JP6421688B2 - ハット形鋼矢板の製造方法及び粗圧延ロール - Google Patents

Description

本発明は、例えばハット形鋼矢板の製造方法及び粗圧延ロールに関する。

従来より、ハット形形状の両端に継手を有する鋼矢板の製造は孔型圧延法によって行われている。この孔型圧延法の一般的な工程としては、先ず加熱炉において所定の温度に加熱した素材を、孔型を備えた粗圧延機、中間圧延機及び仕上圧延機によって順に圧延することが知られている。

上述した一般的な孔型圧延法によれば、現状、国内で製造されている鋼矢板製品については、矩形断面の素材から製造することが可能である。具体的には、例えば壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが１．０（１０^４ｃｍ^４／ｍ）であり１０Ｈ製品と呼ばれるハット形鋼矢板製品や、壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが２．５（１０^４ｃｍ^４／ｍ）であり２５Ｈ製品と呼ばれるハット形鋼矢板製品は、従来より知られる一般的な孔型圧延法にて製造される。

ハット形鋼矢板の断面の形状・寸法については、その構造性、施工性や経済性を向上させるために種々の工夫が取り入れられている。例えば、特許文献１には、施工性向上の観点から施工時の打設抵抗を低減するため、図１４に示すようなハット形鋼矢板１０１のウェブ１０３（特許文献１においては「中央フランジ部」と呼称）とフランジ１０４、１０５（特許文献１においては「ウェブ部」と呼称）のなす角度αを好適に設計し、特にフランジ１０４、１０５の全体（特許文献１においては「ウェブ部全体」と呼称）を緩傾斜部とした断面にすべきことが開示されている。また、ハット形鋼矢板の製造技術については、継手形状を良好とするため、特許文献２に、図１５に示すように粗圧延段階において粗圧延孔型（特許文献２においては「延伸用孔型」と呼称）に突条形成溝４ａ、４ｂを設け、これにより継手成形のための突条を形成しておき、有効幅の広い継手を造形する技術が開示されている。

なお、特許文献１はハット形鋼矢板製品の断面の寸法・形状に関する技術であり、製品の各部位の名称はハット形鋼矢板の需要家の呼称で記載している。一方、本願発明はハット形鋼矢板の製造技術に関するものであることから、本明細書においては図１４に示すハット形鋼矢板１０１の断面の各部位に付した番号について、ハット形鋼矢板の製造現場での呼称に従って、１０３を「ウェブ」、１０６、１０７を「腕」、１０４、１０５を「フランジ」と呼称する。また、特許文献２では、粗圧延孔型は上ロールに溝ロール、下ロールに突起ロールを配置した形式で記載されているが、後の説明の便宜上、図１５では上ロールに突起ロール、下ロールに溝ロールを配置した形式で記載している。なお、両者の間に圧延造形上の本質的な差異はない。

特許第３４８８２３０号 特許第４２３８７０１号

近年では、鋼矢板壁の構造物としての信頼性の確保、さらに鋼矢板を打設するにあたり、生産性の向上や、コストの効率的な削減が求められているといった観点から、構造性、施工性や経済性に優れた、例えば上記特許文献１に記載されたようなハット形鋼矢板の製造が望まれている。しかしながら、上記特許文献２に記載されているような従来の鋼矢板の製造方法においては、以下のような問題が存在している。
１）粗圧延初期に偏平な矩形断面から略ハット形断面を形成する途中過程で、一時的に被圧延材の長手方向先後端部ではそれ以外の部位よりも局所的に断面の高さが大きくなる。このため、腕を下に、ウェブを上にした逆Ｕ姿勢で圧延した場合には、局所的に長手方向先後端部が上方へ反って危険であり、逆に腕を上に、ウェブを下にしたＵ姿勢で圧延した場合には、長手方向先後端部がローラガング（ローラテーブル）へ衝突しながら通材するため、ローラガングやベアリング（ローラベアリング）等の装置寿命の低下や圧延事故の発生等が懸念される。
２）被圧延材の長手方向先後端のフランジ対応部が長手方向に突出し、いわゆるフィッシュテールと呼ばれる形状不良が発生する。突出したフランジ対応部がローラガングやガイドに突っ掛かって圧延事故を起こすことが懸念される。
３）被圧延材の長手方向先後端域において局所的に爪肉量が不足し、後段の圧延において継手開口部の寸法形状不良等が発生してしまう恐れがある。
このような問題点に対し、従来は被圧延材の長手方向先後端部を不要な部位（いわゆるクロップ部）として切断して対応していたが、このような対応は生産性の低下の要因となっており、抜本的な製造工程の改善が望まれていた。

上記事情に鑑み、本発明の目的は、鋼矢板の製造において、粗圧延工程から仕上圧延工程に至るまでの被圧延材による圧延事故等を回避し、更には被圧延材の長手方向先後端部の形状不良や継手開口部の寸法形状不良等を回避し、生産性の向上が実現されるようなハット形鋼矢板の圧延設備及び製造方法を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明によれば、矩形断面の素材を圧下してハット形鋼矢板を製造する製造方法であって、粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を有し、前記粗圧延工程は、前記素材を矩形断面形状と略ハット形断面形状との間の中間形状に造形する１段階目の孔型と、該中間形状から略ハット形断面形状に造形する２段階目の孔型によって行われ、前記１段階目の孔型の溝ロールは、素材のウェブに対向するウェブ対向部と、素材のフランジに対向するフランジ対向部と、素材の腕に対向する腕対向部からなり、当該１段階目の孔型において、前記フランジ対向部は、前記ウェブ対向部に接続する緩傾斜のフランジ対向部分と、前記腕対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分から構成され、前記２段階目の孔型の突起ロールならびに溝ロールは、素材のウェブに対向するウェブ対向部と、素材のフランジに対向するフランジ対向部と、素材の腕に対向する腕対向部からなり、当該２段階目の孔型において、前記フランジ対向部は、前記ウェブ対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分と、前記腕対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分と、当該２つの急傾斜のフランジ対向部分の間に位置する緩傾斜のフランジ対向部分から構成されることを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造方法が提供される。

