JP2541327B2 - 形鋼の圧延方法及び圧延装置列 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は形鋼の圧延方法及び圧延装置例に関し、特
に、Ｈ形鋼のウェブ高さを圧延中に自在に調整可能な熱
間圧延方法及びそのための圧延装置列に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

現在、熱間圧延にて製造されている形鋼は、用途に応
じその品種、寸法サイズが非常に多大であるが、近年、
これらの形鋼を用いた構造物の軽量化、経済設計等の観
点から、それらの寸法サイズの種類はさらに増大する傾
向にある。かかる傾向に対して既知の従来技術で対応す
るとすれば下記問題がある。例えば、最も生産量および
寸法サイズ数の多い形鋼として、Ｈ形鋼のユニバーサル
圧延を例にとると、一般に圧延機配列は添付図面の第７
図に示すごときものでありブレークダウン圧延機BD、第
一粗エッジング圧延機RE₁、第一粗ユニバーサル圧延機R
U₁、第二粗ユニバーサル圧延機RU₂、第二エッジング圧
延機RE₂、仕上ユニバーサル圧延機FUにて、圧延され
る。この従来のユニバーサル圧延法によって得られるＨ
形鋼の寸法は第８図に示されるように、ウェブ高さＨ、
ウェブ内幅LH、フランジ厚t₂はＨ＝LH＋2t₂の関係とな
り、ウェブ内幅LHは冷却時の熱収縮量を無視すると、仕
上ユニバーサル圧延機の水平ロール幅（第７図中のLH
F）と同一であることから、ウェブ高さＨは仕上ユニバ
ーサル圧延機の水平ロール幅とフランジ厚により決定さ
れる。このため、例えばフランジ厚の変化量に関係なく
ウェブ高さが一定のＨ形鋼や、逆にフランジ厚が一定で
ウェブ高さを任意の寸法にすることができるＨ形鋼を製
造しようとした場合、ユニバーサル圧延機の水平ロール
幅を圧延するＨ形鋼のサイズに合わせて準備する必要が
ある。したがって、圧延する寸法サイズ数が増大するこ
とは、ロール保有数が増加し、さらには圧延サイズが変
る毎に、その都度、そのサイズに合致したロールに組替
える必要が生じ、そのため操業度は大幅に低下する。ま
た、圧延ロールはその圧延中、被圧延材との接触により
摩耗し、第７図中のLHF等水平ロール幅が減少するため
圧延製品のウェブ高さＨまたはフランジ厚t₂にバラツキ
が生じる。そのため該水平ロールはある圧延サイズの圧
延に繰り返して、長期間使用することは不可能である。
これらにより、今以上の多品種、多サイズの需要家の要
求を満足させる経済的製造は不可能に近いという状況に
ある。

これらの問題を解決する方法として、従来下記のごと
き圧延方法が公知であるが、それぞれ問題点を有してい
る。

（１）特開昭59−133902号「Ｈ形鋼の熱間圧延方法」 本法の特徴は粗ユニバーサル圧延機とエッジング圧延
機においてウェブを部分圧延することにあるが、粗ユニ
バーサル圧延機での未圧下部をエッジング圧延機で平滑
にすべく圧延すると、そのウェブ高さは拡大される。し
かるに、本法においてはエッジング圧延機において、該
圧延材のフランジ端部も同時に圧延するため、そのフラ
ンジ端部の圧延はウェブ高さ拡大を規制するように作用
し、フランジの弯曲、さらにはウェブ高さ拡大量を規制
されることによるウェブ座屈を生じる虞れがある。これ
を防止するには、粗ユニバーサル圧延機での１パス当た
りの圧下量を小さくし、ウェブ中央の突起を小さくする
必要があるが、その場合圧延パス回数が増加し生産性が
低下するという問題がある。

