JP2017121654A - Ｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼製品を効率的且つ安定的に製造すると共に、粗圧延工程での平造形孔型を用いた造形において形状不良を生じさせずに通材性の向上を図る。
【解決手段】複数の孔型のうち第１孔型及び第２孔型には、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れて被圧延材端部に分割部位を形成させる突起部が形成され、最終孔型を除く第３孔型以降には、割り込みに当接し、形成された分割部位を順次折り曲げる突起部が形成され、且つ、最終孔型を除く第３孔型以降の最後の孔型には、折り曲げられた当該分割部位の先端部内側側面に直線形状の平坦部を形成させる水平部分が突起部の両端に接続して設けられ、最終孔型は平造形孔型であり、当該平造形孔型における圧延造形において、少なくとも最終パスでは、分割部位の先端部内側側面に形成された平坦部が当該平造形孔型の孔型側壁に面接触して行われる。
【選択図】図８

Description

本発明は、例えば矩形断面であるスラブ等を素材としてＨ形鋼を製造する製造方法に関する。

Ｈ形鋼を製造する場合には、加熱炉から抽出されたスラブやブルーム等の素材を粗圧延機によって粗形材（所謂ドッグボーン形状の被圧延材）に造形し、中間ユニバーサル圧延機によって上記粗形材のウェブやフランジの厚さを圧下し、併せて前記中間ユニバーサル圧延機に近接したエッジャー圧延機によって被圧延材のフランジに対し幅圧下や端面の鍛錬と整形が施される。そして、仕上ユニバーサル圧延機によってＨ形鋼製品が造形される。

このようなＨ形鋼の製造方法において、矩形断面であるスラブ素材から所謂ドッグボーン形状の粗形材を造形する方法として種々の技術が創案されている。例えば特許文献１には、矩形断面素材に対し、ボックス孔型間のロールカラー部に形成された割り入れ突部を用いて素材端部に溝を入れ、ボックス孔型と割り入れ突部を併用して大サイズの粗形鋼片（ドッグボーン形状素材）を得る技術が開示されている。

また、例えば特許文献２には、粗圧延工程の第１の孔型においてスラブ端面に割り込みを入れた後、第２以降の孔型において当該割り込みを割広げる、又は、割り込み深さを深くさせエッジング圧延を行い、それ以降の孔型にてスラブ端面の割り込みを消去する技術が開示されている。

特開昭６０−２１１０１号公報 特開平７−８８５０１号公報

近年、構造物等の大型化に伴い大型のＨ形鋼製品の製造が望まれている。特にＨ形鋼の強度・剛性に大きく寄与するフランジを従来に比べて広幅化した製品が望まれている。フランジが広幅化されたＨ形鋼製品を製造するためには、粗圧延工程における造形から従来に比べフランジ幅の大きな被圧延材を造形する必要がある。

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、割り込みを入れたスラブ等の素材に対して、特に割り込み形状の変遷等を経ずに、即座に底面がフラット形状のボックス孔型によってエッジング圧延を行い、フランジ相当部を造形しており、このような方法では被圧延材の形状を急激に変化させることに伴う形状不良が生じやすい。特に、このような造形における被圧延材の形状変化は、被圧延材とロールとの接触部の力と、被圧延材の曲げ剛性との関係によって定まるものであり、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼を製造する場合には形状不良がより生じやすいといった問題がある。

また、例えば上記特許文献２に開示されている技術では、スラブ等の素材の端面（スラブ端面）に割り込みを入れ、当該端面をエッジングし、その幅拡がりを利用して粗圧延を行う方法では、フランジの広幅化に限界がある。即ち、従来の粗圧延方法においてフランジの広幅化を図るためにはウェッジ設計（割り込み角度の設計）、圧下調整、潤滑調整といった技術により幅拡がりの向上が図られるが、いずれの方法もフランジ幅に大幅に寄与するものではないため、エッジング量に対するフランジ幅の拡がり量の比率を示す幅拡がり率は、エッジングの初期段階の効率が最も高い条件でも０．８程度であり、同一孔型でエッジングを繰り返す条件では、フランジ幅の拡がり量が大きくなるにつれて低下し、最終的には０．５程度になることが知られている。また、スラブ等の素材自体を大型化し、エッジング量を大きくすることも考えられるが、粗圧延機の設備規模や圧下量等には装置限界があるため十分な製品フランジの広幅化が実現されないといった事情がある。

また、フランジが広幅化されたＨ形鋼製品を製造する際には、粗圧延工程における造形から従来に比べフランジ幅の大きな被圧延材を造形するために、粗圧延工程やその後の圧延工程において従来にはなかった形状不良等の問題点があることが懸念され、その解消方法の実現が求められている。

このような事情に鑑み、本発明の目的は、Ｈ形鋼を製造する際の孔型を用いた粗圧延工程において、スラブ等の素材の端面に鋭角の先端形状をした突起部で深く割り込みを入れ、それによって形成されたフランジ部を順次折り曲げることによって、被圧延材における形状不良の発生を抑制させ、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼製品を効率的且つ安定的に製造すると共に、粗圧延工程での平造形孔型を用いた造形において形状不良を生じさせずに通材性の向上を図ることが可能なＨ形鋼の製造技術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、粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を備えたＨ形鋼の製造方法であって、前記粗圧延工程を行う圧延機には、被圧延材を造形する５以上の複数の孔型が刻設され、当該複数の孔型では被圧延材の１又は複数パス造形が行われ、前記複数の孔型のうち第１孔型及び第２孔型には、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れて被圧延材端部に分割部位を形成させる突起部が形成され、前記複数の孔型のうち最終孔型を除く第３孔型以降には、前記割り込みに当接し、形成された分割部位を順次折り曲げる突起部が形成され、且つ、前記複数の孔型のうち最終孔型を除く第３孔型以降の最後の孔型には、折り曲げられた当該分割部位の先端部内側側面に直線形状の平坦部を形成させる水平部分が突起部の両端に接続して設けられ、前記複数の孔型のうち最終孔型は平造形孔型であり、当該平造形孔型における圧延造形において、少なくとも最終パスでは、前記分割部位の先端部内側側面に形成された平坦部が当該平造形孔型の孔型側壁に面接触して行われることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。

