JP2002018501A

JP2002018501A - 形鋼の製造方法

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Publication number: JP2002018501A
Application number: JP2000206372A
Authority: JP
Inventors: Takanori Okui; 隆徳奥井; Keizo Taoka; 啓造田岡; Yoshinori Miura; 啓徳三浦
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-01-22
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: JP3487265B2

Abstract

(57)【要約】【課題】形鋼の継手内面に生じる皺疵を有効に軽減
できる形鋼の製造方法を提供する。【解決手段】素材を上下対称に熱間圧延してウエブ端
にフランジを有する粗形鋼片となす第１の工程と、前記
粗形鋼片を上下非対称に熱間圧延してウエブを寸法調整
しかつフランジを突条を含む粗形継手に成形する第２の
工程と、さらに前記突条を熱間曲げ成形圧延して曲がり
爪となすことにより粗形継手を継手に仕上げる第３の工
程を有する、ウエブ端に継手を有する形鋼の製造方法に
おいて、第１の工程と第２の工程の間で粗形鋼片フラン
ジ外面を冷間で平滑化処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、形鋼の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】形鋼の１種である直線型鋼矢板は、例え
ば図４に示すように、直線状のウエブ１の端に曲がり爪
20と玉爪21からなる継手２を有する。曲がり爪20と玉爪
21とで囲まれた袋状空間を継手懐22と称し、その出口を
継手開口23と称する。形鋼を継手連結するときには、一
の形鋼の継手懐内に他の形鋼の玉爪を挿入する。

【０００３】直線型鋼矢板の製造方法としては、生産性
の面で有利な圧延（熱間圧延）、なかでも孔型ロール
（カリバロール）を用いる孔型圧延が主に採用されてい
る。図５は、直線型鋼矢板の孔型圧延工程の一例を示す
孔型系列図であり、同図に示すように、直線型鋼矢板
は、通常、素材（ブルーム）を例えば孔型Ｋ14〜Ｋ11に
より上下対称に圧延してウエブ１端にフランジ２Ａを有
する粗形鋼片を作製する第１の工程と、粗形鋼片を例え
ば孔型Ｋ10〜Ｋ３により上下非対称に圧延してウエブ１
の寸法（幅、厚み）を調整するとともにフランジ２Ａを
突条20Ａと玉爪21を有する粗形継手２Ｂに成形する第２
の工程と、突条20Ａを例えば孔型Ｋ２、Ｋ１により反ウ
エブ部側に押し曲げて曲がり爪20を形成し（これを「爪
曲げ」という）て粗形継手２Ｂを継手２に仕上げる第３
の工程により製造されている。

【０００４】図６は、図５に対応する孔型圧延設備の一
例を示す配置図である。この例では、孔型Ｋ14〜Ｋ11は
ブルーミングミル（ＢＭミル）に、孔型Ｋ10〜Ｋ７はブ
レークダウンミル（ＢＤミル）に、孔型Ｋ６〜Ｋ４は中
間ミル（Ｓ１ミル）に、孔型Ｋ３〜Ｋ１は仕上ミル（Ｓ
Ｆミル）に、それぞれ割り当てられている。なお、ＢＭ
ミルは分塊工場に、ＢＤミル、Ｓ１ミル、ＳＦミルは大
形形鋼工場に、それぞれ設置されている。第１の工程で
製造された粗形鋼片は、通常、常温付近まで放冷され、
その後に再加熱されて第２の工程以降の熱間圧延を施さ
れる。

【０００５】孔型Ｋ２、Ｋ１による爪曲げの過程を図７
に示す。同図に示されるように、爪曲げは圧延進行に伴
う上下のロール隙変化によって行われる。なお、同図に
おいて、20Ｂは突条20Ａから曲がり爪20に変形する途上
の被曲げ成形部である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、直線型
鋼矢板は、従来一般に、圧延の最終段階で爪曲げを行っ
て曲がり爪を形成するという方法で製造されている。と
ころが、この爪曲げの際に、図８に示すように、曲がり
爪20の内面に顕著な皺疵10が形成される。このような皺
疵は、従来では静的引張強度が一定値以上保証されてい
る継手厚さ（評価部位を図３に示す）が16mm程度以下と
比較的薄物であったため問題視されることがなかった。
しかし、近年では、例えば鉄道下に道路を通す際の有利
な工法として注目されているＪＥＳ（Joiont Element S
tructure）工法での構造要素部材にみられるように、よ
り高い継手強度が要求される趨勢にある。これに適応す
るには、継手厚さを従来より厚くすることが必要とな
り、その場合、曲がり爪内面の縮み率が大きくなるため
皺疵深さが増大して、ノッチ効果により継手強度性能と
くに疲労寿命が悪化するという問題が起こる。

