JP5742652B2 - フランジを有する形鋼の圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、フランジを有する形鋼の圧延方法に関し、例えば、粗圧延工程、中間圧延工程および仕上げ圧延工程を経て様々な製品寸法の多種の圧延Ｈ形鋼を、製品疵や寸法不良を発生することなく、製造する方法に関する。

図６は、圧延形鋼（以降の説明では「圧延Ｈ形鋼」を例にとる）の中間圧延に用いられる粗ユニバーサルミル１を示す説明図であり、図７は、圧延Ｈ形鋼の中間圧延に用いられる二重式ロールのエッジャーミル２を示す説明図であり、図８は、圧延Ｈ形鋼の仕上げ圧延に用いられる、幅固定水平ロール３ａ、３ｂを有する仕上げユニバーサルミル３を示す説明図であり、図９は、圧延Ｈ形鋼の仕上げ圧延に用いられる、幅可変水平ロール４ａ、４ｂを有する仕上げユニバーサルミル４を示す説明図である。

圧延Ｈ形鋼は、図示しない２重式孔型ロールを有する粗圧延ミルで鋳片をドックボーン形の粗形材とした後、この粗形材に、粗ユニバーサルミル１およびエッジャーミル２により構成される中間圧延ミル群による中間圧延と、仕上げユニバーサルミル３または４による仕上げ圧延とを用いて熱間圧延を行われて、製造される。中間圧延は、粗ユニバーサルミル１とエッジャーミル２により構成される中間圧延ミル群による複数パスの往復圧延により行われる。仕上げ圧延は、仕上げユニバーサルミルによる１パスの整形圧延により行われる。このようにして、所望の形状の圧延Ｈ形鋼が製造される。

現在、需要家のニーズの拡大により、多品種化、他サイズ化の傾向が強まっている。圧延Ｈ形鋼の圧延では、基本的にはサイズ毎に圧延用ロールを準備する必要があるため、圧延Ｈ形鋼の多品種化、多サイズ化に対応するには、圧延ロールの在庫や組替え回数の増加を図る必要があり、生産性の低下や製造コストの上昇が避けられない。

図１０は、ウェブ内幅Ａが一定である内幅一定Ｈ形鋼５、５−１を示す説明図である。
圧延Ｈ形鋼の従来の主流は、図１０に示す内幅一定Ｈ形鋼５、５−１であった。内幅一定Ｈ形鋼５、５−１は、ウェブ内幅Ａが一定であるためにフランジ厚Ｃが増加すればその分だけウェブ外幅Ｂが増加する。圧延Ｈ形鋼の圧延においては、仕上げユニバーサルミル３の水平ロール幅に熱間縮み代を考慮した幅がそのまま製品のウェブ内幅Ａとなるが、ウェブ外幅Ｂが小さい内幅一定Ｈ形鋼５やウェブ外幅Ｂが大きい内幅一定Ｈ形鋼５−１のいずれを製造する際にもウェブ内幅Ａは変化しないため、ロール保有数が増加することはない。

これに対し、図１１は、ウェブ外幅Ｂが一定である外幅一定Ｈ形鋼６、６−１を示す説明図である。
近年では、図１１に示す外幅一定Ｈ形鋼６、６−１に対する需要が増加している。外幅一定Ｈ形鋼６、６−１は、フランジ厚Ｃが増加してもウェブ外幅Ｂは変化しない。これに対応するためには、ウェブ内幅Ａの変化に応じて、仕上げユニバーサルミル３の水平ロールを多種準備する必要があり、大量のロールを保有する必要がある。

このため、現在、外幅一定Ｈ形鋼６、６−１の製造では、中間圧延工程で各部の厚みが仕上げられたＨ形鋼に、図９に示す幅可変水平ロール４ａ、４ｂを有する仕上げユニバーサルミル４により仕上げ圧延を行って、ウェブ外幅Ｂを調整することにより、様々なウェブ外幅Ｂに対応した外幅一定Ｈ形鋼６、６−１を製造することが、主流になっている。

図１２は、幅可変水平ロール４ａ、４ｂを有する仕上げユニバーサルミル４による仕上げ圧延を行われた外幅一定Ｈ形鋼６−２のウェブ７にくびれ８が生じた状況を示す説明図である。

幅可変水平ロール４ａ、４ｂを有する仕上げユニバーサルミル４を用いたウェブ外幅Ｂの調整においてウェブ外幅の大きな拡大を行うと、図１２に示すウェブ７のクビレ８が生じるという課題があった。クビレ８は、フランジ９との接合部近傍のウェブ７の局部的な板厚減少を伴う形状不良である。

これまでにも、クビレ８の発生を防止するために様々な技術が提案されており、例えば、中間圧延ミル群を構成する粗ユニバーサルミル１に特殊ロールを用いることが知られている。

