JP6565691B2 - 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製造される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。

このようなＨ形鋼の製造方法において、矩形断面であるスラブ素材から所謂ドッグボーン形状の粗形材を造形する際には、粗圧延工程の第１の孔型においてスラブ端面に割り込みを入れた後、第２以降の孔型において当該割り込みを割広げる、又は、割り込み深さを深くさせエッジング圧延を行い、それ以降の孔型にてスラブ端面の割り込みを消去する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、例えば特許文献２には、スラブ端面に割り込みを入れ当該割り込みを順次深くし、その後ボックス孔型において押し拡げ、Ｈ形鋼のフランジ相当部を形成させる技術が開示されている。

特開平７−８８５０１号公報 特開昭６０−２１１０１号公報

近年、構造物等の大型化に伴い大型のＨ形鋼製品の製造が望まれている。特にＨ形鋼の強度・剛性に大きく寄与するフランジを従来に比べて広幅化した製品が望まれている。フランジが広幅化されたＨ形鋼製品を製造するためには、粗圧延工程における造形から従来に比べフランジ幅の大きな被圧延材を造形する必要がある。

しかしながら、例えば上記特許文献１に開示されている技術では、スラブ等の素材の端面（スラブ端面）に割り込みを入れ、当該端面をエッジングし、その幅拡がりを利用して粗圧延を行う方法では、フランジの広幅化に限界がある。即ち、従来の粗圧延方法においてフランジの広幅化を図るためにはウェッジ設計（割り込み角度の設計）、圧下調整、潤滑調整といった技術により幅拡がりの向上が図られるが、いずれの方法もフランジ幅に大幅に寄与するものではないため、エッジング量に対するフランジ幅の拡がり量の比率を示す幅拡がり率は、エッジングの初期段階の効率が最も高い条件でも０．８程度であり、同一孔型でエッジングを繰り返す条件では、フランジ幅の拡がり量が大きくなるにつれて低下し、最終的には０．５程度になることが知られている。また、スラブ等の素材自体を大型化し、エッジング量を大きくすることも考えられるが、粗圧延機の設備規模や圧下量等には装置限界があるため十分な製品フランジの広幅化が実現されないといった事情がある。

また、例えば特許文献２に開示されている技術では、割り込みを入れたスラブ等の素材に対して、特に割り込み形状の変遷等を経ずに、即座に底面がフラット形状のボックス孔型によってエッジング圧延を行い、フランジ相当部を造形しており、このような方法では被圧延材の形状を急激に変化させることに伴う形状不良が生じやすい。特に、このような造形における被圧延材の形状変化は、被圧延材とロールとの接触部の力と、被圧延材の曲げ剛性との関係によって定まるものであり、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼を製造する場合には形状不良がより生じやすいといった問題がある。

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ことによって、被圧延材における形状不良の発生を抑制させ、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼製品を効率的且つ安定的に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。

更に本発明は、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際に、大型の粗形材において問題となる被圧延材の溝ずれ等のセンタリング不良や通材不良を抑制し、圧延の安定化を実現することを目的とする。

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、矩形断面素材に対し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、前記第２孔型における造形では、前記第１孔型において形成された割り込みの深さを深くする造形が行われ、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孔型周面とが接触した状態で圧下が行われ、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、前記第２孔型に形成される突起部の先端角度が２５°以上５０°未満であり、当該突起部の先端曲率が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、前記矩形断面素材の厚みが２５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である場合に、以下の式（１）で定まるウェッジ投影幅比Ｗが６８％以下となるように前記第２孔型での造形を行うことを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。
Ｗ＝Ｂ／Ｔ ・・・（１）
但し、Ｂ：第２孔型での造形パスにおいて孔型ロールと被圧延材が接触している状態での突起部の被圧延材の厚み方向で最も広幅な箇所の幅、Ｔ：矩形断面素材の厚み、である。