前記複数の孔型のうち最終孔型を除く第３孔型以降の最後の孔型に形成される突起部の先端角度は１３０°以上１７０°以下であっても良い。

前記複数の孔型のうち最終孔型を除く第３孔型以降の最後の孔型における圧延造形は、複数パスで行われても良い。

前記平造形孔型での圧延造形は、前記分割部位に相当する被圧延材のフランジ部において、フランジ片幅とフランジ厚との比Ｉが１．３０以上である場合に、当該フランジ部のフランジ幅圧下率を１０％以上として行われても良い。

本発明によれば、Ｈ形鋼を製造する際の孔型を用いた粗圧延工程において、スラブ等の素材の端面に鋭角の先端形状をした突起部で深く割り込みを入れ、それによって形成されたフランジ部を順次折り曲げることによって、被圧延材における形状不良の発生を抑制させ、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼製品を効率的且つ安定的に製造すると共に、粗圧延工程での平造形孔型を用いた造形において形状不良を生じさせずに通材性の向上を図ることができる。

Ｈ形鋼の製造ラインについての概略説明図である。 第１孔型の概略説明図である。 第２孔型の概略説明図である。 第３孔型の概略説明図である。 第４孔型の概略説明図である。 第５孔型（平造形孔型）の概略説明図である。 第４孔型での造形後の被圧延材に対し、第５孔型を用いてウェブ部の厚み圧下を含む造形を実施した場合の説明図である。 第４孔型において、フランジ部と孔型ロールとの接触面の形状を改良した場合の概略説明図である。 フランジ先端側面部が形成された被圧延材の第５孔型での圧延造形の様子を示す概略説明図である。 フランジ先端側面部の圧延造形を詳細に示す概略拡大説明図である。 第５孔型でのフランジ部の圧下率と、第５孔型での造形後にフランジ部の外側面に生じる疵の深さとの関係を示すグラフである。

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。

図１は、本実施の形態にかかる圧延設備１を含むＨ形鋼の製造ラインＴについての説明図である。図１に示すように、製造ラインＴには上流側から順に、加熱炉２、サイジングミル３、粗圧延機４、中間ユニバーサル圧延機５、仕上ユニバーサル圧延機８が配置されている。また、中間ユニバーサル圧延機５に近接してエッジャー圧延機９が設けられている。なお、以下では、説明のために製造ラインＴにおける鋼材を、総称して「被圧延材Ａ」と記載し、各図において適宜その形状を破線・斜線等を用いて図示する場合がある。

図１に示すように、製造ラインＴでは、加熱炉２から抽出された例えばスラブ１１等の被圧延材Ａがサイジングミル３ならびに粗圧延機４において粗圧延される。次いで、中間ユニバーサル圧延機５において中間圧延される。この中間圧延時には、必要に応じてエッジャー圧延機９によって被圧延材の端部等（後述するフランジ部８０）に対して圧下が施される。通常の場合、サイジングミル３及び粗圧延機４のロールには、合わせて４〜６個程度の孔型が刻設されており、これらを経由して１０数パス程度のリバース圧延でＨ形粗形材１３が造形され、該Ｈ形粗形材１３を前記中間ユニバーサル圧延機５−エッジャー圧延機９の２つの圧延機からなる圧延機列を用いて、複数パスの圧下が加えられ、中間材１４が造形される。そして中間材１４は、仕上ユニバーサル圧延機８において製品形状に仕上圧延され、Ｈ形鋼製品１６が製造される。

次に、以下では図１に示したサイジングミル３及び粗圧延機４に刻設される孔型構成や孔型形状について図面を参照して説明する。図２〜図６は粗圧延工程を行うサイジングミル３及び粗圧延機４に刻設される孔型についての概略説明図である。ここで、説明する第１孔型〜第４孔型は、例えばサイジングミル３に全て刻設されても良く、サイジングミル３及び粗圧延機４に第１孔型〜第５孔型の５つの孔型が分けて刻設されても良い。即ち、第１孔型〜第４孔型はサイジングミル３及び粗圧延機４の両方に亘って刻設されても良く、どちらか一方の圧延機に刻設されても良い。通常のＨ形鋼の製造における粗圧延工程では、これら各孔型において１又は複数パスでの造形が行われる。

また、本実施の形態では刻設される孔型が５つの場合を例示して説明するが、その孔型数についても、必ずしも５孔型である必要はなく、５以上の複数の孔型数であっても良い。即ち、Ｈ形粗形材１３を造形するために好適な孔型構成であれば良い。なお、図２〜図６では、各孔型における造形時の被圧延材Ａの概略最終パス形状を破線にて図示している。

