JP2914394B2 - 連続鋳造のままのビームブランク、ビーム及びビーム形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、特に、仕上げの構造ビームを形成する、連
続鋳造したままのビームブランクにおける所定形状の構
造部材に関する。

2.37C.F.R.§§1.97〜1.99の規定により開示された情報
を含む関連技術の説明 特に炭素鋼または低合金鋼から作られた所定形状の構
造部材は、種々の用途で使用されている。種々の形状の
所定形状構造部材は、金属形成技術において公知であっ
て、ビームを含む。ビームは、通常、ウェッブ部分を有
し、対向するフランジが、このウェッブ部分の両端から
このウェッブ部分にほぼ垂直な方向に伸びている。ビー
ムは、通常、インゴット鋳造物のような鋼の鋳造物から
形成され、続いて、公知の方法により、熱間加工されて
所望最終の寸法形状のビーム構造となる。あるいはま
た、ビームは、このビームを形成するためにその後の熱
間加工用のビレットを形成するか、または、ビームの最
終形状に似た断面を持つ所定形状断面の鋳造物を製造す
る連続鋳造操作により形成してもよい。この鋳造物は、
次に、一連の熱間圧延及び冷間圧延を受けて最終の寸法
形状のビーム製品となる。連続鋳造は、一連のビームブ
ランクがほぼ連続動作で鋼の一個以上の溶解物から形成
することができるという利点を有してしる。これによ
り、エネルギの節約が達成可能となり、また、生産量が
改善される。鋼鉄産業では、「ビームブランク」という
用語は、所定形状断面の鋳造物、ビーム形状にほぼ近い
所定形状の断面を有する半仕上品を示す。前記半仕上品
は、別の圧延処理を受けると、その半仕上げの鋳造のま
まの状態から、所望の要求された最終寸法の特定の最終
形状を持つ仕上げ品に変換される。ビームブランクは、
Ｈ形ビーム、Ｉ形ビーム（通常は「Ｉビーム」と呼ばれ
る）、広フランジ側面ビーム、イギリス標準側面ビー
ム、日本産業基準側面ビーム及びレール側面（鉄道、ク
レーン及び構台レールを含む）を含む種々の最終構造部
材の形状物を製造するための前駆材料すなわち出発材料
として使用される。

鋼鉄製造業で公知のように、熱間圧延動作では、近似
形状のブランクとし、次に鋼の初期の冶金特性及び結晶
化状態を要求された結晶状態及び形状を有する究極の所
望状態に変えながら、この形状を最終の寸法形状の製品
にする。次に、通常、追加の操作が、最終の寸法及び形
状を有する部材を真っ直ぐにし、且つ、その部材を所望
の長さに切断するために用いられる。

このビームブランクの連続鋳造用のモールドは、一般
的には、中央の鋳造通路を有し、この通路はビームブラ
ンクのウェッブを形成するように設計された一対の平行
壁により仕切られている。中央鋳造通路の両側には、別
の鋳造通路があり、この各々は、中央の鋳造通路から離
れる方向に広がっている。これらの別の、即ち、拡張し
ている鋳造通路は、ビームブランクのフランジまたはフ
ランジの前駆部部分の内側部分を形成するように設計さ
れている。拡張している鋳造通路の各々は、ビームブラ
ンクのフランジ又はフランジの前駆部分の外側部分を形
成するように設計されたほぼ矩形の最終的な鋳造通路と
一体化する。

特にビームブランクを含む所定形状断面の鋳造物を作
ることの以前の試みでは、1961年当時（N.N.ガグリン
（Guglin）、A.K.プロヴォーニ（Provorny）、G.F.ツァ
セッツキー（Zasetskey）、及びB.B.カルヤーエフ（Gul
yaev）、スタール（Stal）（1961））によって最初に報
告されているように、まず実験室の規模で、等しくない
（それぞれ30ミリと40ミリ）厚さを持つ二本の脚を備え
た単純な125度の屈曲部を必要とするものであった。こ
の鋳造物は、約127cm²の面積を含んでいた。これらの実
験室的な規模の実験は、当初、連続鋳造方法で使用しよ
うという考えが実施可能であることを示すものではなか
った。

或る別の実験室的研究が、ブリティッシュ アイアン
アンド スチール リサーチ アンシェーション（Br
itish Iron and Steel Research Association「BISR
A」）によりそのシェフィールド ラボラトリーズで後
に行われ（（Sheffield Laboratories）、H.S.マール
（Marr）、B.ウィット（Witt）、B.W.H.マースデン（Ma
rsden）、及びR.I.マーシャル（Marshall）、ジャーナ
ルオブ ザ アイアン アンド スチール インスチチ
ュート(Journal of the Iron and Steel Institute)、1
966年12月）、ビームブランクを含む所定形状断面の鋳
造物を製造した。英国特許第1,049,698号（1965年）
は、断面がほぼ鉄道のレール型、断面が砂時計型、及び
断面がＩビーム形としてほぼ表すことができる近似形状
を有する対称形状物及び非対称形状物について記載して
いる。Ｉビーム形断面の鋳造物は、面積が平均670cm
²で、464x254x76（ウェッブ長ｘフランジ高さｘフラン
ジ厚さmm［18−1/4″x10″x3″］）の寸法を有してい
た。

アルゴマ スチール コーポレーション社（Algoma S
teel Corporation,Ltd.）（カナダ オンタリオ州 ソ
ールトーセイントー マリー）とBISRAにより行なわれ
たさらなる研究活動では英国特許第1,049,698に記載さ
れた技術を使用して広フランジ ユニバーサルＩビーム
に後で圧延されるビームブランクを作る可能性が研究さ
れた。このビームブランクの連続鋳造用の市販の２要素
ユニットが1968年アルゴマに設置された。この設備によ
り鋳造されたビームブランク部分は、平均面積が845cm²
〜1435cm²であり、種々の組み合わせの寸法は、451x305
x102、559x267x102、775x356x102、673x260x102、1164x
356x102であって、主にほぼＩビーム形の断面を有して
いた。

