JP6703306B2 - Ｈ形鋼の製造方法 - 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、特にユニバーサル圧延を行う中間圧延では、寸法及び形状の精度が問題となっており、特に大型Ｈ形鋼製品の製造では、寸法及び形状の精度の向上が望まれていた。そこで、例えば特許文献１では、これらの問題点が、被圧延材のフランジ部と竪ロールの接触点がウェブ部と水平ロールとの接触点よりも著しく先行していることに起因していることに鑑み、竪ロール径と水平ロール径との比、及び／又は、各回のフランジとウェブの各パスの圧下スケジュールを調整することで、上記問題点を解消する技術が開示されている。

また、例えば特許文献２には、ウェブ高さの造り分けを行う際に生じるウェブ部両端の増厚部（余肉部）を解消するために、仕上げユニバーサル圧延機における竪ロール径と水平ロール径の比を好適に調整し、竪ロールの回転軸と水平ロールの回転軸を同一平面上に設置し、上記増厚部の圧下を行う技術が開示されている。

特公昭４６−１９１６７号公報 特開２０１３−７５３１７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、水平ロールのウェブ噛み込みと竪ロールのフランジ噛み込みとの関係を好適にすることで、寸法及び形状の精度を向上させるものであるが、ウェブとフランジの同時圧下領域における延伸比に関する言及は一切されておらず、当該延伸比の具体的な値についても何ら開示されていない。また、特許文献１には、例えば製品厚み比１．６以下の製品に対して水平ロール径と竪ロール径の比を３．２以上にするといった記載や、フランジ噛み込みの先行長さを１０ｍｍ以下とするといった記載があり、そのような条件下以外の製造工程において適用される技術ではないという点において問題がある。

また、上記特許文献２に記載の技術は、特にウェブ両端の増厚部の圧下に関して、仕上げ圧延に対して適用される技術であり、また、フランジの延伸やウェブとフランジの同時圧下領域における延伸比に関する言及は一切されておらず、当該延伸比の具体的な値についても何ら開示されていない。実際には、断面内の一部分であるウェブ両端を強く圧延するため、断面内各位置での延伸の差が非常に大きく、ウェブ両端の噛み込みがフランジやウェブ中央部の噛み込みよりも大きく先行する圧延になっている。

また、上記特許文献１、２に記載された技術は、寸法及び形状の精度の向上や、増厚部の圧下といった、主に被圧延材の造形に関する技術である。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おり、大型のＨ形鋼製品の製造においては、従来の製品に比べ大型の被圧延材を圧延造形することから、造形精度の向上と共に、圧延機のロール荷重（水平ロール荷重及び竪ロール荷重）の更なる低減が求められる。特に従来の圧延機を用いて大型のＨ形鋼製品を製造しようとすると、圧延荷重が許容荷重を超えてしまう場合もあり、パス回数を増加させる必要が生じるために生産性の低下が懸念されていた。圧延機の耐荷重を大幅に増大することは設備コストや設備規模の面から現実的ではなく、既存の設備でもって圧延荷重を低減させ、生産性の向上や大型のＨ形鋼製品の製造を実現させることが求められている。

即ち、上記特許文献１、２には、このようなロール荷重の低減についての作用や明確な条件等が規定されておらず、ロール荷重低減のための条件の更なる規定が望まれているのが実情である。

上記事情に鑑み、本発明の目的は、Ｈ形鋼製品の製造において、特にユニバーサル圧延を行う圧延機の水平ロール荷重と竪ロール荷重の両方を併せて低減させ、既存の圧延設備における生産性を向上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、被圧延材に対しユニバーサル圧延を行いＨ形鋼を製造するＨ形鋼の製造方法であって、前記被圧延材はフランジ相当部及びウェブ相当部を有し、前記ユニバーサル圧延を行う圧延機において、水平ロールと竪ロールのロール軸は圧延方向に対する垂直な同一断面内にあり、水平ロールによる前記ウェブ相当部の圧下と、竪ロールによる前記フランジ相当部の圧下と、が同時に行われる同時圧下領域では、ウェブ延伸λｗｓとフランジ延伸λｆｓの比が以下の式（６）を満たす条件で圧延が行われることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。
０．９７≦λｆｓ／λｗｓ≦１．０７ ・・・（６）
ここで、λｗｓは、ウェブ相当部における同時圧下領域での入側厚と出側厚の比であり、λｆｓは、フランジ相当部における同時圧下領域での入側厚と出側厚の比である。また、λｗｓ及びλｆｓは次式（４）、（５）、（４’）、（５’）で求める。
竪ロールとフランジ相当部との接触長Ｌｄｆ、水平ロールとウェブ相当部との接触長Ｌｄｗ、に関し、ｔｆ０をフランジ相当部の圧延前厚み、ｔｆ１をフランジ相当部の圧延後厚み、ｔｗ０をウェブ相当部の圧延前厚み、ｔｗ１をウェブ相当部の圧延後厚み、Ｄｖを竪ロール径、Ｄｈを水平ロール径、ＬｄｓをＬｄｗとＬｄｆの値のうちの小さい方として、ウェブ相当部とフランジ相当部の同時圧下領域の長さとし、
Ｌｄｆ＞Ｌｄｗの場合、
λｗｓ＝ｔｗ０／ｔｗ１ ・・・（４）
λｆｓ＝（ｔｆ１＋Ｌｄｓ^２／Ｄｖ）／ｔｆ１ ・・・（５）
Ｌｄｆ≦Ｌｄｗの場合、
λｗｓ＝（ｔｗ１＋２Ｌｄｓ^２／Ｄｈ）／ｔｗ１ ・・・（４’）
λｆｓ＝ｔｆ０／ｔｆ１ ・・・（５’）