図２は第１孔型Ｋ１の概略説明図である。第１孔型Ｋ１は、一対の水平ロールである上孔型ロール２０と下孔型ロール２１に刻設され、これら上孔型ロール２０と下孔型ロール２１のロール隙において被圧延材Ａが圧下・造形される。また、上孔型ロール２０の周面（即ち、第１孔型Ｋ１の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部２５が形成されている。更に、下孔型ロール２１の周面（即ち、第１孔型Ｋ１の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部２６が形成されている。これら突起部２５、２６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部２５と突起部２６とでそれぞれ等しく構成されている。突起部２５、２６の高さ（突出長さ）をｈ１とし、先端部角度をθ１ａとする。

この第１孔型Ｋ１においては、突起部２５、２６が被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に押し当てられ、割り込み２８、２９が形成される。ここで、突起部２５、２６の先端部角度（ウェッジ角度とも呼称される）θ１ａは例えば２５°以上４０°以下であることが望ましい。

ここで、第１孔型Ｋ１の孔型幅は、被圧延材Ａの厚み（即ち、スラブ厚）とほぼ等しいことが好ましい。具体的には、第１孔型Ｋ１に形成された突起部２５、２６の先端部における孔型の幅と、スラブ厚を同一にすることで、被圧延材Ａの左右センタリング性が好適に確保される。また、このような孔型寸法の構成とすることで、図２に示すように、第１孔型Ｋ１での造形時において、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）においては、上記突起部２５、２６及び孔型側面（側壁）の一部が被圧延材Ａと接していて、割り込み２８、２９により４つの要素（部位）に分割されたスラブ上下端部に対して、第１孔型Ｋ１の上面及び底面にて積極的な圧下が行われない方が好ましい。孔型の上面及び底面による圧下は、被圧延材Ａの長手方向への伸びを生じさせてしまい、フランジ（後述するフランジ部８０）の生成効率を低下させてしまうからである。即ち、第１孔型Ｋ１においては、突起部２５、２６が被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に押し当てられ、割り込み２８、２９が形成される際の突起部２５、２６における圧下量（ウェッジ先端圧下量）は、スラブ上下端部における圧下量（スラブ端面圧下量）よりも十分に大きなものとされ、これにより割り込み２８、２９が形成される。

図３は第２孔型Ｋ２の概略説明図である。第２孔型Ｋ２は、一対の水平ロールである上孔型ロール３０と下孔型ロール３１に刻設される。上孔型ロール３０の周面（即ち、第２孔型Ｋ２の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部３５が形成されている。更に、下孔型ロール３１の周面（即ち、第２孔型Ｋ２の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部３６が形成されている。これら突起部３５、３６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部３５と突起部３６とでそれぞれ等しく構成されている。これら突起部３５、３６の先端部角度は２５°以上４０°以下のウェッジ角度θ１ｂであることが望ましい。

なお、上記第１孔型Ｋ１のウェッジ角度θ１ａは、フランジ相当部の先端部厚みを確保し、誘導性を高め、圧延の安定性を担保するために、後段の第２孔型Ｋ２のウェッジ角度θ１ｂと同じ角度であることが好ましい。

突起部３５、３６の高さ（突出長さ）ｈ２は、上記第１孔型Ｋ１の突起部２５、２６の高さｈ１より高く構成されており、ｈ２＞ｈ１となっている。また、突起部３５、３６の先端部角度は上記第１孔型Ｋ１の突起部２５、２６の先端部角度と同じであることが圧延寸法精度上、好ましい。これら上孔型ロール３０と下孔型ロール３１のロール隙において、上記第１孔型Ｋ１通材後の被圧延材Ａが更に造形される。

ここで、第１孔型Ｋ１に形成される突起部２５、２６の高さｈ１より、第２孔型Ｋ２に形成される突起部３５、３６の高さｈ２の方が高く、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）への侵入長さも同様に第２孔型Ｋ２の方が長くなる。第２孔型Ｋ２での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さは、突起部３５、３６の高さｈ２と同じである。即ち、第１孔型Ｋ１での突起部２５、２６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ１’と、第２孔型Ｋ２での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ２はｈ１’＜ｈ２との関係になっている。
また、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面３０ａ、３０ｂ及び孔型底面３１ａ、３１ｂと、突起部３５、３６の傾斜面とのなす角度θｆは、図３に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

図３に示すように、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）へ押し当てられた時の突起部の侵入長さが長いことから、第２孔型Ｋ２においては、第１孔型Ｋ１において形成された割り込み２８、２９が更に深くなるように造形が行われ、割り込み３８、３９が形成される。なお、ここで形成される割り込み３８、３９の寸法に基づき粗圧延工程でのフランジ造形工程終了時のフランジ片幅が決定される。

また、第２孔型Ｋ２での造形は多パスにより行われるが、当該多パス造形においては、最終パスにて被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と、それに対向する孔型上面３０ａ、３０ｂ及び孔型底面３１ａ、３１ｂとが接触するような造形が行われる。これは、第２孔型Ｋ２での全てのパスにおいて被圧延材Ａの上下端部と孔型内部とを非接触とすると、フランジ相当部（後述するフランジ部８０に対応する部位）が左右非対称に造形されるといった形状不良が生じる恐れがあり、通材性の面で問題があるからである。

図４は第３孔型Ｋ３の概略説明図である。第３孔型Ｋ３は、一対の水平ロールである上孔型ロール４０と下孔型ロール４１に刻設される。上孔型ロール４０の周面（即ち、第３孔型Ｋ３の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部４５が形成されている。更に、下孔型ロール４１の周面（即ち、第３孔型Ｋ３の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部４６が形成されている。これら突起部４５、４６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部４５と突起部４６とでそれぞれ等しく構成されている。

