JP6747256B2 - H形鋼の製造方法 - Google Patents
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Description
一方で、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、圧延設備に関する側面から、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ている。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。
300[mm]≦Dv≦0.33×Dh ・・・(2)
但し、Dh:水平ロール径である。
先ず、一般的な中間ユニバーサル圧延機5aの構成について説明する。図3は、一般的な構成の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。
Ldf>Ldw ・・・(1)
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は竪ロールを小径化した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。図4に示す竪ロールは、上記一般的な構成(図3参照)の竪ロールに比べ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。
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。
本発明者らの検討によれば、上記説明した図3に係る一般的な構成の中間ユニバーサル圧延機と図4に係る竪ロールを小径化した構成の中間ユニバーサル圧延機とを比較した場合、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)に応じて、各ロールの圧延荷重比(水平ロール荷重比及び竪ロール荷重比)が変化することが分かっている。
図6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。
以上のことから、竪ロール径Dvを以下の式(2)に示すような値とすることで、圧延荷重の低減効果が得られることが分かっている。
300[mm]≦Dv≦0.33×Dh ・・・(2)
上述してきたように、図5、図6を参照して示されるように、竪ロール径Dvを小径化することにより各ロール(水平ロール及び竪ロール)の圧延荷重を低減させることが可能であることが分かっているが、本発明者らの更なる検討の結果、このような圧延荷重低減効果は、主に被圧延材Aの長手方向定常部において発揮され、非定常部、特に、被圧延材Aの長手方向における尻抜け端部(圧延方向に対して後端部)においては、十分な圧延荷重低減効果が得られないことが分かっている。これは、竪ロール径Dvが大径、小径のいずれの場合であっても見られる現象であることも分かっているが、以下に説明するように、竪ロール径Dvが小径である場合の方がより顕著である。
一方で、図7(b)に示すように、竪ロール荷重に関しては、尻抜け端部での圧延荷重が特に高いといった現象は確認されていない。
図7、8を参照して説明したように、H形鋼の製造における中間ユニバーサル圧延機での被圧延材Aの長手方向後端部(尻抜け端部)の圧延時には、水平ロールの圧延荷重が定常部の圧延に比べ高くなることが分かっている。
このような事情に鑑み、本発明者らは、被圧延材Aの尻抜け端部圧延時の圧延荷重を低減させ、定常部の圧延荷重に近づけることができるような技術について鋭意検討を行い、以下に説明する知見を得た。
図9に示すデータはロール径が一定の場合のデータであり、このような水平ロール荷重の低減は、竪ロールDvが大径、小径のいずれの場合であっても見られるものである。
なお、尻抜け端部圧延時の水平ロール隙を開放すると、リバース圧延の次パスでは、噛み込み時のウェブ相当部の圧下量が定常部よりも大きくなるが、図7(a)に示す長手方向の水平ロール荷重特性に示されるように、噛み込み時の水平ロール荷重は定常部とほぼ同等か小さめとなることが分かっていることから、本発明の特徴である水平ロール隙の開放によるリバース圧延時の圧下量の増大は問題とはならない。
一方で、ウェブ相当部の圧下量が約40%超減少する程度まで水平ロール隙を開放した場合には、被圧延材Aの尻抜け端部の圧下が不十分となり次パスの噛み込み時での水平ロール荷重の増加や、ウェブ相当部とフランジ相当部との延伸差が大きくなってしまうといった問題があるため好ましくない。従って、水平ロール隙の開放は、ウェブ相当部の圧下量の減少率が約40%以下となる程度に抑えるような設定とすることが望ましい。
上述してきたように、本実施の形態に係る中間ユニバーサル圧延においては、被圧延材Aの長手方向後端部(尻抜け端部)の圧延時に水平ロールの圧延荷重が定常圧延状態の圧延荷重に比べて高くなることが分かっており、そのような圧延荷重の増大を抑えるためには、尻抜け端部の圧延時に水平ロール隙を開放するような設定とする(例えばウェブ相当部の圧下量が定常状態の17%以上40%以下となるようなロール開放)ことが有効である事が知見されている。
ここで本発明者らは、被圧延材Aの長手方向において、水平ロール隙を開放する範囲を好適に定めるべく、更なる検討を行った。以下、本検討について説明する。
また、図7を参照して上述したように、被圧延材Aの長手方向後端部(尻抜け端部)には、圧延時に水平ロール荷重が増大してしまうような範囲L2(以下、荷重増加範囲L2とも呼称する)が存在することが分かっている。ここで、荷重増加範囲L2は、尻抜け端部圧延時に水平ロール荷重が増加し始める時点のロール直下から被圧延材Aの長手方向後端部までの長さとして規定する。
