JP4474970B2 - Ｕ型鋼矢板の矯正方法、ｕ型鋼矢板の矯正装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に土木用に用いられるＵ型鋼矢板で、特にフランジ部と継手部との間に継手支持部或いは腕部を有するハット型鋼矢板の曲がりを矯正するＵ型鋼矢板の矯正方法及びＵ型鋼矢板の矯正装置に関する。

図８に示すように、ハット型鋼矢板１００は、ウェブ部１０１、フランジ部１０２、継手部１０４及びフランジ部１０２と継手部１０３との間の継手支持部（腕部）１０３からなる。
このようなハット型鋼矢板１００は、熱間圧延される時又はその後、鋸断されるが、その鋸断後に冷却が進むにつれ、図９に示すように長手方向に対して左右いずれかの継手支持部１０３側に曲がる（反り）等の形状不良を生じる。

この曲がりを矯正するものとして、特許文献１には、治具を用いてプレスにより矯正する方法が開示されている。この方法では、３個のローラを用いた矯正方法がハット型鋼矢板の前後端の矯正が困難であることに鑑み、プレスにより矯正することを前提として、所定形状の治具を用いた矯正を行っている。この方法では、ハット型鋼矢板の幅を一定に保ちつつ、フランジ部のへこみを防止して、ハット型鋼矢板の曲がり矯正を実現している。
特開平９−１８２９１６号公報

前記治具は、ハット型鋼矢板の形状に合わせて所定形状にする必要があることから、曲がりを矯正するのに手間がかかってしまう。
その一方で、従来から問題となっている、３点支持が必須であることに起因するハット型鋼矢板の前後端での曲がりの矯正の困難性、さらにはハット型鋼矢板の形状に影響を与えることなく曲がりを矯正する、といった課題を解決する必要がある。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、ハット型鋼矢板の前後端についても、曲がりを簡単に矯正することができるＵ型鋼矢板の矯正方法及びＵ型鋼矢板の矯正装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明に係るＵ型鋼矢板の矯正方法は、ウェブ部、フランジ部、継手部及び前記フランジ部から延びて前記継手部を支持する継手支持部を有するＵ型鋼矢板に熱間圧延工程及びその後の冷却過程で生じる前記継手支持部側への曲がりを矯正するＵ型鋼矢板の矯正方法において、前記Ｕ型鋼矢板の前記曲がりが発生している側の継手支持部を上下ローラで圧下して減厚し、前記長手方向に伸張させることで、前記曲がりを矯正することを特徴とする。

また、請求項２記載の発明に係るＵ型鋼矢板の矯正方法は、請求項１記載の発明に係るＵ型鋼矢板の矯正方法において、前記曲がりが発生している区間のウェブ部を上下ローラで圧下して、前記長手方向に伸張させながら、前記継手支持部を前記長手方向に伸張させることを特徴とする。
また、請求項３の発明に係るＵ型鋼矢板の矯正方法は、請求項１又は２記載の発明に係るＵ型鋼矢板の矯正方法において、前記熱間圧延工程で、その出側で前記継手支持部の板厚を前記フランジ部の板厚よりも厚くする圧延を行うことで、前記熱間圧延工程の出側で前記継手支持部の温度を前記フランジ部の温度よりも高くし、その温度差に起因して発生する前記フランジ部と前記継手支持部との熱収縮差を利用して、前記継手支持部に引張り応力を残留させることを特徴とする。