前記１段階目の孔型寸法と前記２段階目の孔型寸法とは、以下の式（１）〜（４）を満たしても良い。
Ｆ１＞Ｆ０ ・・・（１）
Ｄ１＞Ｄ０ ・・・（２）
ｄ１≦ｄ０ ・・・（３）
ｂ１≦ｂ０ ・・・（４）
但し、Ｆ０：１段階目の孔型のフランジ投影幅、Ｆ１：２段階目の孔型のフランジ投影幅、Ｄ０：１段階目の孔型の溝深さ、Ｄ１：２段階目の孔型の溝深さ、ｄ０：１段階目の急傾斜のフランジ対向部分の深さ、ｄ１：２段階目の孔型の腕対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分の深さ、ｂ０：１段階目の孔型の左右の緩傾斜のフランジ対向部分の端部間距離、ｂ１：２段階目の孔型の左右の緩傾斜のフランジ対向部分の端部間距離である。

前記１段階目の孔型及び前記２段階目の孔型において、前記急傾斜のフランジ対向部分と前記緩傾斜のフランジ対向部分とがなす角度は鈍角に構成されても良い。

前記１段階目の孔型における前記緩傾斜のフランジ対向部分とロール軸とのなす角度は、前記２段階目の孔型における前記緩傾斜のフランジ対向部分とロール軸とのなす角度と等しく構成されても良い。

前記２段階目の孔型において、最終パスにおける急傾斜のフランジ対向部分の上下ロール隙と、緩傾斜のフランジ対向部分の上下ロール隙は等しく構成されても良い。

また、別な観点からの本発明によれば、上記記載の製造方法で用いられる粗圧延ロールであって、素材を矩形断面形状と略ハット形断面形状との間の中間形状に造形する１段階目の上下一対の孔型ロールと、該中間形状から略ハット形断面形状に造形する２段階目の上下一対の孔型ロールから構成され、前記１段階目の孔型の溝ロールは、素材のウェブに対向するウェブ対向部と、素材のフランジに対向するフランジ対向部と、素材の腕に対向する腕対向部からなり、当該１段階目の孔型において、前記フランジ対向部は、前記ウェブ対向部に接続する緩傾斜のフランジ対向部分と、前記腕対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分から構成され、前記２段階目の孔型の突起ロールならびに溝ロールは、素材のウェブに対向するウェブ対向部と、素材のフランジに対向するフランジ対向部と、素材の腕に対向する腕対向部からなり、当該２段階目の孔型において、前記フランジ対向部は、前記ウェブ対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分と、前記腕対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分と、当該２つの急傾斜のフランジ対向部分の間に位置する緩傾斜のフランジ対向部分から構成されることを特徴とする、粗圧延ロールが提供される。

前記１段階目の孔型寸法と前記２段階目の孔型寸法とは、以下の式（１）〜（４）を満たしても良い。
Ｆ１＞Ｆ０ ・・・（１）
Ｄ１＞Ｄ０ ・・・（２）
ｄ１≦ｄ０ ・・・（３）
ｂ１≦ｂ０ ・・・（４）
但し、Ｆ０：１段階目の孔型のフランジ投影幅、Ｆ１：２段階目の孔型のフランジ投影幅、Ｄ０：１段階目の孔型の溝深さ、Ｄ１：２段階目の孔型の溝深さ、ｄ０：１段階目の急傾斜のフランジ対向部分の深さ、ｄ１：２段階目の孔型の腕対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分の深さ、ｂ０：１段階目の孔型の左右の緩傾斜のフランジ対向部分の端部間距離、ｂ１：２段階目の孔型の左右の緩傾斜のフランジ対向部分の端部間距離である。

前記１段階目の孔型及び前記２段階目の孔型において、前記急傾斜のフランジ対向部分と前記緩傾斜のフランジ対向部分とがなす角度は鈍角に構成されても良い。

前記１段階目の孔型における前記緩傾斜のフランジ対向部分とロール軸とのなす角度は、前記２段階目の孔型における前記緩傾斜のフランジ対向部分とロール軸とのなす角度と等しく構成されても良い。

前記２段階目の孔型において、最終パスにおける急傾斜のフランジ対向部分の上下ロール隙と、緩傾斜のフランジ対向部分の上下ロール隙は等しく構成されても良い。

本発明によれば、鋼矢板の製造において、粗圧延工程から仕上圧延工程に至るまでの被圧延材による圧延事故等を回避し、更には被圧延材の長手方向先後端部の形状不良や継手開口部の寸法形状不良等を回避し、生産性の向上が実現される。

本発明の実施の形態にかかる圧延ラインの概略説明図である。 第１孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第２孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第３孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第４孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第５孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第６孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第７孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 第８孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。 従来の一般的な粗圧延孔型による矩形断面から略ハット形断面を造形する際の変形様式である剪断変形と曲げ変形に関する概略説明図である。 第２孔型での素材の造形の様子（造形後）を示す概略説明図である。 第３孔型での素材の造形の様子（造形前）を示す概略説明図である。 第４孔型に第３孔型で造形された被圧延材（略ハット形断面）が導入されるときの様子を示す概略説明図である。 ハット形鋼矢板の製品断面を示す説明図である。 特許文献２に記載されたハット形鋼矢板の粗圧延法を示し、粗圧延孔型により矩形断面形状から略ハット形断面形状を造形する初期パスでの圧下状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、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。

また、本実施の形態では、説明の都合上、矩形断面を有する材料を素材Ｂと呼称し、素材Ｂを圧下して略ハット形断面形状とした被圧延材を被圧延材Ａと呼称する。即ち、略ハット形断面形状にて圧延ラインＬ上を通材される鋼材を総称して被圧延材Ａと呼称し、また、被圧延材Ａの各部位については以下に記述する別途異なる呼称にて記載するものとする。ここで、被圧延材Ａはハット形鋼矢板製品のウェブ１０３に対応するウェブ対応部３と、ウェブ対応部３の両端部それぞれに接続されるフランジ対応部４、５と、フランジ対応部４、５のそれぞれの先端に形成される腕対応部６、７と、腕対応部６、７の先端に形成される継手対応部８、９から構成されている。また、継手対応部８、９の先端には爪対応部８ａ、９ａが形成されている。