【０００７】この問題は、直線型鋼矢板と同様の爪曲げ
過程で継手を形成される形鋼に共通するものである。そ
こで、本発明は、形鋼の継手内面に生じる皺疵を有効に
軽減できる形鋼の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために、継手厚さ14.0〜22.0mmの直線型鋼矢
板の連結部（継手嵌合部）の反復引張荷重（応力振幅０
〜120MPa×周波数10Hz）負荷条件下の疲労寿命（破断ま
での負荷反復回数）に及ぼす皺疵の影響を実験により調
べるとともに、皺疵の発生原因を検討した。その結果、
以下の重要な知見が得られた。

【０００９】曲がり爪内面の皺疵の最大深さが約0.5m
m を超えると疲労寿命が大きく低下する。曲がり爪内面の皺疵は、第２の工程終了後の突条外面
に存在する筋状の疵と対応する。前記筋状の疵の大部分は、第１の工程終了後の粗形鋼
片フランジ外面に存在する凹凸疵と対応する。この凹凸
疵は、第１の工程で用いられるデッド孔型の側面で押し
つけられ、ロールとの周速度差と強い摩擦力が作用する
ために生じる。第２の工程で用いられるリブ孔型では、
その側面で圧下される面に働く摩擦力が比較的弱いの
で、凹凸疵は生じにくい。

【００１０】第１の工程終了後、粗形鋼片フランジ外
面を冷間で平滑化処理することにより、曲がり爪内面の
皺疵は顕著に軽減する。皺疵の最大深さが0.3 mm以下になると疲労寿命が一段
と向上する。本発明は、これらの知見を基にさらに検討を重ねてなさ
れたものであり、その要旨は以下の通りである。

【００１１】（１）素材を上下対称に熱間圧延してウエ
ブ端にフランジを有する粗形鋼片となす第１の工程と、
前記粗形鋼片を上下非対称に熱間圧延してウエブを寸法
調整しかつフランジを突条を含む粗形継手に成形する第
２の工程と、さらに前記突条を熱間曲げ成形圧延して曲
がり爪となすことにより粗形継手を継手に仕上げる第３
の工程を有する、ウエブ端に継手を有する形鋼の製造方
法において、第１の工程と第２の工程の間で粗形鋼片フ
ランジ外面を冷間で平滑化処理することを特徴とする形
鋼の製造方法。

【００１２】（２）前記平滑化処理は、この平滑化処理
を受けた面の表面粗さRmaxが20μｍ以下になるように行
う（１）の方法。（３）前記平滑化処理がコールドスカーフである（１）
または（２）の方法。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明では、図１に示すように、
常法に従って第１の工程を実行し、得られた粗形鋼片に
対し、そのフランジ外面３に冷間（100 ℃以下）で平滑
化処理を施し、以後、常法に従って第２〜第３の工程を
順次実行する。平滑化処理の対象箇所は、フランジ外面
３の全部である必要はなく、曲がり爪20の内面（突条20
Ａの外側面）に相当する一部（例えば図１のＡ部）で十
分である。

【００１４】図２は、粗形鋼片フランジ外面の荒れ状態
の例を示す断面図であり、（ａ）は平滑化処理しなかっ
た場合、（ｂ）はホットスカーフ（熱間材のガス溶削）
にて平滑化処理した場合、（ｃ）はコールドスカーフ
（冷間材のガス溶削）にて平滑化処理した場合である。
平滑化処理なしでは50μｍ以上の凹凸を有する粗面状態
となっている（図２（ａ））。ホットスカーフでは凹凸
が10〜30μｍ程度に軽減するが依然として粗面状態であ
る（図２（ｂ））。これに対し、コールドスカーフでは
ほとんど鏡面と呼べる状態となる（図２（ｃ））。

【００１５】図３は、突条外面の荒れ状態の例を示す表
面粗さプロフィル図であり、（ａ）は粗形鋼片フランジ
外面の平滑化処理なしの場合、（ｂ）は粗形鋼片フラン
ジ外面をコールドスカーフにて平滑化処理した場合であ
る。粗形鋼片フランジ外面を平滑化処理しない場合は、
突条外面は著しく荒れた状態となる（図３（ａ））が、
粗形鋼片フランジ外面を冷間で平滑化処理することによ
り突条外面は極めて滑らかな状態となる（図３
（ｂ））。

【００１６】このように、第１〜第２の工程間で粗形鋼
片のフランジ外面を冷間で平滑化処理することにより、
フランジ外面を滑らかにすることができ、そのことによ
り突条外面が極めて滑らかになり、爪曲げの際の皺発生
サイトが低減して曲がり爪内面の皺疵が最大深さ0.5mm
以下の軽微なものに抑制され、疲労寿命が１００万回以
上になるほどの、優れた継手強度性能を有する製品を得
ることができる。熱間で平滑化処理するのでは、フラン
ジ外面が滑らかなものとならず、上記のような優れた継
手強度特性が得られない。