また、請求項４記載の発明に係るＵ型鋼矢板の矯正装置は、ウェブ部、フランジ部、継手部及び前記フランジ部から延びて前記継手部を支持する継手支持部を有するＵ型鋼矢板に熱間圧延工程及びその後の冷却過程で生じる前記継手支持部側への曲がりを矯正するＵ型鋼矢板の矯正装置において、前記Ｕ型鋼矢板の両側の各継手支持部を圧下する第１及び第２上下ローラと、前記曲がり方向に基づいて前記第１及び第２上下ローラによる前記継手支持部の圧下量を制御する継手支持部圧下量制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項５記載の発明に係るＵ型鋼矢板の矯正装置は、請求項４記載の発明に係るＵ型鋼矢板の矯正装置において、前記Ｕ型鋼矢板の通板方向において前記第１及び第２上下ローラの上流側及び下流側に配置され、前記ウェブ部を圧下する第３及び第４上下ローラと、前記第３及び第４上下ローラによる前記ウェブ部の圧下量を制御するウェブ部圧下量制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、継手支持部を上下ローラで圧下するだけで曲がりを矯正できる。これにより、上下ローラで継手支持部を圧下する際にＵ型鋼矢板を支持するのに特別な手段も必要ないので、Ｕ型鋼矢板の前後端についても、曲がりを簡単に矯正することができる。
また、請求項２及び５記載の発明によれば、ウェブ部を圧下し、Ｕ型鋼矢板の長手方向に伸張させることで、上下ローラにより継手支持部がＵ型鋼矢板の長手方向に伸張するのを促進させることができ、効果的に曲がり矯正を行うことができる。
また、請求項３及び６記載の発明によれば、継手支持部に引っ張り応力を残留させておくことで、上下ローラにより継手支持部がＵ型鋼矢板の長手方向に伸張するのを促進させることができ、効果的に曲がり矯正を行うことができる。

本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態は、フランジ部と継手部との間に継手支持部或いは腕部を有するＵ型鋼矢板、すなわちハット型鋼矢板（前記図８参照）の製造設備に適用したものである。
図１は、その製造設備の構成を示す。この図１に示すように、ハット型鋼矢板の製造設備は、熱間圧延機１、熱間鋸断機２、冷却床３、ローラ矯正機１０、検査床４及び曲がり矯正装置１１を備えている。このハット型鋼矢板の製造設備では、熱間圧延機１でハット型鋼矢板が熱間圧延されて、その熱間圧延されたハット型鋼矢板を熱間鋸断機２で鋸断し、その鋸断したハット型鋼矢板を冷却床３で冷却し、その冷却したハット型鋼矢板の反りをローラ矯正機１０で矯正して、その矯正をしたハット型鋼矢板を検査床４で検査する。検査した結果、左右曲がりが許容範囲を外れるものについて、曲がり矯正装置１１により曲がりを是正する。

先ず熱間圧延機１について詳しく説明する。
熱間圧延機１では、出側でのハット型鋼矢板１００を次のように管理している。
フランジ部１０２の厚さをｔｆ、継手支持部（腕部）１０３の厚さをｔｂとしたとき、これら各部の厚さを下記（１）式が成り立つように管理している。
ｔｂ＞ｔｆ ・・・（１）
これにより、熱間圧延機１の出側において、フランジ部１０２の温度をＴｆ、継手支持部（腕部）１０３の温度をＴｂとしたとき、これら各部の温度、すなわち冷却床３の搬入前の温度は、下記（２）式のような関係になる。
Ｔｂ＞Ｔｆ ・・・（２）
このような温度状態で、ハット型鋼矢板は熱間鋸断機２で鋸断され、冷却床３に搬送される。

ハット型鋼矢板は、前記（２）式に示したように継手支持部１０３の温度Ｔｂがフランジ部１０２の温度Ｔｆよりも高くなっていることから、この温度差により、冷却床３での冷却過程でフランジ部１０２と継手支持部１０３とに熱収縮差が発生する。すなわち、冷却過程で、継手支持部１０３の方が、フランジ部１０２よりも多く縮むようになる。このような熱収縮差に起因して、フランジ部１０２には圧縮応力が残留し、継手支持部１０３には引張り応力が残留するようになる。さらに、ハット型鋼矢板１００は、熱間圧延時或いはその後の冷却過程で前記図９に示したように長手方向に曲がりが発生することがある。

ハット型鋼矢板１００は、この冷却床３を経てローラ矯正機１０に搬送される。ローラ矯正機１０では、冷却過程で発生した上下方向の反りををローラ矯正するように構成されている。
基本的に、このローラ矯正機１０は、曲がりを是正する機能を有していない。その後、検査床４にて、前記曲がりを検査する。曲がりが許容範囲を外れるものは、オフラインの曲がり矯正装置１１に送られる。
曲がり矯正装置１１は、単独で曲がりを是正する装置であって、図２及び図３は、この曲がり矯正装置１１の構成を示す。図２は正面図であり、図３は平面図である。

