JP2015123478A - 鋼矢板の圧延設備及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べ高さが高い鋼矢板製品を安定して製造することが可能な鋼矢板の圧延設備及び製造方法を提供する。
【解決手段】素材を圧下してハット形鋼矢板を製造する圧延設備であって、素材の断面形状を矩形断面形状と略ハット形断面形状との間の中間形状に造形する第１予備成形孔型を備えることを特徴とする、ハット形鋼矢板の圧延設備が提供される。また、素材を圧下してＵ形鋼矢板を製造する圧延設備であって、素材の断面形状を矩形断面形状と略Ｕ形断面形状との間の中間形状に造形する第１予備成形孔型を備えることを特徴とする、Ｕ形鋼矢板の圧延設備が提供される。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばハット形鋼矢板、Ｕ形鋼矢板等の鋼矢板の圧延設備及び製造方法に関する。

従来より、ハット形、Ｕ形等の両端に継手を有する鋼矢板の製造は孔型圧延法によって行われている。この孔型圧延法の一般的な工程としては、先ず加熱炉において所定の温度に加熱した素材を、孔型を備えた粗圧延機、中間圧延機及び仕上圧延機によって順に圧延することが知られている。

上述した一般的な孔型圧延法によれば、現状、国内で製造されている鋼矢板製品については、矩形断面の素材から製造することが可能である。具体的には、例えば壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが１．０（１０^４ｃｍ^４／ｍ）であり１０Ｈ製品と呼ばれるハット形鋼矢板製品や、壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが２．５（１０^４ｃｍ^４／ｍ）であり２５Ｈ製品と呼ばれるハット形鋼矢板製品は、従来より知られる一般的な孔型圧延法にて製造される。例えば特許文献１には、逆Ｕ姿勢にてハット形鋼矢板を製造する孔型圧延法について開示されている。

特許第３７０９８８９号

しかしながら、上記特許文献１に開示されたような、一般的な孔型圧延法によって製造される鋼矢板製品の形状には制約がある。具体的には、従来の孔型圧延法によって高さの高い鋼矢板製品を製造しようとすると、例えば粗圧延を行う際の被圧延材の断面の一部において肉量不足等の問題が生じ、所望の形状の製品が製造できないといった問題がある。特に、鋼矢板の継手部分に対応する箇所において肉量不足が顕著となる恐れがあり、継手の形状不良の発生が懸念される。

一方、近年では、鋼矢板を打設するにあたりコストの効率的な削減が求められているといった観点から、打設場所に応じた適切な形状の鋼矢板製品を製造することが求められている。そこで、同じ製品重量でより断面係数の高い鋼矢板断面を指向すると、高さの高い製品断面を追求する必要があり、従来製品よりも高い鋼矢板製品を製造することが必要とされている。そこで、継手の形状不良の発生等を回避すると共に、従来に比べて高さの高い鋼矢板製品を製造することが可能な技術が求められている。

上記事情に鑑み、本発明の目的は、従来に比べ高さが高い鋼矢板製品を安定して製造することが可能な鋼矢板の圧延設備及び製造方法を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明によれば、素材を圧下してハット形鋼矢板を製造する圧延設備であって、素材の断面形状を矩形断面形状と略ハット形断面形状との間の中間形状に造形する第１予備成形孔型を備えることを特徴とする、ハット形鋼矢板の圧延設備が提供される。

また、本発明によれば、素材を圧下してＵ形鋼矢板を製造する圧延設備であって、素材の断面形状を矩形断面形状と略Ｕ形断面形状との間の中間形状に造形する第１予備成形孔型を備えることを特徴とする、Ｕ形鋼矢板の圧延設備が提供される。

前記第１予備成形孔型の孔型深さＴ３は、当該第１予備成形孔型での造形前の素材の厚みＴより小さくても良い。

前記圧延設備には、素材の圧下を行う粗圧延機、中間圧延機、仕上圧延機がこの順で上流から配置され、前記第１予備成形孔型は、前記粗圧延機に刻設されていても良い。

前記粗圧延機の上流には、サイジングミルが配置され、前記サイジングミルには、矩形断面の素材をエッチングするエッチング孔型が刻設されていても良い。

前記圧延設備には、サイジングミル、粗圧延機、中間圧延機、仕上圧延機がこの順で上流から配置され、前記サイジングミルには、矩形断面の素材をエッチングするエッチング孔型と、前記第１予備成形孔型が刻設されていても良い。

