JP6569535B2 - 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。

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方法として種々の技術が創案されている。例えば特許文献１には、矩形断面素材に対し、孔型底がフラットな複数のボックス孔型を用いてエッジング圧延を施し、ドッグボーン形状の粗形材を造形する技術が開示されている。また、例えば特許文献２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開示されている。

特開平７−８８５０２号公報 特開平７−８８５０１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、上記特許文献１に記載の技術では、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。

また、例えば上記特許文献２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、フランジが広幅化されたＨ形鋼製品を製造する際には、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ために孔型幅が大きくなってしまう傾向があり、粗圧延工程を実施する圧延スタンドのロール胴長には設備限界があることから、刻設する孔型の効率化や簡素化が求められている。

このような事情に鑑み、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と共に、フランジとウェブのメタルバランス（断面積比）の適正化やフランジ形状の適正化を実現させることが可能な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、前記複数の孔型を通材後の被圧延材は、前記中間圧延工程を行う中間ユニバーサル圧延機に導入され、前記中間ユニバーサル圧延機における中間圧延工程は複数パスのリバース圧延によって行われ、当該複数パスのリバース圧延のうち、所定パス以降のパスにおいては以下の式（１）で示される延伸比ｒが０．９６０超となるようにパススケジュールが設定されることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。
延伸比ｒ＝フランジ延伸λｆ／ウェブ延伸λｗ ・・・（１）

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と共に、フランジとウェブのメタルバランス（断面積比）の適正化やフランジ形状の適正化を実現させ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４孔型での造形後の被圧延材に対し、従来より既知の構成・形状を有する平造形孔型を用いて造形を実施した場合の概略説明図である。 中間ユニバーサル圧延機における圧延の概略説明図である。 中間ユニバーサル圧延における延伸比の影響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（後述するフランジ部８０）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。

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。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４０°以下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４０°以下のウェッジ角度θ１ｂ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、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。

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、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。

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、従来のＨ形鋼の製造方法に倣えば、例えば特許文献２等において既知である平造形孔型（ウェブ減厚孔型）を用いて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。そして、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により圧下され、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、上述した第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形された被圧延材Ａのフランジ部８０の形状が、従来の製造方法における平孔型造形前のフランジ部の形状に比べ、製品フランジの形状に近い形状である。これは、素材として用いる矩形断面の素材（スラブ）の端部形状を変えることなく、割り込みを入れて造形した分割部位（フランジ部８０）を折り曲げる加工を行うといった造形技術を採用していることに起因する。また、このような造形技術を採用するために、第２孔型Ｋ２〜第４孔型Ｋ４においては、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する２箇所の孔型上面及び２箇所の孔型底面と、孔型に形成された突起部の傾斜面とのなす角度θｆは約９０°（略直角）に構成されており、また、被圧延材Ａの上下端部が割り込みを形成することで２つに分割して造形され、フランジ部８０の先端部の厚みが従来法に比べて厚い。
そこで本発明者らは、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形されたフランジ部８０の形状が製品フランジの形状に近い点に着目し、粗圧延工程の効率化について鋭意検討を行った。以下、本検討について図面を参照して説明する。

先ず、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いた造形方法において、第４孔型Ｋ４での造形後、従来から既知の平造形孔型を用いた場合の問題点について説明する。
図６は、第４孔型Ｋ４での造形後の被圧延材Ａに対し、従来より既知の構成・形状を有する平造形孔型９０を用いてウェブ部８２の厚み圧下を含む造形を実施した場合の説明図であり、（ａ）は造形前、（ｂ）は造形後を示している。なお、図６においては、フランジ部８０の形状変化の様子を示すためにフランジ部８０を拡大するように被圧延材Ａの一部を拡大して図示している。

