JP4930384B2 - Ｈ形鋼の圧延方法及び圧延装置 - Google Patents

Description

本発明は、建築や土木工事で使用されるＨ形鋼を熱間で圧延する方法及びこの圧延方法を実施する圧延装置に関するものである。

耐震強度の偽装事件から、建築や土木工事で使用される鋼材への関心が高まり、主力製品である、熱間圧延によって製造されるＨ形鋼の寸法精度向上が、ユーザより強く要望されるようになってきた。このＨ形鋼の寸法精度で、特に重要視されるのは、ウエブのフランジ中心に対する偏り（以下、ウエブ中心偏りと言う。）である。

熱間圧延によって製造されるＨ形鋼は、溶接によって製作されるＨ形鋼に比べて寸法精度が劣る。しかしながら、ユーザからは溶接によって製作されるＨ形鋼と同等の寸法精度が求められ、日本工業規格（ＪＩＳ）でもユーザの意向に沿った改定が検討されている。

例えば熱間圧延によって製造されるＨ９００×Ｂ３００（ウエブ高さが９００mm、フランジ幅が３００mm）のＨ形鋼の場合、２００７年４月現在におけるＪＩＳのウエブ中心偏りの公差は±３．５mm以内であるが、溶接によって製作されるＨ形鋼では±２．０mm以内である。

Ｈ形鋼を熱間圧延する一般的なミル配列を図５に示す。素材には、連続鋳造されたスラブまたはビームブランクが使用され、複数の孔型を有する２重式孔型ロールの粗圧延機（２Ｈｉブレイクダウンミル。以下、ＢＤミルと言う。）１で粗形鋼片を造形した後、図６に示すユニバーサルミル群２でＨ形鋼に圧延する。

このユニバーサルミル群２は、ユニバーサル粗ミル（以下、ＵＲミルと言う。）２ａ及び２重式ロールのエッジャーミル（２Ｈｉエッジャーミル。以下、Ｅミルと言う。）２ｂと、ユニバーサル仕上げミル（以下、ＵＦミルと言う。）２ｃで構成されている。このうち、ＵＲミルとＵＦミルでは、フランジ厚さとウエブ厚さを圧下し、Ｅミルではフランジ幅を圧下する（特許文献１の段落０００４）。
特開２０００−３１２９０２号公報

そして、このうちのＵＦミル２ｃは、図５、図６に示すようにＵＲミル２ａ及びＥミル２ｂ群から離れて設置され、各鋼片（以下、圧延材と言う。）３の圧延において１回のみ使用される。

これは、圧延材のフランジ角度が３〜５°であるＵＲミルやＥミルと異なり、ＵＦミルにおける圧延材のフランジ角度は約０．３°とほぼ直角であるため、摩耗によってロール幅が減少し、Ｈ形鋼のウエブ高さが徐々に小さくなって、１回の圧延チャンスでの圧延量が制約されていたからである。

前記構成からなるユニバーサルミル群による圧延では、Ｅミルでウエブ中心偏りを改善するが、フランジ厚さが薄くなる圧延工程では、フランジ圧下を行うと、圧延材３のフランジｆが、図７の紙面右側に示すように座屈したり、紙面左側に示すように外側に倒れたりして、ウエブ中心偏りの改善が困難になる。なお、図７中のｗは圧延材３のウエブを示す。

特にこの現象は圧延材の先端部や後端部で顕著となる。圧延材の先端部や後端部は非定常な変形状態となり、圧延材の中央部のような定常部に比べて圧延方向の延伸がないので、大きなフランジ幅広がりを発生するためである。

図８は横断面が２５０mm×１２５mmのサイズの鉛スラブを用いて、１／５の縮尺比でモデル実験を行った結果を示した図である。モデル実験の場合、圧延材の長さを長くとることが困難なため、実機換算の圧延材長さ約６mのうち、非定常部と考えられる先端側と後端側のそれぞれ２．５mは、ユーザの要望である公差２．５mmを大きく超えている。