（２）特開昭59−178101号「ウェブ高さ調整可能なＨ形
鋼の圧延方法」 本法はロールの溝を用いてウェブに突起を形成した
後、その突起の圧下によりウェブ高さを拡大し、かつ堅
ロールもしくはカリバー側壁にて、その高さを規制する
ものであるが、本法によれば、そのウェブ突起部の体積
を調整することが困難であり、したがって、突起の圧延
によりウェブ座屈を生じる虞れが高く、かつウェブ高さ
を規制するため、その座屈は助長される。ウェブ座屈が
発生しない程度の突起を形成するとすれば、その体積は
小さく、したがってウェブ高さの拡大量も小となり、本
法の効果も小さくなる。また、ウェブ突起の圧下以降は
通常のユニバーサルロールを使用することから、それは
ウェブ高さに適合した幅の水平ロールでなければなら
ず、そのロール保有数も多大なものになる。

（３）特開昭59−212101号「ウェブ高さ変更可能な圧延
方法、圧延機列」 本法は、粗ユニバーサル圧延機群および仕上ユニバー
サル圧延機の水平ロールの幅が、一定の幅のためそのウ
ェブ高さ拡大量は大きくなく、多品種、多サイズに対応
するためには、そのロール保有数の減少効果も少なく実
用的でない。

（４）特開昭60−82201号「Ｈ形鋼の熱間圧延方法」 本法は、第一粗ユニバーサル圧延機でのウェブ中央の
未圧下部を、水平ロールを三分割した第二粗ユニバーサ
ル圧延機で平滑になるように圧延する特徴を有してい
る。この場合第二粗ユニバーサル圧延機でのウェブ座屈
を防止するには該圧延機の堅ロールによるフランジの圧
下を大きくし、ウェブとフランジの延伸バランスを取る
必要があるが、第二粗ユニバーサル圧延機の水平ロール
は三分割されており、その厚みの薄い左右の分割ロール
にてフランジの圧下力を受けなければならず、したがっ
て、そのロール強度に問題がある。そのため、必然的に
１パス当たりの圧下量が少なくなり、その圧延能率が低
下する。

（５）特開昭61−135403号「Ｈ形鋼の熱間圧延方法」 本法はロール軸方向の位置がパス毎に可変な分割ロー
ルを用いて粗ユニバーサル圧延機における分割ロールお
よび固定ロールによるフランジ端部および中央部の部分
圧延と該分割ロールおよび堅ロールによるフランジ圧延
とエッジング圧延機における分割ロールによるウェブ中
央部両側の未圧下部の部分圧延と該分割ロールによるフ
ランジ端部の圧延を繰り返すことを特徴とするが、本法
においてはエッジング圧延機でウェブ中央部両側の未圧
下部の圧延を行うのと同時にフランジ端部の圧延を行う
ため、フランジの弯曲ないしはウェブ座屈が発生しやす
く、その防止のため圧下スケジュールに大幅な制限が加
わることおよび粗ユニバーサル圧延機の水平ロールが三
分割されているため、そのロール強度上、フランジ部が
大圧下できない等により、その圧延能率は低下する。

（６）特開昭61−10840号および特開昭63−30362号「フ
ランジを有する形材の圧延方法」 本法は粗ユニバーサル圧延機と仕上圧延機の中間に設
置した斜行ロール方式の圧延機により被圧延材のウェブ
高さを拡大する方法であるが、本法によるウェブ高さ拡
大は、そのほとんどが、フランジ内側面に当接した斜行
ロールによりウェブを引き延ばすことにあるため、その
引き延ばし量あるいはウェブ温度によっては、ウェブの
くびれ、フランジの倒れ、およびフランジ内側面に斜行
ロールによる疵が発生する虞れがある。また形鋼はその
製品歩留り向上のため、鋼片１本当たりの延び長さを一
般的には100m以上に長くしているが、このため被圧延材
の頭部と尾部では温度差が顕著である。したがって、こ
の温度差により、ウェブ高さを均等に拡大できないこと
も考えられる。さらに、本法では圧延頭端部および尾端
部のクロップ近傍まで均一にウェブ高さが拡大されず、
その製品歩留りが低下する。また、それを防止するため
には新たに防止用装置が必要である。