中でも、ビームブランクの製造用の多数の所定形状断
面の連続鋳造装置は、1968年以降の期間に設置され、こ
れらは三つの有名な形の断面を有するブランクの一つ以
上を製造した。これらには、多数の日本の設備が含まれ
る。この設備には、川崎製鉄の設備、日本の岡山の水島
に設置の４要素ブルーム／ビーム ブランク鋳造装置
（ビームブランク部分は、平均1155cm²で、寸法は460x4
00x120xと560x287x120）、日本の四国の東京製鉄株式会
社の高知工場における単一要素装置（ビームブランク部
分は、平均820cm2で、寸法は、445x280x110）、日本の
姫路の大和工業株式会社の姫路工場における単一の要素
装置（ビームブランク部分）は、平均1100cm²で、寸法
は、460x370x140）、及び日本の福島の日本鋼管株式会
社、福島工場の４要素ビームブランク設備（ビームブラ
ンク部分は、平均1145cm²乃至1165cm²で、寸法は、480x
400x120）、及び、多数のヨーロッパ及びソ連の設備、
これには、西ドイツ、フッチンゲン デイスバーグ、フ
ッテンベルケのマネシマン（Mannesmann）社における設
備（ビームブランク部分は、平均、面積が460cm²で、寸
法が、350x210x80）、スチール イン ザ USSR(Steel
in the USSR）、11（1975）（ビームブランク部分は、
平均、面積が550cm²で、寸法は、245x310x130であり、
ウェッブの長さはフランジの高さよりも短かった）に、
O.V.マーチノフ（Martynov）、A.I.マツン（Mazun）、
I.B.フロロバ（Frolova）、S.M.ゴーロフ（Gorlov）、
及びL.S.ネチェーエフ（Nechaev）が記載のソ連のツー
ラの研究開発工場スタール（Stal）、７（1976）に記載
した（ビームブランク部分は、平均、面積が520cm²で、
寸法は、415x284x50）、V.T.スラドコシュチーフ（Slad
koshteev）、M.S.ゴーディエンコ（Gordienko）、N.F.
グリツク（Gritsuk）、R.V.ポタニン（Potanin）及びL.
D.クツェンコ（Kutsenko）が記載したソ連のウクライナ
金属研究所、及び、イギリスのストーク オントレント
のブリティシ スティール コーポレーション（Britis
h Steel Corporation）、ジェネラル スティール デ
ィビジョン（General Steel Division）、（ビームブラ
ンク部分は、平均、790cm²で、寸法が286x355x178mm［1
11/2″x14″x7″］、ウェッブの長さは、フランジの高
さよりも短い）があった。

他の断面形状物の中でビームブランクを製造するため
の所定形状断面鋳造用の所定形状断面鋳造装置及び連続
鋳造装置に関する他のコメントは、種々の論文に登場し
た。これらの論文には、G.S.ルセンテイ（Lucenti）の
アイアン アンド スティール エンジニア（Iron and
Steel Engineer）（1969年７月）、Y.ヤギ（Yagi）、
H.ファスタート（Fastert）及びH.トクナガ（Tokunag
a）の1975年AISEアニュアルコンベンション（Annual Co
nvention）（オハイオ州クリーブランド）、K.ウシジマ
（Ushijima）のトランサクションズ（Transactions）IS
IJ、15（1975）、T.サイトウ（Saito）、M.コマダ（Kom
ada）、及びK.コダマ（Kodama）のアイアン アンド
スチール インターナショナル(Iron and Steel Intern
ational)、48（1975年10月）、及びW.ピュップ（Pupp
e）及びH.シェンク（Schenk）の、シュタール ウント
アイゼン(Stahl und Eisen)95、25（1975年12月４
日）が含まれる。

ハートマン（Hartmann）のヨーロッパの特許出願0 29
7 258（SMSシュローマン ジーマーク（Schloeman−Sie
mag）社に譲渡）は、「ビーム圧延（連続鋳造ビームブ
ランク）用の「前プロフィル」の連続鋳造用のモールド
を開示している。これは、このモールドのウェッブ部分
における浸漬鋳造管と組み合わせて使用される。このモ
ールドは、ウェッブの高さ、ウェッブの厚さ、フランジ
の厚さについて独立に調整可能であり、これにより、す
べての三次元の変化を可能にしてウェッブ及び二つのフ
ランジからなるビームブランクを製造することができ
る。ハートマンのモールドは、ウェッブ領域において、
拡張したアーチ状の、または、膨らんだ金属入りの口領
域を有するように形成されており、これにより、浴表面
の下に沈められた鋳造浸漬管を通して溶融物を容易に導
入でき、且つ、ブランクの端部領域へ鋳造金属を良好に
分配できるようになっている。そのモールドの使用によ
って、実証できるような鋳造可能なウェッブの厚さとフ
ランジの前駆部分の幅との間の関係は、ハートマンによ
っては開示されず、また、そのモールドが使用されて製
造される事実上無数の製品のウェッブ及び／又はフラン
ジまたはフランジの前駆部分の最大の厚さに関する如何
なる開示及び言及も存在しない。

ハートマンによって記載されたDE−AC2 218 408号
は、水中に沈めた鋳造浸漬管を介して中間の容器からモ
ールドのウェッブ部分の内部に溶融した鋼が供給される
モールドを開示している。このモールドは、フランジの
厚さを変更するための調節は可能であるが、ウェッブの
高さまたはウェッブの厚さのいずれをも変えるようには
調節できない。

