JP2006088176A

JP2006088176A - ハット型鋼矢板の製造方法

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Publication number: JP2006088176A
Application number: JP2004274403A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Miura; 啓徳三浦
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: JP3709889B1

Abstract

【課題】外向き爪側に突条を有するハット型鋼矢板を圧延により突条のつぶれや腕部の変形なく製造でき、ロールの強度も確保できる、ハット型鋼矢板の製造方法を提供する。
【解決手段】継手部４の外向き爪４_１側に、継手噛合わせ中心点を腕部厚さ範囲内に位置せしめかつ逆Ｕ姿勢の左右を水平に保たしめる突条５を有するハット型鋼矢板を、孔型ロールを用いた逆Ｕ姿勢の粗圧延、中間圧延、仕上圧延の順次成形圧延工程により製造するにあたり、少なくとも中間圧延工程で、被圧延鋼材の腕部３をＶ字状に持ち上げ、該腕部とフランジ２との連接部６が最下端となる形状で圧延した後、最終パスを含む１パス以上で腕部を水平に戻すことを特徴とするハット型鋼矢板の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハット型鋼矢板の製造方法に関し、詳しくは土木建築分野の工事に用いられる左右非対称形状の継手を有するハット型鋼矢板の熱間圧延で有利に製造する、ハット型鋼矢板の製造方法に関する。

左右非対称形状の継手部を有するハット型鋼矢板として、ウエブとその両側のフランジとがＵ型をなし、左右のフランジ端にウエブ面と平行な腕部を有し、左右の腕部のいずれか一方の端には外向き爪（爪先端が反ウエブ側に向いた爪）、他方の端には内向き爪（爪先端がウエブ側に向いた爪）からなる左右で非対称な形状の継手部を有するものが知られている（例えば特許文献１）。

上記ハット型鋼矢板では、圧延の容易さの点で、内向き爪と外向き爪とは、可能な限り互いに点対称な形状とするのが好ましい。しかし、図２（ａ）に示すように、継手噛合わせ中心点４_Ｃが腕部厚さ範囲７を外れるような形状であると、打設時に作用する力が腕部３を介して継手部４にモーメントを生じ、爪４_１、４_２が変形する虞がある。これを防止するためには、図２（ｂ）に示すように、外向き爪４_１側に外側（反ウエブ側）に張出した突条５を有する形状とし、内向き爪４_２は好ましくは外向き爪４_１と略点対称な形状としたものが望ましい。

このような突条を有するハット型鋼矢板は、熱間圧延で製造する際、製品の腕部が水平なので、熱間圧延の孔型全般にわたって、例えば図３に示すように、腕部３を水平にして圧延されていた。すなわち、逆Ｕ姿勢で圧延する際、左右の水平が保てるように、突条５の高さΔｈを確保し、自重の約１/２を突条５の先端で受けながら、圧延ライン上での搬送を行っていた。なお、製品のウエブ、フランジ、腕部、継手部、爪の各部分に対応する圧延途中の被圧延鋼材の各部分は、これを製品の対応部分と同じ名称で呼ぶ、すなわち、ウエブ、フランジ、腕部、継手部、爪と呼び、これに同じ符号を付すものとする。
特許第２６８９７９４号公報

しかしながら、上記のような圧延方法では、腕部の両端の継手部で被圧延鋼材の自重を支えるので、搬送姿勢は安定するものの、粗圧延ないし中間圧延では、材料の長さが短く、単重が大きい上に鋼材の温度が高いため、突条がつぶれやすいという問題や、また腕部が長くなると、圧延中に腕部が曲げられ、斜めに変形するという問題がある。また、突条がない場合に比べ、孔型ロールの突条およびその反対側の爪底の部分の孔型深さを、突条の高さΔｈだけ深くする必要があるため、圧延ロールの最小径が小さくなって、ロールに必要な強度の確保が難しくなる問題もある。

本発明は、上記従来技術の問題を解決し、外向き爪側に突条を有するハット型鋼矢板を圧延により突条のつぶれや腕部の変形なく製造でき、ロールの強度も確保できる、ハット型鋼矢板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意検討の結果、予め腕部を、変形する限界まで変形させておくことにより、突条が受ける圧力を軽減でき、かつロール孔型の深さを浅くし、最小ロール径を大きくしてロール強度を確保することができることに想到し、本発明をなした。