【００１７】かかる冷間での平滑化処理は、この平滑化
処理を受けた面の表面粗さRmaxが20μｍ以下となるよう
に行うのが好ましい。こうすることにより、曲がり爪内
面の皺疵が最大深さ0.3mm 以下のさらに軽微なものに抑
制され、疲労寿命が２００万回以上になるほどの、さら
に優れた継手強度性能を有する製品を得ることができ
る。

【００１８】冷間での平滑化処理の手段としてはコール
ドスカーフが好ましい。コールドスカーフによれば、適
正なメタルリフロー状態をつくることができて、図２
（ｃ）に示したようにほとんど鏡面状態の仕上がり面を
得ることができる。なお、コールドスカーフは、１回で
は十分に平滑化しきれない場合、２回以上繰り返しても
よい。

【００１９】コールドスカーフ以外の冷間平滑化手段に
は、グラインダ研削があるが、クラインダ研削では表面
粗さRmaxを20μｍ以下にすることが困難であるため、さ
らに優れた継手強度性能を得ようとする場合には不適当
である。

【００２０】

【実施例】Ｃ：0.16mass％、Si：0.20mass％、Mn：0.60
mass％の組成になるJIS SM400 相当の鋼素材を、図６の
設備を用いて図５の工程により、表１に示す各条件毎に
熱間圧延して直線型鋼矢板を製造した。圧延温度条件
は、ＢＤミル：1270〜1050℃、Ｓ１ミル：1000〜850
℃、ＳＦミル：800 〜700 ℃とした。

【００２１】表１の各条件毎に、平滑化処理後の粗形鋼
片フランジ外面の表面粗さRmax、製品の曲がり爪内面の
最大皺疵深さ、および、直線型鋼矢板製品の継手を嵌合
して作製した連結部の疲労寿命を調査した。疲労試験の
条件は、応力振幅０〜120MPa×周波数10Hzの反復引張荷
重負荷とした。結果を表１に示す。表１より、本発明の
実施例では、曲がり爪内面の最大皺疵深さが0.5mm 以下
となり、疲労寿命が１００万回以上の優れた継手強度性
能が得られた。また、コールドスカーフにて平滑化処理
した実施例では、曲がり爪内面の最大皺疵深さが0.3mm
以下となり、疲労寿命が２００万回以上のさらに優れた
継手強度性能が得られた。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、圧延製造工程の上流側
に冷間平滑化工程を挿入することにより曲がり爪内面の
皺疵を有効に軽減することができるので、継手強度特性
（特に疲労寿命）に優れた形鋼を熱間圧延成形により安
価に大量に供給できるようになるという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の骨子を示す工程流れ図である。

【図２】粗形鋼片フランジ外面の荒れ状態の例を示す断
面図である。

【図３】突条外面の荒れ状態の例を示す表面粗さプロフ
ィル図である。

【図４】直線型鋼矢板の継手形状を示す断面図である。

【図５】直線型鋼矢板の孔型圧延工程の一例を示す孔型
系列図である。

【図６】図５に対応する孔型圧延設備の一例を示す配置
図である。

【図７】孔型Ｋ２、Ｋ１による爪曲げ過程を示す要部断
面図である。

【図８】曲がり爪内面に生じた皺疵を示す要部断面図で
ある。

【符号の説明】

１ウエブ２継手２Ａフランジ２Ｂ粗形継手３フランジ外面 10 皺疵 10Ａ凹凸 20 曲がり爪 20Ａ突条 20Ｂ被曲げ成形部 21 玉爪 22 継手懐 23 継手開口

フロントページの続き (72)発明者三浦啓徳岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内Ｆターム(参考） 4E002 AC05 BB09 BC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】素材を上下対称に熱間圧延してウエブ端
にフランジを有する粗形鋼片となす第１の工程と、前記
粗形鋼片を上下非対称に熱間圧延してウエブを寸法調整
しかつフランジを突条を含む粗形継手に成形する第２の
工程と、さらに前記突条を熱間曲げ成形圧延して曲がり
爪となすことにより粗形継手を継手に仕上げる第３の工
程を有する、ウエブ端に継手を有する形鋼の製造方法に
おいて、第１の工程と第２の工程の間で粗形鋼片フラン
ジ外面を冷間で平滑化処理することを特徴とする形鋼の
製造方法。
【請求項２】前記平滑化処理は、この平滑化処理を受
けた面の表面粗さRmaxが20μｍ以下になるように行う請
求項１記載の方法。
【請求項３】前記平滑化処理がコールドスカーフであ
る請求項１または２に記載の方法。