図６（ａ）に示すように、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形されたフランジ部８０は、ウェブ部８２が圧下されると、そのメタルフローが平造形孔型９０外側（即ち、フランジ部８０）に流れ、当該平造形孔型９０の側壁に鋼材が押し付けられる。これにより、ウェブ部８２を減厚する過程でフランジ部８０のプルダウン（ウェブ減厚によるフランジ肉引け）が発生する。特に、大型Ｈ形鋼においては、ウェブ部８２の幅が相対的にフランジ部８０に対して大きくなるために、プルダウンが大きい。従って、ウェブ部８２を減厚する過程でフランジ部の幅が短くなる現象が起きる。即ち、図６（ｂ）に示すように、フランジ部８０が平造形孔型９０外側に押し付けられると同時に、フランジ部８０の先端部がプルダウンによってロールから離れてしまい、フランジ先端部が内側に張り出し、図中破線部に示す箇所が疵などの原因となってしまう恐れがある。更には、ウェブ部８２の厚み圧下量が大きくなると、フランジ部８０へのメタルフローが大きくなり、フランジ部８０の折れ曲がりといった形状不良も懸念される。

以上、図６を参照して説明した従来より既知の平造形孔型９０を用いた造形法の問題点に鑑み、本発明者らは、この平造形孔型９０を粗圧延機に刻設せずに、上記第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形された被圧延材Ａをそのまま中間ユニバーサル圧延機５に導入し、所定の圧延条件を満たすような複数パスのリバース圧延でもって中間材１４の造形を行う技術を創案した。

しかしながら、上述したように、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形されたフランジ部８０は、先端部の厚みが従来に比べて厚く、製品フランジの形状に近い形状となっていることから、従来の中間ユニバーサル圧延機５におけるリバース圧延と同様の条件で中間材１４の造形を進めた場合、フランジ形状に問題が生じることが懸念される。
また、平造形孔型９０を粗圧延機に刻設しないために、粗圧延工程ではウェブ部８２の厚み圧下が十分に行われない。従って、中間ユニバーサル圧延機５においてウェブ部８２の厚み圧下が十分に行われ、フランジ部８０とウェブ部８２のメタルバランスが好適なものとなるような条件を設定する必要がある。

そこで、次に、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形されたフランジ部８０に対する、中間ユニバーサル圧延機５でのユニバーサル圧延（中間圧延工程）の影響について図７、８を参照して説明し、中間ユニバーサル圧延機５における好適な圧延条件について検討する。

図７は、中間ユニバーサル圧延機５における圧延の概略説明図であり、（ａ）は圧延前、（ｂ）は圧延時を示している。図７に示すように、中間ユニバーサル圧延機５には、上下一対の水平ロール９１、９２と、左右一対の竪ロール１０１、１０２が設けられている。水平ロール９１、９２は、そのロール周面が被圧延材Ａのウェブ部８２に当接可能に構成され、そのロール側面の一部がフランジ部８０の内面に当接可能に構成されている。また、竪ロール１０１、１０２は、そのロール周面がフランジ部８０の外面に当接可能に構成されている。なお、図７において各ロールのロール軸や圧延機筐体等の構成は省略している。

図７（ｂ）に示すように、中間ユニバーサル圧延機５では、被圧延材Ａのウェブ部８２に対し、水平ロール９１、９２の周面が当接し、当該ウェブ部８２の厚み方向に対して圧下が加えられる。また、被圧延材Ａのフランジ部８０に対し、水平ロール９１、９２の側面の一部がフランジ部８０の内面に当接し、竪ロール１０１、１０２の周面がフランジ部８０の外面に当接し、当該フランジ部８０の厚み方向に対して圧下が加えられる。このようにして、被圧延材Ａのフランジ部８０及びウェブ部８２が所望の厚みに圧下される。

ここで、図７（ｂ）に示すように、被圧延材Ａのフランジ部８０の圧下は、外側への拡がりを竪ロール１０１、１０２によって拘束し、先端部８０ａは非拘束として行われる。この場合、中間ユニバーサル圧延機５の圧延においては、以下の式（１）で示されるフランジ部８０の延伸λｆとウェブ部８２の延伸λｗの比率（以下、延伸比ｒとも呼称する）は、中間圧延工程の条件（中間ユニバーサル圧延機５のロール設定）によって任意に設定することができる。
延伸比ｒ＝フランジ延伸λｆ／ウェブ延伸λｗ ・・・（１）

本発明者らは、フランジ部８０の先端部の厚みが従来法に比べて厚く、製品フランジの形状に近い形状となっており、ウェブ部８２の厚みがフランジ部８０の厚みより厚い被圧延材Ａに対して中間ユニバーサル圧延を実施する際に、好適な延伸比ｒについて更に検討を行った。

