JP2012161841A - 不等辺山形鋼の短辺端部の成形方法、及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短辺の端面の平坦度を高くする。
【解決手段】短辺端部成形装置は、不等辺山形鋼の熱間圧延工程において、中間圧延工程又は仕上圧延工程を経た不等辺山形鋼２００の短辺２０１の端部２０１ｂを、外周面２１に形成した成形部２２上をその周方向に通過させながら、該成形部２２により押圧し成形する成形ローラ２０を有し、成形部２２は、成形ローラ２０の外周面２１の全周にわたって凹形状をなして形成され、成形ローラ２０の軸方向に沿う形状が、円弧形状及び該円弧形状の部位２２ａに隣接する直線形状とされ、直線形状の部位２２ｂは、円弧形状の部位２２ａにおける前記隣接する端部２２ｃの接線ｔと一致する。
【選択図】図６

Description

本発明は、造船用に多用される不等辺不等厚山形鋼等の不等辺山形鋼の短辺の端部を成形する技術に関する。

従来から造船用に多用されている不等辺不等厚山形鋼は、熱間圧延によって製造されている。具体的には、熱間圧延工程において、加熱工程にて素材となる鋼片を加熱し、その後、粗圧延工程及び中間圧延工程にてそれぞれの圧延機で複数パスの成形圧延を行い、山形に近い断面形状に成形する。その後、仕上圧延工程にて、１パスの成形圧延を行い、所定の断面形状に仕上げている。

図９は、不等辺不等厚山形鋼２００の形状を示す斜視図である。
図９に示すように、不等辺不等厚山形鋼２００は、短辺（フランジ）２０１と長辺（ウエブ）２０２とからなり、断面が略Ｌ字形状をなしている。ここで、短辺は、長辺よりも厚くなっている。
このような不等辺不等厚山形鋼２００に対して塗装を施す場合、短辺２０１の端部２０１ｂの端面２０１ｂ１に対しても適切に塗装がなされる必要がある。

ここで、図１０は、短辺の端部の形状を示す。
図１０（ａ）（丸で囲んだ部位）に示すように、短辺２０１において、端面２０１ｂ１と外側面２０１ａとが不連続となりエッジが成形されると、塗装の際に塗装むらが発生し易くなる。なお、短辺２０１及び長辺２０２の外側面２０１ａ，２０２ａとは、図９に示すように、曲がり部２０３の外側部２０３ａを介して短辺２０１及び長辺２０２において隣接する側面である。
このような塗装むらが発生しないようにするために、図１０（ｂ）（丸で囲んだ部位）に示すように、短辺２０１において、端面２０１ｂ１と外側面２０１ａとが滑らかにつながりエッジの成形が抑制されること（好ましくはエッジが発生しないこと）が要求されている。

よって、山形鋼製品に対しては、短辺の端部の形状を厳しく管理することが要求されている。特に、短辺の端部のエッジの許容量が厳しい製品は、手入れラインに送り、冷間でエッジを許容量以下にするため、短辺の端部に対して全長にわたってグラインダ等の機械による手入れが行われている。
ここで、特許文献１に開示の耳出成形方法のように、冷間工程において研削加工により、耳出を除去する方法がある

特開２００８−２９０１８５号公報

しかしながら、特許文献１に開示の方法では、エッジを除去するために、研削ヘッドや端部位置を検出するコントローラを有する大掛かりな装置が必要になる。
本発明の目的は、簡単な構成で、短辺の端面のエッジを滑らかに成形することである。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、不等辺山形鋼の熱間圧延工程において、中間圧延工程又は仕上圧延工程を経た前記不等辺山形鋼の短辺の端部を、成形ローラの外周面に形成した成形部上をその周方向に通過させながら、該成形部により押圧し成形しており、前記成形部は、前記成形ローラの外周面の全周にわたって凹形状をなして形成され、前記成形ローラの軸方向に沿う形状が、円弧形状及び該円弧形状の部位に隣接する直線形状とされ、前記直線形状の部位は、前記円弧形状の部位における前記隣接する端部の接線と一致することを特徴とする不等辺山形鋼の短辺端部の成形方法である。
また、請求項２に係る発明は、請求項１の記載において、前記中間圧延工程又は仕上圧延工程を経た前記不等辺山形鋼の前記成形ローラへの案内を、前記不等辺山形鋼の長辺の端部を拘束して、前記成形ローラによる前記短辺の端部の成形を行う前から行うことを特徴とする不等辺山形鋼の短辺端部の成形方法である。