すなわち、本発明は、ウエブ両側のフランジ端に腕部を介して左右非対称な継手部を有し、該継手部の外向き爪側に、継手噛合わせ中心点を腕部厚さ範囲内に位置せしめかつ逆Ｕ姿勢の左右を水平に保たしめる突条を有するハット型鋼矢板を、孔型ロールを用いた逆Ｕ姿勢の粗圧延、中間圧延、仕上圧延の順次成形圧延工程により製造するにあたり、少なくとも中間圧延工程で、被圧延鋼材の腕部をＶ字状に持ち上げ、該腕部とフランジとの連接部が最下端となる形状で圧延した後、最終パスを含む１パス以上で腕部を水平に戻すことを特徴とするハット型鋼矢板の製造方法である。

本発明では、腕部を水平に戻すパスは、仕上圧延のパスとすることが好ましい。

また、本発明は、ウエブ両側のフランジ端に腕部を介して左右非対称な継手部を有し、該継手部の外向き爪側に、継手噛合わせ中心点を腕部厚さ範囲内に位置せしめかつ逆Ｕ姿勢の左右を水平に保たしめる突条を有するハット型鋼矢板を、孔型ロールを用いたＵ姿勢の粗圧延、中間圧延、仕上圧延の順次成形圧延工程により製造するにあたり、少なくとも中間圧延工程で、被圧延鋼材の腕部を逆Ｖ字状に折り曲げ、該腕部とフランジとの連接部が最上端となる形状で圧延した後、最終パスを含む１パス以上で腕部を水平に戻すことを特徴とするハット型鋼矢板の製造方法である。

本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
１）逆Ｕ姿勢の圧延では、突条がつぶれないので安定した寸法・形状のハット型鋼矢板が得られる。
２）自重による腕部の曲がり変形が生じないよう、最初から変形限界相当の形状としたから、製造（圧延ないし搬送）中に形状が乱れてガイドと一致しなくなるようなことがなく、搬送および次パスへの噛込み等の誘導性に優れる。
３）ロールの最小径を大きくでき、ロールの使用可能範囲が拡大する。

従来の逆Ｕ姿勢の圧延では、図３に示したように、腕部３を水平にして圧延していた。この圧延方法では、圧延パス間あるいは搬送中、被圧延鋼材の自重の約１/２が突条５にかかるため、突条５には単位長さ１ｍ、単位幅１ｍｍあたり、次式：
（被圧延鋼材の単位長さ１ｍあたりの自重（ｋｇｆ/ｍ）/２）/単位長さ１ｍの突条先端の面積（ｍ・ｍｍ）
で算出される値程度の圧力（ｋｇｆ/ｍｍ）がかかる。なお、１ｋｇｆ＝９．８Ｎである。この圧力が被圧延鋼材の材料強度に依存する突条単位幅１ｍｍあたりの耐圧力（材料強度（ｋｇｆ/ｍｍ^２）×１ｍｍ）よりも低ければ突条５がつぶれることはないが、通常の熱間圧延の粗圧延から中間圧延にかけての段階では、材料温度が例えば７５０℃程度以上と高いため材料強度は低く（例えば常温強度５０ｋｇｆ/ｍｍ^２の鋼材の７５０℃での材料強度は約１０ｋｇｆ/ｍｍ^２→突条単位幅１ｍｍあたりの耐圧力は約１０ｋｇｆ/ｍｍ）、一方、同段階では材料の肉厚が厚くて単位長さあたりの自重が大きい（例えば１３１ｋｇ/ｍ）ため突条５にかかる圧力は大きい（例えば約１１ｋｇｆ/ｍｍ）。そのため、突条５にかかる圧力が耐圧力を上回って、突条５がつぶれる可能性が高い。また、両端の二点のみで支持しているため、圧延途中で腕部３が、ウエブ１およびフランジ２の重量に耐えきれずに、図３に二点鎖線で示すように屈曲変形し、次パスへの噛込み不良につながる虞もある。