この図２及び図３に示すように、曲がり矯正装置１１は、ハット型鋼矢板１００の継手支持部１０３を圧下する継手支持部圧下部２０と、この継手支持部圧下部２０に対してハット型鋼矢板１００の通板方向で上流側及び下流側に配置され、ハット型鋼矢板１００のウェブ部１０１を圧下するウェブ部圧下部３０，３０とを備えている。
継手支持部圧下部２０は、図４に明示するように、ハット型鋼矢板の両側の各継手支持部１０３，１０３´を圧下する上下ローラ２１，２２，２１´，２２´と、上下ローラ２１，２２，２１´，２２´による圧下量を調整する圧下調整部２３，２３´と、圧下調整部２３，２３´を制御する継手支持部圧下制御部２４とから構成されている。

ハット型鋼矢板１００の両側の各継手支持部１０３，１０３´に対応して配置されている上下ローラ２１，２２，２１´，２２´は、それぞれ同様な構成をなしている。下側ローラ２１，２１´は、ハット型鋼矢板１００の内側面に対して、フランジ部１０２の中間部から継手支持部１０３，１０３´の端部（継手形成部付近）までを拘束可能な形成をなしている。一方、上側ローラ２２，２２´は、ハット型鋼矢板１００の外側面に対して、フランジ部１０２の端部から継手１０４の形成部に至る継手支持部１０３，１０３´だけを拘束可能な形状をなしている。すなわち、上下ローラ２１，２２，２１´，２２´は、少なくとも継手支持部１０３ ，１０３´を圧下可能な形状になっている。

圧下調整部２３，２３´は、このような上下ローラ２１，２２，２１´，２２´によるハット型鋼矢板１００、特に継手支持部１０３の圧下量を調整するように構成されている。例えば、油圧機構により、上下ローラ２１，２２，２１´，２２´による圧下量を左右個別に調整可能に構成されている。そして、この圧下調整部２３，２３´は、上下ローラ２１，２２，２１´，２２´による圧下量が所定量になるように継手支持部圧下制御部２４により制御されている。

このような構成をなす継手支持部圧下部２０は、継手支持部圧下制御部２４により圧下調整部２３，２３´を左右個別に制御し、上下ローラ２１，２２，２１´，２２´により所定の圧下量でハット型鋼矢板１００、特に継手支持部１０３，１０３´を圧下している。これにより、継手支持部１０３，１０３´は、減厚され伸張される。その伸張方向は、ハット型鋼矢板１００の長手方向となる。

その際、継手支持部圧下制御部２４は、各圧下調整部２３，２３´、すなわちハット型鋼矢板１００の両側の継手支持部１０３，１０３´に対応して配置されている上下ローラ２１，２２，２１´，２２´それぞれの圧下量を個別に制御して、ハット型鋼矢板１００に発生している曲がりを矯正する。これについては、後で詳述する。
ハット型鋼矢板１００の通板方向でこの継手支持部圧下部２０を挟むように配置されているウェブ部圧下部３０，３０は、図５に明示するように、ハット型鋼矢板のウェブ部１０１を圧下する上下ローラ３１，３２と、上下ローラ３１，３２による圧下量を調整する圧下調整部３３と、圧下調整部３３を制御するウェブ部圧下制御部３４とから構成されている。

下側ローラ３１は、ハット型鋼矢板１００の内側面に対して、ウェブ部１０１の中間部からフランジ部１０２のほぼ中間部までを拘束可能な形成をなしている。一方、上側ローラ３２は、ハット型鋼矢板１００の外側面に対して、ウェブ部１０１の中間部からフランジ部１０２の上端近傍までを拘束可能な形状をなしている。すなわち、上下ローラ３１，３２は、少なくともウェブ部１０１を圧下可能な形状になっている。
また、この上下ローラ３１，３２の両側に、外側ローラ（壁ローラ）３３，３３が配置されている。各外側ローラ３３，３３間の距離は、ハット型鋼矢板１００の略全幅（継手間距離）ｗ（図８参照）と略同じになっている。

