JP4103511B2 - フィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製品のフィレット部近傍に突起を有する形鋼を製造する技術に関し、特に仕上ユニバーサル圧延工程において形鋼のフィレット部近傍に、製品長手方向に断続する突起を形成する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｈ形鋼等のフランジとウエブを有する形鋼の圧延装置は、通常、ブレークダウン圧延機、粗ユニバーサル圧延機、エッジング圧延機、および仕上ユニバーサル圧延機の組み合わせから構成されている。そして、スラブやブルーム、あるいはビームブランク等の素材を順次に圧延することによって所定の断面寸法を有する形鋼が製造されている。Ｈ形鋼の圧延方法を例にとると、上記の装置に配置されるブレークダウン圧延機は、ロール胴に沿って開孔型または開孔型を複数個設けた上下ロールが配置された二重式の圧延機であって、ここではＨ形鋼の素材が圧延される。
【０００３】
ところで、フランジの内面に突起を有するＨ形鋼は、フランジの外面に突起を有するものよりコンクリートとの付着性が優れているため、従来、熱間圧延後に溶接によりリブや突起をフランジの内面に取り付けて製造されていた。しかし、このような製造技術では生産性が非常に悪かった。そこで、熱間圧延によってフランジの内面に突起を付与することが望まれており、従来からいくつか提案されている。
【０００４】
例えば、Ｈ形鋼の各フランジ内面を圧下する溝付の小径ロールからなる第２垂直ロールを上下左右各フランジ内面毎に４個配設し、フランジ外面を圧下する左右２個の垂直ロールの各チョックを内方へ延長して各第２垂直ロールを軸受にて支持し、各水平ロール側面のベベルギヤと各第２垂直ロールのベペルギヤとを噛合せ、これらべベルギヤによる駆動部周速と第２垂直ロールの圧下側面部周速との周速調整手段を設けた仕上圧延装置がある（例えば特許文献１参照。）。この仕上圧延装置によれば、コンクリートとの付着性が優れたフランジの内面に突起を有するＨ形鋼を、熱間圧延で製造することができる。このような仕上圧延装置の場合、水平ロール及び第１垂直ロール以外に仕上圧延装置に特殊な第２垂直ロールを４個も組み込む必要があり、大きな設備投資が必要となっていた。このため、仕上圧延設備にかかるコストが非常に高かった。
【０００５】
また、加熱された素材を、ブレークダウン圧延機、第１粗ユニバーサル圧延機、第２粗ユニバーサル圧延機、及び仕上ユニバーサル圧延機を経てフランジ内面に突起を有するＨ形鋼とする圧延設備がある（例えば、特許文献２参照。）。この技術では、第１粗ユニバーサル圧延機は、水平ロールの側面の傾斜を４５度程度と大きくするとともに、この側面のほぼ中央部に凹部を形成し、複数パスで鋼片のフランジ内面に圧延方向に連続する線状突起を造形するようにしている。また、第２粗ユニバーサル圧延機は、水平ロールの傾斜側面に圧延方向に断続的な凹部を複数形成し、水平ロールで鋼片のフランジ及びウェブを圧下しつつ線状突起を断続的に圧下し、所定ピッチの縞突起を造形する。そして、仕上ユニバーサル圧延機は、水平ロールでウェブを圧下しつつ、フラットな垂直ロールによりＶ字形状のフランジを徐々に押し広げてゆき、これにより、所定の高さ及びピッチの縞突起をフランジ内面に有するＨ形鋼を得るようにしている。
【０００６】
このＨ形鋼の圧延では、粗ユニバーサル圧延機が２機必要になり、また、各粗ユニバーサル圧延機として傾斜側面に凹部を形成した特殊な水平ロールを組み込むことが必要となり、設備コストが非常に高かった。また、仕上ユニバーサル圧延機による仕上圧延において、Ｖ字形状のフランジを徐々に押し広げて行く際に、フランジの内面に縞突起が形成されており、フランジの厚み方向の圧下を行うことができなかった。また、フランジ内面に設けられる縞突起は圧延方向に延びる形状となっていた。
【０００７】
上記課題を解決するため本発明者はさきに、大きな設備投資なしで、フランジ内面にフランジ幅方向に延びる形状の突起を有する形鋼を熱間圧延で製造することができる、フランジ内面突起付形鋼の製造方法及びそれに使用される仕上ユニバーサル圧延機を提案した（例えば、特許文献３参照。）。
【０００８】
その技術は、フランジ及びウェブを有する形鋼の仕上圧延を行うに際して、ロール側面のコーナ部を始点としほぼロール軸に向かう複数のスリットを形成した水平ロールを組み込んだ仕上ユニバーサル圧延機を使用し、前記水平ロールの側面による前記フランジ内面への押圧時に前記フランジ内面に複数の突起を形成するフランジ内面突起付形鋼の製造方法である。
【０００９】
【特許文献１】
特開平３−３２４０８号公報
【特許文献２】
特開昭６１−８２９０３号公報
【特許文献３】
特願２００１−２５０７１９号出願
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術は、フランジ内面にＨ形鋼の軸にほぼ直角な多数の突起を圧延により形成するもので、すぐれた技術であるが、さらにウェブ側面にも延びるフィレット部に突起を形成することが望まれている。本発明はこのような要望に応える技術を提供することを目的とするものである。その課題とするところは、
（イ）フィレット部近傍に、フランジ内面及びウエブ側面に断続する突起を形成した形鋼の突起の全肉を圧延工程で形成すること
（ロ）このような形鋼のフィレット部近傍に突起の全肉を形成する装置を提供すること
である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、ウェブとそのウェブの両端に互いに平行に設けられたフランジとを有する形鋼であって、フィレット部を含むフランジ内面及びウエブ側面の長手方向に断続する突起を備えたフィレット部近傍に突起を有する形鋼を製造する方法を提供する。フィレット部近傍に突起を有する形鋼は、前記フランジ内面及びウエブ側面の突起がそれぞれ別の突起であってもよいが、Ｌ字形に一体化していると突起のフィレット部の形状が単純で好ましい。
【００１２】
上記形鋼は、以下の手段によって製造することができる。すなわち、ウエブとそのウエブの両端に互いに平行に設けられたフランジとを有する形鋼の仕上圧延を行うに当り、仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールに、ロールコーナ部を始点として始端幅よりも終端幅が狭い半径方向内側に延びる複数のスリットを側面に形成すると共に、円筒面の母線に沿う複数のスリットを周面に形成し、前記水平ロールを用いて前記形鋼を押圧し、前記形鋼のフィレット部を含むフランジ内面及びウエブ側面に、複数の突起を形成することを特徴とするフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法である。
【００１３】
前記フランジ内面及びウエブ側面の突起がＬ字形に一体化していると、フランジ内面及びウエブ側面に別々に突起を形成するものに比しロールの形状が簡易な構造となり、突起の形成も容易となり、好ましい。
【００１４】
また、上記製造方法において、仕上ユニバーサル圧延前の材料のフィレット部近傍に予肉を形成しておき、この予肉を仕上ユニバーサル圧延にて突起に変形させることとすれば好ましい。
【００１５】
予肉を形成しておく手段としては、例えば、
（ａ）仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロールのコーナ内半径寸法を仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールのコーナ内半径寸法より大きくしておく手段
（ｂ）仕上ユニバーサル圧延機より前段の水平ロール周面両端部に凹部を形成し、仕上ユニバーサル圧延前における材料のウエブ両端部に予肉を形成する手段
（ｃ）仕上ユニバーサル圧延機より前段の垂直ロールのロール高さ方向中央部に面取りを施しておき、フランジ外面に予肉を形成する手段
（ｄ）仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロール側面に凹部を形成し、フランジ内面に予肉を形成する手段