前記ユニバーサル圧延を行う圧延機の竪ロール径Ｄｖは、以下の式（８）を満たしても良い。
３００［ｍｍ］≦Ｄｖ≦０．３３×Ｄｈ ・・・（８）
但し、Ｄｈ：水平ロール径である。

前記ユニバーサル圧延において、全領域のウェブ延伸λｗとフランジ延伸λｆの比が以下の式（９）を満たしても良い。
１．０≦λｆ／λｗ≦１．０３ ・・・（９）
ここで、全領域とは、圧延前後のウェブ相当部およびフランジ相当部それぞれの圧下全体の領域のことであり、ウェブ相当部の場合には、接触長Ｌｄｗで示される領域であり、以下の式（２）で示され、フランジ相当部の場合には、接触長Ｌｄｆで示される領域であり、以下の式（３）で示される。

但し、Δｔｗ：ウェブ相当部の圧下量（ｔｗ０−ｔｗ１）

但し、Δｔｆ：フランジ相当部の圧下量（ｔｆ０−ｔｆ１）
である。

前記ユニバーサル圧延を行う圧延機は、中間ユニバーサル圧延機であっても良い。

前記ユニバーサル圧延を行う圧延機において、竪ロールの後方には当該竪ロールに接触して支持する構成のバックアップロールが設けられても良い。

本発明によれば、Ｈ形鋼製品の製造において、特にユニバーサル圧延を行う圧延機の水平ロール荷重と竪ロール荷重の両方を併せて低減させ、既存の圧延設備における生産性を向上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。 中間ユニバーサル圧延機のロール構成についての概略説明図（正面断面図）である。 従来の構成である中間ユニバーサル圧延機の概略説明図（概略上面図）である。 本実施の形態に係る構成の中間ユニバーサル圧延機の概略説明図（概略上面図）である。 水平ロール径を固定した状態で、竪ロール径Ｄｖを変化させた場合の、水平ロール荷重比Ｐｈ／Ｐｈｃとλｆｓ／λｗｓとの関係を示すグラフである。 水平ロール径を固定した状態で、竪ロール径Ｄｖを変化させた場合の、竪ロール荷重比Ｐｖ／Ｐｖｃとλｆｓ／λｗｓとの関係を示すグラフである。 ロール径比を変化させた場合の水平ロール荷重比Ｐｈ／Ｐｈｃの値の変化を示すグラフである。 ロール径比を変化させた場合の竪ロール荷重比Ｐｖ／Ｐｖｃの値の変化を示すグラフである。 竪ロールに対しバックアップロールを設ける構成の概略説明図である。

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、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。また、本実施の形態において、製造されたＨ形鋼製品のフランジに相当する部分をフランジ相当部１２と呼称し、ウェブに相当する部分をウェブ相当部２０と呼称する場合がある。

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において中間ユニバーサル圧延される。また、この中間ユニバーサル圧延とリバース圧延が可能な状態で、エッジャー圧延機９によって被圧延材の端部等（フランジ相当部１２）に対して圧下が施される。通常の場合、粗圧延機４（複数基設置される場合もある）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、これらを経由して数１０パス程度のリバース圧延でドッグボーン形状の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に示した中間ユニバーサル圧延機５のロール構成の概略について図２を参照して説明する。図２は、中間ユニバーサル圧延機５のロール構成についての概略説明図（正面断面図）であり、（ａ）が圧延前、（ｂ）が圧延時を示している。図２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２１、２２と、左右一対の竪ロール３１、３２が設けられている。水平ロール２１、２２は、そのロール周面が被圧延材Ａのウェブ相当部２０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相当部１２の内面に当接可能に構成されている。また、竪ロール３１、３２は、そのロール周面がフランジ相当部１２の外面に当接可能に構成されている。なお、図２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２に示す中間ユニバーサル圧延機５では、被圧延材Ａのウェブ相当部２０に対し、水平ロール２１、２２の周面が当接し、当該ウェブ相当部２０の厚み方向に対して圧下が加えられる。また、被圧延材Ａのフランジ相当部１２に対し、水平ロール２１、２２の側面の一部がフランジ相当部１２の内面に当接し、竪ロール３１、３２の周面がフランジ相当部１２の外面に当接し、当該フランジ相当部１２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のフランジ相当部１２及びウェブ相当部２０が所望の厚みに圧下される。