圧下調整部３４は、上下ローラ３１，３２によるハット型鋼矢板１００、特にウェブ部１０１の圧下量を調整するように構成されている。例えば、油圧機構により、上下ローラ３１，３２による圧下量を調整可能に構成されている。そして、この圧下調整部３４は、上下ローラ３１，３２による圧下量が所定量になるように継手支持部圧下制御部３５により制御されている。
このような構成をなすウェブ部圧下部３０は、ウェブ部圧下制御部３４により圧下調整部３４を制御し、上下ローラ３１，３２により所定の圧下量でハット型鋼矢板１００、特にウェブ部１０１を圧下している。これにより、ハット型鋼矢板１００は、誘導案内され、継手支持部圧下部２０に正しく誘導される。

図６を用いて、継手支持部圧下部２０とウェブ部圧下部３０，３０とを協働させて行うハット型鋼矢板１００の曲がりの矯正を説明する。ここでは、特にハット型鋼矢板１００の前端部に発生している曲がりの矯正を説明する。
曲がり矯正装置１１に搬送されてきたハット型鋼矢板１００の前端部は、図６に示すように、入側に配置されているウェブ部圧下部３０を通板されて、その後、継手支持部圧下部２０に通板される。そして、継手支持部圧下制御部２４は、ハット型鋼矢板１００の曲がり方向に応じて、ハット型鋼矢板１００の両側に配置されている各上下ローラ２１，２２の圧下量を制御する。具体的には、ハット型鋼矢板１００の曲がっている側の継手支持部１０３だけを上下ローラ２１，２２で所定の圧下量で圧下する。すなわち、図６に示すように、ハット型鋼矢板１００が通板方向に対して左側に曲がっている場合には、左側に配置されている上下ローラ２１，２２により継手支持部１０３を圧下する。このとき、継手支持部１０３が塑性変形するまで圧下する。

この圧下により継手支持部１０３の板厚が減厚され、これにより、当該継手支持部１０３が長手方向に伸張される。このように曲がっている側の継手支持部１０３が長手方向に伸張されることで、当該曲がりが矯正される。すなわち、ハット型鋼矢板１００の曲がりは、ハット型鋼矢板１００の左右の継手支持部１０３でその長手方向の長さが異なることで発生しているともいえるので、短い方の継手支持部１０３を上下ローラ２１，２２で伸張することで、左右の継手支持部１０３の長さを等しくし、これにより、ハット型鋼矢板１００の曲がりが矯正される。

これにより、従来のように曲がりが発生している部分を３点支持の押し曲げすることなく、継手支持部圧下部２０で継手支持部１０３を圧下することで曲がりを矯正できるので、ハット型鋼矢板１００の端部に発生している曲がりも矯正することができるようになる。また、当然、ハット型鋼矢板１００にて端部以外の中間部に発生している曲がりも矯正できる。この場合、同時に継手支持部圧下部２０で継手支持部１０３が圧下されているハット型鋼矢板１００の両側を各ウェブ部圧下部３０，３０で支持しながら、当該継手支持部圧下部２０で曲がりを矯正できる。このように、ウェブ部圧下部３０，３０でハット型鋼矢板１００を支持することで、継手支持部圧下部２０では、位置ずれなどなく、継手支持部１０３を圧下することができ、適切に曲がりを矯正できるようになる。

なお、以上のように継手支持部圧下部２０にハット型鋼矢板１００を通板して、継手支持部１０３を圧下してハット型鋼矢板１００の曲がりを矯正しているが、一度の通板でその曲がりを矯正できない場合もある。このような場合には、継手支持部圧下部２０においてハット型鋼矢板１００を数回進退させて、連続して継手支持部１０３を圧下することで、完全に曲がりを矯正できるようになる。また、最初からこのように数回進退させることを予定して、継手支持部圧下部２０による圧下量又は圧下力を徐々に大きくしてもよい。

また、ウェブ部圧下部３０でも、曲がりが発生している区間のウェブ部１０１を圧下することで、ウェブ部１０１がハット型鋼矢板１００の長手方向に伸張するので、この結果、ハット型鋼矢板１００自体に長手方向に張力が付与される。このようにハット型鋼矢板１００に張力を付与することで、継手支持部圧下部２０の上下ローラ２１，２２の圧下による継手支持部１０３の長手方向への伸張が促進し、これにより、曲がりの矯正が効果的に行われる。

