JP2012250256A - 二つのフランジを有する圧延形鋼の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延Ｈ形鋼の曲がり、特に大きな曲がりを、作業能率の低下を生じることなく、簡便かつ迅速にプレスにより矯正して圧延Ｈ形鋼を製造する。
【解決手段】曲がりが発生した圧延Ｈ形鋼０のフランジ２ａ，２ｂの間に配置された、ウェブ高さ方向への張力を発生する張力負荷装置１１によって、ウェブ１にウェブ高さ方向への張力を発生しながら、フランジ２ａ，２ｂの外面にウェブ高さ方向への押圧力を付加することによって、曲がりを矯正して圧延Ｈ形鋼０を製造する。張力の値Ｆ１と押圧力の値Ｆ０とが、（１）式：Ｆ１＜Ａ、及び（２）式：Ｆ０−Ｆ１＜Ｂをいずれも満足する。Ａはフランジの変形限界荷重であり、Ｂはウェブの座屈荷重である。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＨ形鋼といった二つのフランジを有する圧延形鋼に生じた曲がりを矯正する製造方法及び製造装置に関する。

二つのフランジを有する形鋼としては、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼等が知られる。以降の説明では代表例としてＨ形鋼を例にとる。図２はフランジ２、２を有するＨ形鋼０の断面図であり、図３はＨ形鋼０の曲がりを示す説明図であり、さらに、図４はＨ形鋼０の反りを示す説明図である。

図２に示すように、Ｈ形鋼０は、ウェブ１とその両端のフランジ２、２とから構成される。Ｈ形鋼０を圧延により製造する場合には、図３に示すようにウェブ１の高さ方向の曲がりや、図４に示すようにフランジ２の幅方向の反りが、圧延Ｈ形鋼０に全体的あるいは局部的に生じることがある。

これらの曲がりや反りを減少させる方法として圧延条件を調整する方法が知られている。しかし、圧延での圧下のアンバランスや被圧延材の形状不良といった様々な上下左右での非対象圧延要素が曲がりや反りの発生に影響するため、これら全ての要因に対応して圧延条件を的確に調整することは非常に困難である。

そのため、これらの曲がりや反りを圧延後に温間や冷間で矯正することが行われる。図４に示す反りに対する矯正は、主にオンラインのローラー矯正機により行われる。これに対し、図３に示す曲がりに対する矯正は、反りと比較して矯正荷重が過大となるためにローラー矯正機では十分に行うことができないことから、圧延後にオフラインでプレス矯正機により行われることが多い。

図５は、圧延Ｈ形鋼０に対してプレスによる曲がり矯正を行う状況を示す説明図である。図５に示すように、圧延Ｈ形鋼０の曲がりをプレス矯正する場合には、曲がりの内側に位置する弦側フランジ２ａの外面であって圧延Ｈ形鋼０の長手方向へ離間した二箇所２ａ−１、２ａ−２を、支持金型３、３により支持し、曲がりの外側に位置する弧側フランジ２ｂの外面であって二つの支持金型３、３の中間位置２ｂ−１を、対向方向（弦側フランジ２ａの外面方向）に押圧可能な押圧金型４により押圧して矯正する方法が採用される。

しかし、図５に示すプレス矯正により圧延Ｈ形鋼０の曲がりを矯正しようとすると、曲がりの程度が大きい場合には、押圧金型４により押圧された弧側フランジ２ｂの中間位置２ｂ−１の近傍のウェブ１に座屈が発生し、矯正が不可能になることがあった。

特許文献１には、Ｈ形鋼０の弦側フランジ２ａの内面を押圧金型により押圧することによってウェブ１の座屈を防止しながらＨ形鋼０の曲がりを矯正する方法が開示されている。特許文献１に開示された方法によれば、ウェブ１を座屈させることなくＨ形鋼０に生じた大きな曲がりを矯正することが可能になる。

特開２００８−３００９０号公報

しかし、特許文献１により開示された方法を実施するためには、Ｈ形鋼の弦側フランジ２ａの内面を押圧する押圧金型の位置がＨ形鋼の両フランジの間になる位置となるように調整した上で、Ｈ形鋼を矯正装置（プレス設備）の内部に送り込む必要がある。このため、矯正のための段取り作業を、プレス設備を損傷させないために慎重に行う必要があり、作業能率の低下は避けられない。

