JP6766670B2 - 鋼矢板の製造方法および鋼矢板の継手整形用圧延機 - Google Patents

Description

本発明は、幅方向両端に継手を有するような鋼矢板の製造方法及び継手整形用圧延機に関する。

幅方向両端に継手を有するような鋼矢板としては、例えばハット形鋼矢板やＵ形鋼矢板が知られている。以下では、主にハット形鋼矢板とＵ形鋼矢板を取り上げて説明する。ハット形鋼矢板８０は、例えば図７に示すように一対の継手８６、８７を有するハット形断面であり、より具体的には、中央部のウェブ８１、該ウェブ８１の両側にある一対のフランジ８２、８３および該フランジ８２、８３の他端にある一対の腕８４、８５からなるハット形断面の本体部と、該本体部の左右両側に形成された継手対８６、８７とからなる断面材である。ハット形鋼矢板８０は、主に図８に示すような鋼矢板壁８８として利用される。図８に示すように、鋼矢板壁８８は一端の継手８６と他端の継手８７とを嵌合することにより複数のハット形鋼矢板８０を互いに連結しながら土中に打設することによって構築され、土留め機能を有する。

一方、鋼矢板には図９に示すようにウェブ９１、フランジ９２、９３からなるＵ形本体部の両側に、継手対９６、９７を有するＵ形鋼矢板９０が知られており、ハット形鋼矢板と同じように土留め機能を有する図１０のような鋼矢板壁９８として利用される。

ハット形鋼矢板８０で構築された鋼矢板壁８８は、Ｕ形鋼矢板９０で構築された鋼矢板壁９８にくらべていくつかの優れた特長を持っている。その一つが構造信頼性である。Ｕ形鋼矢板９０で構築された鋼矢板壁９８の場合には、継手９６、９７は鋼矢板壁９８の壁厚中心線Ｏ−Ｏ上に位置しているのに対して、ハット形鋼矢板８０で構築された鋼矢板壁８８の場合には、継手８６、８７は鋼矢板壁８８の最外縁に位置している。そのため、Ｕ形鋼矢板９０で構築された鋼矢板壁９８は土圧Ｐを受けて弾性変形してたわむ際に嵌合している継手同士がすべり、断面二次モーメント等の断面性能が７０％程度に低下するが、ハット形鋼矢板には断面性能の低下はない。したがって、同等の断面性能を有する鋼矢板壁をハット形鋼矢板８０で構築した場合には、Ｕ形鋼矢板９０で構築した場合にくらべて鋼矢板壁の厚みＴを７０％程度に小さくすることができる。しかし、それでもなお一枚の鋼矢板の高さＨについては、ハット鋼矢板８０はＵ形鋼矢板９０の約１．５倍もあり、また継手対８６、８７の断面形状は互いに鏡面対称の関係にはなく、互いに非対称であり、ハット形鋼矢板８０の製造には高度な技術を要する。

高さＨが大きく、継手対８６、８７の断面形状が互いに非対称であるハット形鋼矢板８０を圧延機の二重ロール（上ロールと下ロール）に刻設された一連の孔型を用いて、被圧延材に圧延および曲げ加工を施し、安定的に製造するために、これまでいくつかの技術が創案され、公知となっている。

図１１に、ハット形鋼矢板８０を熱間圧延法で製造する工程の代表例を示す。製造ラインＬ１には上流側から順に、加熱炉３、粗圧延機４、第一中間圧延機５、第二中間圧延機６、仕上圧延機９が配置され、前記の各圧延機の二重ロール２０−１、２０−２には、一連の孔型２０が刻設され、被圧延材の断面は図１１のように推移する。以下では、孔型を指す符号２０については、孔型一般を論じる場合にも孔型２０とするが、一連の孔型の各々を区別して論じる場合には、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、・・等の呼称を用いる。ただし、孔型の呼称に応じて該孔型を形成する二重ロールを指す符号まで変えなくても混乱を招かないので、二重ロールに対しては常に符号２０−１、２０−２を用いる。また、説明の便宜上製造ラインＬ１にある鋼材について、その断面の形状寸法如何に関わらず、それらを総称して「被圧延材」と呼称することがある。

製造ラインＬ１では、例えば矩形断面のスラブ１１等の被圧延材は加熱炉３により熱間圧延が可能な温度まで加熱されたあと粗圧延機４に送り込まれる。粗圧延機４および第一中間圧延機５の二重ロール２０−１、２０−２の胴部には３〜５個の孔型列が刻設され、前記スラブ１１に対してその板厚方向に圧下を繰り返し、断面形状を矩形からハット形粗形に造形しつつ継手を生成し、ハット形中間断面材１４を造形する。次いで、該ハット形中間断面材１４は後続の第二中間圧延機６に送り込まれる。

第二中間圧延機６の二重ロール２０−１、２０−２には、例えばそれぞれ図１２（ａ）と（ｂ）に示す延伸孔型Ｋ３と袋孔型Ｋ２が刻設されており、被圧延材を延伸孔型Ｋ３に導入して板厚を繰り返し圧下してハット形中間断面材１５が造形される。そして、該ハット形中間断面材１５を袋孔型Ｋ２に導入し継手に対してエッジングを施し、継手寸法と継手先端部形状が長さ方向に均一にされたハット形中間断面材１６を造形し、該ハット形中間断面材１６は仕上圧延機９に送られる。

