JP4546938B2

JP4546938B2 - Ｔ形鋼又は山形鋼の製造方法

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Publication number: JP4546938B2
Application number: JP2006066001A
Authority: JP
Inventors: 洋介三浦
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: JP2007237275A

Description

本発明は，熱間圧延されて造形されたＨ形鋼（Ｈ形鋼と類似のＩ形鋼を含む。以下同じ）又は溝形鋼から，そのウェブを切断することによって得られる所謂カットＴ形鋼又はカット山形鋼（以下，単にＴ形鋼又は山形鋼と呼称する）を製造する過程において，適正な形状のＴ形鋼又は山形鋼を成形でき，搬送性を悪化させるＴ形鋼又は山形鋼の曲がり量を小さくでき，かつ切断部が良好であり，さらに切断工具に対する負荷が小さく切断工具の寿命を延長できるＴ形鋼又は山形鋼の製造方法に関するものである。

Ｈ形鋼又は溝形鋼を圧延により造形し，該Ｈ形鋼又は溝形鋼のウェブを切断することによってＴ形鋼又は山形鋼を製造する方法としては，特許文献１（特開昭６０−６２０２号公報）に記載されている技術が開示されている。

上記技術によれば，特許文献１の第３及び第４図に示すように，熱間圧延段階で対称断面形鋼を逆Ｗ字型状に形成し，さらにその逆W字型形鋼の中央の下面にＶノッチ溝を形成し，冷却後に逆W字型形鋼のウェブの角部を圧下してＶノッチ溝部分を切断している。また，この技術では，Ｖ字型に凹んだ下ロールとスリット用ナイフを有する上ロールとで形成される孔型に逆Ｗ字型形鋼を挟んで，最終的にＶノッチ溝部分を切断している。

特開昭６０−６２０２号公報

しかしながら，上述の技術によれば，熱間圧延段階において逆W字型形鋼の中央の下面にＶノッチ溝が形成されるので，その際に中央のウェブに片側から大きな力が作用し，ウェブに上下非対称な大きな歪みや捻れが生じる。このときの歪みや捻れは，最終的に形成される山形鋼の形状に大きな影響を及ぼすことが多い。このように，上述の技術では，歪みや捻れのない適正な形状の山形鋼を安定的に製造することが難しい。

さらに，上記技術において，最終的に逆Ｗ字型形鋼を圧下して切断する際に，例えば図６に示すように形鋼１００のウェブ１００ａの下面をＶ字型に凹んだ下ロール１０１で受けているので，ウェブ１００ａの切断部１００ｂが下方向に垂れて，山形鋼の品質が著しく低下する。

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，歪みや捻れのない適正な形状のＴ形鋼又は山形鋼を，比較的簡単な設備を用いて製造することを第１の目的とする。また，Ｔ形鋼又は山形鋼のウェブの切断時における切断部に垂れ下がりを防止することを第２の目的とする。

本発明者は，Ｈ形鋼又は溝形鋼を素材として，これを分離してＴ形鋼又は山形鋼を製造する方法として，切刃による切断法が最も簡易で能率が高いことを考慮するとともに，切刃による切断の欠点である切断部が垂れたり，捻れたりすることによる品質の低下をどのように解決するかを研究した。さらに，切刃の寿命を延ばし，また設備をあまり複雑にせず，さらに切り屑を発生しない切断法を考慮した。

その結果，ウェブの切断を２段階に分け，第１段階では切断抵抗の小さい熱間でウェブの両面から対向した凸状切刃によって，ウェブ板厚方向に未切断部を残したままノッチを形成して冷却し，ローラ矯正により残留応力を軽減又は除去する。その後，第２段階では前記未切断部を切断することにより曲がりの小さいＴ形鋼又は山形鋼を製造できることが判明した。この場合，曲がり抑制のための特別な設備や操業法を採用する必要がない。前記第２段階では，切断されるウェブの一方の面を支持した状態で，これと対向する形で他方から前記ノッチに切刃を挿入することにより切断部の垂れはなく，また未切断部以外の部分にはほとんど外力が作用しないので捻れを防止できる。このような切断法では，切刃をウェブ両側に対向させた凸状に形成することにより，切り屑を発生させず，またウェブ板厚が大きくても前記第１段階で板厚の大部分を変形抵抗の小さい熱間で切断でき，冷却・ローラ矯正後の前記第２段階では切断代（未切断部）はわずかな量なので，切刃に対する負荷は小さく切刃寿命を延長できる。以上のような経緯から，基本的知見を見いだし本発明に至ったものである。即ち，本発明は以下に示すものから構成される。