このような図２に示す中間ユニバーサル圧延機５において、被圧延材Ａに対して複数パスのリバース圧延を行うことで、中間材１４の圧延造形が行われる。本発明者らは、このように構成される中間ユニバーサル圧延機５に関し、一般的に知られる設備構成でのロール荷重に係る問題点に着目し、更なるロール荷重の低減を図るための設備構成について鋭意検討を行った。以下では、本検討について説明する。

図３は、従来の構成である中間ユニバーサル圧延機５ａの概略説明図（概略上面図）である。なお、共通する構成要素について、図２と図３では共通の符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。また、図３における図中上方を圧延上流側とし、図中下方を圧延下流側として図示し、図３中には、説明のため、圧延前と圧延後の被圧延材Ａの概略断面図も記載している。

図３に示す、従来の構成の中間ユニバーサル圧延機５ａは、例えば水平ロール径Ｄｈが１５００ｍｍ〜１６５０ｍｍ程度、竪ロール径Ｄｖは水平ロール径の０．８倍〜０．６５倍程度である。即ち、例えば図３に示す竪ロール径Ｄｖは１１００ｍｍ程度である。このような中間ユニバーサル圧延機５ａにおいて、ウェブ相当部２０とフランジ相当部１２の厚み比ｔｆ／ｔｗの値が１．２〜２．３程度である製品の中間材を圧延造形する場合、竪ロール３１、３２によりフランジ相当部１２の圧下を行う領域の接触長Ｌｄｆと、水平ロール２１、２２（図３中は図示せず）によりウェブ相当部２０の圧下を行う領域の接触長Ｌｄｗの関係は以下の式（１）のようになる。
Ｌｄｆ＞Ｌｄｗ ・・・（１）

この場合、水平ロールと竪ロールのロール軸は圧延方向に対する垂直な同一断面内にあり、フランジ相当部１２とウェブ相当部２０の圧下が終了するタイミングは同じであることから、図３に示す構成では、最初に竪ロール３１、３２によるフランジ相当部１２の圧下が開始され、その後、ウェブ相当部２０及びフランジ相当部１２の圧下が行われる。この時、フランジ相当部１２とウェブ相当部２０の圧下は、それぞれ一定の延伸バランスを保ちながら行われるため、全体としての圧延方向の伸びは両者でほぼ同じである。その結果、フランジ相当部１２が先に圧下される領域（図中のＬｄｆ−Ｌｄｗの領域）では、当該フランジ相当部１２のみが圧下されることにより、コーナー部（フランジ−ウェブ接続部）近傍のメタルがウェブ側に流れやすくなり、ウェブ相当部２０の端部の面圧が大きくなる。
また、ウェブ相当部２０とフランジ相当部１２を同時に圧下する領域（図中のＬｄｗ領域）では、ウェブ相当部２０の延伸がフランジ相当部１２の延伸に対して大きくなり、ウェブ相当部２０の伸びがフランジ相当部１２の伸びに拘束される。
以上説明した理由により、図３に示す従来の構成の中間ユニバーサル圧延機５ａにおいては、ウェブ相当部２０の圧延を板圧延とみなした場合よりも大きな水平ロール荷重が作用してしまうことが分かっている。

また、図４は本実施の形態に係る構成の中間ユニバーサル圧延機５ｂの概略説明図（概略上面図）である。なお、図４に示す竪ロールは、従来よりもロール径の小さい小径竪ロール５１、５２であり、その他の共通する構成要素については、図３と図４では共通の符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。また、図４における図中上方を圧延上流側とし、図中下方を圧延下流側として図示し、図４中には、説明のため、圧延前と圧延後の被圧延材Ａの概略断面図も記載している。

図４に示すように、本実施の形態に係る構成の中間ユニバーサル圧延機５ｂは、例えば水平ロール径Ｄｈが１５００ｍｍ〜１６５０ｍｍ程度、竪ロール径Ｄｖは水平ロール径の約１／３〜１／５程度である。即ち、例えば図４に示す小径竪ロール５１、５２の径Ｄｖは４５０ｍｍ程度である。なお、これら水平ロール径、竪ロール径の値は一例であり、本発明においてこれらの値は、上記数値に限定されるものではない。
このような中間ユニバーサル圧延機５ａにおいて、ウェブ相当部２０とフランジ相当部１２の厚み比ｔｆ／ｔｗの値が１．２〜２．３程度である製品の中間材を圧延造形する場合、フランジ相当部１２の圧下を行う領域の接触長Ｌｄｆと、ウェブ相当部２０の圧下を行う領域の接触長Ｌｄｗとの差が小さくなり、フランジ相当部１２のみが圧下される領域がほぼなくなり、また、同時圧下領域においてウェブ相当部２０の延伸がフランジ相当部１２の延伸に対して大きくなるといった事もないため、竪ロール及び水平ロールの圧延荷重の低減が図られるものと推定される。

