JP6447286B2 - Ｈ形鋼の製造方法及びｈ形鋼製品 - Google Patents

Description

本発明は、例えば矩形断面であるスラブ等を素材としてＨ形鋼を製造する製造方法及びＨ形鋼製品に関する。

Ｈ形鋼を製造する場合には、加熱炉から抽出されたスラブやブルーム等の素材を粗圧延機（ＢＤ）によって粗形材（所謂ドッグボーン形状の被圧延材）に造形し、中間ユニバーサル圧延機によって上記粗形材のウェブやフランジの厚さを圧下し、併せて前記中間ユニバーサル圧延機に近接したエッジャー圧延機によって被圧延材のフランジに対し幅圧下や端面の鍛錬と整形が施される。そして、仕上ユニバーサル圧延機によってＨ形鋼製品が造形される。

近年、建築構造物の大型化や海洋構造物への利用に伴い、従来に比べ大型のＨ形鋼製品の製造が求められており、特に、フランジ幅やフランジ厚を増した製品が望まれている。スラブ等の矩形断面素材を用いた製造工程において、フランジ幅及びフランジ厚を増やす技術としては、被圧延材の上下端面（スラブ端面）に割り込みを形成させて当該割り込みを押し広げる技術（所謂ウェッジ法）が知られている。

このうち、フランジ厚を増厚する技術については、例えば特許文献１に、被圧延材の上下端部（スラブ端面）の両側を拘束した状態で圧下を加えて割り込みを押し広げるエッジング圧延を行う技術が開示されている。この技術によれば、被圧延材の上下端部両側を拘束して圧下を行っているため、フランジ先端部に肉溜まりを生じさせ厚肉化を図ることが可能である。

また、例えば特許文献２には、被圧延材の上下端部（スラブ端面）を拘束せずに割り込みを形成させ、エッジング圧延を行うことで当該割り込みを押し広げる技術が開示されている。この技術によれば、エッジング圧延の圧下率に応じてフランジの増厚を図ることが可能である。

特開平７−８８５０１号公報 特開平１１−３４７６０１号公報

しかしながら、例えば上記特許文献１に開示されているように、被圧延材の上下端部（スラブ端面）の両側を拘束してエッジング圧延を行った場合、孔型において左右フランジ部の拡がりを完全に拘束した状態でエッジング圧延を行うため、被圧延材の長手方向への延伸が支配的となり、フランジ部の増厚の効率が低い。例えば、孔型条件を適正にして実施した場合でも、フランジ先端部から付け根までの厚みの平均値が素材スラブ厚の１／２以上となるような圧延は本技術では実施できない。

また、例えば上記特許文献２に開示されているように、被圧延材の上下端部（スラブ端面）を拘束せず、自由拡がりとして圧延を行った場合、フランジ幅は大きくなるものの、厚みはフランジ先端部が先細りとなるような形状となり、フランジ先端部の厚みが不足し、後段のプロセスで十分な成形ができず、大きな増厚が図られないことが懸念される。また、本発明者らの検討によれば、従来に比べ被圧延材の上下端部（スラブ端面）の左右の拘束を低くした場合であっても、同様にフランジ先端部が先細りとなり厚みが不足してしまうといった知見が得られている。

上記事情に鑑み、本発明の目的は、Ｈ形鋼を製造する際の孔型を用いた粗圧延工程において、スラブ等の素材の端面に鋭角の先端形状をした突起部で深く割り込みを入れ、それによって形成されたフランジ部を順次折り曲げるといった工程を行う際に、好適な条件にてスラブ等の素材の端面をエッジング圧延することによって従来に比べフランジ厚の大きなＨ形鋼製品を製造することが可能なＨ形鋼の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、粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を備えたＨ形鋼の製造方法であって、前記粗圧延工程を行う圧延機には、被圧延材を造形する４以上の複数の孔型が刻設され、当該複数の孔型では被圧延材の１又は複数パス造形が行われ、前記複数の孔型のうち第１孔型及び第２孔型には、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れる突起部が形成され、前記複数の孔型のうち第２孔型では被圧延材の端面と当該端面に対向する孔型面とが接触した状態で少なくとも２パス以上圧下が行われ、前記複数の孔型のうち第３孔型以降では前記割り込みによって成形された分割部位を順次折り曲げる工程が行われ、第１孔型及び第２孔型に形成される前記突起部の先端角度は２５°以上４０°未満であることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。

前記第２孔型においては、前記第１孔型での造形後に成形されたフランジ相当部の先端部厚みｔ１の最小値が、前記第１孔型での造形前の被圧延材の厚みＳの１／２以上となるまで圧下が行われても良い。

前記第２孔型においては、前記突起部の傾斜面と、当該傾斜面に隣接し被圧延材の端面と対向する孔型面と、がなす角度が７０°以上１００°以下に構成されても良い。

前記複数の孔型のうち第３孔型以降では少なくとも１パス以上の造形において被圧延材の端面と当該端面に対向する孔型面とが接触した状態で、前記分割部位の厚みが保たれる軽圧下が行われても良い。

前記複数の孔型のうち、第３孔型以降の各孔型には、前記分割部位に押し当てることで当該分割部位を折り曲げる突起部が形成され、第２孔型以降の各孔型に形成される突起部の先端角度は、後段の孔型になるほど順次大きな角度となるように構成されても良い。