仕上圧延機９の二重ロール２０−１、２０−２には図１２（ｃ）の仕上孔型Ｋ１が刻設されており、前記ハット形中間断面材１６の主に継手に対して曲げ成形を施してハット形鋼矢板の製品８０を得る。

上記のようなハット形鋼矢板８０の製造工程において、例えば、特許文献１には、前記製造工程における一連の孔型のうち非対称ハット型断面材を最終的に成型する仕上孔型を除く一部または全部の孔型は、少なくとも片側の腕圧下部が前記仕上孔型の腕圧下部とは異なる方向に傾斜しており、当該孔型によって被圧延材を圧延して中間断面材を成型し、前記仕上孔型によって前記中間断面材の継手対を曲げ成形して前記非対称ハット型断面材を成型する方法が開示されている。

図１３には、（ａ）に袋孔型Ｋ２の形状を示し、（ｂ）に該袋孔型Ｋ２で造形された被圧延材７０（この被圧延材は前記ハット形中間断面材１６である）に対して、仕上孔型Ｋ１で該被圧延材７０の継手対７６、７７を曲げ成形している状況を示す。図１３（ｂ）に示す仕上孔型Ｋ１の腕圧下部位２４、２５が該仕上孔型Ｋ１のピッチラインＰＬ（すなわち、二重ロール２０−１、２０−２の一方のロールの中心軸と他方のロールの中心軸のちょうど中間に位置する中心軸に平行な直線）に平行であるのに対し、図１３（ａ）に示す袋孔型Ｋ２の腕圧下部位２４、２５は、該袋孔型Ｋ２のピッチラインＰＬに対して、左側の腕圧下部位２４はθ_Ａ１だけ、右側の腕圧下部位２５はθ_Ａ２だけ傾斜している。これは、特許文献１に詳しく説明されているように、非対称断面の被圧延材７０を袋孔型Ｋ２で圧延する際に該被圧延材７０の曲がりを抑制するための技術であり、θ_Ａ１とθ_Ａ２の値は該袋孔型Ｋ２の出口断面（すなわち、ロール軸直下の断面）の二本の慣性主軸のうちの一方をピッチラインＰＬと３度以内の角度をなすように、他方をピッチラインＰＬに垂直な方向（すなわち鉛直方向）と３度以内の角度をなすように決められる。

また、特許文献２には、図７または図９に示す鋼矢板のように継手がラルゼン型継手である場合において、前記仕上孔型Ｋ１によって被圧延材７０（この被圧延材は前記ハット形中間断面材１６である）の継手対７６、７７に対して曲げ成形を施す方法が開示されている。すなわち、前記被圧延材７０（ハット形中間断面材１６）は、本体部の両端に継手対７６、７７を設けた構成を有し、前記継手対７６、７７は、前記本体部の両端に各々設けた継手底７６−１、７７−１と、該継手底７６−１、７７−１の外縁端部に接続する爪７６−２、７７−２とで構成され、前記被圧延材７０（ハット形中間断面材１６）の継手対７６、７７の曲げ成形を行う際に、前記継手底７６−１、７７−１を前記本体部に対して曲げ、前記素材から前記被圧延材７０（ハット形中間断面材１６）を成形する際に、前記被圧延材７０（ハット形中間断面材１６）の継手対７６、７７の継手底７６−１、７７−１が前記中間圧延を行う圧延機が備える二重ロール２０−１、２０−２のピッチラインＰＬに対して平行にならないように成形し、仕上圧延を行う圧延機を用いて、前記被圧延材７０（ハット形中間断面材１６）の継手対７６、７７に対して、主として前記仕上圧延を行う圧延機が備える二重ロール２０−１、２０−２のピッチラインＰＬに垂直な方向の力を加えることによって、前記被圧延材７０（ハット形中間断面材１６）の継手対７６、７７の曲げ成形を行い、前記ラルゼン型継手を有する矢板製品を成形することが開示されている。

さらに、特許文献３には、図７または図９に示す鋼矢板のように継手がラルゼン型継手である場合において、前記仕上孔型Ｋ１によって前記被圧延材７０（ハット形中間断面材１６）の継手対７６、７７を曲げ成形するための、特許文献２より具体的な方法が開示されている。すなわち、図１３（ｂ）のように、中間圧延および仕上圧延を行う二重ロール２０−１、２０−２を水平ロールと規定した上で、仕上圧延を行う圧延機を用いて、前記被圧延材７０（ハット形中間断面材１６）の継手対７６、７７に対して、主として前記仕上圧延を行う圧延機が備える水平ロールの継手底当接部位２８、２９により前記被圧延材７０（ハット形中間断面材１６）の継手底７６−１、７７−１の外縁端部に力を加えることによって、前記被圧延材７０（ハット形中間断面材１６）の継手対７６、７７の曲げ成形を行い、前記ラルゼン型継手を有する矢板製品を成形することが開示されている。

