JP3840838B2

JP3840838B2 - 圧延ｈ形鋼およびその製造方法

Info

Publication number: JP3840838B2
Application number: JP15673299A
Authority: JP
Inventors: 清内田; 晋三斉藤; 有秀河村; 啓徳三浦; 浩横川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2019-06-03
Also published as: JP2000343102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高層ビル、大形構造物の柱材や梁材に有利に適用される圧延Ｈ形鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
極厚Ｈ形鋼は例えば高層ビルの柱材に採用されるが、この場合、重量削減、施工費削減が求められている。これに応じて、現行では強度の高い例えばＴＭＣＰ（Thermo-Mechanical Control Process ）法で製造した極厚Ｈ形鋼を採用し、重量軽減、溶接施工費の削減が図られている。一方、柱材に作用する軸力、曲げ力は、低層部で大きく、高層にいくにつれて徐々に小さくなる。したがって、使用される極厚Ｈ形鋼の板厚は、低層部で厚く、高層にいくにつれて薄くてよい。
【０００３】
このため、現行では、図５に示すように、板厚の異なる極厚Ｈ形鋼10、11を溶接で継いで階段状に薄くしているが、連続的に変化する応力に応じて必要な厚み10Ａ、11Ａ（図中外面側を破線で示す）に対しては無駄があり、重量も大きくなっている。また、板厚の異なる極厚Ｈ形鋼10、11の端を溶接で継ぐため、溶接施工効率が悪く、柱−柱溶接部12の応力集中も大きくなるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するには、造船や橋梁分野で一部採用されているような、例えば、川崎製鉄技報30（1998）3,137-141 で示されるように、テーパ鋼板を製造し、それを条切りして、溶接ビルトＨ形鋼に成形する方法がある。これによれば、目的とする寸法のＨ形鋼を製造することはできるが、製造コストが高くなるという欠点がある。一方、圧延により長手方向で厚みの変化したＨ形鋼を製造する技術に関しては、特開平2-255201号公報開示の技術がある。これは一つの圧延素材からサイズの異なる少なくとも二種類の断面をもつＨ形鋼を製造する方法に係るものであるが、各々のＨ形鋼はその長手方向にフランジの厚みもウエブの厚みも一定であり、Ｈ形鋼の長手方向にフランジの厚みとウエブの厚みが連続して変化するＨ形鋼は存在していなかった。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決し、熱間圧延にて低コストで製造でき、建築構造用柱材または構造用部材に有利に採用できる圧延Ｈ形鋼およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明は、ウエブの内法あるいはウエブの外法が長手方向に一定であり、フランジの厚みとウエブの厚みが長手方向に連続的に変化してなることを特徴とする圧延Ｈ形鋼である。
また、本発明は、Ｈ形粗形鋼片に、ブレークダウン圧延、粗ユニバーサルミルとエッジャーミルを用いる中間圧延、仕上ユニバーサルミルを用いる仕上圧延を順次施すＨ形鋼の製造方法において、粗ユニバーサルミルあるいはさらに仕上ユニバーサルミルでロール位置を連続的に変化させることを特徴とする、ウエブの内法あるいはウエブの外法が長手方向に一定であり、フランジの厚みとウエブの厚みが長手方向に連続的に変化してなる圧延Ｈ形鋼の製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の圧延Ｈ形鋼１の例（テーパ付Ｈ形鋼）と通常のＨ形鋼10を対比して示す図（中央部分は側面図、両端部分は断面図）であり、（ａ）は通常のＨ形鋼、（ｂ）は本発明のテーパ付内法一定Ｈ形鋼、（ｃ）は本発明のテーパ付外法一定Ｈ形鋼をそれぞれ示す。この図に示すように、本発明の圧延Ｈ形鋼１は、通常のＨ形鋼10とは異なり、内法（ｈ：図１（ｂ）参照、ウエブの内幅）あるいは外法（Ｈ：図１（ｃ）参照、ウエブ高さ）が一定で、しかもフランジＦの厚みとウエブＷの厚みが長手方向に連続的に変化している。