特許文献１には、中間圧延工程の粗ユニバーサルミル１の水平ロール１ａ、１ｂの左右両端部に切り欠き部を設け、この切欠き部に接触する中間圧延材の接触部に余肉を形成してから、幅可変水平ロール４ａ、４ｂを有する仕上げユニバーサルミル４を用いて仕上げ圧延を行うことによって、仕上げユニバーサルミル４を用いたウェブ外幅Ｂの拡大工程におけるウェブ７でのクビレ８の発生を防止する発明が、開示されている。

特許第２８５１５１２号明細書

特許文献１により提案された圧延方法は、確かに有用であるものの、特殊加工を施した水平ロール１ａ、１ｂを用いる必要があり、この分のロール保有数の増加は否めない。また、ウェブ外幅Ｂを拡幅しないＨ形鋼を製造する場合には、余肉部を圧延するための圧延機を別途用いる必要があり、ロール組替え回数が増加するために実操業の生産性の低下が懸念される。

本発明は、このような従来の技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、圧延機を追加することなく、通常水平ロールを使用して、様々なウェブ外幅に対応した外幅一定Ｈ形鋼を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明は、粗圧延ミルを用いる粗圧延と、粗ユニバーサルミルおよびエッジャーミルを用いる往復圧延による複数パスの中間圧延と、幅可変水平ロールを有する仕上げユニバーサルミルを用いる仕上げ圧延とを行うことにより、ウェブ外幅が一定であるとともに様々なウェブ内幅を有する外幅一定Ｈ形鋼を製造する際に、粗ユニバーサルミルによる中間圧延を、粗ユニバーサルミルの上下の水平ロールの軸心同士を互いに水平面内で交叉させて、行うことにより、中間圧延を完了した中間圧延材のウェブ厚を、ウェブ高さ方向の中心からフランジへ向かうにつれて徐々に増加させるとともに、仕上げ圧延では、中間圧延材のウェブを、幅可変水平ロールにより圧下することを特徴とする圧延Ｈ形鋼の製造方法である。

本発明により、圧延機を追加することなく、通常の水平ロールを使用して、様々なウェブ外幅に対応した外幅一定Ｈ形鋼を製造することが可能になる。

図１（ａ）、図１（ｂ）は、それぞれ、粗ユニバーサルミルにおける上下の水平ロールの従来の配置を示す外観図、上面図である。 図２（ａ）、図２（ｂ）は、それぞれ、粗ユニバーサルミルにおける上下の水平ロールの本発明の配置を示す外観図、上面図である。 図３は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す本発明の配置を有する上下の水平ロールを備える粗ユニバーサルミルにより中間圧延を行われた中間圧延完了材の断面形状の一例を示す説明図である。 図４は、交叉角θを大きくした場合のロールギャップの変化を示す説明図である。 図５は、交叉角に対する余肉付与量分布を示すグラフである。 図６は、圧延Ｈ形鋼の中間圧延に用いられる粗ユニバーサルミルを示す説明図である。 図７は、圧延Ｈ形鋼の中間圧延に用いられる二重式ロールのエッジャーミルを示す説明図である。 図８は、圧延Ｈ形鋼の仕上げ圧延に用いられる、幅固定水平ロールを有する仕上げユニバーサルミルを示す説明図である。 図９は、圧延Ｈ形鋼の仕上げ圧延に用いられる、幅可変水平ロールを有する仕上げユニバーサルミルを示す説明図である。 図１０は、ウェブ内幅が一定である内幅一定Ｈ形鋼を示す説明図である。 図１１は、ウェブ外幅が一定である外幅一定Ｈ形鋼を示す説明図である。 図１２は、幅可変水平ロールを有する仕上げユニバーサルミルによる仕上げ圧延を行われた外幅一定Ｈ形鋼のウェブにくびれが生じた状況を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。なお、以降の説明では、上述した図６〜１２も同一の図中符号を用いて適宜参照する。また、外幅一定形鋼として外幅一定Ｈ形鋼を例にとる。

本発明では、粗圧延工程と、中間圧延工程と、仕上げ圧延工程とを経て、外幅一定Ｈ形鋼を製造するので、これら各工程を順次説明する。

［粗圧延工程］
粗圧延工程では、２重式孔型ロールを有する粗圧延ミルにより鋳片に粗圧延を行って、ドックボーン形の粗形材とする。
粗圧延工程は、周知の粗圧延工程と同様でよく、この粗圧延工程は当業者にとっては周知であるので、粗圧延工程に関する説明は省略する。

［中間圧延工程］
中間圧延工程では、上記粗形材に対して、上下の水平ロール１ａ、１ｂを有する粗ユニバーサルミル１、および上下の水平ロール２ａ、２ｂを有するエッジャーミル２を用いる往復圧延による複数パスの中間圧延を行って、中間圧延完了材とする。