（ｅ）仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロールのコーナ部にコーナ角が鈍角となるテーパを側面及び周面に形成し、仕上ユニバーサル圧延前における材料のウエブ両端部に予肉を形成する手段
等を採用すればよい。
【００１６】
さらに、仕上ユニバーサル圧延機の圧延前の素材のウエブ内幅を仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールの内幅より大きく設定しておき、仕上ユニバーサル圧延時にウエブ内幅を縮小しつつ突起を形成することとしてもよい。
【００１７】
上記フィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法を好適に実現するための本発明の装置は、ウェブとそのウェブの両端に互いに平行に設けられたフランジとを有する形鋼の仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールに、ロールコーナ部を始点として始端幅よりも終端幅が狭い半径方向内側に延びる複数のスリットを側面に形成すると共に、円筒面の母線に沿うスリットを周面に形成したことを特徴とする装置である。この場合、側面に形成したスリットと周面に形成したスリットが連結していると好ましい。
【００１８】
次に、仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機において、
（イ）仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールのコーナ部内半径より大きいコーナ部内半径をもつ水平ロール
（ロ）周辺両端部に凹部を形成した水平ロール
（ハ）側面に面取り部を形成した垂直ロール
（ニ）側面に凹部を形成した水平ロール
（ホ）ロールのコーナ部に隣接するロール側面及び周面に、コーナ部を始点としコーナ角が鈍角となるテーパを有する水平ロール
（ヘ）仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールより内幅の大きい水平ロール
を備えると、上記方法発明を好適に実施をすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
Ｈ形鋼は図１９（ａ）に示すＨ形ビームブランク１２０を素材として、ブレークダウン圧延機で図１９（ｂ）に示すブレークダウン最終形状の形材１２１に圧延し、次いで粗ユニバーサル圧延機及びエッジング圧延機で図１９（ｃ）に示す粗ユニバーサル圧延形状の形材１２２に圧延し、次いで、仕上ユニバーサル圧延機によって図１９（ｄ）に示す最終断面系のＨ形鋼１２３に仕上げる。図２０は図１９（ｂ）〜図１９（ｄ）の圧延工程を示すもので、図２０（ａ）は水平ロール１３１と垂直ロール１３２とからなる粗ユニバーサル圧延機の正面図、図２０（ｂ）はエッジングロール１３３を備えたエッジング圧延機の正面図、図２０（ｃ）は水平ロール１３４と垂直ロール１３５とを備えた仕上ユニバーサル圧延機の正面図である。図２１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図２０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応するＨ形鋼１００の成形工程を示すＨ形鋼の加工断面を示すもので符号１３１〜１３５は図２１と同様である。
【００２１】
図４は本発明によって製造されるＨ形鋼１００の一例の斜視図を示すもので、フィレット部１０３にＨ形鋼の軸方向に断続する突起１０４が形成されている。図４では、突起１０４はフィレット部１０３からフランジ１０１の内側に延びると共にウエブ１０２の側面側にも延びるＬ字状の突起１０４であって、Ｈ形鋼の軸方向に対して断続的に形成されている例を示している。この突起１０４はＨ形鋼の軸方向に直交するＬ字形のものを示しているが、その形状及び配列はこれに限定されるわけではなく、例えば、フィレット部からフランジ内面側に延びる突起とフィレット部からウエブ側面側に延びる突起が分離されていてもよく、分離された突起のそれぞれの形状、大きさ、配列等が異なっていてもよい。
【００２２】
本発明は上記の粗ユニバーサル圧延、エッジング圧延、及び仕上ユニバーサル圧延工程に工夫を凝らすことによって、形鋼のフィレット部に断続的な突起を有する形鋼の製造方法及びその装置を提供するものである。
【００２３】
図１〜３は本発明を実現するために、仕上ユニバーサル圧延機に組み込まれる水平ロール１０の一例を示すもので、図１（ａ）は水平ロール１０の側面図、図１（ｂ）はその正面図である。この水平ロール１０は、軸１４によって支持され、ロールコーナ部１１を始点として半径方向内側に延びる複数のスリット１３を側面１２に形成すると共に、円筒面１５の母線に沿う複数のスリット１６を周面に形成してある。ロールコーナ部１１を始点として半径方向内側に延びるスリット１３の拡大図を図２に示した。
【００２４】
図２において、ロール半径方向を示す線２０１を２点鎖線で示し、スリット方向を示す線２０２を１点鎖線で示した。線２０１、線２０２のなす角をθとする。また、スリット始端幅をＷ１、スリット終端幅をＷ２、スリット長さをＬｌとした。図２に示すように、スリット方向を圧延方向とは逆方向に傾けた場合や湾曲させた場合（図示せず）およびＷ１＞Ｗ２とした場合が突起形成に有利である。このスリット１３の寸法の例を示すと、例えばスリット幅（Ｗ１、Ｗ２）は５ｍｍ〜４０ｍｍ、スリット長さ（Ｌ１）は３０ｍｍ〜８０ｍｍ程度である。またθは０゜〜１０゜程度である。
【００２５】
また、円筒面の母線に沿う各スリット１６の例を図３に示した。図３において、スリット方向を示す線２０３を１点鎖線で示した。また、スリット幅をＷ３とし、スリット長さをＬ２とした。図３に示すように、スリット方向はロール軸方向とほぼ平行としている。このスリット１６の寸法の例を示すと、例えばスリット幅（Ｗ３）は２ｍｍ〜２０ｍｍ、スリット長さ（Ｌ２）は３０ｍｍ〜８０ｍｍ程度である。
【００２６】
ロールコーナ部１１を始点として半径方向内側に延びる各スリット１３と、円筒面の母線に沿う各スリット１６は、それぞれ独立した別のものでもよく、Ｌ字形に一体化したスリットでもよく、またこれらが混合したものでもよい。
【００２７】
この水平ロール１０を用いて形鋼を圧延し、形鋼のフィレット部を含むフランジ内面及びウエブ側面に、複数の突起を形成する。
【００２８】
本発明は、仕上ユニバーサル圧延前の材料のフィレット部近傍に予肉を形成しておき、この予肉を突起に変形させて圧延し、フィレット部近傍に突起を形成するのが有利である。予肉は、突起を形成するべき部分に予め余分な材料を付加しておくものである。図５〜図１０は、予肉を形成する具体的な手段を示す説明図である。
【００２９】
図５（ａ）は、仕上ユニバーサル圧延前のＨ形鋼のプロフィールを示し、図５（ｂ）は、仕上ユニバーサル圧延後のＨ形鋼１００のプロフィールを示すものである。図５（ａ）に示すように、仕上ユニバーサル圧延機より前段の水平ロール２１のコーナ内半径寸法２２を図５（ｂ）に示す仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール２３のコーナ内半径寸法２４より大きくしておくことによって、Ｈ形鋼１００のフィレット部に予肉２５をあらかじめ形成する手段を示している。
【００３０】
図６（ａ）は、仕上ユニバーサル圧延前のＨ形鋼のプロフィールを示し、図６（ｂ）は、仕上ユニバーサル圧延後のＨ形鋼１００のプロフィールを示すものである。図６は、仕上ユニバーサル圧延機より前段の水平ロール３１の周面両端部に深さ３５の凹部３２を形成し、仕上ユニバーサル圧延前における材料のウエブ両端部に予肉３４を形成する手段を示している。
【００３１】
図７（ａ）は、仕上ユニバーサル圧延前のＨ形鋼のプロフィールを示し、図７（ｂ）は、仕上ユニバーサル圧延後のＨ形鋼１００のプロフィールを示すものである。図７は、仕上ユニバーサル圧延機より前段の垂直ロール４１のロール高さ方向中央部に面取り４２を施し、Ｈ形鋼１００のフランジ１０１外面に予肉４７を形成する手段を示している。このとき、仕上ユニバーサル圧延機より全段の水平ロール４３のコーナ部半径４４を、仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール４５のコーナ部プロフィール４６の半径より大きくしておいてもよい。図７（ｂ）の仕上ユニバーサル圧延工程において、垂直ロール４１の周面が矢印４８で示すように予肉４７を押圧すると水平ロール４５との協働によってフィレット部に突起を形成することができる。