【０００８】
本発明Ｈ形鋼はかかる特徴を有するので、建築構造用柱材または構造用部材に適用した場合、ウエブＷの内法あるいは外法が一定であることから、内法基準、外法基準のいずれの設計仕様に係る構造物にも適応し、肉厚が長手方向にテーパ状に変化しているから、必要応力断面に応じて無駄のない肉厚配分が可能で軽量化を促進できるとともに、溶接して継ぐ際に突き合わせ部の断面差が小さくなるように材料選択することができ、溶接施工効率が向上するとともに、溶接施工費も削減できる。
【０００９】
前記突き合わせでの材料選択に好都合なように、本発明Ｈ形鋼の断面サイズ（長さ端での）は、例えば建築の柱に採用される、長手方向で一様な厚みを有する既存の400 ×400 シリーズ、500 ×500 シリーズ、700 ×500 シリーズに合わせておくのが好ましい。
Ｈ形鋼の長さは、柱材として通常12ｍ程度（８〜16ｍ）で使用される場合が多い。長さ８〜16ｍの柱で生じるフランジとウエブの必要応力断面サイズの変化は、最小0.5mm 以上、最大でも30mmまでと推定される。また、テーパ量が0.5mm 以下では、軽量化のメリットがほとんどない。テーパ量（Δt ）が30mmを超えると、後述の圧延製造でのテーパ付け制御が設備的に困難となる。こういったことから、本発明Ｈ形鋼のテーパ量は、0.5 〜30mmの範囲が好ましい。なお、長さ(L) １ｍ当たりのテーパ量（Δt/L:テーパ勾配という）でいえば、0.05〜２mm/mの範囲が好ましい。
【００１０】
本発明Ｈ形鋼は、Ｈ形粗形鋼片に通常の工程、すなわち、ブレークダウン（ＢＤ）圧延工程⇒粗ユニバーサル（ＵＲ）ミルとエッジャーミルを用いる中間圧延工程⇒仕上ユニバーサル（ＵＦ）ミルを用いる仕上圧延工程を施して製造されるが、次に示すように、ＵＲミルあるいはさらにＵＦミルでの圧延制御が必要である。
【００１１】
ＵＲミルおよびＵＦミルは、いずれも、垂直ロールと一体型ロールあるいは幅可変型ロールからなる水平ロールを有する。そして、例えば図２に一体型水平ロールを有するＵＲミルについて示すように、垂直ロール３の開度３Ｄによって外法（ウエブ高さ）を変えることができ、水平ロール２の端面と垂直ロール３の外周面との間隔23Ｄによってフランジ厚を変えることができ、水平ロール２の開度２Ｄによってウエブ厚を変えることができ、水平ロール２の幅２Ｗ（この図では一体型水平ロールであるが、幅可変型水平ロールの場合は該水平ロールの外端面間の距離）によって内法（ウエブ内幅）を変えることができる。
【００１２】
そして、これらの条件を制御して圧延することによって、内法一定でフランジ厚とウエブ厚が連続して変化したＨ形鋼や、外法一定でフランジ厚とウエブ厚が連続して変化したＨ形鋼を製造できる。
なお、これらの制御条件に迅速かつ正確に追随した圧延を行うためには、ＡＧＣ（Automatic Gauge Control ）制御機能を持ちロール位置駆動を油圧方式にしたユニバーサルミルを用いることが好ましい。
【００１３】
内法一定でフランジ厚とウエブ厚が長手方向に連続して（テーパ状に）変化したＨ形鋼を製造する例を、図２、図３を用いて説明する。
通常の粗圧延工程を経て製造された圧延材をＵＲミルで複数パス圧延する中間圧延工程で、まず、中間圧延終了後の目標とするフランジ厚を決める。この目標フランジ厚は、仕上圧延時の変化量と最終製品の目標フランジ厚とを考慮して決定する。その後、各パス後の目標とするフランジ厚を、中間圧延終了後に目標とするフランジ厚が得られるように決定する。勿論、これらの目標フランジ厚は長手方向に連続的に変化している。