また、請求項３に係る発明は、不等辺山形鋼の熱間圧延工程において、中間圧延工程又は仕上圧延工程を得た前記不等辺山形鋼の短辺の端部を、外周面に形成した成形部上をその周方向に通過させながら、該成形部により押圧し成形する成形ローラを有し、前記成形部は、前記成形ローラの外周面の全周にわたって凹形状をなして形成され、前記成形ローラの軸方向に沿う形状が、円弧形状及び該円弧形状の部位に隣接する直線形状とされ、前記直線形状の部位は、前記円弧形状の部位における前記隣接する端部の接線と一致することを特徴とする不等辺山形鋼の短辺端部の成形装置である。

また、請求項４に係る発明は、請求項３の記載において、前記中間圧延工程又は仕上圧延工程を経た前記不等辺山形鋼の搬送路において前記成形ローラに対して上流側に配置され、前記不等辺山形鋼の長辺の端部を拘束して前記不等辺山形鋼の前記成形ローラへの案内を行う案内部をさらに有することを特徴とする不等辺山形鋼の短辺端部の成形装置である。

本発明によれば、成形ローラの外周面の全周にわたって凹形状をなして形成され、成形ローラの軸方向に沿う形状が、円弧形状及び該円弧形状の部位に隣接する直線形状とされ、直線形状の部位が、円弧形状の部位における隣接する端部の接線と一致する成形部を有する成形ローラを、熱間圧延工程において、短辺の端部に押圧し成形するだけで、簡単な構成で、短辺の端面のエッジを滑らかに成形することができる。

本実施形態の短辺端部成形装置の構成を示す上面図である。 成形ローラの形状を示す正面図である。 ガイドローラの形状を示す正面図である。 短辺端部成形装置が設置されている熱間圧延設備による熱間圧延工程の一例を示す図である。 短辺端部成形装置による短辺の端部の成形工程を示す図であって、（ａ）は、成形工程においてガイドローラで長辺の端部を拘束した状態を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す状態から成形ローラで短辺の端部を拘束した状態を示す図である。 短辺の端部が、成形ローラに対して拘束されつつ通過する際に、成形部の円弧部及び平面部に合致した形状になることを説明する図である。 成形ローラの円弧部だけで短辺の端部を成形した場合の比較例を示す図である。 成形ローラの上方部位が短辺の外側面に接触してしまう場合の比較例を示す図である。 不等辺不等厚山形鋼の形状を示す斜視図である。 短辺の端部の形状を示す図であって、（ａ）は端面と外側面とが不連続となりエッジが成形されている状態を示す図であり、（ｂ）は端面と外側面とが滑らかにつながっている状態を示す図である。

（構成）
本実施形態は、不等辺不等厚山形鋼の短辺の端部成形装置（以下、単に短辺端部成形装置という。）である。
図１は、仕上圧延工程を実施するための仕上圧延装置１００の後段に設置されている短辺端部成形装置１０の構成を示す上面図である。
図１に示すように、短辺端部成形装置１０は、短辺出側ガイド１１、長辺出側ガイド１２、成形ローラ（エッジ成形ローラ、成形ロール）２０、及びガイドローラ３０を有する。

短辺出側ガイド１１及び長辺出側ガイド１２は、仕上圧延工程（仕上圧延装置１００）の出側において互いに対向するように配置されており、仕上圧延工程から搬送されてくる不等辺不等厚山形鋼の短辺及び長辺をそれぞれガイドする。
成形ローラ２０は、不等辺不等厚山形鋼の短辺の端部を成形する。成形ローラ２０は、短辺出側ガイド１１に回転自在として組み込まれている。ここで、成形ローラ２０は、回転軸を垂直にして設置されている。