本発明では、この中間圧延を行う際に、粗ユニバーサルミル１の上下の水平ロール１ａ、１ｂの軸心同士が互いに水平面内で交叉するように水平ロール１ａ、１ｂを配置して、行うことにより、中間圧延を完了した中間圧延完了材のウェブ厚を、ウェブ高さ方向の中心からフランジへ向かうにつれて徐々に増加させるので、これを説明する。

本発明では、幅可変水平ロール４ａ、４ｂを有する仕上げユニバーサルミル４により仕上げ圧延を行ってウェブ外幅Ｂを調整する際におけるウェブ７のクビレ８を防止するために、粗ユニバーサルミル１の通常の水平ロール１ａ、１ｂを使用して、クビレ８の発生が予定される箇所に、余肉を設ける。

具体的には、本発明では、粗ユニバーサルミル１の上下の水平ロール１ａ、１ｂの軸心同士を互いに水平面内で交叉させて粗ユニバーサルミル１の上下の水平ロール１ａ、１ｂを配置することによって、粗ユニバーサルミル１のロールギャップを変化させて中間圧延を行う。これにより、クビレ８の発生が予定される箇所に余肉を設けることができる。

図１（ａ）、図１（ｂ）は、それぞれ、粗ユニバーサルミル１における上下の水平ロール１ａ、１ｂの従来の配置を示す外観図、上面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）は、それぞれ、粗ユニバーサルミル１における上下の水平ロール１ａ、１ｂの本発明の配置を示す外観図、上面図である。さらに、図３は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す本発明の配置を有する上下の水平ロール１ａ、１ｂを備える粗ユニバーサルミル１により中間圧延を行われた中間圧延完了材の断面形状の一例を示す説明図である。

なお、図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）および図２（ｂ）における一点鎖線は、各ロールの軸心を示す。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示す従来の配置では、上下の水平ロール１ａ、１ｂの軸心が水平面内で同一線上に配置されているため、上下の水平ロール１ａ、１ｂのロールギャップはどの位置でも一定となるので、通常配置の水平ロール１ａ、１ｂにより圧下された中間圧延完了材のウェブ厚は、断面内でどの位置でも一定となる。このため、中間圧延工程に続く仕上げ圧延工程において、幅可変水平ロール４ａ、４を有する仕上げユニバーサルミル４により仕上げ圧延を行ってウェブ外幅Ｂを拡大する際には、ウェブ７にクビレ８を生じる。

これに対し、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す本発明の配置によると、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す水平ロール１ａ、１ｂと同じ水平ロール１ａ、１ｂを使用して上下ロール軸心を交叉角θで交叉させることにより、上ロールプロファイルと下ロールプロファイルとのギャップであるロールギャップを断面内で変化させることができる。

このため、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す本発明の配置を有する上下の水平ロール１ａ、１ｂを備える粗ユニバーサルミル１により中間圧延を行われた中間圧延完了材１０は、図３に示すように、ウェブ１１の厚さが左右のフランジ１２側に行くに従い徐々に厚くなる断面形状、すなわち中間圧延完了材１０のウェブ１１の厚さがウェブ高さ方向の中心からフランジへ向かうにつれて徐々に増加する断面形状を有するようになる。

ウェブ１１のウェブ高さ方向の中心に対してウェブ厚さが厚い部分１３は余肉となる。この余肉１３が、幅可変水平ロール４ａ、４ｂを有する仕上げユニバーサルミル４を用いたウェブ外幅Ｂの調整においてウェブ外幅の大きな拡大を行う際に、フランジ１２との接合部近傍のウェブ１３の局部的な板厚減少を相殺するので、ウェブ１１のクビレ８を解消できる。

本明細書では、図３に示す中間圧延完了材１０における４箇所の余肉１３の合計面積を、余肉量（ｍｍ^２）と定義する。
この余肉量は、上下の水平ロール１ａ、１ｂの上下ロール軸心の交叉角θを調整することによって、調整可能である。図４は、交叉角θを大きくした場合のロールギャップの変化を示す説明図である。

図４に示すように、交叉角θを増加させると、上下の水平ロール１ａ、１ｂの左右両端側でのギャップを大きくすることができる。このため、仕上げ圧延工程でのウェブ外幅拡大量に応じて、すなわち製造する様々なサイズに応じて適切な余肉量を設定することが可能である。

実用例として、Ｈ９００×３００、ウェブ厚１６ｍｍ、フランジ厚１９ｍｍまたは３２ｍｍの場合の事例を示す。上記例の場合の粗ユニバーサルミル１の上下の水平ロール幅はフランジ厚１９ｍｍに適した幅となり、冷却過程の収縮代を８ｍｍ考慮すると、約８７０ｍｍとなる。８７０ｍｍのロール幅を有する粗ユニバーサルミルを使用すれば仕上げ圧延工程でのウェブ外幅調整量“ゼロ”でＨ９００×３００×１６／１９の圧延Ｈ形鋼を製造できる。

