JP4544371B2 - Ｔ形鋼の製造方法および圧延設備列 - Google Patents

Description

本発明は、熱間圧延によるＴ形鋼の製造方法および圧延設備列に関する。

図１２にＴ形鋼の断面形状を示す。Ｔ形鋼１０はウェブ１１とフランジ１２からなる断面がＴ字形状の形鋼であり、造船や橋梁等の分野で広く使用され、その用途や使用条件、使用箇所等によって様々な寸法の製品が製造されている。

通常用いられるＴ形鋼の寸法は、ウェブ高さ：２００〜１０００ｍｍ程度、ウェブ厚：８〜２５ｍｍ程度、ウェブ内法寸法：１９０〜９８０ｍｍ程度、フランジ幅：８０〜３００ｍｍ程度、フランジ厚：１２〜４０ｍｍ程度である。さらに、造船用として用いられるＴ形鋼の場合、ウェブ高さはフランジ幅の２倍以上であることが多い。

また、ウェブ高さとフランジ幅がほぼ同じであっても、ウェブ厚とフランジ厚が異なる複数のサイズのＴ形鋼が、必要とされる強度に応じて選択され、構造物に適用される。図１３に示すように、ウェブ高さの基準として、ウェブの内法寸法Ａｉとウェブの外法寸法Ａｏ（図１２のウェブ高さと同じ）を使用する場合があり、サイズが変わってもウェブ内法寸法Ａｉが同じ場合をウェブ内法一定、ウェブ外法寸法Ａｏが同じ場合をウェブ外法一定と呼ぶ。ウェブ内法一定の場合、図１３（ａ）のようにフランジ厚ｔｆがｔｆ１，ｔｆ２，ｔｆ３と変化すると、Ａｉが一定でＡｏがＡｏ１，Ａｏ２，Ａｏ３と変化する。また、ウェブ外法一定の場合、図１３（ｂ）のようにフランジ厚ｔｆがｔｆ１，ｔｆ２，ｔｆ３と変化すると、Ａｏが一定でＡｉがＡｉ１，Ａｉ２，Ａｉ３と変化する。サイズの異なるＴ形鋼を長さ方向に接続すると、ウェブ内法一定の場合はフランジの内面（ウェブ側の面）が同じ高さになり、フランジの外面に段差が生じる。逆にウェブ外法一定の場合には、長さ方向に接続するとフランジの外面が同じ高さで内面に段差が生じる。どちらを使用するかは、用途や使用部位に応じて施工性の観点で選択される。

ところで、Ｔ形鋼はウェブ１１とフランジ１２とを溶接して製造されることが一般的であるが、圧延にてＴ形鋼を一体成形する技術も提案されている。

例えば、ウェブ厚、フランジ厚、ウェブ高さおよびフランジ幅が様々な寸法のＴ形鋼を効率よく製造するため、ユニバーサル圧延機を中間圧延工程と仕上圧延工程に１基ずつ配置した熱間圧延設備が提案されている（例えば特許文献１）。

図１４は、その一例を示し、加熱炉（図示しない）から搬出された素材鋼片を往復圧延して断面略Ｔ形に粗成形する粗造形圧延機１と、この粗造形圧延機１により略Ｔ形形状に粗成形したＴ形鋼片（図示しない）を略製品寸法のＴ形鋼に成形するための粗ユニバーサル圧延機２、粗ユニバーサル圧延機２の下流に近設されたエッジャ圧延機３および仕上ユニバーサル圧延機５を備える（図１４（ａ））。

粗ユニバーサル圧延機２およびエッジャ圧延機３による圧延工程が中間圧延工程、仕上ユニバーサル圧延機５による圧延工程が仕上圧延工程であり、図１４（ｂ）に粗ユニバーサル圧延機２の構成を、図１４（ｃ）にエッジャ圧延機３の構成を、図１４（ｄ）に仕上ユニバーサル圧延機５の構成を模式的に示す。

粗ユニバーサル圧延機２は水平ロール２１ａ，２１ｂと、竪ロール２２ａ，２２ｂとを有しており、また、仕上ユニバーサル圧延機５は、水平ロール５１ａ，５１ｂと竪ロール５２ａ，５２ｂとを有しており、それぞれのロール開度を調整することによってロール交換を行わずとも種々のフランジ厚、ウェブ厚の製品に圧延することが可能である。

エッジャ圧延機３はエッジャロール３１ａ、３１ｂを有し、これらは大径部３３と小径部３２で構成され、小径部３２でフランジ１２の端面を圧下し、フランジ幅の調整を行うことができる。

また、特許文献２には、３軸粗圧延機および３軸エッジャを用いてＴ形鋼を効率よく製造する方法が開示されている。粗圧延後に図１５に示す３軸エッジャによりウェブ１１の端面１１ａとフランジ１２の端面１２ａとを同時に圧下し、ウェブ１１の高さの調整も行う。

さらに、特許文献３には、鋼片に粗圧延を行って造形されたＴ形鋼の粗形鋼片に、タンデム配列された少なくとも２台のユニバーサル圧延機による往復圧延を行うに際し、図１６に示すように一方のユニバーサル圧延機ＵＲにより該粗形鋼片のウェブ及びフランジを厚み方向へ圧下し、他方のユニバーサル圧延機ＵＦにより前記粗形鋼片のフランジを幅方向へ圧下すること、又は、フランジの幅方向の圧下とウェブの高さ方向の圧下とを同時に行うことを特徴とする熱間圧延Ｔ形鋼の製造方法が開示されている。

また、特許文献３には、鋼片に粗圧延を行って造形されたＴ形鋼の粗形鋼片に、少なくとも１台の粗ユニバーサル圧延機ＵＲとこれに隣接配置された少なくとも１台の２重式圧延機Ｅとによる往復圧延を行って、粗ユニバーサル圧延機により該粗形鋼片のウェブの厚み及びフランジの厚みの圧下と該粗形鋼片のウェブ高さの調整とを行うとともに、２重式圧延機により粗形鋼片のフランジ幅の圧下とウェブの端部の厚みの圧下とを行う中間圧延を行ってＴ形鋼を造形した後に、仕上げユニバーサル圧延機ＵＦにより、前記フランジの厚み、前記ウェブの厚み又は前記ウェブの高さのうち少なくとも１つの寸法調整を行う仕上げ圧延を行うことによって、Ｔ形鋼を製造する技術が開示されている（図１７）。