また、前述したように熱間圧延機１でフランジ部１０２の厚さｔｆと継手支持部１０３の厚さｔｂとを管理して、熱間圧延機１の出側でフランジ部１０２と継手支持部１０３とで温度差を発生させて、その後の冷却過程の熱収縮差を利用してフランジ部１０２には圧縮応力を残留させ、継手支持部１０３には引張り応力を残留させている。

このように曲がり矯正装置１１に通板されるハット型鋼矢板１００の継手支持部１０３に予め引張り応力を残留させておくことで、継手支持部圧下部２０の上下ローラ２１，２２で継手支持部１０３に塑性変形に至る程度、圧下したとき、長手方向への伸張が促進して起こるようになる。すなわち、継手支持部圧下部２０の上下ローラ２１，２２で継手支持部１０３を微圧下するだけで、前記引張り応力が開放され、前記長手方向への伸張が容易になされるようになる。これにより、曲がり矯正がさらに効果的に行われる。
また、ウェブ部圧下部３０では、上下ローラ３１，３２の両側に外側ローラ３３，３３を配置しているので、上下ローラ３１，３２によりウェブ部１０１を圧下した際にハット型鋼矢板１００の全幅ｗが広がってしまうことを防止できる。

次に実施例を説明する。
実施例では、有効幅が９００ｍｍのハット型鋼矢板を使用している。ここで、有効幅が９００ｍｍの場合、継手支持部間の中央部についての距離は約７５０ｍｍになる。そして、実施例では、このようなハット型鋼矢板に２ｍｍ／１０００ｍｍの曲がりが発生している。図７は、ハット型鋼矢板１００におけるそのような曲がり区間を示す。図７に示す寸法は、曲がりの曲率半径Ｒが２５００１ｍｍ、この曲率半径Ｒの中心からみて曲がり区間（サンプル区間）を示す角度θが０．２２９２°、ハット型鋼矢板１００において曲がっている側の継手支持部の長さ（中央部での長さ）である短辺の長さＬ１が９９７．０７７ｍｍ、その反対側の継手支持部の長さ（中央部での長さ）である長辺の長さＬ２が１０００．０７８ｍｍ、前記角度θ区間における曲がり量ΔＢが２．０ｍｍである。また、継手支持部の厚さは、１２．４ｍｍである。

また、継手支持部圧下部２０の上下ローラ２１，２２による圧下条件として、当該上下ローラ２１，２２に対してハット型鋼矢板１００を数回往復させることを前提に、圧下開始時の初期圧下力を０．１ｔｏｎとした。そして、圧下開始後の圧下力を５〜２０ｔｏｎで可変としている。
また、上下ローラ２１，２２で継手支持部を圧下して、継手支持部の厚さを減少させたとき、継手支持部は前後左右に伸張するようになる。ここで、前後左右それぞれの方向に同等（５０％ずつ）な分だけ伸張すると仮定し、継手支持部の厚さを１２．４ｍｍから０．０５ｍｍ減少させたときに、継手支持部がハット型鋼矢板の長手方向で１０００ｍｍあたり２ｍｍ伸張するものとする。

このような条件の下、上下ローラ２１，２２で圧下力を調整しながら、継手支持部を複数回圧下すると、ハット型鋼矢板は１０００ｍｍあたり前記曲がり量ΔＢを１ｍｍ以下に是正することができた。例えば、複数回に分けて付与した圧下したその圧下力を１３ｔｏｎにすることでそのような矯正が実現できた。
以上、本発明の実施形態を説明した。しかし、本発明は、前述の実施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、前述の実施形態では、継手支持部圧下部２０やウェブ部圧下部３０の上下ローラの形状を具体的に示した。しかし、これに限定されるものではない。例えば、前記ウェブ部圧下部３０では、主にウェブ部１０１の圧下を目的としている。その一方で、ウェブ部圧下部３０の上下ローラ３１，３２は、ウェブ部１０１の中間部からフランジ部１０２の上端近傍までを拘束可能な形状をなしている。これらを踏まえて、ウェブ部圧下部３０の上下ローラ３１，３２をフランジ部１０２への負荷を小さくするような形状にしてもよい。例えば、上側ローラ３２の直径を小さい径にする。