図２は、成形ローラ２０の形状を示す正面図である。
図２に示すように、成形ローラ２０は、外周が上端部から下端部近傍に向かって次第に径が小さくなっていくように縮径している（くびれている）。この成形ローラ２０において、外周面２１の縮径部位の下端部は、短辺の端面を成形するための成形部２２をなしている。そして、成形ローラ２０の下端部２４は、縮径部位の下端部（成形部２２）に対して拡径し、略円盤形状をなしている。この下端部２４は、回転軸Ｏに向かって次第に厚さが増加して、その上面２４ａが傾斜している。

成形部２２は、短辺の端部を成形するために、大きなラウンド形状を有する。具体的には、成形部２２は、成形ローラ２０の外周面２１の全周にわたって凹形状をなして形成され、成形ローラ２０の軸方向に沿う形状（外周面２１の上下方向に沿う形状）が、円弧形状及び該円弧形状の部位（以下、円弧部という。）２２ａに隣接する直線形状とされている。そして、直線形状の部位（以下、平面部という。）２２ｂは、円弧部２２ａにおいて隣接する端部２２ｃの接線ｔと一致する。

ここで、円弧部２２ａは、成形する短辺の端面（２０１ｂ１）が所望の形状になるように予め決められた半径を有する。また、平面部２２ｂは、後述する不等辺不等厚山形鋼の拘束姿勢における短辺（短辺の外側部２０１ａ）の傾斜角度と略等しくなるように、予め決められた勾配（角度）を有する。なお、本実施形態では、平面部２２ｂにおいて、円弧部２２ａの上端２２ｃに対する近傍部位（下方部位）２２ｂ１は、短辺の端部の成形に実際に寄与する部位となり、その他の部位（上方部位）２２ｂ２は、短辺の端部の成形には実際に寄与せず、余裕をもって設けられた部位となる。

また、成形ローラ２０の縮径部位における成形部２２に隣接する上方部位（平面部２２ｂに隣接する上方部位）は、予め決められた勾配（角度）をもって形成された逃げ部２３をなしている。ここでいう予め決められた勾配とは、短辺の端部を成形する際に該短辺の外側面に逃げ部２３が接触しないように逃げ角をもった勾配である。
以上のように、成形ローラ２０の外周面には、円弧部２２ａ、平面部２２ｂ、及び逃げ部２３といったように、大きく分けて３つの異なる縮径部（くびれ部）が形成されている。

一方、ガイドローラ３０は、成形ローラ２０が短辺の端部を成形する際の不等辺不等厚山形鋼をガイドする。ガイドローラ３０は、成形ローラ２０に対して搬送方向上流側に位置されるように長辺出側ガイド１２に組み込まれている。このとき、ガイドローラ３０は、長辺出側ガイド１２に回転自在とされつつ組み込まれている。ここで、ガイドローラ３０は、回転軸を垂直にして設置されている。
このように長辺出側ガイド１２にガイドローラ３０が組み込まれることで、このガイドローラ３０と成形ローラ２０とは、不等辺不等厚山形鋼の形状に応じて予め決められた距離だけ互いに離れて設置されている。

図３は、ガイドローラ３０の形状を示す正面図である。
図３に示すように、ガイドローラ３０は、外周が上下端それぞれから中央部に向かって径が次第に小さくなっていくように縮径されて、略鼓型又は砂時計型の形状をなしている。ガイドローラ３０は、下側の略円柱形状をなす部位３１の外周面３１ａで不等辺不等厚山形鋼の長辺の端部を拘束（支持）して、不等辺不等厚山形鋼をガイドする。

（作用、効果等）
図４は、短辺端部成形装置１０が設置されている熱間圧延設備による熱間圧延工程の一例を示す。
図４に示すように、熱間圧延工程は、加熱工程（ステップＳ１）、粗圧延工程（ステップＳ２）、中間圧延工程（ステップＳ３）、及び仕上圧延工程（ステップＳ４）を有する。そして、本実施形態では、熱間圧延工程中において、仕上圧延工程（ステップＳ４）後に短辺の端部成形（ステップＳ５）を実施する。

