JP4424374B2

JP4424374B2 - 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

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Publication number: JP4424374B2
Application number: JP2007137943A
Authority: JP
Inventors: 倫哉駒城; 克活竹林; 啓徳三浦
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP2007210034A

Description

本発明は、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に関する。

ウェブとそのウェブの両端に設けられたフランジとを有するＨ形鋼等の形鋼は、一般に図１７に示す圧延設備によって圧延されて最終製品となる。
この圧延設備１０１は、図１７中（Ａ）に示すように、ブレークダウン圧延機１０２、粗ユニバーサル圧延機１０３、エッジング圧延機１０４、及び仕上ユニバーサル圧延機１０５からなる場合や、図１７中（Ｂ）に示すように、ブレークダウン圧延機１０２、第１粗ユニバーサル圧延機１０３ａ、エッジング圧延機１０４、第２粗ユニバーサル圧延機１０３ｂ、及び仕上ユニバーサル圧延機１０５からなる場合等があり、加熱炉で加熱されたスラブやブルーム、或いはビームブランク等の素材を順次に各圧延機で圧延することによって所定の断面寸法の形鋼が製造されるようになっている。

図１７中（Ａ）に示す圧延設備１０１によってＨ形鋼を圧延する方法について説明すると、先ず、加熱炉で加熱された素材はブレークダウン圧延機１０２によって粗形のＨ断面に圧延される。このブレークダウン圧延機１０２は、ロール胴に沿って開孔型又は閉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る。

そして、ブレークダウン圧延機１０２によって粗形のＨ断面に圧延された素材は、粗ユニバーサル圧延機１０３及びエッジング圧延機１０４からなる粗ユニバーサル圧延機群で複数回往復圧延され、図１８中（Ｂ）に示す形状の所定厚みを有するＨ形断面に圧延される。ここで、粗ユニバーサル圧延機１０３は、上下一対の水平ロール１０６と左右一対の垂直ロール１０７とを備え、上下一対の水平ロール１０６により形成されるロール隙で素材ＳのウェブＳ_Ｗがその厚さ方向に圧下され、左右それぞれの垂直ロール１０７と上下の水平ロール１０６の側面とにより形成されるロール隙で左右のフランジＳ_Ｆがその厚さ方向に圧下される（図１８中（Ａ）参照）。また、エッジング圧延機１０４は、上下一対のエッジングロール１０８を備え、上下一対のエッジングロール１０８によって形成されるロール隙でフランジＳ_Ｆの幅が所定の寸法にまで圧下される（図１８中（Ｂ）参照）。

そして、図１８中（Ｂ）に示す形状に圧延された素材Ｓは、上下一対の水平ロール１０９と左右一対の垂直ロール１１０とを備えた仕上ユニバーサル圧延機１０５により、フランジＳ_Ｆ及びウェブＳ_Ｗの厚み圧下とフランジＳ_Ｆの角度起こしとが行われ、最終製品の寸法に仕上られる（図１８中（Ｃ）参照）。
ところで、ビル建設等で用いられる鉄筋・鉄骨コンクリート工法においては、コンクリートと鉄骨との付着性を増すため、突起付の鋼材が使用されることがある。例えば、柱・梁材等で使用されるＨ形鋼では、フランジの内面や外面に突起を有するものが用いられる。この突起は、ある程度の高さ（例えば１ｍｍ以上）が必要とされており、また、突起の数が多い場合や突起の長さが長い場合にはよりコンクリートとの付着性が増加することになる。

ここで、図１９に示すように、フランジＳ_Ｆの外面に複数の突起ｔを有するＨ形鋼Ｓを製造する場合には、仕上ユニバーサル圧延機２０５において、左右一対の垂直ロール２１０の外面に垂直方向に延びる複数の溝２１０ａを形成しておき、この垂直ロール２１０でフランジＳ_Ｆの外面を圧下することにより、フランジＳ_Ｆの外面に複数の突起ｔを有するＨ形鋼Ｓを比較的容易に製造することができる。図１９中、符号２０９は水平ロールである。

一方、仕上ユニバーサル圧延機１０５による仕上ユニバーサル圧延においては、図１８中（Ｃ）に示すように、フランジＳ_Ｆの内面は水平ロール１０９の側面で圧下されるが、水平ロール１０９の側面には抜け勾配がほとんどなく、かつ、ロールと材料との相対すべりが大きいため、水平ロール１０９の側面に単に溝を形成し、これをフランジＳ_Ｆの内面に転写させて突起を形成しても、圧延の出側で突起がつぶれてしまうという問題があった。このため、フランジＳ_Ｆの内面に突起を有するＨ形鋼は、熱間圧延では簡単に製造できないと考えられていた。

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といわれているため、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付与して製造されていた。しかし、生産性は非常に悪かった。
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はなおも望まれており、いくつか提案されている。

例えば、特許文献１には、図２０に示すように、Ｈ形鋼Ｓの各フランジＳ_Ｆ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３０８を上下左右各フランジＳ_Ｆ内面毎に４個配設し、フランジＳ_Ｆ外面を圧下する左右２個の垂直ロール３０７の各チョック３０９を内方へ延長して各第２垂直ロール３０８を軸受にて支持し、各水平ロール３０６側面のベベルギヤ３１０と各第２垂直ロール３０８のベベルギヤ３１１とを噛合せ、これらベベルギヤ３１０，３１１による駆動部周速と第２垂直ロール３０８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３０５が開示されている。