また、図５に示すように、従来のプレス矯正による圧延Ｈ形鋼０の曲がりの矯正は、圧延Ｈ形鋼０の両サイドに、それぞれ支持金型３、３及び押圧金型４を配置しておくことにより、圧延Ｈ形鋼０の曲がり方向に応じて押圧方向を簡単に変更することができ、圧延Ｈ形鋼０の曲がりの矯正作業を迅速に行うことができる。これに対し、特許文献１により開示された方法では、矯正可能な曲がりは一方向に限定されるため、圧延Ｈ形鋼０の曲がりが反対方向である場合には、矯正しようとする圧延Ｈ形鋼自体を反転しなければならず、この面からも作業能率の低下は避けられない。

本発明の目的は、例えばＨ形鋼、Ｉ形鋼又は溝形鋼といった二つのフランジを有する圧延形鋼の曲がり、特に大きな曲がりを、作業能率の低下を生じることなく、簡便かつ迅速にプレスにより矯正して圧延形鋼を製造する方法及び装置を提供することである。

本発明は、例えば圧延Ｈ形鋼といった二つのフランジを有する圧延形鋼のウェブにウェブ高さ方向に張力を加えることができる装置（以降本明細書では「張力付加装置」という）を備えたプレス矯正装置を用いて、曲がりのプレス矯正を行えば、圧延形鋼の曲がり、特に大きな曲がりを、作業能率の低下を生じることなく、簡便かつ迅速に矯正できる、という知見に基づくものである。

本発明は、曲がりが発生した形鋼の二つのフランジの間に配置された、圧延形鋼のウェブにウェブ高さ方向への張力を発生する張力負荷装置によって、ウェブにウェブ高さ方向への張力を発生しながら、フランジの外面にウェブ高さ方向への押圧力を付加することによって、曲がりを矯正して圧延形鋼を製造する方法であって、張力の値をＦ１とするとともに押圧力の値をＦ０とするときに、（１）式：Ｆ１＜Ａ、及び（２）式：Ｆ０−Ｆ１＜Ｂをいずれも満足することを特徴とする二つのフランジを有する圧延形鋼の製造方法である。（１）式及び（２）式において、Ａはフランジの変形限界荷重であり、Ｂはウェブの座屈荷重である。

別の観点からは、本発明は、曲がりが発生した圧延形鋼の二つのフランジの外面に圧延形鋼のウェブ高さ方向への押圧力を付加することによって曲がりを矯正して圧延形鋼を製造するための装置であって、圧延形鋼のウェブを境とする一方側又は両方側であって圧延形鋼の二つのフランジの間に配置された、圧延形鋼のウェブにウェブ高さ方向への張力を発生する張力負荷装置を備え、張力をＦ１とするとともにフランジ外面から加える押圧力をＦ０とするときに、上記（１）式、及び上記（２）式をいずれも満足することを特徴とする二つのフランジを有する圧延形鋼の製造装置である。

これらの本発明では、二つのフランジを有する圧延形鋼として、圧延Ｈ形鋼、圧延Ｉ形鋼又は圧延溝形鋼が例示される。

本発明により、例えば圧延Ｈ形鋼、圧延Ｉ形鋼又は圧延溝形鋼といった二つのフランジを有する圧延形鋼の曲がり、特に大きな曲がりを、作業能率の低下を生じることなく、簡便かつ迅速にプレスにより矯正して圧延形鋼を製造することができるようになる。

図１（ａ）は、本発明に係る圧延Ｈ形鋼の製造装置を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 図２は、二つのフランジを有する圧延Ｈ形鋼の断面図である。 図３は、圧延Ｈ形鋼の曲がりを示す説明図である。 図４は、圧延Ｈ形鋼の反りを示す説明図である。 図５は、圧延Ｈ形鋼に対してプレスによる曲がり矯正を行う状況を示す説明図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を説明する。なお、以降の説明では、二つのフランジを有する圧延形鋼としては圧延Ｈ形鋼を例にとるが、本発明は圧延Ｈ形鋼に限定されるものではなく、圧延Ｉ形鋼や圧延溝形鋼といった二つのフランジを有する圧延形鋼に等しく適用される。