また、別な観点からの本発明によれば、素材を圧下してハット形鋼矢板を製造する製造方法であって、素材の断面形状を矩形断面形状と略ハット形形状との間の中間形状に造形する第１予備成形工程を有することを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造方法が提供される。

また、本発明によれば、素材を圧下してＵ形鋼矢板を製造する製造方法であって、素材の断面形状を矩形断面形状と略Ｕ形断面形状との間の中間形状に造形する第１予備成形工程を有することを特徴とする、Ｕ形鋼矢板の製造方法が提供される。

前記第１予備成形工程は上下孔型ロールによって構成される第１予備成形孔型によって行われ、前記第１予備成形孔型の孔型深さＴ３は、当該第１予備成形孔型での造形前の素材の厚みＴより小さくても良い。

本発明によれば、従来に比べ高さが高い鋼矢板製品を安定して製造することが可能な鋼矢板の圧延設備及び製造方法が提供される。

本発明の実施の形態にかかる圧延ラインの概略説明図である。 第１孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第２孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第３孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第４孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第５孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第６孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第７孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第８孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 従来製品に用いる予備成形孔型の概略説明図である。 従来より高さの高い製品に用いる予備成形孔型の概略説明図である。 従来製品を製造する場合における素材の圧下の様子を示す説明図である。 従来より高さの高い製品を製造する場合における素材の圧下の様子を示す説明図である。 実施例の検証結果を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、本実施の形態では鋼矢板製品としてハット形鋼矢板を製造する場合を例に挙げて説明する。

また、本実施の形態では、説明の都合上、矩形断面を有する材料を素材Ｂと呼称し、素材Ｂを圧下して略ハット形形状とした被圧延材を被圧延材Ａと呼称する。即ち、略ハット形形状にて圧延ラインＬ上を通材される鋼材を総称して被圧延材Ａと呼称し、また、被圧延材Ａの各部位については以下に記述する別途異なる呼称にて記載するものとする。ここで、被圧延材Ａはハット形鋼矢板製品のウェブに対応するウェブ対応部３と、ウェブ対応部３の両端部それぞれに接続されるフランジ対応部４、５と、フランジ対応部４、５のそれぞれの先端に形成される腕対応部６、７と、腕対応部６、７の先端に形成される継手対応部８、９から構成されている。また、継手対応部８、９の先端には爪対応部８ａ、９ａが形成されている。

図１は、本発明の実施の形態にかかる圧延設備であるハット形鋼矢板を製造する圧延ラインＬと、圧延ラインＬに備えられる圧延機についての説明図である。図１に示すように、圧延ラインＬには、サイジングミル（ＳＭ）１０、粗圧延機（ＢＤ）１１、第１中間圧延機（Ｒ１）１３、第２中間圧延機（Ｒ２）１４、仕上圧延機（Ｆ）１９が順に配置されている。圧延ラインＬは複数のラインＬ１〜Ｌ３によって構成されており、ラインＬ１とラインＬ２が隣接し、ラインＬ２とラインＬ３が隣接している。それぞれのラインＬ１〜Ｌ３は、互いの一部が重なるようにして直列的に連結しており、被圧延材ＡはＬ１からＬ２、あるいはＬ２からＬ３に、その幅方向に平行移動して圧延ラインＬを進む構成となっている。

また、図１に示すように、ラインＬ１にはサイジングミル１０及び粗圧延機１１が配置され、ラインＬ２には第１中間圧延機１３が配置され、ラインＬ３には第２中間圧延機１４及び仕上圧延機１９が配置されている。各ラインＬ１〜Ｌ３にはそれぞれ別の被圧延材Ａを載せて圧延を行うことが可能であり、圧延ラインＬ上において複数の被圧延材Ａの圧延を同時に並行して実施することが可能な構成となっている。

図１に示す圧延ラインＬにおいては、図示しない加熱炉において加熱されたスラブ・矩形材（被圧延材Ａ）がサイジングミル１０〜仕上圧延機１９において順次圧延され、最終製品であるハット形鋼矢板となる。即ち、被圧延材Ａに対して粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程をこの順に行うことで最終製品が製造される。

なお、サイジングミル１０は粗圧延機１１の上流側に配置される圧延機であり、加熱炉から搬出されたスラブ等の素材を粗圧延機１１で圧延するために最適な寸法・形状に整形するものである。