他の特別なモールドの形状が、公知のビームブランク
が遭遇する応力及び裂傷の問題を制御するために必要で
あるとして開示された。1986年１月21日に発行されたマ
スイ（Masui）他の米国特許第４、565、236号は、モー
ルド空洞（これは鋳造方向におけるそのウェッブ部分の
テーパと、鋳造方向におけるモールド空洞の湾曲したリ
ボン部分の曲率1/Rの変化の両方を備えている）の使用
により、ウェッブ部分とフランジの前駆部分との間にあ
るビームブランクのすみ肉部に形成される亀裂を回避で
きることを教示している。その曲率の変化は、ビームブ
ランク要素の固化された外殻の自由収縮量に従って行わ
れる（発明の概要）。マスイ他は、自分の発明が、大き
な寸法、または、775mmを越えるウェッブ高さを有する
（第10欄、11.53〜65;図９、Ｈ＝ウェッブ高さ）ビーム
ブランクの鋳造において特に意義があり、そして、500m
mよりも大きな内側ウェッブ高さ（図９、Ｗ＝内側ウェ
ッブ高さ）を提供するために必要な構成であるというこ
とを述べている。ビームブランクの種々の部分の最大の
厚さまたは相互のこれらの部分の関係の制御によりこれ
らの問題を回避しようとする如何なる開示もマスイ他の
論文に載っていない。

所定形状断面のビームブランクの連続鋳造は、製造業
者が希望する程度の長さの製造作業であれば、ビレット
を最初に鋳造し、それを再度加熱し、そしてその正方形
のストックに必要な処理を加える必要なしに、プロセス
と装置に供給される鋼の１つ以上の溶解物から一連のビ
ームブランクを製造することができるという商業的な利
点を有している。この方法では、インゴット鋳造または
ビレット鋳造のいずれかで得る場合よりも最終的な望ま
しい形状により近い鋳造製品を製造するという観点から
節約が達成される。

また、「犬骨」形断面、即ち、砂時計型断面の変形と
して表すことができるものを有する連続鋳造モールドに
溶融した状態の金属を連続的に鋳込むことによってビー
ムブランクを製造することも公知である。連続鋳造によ
って「犬骨」型ビームブランクを製造する公知の特筆す
べき具体例は、1989年２月21日発行のローレント（Lore
nto）の米国レターズパテント第4,805,685号に記載され
ている。少なくとも４インチの厚さのウェブとそれいれ
以上の大きさと厚さのフランジ又はフランジの前駆部分
を有する「犬骨」形ビームブランクが、商業的な設備で
製造されていた。

前述の従来の実施及びそれから得られるビームブラン
クのすべては、ビームブランクの伸張端部、フランジの
前駆部分が、ビームブランクのウェッブ部分に対してそ
の増大した断面積のために、厚いウェッブ部分ととも
に、このビームの最終的な所望のフランジ構造を得るた
めに広範囲にわたる熱間圧延を必要とするという欠点を
有している。これにより、ビーム生産の複雑さや総合的
な価格、特にエネルギ価格がかなり増大する。さらに、
高価格で大規模の熱間圧延機またはこの圧延機スタンド
は、ビームブランクの膨らんだ端部を必要なだけ減少す
ることが要求され、ならびに、仕上げ操作（真っ直ぐに
延ばし）、且つ、所定長さに切断する）の冷間圧延機ま
たは圧延機スタンド装置についても同様な要求がなされ
る。これらは、全て膨大な投資が必要である。当該技術
分野で知られた種々の連続鋳造の所定形状のビームブラ
ンクは、最終的な所望のビーム寸法を達成することに加
えて、仕上げ構造部材に存在することが要求される金属
の必要な冶金学的構造及び性質（結晶化を含む）を付与
するために、これらのかなりのレベルの熱間加工をも受
けなければならない。

例えばBISRAの実験室的研究に関しては、少なくとも
6:1の熱間加工の減少が、鋳造したままの所定形状のビ
ームブランク構造を変えて最終製品の寸法を得るととも
に、必要な冶金学的性質を得るために必要であるという
ことが分った。（上記のH.S.マール他）。一連の仕上げ
Ｉビームの大きさについての、実際の減少は更に大き
く、平均して約8:1と約10.5:1の間にあった： アルゴマスチールコーポレーション社の設備は、同じ
レベルの必要な更なる熱間加工を必要とし、約6:1から
約17.5:1にわたる減少が生じた： 同様に、川崎水島工場の設備は、所望の大きさと必要
な冶金特性を有する最終製品のＩビームを得るために、
約9.5:1乃至約18:1の熱間加工の減少が必要であった： 公知の所定形状の連続鋳造プロセスは、種々のビーム
ブランクの大きさ及び形状を開示しているが、これらの
従来技術には、鋳造したままのビームブランクのパラメ
ータどうしの相互関係を意識していた又は認識していた
という開示が存在しない。特に、ブランクのウェッブ部
分の平均厚さ、ブランクのフランジの前駆部分の平均厚
さ、または、フランジの前駆部分の平均厚さと、ウェッ
ブの平均厚さとの間の制限または関係、または、ブラン
クのウェッブの平均厚さの限定、及びブランクのフラン
ジの前記部分の平均厚さの限定（または、更に、フラン
ジの前駆部分の平均厚さ及びウェッブの平均厚さの関係
を含む）の組み合わせに関する制限の教示または開示が
欠落している。