図１（ａ）は、本発明に係る圧延Ｈ形鋼０の製造装置１０を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。なお、図１（ａ）及び図１（ｂ）では、図５と共通する要素には同一の符号を付してあり、以降の説明では重複する説明を適宜省略する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、製造装置１０は、曲がりが発生した圧延Ｈ形鋼０の二つのフランジ２ａ、２ｂの外面に圧延Ｈ形鋼０のウェブ高さ方向への押圧力を付加することによって曲がりを矯正するための支持金型３、３及び押圧金型４を、圧延Ｈ形鋼０の両サイドにそれぞれ備えている。

支持金型３、３及び押圧金型４は、図５を参照しながら説明した公知のものであればよく、特定の型式のものには限定されない。支持金型３、３及び押圧金型４は、当業者にとっては周知であるので、支持金型３、３及び押圧金型４の説明は省略する。

製造装置１０は張力負荷装置１１を備える。張力負荷装置１１は、圧延Ｈ形鋼０のウェブ１にウェブ高さ方向への張力を発生することができる装置であればよく、特定のものには限定されない。張力負荷装置１１として、ジャッキもしくは油圧シリンダー等が例示される。

張力負荷装置１１は、圧延Ｈ形鋼０のウェブ１を境とする一方側（上面側又は下面側）、又は両方側（上面側及び下面側）であって、圧延Ｈ形鋼０の二つのフランジ２ａ、２ｂの間に配置される。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す製造装置１０では、張力負荷装置１１がＨ形鋼０のウェブ１を境とする上面側にだけ配置されているが、下面側にだけ配置されていてもよいし、上面側及び下面側の双方に配置されていてもよい。

張力負荷装置１１は、圧延Ｈ形鋼０の長手方向について支持金型３、３及び押圧金型４間の上部に、圧延Ｈ形鋼０のフランジ高さ方向（上下方向）の位置を自在に変えることができる伸縮装置１２によって支持されている。伸縮装置１２としてエアーシリンダーや電動ジャッキを用いることが例示される。さらに、張力負荷装置１１は、押圧金型４、４のセンターライン上に設置されている。

張力負荷装置１１によって圧延Ｈ形鋼０のウェブ１にウェブ高さ方向へ発生する張力Ｆ１と、支持金型３、３及び押圧金型４によって圧延Ｈ形鋼０のフランジ２ａ、２ｂの外面に加えられる押圧力Ｆ０とは、（１）式：Ｆ１＜Ａ、及び（２）式：Ｆ０−Ｆ１＜Ｂをいずれも満足する。

（１）式及び（２）式において、Ａはフランジの変形限界荷重であり、Ｂはウェブの座屈荷重である。なお、Ａ及びＢの値は、圧延Ｈ形鋼０のウェブ１やフランジ２ａ、２ｂの厚さによって変わるため、矯正する圧延Ｈ形鋼０毎に予め測定しておけばよい。

また、押圧力Ｆ０及び張力Ｆ１が（１）及び（２）式の関係をいずれも満足するためには、例えば油圧制御装置を用いて制御すればよい。
製造装置１０は以上のように構成される。次に、この製造装置１０を用いて圧延Ｈ形鋼０の曲がりを矯正して圧延Ｈ形鋼を製造する方法を説明する。

製造装置１０により曲がりを矯正して圧延Ｈ形鋼０を製造する場合、はじめに、伸縮装置１２によって張力負荷装置１１を、曲がりが発生した圧延Ｈ形鋼０の両フランジ２ａ、２ｂの間に降下し、張力負荷装置１１を起動することによって圧延Ｈ形鋼０のウェブ１に張力Ｆ１を負荷する。負荷する張力の上限Ａは、フランジ２ａ、２ｂが変形しないフランジ変形限界荷重以下とする。上限Ａを超えるとフランジ２ａ、２ｂが外側に変形するからである。

製造装置１０は、その後、図５に示す従来の矯正装置と同様に、押圧金型４及び支持金型３、３により圧延Ｈ形鋼０の曲がりの矯正を行う。押圧金型４によって圧延Ｈ形鋼０の弧側フランジ２ｂの外側へ加えられた矯正荷重Ｆ０は、圧延Ｈ形鋼０のウェブ１と張力負荷装置１１に分散されて、圧延Ｈ形鋼０の弦側フランジ２ａへ伝達され、これにより、圧延Ｈ形鋼０の曲がりが矯正される。

