JP2021030232A - 左右フランジ厚みの異なる非対称h形鋼の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
0<ΔBi≦0.2tf ・・・(1)
但し、ΔBi:各圧延機でのウェブ内法拡幅量、tf:各圧延機での圧延前の薄手側フランジ厚である。
rf−0.2≦rw≦rf−0.1 ・・・(2)
但し、rw:ウェブ厚み圧下率、rf:フランジ厚み圧下率である。
図1は、本実施の形態にかかる圧延設備1を含む、左右フランジ厚みの異なる非対称H形鋼(いわゆる異厚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、粗圧延機列4、中間圧延機列5、仕上ユニバーサル圧延機8が配置されている。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。また、本明細書では、被圧延材Aは圧延方向左右にフランジ部が位置するいわゆる「H姿勢」にて圧延造形されるものとして説明する。また、被圧延材Aの各圧延段階において、最終H形鋼製品のフランジに相当する部位をフランジ部12と呼称し、そのフランジ部12の一方を薄肉フランジ部12a、他方を厚肉フランジ部12bと呼称する場合がある。また、ウェブに相当する部分をウェブ部20と呼称する場合がある。
次に、図1に示した中間圧延機列5の構成の概要について説明する。図2は中間圧延機列5の構成の一例を示す概略説明図である。なお、図2に示す構成は一例であり、本発明における中間圧延機列5の構成はこれに限定されるものではない。
次に、図2に示した中間圧延機列5を構成する中間ユニバーサル圧延機U1〜U7について説明する。図3は中間ユニバーサル圧延機U1のロール構成についての概略説明図(正面断面図)であり、(a)がロール構成の概略、(b)が圧延時の断面概略を示している。図3に示すように、中間ユニバーサル圧延機U1には、上下一対の水平ロール21、22と、左右一対の竪ロール31、32が設けられている。水平ロール21、22は、そのロール周面が被圧延材Aのウェブ部20に当接可能に構成され、そのロール側面の一部がフランジ部12(12a、12b)の内面に当接可能に構成されている。また、竪ロール31、32は、そのロール周面がフランジ部12(12a、12b)の外面に当接可能に構成されている。図示の構成では、一方の竪ロール31の周面が薄肉フランジ部12aの外面に当接し、他方の竪ロール32の周面が厚肉フランジ部12bの外面に当接する構成となっている。なお、図3では、各ロールのロール軸や圧延機筐体等の構成は図示を省略している。
次に、エッジャー圧延機E1〜E4の概略的な構成について説明する。図4はエッジャー圧延機E1のロール構成についての概略説明図(正面断面図)である。図4に示すように、エッジャー圧延機E1には、上下一対の水平ロール41、42が設けられている。水平ロール41、42は、そのロール周面の一部が左右のフランジ部12(12a、12b)のフランジ幅方向先端部のみに当接可能に構成されている。
本発明者らは、略H形形状の非対称な被圧延材Aに対し、例えば中間ユニバーサル圧延機U1〜U7において内法拡幅を伴うユニバーサル圧延を行う場合に関し、その圧延特性の検討を行った。図5は、ウェブ内法448mm、フランジ厚32mm/16mm、ウェブ厚14mmの被圧延材A(H形粗形材13)に対し、厚肉フランジ部の圧下率0.34、ウェブ圧下率0.31、内法拡幅量8mmと固定した条件で薄肉フランジ部の圧下率を変えた場合の圧延時の曲がりを数値解析したグラフである。なお、図5のグラフでは、曲がりの評価は、被圧延材Aのロールバイト出口からの距離に応じたウェブ高さ中心位置のずれによって行い、参考として内法拡幅を行わない場合のグラフも記載している。