図３、図４に示すような中間ユニバーサル圧延機の構成において、水平ロールとウェブ相当部２０との接触長Ｌｄｗは、幾何学的な関係から以下の式（２）で示される。

但し、Δｔｗ：ウェブ相当部の圧下量（ｔｗ０−ｔｗ１）
また、竪ロールとフランジ相当部１２との接触長Ｌｄｆは、以下の式（３）で示される。

但し、Δｔｆ：フランジ相当部の圧下量（ｔｆ０−ｔｆ１）

ここで、中間ユニバーサル圧延において、ＬｄｗとＬｄｆの値のうちの小さい方を、ウェブ相当部２０とフランジ相当部１２の同時圧下領域の長さＬｄｓとし、このＬｄｓでのウェブ延伸をλｗｓ、フランジ延伸をλｆｓとする。これらλｗｓ、λｆｓは、上記式（２）、（３）と、圧延後の被圧延材Ａの厚みから同時圧下開始時点の厚みを計算し、算出可能である。
例えば、Ｌｄｆ＞Ｌｄｗの場合、Ｌｄｓ＝Ｌｄｗとなり、同時圧下領域のウェブ延伸λｗｓ及びフランジ延伸λｆｓはそれぞれ以下の式（４）、（５）に示すものとなる。
λｗｓ＝ｔｗ０／ｔｗ１ ・・・（４）
λｆｓ＝（ｔｆ１＋Ｌｄｓ^２／Ｄｖ）／ｔｆ１ ・・・（５）
圧延後の厚みには、ロール荷重（実測値、あるいはモデル式等による推定値）とミル剛性から計算される圧延中のロール隙を用いれば良い。あるいは、オンライン測定機による厚みの実測値を用いても良い。

このような前提において、図３に示す従来の構成の中間ユニバーサル圧延機５ａと、図４に示す本実施の形態に係る構成の中間ユニバーサル圧延機５ｂとの比較を行うと、本実施の形態に係る構成では、竪ロール５１、５２のロール径Ｄｖが従来に比べ小径であるために、小径竪ロール５１、５２とフランジ相当部１２の接触長Ｌｄｆが従来に比べ短くなり、水平ロールとウェブ相当部２０の接触長Ｌｄｗと近い値となる。

また、λｗｓとλｆｓとの関係としては、λｆｓ／λｗｓが大きい程、小径竪ロール５１、５２の径が従来に比べ小径であることを示している。これは、竪ロール径が小さくなると、竪ロールとフランジ相当部１２との接触長Ｌｄｆが短くなり、水平ロールとウェブ相当部２０との接触長Ｌｄｗに近づくことになり、λｆｓが大きくなるからである。そして更に、竪ロール径を小さくすると、竪ロールとフランジ相当部１２との接触長Ｌｄｆの方が、水平ロールとウェブ相当部２０との接触長Ｌｄｗよりも短くなり、λｗｓが小さくなる。

上述したように、図４に示す本実施の形態に係る構成の中間ユニバーサル圧延機５ｂにおいては、フランジ相当部１２のみが圧下される領域がほぼなくなり、また、同時圧下領域においてウェブ相当部２０の延伸がフランジ相当部１２の延伸に対して大きくなるといった事もないため、竪ロール及び水平ロールの圧延荷重の低減が図られるものと推定される。そこで、本発明者らは、竪ロールならびに水平ロールの圧延荷重の低減が効率的に行えるような条件について更なる検討を行った。

図５は、本実施の形態に係る中間ユニバーサル圧延機５ｂ（図４参照）において、代表的な圧延パス条件で、フランジ／ウェブ延伸比λｆ／λｗを一定条件とし、水平ロール径を固定した状態で、竪ロール径Ｄｖを変化させた場合の、水平ロール荷重比Ｐｈ／Ｐｈｃとλｆｓ／λｗｓとの関係を示すグラフである。ここで、λｗとλｆはそれぞれ圧延前後の厚みに基づくウェブ延伸とフランジ延伸である。なお、図５のグラフでは、水平ロール荷重比Ｐｈ／Ｐｈｃに関し、図３に示す従来の構成、即ち、竪ロール径Ｄｖが水平ロール径の０．８倍〜０．６５倍程度である場合の水平ロール荷重をＰｈｃとし、その時の値をＰｈ／Ｐｈｃ＝１としている。また、フランジ／ウェブ延伸比λｆ／λｗについては、λｆ／λｗの値が１．０００、１．００６、１．０１１、１．０２３の場合をそれぞれ図示している。ここで、選択したλｆ／λｗの範囲は、本発明者らが検討の結果、圧延に最適な条件として見出したものである。