しかし、同じ粗ユニバーサルミル１の水平ロール１ａ、１ｂを使用してＨ９００×３００×１６／３２の圧延Ｈ形鋼を製造しようとすると、仕上げ圧延工程でのウェブ外幅調整量は３２ｍｍ（＝（３２−１９）×２）となる。この際、ウェブ外幅拡大に伴うウェブ断面積の増加量は約５１２ｍｍ^２（＝１６×３２）となる。

これに対して、図５に交叉角に対する余肉付与量分布をグラフで示す。このグラフは、粗ユニバーサルミル１の水平ロール１ａ、１ｂの径が１６００ｍｍであるとともに水平ロール１ａ、１ｂの幅が８６０ｍｍであるとして、算出したものである。

図５に示すグラフから、ウェブ断面積の増加量約５１２ｍｍ^２を得るためには、交叉角θを０．８度程度に設定すればよいことが分かる。
なお、上下の水平ロール１ａ、１ｂを交叉配置する機構としては、例えば、板圧延に用いられる所謂ワークロールクロスミルにおける交叉配置機構を流用すればよく、この種の圧延ロールの交叉配置機構をそのまま用いることができる。また、上下の水平ロール１ａ、１ｂを互いに反対方向へ傾斜させるペアクロスとすることが望ましいが、上下の水平ロール１ａ、１ｂのうちの一方のみを傾斜させるシングルクロスでもよい。

粗ユニバーサルミル１とエッジャーミル２により構成される中間圧延ミル群を用いた往復圧延による複数パスの中間圧延において、エッジャーミル２による中間圧延は、公知のものと同じでよく、何ら限定を要さないので、これ以上の説明は省略する。

以上説明したように、上下の水平ロール１ａ、１ｂを有する粗ユニバーサルミル１、および上下の水平ロール２ａ、２ｂを有するエッジャーミル２を用いる往復圧延による複数パスの中間圧延工程により、中間圧延を完了した中間圧延完了材１０のウェブ１１の厚さを、ウェブ１１の高さ方向の中心からフランジ１２、１２へ向かうにつれて徐々に増加させることが可能になる。

［仕上げ圧延工程］
中間圧延完了材１０に対して、幅可変水平ロール４ａ、４ｂを有する仕上げユニバーサルミル４を用いて仕上げ圧延を行う。この仕上げ圧延では、中間圧延完了材１０のウェブ１１におけるウェブ高さ方向の中心に対してウェブ厚さが厚い部分（余肉）１３を、幅可変水平ロール４ａ、４ｂにより圧下する。

このため、この余肉１３が、幅可変水平ロール４ａ、４ｂを有する仕上げユニバーサルミル４を用いたウェブ外幅Ｂの調整においてウェブ外幅の大きな拡大を行う際に、フランジ１２との接合部近傍のウェブ１３の局部的な板厚減少を相殺するので、ウェブ１１のクビレ８の発生が解消される。

本発明によれば、このようにして、圧延機を追加することなく、通常の水平ロール１ａ、１ｂを使用して、様々なウェブ外幅に対応して、ウェブ外幅が一定であるとともにウェブ内幅が異なる外幅一定Ｈ形鋼を製造することが可能になる。

１ 粗ユニバーサルミル
２ エッジャーミル
３ 仕上げユニバーサルミル
３ａ、３ｂ 幅固定水平ロール
４ 仕上げユニバーサルミル
４ａ、４ｂ 幅可変水平ロール
５、５−１ 内幅一定Ｈ形鋼
６、６−１、６−２ 外幅一定Ｈ形鋼
７ ウェブ
８ くびれ
９ フランジ
１０ 中間圧延完了材
１１ ウェブ
１２ フランジ
１３ ウェブ（余肉）

Claims (1)

1. 粗圧延ミルを用いる粗圧延と、粗ユニバーサルミルおよびエッジャーミルを用いる往復圧延による複数パスの中間圧延と、幅可変水平ロールを有する仕上げユニバーサルミルを用いる仕上げ圧延とを行うことにより、ウェブ外幅が一定であるとともに様々なウェブ内幅を有する外幅一定Ｈ形鋼を製造する際に、
   前記粗ユニバーサルミルによる中間圧延を、該粗ユニバーサルミルの上下の水平ロールの軸心同士を互いに水平面内で交叉させて、行うことにより、該中間圧延を完了した中間圧延材のウェブ厚を、ウェブ高さ方向の中心からフランジへ向かうにつれて徐々に増加させるとともに、
   前記仕上げ圧延では、前記中間圧延材のウェブを、前記幅可変水平ロールにより圧下すること
   を特徴とする圧延Ｈ形鋼の製造方法。

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