以上検討したような圧延特性に鑑み、本発明者らは、左右のフランジ厚が異なる被圧延材Aに対し拡幅圧延を伴うユニバーサル圧延を行う場合の、内法拡幅量とフランジ幅の減少率との関係を数値解析により調査し、適正な圧延条件について鋭意検討を行った。
0<ΔBi≦0.2tf ・・・(1)
ここで、ΔBiの値が0超なのは、式(1)はウェブ内法拡幅を行う条件下での圧延特性を規定しているからである。
上記の通り、式(1)を満たす圧延条件でユニバーサル圧延を行うことで、左右のフランジ厚が異なる被圧延材Aに対し、曲がり等の通材不良を抑制させ、安定的に圧延造形を実施することができるが、一方で、設備条件等の理由により、上記式(1)を満たす圧延条件が実現されない場合には、左右のフランジ部(薄肉フランジ部12a及び厚肉フランジ部12b)に対する厚み圧下率を等しくした上で、薄肉フランジ部12aのフランジ幅拡がりを、厚肉フランジ部12bのフランジ幅拡がりに比べ促進させるような手段(薄肉側フランジ幅拡がり促進手段)を講じることが望ましい。薄肉フランジ部12aのフランジ幅拡がりを促進させることで、薄肉側と厚肉側のフランジ幅拡がりがなるべく同じになるように調整することが可能となり、その結果、曲がり等の通材不良が抑制されることになる。以下、その具体的な手段について説明する。
先ず、第1の薄肉側フランジ幅拡がり促進手段として、薄肉フランジ部12aに当接する水平ロール側面に潤滑材を付加する潤滑手段を用いることが考えられる。即ち、厚肉フランジ部12bに当接する水平ロール側面には潤滑を行わず、薄肉フランジ部12aに当接する水平ロール側面にのみ潤滑を行うことで、水平ロール側面における被圧延材Aとの間の摩擦係数を左右不均一とすることが考えられる。その際に用いられる潤滑材は特に限定されるものではないが、一般的なノズル等から吐出される潤滑油を用いれば良い。以下では、上記のように通常の圧延状態に付加的な潤滑材を供給する場合を「潤滑有」、供給しない場合を「潤滑無」と呼称する。
また、第2の薄肉側フランジ幅拡がり促進手段として、ユニバーサル圧延において薄肉フランジ部12aを圧下する竪ロール径と、厚肉フランジ部12bを圧下する竪ロール径と、を異なる径とするロール構成を用いることが考えられる。ユニバーサル圧延においては、水平ロール径が一定である場合に、竪ロール径を変えると、被圧延材Aと竪ロールとの間での接触弧長が異なることに起因し、フランジ幅拡がり量が異なる傾向があることが分かっている。具体的には、小径の竪ロールで圧下を行う場合の方が、大径の竪ロールで圧下を行う場合に比べ、フランジ幅拡がり量が大きくなることが分かっている。
一方で、薄手側の竪ロール径を厚手側の竪ロール径の0.33倍未満に設計すると、ロールの耐荷重が低下し、圧延荷重を下回る恐れがある。
従って、薄手側の竪ロール径は、厚手側の竪ロール径の0.33倍以上0.4倍以下に設計することが好ましい。
また、本発明者らは、ユニバーサル圧延では、被圧延材Aのフランジ部12とウェブ部20は一体的に圧延されることに着目し、被圧延材Aの断面全体における左右の断面積延伸を考慮すると、フランジの厚み圧下率(フランジ圧下率)>ウェブの厚み圧下率(ウェブ圧下率)、となるほど厚手側の減面率が大きくなる傾向があることを見出した。このような傾向に鑑み、ユニバーサル圧延におけるフランジ圧下率とウェブ圧下率の比率に着目し、ウェブ圧下率を小さくするように圧延条件設計を行うことで、曲がり等の通材不良が抑制されることが推定される。
rf−0.2≦rw≦rf−0.1 ・・・(2)
この式(2)を満たす条件下でもってウェブ圧下率をフランジ圧下率に比べ小さくすることで、曲がり等の通材不良が抑制され、安定的に圧延造形を実施できる。ここで、上記rfやrwといった厚み圧下率は、「(圧延前厚み−圧延後厚み)/圧延前厚み」で表される値である。
