JP6007597B2 - 形鋼用曲り矯正装置および形鋼の曲り矯正方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｈ形鋼やＴ形鋼等の、ウェブとそのウェブの高さ方向での少なくとも一端から左右に張り出す右フランジ部および左フランジ部を有するフランジとを備える形鋼に好適に用い得る形鋼用曲り矯正装置、およびこの種の形鋼の矯正に好適な形鋼の曲り矯正方法に関する。

この種の形鋼は、鋼板を溶接組立する方法や、加熱炉で加熱された被圧延材をスケール除去後、熱間圧延する方法によって製造される。熱間圧延で使用されるユニバーサル圧延機は、上下一対の水平ロールと、左右一対の垂直ロールとを備えた圧延機であり、被圧延材である形鋼のウェブとフランジとをこれらのロールで圧下することによって形鋼の製品形状としていく。

ところで、熱間圧延で成形された形鋼は、熱間圧延時のフランジの圧下率差や冷却時の温度差などにより、反りや曲りが生じる。そのため、成形された形鋼は、冷却床で冷却後に矯正して所望形状の製品とされる。つまり、Ｈ形鋼の場合を例にとると、例えば図２に示すように、Ｈ形鋼１００は、ウェブ１０１と、そのウェブ１０１の高さ方向での両側にそれぞれ設けられる二つのフランジ１０２とを有して構成される。このＨ形鋼１００を圧延製造する場合には、同図（ａ）に示すように、Ｈ形鋼１００には、ウェブ１０１の高さ方向での曲がり（曲がり量を符号δで示す）や、あるいは、図３（ａ）に示すようにウェブ１０１の厚さ方向での反り（反り量を符号Ｓで示す）が、全体的あるいは局部的に生じることがある。このような「曲がり」や「反り」を減少させる方法として、ユニバーサル圧延での圧延条件を調整する方法が知られている。

しかし、Ｈ形鋼の曲がりや反りの発生には、ユニバーサル圧延での圧下のアンバランスや被圧延材の形状不良など、すなわち、ユニバーサル圧延機や被圧延材に種々の上下左右での非対称圧延要素が影響しており、これら全ての要因に対応してユニバーサル圧延機の圧延条件を微妙に調整することは非常に困難である。
そこで、圧延条件の調整でも曲がりや反り防止できない場合は、圧延後のＨ形鋼を温間や冷間で矯正する方法が不可欠となる。このような方法に関しては、通常、反りに対してはローラー矯正機によってオンラインで矯正を行っているものの、曲がりに対しては、反りと比較してローラー矯正機の効果が小さいことから、オフラインによる精製工程にて矯正を行っている。

精整工程での形鋼の曲り矯正方法としては、プレス機による３点曲げによる矯正方法が知られている（例えば特許文献１参照）。しかし、プレス機による３点曲げ矯正においては、曲げ加工の支点間の機械的な制約により、成形された形鋼の先尾端の局所的な曲りの矯正ができないという問題がある。また、プレス機による３点曲げ矯正は、形鋼の搬送を停止した状態での曲げ加工であることから処理効率が低いという問題がある。

これに対し、曲がっている側のフランジ面をローラーにより圧延することでフランジ面を延伸させて曲りを矯正する方法も行われている（例えば特許文献２参照）。従来の圧延方式の曲り矯正は、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、左右に張り出す右フランジ部および左フランジ部を有するフランジを外面ロールとの間でウェブ側の面から支持して左右のフランジそれぞれを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ロールに所定の圧下力を加えてフランジを挟圧する曲り矯正方法である。このような圧延矯正方法は、成形された形鋼の局所的な曲りを矯正でき、また、形鋼を搬送しながらの矯正なので、処理効率の点でも有利である。