図１は、本発明の実施の形態にかかる圧延設備であるハット形鋼矢板を製造する圧延ラインＬと、圧延ラインＬに備えられる圧延機についての説明図である。図１に示すように、圧延ラインＬには、粗圧延機（ＢＤ）１１、第１中間圧延機（Ｒ１）１３、第２中間圧延機（Ｒ２）１４、仕上圧延機（Ｆ）１９が順に配置されている。圧延ラインＬは複数のラインＬ１〜Ｌ３によって構成されており、ラインＬ１とラインＬ２が隣接し、ラインＬ２とラインＬ３が隣接している。それぞれのラインＬ１〜Ｌ３は、互いの一部が重なるようにして直列的に連結しており、被圧延材ＡはＬ１からＬ２、あるいはＬ２からＬ３に、その幅方向に平行移動して圧延ラインＬを進む構成となっている。

また、図１に示すように、ラインＬ１には粗圧延機１１が配置され、ラインＬ２には第１中間圧延機１３が配置され、ラインＬ３には第２中間圧延機１４及び仕上圧延機１９が配置されている。各ラインＬ１〜Ｌ３にはそれぞれ別の被圧延材Ａを載せて圧延を行うことが可能であり、圧延ラインＬ上において複数の被圧延材Ａの圧延を同時に並行して実施することが可能な構成となっている。

図１に示す圧延ラインＬにおいては、図示しない加熱炉において加熱された矩形断面形状の素材（素材Ｂ、後の被圧延材Ａ）が粗圧延機１１〜仕上圧延機１９において順次圧延され、最終製品であるハット形鋼矢板となる。即ち、素材Ｂ（被圧延材Ａ）に対して粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程をこの順に行うことで最終製品が製造される。

以下では、圧延ラインＬに配置される粗圧延機１１、第１中間圧延機１３、第２中間圧延機１４、仕上圧延機１９（以下、粗圧延機１１〜仕上圧延機１９といったように複数の圧延機を略して記載する）に刻設される孔型の構成について、圧延ラインＬの上流から順を追って図面を参照して簡単に説明する。なお、上記粗圧延機１１、第１中間圧延機１３、第２中間圧延機１４、仕上圧延機１９は従来から用いられている一般的な設備であるため、本明細書における以下の記述では孔型構成の説明に注視し、各圧延機の詳細な設備構成等についての説明は省略する。

また、図２〜図９を参照して以下に説明する孔型は、粗圧延機１１〜仕上圧延機１９の各圧延機に刻設されるものであるが、以下に説明する各孔型をどの圧延機に刻設するかは、通常は生産性（能率・歩留）や作業性を考慮した上で、設備状況や製品寸法等の条件によって適宜変更可能なものである。そこで、本実施の形態ではこれらの孔型を第１孔型Ｋ１〜第８孔型Ｋ８と呼称し、それぞれの孔型は圧延ラインＬ上流側から順に刻設されていれば良いものとして説明する。なお、図３〜図９には、参考のためにそれぞれの孔型にて圧下・造形される素材Ｂ、被圧延材Ａの形状を一点鎖線にて図示している。

但し、以下に説明する本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第８孔型Ｋ８の構成は、図示の形態に限られるものではなく、例えば、各種孔型の修正孔型の増減配列については設備状況や製品寸法等の条件に応じて適宜変更可能である。

図２は、第１孔型Ｋ１の孔型形状についての概略的な説明図である。図２に示すように、第１孔型Ｋ１は上孔型ロール２０ａと下孔型ロール２０ｂから構成されるボックス孔型であり、該ボックス孔型の孔底は所定のテーパー形状となっている。この第１孔型Ｋ１により、矩形断面形状の素材Ｂの幅方向端部の短辺部にテーパー形状を付与し、かつ長手方向均一な幅寸法にするために、図示しない矩形断面形状の素材Ｂを立てた状態（鋼矢板の幅方向を鉛直方向とした状態）で幅方向に軽く圧下（所謂エッジング圧延）が施される。なお、矩形断面形状の素材Ｂの幅方向端部にテーパー形状を付与するのは、後述する第２孔型Ｋ２の孔型形状に好適に噛み込ませ、所望の圧下を安定して行い、両端部に所望の肉量を有する爪を形成するためである。この図２に示す第１孔型Ｋ１は所謂エッジング孔型と呼称される。

また、図３は、第２孔型Ｋ２の孔型形状についての概略的な説明図である。図３に示すように、第２孔型Ｋ２は突起ロールとしての上孔型ロール３０ａと、溝ロールとしての下孔型ロール３０ｂから構成され、この第２孔型Ｋ２によって、上記第１孔型Ｋ１においてエッジング圧延された矩形断面形状の素材Ｂ（後の被圧延材Ａ）全体に対して圧下が行われる。ここで、上記第１孔型Ｋ１における圧下では素材Ｂを立てた状態とされるが、その後、素材Ｂは９０°あるいは２７０°回転させられ、第２孔型Ｋ２では素材Ｂの幅方向を水平方向とした状態（鋼矢板の幅方向を水平方向とした状態）で圧下が行われ、断面が矩形断面形状と略ハット形断面形状との間の中間形状とする圧延造形が行われる。

上孔型ロール３０ａは、素材Ｂのウェブ対応部３の上面に対向するウェブ対向部３２と、フランジ対応部４、５の上面に対向するフランジ対向部３４、３５と、腕対応部６、７の上面に対向する腕対向部３７、３８から構成されている。
一方、下孔型ロール３０ｂは、素材Ｂのウェブ対応部３の下面に対向するウェブ対向部４２と、フランジ対応部４、５の下面に対向するフランジ対向部４４、４５と、腕対応部６、７の下面に対向する腕対向部４７、４８から構成されている。更に、フランジ対向部４４、４５は傾斜の異なる複数の部位から構成されており、ウェブ対向部４２に接続する緩傾斜のフランジ対向部分４４ａ、４５ａと、腕対向部４７、４８に接続する急傾斜のフランジ対向部分４４ｂ、４５ｂから構成されている。