この仕上圧延装置３０５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。
また、特許文献２には、図２１に示すように、加熱炉（図示せず）により加熱された素材を、ブレークダウン圧延機４０２、第１粗ユニバーサル圧延機４０３、第２粗ユニバーサル圧延機４０４、及び仕上ユニバーサル圧延機４０５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４０１が開示されている。

ここで、第１粗ユニバーサル圧延機４０３においては、図２２中（Ａ）に示すように、水平ロール４０３Ａの側面の傾斜を４５°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４０７を形成し、複数パスで線形鋼片４０６のフランジ４０６Ａ内面に圧延方向に連続する線状突起４０８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４０４においては、図２２中（Ｂ）に示すように、水平ロール４０４Ａの傾斜側面に圧延方向において断続的な凹部４１０を複数形成し、水平ロール４０４Ａで線形鋼片４０６のフランジ４０６Ａ及びウェブ４０６Ｂを圧下しつつ線状突起４０８を断続的に圧下し、所定ピッチの縞突起４１１を造形するようにしている。そして、仕上ユニバーサル圧延機４０５においては、水平ロール４０５Ａでウェブ４０６Ｂを圧下しつつ、フラットな垂直ロール４０５ＢによりＶ字形状のフランジ４０６Ａ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４１１をフランジ内面に有するＨ形鋼４０６を得るようにしている。
特開平３−３２４０８号公報特開昭６１−８２９０３号公報

しかしながら、これら従来の図２０に示す仕上圧延装置３０５や図２１及び図２２に示すＨ形鋼の圧延法にあっては、以下の問題点があった。
すなわち、図２０に示す仕上圧延装置３０５の場合、水平ロール３０６及び第１垂直ロール３０７以外に仕上圧延装置３０５に特殊な第２垂直ロール３１１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。

また、図２１及び図２２に示すＨ形鋼の圧延法の場合、粗ユニバーサル圧延機が２機（符号４０３及び４０４）必要になり、また、各粗ユニバーサル圧延機４０３，４０４において傾斜側面に凹部４０７，４１０を形成した特殊な水平ロール４０３Ａ，４０４Ａを組み込む必要があり、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４０５による仕上圧延において、Ｖ字形状のフランジ４０６Ａを徐々に押し広げて行く際に、フランジ４０６Ａの内面に縞突起４１１が形成されていることからフランジ４０６Ａの厚み方向の圧下を行うことができなかった。さらに、フランジ内面に突起を設けた形鋼は、その使われ方からフランジ幅方向（圧延方向に直交する垂直方向）に延びる形状の突起が望まれる場合が多いのに対し、前述の圧延法でフランジ内面に設けられる縞突起４１１は圧延方向に延びる形状となっていた。

また、折角形成した突起が、装置の突起形成部材等に接触してしまい、フランジから剥離してしまう場合もある。この場合、そのように接触した装置側の部材もその接触により破損してしまうことがある。このようなことから、形成した突起を装置側の部材によって破損してしまうことを防止することが望まれる。
なお、本発明者らは、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突形鋼の製造方法を提案している（特願２００１−２５０７１９）。すなわち、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て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、水平ロールの側面によるフランジ内面への押圧時に、当該フランジ内面に複数の突起を形成する方法であり、ある程度の長さの突起には効果があるが、突起長さを長くするのは難しかった。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、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、さらに形成した突起の損傷をなくして、その突起長さをより長くすることができる、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供することにある。

前記問題を解決するために、請求項１記載の発明に係るフランジ内面突起付形鋼の製造方法は、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ー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と、そのロール軸が前記水平ロールの前記ロール軸に対して垂直とされる垂直ロールとを組み込み、前記垂直ロールのロール軸を、前記水平ロールのロール軸に対して前記形鋼の圧延方向側にずらして位置させている仕上ユニバーサル圧延機を使用し、前記垂直ロールの側面を前記フランジ外面に押し当てることで、前記フランジ内面を前記水平ロールの側面に押圧して、当該フランジ内面に複数の突起を形成することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明に係る仕上ユニバーサル圧延機は、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ー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と、そのロール軸が前記水平ロールの前記ロ
ール軸に対して垂直とされる垂直ロールとを組み込み、前記垂直ロールのロール軸を、前
記水平ロールのロール軸に対して前記形鋼の圧延方向側にずらして位置させて、前記垂直
ロールの側面を前記フランジ外面に押し当てることで、前記フランジ内面を前記水平ロー
ルの側面に押圧して、当該フランジ内面に複数の突起を形成することを特徴としている。

ここで、請求項１及び２に記載の発明では、垂直ロールのロール軸を、水平ロールのロ
ール軸に対して形鋼の圧延方向側にずらして位置させることで、スリットによる突起の形
成を、水平ロールのロール軸からみて、圧延方向側で行うようにする。

請求項１及び２に記載の発明によれば、スリットによる突起の形成を水平ロールのロー
ル軸からみて圧延方向側で行うことができるので、スリットから突起を抜けやすくするこ
とができる。これにより、形成した突起と水平ロールとが接触してしまうことを防止でき
、よって、例えば、長い突起を形成することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
先ず、第１の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係るフランジ内面突起付形鋼の製造方法が適用される第１の実施の形態の圧延設備の概略構成図である。図２は図１の圧延設備における仕上ユニバーサル圧延機に組み込まれる水平ロールの側面図である。図３は水平ロールのロール側面に設けた好ましい形状のスリットを示す側面図である。図４は図２に示す水平ロールを用いての仕上ユニバーサル圧延における水平ロールの側面とフランジ内面との接触状態を模式的に示した図である。但し、図４においては、スリットの表示を省略するとともにフランジを透視している。図５はフランジ内面に突起を有するＨ形鋼の部分斜視図である。