この際、矯正荷重Ｆ０は、ウェブ１が座屈する荷重Ｂとの間で、Ｆｏ−Ｆ１＜Ｂの関係を満足する。この関係を満足しないとウェブ１が座屈するからである。なお、製造装置１０では、上述したように例えば油圧制御装置によって、押圧力Ｆ０及び張力Ｆ１が、上記（１）式及び（２）式の関係をいずれも満足するように、制御される。

このようにして、製造装置１０では、支持金型３、３及び押圧金型４によって圧延Ｈ形鋼０のフランジ２ａ、２ｂの外面にウェブ高さ方向への押圧力を付加することによって、圧延Ｈ形鋼０の曲がりを矯正して圧延Ｈ形鋼を製造する。

図５に示す従来の矯正装置による曲がりの矯正は、弧側フランジ２ｂの外面であって二つの支持金型３、３の中間位置２ｂ−１を、対向方向（弦側フランジ２ａの方向）に押圧可能な押圧金型４により押圧することによって、行われる。このために、押圧されていないもう一方の弦側フランジ２ａには押圧力が加わらないために、弦側フランジ２ａを矯正するための力も弧側フランジ２ｂに加える必要があるが、押圧力は弧側フランジ２ｂの変形限界までしか加えられないため、大きな曲がりを矯正することができない
これに対し、製造装置１０では、フランジ２ａの内側と、もう一方のフランジ２ｂの外側から同時に力を加えることができ，従来の矯正技術とはウェブの座屈荷重分多くの荷重を加えることができるため、大きな曲がりを矯正することが可能になる。

このように製造装置１０によれば、図５に示す従来の矯正装置と同様の構成に張力負荷装置１１を付加した構成を有するので、圧延Ｈ形鋼０の曲がり、特に大きな曲がりを、作業能率の低下を生じることなく、簡便かつ迅速にプレスにより矯正して圧延Ｈ形鋼を製造することができるようになる。

０ 圧延Ｈ形鋼
１ ウェブ
２ フランジ
２ａ 弦側フランジ
２ｂ 弧側フランジ
２ａ−１、２ａ−２ 二箇所の位置
２ｂ−１ 中間位置
３ 支持金型
４ 押圧金型
１０ 本発明に係る圧延Ｈ形鋼の製造装置
１１ 張力負荷装置
１２ 伸縮装置

Claims (2)

1. 曲がりが発生した圧延形鋼の二つのフランジの間に配置された、当該圧延形鋼のウェブにウェブ高さ方向への張力を発生する張力負荷装置によって、前記ウェブにウェブ高さ方向への張力を発生しながら、前記フランジの外面に前記ウェブ高さ方向への押圧力を付加することによって、前記曲がりを矯正して圧延形鋼を製造する方法であって、前記張力の値をＦ１とするとともに前記押圧力の値をＦ０とするときに、下記（１）式及び（２）式をいずれも満足することを特徴とする二つのフランジを有する圧延形鋼の製造方法。
   Ｆ１＜Ａ ・・・・・・・（１）
   Ｆ０−Ｆ１＜Ｂ ・・・・・・・（２）
   （１）式及び（２）式において、Ａは前記フランジの変形限界荷重であり、Ｂは前記ウェブの座屈荷重である。
2. 曲がりが発生した圧延形鋼の二つのフランジの外面に当該圧延形鋼のウェブ高さ方向への押圧力を付加することによって前記曲がりを矯正して圧延形鋼を製造するための装置であって、
   前記圧延形鋼のウェブを境とする一方側又は両方側であって当該圧延形鋼の二つのフランジの間に配置された、当該圧延形鋼のウェブにウェブ高さ方向への張力を発生する張力負荷装置を備え、前記張力をＦ１とするとともにフランジ外面から加える押圧力をＦ０とするときに、下記（１）式及び（２）式をいずれも満足することを特徴とするフランジを有する圧延形鋼の製造装置。
   Ｆ１＜Ａ ・・・・・・・（１）
   Ｆ０−Ｆ１＜Ｂ ・・・・・・・（２）
   （１）式及び（２）式において、Ａは前記フランジの変形限界荷重であり、Ｂは前記ウェブの座屈荷重である。

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