特開２００８−０３００９０号公報 特開２００２−２８２９４３号公報

しかしながら、従来の圧延方式の曲り矯正方法は、矯正する形鋼の左右のフランジ相互に板厚の差異がある場合、圧延時に生じる左右の圧下率差や伸び率差により、矯正後に、形鋼の他の形状（反りや捩れなど）が劣化するという問題があった。
図４に示すように、フランジ厚が左右で異なる形鋼、すなわち、左フランジ部１０２ｂのフランジ厚と右フランジ部１０２ａのフランジ厚とが異なる厚さの形鋼１００を矯正する場合には、従来の圧延方式の曲り矯正方法では、フランジ外面ロールを圧下する機構であるため、左フランジ部１０２ｂと右フランジ部１０２ａそれぞれのフランジ厚に合わせてロールギャップを変更することができず、大きな反りや捩れが発生する。熱間圧延で成形された形鋼では、圧延される部位によってフランジ厚が異なる場合が多いため、従来の圧延による曲り矯正技術を適用することが困難であった。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、形鋼を冷間で搬送しつつウェブの高さ方向での曲りまたは厚さ方向での反りを圧延で矯正するに際し、左右のフランジ部相互に板厚の差異がある場合であっても、形鋼の他の形状（反りや捩れなど）の劣化を防止または抑制し得る形鋼の曲がり矯正方法および形鋼用矯正装置を提供することをも目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る形鋼用曲り矯正装置は、ウェブと、該ウェブの高さ方向での少なくとも一端から左右に張り出す右フランジ部および左フランジ部を有するフランジとを備える形鋼に用いられ、前記形鋼を冷間で搬送しつつ前記ウェブの高さ方向での曲りまたは前記ウェブの厚さ方向での反りを圧延で矯正する形鋼用曲り矯正装置であって、前記フランジを前記ウェブとは反対側の面から支持する支持ロールと、該支持ロールとの間で前記左右のフランジ部を前記ウェブ側の面から押圧して前記左右のフランジ部それぞれを挟圧する一対の矯正ロールと、該一対の矯正ロールそれぞれの押圧力を個別に制御する一対の押圧力制御手段とを備え、各矯正ロールは、前記支持ロールとの対向方向に沿ってスライド移動可能に各矯正ロールを個別に支持するチョックをそれぞれ有し、各押圧力制御手段は、前記各矯正ロールそれぞれのチョックを前記支持ロールとの対向方向に向けて個別に押圧する複数の油圧シリンダと、該複数の油圧シリンダの押圧力の付与および解除を切り替える方向制御弁と、該方向制御弁と前記複数の油圧シリンダとの間の油路に介装されて前記複数の油圧シリンダの押圧力を前記曲りまたは前記反りに応じた所定値に設定可能且つ該油路の圧力を前記設定された所定値を維持するように圧油を給排する複数の圧力制御弁とを有し、前記挟圧するための押圧力が、前記設定された所定値を維持するように前記一対の矯正ロールそれぞれの押圧力を個別に制御することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る形鋼の曲り矯正方法は、ウェブと、該ウェブの高さ方向での少なくとも一端から左右に張り出す右フランジ部および左フランジ部を有するフランジとを備える形鋼に用いられ、前記形鋼を冷間で搬送しつつ前記ウェブの高さ方向での曲りまたは前記ウェブの厚さ方向での反りを圧延によって矯正する方法であって、本発明の一態様に係る形鋼用曲り矯正装置を用い、前記フランジを前記ウェブとは反対側の面から支持ロールで支持するとともに、前記左右のフランジ部それぞれを前記ウェブ側の面から一対の矯正ロールによって押圧することで前記支持ロールとの対向方向に挟圧し、その挟圧する左右のフランジ部それぞれに対する押圧力を、前記曲りまたは前記反りに応じて設定した所定値に維持するように個別に制御することを特徴とする。