また、図６は、本実施の形態に係る中間ユニバーサル圧延機５ｂ（図４参照）において、図５と同じ条件で、水平ロール径を固定した状態で、竪ロール径Ｄｖを変化させた場合の、竪ロール荷重比Ｐｖ／Ｐｖｃとλｆｓ／λｗｓとの関係を示すグラフである。なお、図６のグラフでは、竪ロール荷重比Ｐｖ／Ｐｖｃに関し、図３に示す従来の構成、即ち、竪ロール径Ｄｖが水平ロール径の０．８倍〜０．６５倍程度である場合の竪ロール荷重をＰｖｃとし、その時の値をＰｖ／Ｐｖｃ＝１としている。また、フランジ／ウェブ延伸比λｆ／λｗについては、図５と同様に、λｆ／λｗの値が１．０００、１．００６、１．０１１、１．０２３の場合をそれぞれ図示している。

図５、図６を参照すると、λｆｓ／λｗｓの値を０．９７以上とすることで、いずれの場合においても水平ロール荷重比及び竪ロール荷重比を０．９以下にすることができることが分かる。即ち、λｆｓ／λｗｓ≧０．９７とすることで、水平ロールと竪ロールの両方において圧延荷重を１０％以上低減させることが可能となる。圧延荷重を１０％以上低減させることで、１パスあたりの圧下率を現状よりも１割以上大きくして圧延を行うことができるため、十分な生産性の向上が実現される。また、例えばＪＩＳ規格で広く使用される引張強度が４９０Ｎ／ｍｍ^２鋼と同じパススケジュールで、従来に比べ１０％以上強度の高いＨ形鋼製品を製造することが可能となり、１ランク高い強度レベルの製品が製造できる。

また、λｆｓ／λｗｓの値が１．０７より大きい場合、竪ロールとフランジ相当部１２の接触長Ｌｄｆが、水平ロールとウェブ相当部２０との接触長Ｌｄｗよりも短い状態でフランジ延伸がウェブ延伸に対して大きくなり過ぎるために、左右のフランジと竪ロールとの接触状態の僅かな非対称性によって、特に被圧延材の長手方向の端部において圧延が不安定になる恐れがある。

以上説明したことから、本実施の形態に係る中間ユニバーサル圧延機５ｂにおいては、以下の式（６）に示す条件を満たすような構成とすることで、水平ロールと竪ロールの両方において圧延荷重を１０％以上低減させることが可能となり、生産性の向上が実現される。
０．９７≦λｆｓ／λｗｓ≦１．０７ ・・・（６）
更に好ましくは、以下の式（７）に示す条件を満たしても良い。
０．９８≦λｆｓ／λｗｓ≦１．０５ ・・・（７）
この式（７）に示す範囲であれば、圧延荷重を１２％以上低減させることが可能となり、被圧延材の長手方向の端部において圧延が不安定になる可能性が低くなる。

また、本発明者らは、図５、６を参照して分かるように、λｆｓ／λｗｓを大きくするほど、即ち、竪ロール径を小径化するほど、荷重低減効果が大きくなることに着目し、水平ロール径Ｄｈと竪ロール径Ｄｖとの比（以下、ロール径比Ｄｖ／Ｄｈとも記載する）の好適な値についても検証を行った。以下、本検証について説明する。

図７は、本実施の形態に係る中間ユニバーサル圧延機５ｂ（図４参照）において、ロール径比を変化させた場合の水平ロール荷重比Ｐｈ／Ｐｈｃの値の変化を示すグラフである。なお、図７ではウェブとフランジの厚み比ｔｆ／ｔｗが１．３の場合と２．０の場合を図示している。

図７に示すように、ロール径比Ｄｖ／Ｄｈの値が小さくなる程、水平ロール荷重比Ｐｈ／Ｐｈｃの値は低下する傾向にある。図７からは、ロール径比Ｄｖ／Ｄｈを０．３３以下とする（即ち、竪ロール径Ｄｖを水平ロール径Ｄｈの１／３以下とする）ことで水平ロール荷重比を０．９以下にすることができることが分かる。

また、図８は、本実施の形態に係る中間ユニバーサル圧延機５ｂ（図４参照）において、ロール径比を変化させた場合の竪ロール荷重比Ｐｖ／Ｐｖｃの値の変化を示すグラフである。なお、図８でもウェブとフランジの厚み比ｔｆ／ｔｗが１．３の場合と２．０の場合を図示している。
図８に示すように、ロール径比Ｄｖ／Ｄｈを０．３３以下とした場合には、竪ロール荷重比Ｐｖ／Ｐｖｃの値についても０．９以下にすることができる。