上記第１段階及び第２段階の目的を達成するための本発明によれば，圧延機によりＨ形鋼又は溝形鋼を熱間で仕上圧延成形する際に，該Ｈ形鋼又は溝形鋼のウェブの上下面に，互いに対向するノッチを，未切断部が残るようにほぼ等しい深さでウェブの長手方向に沿って形成し，その後冷間で前記未切断部を分離して２条のＴ形鋼又は山形鋼を製造することを特徴とするＴ形鋼又は山形鋼の製造方法が提供される。

上記Ｔ形鋼又は山形鋼の製造方法は，第１段階の目的を達成するため，水平ロール対を有する圧延機により前記Ｈ形鋼又は溝形鋼を仕上圧延成形し，前記水平ロール対に同心で固定されなおかつ当該水平ロール対の円周面に対する出代がほぼ等しい円形切刃対により，前記ノッチを形成するようにしてもよい。

また，前記ノッチを形成した後に，第２段階の目的を達成するため，前記Ｈ形鋼又は溝形鋼を冷却し，ローラ矯正を施して残留応力を軽減し，その後前記未切断部を分離するようにしてもよい。

さらに，上記第２段階の目的を達成するために，上記Ｔ形鋼又は山形鋼の製造方法において，前記ウェブの一方の面を円筒形ローラ又は平板で支持しつつ，前記円筒形ローラ又は平板に対向して配置された円形切刃を前記ウェブの他方の面のノッチに挿入し前記未切断部を切断することにより，前記未切断部を分離するようにしてもよい。

本発明により，Ｈ形鋼又は溝形鋼のウェブを切断してＴ形鋼又は山形鋼を製造するに際して，Ｔ形鋼又は山形鋼の切断部の垂れやＴ形鋼又は山形鋼の捻れがなくなった。また，切刃に対する切断負荷は軽く切刃寿命を長くでき，切断歩留が高く，さらに搬送性を高めるための特別な設備や切り屑を処理するための設備も必要ない。

以下，本発明にかかるＴ形鋼又は山形鋼の製造方法の好ましい実施の形態について説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は，本実施の形態にかかるＴ形鋼の製造方法を説明するための説明図である。本実施の形態にかかるＴ形鋼の製造プロセスは，先ず，図１（ａ）に示すように上下の水平ロール対１０，１１と左右の竪ロール対２０，２１から構成される仕上ユニバーサル圧延機３０により，Ｈ形鋼１が，熱間で仕上成形圧延される。上水平ロール１０と下水平ロール１１には，これらとそれぞれ同心で回転し先が尖った円形切刃対５０，５１が固定されている。仕上成形圧延が行われると同時に，これらの上下の円形切刃対５０，５１が，Ｈ形鋼１のウェブ１ａの上下面に食い込み，ウェブ１ａの上下両面にノッチ（切り欠き）Ｎ１，Ｎ２が形成される。

図２は，上述のノッチＮ１，Ｎ２の形成時におけるＨ形鋼１のウェブ１ａ付近の拡大断面図である。このノッチＮ１，Ｎ２の形成時には，図２に示すように，ウェブ１ａの上下面に上水平ロール１０と下水平ロール１１が接触し，そのウェブ１ａを拘束してＨ形鋼１の姿勢を安定させる。この状態で，上水平ロール１０と同心に固定された円形切刃５０により，ウェブ１ａの上面にノッチＮ１が形成され，それとほぼ同時に，下水平ロール１１と同心に固定された円形切刃５１により，ウェブ１ａの下面にノッチＮ２が形成される。これらのノッチＮ１，Ｎ２は，ウェブ１ａの長手方向に沿って形成される。

