JP5929892B2 - 形鋼の矯正装置及び矯正方法並びに形鋼の製造設備及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェブ及びフランジを有する形鋼の曲がり及び反りを除去して矯正する形鋼の矯正装置及び矯正方法、並びに、曲がり量及び反り量を低減した形鋼の製造を可能とした形鋼の製造設備及び製造方法に関する。

Ｈ形鋼に代表されるウェブ及びフランジを有する形鋼は、鋼板の溶接組立や熱間圧延で製造されているが、製造工程において加熱や冷却、塑性変形が不均一になったことが原因で長手方向の全体又は一部に曲がりや反りが発生し、まっすぐな製品が得られない場合がある。また、曲がりと反りが複合した捩れを有する形状不良品が発生する場合もある。このような曲がりや反りを除去し、まっすぐな製品とするため、一般には製品出荷前に冷間矯正が行われる。

なお、本発明においては、曲がり及び反りは以下の通りとする。図９，１０を参照しながらＨ形鋼を例にして説明すると、Ｈ形鋼１０は、ウェブ１１と、ウェブ１１の高さ方向両側にそれぞれ設けられた２つのフランジ１２，１２と、を有しているが、ウェブ１１が水平をなしフランジ１２が鉛直をなす姿勢（以下「Ｈ姿勢」と記すこともある）において、曲がりとは、図９の（ａ）に示すように左右方向（ウェブ高さ方向）の湾曲δを意味し、反りとは、図１０の（ａ）に示すように上下方向（フランジ幅方向）の湾曲Ｓを意味する。

形鋼の矯正方法としては、特許文献１に開示されるようなプレスを用いて形鋼に曲げ応力を付与する方法や、特許文献２に開示されるような上下に千鳥状に配置した複数のローラを用いてウェブ曲げを繰り返すローラ矯正方法などが一般的である。また、特許文献３に開示のように、フランジを圧延して延伸させることにより、形鋼の曲がりを効率良く矯正する方法も知られている。

特許文献３に開示の方法について詳述すると、この矯正方法は、フランジをウェブとは反対側の面から押圧する外面ロールと、ウェブの高さ方向端部からウェブの両面側にそれぞれ張り出す両フランジ部（ここでは右フランジ部及び左フランジ部と言う）を有するフランジをウェブ側の面から押圧して、右フランジ部と左フランジ部とをそれぞれ外面ロールとの間で挟圧する一対の矯正ロールと、を用い、フランジ内外の対向する両ロールでフランジを圧延する曲がり矯正方法である。このような圧延による矯正方法は、成形された形鋼の局所的な曲がりを矯正できる。また、形鋼を搬送しながら矯正することができるので、矯正の処理効率の点で有利である。

さらに、特許文献４には、ローラ矯正とフランジ圧延の両方を行う溶接Ｈ形鋼の矯正装置が開示されている。

特開２００８−０３００９０号公報 特開平８−１７４０６９号公報 特開２００２−２８２９４３号公報 特開昭６２−８４８２９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるようなプレスを用いる矯正方法では、形鋼の曲がりと反りの両方を矯正することができるものの、形鋼における圧下する長手方向位置を曲がりの状況に応じて選定してから適切な圧下力で圧下して矯正する必要があった。また、矯正に複数回の圧下を必要とする場合も多いため、矯正に要する時間が長いという問題があった。

一方、特許文献２に開示のローラを用いる矯正方法は、矯正に要する時間が短い上に様々な大きさの反りを除去することが可能な高能率な矯正方法である。しかしながら、曲がりに対しては矯正能力が低いという問題があった。特許文献２には水平ロールだけではなく竪ロールも設置したローラ矯正機が開示されているが、本発明者らの検討によれば、竪ロールを追加してもローラ矯正機の曲がり矯正能力は十分とは言えない場合が多い。

他方、曲がりの曲率半径方向内側のフランジをローラにより圧延することでフランジを延伸させて曲がりを矯正する特許文献３の方法は、曲がり矯正効果が高く処理能力の面からも優れている。しかしながら、特許文献３に開示の矯正装置は、図８に示すようにフランジ内面を圧下する左右の矯正ロールに対して形鋼のフランジの左右位置がずれると、左右のフランジの延伸量に差が生じ、反りや捩れの形状不良が発生するという問題があった。

また、フランジ幅方向中央近傍にはウェブが存在するため、フランジ内面は十分に圧下できない場合が多い。このため、フランジの圧下される部分に長手方向の圧縮残留応力が発生するとともに、圧下されない部分に引張残留応力が発生する。そして、形鋼の使用時において切断や機械加工を行う際に前記残留応力が開放されて、形鋼に形状不良が発生するおそれがあった。