前記第２孔型に形成される突起部の寸法は、前記ウェッジ投影幅比Ｗが６８％以下となるように当該突起部の高さを調整して決定されても良い。

前記ウェッジ投影幅比Ｗが６８％以下となるように前記第２孔型での造形パススケジュールを設定しても良い。

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ことによって、被圧延材における形状不良の発生を抑制させ、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼製品を効率的且つ安定的に製造することが可能となる。更には、このような造形技術で問題となる被圧延材の溝ずれ等のセンタリング不良や通材不良を抑制し、圧延の安定化を実現することができる。

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。 ウェッジ投影幅の説明図である。 ウェッジ投影幅比と溝ずれ挙動との関係を示すグラフである。 溝ずれの概略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である矩形断面素材（後の被圧延材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、エッジング孔型及びウェブ部分を減厚し、フランジ部分の形状を成形するいわゆる平造形孔型が刻設されており、これらを経由して１０数パス程度のリバース圧延で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、複数パスの圧下が加えられ、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。

ここで、加熱炉２から抽出されるスラブ１１のスラブ厚Ｔは、例えば、およそ２５０ｍｍから３００ｍｍ程度の範囲内である。これは、一般的なＨ形鋼製品を製造する際に用いられるスラブ寸法である。

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（いわゆる平造形孔型）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（ウェッジ角度とも呼称される）θ１ａは例えば２５°以上５０°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の先端部角度は２５°以上５０°未満のウェッジ角度θ１ｂであることが望ましい。なお、これら突起部３５、３６は本明細書において「ウェッジ部」、「ウェッジ」とも呼称される。

ここで、突起部３５、３６のウェッジ角度θ１ｂの好適な数値範囲を２５°以上５０°未満とすべき理由と、それに合わせて上記第１孔型Ｋ１のウェッジ角度θ１ａの数値も好適な数値範囲とする理由について説明する。

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θ１ａ、θ１ｂ共に２５°以上、より好ましくは３０°以上であることが望ましい。

一方、ウェッジ角度θ１ａ、θ１ｂ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。従って、ウェッジ角度θ１ａ、θ１ｂは５０°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、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。

また、突起部３５、３６の高さ（突出長さ、ウェッジ高さとも呼称される）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。ここで、上述したように、突起部３５、３６の先端部角度（ウェッジ角度θ１ｂ）は上記第１孔型Ｋ１の突起部２５、２６の先端部角度と同じ（即ち、θ１ａ＝θ１ｂ）であることが好ましい。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箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

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、図３に示す第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２孔型Ｋ２の上面及び底面）が接触していることが好ましい。但し、全てのパスにおいて接触していることが望ましいのではなく、例えば最終パスのみ被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部が接触し、スラブ端面圧下量ΔＥが正の値となる（ΔＥ＞０）ことが望ましい。これは、第２孔型Ｋ２での全てのパスにおいて被圧延材Ａの上限端部と孔型内部とを非接触とすると、フランジ相当部（後述するフランジ部８０）が左右非対称に造形されるといった形状不良が生じる恐れがあり、通材性の面で問題があるからである。
一方で、その他のパスにおいては、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において上記突起部３５、３６を除き孔型と被圧延材Ａは接触しておらず、これらのパスにおいて被圧延材Ａの積極的な圧下は行われない。これは、圧下により被圧延材Ａの長手方向への伸びを生じさせ、フランジ相当部（後述するフランジ部８０に相当）の生成効率を低下させてしまうからである。

即ち、第２孔型Ｋ２での多パス造形においては、必要最小限のパス（例えば最終パスのみ）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い、その他のパスにおいては積極的な圧下を行わないといったパススケジュールを設定することが好ましい。また、この第２孔型Ｋ２においても、上記第１孔型Ｋ１同様、突起部３５、３６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３８、３９が形成される。

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箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

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（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）が接触している必要がある。但し、全てのパスにおいて接触していることが望ましいのではなく、例えば最終パスのみ被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部が接触し、スラブ端面圧下量ΔＥが正の値となる（ΔＥ＞０）ことが望ましい。これは、第３孔型Ｋ３での全てのパスにおいて被圧延材Ａの上限端部と孔型内部とを非接触とすると、フランジ相当部（後述するフランジ部８０）が左右非対称に造形されるといった形状不良が生じる恐れがあり、通材性の面で問題があるからである。
一方で、その他のパスにおいては、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において上記突起部４５、４６を除き孔型と被圧延材Ａは接触しておらず、これらのパスにおいて被圧延材Ａの積極的な圧下は行われない。これは、圧下により被圧延材Ａの長手方向への伸びを生じさせ、フランジ相当部（後述するフランジ部８０に相当）の生成効率を低下させてしまうからである。