前記複数の孔型は、サイジングミル及び／又は粗圧延機に刻設されても良い。

また、本発明によれば、製品内法が１４００ｍｍ以下のＨ形鋼製品であって、フランジ厚みが１４０ｍｍ以上であり、前記フランジ厚みがウェブ厚みの２倍以上であるＨ形鋼製品が提供される。

本発明によれば、Ｈ形鋼を製造する際の孔型を用いた粗圧延工程において、スラブ等の素材の端面に鋭角の先端形状をした突起部で深く割り込みを入れ、それによって形成されたフランジ部を順次折り曲げるといった工程を行う際に、好適な条件にてスラブ等の素材の端面をエッジング圧延することによって従来に比べフランジ厚の大きなＨ形鋼製品を製造することが可能となる。

Ｈ形鋼の製造ラインについての概略説明図である。 第１孔型の概略説明図である。 第２孔型の概略説明図である。 第３孔型の概略説明図である。 第４孔型の概略説明図である。 第１孔型での被圧延材の概略断面図である。 第２孔型で被圧延材の上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させて圧下を行った場合（実施例）の造形結果を示す説明図である。 第２孔型被圧延材の上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させずに造形を行った場合（比較例）の造形結果を示す説明図である。 実施例と比較例のそれぞれの場合において、フランジ相当部の先端厚み（先端厚）、中央厚み（中央厚）、付け根厚み（付根厚）、をそれぞれ測定した結果を示すグラフである。 ３００ｍｍ厚のスラブを用いてウェブ厚が７０ｍｍである大型Ｈ形鋼を製造する場合の、フランジ厚と製品内法との関係を示すグラフである。 実施例の第３孔型（Ｇ３）での造形結果を示す説明図である。 比較例の第３孔型（Ｇ３）での造形結果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。

図１は、本実施の形態にかかる圧延設備１を含むＨ形鋼の製造ラインＴについての説明図である。図１に示すように、製造ラインＴには上流側から順に、加熱炉２、サイジングミル３、粗圧延機４、中間ユニバーサル圧延機５、仕上ユニバーサル圧延機８が配置されている。また、中間ユニバーサル圧延機５に近接してエッジャー圧延機９が設けられている。なお、以下では、説明のために製造ラインＴにおける鋼材を、総称して「被圧延材Ａ」と記載し、各図において適宜その形状を破線・斜線等を用いて図示する場合がある。

図１に示すように、製造ラインＴでは、加熱炉２から抽出された例えばスラブ１１等の被圧延材Ａがサイジングミル３ならびに粗圧延機４において粗圧延される。次いで、中間ユニバーサル圧延機５において中間圧延される。この中間圧延時には、必要に応じてエッジャー圧延機９によって被圧延材の端部等（フランジ対応部１２）に対して圧下が施される。通常の場合、サイジングミル３及び粗圧延機４のロールには、合わせて４〜６個程度の孔型が刻設されており、これらを経由して複数パスのリバース圧延でＨ形粗形材１３が造形され、該Ｈ形粗形材１３を前記中間ユニバーサル圧延機５−エッジャー圧延機９の２つの圧延機からなる圧延機列を用いて、複数パスのリバース圧延が行われ、中間材１４が造形される。そして中間材１４は、仕上ユニバーサル圧延機８において製品形状に仕上圧延され、Ｈ形鋼製品１６が製造される。

次に、以下では図１に示したサイジングミル３及び粗圧延機４に刻設される孔型構成や孔型形状について図面を参照して説明する。なお、通常、粗圧延機４には、以下に説明する第１孔型〜第４孔型に加え、それら孔型にて造形された被圧延材Ａをいわゆるドッグボーン形状のＨ形粗形材１３とする孔型が更に設けられているが、この孔型は従来より既知のものであるため本明細書での図示・説明は省略する。また、製造ラインＴにおける加熱炉２や中間ユニバーサル圧延機５、仕上ユニバーサル圧延機８、エッジャー圧延機９等は、従来よりＨ形鋼の製造に用いられている一般的な装置であり、その装置構成等は既知であるため本明細書では説明を省略する。

図２〜図５は粗圧延工程を行うサイジングミル３及び粗圧延機４に刻設される孔型についての概略説明図である。ここで、説明する第１孔型〜第４孔型は、例えばサイジングミル３に全て刻設されても良く、サイジングミル３及び粗圧延機４に第１孔型〜第４孔型の４つの孔型が分けて刻設されても良い。即ち、第１孔型〜第４孔型はサイジングミル３及び粗圧延機４の両方に亘って刻設されても良く、どちらか一方の圧延機に刻設されても良い。通常のＨ形鋼の製造における粗圧延工程では、これら各孔型において１又は複数パスでの造形が行われる。

また、本実施の形態では刻設される孔型が４つの場合を例示して説明するが、その孔型数についても、必ずしも４孔型である必要はなく、４以上の複数の孔型数であっても良い。即ち、Ｈ形粗形材１３を造形するために好適な孔型構成であれば良い。なお、図２〜図５では、各孔型における造形時の被圧延材Ａの概略最終パス形状を破線にて図示している。