本発明によれば、支持ロールと一対の矯正ロールとによって挟圧する左右のフランジ部それぞれに対する押圧力を、ウェブの高さ方向での曲りまたは厚さ方向での反りに応じて設定した所定値に維持するように個別に制御するので、矯正する形鋼の左右のフランジ部相互に板厚の差異がある場合であっても、圧延時に生じる左右のフランジ部の圧下率差や伸び率差を少なくすることができる。そのため、矯正後における形鋼の他の形状（反りや捩れなど）の劣化を防止または抑制することができる。

本発明の一態様に係る形鋼用曲り矯正装置の一実施形態である圧延方式の曲り矯正装置の正面図であり、同図では油圧回路も併せて図示している。 形鋼の圧延製造による「曲がり」を説明する図であり、同図(ａ)は平面図、(ｂ)は横断面図である。 形鋼の圧延製造による「反り」を説明する図であり、同図(ａ)は平面図、(ｂ)は横断面図である。 フランジ厚が左右で異なる形鋼を示す横断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。ここで、この曲り矯正装置は、形鋼を冷間で搬送しつつ前記ウェブの高さ方向での曲りを圧延で矯正するものである。
図１に示すように、この曲り矯正装置１０は、圧延で矯正する形鋼としてＨ形鋼１００に適用した例である。なお、この例は、Ｈ形鋼１００を製品長に切断した状態で矯正を行っており、Ｈ形鋼１００は、その長手方向に沿って設けられた不図示の複数のテーブルローラ上に載置され、不図示の駆動装置によりＨ形鋼１００の長手方向に搬送されるようになっている。

Ｈ形鋼１００は、ウェブ１０１と、ウェブ１０１の高さ方向での両側にそれぞれ設けられる二つのフランジ１０２、１０２とを有して構成されている。各フランジ１０２、１０２は、ウェブ１０１の厚さ方向での左右両側にそれぞれ張り出して一対をなしている右フランジ部１０２ａおよび左フランジ部１０２ｂを有する。つまり、本明細書においては、一方のフランジ１０２（同図では下側のフランジ）に対し、その張り出す左右について、左右のフランジ部１０２ａ，１０２ｂと呼称する。
曲り矯正装置１０は、同図に示すように、支持ロール１と、一対の矯正ロール２，３とを備えている。支持ロール１は、不図示のチョックによって回転自在に枢支され、同図では下側のフランジ１０２をウェブ１０１とは反対側の面１０２ｃから支持している。

一対の矯正ロール２，３は、同図下側のフランジ１０２に対し、ウェブ１０１側の面から左右のフランジ部１０２ａ，１０２ｂに対向配置されている。各矯正ロール２，３は、同一の構成を有している。つまり、各矯正ロール２，３は、それぞれのチョック２２，３２の先端に支軸２１，３１を介して回転自在に枢支されている。各チョック２２，３２は、それぞれの基端部が支持機構２３，３３によって、支持ロール１との対向方向にスライド移動可能に支持されている。そして、一対の矯正ロール２，３は、各矯正ロール２，３毎に設けられた一対の押圧力制御手段により押圧力が付与されることで、上記左右のフランジ部１０２ａ，１０２ｂを支持ロール１との間で挟圧するようになっている。

以下、一対の押圧力制御手段について説明する。なお、一対の押圧力制御手段相互の構成は同一なので、上記一対の矯正ロール２，３同様に符号を並べて説明する。
各押圧力制御手段は、各矯正ロール２，３のチョック２２，３２を支持ロール１との対向方向に向けて押圧する油圧シリンダ２４，３４を有する。各油圧シリンダ２４，３４は、各油圧シリンダ２４，３４によるチョック２２，３２への押圧力の付与および解除を切り替え可能なように、各油圧シリンダ２４，３４のピストンを押し引きする方向制御弁２７に接続されている。さらに、各油圧シリンダ２４，３４と方向制御弁２７との間の油路には、圧力制御弁２６，３６がそれぞれ接続されている。圧力制御弁２６，３６は、各油圧シリンダ２４，３４のピストンを押し出す側の油路に介装されている。