なお、この第３孔型Ｋ３における造形では、被圧延材Ａの上下端部の４箇所の部位に対する曲げ加工が同時に行われる。そのため、４箇所の部位が均一に曲げ加工されないといった事情により通材が不安定になる恐れがあり、１パスでの造形が好ましい。この場合、１パス造形では被圧延材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）が接触した状態で造形が行われる。

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、上記第３孔型Ｋ３と同様に、図５に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

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、この多パス造形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）が接触している必要がある。但し、全てのパスにおいて接触していることが望ましいのではなく、例えば最終パスのみ被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部が接触し、スラブ端面圧下量ΔＥが正の値となる（ΔＥ＞０）ことが望ましい。これは、第４孔型Ｋ４での全てのパスにおいて被圧延材Ａの上限端部と孔型内部とを非接触とすると、フランジ相当部（後述するフランジ部８０）が左右非対称に造形されるといった形状不良が生じる恐れがあり、通材性の面で問題があるからである。
一方で、その他のパスにおいては、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において上記突起部５５、５６を除き孔型と被圧延材Ａは接触しておらず、これらのパスにおいて被圧延材Ａの積極的な圧下は行われない。これは、圧下により被圧延材Ａの長手方向への伸びを生じさせ、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。

なお、この第４孔型Ｋ４における造形では、被圧延材Ａの上下端部の４箇所の部位に対する曲げ加工が同時に行われる。そのため、４箇所の部位が均一に曲げ加工されないといった事情により通材が不安定になる恐れがあり、１パスでの造形が好ましい。この場合、１パス造形では被圧延材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）が接触した状態で造形が行われる。

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。

ここで、上記説明した第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いた造形方法において、特に第２孔型Ｋ２における造形では、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において孔型と被圧延材Ａをできるだけ接触させずに、積極的な圧下を行わないものとしている。これは、圧下により被圧延材Ａの長手方向への伸びを生じさせ、フランジ相当部（即ち、後のフランジ部８０）の生成効率が低下するのを避けるためである。即ち、第２孔型Ｋ２では、被圧延材Ａの側面を孔型によって拘束するといった構成は採っておらず、被圧延材Ａの左右方向に関する溝ずれ等のセンタリング不良が懸念される。
加えて、第３孔型Ｋ３、第４孔型Ｋ４でも被圧延材Ａの側面を孔型によって拘束するといった構成は採られないために、当該溝ずれ等のセンタリング不良は解消せず、製品形状不良につながってしまう恐れがある。
なお、溝ずれとは、第２孔型Ｋ２での圧延造形において、突起部３５、３６によって割り込み３８、３９を形成させる際に、形成された割り込み３８、３９の中心部が、被圧延材Ａの幅方向中心部に対してずれてしまう現象である（図８参照）。

本発明者らは、上述した第２孔型Ｋ２における溝ずれ等のセンタリング不良が生じる条件について更に実験及び検討を行い、以下のような知見を得た。即ち、第２孔型Ｋ２における突起部３５、３６による被圧延材Ａの誘導性には、当該突起部３５、３６による圧延抵抗力（摩擦抵抗力）が関係しており、突起部３５、３６の先端部分及び側面部分の摩擦抵抗に応じて誘導性が変わる。具体的には、例えば突起部３５、３６の先端部分の曲率が同じである場合、圧延パスの進行による突起部３５、３６の打ち込み長さ（割り込み長さ）が長くなる程、当該突起部３５、３６の側面部分の摩擦抵抗が大きくなる。また、突起部３５、３６のウェッジ角度θ１ｂが同じである場合、先端部分の曲率が大きくなる程、摩擦抵抗が大きくなる。このような突起部３５、３６による圧延抵抗力が高まった条件下において、圧延の対称性を損なう要素（温度、ロールのセットアップ等）が存在した場合、上記摩擦抵抗に比例して溝ずれ等のセンタリング不良が生じると考えられる。