上述したように、本実施の形態に係る製造方法では、粗圧延工程において従来の平造形孔型を用いず、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形された被圧延材Ａを、そのまま中間ユニバーサル圧延機５でもって圧延造形する。即ち、粗圧延工程でウェブ部８２の厚み圧下が十分に行われないために、ウェブ部８２の厚みがフランジ部８０の厚みに対して厚い形状でもって中間ユニバーサル圧延機５に導入される。
このため、中間ユニバーサル圧延機５ならびにエッジャー圧延機９における圧延造形は複数パスでもって行われるが、その前段パスにおいては、後段パスに比べ延伸比ｒを小さい値とし、ウェブ部８２の延伸をフランジ部８０の延伸よりも促進させて圧延造形を行う必要がある。
一方で、中間ユニバーサル圧延の複数パス全てにおいてウェブ部８２の延伸をフランジ部８０の延伸よりも促進させ、延伸比ｒを所定値以下として圧延造形を行うと以下に図８を参照して説明するような問題があることも分かっている。

図８は、本実施の形態に係る中間ユニバーサル圧延における延伸比ｒの影響を示すＦＥＭ計算に基づく説明図であり、（ａ）は延伸比ｒが０．９６０の場合、（ｂ）は延伸比ｒが０．９８５の場合を示している。なお、図８では、フランジ部８０の形状変化の様子を示すためにフランジ部８０を拡大するように被圧延材Ａの一部を拡大して図示している。

図８（ａ）に示すように、中間ユニバーサル圧延における複数パスのうちの後段パスで延伸比ｒを０．９６０とすると、ウェブ部８２とフランジ部８０の接続部（いわゆるコーナー部）やフランジ部８０の先端に肉引けが生じてしまい、フランジ部８０の内面の充満性が十分に確保されない。
一方、図８（ｂ）に示すように、中間ユニバーサル圧延における複数パスのうちの後段パスで延伸比ｒを０．９６０超（例えば０．９８５）に設定すると、上述したようなフランジ部８０での肉引けは発生せず、フランジ部８０の圧延造形が好適に行われる。

以上図８を参照して説明したように、本実施の形態に係る製造方法においては、中間ユニバーサル圧延における複数パスのうちの後段パスで延伸比ｒを０．９６０超として圧延造形を行う必要がある。一方で、中間ユニバーサル圧延における複数パスのうちの前段パスでの延伸比ｒは０．９６０以下として圧延造形を行う必要がある。

以下に示す表１は、スラブ厚２５０ｍｍの矩形断面スラブを素材として本実施の形態に係る製造方法を適用した場合の中間ユニバーサル圧延のパススケジュールの一例であり、各パスにおけるウェブ厚、フランジ厚、ウェブ延伸λｗ、フランジ延伸λｆ、延伸比ｒを記載したものである。
表１に示すように、複数パス（計２３パス）のうち、１〜１４パスでは延伸比ｒを０．９６０以下として圧延造形を実施し、１５パス〜２３パスでは延伸比ｒを０．９６０超として圧延造形を実施している。このようなパススケジュールでもって中間ユニバーサル圧延を実施することで、図８を参照して上述したような、フランジ部８０の肉引けといった形状不良を生じさせることなく、フランジ部８０の圧延造形を好適に行うことができる。

なお、中間ユニバーサル圧延における複数パスのうちの後段パスとして定められる所定のパスは、具体的なパススケジュールにおいて、ウェブ部８２の厚みＷ１が製品ウェブ厚Ｗの２倍以下となるパス以降のパスとすることが望ましい。

表１には、中間ユニバーサル圧延のパススケジュールの一例を示したが、実際の操業における中間圧延工程では、図１に示すように、中間ユニバーサル圧延機５に近接して設けられるエッジャー圧延機９とのリバース圧延が実施され、エッジャー圧延機９では、フランジ部８０の先端部をエッジング圧延するパス（いわゆる造形パス）が実施される。具体的には、粗圧延工程で圧延造形された被圧延材Ａのフランジ部８０の先端部は略ドーム形状といった形状を有しており、その形状をＨ形鋼製品のフランジ形状に沿った矩形断面形状にするパスが、上記造形パスである。