従来技術の連続鋳造ビームブランクのすべては、ブラ
ンク形状全体がレール型の断面、砂時計型の断面、また
はビーム型の断面であるか否かに拘らず、少なくとも４
インチ厚のウェッブ部分を有していた。これらのブラン
クは、同様に、非常に厚いフランジの前駆部分を有して
いた。結果として生じるブランクが大きいことは、ある
程度、従来技術が要求した高価な熱間圧延のかなりの断
面積の減少及び形状変形のおもな原因であった。またブ
ランクが大きいと、別のかなりの熱間加工（これは、大
部分の場合に、構造部材の必要な最終寸法が得られる前
に行うことができる）なしには受け入れることができな
い鋳造のままの冶金特性が提供された。構造部材を完成
するための該別の熱間圧延ステップによる所望の冶金学
的特性の保持は、大部分の場合、困難で、多くの場合、
不可能であることがわかった。

現存の連続鋳造ビームブランクとビームブランク鋳造
技術も、鋳造を行うために必要とされる公知の方法によ
り制限された。

商業的な連続鋳造速度と、鋳造したままのブランクの
商業的な品質が薄い部分のスラブの鋳造で要求される場
合には、浸漬鋳造ノイズの使用が必要であるとして従来
技術により教示された。ヨーロッパ特許出願0 336 158
号に開示されたような種々の浸漬ノズル構造が、この鋳
造方法に有用なものとして開示されている。

連続鋳造モールドにおける空間関係及び商業的な圧延
に必要で望まれる高鋳造速度のために、薄い部分が薄ス
ラブ鋳造で製造されるときに一定の被制御固化速度を達
成する場合には難点があった。このためには、しばし
ば、特定級の鋼に長手方向の割れ目が生じ、これは、品
質及び安全性に深刻な問題を提示した。この問題を避け
るためには、特別に作製された鋳造粉末の使用が必要で
あるということが開示された。H.G.エーレンベルク（Eh
renberg）他によるコトーロリング オブ シン スラ
ブス アット ザ マネスマンローネンベルク(Control
ling of Thin Slabs At the Mannesmannrohnen-werke)A
G、MPT インターナショナル（International）、12、3
/89、P.52を参照。

公知の技術は、モールド部に注がれる浸漬ノズルと、
鋳造粉末の両方の使用を、特に、薄い部分が必要とされ
たときに要求している。従来技術では教示されていない
が、ビームブランクの鋳造に関連した薄スラブ鋳造の概
念を使用しようとするどの試みも、必然的に、浸漬ノズ
ルによる注入及び鋳造粉末の使用を含むであろう。

従来公知の連続鋳造のビームブランクまたは母材及び
それらを製造する技術の各々は、多くの種類の重大な欠
点及び問題を有していた。公知の従来の連続鋳造のビー
ムブランクのすべてにおいて、ウェッブの厚さは、ほ
ぼ、３インチ、通常は、４インチを越えていた。これら
のブランクの「耳」部分（即ち、フランジの前駆部分）
は、このウェッブ厚さに較べて大きなものであった。従
来技術で知られた方法でこれらのビームブランクの連続
鋳造中の金属の冷却及び固化中に、液体金属に温度勾配
が生じる。これらの温度勾配は、円柱構造の形成を促進
する。ビームブランクは、しばしば結果として、劣化し
た冶金特性、特に、延性及び靱性が劣化した脆弱平面を
断面に至る所に有するマイクロ構造を持つことを特徴と
する。

公知の圧延機スタンド型装置を使用する従来の圧延技
術の使用による熱間加工の量は、かなりなものであり、
平均して、15パスを越え、32パスまでが必要である。要
求される圧延装置の投資額はかなりのものであり、そし
て、必要とされる時間及び必要とされる多数のパスを作
るために費されるエネルギーは、取るに足らぬものでは
ない。圧延方法による所望の冶金特性の達成及び保持
は、複雑である。ブランクのウェッブ部分の望ましくな
い不制御での過不足の伸長は、しばしば、経験され、そ
して、正確に予測または制御することが困難である。さ
らに、ビームのフランジ前駆部分／フランジ部分の亀裂
は、ウェッブ部分の歪みのように一定したかなりの問題
である。注入点及び注入技術に関する制限は、厳しく、
即ち、公知のブランク構造の大きな「耳」部分の一つの
ほぼ中心に対応するモールド領域の中へ露出注入が行わ
れなければならなかった。

鋳造ビームブランクのウェッブまたはフランジの厚さ
と、ビームブランクまたはその製品内の所望の冶金学的
特性の達成が容易であることとの関係の教示も進歩して
おらず、また、ウェッブまたはフランジの最大の厚さの
制御により、または、この制御によらず、どのような方
法でもビームブランクのフランジ前駆部分の厚さにウェ
ッブの厚さを関係付ける如何なる開示も存在しなかっ
た。

かくして、以下の点を満足する、連続鋳造のままのビ
ームブランク及びこれを製造する方法の必要性が存在し
た： 1.ビームの仕上げの形状及び輪郭または他の所望の構造
上の形状に近似する、 2.所望の最終的な大きさに達し、次に、これらのブラン
クを製造するために必要とされる投資額を最小にし、そ
して、従来技術の方法を特徴付ける膨大なエネルギ価格
を著しく減少させるために受けなければならない熱間圧
延のパスまたはステップの数を最小にする、 3.可能な最少数の圧延ステップで所望の冶金学的特性を
提供し、そして、所望の最終的な大きさに達するために
必要とされる任意の最小の追加的な圧延ステップ（公知
のビームブランク及びプロセスで要求される数よりも所
望の冶金学的特性を得るために要求されるステップの数
はかなり少ない）を介してこれらの特性を保持する、 4.浸漬注入技術の使用を必要とせず、鋳造粉末の使用を
必要としない、及び、 5.必要とされる加工を制御し及びフランジの亀裂及び望
ましくない伸長及び／又はウェッブ部分の湾曲及び結果
として生じるブランクの歪みを最小にし、並びに、モー
ルド内の急速な固化を行ってその随伴する冶金学的特性
の利点を与えるためにウェッブの厚さとフランジ前駆部
分の厚さとの関係を制御する。