このとき，円形切刃５０によるノッチＮ１の深さδ１は，上水平ロール１０の円周面に対する円形切刃５０の出代と等しくなり，円形切刃５１によるノッチＮ２の深さδ２は，下水平ロール１１の円周面に対する円形切刃５１の出代に等しくなる。円形切刃５０の出代と円形切刃５１の出代は，ほぼ等しく設定されており，ノッチＮ１の深さδ１とノッチＮ２の深さδ２は，ほぼ等しい値になる。これは，ウェブ１ａに対して上下方向から円形切刃対５０，５１をほぼ同時に食い込ませることにより，ウェブ１ａに作用する上下方向の力をバランスさせ，ウェブ１ａの変形を防止するためである。また，ウェブ１ａの板厚をｔｗとした場合，ｔｗ＞δ１＋δ２の関係を満たしており，このノッチＮ１，Ｎ２の形成段階では，ウェブ１ａが完全に切り離されず，未切断部ｓが残される。

なお，この例では，Ｈ形鋼１の様々な板厚に対応できるように，仕上圧延機としてユニバーサル圧延機３０を用いている。また，水平ロール対１０，１１は，それぞれが左右の第１ロール１０ａ及び第２ロール１０ｂ，第１ロール１１ａ及び第２ロール１１ｂに分割されており，水平ロール対１０，１１として，Ｈ形鋼１の様々なウェブ内法ｗ（図１（ａ）に示す）の変化に対応できる所謂胴幅可変水平ロールを用いている。この胴幅可変水平ロールについては，例えば特開平７−３９９１３，特開平７−８０５１４，特開平７−８０５１５及び特開平７−８０５１６の各公報により開示されている。しかしながら，本発明に用いられる圧延機は，かかる形式の圧延機に限られるものではなく，水平ロール対を有する他の圧延機であってもよい。

ユニバーサル圧延機３０により，ウェブ１ａのノッチＮ１，Ｎ２が形成されると，次にＨ形鋼１が冷却され，その冷間でローラ矯正機による矯正により，Ｈ形鋼１の曲がりや反り，残留応力が軽減される。

その後，図１（ｂ）に示すように，Ｈ形鋼１のウェブ１ａの下面が，円筒形ローラ６０に支持され，ウェブ１ａの下面のノッチＮ２の周辺が円筒形ローラ６０により押さえられる。また，Ｈ形鋼１の全体は，切断時に位置ずれしないように，左右に配置したローラ対７０，７１により固定される。この状態で，図３に示すように円筒形ローラ６０に対向して配置された円形切刃８０が，ウェブ１ａの上面のノッチＮ１に挿入され，未切断部ｓが切断される。このときの円形切刃８０の食い込み代δ３は，ノッチＮ１の深さδ１よりも深くなるように設定され，なおかつ円筒形ローラ６０との接触を避けるためにウェブ板厚ｔｗよりも浅く設定されている。このウェブ１ａの未切断部ｓの切断により，図１（ｂ）に示すような２条のＴ形鋼２が成形される。

なお，この例では，ウェブ１ａの未切断部ｓの切断時に，円筒形ローラ６０によりウェブ１ａの下面を支持していたが，円筒形ローラ６０の代わりに，平板でウェブ１ａを支持してもよい。また，円筒形ローラ６０が，ウェブ１ａの上面を支持し，ウェブ１ａの下面側から円形切刃８０により未切断部ｓを切断してもよい。