以下では、圧延ラインＬに配置されるサイジングミル１０、粗圧延機１１、第１中間圧延機１３、第２中間圧延機１４、仕上圧延機１９（以下、適宜粗圧延機１０〜仕上圧延機１９といったように複数の圧延機を略して記載する）に刻設される孔型の構成について、圧延ラインＬの上流から順を追って図面を参照して簡単に説明する。なお、上記サイジングミル１０、粗圧延機１１、第１中間圧延機１３、第２中間圧延機１４、仕上圧延機１９は従来から用いられている一般的な設備であるため、本明細書における以下の記述では孔型構成の説明に注視し、各圧延機の詳細な設備構成等についての説明は省略する。

また、図２〜図９を参照して以下に説明する孔型は、サイジングミル１０〜仕上圧延機１９の各圧延機に刻設されるものであるが、以下に説明する各孔型をどの圧延機に刻設するかは、設備状況や製品寸法等の条件によって適宜変更可能なものである。そこで、本実施の形態ではこれらの孔型を第１孔型〜第８孔型と呼称し、それぞれの孔型は圧延ラインＬ上流側から順に刻設されていれば良いものとして説明する。なお、図３〜図９には、参考のためにそれぞれの孔型にて圧下・造形される被圧延材Ａの形状を一点鎖線にて図示している。

但し、以下に説明する本実施の形態に係る第１孔型〜第８孔型の構成は、図示の形態に限られるものではなく、例えば孔型の配置順や、各種孔型の修正孔型の増減配列については設備状況や製品寸法等の条件に応じて適宜変更可能である。

図２は、第１孔型２０の孔型形状についての概略的な説明図である。図２に示すように、第１孔型２０は上孔型ロール２０ａと下孔型ロール２０ｂから構成され、この第１孔型２０では、矩形断面形状の素材Ｂの幅方向端部にテーパー形状を付与する圧下（所謂エッチング成形）が行われる。この第１孔型２０では、矩形断面形状の素材Ｂを立てた状態（鋼矢板の幅方向を鉛直方向とした状態）で圧下され、上孔型ロール２０ａと下孔型ロール２０ｂのロール周面は、所定のテーパー形状となっている。なお、矩形断面形状の素材Ｂの幅方向端部にテーパー形状を付与するのは、後述する第２孔型３０、第３孔型４０の孔型形状に好適に噛み込ませ、所望の圧下を安定して行うためである。この図２に示す第１孔型２０は所謂エッチング孔型と呼称される。

また、図３は、第２孔型３０の孔型形状についての概略的な説明図である。図３に示すように、第２孔型３０は上孔型ロール３０ａと下孔型ロール３０ｂから構成され、この第２孔型３０によって、上記第１孔型においてエッチング成形された矩形断面形状の素材Ｂ全体に対して圧下が行われる。ここで、上記第１孔型２０における圧下では素材Ｂを立てた状態としたが、第２孔型３０では素材Ｂの幅方向を水平方向とした状態（鋼矢板の幅方向を水平方向とした状態）圧下が行われる。また、第２孔型３０における圧下では、素材Ｂの断面が矩形断面形状と略ハット形断面形状（即ち、被圧延材Ａ）との間の中間形状となるように圧下が行われる。なお、本実施の形態では、この第２孔型３０を第１予備成形孔型と呼称し、当該孔型における素材Ｂの圧下については、概略的な説明図を用いてより詳細な説明を後述する。また、ここで略ハット形断面形状とは、被圧延材Ａにおいてウェブに対応する部分（ウェブ対応部３）、フランジに対応する部分（フランジ対応部４、５）、腕に対応する部分（腕対応部６、７）それぞれの境界が明確である程度に圧下された断面形状を言い、必ずしも継手形状等の細かな形状まで成形された断面形状を示すものではない。

図４は、第３孔型４０の孔型形状についての概略的な説明図である。図４に示すように、第３孔型４０は上孔型ロール４０ａと下孔型ロール４０ｂから構成され、この第３孔型４０によって、上記第２孔型３０において断面形状が中間形状（矩形断面と略ハット形断面との中間形状）から略ハット形形状となるような圧下が被圧延材Ａ全体に対して行われる。この第３孔型４０を予備成形孔型と呼称する。

図５は、第４孔型５０の孔型形状についての概略的な説明図である。図５に示すように、第４孔型５０は上孔型ロール５０ａと下孔型ロール５０ｂから構成され、この第４孔型５０によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに成形（厚み延伸圧延）が行われる。