利用可能な連続鋳造ビームブランクまたはこれを製造
する方法であって、次のような特記すべき利点の組み合
わせを提供するものはなかった。即ち、適当なウエッブ
の伸長または捩じれまたはフランジの亀裂のない仕上げ
形状及び所望の冶金特性の両方を達成するための最少数
の圧延パス；薄い断面ウェッブが必要とされる場合で
も、露出注入の技術を使用し、かつ、浸漬注入技術及び
／又は鋳造粉末の強制的な使用を避けることができるこ
と；及び、最終寸法及び製品の形状に達するために必要
とされる熱間圧延パスの数に対する制御によって保持さ
れ、そして仕上げビームに導入された、改良された冶金
学的特性である。

発明の概要 従って、本発明の主目的は、従来の慣行に比較して、
より小さく、より安く、圧延装置を必要とし、しかも、
上記仕上げ製品の形成の場合における処理時間及び費さ
れるエネルギを付随的に節約する減少された一連の圧延
操作により後でビームを形成するように圧延することが
できる連続鋳造のままのビームブランクを提供すること
である。

本発明の他の目的は、従来の方法から生じるビームに
比較して、製造時に、所望の冶金学的特性をもつ最終寸
法のビームを提供するために組成及び微細構造が制御さ
れる連続鋳造のままのビームブランクを提供することで
ある。

概して、本発明によれば、ウェッブ部分と、このウェ
ッブ部分の対向端から伸長する複数の対向したフランジ
の前駆部分を備えた連続鋳造のままのビームブランクが
提供される。ウェッブ部分は、約３インチを越えない平
均の厚さを有し、フランジ前駆部分の各々は、約３イン
チを越えない平均の厚さを有している。本発明の他の態
様では、これら最大の寸法のウェッブ部分及びフランジ
部分が提供され、フランジ前駆部分の平均の厚さに対す
るウェッブ部分の平均の厚さの比が、約0.5:1と約2:1の
間にあるブランクが提供される。これにより、所望の機
械的特性を達成するために要求される減少比を、通常は
約3:1に好都合に低下させながら、所望の必要とされる
冶金学的特性を確立することができる。ウェッブの厚
さ、フランジ前駆部分の厚さ、及び、なるべくなら、フ
ランジ前駆部分の厚さに対するウェッブの厚さの比を選
択し維持することによって、ビームブランクと最終仕上
げビーム構造の両方の好都合な微細構造が提供される。
鋳造したままの微細構造と冶金学特性は、最小のさらな
る熱間加工法を用いて構造部材にとって好適である最終
形状に達するための前駆部分としては十分に正確であ
る。実際、最終の微細構造は、本発明のビームブランク
から所望の製品に関する最終寸法に達するために必要と
されるほぼ同数の熱間圧延パスで達成可能である。製品
の完全な所望寸法への形成にはさらに幾つかの熱間圧延
パスが必要だからといって冶金学的特性の不利な変更の
危険は、生じない。これは、従来技術に対する本発明の
顕著な改善である。

ウェッブ部分と前フランジ部分は、各々、１−1/2イ
ンチから３インチの範囲内の厚さを有している。ビーム
ブランクの各フランジの前駆部分は、ほぼ等しい厚さで
あってもよい。ウェッブ部分の厚さは、フランジの前駆
部分の各々の厚さよりも大きくともよく、あるいはま
た、フランジの前駆部分の各々は、ウェッブ部分よりも
大きい厚さを有するものであってもよい。

二つのフランジの前駆部分は、ビームブランクのウェ
ッブ部分の各端から伸び、そして、各フランジがほぼ平
行な辺を有するものであってもよい。ウェッブ部分の辺
は、また平行であってもよい。このウェッブ部分の各端
における二つのフランジ部分は、30度乃至180度の範囲
内で、それぞれの長手方向の中心線の間の角度だけ分離
してもよい。

本明細書で使用される「ビームブランク」という用語
は、次の製造ステップを受けるときに、最終の寸法形状
を有するＩビームを形成するウェッブ及びフランジの前
駆部分即ち母材部分を有する鋳造したままの連続した金
属形態を意味する。

本明細書で使用される「ビーム近似基本形状」は、全
体で15個の熱間圧延パスを越えない熱間圧延パスを含む
必要な熱間加工を受けることによって最終寸法の仕上げ
ビーム物品に変換することができる、ウェッブ部分とフ
ランジの前駆部分即ち母材部分を有する、鋳造したまま
の連続的金属形態を意味する。特に、この用語は、
（ｉ）ウェッブとフランジの各々が１−1/2インチ乃至
３インチの範囲内の厚さを有し、（ii）ビームブランク
の各フランジがほぼ等しい厚さを有し、（iii）二つの
フランジがビームブランクのウェッブ部分の各端から伸
び、各フランジがほぼ平行な辺を有し、（iv）ウェッブ
部分の辺は平行でもよく、及び（ｖ）ウェッブ部分の各
端の二つのフランジは、30度乃至180度の範囲内の角度
だけ分離されているような連続的な金属形態を意味す
る。

本明細書で使用される「連続鋳造のままの」という用
語は、如何なる熱間加工も存在しない場合の連続鋳造の
冷却時に生じる構造を特定するためのものである。これ
は、連続鋳造から直ぐに冷却及び固化したときの連続鋳
造ビームブランクの構造である。