さらに、特許文献４の矯正装置は溶接形鋼の曲がりと反りの両方を効率よく矯正できるももの、溶接形鋼の連続製造ラインに適用されるものであり、製品長さ等に切断された形鋼を取り扱う設備での矯正にはそのまま適用できなかった。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、ウェブ及びフランジを有する形鋼の曲がり及び反りを、残留応力の発生を抑制しつつ効率良く除去して矯正することが可能な形鋼の矯正装置及び矯正方法を提供すること、さらには、曲がり量及び反り量を低減した形鋼の製造を可能とした形鋼の製造設備及び製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の態様は、次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る形鋼の矯正装置は、ウェブ及びフランジを有する形鋼の曲がり及び反りを矯正する矯正装置であって、前記フランジを圧延して前記形鋼の曲がりを矯正する曲がり矯正機と、前記形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラに前記ウェブを通過させて該形鋼に曲げを繰り返すことで前記形鋼の反りを矯正する反り矯正機と、を備え、前記形鋼の搬送方向の上流側に前記曲がり矯正機が、下流側に前記反り矯正機が配置され、前記曲がり矯正機と前記反り矯正機との間隔が矯正される形鋼の長さよりも広いことを特徴とする。

また、本発明の他の態様に係る形鋼の製造設備は、ウェブ及びフランジを有する形鋼の製造設備であって、鋼素材を前記ウェブ及び前記フランジを有する所定の断面形状の形鋼に成形する熱間圧延機と、前記形鋼を冷却する冷却床と、前記形鋼のフランジを圧延して前記形鋼の曲がりを矯正する曲がり矯正機と、前記形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラに前記ウェブを通過させて該形鋼に曲げを繰り返して前記形鋼の反りを矯正する反り矯正機と、を備え、前記製造設備における前記鋼素材あるいは前記形鋼の搬送方向の上流側から下流側に向けて、前記熱間圧延機、前記冷却床、前記曲がり矯正機、前記反り矯正機の順で配置され、前記曲がり矯正機と前記反り矯正機との間隔が矯正される形鋼の長さよりも広いことを特徴とする。

さらに、本発明の他の態様に係る形鋼の製造設備は、ウェブ及びフランジを有する形鋼の製造設備であって、鋼素材を前記ウェブ及び前記フランジを有する所定の断面形状の形鋼に成形する熱間圧延機と、前記形鋼を冷却する冷却床と、前記形鋼のフランジを圧延して前記形鋼の曲がりを矯正する曲がり矯正機と、前記形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラに前記ウェブを通過させて該形鋼に曲げを繰り返して前記形鋼の反りを矯正する反り矯正機と、を備え、前記製造設備における前記鋼素材あるいは前記形鋼の搬送方向の上流側から下流側に向けて、前記熱間圧延機、前記冷却床の順で配置され、前記冷却床の出側が、前記曲がり矯正機と前記反り矯正機との間の搬送装置に接続されてなることを特徴とする。

これらの形鋼の製造設備においては、前記冷却床と前記曲がり矯正機との間に、前記形鋼の曲がりを測定する曲がり測定装置を備えていてもよい。
さらに、本発明の他の態様に係る形鋼の矯正方法は、ウェブ及びフランジを有する形鋼の曲がり及び反りを矯正する矯正方法であって、前記フランジを圧延して前記形鋼の曲がりを矯正する曲がり矯正機によって前記形鋼の曲がりを矯正した後に、前記曲がり矯正機とは矯正される形鋼の長さよりも広い間隔を置いて配置され、前記形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラに前記ウェブを通過させて該形鋼に曲げを繰り返して前記形鋼の反りを矯正する反り矯正機によって、前記形鋼の反りを矯正することを特徴とする。

さらに、本発明の他の態様に係る形鋼の製造方法は、ウェブ及びフランジを有する形鋼の製造方法であって、熱間圧延により鋼素材を前記ウェブ及び前記フランジを有する所定の断面形状の形鋼に成形し、該所定の断面形状に成形された形鋼を２００℃以下まで冷却した後に、前記フランジに圧延を施すことにより前記形鋼の曲がりを矯正する曲がり矯正機によって前記形鋼の曲がりを矯正し、次いで、前記曲がり矯正機とは矯正される形鋼の長さよりも広い間隔を置いて配置され、前記形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラに前記ウェブを通過させて該形鋼に曲げを繰り返して前記形鋼の反りを矯正する反り矯正機によって、前記形鋼の反りを矯正することを特徴とする。

本発明に係る形鋼の矯正装置は、フランジを圧延して形鋼の曲がりを矯正する曲がり矯正機と、形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラにウェブを通過させて該形鋼に曲げを繰り返して前記形鋼の反りを矯正する反り矯正機と、を備え、前記形鋼の搬送方向の上流側に前記曲がり矯正機が、下流側に前記反り矯正機が配置され、前記曲がり矯正機と前記反り矯正機との間隔が矯正される形鋼の長さよりも広いので、ウェブ及びフランジを有する形鋼の曲がり及び反りを、残留応力の発生を抑制しつつ効率良く除去して矯正することが可能である。