図５に示すウェブＳ_ＷとそのウェブＳ_Ｗの左右両端に設けられたフランジＳ_Ｆとを有し、フランジＳ_Ｆ内面に突起ｔを有するＨ形鋼Ｓを製造する場合を例にとって本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、Ｈ形鋼Ｓを製造するための圧延設備１は、図１７中（Ａ）に示す圧延設備１０１と同様に、ブレークダウン圧延機２、粗ユニバーサル圧延機３、エッジング圧延機４、及び仕上ユニバーサル圧延機５からなり、加熱炉で加熱された素材を順次に各圧延機で圧延することによって所定の断面寸法のフランジＳ_Ｆ内面に突起ｔを有するＨ形鋼Ｓが製造される。

ここで、ブレークダウン圧延機２、粗ユニバーサル圧延機３、及びエッジング圧延機４においては、素材は図１８中（Ｂ）に示す形状と同一の形状に圧延される。そして、図１８中（Ｂ）に示す形状と同一の形状に圧延された素材は、図２又は図３に示すような、上下一対の水平ロール６と、左右一対の垂直ロール７とを備えた仕上ユニバーサル圧延機５により、フランジＳ_Ｆ及びウェブＳ_Ｗの厚み圧下、フランジＳ_Ｆ内面への突起ｔの形成、及びフランジＳ_Ｆの角度起こしが行われ、最終製品の寸法に仕上られる。

仕上ユニバーサル圧延機５によるフランジＳ_Ｆ内面への突起ｔの形成について詳細に説明すると、仕上ユニバーサル圧延機５の各水平ロール６は、図２に示すように、水平ロール６の側面６ａのコーナー部６ｂを始点としロール軸８に向かう複数の直線状のスリット１０を形成している。
ここで言う「コーナー部６ｂ」とは、水平ロール６の周面と側面（ロール側面）６ａとの境界部であり、このコーナー部６ｂには、丸みや面取りが施されている。そして、水平ロール６の側面６ａによるフランジＳ_Ｆ内面への押圧時（フランジＳ_Ｆの厚み圧下時）にフランジＳ_Ｆ内面に複数の突起ｔを圧延方向において所定ピッチで形成する。

また、各スリット１０の形状については、ロール側面６ａのコーナー部６ｂを始点としほぼロール軸８に向かう形状になっている。具体的には、図３に示すように、各スリット１０は、ロール側面６ａのコーナー部６ｂを始点としほぼロール軸８に向かって延びるものの、先細形状で、且つ水平ロール６の回転方向に対して反った湾曲形状或いは前記形鋼の圧延方向とは逆方向の湾曲形状であることが好ましい。
また、図４に示すように、左右一対の垂直ロール７は、上下一対の水平ロール６に対して、圧延方向にオフセット量ＯＳでオフセットされて配置（ずらされて配置）している。すなわち、垂直ロール７のロール軸９と、一対の水平ロール６のロール軸８間を結ぶ線８ａとが、圧延方向において所定距離をなすように、左右一対の垂直ロール７と上下一対の水平ロール６との位置関係を決定している。

このような仕上ユニバーサル圧延機５により、フランジＳ_Ｆ内面には、図５に示すように、圧延方向に対してほぼ直交する垂直方向、すなわちフランジ幅方向に延びる突起ｔが形成される。また、スリット１０が図３に示すような形状の場合には、その突起ｔの形状は先細で且つ湾曲形状になる。
ここで、突起ｔの形成に際し、水平ロール６のスリット１０の形状は水平ロール６の側面６ａでフランジＳ_Ｆ内面を圧下する図４中に示す領域Ａ、すなわちロールバイト内でフランジＳ_Ｆ内面に転写される。さらに、ロールバイトを出た圧延機出側では、フランジＳ_Ｆの厚み圧下は終了しているが、フランジＳ_Ｆ内面と水平ロール６の側面６ａが未だに接触した状態の図４中に示す領域Ｂを形成する。また、圧延方向における前記領域Ａと領域Ｂとの境界は、左右一対の垂直ロール７のロール軸９それぞれを含む面近傍、すなわち、垂直ロール７とフランジＳ_Ｆ外面との接触部分近傍とされている。

このように、水平ロール６の側面６ａのコーナー部６ｂを始点としロール軸８に向かう複数のスリット１０を形成するだけで仕上ユニバーサル圧延機５による仕上圧延によってフランジＳ_Ｆ内面にフランジ幅方向に延びる形状の突起ｔを有するＨ形鋼を熱間圧延で製造することができる。このため、大きな設備投資も不要となり、仕上圧延設備にかかるコストを安価にすることができる。
なお、左右一対の垂直ロール７を、上下一対の水平ロール６に対して圧延方向にオフセットさせて配置しており、これにより、突起ｔが過度にスリット１０と接触しないようにして、スリット１０から突起ｔを抜きやすくしている。この効果は以下のような理由による。

ここで、図６に示すように、オフセットさせて配置することなく、左右一対の垂直ロール７のロール軸９それぞれを含む面内に、一対の水平ロール６のロール軸８間を結ぶ線８ａが存在するように、左右一対の垂直ロール７と上下一対の水平ロール６とを、通常のユニバーサル圧延機の場合のように配置した場合を考える。この場合、圧延方向における前記領域Ａと領域Ｂとの境界は、左右一対の垂直ロール７のロール軸９それぞれを含む面内に一対の水平ロール６のロール軸８間を結ぶ線８ａとともに存在することになる。すなわち、図６でみた場合、紙面垂直方向において、前記領域Ａと領域Ｂとの境界が一対の水平ロール６のロール軸８間を結ぶ線８ａと一致する。