また、特許文献４には、別の視点から図１８のような４つのローラ４０、４１、４２、４３による継手対７６、７７に対する曲げ成形法とそのための装置が開示されている。すなわち、上下水平ローラ対４２、４３で被圧延材７０の腕部７４を上下から挟持して該被圧延材７０を上下方向に拘束しつつ、さらに該被圧延材７０のフランジ７２の内側面に竪ローラ４１を当接して該被圧延材７０の左方向への移動を拘束し、竪ローラ４０および前記上下水平ローラ対４２、４３に刻設した孔型Ｋ１で前記継手７６に対して曲げ成形を施し、製品継手８６を造形するものである。なお、前記被圧延材７０の他方の継手７７に対する曲げ成形についても同様である。

特許第４４６４８６５号 特許第４６３８８２８号 特許第５３２７１６７号 特許第４８３０２５５号

例えば図１３（ａ）の袋孔型Ｋ２の孔型図から分かるように、一般に鋼矢板の高さＨが大きいほど、被圧延材７０の継手対７６、７７が圧延または曲げ成形を受ける二重ロール２０−１、２０−２の継手圧下部位２６、２７は、該二重ロール２０−１、２０−２のピッチラインＰＬから遠くなる。そのため、継手圧下部位２６、２７の間隙を形成する互いに異径の２つのロール面間の直径差が大きくなるとともに、ピッチ直径Ｄ_Ｐ（上ロール中心軸と下ロール中心軸の距離）との差も大きくなる。また、同様に二重ロール２０−１、２０−２の、腕に当接する腕圧下部位２４、２５およびウェブに当接するウェブ圧下部位２１も該二重ロール２０−１、２０−２のピッチラインＰＬから遠くなり、これらの間隙を形成する互いに異径の２つのロール面間の直径差が大きくなるとともに、ピッチ直径Ｄ_Ｐとの差も大きくなる。

そのため、上記特許文献１〜３に記載の技術を用いて高さＨの大きい鋼矢板を圧延するには、主として以下の二つの問題を抱えている。第一に、被圧延材７０の継手対７６、７７の表面にロール面からの擦り疵が発生しやすくなるという問題がある。これは、継手対７６、７７を圧延または曲げ成形する二重ロール２０−１、２０−２の継手圧下部位２６、２７と、前記継手対７６、７７の間の大きな速度差に起因する。

図１３（ａ）を用いて、このことを説明する。被圧延材７０の当該孔型２０の出口断面での放出速度Ｖ_Ｍ（ｍｍ／ｓ）は、ピッチ直径をＤ_Ｐ（ｍｍ）、ロール回転速度をＮ（ｒｐｍ）、円周率をπとして、式（１）で与えられる。
Ｖ_Ｍ＝πＮＤ_Ｐ／６０ ・・・（１）
一方、継手対７６、７７を圧延または曲げ成形する二重ロール２０−１、２０−２の継手圧下部位２６、２７について、該継手圧下部位２６または２７のロール面の周速度を、大径ロール部位でＶ_ＲＨ（ｍｍ／ｓ）、小径ロール部位でＶ_ＲＬ（ｍｍ／ｓ）とおくと、Ｖ_ＲＨとＶ_ＲＬはそれぞれ式（２）、式（３）で与えられる。
Ｖ_ＲＨ＝πＮ（Ｄ_Ｐ＋２ｐ）／６０ ・・・（２）
Ｖ_ＲＬ＝πＮ（Ｄ_Ｐ−２ｑ）／６０ ・・・（３）
ここで、ｐは孔型２０の出口断面における前記継手圧下部位２６または２７のピッチラインＰＬから大径ロール部位（図１３（ａ）の場合は下ロール）までの距離であり、ｑは孔型２０の出口断面における前記継手圧下部位２６または２７のピッチラインＰＬからの小径ロール部位（図１３（ａ）の場合は上ロール）までの距離であり、ｑ＞ｐ＞０の関係がある。
前記継手対７６、７７を圧延または曲げ成形する前記二重ロール２０−１、２０−２の、前記継手圧下部位２６または２７に対する被圧延材の相対速度Ｖ_Ｓは、式（４）で与えられる。

鋼矢板の高さＨが大きいほどｐ値とｑ値は大きいので、式（４）から相対速度Ｖ_Ｓの絶対値も大きいことが分かる。すなわち、鋼矢板の高さＨが大きいほど、被圧延材７０の継手対７６、７７を圧延または曲げ成形する二重ロール２０−１、２０−２の継手圧下部位２６、２７と、前記継手対７６、７７の間に大きな速度差が生じ、該継手対７６、７７の表面に擦り疵が発生しやすくなるのである。

ハット形鋼矢板の場合について言えば、この事情は二重ロール２０−１、２０−２の腕圧下部位２４、２５やウェブ圧下部位２１についても同様であり、それらもピッチラインＰＬから遠くなり、腕対７４、７５やウェブ７１の表面にも擦り疵が発生しやすい。この問題に対し、従来から水や鉱油・エステルなどの液体潤滑剤や黒鉛などの固体潤滑剤をロールや被圧延材の表面に噴射したり、塗布することによって擦り疵の発生を抑えている。