以上、図8に示す解析結果に基き算出された式(1)で示す圧延条件下で、左右のフランジ厚が異なる被圧延材Aに対し内法拡幅を伴うユニバーサル圧延を行うことで、圧下率によらずフランジ幅の減少が抑えられ、フランジ幅の減少に伴う減面率の左右差の影響なく通材させることができる。例えば、製品と同じ左右フランジ厚み比を有するH形粗形材13に対し、左右同じ圧下率でもってユニバーサル圧延を施し、最終製品である非対称H形鋼製品を製造する場合に、各ユニバーサル圧延の圧延条件を式(1)で示す圧延条件とすることで通材不良を抑えることができる。
即ち、既存の設備(既存の構成のユニバーサル圧延機)において非対称H形鋼製品を製造するにあたり、圧延条件を調整するだけで、圧延造形時の被圧延材Aの曲がりの発生を抑え、通材性を向上させ、圧延の安定化を実現させることができる。これにより安定的に非対称H形鋼を製造することができ、生産性の向上が図られる。
2…加熱炉
4…粗圧延機列
5…中間圧延機列
8…仕上ユニバーサル圧延機
11…素材
12…フランジ部
12a…薄肉フランジ部
12b…厚肉フランジ部
13…H形粗形材
14…中間材
16…非対称H形鋼製品
20…ウェブ部
21、22…(中間ユニバーサル圧延機の)水平ロール
31、32…(中間ユニバーサル圧延機の)竪ロール
41、42…(エッジャー圧延機の)水平ロール
U1〜U7…中間ユニバーサル圧延機(中間ユニバーサル圧延スタンド)
E1〜E4…エッジャー圧延機
A…被圧延材
T…製造ライン
Claims (5)
- 左右フランジ厚みの異なる非対称H形鋼の製造方法であって、
1又は複数の中間ユニバーサル圧延機を有する中間圧延機列で行われる中間圧延工程と、
仕上ユニバーサル圧延機で行われる仕上圧延工程と、を含み、
前記中間圧延工程及び前記仕上圧延工程でのユニバーサル圧延において被圧延材の左右フランジ部に対する厚み圧下率が等しい圧延条件下で、
ユニバーサル圧延の圧延条件が以下の式(1)を満たす場合には当該圧延条件下のままユニバーサル圧延を行い、
ユニバーサル圧延の圧延条件が以下の式(1)を満たさない場合には被圧延材の薄肉側フランジ幅拡がりを促進させる手段を適用してユニバーサル圧延を行うことを特徴とする、非対称H形鋼の製造方法。
0<ΔBi≦0.2tf ・・・(1)
但し、ΔBi:各圧延機でのウェブ内法拡幅量、tf:各圧延機での圧延前の薄手側フランジ厚である。 - 前記被圧延材の薄肉側フランジ幅拡がりを促進させる手段は、被圧延材の薄肉フランジ部に当接する水平ロール側面に潤滑材を供給する潤滑手段であることを特徴とする、請求項1に記載の非対称H形鋼の製造方法。
- 前記被圧延材の薄肉側フランジ幅拡がりを促進させる手段は、被圧延材の薄肉フランジ部を圧下する竪ロール径と、被圧延材の厚肉フランジ部を圧下する竪ロール径と、を異なる径とするロール構成であり、薄手側の竪ロール径は、厚手側の竪ロール径の0.33倍以上0.4倍以下に設計されることを特徴とする、請求項1に記載の非対称H形鋼の製造方法。
- 前記被圧延材の薄肉側フランジ幅拡がりを促進させる手段は、ユニバーサル圧延において以下の式(2)を満たす圧延条件を適用する圧延条件設計であることを特徴とする、請求項1に記載の非対称H形鋼の製造方法。
rf−0.2≦rw≦rf−0.1 ・・・(2)
但し、rw:ウェブ厚み圧下率、rf:フランジ厚み圧下率である。 - 前記中間圧延工程及び前記仕上圧延工程は、1方向での1圧延機1パス圧延で行われることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の非対称H形鋼の製造方法。
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