このような知見に鑑み、本発明者らは、被圧延材Ａのスラブ厚Ｔ、ウェッジ投影幅Ｂ、ウェッジ角度θ１ｂ、ウェッジ先端曲率Ｒ、の各値に応じて溝ずれ等のセンタリング不良の状況が変化することを確認し、圧延の安定性が担保できるような条件について更なる実験・検討を行った。なお、ウェッジ投影幅Ｂとは、ウェッジ角度θ１ｂ、ウェッジ高さ（突起部高さ）ｈ２、ウェッジ先端曲率Ｒに応じて定まるウェッジ寸法（突起部３５、３６の寸法）において、割り込み３８、３９を形成させる圧延造形のパスにおいて、任意のパスでの割り込み３８、３９のスラブ厚方向に最も幅広な箇所の幅である。図６は、ウェッジ投影幅Ｂの説明図であり、ある所定のパスにおける第２孔型Ｋ２の突起部３５を拡大した図である。

ここで、本発明者らは、溝ずれ等のセンタリング不良を評価する指標としてウェッジ投影幅比Ｗを規定し、このウェッジ投影幅比Ｗの値と溝ずれ挙動（センタリング性に関する挙動）について検討を行った。なおウェッジ投影幅比Ｗは以下の式（１）で示される。
Ｗ＝Ｂ／Ｔ ・・・（１）
Ｂ：ウェッジ投影幅、Ｔ：スラブ厚

表１は、第２孔型Ｋ２での圧延造形において、ウェッジ角度θ１ｂ（表中、単に角度と記載）、ウェッジ先端曲率Ｒ、ウェッジ高さｈ２、スラブ厚Ｔを変化させた場合の溝ずれ挙動との関係を示すデータである。また、図７は、表１に記載のデータをプロットしたものであり、ウェッジ投影幅比Ｗと溝ずれ挙動との関係を示すグラフである。なお、表１及び図７における溝ずれ挙動の記載としては、＋１が溝ずれ挙動が良好である場合を示し、０が溝ずれ挙動が許容範囲内である場合を示し、−１が溝ずれ挙動が変動大である場合（即ち、センタリング不良である場合）を示している。
溝ずれ挙動が許容範囲内である場合（表１、図７における溝ずれ挙動０）とは、具体的には、圧延造形時に溝ずれは発生するものの、当該溝ずれ量が３０ｍｍ以下であり、後段の孔型（第３孔型Ｋ３、第４孔型Ｋ４）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での圧延工程により、寸法矯正が可能な程度である場合を示している。
表１及び図７において、ウェッジ角度θ１ｂは３０〜５０°、ウェッジ先端曲率Ｒは１０〜３０ｍｍ、スラブ厚Ｔは２５０〜３００ｍｍとした。

幾何学上、同一ロール隙の状態でも、ウェッジ角度θ１ｂが大きくなる程、ウェッジ投影幅Ｂは大きくなり、ウェッジ投影幅比Ｗは大きくなる傾向がある。同様に、ウェッジ先端曲率Ｒが大きくなる程、ウェッジ投影幅Ｂは大きくなり、ウェッジ投影幅比Ｗは大きくなる傾向がある。また、スラブ厚Ｔが薄くなる程、ウェッジ投影幅比Ｗが大きくなる傾向がある。

また、表１及び図７に示すように、本実験・検討によれば、ウェッジ投影幅比Ｗが６８％以下の範囲内に設定される条件下であれば、ウェッジ角度θ１ｂ、ウェッジ先端曲率Ｒ、ウェッジ高さｈ２、スラブ厚Ｔがどのような値であったとしても、溝ずれ挙動は良好（表１、図７中の＋１表記）となっており、圧延の安定化が実現される。
一方、ウェッジ投影幅比Ｗが６８％〜８２％の範囲内に設定される条件下では、溝ずれ挙動が許容範囲内である場合と変動大である場合が混在しており、溝ずれ等のセンタリング不良や通材不良が十分に抑制されず、圧延の安定化が図られない。
更には、ウェッジ投影幅比Ｗが８２％超の範囲に設定される条件下では、溝ずれ挙動が変動大となり、圧延の安定化が図られない。