一方で、竪ロール径Ｄｖを小径化すると、噛み込み角が過大となり圧延の安定性が低下する。このような事情に鑑み、竪ロール径Ｄｖは例えば３００ｍｍ以上とすることが好ましい。
以上のことから、竪ロール径Ｄｖは以下の式（８）に示すような値とすることが望ましい。
３００［ｍｍ］≦Ｄｖ≦０．３３×Ｄｈ ・・・（８）

ここで、図２に示す中間ユニバーサル圧延機５の水平ロール２１、２２及び竪ロール３１、３２のフランジ相当部１２に対向する部分には、傾斜角θを２°〜８°付与することが好ましく、最も好ましくは、θは３°〜６°である。傾斜角θが８°超では、竪ロール幅方向の周速差が大きくなり、竪ロール摩耗への影響が無視できなくなる。傾斜角θが２°未満では、水平ロール側面が摩耗した場合、ロール径を削りロール胴幅を回復させるのが困難となるからである。

なお、上記式（６）に示す条件を満たした状態で水平ロール荷重を低減させる場合、フランジ圧下率を大きくすることで水平ロール荷重は大きく低減させることができるが、竪ロール荷重が大きくなり過ぎるため、フランジ／ウェブ延伸比λｆ／λｗはできるだけ所定の１に近い値にした状態で圧延荷重の低減を図ることが望ましい。
一方、フランジ圧下率を低減し、フランジ／ウェブ延伸比λｆ／λｗを１．０よりも小さくすると、水平ロール荷重の低減率が低下したり、ウェブ波も発生しやすくなる。具体的には、図５、図６に示すような範囲を含む以下の式（９）を満たすことが好ましい。
１．０≦λｆ／λｗ≦１．０３ ・・・（９）
即ち、λｆ／λｗ＜１．０となると、水平ロール荷重が過大となり、ウェブ波も発生する。また、１．０３＜λｆ／λｗとなると、竪ロール荷重が過大となり、フランジ幅拡がりも過大となる。

ここで、リバース圧延でユニバーサル圧延が連続するパスでは、上記説明のように、前パス圧延後のフランジ厚と当該パス圧延後のフランジ厚でフランジの延伸を計算すればよい。しかし、エッジャー圧延後のユニバーサル圧延では、ユニバーサル圧延前のフランジ相当部は、エッジャー圧延機によるフランジ幅圧下でフランジ先端部がバルジングにより増厚した状態になっているため、バルジングを考慮したフランジ延伸を用いる。その場合、簡易的にバルジングを平均フランジ厚みに換算して、見かけフランジ延伸を用いてもよい。

以上説明した本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法においては、上記式（６）に示す条件を満たして圧延を行うことで、ユニバーサル圧延を行う圧延機の水平ロール荷重と竪ロール荷重の両方を併せて低減させることができる。これにより、同じＨ形鋼製品を製造する場合であっても、パス回数削減による生産性の向上が図られる。また、圧延荷重の低減によりユニバーサル圧延を行う圧延機の小型化が図られる。加えて、従前より高強度のＨ形鋼製品を同一のパス回数でもって製造するといった事や、従来に比べ大断面の大型Ｈ形鋼製品を製造する事も可能となる。更に、ロール摩耗を低減することができ、ロール研削回数を減少させることによって、圧延効率を高めることもできる。

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、式（８）により竪ロール径Ｄｖの好適な数値範囲を規定したが、竪ロールの小径化に伴い、当該竪ロールにロールチョックとしてのバックアップロールを設ける構成としても良い。図９は、竪ロールに対しバックアップロールを設ける構成の概略説明図（概略上面図）である。なお、図９では、図４に示す上記実施の形態に係る中間ユニバーサル圧延機５ｂに対し、左右バックアップロール７０、７１を設けた場合を図示しており、共通する構成要素等に関しては図４と同一の符号を付してその説明は省略する。

図９に示すように、本変形例では、竪ロール５１に対し２本のバックアップロール７０ａ、７０ｂが設けられ、竪ロール５２に対し２本のバックアップロール７１ａ、７１ｂが設けられる。これらバックアップロール７０（７０ａ、７０ｂ）、７１（７１ａ、７１ｂ）は、竪ロール５１、５２の後方に当該竪ロールに接触して支持する構成である。これにより、竪ロール小径化に伴うロール強度不足が問題とならず、ロール寿命の長期化が図られる。
但し、このような構成であっても、竪ロール径は例えば３００ｍｍ以上とすることが好ましい。これは、竪ロール径が３００ｍｍ未満であると、噛み込み角が過大となり圧延の安定性が低下したり、バックアップロール７０、７１とのヘルツ応力（ヘルツの接触応力）も過大となりロール寿命が短くなる恐れがあるからである。