この場合において、ロールバイト内で転写されたフランジＳ_Ｆ内面の突起ｔが領域Ｂで形をつぶされないようにするためには、「突起ｔが領域Ｂにおいて常にスリット１０に接している(スリット１０の内側に突起がある）」ことが望まれる。
領域Ｂでは、例えば、ロールバイト出口におけるフランジＳ_Ｆ内面の点ａ（図６中に図示）は、圧延方向と同一の方向に進むため、点ａは点ａと同一の高さとなる水平ロール６の側面６ａから領域Ｂを抜けるときに接するロールコーナー部６ｂまで連続的に水平ロール６の側面に接していく。このとき、突起ｔが形成されている点ａが、水平ロール６のスリット１０以外に接触すると（スリット１０に過度に接触すると）、突起ｔの変形やフランジＳ_Ｆ内面からの剥離が発生する可能性があり、健全な突起形成が損なわれる可能性がある。特に、その可能性は突起の先端側で大きい。

図７中（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を用いて、突起の形成が損なわれてしまう場合を具体的に説明する。
図７中（Ａ）は、突起ｔが領域Ｂにおいて常にスリット１０の内側に突起ｔが位置している場合であり、この場合には、破損することなく突起ｔがうまく形成される。
図７中（Ｂ）は、Ｈ形鋼Ｓの圧延方向の速度に対し水平ロール６の回転方向の速度が遅い場合であり、この場合、右側上部ｂで突起ｔが、スリット１０における水平ロール６の回転方向側に位置される部位ｃでつぶされてしまい、破損してしまう。この現象は、突起ｔのフランジ幅方向の長さを長くすればするほど顕著に現れる。

このような現象を回避し健全な突起を形成させるためには、「水平ロール６の側面に形成するスリット１０の上端右側の湾曲形状をより大きくする」という条件が必要になる。
一方、図７中（Ｃ）は、Ｈ形鋼Ｓの圧延方向の速度に対し水平ロール６の回転方向の速度が速い場合であり、この場合、左側上部ｄで突起ｔがスリット１０における水平ロール６の回転方向とは反対側に位置される角部ｅでこすり上げられてしまい、破損してしまう。

このような現象を回避し健全な突起を形成させるためには、「スリット１０の左側の形状をロール側面６ａのコーナー部６ｂに近い下部で広げた形状とする」という条件が必要になる。
このように、「水平ロール６の側面に形成するスリット１０の上端右側の湾曲形状をより大きくする」や「スリット１０の左側の形状をロール側面６ａのコーナー部６ｂに近い下部で広げた形状とする」等といったように条件を多くすれば「突起ｔが領域Ｂにおいて常にスリット１０内に接している(スリット１０の内側に突起がある)」を満たすことができるが、本発明では、このような条件を設けることなく、「突起ｔが領域Ｂにおいて常にスリット１０内に接している(スリット１０の内側に突起がある)」をより簡単に実現している。

前述したように、本発明では、左右一対の垂直ロール７を上下一対の水平ロール６に対して圧延方向にオフセットさせて配置させている。これにより、図６との比較でもわかるように、水平ロール６のロール軸８までの範囲だった領域Ａ（フランジ内面を圧下する領域）が水平ロール６のロール軸８より圧延方向出側位置を含む範囲に移動させている。
従って、図８に示すように、前記線８ａを通過したスリット１０により、突起ｔがフランジ内面に転写されるようになる。これにより、図４や図８に示すように、領域Ｂの圧延方向の長さが短くなるので、フランジＳ_Ｆ内面と水平ロール６の側面が未だに接触した状態を少なくすることができる。よって、水平ロール６のスリット１０に突起ｔが過度に接触しないようになり、スリット１０から突起ｔが抜けやすくなり、これにより、健全な突起ｔとしてフランジ幅方向長さの長い突起が形成されるようになる。

さらには、前記線８ａを通過したスリット１０によりフランジ内面に転写された突起ｔは、前記線８ａの位置で形成される場合に比べ圧延方向とは逆方向に傾いて形成される。よって、特に、図３や図８に示すように、スリット１０が圧延方向とは逆方向に湾曲して、且つその裾野が幅広形状である場合には、スリット１０から突起ｔが抜けやすくなる。
以上のように、左右一対の垂直ロール７を上下一対の水平ロール６に対して圧延方向にオフセットさせて配置することで、水平ロール６のスリット１０から突起ｔを抜きやすくして、フランジ幅方向長さの長い突起ｔを形成することができる。

また、このようにスリット１０で形成した突起ｔを装置側の部材によってつぶしてしまうことを防止することで、接触した装置側の部材、例えば水平ロール６がその接触により破損してしまうことも防止することができる。
なお、水平ロール６のロール軸８に対して垂直ロール７のロール軸９を圧延方向出側に位置させる方法としては、垂直ロールチョック或いは水平ロールチョックにシフト機構をもたせる方法や、ロールチョックと圧延機ハウジング間に挿入するライナーの厚みを圧延入側と圧延方向出側で変えるなど様々な方法が挙げられる。

次に、第２の実施の形態を説明する。
第２の実施の形態では、図９に示すように、水平ロール６のロール側面６ａをテーパをつけて形成している。
ここで、圧延設備は、前記第１の実施の形態と同様に、図１に示すように構成される。第２の実施の形態では、圧延設備において、その仕上ユニバーサル圧延機５の水平ロール６のロール側面６ａにテーパをつけていることが異なるだけで、特に言及しない限り、他の構成さらにはその動作については、第１の実施の形態と同様とされている。