【００３２】
図８は、仕上ユニバーサル圧延機の圧延前の素材であるＨ形鋼１００を形成する水平ロールのウエブ内幅寸法を仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール５４の内幅寸法より大きく設定しておき、仕上ユニバーサル圧延時に仕上ユニバーサル圧延機の垂直ロール５１の周面５２と水平ロール５４との協働によってＨ形鋼１００のウエブ１０２の内幅を縮小しつつ突起を形成する手段を示している。
【００３３】
図９は、仕上ユニバーサル圧延機より前段の水平ロール６１のコーナ部近傍から側面側に凹面６２を形成しておき、予肉６３を形成する例を示す説明図である。この予肉６３は図１０に示すように仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール６４で圧延されて突起を形成する。
【００３４】
図１１は前記予肉を形成しておく別の手段として、仕上ユニバーサル圧延機より前段の粗ユニバーサル圧延機の水平ロール８２のコーナ部８３にコーナ角が鈍角となるテーパを水平ロール８２のコーナ部の側面及び周面に形成し、仕上ユニバーサル圧延前における材料のウエブ両端部に予肉を形成する手段を示している。この場合、垂直ロール８１はフラットロールとし、粗ユニバーサル圧延で、フランジ外面はほぼストレートな状態とする。これは、仕上圧延時に、フィレット部の圧下反力を受けやすくするためである。図１２は、図１１の次の工程のエッジングロール８５による圧延工程を示したもので、ウエブの中央部の厚みの減圧を極力小さくし、延伸を押さえる。フランジの中央から先端部のフランジ幅の減圧も小さくし延伸を押さえるようにエッジングロールの押圧面８６を形成してある。
【００３５】
図１３は仕上ユニバーサル圧延工程を示すもので、垂直ロール９１と水平ロール９２により突起形成部９３のみ局部的に強圧下になる条件を作ることにより、予肉が突起を形成するメタルフローがタイトになり、水平ロールに形成したスリットの部分に流れ込みやすい状態ができる。
【００３６】
【実施例】
ブレークダウン圧延機、粗ユニバーサル圧延機、エッジング圧延機及び仕上ユニバーサル圧延機の順に配列されてなる工場において、図１に示した形状の水平ロールを仕上ユニバーサル圧延機に組み込んで圧延を行い、フィレット部近傍に突起を有するＨ形鋼（製品寸法：ウェブ高さ３１６ｍｍ、フランジ幅３１６ｍｍ、ウェブ厚１８ｍｍ、フランジ厚２３ｍｍ）を製造した。突起の目標高さは１ｍｍ以上とした。
【００３７】
本実施例では、ロールコーナ部から始まり側面へ伸びるスリット１３と水平ロール周面両端部のスリット１６とを一体化した。ロール側面に伸びるスリット１３については図２において長さＬ１を５０ｍｍ、幅Ｗ１を２５ｍｍ、Ｗ２を１５ｍｍ、深さを４ｍｍとし、圧延方向とは逆方向に角度θを５゜傾けた形状とした。水平ロール１０の周面両端部のスリット１６については、図３におけるコーナ部を始点として長さＬ２を５０ｍｍ、幅Ｗ３を２５ｍｍ、深さを４ｍｍとした。ロールコーナ部のＲ寸法は１３ｍｍとし、この丸みに応じてコーナ部のスリットの底にも丸みを設け、スリットの深さがどこでも４ｍｍとなるようにした。
【００３８】
このほかの製造条件と圧延後（製品）のフランジ内面、フィレット部およびウェブ面の突起高さの測定結果を、表１にまとめて示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示す突起の高さの測定位置を図１４に示した。図１４は、表１中に示す突起７２の高さ寸法の測定位置を示すもので、フランジ１０１内面からの突出高さ１１１、フィレット面の突出高さ１１２、ウエブ１０２の面からの突出高さ１１３の測定位置を示している。
【００４１】
条件１では、仕上ユニバーサル圧延前における材料への予肉形成を行わなかった。仕上ユニバーサル圧延におけるウェブのウェブ高さ中央位置における目標厚み圧下率を１０％、フランジの目標厚み圧下率を１５％とした．製品の突起高さはフランジ内面で１．８ｍｍ、フィレット部で２．０ｍｍ、ウェブ面で１．５ｍｍであり、全体として突起高さがやや低い結果となった。
【００４２】
条件２においても、仕上ユニバーサル圧延前における材料への予肉形成を行わなかった。仕上ユニバーサル圧延におけるウェブのウェブ高さ中央位置における目標厚み圧下率を５％、フランジの目標厚み圧下率を１５％とした．この条件は以下の条件３〜７の効果を見るための比較例である。製品の突起高さはフランジ内面で２．２ｍｍ、フィレット部で２．１ｍｍ、ウェブ面で０．８ｍｍであり、ウェブ面の突起高さがかなり低くなった。
【００４３】
以降の条件３〜７においては条件２と同様に仕上ユニバーサル圧延におけるウェブの目標厚み圧下率を５％、フランジの目標厚み圧下率を１５％とした。
【００４４】
図５の予肉形成手段による条件３においては、粗ユニバーサル圧延機の水平ロールのコーナＲ寸法を２６ｍｍとして、材料のフィレット部に予肉を設けた。製品の突起高さはフランジ内面で２．５ｍｍ、フィレット部で３．８ｍｍ、ウェブ面で１．８ｍｍであり、特にフイレット部の突起高さを高くすることができた。
【００４５】
図６の予肉形成手段による条件４においては、粗ユニバーサル圧延機の上下水平ロール周面両端部を５０ｍｍの範囲で２ｍｍ（＝ｈ）へこませ、ウェブ両端部に予肉を形成した。製品の突起高さはフランジ内面で２．６ｍｍ、フィレット部で３．７ｍｍ、ウェブ面で３．４ｍｍであり、特にウェブ面とフィレット部の突起高さを高くすることができた。
【００４６】
図７の予肉形成手段による条件５においては、粗ユニバーサル圧延機の垂直ロールの面取り量ｃ（面取り部の上下方向の長さ寸法）を１００ｍｍとし、フランジ外面に予肉を形成した。製品の突起高さはフランジ内面で２．９ｍｍ、フィレット部で３．２ｍｍ、ウェブ面で２．１ｍｍであり、全体的に突起高さを高くすることができた。
【００４７】
図８の予肉形成手段による条件６においては、仕上ユニバーサル圧延において材料のウェブ内幅よりも水平ロールの幅間隔を１０ｍｍ小さくし、ウェブ内幅を１０ｍｍ縮小調整した。製品の突起高さはフランジ内面で２．６ｍｍ、フィレット部で３．３ｍｍ、ウェブ面で２．９ｍｍであり、全体的に突起高さを高くすることができた。
【００４８】
図９の予肉形成手段による条件７においては、粗ユニバーサル圧延機の上下水平ロール側面部をコーナから５０ｍｍの範囲で２ｍｍへこませ、フランジ内面に予肉を形成した。製品の突起高さはフランジ内面で３．４ｍｍ、フィレット部で３．６ｍｍ、ウェブ面で１．８ｍｍであり、全体的に突起高さを高くすることができた。
【００４９】
以上より、本発明に従うことによりフィレット部近傍に突起を形成できることが確認された。条件２ではウェブ面の突起高さが目標とする１ｍｍより低くなったが、条件３〜７のように予肉形成や仕上圧延におけるウェブ内幅の縮小調整により、突起高さを目標の高さ以上とすることができた。
【００５０】
条件３〜７の方法を組み合わせて用いることにより、フランジ内面、フィレット部、およびウェブ両端部すべての位置の突起高さを高くすることができることを確認している。また、本実施例では、フランジ内面、フィレット部、ウェブ面の３箇所に突起を形成したが、本発明の形態に従うことにより、フランジ内面とフィレット部に突起を形成しウェブ面の突起を省略する場合や、フィレット部だけに突起を形成する場合などについても効果があることを確認している。さらに、本実施例では条件２〜７の目標圧下率を同一としたが、条件３〜７の方法においては、目標圧下率を小さくしても、ある程度の突起高さが得られることも確認しており、仕上ユニバーサル圧延条件の選択の自由度が大きくなる。
【００５１】