また、本発明に係る形鋼の製造設備は、鋼素材をウェブ及びフランジを有する所定の断面形状の形鋼に成形する熱間圧延機と、成形された形鋼を冷却する冷却床と、形鋼のフランジを圧延して前記形鋼の曲がりを矯正する曲がり矯正機と、形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラにウェブを通過させて形鋼に曲げを繰り返して形鋼の反りを矯正する反り矯正機と、を備え、製造設備における鋼素材あるいは形鋼の搬送方向の上流側から下流側に向けて、前記熱間圧延機、前記冷却床、前記曲がり矯正機、前記反り矯正機の順で配置され、前記曲がり矯正機と前記反り矯正機との間隔が矯正される形鋼の長さよりも広いので、熱間圧延により所定の断面形状に成形された形鋼が冷却され、曲がりや反りに対する温度の影響がほとんどなくなってから曲がり及び反りの矯正を行うことができ、最終的に良好な断面形状を有し、且つ、曲がり及び反りの量が小さい形鋼を製造することが可能である。

さらに、本発明に係る他の形鋼の製造設備は、製造設備における前記鋼素材あるいは前記形鋼の搬送方向の上流側から下流側に向けて、前記熱間圧延機、前記冷却床の順で配置され、前記冷却床の出側が、前記曲がり矯正機と前記反り矯正機との間の搬送装置に接続されているので、曲がり及び反りの量が小さい形鋼を製造することが可能であるとともに、冷却後の曲がりの程度が小さく曲がり矯正の必要のない形鋼については曲がり矯正機を通過させずに直接反り矯正機に導入することが可能であり、形鋼の製造能力の向上も可能となる。

さらに、本発明に係る形鋼の矯正方法は、フランジを圧延して形鋼の曲がりを矯正した後に、形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラにウェブを通過させて形鋼に曲げを繰り返して形鋼の反りを矯正するので、ウェブ及びフランジを有する形鋼の曲がり及び反りを、残留応力の発生を抑制しつつ効率良く除去して矯正することが可能である。 さらに、本発明に係る形鋼の製造方法は、熱間圧延により鋼素材をウェブ及びフランジを有する所定の断面形状の形鋼に成形し、所定の断面形状に成形された形鋼を２００℃以下まで冷却した後に、フランジに圧延を施すことにより形鋼の曲がりを矯正し、次いで、形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラにウェブを通過させて形鋼に曲げを繰り返して形鋼の反りを矯正するので、熱間圧延により所定の断面形状に成形された形鋼が冷却され、曲がりや反りに対する温度の影響がほとんどなくなってから曲がり及び反りの矯正を行うことができ、最終的に良好な断面形状を有し、且つ、曲がり及び反りの量が小さい形鋼を製造することが可能である。

本発明に係る形鋼の矯正装置の一実施形態を説明する模式図である。 図１の形鋼の矯正装置が備える曲がり矯正機の構造を説明する図である。 図１の形鋼の矯正装置が備える反り矯正機の構造を説明する図である。 図１の形鋼の矯正装置の設備配置の一例を示す模式的平面図である。 図１の形鋼の矯正装置の設備配置の別の例を示す模式的平面図である。 形鋼の製造設備の設備配置の一例を示す模式的平面図である。 形鋼の製造設備の設備配置の別の例を示す模式的平面図である。 曲がり矯正において、矯正ロールと形鋼のフランジとの左右位置がずれた状態を説明する図である。 Ｈ形鋼の曲がりを説明する図である。 Ｈ形鋼の反りを説明する図である。

本発明に係る形鋼の矯正装置及び形鋼の矯正方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る形鋼の矯正装置の一実施形態を説明する模式図である。また、図２は、図１の形鋼の矯正装置が備える曲がり矯正機の構造を説明する図であり、Ｈ形鋼を長手方向端部側から見た正面図である。さらに、図３は、図１の形鋼の矯正装置が備える反り矯正機の構造を説明する図であり、（ａ）はウェブを高さ方向端部側から見た模式図であり、（ｂ）は搬送方向出側から見た模式図（（ａ）のＡ−Ａ矢視図）である。

図１の形鋼矯正装置１は、ウェブ１１及びフランジ１２，１２を有するＨ形鋼１０の曲がり及び反りを矯正する装置であり、Ｈ形鋼１０を製造する形鋼の製造設備中に設置することができる。形鋼矯正装置１は、フランジ１２を圧延してＨ形鋼１０の曲がりを矯正する曲がり矯正機２と、ウェブ１１に曲げを繰り返してＨ形鋼１０の反りを矯正する反り矯正機３と、を備えており、形鋼の製造設備の上流側に曲がり矯正機２が配置され、下流側に反り矯正機３が配置されている。

一般に、曲がり矯正と反り矯正では必要とする矯正処理時間が異なるため、矯正されるＨ形鋼１０の長さよりも曲がり矯正機２と反り矯正機３との間隔が広くなるように曲がり矯正機２と反り矯正機３を配置することが好ましい。そこで、曲がり矯正機２と反り矯正機３との間には、Ｈ形鋼１０を曲がり矯正機２から反り矯正機３に搬送するためのローラテーブル、搬送装置等を設置することが好ましい。このような配置にすれば、曲がり矯正中に形鋼の反りが大きくなっても、反り矯正機３の設定を変更することができるので、反り矯正の効果をより大きくすることができる。

