (3) 的 T 型钢中, 腹板的两面侧的上述 焊脚部的圆弧的半径 r1 分别在型钢的整个长度方向恒定不变。
(5) 一种 T 型钢, 其特征在于, 在上述 (1) ~ (4) 的 T 型钢中, 翼缘前端的角部的型 钢宽度方向的截面形状是圆弧状, 并且该圆弧的半径为 2mm 以上。
(6) 一种 T 型钢, 其特征在于, 在上述 (1) ~ (5) 的 T 型钢中, 上述 T 型钢是船体构 造用 T 型钢。
本发明的 T 型钢, 使在腹板和翼缘的结合部形成的焊脚部的形状和大小最优化, 与以往的 T 型钢相比焊脚 R 更小。根据本发明, 具有如下效果 : 不会因作为 T 纵材将端部彼 此焊接接合时进行的弧形缺口加工的精加工不良而导致焊接接合部的强度降低, 弧形缺口 加工的作业效率大幅度提高。因此, 作为船体构造用 T 型钢, 尤其是作为 T 纵材特别适合。
附图说明 图 1 是表示本发明的 T 型钢的截面形状的一例的说明图。
图 2 是将表 2 所示的本发明的 T 型钢的焊接板截面系数 (modulus ofsection with welded plate) 和产品单重之间的关系与以往的不等边不等厚山型钢进行比较并表示的图 表。
图 3 是表示用于制造本发明的 T 型钢的轧制设备的一例的说明图。
图 4 是模式地表示图 3 的轧制设备中的第一万能粗轧机的轧辊结构的主视图。
图 5 是模式地表示图 3 的轧制设备中的轧边机 (edger mill) 的轧辊结构的主视 图。
图 6 是模式地表示图 3 的轧制设备中的第二万能粗轧机的轧辊结构的主视图。
图 7 是模式地表示图 3 的轧制设备中的万能精轧机的轧辊结构的主视图。
图 8A 是表示在图 4 所示的万能粗轧机的水平轧辊角部附近设置有润滑油供给装 置 X 的状态的水平轧辊的侧视图。
图 8B 是表示在图 4 所示的万能粗轧机的水平轧辊角部附近设置有润滑油供给装 置 X 的状态的水平轧辊的主视图。
图 9 是表示不等边不等厚山型钢的截面形状的一例的说明图。
图 10 是表示 T 型钢的概略的截面形状的一例的说明图。
图 11 是用 T 纵材端部的侧视图 ( 左侧 ) 和主视图 ( 右侧 ) 表示对 T 纵材的端部 彼此进行焊接接合时的坡口加工的一例的图。
符号说明
f... 翼缘 ; w... 腹板 ; fi... 焊脚部 ; r1... 焊脚部的圆弧半径 ; r2... 翼缘前端 内面侧的角部的圆弧半径 ; r3... 翼缘前端外面侧的角部的圆弧半径 ; t1... 腹板厚度 ; t2... 翼缘厚度 ; A... 腹板高度 ; B... 翼缘宽度 ; 1... 粗造型轧机 ; 2... 第一万能粗轧机 ; 3... 轧边机 ; 4... 第二万能粗轧机 ; 5... 万能精轧机 ; 6... 中间轧制工序 ; 21a、 21b... 水 平轧辊 ; 22a、 22b... 立式轧辊 ; W1... 水平轧辊的压下面的宽度 ; L... 腹板的内部尺寸 ; 31a、 31b... 水平轧辊 ; 32... 小径轧辊部 ; 33... 大径轧辊部 ; 41a、 41b... 水平轧辊 ; 42a、 42b... 立式轧辊 ; W2... 水平轧辊的压下面的宽度 ; 51a、 51b... 水平轧辊 ; 52a、 52b... 立 式轧辊 ; X... 润滑油供给装置 ; x1... 热轧用润滑油。 具体实施方式 图 1 是表示本发明的 T 型钢的型钢宽度方向截面形状的一例的图, f 是翼缘、 w是 腹板、 fi 是腹板 w 和翼缘 f 的结合部、 即是形成于由腹板 w 和翼缘 f 构成的角部的焊脚部。 此外, 作为尺寸表示的 A 是腹板高度、 B 是翼缘宽度、 t1 是腹板厚度、 t2 是翼缘厚度。进而, r1 是焊脚部 fi 的圆弧半径 ( 型钢宽度方向截面的圆弧半径 )、 r2 是翼缘前端内面侧的角 部的圆弧半径 ( 型钢宽度方向截面的圆弧半径 )、 r3 是翼缘前端外面侧的角部的圆弧半径 ( 型钢宽度方向截面的圆弧半径 )。