【００１４】
各パスでは、まず、パス後の目標フランジ厚をもとに、パス後のアズロール長（図３のｌ₀＋ｌ₁＋ｌ₂）を予測する。そして、予測アズロール長と目標フランジ厚から、垂直ロールと水平ロールの圧延中の位置変更量を設定し、その条件で制御圧延を行う。ここで、制御圧延は圧延材のＵＲミルへの噛込みを判断した後、圧延材の長手方向定常部のできるだけ端部に近い位置（図３のＰ₁）から開始するのが好ましい。
【００１５】
垂直ロールと水平ロールの圧延中の位置変更は、具体的には次のように行う。まず、水平ロール２の幅２Ｗを一定とし、フランジ厚を最も薄くすべき部位（図３のＰ₁）で目標とするフランジ厚が得られるように垂直ロール３の開度３Ｄを小さく設定して圧延を開始する。圧延が進行するに従い、設定した条件で垂直ロール３の開度３Ｄを増加していき、フランジ厚を最も厚くすべき部位（圧延材の長手方向定常部のできるだけ端部に近い位置；図３のＰ₂）で目標とするフランジ厚が得られるように垂直ロール３の開度３Ｄを大きく設定して制御圧延を終了する。
【００１６】
次のパスでは、逆に、このパスで目標とする厚みになるように、徐々に垂直ロール３の開度３Ｄを減少していき、圧延材の両端部のフランジ厚みの差を拡大していく。
以上のパスを繰り返すことにより、中間圧延後に目標とする連続して変化したフランジ厚をもつ圧延材が得られる。
【００１７】
なお、上記のようにフランジ厚を変化させる場合、フランジ厚の変化の比率とウエブ厚の変化の比率がほぼ同じとなるように、水平ロール２の開度２Ｄを変化させることによって、フランジ厚の変化時に生じるメタルフローがフランジ幅方向ではなく圧延材の長手方向に生じるので、フランジ幅の変動を小さくすることができる。
【００１８】
そして、内法一定で、フランジ厚とウエブ厚が長手方向にほぼ同様の比率で変化した圧延材が得られる。この圧延材にＵＦミルでフランジの角度起こしを主とする仕上圧延を施して、所望の、内法一定で、フランジ厚とウエブ厚が長手方向に変化したＨ形鋼が得られる。
外法一定でフランジ厚とウエブ厚が連続して（テーパ状に）変化したＨ形鋼を製造する例を、図２、図４を用いて説明する。
【００１９】
まず、中間圧延では、前述の内法一定でフランジ厚とウエブ厚が長手方向に連続して（テーパ状に）変化したＨ形鋼を製造する場合と同様にＵＲミルで圧延をして、内法一定で、フランジ厚とウエブ厚が長手方向にほぼ同様の比率で変化した圧延材を得、これをＵＦミルで仕上圧延する。
中間圧延後の圧延材の形状に関し、フランジ厚はＵＦミルでの減少分を考慮して、全長で目標厚より若干大きめにしておくのが好ましいが、ウエブ高さについては次の二種に大別される。
【００２０】
ケースＩ：ウエブ高さの最小部（フランジ厚が最小の部位）を含め、全長でＵミルでの減少分を考慮して、目標値より若干大きめにしておく。
ケースII：ウエブ高さの最小部（フランジ厚が最小の部位）を含めた一部の部分で、目標値より若干大きめにしておき、その他の部分では、目標値より若干小さめにしておく。
【００２１】
仕上圧延では、例えば、特開平5-57313 号公報に開示されたＵＦミル（図４参照）を用いる。このＵＦミルは幅可変型水平ロール２’を有し、この幅可変型水平ロール２’は例えばシリンダ22で外向きに一定荷重の負荷を与えることができ、外側からこの一定荷重を超える圧縮荷重が負荷されるとこの幅可変型水平ロール２’の幅２’Ｗが減少する機能を有するものである。このＵＦミルで本来のフランジの角度起こしとともに、下記のような条件で仕上圧延を行う。
【００２２】
中間圧延後の圧延材の形状が上記ケースＩ、IIのいずれに該当するかにかかわらず、垂直ロール３の開度３Ｄは目標とする外法寸法に合わせておき、圧延中はその位置を固定しておく。