図２は第１孔型Ｋ１の概略説明図である。第１孔型Ｋ１は、一対の水平ロールである上孔型ロール２０と下孔型ロール２１に刻設され、これら上孔型ロール２０と下孔型ロール２１のロール隙において被圧延材Ａが圧下・造形される。また、上孔型ロール２０の周面（即ち、第１孔型Ｋ１の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部２５が形成されている。更に、下孔型ロール２１の周面（即ち、第１孔型Ｋ１の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部２６が形成されている。これら突起部２５、２６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部２５と突起部２６とでそれぞれ等しく構成されている。突起部２５、２６の高さ（突出長さ）をｈ１とし、先端部角度をθ１ａ（以下、ウェッジ角度θ１ａとも記載）とする。

この第１孔型Ｋ１においては、突起部２５、２６が被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に押し当てられ、割り込み２８、２９が形成される。ここで、突起部２５、２６の先端部角度θ１ａは例えば２５°以上４０°未満であることが望ましい。
ウェッジ角度の下限値は通常ロールの強度により決まる。被圧延材Ａがロール（第２孔型Ｋ２では上孔型ロール３０及び下孔型ロール３１、第１孔型Ｋ１では上孔型ロール２０及び下孔型ロール２１）と接触し、その間に受ける熱によりロールが膨張し、被圧延材Ａがロールから離れるとロールが冷却され収縮する。造形中はこれらのサイクルが繰り返されるが、ウェッジ角度が小さすぎると、突起部（第２孔型Ｋ２では突起部３５、３６、第１孔型Ｋ１では突起部２５、２６）の厚みが薄いために被圧延材Ａからの入熱が当該突起部の左右から入りやすくなり、ロールがより高温になり易い。ロールが高温になると熱振れ幅が大きくなるためにヒートクラックが入り、ロール破損に至る恐れがある。このような理由によりウェッジ角度は２５°以上であることが望ましい。

一方、ウェッジ角度が大きくなると、ウェッジ傾斜角が拡大するために、被圧延材Ａに対して摩擦力による上下方向への押し下げ力が作用し易く、割り込み形成時にフランジ相当部の内面部において肉引けが生じ、特に第２孔型Ｋ２以降での造形においてフランジの生成効率が低下する。
以上のような理由から、突起部２５、２６の先端部角度θ１ａは２５°以上４０°未満であることが望ましい。なお、以下に説明するウェッジ角度θ１ｂについても同様に２５°以上４０°未満であることが望ましい。

ここで、第１孔型Ｋ１の孔型幅は、被圧延材Ａの厚み（即ち、スラブ厚）とほぼ等しいことが好ましい。具体的には、第１孔型Ｋ１に形成された突起部２５、２６の先端部における孔型の幅と、スラブ厚を同一にすることで、被圧延材Ａの左右センタリング性が好適に確保される。また、このような孔型寸法の構成とすることで、図２に示すように、第１孔型Ｋ１での造形時において、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）においては、上記突起部２５、２６及び孔型側面（側壁）の一部が被圧延材Ａと接していて、割り込み２８、２９により４つの要素（部位）に分割されたスラブ上下端部に対して、第１孔型Ｋ１の上面及び底面にて積極的な圧下が行われない方が好ましい。孔型の上面及び底面による圧下は、被圧延材Ａの長手方向への伸びを生じさせてしまい、フランジ（後述するフランジ部８０）の生成効率を低下させてしまうからである。即ち、第１孔型Ｋ１においては、突起部２５、２６が被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に押し当てられ、割り込み２８、２９が形成される際の突起部２５、２６における圧下量（ウェッジ先端圧下量）は、スラブ上下端部における圧下量（スラブ端面圧下量）よりも十分に大きなものとされ、これにより割り込み２８、２９が形成される。

図３は第２孔型Ｋ２の概略説明図である。第２孔型Ｋ２は、一対の水平ロールである上孔型ロール３０と下孔型ロール３１に刻設される。上孔型ロール３０の周面（即ち、第２孔型Ｋ２の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部３５が形成されている。更に、下孔型ロール３１の周面（即ち、第２孔型Ｋ２の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部３６が形成されている。これら突起部３５、３６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部３５と突起部３６とでそれぞれ等しく構成されている。これら突起部３５、３６の先端部角度θ１ｂ（ウェッジ角度θ１ｂ）は２５°以上４０°未満であることが望ましい。

なお、上記第１孔型Ｋ１のウェッジ角度θ１ａは、フランジ相当部の先端部厚みを確保し、誘導性を高め、圧延の安定性を担保するためには、後段の第２孔型Ｋ２のウェッジ角度θ１ｂと同じ角度であることが好ましい。

突起部３５、３６の高さ（突出長さ）ｈ２は、上記第１孔型Ｋ１の突起部２５、２６の高さｈ１より高く構成されており、ｈ２＞ｈ１となっている。また、突起部３５、３６の先端部角度は上記第１孔型Ｋ１の突起部２５、２６の先端部角度と同じであることが圧延寸法精度上、好ましい。これら上孔型ロール３０と下孔型ロール３１のロール隙において、上記第１孔型Ｋ１通材後の被圧延材Ａが更に造形される。

ここで、第１孔型Ｋ１に形成される突起部２５、２６の高さｈ１より、第２孔型Ｋ２に形成される突起部３５、３６の高さｈ２の方が高く、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）への侵入長さも同様に第２孔型Ｋ２の方が長くなる。第２孔型Ｋ２での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さは、突起部３５、３６の高さｈ２と同じである。即ち、第１孔型Ｋ１での突起部２５、２６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ１’と、第２孔型Ｋ２での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ２はｈ１’＜ｈ２との関係になっている。