本发明的 T 型钢是腹板高度 A 为 150mm 以上的不具有焊接部的 T 型钢, 焊脚部 fi 的型钢宽度方向上的截面形状为与腹板 w 和翼缘 f 相切的圆弧状, 且将其圆弧半径 r1( 以 下, 有时称作 “焊脚 R” ) 设为 2 ~ 10mm。
所谓没有焊接部不是通过对厚板进行焊接组装而得到的所谓的焊接 T 型钢, 但可 以是将通过热轧得到的 H 型钢的腹板半截 ( 对半裁开 ) 得到的所谓的切割 T 型钢。但是, 从生产性和因追加对腹板进行半截的工序而引起的成本增加的观点出发, 优选是通过热轧 对 T 型钢进行加工而得到的所谓的轧制 T 型钢。此外, 从焊接施工性的观点出发, 优选翼缘 厚度在除了焊脚部、 翼缘前端附近的整个宽度方向都均匀的 T 型钢。
本发明的效果由焊脚 R 的规定得到, 因此 T 型钢的腹板高度 A 和翼缘宽度 B 是 任意的。但是, 在作为船体构造用部件加以使用的情况下, 优选腹板高度 A 是翼缘宽度 B 的 2 倍以上。腹板高度 A 和翼缘宽度 B 的组合例如能够在 250mm×100mm、 300mm×100mm、 300mm×125mm、 350mm×125mm、 400mm×125mm、 500mm×150mm、 600mm×150mm、 700mm×150mm、 800mm×150mm 等的任意组合中进行选择。腹板厚度 t1 和翼缘厚度 t2 的组 合也是任意的。例如, 能够以切割 T 型钢的板厚 ( 被标准化的 H 型钢的腹板厚度和翼缘厚
度 ) 为基准进行选择, 但在作为船体构造用部件加以使用的情况下, 优选翼缘厚度 t2 比腹 板厚度 t1 大。另外, 一般腹板高度 A 是翼缘宽度 B 的 10 倍以下。
在本发明的 T 型钢中, 焊脚部 fi 的焊脚 R( 圆弧半径 r1), 不论腹板高度 A 和翼缘 宽度 B, 都设为 2 ~ 10mm, 优选设为 2 ~ 8mm。如上所述, 在对 T 纵材的端部彼此进行焊接接 合的情况下, 在对对接部进行坡口加工的基础上进行焊接, 但以避免由翼缘和腹板的焊接 线交叉引起的材质恶化以及焊接缺陷产生为目的, 实施将与翼缘接触的腹板的一部分切割 成弧形缺口状的弧形缺口加工 ( 参照图 11)。如果焊脚 R 超过 10mm, 则由于焊脚部的体积 和宽度增大, 所以在该弧形缺口加工中, 为了不产生导致焊接接合部的强度降低那样的精 加工不良, 而导致包含精加工工序的弧形缺口加工的作业效率降低, 还导致将 T 纵材弯曲 加工成沿着船壳时的弯曲加工性降低。
在表 1 中表示焊脚 R 为 13mm ~ 2mm 的 T 型钢的焊脚部截面积和焊脚宽度。在此, 焊脚截面积是指图 11 中右侧的主视图或图 1 中单侧的焊脚部 fi( 除去腹板部和翼缘部之 外的部分 ) 的截面积, 在焊脚 R 为零而腹板和翼缘形成为直角的情况下, 焊脚部截面积为 零。此外, 焊脚宽度是指, 从该图中单侧的焊脚部 fi 开始经由腹板到相反侧的焊脚部 fi 结 束的长度。 根据表 1, 与焊脚 R 为 13mm 的情况 ( 现有的切割 T 型钢的最小焊脚 R) 相比, 如果 将焊脚 R 缩小至 10mm, 则可知焊脚部截面积减少 41%、 焊脚宽度减少 17%。如果应在弧形 缺口加工中除去的焊脚部的截面积和宽度缩小到这样的程度, 则在包含精加工工序的弧形 缺口加工中的作业效率化方面具有较大的效果。此外, 如果将焊脚 R 缩小至 8mm, 则与焊脚 R 为 13mm 的情况将比, 焊脚部截面积减少 62%、 焊脚宽度减少 28%, 如果进一步将焊脚 R 缩 小至 5mm, 则同样地焊脚部截面积减少 85%、 焊脚宽度减少 44%, 能够得到更大的效果。