このように先端部が略ドーム形状のフランジ部８０を中間ユニバーサル圧延機５及びエッジャー圧延機９のリバース圧延において矩形断面形状に造形するためには、フランジ部８０の厚みを、造形後の厚み（即ち、略矩形断面形状における厚み）の２倍以上とし、その段階から上記造形パスを繰り返して圧延造形（整形）を行う必要がある。これは、造形後の厚みの２倍以上の厚みから造形パスを実施することで、フランジ部８０の厚み方向全てに圧下が及び、当該フランジ部８０が先端部を含め矩形断面形状に造形されるからである。

図８を参照して上述したパススケジュールでは、フランジ部８０の内面における肉引け（図８（ａ）参照）を防止するために、１４パスまでは延伸比ｒを小さい値（例えば０．９６０以下）とし、ウェブ部８２の延伸をフランジ部８０の延伸よりも促進させて圧延造形を行い、１５パス以降では延伸比ｒを０．９６０超として圧延造形を行っている。この時、１５パスにおけるフランジ部８０の厚みは８７．０ｍｍとなっており、製品フランジ厚み４４．０ｍｍのほぼ２倍となっている。延伸比ｒが０．９６０超である圧延造形では、フランジ部８０の厚み変化とウェブ部８２の厚み変化の関係はほぼ一致している。即ち、図８のパススケジュールは、ウェブ部８２の厚みＷ１が製品ウェブ厚Ｗの２倍以下となるようなパス以降のパスにおいて延伸比ｒを０．９６０超の圧延造形を行うことで、先端部が略ドーム形状のフランジ部８０を好適に矩形断面形状に造形することができることを示している。

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）の上下端面を上下方向にほぼ圧下することなく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、フランジ幅の大きな最終製品（Ｈ形鋼）を製造することができる。

また、本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法では、従来Ｈ形鋼の製造において一般的に用いられてきた平造形孔型を刻設することなく、被圧延材Ａの圧延造形を実施する。そのため、粗圧延機に刻設すべき孔型の簡略化や、同一の圧延設備において刻設可能な孔型の大型化を図ることができるため、従来に比べ更にフランジ幅の広幅化されたＨ形鋼製品を製造することが可能となる。
なお、一般的な粗圧延機の全体ロール胴長は約３０００ｍｍであることが知られており、１基の粗圧延機において粗圧延工程を実施する場合、平造形孔型を刻設することなく、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４のみを当該ロールに刻設すると、例えばウェブ高さ６００ｍｍ超、フランジ幅４００ｍｍ超のＨ形鋼製品を製造することができる。

更には、平造形孔型を用いることなく造形された粗形材に対し中間ユニバーサル圧延を実施する場合に、複数パスで行われる中間ユニバーサル圧延のパススケジュールを好適に設定することで、フランジ部８０に肉引けといった形状不良を生じさせることなく、ウェブ部８２とフランジ部８０のメタルバランスの適正化が図られ、適正形状の中間材１４の圧延造形を行うことが可能となる。具体的には、中間ユニバーサル圧延のパススケジュールにおいて、ウェブ部８２の厚みＷ１が製品ウェブ厚Ｗの２倍以下となるような所定のパスにおいて、延伸比ｒを０．９６０超として圧延造形することで中間材１４（特に、フランジ部８０）の圧延造形を好適に行うことができる。

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（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。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
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
８２…ウェブ部
９０…平造形孔型
９１、９２…水平ロール
１０１、１０２…竪ロール
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 (1)

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、
   前記複数の孔型を通材後の被圧延材は、前記中間圧延工程を行う中間ユニバーサル圧延機に導入され、
   前記中間ユニバーサル圧延機における中間圧延工程は複数パスのリバース圧延によって行われ、
   当該複数パスのリバース圧延のうち、所定パス以降のパスにおいては以下の式（１）で示される延伸比ｒが０．９６０超となるようにパススケジュールが設定されることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
   延伸比ｒ＝フランジ延伸λｆ／ウェブ延伸λｗ ・・・（１）