また、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面３０ａ、３０ｂ及び孔型底面３１ａ、３１ｂと、突起部３５、３６の傾斜面とのなす角度θｆは、図３に示す４箇所ともに７０°以上１００°以下の角度（例えば８０°）に構成されている。これは、フランジ相当部（後述するフランジ部８０に相当する部位）は圧下に伴い孔型外側方向（図中の左右方向）に逃げる傾向があり、また、当該フランジ相当部の内側に欠肉が存在していることに起因する。即ち、上記θｆが１００°超の場合には、被圧延材Ａの端面（スラブ端面）における圧下力がフランジ相当部を外側方向に曲げる方向に作用し、突起部３５、３６から離れるような変形となる。その結果、フランジ相当部の内側に欠肉部が形成されてしまう。また、上記θｆが７０°未満の場合には、被圧延材Ａの端面（スラブ端面）の圧下量が外側にいく程大きくなり、フランジ相当部の先端が変形（いわゆるオーバーハング形状、図３一点鎖線参照）する。このような変形が生じると、第３孔型Ｋ３以降で造形された被圧延材Ａを更にドッグボーン形状とする際に、平造形孔型で当該変形部（オーバーハング部位）をすり下げるといった造形不良が発生し、疵等の欠陥を引き起こしてしまう。

なお、幾何学的な寸法関係からは、上記θｆは９０°であることがフランジ相当部が製品フランジ形状（矩形断面形状）と一致するといった観点からは望ましいと考えられるが、フランジ相当部に圧下力が加わることにより、外側に倒れ込む傾向が実験結果から観察されており、θｆはフランジ相当部の内側方向に圧下力がかかる約８０°程度がより好ましい。

図３に示すように、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）へ押し当てられた時の突起部の侵入長さが長いことから、第２孔型Ｋ２においては、第１孔型Ｋ１において形成された割り込み２８、２９が更に深くなるように造形が行われ、割り込み３８、３９が形成される。なお、ここで形成される割り込み３８、３９の寸法に基づき粗圧延工程でのフランジ造形工程終了時のフランジ片幅が決定される。

また、第２孔型Ｋ２での造形は多パスにより行われるが、この多パス造形においては、図３に示すように、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部（第２孔型Ｋ２の上面及び底面）が接触している状態で少なくとも２パス以上の造形（圧下）が行われる。即ち、孔型上面３０ａ、３０ｂ及び孔型底面３１ａ、３１ｂと被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）が接触した状態で２パス以上の圧下が行われる。これにより、被圧延材Ａのフランジ相当部（後述するフランジ部８０に相当する部位）の圧下が行われる。

即ち、フランジ厚の厚いＨ形鋼を製造する場合は、第２孔型Ｋ２での多パス造形においては、２パス以上であり、且つ、できるだけ多くのパスで被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させて圧下を行うといったパススケジュールを設定することが望ましい。

例えば素材となるスラブの厚みが２５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度で、且つ最終製品のフランジ片幅が２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度である場合、フランジ相当部の先端部圧下量に比例してフランジ相当部（被圧延材Ａ）の厚みは増厚する。そこで、第２孔型Ｋ２での被圧延材Ａの圧下量は、以下の１）〜４）に示す手順によって設定される。
１）最終製品のフランジ片幅から第２孔型Ｋ２のウェッジ高さ（突出高さｈ２）が定まる。
２）最終製品のフランジ厚から、第２孔型Ｋ２を含む粗圧延工程終了後のフランジ相当部の目標厚みが定まる。
３）粗圧延工程におけるフランジ相当部の厚みから、必要な圧下量が決定される。
４）上記３）で決定された厚下量と上記１）で定められたウェッジ高さから素材のスラブ幅が決定される。
なお、フランジ相当部の先端部圧下量とフランジ相当部の増厚との関係における比例定数は、ＦＥＭやラボ実験等を通じてケースごとに評価する。

また、第１孔型Ｋ１において割り込み２８、２９が形成された後の被圧延材Ａのスラブ先端部において、４箇所のフランジ相当部のフランジ先端厚をｔ１とし、スラブ厚をＳとした場合に、第２孔型Ｋ２の圧下（上記少なくとも２パス以上の圧下）では、４箇所のフランジ相当部のフランジ先端厚ｔ１の最小値がスラブ厚Ｓの１／２の寸法以上となるまで被圧延材Ａの圧下が行われる。即ち、全てのフランジ相当部（４箇所）において以下の式（１）を満たすまで第２孔型Ｋ２での圧下は続けられる。
ｔ１≧１／２・Ｓ ・・・（１）

図６は第１孔型Ｋ１での被圧延材Ａの概略断面図であり、造形時の最終パスでの孔型の様子を一部拡大したものである。図６に示すようにフランジ相当部の先端厚ｔ１及びスラブ厚Ｓは定義される。また、先端厚ｔ１は、図示のスラブ先端部の厚みの平均値によって定められ、スラブ先端部とは、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端部）において割り込み２８、２９が形成された部位を指す。