鋼板の溶接組立や熱間圧延などの方法で製造されたＨ形鋼１０は、曲がりや反りが生じている場合があるので、曲がり及び反りの一方又は両方が生じているＨ形鋼１０は形鋼の製造設備の搬送ライン９によって形鋼矯正装置１に導入されるようになっている。Ｈ形鋼１０は上流側の曲がり矯正機２によって曲がりが矯正された後、下流側の反り矯正機３に導入されて反りが矯正される。そして、曲がり及び反りが矯正されて所望の形状の製品とされたＨ形鋼１０は、搬送ライン９によって出荷工程に搬送されるようになっている。

ここで、曲がり矯正機２と反り矯正機３について詳細に説明する。まず、曲がり矯正機２は、ロールを用いてフランジをＨ形鋼の長手方向に圧延する方式の矯正機を用いる。すなわち、図２に示すように、曲がり矯正機２は、フランジ１２のウェブ１１とは反対側の面（フランジ外面）に対向して配され、ロール軸２１ａの方向がフランジ幅方向とされて、ロールの外周面でフランジ１２をフランジ外面側から支持する外面ロール２１と、フランジ１２のウェブ１１側の面（フランジ内面）に対向して配され、ロール軸２２ａの方向がフランジ幅方向とされて、ウェブ１１の高さ方向端部からそれぞれウェブ１１の高さ方向と垂直に張り出す２つのフランジ部１２ａ，１２ｂ（ここでは右フランジ部１２ａ及び左フランジ部１２ｂという）をロールの外周面でそれぞれ押圧する一対の内面ロール２２，２２と、を備えている。曲がりの曲率半径方向内側のフランジ１２を外面ロール２１と内面ロール２２，２２とで挟圧し、所定の圧延条件で圧延すれば、フランジ外面が延伸されるため、Ｈ形鋼１０の曲がりが矯正される。

なお、本実施形態の曲がり矯正機２に用いる各ロール２１，２２の形状は、図２に示すものに限定されるものではない。例えば、フランジ１２を圧延する各ロール２１，２２のロール径に任意の分布を付与してもよい。
次に、反り矯正機３について、図３を参照しながら説明する。反り矯正機３は、互いに平行をなして上流側から下流側へ一列に並ぶ複数のローラ３１からなるローラ列を上下に２列備えている。これら２列のローラ列は、図１に示すように、各ローラ３１の並び方向位置が互いにずれた状態で対向配置されている。すなわち、ローラ３１をその回転軸方向端部側から見ると、２列のローラ列のローラ３１は全体としてＨ形鋼１０の搬送方向に沿って千鳥状に配置されている。

この反り矯正機３にＨ形鋼１０を導入し、Ｈ形鋼１０の長手方向がローラ３１の並び方向に沿うようにウェブ１１を２列のローラ列の間に挟む。すると、一方のローラ列のローラ３１と他方のローラ列のローラ３１とに挟まれることにより、Ｈ形鋼１０のウェブ１１に曲げが行われる。そして、図３に示すように、Ｈ形鋼１０を、２列のローラ列の間に挟まれた状態でローラ３１の並び方向に沿って下流側に移動させることにより（すなわち、２列のローラ列の間を通過させることにより）、一方のローラ列のローラ３１と他方のローラ列のローラ３１とに複数回挟まれることとなるから、Ｈ形鋼１０のウェブ１１に曲げが繰り返されることとなる。

このとき、ローラ３１の並び方向位置が上流側のローラ３１に挟まれた際には大きな曲げ変形が付与され、ローラ３１の並び方向位置が下流側に向かうに従ってローラ３１に挟まれた際に付与される曲げ変形量が徐々に小さくなるように設定しておけば、Ｈ形鋼１０の反りを効率的に除去することが可能である。
反り矯正機３が備えるローラ３１の個数は特に限定されるものではないが、一方のローラ列のローラ３１と他方のローラ列のローラ３１とに挟まれることにより、ウェブ１１に３回以上繰り返して曲げが行われるような個数とすることが好ましい。すなわち、２列のローラ列のローラ３１の合計数を５個以上とすることが好ましい。

ここで、形鋼の曲がりを矯正した後に反りを矯正する理由について説明する。形鋼のフランジを圧延して曲がりを矯正する際には、図８に示すように、曲がり矯正機の２つの内面ロールの間隔の中心位置に対して形鋼の中心位置がフランジ幅方向にずれた状態になる場合がある。左右のフランジの圧延幅が異なる状態で形鋼の曲がりを矯正すると、左右のフランジの延伸量が異なる状態となるため、形鋼に反りを発生させる結果となるおそれがあった。したがって、曲がり矯正機の前後（形鋼の搬送方向の前後）にガイドローラ等を設け、上記のようなずれを防止することが重要であるが、ガイドローラを常に適切な位置に設定することは、工業的に困難な場合がある。