上記突起部４５、４６の先端部角度θ２は、上記角度θ１ｂに比べ広角に構成され、突起部４５、４６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ３は、上記突起部３５、３６の侵入深さｈ２よりも短くなっている（即ち、ｈ３＜ｈ２）。この角度θ２は例えば７０°以上１１０°以下が好ましい。
また、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面４０ａ、４０ｂ及び孔型底面４１ａ、４１ｂと、突起部４５、４６の傾斜面とのなす角度θｆは、図４に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

図４に示すように、第３孔型Ｋ３では、第２孔型Ｋ２通材後の被圧延材Ａに対し、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において第２孔型Ｋ２において形成された割り込み３８、３９が、突起部４５、４６が押し当てられることにより、割り込み４８、４９となる。即ち、第３孔型Ｋ３での造形における最終パスでは、割り込み４８、４９の最深部角度（以下、割り込み角度とも呼称する）がθ２となる。換言すると、第２孔型Ｋ２において割り込み３８、３９の形成と共に造形された分割部位（後述するフランジ部８０に対応する部位）が外側に折り曲げられるような造形が行われる。

また、図４に示す第３孔型Ｋ３での造形は少なくとも１パス以上によって行われ、このうちの少なくとも１パス以上は、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部（第３孔型Ｋ３の上面及び底面）が接触した状態で行われる。この被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部が接触した状態においては、当該端部の軽圧下が行われることが好ましい。

図５は第４孔型Ｋ４の概略説明図である。第４孔型Ｋ４は、一対の水平ロールである上孔型ロール５０と下孔型ロール５１に刻設される。上孔型ロール５０の周面（即ち、第４孔型Ｋ４の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部５５が形成されている。更に、下孔型ロール５１の周面（即ち、第４孔型Ｋ４の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部５６が形成されている。これら突起部５５、５６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部５５と突起部５６とでそれぞれ等しく構成されている。

上記突起部５５、５６の先端部角度θ３は、上記角度θ２に比べ広角に構成され、突起部５５、５６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ４は、上記突起部４５、４６の侵入深さｈ３よりも短くなっている（即ち、ｈ４＜ｈ３）。
また、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面５０ａ、５０ｂ及び孔型底面５１ａ、５１ｂと、突起部５５、５６の傾斜面とのなす角度θｆは、上記第３孔型Ｋ３と同様に、図５に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

第４孔型Ｋ４では、第３孔型Ｋ３通材後の被圧延材Ａに対し、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において第３孔型Ｋ３において形成された割り込み４８、４９が、突起部５５、５６が押し当てられることにより押し広げられ、割り込み５８、５９となる。即ち、第４孔型Ｋ４での造形における最終パスでは、割り込み５８、５９の最深部角度（以下、割り込み角度とも呼称する）がθ３となる。換言すると、第３孔型Ｋ３において割り込み４８、４９の形成と共に造形された分割部位（後述するフランジ部８０に対応する部位）が更に外側に折り曲げられるような造形が行われる。このようにして造形された被圧延材Ａの上下端部の部位は、後のＨ形鋼製品のフランジに相当する部位であり、ここではフランジ部８０と呼称する。

図５に示す第４孔型Ｋ４での造形は少なくとも１パス以上によって行われ、このうちの少なくとも１パス以上は、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部（第４孔型Ｋ４の上面及び底面）が接触した状態で行われる。この被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部が接触した状態においては、当該端部の軽圧下が行われることが好ましい。

図６は第５孔型Ｋ５の概略説明図である。第５孔型Ｋ５は、一対の水平ロールである上孔型ロール８５と下孔型ロール８６から構成される。図６に示すように、第５孔型Ｋ５では、第４孔型Ｋ４までに造形された被圧延材Ａが９０°あるいは２７０°回転させられ、第４孔型Ｋ４までは被圧延材Ａの上下端に位置していたフランジ部８０が、圧延ピッチライン上に来るような配置となる。そして、第５孔型Ｋ５では、２か所のフランジ部８０を繋ぐ接続部であるウェブ部８２の圧下及びフランジ部８０のフランジ先端部を圧下することでフランジ幅の寸法調整が行われる。このようにしていわゆるドッグボーン形状のＨ形粗形材（図１に示すＨ形粗形材１３）が造形される。なお、この第５孔型Ｋ５はウェブ部８２を圧下して減厚させることから、ウェブ減厚孔型あるいは平造形孔型とも呼称される。なお、この平造形孔型（第５孔型Ｋ５）における圧延造形は、１又は任意の複数パスで行われる。

このように造形されたＨ形粗形材１３に対し、既知の圧延機である中間ユニバーサル圧延機５−エッジャー圧延機９の２つの圧延機からなる圧延機列を用いて、複数パスのリバース圧延が加えられ、中間材１４が造形される。そして中間材１４は、仕上ユニバーサル圧延機８において製品形状に仕上圧延され、Ｈ形鋼製品１６が製造される（図１参照）。

上述したように、本実施の形態にかかる第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いて被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に割り込みを入れ、それら割り込みによって左右に分かれた各部分を左右に折り曲げる加工を行い、フランジ部８０を形成するといった造形をすることで、被圧延材Ａ（スラブ）の上下端面をほぼ上下方向に圧下することなくＨ形粗形材１３の造形を行うことができる。即ち、従来行われていたスラブ端面を常に圧下する粗圧延方法に比べ、フランジ幅を広幅化させてＨ形粗形材１３を造形することが可能となり、その結果、フランジ幅の大きな最終製品（Ｈ形鋼）を製造することができる。

