JP3056627B2

JP3056627B2 - フランジを有する形鋼の自在圧延方法

Info

Publication number: JP3056627B2
Application number: JP1293994A
Authority: JP
Inventors: 和重生田; 胤治西野; 和夫藤田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 2000-06-26
Anticipated expiration: 2015-06-26
Also published as: JPH07214102A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フランジを有する形鋼
の圧延方法に関し、特にＨ形鋼のウェブ高さを形状の不
良なく効率的かつ自在に造り分ける圧延方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】現在、圧延にて製造されている形鋼は、
品種、サイズの数が非常に多いのが特徴であり、需要家
ニーズの多様化に伴い、さらに多品種、多サイズ化の傾
向が強まりつつある。従来圧延方法で、これらの多品
種、多サイズの形鋼を製造するためには、その形鋼に対
応した多数の専用圧延ロールおよび専用ガイドが必要で
あり、ロール・ガイドの組替え回数が多くなるため、時
間損失が増大し、生産性を著しく損なうことになる。

【０００３】この具体例としてＨ形鋼の場合を以下に述
べる。図７（ａ）は、従来のＨ形鋼圧延設備列の代表例
を示したものであるが、１台のブレークダウン圧延機１
（ＢＤ）、その後引続いて４ロールユニバーサル圧延機
（ＲＵ）とエッジャー圧延機（Ｅ）からなる単数または
複数のＲＵ−Ｅ群２、および仕上げ用４ロールユニバー
サル圧延機３（ＦＵ）で構成されている。

【０００４】図７（ｂ）は図７（ａ）における各圧延機
１，２，３で造形された圧延材料の各々の形状４，５，
６を示す。図８はＨ形鋼を圧延するユニバーサル圧延法
の圧延用ロールと圧延される材料の関係を示しており、
ユニバーサル圧延機の機能上、圧延中に同一セットのロ
ール対で自由に変化が可能となる寸法は、上水平ロール
７と下水平ロール８の間の隙間９および左右垂直ロール
１０，１１の間の隙間１２，１３のみとなる。したがっ
て、Ｈ形鋼のウェブ厚９とフランジ厚１２，１３につい
ては変化させることができるが、ウェブ内幅ＩＷは一定
にならざるを得ない。その結果、Ｈ形鋼製品のフランジ
厚１２，１３が異なるシリーズを圧延するに際し、左右
のフランジ厚１２，１３を変化させれば当然ウェブ内幅
ＩＷと左右のフランジ厚１２，１３を合計したウェブ高
さＯＷは種々の寸法に変化せざるを得ないことになる。

【０００５】すなわち、従来の圧延法で圧延されるＨ形
鋼は、図９に示すごとくウェブ内幅ＩＷが一定であり、
フランジ厚Ｔf1がＴf2に変化することによってウェブ高
さＯＷ1 がＯＷ2 に変化する、いわゆるウェブ内幅一定
の製品シリーズとなる。もし、ウェブ高さ一定のＨ形鋼
製品シリーズをユニバーサル圧延機を用いた従来圧延法
で製造しようとすると、ウェブ内幅の変化に応じて、粗
圧延〜中間圧延〜仕上げ圧延の全工程における上下水平
ロールの大半を準備することになり、大量のロール本数
を必要とするとともに頻繁なロール組替え作業を行わな
ければならず、著しい製造コスト高を招くので、実質的
にこの方法を採用することは不可能である。

【０００６】本願出願人は、このような従来法における
欠点を解消する一つの方法として、特公平３−４２１２
２号公報の斜行ロール方式によるフランジを有する形材
の圧延方法を先に提案している。この『斜行ロール方式
圧延方法』の特徴は、図４（ａ）および（ｂ）に示すよ
うに、上下各２個の斜行ロール１５，１５′および１
６，１６′の外側面１９，１９′，２０，２０′が材料
１７のフランジ内側２１，２２に接し、かつロール軸Ｓ
が圧延方向と水平な面内において圧延方向と垂直な面に
対してθ_H、また圧延方向と垂直な面内において圧延方
向と水平な面に対してθ_Vの角度を保ちつつ、前工程に
おいてウェブ中央部より厚く形成した余肉部１８を圧下
することによって、圧下された部分の材料を幅方向へ流
動せしめ、ウェブ波などを全く生じさせずに、ウェブを
幅方向に拡げることができる機能を有することである。