ここで、図３に示すように、第２孔型Ｋ２の各寸法を、全体の溝深さＤ０、急傾斜のフランジ対向部分４４ｂ、４５ｂの深さｄ０、フランジ投影幅Ｆ０、左右の緩傾斜のフランジ対向部分４４ａ、４５ａの端部間距離（左右間距離）ｂ０、緩傾斜のフランジ対向部分４４ａ、４５ａの傾斜角度（ロール軸とのなす角度）α０とする。

また、図４は、第３孔型Ｋ３の孔型形状についての概略的な説明図である。図４に示すように、第３孔型Ｋ３は突起ロールとしての上孔型ロール５０ａと、溝ロールとしての下孔型ロール５０ｂから構成され、この第３孔型Ｋ３では、第２孔型Ｋ２において造形された素材Ｂ（後の被圧延材Ａ）に対し更なる圧下が加えられ、断面形状が中間形状（矩形断面形状と略ハット形断面形状との中間形状）から略ハット形断面形状となるような圧下が素材Ｂ全体に対して行われる。
なお、ここで略ハット形断面形状とは、素材Ｂにおいてウェブに対応する部分（ウェブ対応部３）、フランジに対応する部分（フランジ対応部４、５）、腕に対応する部分（腕対応部６、７）それぞれの境界が明確である程度に圧下された断面形状を言い、必ずしも継手形状等の細かな形状まで成形された断面形状を示すものではない。

上孔型ロール５０ａは、素材Ｂのウェブ対応部３の上面に対向するウェブ対向部５２と、フランジ対応部４、５の上面に対向するフランジ対向部５４、５５と、腕対応部６、７の上面に対向する腕対向部５７、５８から構成されている。更に、フランジ対向部５４、５５は３箇所の部位によって構成され、即ち、ウェブ対向部５２に接続する急傾斜のフランジ対向部分５４ａ、５５ａと、腕対向部５７、５８に接続する急傾斜のフランジ対向部分５４ｃ、５５ｃと、それらの中間に位置する緩傾斜のフランジ対向部分５４ｂ、５５ｂから構成されている。

また、下孔型ロール５０ｂは、素材Ｂのウェブ対応部３の下面に対向するウェブ対向部６２と、フランジ対応部４、５の下面に対向するフランジ対向部６４、６５と、腕対応部６、７の下面に対向する腕対向部６７、６８から構成されている。更に、フランジ対向部６４、６５は３箇所の部位によって構成され、即ち、ウェブ対向部６２に接続する急傾斜のフランジ対向部分６４ａ、６５ａと、腕対向部６７、６８に接続する急傾斜のフランジ対向部分６４ｃ、６５ｃと、それらの間（略中間位置）に位置する緩傾斜のフランジ対向部分６４ｂ、６５ｂから構成されている。

ここで、図４に示すように、第３孔型Ｋ３の各寸法を、全体の溝深さＤ１、腕対向部６７、６８に接続する急傾斜のフランジ対向部分６４ｃ、６５ｃの深さｄ１、フランジ投影幅Ｆ１とする。
また、緩傾斜のフランジ対向部分６４ｂ、６５ｂの端部間距離（左右間距離）ｂ１、緩傾斜のフランジ対向部分６４ｂ、６５ｂの傾斜角度（ロール軸とのなす角度）α１とする。
また、この第３孔型Ｋ３での圧延の最終パスにおける急傾斜のフランジ対向部分のロール隙をｔｆ、緩傾斜のフランジ対向部分のロール隙をｔｓとする。

図５は、第４孔型Ｋ４の孔型形状についての概略的な説明図である。図５に示すように、第４孔型Ｋ４は突起ロールとしての上孔型ロール７０ａと溝ロールとしての下孔型ロール７０ｂから構成され、この第４孔型Ｋ４によって爪対応部が形成されると共に、被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに成形（厚み延伸圧延）が行われ、よりハット形鋼矢板製品に近い形状とされる。

図６は、第５孔型Ｋ５の孔型形状についての概略的な説明図である。図６に示すように、第５孔型Ｋ５は突起ロールとしての上孔型ロール８０ａと溝ロールとしての下孔型ロール８０ｂから構成され、この第５孔型Ｋ５によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに成形が行われる。具体的には、爪対応部８ａ、９ａの高さ（図中、上下方向の高さｈ１）を調整して２つの爪対応部８ａ、９ａの高さを揃える爪高さ成形と、被圧延材Ａ全体の厚み圧下が同時に行われる。なお、この第５孔型Ｋ５のような爪対応部８ａ、９ａの高さを揃える成形は爪成形工程と呼称され、爪成形工程を行う孔型は爪成形孔型と呼称される。

図７は、第６孔型Ｋ６の孔型形状についての概略的な説明図である。図７に示すように、第６孔型Ｋ６は突起ロールとしての上孔型ロール９０ａと溝ロールとしての下孔型ロール９０ｂから構成され、この第６孔型Ｋ６によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに成形（厚み延伸圧延）が行われる。

図８は、第７孔型Ｋ７の孔型形状についての概略的な説明図である。図８に示すように、第７孔型Ｋ７は突起ロールとしての上孔型ロール１００ａと溝ロールとしての下孔型ロール１００ｂから構成され、この第７孔型Ｋ７によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに成形が行われ、特に、爪対応部８ａ、９ａの高さ（図中、上下方向の高さｈ２）を調整して２つの爪対応部８ａ、９ａの高さを揃える爪高さ成形が行われる。但し、第７孔型Ｋ７では、被圧延材Ａ全体の厚み圧下を積極的に行う第６孔型Ｋ６に比べ厚み圧下量は小さい。