次に、図１５に図１とは別の仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール９２の例を示した。図１６はその一方のロールの斜視図である。このロールはスペーサ型幅可変ロールを用いている。スペーサ９５で幅を規制し、軸９６、９７に外嵌した一双の水平ロール９２のコーナ部にスリット１３、１６を設けたロールを使用すると簡単に突起を形成することができる。
【００５２】
図１７は図１１に示す余肉形成手段により製造した製品の一例を示すもので、ウエブ高さ６００ｍｍ、フランジ幅３００ｍｍ×フランジ厚さ３２ｍｍ、ウエブ厚さ１６ｍｍで、突起の長さがフランジ内面側で７０ｍｍ、ウエブ側面側で８０ｍｍである。図１８は、そのフィレット部の拡大説明図で、突起１０４の形状とロールの抜け勾配を考慮して、抜け勾配を決定する説明図である。仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールのスリットに入ったメタルをできるだけ潰さないように、粗ユニバーサル圧延機では、側面テーパα1を設け、仕上ユニバーサル圧延では水平ロールのスリット底について側面テーパα2及び突起の上面のテーパβを大きくしている。
【００５３】
なお本実施例では、フィレット部近傍だけに突起を形成したが、仕上圧延機の垂直ロールにもスリットを付与しておくことにより、フランジ外面にも同時に突起を形成することも可能である。また、水平ロールの周面全体にスリットを付与することにより、ウェブ面全体に突起を形成することも可能である。
【００５４】
またここではＨ形鋼の圧延を例にしたが、同様の形態の仕上ユニバーサル圧延を行う溝形鋼やＩ形鋼に対しても、本発明に従いフィレット部近傍に突起を形成できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、フィレット部近傍に長手方向に断続する突起を有する形鋼を、高価な装置の追加なしに、簡単に製造することができる。また、仕上圧延条件の選択の自由度も大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールの（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。
【図２】半径方向スリットの拡大説明図である。
【図３】母線方向のスリットの拡大説明図である。
【図４】実施例のＨ形鋼の部分斜視図である。
【図５】予肉形成手段の説明図である。
【図６】予肉形成手段の説明図である。
【図７】予肉形成手段の説明図である。
【図８】予肉形成手段の説明図である。
【図９】予肉形成手段の説明図である。
【図１０】予肉形成手段の説明図である。
【図１１】予肉形成手段の説明図である。
【図１２】図１１の後のエッジャー圧延工程の説明図である。
【図１３】図１２の後の仕上圧延工程の説明図である。
【図１４】突起の寸法説明図である。
【図１５】仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールの断面図である。
【図１６】仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールの斜視図である。
【図１７】Ｈ形鋼の正面図である。
【図１８】Ｈ形鋼の突起の形状及び抜け勾配の説明図である。
【図１９】Ｈ形鋼の圧延工程を示す材料の断面推移図である。
【図２０】（ａ）粗ユニバーサル圧延機、（ｂ）エッジング圧延機、（ｃ）ユニバーサル圧延機の正面図である。
【図２１】粗ユニバーサル圧延、エッジング圧延、ユニバーサル圧延工程のＨ形鋼のプロフィール説明図である。
【符号の説明】
１０ 水平ロール
１１ ロールコーナ部
１２ 側面
１３ スリット
１４ 軸
１５ 円筒面
１６ スリット
２１ 水平ロール
２２ コーナ内径寸法
２３ 水平ロール
２４ コーナ内径寸法
２５ 予肉
３１ 水平ロール
３２ 凹部
３３ 水平ロール
３４ 予肉
３５ 深さ
４１ 垂直ロール
４２ 面取り
４３ 水平ロール
４４ コーナ部半径
４５ 水平ロール
４６ プロフィール
４７ 予肉
４８ 矢印
５１ 垂直ロール
５２ 周面
５４ 水平ロール
５５ 矢印
６１ 水平ロール
６２ 凹面
６３ 予肉
６４ 水平ロール
８１ 垂直ロール
８２ 水平ロール
８３ コーナ部
８５ エッジングロール
８６ 押圧面
９１ 垂直ロール
９２ 水平ロール
９３ 突起形成部
９５ スペーサ
９６、９７ 軸
１００ Ｈ形鋼
１０１ フランジ
１０２ ウエブ
１０３ フィレット部
１０４ 突起
１１１ フランジ面からの突出高さ
１１２ フィレット部の突出高さ
１１３ ウエブからの突出高さ
１２０ ビームブランク
１２１、１２２ 形材
１２３ Ｈ形鋼
１３１ 水平ロール
１３２ 垂直ロール
１３３ エッジングロール
１３４ 水平ロール
１３５ 垂直ロール
２０１、２０２、２０３ 線
【発明の属する技術分野】
本発明は、製品のフィレット部近傍に突起を有する形鋼を製造する技術に関し、特に仕上ユニバーサル圧延工程において形鋼のフィレット部近傍に、製品長手方向に断続する突起を形成する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｈ形鋼等のフランジとウエブを有する形鋼の圧延装置は、通常、ブレークダウン圧延機、粗ユニバーサル圧延機、エッジング圧延機、および仕上ユニバーサル圧延機の組み合わせから構成されている。そして、スラブやブルーム、あるいはビームブランク等の素材を順次に圧延することによって所定の断面寸法を有する形鋼が製造されている。Ｈ形鋼の圧延方法を例にとると、上記の装置に配置されるブレークダウン圧延機は、ロール胴に沿って開孔型または開孔型を複数個設けた上下ロールが配置された二重式の圧延機であって、ここではＨ形鋼の素材が圧延される。
【０００３】
ところで、フランジの内面に突起を有するＨ形鋼は、フランジの外面に突起を有するものよりコンクリートとの付着性が優れているため、従来、熱間圧延後に溶接によりリブや突起をフランジの内面に取り付けて製造されていた。しかし、このような製造技術では生産性が非常に悪かった。そこで、熱間圧延によってフランジの内面に突起を付与することが望まれており、従来からいくつか提案されている。
【０００４】
例えば、Ｈ形鋼の各フランジ内面を圧下する溝付の小径ロールからなる第２垂直ロールを上下左右各フランジ内面毎に４個配設し、フランジ外面を圧下する左右２個の垂直ロールの各チョックを内方へ延長して各第２垂直ロールを軸受にて支持し、各水平ロール側面のベベルギヤと各第２垂直ロールのベペルギヤとを噛合せ、これらべベルギヤによる駆動部周速と第２垂直ロールの圧下側面部周速との周速調整手段を設けた仕上圧延装置がある（例えば特許文献１参照。）。この仕上圧延装置によれば、コンクリートとの付着性が優れたフランジの内面に突起を有するＨ形鋼を、熱間圧延で製造することができる。このような仕上圧延装置の場合、水平ロール及び第１垂直ロール以外に仕上圧延装置に特殊な第２垂直ロールを４個も組み込む必要があり、大きな設備投資が必要となっていた。このため、仕上圧延設備にかかるコストが非常に高かった。
【０００５】
また、加熱された素材を、ブレークダウン圧延機、第１粗ユニバーサル圧延機、第２粗ユニバーサル圧延機、及び仕上ユニバーサル圧延機を経てフランジ内面に突起を有するＨ形鋼とする圧延設備がある（例えば、特許文献２参照。）。この技術では、第１粗ユニバーサル圧延機は、水平ロールの側面の傾斜を４５度程度と大きくするとともに、この側面のほぼ中央部に凹部を形成し、複数パスで鋼片のフランジ内面に圧延方向に連続する線状突起を造形するようにしている。また、第２粗ユニバーサル圧延機は、水平ロールの傾斜側面に圧延方向に断続的な凹部を複数形成し、水平ロールで鋼片のフランジ及びウェブを圧下しつつ線状突起を断続的に圧下し、所定ピッチの縞突起を造形する。そして、仕上ユニバーサル圧延機は、水平ロールでウェブを圧下しつつ、フラットな垂直ロールによりＶ字形状のフランジを徐々に押し広げてゆき、これにより、所定の高さ及びピッチの縞突起をフランジ内面に有するＨ形鋼を得るようにしている。
【０００６】
