JP2011125912A - Ｕ型鋼矢板の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｕ型鋼矢板の製造に際し、メタルフローによる影響を考慮した造形孔型の修正を行うことにより、Ｕ型鋼矢板の品質不良、主として爪部の品質不良の発生を低減する。
【解決手段】Ｕ型鋼矢板の製造に用いる複数の造形孔型から最終の造形孔型を除いた複数の造形孔型それぞれにおける、上ロールのウェブ相当部と下ロールのウェブ相当部とにより構成されるウェブ相当部と、上ロールのフランジ相当部と下ロールのフランジ相当部とにより構成されるフランジ相当部の合計長さを、Ｌ_ｎ≦Ｌ_ｎ−１≦・・・・≦Ｌ_３≦Ｌ_２を満足するように設定する。ｎは複数の造形孔型の総数であり、Ｌ_ｎは最終の造形孔型を１番目として順次遡って数える場合のｎ番目の造形孔型におけるウェブ相当部およびフランジ相当部の合計長さである。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧延Ｕ型鋼矢板（以降、本明細書では単に「Ｕ型鋼矢板」という）の製造方法および製造装置に関し、具体的には、Ｕ型鋼矢板を製造する際における最適なロール孔型形状を提供するものである。

図５は、Ｕ型鋼矢板の圧延による製造工程１の一例を模式的に示す説明図であり、図６は、Ｕ型鋼矢板の圧延のための造形孔型Ｋ−１０〜Ｋ−１の一例を示す説明図である。
図５および図６に示すように、この製造工程１では、圧延素材である矩形断面の鋼片に、（ａ）粗造形孔型Ｋ−１０、Ｋ−９、Ｋ−８およびＫ−７を形成する孔型ロール２を有する二重式の粗圧延機ＢＤによる複数パスのリバース圧延による粗圧延と、（ｂ）中間造形孔型Ｋ−６、Ｋ−５およびＫ−４を形成する孔型ロール３を有する二重式の中間圧延機Ｓ１による複数パスのリバース圧延による中間圧延と、（ｃ）仕上げ造形孔型Ｋ−３、Ｋ−２およびＫ−１を形成する孔型ロール４を有する二重式の仕上げ圧延機ＳＦによる複数パスのリバース圧延による仕上げ圧延とを行うことにより、Ｕ型鋼矢板を圧延により製造する。

Ｕ型鋼矢板の品質不良の殆どは爪部に発生する。このため、品質調整のために行われる造形孔型の修正の殆どは、Ｕ型鋼矢板の爪部を圧延する造形孔型の修正となる。
しかし、仮に最終仕上げ造形孔型Ｋ−１から数えてｎ番目（ｎは１以上の自然数）の造形孔型Ｋ−ｎを修正することによってこの造形孔型Ｋ−ｎにおいて充分な孔型充満度を得ることができたとしても、（ｎ＋１）番目の造形孔型Ｋ−（ｎ＋１）においても同様に充分な孔型充満度を得ることができるとは限らない。被圧延材である鋼材のメタルフローによる影響を考慮する必要があるからである。

（ｎ＋１）番目の造形孔型Ｋ−（ｎ＋１）において充分な孔型充満度を得ることができない場合には、Ｕ型鋼矢板の爪部における品質不良を解消できないことがある。
特許文献１には、Ｕ型鋼矢板の粗圧延の各パスについてウェブ相当部延伸およびフランジ相当部延伸の延伸比と、被圧延材の上反りとの相関関係に基づいて、上反りを許容範囲にすることができる孔型のウェブ相当部およびフランジ相当部それぞれの傾斜角および間隙を設定する発明が開示されている。

特許文献２には、粗圧延機および中間圧延機の、造形孔型のウェブとフランジとの付け根部に余肉部が設けられ、第１パス目の造形孔型として、爪相当部の外側壁部に、所定幅の孔型端部より片側５〜２０ｍｍ離れたロールフランジ位置を起点とする半径１００〜５００ｍｍの円弧が形成された造形孔型を用いることによって、爪部に肉不足を生じることなく、Ｕ型鋼矢板を製造する発明が開示されている。