第二に、継手対７６、７７が孔型２０の継手圧下部位２６、２７から離脱しやすく、離脱すると継手対７６、７７は正常に圧下されず形状寸法不良を起こす危険がある。これは、二重ロール２０−１、２０−２を用いた孔型圧延においては、被圧延材７０を圧下するロール間隙がピッチラインＰＬから遠いほど、該ロール間隙を形成する大径ロール部位と小径ロール部位について、前者が後者よりも早く前記被圧延材７０に接触し該被圧延材７０を後者側へ押し退けることに起因する。

この理由を図１４と図１５を用いて説明する。図１４は、直径Ｄ_１の小径ロールと直径Ｄ_２の大径ロール（Ｄ_１＜Ｄ_２）の異径二重ロール２０−１、２０−２の間隙で、被圧延材７０を圧延してその板厚をｈ_ｉからｈ_ｏに減じる様子を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。（ａ）には一点鎖線、破線および実線で異径二重ロール２０−１、２０−２の周面と被圧延材７０の断面を描いており、それぞれ（ｂ）のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面およびＯ_１−Ｏ_２断面を示す。ただし、図１４（ａ）では見やすくするために被圧延材７０の３つの断面を横方向にずらして描いている。また、図１５（ａ）は被圧延材７０の継手をエッジングして爪高さをｈ_ｉからｈ_ｏに減じる圧延の正面図を示し、図１５（ｂ）は被圧延材７０の継手を曲げ成形して継手高さをｈ_ｉからｈ_ｏに減少する圧延の正面図を示す。

図１４（ｂ）のように、圧延の入側において、板厚ｈ_ｉの被圧延材７０は最初にその板厚中心がロール隙中心Ｘ−Ｘに沿って出側方向（図の左方向）に向かってそのまま進むと、板は接触弧の出口Ｏ（すなわちロール軸直下）からｌ_ｄ２の位置で大径ロール２０−２に接触するが、このとき小径ロール２０−１にはまだ接触していない。そのため、板は出口方向に進みながら板厚圧下されない状態で、前記大径ロール２０−２によって前記小径ロール２０−１の側に押しやられる。前記被圧延材７０は接触弧出口からｌ_ｄの位置まで進むと最初の位置から前記小径ロール２０−１の側にｓだけ押しやられ、前記被圧延材７０の板厚中心がＸ’−Ｘ’まで移動すると、小径ロール２０−１にも接触して板厚圧下が始まり、接触弧の出口Ｏで板厚はｈ_ｏまで圧減されて出側に放出される。

幾何学的な関係から、ｌ_ｄ２、ｌ_ｄおよびｓは近似的にそれぞれ式（５）、式（６）および式（７）で与えられる。

これらの式から、ｌ_ｄ２≧ｌ_ｄ、ｓ≧０であり、直径差Ｄ_２−Ｄ_１が大きいほど、また板厚圧下量Δｈ＝ｈ_ｉ−ｈ_ｏが大きいほど、差ｌ_ｄ２−ｌ_ｄおよびｓは大きいことが分かる。Ｄ_１＝Ｄ_２またはΔｈ＝０の場合に限り、ｌ_ｄ２＝ｌ_ｄ、ｓ＝０である。

図１５（ａ）、（ｂ）のように、異径二重ロール２０−１、２０−２によって継手のエッジングや曲げ成形を行う場合についても図１４の板厚圧下の場合とまったく同様であり、エッジングや曲げ成形を受ける継手の入側高さをｈ_ｉ、出側高さをｈ_ｏ、高さ圧下量をΔｈ＝ｈ_ｉ−ｈ_ｏとおけば、式（５）、（６）、（７）をそのまま適用できる。

ところで、上で図１１と図１２を用いてハット形鋼矢板８０を例にとり、その製造法を詳しく説明したが、図１１に示す製造工程において被圧延材７０に対する延伸孔型Ｋ３を含めた袋孔型Ｋ２より上流の圧延においては、圧延荷重が大きいため板厚圧下量Δｈ＝ｈ_ｉ−ｈ_ｏは数ミリメートル程度に抑えられる。

これに対して、袋孔型Ｋ２によるエッジング圧延（継手に対するエッジング）と仕上孔型Ｋ１による仕上圧延（継手に対する曲げ成形）では、板厚圧下量はほとんど０か、ごくわずかな量であるため圧延荷重は小さいが、継手に対する高さ圧下量Δｈ＝ｈ_ｉ−ｈ_ｏは非常に大きく、十〜十数ミリメートルであるのが通常である。そのため、式（７）によると、孔型圧延の入側において、大径ロールによって小径ロール側に押しやられる量ｓが大きい。ｓ値が大きいと被圧延材７０の継手７６、７７が孔型の継手圧下部位２６、２７から離脱しやすい。ハット形鋼矢板８０を例にとり、このことを、図１６を用いて説明する。