例えば、第２の実施の形態では、左右一対の垂直ロール７と上下一対の水平ロール６との位置関係は、前記図６に示すように、左右一対の垂直ロール７のロール軸９と上下一対の水平ロール６のロール軸８とを圧延方向でオフセットさせなくともよく、或いは第１の実施の形態で特徴とするように、左右一対の垂直ロール７のロール軸９と上下一対の水平ロール６のロール軸８とを圧延方向でオフセットさせてもよい。
ここで、テーパをつけたロール側面６ａとは、水平ロール６のロール軸８に直交する垂直面８ｂに対して逃げる方向に角度αで傾いているロール側面６ａをいう。例えば、角度αは１°若しくは１°よりも大きいことが好ましい。

そして、このロール側面６ａのコーナー部６ｂの近傍に、複数のスリット１０を形成している。スリット１０の形状は、図３や図４に示すような形状である。
このような水平ロール６を用いた仕上ユニバーサル圧延機５により、図１０に示すように、フランジＳ_Ｆ内面には、圧延方向に対してほぼ直交する垂直方向、すなわちフランジ幅方向に延びる突起ｔが形成される。
そして、スリット１０がロール側面６ａにテーパをつけていることで、フランジＳ_Ｆ内面と水平ロール６のロール側面６ａが未だに接触した状態の領域Ｂでのこすり上げを防止することができる。

前述したように、フランジＳ_Ｆ内面に形成された突起ｔは、左側上部ｄで突起ｔがスリット１０の前記角部ｅでこすり上げられてしまい、破損してしまう（図７中（Ｃ）参照）。
しかし、第２の実施の形態では、水平ロール６のロールコーナー部６ｂは、図１０に示すように、突起ｔの最下部を基準として水平ロール６のロール軸８に直交する垂直面内を移動することになる。すなわち、突起ｔを形成した以降で、コーナー部６ｂの軌道は、常に、当該突起ｔから離れた領域に位置される。

よって、例えば、圧延方向出側である前記Ｂ領域のある時点では、図１０に示すように、前記角部ｅが突起ｔの先端部ｆよりも内側に位置することになり、突起ｔと当該突起ｔを形成したスリット１０の前記角部ｅとが離間された位置関係になる。
このように、突起ｔを形成した以降、水平ロール６におけるその形成に用いた部位が突起ｔから離れるようになるので、こすり上げを防止して、突起ｔを破損してしまうことを防止できる。よって、接触防止のためにスリット１０の形状をその下部（前記コーナー部６ｂ近傍の部位）で広げた形状にする必要もなくなるので、ロール側面６ａへのスリット１０の形成間隔を細かくすることができ、この結果、ピッチが細かい突起群を形成することができる。

なお、ロール側面６ａのテーパについては、図９に示すように、ロール側面６ａ全体にテーパをつけるようにしてもよく、少なくともロール側面６ａの外周部、すなわち例えば、図９に示すように、ロール側面６ａにおいてスリット１０を形成している外周領域Ｃだけにテーパをつけるようにしてもよい。
また、テーパ角度αを１°若しくはそれよりも大きくしているが、これは、通常、フランジ内面の突起高さは１ｍｍ以上であり、フランジ幅方向の長さは５０ｍｍ以上であり、このような寸法条件で、前述したように前記角部ｅが突起ｔの先端部ｆに接触しないようにするための幾何学的関係として得たものである。

次に、第３の実施の形態を説明する。
第３の実施の形態では、図１１に示すように、スリット１０の深さを前記コーナー部６ｂで最も深くして、水平ロール６の中心に向かうに従い浅くしている。すなわち例えば、図１１に示すように、前記ロールコーナー部６ｂでのスリット１０の深さＬ１は、当該スリット１０において前記水平ロール６側に最も近い位置の深さＬ２よりも深くなっている。なお、ここで、スリット１０の深さとは、ロール側面６ａを基準にとった当該水平ロール６内部への深さである。また、スリット１０の形状（平面形状）は、図３や図４に示すような形状である。

ここで、圧延設備は、前記第１の実施の形態と同様に、図１に示すように構成される。第３の実施の形態では、圧延設備において、その仕上ユニバーサル圧延機５の水平ロール６のスリット１０が、ロールコーナー部６ｂで最も深く、水平ロール６の中心に向かうに従い浅くなっていることが異なるだけで、特に言及しない限り、他の構成さらにはその動作については、第１の実施の形態と同様とされている。

例えば、第３の実施の形態では、左右一対の垂直ロール７と上下一対の水平ロール６との位置関係は、前記図６に示すように、左右一対の垂直ロール７のロール軸９と上下一対の水平ロール６のロール軸８とを圧延方向でオフセットさせなくともよく、或いは第１の実施の形態で特徴とするように、左右一対の垂直ロール７のロール軸９と上下一対の水平ロール６のロール軸８とを圧延方向でオフセットさせてもよい。

このような水平ロール６を用いた仕上ユニバーサル圧延機５により、図１２に示すように、フランジＳ_Ｆ内面には、圧延方向に対してほぼ直交する垂直方向、即ちフランジ幅方向に延びる突起ｔが形成される。
そして、スリット１０が前記コーナー部６ｂで最も深く、水平ロール６の中心（ロール軸８）に向かうに従い浅くなっていることで、形成された突起ｔは、図１２に示すように、付け根部(フィレット部)ｇで最も高く（厚く）なり、先端部ｆで最も低く（薄く）なる。