本発明のビームブランクは、ウェッブ部分と全てのフ
ランジ前駆部分にモールド内における比較的急速で均一
な固化により、仕上げビーム製品に所望の冶金学的特性
を提供する。ウェッブ部分とフランジ前駆部分の両方の
制御された最大厚さにより、比較的一様な熱伝達が、ほ
ぼ同一割合でブランクのすべての部分から標準的な商業
的連続鋳造速度で発生することができ、これにより、こ
のビームブランクで達成可能であると従来技術で知られ
たものよりも、金属のスループットで、さらに細かい一
様な粒子を製造することができる。急速な固化により、
望ましくない粒子の成長が防止され、全ビーム形状及び
所定の大きさへの形成は、別の処理中に粒子の粗大化を
防止するのに役立ち、これにより、降伏強度及び引っ張
り強度の喪失が避けられ、靱性の保持が可能となる。従
来技術のブランクが使用されたときよりも（通常は、約
3:1の減少が行われたときよりも）、熱間加工法におい
て所望の微細構造が早く生じる。（公知の従来技術のブ
ランクは、同一の冶金特性に近付くには、約6:1程の減
少が必要であった）。

本発明によれば、ウェッブ部分と、このウェッブ部分
の対向端から伸びる複数の対向したフランジの前駆部分
を有する連続鋳造のままのビームブランクも提供され
る。この場合、ウェッブ部分は、約３インチを越えない
平均厚さを有し、このフランジの前駆部分の各々は、約
３インチを越えない平均厚さを有し、ウェッブ部分の端
部の一つに最も近い、ブランクのウェッブを形成するビ
ームブランクモールドの部分の中の場所に露出注入され
た単一の溶融金属流からビームブランクは、連続鋳造さ
れる。フランジの前駆部分の平均厚さに対するウェッブ
部分の平均厚さの比は、約0.5:1と約2:1の間にあっても
よい。

本発明によれば、なおさらに、ウェッブ部分と、この
ウェッブ部分の対向端から伸びる複数の対向したフラン
ジの前駆部分を有する連続鋳造のままのビームブランク
が提供される。この場合、ウェッブ部分は、約３インチ
を越えない平均厚さを有し、このフランジの前駆部分の
各々は、約３インチを越えない平均厚さを有し、ビーム
ブランクは、２つの別々の同時注入の溶融金属流から連
続鋳造され、各溶融金属流は、前記ウェッブ部分の前記
端部のそれぞれに最も近い、ブランクのウェッブを形成
するビームブランクモールドの部分の中の場所に露出注
入される。フランジの前駆部分の平均厚さに対するウェ
ッブ部分の平均厚さの比は、約5:1と約2:1の間にあって
もよい。

本発明によれば、本発明の連続鋳造ビームブランクの
製造の或る改良された方法も提供される。まず、ウェッ
ブ部分と、このウェッブ部分の対向端から伸びる複数の
対向したフランジ前駆部分とを有するビームブランクを
連続鋳造する方法において、本発明の改良点は、３イン
チを越えない平均厚さを有するウェッブ部分の対向端部
の一つに最も近い、ビームブランクのウェッブを形成す
るビームブランクモールドの部分内の場所に露出注入さ
れる単一流の溶融金属からビームブランクを鋳造するこ
とにある。

第二に、ウェッブ部分と、このウェッブの対向端から
伸びる複数の対向したフランジ前駆部分を有するビーム
ブランクを連続鋳造する方法において、本発明の改良点
は、３インチを越えない平均厚さを有するウェッブ部分
の対向端部のそれぞれに最も近い、ビームブランクのウ
ェッブを形成するビームブランクモールドの部分内の場
合に各々が露出注入された二つの別々の同時注入流の溶
融金属からビームブランクを鋳造する点にある。

本発明の連続鋳造のままのビームブランクのウェッブ
部分とフランジは、針状フェライト及び粒界のフェライ
トの膜がほぼ無い、微細なフェライト及びパーライトの
結晶粒構造を有している。「針状フェライト及び粒界フ
ェライトの膜がほぼ無い、微細なフェライト及びパーラ
イトの結晶粒構造」という表現は、本発明によれば、図
２を構成する、顕微鏡写真で示した結晶構造により代表
される本発明による鋳造のままの構造を定義しようとす
るものである。この構造は、公知のビームブランクに粒
構造が生じたものである図３と４に示すように、粒構造
を有する内側部分に対して、従来技術のブルームまたは
ビレットの鋳造の外側の迅速冷却部分を特徴づけてい
る。これらの図は、従来のオーステナイト粒を概略述べ
る初析フェライトの粒界をもち、非常に大きな粒径をも
つ針状フェライトの従来の連続鋳造のままの微細構造を
示す。

「ほぼ無い」という用語は、針状のフェライトとパー
ライトが、その特性に影響しない少量で本発明の連続鋳
造のままのビームブランクに存在する可能性があるとい
うことを示す。

Ｉ形のビーム構造部材の圧延のための出発形状として
のビレットの使用の場合、熱間圧延機スタンドを介する
72個までのパスが、この構造部材の所望の冶金特性、仕
上げの寸法及び形状を与えるために必要である。「犬
骨」型の連続鋳造ビームブランクが、出発形状として使
用される場合、32個までのパスが必要である。所望の冶
金特性は、通常、熱間圧延機スタンドによる約15パスの
後に生じ、残りのパスは、仕上げ寸法及び形状にブラン
クを変えるために必要である。しかし、「犬骨」ブラン
クは、この技術によるビームの製造を長く悩ませた圧延
時の伸長の難点を受け易いままであり、このことは、ウ
ェッブのフランジの裂傷及び（または）過度の伸長また
は捩じれをもたらす。「犬骨」ブランクの場合に必要と
されるパスの数は、また、従来技術のブランクとこの従
来製造方法を特徴付けるのと同一のかなりの投資額と高
いエネルギーコストを必要とする。