そこで、曲がり矯正機２で形鋼の曲がりを除去した後に、反り矯正機３で反りを除去するという順序であれば、曲がり矯正によって形鋼に反りが発生しても、反り矯正後には反りのない形鋼が得られる。ローラによる反り矯正では形鋼の曲がり変化は小さいので、曲がり矯正機２で曲がりを除去しておけば、反り矯正機３で反り矯正を行った後も曲がりのない状態が保持される。

また、曲がり矯正を実施すると、フランジの圧延された部分が延伸するのに対し、ウェブ近傍の圧延されない部分は延伸しないため、フランジの圧延された部分に圧縮の長手方向残留応力が発生し、フランジの圧延されない部分に引張の長手方向残留応力が発生する。このような残留応力は、形鋼に穴空け、切断等の機械加工を施すと断面変形を引き起こす場合があり、機械加工後の形鋼に寸法不良が発生するおそれがある。しかしながら、曲がり矯正の後に反り矯正を実施すると、形鋼のフランジに繰り返し曲げ応力が付与される結果、上記の両残留応力を低減することができる。

以上のように、本発明の矯正方法によれば、形鋼の曲がりと反りを効果的且つ効率的に除去することができる上に、残留応力も低減することが可能であるため、形鋼の製品品質も向上する。
なお、Ｈ形鋼１０に生じる曲がり及び反りには種々のパターンがあり、例えば曲がりであれば、長手方向の全体の領域に曲がりが生じている曲がり形状パターンや、長手方向の一部の領域のみ（例えば端部のみ）に曲がりが生じている曲がり形状パターンがある。また、一方向の曲がりのみが生じる曲がり形状パターン（皿形、逆皿形）や、二方向の曲がりが生じる曲がり形状パターン（Ｓ字形）がある。さらに、いずれの曲がり形状パターンにおいても、その曲がり量は種々異なる。

曲がり矯正機２においては、Ｈ形鋼１０における曲がりが生じている長手方向領域、曲がり方向、及び曲がり量に応じて、曲がり矯正が行われるようになっている。例えば、曲がりが生じている長手方向領域、曲がり方向、及び曲がり量を曲がり測定装置によって測定し、その測定結果に基づいて曲がり矯正を実施するとよい。すなわち、曲がりが生じている長手方向領域、曲がり方向、及び曲がり量に応じて、圧延を施す長手方向領域、圧下率あるいは圧延荷重等の圧延条件が逐次変更されるようになっている。よって、曲がりが生じていない長手方向領域には圧延は施されないし、曲がりが生じていても、曲がりの曲率半径方向外側のフランジ１２に対しては圧延は施されない。

例えば、曲がり形状パターンがＳ字形である場合には、両フランジ１２，１２に対して圧延を施す必要があるので、曲がり矯正機２は、各フランジ１２を圧延するための外面ロール２１及び内面ロール２２，２２をそれぞれ備えていることが好ましい（すなわち、外面ロール２１及び内面ロール２２，２２を２組備えていることが好ましい）。外面ロール２１及び内面ロール２２，２２を１組備える曲がり矯正機２の場合には、一方のフランジ１２を圧延した後にＨ形鋼１０を転回させて、他方のフランジ１２を圧延する必要がある。Ｈ形鋼１０の転回については、Ｈ形鋼１０の長手方向に沿う中心軸を回転軸として１８０°転回（裏返し）させてもよいし、ウェブ面に直交する中心軸を回転軸として１８０°転回（旋回）させてもよい。

次に、曲がり矯正機２と反り矯正機３の配置について説明する。図４は、曲がり矯正機２と反り矯正機３が直列に配置された例であり、両者の間はローラテーブル、搬送装置等で形鋼を搬送することが好ましい。また、曲がり矯正機２と反り矯正機３との間隔は、矯正される形鋼の長さよりも広くすることが望ましい。
また、図５は、曲がり矯正機２と反り矯正機３が異なる搬送ライン９上に設置されている場合の例を示している。図５の場合は、２つの搬送ライン９が平行をなしているので、搬送ライン９に直交する方向に形鋼を移動させる搬送装置５を、曲がり矯正機２と反り矯正機３の間に設置することが好ましい。そうすれば、曲がり矯正機２と反り矯正機３での矯正作業が干渉することなく、効率的に矯正を実施することができる。

次に、本発明の実施形態に係る形鋼の製造設備及び形鋼の製造方法について説明する。図６は、本発明の実施形態に係る形鋼の製造設備を示す模式図である。この製造設備は、熱間圧延によるＨ形鋼の製造設備に、上述した形鋼矯正装置１を配置した実施形態を示している。Ｈ形鋼１０は、例えば矩形断面の鋼片等を鋼素材として熱間圧延機３０により熱間圧延が行われ、ウェブ１１及びフランジ１２を有する所定の断面形状（製品の断面形状）に成形されることにより製造される。熱間圧延機３０は、図示しない加熱炉で加熱された鋼素材を圧延する複数の圧延機からなる圧延機群として構成されており、複数の圧延機間を被圧延材を搬送する搬送装置を有する。