また、一対の水平ロールと一対の竪ロールを備えた２台のユニバーサルミル（ＵＥとＵＦ）で圧延する、特許文献１で提案された方法では、ウエブ高さＨがフランジ幅Ｂの３倍以上あるサイズのＨ形鋼では、ＵＥからＵＦの圧延において、ＵＦでのフランジ幅広がりが大きく、目標とするフランジ幅が得られないという問題がある。

本発明が解決しようとする問題点は、従来の一般的な配列のユニバーサルミル群による圧延では、ウエブ中心偏りを効果的に抑制することができないという点である。

本発明のＨ形鋼の圧延方法は、
従来の一般的な配列のユニバーサルミル群を用いた圧延においても、ウエブ中心偏りを効果的に抑制可能とするために、
ブレイクダウンミルで鋳片を粗形鋼片に粗圧延した後、ユニバーサル粗ミル、２Ｈｉエッジャーミル、ユニバーサル仕上げミルの順に配置した３台の圧延機で中間・仕上げ圧延を行うに際し、
前記ユニバーサル粗ミルに近接配置した前記２Ｈｉエッジャーミルに対してユニバーサル仕上げミルを近接して配置すると共に、
前記ユニバーサル粗ミルで、圧延材のフランジ厚さ、ウエブ厚さの圧下と共にフランジ幅を圧下した後、前記２Ｈｉエッジャーミルでフランジ幅を、前記ユニバーサル仕上げミルではフランジ厚さとウエブ厚さをそれぞれ圧下することを最も主要な特徴としている。

前記本発明のＨ形鋼の圧延方法は、
ブレイクダウンミルで鋳片を粗形鋼片に粗圧延した後の中間・仕上げ圧延に使用する圧延装置であって、
ユニバーサル粗ミル、２Ｈｉエッジャーミル、ユニバーサル仕上げミルの順に３台の圧延機を近接して配置し、
このうちのユニバーサル粗ミルは、圧延材のフランジ幅、フランジ厚さ、ウエブ厚さを圧下可能な孔型形状を有することを特徴とするＨ形鋼の圧延装置によって実施できる。

本発明は、従来の一般的な配列のユニバーサルミル群を用いてＨ形鋼を熱間圧延しても、ウエブ中心偏りを効果的に抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。
図１は本発明のＨ形鋼の圧延装置におけるミル配列を説明する平面図、図２は本発明のＨ形鋼の圧延方法を実施するユニバーサル粗ミルの圧延状況を説明する図である。

図１において、１１はＢＤミル１で粗圧延された圧延材３に中間・仕上げ圧延を行う本発明のＨ形鋼の圧延装置で、ＵＲミル、Ｅミル２ｂ、ＵＦミル２ｃを順に配置した構成である。

本発明では、このうちのＵＦミル２ｃを、従来の圧延装置とは異なり、Ｅミル２ｂと近接して配置している。

また、本発明では、ＵＲミルとして、図２に示す４ロールのエッジャーミルを用い（以下、本発明におけるＵＲミルをＵＥミル１２と言う。）、対をなす竪ロール１２ａａ，１２ａｂと、対をなす水平ロール１２ｂａ，１２ｂｂで、前記圧延材３のフランジ幅、フランジ厚さ、ウエブ厚さを圧下可能な孔型形状を形成している。

すなわち、本発明では、ＵＥミル１２において、従来のようにフランジ厚さとウエブ厚さのみを圧下するのではなく、フランジ厚さとウエブ厚さの圧下に加えてフランジ幅の圧下も行うことで、ウエブ中心偏りを強制的に「ゼロ」とする機能を従来のＵＲミルに持たせるようにしている。