ここで、第２孔型Ｋ２での多パス圧下において、上記式（１）に示す条件を満たすまで圧下が行われる必要がある理由を以下に説明する。フランジ先端厚ｔ１は、本実施の形態に係る造形法において理想的な孔型で造形した場合、スラブ厚Ｓを２等分割することになり、スラブ厚Ｓの１／２に等しくなる。しかしながら、図６に示すように、第１孔型Ｋ１においては、孔型側壁がテーパー形状を有することや、ウェッジ（突起部２５、２６）に厚みがあることから、スラブ端部は上端（あるいは下端）に近づく程、薄くなってしまう。
最終製品であるＨ形鋼製品のフランジ厚は幅方向に一定の厚みを持つため、割り込み形成により２分割されたスラブ厚であるＳ／２にスラブ先端部の厚みをできるだけ近づけることが造形上望ましい。即ち、次工程孔型（即ち、第２孔型Ｋ２）にて、孔型上面３０ａ、３０ｂ及び孔型底面３１ａ、３１ｂと被圧延材Ａの上下端部の４箇所（スラブ端面）を積極的に接触させた状態で圧下を行うことで、第１孔型Ｋ１での造形において一旦薄くなったフランジ厚を増厚させ、第２孔型Ｋ２での造形時にフランジ厚分布を一定とし、２分割されたスラブ厚であるＳ／２以上とすることが望ましい。

図４は第３孔型Ｋ３の概略説明図である。第３孔型Ｋ３は、一対の水平ロールである上孔型ロール４０と下孔型ロール４１に刻設される。上孔型ロール４０の周面（即ち、第３孔型Ｋ３の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部４５が形成されている。更に、下孔型ロール４１の周面（即ち、第３孔型Ｋ３の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部４６が形成されている。これら突起部４５、４６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部４５と突起部４６とでそれぞれ等しく構成されている。

上記突起部４５、４６の先端部角度θ２は、上記角度θ１ｂに比べ広角に構成され、突起部４５、４６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ３は、上記突起部３５、３６の侵入深さｈ２よりも短くなっている（即ち、ｈ３＜ｈ２）。
また、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面４０ａ、４０ｂ及び孔型底面４１ａ、４１ｂと、突起部４５、４６の傾斜面とのなす角度θｆは、図４に示す４箇所ともに７０°以上１００°以下の角度に構成されることが好ましい。

図４に示すように、第３孔型Ｋ３では、第２孔型Ｋ２通材後の被圧延材Ａに対し、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において第２孔型Ｋ２において形成された割り込み３８、３９が、突起部４５、４６が押し当てられることにより、割り込み４８、４９となる。即ち、第３孔型Ｋ３での造形における最終パスでは、割り込み４８、４９の最深部角度（以下、割り込み角度とも呼称する）がθ２となる。換言すると、第２孔型Ｋ２において割り込み３８、３９の形成と共に造形された分割部位（フランジ相当部、後述するフランジ部８０に対応する部位）が外側に折り曲げられるような造形が行われる。

また、図４に示す第３孔型Ｋ３での造形は少なくとも１パス以上によって行われ、このうちの少なくとも１パス以上は、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部（第３孔型Ｋ３の上面及び底面）が接触した状態で行われる。この被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部が接触した状態においては、当該端部の軽圧下が行われることが好ましい。

図５は第４孔型Ｋ４の概略説明図である。第４孔型Ｋ４は、一対の水平ロールである上孔型ロール５０と下孔型ロール５１に刻設される。上孔型ロール５０の周面（即ち、第４孔型Ｋ４の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部５５が形成されている。更に、下孔型ロール５１の周面（即ち、第４孔型Ｋ４の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部５６が形成されている。これら突起部５５、５６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部５５と突起部５６とでそれぞれ等しく構成されている。

上記突起部５５、５６の先端部角度θ３は、上記角度θ２に比べ広角に構成され、突起部５５、５６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ４は、上記突起部４５、４６の侵入深さｈ３よりも短くなっている（即ち、ｈ４＜ｈ３）。
また、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面５０ａ、５０ｂ及び孔型底面５１ａ、５１ｂと、突起部５５、５６の傾斜面とのなす角度θｆは、図５に示す４箇所ともに７０°以上１００°以下の角度に構成されることが好ましい。

第４孔型Ｋ４では、第３孔型Ｋ３通材後の被圧延材Ａに対し、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において第３孔型Ｋ３において形成された割り込み４８、４９が、突起部５５、５６が押し当てられることにより押し広げられ、割り込み５８、５９となる。即ち、第４孔型Ｋ４での造形における最終パスでは、割り込み５８、５９の最深部角度（以下、割り込み角度とも呼称する）がθ３となる。換言すると、第３孔型Ｋ３において割り込み４８、４９の形成と共に造形された分割部位（後述するフランジ部８０に対応する部位）が更に外側に折り曲げられるような造形が行われる。このようにして造形された被圧延材Ａの上下端部の部位は、後のＨ形鋼製品のフランジに相当する部位であり、ここではフランジ部８０と呼称する。なお、第４孔型Ｋ４の割り込み角度θ３は１８０°よりもやや小さい角度に設定されることが望ましい。これは、割り込み角度θ３を１８０°としてしまうと、次工程である平造形孔型においてウェブ厚の減厚を行う際に、フランジ部８０の外側に拡がりが生じ、平造形孔型での圧延においてかみ出しが生じやすいからである。即ち、次工程の平造形孔型の形状及びウェブ厚の圧下量に応じてフランジ部８０の外側での拡がり量が決まるため、ここでの割り込み角度θ３は、平造形孔型の形状及びウェブ厚の圧下量を勘案して好適に定められることが望ましい。