このＨ形鋼の圧延では、粗ユニバーサル圧延機が２機必要になり、また、各粗ユニバーサル圧延機として傾斜側面に凹部を形成した特殊な水平ロールを組み込むことが必要となり、設備コストが非常に高かった。また、仕上ユニバーサル圧延機による仕上圧延において、Ｖ字形状のフランジを徐々に押し広げて行く際に、フランジの内面に縞突起が形成されており、フランジの厚み方向の圧下を行うことができなかった。また、フランジ内面に設けられる縞突起は圧延方向に延びる形状となっていた。
【０００７】
上記課題を解決するため本発明者はさきに、大きな設備投資なしで、フランジ内面にフランジ幅方向に延びる形状の突起を有する形鋼を熱間圧延で製造することができる、フランジ内面突起付形鋼の製造方法及びそれに使用される仕上ユニバーサル圧延機を提案した（例えば、特許文献３参照。）。
【０００８】
その技術は、フランジ及びウェブを有する形鋼の仕上圧延を行うに際して、ロール側面のコーナ部を始点としほぼロール軸に向かう複数のスリットを形成した水平ロールを組み込んだ仕上ユニバーサル圧延機を使用し、前記水平ロールの側面による前記フランジ内面への押圧時に前記フランジ内面に複数の突起を形成するフランジ内面突起付形鋼の製造方法である。
【０００９】
【特許文献１】
特開平３−３２４０８号公報
【特許文献２】
特開昭６１−８２９０３号公報
【特許文献３】
特願２００１−２５０７１９号出願
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術は、フランジ内面にＨ形鋼の軸にほぼ直角な多数の突起を圧延により形成するもので、すぐれた技術であるが、さらにウェブ側面にも延びるフィレット部に突起を形成することが望まれている。本発明はこのような要望に応える技術を提供することを目的とするものである。その課題とするところは、
（イ）フィレット部近傍に、フランジ内面及びウエブ側面に断続する突起を形成した形鋼の突起の全肉を圧延工程で形成すること
（ロ）このような形鋼のフィレット部近傍に突起の全肉を形成する装置を提供すること
である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、ウェブとそのウェブの両端に互いに平行に設けられたフランジとを有する形鋼であって、フィレット部を含むフランジ内面及びウエブ側面の長手方向に断続する突起を備えたフィレット部近傍に突起を有する形鋼を製造する方法を提供する。フィレット部近傍に突起を有する形鋼は、前記フランジ内面及びウエブ側面の突起がそれぞれ別の突起であってもよいが、Ｌ字形に一体化していると突起のフィレット部の形状が単純で好ましい。
【００１２】
上記形鋼は、以下の手段によって製造することができる。すなわち、ウエブとそのウエブの両端に互いに平行に設けられたフランジとを有する形鋼の仕上圧延を行うに当り、仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールに、ロールコーナ部を始点として始端幅よりも終端幅が狭い半径方向内側に延びる複数のスリットを側面に形成すると共に、円筒面の母線に沿う複数のスリットを周面に形成し、前記水平ロールを用いて前記形鋼を押圧し、前記形鋼のフィレット部を含むフランジ内面及びウエブ側面に、複数の突起を形成することを特徴とするフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法である。
【００１３】
前記フランジ内面及びウエブ側面の突起がＬ字形に一体化していると、フランジ内面及びウエブ側面に別々に突起を形成するものに比しロールの形状が簡易な構造となり、突起の形成も容易となり、好ましい。
【００１４】
また、上記製造方法において、仕上ユニバーサル圧延前の材料のフィレット部近傍に予肉を形成しておき、この予肉を仕上ユニバーサル圧延にて突起に変形させることとすれば好ましい。
【００１５】
予肉を形成しておく手段としては、例えば、
（ａ）仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロールのコーナ内半径寸法を仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールのコーナ内半径寸法より大きくしておく手段
（ｂ）仕上ユニバーサル圧延機より前段の水平ロール周面両端部に凹部を形成し、仕上ユニバーサル圧延前における材料のウエブ両端部に予肉を形成する手段
（ｃ）仕上ユニバーサル圧延機より前段の垂直ロールのロール高さ方向中央部に面取りを施しておき、フランジ外面に予肉を形成する手段
（ｄ）仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロール側面に凹部を形成し、フランジ内面に予肉を形成する手段
（ｅ）仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロールのコーナ部にコーナ角が鈍角となるテーパを側面及び周面に形成し、仕上ユニバーサル圧延前における材料のウエブ両端部に予肉を形成する手段
等を採用すればよい。
【００１６】
さらに、仕上ユニバーサル圧延機の圧延前の素材のウエブ内幅を仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールの内幅より大きく設定しておき、仕上ユニバーサル圧延時にウエブ内幅を縮小しつつ突起を形成することとしてもよい。
【００１７】
上記フィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法を好適に実現するための本発明の装置は、ウェブとそのウェブの両端に互いに平行に設けられたフランジとを有する形鋼の仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールに、ロールコーナ部を始点として始端幅よりも終端幅が狭い半径方向内側に延びる複数のスリットを側面に形成すると共に、円筒面の母線に沿うスリットを周面に形成したことを特徴とする装置である。この場合、側面に形成したスリットと周面に形成したスリットが連結していると好ましい。
【００１８】
次に、仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機において、
（イ）仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールのコーナ部内半径より大きいコーナ部内半径をもつ水平ロール
（ロ）周辺両端部に凹部を形成した水平ロール
（ハ）側面に面取り部を形成した垂直ロール
（ニ）側面に凹部を形成した水平ロール
（ホ）ロールのコーナ部に隣接するロール側面及び周面に、コーナ部を始点としコーナ角が鈍角となるテーパを有する水平ロール
（ヘ）仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールより内幅の大きい水平ロール
を備えると、上記方法発明を好適に実施をすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
Ｈ形鋼は図１９（ａ）に示すＨ形ビームブランク１２０を素材として、ブレークダウン圧延機で図１９（ｂ）に示すブレークダウン最終形状の形材１２１に圧延し、次いで粗ユニバーサル圧延機及びエッジング圧延機で図１９（ｃ）に示す粗ユニバーサル圧延形状の形材１２２に圧延し、次いで、仕上ユニバーサル圧延機によって図１９（ｄ）に示す最終断面系のＨ形鋼１２３に仕上げる。図２０は図１９（ｂ）〜図１９（ｄ）の圧延工程を示すもので、図２０（ａ）は水平ロール１３１と垂直ロール１３２とからなる粗ユニバーサル圧延機の正面図、図２０（ｂ）はエッジングロール１３３を備えたエッジング圧延機の正面図、図２０（ｃ）は水平ロール１３４と垂直ロール１３５とを備えた仕上ユニバーサル圧延機の正面図である。図２１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図２０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応するＨ形鋼１００の成形工程を示すＨ形鋼の加工断面を示すもので符号１３１〜１３５は図２１と同様である。
【００２１】