図９は、第８孔型Ｋ８の孔型形状についての概略的な説明図である。図９に示すように、第８孔型Ｋ８は突起ロールとしての上孔型ロール１１０ａと溝ロールとしての下孔型ロール１１０ｂから構成され、この第８孔型Ｋ８では、被圧延材Ａの継手対応部８、９の曲げ成形と、軽圧下圧延による被圧延材Ａ全体の整形が行われる。具体的には、爪対応部８ａ、９ａを含む継手対応部８、９全体を製品の継手形状となるように曲げる継手成形が行われる。これにより、第８孔型Ｋ８では、ハット形鋼矢板製品の形状まで被圧延材Ａが成形されることとなる。なお、この第８孔型Ｋ８のような継手対応部８、９全体を曲げ成形する孔型は仕上孔型と呼称される。

以上、図２〜図９を参照して第１孔型Ｋ１〜第８孔型Ｋ８の孔型形状とその機能について説明した。上述したように、ハット形鋼矢板の孔型圧延法は粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程からなり、例えば第１孔型Ｋ１〜第７孔型Ｋ７までの孔型において粗圧延工程及び中間圧延工程が順次行われ、第８孔型Ｋ８において仕上圧延工程が行われる。ここで、第４孔型Ｋ４〜第８孔型Ｋ８の孔型形状はいずれも略ハット形断面形状であるが、後段の孔型へいくほど製品形状に近い形状にて刻設されている。即ち、最終工程である仕上圧延が行われる第８孔型Ｋ８の形状は、略ハット形鋼矢板製品形状となる。

本実施の形態では、圧延ラインＬには、粗圧延機（ＢＤ）１１、第１中間圧延機（Ｒ１）１３、第２中間圧延機（Ｒ２）１４、仕上圧延機（Ｆ）１９が順に配置されているものとしているが、上記第１孔型Ｋ１〜第８孔型Ｋ８は各圧延機に任意の構成にて分散して刻設される。一例としては、粗圧延機１１に第１孔型Ｋ１〜第３孔型Ｋ３が刻設され、第１中間圧延機１３に第４孔型Ｋ４及び第５孔型Ｋ５が刻設され、第２中間圧延機１４に第６孔型Ｋ６及び第７孔型Ｋ７が刻設され、仕上圧延機１９に第８孔型Ｋ８が刻設されるといった構成が挙げられる。ただし、本発明における孔型構成はこのような構成に限定されるものではない。

本発明者らは、従来、矩形断面形状の素材Ｂから略ハット形断面形状を造形するための粗圧延工程（上記第２孔型Ｋ２、第３孔型Ｋ３での造形工程に相当）において、以下のような問題点があることに鑑み、その問題点に関する原因について鋭意検討を行った。
１）粗圧延初期に偏平な矩形断面から略ハット形断面を形成する途中過程で、一時的に被圧延材の長手方向先後端部ではそれ以外の部位よりも局所的に断面の高さが大きくなる。このため、腕を下に、ウェブを上にした逆Ｕ型姿勢で圧延した場合には局所的に長手方向先後端部が上方へ反って危険であり、逆に腕を上に、ウェブを下にしたＵ姿勢で圧延した場合には長手方向先後端部がローラガング（ローラテーブル）へ衝突しながら通材するため、ローラガングやベアリング（ローラベアリング）等の装置寿命の低下や圧延事故の発生等が懸念される。
２）被圧延材の長手方向先後端のフランジ対応部が長手方向に突出し、いわゆるフィッシュテールと呼ばれる形状不良が発生する。突出したフランジ対応部がローラガングやガイドに突っ掛かって圧延事故を起こすことが懸念される。
３）被圧延材の長手方向先後端域において局所的に爪肉量が不足し、後段の圧延において継手開口部の寸法形状不良等が発生してしまう恐れがある。

本発明者らの検討によれば、粗圧延工程における素材Ｂの変形は剪断変形と曲げ変形が混在した形の変形となっている。図１０は剪断変形と曲げ変形に関する概略説明図であり、図１５にしめすような従来の粗圧延工程において突起ロールである上孔型ロールと、溝ロールである下孔型ロールとの間における素材Ｂの変形の様子を模式的に図示したものである。図１０（ａ）は剪断変形を示し、図１０（ｂ）は曲げ変形を示している。

素材Ｂの長手方向先後端部は、片側が周囲のメタルの拘束のない自由端であり、周囲のメタルによる拘束が弱いため、図１０（ｂ）に示す曲げ変形が特に優勢となる。曲げ変形が優勢な長手方向先後端部では、図１０（ｂ）に示すように、剪断変形が優勢な長手方向の他の部位よりも早くに溝ロール（下孔型ロール）にメタルが充満するため、特にウェブに相当する部位が局所的に下方に変形してしまう。その結果、図１０のように腕を上に、ウェブを下にしたＵ姿勢で圧延した場合には、素材Ｂの長手方向先後端部がローラガングへ衝突しながら通材することになり、通材不良や装置寿命の低下、圧延事故等が発生する恐れがある。また、腕を下に、ウェブを上にした逆Ｕ姿勢で圧延した場合には、局所的に長手方向先後端部が上方へ反って危険である。

また、曲げ変形では、矩形断面形状である素材Ｂの板厚中心線（図１０（ｂ）において一点鎖線で示す）の長さは変化しないため、板厚中心線長さは略ハット形断面として必要な線長まで達しない。このため、溝ロール（下孔型ロール）の両端から素材Ｂ端部が離間し、将来鋼矢板の継手部を構成する爪の肉量（メタル量）が不足し、長手方向先後端部で局所的な継手開口部の形状不良等が発生してしまう恐れがある。

更には、曲げ変形では図１０（ｂ）に示すように、ウェブ及び腕に相当する部位に対する圧下がまだ始まっていない段階で、既にフランジに相当する部位の圧下が始まっている。即ち、フランジに相当する部位の圧下が早まるため、素材Ｂの長手方向先後端部ではフランジ対応部が突出し、いわゆるフィッシュテールと呼ばれる形状不良が発生する。