[ 表 1]
*腹板厚度为 10mm 的情况
另一方面, 本发明的 T 型钢, 通过采用如后文所述的与现有技术不同的制造方法 制造而成, 能够使焊脚 R 为 10mm 以下, 但利用这样的方法也难以使焊脚 R 不足 2mm。
通常, 为了通过热轧来制造本发明的 T 型钢, 使用万能粗轧机和万能精轧机, 当使
用这些万能轧机进行轧制时, 焊脚部被水平轧辊的轧辊角部轧制而成型。 因而, 如果减小该 轧辊角部的轧辊角 R, 则能够减小焊脚 R, 但如先前对专利文献 3 叙述的那样, 仅单纯地减小 轧辊角 R, 由于会产生如下等的问题 : (a) 轧辊角部与翼缘内表面的接触条件变得严峻, 在 两者之间产生烧伤, 从而在翼缘内表面产生烧伤痕, 无法制造适当品质的产品型钢, (b) 在 轧辊角部的轧辊磨损增大, 随着继续轧制而轧辊角 R 变大, 并且圆弧形状崩溃而无法形成 光滑的单一直径的圆弧, 所以在现有技术中无法减小轧辊角 R, 结果, 也无法将焊脚 R 作成 本发明这样小的尺寸。
对此, 本发明者们认为 : 当利用万能粗轧机和万能精轧机进行轧制时向特定的轧 辊部位喷射轧制润滑油 (lubricant) 等 ( 关于该制造方法将在后面详细叙述 ), 由此, 即使 通过减小水平轧辊的轧辊角 R 来充分地减小焊脚 R 的尺寸, 也能够进行轧制而不产生上述 问题。但是, 即使采用这样的制造方法, 在水平轧辊的轧辊角 R 不足 2mm 时, 无法防止翼缘 内表面的烧伤痕的产生, 而且轧辊的磨损、 损伤增大, 实质上无法通过热轧对 T 型钢进行量 产。因此, 在本发明的 T 型钢中, 将焊脚 R 的下限设为 2mm。
基于以上的理由, 对于本发明的 T 型钢, 将焊脚 R 的大小设为 2 ~ 10mm。
焊脚部在型钢宽度方向的截面形状 ( 图 11 右侧的截面形状 ) 中为与腹板和翼缘 相切的圆弧状。在此, 圆弧状并不需要严格意义上正确的圆弧状, 但在焊接 T 型钢、 通过角 粗糙的水平轧辊而得到的轧制 T 型钢、 切割 T 型钢上显著地呈现偏离圆弧的情况除外。优 选将从半径 r1 的圆弧的偏离收纳在 r1 的 ±20%的范围内的圆弧状定义为半径 r1 的圆弧 状。
本发明的 T 型钢, 优选图 1 中左右的焊脚部 fi( 腹板两面侧的焊脚部 ) 的焊脚 R 分别在型钢的整个长度方向恒定不变。当通过热轧来制造本发明的 T 型钢时, 由于左右的 焊脚部 fi 被万能轧机的水平轧辊的轧辊角部轧制而成型, 所以能够遍及全长而得到相同 半径的焊脚部 fi。即, 具有如下优点 : 不是像焊接 T 型钢那样的接合部在长度方向不均匀 的形状, 而能够得到均匀的焊脚部 fi, 部件的品质管理变得容易。在此, 只要焊脚 R 的变动 在 ±20%的范围内, 就能够将焊脚 R 在型钢的整个长度方向看做恒定不变。
此外, 本发明的 T 型钢, 为了确保涂装的完整性 (perfection), 优选翼缘前端的角 部 ( 翼缘前端内面侧的角部和翼缘前端外面侧的角部的合计 4 处的角部 ) 的型钢宽度方向 的截面形状为圆弧状, 且该圆弧半径 r2、 r3( 参照图 1) 为 2mm 以上。r2、 r3 的上限并没有 特别限定, 例如即使达到翼缘厚度 t2 的一半也没有问题。该圆弧也容许稍微变形。
接着, 对适于得到本发明的 T 型钢 ( 轧制 T 型钢 ) 的制造方法进行说明。
在该制造方法中, 使用万能粗轧机和万能精轧机等, 通过热轧来制造 T 型钢。具体 而言, 例如通过第一万能粗轧机、 轧边机、 第二万能粗轧机、 万能精轧机依次轧制由粗造型 轧机 (brake down mill) 等得到的 T 型钢片, 来制造 T 型钢。在使用这样的万能粗轧机和 万能精轧机的制造方法中, 利用万能轧机的水平轧辊的轧辊角部来轧制焊脚部 fi 而使其 成型。