ここで、本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法においては、上述した第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形された被圧延材Ａのフランジ部８０の形状が、従来の製造方法における平孔型造形前のフランジ部の形状に比べ、製品フランジの形状に近い形状である。これは、素材として用いる矩形断面の素材（スラブ）の端部形状を変えることなく、割り込みを入れて造形した分割部位（フランジ部８０）を折り曲げる加工を行うといった造形技術を採用していることに起因する。

また、このような造形技術に代表されるＨ形鋼の圧延造形技術では、第５孔型Ｋ５（平造形孔型）において、フランジ部８０に対する圧下率に比べウェブ部８２の圧下率が相対的に大きい。これは、第５孔型Ｋ５までの圧下造形において被圧延材Ａのウェブ部８２に相当する部分の圧下が行われないことに起因する。

本発明者らの検証によれば、上記説明した第５孔型Ｋ５（平造形孔型）でのウェブ部８２の圧下及びフランジ部８０の先端部圧下においては、上述した「フランジ部８０の形状が、従来の製造方法における平孔型造形前のフランジ部の形状に比べ、製品フランジの形状に近い」といった理由や、「フランジ部８０に対する圧下率に比べウェブ部８２の圧下率が相対的に大きい」との理由により、被圧延材Ａ（特にフランジ部８０）の寸法精度や通材性に問題点が存在することが分かった。
そこで、本発明者らは、これらの問題点を検証すると共に、上述した素材として用いる矩形断面の素材（スラブ）の端部形状を変えることなく、割り込みを入れて造形した分割部位（フランジ部８０）を折り曲げる加工を行うといった造形技術において当該問題点を解消することが可能な技術について更なる検討を行った。以下、上記問題点ならびに検討した内容について図面を参照して説明する。

先ず、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いた造形方法において、第４孔型Ｋ４での造形後、第５孔型Ｋ５（平造形孔型）を用いた際の寸法精度や通材性に関する問題点について説明する。
図７は、第４孔型Ｋ４での造形後の被圧延材Ａに対し、上記第５孔型Ｋ５を用いてウェブ部８２の厚み圧下を含む複数パスでの造形を実施した場合の説明図であり、（ａ）は圧延造形の前半パスでの定常部の概略断面形状、（ｂ）は圧延造形の後半パスでの定常部の概略断面形状を示している。なお、図７においては、フランジ部８０の形状変化の様子を示すためにフランジ部８０を拡大するように被圧延材Ａの一部を拡大して図示している。

図７に示すように、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形された被圧延材Ａに対し、第５孔型Ｋ５では、ウェブ部８２の圧下率がフランジ部８０の圧下率に比べ相対的に大きい。そのため、ウェブ部８２減厚時にウェブ高さ方向（平造形孔型の側壁方向）へのメタルの拡がり（メタルフロー）が生じる。このような場合、図７（ａ）に示すように、フランジ部８０と第５孔型Ｋ５の孔型ロールとの最初の接触開始位置が局部的な範囲（図７（ａ）中の破線で示す部分）に限定されてしまう。これにより、フランジ部８０の外面のロール側壁との接触幅がフランジ先端部分に限定されるために面圧が高くなると共に、フランジ中央部方向へのすり下げ疵の発生原因をつくり易い条件となってしまう。

また、図７（ｂ）に示すように、フランジ部８０が平造形孔型９０外側に押し付けられると同時に、フランジ部８０の先端部がプルダウンによってロールから離れてしまい、フランジ先端部が内側に張り出してしまうといった現象（いわゆるオーバーハング）が生じやすい。一旦張り出しが発生すると、次工程であるユニバーサル圧延（中間圧延）にて、フランジ内側にすり下げ疵を発生させてしまう可能性が極めて高い。更には、ウェブ部８２の厚み圧下量が大きくなると、フランジ部８０へのメタルフローが大きくなり、フランジ部８０の折れ曲がりといった形状不良も懸念される。また、フランジ部８０の形状の変化が大きいために、圧延時の通材性が悪化し、寸法精度の悪化が懸念される。

このような図７を参照して説明した問題点は、従来よりもフランジ片幅が大きい（高い）Ｈ形鋼製品を製造する場合にはより顕著となる。これは、素材のスラブ厚に対して造形されるフランジ片幅が大きければ大きい程、フランジ部８０全体の曲げ変形が起こり易く、フランジ部８０の先端部に変形が集中する傾向があるためである。

以上、図７を参照して説明したように、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形された被圧延材Ａに対し、第５孔型Ｋ５では、ウェブ部８２の圧下率がフランジ部８０の圧下率に比べ相対的に大きい圧延造形が行われるため、種々の問題点が懸念される。このような問題点に鑑み、本発明者らは、第４孔型Ｋ４の孔型形状と第５孔型Ｋ５の孔型形状との関係性に着目し、特に第４孔型Ｋ４の孔型形状を好適なものとすることで、寸法精度や通材性の悪化といった問題点を解決し、効率的な圧延造形が実施可能であるとの知見を見出した。以下、本知見について説明する。

図８は、上記説明した第４孔型Ｋ４において、フランジ部８０と孔型ロールとの接触面の形状を改良した場合の概略説明図であり、第４孔型Ｋ４’として図示している。図８（ａ）は被圧延材Ａの折り曲げ造形前を示しており、図８（ｂ）は被圧延材Ａの折り曲げ後を示している。なお、図８に示す第４孔型Ｋ４’において、図５に示した第４孔型Ｋ４と共通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してその説明は省略する。