また、図５に示す第４孔型Ｋ４での造形は少なくとも１パス以上によって行われ、このうちの少なくとも１パス以上は、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部（第４孔型Ｋ４の上面及び底面）が接触した状態で行われる。この被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部が接触した状態においては、当該端部の軽圧下が行われることが好ましい。

以上説明した第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形された被圧延材Ａに対し、既知の孔型を用いて更に圧下・造形が行われ、いわゆるドッグボーン形状であるＨ形粗形材１３が造形される。通常はこの後、スラブ厚に相当する部分を減厚する平造形孔型でウェブ厚が減厚される。その後、図１に示す中間ユニバーサル圧延機５−エッジャー圧延機９の２つの圧延機からなる圧延機列を用いて、複数パスのリバース圧延が行われ、中間材１４が造形される。そして中間材１４は、仕上ユニバーサル圧延機８において製品形状に仕上圧延され、Ｈ形鋼製品１６が製造される。

上述したように、本実施の形態においては、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いて被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に割り込みを入れ、それら割り込みによって左右に分かれた各部分を左右に折り曲げる加工を行い、フランジ部８０を形成するといった造形が行われる。ここで、特に第２孔型Ｋ２においては、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部（第２孔型Ｋ２の上面及び底面）が接触している状態で２パス以上の造形（即ち、圧下）が行われる。

第２孔型Ｋ２の形状において、孔型上面３０ａ、３０ｂ及び孔型底面３１ａ、３１ｂと、突起部３５、３６の傾斜面とのなす角度θｆが７０°以上１００°以下の角度に構成されていること、更にウェッジ角度θ１ｂが２５°以上４０°未満の範囲角度に構成されていること（図３参照）により、フランジ相当部（後のフランジ部８０）に対し所定の圧下率でもって略垂直方向への圧下が行われる。これにより、フランジ相当部の増厚化が実現される。
更に、このような条件で第２孔型Ｋ２でのフランジ相当部（後のフランジ部８０）の圧下が行われることで、従来の孔型圧延で生じていたフランジ先端部の先細り等が発生せず、均一にフランジ相当部の増厚化が図られる。

また、本実施の形態において、第１孔型Ｋ１、第３孔型Ｋ３〜第４孔型Ｋ４での造形では、当該造形は少なくとも１パス以上によって行われ、このうちの少なくとも１パス以上は、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部（孔型の上面及び底面）が接触した状態で行われ、フランジ相当部には軽圧下が施される構成となっている。第３孔型Ｋ３〜第４孔型Ｋ４での圧下は軽圧下に留まるため、上述したように増厚化されたフランジ相当部は、その厚みを保った状態で後段の孔型まで送られる。その結果、フランジ部８０の厚みが従来に比べ厚いＨ形粗形材１３が造形され、結果としてフランジ厚が従来に比べ厚いＨ形鋼製品の製造が可能となる。

特に、上述したように、第２孔型Ｋ２での多パス圧下においては、上記式（１）に示す条件を満たすまで圧下が行われる。そして、第３孔型Ｋ３〜第４孔型Ｋ４での圧下が軽圧下に留まることで、最終的に製造されるＨ形鋼製品は、フランジ厚みがウェブ厚みの２倍以上（即ち、フランジ厚／ウェブ厚≧２）との条件を満たすものとなる。特に、例えばウェブ高さ７００ｍｍ以上、且つ、フランジ幅３５０ｍｍ以上といった大型のＨ形鋼製品の製造においては、本実施の形態に説明した条件を満たすように各孔型での造形工程を実施することで、フランジ厚／ウェブ厚≧２である製品が製造される。即ち、本実施の形態に係る方法によれば、従来に比べウェブ厚に対してフランジ厚が厚いＨ形鋼製品を効率的に製造することが可能となる。
なお、本実施の形態で説明した第２孔型Ｋ２でのフランジ相当部の増厚化については、後述する実施例においても図面等を用いて具体例について説明する。

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、上記実施の形態において、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４の４つの孔型を刻設して被圧延材Ａの造形を行うものとして説明したが、粗圧延工程を実施するための孔型数はこれに限られるものではない。即ち、サイジングミル３や粗圧延機４に刻設される孔型の数は任意に変更可能であり、好適に粗圧延工程を実施することができる程度に適宜変更される。

また、Ｈ形鋼を製造する際の素材（被圧延材Ａ）としてはスラブを例示して説明したが、類似形状のその他素材についても本発明は当然適用可能である。

本発明にかかる実施例として、上記実施の形態で説明した第２孔型Ｋ２での被圧延材Ａの造形において、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させて圧下を行った場合（実施例）と、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させずに造形を行った場合（比較例）のフランジ相当部の形状変化について説明する。なお、実施例と比較例ではその他の造形条件等は全て同じものとした。

以下に示す表１は、素材として２３００ｍｍ幅×３００ｍｍ厚のスラブを用いた実施例ならびに比較例のパススケジュールであり、表中のＧが孔型番号を示している。即ち、Ｇが２と記載されているものが第２孔型での造形工程である。また、表中のウェッジ先端幅とはウェッジ先端部における上下ロール隙（ｍｍ）を示すものである。なお、スラブ厚３００ｍｍである素材とは、スラブの厚みが厳密に３００ｍｍであるものを示すものではなく、例えばスラブ厚が２９０ｍｍ〜３１０ｍｍ程度の素材を示している。