しかしながら、本発明のビームブランクによれば、最
少数のパスで所望の最終ビームの製造が可能である。最
終の仕上げ形状は、通常、約3:1の減少と整合する所望
の冶金特性を達成するために必要な最小の加工、即ち、
僅か15個の熱間圧延パスで達成可能である。同様に、本
発明のビームブランクの形状は、従来技術のブランクよ
りも所望の仕上げビームに形状がさらに類似しているの
で、圧延中に金属に対する応力及び歪みが最小になり、
これにより、フランジ／ウェッブの伸長のばらつき、フ
ランジの亀裂及びウェッブの湾曲が減少する。

所望で最終の形状及び冶金学的特性の両方を達成する
ために必要なパスの数を最小にすると、本発明のプロセ
スを設定し、製品を製造するために必要な投資額が大い
に減少する。エネルギのかなりの節約も生じ、そして、
パスの減少のために、プロセスは、著しく短くなり、こ
れにより、連続鋳造ラインまたは装置の数を増加させず
に次の製造により最終製品への本発明のブランクの潜在
的なインプット／スループットが増大する。

本発明は、最も好ましくは、酸化を抑制するために菜
種油または等価な潤滑油／障壁層を同時に使用して、注
入が行われる露出注入技術の最適な使用を提供するが、
また、随意選択事項として、鋳造粉末の使用の場合に好
適ならば浸漬注入技術を使用してもよいと考えられもす
るが、これらの技術は必要ではない。

本発明は、かくして、従来技術の連続鋳造のままのビ
ームブランクの上記の欠陥や欠点及び連続鋳造ビームブ
ランク用の処理を満足する。

図面の簡単な説明 図１は、本発明による連続鋳造のままのビームブラン
クの断面の略図である。

図２は、本発明による連続鋳造のままのビームブラン
クの、針状フェライト及び粒界フェライトの膜がほぼ無
い微細なフェライトとパーライトの結晶構造の顕微鏡写
真である。

図３は、従来の連鋳造のままのブルームの顕微鏡写真
である。

図４は、従来の連続鋳造のままのビレットの顕微鏡写
真である。

図５は、種々の表示された温度における本発明による
ビームブランクと従来のビームブランクのシャルピー衝
撃値を比較する一連の棒グラフである。

図６は、本発明によるビームブランクと従来技術のビ
ームブランクの引っ張り特性を比較する一連の棒グラフ
である。

好適な実施例の説明 図面の図１を見ると、全体を10として示した本発明の
実施例を構成する連続鋳造のままのビームブランクが概
略示してある。このビームブランク10は、ウェッブ部分
12と、このウェッブ部分の対向端から伸びる対向のフラ
ンジ14、16及び18、20を有している。ビームブランク10
のウェッブ部分12の各対向端から伸びるフランジは、約
30度と約180度の間のそれぞれの長手方向中心線の間の
角度だけ分離されてもよい。ウェッブの厚さ、フランジ
の前駆部分の厚さ、ウェッブの厚さに対するフランジの
前駆部分の厚さの比、及びフランジの前駆部分の角度を
成す分離は、すべて、ビームブランクの連続鋳造中に十
分に迅速な冷却を保証するために維持されて、これらの
フランジの全断面積のすべてにわたり針状フェライトと
粒界フェライトの膜のほぼ無い微細なフェライト及びパ
ーライトの結晶粒構造を達成する。さもなければ、フラ
ンジの先駆部分の内側または表面は、ビームブランクの
残りよりも遅く冷却して、図３と４に示し、且つ、上に
記載したような結晶粒構造がかなり存在することにな
る。

図１に示すように、ウェッブ部分の厚さＡは、フラン
ジ14、16、18、20の厚さＢ、Ｃと同一であってもよい。
この実施例では、これらのフランジの厚さＢとＣは、ほ
ぼ平行であるその辺B1、B2とC1、C2とほぼ平行である。
図１に示すビームブランクの連続鋳造のままの寸法及び
形状の場合、連続鋳造中の溶融金属の十分迅速で一様な
冷却は、ビームブランクの全断面積にわたる針状フェラ
イトと粒界フェライト膜のほぼ無い微細なフェライト及
びパーライトの所望の結晶粒構造の製造を確保するため
に行ってもよい。

ビームブランクの連続鋳造で公知のように、所望最終
のビームブランクの断面の形状に一致する内部形状をも
つ貫流、水冷の銅連続鋳造モールドが、使用される。冷
却中の溶融合金の収縮のために、溶融合金がモールドを
通過中に徐々に冷却し、固化をするとき、その収縮を保
証するために鋳造方向に徐々に傾斜する壁を持つ連続鋳
造モールドを構成することが従来の慣行であった。モー
ルドの出口端は、モールドから現れる最終のビームブラ
ンクの所望の断面の大きさ及び形状にほぼ一致する。

図１に示すように、本発明による連続鋳造のままのビ
ームブランクの最終の冷却及び固化の時に、その結晶粒
構造は、一般的には、図２を構成する顕微鏡写真で示し
たものとなる。図２の顕微鏡写真から分かると思うが、
この微細構造は針状フェライトと粒界フェライトの膜の
ほぼ存在しない微細なフェライトとパーライトからなる
ものである。