図１６は孔型２０（袋孔型Ｋ２）の閉孔部３０、３１で被圧延材７０の継手先端部７６−３、７７−３を囲繞し、袋孔型Ｋ２の継手圧下部位２６、２７で継手７６、７７をエッジングする様子を示しており、エッジングによって継手７６、７７の高さは図１５（ａ）のようにｈ_ｉからｈ_ｏに縮小する。図１６の場合、継手圧下部位２６、２７はピッチラインＰＬより上に位置するから、該継手圧下部位２６、２７を形成する２つのロール面については、上ロール２０−１が小径で、下ロール２０−２が大径である。また、同様に腕圧下部位２４、２５を形成する２つのロール面についても上ロール２０−１が小径で、下ロール２０−２が大径であるが、ウェブ圧下部位２１はピッチラインＰＬより下に位置するから、該ウェブ圧下部位２１を形成する２つのロール面については、上ロール２０−１が大径で、下ロール２０−２が小径である。そのため、孔型２０の入側において、被圧延材７０の継手７６、７７と腕７４、７５は大径の下ロール２０−２によって上方に押しやられ、ウェブ７１は大径の上ロール２０−１によって下方に押しやられ、継手７６、７７は腕７４、７５とともにウェブ７１から上下方向に引き裂かれようとする。

図１６では、大径の下ロール２０−２が点Ａで左側の継手先端部７６−３を上方に、また面Ｂで右側の腕７５と継手７７を上方に押しやる。同時に、大径の上ロール２０−１が点Ｃでウェブ７１の左端付近を下方に押しやっている。
継手７６、７７と腕７４、７５が下ロールによって上方へ押しやられる量と、ウェブ７１が上ロールによって下方に押しやられる量の和が大きいほど、継手７６、７７・腕７４、７５とウェブ７１は上下方向に大きく引き裂かれようとする。しかし、継手７６、７７・腕７４、７５とウェブ７１はフランジ７２、７３を介してつながっているため、実際には継手７６、７７・腕７４、７５とウェブ７１は引き裂かれないが、その代わりにフランジ７２、７３を介して両側の継手７６、７７・腕７４、７５は矢印で示すようにウェブ７１の方へ(すなわち孔型２０の中央に向かって)に引き寄せられ（すなわち被圧延材７０の全幅が縮小し）、継手７６、７７は孔型２０の継手圧下部位２６、２７から離脱しようとする。エッジングでは高さ圧下量Δｈ＝ｈ_ｉ−ｈ_ｏが大きいのでｓ値が大きく、フランジ７２、７３を介して両側の継手７６、７７・腕７４、７５はウェブ７１の方へ大きく引き寄せられるので、継手７６、７７は孔型の継手圧下部位２６、２７から離脱しやすい。

図１７のように孔型２０（仕上孔型Ｋ１）の継手圧下部位２６、２７で継手７６、７７に曲げ成形を施す場合についても、図１５（ｂ）のように継手の高さ圧下量Δｈ＝ｈ_ｉ−ｈ_ｏが大きいのでｓ値が大きく、エッジングの場合と同様に被圧延材７０の継手７６、７７が仕上孔型Ｋ１の継手圧下部位２６、２７から離脱しやすい。

そのため、従来はｓ値を抑えるため、高さ圧下量Δｈ＝ｈ_ｉ−ｈ_ｏを小さくする孔型設計上の工夫をしてきた。しかし、これには限界があり、従来はｓ値を、継手７６、７７を孔型２０の継手圧下部位２６、２７から離脱させないための限界値以下にするためには、式（７）右辺の直径差Ｄ_２−Ｄ_１を一定値以下に小さくする必要があった。すなわち、孔型圧延法で製造できる鋼矢板の高さＨに上限があり、その断面性能には上限があった。

上記特許文献４に記載の技術については、継手対７６、７７に対する曲げ成形は安定的にできるが、４つのローラからなる継手曲げ成形用孔型Ｋ１を左右に配置し、計８つのローラが必要であり、ローラは非駆動のため継手に対する曲げ成形の駆動力を別の手段、例えば前記ローラに近接した圧延機に頼る必要がある。

上記事情に鑑み、本発明の目的は、孔型圧延による鋼矢板の製造工程における継手に対するエッジングまたは曲げ成形（これらを総称して以下、継手整形と呼称する）について、潤滑剤の使用量を大幅に減らしても、あるいは潤滑剤をほとんど適用しなくても継手対の表面に擦り疵を発生させることなく、さらに継手が孔型の継手圧下部位から離脱することのない、且つ、簡単な装置構成で高さの大きい断面性能の高い鋼矢板の製造技術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、幅方向両端に継手を有する鋼矢板の製造方法であって、中間圧延によって造形された略鋼矢板形状の中間断面材について、当該中間断面材の継手に対してエッジングを行うエッジング工程と、当該中間断面材の継手に対して曲げ成形を行う曲げ成形工程と、を有し、前記エッジング工程及び前記曲げ成形工程の一方又は両方における前記継手のエッジング工程及び曲げ成形工程は、当該継手全体及びその近傍のみを囲繞し、前記中間断面材のウェブ及びフランジには当接せず、前記中間断面材の左右に配置された二重ロール対に刻設された孔型対で行われることを特徴とする、鋼矢板の製造方法が提供される。

前記中間断面材の継手全体及びその近傍のみを囲繞し、当該中間断面材のウェブ及びフランジには当接せず、前記中間断面材の左右に配置された二重ロール対に刻設された孔型対は、当該孔型対の各々のピッチラインが継手整形時の前記継手の各々を通過するように前記二重ロール対に刻設されても良い。

前記中間断面材の左右に配置された二重ロール対の各々は、当該二重ロール対の各々の上ロール軸及び下ロール軸の一方又は両方が水平方向に対し所定の角度傾斜した構成であっても良い。