【０００７】図５（ａ）に、この『斜行ロール方式圧延
方法』を採用した圧延機１４を、Ｈ形鋼の熱間圧延設備
列に組込んだ例を示す。図中の中間ユニバーサル圧延機
（ＲＵ−Ｅ）２と斜行ロール方式圧延機（ＳＳ）１４と
水平ロールの胴幅が可変な仕上げ圧延機（ＦＵ）３を組
合わせることによって、前述の代表的ニーズである同図
（ｃ）の「ウェブ高さ（ＯＷ）一定のＨ形鋼製品シリー
ズ」を少ないロール数で製造することが基本的に可能と
なる。

【０００８】さらに図５（ａ），（ｂ），（ｃ）によ
り、ウェブ高さ（ＯＷ）一定のＨ形鋼製品シリーズの製
造に斜行ロール方式を適用した例を詳細に説明する。ま
ず、中間ユニバーサル圧延機群２（ＲＵ−Ｅ）で、粗圧
延機１（ＢＤ）から供給されるビームブランク４をウェ
ブ両端部に余肉部１８を有する断面形状２５まで造形す
る。すなわち、中間ユニバーサル圧延機（ＲＵ）の上下
水平ロールの左右両端周面には凹部が設けられ、この凹
部に鋼材を充満させるように圧延し、断面形状２５まで
造形するのである。このように成形される断面形状２５
の種類の数は限定されるものではない。すなわち、素材
は中間工程においてユニバーサル圧延機で圧延し造形さ
れるから、ウェブ厚とフランジ厚を自由に変化させるこ
とが可能であり、製品シリーズに応じて必要な数の異な
る断面形状が造形される。ウェブ内幅ＩＷ1 は一定であ
りウェブ高さＯＷ1 は必ずしも一定とはならない。中間
ユニバーサル圧延機群２で造形された断面形状２５、あ
るいは必要に応じてウェブ厚とフランジ厚がさらに異な
る断面形状に造形された圧延素材は、斜行ロール方式圧
延機１４（ＳＳ）に送り込まれる。これら圧延素材は各
々斜行ロール方式圧延機１４（ＳＳ）によって製品のシ
リーズに応じた必要な種々のウェブ内幅寸法ＩＷ2 に拡
幅圧延された断面形状２７となる。

【０００９】斜行ロール方式圧延機１４（ＳＳ）で造り
分けられた断面形状２７は、水平ロールの胴幅が可変な
仕上げ圧延機３（ＦＵ）によって製品シリーズに応じた
種々のウェブ内幅ＩＷ4 を持った断面形状２８に整形圧
延され、ウェブ高さＯＷが一定でかつ製品シリーズに応
じたウェブ内幅ＩＷ6 を持つ製品２９となる。また、製
品シリーズの中でフランジ厚が最大でウェブ内幅が最小
の製品３１は、斜行ロール方式圧延機１４（ＳＳ）によ
るウェブ拡幅を行わずに、水平ロールの胴幅が可変な仕
上げ圧延機３（ＦＵ）に直接中間ユニバーサル圧延機群
２の断面形状２５を用いることによって製造することが
可能である。ただし、この場合には製品ウェブ内幅ＩＷ
5 に対応する断面形状３０のウェブ内幅ＩＷ3 と、中間
ユニバーサル圧延機群２の断面形状２５のウェブ内幅Ｉ
Ｗ1 とは相互に適合した値に設定される。