図７は、表１のパススケジュールでもって第２孔型（Ｇ２）で被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させて圧下を行った場合（実施例）の造形結果を示す説明図である。一方、図８は、表１のパススケジュールでもって第２孔型（Ｇ２）で被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させずに造形を行った場合（比較例）の造形結果を示す説明図である。なお、図７、図８ともに被圧延材Ａの一部（上半分）を例示して図示したものである。

図７に示すように、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させて圧下を行った場合（実施例）、左右のフランジ相当部はほぼ均一に増厚されており、先端部の先細り等の形状不良も発生していないことが分かる。また、フランジ先端厚ｔ１はスラブ厚Ｓの１／２以上となっており、上記実施の形態で説明した式（１）を満たす結果となっていることが分かる。

一方、図８に示すように、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させずに造形を行った場合（比較例）、左右のフランジ相当部は不均一（非対称）に造形され、増厚量も上記実施例に比べ小さいことが分かる。また、フランジ先端厚ｔ１はスラブ厚Ｓの１／２未満となっており、上記実施の形態で説明した式（１）を満たさない結果となっていることが分かる。

また、図９は、実施例と比較例のそれぞれの場合において、フランジ相当部の先端厚み、中央厚み、付け根厚み（図７、８参照）をそれぞれ測定した結果を示すグラフである。図９に示すように、比較例の場合は、先端厚みと中央厚み、及び、中央厚みと付け根厚みに大きな差異があり、厚み形状が一定ではないフランジ相当部が造形されていることが分かる。一方で、実施例の場合は先端厚み、中央厚み、付け根厚みに大きな差がなく、厚み形状が一定となるような均一な増厚が実現されていることが分かる。このことから、実施例と比較例では、実施例の方が左右のフランジ相当部の造形が均一に行われ、且つ増厚が効率的に行われていることが分かる。

また、比較例の場合は、フランジ先端厚が極端に薄く造形されており、スラブ厚／２＝１５０ｍｍ未満となっている。一方、実施例の場合は、フランジ相当部の各部位とも、スラブ厚／２＝１５０ｍｍ以上の厚みまで増厚しており、従来製造できなかったサイズのＨ形鋼製品の製造が可能となることが分かる。

３００ｍｍ厚のスラブを用いた場合、第１孔型（Ｇ１）の割り込み圧延を行った直後のフランジ厚（フランジ対応部の厚み）は１５０ｍｍである。そして、比較例においては、第２孔型（Ｇ２）での造形後のフランジ厚は先端厚と付根厚で差があり、約１１５ｍｍ〜約１７０ｍｍとなる。一方、実施例においては、第２孔型（Ｇ２）での造形後のフランジ厚は各部の厚みがほぼ均一で約１７０ｍｍとなる（図９参照）。

フランジ対応部の増厚の限界値は、スラブ幅とスラブ厚によって決まり、例えば最終製品の内法が１０００ｍｍ程度の大型Ｈ形鋼の製造においては、第２孔型（Ｇ２）でのフランジ厚の増厚は約１９０ｍｍ程度が限界であることが実験的に分かっており、これを超える増厚は４箇所のフランジ対応部の不均一化や圧延安定性が損なわれることが分かっている。即ち、３００ｍｍ厚スラブから第２孔型（Ｇ２）で造形される被圧延材の寸法は、最大でフランジ厚１９０ｍｍ、ウェブ厚（≒スラブ厚）３００ｍｍとなる。

第２孔型（Ｇ２）で造形された被圧延材は、その後第３孔型・第４孔型を経て、ウェブ減厚孔型（平孔型）や中間ユニバーサル圧延機において最終製品の厚みまで造形が行われる。ここで、中間ユニバーサル圧延機での圧延ではフランジとウェブの伸びをほぼ等しくさせる必要があることから、フランジとウェブの厚み比（フランジ厚／ウェブ厚）を大きく変えるような圧延は行うことができない。従って、粗圧延工程の段階にてフランジとウェブの厚み比を所定の製品の厚み比に造形しておく必要がある。ウェブ減厚孔型（平孔型）においてウェブ減厚を行う場合、全断面の延伸作用によってフランジ厚も薄くなるが、内法が１０００ｍｍ程度の大型Ｈ形鋼の製造では、プルダウン率（フランジ幅減少量／ウェブ厚減少量）が１に近くなるところで圧延を終え、中間圧延工程に移ることが好ましいことから、ウェブ厚は約７０ｍｍ程度とされることが好ましい。このウェブ減厚孔型での全断面延伸作用により、フランジ厚は約１６０ｍｍとなる。
即ち、内法が１０００ｍｍ程度の大型Ｈ形鋼を製造する場合に、本発明に係る技術を適用して造形を行うことで、粗圧延工程後（中間圧延工程前）の被圧延材のフランジ厚が１６０ｍｍ、ウェブ厚が７０ｍｍとなる。

製品内法が大きくなる程、ウェブ減厚孔型においてフランジが引き伸ばされるような圧延が行われるため、製品内法寸法とフランジ厚との間には相関関係がある。図１０は、３００ｍｍ厚のスラブを用いてウェブ厚が７０ｍｍである大型Ｈ形鋼を製造する場合の、フランジ厚と製品内法との関係を示すグラフである。なお、図１０には、大型Ｈ形鋼製品として実用性がある内法が９００ｍｍ〜１４００ｍｍの場合を図示している。