特公昭４３−１９６７１号公報 特開昭５７−４３０１号公報 特開２００７−３３１０２７号公報

図１４に示した圧延設備で圧延する場合、中間圧延工程の粗ユニバーサル圧延機２では、水平ロール２１ａ，２１ｂでＴ形鋼片（被圧延材）Ｈのウェブ１１をその板厚方向に圧下するとともに、竪ロール２２ａと水平ロール２１ａ，２１ｂとの間でＴ形鋼片Ｈのフランジ１２をその板厚方向に圧下する。

フランジ１２を圧下しない側の竪ロール２２ｂは、水平ロール２１ａ，２１ｂの側面に接して配置され、フランジ１２を圧下する際に、竪ロール２２ａから水平ロール２１ａ，２１ｂの軸方向に働くスラスト力により、水平ロール２１ａ，２１ｂが移動しないようにそれらの側面を押圧する。

また、粗ユニバーサル圧延機２の下流に近設されたエッジャ圧延機３では、Ｔ形鋼片Ｈのフランジ１２の幅方向の端面を圧下してフランジ１２の幅を調整する。仕上圧延工程では、仕上ユニバーサル圧延機５によってフランジ１２が水平ロール５１ａ，５１ｂと、竪ロール５２ａ、５２ｂとの間で垂直に整形されて、ウェブはその高さ方向に圧下されずにＴ形鋼の熱間圧延が終了する。

すなわち、図１４に示した圧延設備を用いた場合、中間圧延工程において、粗ユニバーサル圧延機２を用いてウェブ厚およびフランジ厚を調整し、さらに、エッジャ圧延機３によってフランジ端面を圧下してフランジ幅を調整しているが、ウェブは、その高さ方向にロールで圧下されることがない。

このため、ウェブはその高さが必ずしも目標寸法とならない場合が生じ、また、ウェブ先端部（図１２におけるウェブ１１の端面１１ａ）が断面形状（製品の長手方向に直角な断面形状、以下同様）において円弧状となり、製品形状として好ましくない。

熱間圧延の後でガス切断やスリッター等でウェブの先端部を切断して製品とするという対策もあるが、この場合、熱間圧延の後に切断工程を追加するため、Ｔ形鋼の製造コストの増加や製造所要期間の長期化（納期遅れ等）が生じる。

特許文献１には、仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールに切断部を設けて仕上圧延工程でウェブの端部を切断整形することが記載されているが、切断部にかえりや丸みが生じるため、断面形状の良い製品が得られない。

特許文献２に開示された、３軸エッジャによりウェブ１１の端面１１ａとフランジ１２の端面１２ａとを同時に圧下する方法では、ウェブ高さの調整も行われる。

しかし、エッジャ圧延時にウェブ１１は端面のみが拘束されることとなるため、ウェブ高さが大きい場合や、ウェブ厚が小さい寸法のＴ形鋼を製造する際に、ウェブ端面に対して強い圧下を行おうとすると、ウェブ１１が座屈してしまいウェブ高さを精度よく調整することはできない。特にウェブ高さがフランジ幅の２倍以上の寸法である造船用Ｔ形鋼では、座屈が発生しやすくウェブ高さの精度が悪化するという問題がある。

これに対し、特許文献３に記載の圧延方法では、図１６（ｂ）に示す第２のユニバーサル圧延機の竪ロールでウェブを高さ方向に圧下するため、ウェブ先端の成形とウェブ高さ寸法の調整が可能である。

しかし、当該ユニバーサル圧延機ではフランジ幅とウェブ先端の圧下を同時に行う役割を担うものの、ウェブとフランジの厚み圧下率は数％程度と小さくせざるを得ない。これは、小径部と大径部を有する段差状の水平ロールを用いてフランジ幅を圧下するため、フランジ側に小径部を有する竪ロールを用いる必要があり、この竪ロールではフランジ両端が圧下できずにフランジ厚の段差を生じさせるためである。また、フランジ幅を圧下することにより、フランジ先端の厚みが増加するため、フランジ厚の段差は一層大きくなり、フランジ外面に折れ込み疵などの表面欠陥が発生する可能性が高まる。

以上のような第２のユニバーサル圧延機の構造上の問題から、ユニバーサル圧延機が２台あるにもかかわらず、実質的に１台のユニバーサル圧延機だけで厚みを圧下することとなり、圧延パス数が多くなるという問題がある。

また、図１６に示す第２のユニバーサル圧延機においては、片方の竪ロールがフランジを圧下することによる圧延反力が水平ロールの軸方向に作用するが、ウェブ先端側の竪ロールが水平ロールの側面に接していないため、竪ロールで水平ロールの軸方向荷重を支持することができない。すなわち、フランジ厚を有効に圧下しようとする場合、水平ロールに作用する数千ｋＮの軸方向荷重を支持することが困難であるため、フランジ圧下率を大きくすることができない。

さらに、中間圧延におけるフランジの傾斜角は５度以下が望ましい、とされているため、第２のユニバーサル圧延機でフランジ厚を有効に圧下しようとすると、フランジ内面と水平ロール側面の接触長が長くなり、ロールと圧延材の滑りによってフランジ内面に疵がつきやすいという問題もある。