特許文献３には、粗造形孔型から最終仕上げ造形孔型の各造形孔型におけるウェブの中心線長をほぼ同値にしながら、最終仕上げ孔型までの１〜４個の造形孔型で１孔型当り最大２０ｍｍのウェブ幅を順次拡大圧延することによって、造形孔型幅を小さくすることができ、これにより、圧延用孔型ロールの有効胴長不足を解消する発明が開示されている。

特開平１１−１２３４０５号公報 特開平１１−９０５０４号公報 特開平３−９９７０３号公報

しかし、特許文献１〜３により開示された発明における造形孔型の修正は、粗造形孔型から最終仕上げ造形孔型の各造形孔型による圧延のメタルフローの影響を充分に考慮したものではない。このため、これらの発明に基づいても、Ｕ型鋼矢板の爪部に発生する品質不良を効果的に解消することはできない。

本発明の目的は、メタルフローによる影響を考慮した造形孔型の修正を行うことにより、Ｕ型鋼矢板の品質不良、主として爪部の品質不良の発生を低減することができるＵ型鋼矢板の製造方法を提供することである。

本発明は、圧延素材である矩形断面の鋼片に、二重式圧延機の上下の孔型ロールにより形成される複数の造形孔型を順次用いる複数パスのリバースを行うことによりＵ型鋼矢板を製造する際に、複数の造形孔型それぞれにおける、上ロールのウェブ相当部と下ロールのウェブ相当部とにより構成されるウェブ相当部と、上ロールのフランジ相当部と下ロールのフランジ相当部とにより構成されるフランジ相当部との合計長さを、下記（１）式を満足するように設定することを特徴とするＵ型鋼矢板の製造方法である。

Ｌ_ｎ≦Ｌ_ｎ−１≦・・・・≦Ｌ_３≦Ｌ_２ （１）
（１）式において、ｎは複数の造形孔型の総数であり、Ｌ_ｎは最終の造形孔型を１番目として順次遡って数える場合のｎ番目の造形孔型におけるウェブ相当部およびフランジ相当部の合計長さである。

別の観点からは、本発明は、複数の造形孔型を形成する孔型ロールを有する二重式の第１の圧延機と、複数の造形孔型を形成する孔型ロールを有する二重式の第２の圧延機とを少なくとも備え、第１の圧延機および第２の圧延機の複数の造形孔型それぞれにおける、上ロールのウェブ相当部と下ロールのウェブ相当部とにより構成されるウェブ相当部と、上ロールのフランジ相当部と下ロールのフランジ相当部とにより構成されるフランジ相当部の合計長さが、下記（１）式を満足することを特徴とするＵ型鋼矢板の製造装置である。

Ｌ_ｎ≦Ｌ_ｎ−１≦・・・・≦Ｌ_３≦Ｌ_２ （１）
（１）式において、ｎは全ての圧延機における造形孔型の総数であり、Ｌ_ｎは最終の造形孔型を１番目として順次遡って数える場合のｎ番目の造形孔型におけるウェブ相当部およびフランジ相当部の合計長さである。

本発明によれば、メタルフローによる影響を考慮して、複数の造形孔型それぞれにおけるウェブ相当部およびフランジ相当部の合計長さを、（１）式を満足するように設定するので、Ｕ型鋼矢板の品質不良、主として爪部の品質不良の発生を低減することができるようになる。

図１は、造形孔型Ｋ−ｎにおけるウェブ相当部およびフランジ相当部の合計長さを示す説明図である。 図２は、造形孔型それぞれの周長の増減による鋼材のメタルフローおよびそれによる品質影響を示す説明図である。 図３は、造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−１を用いてＵ型鋼矢板を製造する際における、造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−１それぞれの周長と面積減少率とを示すグラフである。 図４は、造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−１を用いてＵ型鋼矢板を製造した場合における、修正前後の爪部品質不良発生率を示すグラフである。 図５は、Ｕ型鋼矢板の圧延による製造工程の一例を模式的に示す説明図である。 図６は、Ｕ型鋼矢板の圧延のための造形孔型の一例を示す説明図である。