以上の実施の形態によれば，熱間圧延時に，Ｈ形鋼１のウェブ１ａの上下両面に同等のノッチＮ１，Ｎ２を形成したので，このノッチＮ１，Ｎ２の形成時に上下非対称な力がＨ形鋼１に作用することがなく，最終的にＨ形鋼１を切断する際に，Ｈ形鋼１の切断部に垂れや捻れが生じない。また，ノッチＮ１，Ｎ２の形成後に，冷間でローラ矯正して曲がりや残留応力を軽減し，その後に最終切断するので，切断後のＴ形鋼２の曲がりが小さい。この結果，Ｔ形鋼２は，搬送性に優れ，そのＴ形鋼２を適正にプレスなどで最終矯正して出荷することができる。また，製造過程の途中のＴ形鋼２の曲がりが抑えられるので，そのＴ形鋼２に対する後工程の製造設備を比較的簡単にすることができる。

さらに，本実施の形態によれば，熱間でウェブ１ａの板厚方向の大部分に切り込みを入れて，冷間で切断される未切断部ｓを比較的小さくしているので，円形切刃５０，５１，８０に対する負荷が小さく，これらの切刃５０，５１，８０の寿命を長くできる。また，この切断方法によれば，切り屑が発生することもない。

また，従来のように形鋼を複雑な逆Ｗ字型に成形する必要がないので，特殊で大型の圧延設備が必要なく，設備コストを低減できる。また，円形切刃５０，５１をウェブ１ａの上下両面から圧下して切り込むので，ウェブ１ａの上下方向の位置を円形切刃５０，５１のほぼ中央付近に維持することができる。この結果，ウェブ１ａの板厚が変動しても，上下のノッチＮ１，Ｎ２と未切断部ｓを安定して形成することができる。

上記実施の形態では，ウェブ１ａの未切断部ｓを切断する際に，円形切刃８０の反対側のウェブ１ａの下面側を円筒形ローラ６０で押さえるようにしたので，円形切刃８０が未切断部ｓに挿入された際の反力を，円筒形ローラ６０で受けることができる。このため，図６で示した従来のようなＴ形鋼の切断部の垂れや，Ｔ形鋼の捻れが発生せずに，極めて良好な品質のＴ形鋼２が得られる。

以上の実施の形態では，Ｔ形鋼２の製造方法について説明したが，被切断材が溝形鋼で，その溝形鋼から２条の山形鋼を製造する場合も同様である。例えば図４（ａ）に示すように，ユニバーサル圧延機３０により溝形鋼３を熱間仕上圧延すると同時に，円形切刃５０，５１により，溝形鋼３のウェブ３ａの上下面の中央に，ノッチＮ１，Ｎ２が形成される。その後，溝形鋼３が冷却され，冷間で矯正ロールにより曲がりや反り，残留応力が軽減される。その後，図４（ｂ）に示すように溝形鋼３のウェブ３ａの下面側が，円筒形ローラ６０に支持され，その状態で，ウェブ３ａの上面側の円形切刃８０により，ウェブ３ａの未切断部ｓが切断されて，２条の山形鋼４が製造される。

この場合においても，上述のＴ形鋼２の製造方法と同様に，最終的な山形鋼４の切断部に垂れが生じたり，山形鋼４に捻れが生じることがない。また，成形された山形鋼４の曲がりが小さく，搬送性に優れている。さらに，円形切刃５０，５１，８０に対する負荷が小さく，これらの切刃５０，５１，８０の寿命を長くできる。また，溝形鋼３のウェブ３ａを切断する際に，円筒形ローラ６０により円形切刃８０の反対側のウェブ面が押さえられるので，これによっても山形鋼４の切断部の垂れや山形鋼４の捻れが防止され，極めて良好な品質の山形鋼４が得られる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