【００１０】このように、特公平３−４２１２２号公報
の斜行ロール方式圧延方法は良好なウェブ拡幅機能を有
するが、異なるシリーズの製品を同一セットのロールか
ら製造するために、大きなウェブ拡幅を行おうとする
と、（イ）図６に示すようなコーナーＲ部４１、余肉部
と中央部４２の境界４３における局所的な厚み減少（以
下、くびれと称する）を発生させないために多量の余肉
が必要である、（ロ）余肉の量が形材の各サイズに対し
て同一量であるためウェブ高さを拡幅しない場合につい
ては非常に大きな余肉を仕上げ圧延機で圧下しなくては
ならない、（ハ）仕上げ圧延機は形材のウェブ内幅の変
化に対応して水平ロールの胴幅が可変な構造とする必要
があり従来の一体ロールに比較してロールの剛性と強度
が低くならざるを得ない、以上３つの理由から、製品ウ
ェブに余肉が残存するという問題が生じる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、異なるシリ
ーズの製品を上記のような問題を発生させずに同一セッ
トのロールから製造するために、余肉の量を大きくする
ことなく、斜行ロール圧延機で大きなウェブ拡幅を行う
方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、粗圧延
工程、中間圧延工程、および仕上げ圧延工程からなる形
鋼圧延プロセスの前記中間圧延工程と仕上げ圧延工程と
の間で、その中心軸線が圧延方向に水平な面内でかつ圧
延方向に垂直な面に対して所定の角度θ_Hを有する左右
一対の斜行ロールを被圧延材の上下フランジ内側に配置
して、該斜行ロールでウェブ両端部の余肉を圧下しなが
らウェブ高さの拡幅を行う形鋼の圧延法において、前記
中間圧延工程にて被圧延材のウェブに、左右対称かつウ
ェブとフランジとの結合部からウェブ中央部に向かって
連続的に減少する厚み分布を付与した後、余肉部圧下面
が曲率半径の異なる複数個の円弧の部分を組合わせた形
状の斜行ロールでウェブ幅方向の引張塑性歪がほぼ均一
なウェブ高さの拡幅を行うことを特徴とするフランジを
有する形鋼の自在圧延方法にある。

【００１３】

【作用】本発明の基本圧延プロセスは、図１（ａ），
（ｂ）に示すように、ビームブランク４を供給する粗圧
延機１（ＢＤ）、該ビームブランク４を大略Ｈ形状に圧
延するとともにウェブ２ａに左右対称かつウェブとフラ
ンジとの結合部からウェブ中央部に向かって連続的に減
少する厚み分布を付与するユニバーサル圧延機２−１
（ＲＵ）、フランジ部１ａの幅Ｆを成形するエッジャー
圧延機２−２（Ｅ）、中間圧延工程後に設置されウェブ
高さを調整する機能を持つ斜行ロール方式圧延機１４
（ＳＳ）、そして最終製品まで圧延する仕上げ圧延機３
（ＦＵ）により構成される。

【００１４】次に、本圧延プロセスを用いて、余肉の量
を大きくすることなく、大きなウェブ拡幅を行う方法に
ついて説明する。図３（ａ）には、稜線を異なる曲率半
径の複数個の円弧の組合わせとした余肉部１８を、余肉
圧下面１５Ｓ，１５Ｓ′が平坦な斜行ロール１５，１
５′で圧下しながらウェブを拡幅する過程の、ある段階
における形材１７（半断面を表示）と斜行ロール１５，
１５′（片側）との関係を示した。この段階において、
形材１７のコーナーＲ部４１および余肉部の圧下部分と
未圧下部分との境界部４５におけるウェブ厚の変化は、
圧下前の余肉部１８よりも急激となる。