熱間圧延機３０の下流側には、冷却床６が配置されている。冷却床６には、熱間圧延機３０により所定の断面形状に成形された高温のＨ形鋼１０が、搬送ライン９によって搬送され、この冷却床６において高温のＨ形鋼１０に対して冷却が施される。
さらに、冷却床６の下流側には、上述した曲がり矯正機２と反り矯正機３とが、搬送方向にこの順で配置されている。

したがって、図６に示した形鋼の製造設備によれば、熱間圧延により鋼素材をウェブ１１及びフランジ１２を有する所定の断面形状のＨ形鋼１０に成形し、所定の断面形状に成形されたＨ形鋼１０を冷却した後に、フランジ１２に圧延を施すことによりＨ形鋼１０の曲がりを矯正し、次いで、Ｈ形鋼１０のウェブ１１に曲げを繰り返してＨ形鋼１０の反りを矯正するという形鋼の製造方法を、上流側から下流側への一連の搬送中に適用することが可能となる。曲がり矯正機２と反り矯正機３との間隔が矯正される形鋼の長さよりも広いことから、曲がり矯正機２で形鋼の反りが変化しても、それに応じて反り矯正機３の設定を調整することができ、効果の高い矯正が可能である。

この形鋼の製造方法によれば、熱間圧延された高温のＨ形鋼１０が冷却され、曲がりや反りに対する温度の影響がほとんどなくなってから曲がりや反りを矯正しているので、曲がりや反りを矯正した後に、温度変化に伴う形状変化が発生することを防止できる。
なお、冷却床６においては、形鋼を２００℃以下に冷却することが好ましい。これは、熱間圧延された形鋼が十分に冷却され、曲がりや反りに対する温度の影響がほとんどなくなってから矯正することが好ましいからである。２００℃を超える温度の形鋼に対して曲がり矯正や反り矯正を実施すると、温度分布が残った状態で矯正が終了してしまうので、その後に室温まで冷却され温度分布がなくなるにしたがって、形鋼の断面形状不良が発生する場合がある。

また、図６に示したレイアウトにおいては、冷却床６と曲がり矯正機２との間に曲がり測定装置を設けることが好ましい。冷却が終了した後のＨ形鋼１０に対しての曲がり状態を測定することができ、そして、上述したとおりの長手方向領域、曲がり方向、及び曲がり量に応じた曲がり矯正を行うことができるからである。
図７は、本発明の他の実施形態に係る形鋼の製造設備を示す模式図である。図７に示す実施形態では、図６に示したものに対して、冷却床６、曲がり矯正機２、反り矯正機３のレイアウトを変更している。すなわち、冷却床６の出側が、曲がり矯正機２と反り矯正機３との間の搬送装置９ａに接続されている。搬送装置９ａの長さはＨ形鋼１０の長さよりも長く、つまり、曲がり矯正機２と反り矯正機３との間の間隔は、矯正されるＨ形鋼１０の長さよりも広い。

このように構成することで、曲がりが小さく曲がり矯正が不要な形鋼については、曲がり矯正機２に搬送することなく反り矯正機３に搬送して反りを矯正することができる。したがって、曲がり矯正が不要な形鋼と曲がり矯正が必要な形鋼が混在する場合に、曲がり矯正が必要な形鋼だけを曲がり矯正機２に搬送することが容易となり、曲がり矯正を行わないにもかかわらず曲がり矯正機２を通過させる形鋼をなくすことができるので、形鋼の生産性が向上する。

なお、図７に示すレイアウトにおいては、搬送装置９ａ上に上述の曲がり測定装置を設けることが好ましい。冷却床６で冷却後に曲がり測定装置により曲がり量の測定を行うことができ、また曲がり量の測定結果に基づき、曲がり矯正が必要な場合には曲がり矯正機２側への搬送が、曲がり矯正が不要な場合には反り矯正機３側への搬送が容易となるからである。

また、図７に示すレイアウトにおいては、上述したＨ形鋼の転回を行う転回装置を、曲がり矯正機２の搬送装置９ａとは反対側に設けることが好ましい。このようにすることで、曲がり矯正機２の構成を、外面ロール２１及び内面ロール２２，２２を１組だけ備えるものとすることができる。Ｈ形鋼１０を冷却床６の出側から曲がり矯正機２へと導入する（図７中の矢印Ａ）際に、一方のフランジ１２を圧延し、その後に曲がり矯正機２の搬送装置９ａとは反対側にてＨ形鋼１０を転回させ、その後に、該反対側からＨ形鋼１０を曲がり矯正機２に導入して（図７中の矢印Ｂ）他方のフランジ１２を圧延することができ、いずれの方向への曲がりにも対応することができる。そして、搬送装置９ａに戻ったＨ形鋼１０をそのまま反り矯正機３へ送ることが可能となるので、製造設備におけるＨ形鋼１０の流れがスムーズになり、搬送効率が良好となる。