また、別な観点からの本発明によれば、幅方向両端に継手を有する鋼矢板の継手整形用圧延機であって、中間圧延機において造形された略鋼矢板形状の中間断面材の継手に対してエッジング及び曲げ成形の一方又は両方を行う、前記中間断面材の左右に配置された二重ロール対を有し、当該二重ロール対には、前記継手全体及びその近傍のみを囲繞し、前記中間断面材のウェブ及びフランジには当接しない孔型対が刻設されることを特徴とする、鋼矢板の継手整形用圧延機が提供される。

前記二重ロール対には、前記中間断面材の継手全体及びその近傍のみを囲繞し、当該中間断面材のウェブ及びフランジには当接しない孔型対が刻設され、当該孔型対の各々のピッチラインが継手整形時の前記継手の各々を通過するように構成されても良い。

前記中間断面材の左右に配置された二重ロール対の各々は、当該二重ロール対の各々の上ロール軸及び下ロール軸の一方又は両方が水平方向に対し所定の角度傾斜した構成であっても良い。

本発明によれば、孔型圧延による鋼矢板の製造工程における継手整形について、潤滑剤の使用量を大幅に減らしても、あるいは潤滑剤をほとんど適用しなくても継手対の表面に擦り疵を発生させることなく、さらに継手が孔型の継手圧下部位から離脱することなく、高さの大きい断面性能の高い鋼矢板を製造することが可能となる。

本発明技術の実施の形態にかかるハット形鋼矢板の製造ラインと該製造ライン上の被圧延材の断面形状についての説明図である。（ａ）は本発明技術を継手のエッジングに適用する場合の例、（ｂ）は本発明技術を継手の曲げ成形に適用する場合の例、を示す説明図である。 本発明技術を継手のエッジングに適用する場合の孔型と、エッジングの状態を示す説明図である。 本発明技術を継手の曲げ成形に適用する場合の孔型と、曲げ成形の状態を示す説明図である。 本発明技術を継手のエッジングに適用する際に、斜行ロール圧延機のロールに刻設した孔型と、エッジングの状態を示す説明図である。 本発明技術を継手の曲げ成形に適用する際に、斜行ロール圧延機のロールに刻設した孔型と、曲げ成形の状態を示す説明図である。 本発明技術に基づく圧延機を示す説明図であり、（ａ）は片持ち式４ロール圧延機、（ｂ）は特に斜行ロールの片持ち式４ロール圧延機を示す。 ハット形鋼矢板の断面の説明図である。 ハット形鋼矢板で構築された鋼矢板壁を示す説明図である。 Ｕ形鋼矢板の断面の説明図である。 Ｕ形鋼矢板で構築された鋼矢板壁を示す説明図である。 ハット形鋼矢板の一般的な製造ラインと該製造ライン上の被圧延材の断面形状についての説明図である。 ハット形鋼矢板の圧延の最終段階に用いられる一連の孔型の形状を示す説明図である。 （ａ）は孔型２０（袋孔型Ｋ２）の形状の説明図、（ｂ）は孔型２０（仕上孔型Ｋ１）によって被圧延材７０の継手対７６、７７を曲げ成形している様子を示す説明図である。 小径ロール（直径Ｄ_１）と大径ロール（直径Ｄ_２）で構成された異径二重ロール２０−１、２０−２の間隙で、板が圧延されて板厚がｈ_ｉからｈ_ｏに減少する様子を示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 小径ロール（直径Ｄ_１）と大径ロール（直径Ｄ_２）で構成された異径二重ロール２０−１、２０−２で構成された孔型で、（ａ）は継手がエッジングされて継手高さがｈ_ｉからｈ_ｏに減少する様子、（ｂ）は継手が曲げ成形されて高さがｈ_ｉからｈ_ｏに減少する様子を示す説明図である。 ハット形鋼矢板の継手エッジングで、ｓ値が大きいと継手が孔型の継手圧下部位から離脱しやすくなることを説明する図である。 ハット形鋼矢板の継手曲げ成形で、ｓ値が大きいと継手が孔型の継手圧下部位から離脱しやすくなることを説明する図である。 公知技術である４つのローラで構成された孔型による継手曲げ成形法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、本発明の実施の形態にかかる片持ち式の二重ロールの左右対を有する圧延機（以下、片持ち式４ロール圧延機とも呼称する）８を含むハット形鋼矢板の製造ラインＬ２についての説明図である。図１（ａ）は、本発明技術を継手のエッジングに適用する場合の例であり、製造ラインＬ２上には上流側から順に、加熱炉３、粗圧延機４、第一中間圧延機５、第二中間圧延機６、片持ち式４ロール圧延機８、仕上圧延機９が配置されている。図１（ｂ）は本発明技術を継手の曲げ成形に適用する場合の例であり、製造ラインＬ２上には上流側から順に、加熱炉３、粗圧延機４、第一中間圧延機５、第二中間圧延機６、片持ち式４ロール圧延機８、仕上圧延機９が配置されている。なお、図１（ａ）、（ｂ）において前記片持ち式４ロール圧延機８以外の圧延機には、孔型が刻設された二重ロールが両持ちで圧延機に組み込まれている。