そこで、本実施の形態に係るハット形鋼矢板の製造方法によれば、粗圧延工程での素材Ｂの造形を、図３に示す第２孔型Ｋ２と図４に示す第３孔型Ｋ３の２段階にて実施し、上記問題点を回避するものとしている。
上述したように、素材Ｂの長手方向先後端部での問題点は、長手方向先後端部において曲げ変形が優勢となってしまうことに起因している。即ち、粗圧延工程における曲げ変形を抑制し、剪断変形を促進することで上記問題点は回避される。

ここで、図１０に示すような従来の一般的な粗圧延孔型のフランジ投影幅をＦ、溝深さをＤとした場合に、図３の第２孔型Ｋ２に示すフランジ投影幅Ｆ０を従来孔型のフランジ投影幅Ｆよりも小さい値とし（即ち、Ｆ０＜Ｆ）、溝深さＤ０を従来孔型の溝深さＤより小さい値とする（即ち、Ｄ０＜Ｄ）。なお、上記フランジ投影幅Ｆ、溝深さＤは、所望する略ハット形断面材をただ一つの孔型で造形しようとした場合には必須な寸法である。
素材Ｂの粗圧延においては、フランジ投影幅が大きい程、当該素材Ｂに対して大きな曲げモーメントが作用し、曲げ変形が優勢となる。また、溝深さが大きい程、曲げ変形が継続するパス数が多くなる。従って、従来に比べフランジ投影幅および溝深さが小さい第２孔型Ｋ２での圧延工程では、従来に比べ曲げ変形が抑制され、剪断変形が促進される。これにより、上記問題点を生じさせることなく、素材Ｂの圧下・造形が実施される。

一方で、第２孔型Ｋ２の構成においてフランジ投影幅Ｆ０及び溝深さＤ０を従来よりも小さい値に設計したために、この第２孔型Ｋ２のみでは素材Ｂを所望の形状まで造形することができない。具体的には、第２孔型Ｋ２のみでは、素材Ｂを略ハット形断面形状に近づける造形において、十分な高さを有する形状まで造形することができない。図１１は、第２孔型Ｋ２での素材Ｂ（後の被圧延材Ａ）の造形の様子（造形後）を示す概略説明図である。図１１に示すように、第２孔型Ｋ２では、特に溝深さＤ０を従来よりも小さい値としたことで、高さ方向（素材Ｂの厚み方向）に対する圧下が十分に行われず、従来の粗圧延工程に比べ造形後の形状がスラブ形状に近い形状に留まってしまう。

そこで、本実施の形態においては、粗圧延工程の２段階目として、第３孔型Ｋ３を用いた造形が行われる。図１２は、第３孔型Ｋ３での素材Ｂ（後の被圧延材Ａ）の造形の様子（造形前）を示す概略説明図である。図１２に示すように、第３孔型Ｋ３では、第２孔型Ｋ２での造形後の素材Ｂが、その下面が緩傾斜のフランジ対向部分６４ｂ、６５ｂを底として支持され造形が開始される。この第３孔型Ｋ３にあっては、フランジ対向部６４ａ、６５ａの投影長ｆが従来孔型のフランジ投影幅Ｆに比べ短く構成される。
ｆの値が小さいため、ロールから受ける曲げモーメント（＝ロールから受ける押圧力×てこの長さ（ｆ））が小さい値に抑えられ、素材Ｂの断面に作用する曲げモーメントに基づく垂直応力による材料の降伏よりも、ロールからの押圧力に基づく剪断応力による材料の剪断降伏が優勢となる。その結果、素材Ｂの変形は剪断変形が優勢となるのである。

以下では、図３、４、１１、１２を参照して、第２孔型Ｋ２及び第３孔型Ｋ３の好適な寸法条件について説明する。先ず、上述したように、第２孔型Ｋ２ではフランジ投影幅Ｆ０及び溝深さＤ０を従来よりも小さい値に設計したため素材Ｂに対する圧下・造形が十分に行われないといった観点から、所望の断面の粗形材を得るために、第３孔型Ｋ３のフランジ投影幅Ｆ１はＦ０よりも大きい値とし、溝深さＤ１はＤ０よりも大きい値とする必要がある。即ち、第２孔型Ｋ２及び第３孔型Ｋ３の寸法条件としては、以下の式（１）、（２）を満たす必要がある。
Ｆ１＞Ｆ０ ・・・（１）
Ｄ１＞Ｄ０ ・・・（２）

また、第２孔型Ｋ２で造形後の素材Ｂが第３孔型の緩傾斜のフランジ対向部分６４ｂ、６５ｂを底として安定して支持される必要があることから、第２孔型Ｋ２における急傾斜のフランジ対向部分４４ｂ、４５ｂの深さｄ０は、第３孔型Ｋ３における急傾斜のフランジ対向部分６４ｃ、６５ｃの深さｄ１以上の値とすることが好ましい。同様に、第２孔型Ｋ２における左右の緩傾斜のフランジ対向部分４４ａ、４５ａの端部間距離（左右間距離）ｂ０は、第３孔型Ｋ３における緩傾斜のフランジ対向部分６４ｂ、６５ｂの端部間距離（左右間距離）ｂ１以上の値とすることが好ましい。即ち、第２孔型Ｋ２及び第３孔型Ｋ３の寸法条件としては、以下の式（３）、（４）を満たす必要がある。
ｄ１≦ｄ０ ・・・（３）
ｂ１≦ｂ０ ・・・（４）

また、第２孔型Ｋ２における緩傾斜のフランジ対向部分４４ａ、４５ａと急傾斜のフランジ対向部分４４ｂ、４５ｂとがなす角度θ０は鈍角（９０°超１８０°未満）であることが望ましい。
更には、第３孔型Ｋ３における緩傾斜のフランジ対向部分６４ｂ、６５ｂと急傾斜のフランジ対向部分６４ｃ、６５ｃとがなす角度θ１も鈍角（９０°超１８０°未満）であることが望ましい。
このようにθ０、θ１を鈍角に構成することで、後段の第４孔型Ｋ４以降の孔型において、被圧延材Ａのフランジ対応部４、５の段付き形状を効率的に消去することが可能となる。