（７）特開昭61−283401号「形鋼の熱間圧延方法」 本法は、ユニバーサル圧延機の水平ロールを分割し、
ロール軸方向に互にロール幅を変更可能に構成して形鋼
のウェブ部を部分圧延し、次のエッジング圧延機も分割
して形鋼のウェブ部を除く、フランジ部のみを圧延可能
に構成して圧延し、同様にして次の工程のユニバーサル
圧延機の水平ロールにて前工程の水平ロールによるウェ
ブ部未圧延部を圧延する方法であるが、発明者らが同様
の圧延方法を模型圧延機で実験したところによると上記
（１），（４），（５）の公知例における問題すなわち
フランジの弯曲ないしウェブの座屈は解決できるもの
の、ユニバーサル圧延機による未圧下部分が被圧延材に
対して左右非対称となるため圧延中に被圧延材にねじれ
が生じ、圧延作業上実用的でないことが判明した。

（８）特開昭63−260602号「形鋼の圧延方法」 本法は、同軸線上で移動自在に２分割した上下水平ロ
ールのみで形鋼をリバース圧延し、被圧延材のウェブ内
法を順次拡幅圧延する方法であるが、ウェブを積極的に
圧延するものではなく、せいぜいフランジとウェブの付
け根部に予め成形した余肉部を圧下する程度である。し
たがって、１パス当たりのウェブ高さの拡大量は小さ
く、所要の拡大量が大なる場合には増パスとなり圧延能
率が非常に低下する。また、１パス当たりの拡大量を大
きくするためウェブを積極的に圧下すれば、二分割した
上下水平ロールの分割部においてウェブに突起ないしは
ロールマークが発生し、商品として見栄えが悪く不具合
となるが、本法ではこれを防止あるいは解決する手段が
ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の方法は、前述のようにロール胴長がそれぞれの
ロールについて固定あるいは一定のため、圧延ロールを
圧延サイズに合わせて準備する必要があり、 ロール保有数が膨大である、 ロールを組み替えるため、操業度が大幅に低下する。

さらに、圧延中のロール摩耗により、 製品の寸法にバラツキを生じる、 同一サイズに同一の圧延ロールを繰り返し長期間使用
することができない、 等の問題点がある。

また、これらの問題点を解決する上記（１）〜（８）
の公知の方法によっても、 フランジの弯曲、ないしウェブ座屈あるいはねじれの
発生、 圧延パス回数の増加による圧延能率の低下、 被圧延材の全長に亘る均一性が確保できないことよる
製品歩留りの低下、 さらには、 一部圧延機のロール数のみ低減出来、全体としてはそ
の低減効果は少ない等の問題点がある。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、ロール保有数を増大させることなく、操業度
および圧延能率を低下させることなく、また高品質、高
歩留りを確保しつつ、良好な作業性のウェブ高さが自在
に調整可能な形鋼の圧延方法及びそのための圧延装置列
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、上記目的は、圧延方法に関し、 第一粗圧延工程にて、ブレークダウン圧延後の第一粗
ユニバーサル圧延機および第一粗エッジング圧延機によ
り、またはブレークダウン圧延後の二重式第一粗圧延機
により、またはブレークダウン圧延機のみにより、概略
製品形状に圧延された被圧延材を、次の第二粗圧延工程
で圧延する方法において、第二粗圧延工程は凸部形成工
程と平滑化工程とを有し、凸部形成工程では、通常の第
二粗ユニバーサル圧延機及び第二エッジング圧延機に付
加して、ロール軸に２個の圧延用環状スリーブを同軸か
つロール軸と一体回転可能に嵌着するとともに、少なく
とも一方の該環状スリーブをロール軸方向に移動可能に
形成し、上記２個の環状スリーブにてロール軸方向に、
その幅が調整可能なカリバー部を形成せしめてなる圧延
ロールを上下一対装着する圧延機を設置し、この圧延機
にて上記第二粗ユニバーサル圧延機及び第二エッジング
圧延機または二重式第二粗圧延機にて所定寸法に圧延さ
れた被圧延材を圧延するに当たり、該被圧延材のウェブ
内幅より該圧延ロールの両環状スリーブの外側幅を大き
くすることにより、該環状スリーブで圧延する被圧延材
のウェブ両端部の減面量の殆どをウェブ内幅拡大に転化
させ、所定のウェブ高さを得ると共に、上記カリバー部
でウェブ中央部分に凸部を形成させ、平滑化工程では、
その後段に上記凸部形成工程にて形成させた凸部を圧延
するための平滑円柱状の圧延ロールを上下一対装着した
圧延機を設置し、該圧延機にて上記カリバー部にて成形
させた凸部を、ウェブ両端部の厚みと同一厚さまで圧延
し、ウェブ高さをさらに拡大するとともにウェブ全面を
平滑化させ、上記凸部形成工程と平滑化工程とを１回な
いし数回繰り返す ことにより達成される。