熱間圧延工程では、加熱工程（ステップＳ１）にて素材となる鋼片を加熱し、その後、粗圧延工程（ステップＳ２）及び中間圧延工程（ステップＳ３）にてそれぞれの圧延機で複数パスの成形圧延を行い、山形に近い断面形状に成形する。その後、仕上圧延工程（ステップＳ４、図１に示す仕上圧延装置１００）にて、１パスの成形圧延を行い、所定の断面形状に仕上げている。例えば、各成形圧延では、主に孔型ロールが用いられている。そして、仕上圧延工程（ステップＳ４）の後、短辺端部成形装置１０により短辺の端部を成形する（ステップＳ５）。

図５は、短辺端部成形装置１０による短辺の端部の成形工程（ステップＳ５）を示す。
図５（ａ）に示すように、先ず、ガイドローラ３０は、不等辺不等厚山形鋼２００の長辺２０２の端面２０２ｂ（特に端面２０２ｂ１）を拘束する。これにより、短辺出側ガイド１１及び長辺出側ガイド１２によるガイドも手伝って、不等辺不等厚山形鋼２００の長辺２０２が拘束される。この結果、短辺２０１のパスラインが決定される。つまり、ガイドローラ３０が長辺２０２の端部２０２ｂを拘束することで、短辺２０１の端部２０１ｂのパスラインが決定される。

その後、図５（ｂ）に示すように、パスラインを搬送される不等辺不等厚山形鋼２００は、短辺２０１の端部２０１ｂが、ガイドローラ３０に対して搬送方向下流側にある成形ローラ２０により拘束されるようになる。すなわち、不等辺不等厚山形鋼は、長辺２０２の端部２０２ｂがガイドローラ３０により拘束されるとともに、短辺２０１の端部２０１ｂが成形ローラ２０に拘束されるようになる。

そして、短辺２０１の端部２０１ｂが成形ローラ２０に対して拘束されつつ通過する際に、図６に示すように、短辺２０１の端部２０１ｂは、成形ローラ２０の円弧部２２ａ及び平面部２２ｂからなる成形部２２により押圧されるため、円弧部２２ａ及び平面部２２ｂ（具体的にはその下方部位２２ｂ１）に合致した形状になる。すなわち、短辺２０１の端面２０１ｂ１は、全長において、Ｒ面として成形され、そのＲ面における外側面２０１ａに隣接する端部の接線が該外側面２０１ａと一致するようになる。つまり、短辺２０１の端面２０１ｂ１は、全長にわたりエッジが発生せず滑らかな形状となる。

また、前述のように、本実施形態では、成形ローラ２０に対して搬送路上流側にガイドローラ３０を配置している。すなわち、仕上圧延工程を経た不等辺不等厚山形鋼２００の成形ローラ２０への案内を、成形ローラ２０による短辺の端部の成形を行う前から行っている。
例えば、成形ローラ２０に対して搬送路下流側にガイドローラ３０を配置してしまうと、不等辺不等厚山形鋼のパスラインが不安定となり、端部の成形工程では、短辺の端部を安定して成形できなくなってしまう。このようなことから、本実施形態では、成形ローラ２０に対して搬送路上流側にガイドローラ３０を配置することで、短辺の端部を安定して成形することを実現している。

また、前述のように、成形ローラ２０において、逃げ部２３は、短辺の外側面に対して逃げ角をもつように形成されている。そのため、成形ローラ２０の上方部位と短辺の外側面とが接触することによる短辺の端部の成形精度の低下を防止することができる。
また、本願発明者は、短辺の端部のエッジが熱間圧延工程で発生することを発見しており、本実施形態のように熱間圧延工程内に短辺の端部の成形工程を組み入れることで、すなわち、熱間圧延工程の一環として、仕上圧延成形後に引き続いて短辺の端部を成形するようにしたことで、エッジの発生を効率良く防止できる。
また、仕上圧延後の不等辺不等厚山形鋼の圧延材料温度は７００℃〜８００℃程度であるので、成形ローラ２０と短辺の端面とが接する程度で、十分滑らかな端面形状に成形することができる。