本発明を実施するための形態を説明する。
本発明においても、従来のＵ型鋼矢板の製造方法と同様に、基本的に、圧延素材である矩形断面の鋼片に、二重式圧延機の上下の孔型ロールにより形成される複数の造形孔型を順次用いる複数パスのリバースを行うことによって、Ｕ型鋼矢板を製造する。

以降の説明では、圧延素材である矩形断面の鋼片に、（ａ）粗造形孔型Ｋ−６およびＫ−５を形成する孔型ロールを有する二重式の粗圧延機ＢＤによる複数パスのリバース圧延による粗圧延と、（ｂ）中間造形孔型Ｋ−４、Ｋ−３およびＫ−２を形成する孔型ロールを有する二重式の中間圧延機Ｓ１による複数パスのリバース圧延による中間圧延と、（ｃ）仕上げ造形孔型Ｋ−１を形成する孔型ロールを有する二重式の仕上げ圧延機ＳＦによる複数パスのリバース圧延による仕上げ圧延とを行うことにより、Ｕ型鋼矢板を圧延により製造する場合を例にとる。

しかし、本発明は、この態様には限定されず、例えば、粗造形孔型Ｋ−６およびＫ−５を形成する孔型ロールを有する二重式の粗圧延機ＢＤによる複数パスのリバース圧延による粗圧延と、中間造形孔型Ｋ−４、Ｋ−３、Ｋ−２およびＫ−１を形成する孔型ロールを有する二重式の中間圧延機Ｓ１による複数パスのリバース圧延による中間圧延とにより、Ｕ型鋼矢板を圧延により製造し、仕上げ圧延機ＳＦを用いない場合にも、同様に適用される。

換言すると、本発明に係るＵ型鋼矢板の製造装置は、粗造形孔型Ｋ−６およびＫ−５を形成する孔型ロールを有する二重式の粗圧延機ＢＤと、中間造形孔型Ｋ−４、Ｋ−３およびＫ−２を形成する孔型ロールを有する二重式の中間圧延機Ｓ１と、仕上げ造形孔型Ｋ−１を形成する孔型ロールを有する二重式の仕上げ圧延機ＳＦと備える。

この際、本発明では、各造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−２それぞれにおけるウェブ相当部およびフランジ相当部の合計長さＬ_ｎ、Ｌ_ｎ−１・・・・、Ｌ_３、Ｌ_２が、（１）式：Ｌ_ｎ≦Ｌ_ｎ−１≦・・・・≦Ｌ_３≦Ｌ_２を満足するように設定して、圧延を行う。この例ではｎ＝６であるので、Ｌ_６≦Ｌ_５≦・・・・≦Ｌ_３≦Ｌ_２の関係が成立する。

（１）式において、ｎは造形孔型の総数であり、Ｌ_ｎは最終の造形孔型を１番目として順次遡って数える場合のｎ番目の造形孔型におけるウェブ相当部およびフランジ相当部の合計長さである。

図１は、造形孔型Ｋ−ｎ（ｎは２以上の自然数）におけるウェブ相当部およびフランジ相当部の合計長さ（以降の説明では「周長」という。）を示す説明図である。
「フランジ相当部」とは上ロールのフランジ相当部（長さｌ_１の部分）と下ロールのフランジ相当部（長さｌ_３の部分）とにより構成され、「ウェブ相当部」とは上ロールのウェブ相当部（長さｌ_２の部分）と下ロールのウェブ相当部（長さｌ_４の部分）とにより構成される。なお、図１の拡大図に示すように、上ロールのフランジ相当部、上ロールのウェブ相当部、下ロールのフランジ相当部および下ロールのウェブ相当部それぞれの端部は、曲線形状を有するＲ部となるため、本発明では、上ロールのフランジ相当部の長さｌ_１、上ロールのウェブ相当部の長さｌ_２、下ロールのフランジ相当部の長さｌ_３、および下ロールのウェブ相当部の長さｌ_４は、このＲ部の中央部を起点として、決定する。このため、本発明における「周長」とは、図１において太線で示す箇所の合計長さ（ｌ_１＋ｌ_２＋ｌ_３＋ｌ_４）を意味する。