各圧力制御弁２６，３６は、各油圧シリンダ２４，３４に供給される圧油の圧力を調整可能な調整バルブ（リリーフバルブ）２６ｂ，３６ｂと、調整バルブ２６ｂ，３６ｂによって設定された油圧を維持するためのパイロット油路２６ｐ，３６ｐとを有する。つまり、各油圧シリンダ２４，３４のピストンが設定された油圧を超える側（ピストンの引き込み方向）に押し込まれたときには、パイロット油路２６ｐ，３６ｐの作動により流量調整弁２５，３５からの圧力がタンク側に逃がされ、設定された油圧を維持する。

一方、各油圧シリンダ２４，３４のピストンが設定された油圧を下げる側に更に押し出されたときには、パイロット油路２６ｐ，３６ｐの作動により設定された油圧に戻すようタンク側への油路を閉じて設定された油圧に油路の圧力を維持する。ここで、調整バルブ２６ｂ，３６ｂによって設定される油圧は、Ｈ形鋼１００のウェブ１０１の高さ方向での曲がりの測定値（曲がり量δ（図２(ａ)参照））に基づき、実験等によるデータから予め設定された所定値とされる。これにより、各押圧力制御手段は、上記一対の矯正ロール２，３と支持ロール１とにより圧延で挟圧するための押圧力を、ウェブ１０１の高さ方向での曲り（曲がり量δ）に応じて設定した所定値に維持するように個別に制御可能になっている。

次に、上記曲り矯正装置１０およびこれを用いた形鋼の曲り矯正方法並びにその作用効果について説明する。
上記曲り矯正装置１０で形鋼の曲り矯正するに際し、まず、冷却床で所定温度まで冷却後のＨ形鋼１００のうち、曲りのあるもののみを抽出した。そして、曲り矯正装置１０の入側にて、そのＨ形鋼１００のウェブ１０１の高さ方向での曲がりを測定し、その測定値（曲りの発生位置、および曲がり量δ（図２(ａ)参照））に基づき、圧力制御弁２６，３６の調整バルブ２６ｂ，３６ｂを調整して、加えるべき圧油の圧力を予め設定された所定値とする。本実施形態では各調整バルブ２６ｂ，３６ｂとも同じ設定値とした。

次いで、Ｈ形鋼１００を曲り矯正装置１０に導く複数のテーブルローラ上に載置する。そして、凹の曲りを有するフランジ１０２（図１での下側）をウェブ１０１とは反対側の面１０２ｃから支持ロール１で支持するとともに、左右のフランジ部１０２ａ，１０２ｂそれぞれをウェブ１０１側の面から一対の矯正ロール２，３によって押圧することで支持ロール１との対向方向で挟圧しつつ、駆動装置によりＨ形鋼１００をその長手方向に冷間で搬送しつつフランジを圧延することで、Ｈ形鋼１００の曲りを矯正する。

ここで、上記曲り矯正装置１０を用いた形鋼の曲り矯正方法は、上述した各押圧力制御手段が、各矯正ロール２，３により挟圧するための押圧力を、ウェブ１０１の高さ方向での曲り（曲がり量δ）に応じて設定した所定値に維持するように個別に制御するので、矯正するＨ形鋼１００の左右のフランジ１０２ａ，１０２ｂ相互に板厚の差異がある場合であっても、圧延時に生じる左右のフランジ１０２ａ，１０２ｂの圧下率差や伸び率差を少なくすることができる。そのため、矯正後におけるＨ形鋼１００の他の形状（反りや捩れなど）の劣化を防止または抑制することができる。なお、曲りを矯正するために必要なフランジ部の圧下率は、熱間圧延Ｈ形鋼の一般的な曲りの大きさから考えて、１％以下の圧下率で十分であることが多い。
本実施形態によれば、上記曲り矯正装置１０で形鋼の曲り矯正することにより、製品の直行率が６５％から８０％に向上した。また、局所的な大曲りを矯正することにより曲りによる格落ちを削減（格落ち率１．５％から０．３％に向上）することができた。