これに対し、本発明の逆Ｕ姿勢の圧延では、少なくとも中間圧延工程で、例えば図１に示すように、被圧延鋼材の腕部３をＶ字状に持ち上げ、該腕部３とフランジ２との連接部６が最下端となる形状で圧延する。このような特定形状での圧延により、被圧延鋼材の自重は前記連接部６が担うことになるから、突条５に圧力がほとんどかからなくなってそのつぶれは回避され、かつ腕部３の変形も回避される。なお、この特定形状（腕部３とフランジ２との連接部６が最下端となる形状）は、図３において腕部３が屈曲変形した後の形状に対応し、それ以上変形が進行しない変形限界形状に相当するものといえる。上記特定形状での圧延が中間圧延工程の少なくとも一部で行われないと、突条のつぶれや腕部の変形を防ぐのは困難であるから、上記特定形状での圧延は、中間圧延工程の少なくとも一部で行う必要がある。なお、これに加えて、さらに粗圧延および/または仕上圧延工程の少なくとも一部において、必要に応じて上記特定形状での圧延を行ってもかまわない。もっとも、最終製品の腕部は水平であるから、最終パスのみ、あるいは最終パスおよびその前の数パスの圧延により、腕部を水平に戻す必要がある。

この腕部水平戻し圧延は、仕上圧延工程で行うことが好ましい。というのは、仕上圧延の段階では、通常、材料温度が７００℃以下となって大抵の鋼材では材料強度が１０ｋｇf/ｍｍ^２以上（突条の耐圧力でいうと１０ｋｇf/ｍｍ以上）となり、一方、圧延による延伸により単位長さ当たりの自重が軽くなって、腕部水平戻し圧延後の突条５の単位長さ１ｍ、単位幅１ｍｍにかかる圧力がほとんどの場合１０ｋｇｆ/ｍｍを下回るようになるため、突条において「圧力＜耐圧力」の条件が満たされ、目立ったつぶれは生じなくなるからである。

また、図１と図３との比較から判るように、本発明では従来に比べ、ロールの孔型深さを突条高さΔｈ分だけ浅くすることができる。したがって、ロールの最小径を大きくでき、ロールの使用可能範囲が拡大する。

なお、本発明のＵ姿勢の圧延では、突条５のつぶれはもともと回避されているが、腕部３の変形の回避およびロールの使用可能範囲の拡大は、逆Ｕ姿勢の圧延と同様に可能である。

実施例では、被圧延鋼材の断面形状を図４に示すように推移させるべく、粗圧延には孔型Ｋ８、Ｋ７、中間圧延には孔型Ｋ６〜Ｋ３、仕上圧延には孔型Ｋ２、Ｋ１を用いた。これらの孔型は、図５に示すように配置される粗圧延ロール１０、第１中間圧延ロール１１、第２中間圧延ロール１２、仕上圧延ロール１３に分配して用いた。粗圧延ロール１０には孔型Ｋ８、Ｋ７を、第１中間圧延ロール１１には孔型Ｋ５、Ｋ４を、第２中間圧延ロール１２には孔型Ｋ６、Ｋ３を、仕上圧延ロール１３には孔型Ｋ２、Ｋ１を、それぞれロール軸方向に並列に刻設した。孔型Ｋ８〜Ｋ１をＫ番号の降順に用い、適宜被圧延鋼材の逆送を交えて、１孔型あたり１〜２パスとして圧延を行った。

図４に示すように、実施例では、粗圧延のＫ８から中間圧延のＫ３まで、フランジ２と腕部３の連接部６が最下端となるように、腕部３をＶ字状に持ち上げ、連接部６を突条３の先端および内向き爪４_２側の爪底のレベルと略一致させた孔型で圧延するようにした。仕上圧延のＫ２のところでは、被圧延鋼材の温度が約７００℃に低下し、被圧延鋼材の高温強度が１０ｋｇｆ/ｍｍ^２（突条の幅１ｍｍあたりの耐圧力にして１０ｋｇｆ/ｍｍ）を超えて、変形しにくくなる。また、Ｋ８〜Ｋ３を図４に示したものに代えて腕部が水平になる従来の孔型とした場合について突条にかかる圧力を計算した結果を表１に示すように、被圧延鋼材の単重（単位長さ１ｍ当たりの重量）は、圧延での延伸により軽くなっており、Ｋ２、Ｋ１では、突条先端幅１ｍｍあたりにかかる圧力が９．８ｋｇｆ/ｍｍ程度以下と、耐圧力を下回るので、目だったつぶれは生じなくなる。

また、例えばＫ４の孔型ロール部分について、図６に示す従来例（ａ）と実施例（ｂ）とのロール径方向寸法記号間には次のような関係が成り立つ。ここで、従来例と実施例とは、孔型のフランジ通し部と腕部通し部との交叉角度が相違する以外は、同一孔型形状である。