一方、図１７に示す特許文献３に記載の粗ユニバーサル圧延機と２重式圧延機を用いたもう１つの方法では、粗ユニバーサル圧延機が１台なので圧延パス数が多く、またフランジの角度を０度以上５度以下が望ましいとしているため、フランジ内面に疵がつきやすいという問題がある。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたもので、ウェブ先端部の形状が良好で、且つ所望のウェブ高さが精度良く得られ、Ｔ形鋼を少ないパス数で効率よく製造するための製造方法と圧延設備列を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成可能である。
１．Ｔ形形状に粗成形されたＴ形鋼片のウェブとフランジとを圧延する中間圧延工程と、前記中間圧延工程で得られたＴ形鋼片を製品形状とする仕上圧延を行う仕上圧延工程とを有するＴ形鋼の製造方法であって、
前記中間圧延工程は、上下の水平ロールがウェブの板厚方向における上下面の全面を圧下する第１の粗ユニバーサル圧延機による圧延工程と、
フランジの端面を圧下するエッジャ圧延工程と、
ロール外周面の幅が目標ウェブ内法寸法と同じで、ウェブ先端部側のコーナー部がウェブ面を圧延しない形状に加工された上下の水平ロールを用いて、ウェブを先端部近傍を除いた板厚方向の上下面を圧下しつつ、左右の竪ロールの一方がフランジをその板厚方向に圧下し、他方がその竪ロール外周面を水平ロールに接触させつつウェブの端面をウェブの高さ方向に圧下する第２の粗ユニバーサル圧延機による圧延工程と
を有することを特徴とするＴ形鋼の製造方法。
２．前記第２の粗ユニバーサル圧延機による圧延工程において、ウェブ端面を圧下する竪ロールの外周面を水平ロールに接触させつつ、もう一方の竪ロールと水平ロール側面との開度を調整することにより、ウェブ内法寸法が一定でフランジ厚が異なる複数のサイズのＴ形鋼を製造することを特徴とする、１に記載のＴ形鋼の製造方法。
３．Ｔ形形状に粗成形されたＴ形鋼片を被圧延材として、そのウェブとフランジとを圧延するＴ形鋼の圧延設備列であって、
ロール外周面の幅が前記被圧延材の目標ウェブ内法寸法より広い上下の水平ロールを有する第１の粗ユニバーサル圧延機と、前記被圧延材のフランジの端面を圧下するエッジャ圧延機と、ロール外周面の幅が前記被圧延材の目標ウェブ内法寸法と同じでウェブ先端側のコーナー部がウェブ面を圧延しない形状に加工された上下の水平ロールおよび一方がフランジをその板厚方向に圧下し他方がその竪ロール外周面を水平ロールに接触させつつウェブの端面をウェブの高さ方向に圧下する左右の竪ロールを有する第２の粗ユニバーサル圧延機とが配置されてなることを特徴とするＴ形鋼の圧延設備列。

本発明に係るＴ形鋼の製造方法と圧延設備列によれば、以下の効果により、熱間圧延ままで、ウェブ先端部の形状が良好で、且つ所望のウェブ高さが精度良く得られるＴ形鋼の効果的な製造方法と圧延設備列が得られ産業上極めて有用である。
１．中間圧延工程のウェブ厚とフランジ厚の圧下を第１と第２の粗ユニバーサル圧延機の両方で実施するため、一基の粗ユニバーサル圧延機で厚みを圧延する場合と比較して、１パス当たりのウェブ厚とフランジ厚の圧下量を大きくすることが可能で、圧延パスを削減し、圧延能率が向上する。また、第１の粗ユニバーサル圧延機、エッジャ圧延機、第２の粗ユニバーサル圧延機の少なくともいずれかを、複数基配置することにより、更に圧延能率を向上させることができる。
２．第２の粗ユニバーサル圧延機により、水平ロールのフランジ厚を圧下しない方（ウェブ先端側）に竪ロールの外周を接触させて、フランジ厚の圧下による水平ロールの軸方向に作用する圧延反力を支持するとともに、ウェブの端面を高さ方向に圧下することにより、水平ロールの軸方向移動を防止し、寸法精度の良好なＴ形鋼を圧延することができる。
３．第２の粗ユニバーサル圧延機に用いる水平ロールのウェブ先端側のコーナー部がウェブ面を圧延しない形状に加工されているため、ウェブ先端を圧下しても耳状の突起が形成されることがなく、良好なウェブ先端形状が得られる。

本発明の実施に用いる、Ｔ形鋼の圧延設備の配置の一例を示す図。 本発明の実施に用いる、第１の粗ユニバーサル圧延機の構成を説明する図で、（ａ）はその一例、（ｂ）は他の例を説明する模式図。 本発明の実施に用いる、エッジャ圧延機の構成の一例を説明する模式図。 本発明の実施に用いる、第２の粗ユニバーサル圧延機の構成の一例を説明する模式図。 本発明の実施に用いる、第２の粗ユニバーサル圧延機の構成の一例を説明する模式図。 本発明の実施に用いる、第２の粗ユニバーサル圧延機の構成の一例を説明する模式図。 本発明の実施に用いる、第２の粗ユニバーサル圧延機の構成の一例を説明する模式図。 本発明の実施に用いる、第２の粗ユニバーサル圧延機の構成の一例を説明する模式図。 本発明の実施に用いる、第２の粗ユニバーサル圧延機の構成の一例を説明する模式図。 本発明の実施に用いる、仕上ユニバーサル圧延機の構成の一例を説明する模式図。 圧延材ウェブ先端に発生する突起形状を説明する模式図。 Ｔ形鋼の断面形状を示す断面図。 内法一定と外法一定のＴ形鋼の寸法形状を示す図で、（ａ）は内法一定、（ｂ）は外法一定のＴ形鋼を示す図。 （ａ）は従来のＴ形鋼の圧延設備を示す配置図で、（ｂ）は粗ユニバーサル圧延機の構成を説明する図、（ｃ）はエッジャ圧延機の構成を説明する図、（ｄ）は仕上ユニバーサル圧延機の構成を説明する図。 従来のＴ形鋼のエッジャ圧延機の構成を示す図。 従来のＴ形鋼の圧延方法におけるユニバーサル圧延機の構成を示す図で、（ａ）は第１のユニバーサル圧延機の構成を示す図、（ｂ）は第２のユニバーサル圧延機の構成を示す図。 粗ユニバーサル圧延機、エッジャ圧延機、仕上ユニバーサル圧延機を用いた従来のＴ形鋼の圧延方法を示す図。

以下、本発明に係る製造方法および圧延設備列の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る圧延設備列の一例を示し、図において１は粗造形圧延機、２は第１の粗ユニバーサル圧延機、３はエッジャ圧延機、４は第２の粗ユニバーサル圧延機、５は仕上圧延機を示す。

加熱炉（図示せず）から搬出された素材鋼片（図示せず）は粗造形圧延機１によって断面形状が略Ｔ形のＴ形鋼片に圧延される。粗造形圧延機１としては、公知の設備が利用でき、例えば、孔型を有するロールが装備された二重式圧延機とする。