水平ロール６と突起ｔとの接触によるロール内面６ａからの剥離や水平ロール６（例えば、コーナー部６ｂ）によるこすり上げは、突起ｔの先端部ｆで起きる場合が多い。このようなことから、先端部ｆの高さを、他の部分よりも予め低く抑えておくことで、水平ロール６が突起ｔと接触してしまう可能性を低くし、また、水平ロール６が突起ｔとその先端部ｆで接触しても、先端部ｆに働く水平ロール６の力を低減することができる。これにより、突起ｔの大きな剥離や水平ロール６側の欠損等を防止できる。

また、先端部ｆの突起高さを低く抑えた分が、付け根部ｇの突起高さが高くなっていることで補足されるので、突起ｔの大きな剥離や水平ロール６側の欠損等を防止しつつも、必要なコンクリートとの付着強度を確保することができる。
また、仕上圧延前の材料のフィレット部近傍には、図１４乃至図１６に示すように、余肉ｘ１、ｘ２、ｘ３を形成しておくことが好ましい。突起ｔを形成する部分において、強圧下となるので、突起ｔがより高く形成されるためである。ここで、フィレット部とは、フランジＳ_ＦとウェブＳ_Ｗとが結合する部位である。
なお、余肉の形成に際しては、図１４及び図１５に示すようにフランジＳ_Ｆの内面に形成しても、或いは図１６に示すようにフランジＳ_Ｆの外面に形成してもよい。

フランジＳ_Ｆの内面に余肉を形成する手段としては、例えば、図１４に示す、仕上ユニバーサル圧延機よりも前段の水平ロール（粗ユニバーサル圧延機の水平ロール）５０１のロールコーナ内半径寸法Ｒ１を仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール６０１のコーナ内半径Ｒ２よりも大きくする手段、或いは図１５に示す、仕上ユニバーサル圧延機より前段の水平ロール（粗ユニバーサル圧延機の水平ロール）５０１の側面に凹部５０２を形成しておく手段がある。即ち、図１４に示す手段にあっては、図１４中（Ａ）に示すように、仕上ユニバーサル圧延機よりも前段の水平ロール５０１のロールコーナ内半径寸法Ｒ１を仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール６０１のコーナ内半径Ｒ２よりも大きくしておいて、上下一対の水平ロール５０１により形成されるロール隙でウェブＳ_Ｗをその厚さ方向に圧下し、垂直ロール（図示せず）と上下の水平ロール５０１の側面とにより形成されるロール隙でフランジＳ_Ｆをその厚さ方向に圧下することで、フランジＳ_Ｆの内面に余肉ｘ１を形成する。その後、仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール６０１の側面と垂直ロール（図示せず）によるロール隙でフランジＳＦをその厚さ方向に圧下する。水平ロール６０１の側面にはロールコーナ部からスリットを形成しており、余肉ｘ１を含んで圧下して突起ｔを形成する。また、図１５に示す手段にあっては、図１５中（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（粗ユニバーサル圧延機の水平ロール）５０１の側面に凹部５０２を形成しておいて、上下一対の水平ロール５０１により形成されるロール隙でウェブＳ_Ｗをその厚さ方向に圧下し、垂直ロール（図示せず）と上下の水平ロール５０１の側面とにより形成されるロール隙でフランジＳ_Ｆをその厚さ方向に圧下する。これにより、フランジＳ_Ｆの内面に先ず余肉ｘ２を形成しておく。その後、仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール６０１の側面と垂直ロール（図示せず）でフランジＳFの厚み圧下を余肉ｘ２を含んで行い、スリットをもつ水平ロール６０１のコーナ部側面と接するフランジＳ_Ｆの内面に突起ｔを形成する。

また、フランジＳ_Ｆの外面に余肉を形成する手段としては、例えば、図１６に示すように、仕上ユニバーサル圧延機よりも前段の垂直ロール（粗ユニバーサル圧延機の垂直ロール）５０３のロール高さ方向中央部に面取部５０４を形成しておき、上下一対の水平ロール５０１により形成されるロール隙でウェブＳ_Ｗをその厚さ方向に圧下し、垂直ロール５０３と上下の水平ロール５０１の側面とにより形成されるロール隙でフランジＳ_Ｆをその厚さ方向に圧下することで、フランジＳ_Ｆの外面に余肉ｘ３を形成する。その後、仕上ユニバーサル圧延機の水平ロール６０１の側面と垂直ロール６０３によるロール隙でフランジＳ_Ｆをその厚さ方向に圧下する。水平ロール６０１の側面にはロールコーナ部からスリットを形成しており、余肉ｘ３を含んで圧下して突起ｔを形成する。

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施の形態として実現されることに限定されるものではない。
すなわち、第１乃至第３の実施の形態を任意の組み合わせとして構成してもよい。
また、第１乃至第３の実施の形態では、フランジ内面に突起ｔを形成する形鋼がＨ形鋼である場合に説明したが、これに限定されることなく、他の形鋼、すなわち、ウェブ及びフランジを有するＩ形鋼、Ｔ形鋼或いは溝形鋼であってもよい。
また、仕上げユニバーサル圧延機の垂直ロールの側面にも垂直方向に伸びるスリットを設け、フランジ外面にも突起を形成してもよい。また、水平ロール６の周面やコーナー部（Ｒ面部）にも当該水平ロール６のロール軸８に平行なスリットを設け、ウェブ面やフィレッ卜部にも突起を形成してもよい。