また、上記実施の形態において、式（６）及び式（９）に示した条件は、ユニバーサル圧延を複数パス圧延で行う際の全パスに適用しても良く、あるいは、一部のパスのみに適用する構成としても良い。例えば、ユニバーサル圧延の全パスのうち、７０％以上のパスにおいて上記式（６）及び式（９）を満たすことで、圧延荷重低減の十分な効果が得られるものと考えられる。

また、上記実施の形態では、本発明を中間ユニバーサル圧延機５に適用する場合を図示し説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。即ち、仕上ユニバーサル圧延機８に適用することも可能である。また、例えば、中間圧延機が複数の圧延機によって構成される場合（例えば第１中間圧延機と第２中間圧延機が設けられている場合）、いずれかの圧延機に適用しても良く、全ての中間圧延機に適用しても良い。また、素材としては矩形断面のスラブのほか、連続鋳造されたビームブランクを使用してＨ形鋼を製造する場合にも適用できる。

（実施例１）
本発明の実施例１として、中間ユニバーサル圧延機の水平ロール径Ｄｈを１６００ｍｍ、竪ロール径Ｄｖを５５０ｍｍとして、サイズ１０００×４００×１６／３２［ｍｍ］のＨ形鋼製品の圧延を所定のパススケジュールで行った。その際、λｆｓ／λｗｓの値を上記式（６）の範囲内である０．９７〜０．９８として行った。
また、比較例１として、中間ユニバーサル圧延機の竪ロール径Ｄｖを１１００ｍｍとし、実施例１と同様のパススケジュールでＨ形鋼製品の圧延を行った。この場合のλｆｓ／λｗｓの値は約０．９４であった。
実施例１と比較例１を比べると、中間ユニバーサル圧延機において、比較例１に比べ実施例１では、水平ロール荷重が平均で１３％減少し、竪ロール荷重が平均で１０％減少した。これにより、ロール摩耗の低減が実現され、ロール研削回数の低減を図ることができた。

（実施例２）
本発明の実施例２として、中間ユニバーサル圧延機の水平ロール径Ｄｈを１６００ｍｍ、竪ロール径Ｄｖを３８５ｍｍとして、サイズ１０００×４００×１９／３２［ｍｍ］のＨ形鋼製品の圧延を所定のパススケジュールで行った。その際、λｆｓ／λｗｓの値を上記式（６）の範囲内である１．０２〜１．０３として行った。なお、このときのＤｖ／Ｄｈは０．２４であり、０．３３×Ｄｈは、０．３３×１６００ｍｍ＝５２８ｍｍとなるため、上記式（８）の条件の範囲内である。
また、比較例２として、中間ユニバーサル圧延機の竪ロール径Ｄｖを１１００ｍｍとし、実施例２と同様のパススケジュールでＨ形鋼製品の圧延を行った。この場合も、λｆｓ／λｗｓの値は比較例１とほぼ同じ約０．９４であった。なお、このときのＤｖ／Ｄｈは０．６９であり、０．３３×Ｄｈは、０．３３×１６００ｍｍ＝５２８ｍｍとなるため、上記式（８）の条件の範囲外である。
実施例２と比較例２を比べると、中間ユニバーサル圧延機において、比較例２に比べ実施例２では、水平ロール荷重及び竪ロール荷重の両方が平均で２０％減少した。これにより、ロール摩耗の低減が実現され、ロール研削回数の低減を図ることができた。

（実施例３）
本発明の実施例３として、中間ユニバーサル圧延機の水平ロール径Ｄｈを１６００ｍｍ、竪ロール径Ｄｖを４３５ｍｍとして、サイズ９００×３００×１６／１９［ｍｍ］）のＨ形鋼製品の圧延を所定のパススケジュールで行った。その際、λｆｓ／λｗｓの値を上記式（６）の範囲内である１．０４〜１．０５として行った。この時のＤｖ／Ｄｈは０．２７であり、０．３３×Ｄｈは、０．３３×１６００ｍｍ＝５２８ｍｍとなるため、上記式（８）の条件の範囲内である。さらに、λｆ／λｗは、１．００２〜１．０２６であり、上記式（９）を満たしている。
また、比較例３として、中間ユニバーサル圧延機の竪ロール径Ｄｖを１１５５ｍｍとし、実施例３と同様のＨ形鋼製品の圧延を行った。その際、λｆｓ／λｗｓの値を上記式（６）の範囲外である０．９６として行った。この時のＤｖ／Ｄｈは０．７２であり、０．３３×Ｄｈは、０．３３×１６００ｍｍ＝５２８ｍｍとなるため、上記式（８）の条件の範囲外である。一方、λｆ／λｗは、０．９９８〜１．０３４であり、一部のパスでは上記式（９）の条件の範囲外であった。
実施例３と比較例３を比べると、中間ユニバーサル圧延機において、比較例３に比べ実施例３では、水平ロール荷重及び竪ロール荷重がそれぞれ平均で１８％、２０％減少した。そのために、実施例３では、比較例３よりも１パス当たりの圧下率を大きくすることが可能となり、圧延パス数を２パス低減することができた。その結果、圧延効率を高めることができた。