以上、表１及び図７を参照して説明したように、ウェッジ角度θ１ｂは３０°以上５０°未満、ウェッジ先端曲率Ｒは１０〜３０ｍｍ、スラブ厚Ｔは２５０〜３００ｍｍとの条件下においては、ウェッジ投影幅比Ｗを６８％以下の範囲内に設定することで、溝ずれ挙動が良好に保たれ、圧延の安定化が実現されることが分かる。

本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法において、ウェッジ投影幅比Ｗを好適な範囲内（６８％以下）に設定する方法は特に限定されるものではないが、例えば以下のような方法が望ましい。
即ち、ウェッジ角度θ１ｂ、ウェッジ先端曲率Ｒ、スラブ厚Ｔが定まっている場合に、ウェッジ高さｈ２を好適な値にすることでウェッジ投影幅比Ｗを６８％以下とすることができる。また、ウェッジ角度θ１ｂ、ウェッジ先端曲率Ｒ、スラブ厚Ｔに加え、ウェッジ高さｈ２が定まっている場合に、割り込み３８、３９を形成させるための圧延造形パスにおいて、最終パスとすべきパスをウェッジ投影幅比Ｗが６８％以下との条件を満たすパスとすることで圧延の安定化を図ることができる。更には、ウェッジ形状を変更することで、被圧延材Ａと孔型ロールの接触状態を変えてウェッジ投影幅比Ｗの値を調整することも可能である。

以上説明した、本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法によれば、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をすることで、被圧延材Ａ（スラブ）の上下端面の圧下量を最小限に抑えて、Ｈ形粗形材１３の造形を行うことができる。即ち、従来行われていたスラブ端面を常に圧下する粗圧延方法に比べ、フランジ幅を広幅化させてＨ形粗形材１３を造形することが可能となり、その結果、例えばウェブ高さ１０００ｍｍ以上、フランジ幅４００ｍｍ以上といった大型の最終製品（Ｈ形鋼製品）を製造することができる。

また、サイジングミル３あるいは粗圧延機４における圧下量や設備規模に装置限界があるといったことに影響されずにＨ形粗形材１３の造形を行うことができるため、素材のスラブサイズを従来に比べ小型化（スラブ幅の縮小）させることができ、フランジ幅の大きな最終製品を効率的に製造することができる。

また、特に第２孔型Ｋ２での造形においては、ウェッジ角度θ１ｂは２５°以上５０°未満、ウェッジ先端曲率Ｒは１０〜３０ｍｍ、スラブ厚Ｔは２５０〜３００ｍｍとの条件下において、ウェッジ投影幅比Ｗを好適な範囲内（６８％以下）に設定することで、溝ずれ等のセンタリング不良や通材不良を抑制し、圧延の安定性を向上させることができる。

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。即ち、例えばビームブランク素材を造形してＨ形鋼を製造する場合にも適用できる。

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製造される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 (3)

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、
   矩形断面素材に対し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、
   前記第２孔型における造形では、前記第１孔型において形成された割り込みの深さを深くする造形が行われ、
   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孔型周面とが接触した状態で圧下が行われ、
   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、
   前記第２孔型に形成される突起部の先端角度が２５°以上５０°未満であり、当該突起部の先端曲率が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、前記矩形断面素材の厚みが２５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である場合に、以下の式（１）で定まるウェッジ投影幅比Ｗが６８％以下となるように前記第２孔型での造形を行うことを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
   Ｗ＝Ｂ／Ｔ ・・・（１）
   但し、Ｂ：第２孔型での造形パスにおいて孔型ロールと被圧延材が接触している状態での突起部の被圧延材の厚み方向で最も広幅な箇所の幅、Ｔ：矩形断面素材の厚み、である。
2. 前記第２孔型に形成される突起部の寸法は、前記ウェッジ投影幅比Ｗが６８％以下となるように当該突起部の高さを調整して決定さ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. 前記ウェッジ投影幅比Ｗが６８％以下となるように前記第２孔型での造形パススケジュールを設定す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。