因此, 将万能粗轧机和万能精轧机的水平轧辊的轧辊角 R( 半径 ) 设为能够形成想 要制造的本发明的 T 型钢的焊脚 R(2 ~ 10mm) 的尺寸, 并且在万能粗轧机和万能精轧机的 轧制过程中从润滑油供给装置向水平轧辊的轧辊角部喷射轧制润滑油 ( 热轧用润滑油 ), 来润滑水平轧辊角部。 此时, 如果也向翼缘内表面喷射轧制润滑油, 则防止烧伤效果进一步提高, 能够更有效地防止轧辊角部和翼缘内表面的烧伤。
此外, 轧辊角 R 越小, 轧辊角部的温度越容易上升, 容易产生辊的损伤, 作为针对 该问题的对策, 至少在万能粗轧机的轧制出侧配置水平轧辊角部专用的冷却水喷射喷嘴, 从该冷却水喷射喷嘴向水平轧辊角部喷射冷却水来强化轧辊角部的冷却, 由此能够防止轧 辊的温度过度上升, 并能够防止轧辊的损伤。
根据以上的制造方法, 能够制造焊脚 R 小的本发明的 T 型钢。另外, 本发明的 T 型 钢的制造方法当然并不限定于上述制造方法。
如上所述, 本发明的 T 型钢, 作为船体构造用、 其中作为 T 纵材是最佳的, 但也能够 在桥梁、 建筑等领域中作为构造件等加以使用。
实施例 1
在表 2、 表 3 中表示本发明的 T 型钢 ( 船体构造用 T 型钢 ) 的截面尺寸的一例。作 为基准的外形尺寸 ( 参照图 1), 腹板高度 A 为 300mm、 翼缘宽度 B 为 125mm。此外, 腹板厚度 t1 为 9 ~ 12mm、 翼缘厚度 t2 为 16 ~ 25mm。
表 2 所示的是, 从腹板高度 A 减去翼缘厚度 t2 而得到的长度 ( 从腹板前端到翼 缘内表面的长度 )、 和从翼缘宽度 B 减去腹板厚度 t1 而得到的长度是一定的即内部尺寸 (inside dimension) 一定的产品, 随着腹板厚度 t1 和翼缘厚度 t2 的变化而在腹板高度 A 和翼缘高度 B 上存在几毫米的不同。这样的内部尺寸一定的产品系列, 在后述的图 6 所示 的第二万能粗轧机 4 中, 能够通过使腹板前端侧的立式轧辊 (vertical roll)42b 与水平轧 辊 41a、 41b 的间隔一定来进行轧制而制造成。此外, 表 3 所示的是, 腹板高度 A 和翼缘宽度 B 一定的即外部尺寸 (outsidedimension) 一定的产品, 即使腹板厚度 t1 和翼缘厚度 t2 发 生变化, 腹板高度 A 和翼缘宽度 B 也是一定的。这样的外部尺寸一定的产品系列, 在后述的 图 6 所示的第二万能粗轧机 4 中, 能够通过将腹板前端侧的立式轧辊 42b 与水平轧辊 41a、 41b 的间隔调整为被轧制件的腹板高度一定来进行轧制而制造成。
另外, 在表 2、 表 3 中, 关于各部分的 R 尺寸, 焊脚部的圆弧半径 r1( 焊脚 R) 为 8mm、 翼缘前端内表面侧的角部的圆弧半径 r2 为 5mm、 翼缘前端外面侧的角部的圆弧半径 r3 为 3mm。
将表 2 所示的本发明的 T 型钢的截面特性与现有的不等边不等厚山型钢 (NAB) 进 行比较并示于图 2。 在船体构造中, 型钢主要是为了加强厚板而使用的, 当进行船体设计时, 对于与型钢同样的应力起作用的厚板部分, 考虑作为型钢的一部分。 因而, 在考虑到型钢的 截面性能的基础上, 接合某一宽度的板的截面系数变得重要, 因此在此将 610mm×15mm 厚 的焊接板截面系数作为指标加以使用。焊接板截面系数是在 T 型钢的翼缘外面接合有预定 面积的板时的截面中, 算出与图心轴相关的截面二次力矩, 并将该值与从该图心轴到截面 的最远的点的距离相除而得到的值。