また、そのための圧延装置列に関しては、 ロール軸方向に外側幅が調整可能な２個の環状スリー
ブを有する圧延ロールを上下一対装着した圧延機及びそ
の後段に平滑円柱状圧延ロールを上下一対装着した圧延
機を、通常の第二粗ユニバーサル圧延機及び第二エッジ
ング圧延機に少なくとも１組以上付加した、 ことによって達成される。

〔作用〕

上述のごとくの本発明にあっては、第二粗圧延工程に
おいて、被圧延材はウェブ中央部分に凸部が形成され、
しかる後平滑化工程によって上記凸部が圧延されてウェ
ブ部分が延伸される。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１〜６図にもとづいて本発明の実
施例を説明する。

第７図の従来の圧延プロセスで第二粗ユニバーサル圧
延機12と第二エッジング圧延機または二重式第二粗圧延
機13によりほぼ最終製品に近い断面寸法で仕上った被圧
延材を、第１図で示したロール構成及び該ロールを装着
した圧延装置と、第３図に示す圧延装置列及び圧延プロ
セスにより所望するウェブ高さまで拡大することが可能
である。

本実施例の圧延装置及びその圧延プロセスは次のごと
くである。

A.ロール構成 ロール構成は次の三つの圧延機A,B,Cを備えている。

第１図の工程（Ａ）に示すようにロール軸2aに２個の
圧延用環状スリーブ3aを同軸でかつロール軸2aと一体回
転可能に嵌着するとともに少なくとも一方の該環状スリ
ーブ3aをロール軸方向に移動可能に形成し、該環状スリ
ーブ3a間の幅を任意に調整可能とした上下一対の水平ロ
ールと上記水平ロールと同一平面内でかつ直角方向に軸
をもつ左右一対のガイドロール４を備えた圧延機Ａ。

上記圧延機Ａの出側に前記環状スリーブ3aの設定可能
ロール幅の最小値より若干狭いロール幅で上下一対のフ
ラットロール5a,5bから成る圧延機Ｂ。

上記と同様にロール軸6aに２個の圧延用環状スリー
ブ7aを同軸でかつロール軸6aと一体回転可能に嵌着する
とともに、少なくとも一方の該環状スリーブ7aをロール
軸方向に移動可能に形成し、該環状スリーブ7a間の幅を
任意に調整可能とした上下一対の水平ロールと上記水平
ロールと同一平面内でかつ直角方向に軸をもつ左右一対
の堅ロール８を備えた仕上ユニバーサル圧延機Ｃ。

B.圧延装置列 第３図に示すように上記Ａ及びＡの圧延機Ａ及び
圧延機Ｂの組み合わせが少なくとも１組以上連続して第
二エッジング圧延機また二重式第二粗圧延機13の出側直
近に配置され、上記ユニバーサル圧延機Ｃが第７図の仕
上ユニバーサル圧延機の位置に配置される圧延装置列。

C.圧延プロセス 第３図の第二粗ユニバーサル圧延機12と第二エッジン
グ圧延機または二重式第二粗圧延機13によりほぼ最終製
品に近い断面寸法で仕上った被圧延材を第１図の工程
（Ａ）に示される上記Ａの圧延機Ａによりウェブの両
端を圧下するが、このときウェブ両端（ロール接触部）
の減面量の殆どをウェブ内幅LHA拡大に転化させるた
め、圧延機Ａの水平ロール幅は被圧延材のウェブ内幅す
なわち第二粗ユニバーサル圧延機12の水平ロール幅にウ
ェブ内幅拡大分をあらかじめ加えたロール幅とする。こ
のときガイドロール４はフランジの倒れ防止と被圧延材
の通過位置を拘束するのが主目的でありフランジの圧下
は行わず、ウェブ高さ拡大量を予測した位置に設定す
る。