得られたＴ形鋼片を、第１の粗ユニバーサル圧延機２とエッジャ圧延機３と第２の粗ユニバーサル圧延機４が近接して配置された圧延設備列で圧延を行って、ウェブとフランジの圧下を行う（中間圧延工程）。

図２（ａ）に第１の粗ユニバーサル圧延機２の構造を説明する模式図を示す。第１の粗ユニバーサル圧延機２は、水平軸上を回転する水平ロール２１ａ，２１ｂと、垂直軸上を回転する竪ロール２２ａ，２２ｂを有する。水平ロール２１ａと２１ｂ、竪ロール２２ａと２２ｂは、夫々対向配置される。

本発明では、水平ロール２１ａ、２１ｂのロール外周面の幅（圧下面の幅）Ｗ１を、ウェブ１１の目標内法寸法Ｌ（フランジ内面からウェブ先端部までの距離）より大きくする。好ましくは、ウェブ１１の目標内法寸法Ｌの１０５〜１５０％程度とする。

第１の粗ユニバーサル圧延機２では、水平ロール２１ａ，２１ｂによりウェブ１１の高さ方向の全面をその板厚方向に圧下し、竪ロール２２ａと、水平ロール２１ａ，２１ｂの側面でフランジ１２をその板厚方向に圧下する。

ウェブ１１の板厚調整は、水平ロール２１ａ，２１ｂの開度調整で行い、フランジ１２の板厚調整は、竪ロール２２ａと、水平ロール２１ａ，２１ｂの側面との開度調整で行う。

フランジ１２を圧下する際、竪ロール２２ａにより、水平ロール２１ａ，２１ｂの一方の側面から軸方向にスラスト力が作用するので、竪ロール２２ｂを水平ロール２１ａ，２１ｂの、他方の側面に押圧して、水平ロール２１ａ，２１ｂが軸方向に移動しないようにすることが好ましい。また、竪ロール２２ｂとこれに押圧される水平ロールの側面は、図２（ｂ）に示すように傾斜のない垂直な形状としてもよい。

図３にエッジャ圧延機３の構造を説明する模式図を示す。エッジャ圧延機３は、水平軸方向に大径ロール部３３と小径ロール部３２を備えたエッジャロール３１ａ，３１ｂを有し、大径ロール部３３が被圧延材Ｈのウェブ１１を誘導し、小径ロール部３２のロール表面３２ａがフランジ１２の端面１２ａをその幅方向に圧下する。

大径ロール部３３のロール径と、小径ロール部３２のロール径は、小径ロール部３２によるフランジ１２の端面１２ａの圧延中に、大径ロール部３３のロール表面がウェブ１１の板厚方向の上下面に若干の隙間を有するように調整するのが好ましい。

若干の隙間を設けることで、大径ロール部３３がウェブに接触した場合に発生する余分な圧延反力をなくすとともに、大径ロール部３３がガイドとして働き、上下のウェブ面から上下のフランジ先端までの長さを揃える効果が生まれ、寸法精度を向上させることができる。隙間は２ｍｍ以下とすることが好ましい。

図４に第２の粗ユニバーサル圧延機４の構造を説明する模式図を示す。なお、図５〜図９も第２の粗ユニバーサル圧延機４の構造の他の例を説明する模式図である。第２の粗ユニバーサル圧延機４は、水平軸上を回転する水平ロール４１ａ，４１ｂと、垂直軸上を回転する竪ロール４２ａ，４２ｂを有する。水平ロール４１ａと４１ｂ、竪ロール４２ａと４２ｂは、夫々対向配置される。

第２の粗ユニバーサル圧延機４では、水平ロール４１ａ，４１ｂのロール開度を調整にしてウェブ１１の板厚を調整し、竪ロール４２ａと、水平ロール４１ａ，４１ｂの一方の側面との開度を調整することによりフランジ１２の板厚を調整する。この際、水平ロール４１ａ，４１ｂが軸方向に移動しないように竪ロール４２ｂの周面ｃを水平ロール４１ａ，４１ｂの他方の側面ｂに接触させて配置する。

水平ロール４１ａ、４１ｂのロール外周面の幅（圧下面の幅）Ｗ２は、ウェブ１１の中間圧延工程における目標内法寸法Ｌ（フランジ内面からウェブ先端部の端面１１ａまでの距離）とほぼ同じ値とする（すなわちＷ２＜Ｗ１でもある）。尚、ウェブ１１の中間圧延工程における目標内法寸法Ｌは、最終の圧延工程となる仕上ユニバーサル圧延機での微小なウェブ高さの増加を考慮し、通常は製品段階におけるＴ形鋼の内法寸法に対し０〜５ｍｍ程度短い値とすることが好ましい。すなわち、水平ロール４１ａ、４１ｂの周方向圧下面の幅Ｗ２は、Ｔ形鋼製品のウェブ内法寸法に対し０〜５ｍｍ程度小さい値とすることが好ましい。

水平ロール４１ａ，４１ｂの幅がウェブ１１の目標内法寸法Ｌと同じ寸法であるため、竪ロール４２ｂがウェブ１１の先端に接触して圧下し、ウェブ１１の高さと端面１１ａの形状を調整することが可能となる。

さらに、本発明では、水平ロール４１ａ，４１ｂのウェブ先端側のコーナー部ａには、曲面加工、面取りを施したり、段差を設ける。

一般にＨ形鋼などのフランジを有する形鋼の粗ユニバーサル圧延機に組込む上下水平ロールのコーナー部には、圧延される形鋼の製品形状に合わせて円弧状加工が施されている。しかし、Ｔ形鋼の圧延においては、ウェブ先端は直角に成形することが望ましいため、従来と同様の製品寸法に合わせるという観点からはウェブ先端側のコーナー部は円弧状加工が不要と考えられる。ところが、ウェブ先端が竪ロール４２ｂに圧下されると、圧下部分の体積が断面内でウェブ厚みを増加させる変形が生じる。そして、コーナー部に空間がない場合、圧下されたウェブ先端の変形が、竪ロール４２ｂの周面ｃと水平ロール４１ａ，４１ｂの他方の側面ｂとの僅かな隙間に流れ込み、図１１に示すようにウェブの先端に耳状の突起１５が形成され、仕上げユニバーサル圧延機での圧延で折れ込み疵などの欠陥を発生させてしまう。