図４は本発明によって製造されるＨ形鋼１００の一例の斜視図を示すもので、フィレット部１０３にＨ形鋼の軸方向に断続する突起１０４が形成されている。図４では、突起１０４はフィレット部１０３からフランジ１０１の内側に延びると共にウエブ１０２の側面側にも延びるＬ字状の突起１０４であって、Ｈ形鋼の軸方向に対して断続的に形成されている例を示している。この突起１０４はＨ形鋼の軸方向に直交するＬ字形のものを示しているが、その形状及び配列はこれに限定されるわけではなく、例えば、フィレット部からフランジ内面側に延びる突起とフィレット部からウエブ側面側に延びる突起が分離されていてもよく、分離された突起のそれぞれの形状、大きさ、配列等が異なっていてもよい。
【００２２】
本発明は上記の粗ユニバーサル圧延、エッジング圧延、及び仕上ユニバーサル圧延工程に工夫を凝らすことによって、形鋼のフィレット部に断続的な突起を有する形鋼の製造方法及びその装置を提供するものである。
【００２３】
図１〜３は本発明を実現するために、仕上ユニバーサル圧延機に組み込まれる水平ロール１０の一例を示すもので、図１（ａ）は水平ロール１０の側面図、図１（ｂ）はその正面図である。この水平ロール１０は、軸１４によって支持され、ロールコーナ部１１を始点として半径方向内側に延びる複数のスリット１３を側面１２に形成すると共に、円筒面１５の母線に沿う複数のスリット１６を周面に形成してある。ロールコーナ部１１を始点として半径方向内側に延びるスリット１３の拡大図を図２に示した。
【００２４】
図２において、ロール半径方向を示す線２０１を２点鎖線で示し、スリット方向を示す線２０２を１点鎖線で示した。線２０１、線２０２のなす角をθとする。また、スリット始端幅をＷ１、スリット終端幅をＷ２、スリット長さをＬｌとした。図２に示すように、スリット方向を圧延方向とは逆方向に傾けた場合や湾曲させた場合（図示せず）およびＷ１＞Ｗ２とした場合が突起形成に有利である。このスリット１３の寸法の例を示すと、例えばスリット幅（Ｗ１、Ｗ２）は５ｍｍ〜４０ｍｍ、スリット長さ（Ｌ１）は３０ｍｍ〜８０ｍｍ程度である。またθは０゜〜１０゜程度である。
【００２５】
また、円筒面の母線に沿う各スリット１６の例を図３に示した。図３において、スリット方向を示す線２０３を１点鎖線で示した。また、スリット幅をＷ３とし、スリット長さをＬ２とした。図３に示すように、スリット方向はロール軸方向とほぼ平行としている。このスリット１６の寸法の例を示すと、例えばスリット幅（Ｗ３）は２ｍｍ〜２０ｍｍ、スリット長さ（Ｌ２）は３０ｍｍ〜８０ｍｍ程度である。
【００２６】
ロールコーナ部１１を始点として半径方向内側に延びる各スリット１３と、円筒面の母線に沿う各スリット１６は、それぞれ独立した別のものでもよく、Ｌ字形に一体化したスリットでもよく、またこれらが混合したものでもよい。
【００２７】
この水平ロール１０を用いて形鋼を圧延し、形鋼のフィレット部を含むフランジ内面及びウエブ側面に、複数の突起を形成する。
【００２８】
本発明は、仕上ユニバーサル圧延前の材料のフィレット部近傍に予肉を形成しておき、この予肉を突起に変形させて圧延し、フィレット部近傍に突起を形成するのが有利である。予肉は、突起を形成するべき部分に予め余分な材料を付加しておくものである。図５〜図１０は、予肉を形成する具体的な手段を示す説明図である。
【００２９】
図５（ａ）は、仕上ユニバーサル圧延前のＨ形鋼のプロフィールを示し、図５（ｂ）は、仕上ユニバーサル圧延後のＨ形鋼１００のプロフィールを示すものである。図５（ａ）に示すように、仕上ユニバーサル圧延機より前段の水平ロール２１のコーナ内半径寸法２２を図５（ｂ）に示す仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール２３のコーナ内半径寸法２４より大きくしておくことによって、Ｈ形鋼１００のフィレット部に予肉２５をあらかじめ形成する手段を示している。
【００３０】
図６（ａ）は、仕上ユニバーサル圧延前のＨ形鋼のプロフィールを示し、図６（ｂ）は、仕上ユニバーサル圧延後のＨ形鋼１００のプロフィールを示すものである。図６は、仕上ユニバーサル圧延機より前段の水平ロール３１の周面両端部に深さ３５の凹部３２を形成し、仕上ユニバーサル圧延前における材料のウエブ両端部に予肉３４を形成する手段を示している。
【００３１】
図７（ａ）は、仕上ユニバーサル圧延前のＨ形鋼のプロフィールを示し、図７（ｂ）は、仕上ユニバーサル圧延後のＨ形鋼１００のプロフィールを示すものである。図７は、仕上ユニバーサル圧延機より前段の垂直ロール４１のロール高さ方向中央部に面取り４２を施し、Ｈ形鋼１００のフランジ１０１外面に予肉４７を形成する手段を示している。このとき、仕上ユニバーサル圧延機より全段の水平ロール４３のコーナ部半径４４を、仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール４５のコーナ部プロフィール４６の半径より大きくしておいてもよい。図７（ｂ）の仕上ユニバーサル圧延工程において、垂直ロール４１の周面が矢印４８で示すように予肉４７を押圧すると水平ロール４５との協働によってフィレット部に突起を形成することができる。
【００３２】
図８は、仕上ユニバーサル圧延機の圧延前の素材であるＨ形鋼１００を形成する水平ロールのウエブ内幅寸法を仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール５４の内幅寸法より大きく設定しておき、仕上ユニバーサル圧延時に仕上ユニバーサル圧延機の垂直ロール５１の周面５２と水平ロール５４との協働によってＨ形鋼１００のウエブ１０２の内幅を縮小しつつ突起を形成する手段を示している。
【００３３】
図９は、仕上ユニバーサル圧延機より前段の水平ロール６１のコーナ部近傍から側面側に凹面６２を形成しておき、予肉６３を形成する例を示す説明図である。この予肉６３は図１０に示すように仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール６４で圧延されて突起を形成する。
【００３４】
図１１は前記予肉を形成しておく別の手段として、仕上ユニバーサル圧延機より前段の粗ユニバーサル圧延機の水平ロール８２のコーナ部８３にコーナ角が鈍角となるテーパを水平ロール８２のコーナ部の側面及び周面に形成し、仕上ユニバーサル圧延前における材料のウエブ両端部に予肉を形成する手段を示している。この場合、垂直ロール８１はフラットロールとし、粗ユニバーサル圧延で、フランジ外面はほぼストレートな状態とする。これは、仕上圧延時に、フィレット部の圧下反力を受けやすくするためである。図１２は、図１１の次の工程のエッジングロール８５による圧延工程を示したもので、ウエブの中央部の厚みの減圧を極力小さくし、延伸を押さえる。フランジの中央から先端部のフランジ幅の減圧も小さくし延伸を押さえるようにエッジングロールの押圧面８６を形成してある。
【００３５】
図１３は仕上ユニバーサル圧延工程を示すもので、垂直ロール９１と水平ロール９２により突起形成部９３のみ局部的に強圧下になる条件を作ることにより、予肉が突起を形成するメタルフローがタイトになり、水平ロールに形成したスリットの部分に流れ込みやすい状態ができる。
【００３６】
【実施例】
ブレークダウン圧延機、粗ユニバーサル圧延機、エッジング圧延機及び仕上ユニバーサル圧延機の順に配列されてなる工場において、図１に示した形状の水平ロールを仕上ユニバーサル圧延機に組み込んで圧延を行い、フィレット部近傍に突起を有するＨ形鋼（製品寸法：ウェブ高さ３１６ｍｍ、フランジ幅３１６ｍｍ、ウェブ厚１８ｍｍ、フランジ厚２３ｍｍ）を製造した。突起の目標高さは１ｍｍ以上とした。
【００３７】
本実施例では、ロールコーナ部から始まり側面へ伸びるスリット１３と水平ロール周面両端部のスリット１６とを一体化した。ロール側面に伸びるスリット１３については図２において長さＬ１を５０ｍｍ、幅Ｗ１を２５ｍｍ、Ｗ２を１５ｍｍ、深さを４ｍｍとし、圧延方向とは逆方向に角度θを５゜傾けた形状とした。水平ロール１０の周面両端部のスリット１６については、図３におけるコーナ部を始点として長さＬ２を５０ｍｍ、幅Ｗ３を２５ｍｍ、深さを４ｍｍとした。ロールコーナ部のＲ寸法は１３ｍｍとし、この丸みに応じてコーナ部のスリットの底にも丸みを設け、スリットの深さがどこでも４ｍｍとなるようにした。
【００３８】