図８に示すように、第４孔型Ｋ４’の孔型ロールの周面には、突起部５５、５６の両端（突起部傾斜面の両端）に位置する直線形状の水平部分１００が形成されている。これら水平部分１００は、所定の長さを有しており、図８（ｂ）に示すように、フランジ部８０の折り曲げ造形終了時に、当該フランジ部８０の先端部内側側面（Ｈ形鋼製品におけるフランジ外側面の先端部に相当）が当接し、圧延ピッチラインに対し水平な直線形状（平坦形状）のフランジ先端側面部８０ａが形成される。ここで、第４孔型Ｋ４’のウェッジ角度θ３は例えば１３０°以上１７０°以下であることが好ましい。
また、水平部分１００と被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面５０ａ、５０ｂ及び孔型底面５１ａ、５１ｂとがなす角度θｆ１は、４箇所とも約９０°（略直角）としても良いが、ロール摩耗に伴うロール回復（ロール修復）の利便性に鑑み、例えば約９０°＋５°〜１０°としても良い。

第４孔型Ｋ４’での圧延造形によれば、図８（ｂ）に示すように、フランジ部８０の先端部に圧延ピッチラインに対し水平な形状のフランジ先端側面部８０ａが形成された状態で圧延造形が完了する。そして、第４孔型Ｋ４’での圧延造形が完了した後、第５孔型Ｋ５においてウェブ部８２の圧下及びフランジ部８０の先端部を圧下することでフランジ幅の寸法調整が行われる。このようにしていわゆるドッグボーン形状のＨ形粗形材が造形される。なお、図８に示す第４孔型Ｋ４’での圧延造形は、少なくとも１パス以上によって行われ、このうちの少なくとも１パス以上は、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部（第４孔型Ｋ４’の上面５０ａ、５０ｂ及び底面５１ａ、５１ｂ）が接触した状態で行われる。加えて、図８（ｂ）に示すように、フランジ部８０の先端部にフランジ先端側面部８０ａを形成させるにあたり、当然、当該フランジ先端側面部８０ａが第４孔型Ｋ４’の孔型ロールの水平部分１００に接触するように圧延造形が行われる。

また、第４孔型Ｋ４’での圧延造形において、被圧延材Ａのセンタリング性を担保するといった観点から、図８（ａ）に示すように、折り曲げ造形前のフランジ部８０が第１パスにおいて突起部５５、５６のテーパー形状部分（即ち、突起部傾斜面）に接触するような圧延造形が行われる必要がある。即ち、第４孔型Ｋ４’での折り曲げ造形開始時において、フランジ部８０が上記水平部分１００から先に接触してしまうといった条件では圧延造形は行われない。
具体的には、第３孔型Ｋ３で圧延造形された被圧延材Ａの割り込み４８、４９の割り込み幅（最終パスでの割り込み４８、４９の最大箇所での幅）をＬ１としたときに（図４参照）、第４孔型Ｋ４’の突起部５５、５６の投影幅（突起部の根元幅）Ｌ２が、当該Ｌ１よりも広幅となるような孔型設計とされれば良い。なお、このような条件に鑑み、第３孔型Ｋ３のウェッジ角度θ２は７０°以上１１０°以下であることが好ましく、且つ、第４孔型Ｋ４’のウェッジ角度θ３は例えば１３０°以上１７０°以下であることが好ましい。

このとき、フランジ部８０にフランジ先端側面部８０ａが形成されていることで、第５孔型Ｋ５での孔型ロールへの被圧延材Ａの当接過程が図６、７を参照して上述した場合と異なるものとなる。即ち、被圧延材Ａが９０°あるいは２７０°回転させられることで、フランジ先端側面部８０ａが圧延ピッチラインに対し略鉛直方向となるような姿勢で第５孔型Ｋ５での圧延造形が行われる。
以下では第４孔型Ｋ４’で圧延造形された被圧延材Ａに対する第５孔型Ｋ５での圧延造形について図９、１０を参照して説明する。

図９は、上記第４孔型Ｋ４’で圧延造形され、フランジ先端側面部８０ａが形成された被圧延材Ａの第５孔型Ｋ５での圧延造形の様子を示す概略説明図である。なお、図９において、図６を参照して上記説明した各構成要素に関し共通の機能構成を有するものについては、同一の符号を付して図示し、その説明は省略する。
また、図１０はフランジ先端側面部８０ａの圧延造形をより詳細に示す概略拡大説明図であり、第５孔型Ｋ５での圧延前の形状（図中破線）と圧延後の形状（図中実線）を併せて図示している。

図９、１０に示すように、第４孔型Ｋ４’で圧延造形され、フランジ先端側面部８０ａが形成された被圧延材Ａは、第５孔型Ｋ５においてウェブ部８２減厚時にウェブ高さ方向（平造形孔型の側壁方向）へのメタルの拡がり（メタルフロー）があったとしても、フランジ部８０の角度が第５孔型Ｋ５の孔型ロールの側壁の角度に近いことから、接触後、直ちにロール形状になじみ易く、より早い段階で、フランジ先端側面部８０ａが第５孔型Ｋ５の側壁に面接触することになる。これにより、図７を参照して説明した通材性や寸法精度の悪化を抑制・回避することが可能となり、第５孔型Ｋ５における圧延造形の安定化が図られる。特に、従来よりもフランジ片幅が大きい（高い）Ｈ形鋼製品を製造する場合には、その作用効果はより顕著となる。
なお、このような第５孔型Ｋ５での圧延造形が複数パスで行われる場合には、上述したフランジ先端側面部８０ａが第５孔型Ｋ５の側壁に面接触するような圧延造形は少なくとも最終パスを含む１パス以上で実施される。