図７及び図８は本実施形態に対する比較例（本実施形態のような前述の構成を有しない例）を示す。
図７は、成形ローラ２０の円弧部２２ａだけで短辺２０１の端部２０１ｂを成形した場合である。この場合、短辺２０１の端部２０１ｂには、図１０（ａ）に示すようなエッジが発生してしまう。
図８は、成形ローラ２０の上方部位２５が短辺２０１の外側面２０１ａに接触してしまう場合である。この場合、成形ローラ２０の成形部２２の形状をたとえ端部にエッジが発生しないような形状にしたとしても、そのような接触により所望の端面形状が得られなくなってしまう。
なお、本実施形態では、例えば、ガイドローラ３０は案内部を実現している。

（本実施形態の変形例）
本実施形態は、不等辺不等厚山形鋼に限らず、短辺の厚さと長辺の厚さとが等しい不等辺山形鋼にも適用することができる。
また、本実施形態では、短辺端部成形装置を仕上圧延装置の後段へ設置したが、それが困難な場合などでは、中間圧延工程の孔型の出側に設置してもよく、このような場合でも、仕上圧延装置の後段に設置した場合と同様な効果が得られる。
なお、一般に山形鋼は短辺および長辺の外側部（２０１ａ、２０２ａ）を上方として熱間圧延するため、以上の例では短辺端部成形装置１０を図１に示す向きに設置しているが、圧延される山形鋼の向きに応じて短辺端部成形装置１０が設置される向きを適宜調整することは自由である。

断面形状における長辺寸法が３５０ｍｍ、短辺寸法が１００ｍｍの不等辺不等厚山形鋼を用いて本実施形態の成形方法により短辺の端部を成形した。
その結果、エッジの許容量が厳しい不等辺不等厚山形鋼製品を製造する際、手入れラインに送ることなく、全長にわたりエッジを許容量以下にすることができた。

１０ 短辺端部成形装置、１１ 短辺出側ガイド、１２ 長辺出側ガイド、２０ 成形ローラ、２１ 外周面、２２ 成形部、２２ａ 円弧部、２２ｂ 平面部、３０ ガイドローラ

Claims (4)

1. 不等辺山形鋼の熱間圧延工程において、中間圧延工程又は仕上圧延工程を経た前記不等辺山形鋼の短辺の端部を、成形ローラの外周面に形成した成形部上をその周方向に通過させながら、該成形部により押圧し成形しており、
   前記成形部は、前記成形ローラの外周面の全周にわたって凹形状をなして形成され、前記成形ローラの軸方向に沿う形状が、円弧形状及び該円弧形状の部位に隣接する直線形状とされ、
   前記直線形状の部位は、前記円弧形状の部位における前記隣接する端部の接線と一致することを特徴とする不等辺山形鋼の短辺端部の成形方法。
2. 前記中間圧延工程又は仕上圧延工程を経た前記不等辺山形鋼の前記成形ローラへの案内を、前記不等辺山形鋼の長辺の端部を拘束して、前記成形ローラによる前記短辺の端部の成形を行う前から行うことを特徴とする請求項１に記載の不等辺山形鋼の短辺端部の成形方法。
3. 不等辺山形鋼の熱間圧延工程において、中間圧延工程又は仕上圧延工程を得た前記不等辺山形鋼の短辺の端部を、外周面に形成した成形部上をその周方向に通過させながら、該成形部により押圧し成形する成形ローラを有し、
   前記成形部は、前記成形ローラの外周面の全周にわたって凹形状をなして形成され、前記成形ローラの軸方向に沿う形状が、円弧形状及び該円弧形状の部位に隣接する直線形状とされ、
   前記直線形状の部位は、前記円弧形状の部位における前記隣接する端部の接線と一致することを特徴とする不等辺山形鋼の短辺端部の成形装置。
4. 前記中間圧延工程又は仕上圧延工程を経た前記不等辺山形鋼の搬送路において前記成形ローラに対して上流側に配置され、前記不等辺山形鋼の長辺の端部を拘束して前記不等辺山形鋼の前記成形ローラへの案内を行う案内部をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の不等辺山形鋼の短辺端部の成形装置。

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