また、形鋼矯正装置１及び形鋼の製造設備におけるＨ形鋼１０の姿勢は、特に限定されるものではなく、ウェブ１１が水平をなしフランジ１２，１２が鉛直をなすＨ姿勢とすることもできるし、ウェブ１１が鉛直をなしフランジ１２，１２が水平をなす姿勢（いわゆるＩ姿勢）とすることもできる。
曲がり矯正機２におけるＨ形鋼１０の姿勢がＩ姿勢である場合は、曲がり矯正機２において外面ロール２１と内面ロール２２のロール軸２１ａ，２１ｂは、図２に示すように水平に設置され、Ｈ姿勢である場合は、曲がり矯正機２において外面ロール２１と内面ロール２２のロール軸２１ａ，２１ｂは、鉛直に設置される。

ただし、反り矯正機３においては、ウェブ１１が水平をなすＨ姿勢でＨ形鋼１０の反り矯正を実施することが好ましいので、Ｈ姿勢でＨ形鋼１０の曲がり矯正を実施すれば、そのままの姿勢で反り矯正を実施することができる。よって、曲がり矯正を実施した後に、Ｈ形鋼１０の長手方向に沿う中心軸を回転中心としてＨ形鋼１０を９０°転回して姿勢を変更する必要が無いので、搬送時間を短縮することができる。

図２のように曲がり矯正機２におけるＨ形鋼１０の姿勢がＩ姿勢である場合は、曲がり矯正を実施した後に、Ｈ形鋼１０の長手方向に沿う中心軸を回転中心としてＨ形鋼１０を９０°転回して姿勢を変更してから反り矯正を行う必要があるため、形鋼の転回装置が必要である。
この転回装置におけるＨ形鋼１０の転回方法は、Ｈ形鋼１０の長手方向に沿う中心軸を回転中心としてＨ形鋼１０を９０°転回させることができるならば特に限定されるものではないが、例えば、Ｉ姿勢あるいはＨ姿勢のＨ形鋼１０の両フランジ１２，１２を、Ｉ姿勢の場合は上下からＨ姿勢の場合は左右から挟み込んで、Ｈ形鋼１０の長手方向に沿う中心軸を回転軸として９０°転回させる方法を採用することができる。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本発明を適用できるＨ形鋼のサイズは特に限定されるものではなく、大型や小型など、あらゆるサイズのＨ形鋼に対して適用可能である。
また、本実施形態においては、Ｈ形鋼を例にして形鋼矯正装置１及び形鋼の矯正方法を説明したが、ウェブとフランジとを有する形鋼であれば、本発明を適用することが可能である。

さらに、本実施形態においては、形鋼矯正装置１を形鋼の製造設備中に設置した例を説明したが、形鋼の製造設備外において形鋼矯正装置１を使用することも可能である。
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。図１に示す形鋼矯正装置を用いて、熱間圧延で製造されたＨ形鋼の曲がり及び反りを矯正した。このＨ形鋼の寸法は、ウェブ高さが６００ｍｍ、フランジ幅Ｂが３００ｍｍ、ウェブ厚ｔ１が１６ｍｍ、フランジ厚ｔ２が２２ｍｍである。熱間圧延終了後の形鋼を長さ８ｍに切断し、冷却床で１００℃以下まで冷却した後に、得られたＨ形鋼の曲がり及び反りを測定したところ、曲がり形状パターンは皿形であり、長さ８ｍ全体で、曲がりは１８ｍｍ、反りは１５ｍｍであった。曲がりと反りが寸法公差±８ｍｍ（長さ１ｍあたり１ｍｍ）を超えているため、曲がりと反りの両方について矯正を実施した。

まず、図２に示す曲がり矯正機２を用いて、曲がりの曲率半径方向内側のフランジを圧延し、Ｈ形鋼の曲がりを矯正した。矯正前の曲がり１８ｍｍを矯正する適切な圧延荷重を、予め調査しておいたデータから選定して、１２０ｔｏｎに設定した。この結果、曲がり量を３ｍｍまで低下させることができた。ただし、反り量が２０ｍｍに増加していた。
次に、曲がり矯正機２の下流側に設置された図３の反り矯正機を用いて、反り矯正を実施した。反り矯正の条件は、通常の操業で使用するロール間隔の設定値とした。千鳥状に配置した合計９個のローラによってＨ形鋼に繰り返し曲げを付与した結果、反り量を寸法公差内である２ｍｍに低減することができた。反り矯正後の曲がり量は、反り矯正前とほぼ同じ４ｍｍであり、曲がりと反りの両方を寸法公差内に矯正することができた。

比較例として、上記実施例と同じ寸法のＨ形鋼を、図３の反り矯正機で反り矯正した後に、図２の曲がり矯正機で曲がり矯正するテストを実施した。矯正前の曲がり量は１６ｍｍ、反り量は１８ｍｍであった。最初に、通常の操業で使用するロール間隔の設定値で反り矯正を行った結果、反り量が３ｍｍに低減した。曲がり量は１５ｍｍになり、反り矯正前とほぼ同じ量であった。続いて、曲がり矯正を１１０ｔｏｎの圧延荷重で実施した結果、曲がり量を４ｍｍまで低減することができた。一方、曲がり矯正後の反り量は１０ｍｍに増加しており、寸法公差の上限を超える値まで悪化した。