【００１５】このような圧延段階から、形材１７のウェ
ブがさらに拡幅圧延される場合のウェブ幅方向の引張応
力σ_T、材料温度Ｔ、およびウェブ幅方向の引張塑性歪
εを図３（ｂ）に示した。ウェブ幅方向の引張応力σ_T
は、曲線Ｃ1 のように分布し、ウェブ厚が急減する部分
で急増する。また、材料温度Ｔは曲線Ｃ2 のように分布
しコーナーＲ部４１に近いほど高温となる。材料は、引
張応力が大きいほど、また高温ほど変形し易いため、こ
の場合のウェブ幅方向の引張塑性歪εは曲線Ｃ3 のよう
にＰ1 およびＰ2 でピークを呈し、ウェブ中央部では非
常に小さな値となる。一般に、材料の引張試験ではある
歪以上ではくびれ現象が生じるが、前記の拡幅圧延でも
同様にウェブ幅方向の引張塑性歪が集中する部位でくび
れが発生する。したがって、このような状態で余肉の量
を増加させずに極端に大きな拡幅を行うと（すなわちウ
ェブ幅方向の引張応力σ_Tが増大し、ウェブ幅方向の引
張塑性歪εが増大すると）、前記Ｐ1 およびＰ2 での引
張塑性歪が極端に大きくなり、前記コーナーＲ部４１お
よび境界部４５のくびれがさらに大きくなる。

【００１６】そこで、本発明では図２（ａ）に示すよう
に、前記中間圧延工程にて被圧延材のウェブ２ａに、左
右対称かつウェブ２ａとフランジ１ａとの結合部Ｑ₁，
Ｑ₂からウェブ中央部Ｗ_cに向かって連続的に減少する
厚み分布を付与するとともに、斜行ロール１５ｍ，１５
ｍ′の余肉圧下面１５ｍＳ，１５ｍＳ′の胴幅方向の外
形を、異なる曲率半径の円弧の組合わせとすることによ
り、拡幅圧延時のウェブ厚の形状を曲率半径Ｒ₁，
Ｒ₂，Ｒ₃，…，Ｒ_Nの円弧を組合わせた滑らかな形状
とすることにより、前述のくびれを防止するものであ
る。なお、図２（ａ）は左右対称なＨ形鋼のウェブ中央
部Ｗ_ｃを中心として左側についてのみ図示し、右側の図
示は省略しているが、右半分のウェブ厚み分布および右
側の斜行ロール１６ｍ，１６ｍ′の構成も上記の左側と
全く同様とすることは勿論である。

【００１７】図２（ａ）に示した圧延段階からさらに拡
幅圧延をする場合のウェブ幅方向の引張応力σ_T、材料
温度Ｔ、およびウェブ幅方向の引張塑性歪εの分布を、
図２（ｂ）に示した。図２（ａ）のような滑らかなウェ
ブ厚分布の場合には、ウェブ幅方向の引張応力σ_Tは曲
線Ｃ4 のように材料コーナーＲ部からウェブ中央部に向
けて滑らかに増加する。また、材料温度Ｔは曲線Ｃ5 の
ようにコーナーＲ部ほど高温となる。したがって、ウェ
ブ幅方向の引張塑性歪εは曲線Ｃ6 のように局部的にピ
ークを呈することなく、ほぼ均一な分布となる。すなわ
ち、ウェブのくびれは抑制されるとともに、ウェブの中
央部が幅方向に広がった分だけ拡幅量が増大する。ま
た、引張塑性歪εがピークを持たないため、余肉を増大
させずに拡幅量を増やしてもウェブはほぼ均一に拡幅さ
れる。

【００１８】

【実施例】ウェブ高さ６００mm、フランジ幅２００mmの
Ｈ形材とウェブ高さ７００mm、フランジ幅２００mmのＨ
形材を同一ロールにて製造する場合を例に、前記図３で
示した従来法を用いた場合と図２で示した本発明を適用
した場合を比較し、本発明の有効性を実証する。

【００１９】表１は、従来法を適用した場合である。余
肉残存量を許容値内に抑えるために、余肉断面積を最大
必要量の５０％に設定した。そのため、大拡幅圧延時の
くびれは極端に大きくなり、仕上げ圧延後も残存した。