これを回避するため、本発明では、水平ロールコーナー部がウェブ面を圧延しない形状に加工して圧延を行う。これにより、ウェブ１１の先端近傍の水平ロール４１ａ，４１ｂの周方向圧下面と竪ロール４２ｂの周面との間に大きな空間が形成されるため、ウェブの端面１１ａが圧下された際に僅かな隙間に局所的な変形（突起１５）が形成されることが防止される。

具体的には、水平ロール４１ａ，４１ｂのコーナー部ａの形状は、円弧状加工（図４、図７）、面取り加工（図５、図８）、または、段差加工（図６、図９）などによるものとし、ウェブ先端の厚み増加によるウェブの板厚方向のウェブ面の変形部を圧延しない空間を確保する。面取りや段差を設ける際には、角に丸みを持たせることが好ましい。

通常、円弧状加工の場合の円弧半径は２０ｍｍ以上、面取り加工の場合はＣ２０以上の加工を施すことにより、耳状突起の発生を防止できる。また、段差加工の場合も段差部分の幅を２０ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、加工寸法の上限は、ウェブ１１の中間圧延工程における目標内法寸法Ｌの７０％以上のウェブ面が圧延されるようにすることが好ましい。すなわち、水平ロール４１ａ、４１ｂのロール外周面の幅Ｗ２に対して３０％以内とすることが好ましい。これにより、竪ロール４２ｂでウェブ１１の端面をウェブの高さ方向に圧延する際、水平ロール４１ａ，４１ｂによりウェブ１１の大部分（すなわち先端部の近傍以外）はウェブの板厚方向に圧延されているので、竪ロール４２ｂでウェブ先端部の端面１１ａを圧下してもウェブ１１は座屈しない。

なお、水平ロールコーナー部を、ウェブ面を圧延しない形状とした場合、水平ロールのウェブ端部側はウェブ厚みより大きい開口を形成する。この開口の開口幅ｄは（ウェブ厚＋１０ｍｍ）〜（ウェブ厚＋２００ｍｍ）程度が好ましい。より好ましくは、（ウェブ厚＋１０ｍｍ）〜（ウェブ厚＋１００ｍｍ）程度である。上記以外の形状においても、非圧延部の幅：２０ｍｍ〜Ｌの３０％とし、ｄを上記範囲とすることが好ましい。

水平ロール４１ａ（４１ｂ）のウェブ先端に近い側面ｂは、図４、５、６に示すように垂直でも、また図７、８、９に示すようにフランジ側の側面と同様の傾斜、好ましくは鉛直から角度θ：５＜θ≦１０°を有していてもよい。

傾斜を設ける場合は、その傾斜角度に合わせて竪ロール４２ｂの外周にも同じ角度の傾斜を設け、ロール面の幅方向中心を頂点とする、傾いた斜辺を有する上下対称の山形形状とする。ただし、ウェブ先端を圧下するロール面の幅方向中心には、被圧延材Ｈのウェブ厚よりも大きな幅の平端部を設ける。

上述した第１の粗ユニバーサル圧延機２、エッジャ圧延機３、および第２の粗ユニバーサル圧延機４による中間圧延工程においては、仕上圧延が可能な形状が得られるまで、往復圧延を行う。第１および第２の粗ユニバーサル圧延機では、ウェブ厚とフランジ厚の圧下率が１０〜３０％となる圧延を行うのが好ましい。ただし、中間圧延を終了する最後の圧延機などの特定のパスで圧下率１０％以下の圧延を行ったり、圧下を行わずに圧延材を通過させてもよい。

尚、第２の粗ユニバーサル圧延機４で、ウェブ１１を板厚方向に圧延すると、水平ロール４１ａ，４１ｂにより圧下される部分と圧下されない部分（ウェブ先端部１１ａ近傍）で、板厚差が生じることがある。往復圧延中は第１の粗ユニバーサル圧延機２でウェブ先端の厚みが圧下されて板厚差が解消されるため、第２の粗ユニバーサル圧延機で板厚差が生じても問題はない。往復圧延中に板厚差の境界部に折れ込み疵等の有害な表面疵が発生する懸念があるが、本発明者らの検討ではウェブ厚の圧下率３０％以下の範囲で表面疵は発生しなかった。

しかし、第２の粗ユニバーサル圧延機が中間圧延を終了する最後の圧延機となっている場合、次工程の仕上ユニバーサル圧延機５でのウェブ圧下率が小さいため、第２の粗ユニバーサル圧延機で生じた段差を仕上げ圧延機で平坦化できない場合がある。

そのように当該板厚差が仕上ユニバーサル圧延機５による仕上圧延で解消されない程度に大きい場合は、被圧延材Ｈを逆送して、再度第１の粗ユニバーサル圧延機２で圧延して、ウェブの高さ方向の全面を圧下して解消すればよい。一方、当該板厚差が仕上圧延機５による仕上圧延で解消される程度の大きさの場合は、そのまま中間圧延工程を終了し、仕上圧延工程を開始する。尚、中間圧延工程の最後の圧延パスで第２の粗ユニバーサル圧延機４のロール開度を被圧延材Ｈの寸法よりも大きくしておき、圧延せずに通過させてもよく、この場合にはウェブ先端近傍に板厚差は発生しない。

また、中間圧延工程では、被圧延材を圧延方向からみた断面視で、フランジとウェブとの交差角αを９５＜α≦１１０°とすることが好ましく、さらに９５＜α≦１００°とすることがより好ましい。当該交差角とすることで、水平ロールと被圧延のフランジ内面が圧延後、速やかにはなれて、フランジ内面に疵が発生することが防止される。また、ロール磨耗時のロール改削量を小さくでき、ロール寿命が延長される。

フランジとウェブの交差角αを９５＜α≦１００°とする場合は、粗ユニバーサル圧延機２，４において、水平ロール２１，４１のフランジを圧下する側の側面を、鉛直方向から角度θ：５＜θ≦１０°となるよう傾ける。

本発明は、図１に示す配置に限られるものではなく、第１の粗ユニバーサル圧延機２、エッジャ圧延機３および第２の粗ユニバーサル圧延機４を１基以上ずつ有する設備であれば、他のどのような配置であっても適用することができる。