即ち、圧延時に水平ロール荷重が増大してしまうような荷重増加範囲L2の一部または全部を含むような範囲を上記所定範囲L1として規定することで、当該所定範囲L1での尻抜け端部の圧延時に、水平ロール荷重が増大するのを抑えることが可能となる。
図11は、中間ユニバーサル圧延時の被圧延材Aのウェブ高さと、水平ロール荷重が増大する荷重増加範囲L2の長さの関係を示すグラフである。図11に示すように、中間ユニバーサル圧延時のウェブ高さ(mm)と、尻抜け時に圧延荷重が増大する荷重増加範囲L2(m)との間には相関関係が有り、荷重増加範囲L2はウェブ高さにほぼ比例して大きくなり、具体的には荷重増加範囲L2はウェブ高さの約1.3倍の長さとなることが分かっている。
なお、水平ロール隙を開放させると、ウェブ相当部の圧下量が低減することから、定常圧延部分に対する影響が懸念されるため、上記所定範囲L1はなるべく短い長さに設定することが好ましく、操業上実現可能な値として、例えばウェブ高さの3.0倍以下の長さに留める必要がある。ウェブ高さの3.0倍以下の長さで、水平ロール隙の開放量に応じて上記所定範囲L1を決めれば、定常圧延部分にほとんど影響しないと考えられる。ここでのウェブ高さは製品の公称のウェブ高さで規定すればよい。
なお、このような所定範囲L1での水平ロール隙の開放は、例えば中間ユニバーサル圧延機の入側に設置した熱塊検出器(HMD)等によって被圧延材Aの長手方向後端部の通過を検出し、当該後端部が所定範囲L1に入る直前の段階でロール隙の開放を開始するといった制御により実施されれば良い。また、当該所定範囲L1の範囲内でのロール隙の開放は、範囲全体で拡げたロール隙を保持しておけば良いが、被圧延材Aが尻抜けするまでにロール隙の開放量を連続的に増加させても良い。また、水平ロール隙の変更は検出端からの信号に基づき、圧延速度とロール隙開度の設定速度から制御開始タイミングを演算し、油圧サーボで油圧シリンダを制御して水平ロール位置を目標位置に設定することで実現できる。その場合、上下水平ロールのうちの一方のみを制御しても良い。
また、図12(b)に示すように、所定範囲L1において水平ロール隙を開放した場合に、竪ロール径が大径の場合と小径の場合のいずれの場合においても竪ロールの圧延荷重に影響は及ばず、圧延荷重の増加といった悪影響は確認されない。
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1100mmとして、サイズ1000×400×16/28[mm]のH形鋼製品の中間圧延を所定のパススケジュールの複数パス圧延で行った。その際に、水平ロールの圧下率を定常部では各パスで6〜10%の範囲内とし、尻抜け時(上記実施の形態での所定範囲L1)においては定常部のウェブ圧下量の約20%に相当する量だけロール隙の開放を行った。水平ロール隙の開放を行った位置は、ウェブ高さの1.0倍である尻抜け端部の1.0mの位置とし、当該位置から最後端までの範囲を所定範囲L1として圧延を行った。
一方、比較例1として、実施例1と同条件である中間ユニバーサル圧延機において、水平ロール隙を定常状態と尻抜け時で変えることなく中間圧延を行った。
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1000×400×16/28[mm]のH形鋼製品の中間圧延を所定のパススケジュールの複数パス圧延で行った。その際に、水平ロールの圧下率を定常部では各パスで6〜10%の範囲内とし、尻抜け時(上記実施の形態での所定範囲L1)においては定常部のウェブ圧下量の約20%に相当する量だけロール隙の開放を行った。水平ロール隙の開放を行った位置は、ウェブ高さの1.0倍である尻抜け端部の1.0mの位置とし、当該位置から最後端までの範囲を所定範囲L1として圧延を行った。
一方、比較例2として、実施例2と同条件である中間ユニバーサル圧延機において、水平ロール隙を定常状態と尻抜け時で変えることなく中間圧延を行った。
なお、実施例2の条件において、水平ロール隙の開放を行う位置を、ウェブ高さの1.3倍である尻抜け端部の1.3mの位置とした場合であっても、同様の作用効果が確認された。
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(中間ユニバーサル圧延機)
70、71…バックアップロール
A…被圧延材
T…製造ライン
Claims (3)
- 被圧延材に対し仕上ユニバーサル圧延機によるユニバーサル圧延又は中間ユニバーサル圧延機による複数パスの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、
被圧延材の尻抜け端部の所定範囲L1での水平ロール隙を定常部での水平ロール隙に比べ所定量だけ開放させて圧延を行い、
前記所定範囲L1の長さは、前記ユニバーサル圧延において圧延される被圧延材のウェブ相当部の高さの0.65倍以上の長さに設定され、
開放させる前記所定量は、前記定常部でのウェブ相当部への圧下量に対する、前記所定範囲L1でのウェブ相当部への圧下量の減少率が17%以上40%以下となるように設定されることを特徴とする、H形鋼の製造方法。 - 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(2)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 ・・・(2)
但し、Dh:水平ロール径である。 - 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又は2に記載のH形鋼の製造方法。
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