このほかの製造条件と圧延後（製品）のフランジ内面、フィレット部およびウェブ面の突起高さの測定結果を、表１にまとめて示す。
【００３９】
【表１】
表１に示す突起の高さの測定位置を図１４に示した。図１４は、表１中に示す突起７２の高さ寸法の測定位置を示すもので、フランジ１０１内面からの突出高さ１１１、フィレット面の突出高さ１１２、ウエブ１０２の面からの突出高さ１１３の測定位置を示している。
【００４１】
条件１では、仕上ユニバーサル圧延前における材料への予肉形成を行わなかった。仕上ユニバーサル圧延におけるウェブのウェブ高さ中央位置における目標厚み圧下率を１０％、フランジの目標厚み圧下率を１５％とした．製品の突起高さはフランジ内面で１．８ｍｍ、フィレット部で２．０ｍｍ、ウェブ面で１．５ｍｍであり、全体として突起高さがやや低い結果となった。
【００４２】
条件２においても、仕上ユニバーサル圧延前における材料への予肉形成を行わなかった。仕上ユニバーサル圧延におけるウェブのウェブ高さ中央位置における目標厚み圧下率を５％、フランジの目標厚み圧下率を１５％とした．この条件は以下の条件３〜７の効果を見るための比較例である。製品の突起高さはフランジ内面で２．２ｍｍ、フィレット部で２．１ｍｍ、ウェブ面で０．８ｍｍであり、ウェブ面の突起高さがかなり低くなった。
【００４３】
以降の条件３〜７においては条件２と同様に仕上ユニバーサル圧延におけるウェブの目標厚み圧下率を５％、フランジの目標厚み圧下率を１５％とした。
【００４４】
図５の予肉形成手段による条件３においては、粗ユニバーサル圧延機の水平ロールのコーナＲ寸法を２６ｍｍとして、材料のフィレット部に予肉を設けた。製品の突起高さはフランジ内面で２．５ｍｍ、フィレット部で３．８ｍｍ、ウェブ面で１．８ｍｍであり、特にフイレット部の突起高さを高くすることができた。
【００４５】
図６の予肉形成手段による条件４においては、粗ユニバーサル圧延機の上下水平ロール周面両端部を５０ｍｍの範囲で２ｍｍ（＝ｈ）へこませ、ウェブ両端部に予肉を形成した。製品の突起高さはフランジ内面で２．６ｍｍ、フィレット部で３．７ｍｍ、ウェブ面で３．４ｍｍであり、特にウェブ面とフィレット部の突起高さを高くすることができた。
【００４６】
図７の予肉形成手段による条件５においては、粗ユニバーサル圧延機の垂直ロールの面取り量ｃ（面取り部の上下方向の長さ寸法）を１００ｍｍとし、フランジ外面に予肉を形成した。製品の突起高さはフランジ内面で２．９ｍｍ、フィレット部で３．２ｍｍ、ウェブ面で２．１ｍｍであり、全体的に突起高さを高くすることができた。
【００４７】
図８の予肉形成手段による条件６においては、仕上ユニバーサル圧延において材料のウェブ内幅よりも水平ロールの幅間隔を１０ｍｍ小さくし、ウェブ内幅を１０ｍｍ縮小調整した。製品の突起高さはフランジ内面で２．６ｍｍ、フィレット部で３．３ｍｍ、ウェブ面で２．９ｍｍであり、全体的に突起高さを高くすることができた。
【００４８】
図９の予肉形成手段による条件７においては、粗ユニバーサル圧延機の上下水平ロール側面部をコーナから５０ｍｍの範囲で２ｍｍへこませ、フランジ内面に予肉を形成した。製品の突起高さはフランジ内面で３．４ｍｍ、フィレット部で３．６ｍｍ、ウェブ面で１．８ｍｍであり、全体的に突起高さを高くすることができた。
【００４９】
以上より、本発明に従うことによりフィレット部近傍に突起を形成できることが確認された。条件２ではウェブ面の突起高さが目標とする１ｍｍより低くなったが、条件３〜７のように予肉形成や仕上圧延におけるウェブ内幅の縮小調整により、突起高さを目標の高さ以上とすることができた。
【００５０】
条件３〜７の方法を組み合わせて用いることにより、フランジ内面、フィレット部、およびウェブ両端部すべての位置の突起高さを高くすることができることを確認している。また、本実施例では、フランジ内面、フィレット部、ウェブ面の３箇所に突起を形成したが、本発明の形態に従うことにより、フランジ内面とフィレット部に突起を形成しウェブ面の突起を省略する場合や、フィレット部だけに突起を形成する場合などについても効果があることを確認している。さらに、本実施例では条件２〜７の目標圧下率を同一としたが、条件３〜７の方法においては、目標圧下率を小さくしても、ある程度の突起高さが得られることも確認しており、仕上ユニバーサル圧延条件の選択の自由度が大きくなる。
【００５１】
次に、図１５に図１とは別の仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール９２の例を示した。図１６はその一方のロールの斜視図である。このロールはスペーサ型幅可変ロールを用いている。スペーサ９５で幅を規制し、軸９６、９７に外嵌した一双の水平ロール９２のコーナ部にスリット１３、１６を設けたロールを使用すると簡単に突起を形成することができる。
【００５２】
図１７は図１１に示す余肉形成手段により製造した製品の一例を示すもので、ウエブ高さ６００ｍｍ、フランジ幅３００ｍｍ×フランジ厚さ３２ｍｍ、ウエブ厚さ１６ｍｍで、突起の長さがフランジ内面側で７０ｍｍ、ウエブ側面側で８０ｍｍである。図１８は、そのフィレット部の拡大説明図で、突起１０４の形状とロールの抜け勾配を考慮して、抜け勾配を決定する説明図である。仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールのスリットに入ったメタルをできるだけ潰さないように、粗ユニバーサル圧延機では、側面テーパα1を設け、仕上ユニバーサル圧延では水平ロールのスリット底について側面テーパα2及び突起の上面のテーパβを大きくしている。
【００５３】
なお本実施例では、フィレット部近傍だけに突起を形成したが、仕上圧延機の垂直ロールにもスリットを付与しておくことにより、フランジ外面にも同時に突起を形成することも可能である。また、水平ロールの周面全体にスリットを付与することにより、ウェブ面全体に突起を形成することも可能である。
【００５４】
またここではＨ形鋼の圧延を例にしたが、同様の形態の仕上ユニバーサル圧延を行う溝形鋼やＩ形鋼に対しても、本発明に従いフィレット部近傍に突起を形成できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、フィレット部近傍に長手方向に断続する突起を有する形鋼を、高価な装置の追加なしに、簡単に製造することができる。また、仕上圧延条件の選択の自由度も大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールの（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。
【図２】半径方向スリットの拡大説明図である。
【図３】母線方向のスリットの拡大説明図である。
【図４】実施例のＨ形鋼の部分斜視図である。
【図５】予肉形成手段の説明図である。
【図６】予肉形成手段の説明図である。
【図７】予肉形成手段の説明図である。
【図８】予肉形成手段の説明図である。
【図９】予肉形成手段の説明図である。
【図１０】予肉形成手段の説明図である。
【図１１】予肉形成手段の説明図である。
【図１２】図１１の後のエッジャー圧延工程の説明図である。
【図１３】図１２の後の仕上圧延工程の説明図である。
【図１４】突起の寸法説明図である。
【図１５】仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールの断面図である。
【図１６】仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールの斜視図である。
【図１７】Ｈ形鋼の正面図である。
【図１８】Ｈ形鋼の突起の形状及び抜け勾配の説明図である。
【図１９】Ｈ形鋼の圧延工程を示す材料の断面推移図である。
【図２０】（ａ）粗ユニバーサル圧延機、（ｂ）エッジング圧延機、（ｃ）ユニバーサル圧延機の正面図である。
【図２１】粗ユニバーサル圧延、エッジング圧延、ユニバーサル圧延工程のＨ形鋼のプロフィール説明図である。
【符号の説明】
１０ 水平ロール
１１ ロールコーナ部
１２ 側面
１３ スリット
１４ 軸
１５ 円筒面
１６ スリット
２１ 水平ロール
２２ コーナ内径寸法
２３ 水平ロール
２４ コーナ内径寸法