上記圧延機Ａにより圧下を受けた被圧延材1aのウェブ
中央部には凸部が形成される。この凸部を第１図工程
（Ｂ）で示されるように、平滑円柱状のフラットロール
5a,5bにて平滑化し、ウェブ部を延ばす。

しかる後、環状スリーブ7a,7bと堅ロール8,8を用いて
フランジ部を直立させる。

以下、ウェブ内幅拡大の上記プロセスについて詳細に
説明する。

第２図の工程（０）は被圧延材1₀が第３図に示される
第二粗ユニバーサル圧延機12及び第二エッジング圧延機
または二重式第二粗圧延機13により圧延された断面形状
を表しており各部の寸法は図中に記入された通りであ
る。なお、第３図に示されるように、ブレークダウン圧
延機９から第二粗ユニバーサル圧延機12にもたらされる
被圧延材は第一エッジング圧延機10及び第一粗ユニバー
サル圧延機11を経る以外に、二点鎖線で示されるように
二重式第二粗圧延機15を経て、あるいは直接ブレークダ
ウン圧延機９から第二粗ユニバーサル圧延機12にもたら
されることができる。次に被圧延材1₀は第１図で説明し
た圧延機Ａで圧延され断面形状は工程（ａ）にて実線で
表した形状となる。ここでウェブ両端の減面量のすべて
がウェブ内幅拡大に転化されたとすると、ウェブ内幅拡
大量ΔLHは以下の式で表される。

ΔLH＝LHA−LHO＝｛（LHO−ｌ）（Tco−Tea）＋ｌ（Tco
−Tca）｝/Tea 次に、被圧延材1aは第１図で説明した二重式圧延機Ｂ
によりウェブ中央の凸部を圧下されウェブは平坦化され
断面形状は第２図工程（ｂ）にて実線で表した形状とな
る。

ここでウェブ中央の減面量のすべてがウェブ内幅拡大
に転化されたとするとウェブ内幅拡大量ΔLH′は以下の
式で表される。

ΔLH′＝LHB−LHA＝｛ｌ（Tca−Tcb）｝/Tcb 次に、被圧延材1bは第１図で説明した仕上ユニバーサ
ル圧延機Ｃによりフランジの圧下を受け第２図工程
（Ｃ）にて実線で表された寸法、形状となり、ウェブ内
幅拡大のプロセスは完了する。