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に適用できる。

１…圧延設備
２…加熱炉
４…粗圧延機
５（５ａ、５ｂ）…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…フランジ相当部
１３…Ｈ形粗形材
１４…中間材
１６…Ｈ形鋼製品
２０…ウェブ相当部
２１…上水平ロール（中間ユニバーサル圧延機）
２２…下水平ロール（中間ユニバーサル圧延機）
３１、３２…竪ロール（中間ユニバーサル圧延機）
５１、５２…小径竪ロール
７０、７１…バックアップロール
Ａ…被圧延材
Ｔ…製造ライン

Claims (5)

1. 被圧延材に対しユニバーサル圧延を行いＨ形鋼を製造するＨ形鋼の製造方法であって、
   前記被圧延材はフランジ相当部及びウェブ相当部を有し、
   前記ユニバーサル圧延を行う圧延機において、
   水平ロールと竪ロールのロール軸は圧延方向に対する垂直な同一断面内にあり、
   水平ロールによる前記ウェブ相当部の圧下と、竪ロールによる前記フランジ相当部の圧下と、が同時に行われる同時圧下領域では、ウェブ延伸λｗｓとフランジ延伸λｆｓの比が以下の式（６）を満たす条件で圧延が行われることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
   ０．９７≦λｆｓ／λｗｓ≦１．０７ ・・・（６）
   ここで、λｗｓは、ウェブ相当部における同時圧下領域での入側厚と出側厚の比であり、λｆｓは、フランジ相当部における同時圧下領域での入側厚と出側厚の比である。また、λｗｓ及びλｆｓは次式（４）、（５）、（４’）、（５’）で求める。
   竪ロールとフランジ相当部との接触長Ｌｄｆ、水平ロールとウェブ相当部との接触長Ｌｄｗ、に関し、ｔｆ０をフランジ相当部の圧延前厚み、ｔｆ１をフランジ相当部の圧延後厚み、ｔｗ０をウェブ相当部の圧延前厚み、ｔｗ１をウェブ相当部の圧延後厚み、Ｄｖを竪ロール径、Ｄｈを水平ロール径、ＬｄｓをＬｄｗとＬｄｆの値のうちの小さい方として、ウェブ相当部とフランジ相当部の同時圧下領域の長さとし、
   Ｌｄｆ＞Ｌｄｗの場合、
   λｗｓ＝ｔｗ０／ｔｗ１ ・・・（４）
   λｆｓ＝（ｔｆ１＋Ｌｄｓ^２／Ｄｖ）／ｔｆ１ ・・・（５）
   Ｌｄｆ≦Ｌｄｗの場合、
   λｗｓ＝（ｔｗ１＋２Ｌｄｓ^２／Ｄｈ）／ｔｗ１ ・・・（４’）
   λｆｓ＝ｔｆ０／ｔｆ１ ・・・（５’）
2. 前記ユニバーサル圧延を行う圧延機の竪ロール径Ｄｖは、以下の式（８）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のＨ形鋼の製造方法。
   ３００［ｍｍ］≦Ｄｖ≦０．３３×Ｄｈ ・・・（８）
   但し、Ｄｈ：水平ロール径である。
3. 前記ユニバーサル圧延において、全領域のウェブ延伸λｗとフランジ延伸λｆの比が以下の式（９）を満たすことを特徴とする、請求項１又は２に記載のＨ形鋼の製造方法。
   １．０≦λｆ／λｗ≦１．０３ ・・・（９）
   ここで、全領域とは、圧延前後のウェブ相当部およびフランジ相当部それぞれの圧下全体の領域のことであり、ウェブ相当部の場合には、接触長Ｌｄｗで示される領域であり、以下の式（２）で示され、フランジ相当部の場合には、接触長Ｌｄｆで示される領域であり、以下の式（３）で示される。
   

   

   但し、Δｔｗ：ウェブ相当部の圧下量（ｔｗ０−ｔｗ１）
   

   

   但し、Δｔｆ：フランジ相当部の圧下量（ｔｆ０−ｔｆ１）
   である。
4. 前記ユニバーサル圧延を行う圧延機は、中間ユニバーサル圧延機であ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. 前記ユニバーサル圧延を行う圧延機において、竪ロールの後方には当該竪ロールに接触して支持する構成のバックアップロールが設けられてい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。
   

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