このＵＥミル１２の圧延においては、フランジ、ウエブの圧下量は問わない。従って、竪ロール１２ａａ，１２ａｂや水平ロール１２ｂａ，１２ｂｂに接触させる圧下率は０％（ロール接触させるだけ）でも、また３０％以上（強圧下）でも良い。勿論、このＵＥミル１２の圧延において、従来のＵＲミルと同じフランジ厚さ、ウエブ厚さの圧下率をとることは可能である。

本発明では、このＵＥミル１２による圧延において、圧延材３に発生していたウエブ中心偏りは「ゼロ」になる。但し、水平ロール１２ｂａ，１２ｂｂと竪ロール１２ａａ，１２ａｂの空間部１２ｃから圧延材３が噛み出すので、この噛み出し部が後続のＵＦミル２ｃによる圧延で圧延疵にならないように、ＵＥミル１２の竪ロール１２ａａ，１２ａｂの端形状を工夫する必要がある。

発明者は、図２に示すように、２段のＲ加工等を行えば、後続のＵＦミル２ｃによる圧延で圧延疵が発生しない程度の噛み出しに抑制できることを実際の熱間鋼での圧延で確認している。

本発明のＵＦミル２ｃでは、前記フランジ外面の噛み出し部の圧下と、従来行っているフランジ厚さ、ウエブ厚さの圧下が毎パス行われるが、従来のＵＲミル、Ｅミル、ＵＦミルの配列でも、ＵＦミルでのフランジ厚さ、ウエブ厚さの圧下は毎パス行われているので問題はない。

また、本発明では、ＵＦミル２ｃをＥミル２ｂと近接して配置し、従来と異なり、ＵＦミル２ｃでも多パス圧延を行っているが、ロ−ル材が進歩した現在では、ロールの耐摩耗性が大幅に改善され、多パス圧延を行っても摩耗量は極めて少ないので問題はない。

本発明装置を使用した本発明の圧延方法を、前記と同じ鉛スラブを用いたモデル実験で検証した。図３はＨ２５０×Ｂ１２５のＨ形鋼の場合に、ＵＥミルを使用した場合のウエブ中心偏りの分布を示した図である。ＵＥミルを使用して圧延した場合、圧延材全長にわたり、要望されている公差±２．０ｍｍ以下になっていることが分かる。

以上のように、本発明では、従来のＵＲミルの代わりに、フランジ幅圧下機能を付加したＵＥミルを適用することで、従来の圧延設備を変更することなく、ロール形状を変更するだけで、圧延するＨ形鋼のウエブ中心偏りを大幅に改善することが可能となる。

以下、実施例を用いて本発明の効果を説明する。
Ｈ形鋼工場のミル配列は、１機のＢＤミルと、ＢＤミルの下流側に近接して配置された３機の圧延機群（ＵＥミル、Ｅミル、ＵＦミル）から成されている。

図４は本発明を実施するＨ２５０×Ｂ１２５のＢＤミルのロール孔型を示した図で、この図４に示すように、３個の造形孔型Kal−1〜Kal−3と、１個の仕上げ孔型Kal−4を有している。

圧延素材は厚さ２５０mm×幅３００mmの連続鋳造ブルームを使用し、加熱炉で１２５０℃まで加熱した後、ＢＤミルで７パスの往復圧延を行って、ウエブ厚さが２５mmのＨ形鋼用の粗形鋼片を圧延した。そのときのパススケジュールを下記表１に示す。

次に、圧延材をＵＥミル、Ｅミル、ＵＦミルの３台からなる本発明の圧延装置に移送し、本発明方法で圧延した。ＵＥミルの水平ロールはフランジ幅を圧下できるような孔型を有しており、凸形状の突起の深さは製品の内法寸法に近い５８mmに設定されている。

