JP2007167930A

JP2007167930A - 形鋼の矯正方法

Info

Publication number: JP2007167930A
Application number: JP2005371890A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matsuoka; 雄二松岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】矯正前のフランジ角度測定を基にしたフィードフォワード制御を必要とせず、スプリングバック量の精度にも左右されない、安定した高精度の矯正を可能ならしめる、形鋼の矯正方法を提供する。
【解決手段】ウェブ１の端にフランジ２を有する形鋼を、該フランジの外側から該フランジを押さえるフランジ押しロール５と、前記ウェブの両側から該ウェブを拘束するウェブ拘束ロール４とを備えた矯正装置に通して、前記ウェブに対する前記フランジの角度を修正するにあたり、前記フランジ押しロールと前記ウェブ拘束ロールとで前記フランジのフィレット３の近傍を圧下する。
【選択図】図１

Description

本発明は、形鋼の矯正方法に関し、特に、Ｈ形鋼のフランジ直角度不良（図２参照）、及び／又はフランジ折れ（図３参照）を矯正するに好適な、形鋼の矯正方法に関する。

Ｈ形鋼には、その断面において、図２に示すような、フランジ２のウェブ１に対する角度（フランジ角度）が９０°を中心とした許容範囲（例えば９０°±０．３°）を外れる、いわゆるフランジ直角度不良や、図３に示すような、フランジ２がフィレット３と称されるフランジ２とウェブ１との連結部相当の部位で許容範囲を超えて折れ曲る（左右いずれか一方又は両方のフランジ２において、上下のフランジ角度差が０°を中心とした許容範囲（例えば０°±０．３°）を外れる）、いわゆるフランジ折れ、など断面形状不良が少なからず発生する。これらの断面形状不良が発生したＨ形鋼は、そのままでは製品にならないので、矯正を行なって断面形状を許容範囲内に収める必要がある。

前記矯正の方法として、一般には、ギャグプレスを用いてフランジ角度に応じて押し金（ギャグ）の圧下量を調整しつつプレス圧下することにより、フランジ角度を修正する方法が用いられている。
また、ウェブをその両面側から拘束ロールで挟んで拘束し、左右各フランジの外面に接触させたフランジ押しロールに矯正前のフランジ角度に応じた傾動をかけてフランジを押すことにより、フランジ角度を修正する方法も知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−２５１４１２号公報

しかしながら、前記従来の矯正方法では、次のような問題がある。すなわち、前記ギャグプレスを用いた矯正では、１回のプレス圧下でフランジ角度を修正できる範囲が小さく、断続的に繰返してプレス圧下を行なうことが必要であり、被矯正材の全長にわたり矯正を行なう場合、また、Ｈ形鋼の４脚（上下左右の各フランジ）についてフランジ角度修正を行なう場合には、長時間を要する。

また、特許文献１に示されているような、ウェブを拘束した上でフランジ押しロールに傾動をかけてフランジを押す方法では、１回の通材で矯正可能であるが、矯正前のフランジ角度を被矯正材の全長にわたり、正確に測定することが必要である。且つ、その測定したフランジ角度を９０°±許容範囲内に修正するために、矯正前のスプリングバック量を予測してフランジ押しロールの傾動をフィードフォワード制御する必要がある。スプリングバック量を正確に予測するためには、被矯正材の寸法、及び、降伏点等の材料特性が必要であるが、オンラインでの矯正を行なう場合にはこれらを仮定した予測を行うこととなり、その精度を上げることが困難である。

本発明は上述の問題を解決するために、矯正前のフランジ角度測定を基にしたフィードフォワード制御を必要とせず、スプリングバック量の精度にも左右されない、安定した高精度の矯正を可能ならしめる、形鋼の矯正方法を提供することを課題とした。

前記課題を解決するためになされた本発明は、ウェブ端にフランジを有する形鋼を、該フランジの外側から該フランジを押さえるフランジ押しロールと、前記ウェブの両側から該ウェブを拘束するウェブ拘束ロールとを備えた矯正装置に通して、前記ウェブに対する前記フランジの角度を修正するにあたり、前記フランジ押しロールと前記ウェブ拘束ロールとで前記フランジのフィレット近傍を圧下することを特徴とする形鋼の矯正方法である。

本発明では、前記フランジ押しロールにはシリンダを有する圧下装置により圧下力を付与し、矯正中に前記圧下力を一定範囲に制御することが好ましい。

本発明は、形鋼特有の多次元塑性変形特性を利用し、小さな荷重で十分なフランジ角度修正能力を発揮できる矯正方法であり、矯正前のフランジ角度測定を基にしたフィードフォワード制御を必要とせず、スプリングバック量の精度に左右されない安定したフランジ角度修正を可能にしたものである。よって、本発明によれば、フランジ角度修正のために曲げ加工を加える局部（フィレット、すなわちフランジとウェブとの連結部）をフランジ長手方向に引張変形させた上で、それに直交する方向の引張・圧縮変形を重畳させることで、小さい荷重でフランジ角度の修正ができるようになる。

本発明によるフランジ角度修正方法は、多次元での塑性変形特性を利用するものであり、ここでは、イリューシンの等方応力空間の２次元部分空間を用いて表現する。この座標系では、塑性変形に寄与しない静水圧応力成分を除いて表現できるため、主応力座標系で楕円となるミーゼスの降伏曲面（図４参照）を円で表現でき（図５参照）、円の内側が弾性域、外側が塑性域となる。

通常のＨ形鋼は、ウェブよりフランジが厚く、圧延仕上がり時にはフランジの温度がウェブの温度より高い。この温度差、及び、冷却中の冷却速度差に伴うフランジの圧縮塑性変形により、冷却後にはフランジがウェブより短くなる。このため、フランジはウェブに引張られ、図６に（＋）で示すような引張残留応力が発生し、その分布はフィレット３（フランジ２とウェブ１との連結部）で最大となる。この引張残留応力のレベルは圧延条件や圧延中あるいは圧延後の冷却条件により変動するが、降伏応力の６０％に達する場合がある。