なお、本発明に係る形鋼用曲り矯正装置および形鋼の曲り矯正方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態は、ウェブの高さ方向での曲りを主に矯正する例であり、また、各調整バルブ２６ｂ，３６ｂとも同じ設定値とした例で説明したが、これに限定されず、Ｈ形鋼１００に反り（図３（ａ）参照）がある場合には、測定された反り量（（図３（ａ）に示す符号Ｓ）に基づいて、左右の調整バルブ２６ｂ，３６ｂの調整を左右のフランジ１０２ａ，１０２ｂで異ならせることにより、「曲がり」とともに「反り」をも矯正することができる。この場合、反っている側（凹の側）のフランジの設定値をそうでない側の設定値よりも大きくすることで反りを矯正することができる。
また、上記実施形態では、形鋼として、Ｈ形鋼１００を例に説明したが、これに限らず、本発明は、ウェブと、そのウェブの高さ方向での少なくとも一端から左右に張り出す左右のフランジ部を有するフランジとを備える形鋼であれば、種々の形鋼に適用可能である。

１ 支持ロール
２、３ 矯正ロール
１０ 曲り矯正装置（形鋼用曲り矯正装置）
２２，３２ チョック
２３，３３ 支持機構
２４，３４ 油圧シリンダ
２６，３６ 圧力制御弁

Claims (2)

1. ウェブと、該ウェブの高さ方向での少なくとも一端から左右に張り出す右フランジ部および左フランジ部を有するフランジとを備える形鋼に用いられ、前記形鋼を冷間で搬送しつつ前記ウェブの高さ方向での曲りまたは前記ウェブの厚さ方向での反りを圧延で矯正する形鋼用曲り矯正装置であって、
   前記フランジを前記ウェブとは反対側の面から支持する支持ロールと、該支持ロールとの間で前記左右のフランジ部を前記ウェブ側の面から押圧して前記左右のフランジ部それぞれを挟圧する一対の矯正ロールと、該一対の矯正ロールそれぞれの押圧力を個別に制御する一対の押圧力制御手段とを備え、
   各矯正ロールは、前記支持ロールとの対向方向に沿ってスライド移動可能に各矯正ロールを個別に支持するチョックをそれぞれ有し、
   各押圧力制御手段は、前記各矯正ロールそれぞれのチョックを前記支持ロールとの対向方向に向けて個別に押圧する複数の油圧シリンダと、該複数の油圧シリンダの押圧力の付与および解除を切り替える方向制御弁と、該方向制御弁と前記複数の油圧シリンダとの間の油路に介装されて前記複数の油圧シリンダの押圧力を前記曲りまたは前記反りに応じた所定値に設定可能且つ該油路の圧力を前記設定された所定値を維持するように圧油を給排する複数の圧力制御弁とを有し、前記挟圧するための押圧力が、前記設定された所定値を維持するように前記一対の矯正ロールそれぞれの押圧力を個別に制御することを特徴とする形鋼用曲り矯正装置。
2. ウェブと、該ウェブの高さ方向での少なくとも一端から左右に張り出す右フランジ部および左フランジ部を有するフランジとを備える形鋼に用いられ、前記形鋼を冷間で搬送しつつ前記ウェブの高さ方向での曲りまたは前記ウェブの厚さ方向での反りを圧延によって矯正する方法であって、
   請求項１に記載の形鋼用曲り矯正装置を用い、前記フランジを前記ウェブとは反対側の面から支持ロールで支持するとともに、前記左右のフランジ部それぞれを前記ウェブ側の面から一対の矯正ロールによって押圧することで前記支持ロールとの対向方向に挟圧し、その挟圧する左右のフランジ部それぞれに対する押圧力を、前記曲りまたは前記反りに応じて設定した所定値に維持するように個別に制御することを特徴とする形鋼の曲り矯正方法。

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