また、ＵＥミル、Ｅミルのフランジ傾斜角度は５°と３°、ＵＦミルのフランジ傾斜角度は０．３°である。ＵＥミルの竪ロール幅は圧延材のフランジ幅より小さくする必要があり、実施例のサイズのＨ形鋼では１１６mmとしている。ＵＥミルの最終パスではウエブ厚さは６．２mmであるから、このときの圧延材のフランジ幅は５８×２＋６．２＝１２２．２mmとなる。また、Ｅミルのロール孔型の凸部の突起深さはフランジ幅調整量を大きくするため５３mmと浅くなっている。このときの本発明のＨ形鋼の圧延装置の圧延スケジュールを下記表２に示す。

本発明の圧延では、２パス目のＵＥミル、３パス目のＵＥミルによる圧延において、圧延材のフランジ先端、内面、外面およびウエブの上下面がロールと接触した状態となるので、この段階においては圧延材のウエブ中心偏りは「ゼロ」である。

３パス目のＵＥミルによる圧延後は、圧延時のフランジ外面の端部が噛み出し状態で、厚みがフランジ中央部に比べて数mm厚くなるため、３パス目のＵＦミルによる圧延でフランジ幅が数mm増大する。この増加量は、圧延材の温度で変化するため、３パス目のＥミルによる圧延でフランジ幅の微調整を行う。上記例ではフランジ幅を２mm圧下し、ＵＦミルによる圧延後のフランジ幅を２５０mmとしている。

この結果、圧延された製品のウエブ中心偏りの圧延長さ方向の分布は、図３のようになり、圧延材全長にわたってウエブ中心偏り量をユーザから要望されている２mm以下にすることが可能となった。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

本発明のＨ形鋼の圧延装置におけるミル配列を説明する平面図である。 本発明のＨ形鋼の圧延方法を実施するＵＥミルの圧延状況を説明する図である。 Ｈ２５０×Ｂ１２５のＨ形鋼を、鉛スラブを用いた１／５の縮尺比でのモデル実験で本発明により行った場合の結果を示した図である。 本発明を実施するＨ２５０×Ｂ１２５のＢＤミルのロ−ル孔型を示した図である。 Ｈ形鋼を熱間圧延する一般的なミル配列を示す平面図である。 ユニバーサルミル群のミル配列を説明する斜視図である。 Ｅミルでの圧延状況を説明する図である。 横断面が２５０mm×１２５mmのサイズの鉛スラブを用いて、１／５の縮尺比でモデル実験を行った結果を示した図である。

符号の説明

１ ＢＤミル
２ｂ Ｅミル
２ｃ ＵＦミル
３ 圧延材
ｆ フランジ
ｗ ウエブ
１１ Ｈ形鋼の圧延装置
１２ ＵＥミル
１２ａａ、１２ａｂ 竪ロール
１２ｂａ、１２ｂｂ 水平ロール

Claims (2)

1. ブレイクダウンミルで鋳片を粗形鋼片に粗圧延した後、ユニバーサル粗ミル、２Ｈｉエッジャーミル、ユニバーサル仕上げミルの順に配置した３台の圧延機で中間・仕上げ圧延を行うに際し、
   前記ユニバーサル粗ミルに近接配置した前記２Ｈｉエッジャーミルに対してユニバーサル仕上げミルを近接して配置すると共に、
   前記ユニバーサル粗ミルで、圧延材のフランジ厚さ、ウエブ厚さの圧下と共にフランジ幅を圧下した後、前記２Ｈｉエッジャーミルでフランジ幅を、前記ユニバーサル仕上げミルではフランジ厚さとウエブ厚さをそれぞれ圧下することを特徴とするＨ形鋼の圧延方法。
2. ブレイクダウンミルで鋳片を粗形鋼片に粗圧延した後の中間・仕上げ圧延に使用する圧延装置であって、
   ユニバーサル粗ミル、２Ｈｉエッジャーミル、ユニバーサル仕上げミルの順に３台の圧延機を近接して配置し、
   このうちのユニバーサル粗ミルは、圧延材のフランジ幅、フランジ厚さ、ウエブ厚さを圧下可能な孔型形状を有することを特徴とするＨ形鋼の圧延装置。

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