図１３は、第４孔型Ｋ４に第３孔型Ｋ３で造形された被圧延材Ａ（略ハット形断面）が導入されるときの様子を示す概略説明図である。図１３の右下拡大図から分かるように、θ１が鈍角であれば、緩傾斜のフランジ対応部（段付き形状）と両側の急傾斜のフランジ対応部は図中の○印の方向に回転するが、θ１が直角以下の角度であれば図中の×印の方向に回転する恐れがあり、×印の方向に回転するとラップ疵に発展し不良となる。従って段付き形状を効率的に消去するためにはθ１は鈍角であることが望ましい。また、第３孔型Ｋ３の圧延では第２孔型Ｋ２で造形された被圧延材Ａの段付き形状を安定的に支える必要があることから、θ０についても鈍角に設定することが望ましい。

また、第２孔型Ｋ２における緩傾斜のフランジ対向部分４４ａ、４５ａの傾斜角度（ロール軸とのなす角度）α０と、第３孔型Ｋ３における緩傾斜のフランジ対向部分６４ｂ、６５ｂの傾斜角度（ロール軸とのなす角度）α１は等しい角度であることが望ましい。即ち、第２孔型Ｋ２及び第３孔型Ｋ３の寸法条件としては、以下の式（５）を満たす必要がある。
α０＝α１ ・・・（５）
これは、第２孔型Ｋ２において造形された素材Ｂが、第３孔型Ｋ３の内部においてその姿勢を崩すことなく、適切に噛み込まれるための条件であり、この式（５）に示す条件を満たさないと、通材不良等が生じてしまう恐れがある。即ち、式（５）は、第２孔型Ｋ２の左右の緩傾斜のフランジ対向部分４４ａ、４５ａで形成された素材Ｂの段付き部１４４ａ、１４５ａが、図１２に示すように第３孔型Ｋ３に噛み込まれる際に、その緩傾斜のフランジ対向部分６４ａ、６４ｂを底として、安定的に支持されるための条件である。

また、第３孔型Ｋ３での圧延の最終パスにおける急傾斜のフランジ対向部分のロール隙ｔｆと、緩傾斜のフランジ対向部分のロール隙ｔｓは等しいことが好ましい。即ち、第３孔型Ｋ３の寸法条件としては、以下の式（６）を満たすことが好ましい。
ｔｆ＝ｔｓ ・・・（６）
ｔｆ：最終パスでの急傾斜のフランジ対向部分のロール隙
ｔｓ：最終パスでの緩傾斜のフランジ対向部分のロール隙
これは、第４孔型Ｋ４以降での圧延・造形において、被圧延材Ａのフランジ対応部４、５の厚みが均一になるための条件である。

以上、本実施の形態に係るハット形鋼矢板の製造方法によれば、特に図３及び図４を参照して説明したような、所定の寸法条件を満たすような第２孔型Ｋ２、第３孔型Ｋ３を用いて粗圧延工程が２段階で実施される。これにより、素材Ｂの長手方向先後端部において粗圧延での変形が曲げ変形優勢とならず、被圧延材の長手方向先後端部（特に、ウェブに対応する部位）がローラガングに衝突するといった通材不良や、被圧延材の長手方向先後端のフランジ対応部が長手方向に突出する形状不良（いわゆるフィッシュテール）や、被圧延材の長手方向先後端域において局所的に爪肉量が不足することによる継手開口部の寸法形状不良などが生じるのを回避することができる。

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。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想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。

例えば、上記実施の形態では、ハット形鋼矢板製品を製造する場合を例に挙げて図示・説明しているが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。具体的には、傾斜した形状のフランジを有する鋼矢板製品であれば、本発明を適用して、被圧延材に対して長手方向先後端部における曲げ変形が優勢となるような粗圧延工程を回避することが可能であり、例えばＵ形鋼矢板等のフランジを有する鋼矢板製品の製造に適用することが可能である。

また、上記実施の形態においては、圧延機に刻設される孔型の構成として、粗圧延機１１に第１孔型Ｋ１〜第３孔型Ｋ３が刻設され、第１中間圧延機１３に第４孔型Ｋ４及び第５孔型Ｋ５が刻設され、第２中間圧延機１４に第６孔型Ｋ６及び第７孔型Ｋ７が刻設され、仕上圧延機１９に第８孔型Ｋ８が刻設されるといった構成を挙げたが、本発明における各圧延機での孔型の刻設は任意に定めることができる。特に、従来の鋼矢板製品を製造していた圧延ラインに対して本発明を適用する場合には、粗圧延工程に要する孔型を増設する構成となるため、各圧延機における孔型構成には工夫が必要となる。

更に、上記実施の形態では、図３〜図１３及び図１５において一連の孔型列の突起ロールを上孔型ロールとし、溝ロールを下孔型ロールとして配置した構成、所謂Ｕ姿勢圧延でハット形鋼矢板の圧延を行う場合について説明した。しかし、このような一連の孔型列の一部又は全部について、突起ロールを下孔型ロールとし、溝ロールを上孔型ロールとして配置した構成、所謂逆Ｕ姿勢圧延でハット形鋼矢板の圧延を行っても良い。

本発明は、例えばハット形鋼矢板の製造方法及び粗圧延ロールに適用できる。

３…ウェブ対応部
４、５…フランジ対応部
６、７…腕対応部
８、９…継手対応部
８ａ、９ａ…爪対応部
１１…粗圧延機
１３…第１中間圧延機
１４…第２中間圧延機
１９…仕上圧延機
３２、４２…（第２孔型の）ウェブ対向部
３４、３５、４４、４５…（第２孔型の）フランジ対向部
３７、３８、４７、４８…（第２孔型の）腕対向部
５２、６２…（第３孔型の）ウェブ対向部
５４、５５、６５、６５…（第３孔型の）フランジ対向部
５７、５８、６７、６８…（第３孔型の）腕対向部
１０１…ハット形鋼矢板製品
１０３…ハット形鋼矢板製品のウェブ
１０４、１０５…ハット形鋼矢板製品のフランジ
１０６、１０７…ハット形鋼矢板製品の腕
１４４ａ、１４５ａ…第２孔型の左右の緩傾斜のフランジ対向部分で形成された素材Ｂの左右の段付き部
Ａ…被圧延材
Ｂ…素材
Ｋ１〜Ｋ８…第１孔型〜第８孔型
Ｌ（Ｌ１〜Ｌ３）…圧延ライン