実施例を図５に示す。ウェブ高さＡ＝６００ｍｍ，ウェブ厚ｔｗ＝９ｍｍ，フランジ幅Ｂ＝２００ｍｍ，フランジ厚ｔｆ＝１２ｍｍのＨ形鋼１をユニバーサル圧延機３０で仕上成形圧延するとともに，円形切刃対５０，５１により，深さδ１＝３．５ｍｍ，δ２＝３．５ｍｍ，未切断部ｓ＝２．０ｍｍのノッチＮ１，Ｎ２を形成した。その後８つのローラを有するローラ矯正機９０により，Ｈ形鋼１に曲げ応力を繰り返し与えて，曲がりと残留応力を除去した。その後，ローラ矯正機９０の直後に設置された円筒形ローラ６０により，Ｈ形鋼１のウェブ１ａの下面を支持しつつ該円筒形ローラ６０に対向して配置された円形切刃８０により，ウェブ１ａの幅中央部で切断して，２条のＴ形鋼２を製造した。その後Ｔ形鋼２をプレスで最終的に矯正し，良好な品質の製品を得た。なお，円形切刃８０の食い込み代δ３＝６．０ｍｍであった。

製造されたＴ形鋼２は，切断部に垂れがなく，また若干の外向きの曲がりが生じたが捻れはなかった。切断後のＴ形鋼２の搬送は良好であり，姿勢安定化などを目的とした特別な設備は不要であった。また，切刃の寿命については，例えば従来のように一つの切刃によりウェブを片側から切断する場合，ウェブ厚９ｍｍ材の切断において総切断長約８ｋｍで，切刃が磨り減って切断面に形状不良が発生し始め，まもなく寿命が尽きていたが，本発明では約２０ｋｍ切断しても良好な切断形状を維持できた。また切り屑の発生がなく，切断歩留も良好であった。

本発明は，歪みや捻れのない適正な形状のＴ形鋼又は山形鋼を製造する際に有用である。

（ａ）は，Ｈ形鋼のウェブにノッチを形成する様子を示す圧延機におけるＨ形鋼の縦断面図である。（ｂ）は，Ｈ形鋼のウェブを切断する様子を示すＨ形鋼の縦断面図である。Ｈ形鋼のウェブにノッチを形成する際のウェブの切断位置付近の拡大断面図である。Ｈ形鋼のウェブを切断する際のウェブの切断位置付近の拡大断面図である。（ａ）は，溝形鋼のウェブにノッチを形成する様子を示す圧延機における溝形鋼の縦断面図である。（ｂ）は，溝形鋼のウェブを切断する様子を示す溝形鋼の縦断面図である。本発明に基づきＨ形鋼からＴ形鋼を製造する実施例を説明する説明図である従来のウェブ切断部を示す説明図である。

符号の説明

１Ｈ形鋼
１ａウェブ
２Ｔ形鋼
１０，１１水平ロール
５０，５１円形切刃
６０円筒形ローラ
８０円形切刃
Ｎ１，Ｎ２ノッチ
ｓ未切断部

Claims

圧延機によりＨ形鋼又は溝形鋼を熱間で仕上圧延成形する際に，該Ｈ形鋼又は溝形鋼のウェブの上下面に，互いに対向するノッチを，未切断部が残るようにほぼ等しい深さで前記ウェブの長手方向に沿って形成し，その後冷間で前記未切断部を分離して２条のＴ形鋼又は山形鋼を製造することを特徴とする，Ｔ形鋼又は山形鋼の製造方法。
水平ロール対を有する圧延機により前記Ｈ形鋼又は溝形鋼を仕上圧延成形し，
前記水平ロール対に同心で固定されなおかつ当該水平ロール対の円周面に対する出代がほぼ等しい円形切刃対により，前記ノッチを形成することを特徴とする，請求項１に記載のＴ形鋼又は山形鋼の製造方法。
前記ノッチを形成した後に，前記Ｈ形鋼又は溝形鋼を冷却し，ローラ矯正を施して残留応力を軽減し，その後前記未切断部を分離することを特徴とする，請求項１又は２に記載のＴ形鋼又は山形鋼の製造方法。
前記ウェブの一方の面を円筒形ローラ又は平板で支持しつつ，前記円筒形ローラ又は平板に対向して配置された円形切刃を前記ウェブの他方の面のノッチに挿入し前記未切断部を切断することにより，前記未切断部を分離することを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載のＴ形鋼又は山形鋼の製造方法。