以下では、図１に示した各圧延機における被圧延材の圧延について図面を参照して説明する。ただし、加熱炉３で熱間圧延が可能な温度まで加熱されたあとの粗圧延機４、第一中間圧延機５、第二中間圧延機６、における被圧延材の圧延の形態については、図１１に示す従来のハット形鋼矢板の製造技術と概ね同一であり、すでに上にて詳しく説明したところであり、ここではその説明を省略する。

図１（ａ）のように第二中間圧延機６の二重ロール２０−１、２０−２に刻設された延伸孔型Ｋ３で造形されたハット形中間断面材１５に対して、片持ち式４ロール圧延機８に組み込まれた図２のような四つのロール２０−１、２０−２、２０−３、２０−４を用いて継手対７６、７７をエッジングする（エッジング工程）。エッジングは、図２のように、孔型ロールとしての二重ロール２０−１、２０−２および二重ロール２０−３、２０−４で袋孔型Ｋ２を構成し、左右の継手対７６、７７にエッジングを施す。ここで、図２の左右両側にある図は、中央の図の左右の継手部分を拡大した図である。前記袋孔型Ｋ２については、該袋孔型Ｋ２のロール軸直下の断面を実線で、また継手対７６、７７にロール面が接触しエッジングが始まる位置の該孔型Ｋ２の断面を破線で示す。すなわち、継手対７６、７７に対するエッジングは前記袋孔型Ｋ２の破線断面で始まり、前記袋孔型Ｋ２の実線断面で終了する。

図１３（ａ）のように、従来袋孔型Ｋ２のピッチラインＰＬは該袋孔型Ｋ２の継手圧下部位２６、２７を通らずフランジ圧下部位２２、２３を通っていたが、本発明技術では図２のように袋孔型Ｋ２のピッチラインＰＬは継手圧下部位２６、２７を通るように設計される。そのため、式（４）におけるｐ、ｑの値が小さくなり、Ｖ_Ｓ値が小さくなる。その結果、ロール面の摩擦による継手対７６、７７の表面の擦り疵が解消される。また、二重ロール２０−１、２０−２と二重ロール２０−３、２０−４が左右に分かれている。そのため本発明技術では、従来法における図１６のように、大径の下ロール２０−２が点Ａで左側の継手先端部７６−３を上方に、また面Ｂで右側の腕７５と継手７７を上方に押しやり、同時に大径の上ロール２０−１が点Ｃでウェブ７１の左端付近を下方に押しやり、継手７６、７７が孔型２０（Ｋ２）の継手圧下部位２６、２７から離脱してしまう恐れはない。

別の形態として、本発明技術を継手に対する曲げ成形に適用した図１（ｂ）では、袋孔型Ｋ２を第二中間圧延機６の二重ロール２０−１、２０−２に刻設する。そして、片持ち式４ロール圧延機８に図３のような継手に対する曲げ成形を施すための孔型Ｋ１’を刻設し継手対７６、７７に対する曲げ成形を行う（曲げ成形工程）。図３においても、Ｋ１’のピッチラインＰＬは継手圧下部位２６、２７を通るように設計される。そして、継手対７６、７７に対する曲げ成形は前記袋孔型Ｋ１’の破線断面で始まり、前記孔型Ｋ１’の実線断面で終了し、被圧延材７０は後続の仕上圧延機９に送られる。該仕上圧延機９には孔型Ｋ１が刻設してあり、ここで被圧延材７０の断面全体がその形状を整えられ、製品８０に仕上げられる。

図２および図３では、片持ち式４ロール圧延機８の左右の二重ロール２０−１、２０−２と二重ロール２０−３、２０−４については、４本のロールのいずれもロール軸が水平であるが、図４および図５のように上ロール２０−１、２０−３が水平に対し下方向に所定の角度だけ傾斜し、下ロール２０−２、２０−４が水平に対し上向きに所定の角度だけ傾斜した、所謂斜行ロールでも同様の効果があり、これについても本発明技術の範疇である。

なお、図２、図３、図４および図５の継手整形において、被圧延材７０の継手対７６、７７以外の部分に対して板厚圧下が加えられないので、該継手対７６、７７以外の部分に長さ方向の伸びは生じない。一方、継手対７６、７７に対する継手整形、すなわちエッジング、曲げ成形のいずれの場合についても、該継手対７６、７７に対する板厚圧下はほとんどないので該継手対７６、７７に長さ方向の伸びはほとんど生じず、そのため被圧延材７０に反りは発生しない。

図６は、上記の片持ち式４ロール圧延機８を示しており、（ａ）は左右の二重ロール２０−１、２０−２と二重ロール２０−３、２０−３のロール軸が水平である圧延機を、（ｂ）はロール軸が斜行している圧延機を示す。

本発明技術により、孔型圧延によるハット形鋼矢板の製造工程における継手整形について、潤滑剤の使用量を大幅に減らしても、あるいは潤滑剤をほとんど適用しなくても継手対の表面に擦り疵を発生させることなく、さらに継手が孔型の継手圧下部位から離脱することなく、高さの大きい断面性能の高いハット形鋼矢板を製造することが可能となった。