例えば、第１の粗ユニバーサル圧延機、エッジャ圧延機、第２の粗ユニバーサル圧延機の少なくともいずれかを、２基以上連続して配置してもよい。

また、第１の粗ユニバーサル圧延機、エッジャ圧延機、第２の粗ユニバーサル圧延機の配置順を変更して、例えば、中間圧延工程の最初にエッジャ圧延機や第２の粗ユニバーサル圧延機を配置してもよい。さらに、各圧延機は通常、リバース圧延や素通し（圧延を行わずに圧延機を通過させる）が可能なので、圧延の順番は圧延機の順番と一致せずともよい。

中間圧延工程で得られたＴ形鋼は、仕上圧延工程で製品寸法に圧延する。

図１０に、仕上ユニバーサル圧延機の構造を説明する模式図を示す。仕上ユニバーサル圧延機５は、水平軸上を回転する水平ロール５１ａ，５１ｂと垂直軸上を回転する竪ロール５２ａ，５２ｂを有し、水平ロール５１ａ，５１ｂの側面はロール外周面と直交させる。

仕上圧延工程では、前工程の中間圧延工程でフランジとウェブの交差角αが９０°より大きな角度となっていた圧延材を、フランジとウェブの交差角が９０°になるように成形する。外周が平坦な竪ロール５２ａで被圧延材Ｈのフランジを圧延すると、ウェブに対し、フランジが垂直に整形される。フランジの厚み圧下率は数％、大きくても５％以下の軽圧下が望ましい。このとき、竪ロール５２ｂを水平ロール５１ａ，５１ｂのフランジと対向しない側の側面に押圧することで水平ロール５１ａ，５１ｂが軸方向に移動しないようにできる。

仕上ユニバーサル圧延機では、ウェブはほとんど圧下されないか、または、形・寸法を整える程度に数％の厚み圧下率で軽圧下される。特に、第２の粗ユニバーサル圧延機４での圧延によって、水平ロール４１ａ，４１ｂにより圧下される部分と圧下されない部分（ウェブ先端部１１ａ近傍）で板厚差が生じている場合には、これを解消するようにウェブを軽圧下する。この目的に適うため、水平ロール５１ａ，５１ｂの圧下面の幅は、ウェブ内法寸法より大きくする（したがってＷ２より大きい）。好ましくは、ウェブ１１の内法寸法の１０５〜１５０％程度とする。

以上の本発明の製造方法と圧延設備列を用いれば、内法寸法が同じでフランジ厚が異なる複数のサイズのＴ形鋼を製造することができる。内法寸法が一定のＴ形鋼は、図１３（ａ）に示すように、フランジ厚ｔｆが変化してもウェブ内法寸法Ａｉが一定である。

本発明では、フランジの板厚ｔｆは、第２の粗ユニバーサル圧延機の竪ロール４２ａと、水平ロール４１ａ，４１ｂの一方の側面との開度を調整することにより調整することができる。この際、水平ロール４１ａ，４１ｂが軸方向に移動しないように竪ロール４２ｂの周面ｃを水平ロール４１ａ，４１ｂの他方の側面ｂに接触させて配置する。ここで、水平ロール４１ａ，４１ｂのロール外周面の幅はウェブ内法寸法と同じであるので、ウェブ内法寸法Ａｉはフランジ厚によらず一定の寸法に圧延することができ、内法寸法が一定のＴ形鋼を容易に製造することができる。

図１に示す圧延設備を用いて、厚さ２５０ｍｍ、幅３１０ｍｍの長方形断面を有するブルームから、ウェブ高さ３００ｍｍ、フランジ幅１００ｍｍ、ウェブ厚９ｍｍ、フランジ厚１６ｍｍを目標寸法とするＴ形鋼を圧延した。

第１の粗ユニバーサル圧延機２は、図２（ａ）に示す構造のものを用いた。水平ロールは、圧下面の幅Ｗ１が目標ウェブ内法寸法Ｌ（２８３ｍｍとした）よりも広くなるように３２０ｍｍとし、水平ロールの側面の鉛直方向からの角度θは、７°とした。

左右の竪ロールは対向するように配置し、断面形状においてロール面の幅方向中心を頂点とする、鉛直から角度７°傾いた斜辺を有する上下対称の山形形状とした。

また、左右の竪ロールのうち、水平ロールの側面を押圧するものは、フランジの圧延で水平ロールが水平軸方向に移動しないように、押圧力を調整した。

エッジャ圧延機３は図３に示す構造のものを用いた。エッジャロールの大径部と小径部との段差は４４ｍｍとし、ロール幅は大径部が５００ｍｍ以上、小径部が２００ｍｍ以上を確保した。また、段差部分の傾斜角は鉛直から角度７°とした。

第２の粗ユニバーサル圧延機４は、図４に示す構造のものを用いた。水平ロールのロール軸には特段の補強をせず、一般的な構造のものを使用した。水平ロールは、圧下面の幅Ｗ２が中間圧延工程におけるウェブ目標内法寸法と同じになるように２８３ｍｍとし、水平ロールの、フランジを圧延する側の側面は鉛直から角度７°傾けた。また、水平ロールコーナー部ａの曲面加工の大きさは半径３０ｍｍの円弧状とした（水平ロールのウェブ端部側開口幅ｄは被圧延材のウェブ厚＋約６０ｍｍ）。

また、左右の竪ロールで、フランジを圧延する一方の竪ロールは、断面形状においてロール面の幅方向中心を頂点とする、鉛直から角度７°傾いた斜辺を有する上下対称の山形形状とし、ウェブ先端部を高さ方向に圧下する他方の竪ロールは、ロール面が平坦な円筒型とした。

仕上ユニバーサル圧延機５は図１０に示す構造のものを用いた。水平ロールの幅は３２０ｍｍとした。

最初に、上記ブルームを粗造形圧延機１（孔型ロールを組み込んだ二重式圧延機を用いた）で圧延し、略Ｔ形断面形状のＴ形鋼片とした。得られたＴ形鋼片のウェブ厚は４０ｍｍ、フランジ厚は７５ｍｍ、ウェブ高さ３６５ｍｍ、フランジ幅１３０ｍｍであった。

続いて、上述した第１粗ユニバーサル圧延機２、エッジャ圧延機３、および第２粗ユニバーサル圧延機４をこの順に近接配置した圧延機群で５パスの往復圧延を行って、ウェブとフランジを圧下した。中間圧延工程のパススケジュールを表１に示す。