この実施例１は、前記第１の実施の形態に対応したものであり、いわゆるＶロールシフトと称するものである。
図１に示す圧延設備１において、図１３に示す形状のスリット１０をロール側面６ａに設けた水平ロール６を仕上ユニバーサル圧延機５に組み込んで仕上圧延を行い、フランジ内面に突起を有するＨ形鋼（製品寸法：ウェブ高さ５９８ｍｍ、フランジ幅３１０ｍｍ、ウェブ厚１４ｍｍ、フランジ厚２５ｍｍ）を製造した。

スリット１０の長さＬは９０ｍｍ、スリット１０の裾野幅Ｗは４８ｍｍ、スリット１０の圧延方向先行側の曲率半径Ｒ１は１８６ｍｍ、スリット１０の圧延方向後行側の曲率半径Ｒ２＝９７ｍｍ、スリット１０の先端の曲率半径Ｒ３は７．０ｍｍであり、スリット１０の深さは位置によらず２．５ｍｍで一定とした。また、水平ロール径は１２５０ｍｍである。また、仕上げユニバーサル圧延における目標圧下率はウェブで６％、フランジで１２％とした。また、水平ロール６のロール側面６ａのテーパ角度αは０°である。

ここで、第１の実施の形態に適合させるための条件として、仕上ユニバーサル圧延機５の垂直ロールチョックのライナー厚みを調整することにより、垂直ロール７のロール軸９を水平ロール６のロール軸８に対し、圧延方向出側に１０ｍｍ（オフセット量ＯＳ＝１０ｍｍ）シフトさせた。以下これを第１の適合例という。また、比較として、垂直ロール７のロール軸９と水平ロール６のロール軸８の圧延方向位置を一致させた場合（オフセット量ＯＳ＝０ｍｍ）についても圧延を行った（第１の比較例）。

この結果、第１の適合例では、突起ｔがつぶされたり、剥がされたりすることなく、長さ９０ｍｍ、高さ１．８ｍｍ、裾野の幅４８ｍｍである健全な突起を形成することができた。その一方、第１の比較例では、突起の先端がつぶされてしまい、健全な突起を形成できなかった。
また、仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールのロールコーナ内半径を１３ｍｍとし、これに対し、粗ユニバーサル圧延機の水平ロールのロールコーナ内半径を３０ｍｍとして、フィレット部に最大７ｍｍの予肉を形成させて前記第１の適合例と同じ条件で仕上圧延を施した。その結果、高さが３ｍｍ、長さが９０ｍｍ、幅が４８ｍｍの突起を形成することができた。

この実施例２は、前記第２の実施の形態に対応したものである。いわゆるＨロールテーパと称するものである。
前記実施例１と同様に、図１に示す圧延設備において、図１３に示す形状のスリット１０をロール側面６ａに設けた水平ロール６を、仕上ユニバーサル圧延機５に組み込で仕上げ圧延を行い、フランジ内面に突起ｔを有するＨ形鋼（製品寸法：ウェブ高さ５９８ｍｍ、フランジ幅３１０ｍｍ、ウェブ厚１４ｍｍ、フランジ厚２５ｍｍ）を製造した。

スリット１０の長さＬは９０ｍｍ、スリット１０の裾野幅Ｗは３６ｍｍ、スリット１０の圧延方向先行側の曲率半径Ｒ１は１９８ｍｍ、スリット１０の圧延方向後行側の曲率半径Ｒ２＝１３２ｍｍ、スリット１０の先端の曲率半径Ｒ３は４．５ｍｍであり、スリット１０の深さは位置によらず２．５ｍｍで一定とした。また、水平ロール径は１２５０ｍｍである。また、仕上げユニバーサル圧延における目標圧下率はウェブで４％、フランジで１５％とした。

ここで、第２の実施の形態に適合させるための条件として、水平ロール６のロール側面６ａのテーパ角度αは１．５°とした。以下これを第２の適合例という。また、比較として、前記テーパ角度αを０°とした場合についても圧延を行った（第２の比較例）。また、第２の適用例と第２の比較例とは、いずれも垂直ロール軸心と水平ロール軸心とは圧延方向で一致させている。
この結果、第２の適合例では、突起がつぶされたり、剥がされたりすることなく、長さ９０ｍｍ、高さ２．３ｍｍ、裾野の幅３６ｍｍである健全な突起を形成することができた。その一方、第２の比較例では、突起の先端がこすり上げられてしまい、健全な突起を形成できなかった。

この実施例３は、前記第３の実施の形態に対応したものである。
前記実施例１や実施例２と同様に、図１に示す圧延設備において、図１３に示す形状のスリット１０をロール側面６ａに設けた水平ロール６を、仕上ユニバーサル圧延機５に組み込で仕上げ圧延を行い、フランジ内面に突起ｔを有するＨ形鋼（製品寸法：ウェブ高さ６２２ｍｍ、フランジ幅３１５ｍｍ、ウェブ厚１９ｍｍ、フランジ厚３７ｍｍ）を製造した。

スリット１０の長さＬは７５ｍｍ、スリット１０の裾野幅Ｗは４８ｍｍ、スリット１０の圧延方向先行側の曲率半径Ｒ１は１８０ｍｍ、スリット１０の圧延方向後行側の曲率半径Ｒ２＝１２４ｍ、スリット１０の先端の曲率半径Ｒ３は１１ｍｍとした。また、仕上ユニバーサル圧延における目標圧下率はウェブで４％、フランジで１６％であり、水平ロールのテーパ角度αは０°である。

ここで、第３の実施の形態に適合させるための条件として、スリット１０の深さを、先端部分で２．０ｍｍとし、裾野部分で４．０ｍｍとした。以下これを第３の適合例という。また、比較として、スリットの深さを位置によらず３．０ｍｍで一定にした場合についても圧延を行った（第３の比較例）。また、第３の適用例と第３の比較例とは、いずれも垂直ロール軸心と水平ロール軸心とは圧延方向で一致させている。