図６は、第５孔型６０の孔型形状についての概略的な説明図である。図６に示すように、第５孔型６０は上孔型ロール６０ａと下孔型ロール６０ｂから構成され、この第５孔型６０によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに成形が行われる。具体的には、爪対応部８ａ、９ａの高さ（図中、上下方向の高さｈ１）を調整して２つの爪対応部８ａ、９ａの高さを揃える爪高さ成形と、被圧延材Ａ全体の厚み圧下が同時に行われる。なお、この第５孔型６０のような爪対応部８ａ、９ａの高さを揃える成形を爪成形工程と呼称し、爪成形工程を行う孔型を爪成形孔型と呼称する。

図７は、第６孔型７０の孔型形状についての概略的な説明図である。図７に示すように、第６孔型７０は上孔型ロール７０ａと下孔型ロール７０ｂから構成され、この第６孔型７０によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに成形（厚み延伸圧延）が行われる。

図８は、第７孔型８０の孔型形状についての概略的な説明図である。図８に示すように、第７孔型８０は上孔型ロール８０ａと下孔型ロール８０ｂから構成され、この第７孔型８０によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに成形が行われ、特に、上記第５孔型６０と同様に、爪成形工程が行われる。但し、第７孔型８０では、被圧延材Ａ全体の厚み圧下を積極的に行う第５孔型６０に比べ厚み圧下量は小さい。

図９は、第８孔型９０の孔型形状についての概略的な説明図である。図９に示すように、第８孔型９０は上孔型ロール９０ａと下孔型ロール９０ｂから構成され、この第８孔型９０では、被圧延材Ａの継手対応部８、９の曲げ成形と、軽圧下圧延による被圧延材Ａ全体の整形が行われる。具体的には、爪対応部８ａ、９ａを含む継手対応部８、９全体を製品の継手形状に近い形状となるように曲げる継手成形が行われる。これにより、第８孔型９０では、ハット形鋼矢板製品に極めて近い形状まで被圧延材Ａが成形されることとなる。なお、この第８孔型９０のような継手対応部８、９全体を曲げ成形する孔型を継手成形孔型と呼称する。

以上、図２〜図９を参照して第１孔型２０〜第８孔型９０の孔型形状について説明した。上述したように、孔型圧延法は粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程からなり、例えば第１孔型２０〜第６孔型７０までの孔型において粗圧延工程及び中間圧延工程が順次行われ、第７孔型８０、第８孔型９０において仕上圧延工程が行われる。ここで、第４孔型５０〜第８孔型９０の孔型形状はいずれも略ハット形形状であるが、後段の孔型へいくほど製品形状に近い形状にて刻設されている。即ち、最終工程である仕上圧延が行われる第８孔型９０の形状は、略ハット形鋼矢板製品形状となる。

本実施の形態では圧延ラインＬにはサイジングミル１０〜仕上圧延機１９が配置されているものとしているが、第１孔型２０〜第８孔型９０は各圧延機に任意の構成にて分散して刻設される。一例としては、粗圧延機１１に第１孔型２０〜第３孔型４０が刻設され、第１中間圧延機１３に第４孔型５０及び第５孔型６０が刻設され、第２中間圧延機１４に第６孔型７０及び第７孔型８０が刻設され、仕上圧延機１９に第８孔型９０が刻設されるといった構成が挙げられる。ただし、本発明における孔型構成はこのような構成に限定されるものではない。例えば、粗圧延機１１、第１中間圧延機１３、第２中間圧延機１４、仕上圧延機１９において複数の孔型を刻設するだけの十分な容量（圧延機サイズ）が確保できない場合には、サイジングミル１０に孔型を刻設し、補完することも可能である。

本実施の形態に係る鋼矢板の製造方法において用いる孔型を図２〜図９を参照して説明したが、例えば壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが１．０（１０^４ｃｍ^４／ｍ）であり１０Ｈ製品と呼ばれるハット形鋼矢板製品や、壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが２．５（１０^４ｃｍ^４／ｍ）であり２５Ｈ製品と呼ばれる一般的に知られたハット形鋼矢板製品を製造する場合には、図３に示す第２孔型３０（第１予備成形孔型）を刻設する必要はなかった。即ち、粗圧延工程において用いる孔型は図２、図４、図５に示す第１孔型２０、第３孔型４０、第４孔型５０で十分であることが知られていた。