すなわち、本発明では、Ｕ型鋼矢板の造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−２を新規に製造する際や、使用中の造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−１を修正する際に、各造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−２それぞれの周長のつながりや変化率を考慮するものである。

図２は、造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−２それぞれの周長の増減による鋼材のメタルフローおよびそれによる品質影響を示す説明図である。図２の上段は、Ｌ_ｎ＞Ｌ_ｎ−１の場合、すなわち周長が減少する圧延を行う場合を示し、図２の下段は、Ｌ_ｎ＜Ｌ_ｎ−１の場合、すなわち周長が増加する圧延を行う場合を示す。

図２の上段に示すように、Ｌ_ｎ＞Ｌ_ｎ−１の場合、すなわち周長が減少する圧延を行う場合には、ｎ番目の造形孔型Ｋ−ｎにおいて充分な孔型充満度を得られていても、引き続いて（ｎ−１）番目の造形孔型Ｋ−（ｎ−１）で圧延する際には、周長が短くなるので、ウェブ部およびフランジ部それぞれのメタルボリュームが過多となり易いため、フランジ部から爪部へのメタルフローが発生し、これにより、爪部のメタルボリュームが過多となる。この結果、造形孔型Ｋ−（ｎ−１）からのメタル噛み出しが発生し、成品疵やロールトラブルが発生してしまう。

一方、図２の下段に示すように、Ｌ_ｎ＜Ｌ_ｎ−１の場合、すなわち周長が増加する圧延を行う場合には、番目の造形孔型Ｋ−ｎにおいて充分な孔型充満度を得られていても、引き続いて（ｎ−１）番目の造形孔型Ｋ−（ｎ−１）で圧延する際には、周長が長くなるので、爪厚不良や爪開度不良が発生してしまう。

以上の説明から理解されるように、造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−２それぞれの間の周長を調整することによって、爪部のメタルボリュームを調整することができ、これにより、Ｕ型鋼矢板の品質不良の発生を防止することができる。

図３は、造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−１を用いて、有効幅４００ｍｍ、有効高さ１７０ｍｍ、厚さ１５．５ｍｍのＵ型鋼矢板を製造する際における、造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−１それぞれの周長と面積減少率とを示すグラフである。

本発明による修正を行う前の周長（図３のグラフにおける白抜き丸）を有する造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−１により圧延を行うと、４番目の造形孔型Ｋ−４により圧延を行う際に、上述した図２の上段に示す現象が発生し、ロール噛み出しが発生した。

４番目の造形孔型Ｋ−４による圧延の際の面積減少率（＝ｌｎ（ｎ番目の造形孔型Ｋ−ｎによる圧延後の断面積／（ｎ−１）番目の造形孔型Ｋ−（ｎ−１）による圧延後の断面積））は大きく、ロール噛み出しの発生率を高めている。

３番目の造形孔型Ｋ−３や２番目の造形孔型Ｋ−２で圧延する際には、図２の下段に示す現象が発生し、成品の爪厚不良や爪開度不良等の品質不良が発生していた。
さらに、上記品質不良の回避のために６番目の造形孔型Ｋ−６で爪部のメタルボリュームを増加する調整を行っているが、４番目の造形孔型Ｋ−４で圧延する際にロール噛み出しが発生しているため、その調整効果を発揮できない「周長」バランスとなっていた。

そこで、本発明にしたがって、図５のグラフにおける黒塗り丸で示すように、５番目の造形孔型Ｋ−５から２番目の造形孔型Ｋ−２にかけて周長が順次増加するように、４番目の造形孔型Ｋ−４および３番目の造形孔型Ｋ−３の周長の調整を行った。