第２粗ユニバーサル圧延機４では竪ロールを用いてウェブ先端部をウェブ高さ方向に圧下し、ウェブ高さの調整を行った。このとき、ウェブ先端を圧下する竪ロールが水平ロール側面に接する状態とし、水平ロールの軸方向荷重を支持しつつ圧延を行った。最後に、水平ロールと竪ロールとを有する仕上ユニバーサル圧延機５でフランジに軽圧下を加えつつ圧延してフランジの傾斜を鉛直に整形した。ウェブ部は軽圧下とした。

熱間圧延後、得られたＴ形鋼のウェブ高さ、フランジ幅、ウェブ厚、フランジ厚を測定したところ、目標通りの寸法で、本発明によれば目標寸法を満足するＴ形鋼を熱間圧延ままで製造できることが確認された。

特に、従来圧延ままでは調整が困難であったウェブ高さは、目標値±１ｍｍの範囲で熱間圧延することが可能で、端面形状も良好であった。

さらに、同じ圧延設備を用いて、内法寸法がフランジ厚１６ｍｍと同じでフランジ厚が１９ｍｍの内法一定Ｔ形鋼を製造した。フランジ厚１６ｍｍのときと同じ断面寸法の素材鋼片を粗造形圧延機１で圧延した後のＴ形鋼片の寸法は、ウェブ厚３３ｍｍ、フランジ厚７５ｍｍ、ウェブ高さ３６５ｍｍ、フランジ幅１２３ｍｍであった。

続いて、第１粗ユニバーサル圧延機２、エッジャ圧延機３、および第２粗ユニバーサル圧延機４をこの順に近接配置した圧延機群で５パスの往復圧延を行って、ウェブとフランジを圧下した。中間圧延工程のパススケジュールを表２に示す。

第２粗ユニバーサル圧延機４では竪ロールを用いてウェブ先端部をウェブ高さ方向に圧下し、ウェブ高さの調整を行った。このとき、ウェブ先端を圧下する竪ロールはフランジ厚１６ｍｍのときと同様に、水平ロール側面に接する状態とし、水平ロールの軸方向荷重を支持しつつ圧延を行った。最後に、水平ロールと竪ロールとを有する仕上ユニバーサル圧延機５でフランジに軽圧下を加えつつ圧延してフランジの傾斜を鉛直に整形した。ウェブ部は軽圧下とした。

熱間圧延後の各部の寸法は、ウェブ高さ３０３ｍｍ、フランジ幅１００ｍｍ、ウェブ厚９ｍｍ、フランジ厚１９ｍｍと目標どおりの寸法の製品が得られた。ウェブ内法寸法は２８４ｍｍでフランジ厚１６ｍｍの製品と同じ値であった。

一方、比較例として、中間圧延工程を、水平ロールの圧下面幅をウェブ幅より広く設定した粗ユニバーサル圧延機を１基と、エッジャ圧延機１基とからなる従来の圧延設備（図１４）を用いて実施し、Ｔ形鋼を製造した。ブルーム寸法、Ｔ形鋼の熱間圧延後の各部目標寸法は本発明例のフランジ厚１９ｍｍと同じとした。中間圧延工程のパススケジュールを表３に示す。比較例の設備では粗ユニバーサル圧延機が１基しかないため、パス数が９パスの往復圧延を行って目標寸法まで圧延した。

比較例では、ウェブの先端を圧下することができなかったため、ウェブ高さが目標の３００ｍｍよりも大きくなり、３０６ｍｍ程度となって寸法外れが発生した。このため、圧延後にウェブの端部を切断する必要が生じ、時間と費用がかかり製造コストが増加した。

また、パス数が増えたため本発明の実施例に比較して中間圧延の圧延時間が２倍程度に増え、生産性が大幅に悪化した。

なお、表１および表２のパススケジュールを用いた上記実施例において、Ｗ１および仕上ユニバーサル圧延機の水平ロールの幅をそれぞれ３４０ｍｍに変えてみたが、やはり結果は良好であった。

さらに、上記実施例において、第２の粗ユニバーサル圧延機４の水平ロールのコーナー部ａの形状を、半径３０ｍｍの円弧状（図４）に替えて、Ｃ２０の面取り加工（図５）（ｄ＝ウェブ厚＋４０ｍｍ）、および水平ロールのコーナーから幅５０ｍｍの間を段差加工（図６）（ｄ＝ウェブ厚＋３０ｍｍ）として圧延した場合についても、やはり結果は良好であった。

次に本発明の第２の実施例として、図１に示す圧延設備を用いて厚さ３００ｍｍ、幅６２０ｍｍの長方形断面を有するブルームから、ウェブ高さ５００ｍｍ、フランジ幅１５０ｍｍ、ウェブ厚１２ｍｍ、フランジ厚２２ｍｍを目標寸法とするＴ形鋼を圧延した。

第１の粗ユニバーサル圧延機２は、図２（ｂ）に示す構造のものを用いた。水平ロールは、圧下面の幅Ｗ１がウェブ内法寸法よりも広くなるように５３０ｍｍとし、水平ロールの側面の鉛直方向からの角度θは、７°とした。

左右の竪ロールは対向するように配置し、断面形状においてロール面の幅方向中心を頂点とする、鉛直から角度７°傾いた斜辺を有する上下対称の山形形状とした。また、左右の竪ロールのうち、水平ロールの側面を押圧するものは、フランジの圧延で水平ロールが水平軸方向に移動しないように、押圧力を調整した。

エッジャ圧延機３は図３に示す構造のものを用いた。エッジャロールの大径部と小径部との段差は６７ｍｍとし、ロール幅は大径部が５５０ｍｍ以上、小径部が２００ｍｍ以上を確保した。また、段差部分の傾斜角は鉛直から角度７°とした。

第２の粗ユニバーサル圧延機４は、図４に示す構造のものを用いた。水平ロールは、圧下面の幅Ｗ２が中間圧延工程におけるウェブ目標内法寸法と同じになるよう４７７ｍｍとし、フランジを圧下する水平ロールの側面は鉛直から角度７°傾けた。また、水平ロールコーナー部ａの曲面加工の大きさは半径３０ｍｍの円弧状とした（ｄ＝ウェブ厚＋６０ｍｍ）。