如图 2 所示可知, 腹板高度 A 为 300mm、 翼缘宽度 B 为 125mm 的 T 型钢的焊接板截面 系数, 能够得到接近不等边不等厚山型钢的 300mm×90mm、 350mm×100mm、 400mm×100mm 的 性能, 在 T 型钢 300mm×125mm 的 1 系列中, 能够覆盖不等边不等厚山型钢的 300mm×90mm、 350mm×100mm、 400mm×100mm 的 3 系列。
[ 表 2]
[ 表 3]以下表示本发明的 T 型钢 ( 轧制 T 型钢 ) 的通过热轧进行制造的制造例。设备结 构、 轧机的构造、 轧辊形状、 各尺寸等是一例, 并不限定于此。
使用图 3 所示的轧制设备, 从具有厚度 250mm、 宽度 310mm 的长方形截面的钢坯, 轧 制成以腹板高度 300mm、 翼缘宽度 100mm、 腹板厚度 9mm、 翼缘厚度 16mm 为目标尺寸的 T 型 钢。在该 T 型钢中, 将焊脚部的圆弧半径 r1( 焊脚 R) 设为 8mm。在图 3 中, 1 是粗造型轧机、 2 是第一万能粗轧机、 3 是轧边机、 4 是第二万能粗轧机、 5 是万能精轧机、 6 是中间轧制工序。
粗造型轧机 1 通常是装备有具有孔型的轧辊的双重式轧机。
图 4 是模式地表示第一万能粗轧机 2 的轧辊结构的图。该万能粗轧机 2 具备对置 的一对水平轧辊 21a、 21b, 和对置的一对立式轧辊 22a、 22b, 水平轧辊 21a、 21b 的压下面的 宽度 W1 比腹板 w 的内部尺寸 L( 从翼缘内表面到相反侧的腹板前端部的距离 ) 大。在水平 轧辊 21a、 21b 的侧面设有倾斜角。
图 5 是模式地表示轧边机 3 的轧辊结构的图。该轧边机 3 具备对置的一对水平轧 辊 31a、 31b, 各水平轧辊 31a、 31b 分别具有大径轧辊部 33 和小径轧辊部 32。
图 6 是模式地表示第二万能粗轧机 4 的轧辊结构的图。该第二万能粗轧机 4 具备 对置的一对水平轧辊 41a、 41b, 和对置的一对立式轧辊 42a、 42b, 将水平轧辊 41a、 41b 的轧 辊面的宽度 W2 设为腹板 w 的内部尺寸 L 以下 ( 优选不足腹板 w 的内部尺寸 L)。在水平轧 辊 41a、 41b 的与翼缘 f 接触的侧面设有倾斜角。 图 7 是模式地表示万能精轧机 5 的轧辊结构的图。该万能精轧机 5 具备对置的一 对水平轧辊 51a、 51b, 和对置的一对立式轧辊 52a、 52b。水平轧辊 51a、 51b 的侧面成为垂直 面。
首先, 通过粗造型轧机 1 将从加热炉 ( 未图示 ) 中搬出的原料钢片 ( 未图示 ) 轧 制成截面大致 T 形状的 T 型钢片。对于该 T 型钢片, 腹板厚度为 40mm、 翼缘厚度为 75mm、 腹 板高度为 375mm、 翼缘宽度为 130mm。
接着, 通过第一万能粗轧机 2、 轧边机 3、 第二万能粗轧机 4 接近配置的轧制设备列 对该 T 型钢片进行 5 次的往复轧制, 压下 T 型钢片的腹板和翼缘 ( 中间轧制工序 6)。
在该中间轧制工序中, 首先, 在第一万能粗轧机 2 中, 如图 4 所示, 利用水平轧辊 21a、 21b 将腹板 w 的全长沿其板厚方向压下, 利用立式轧辊 22a、 水平轧辊 21a、 21b 的侧面 将翼缘 f 沿其板厚方向压下。接着, 在轧边机 3 中, 如图 5 所示, 将腹板 w 引导至水平轧辊 31a、 31b 的大径轧辊部 33 之间, 利用小径轧辊部 32 将翼缘 f 的端面沿翼缘宽度方向压下。 接着, 在第二万能粗轧机 4 中, 如图 6 所示, 利用水平轧辊 41a、 41b 将腹板 w 的大部分沿其 板厚方向压下, 并且利用立式轧辊 42a、 水平轧辊 41a、 41b 的侧面将翼缘 f 沿其板厚方向压 下, 进而, 利用立式轧辊 42b 将腹板的前端部沿腹板高度方向压下, 进行腹板高度的调整。