２５ 予肉
３１ 水平ロール
３２ 凹部
３３ 水平ロール
３４ 予肉
３５ 深さ
４１ 垂直ロール
４２ 面取り
４３ 水平ロール
４４ コーナ部半径
４５ 水平ロール
４６ プロフィール
４７ 予肉
４８ 矢印
５１ 垂直ロール
５２ 周面
５４ 水平ロール
５５ 矢印
６１ 水平ロール
６２ 凹面
６３ 予肉
６４ 水平ロール
８１ 垂直ロール
８２ 水平ロール
８３ コーナ部
８５ エッジングロール
８６ 押圧面
９１ 垂直ロール
９２ 水平ロール
９３ 突起形成部
９５ スペーサ
９６、９７ 軸
１００ Ｈ形鋼
１０１ フランジ
１０２ ウエブ
１０３ フィレット部
１０４ 突起
１１１ フランジ面からの突出高さ
１１２ フィレット部の突出高さ
１１３ ウエブからの突出高さ
１２０ ビームブランク
１２１、１２２ 形材
１２３ Ｈ形鋼
１３１ 水平ロール
１３２ 垂直ロール
１３３ エッジングロール
１３４ 水平ロール
１３５ 垂直ロール
２０１、２０２、２０３ 線
Claims (17)
- ウェブとそのウェブの両端に互いに平行に設けられたフランジとを有する形鋼の仕上圧延を行うに当り、仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールに、ロールコーナ部を始点として始端幅よりも終端幅が狭い半径方向内側に延びる複数のスリットを側面に形成すると共に、円筒面の母線に沿う複数のスリットを周面に形成し、前記水平ロールを用いて前記形鋼を押圧し、前記形鋼のフィレット部を含むフランジ内面及びウエブ側面に、複数の突起を形成することを特徴とするフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法。
- 前記フランジ内面及びウエブ側面の突起がＬ字形に一体化していることを特徴とする請求項１記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法。
- 仕上ユニバーサル圧延前の材料のフィレット部近傍に予肉を形成しておき、この予肉を仕上ユニバーサル圧延にて突起に変形させることを特徴とする請求項１又は２記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法。
- 前記予肉を形成しておく手段は、仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロールのコーナ内半径寸法を仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールのコーナ内半径寸法より大きくしておく手段であることを特徴とする請求項３記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法。
- 前記予肉を形成しておく手段は、仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロール周面両端部に凹部を形成し、仕上ユニバーサル圧延前における材料のウエブ両端部に予肉を形成する手段であることを特徴とする請求項３記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法。
- 前記予肉を形成しておく手段は、仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の垂直ロールのロール高さ方向中央部に面取りを施しておき、フランジ外面に予肉を形成する手段であることを特徴とする請求項３記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法。
- 前記予肉を形成しておく手段は、仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロール側面に凹部を形成し、フランジ内面に予肉を形成する手段であることを特徴とする請求項３記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法。
- 前記予肉を形成しておく手段は、仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロールのコーナ部にコーナ角が鈍角となるテーパを側面及び周面に形成し、仕上ユニバーサル圧延前における材料のウエブ両端部に予肉を形成する手段であることを特徴とする請求項３記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法。
- 仕上ユニバーサル圧延機の圧延前の素材のウエブ内幅を仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールの内幅より大きく設定しておき、仕上ユニバーサル圧延時にウエブ内幅を縮小しつつ突起を形成することを特徴とする請求項１又は２記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造方法。
- ウェブとそのウェブの両端に互いに平行に設けられたフランジとを有する形鋼の仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールに、ロールコーナ部を始点として始端幅よりも終端幅が狭い半径方向内側に延びる複数のスリットを側面に形成すると共に、円筒面の母線に沿うスリットを周面に形成したことを特徴とするフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造装置。
- 側面に形成したスリットと周面に形成したスリットが連結していることを特徴とする請求項１０記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造装置。
- 仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロールとして、仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールのコーナ部内半径より大きいコーナ部内半径をもつ圧延ロールを備えたことを特徴とする請求項１０又は１１記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造装置。
- 仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロールとして、周面両端部に凹部を形成したロール備えたことを特徴とする請求項１０又は１１記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造装置。
- 仕上ユニバーサル圧延機より前段の垂直ロールとして、側面に面取り部を形成したロールを備えたことを特徴とする請求項１０又は１１記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造装置。
- 仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロールとして、側面に凹部を形成したロールを備えたことを特徴とする請求項１０又は１１記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造装置。
- 仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロールとして、ロールのコーナ部に隣接するロール側面及び周面に、コーナ部を始点としコーナ角が鈍角となるテーパを有する圧延ロールを備えたことを特徴とする請求項１０又は１１記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造装置。
- 仕上ユニバーサル圧延機より前段の圧延機の水平ロールとして、仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールより内幅の大きいロールを備えたことを特徴とする請求項１０又は１１記載のフィレット部近傍に突起を有する形鋼の製造装置。
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