また、フランジ直角度が変化するのは上記フィレットにおいてであり、フランジ折れが発生する位置もこのフィレット近傍である。
本発明による圧下の実施形態を図１に示す。図示のように、本発明では、フランジ押しロール５とウェブ拘束ロール４とでフランジ１のフィレット３近傍を圧下する。かくして、フランジ長手方向の塑性変形にフランジ角度を修正するためのフランジ曲げ変形を重畳させることにより、フランジ角度修正を容易に行なうものである。このようなフィレット３近傍の圧下を効果的に行なうために、図１（ａ）に示すロールを有する装置とするのが好ましいが、ウェブ拘束ロール４の形状は、図示のように、回転周縁部がフランジ側に張出した形状とするのがさらに好ましく、また、フランジ押しロール５の形状は、図示のように、ロール軸方向中央部が膨れた樽形の形状とするのがさらに好ましい。

上述したように、フランジ角度修正のための曲げ変形を付与する部位と引張残留応力が残存している部位とは一致している。この残留応力が発生している状態でフランジを圧下すると、張力を付与した圧延と同様に、低い圧延荷重で、フィレットを塑性状態とすることができる。
図７にフィレット近傍を圧延（圧下）したときの応力状態を示す。フランジが圧延により塑性変形されることで、応力状態が降伏曲線上の点Ａに位置するものとされる。この状態では、別の応力を重畳させたとき、円の外側に向かう応力経路であればいかなる応力であっても、小さい応力で塑性変形が可能となる。

フランジ押しロールでの圧下は、フィレット近傍を圧延すると同時に、矯正前のフランジ直角度不良あるいはフランジ折れの量に応じたフランジの幅方向曲げを加えることとなる。この曲げにより発生する応力は、図８に示すように、フランジ２の外側部では引張応力１０、内側では圧縮応力１１になる。図９にこの応力状態を示す。フランジの曲げにより発生する引張応力、及び、圧縮応力は、圧延による引張応力と直交する方向の応力であり、図中の点Ｂ，点Ｃに位置し、いずれも塑性状態にあることがわかる。

このように、１軸方向に塑性変形させた状態であれば、それに直交する方向には小さな応力で塑性変形させることができることを利用してフランジ角度を修正することができる。しかも、１軸方向の塑性変形は残留応力を利用して小さな荷重で実現できる。
フランジの圧下はフランジ厚を減じるのが目的ではなく、フィレット近傍を塑性域とするのが目的であり、その荷重は数十トン重（数百ｋＮ）レベルとなる。この場合、ロールギャップ設定を精度良く行なうのは困難である。そこで、フランジ押しロールの圧下力を、荷重一定制御方式により与えるのが好ましい。すなわち、フランジ押しロールにはシリンダを有する圧下装置により圧下力を付与するものとし、矯正実行中に、この圧下力を一定範囲に制御するのが好ましい。

また、被矯正材の先端が噛み込むまではフランジ押しロールを開いて（ロールギャップを圧下実行時よりも拡大して）おき、被矯正材が噛み込んだ時に圧下を開始し、また、後端部の噛み放し前にフランジ押しロールを開くことにより、噛み放し時に発生する惧れのあるフランジ押しロールとウェブ拘束ロールとの衝突を防止するのが好ましい。

実施例として、図１の実施形態に則って、表１に示す条件で矯正試験を行い、表２に示すとおりの良好な結果を得た。ここで、フランジ折れ量は、水平なウェブの幅端点を通るようにとった基準垂直面からフランジ幅端点までの水平方向距離で表した。なお、前述の従来法（フランジ押しロールを傾動させる方式）では、矯正後のフランジ折れ量を全長にわたり一定とすることはできなかった。

本実施例は、Ｈ５８８×３００×１２×２０、ＳＳ４００を試験材として実施した例であるが、本発明はこれに限るものではなく、Ｈ形鋼の全サイズ、全規格にわたり適用しうるものである。また、本発明は、Ｈ形鋼以外の形鋼であっても、ウェブ端にフランジを有する形鋼であれば、適用可能である。

本発明による圧下の実施形態を示す断面図である。Ｈ形鋼のフランジ直角度不良の形態説明図である。Ｈ形鋼のフランジ折れの形態説明図である。主応力座標系で表したミーゼスの降伏条件を示す概念図である。イリューシンの等方応力空間座標系で表したミーゼスの降伏条件を示す概念図である。圧延・冷却後のＨ形鋼の断面内残留応力分布図である。フランジのフィレット近傍を圧延したときの応力状態図である。フランジの幅方向曲げによる応力発生状況の説明図である。図８の応力発生状況に対応する応力状態図である。

符号の説明

１ウェブ
２フランジ
３フィレット（フランジとウェブとの連結部）
４ウェブ拘束ロール
５フランジ押しロール
１０引張応力
１１圧縮応力

Claims

ウェブ端にフランジを有する形鋼を、該フランジの外側から該フランジを押さえるフランジ押しロールと、前記ウェブの両側から該ウェブを拘束するウェブ拘束ロールとを備えた矯正装置に通して、前記ウェブに対する前記フランジの角度を修正するにあたり、前記フランジ押しロールと前記ウェブ拘束ロールとで前記フランジのフィレット近傍を圧下することを特徴とする形鋼の矯正方法。
前記フランジ押しロールにはシリンダを有する圧下装置により圧下力を付与し、矯正中に前記圧下力を一定範囲に制御することを特徴とする請求項１に記載の形鋼の矯正方法。