実施例 本発明を示す特定の実施例として、本発明による次の
実験的な連続鋳造のままのビームブランクは、表Ｉに示
す鋼成分から作られたものである。

表Ｉに示す組成の実験１は、56個のビームブランクの
サンプルの製品からなり、実験２は、72個のビームブラ
ンクのサンプルの製品からなるものであった。これらす
べては、図１に示した適当な形状を有している。実験１
では、ビームブランクの連続鋳造のままのフランジの厚
さは2.5インチであり、ウェッブの厚さは、２インチで
あった。サンプルは、ほぼ3.7インチの幅であった。実
験２においては、ビームブランクの連続鋳造のままのフ
ランジの厚さは、３−1/2インチ（平均）であり、ウェ
ッブの厚さは４インチであった。サンプルは、天然ガス
点火炉内で熱間圧延用のほぼ2300゜Fまで加熱され、この
サンプルの熱間圧延の仕上げ温度は、1.7対2.5の減少比
に圧延されたサンプルの1960゜Fから、例えば、8.5のよ
り高い減少比をもつサンプルの1400゜Fより低い温度にわ
たった。熱間圧延のサンプルの定性的な検査により縁部
の裂傷がなく、しかもサンプルの全外観は、良好である
ことが分かった。サンプルの幅は、圧延の後、約４イン
チであり、その長さは、厚さの減少に比例した。

シャルピー衝撃値（図５）と引っ張り試験値（図６）
は、それぞれ、ASTM−A673とASTM−370の基準に従って
実験１のサンプルについて判別され、そして、実験２の
組成の従来の製品の衝撃試験及び引っ張り試験のデータ
と比較された。これらの比較は、図５と図６の棒グラフ
により示されている。このデータから分かると思うが、
本発明のサンプルは、従来の製品よりも優れた、また
は、これに等しい機械的特性を示した。これらの特性
は、約２対１の熱間圧延中の減少比をもつ本発明のサン
プルで達成され、一方、従来技術のサンプルは、約６対
１の減少比を必要とした。上述のように、本発明によれ
ば、必要な機械特性を達成するために必要な減少比を減
少することによって、処理及び圧延の装置要件の両方に
おける経済性が達成された。

本発明の特定実施例と、本発明の実施のための本発明
者により考えられた最良の形態とが示されたが、勿論、
本発明はこれらに限定されるものではない。それは、変
形例が特に上記の教示に照して当業者によりなし得るか
らである。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の
趣旨及び範囲内におけるこれらの改良の重要な特徴を構
成する特徴を包含する如何なる変形例をも含むものであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュメルズル ロイド エム アメリカ合衆国 テキサス州 75115 デソト エッジブルック ドライブ 1230 (56)参考文献 特開 平２−284746（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−66046（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−11058（ＪＰ，Ａ) 米国特許3416222（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/00

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェッブ部分と、このウェッブ部分の対向
   端から伸長する複数の対向したフランジの前駆部分を備
   え、前記ウェッブ部分が、約３インチを越えない平均の
   厚さを有する連続鋳造のままのビームブランクにおい
   て、 前記フランジの前駆部分の各々が約３インチを越えない
   平均の厚さを有し、前記ウェッブ部分と前記フランジ部
   分がその断面全体にわたり針状フェライトと粒界フェラ
   イトとの膜がほぼ無い微細なフェライトとパーライトと
   のほぼ均一な結晶粒構造を有することを特徴とする連続
   鋳造のままのビームブランク。
2. 【請求項２】前記フランジの前駆部分の平均厚さに対す
   る前記ウェッブの平均厚さの比が、約0.5:1と約2:1の間
   にあることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造のま
   まのビームブランク。
3. 【請求項３】前記ウェッブ部分と、前記複数のフランジ
   の前駆部分の各々とが、約１−1/2インチないし約３イ
   ンチの範囲内に平均厚さを有することを特徴とする請求
   項１または２に記載の連続鋳造のままのビームブラン
   ク。
4. 【請求項４】前記ウェッブ部分が、前記複数のフランジ
   の前駆部分の各々の平均厚さよりも大きな平均厚さを有
   することを特徴とする請求項１から３までの何れかに記
   載の連続鋳造のままのビームブランク。
5. 【請求項５】前記ウェッブ部分が、前記複数のフランジ
   の前駆部分の各々の平均厚さよりも小さな平均厚さを有
   することを特徴とする請求項１から３までの何れかに記
   載の連続鋳造のままのビームブランク。
6. 【請求項６】前記ウェッブ部分と前記複数のフランジの
   前駆部分の各々が、ほぼ等しい平均厚さを有することを
   特徴とする請求項１から３までの何れかに記載の連続鋳
   造のままのビームブランク。
7. 【請求項７】前記フランジの前駆部分の各々が、ほぼ平
   行な辺を有することを特徴とする請求項１から６までの
   何れかに記載の連続鋳造のままのビームブランク。
8. 【請求項８】二つのフランジの前駆部分が前記ウェッブ
   部分の各端から伸びていることを特徴とする請求項１か
   ら７までの何れかに記載の連続鋳造のままのビームブラ
   ンク。
9. 【請求項９】前記ウェッブ部分の各端から伸びる前記二
   つのフランジの前駆部分が、約30度ないし約180度の範
   囲内の角度だけ分離されていることを特徴とする請求項
   ８に記載の連続鋳造のままのビームブランク。
10. 【請求項１０】請求項１から９の何れかに記載のビーム
    ブランクから形成されたビーム。
11. 【請求項１１】請求項１から９の何れかに記載のビーム
    ブランクを連続鋳造する工程と、前記連続鋳造されたビ
    ームブランクを3:1を越えない範囲で減少させつつ最終
    仕上げビームの形状と寸法まで圧延する工程と、を含む
    ことを特徴とするビーム形成方法。
12. 【請求項１２】前記圧延は熱間圧延であり、前記圧延す
    る工程は最終仕上げビームの形状と寸法に至る圧延パス
    の数が15パスを越えないことを特徴とする請求項11に記
    載のビーム形成方法。