なお、前述の実施形態の説明において、継手支持部圧下部２０の２組の上下ローラ２１，２２は、第１及び第２上下ローラを実現しており、ウェブ部圧下部３０の２組の上下ローラ３１，３２は第３及び第４上下ローラを実現しており、圧下調整部２３、継手支持部圧下制御部２４は、曲がり方向に基づいて第１及び第２上下ローラによる継手支持部の圧下量を制御する継手支持部圧下量制御手段を実現しており、圧下調整部３４、ウェブ部圧下制御部３５は、第３及び第４上下ローラによるウェブ部の圧下量を制御するウェブ部圧下量制御手段を実現している。

本発明の実施形態の製造設備の構成を示すブロック図である。 前記製造設備の曲がり矯正装置の構成を示す正面図である。 前記製造設備の曲がり矯正装置の構成を示す平面図である。 前記曲がり矯正装置の継手支持部圧下部の構成を示す図である。 前記曲がり矯正装置のウェブ部圧下部の構成を示す図である。 前記曲がり矯正装置にハット型鋼矢板が通板され、かつ曲がりが矯正されている様子を示す平面図である。 実施例で用いたハット型鋼矢板の諸寸法を示す図である。 ハット型鋼矢板の形状を示す図である。 曲がりが発生しているハット型鋼矢板を示す図である。

符号の説明

１ 熱間圧延機
２ 熱間鋸断機
３ 冷却床
４ 検査床
１０ ローラ矯正機
１１ 曲がり矯正装置
２０ 継手支持部圧下部
２１，２２，２１´，２２´ 上下ローラ
２３，２３´，３４ 圧下調整部
２４ 継手支持部圧下制御部
３０ ウェブ部圧下部
３１，３２ 上下ローラ
３５ ウェブ部圧下制御部

Claims (5)

1. ウェブ部、フランジ部、継手部及び前記フランジ部から延びて前記継手部を支持する継手支持部を有するＵ型鋼矢板に熱間圧延工程及びその後の冷却過程で生じる前記継手支持部側への曲がりを矯正するＵ型鋼矢板の矯正方法において、
   前記Ｕ型鋼矢板の前記曲がりが発生している側の継手支持部を上下ローラで圧下して減厚し、前記長手方向に伸張させることで、前記曲がりを矯正することを特徴とするＵ型鋼矢板の矯正方法。
2. 前記曲がりが発生している区間のウェブ部を上下ローラで圧下して、前記長手方向に伸張させながら、前記継手支持部を前記長手方向に伸張させることを特徴とする請求項１記載のＵ型鋼矢板の矯正方法。
3. 前記熱間圧延工程で、その出側で前記継手支持部の板厚を前記フランジ部の板厚よりも厚くする圧延を行うことで、前記熱間圧延工程の出側で前記継手支持部の温度を前記フランジ部の温度よりも高くし、その温度差に起因して発生する前記フランジ部と前記継手支持部との熱収縮差を利用して、前記継手支持部に引張り応力を残留させることを特徴とする請求項１又は２記載のＵ型鋼矢板の矯正方法。
4. ウェブ部、フランジ部、継手部及び前記フランジ部から延びて前記継手部を支持する継手支持部を有するＵ型鋼矢板に熱間圧延工程及びその後の冷却過程で生じる前記継手支持部側への曲がりを矯正するＵ型鋼矢板の矯正装置において、
   前記Ｕ型鋼矢板の両側の各継手支持部を圧下する第１及び第２上下ローラと、
   前記曲がり方向に基づいて前記第１及び第２上下ローラによる前記継手支持部の圧下量を制御する継手支持部圧下量制御手段と、
   を備えることを特徴とするＵ型鋼矢板の矯正装置。
5. 前記Ｕ型鋼矢板の通板方向において前記第１及び第２上下ローラの上流側及び下流側に配置され、前記ウェブ部を圧下する第３及び第４上下ローラと、
   前記第３及び第４上下ローラによる前記ウェブ部の圧下量を制御するウェブ部圧下量制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項４記載のＵ型鋼矢板の矯正装置。

Images