しかしながら、本発明者らは、従来と同寸法の矩形断面素材を用いて上記１０Ｈ製品、２５Ｈ製品よりも高さの高い、壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが４．５（１０^４ｃｍ^４／ｍ）である４５Ｈ製品と呼ばれるハット形鋼矢板製品や、壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが５．０（１０^４ｃｍ^４／ｍ）である５０Ｈ製品と呼ばれるハット形鋼矢板製品を製造する際には、粗圧延工程として第１孔型２０、第３孔型４０、第４孔型５０を用いる従来の方法では、被圧延材の継手対応部８、９、特に爪対応部８ａ、９ａに形状不良が発生し、安定して所望の形状の製品を製造することが困難であるとの知見を得た。また、鋭意研究の結果、従来の製造方法において爪対応部８ａ、９ａに生じる形状不良の原因は、高さが従来よりも高い鋼矢板製品を製造する際の予備成形孔型（第３孔型４０）での圧延に原因があることを見出した。以下、本知見について図面を参照して具体的に説明する。

１０Ｈ製品の高さが約２３０ｍｍ、２５Ｈ製品の高さが約３００ｍｍであるのに対し、４５Ｈ製品、５０Ｈ製品の高さは約３７０ｍｍである。一方で、元の素材（スラブ・矩形材）の高さは約２５０ｍｍ程度のものが一般的に使用される。ここで、鋼矢板の製造工程においては、予備成形孔型（図４に示す第３孔型４０に相当）における圧下（以下、予備成形工程とも呼称する）により、高さ約２５０ｍｍのスラブ・矩形材を略ハット形に成形する工程が行われる。この予備成形工程における圧下によって鋼矢板製品の概略的な断面形状が決定される。従って、高さ約３００ｍｍの従来製品を製造する場合と、高さ約３７０ｍｍの製品を製造する場合とでは、予備成形孔型の形状は当然異なっている。図１０は従来製品に用いる予備成形孔型１００の概略説明図であり、図１１は従来より高さの高い製品に用いる予備成形孔型１１０の概略説明図である。

図１０に示す従来の予備成形孔型１００は、上孔型ロール１００ａと下孔型ロール１００ｂから構成され、孔型深さＴ１である。この孔型深さＴ１は、製造対象の鋼矢板高さに対応する長さであり、例えば高さ約３００ｍｍの２５Ｈ製品を製造する場合には、Ｔ１は約３００ｍｍとなる。

また、図１１に示す予備成形孔型１１０は、上孔型ロール１１０ａと下孔型ロール１１０ｂから構成され、孔型深さＴ２である。この孔型深さＴ２は、製造対象の鋼矢板高さに対応し、例えば高さ約３７０ｍｍの４５Ｈ製品、５０Ｈ製品を製造する場合には、Ｔ２は約３７０ｍｍとなる。

ここで、例えば矩形断面の素材Ｂ（以下、単に素材Ｂとも記載する）の高さは所定の値Ｔであり、通常この高さＴは、製品寸法に関わらず一定の値（例えば約２５０ｍｍ）である。本発明者らは鋭意研究の結果、孔型深さの異なる予備成形孔型１００と予備成形孔型１１０にて、それぞれ素材Ｂの圧下を行う場合、圧下される素材Ｂの変形状況に差異があることを見出した。この差異について図１２、１３を参照して説明する。

図１２は、予備成形孔型１００、即ち、従来製品を製造する場合における素材Ｂの圧下の様子を示す説明図であり、図１３は従来より高さの高い製品を製造する場合における素材Ｂの圧下の様子を示す説明図である。なお、図１２、図１３共に圧下の様子を（ａ）〜（ｃ）と段階的に図示している。また、素材Ｂの断面は一点鎖線にて図示している。

図１２、図１３に示すように、予備成形孔型１００（あるいは１１０）における圧下（予備成形工程）は主に３段階に分けて行われる。ここで、図１２（ａ）〜（ｂ）及び図１３（ａ）〜（ｂ）に示すように、第１段階では、上孔型ロール１００ａの最大径の周面のみが接触した状態で成形が行われ、この第１段階は素材のフランジに対応する部分Ｂ１の厚み圧下が始まる前段階までを示している。この第１段階では、素材Ｂの厚み圧下はなく、即ち、素材Ｂを折れ曲げる成形のみが行われる。