利用万能精轧机 5 将像这样在中间轧制工序中得到的 T 型钢精轧制成产品尺寸。 在该万能精轧机 5 中, 如图 7 所示, 利用水平轧辊 51a、 51b 将腹板 w 的全长沿其板厚方向轻 压下, 利用立式轧辊 52a、 水平轧辊 51a、 51b 的侧面将翼缘 f 的倾斜整形为垂直。
在以上那样的一系列轧制工序所使用的万能粗轧机 2、 4 以及万能精轧机 5 中, 水 平轧辊角部的轧辊角 R( 半径 ) 对于两台万能粗轧机 2、 4 而言为 9mm, 对万能精轧机 5 而言 为 8mm。然后, 在水平轧辊角部的附近设置图 8A、 图 8B 所示的润滑油供给装置 X, 从该润滑 油供给装置 X 向水平轧辊角部供给轧制润滑油 ( 热轧用润滑油 x1)。图 8A、 图 8B 是表示在
第一万能粗轧机 2 设置有润滑油供给装置 X 的状态的图, 图 8B 是主视图, 图 8A 是水平轧辊 的侧视图。在两台万能粗轧机 2、 4 中往复进行轧制, 因此, 在轧机的前面 ( 上游侧 ) 和后面 ( 下游侧 ) 分别设置润滑油供给装置 X, 从成为轧制入侧的一方的润滑油供给装置 X 喷射轧 制润滑油, 在使轧制润滑油附着在水平轧辊角部的状态下进行轧制。此外, 在万能精轧机 5 中, 由于仅进行 1 次的轧制, 所以润滑油供给装置 X 仅设置在轧机的前面 ( 上游侧 ), 与万能 粗轧机同样地在轧制入侧一边喷射润滑油一边进行轧制。 这样一边供给润滑油一边进行轧 制的结果, 不会产生轧辊和翼缘内表面的烧伤, 能够轧制出在翼缘内表面没有烧伤痕的具 有良好表面的产品。此外, 在轧制 1000ton 以上的产品后, 也不会出现显著的轧辊角部的磨 损, 能够到最后都轧制大致相同焊脚 R 的产品。作为热轧用润滑油, 钢材的热轧等通常使用 的润滑油也能够毫无问题地加以使用。在本例中使用大同化学工业制 SH-105, 但能够毫无 问题地轧制产品。
另一方面, 当不供给轧制润滑油而进行轧制时, 在翼缘内表面产生烧伤痕, 无法制 造充分品质的产品。
接着, 使用图 3 所示的轧制设备, 制造出与上述的制造例同样尺寸的 T 型钢, 亦即 焊脚部的圆弧半径 r1( 焊脚 R) 为 5mm 的产品。
对于水平轧辊角部的轧辊角 R( 半径 ), 在两台万能粗轧机中设为 6mm、 在万能精轧 机中设为 5mm。 与上述制造例同样, 当一边从润滑油供给装置 X 向各万能轧机 2、 4、 5 的水平 轧辊部喷射轧制润滑油一边进行轧制时, 虽然能够防止水平轧辊和翼缘内表面的烧伤, 但 在轧制 150ton 左右的产品后会在两台万能粗轧机 2、 4 的水平轧辊角部产生裂纹, 因此中断 轧制。由于认为该裂纹是轧辊角部的温度过度上升的原因, 所以作为对策在与万能粗轧机 2、 4 的润滑油供给装置 X 邻接的位置设置用于喷射冷却水的冷却水喷射喷嘴, 通过从该冷 却水喷射喷嘴向轧制出侧的水平轧辊角部喷射冷却水, 在水平轧辊角部与被轧制件接触后 立即对其进行水冷。即, 对于水平轧辊角部, 分别在轧制入侧喷射轧制润滑油并进行轧制, 在轧制出侧喷射冷却水并进行轧制。结果, 即使将焊脚部的圆弧半径 r1 为 5mm 的产品轧制 了 1000ton, 也能够确认在水平轧辊角部没有产生裂纹。
产业上的利用可能性
本发明的 T 型钢, 与现有的 T 型钢相比, 焊脚部为圆弧状且焊脚 R 被适当地小径 化, 因此不会因作为 T 纵材将端部彼此焊接接合时进行的弧形缺口加工的精加工不良而导 致焊接接合部的强度降低, 弧形缺口加工的作业效率大幅度提高。 此外, 如果使用本发明的 T 型钢, 则将 T 纵材弯曲加工成沿着船壳时弯曲加工性也提高。