【００２０】

【表１】

【００２１】これに対して、表２は本発明を適用した場
合であり、上記と同じ条件で圧延しても、ウェブ幅方向
の引張塑性歪分布を一様化した効果により、くびれは許
容値内に抑えられており、良好な寸法精度の製品が得ら
れることを確認した。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】本発明を斜行ロール方式によるフランジ
を有する形材の製造プロセスに適用することにより、斜
行ロールにより極端に大きなウェブ拡幅を行ってもウェ
ブくびれは発生せず、また、ウェブ拡幅を行わない場合
でも良好なウェブ厚み分布を有する製品に仕上げ圧延が
可能であり、任意のウェブ高さのＨ形材製品シリーズを
良好な品質でかつ極めて少ないロール数で製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）：本発明によるＨ形材の圧延方
法の概略図。

【図２】（ａ）：本発明の斜行ロールによるウェブ拡幅
圧延時のロールと形材との関係を示す説明図。（ｂ）：
本発明の斜行ロールによるウェブ拡幅圧延時のウェブ幅
方向の引張応力、材料温度、およびウェブ幅方向の引張
塑性歪の形材断面内分布の概略図。

【図３】（ａ）：従来の斜行ロールによるウェブ拡幅圧
延時のロールと形材との関係を示す説明図。（ｂ）：従
来の斜行ロールによるウェブ拡幅圧延時のウェブ幅方向
の引張応力、材料温度、およびウェブ幅方向の引張塑性
歪の形材断面内分布の概略図。

【図４】（ａ），（ｂ）：斜行ロール方式圧延法の説明
図。

【図５】（ａ），（ｂ）：斜行ロール方式圧延の装置お
よび圧延機の機能説明図。（ｃ）：斜行ロール方式圧延
法による製品の略図。

【図６】ウェブくびれの説明図。

【図７】（ａ），（ｂ）：従来のＨ形材圧延装置列の代
表例と、粗，中間，仕上げの各圧延機で圧延された各材
料断面形状の説明図。

【図８】Ｈ形材を圧延するユニバーサル圧延ロールと被
圧延材との関係に基づくユニバーサル圧延機の機能説明
図。

【図９】ウェブ内幅一定の製品シリーズの説明図。

【符号の説明】

１ブレークダウン圧延機２ＲＵ−Ｅ群２−１中間ユニバーサル圧延機２−２エッジャー圧延機３仕上げユニバーサル圧延機４〜６圧延材１４斜行ロール方式圧延機１５，１５′ 斜行ロール（従来）１６，１６′ 斜行ロール（従来）１５ｍ，１５ｍ′ 斜行ロール（本発明）１６ｍ，１６ｍ′ 斜行ロール（本発明）１７形材１８余肉部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特公平３−42122（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 1/08 - 1/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】粗圧延工程、中間圧延工程、および仕上
げ圧延工程からなる形鋼圧延プロセスの前記中間圧延工
程と仕上げ圧延工程との間で、その中心軸線が圧延方向
に水平な面内でかつ圧延方向に垂直な面に対して所定の
角度θ_Hを有する左右一対の斜行ロールを被圧延材の上
下フランジ内側に配置して、該斜行ロールでウェブ両端
部の余肉を圧下しながらウェブ高さの拡幅を行う形鋼の
圧延法において、前記中間圧延工程にて被圧延材のウェ
ブに、左右対称かつウェブとフランジとの結合部からウ
ェブ中央部に向かって連続的に減少する厚み分布を付与
した後、余肉部圧下面の胴幅方向の断面形状が曲率半径
の異なる複数個の円弧の部分を組み合わせた形状の斜行
ロールでウェブ幅方向の引張塑性歪がほぼ均一なウェブ
高さの拡幅を行うことを特徴とするフランジを有する形
鋼の自在圧延方法。