そして、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）に示すように、第２段階は、上記第１段階終了後、素材のフランジに対応する部分Ｂ１の厚み圧下が開始されてから、素材の腕に対応する部分Ｂ２と素材のウェブに対応する部分Ｂ３の厚み圧下が始まる前段階までを示している。この第２段階では、素材のフランジに対応する部分Ｂ１のみの厚み圧下が行われる。

そして、図１２（ｃ）及び図１３（ｃ）に示すように、第３段階は、上記第２段階終了後、素材Ｂ全体（Ｂ１〜Ｂ３）の厚み圧下（全面圧下）が行われる段階を示している。

上述した第１段階〜第３段階に分けて行われる予備成形工程において、第１段階では、素材Ｂを厚み圧下せずに曲げる工程のみが行われ、その際には素材Ｂの中央部近傍（ウェブに対応する部分Ｂ３）に上孔型ロール１００ａの周面が接触し、素材Ｂのその他の上面部分には上孔型ロール１００ａの周面は接触しないような構成となっている。即ち、第１段階では、素材Ｂ全体が非拘束の状態で成形が行われ、その中央部近傍の上面が上孔型ロール１００ａによって下方に向かって押圧されることから、素材の腕に対応する部分Ｂ２から中央部のウェブに対応する部分Ｂ３に向かって引き込み現象が起こる。これにより、素材の腕に対応する部分Ｂ２の肉量が減少し、当該箇所Ｂ２における肉量不足といった事象が見受けられる。これにより、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）に示すように、予備成形孔型１００、１１０の両端部近傍には空隙部１０１、１１１が生じることとなる。
なお、上記第２段階では、素材のフランジに対応する部分Ｂ１が圧下・拘束された状態で成形が行われ、上記第３段階では、素材Ｂ全体が拘束された状態（即ち、腕に対応する部分Ｂ２も拘束された状態）で圧下が行われるため、引き込み現象はほぼ起こらないことが分かっている。

上記素材Ｂの圧下に伴う引き込み現象の発生は、予備成形工程の都合上やむを得ないものであり、図１２、図１３に示したように、従来製品を製造する場合における素材Ｂの圧下と、従来より高さの高い製品を製造する場合における素材Ｂの圧下の両方にて発生する事象である。但し、上述したように、予備成形孔型１００と予備成形孔型１１０では孔型深さが異なり、予備成形孔型１００の孔型深さＴ１は、予備成形孔型１１０の孔型深さＴ２よりも小さい構成となっている（即ち、Ｔ１＜Ｔ２）。このため、従来製品を製造する場合に比べ、従来より高さの高い製品を製造する場合には、第１段階での屈曲量が大きく、引き込み現象に伴う素材の腕に対応する部分Ｂ２での肉量の減少（以下、単に引き込み量とも記載）も多くなることが確認されている。

即ち、従来製品の製造における予備成形孔型１００での引き込み量に比べて、従来より高さの高い製品の製造における予備成形孔型１１０での引き込み量が多く、ハット形鋼矢板を製造する際の腕部や継手部（上記腕対応部６、７や継手対応部８、９）の肉量不足がより顕著となってしまい、腕部や継手部の形状不良が生じてしまう恐れが高い。

以上、図１０〜図１３を参照して説明したように、予備成形工程の第１段階において、より高さの高いハット形鋼矢板製品を製造しようとした場合に、孔型深さが深い予備成形孔型１１０を用いる必要があるため、引き込み量の増加が顕著となり、鋼矢板製品の腕部や継手部に形状不良が生じてしまう恐れが従来よりも高まってしまう。そこで本発明者らは、鋭意検討を行い、エッチング孔型である第１孔型２０と、予備成形孔型である第３孔型４０との間に、第２孔型３０（第１予備成形孔型）を刻設した圧延ライン構成とし、矩形断面の素材Ｂから略ハット形形状の被圧延材Ａを圧下する際に、第２孔型３０で中間断面形状となるように圧下を行うことで、引き込み現象に伴う素材の腕に対応する部分Ｂ２での肉量の減少を抑制することができることを見出した。

ここで、図３、４に示すように、第２孔型３０の孔型深さＴ３は、第３孔型４０の孔型深さＴ４より小さい値である。また、この第３孔型４０における圧下では、素材の腕に対応する部分Ｂ２を拘束するタイミングを早めることで、当該箇所Ｂ２での肉量の減少を抑制する。従って、図３に示す第２孔型３０の孔型深さＴ３は、素材Ｂの高さＴよりも小さい値（即ち、Ｔ３＜Ｔ）の方が望ましい。