そして、ケースＩの場合には、すべての部位でウエブ高さが垂直ロール３の開度３Ｄより大きいために、フランジ外面は全長にわたって圧縮荷重を受ける。この圧縮荷重は前記の幅可変型水平ロール２’の一定荷重より大きいために、幅可変型水平ロール２’の幅２’Ｗは縮小し、フランジ厚はほとんど変化せず、ウエブ厚が増加する。従って、幅可変型水平ロール２’の開度２’Ｄはこのウエブ厚の変化に対応すべく変化させる。
【００２３】
一方、ケースIIの場合には、一部にウエブ高さが垂直ロール３の開度３Ｄより小さい部分が存在する。ここでは、幅可変型水平ロール２’が前記の一定荷重でフランジが垂直ロール３に接触するまで外側に押すので、フランジ厚はほとんど変化せずウエブ内幅が拡大する。この時にウエブ厚は減少するので、幅可変型水平ロール２’の開度２’Ｄはこのウエブ厚の変化に対応すべく変化させる。それ以外の領域については、前述の方法と同様の圧延を行う。
【００２４】
以上のようにして、所望の、外法一定で、フランジ厚とウエブ厚が長手方向に変化したＨ形鋼が得られるが、フランジ厚の変化量が一定の場合、ケースIIの方がケースＩよりも、ウエブ厚の変化量が大きいものが得られる。また、フランジ厚の変化量が大きい場合には、ケースIIの方が圧延効率の面で有効な方法となる。
【００２５】
【実施例】
前述した方法で表１に示す各シリーズの極厚Ｈ形鋼相当品を製造した。各製品の寸法を従来のＨ形鋼と比較して表１に示す。同表に示すとおり、本発明Ｈ形鋼ではフランジ厚、ウエブ厚にテーパを付与している。テーパ量は必要な厚みに応じて設定した。また同表には、同じシリーズ内での従来のＨ形鋼に対する本発明Ｈ形鋼の重量削減量を示した。ここに示されたように、本発明によれば建築、構造用に従来よりも格段に軽量で溶接効率もよく同等の応力に対応できる圧延Ｈ形鋼を供給することができる。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、熱間圧延にて低コストで製造でき、製品がより軽量のゆえ建築物の軽量化が図れ、より小断面のゆえ溶接施工効率向上と溶接施工費削減とが図れて、従来と同等の応力に対応できる建築構造用柱材または構造用部材に有利に採用できる圧延Ｈ形鋼が得られるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧延Ｈ形鋼と通常のＨ形鋼を対比して示す図（中央部分は側面図、両端部分は断面図）であり、（ａ）は通常のＨ形鋼、（ｂ）は本発明のテーパ付内法一定Ｈ形鋼、（ｃ）は本発明のテーパ付外法一定Ｈ形鋼をそれぞれ示す。
【図２】Ｈ形ユニバーサル圧延法の原理を示す断面図である。
【図３】内法一定の本発明Ｈ形鋼を中間圧延する時の原理を示す図（中央部分は側面図、両端部分は断面図）である。
【図４】外法一定の本発明Ｈ形鋼の製造に好適な仕上ユニバーサル圧延機（ＵＦミル）を示す図である。
【図５】通常の極厚Ｈ形鋼の建築柱への採用例を示す側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１本発明の圧延Ｈ形鋼（本発明Ｈ形鋼）
２水平ロール
２’幅可変型水平ロール
３垂直ロール
５材料
10、11 通常のＨ形鋼
10Ａ、11Ａ応力に応じて必要な厚みの断面
12 柱−柱溶接部
22 シリンダ
Ｆフランジ
Ｗウエブ

Claims

ウエブの内法あるいはウエブの外法が長手方向に一定であり、フランジの厚みとウエブの厚みが長手方向に連続的に変化してなることを特徴とする圧延Ｈ形鋼。
Ｈ形粗形鋼片に、ブレークダウン圧延、粗ユニバーサルミルとエッジャーミルを用いる中間圧延、仕上ユニバーサルミルを用いる仕上圧延を順次施すＨ形鋼の製造方法において、粗ユニバーサルミルあるいはさらに仕上ユニバーサルミルでロール位置を連続的に変化させることを特徴とする、ウエブの内法あるいはウエブの外法が長手方向に一定であり、フランジの厚みとウエブの厚みが長手方向に連続的に変化してなる圧延Ｈ形鋼の製造方法。