図１０に示すように、製品内法１４００ｍｍ以下であれば、フランジ厚みがウェブ厚みの２倍以上であるような大型Ｈ形鋼製品が製造される。これは、スラブ厚３００ｍｍの素材を用いた際に、上記実施の形態に係る製造方法によって式（１）を満たすように造形が実施されたことで、このような条件を満たすような製品が製造され、従来に比べウェブ厚に対してフランジ厚が厚い大型Ｈ形鋼製品が実現される。

また、図１１は、表１のパススケジュールでもって第２孔型（Ｇ２）で被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させて圧下を行った場合（実施例）の第３孔型（Ｇ３）での造形結果を示す説明図である。一方、図１２は、表１のパススケジュールでもって第２孔型（Ｇ２）で被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させずに造形を行った場合（比較例）の第３孔型（Ｇ３）での造形結果を示す説明図である。なお、図１１、図１２の断面図は、第３孔型における造形終了後（表中のパス１２）の形状を示している。

図１１に示すように、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させて圧下を行った場合（実施例）、割り込みを広げる造形を行った後でも左右のフランジ相当部はほぼ均一に増厚されたままであり、先端部の先細り等の形状不良も発生していないことが分かる。

一方、図１２に示すように、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部を接触させずに造形を行った場合（比較例）、割り込みを広げる造形を行った後でも左右のフランジ相当部は不均一（非対称）に造形されたままである。

図１１、図１２に示すように、割り込みを広げる造形を行った後においても、実施例の方が左右のフランジ相当部の厚みが均一であり、且つ増厚が効率的に保たれていることが分かる。

本発明は、例えば矩形断面であるスラブ等を素材としてＨ形鋼を製造する製造方法及びＨ形鋼製品に適用できる。

１…圧延設備
２…加熱炉
３…サイジングミル
４…粗圧延機
５…中間ユニバーサル圧延機
８…仕上ユニバーサル圧延機
９…エッジャー圧延機
１１…スラブ
１２…フランジ対応部
１３…Ｈ形粗形材
１４…中間材
１６…Ｈ形鋼製品
２０…上孔型ロール（第１孔型）
２１…下孔型ロール（第１孔型）
２５、２６…突起部（第１孔型）
２８、２９…割り込み（第１孔型）
３０…上孔型ロール（第２孔型）
３１…下孔型ロール（第２孔型）
３５、３６…突起部（第２孔型）
３８、３９…割り込み（第２孔型）
４０…上孔型ロール（第３孔型）
４１…下孔型ロール（第３孔型）
４５、４６…突起部（第３孔型）
４８、４９…割り込み（第３孔型）
５０…上孔型ロール（第４孔型）
５１…下孔型ロール（第４孔型）
５５、５６…突起部（第４孔型）
５８、５９…割り込み（第４孔型）
８０…フランジ部
Ｋ１…第１孔型
Ｋ２…第２孔型
Ｋ３…第３孔型
Ｋ４…第４孔型
Ｔ…製造ライン
Ａ…被圧延材

Claims (7)

1. 粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を備えたＨ形鋼の製造方法であって、
   前記粗圧延工程を行う圧延機には、被圧延材を造形する４以上の複数の孔型が刻設され、
   当該複数の孔型では被圧延材の１又は複数パス造形が行われ、
   前記複数の孔型のうち第１孔型及び第２孔型には、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れる突起部が形成され、
   前記複数の孔型のうち第２孔型では被圧延材の端面と当該端面に対向する孔型面とが接触した状態で少なくとも２パス以上圧下が行われ、
   前記複数の孔型のうち第３孔型以降では前記割り込みによって成形された分割部位を順次折り曲げる工程が行われ、
   第１孔型及び第２孔型に形成される前記突起部の先端角度は２５°以上４０°未満であることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
2. 前記第２孔型においては、前記第１孔型での造形後に成形されたフランジ相当部の先端部厚みｔ１の最小値が、前記第１孔型での造形前の被圧延材の厚みＳの１／２以上となるまで圧下が行われることを特徴とする、請求項１に記載のＨ形鋼の製造方法。
3. 前記第２孔型においては、前記突起部の傾斜面と、当該傾斜面に隣接し被圧延材の端面と対向する孔型面と、がなす角度が７０°以上１００°以下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Ｈ形鋼の製造方法。
4. 前記複数の孔型のうち第３孔型以降では少なくとも１パス以上の造形において被圧延材の端面と当該端面に対向する孔型面とが接触した状態で、前記分割部位の厚みが保たれる軽圧下が行わ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Ｈ形鋼の製造方法。
5. 前記複数の孔型のうち、第３孔型以降の各孔型には、前記分割部位に押し当てることで当該分割部位を折り曲げる突起部が形成され、
   第２孔型以降の各孔型に形成される突起部の先端角度は、後段の孔型になるほど順次大きな角度となるように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Ｈ形鋼の製造方法。
6. 前記複数の孔型は、サイジングミル及び／又は粗圧延機に刻設されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＨ形鋼の製造方法。
7. 製品内法が１４００ｍｍ以下のＨ形鋼製品であって、
   フランジ厚みが１４０ｍｍ以上であり、
   前記フランジ厚みがウェブ厚みの２倍以上であるＨ形鋼製品。