ｄ_１min＝Ｄ_１−Ｈ_１
Ｄ_１＝ｄmax−２×ｈ_１
Ｈ_２＝Ｈ_１−Δｈ
ｈ_２≒ｈ_１−Δｈ/２
Ｄ_２＝ｄmax−２×ｈ_２＝Ｄ_１＋２×ｈ_１−２×（ｈ_１−Δｈ/２）＝Ｄ_１＋Δｈ
ｄ_２min＝Ｄ_２−Ｈ_２＝（Ｄ_１＋Δｈ）−（Ｈ_１−Δｈ）＝Ｄ_１−Ｈ_１＋２×Δｈ
＝ｄ_１min＋２×Δｈ
よって、実施例では従来例よりもロール最小径ｄ_２minが突条高さΔｈの２倍分大きくなる。具体的な値を示すと、従来例の、Δｈ≒１５ｍｍ、ｄmax＝１４８０ｍｍφ（これら２つは実施例でも同じ）、Ｈ_１＝３２４ｍｍ、ｈ_１＝１６０ｍｍ、Ｄ_１＝１１６０ｍｍφ、ｄ_１min＝８３６ｍｍφに対し、実施例では、Ｈ_２＝３０９ｍｍ、ｈ_２＝１５２．５ｍｍ、Ｄ_２＝１１７５ｍｍφ、ｄ_２min＝８６６ｍｍφである。すなわち、実施例では、ロール強度上必要な径を例えば８００ｍｍφとした場合、ロール使用可能範囲が、従来例の３６ｍｍから実施例の６６ｍｍへと、従来例の約１８０％に拡大する。

また、ロール孔型を上下入れ替えることにより、Ｕ姿勢の圧延も可能であり、ロール使用範囲は同様に拡大できた。

本発明は、ハット型鋼矢板を圧延により製造し、さらには使用する産業に利用できる。

本発明の１例を示す圧延途中の被圧延鋼材の断面図である。外向き爪側に突条を有しない場合(ａ)と有する場合（ｂ）の継手嵌合状態を示す断面図である。従来の１例を示す圧延途中の被圧延鋼材の断面図である。実施例に用いたロール孔型系列を示す被圧延鋼材断面形状推移図である。実施例に用いた圧延ロールの配置を示す平面図である。Ｋ４の孔型ロール部分における従来例（ａ）と実施例（ｂ）とのロール径方向寸法記号間の関係を説明する断面図である。

符号の説明

１ウエブ
２フランジ
３腕部
４継手部
４_１爪（外向き爪）
４_２爪（内向き爪）
４_Ｃ継手噛合わせ中心点
５突条
６連接部
７腕部厚さ範囲
１０粗圧延ロール
１１第１中間圧延ロール
１２第２中間圧延ロール
１３仕上圧延ロール

Claims

ウエブ両側のフランジ端に腕部を介して左右非対称な継手部を有し、該継手部の外向き爪側に、継手噛合わせ中心点を腕部厚さ範囲内に位置せしめかつ逆Ｕ姿勢の左右を水平に保たしめる突条を有するハット型鋼矢板を、孔型ロールを用いた逆Ｕ姿勢の粗圧延、中間圧延、仕上圧延の順次成形圧延工程により製造するにあたり、少なくとも中間圧延工程で、被圧延鋼材の腕部をＶ字状に持ち上げ、該腕部とフランジとの連接部が最下端となる形状で圧延した後、最終パスを含む１パス以上で腕部を水平に戻すことを特徴とするハット型鋼矢板の製造方法。
前記腕部を水平に戻すパスを、仕上圧延のパスとしたことを特徴とする請求項１記載のハット型鋼矢板の製造方法。
ウエブ両側のフランジ端に腕部を介して左右非対称な継手部を有し、該継手部の外向き爪側に、継手噛合わせ中心点を腕部厚さ範囲内に位置せしめかつ逆Ｕ姿勢の左右を水平に保たしめる突条を有するハット型鋼矢板を、孔型ロールを用いたＵ姿勢の粗圧延、中間圧延、仕上圧延の順次成形圧延工程により製造するにあたり、少なくとも中間圧延工程で、被圧延鋼材の腕部を逆Ｖ字状に折り曲げ、該腕部とフランジとの連接部が最上端となる形状で圧延した後、最終パスを含む１パス以上で腕部を水平に戻すことを特徴とするハット型鋼矢板の製造方法。