この修正により、圧延途中でロール噛み出しが発生する造形孔型がなくなり、６番目の造形孔型Ｋ−６での調整の効果が発揮されるようになった。
また、造形孔型Ｋ−５〜Ｋ−２にかけての周長の変化傾向を増加で揃えたため、メタルフローが一律になり、それに適した造形孔型の爪部形状を設計しやすくなった。

本発明では、造形孔型Ｋ−５〜Ｋ−２にかけての周長の変化傾向が増加または変化なしであることが有効である。周長の変化傾向に減少があると、爪部のメタルボリュームの制御が困難になるからである。

なお、本発明では、１番目の造形孔型Ｋ−１は上記（１）式の関係を満足しなくてよい。１番目の造形孔型Ｋ−１は、爪部を折り曲げるためのみの圧下を行うものであり、ウェブおよびフランジの積極的な圧下を行うものではないからである。

図４は、造形孔型Ｋ−６〜Ｋ−１を用いて、有効幅４００ｍｍ、有効高さ１７０ｍｍ、厚さ１５．５ｍｍのＵ型鋼矢板を製造した場合における、修正前後の爪部品質不良発生率を示すグラフである。図４のグラフにおける「修正前」は７６１６本製造し、不良発生本数が８６１本であった場合を示し、「修正後」は３５１４本製造し、不良発生本数が６０本であった場合を示す。

図４にグラフで示すように、本発明によれば、爪部品質不良発生率を１／６〜１／７程度に顕著に低減できたことがわかる。

１ Ｕ型鋼矢板の製造工程
２〜４ 孔型ロール
Ｋ−１０〜Ｋ−７ 粗造形孔型
Ｋ−６〜Ｋ−４ 中間造形孔型
Ｋ−３〜Ｋ−１仕上げ造形孔型
ＢＤ 二重式の粗圧延機
Ｓ１ 二重式の中間圧延機
ＳＦ 二重式の仕上げ圧延機

Claims (2)

1. 圧延素材である矩形断面の鋼片に、二重式圧延機の上下の孔型ロールにより形成される複数の造形孔型を順次用いる複数パスのリバースを行うことによりＵ型鋼矢板を製造する際に、前記複数の造形孔型それぞれにおける、上ロールのウェブ相当部と下ロールのウェブ相当部とにより構成されるウェブ相当部と、上ロールのフランジ相当部と下ロールのフランジ相当部とにより構成されるフランジ相当部の合計長さを、下記（１）式を満足するように設定することを特徴とするＵ型鋼矢板の製造方法。
   Ｌ_ｎ≦Ｌ_ｎ−１≦・・・・≦Ｌ_３≦Ｌ_２ （１）
   （１）式において、ｎは前記複数の造形孔型の総数であり、Ｌ_ｎは最終の造形孔型を１番目として順次遡って数える場合のｎ番目の造形孔型における前記ウェブ相当部およびフランジ相当部の合計長さである。
2. 複数の造形孔型を形成する孔型ロールを有する二重式の第１の圧延機と、複数の造形孔型を形成する孔型ロールを有する二重式の第２の圧延機とを少なくとも備え、前記第１の圧延機および前記第２の圧延機の複数の造形孔型それぞれにおける、上ロールのウェブ相当部と下ロールのウェブ相当部とにより構成されるウェブ相当部と、上ロールのフランジ相当部と下ロールのフランジ相当部とにより構成されるフランジ相当部の合計長さが、下記（１）式を満足することを特徴とするＵ型鋼矢板の製造装置。
   Ｌ_ｎ≦Ｌ_ｎ−１≦・・・・≦Ｌ_３≦Ｌ_２ （１）
   （１）式において、ｎは全ての圧延機における造形孔型の総数であり、Ｌ_ｎは最終の造形孔型を１番目として順次遡って数える場合のｎ番目の造形孔型における前記ウェブ相当部およびフランジ相当部の合計長さである。

Images