Claims (10)

1. 矩形断面の素材を圧下してハット形鋼矢板を製造する製造方法であって、
   粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を有し、
   前記粗圧延工程は、前記素材を矩形断面形状と略ハット形断面形状との間の中間形状に造形する１段階目の孔型と、該中間形状から略ハット形断面形状に造形する２段階目の孔型によって行われ、
   前記１段階目の孔型の溝ロールは、素材のウェブに対向するウェブ対向部と、素材のフランジに対向するフランジ対向部と、素材の腕に対向する腕対向部からなり、
   当該１段階目の孔型において、前記フランジ対向部は、前記ウェブ対向部に接続する緩傾斜のフランジ対向部分と、前記腕対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分から構成され、
   前記２段階目の孔型の突起ロールならびに溝ロールは、素材のウェブに対向するウェブ対向部と、素材のフランジに対向するフランジ対向部と、素材の腕に対向する腕対向部からなり、
   当該２段階目の孔型において、前記フランジ対向部は、前記ウェブ対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分と、前記腕対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分と、当該２つの急傾斜のフランジ対向部分の間に位置する緩傾斜のフランジ対向部分から構成されることを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造方法。
2. 前記１段階目の孔型寸法と前記２段階目の孔型寸法とは、以下の式（１）〜（４）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のハット形鋼矢板の製造方法。
   Ｆ１＞Ｆ０ ・・・（１）
   Ｄ１＞Ｄ０ ・・・（２）
   ｄ１≦ｄ０ ・・・（３）
   ｂ１≦ｂ０ ・・・（４）
   但し、Ｆ０：１段階目の孔型のフランジ投影幅、Ｆ１：２段階目の孔型のフランジ投影幅、Ｄ０：１段階目の孔型の溝深さ、Ｄ１：２段階目の孔型の溝深さ、ｄ０：１段階目の急傾斜のフランジ対向部分の深さ、ｄ１：２段階目の孔型の腕対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分の深さ、ｂ０：１段階目の孔型の左右の緩傾斜のフランジ対向部分の端部間距離、ｂ１：２段階目の孔型の左右の緩傾斜のフランジ対向部分の端部間距離である。
3. 前記１段階目の孔型及び前記２段階目の孔型において、
   前記急傾斜のフランジ対向部分と前記緩傾斜のフランジ対向部分とがなす角度は鈍角に構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のハット形鋼矢板の製造方法。
4. 前記１段階目の孔型における前記緩傾斜のフランジ対向部分とロール軸とのなす角度は、前記２段階目の孔型における前記緩傾斜のフランジ対向部分とロール軸とのなす角度と等しく構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハット形鋼矢板の製造方法。
5. 前記２段階目の孔型において、最終パスにおける急傾斜のフランジ対向部分の上下ロール隙と、緩傾斜のフランジ対向部分の上下ロール隙は等しく構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハット形鋼矢板の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法で用いられる粗圧延ロールであって、
   素材を矩形断面形状と略ハット形断面形状との間の中間形状に造形する１段階目の上下一対の孔型ロールと、該中間形状から略ハット形断面形状に造形する２段階目の上下一対の孔型ロールから構成され、
   前記１段階目の孔型の溝ロールは、素材のウェブに対向するウェブ対向部と、素材のフランジに対向するフランジ対向部と、素材の腕に対向する腕対向部からなり、
   当該１段階目の孔型において、前記フランジ対向部は、前記ウェブ対向部に接続する緩傾斜のフランジ対向部分と、前記腕対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分から構成され、
   前記２段階目の孔型の突起ロールならびに溝ロールは、素材のウェブに対向するウェブ対向部と、素材のフランジに対向するフランジ対向部と、素材の腕に対向する腕対向部からなり、
   当該２段階目の孔型において、前記フランジ対向部は、前記ウェブ対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分と、前記腕対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分と、当該２つの急傾斜のフランジ対向部分の間に位置する緩傾斜のフランジ対向部分から構成されることを特徴とする、粗圧延ロール。
7. 前記１段階目の孔型寸法と前記２段階目の孔型寸法とは、以下の式（１）〜（４）を満たすことを特徴とする、請求項６に記載の粗圧延ロール。
   Ｆ１＞Ｆ０ ・・・（１）
   Ｄ１＞Ｄ０ ・・・（２）
   ｄ１≦ｄ０ ・・・（３）
   ｂ１≦ｂ０ ・・・（４）
   但し、Ｆ０：１段階目の孔型のフランジ投影幅、Ｆ１：２段階目の孔型のフランジ投影幅、Ｄ０：１段階目の孔型の溝深さ、Ｄ１：２段階目の孔型の溝深さ、ｄ０：１段階目の急傾斜のフランジ対向部分の深さ、ｄ１：２段階目の孔型の腕対向部に接続する急傾斜のフランジ対向部分の深さ、ｂ０：１段階目の孔型の左右の緩傾斜のフランジ対向部分の端部間距離、ｂ１：２段階目の孔型の左右の緩傾斜のフランジ対向部分の端部間距離である。
8. 前記１段階目の孔型及び前記２段階目の孔型において、
   前記急傾斜のフランジ対向部分と前記緩傾斜のフランジ対向部分とがなす角度は鈍角に構成されることを特徴とする、請求項６又は７に記載の粗圧延ロール。
9. 前記１段階目の孔型における前記緩傾斜のフランジ対向部分とロール軸とのなす角度は、前記２段階目の孔型における前記緩傾斜のフランジ対向部分とロール軸とのなす角度と等しく構成されることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一項に記載の粗圧延ロール。
10. 前記２段階目の孔型において、最終パスにおける急傾斜のフランジ対向部分の上下ロール隙と、緩傾斜のフランジ対向部分の上下ロール隙は等しく構成されることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一項に記載の粗圧延ロール。

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