以上説明した本実施の形態に係るハット形鋼矢板の製造では、第１孔型２０と第３孔型４０との間に第１予備成形孔型である第２孔型３０を刻設し、矩形断面形状である素材Ｂから、略ハット形断面形状である被圧延材Ａを造形する際に、断面形状を一度それらの中間形状とする圧下を実施することで、圧下に伴って素材の腕に対応する部分Ｂ２から中央部に向かって引き込み現象が起こり、当該箇所Ｂ２の肉量が減少し、当該箇所Ｂ２における肉量不足が発生することを抑制することが可能となる。これにより、圧下時の肉量不足に伴う、腕部や継手部の形状不良の発生が抑制され、安定して所望形状の鋼矢板製品を製造することができる。

特に、図１０〜図１３を参照して説明したように、従来よりも高さの高い鋼矢板製品を製造する場合には、予備成形孔型の孔型深さが従来よりも大きく、引き込み現象の発生が顕著である。従って、第１予備成形孔型である第２孔型３０を刻設した構成の圧延ラインにて従来よりも高さの高い鋼矢板製品の製造を行うことで、腕部や継手部の形状不良等を抑制し、安定したハット形鋼矢板製品の製造が実現できる。

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施の形態では、鋼矢板製品としてハット形鋼矢板製品を製造する場合を例に挙げて図示・説明しているが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。具体的には、継手を有する鋼矢板製品であれば、本発明を適用して、継手部の形状不良を抑制して製品の製造を行うことが可能であり、例えばＵ形鋼矢板等の種々の継手を有する鋼矢板製品の製造に適用することが可能である。

また、上記実施の形態においては、圧延機に刻設される孔型の構成として、粗圧延機１０に第１孔型２０〜第４孔型５０が刻設され、第１中間圧延機１３及び第２中間圧延機１４に第５孔型６０及び第６孔型７０が刻設され、仕上圧延機１９に第７孔型８０及び第８孔型９０が刻設されるといった構成を挙げたが、本発明における各圧延機での孔型の刻設は任意に定めることができる。特に、従来の鋼矢板製品を製造していた圧延ラインに対して本発明を適用する場合には、第１予備成形孔型（第２孔型３０）を増設する構成となるため、各圧延機における孔型構成には工夫が必要となる。

具体的な一例としては、従来は粗圧延機１１に刻設されていたエッチング孔型（第１孔型２０）を、粗圧延機１１の上流に位置するサイジングミル１０に配置し、粗圧延機１１に第１予備成形孔型（第２孔型３０）を刻設することが好ましい。このように、サイジングミル１０を活用した孔型構成を採ることで、従来製品に用いていた圧延設備のスペースにて第１予備成形孔型（第２孔型３０）を設けることが可能となり、コストの増大を防止しつつ、安定した鋼矢板製品の製造を行うことができる。

本発明の実施例として、壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが２．５（１０^４ｃｍ^４／ｍ）であり高さ約３００ｍｍの２５Ｈ製品と、壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが４．５（１０^４ｃｍ^４／ｍ）であり高さ約３７０ｍｍの４５Ｈ製品のそれぞれを、同じ高さ２５０ｍｍの矩形断面の素材から従来の製造方法と本発明に係る製造方法で製造し、予備成形孔型（上記実施の形態における第３孔型４０）での圧下における肉量変化について検証を行った。具体的には、従来の製造方法では第１予備成形孔型を設けずに予備成形工程を行い、本発明に係る製造方法では第１予備成形孔型を設けて予備成形工程を段階的に行うものとした。

図１４は本実施例の検証結果を示す説明図であり、予備成形孔型の一方の端部において引き込み現象に伴って肉不足が起こっている様子を拡大して図示した概略図である。なお、図１４（ａ）は２５Ｈ製品についての説明図であり、従来２５Ｈとして示したものが従来の製造方法における肉量変化の様子、新２５Ｈとして示したものが本発明に係る製造方法を適用させた際の肉量変化の様子である。また、図１４（ｂ）は４５Ｈ製品についての説明図であり、従来４５Ｈとして示したものが従来の製造方法における肉量変化の様子、新４５Ｈとして示したものが本発明に係る製造方法を適用させた際の肉量変化の様子である。

図１４（ａ）に示すように、従来２５Ｈと新２５Ｈを比較すると、新２５Ｈの製造では引き込み現象が抑制され、孔型内部における肉量不足は発生していないのに対し、従来２５Ｈでは多少の肉量不足が発生している。