この結果、第３の適合例では、突起の先端がややつぶされた状況となったが、長さ７５ｍｍ、先端部の高さ１．５ｍｍ、裾野の幅４８ｍｍの良好な突起を形成することができた。装置側の部位であるスリットを設けている水平ロール６にも問題は生じなかった。
その一方、第３の比較例でも長さ７２ｍｍ程度の突起を形成できたが、突起の先端が大きくつぶされてしまい、突起高さを計測することがきなかった。突起の先端が大きくつぶされてしまうのは、スリット１０の先端部の深さが３．０ｍｍと深いことから、突起の厚みが厚くなっているためである。また、この第３の比較例では、水平ロールの先端のスリットを施した部分で欠損が生じた。

本発明に係るフランジ内面突起付形鋼の製造方法が適用される圧延設備の概略構成図である。図１の圧延設備における仕上ユニバーサル圧延機に組み込まれる水平ロールの側面図である。本発明の実施に好適な、水平ロールの側面に形成されたスリットを示す模式図である。第１の実施の形態の説明のために、図２に示す水平ロール用いての仕上ユニバーサル圧延における水平ロールの側面とフランジ内面との接触状態を模式的に示した図である。但し、図４においては、スリットの表示を省略するとともにフランジを透視している。フランジ内面に突起を有するＨ形鋼の部分斜視図である。第１の実施の形態の効果の説明のために、図２に示す水平ロール用いての仕上ユニバーサル圧延における水平ロールの側面とフランジ内面との接触状態を模式的に示した図である。第１の実施の形態の効果の説明のために使用した、従来のスリットと突起との関係を示す図である。第１の実施の形態の効果の説明のために使用したスリットと突起との関係を示す図である。第２の実施の形態の水平ロールの形状を示す断面図である。前記第２の実施の形態の水平ロールに設けたスリットによる突起の形成を示す図である。第３の実施の形態の水平ロールの形状を示す断面図である。前記第３の実施の形態の水平ロールに設けたスリットにより形成した突起を示す図である。実施例の説明のために使用したスリットの形状を示す図である。粗ユニバーサル圧延機の水平ロールのロール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よりも大きくしてフランジの内面に余肉を形成する手段を示し、（Ａ）は粗圧延の様子を（Ｂ）は仕上圧延の様子を示している。粗ユニバーサル圧延機の水平ロールの側面に凹部を形成してフランジの内面に余肉を形成する手段を示し、（Ａ）は粗圧延の様子を（Ｂ）は仕上圧延の様子を示している。粗ユニバーサル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フランジの外面に余肉を形成する手段を示し、（Ａ）は粗圧延の様子を（Ｂ）は仕上圧延の様子を示している。ウェブとフランジを有する形鋼の一般的な圧延設備の概略構成図で、（Ａ）は１つの粗ユニバーサル圧延機を配列した圧延設備の概略構成図、（Ｂ）は２つの粗ユニバーサル圧延機を配列した圧延設備の概略構成図である。図１７中（Ａ）に示す圧延設備によってＨ形鋼を圧延する場合の圧下状態を示し、（Ａ）は粗ユニバーサル圧延による圧下状態、（Ｂ）はエッジング圧延による圧下状態、（Ｃ）は仕上ユニバーサル圧延による圧下状態を示している。従来の、フランジ外面に突起を形成する仕上ユニバーサル圧延機の概略斜視図である。従来例の、フランジ内面に突起を形成する仕上圧延装置の概略正面図である。従来例の、フランジ内面に突起を形成する内面突起付Ｈ形鋼の製造方法が適用される圧延設備の概略構成図である。図２１に示す圧延設備によってＨ形鋼を圧延する場合の圧下状態を示し、（Ａ）は第１粗ユニバーサル圧延機による圧下状態、（Ｂ）は第２粗ユニバーサル圧延機による圧下状態、（Ｃ）は仕上ユニバーサル圧延機による圧下状態を示している。

符号の説明

１圧延設備
２ブレークダウン圧延機
３粗ユニバーサル圧延機
４エッジング圧延機
５仕上ユニバーサル圧延機
６水平ロール
６ａロール側面
６ｂロールコーナー部
７垂直ロール
８，９ロール軸
１０スリット
ＯＳオフセット量
ＳＨ形鋼（形鋼）
Ｓ_Ｆフランジ
Ｓ_Ｗウェブ
ｔ突起
α テーパ角度

Claims

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ー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と、そのロール軸が前記水平ロールの前記ロール軸に対して垂直とされる垂直ロールとを組み込み、前記垂直ロールのロール軸を、前記水平ロールのロール軸に対して前記形鋼の圧延方向側にずらして位置させている仕上ユニバーサル圧延機を使用し、
前記垂直ロールの側面を前記フランジ外面に押し当てることで、前記フランジ内面を前記水平ロールの側面に押圧して、当該フランジ内面に複数の突起を形成することを特徴とするフランジ内面突起付形鋼の製造方法。
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ー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と、そのロール軸が前記水平ロールの前記ロール軸に対して垂直とされる垂直ロールとを組み込み、前記垂直ロールのロール軸を、前記水平ロールのロール軸に対して前記形鋼の圧延方向側にずらして位置させて、
前記垂直ロールの側面を前記フランジ外面に押し当てることで、前記フランジ内面を前記水平ロールの側面に押圧して、当該フランジ内面に複数の突起を形成することを特徴とする仕上ユニバーサル圧延機。