また、左右の竪ロールで、フランジを圧延する一方の竪ロールは、断面形状においてロール面の幅方向中心を頂点とする、鉛直から角度７°傾いた斜辺を有する上下対称の山形形状とし、ウェブ先端部を高さ方向に圧下する他方の竪ロールは、ロール面が平坦な円筒型とした。

仕上ユニバーサル圧延機５は図１０に示す構造のものを用いた。水平ロールの幅は５２０ｍｍとした。

最初に、上記ブルームを粗造形圧延機１で略Ｔ形断面形状のＴ形鋼片に圧延した。得られたＴ形鋼片のウェブ厚は５０ｍｍ、フランジ厚は９５ｍｍ、ウェブ高さ５８５ｍｍ、フランジ幅１８５ｍｍであった。

続いて、上述した第１粗ユニバーサル圧延機２、エッジャ圧延機３、第２粗ユニバーサル圧延機４をこの順に近接配置した圧延機群で５パスの往復圧延を行って、ウェブとフランジを圧下した。中間圧延工程のパススケジュールを表４に示す。

第２粗ユニバーサル圧延機４ではウェブ先端側の竪ロールを水平ロール側面に押付けた状態で圧延し、ウェブ先端部をウェブ高さ方向に圧下してウェブ高さの調整を行った。最後に、水平ロールと竪ロールとを有する仕上ユニバーサル圧延機５でフランジの傾斜を鉛直に整形した。

熱間圧延後、得られたＴ形鋼のウェブ高さ、フランジ幅、ウェブ厚、フランジ厚を測定したところ、目標通りの寸法になっており、ウェブ高さは目標値±１ｍｍの範囲で、端面形状も良好であった。

比較例として、図１６に示す第１のユニバーサル圧延機とエッジャ圧延機と第２のユニバーサル圧延機からなる従来の圧延設備を用いて中間圧延工程を実施し、同じ寸法のＴ形鋼を製造した。中間圧延工程のパススケジュールを表５に示す。この比較例の設備では第２のユニバーサル圧延機でウェブとフランジの厚みを圧下できないため、パス数が９パスの往復圧延を行って目標寸法まで圧延した。このため、本発明の実施例に比較して中間圧延の圧延時間が２倍程度に増え、生産性が大幅に悪化した。製品寸法は目標どおりで特に問題はなかった。

以上の結果から、本発明のＴ形鋼の製造方法と圧延設備で、ウェブ高さ５００ｍｍ、フランジ幅１５０ｍｍといった大きなサイズのＴ形鋼であっても、寸法精度の良好なＴ形鋼を熱間圧延ままで製造でき、さらに従来に比べて大幅に圧延能率が向上することが確認できた。

１ 粗造形圧延機
２ 第１の粗ユニバーサル圧延機
３ エッジャ圧延機
４ 第２の粗ユニバーサル圧延機
５ 仕上ユニバーサル圧延機
１０ Ｔ形鋼
１１ ウェブ
１１ａ 端面（ウェブ）
１２ フランジ
１２ａ 端面（フランジ）
１５ 耳状の突起
２１ａ，２１ｂ 水平ロール
２２ａ，２２ｂ 竪ロール
３１ａ，３１ｂ エッジャロール
３２ 小径部
３２ａ 圧下面
３３ 大径部
４１ａ，４１ｂ 水平ロール
４２ａ，４２ｂ 竪ロール
５１ａ，５１ｂ 水平ロール
５２ａ，５２ｂ 竪ロール
Ｗ１ 第１の粗ユニバーサル圧延機の水平ロールの外周面の幅
Ｗ２ 第２の粗ユニバーサル圧延機の水平ロールの外周面の幅
Ｌ ウェブ内法寸法
Ｈ 被圧延材（Ｔ形鋼片）
ａ コーナー部
ｂ 側面
ｃ 周面
ｄ 開口幅

Claims (3)

1. Ｔ形形状に粗成形されたＴ形鋼片のウェブとフランジとを圧延する中間圧延工程と、前記中間圧延工程で得られたＴ形鋼片を製品形状とする仕上圧延を行う仕上圧延工程とを有するＴ形鋼の製造方法であって、
   前記中間圧延工程は、上下の水平ロールがウェブの板厚方向における上下面の全面を圧下する第１の粗ユニバーサル圧延機による圧延工程と、
   フランジの端面を圧下するエッジャ圧延工程と、
   ロール外周面の幅が目標ウェブ内法寸法と同じで、ウェブ先端部側のコーナー部がウェブ面を圧延しない形状に加工された上下の水平ロールを用いて、ウェブを先端部近傍を除いた板厚方向の上下面を圧下しつつ、左右の竪ロールの一方がフランジをその板厚方向に圧下し、他方がその竪ロール外周面を水平ロールに接触させつつウェブの端面をウェブの高さ方向に圧下する第２の粗ユニバーサル圧延機による圧延工程と
   を有することを特徴とするＴ形鋼の製造方法。
2. 前記第２の粗ユニバーサル圧延機による圧延工程において、ウェブ端面を圧下する竪ロールの外周面を水平ロールに接触させつつ、もう一方の竪ロールと水平ロール側面との開度を調整することにより、ウェブ内法寸法が一定でフランジ厚が異なる複数のサイズのＴ形鋼を製造することを特徴とする請求項１に記載のＴ形鋼の製造方法。
3. Ｔ形形状に粗成形されたＴ形鋼片を被圧延材として、そのウェブとフランジとを圧延するＴ形鋼の圧延設備列であって、
   ロール外周面の幅が前記被圧延材の目標ウェブ内法寸法より広い上下の水平ロールを有する第１の粗ユニバーサル圧延機と、前記被圧延材のフランジの端面を圧下するエッジャ圧延機と、ロール外周面の幅が前記被圧延材の目標ウェブ内法寸法と同じでウェブ先端側のコーナー部がウェブ面を圧延しない形状に加工された上下の水平ロールおよび一方がフランジをその板厚方向に圧下し他方がその竪ロール外周面を水平ロールに接触させつつウェブの端面をウェブの高さ方向に圧下する左右の竪ロールを有する第２の粗ユニバーサル圧延機とが配置されてなることを特徴とするＴ形鋼の圧延設備列。

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