また、図１４（ｂ）に示すように、従来４５Ｈと新４５Ｈを比較すると、新４５Ｈの製造では引き込み現象が抑制され、孔型内部における肉量不足は発生していないのに対し、従来４５Ｈではかなりの肉量不足が発生している。この肉量の不足量は、図１４（ａ）に示した従来２５Ｈの場合と比べて更に顕著なものとなっていることが分かる。これは、上記実施の形態において説明したように、２５Ｈ製品の高さが約３００ｍｍであるのに対し、４５Ｈ製品の高さが約３７０ｍｍであり、製造の際に４５Ｈ製品の方がより孔型深さの深い予備成形孔型を用いることに起因する。

以上のことから、本発明に係る製造方法を適用し、第１予備成形孔型を設けて予備成形工程を段階的に行うことで、例えば従来製品である高さ約３００ｍｍの２５Ｈ製品等を製造する場合に、素材端部の肉量不足を抑制することができ、腕部や継手部の形状不良の発生が抑制され、安定して所望形状の鋼矢板製品を製造することが可能であることが分かる。更には、従来製品よりも高さの高い、例えば高さ約３７０ｍｍの４５Ｈ製品等を製造する場合に、より顕著である素材端部の肉量不足を抑制し、腕部や継手部の形状不良を発生させずに、所望形状の鋼矢板製品を製造できることが分かる。

本発明は、例えばハット形鋼矢板、Ｕ形鋼矢板等の鋼矢板の製造方法に適用できる。

３…ウェブ対応部
４、５…フランジ対応部
６、７…腕対応部
８、９…継手対応部
８ａ、９ａ…爪対応部
１０…サイジングミル
１１…粗圧延機
１３…第１中間圧延機
１４…第２中間圧延機
１９…仕上圧延機
２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０…第１〜第８孔型
１００…従来製品に用いる予備成形孔型
１１０…従来より高さの高い製品に用いる予備成形孔型
Ａ…被圧延材
Ｂ…素材
Ｌ（Ｌ１〜Ｌ３）…圧延ライン

Claims (9)

1. 素材を圧下してハット形鋼矢板を製造する圧延設備であって、
   素材の断面形状を矩形断面形状と略ハット形断面形状との間の中間形状に造形する第１予備成形孔型を備えることを特徴とする、ハット形鋼矢板の圧延設備。
2. 素材を圧下してＵ形鋼矢板を製造する圧延設備であって、
   素材の断面形状を矩形断面形状と略Ｕ形断面形状との間の中間形状に造形する第１予備成形孔型を備えることを特徴とする、Ｕ形鋼矢板の圧延設備。
3. 前記第１予備成形孔型の孔型深さＴ３は、当該第１予備成形孔型での造形前の素材の厚みＴより小さいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧延設備。
4. 前記圧延設備には、素材の圧下を行う粗圧延機、中間圧延機、仕上圧延機がこの順で上流から配置され、
   前記第１予備成形孔型は、前記粗圧延機に刻設されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の圧延設備。
5. 前記粗圧延機の上流には、サイジングミルが配置され、
   前記サイジングミルには、矩形断面の素材をエッチングするエッチング孔型が刻設されることを特徴とする、請求項４に記載のハット形鋼矢板の圧延設備。
6. 前記圧延設備には、サイジングミル、粗圧延機、中間圧延機、仕上圧延機がこの順で上流から配置され、
   前記サイジングミルには、矩形断面の素材をエッチングするエッチング孔型と、前記第１予備成形孔型が刻設されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の圧延設備。
7. 素材を圧下してハット形鋼矢板を製造する製造方法であって、
   素材の断面形状を矩形断面形状と略ハット形形状との間の中間形状に造形する第１予備成形工程を有することを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造方法。
8. 素材を圧下してＵ形鋼矢板を製造する製造方法であって、
   素材の断面形状を矩形断面形状と略Ｕ形断面形状との間の中間形状に造形する第１予備成形工程を有することを特徴とする、Ｕ形鋼矢板の製造方法。
9. 前記第１予備成形工程は上下孔型ロールによって構成される第１予備成形孔型によって行われ、
   前記第１予備成形孔型の孔型深さＴ３は、当該第１予備成形孔型での造形前の素材の厚みＴより小さいことを特徴とする、請求項７又は８に記載の鋼矢板の製造方法。

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