上記実施例及び比較例と同様の試験を、Ｈ形鋼１０本ずつそれぞれ実施した。その結果、実施例の場合は、１０本全てのＨ形鋼の曲がり量と反り量が寸法公差内になったのに対し、比較例の場合は、１０本中５本のＨ形鋼の反り量が寸法公差の上限を超える結果となった。
以上のように、本発明の形鋼の矯正装置と形鋼の矯正方法によれば、曲がりと反りの両方を精度よく矯正することが可能であり、寸法精度の良好な形鋼を効率良く製造することが可能であった。

さらに、矯正後のＨ形鋼のフランジ部における長手方向の残留応力を、上記実施例と比較例について１本ずつ測定した。比較例の場合は、最大で１００ＭＰａ程度の圧縮の残留応力が測定されたのに対して、実施例の場合は、最大４０ＭＰａ程度の圧縮の残留応力に半減しており、残留応力を小さくできることが分かった。

１ 形鋼矯正装置
２ 曲がり矯正機
３ 反り矯正機
５ 搬送装置
６ 冷却床
９ 搬送ライン
１０ Ｈ形鋼
１１ ウェブ
１２ フランジ
２１ 外面ロール
２２ 内面ロール
３１ ローラ

Claims (6)

1. ウェブ及びフランジを有する形鋼の曲がり及び反りを矯正する矯正装置であって、
   前記フランジを圧延して前記形鋼の曲がりを矯正する曲がり矯正機と、前記形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラに前記ウェブを通過させて該形鋼に曲げを繰り返すことで前記形鋼の反りを矯正する反り矯正機と、を備え、
   前記形鋼の搬送方向の上流側に前記曲がり矯正機が、下流側に前記反り矯正機が配置され、前記曲がり矯正機と前記反り矯正機との間隔が矯正される形鋼の長さよりも広いことを特徴とする形鋼の矯正装置。
2. ウェブ及びフランジを有する形鋼の製造設備であって、
   鋼素材を前記ウェブ及び前記フランジを有する所定の断面形状の形鋼に成形する熱間圧延機と、前記形鋼を冷却する冷却床と、前記形鋼のフランジを圧延して前記形鋼の曲がりを矯正する曲がり矯正機と、前記形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラに前記ウェブを通過させて該形鋼に曲げを繰り返して前記形鋼の反りを矯正する反り矯正機と、を備え、
   前記製造設備における前記鋼素材あるいは前記形鋼の搬送方向の上流側から下流側に向けて、前記熱間圧延機、前記冷却床、前記曲がり矯正機、前記反り矯正機の順で配置され、前記曲がり矯正機と前記反り矯正機との間隔が矯正される形鋼の長さよりも広いことを特徴とする形鋼の製造設備。
3. ウェブ及びフランジを有する形鋼の製造設備であって、
   鋼素材を前記ウェブ及び前記フランジを有する所定の断面形状の形鋼に成形する熱間圧延機と、前記形鋼を冷却する冷却床と、前記形鋼のフランジを圧延して前記形鋼の曲がりを矯正する曲がり矯正機と、前記形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラに前記ウェブを通過させて該形鋼に曲げを繰り返して前記形鋼の反りを矯正する反り矯正機と、を備え、
   前記製造設備における前記鋼素材あるいは前記形鋼の搬送方向の上流側から下流側に向けて、前記熱間圧延機、前記冷却床の順で配置され、前記冷却床の出側が、前記曲がり矯正機と前記反り矯正機との間の搬送装置に接続されてなることを特徴とする形鋼の製造設備。
4. 前記冷却床と前記曲がり矯正機との間に、前記形鋼の曲がりを測定する曲がり測定装置を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の形鋼の製造設備。
5. ウェブ及びフランジを有する形鋼の曲がり及び反りを矯正する矯正方法であって、
   前記フランジを圧延して前記形鋼の曲がりを矯正する曲がり矯正機によって前記形鋼の曲がりを矯正した後に、
   前記曲がり矯正機とは矯正される形鋼の長さよりも広い間隔を置いて配置され、前記形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラに前記ウェブを通過させて該形鋼に曲げを繰り返して前記形鋼の反りを矯正する反り矯正機によって、前記形鋼の反りを矯正することを特徴とする形鋼の矯正方法。
6. ウェブ及びフランジを有する形鋼の製造方法であって、
   熱間圧延により鋼素材を前記ウェブ及び前記フランジを有する所定の断面形状の形鋼に成形し、該所定の断面形状に成形された形鋼を２００℃以下まで冷却した後に、前記フランジに圧延を施すことにより前記形鋼の曲がりを矯正する曲がり矯正機によって前記形鋼の曲がりを矯正し、
   次いで、前記曲がり矯正機とは矯正される形鋼の長さよりも広い間隔を置いて配置され、前記形鋼の搬送方向に沿って千鳥状に配列した矯正ローラに前記ウェブを通過させて該形鋼に曲げを繰り返して前記形鋼の反りを矯正する反り矯正機によって、前記形鋼の反りを矯正することを特徴とする形鋼の製造方法。

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