以上がＨ形鋼の実施例であるが、その他の形鋼につい
ても同様な圧延方法によりウェブ高さの調整は可能であ
る。具体例として第４図に鋼矢板、第５図に不等辺不等
厚山形鋼、第６図は溝形鋼のロール構成及び被圧延材の
各ロールでの圧延中の断面形状を示す。各図の中に記載
した工程（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のロールは、第１図の
Ｈ形鋼のウェブ高さ調整に使用するロールを装着したそ
れぞれの対応する工程での圧延機に相当するものであ
る。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によればウェブ減面量の殆どを
ウェブ内幅拡大に転化させることによりロール保有数の
増加とそれに伴うロール組替回数の増加なしにウェブ高
さを精度良くコントロールすることが可能となるという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるＨ形鋼のウェブ高さ調
整に使用するロールの構成を示す断面図、第２図はウェ
ブ高さ調整時の被圧延材の寸法変化を順次追って示す断
面図、第３図は第１図のロール構成の圧延機による本発
明の圧延装置列を示す概要構成図、第４図はＨ形鋼以外
の形鋼の一実施例として鋼矢板のウェブ高さ調整時の圧
延ロールと被圧延材の形状を示す断面図、第５図は同じ
く不等辺不等厚山形鋼のウェブ高さ調整時の圧延ロール
と被圧延材の形状を示す断面図、第６図も同じく溝形鋼
のウェブ高さ調整時の圧延ロールと被圧延材の形状を示
す断面図、第７図は従来のＨ形鋼の圧延プロセスと各圧
延機の圧延ロールと被圧延材の断面形状を示す断面図、
第８図は製品の寸法関係を示す断面図である。 1a,1b,1c……被圧延材 2a,2b,6a,6b……各ロールのロール軸 3a,3b,7a,7b……環状スリーブ ４……ガイドロール 5a,5b……フラットロール ８……堅ロール ９……ブレークダウン圧延機 10……第一エッジング圧延機 11……第一粗ユニバーサル圧延機 12……第二粗ユニバーサル圧延機 13……第二エッジング圧延機または二重式第二粗圧延機 14……仕上ユニバーサル圧延機 15……二重式第一粗圧延機 Ａ……圧延機 Ｂ……圧延機 Ｃ……仕上ユニバーサル圧延機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永橋 新一 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 松田 正義 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 古川 遵 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−178101（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−133902（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−283401（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一粗圧延工程にて、ブレークダウン圧延
   後の第一粗ユニバーサル圧延機および第一粗エッジング
   圧延機により、またはブレークダウン圧延後の二重式第
   一粗圧延機により、またはブレークダウン圧延機のみに
   より、概略製品形状に圧延された被圧延材を、次の第二
   粗圧延工程で圧延する方法において、第二粗圧延工程は
   凸部形成工程と平滑化工程とを有し、凸部形成工程で
   は、通常の第二粗ユニバーサル圧延機及び第二エッジン
   グ圧延機に付加して、ロール軸に２個の圧延用環状スリ
   ーブを同軸かつロール軸と一体回転可能に嵌着するとと
   もに、少なくとも一方の該環状スリーブをロール軸方向
   に移動可能に形成し、上記２個の環状スリーブにてロー
   ル軸方向に、その幅が調整可能なカリバー部を形成せし
   めてなる圧延ロールを上下一対装着する圧延機を設置
   し、この圧延機にて上記第二粗ユニバーサル圧延機及び
   第二エッジング圧延機または二重式第二粗圧延機にて所
   定寸法に圧延された被圧延材を圧延するに当たり、該被
   圧延材のウェブ内幅より該圧延ロールの両環状スリーブ
   の外側幅を大きくすることにより、該環状スリーブで圧
   延する被圧延材のウェブ両端部の減面量の殆どをウェブ
   内幅拡大に転化させ、所定のウェブ高さを得ると共に、
   上記カリバー部でウェブ中央部分に凸部を形成させ、平
   滑化工程では、その後段に上記凸部形成工程にて形成さ
   せた凸部を圧延するための平滑円柱状の圧延ロールを上
   下一対装着した圧延機を設置し、該圧延機にて上記カリ
   バー部にて成形させた凸部を、ウェブ両端部の厚みと同
   一厚さまで圧延し、ウェブ高さをさらに拡大するととも
   にウェブ全面を平滑化させ、上記凸部形成工程と平滑化
   工程とを１回ないし数回繰り返すことを特徴とする形鋼
   の圧延方法。
2. 【請求項２】ロール軸に２個の圧延用環状スリーブを同
   軸かつロール軸と一体回転可能に嵌着するとともに、少
   なくとも一方の該環状スリーブをロール軸方向に移動可
   能に形成した水平ロールを有する仕上ユニバーサル圧延
   機で、請求項（１）の凸部形成工程にて圧延された被圧
   延材のウェブ内幅に適合するよう水平ロールの両環状ス
   リーブの外側幅を調整して仕上圧延を行うこととする請
   求項（１）記載の形鋼の圧延方法。
3. 【請求項３】ロール軸方向に外側幅が調整可能な２個の
   環状スリーブを有する圧延ロールを上下一対装着した圧
   延機及びその後段に平滑円柱状圧延ロールを上下一対装
   着した圧延機を、通常の第二粗ユニバーサル圧延機及び
   第二エッジング圧延機に少なくとも１組以上付加したこ
   とを特徴とする形鋼の圧延装置列。