次に、本発明者らは、上記第４孔型Ｋ４’を用いて圧延造形を行うべきであり、本発明技術の対象となる素材の厚み（スラブ厚）や、製品フランジ幅に関して検討を行った。以下、本検討について説明する。

図８に示す第４孔型Ｋ４’において、従来よりフランジ幅（フランジ片幅）の大きなＨ形鋼製品を製造する場合に、少なくとも１パス以上の圧延造形においてフランジ部８０の先端部が孔型上面５０ａ、５０ｂ及び孔型底面５１ａ、５１ｂと接触した状態で当該圧延造形は行われる。本発明者らは、この第４孔型Ｋ４’で圧延造形された被圧延材Ａについて、特にフランジ部８０の変形の形態に関しては、第５孔型Ｋ５における変形でのフランジ片幅とフランジ厚との比Ｉ（Ｉ＝フランジ片幅／フランジ厚）の値に応じて変形形態が異なることに鑑み、本発明技術を適用すべき素材の条件や、第４孔型Ｋ４’の圧延条件について検討を行った。
なお、本実施の形態において、第５孔型Ｋ５の変形でのフランジ片幅とフランジ厚との比Ｉは、図６に示すように、１箇所のフランジ部８０の片幅（フランジ片幅）と当該フランジ部８０の厚み（フランジ厚）との比で規定される。

例えば非特許文献「昭和５３年塑性加工春季講演会（１９７８．５．１７〜１９広島）、２０９〜２１０頁」に記載されているように、矩形断面の被圧延材に係る圧延による変形形態（変形モード）は主にシングルバルジングと呼ばれる形態と、ダブルバルジングと呼ばれる形態に大別される。これらの知見に基づいて、Ｈ形鋼のフランジ部に着目し、上記非特許文献に記載のロール径、圧下率、板幅、板厚をそれぞれＨ形鋼の通常の製造条件に適用した場合、これらシングルバルジングとダブルバルジングとの境界は、矩形断面材の上記フランジ片幅とフランジ厚との比Ｉ（以下、単にＩとも記載）の値が約１．３０である場合となることが知られており、Ｉが１．３０を超えると圧延による変形が被圧延材の端部に集中してダブルバルジング形状となり、Ｉが１．３０以下であると圧延による変形が被圧延材の中央に集中してシングルバルジング形状となる。

本実施の形態に係るフランジ部８０に適用すると、フランジ部８０の形状が上記ダブルバルジング形状となった場合、フランジ部８０の先端において局部的な増厚が引き起こされ、その状態で平造形孔型（第５孔型Ｋ５）による圧延造形を行うと、増厚箇所に疵が発生し、形状不良、寸法精度不良といった問題が生じる恐れがある。
従って、Ｉが１．３０を超えるようなフランジ部８０に対しては、図８に示す第４孔型Ｋ４’を適用して粗圧延を実施することで、生じる恐れのあるフランジ部８０先端の疵を抑制することが可能となり、また、フランジ部の不均一変形といった形状不良を抑制して、安定的且つ効率的な圧延造形が実施可能となる。

上述した条件を具体的な素材の厚み（スラブ厚）ならびに、所望するフランジ幅のＨ形鋼製品に適用して、その一例を挙げる。
表１は、素材の厚み（一般的に知られるスラブ厚）が２５０ｍｍ、３００ｍｍであり、製造されるＨ形鋼のフランジ幅が３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍである場合のＩの値を示すものである。なお、本実施の形態に係る圧延造形では、スラブエッジング造形後にフランジ部８０の形状として製品フランジ形状に近い形状が得られることから、積極的なフランジ幅の圧下は行われない。このため、粗圧延後のフランジ片幅とＨ形鋼製品のフランジ片幅はほぼ等しく、粗圧延後のフランジ部８０の片幅は、製造されるＨ形鋼のフランジ幅の半分の値１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ、３００ｍｍと考えればよい。

表１に示すように、本実施の形態に係る圧延造形技術では、スラブ厚に割り込みを入れて、分割部位を折り曲げる造形法を採用しているため、スラブ厚のおよそ１／２がそのまま粗圧延後の仕上がりフランジ厚となるため、２５０ｍｍ厚の素材から製品フランジ幅４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍのＨ形鋼製品を製造する場合には、Ｉが１．３０を超えた値となっている。また、３００ｍｍ厚の素材から製品フランジ幅４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍのＨ形鋼製品を製造する場合にも、Ｉが１．３０を超えた値となっている。即ち、このような条件下においてＨ形鋼を製造する場合には、本実施の形態に係る第４孔型Ｋ４’を用いた粗圧延を適用することが望ましく、フランジの広幅なＨ形鋼製品の製造により有効であることが分かる。

更に本発明者らは、上記表１に示す条件のうち、Ｉが１．３０超である場合において、第５孔型Ｋ５までの粗圧延を実施した段階でフランジ部８０の外側面に疵が生じる場合があることに着目し、当該疵の深さについて調査し、その疵深さと第５孔型Ｋ５でのフランジ部８０の圧下率との関係に基づき、好適な圧下率を求めた。

図１１はＩが１．３０超である場合に、上記第４孔型Ｋ４’を用いた粗圧延工程を行う、その際の第５孔型Ｋ５でのフランジ部８０の圧下率（フランジ幅圧下率（％））と、第５孔型Ｋ５での造形後にフランジ部８０の外側面に生じる疵の深さ（疵深さ（ｍｍ））との関係を示すグラフである。
なお、Ｈ形鋼の製造における粗圧延工程で被圧延材に生じる疵深さの許容値は、一般的に約０．３ｍｍ程度であることが知られており、疵深さ約０．３ｍｍ以下であれば、その後の中間圧延、仕上げ圧延等の工程にて疵の消去等を行うことが可能である。

図１１に示すように、Ｉが１．３０超であり、上記第４孔型Ｋ４’を用いた粗圧延工程を行い、続いて第５孔型Ｋ５での圧延造形を行った場合に、第５孔型Ｋ５でのフランジ部８０の幅圧下率が２０％以下の範囲内においては、当該幅圧下率を大きくとる程、生じる疵の深さは浅くなることが分かる。これは、ウェブ圧下率に対して、フランジ幅圧下率を大きくすることで、ウェブ高さ方向への拡がり変形量を抑える効果があるためであり、本発明に係る孔型形状の改良技術と併せて疵発生の抑制に対し、大きな効果が有ることを示している。特に、上述した疵深さの許容値である約０．３ｍｍ以下との条件を満足させるためには、フランジ幅圧下率を１０％以上とすることが望ましいことが分かる。
即ち、本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法において、表１を参照して説明したＩが１．３０超となるような素材の厚み、フランジ幅のＨ形鋼製品寸法を満たすような条件下において、フランジ幅圧下率を１０％以上とすることでフランジ部８０に生じる疵深さを許容値以下（０．３ｍｍ以下）とすることが可能となり、フランジ部８０先端の疵を抑制し、安定的且つ効率的な圧延造形が実施可能となる。

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。

上記実施の形態において、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４’の４つの孔型を用いて被圧延材Ａの造形を行い、その後、第５孔型Ｋ５を用いて平造形圧延を行う技術を説明したが、粗圧延工程を実施する孔型数はこれに限られるものではなく、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４’に示す圧延造形工程を更に多くの孔型を用いて実施しても良い。即ち、上記実施の形態に示した孔型構成は一例であり、サイジングミル３や粗圧延機４に刻設される孔型の数は任意に変更可能であり、好適に粗圧延工程を実施することができる程度に適宜変更される。

また、Ｈ形鋼を製造する際の素材としてはスラブを例示して説明したが、類似形状のその他素材についても本発明は当然適用可能である。即ち、例えばビームブランク素材を造形してＨ形鋼を製造する場合にも適用できる。

本発明は、例えば矩形断面であるスラブ等を素材としてＨ形鋼を製造する製造方法に適用できる。

１…圧延設備
２…加熱炉
３…サイジングミル
４…粗圧延機
５…中間ユニバーサル圧延機
８…仕上ユニバーサル圧延機
９…エッジャー圧延機
１１…スラブ
１３…Ｈ形粗形材
１４…中間材
１６…Ｈ形鋼製品
２０…上孔型ロール（第１孔型）
２１…下孔型ロール（第１孔型）
２５、２６…突起部（第１孔型）
２８、２９…割り込み（第１孔型）
３０…上孔型ロール（第２孔型）
３１…下孔型ロール（第２孔型）
３５、３６…突起部（第２孔型）
３８、３９…割り込み（第２孔型）
４０…上孔型ロール（第３孔型）
４１…下孔型ロール（第３孔型）
４５、４６…突起部（第３孔型）
４８、４９…割り込み（第３孔型）
５０…上孔型ロール（第４孔型）
５１…下孔型ロール（第４孔型）
５５、５６…突起部（第４孔型）
５８、５９…割り込み（第４孔型）
８０…フランジ部
８０ａ…フランジ先端側面部
８２…ウェブ部
８５…上孔型ロール（第５孔型）
８６…下孔型ロール（第５孔型）
９０…平造形孔型
１００…水平部分
Ｋ１…第１孔型
Ｋ２…第２孔型
Ｋ３…第３孔型
Ｋ４、Ｋ４’…第４孔型
Ｋ５…第５孔型（平造形孔型）
Ｔ…製造ライン
Ａ…被圧延材

Claims (4)

1. 粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を備えたＨ形鋼の製造方法であって、
   前記粗圧延工程を行う圧延機には、被圧延材を造形する５以上の複数の孔型が刻設され、
   当該複数の孔型では被圧延材の１又は複数パス造形が行われ、
   前記複数の孔型のうち第１孔型及び第２孔型には、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れて被圧延材端部に分割部位を形成させる突起部が形成され、
   前記複数の孔型のうち最終孔型を除く第３孔型以降には、前記割り込みに当接し、形成された分割部位を順次折り曲げる突起部が形成され、且つ、前記複数の孔型のうち最終孔型を除く第３孔型以降の最後の孔型には、折り曲げられた当該分割部位の先端部内側側面に直線形状の平坦部を形成させる水平部分が突起部の両端に接続して設けられ、
   前記複数の孔型のうち最終孔型は平造形孔型であり、当該平造形孔型における圧延造形において、少なくとも最終パスでは、前記分割部位の先端部内側側面に形成された平坦部が当該平造形孔型の孔型側壁に面接触して行われることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
2. 前記複数の孔型のうち最終孔型を除く第３孔型以降の最後の孔型に形成される突起部の先端角度は１３０°以上１７０°以下であることを特徴とする、請求項１に記載のＨ形鋼の製造方法。
3. 前記複数の孔型のうち最終孔型を除く第３孔型以降の最後の孔型における圧延造形は、複数パスで行われることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＨ形鋼の製造方法。
4. 前記平造形孔型での圧延造形は、前記分割部位に相当する被圧延材のフランジ部において、フランジ片幅とフランジ厚との比Ｉが１．３０以上である場合に、当該フランジ部のフランジ幅圧下率を１０％以上として行われることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＨ形鋼の製造方法。