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、幅方向両端に継手を有するような鋼矢板としてハット形鋼矢板を挙げて図示や説明を行ったが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。即ち、幅方向両端に継手を有するＵ形鋼矢板やＺ形鋼矢板の製造技術についても本発明技術を適用することが可能である。但し、Ｕ形鋼矢板やＺ形鋼矢板については、一般的に鋼矢板高さＨが小さく、ハット形鋼矢板の高さの１／１．５〜１／３程度の高さである。鋼矢板高さＨが小さい場合には、従来法のように両持ちで圧延機に組み込まれた孔型や二重ロールに刻設された孔型を用いて継手整形を行っても継手が離脱する恐れは少ない。むしろ、鋼矢板高さＨが小さい場合には、従来法では継手のみならずウェブ、フランジを含めた断面全体を１つの孔型に包み込んで継手整形ができるため、断面全体の板厚圧下と継手整形を同時に行える有利さがある。

本発明は、幅方向両端に継手を有するような鋼矢板の製造方法及び継手整形用圧延機に適用できる。

３…加熱炉
４…粗圧延機
５…第一中間圧延機
６…第二中間圧延機
８…片持ち式４ロール圧延機
９…仕上圧延機
１１…スラブ
１４、１５、１６、１７…ハット形中間断面材
２０…孔型
２０−１、２０−２…圧延機の二重ロール
２０−３、２０−４…圧延機の二重ロール
２１…孔型のウェブ圧下部位
２２、２３…孔型のフランジ圧下部位
２４、２５…孔型の腕圧下部位
２６、２７…孔型の継手圧下部位
２８、２９…孔型の継手底当接部位
３０、３１…孔型の継手先端部閉孔部位
４０、４１…継手曲げ成形用竪ローラ
４２、４３…継手曲げ成形用水平ローラ
７０…ハット形鋼矢板の被圧延材
７１…ハット形鋼矢板の被圧延材のウェブ
７２、７３…ハット形鋼矢板の被圧延材のフランジ対
７４、７５…ハット形鋼矢板の被圧延材の腕対
７６、７７…ハット形鋼矢板の被圧延材の継手対
７６−１、７７−１…ハット形鋼矢板の被圧延材の継手底
７６−２、７７−２…ハット形鋼矢板の被圧延材の継手爪
７６−３、７７−３…ハット形鋼矢板の被圧延材の継手先端部
８０…ハット形鋼矢板
８１…ハット形鋼矢板のウェブ
８２、８３…ハット形鋼矢板のフランジ対
８４、８５…ハット形鋼矢板の腕対
８６、８７…ハット形鋼矢板の継手対
８８…ハット形鋼矢板で構築された鋼矢板壁
９０…Ｕ形鋼矢板
９１…Ｕ形鋼矢板のウェブ
９２、９３…Ｕ形鋼矢板のフランジ対
９６、９７…Ｕ形鋼矢板の継手対
９８…Ｕ形鋼矢板で構築された鋼矢板壁

Claims (6)

1. 幅方向両端に継手を有する鋼矢板の製造方法であって、
   中間圧延によって造形された略鋼矢板形状の中間断面材について、当該中間断面材の継手に対してエッジングを行うエッジング工程と、当該中間断面材の継手に対して曲げ成形を行う曲げ成形工程と、を有し、
   前記エッジング工程及び前記曲げ成形工程の一方又は両方における前記継手のエッジング工程及び曲げ成形工程は、当該継手全体及びその近傍のみを囲繞し、前記中間断面材のウェブ及びフランジには当接せず、前記中間断面材の左右に配置された二重ロール対に刻設された孔型対で行われることを特徴とする、鋼矢板の製造方法。
2. 前記中間断面材の継手全体及びその近傍のみを囲繞し、当該中間断面材のウェブ及びフランジには当接せず、前記中間断面材の左右に配置された二重ロール対に刻設された孔型対は、当該孔型対の各々のピッチラインが継手整形時の前記継手の各々を通過するように前記二重ロール対に刻設されることを特徴とする、請求項１に記載の鋼矢板の製造方法。
3. 前記中間断面材の左右に配置された二重ロール対の各々は、当該二重ロール対の各々の上ロール軸及び下ロール軸の一方又は両方が水平方向に対し所定の角度傾斜した構成であることを特徴とする、請求項２に記載の鋼矢板の製造方法。
4. 幅方向両端に継手を有する鋼矢板の継手整形用圧延機であって、
   中間圧延機において造形された略鋼矢板形状の中間断面材の継手に対してエッジング及び曲げ成形の一方又は両方を行う、前記中間断面材の左右に配置された二重ロール対を有し、
   当該二重ロール対には、前記継手全体及びその近傍のみを囲繞し、前記中間断面材のウェブ及びフランジには当接しない孔型対が刻設されることを特徴とする、鋼矢板の継手整形用圧延機。
5. 前記二重ロール対には、前記中間断面材の継手全体及びその近傍のみを囲繞し、当該中間断面材のウェブ及びフランジには当接しない孔型対が刻設され、
   当該孔型対の各々のピッチラインが継手整形時の前記継手の各々を通過するように構成されることを特徴とする、請求項４に記載の鋼矢板の継手整形用圧延機。
6. 前記中間断面材の左右に配置された二重ロール対の各々は、当該二重ロール対の各々の上ロール軸及び下ロール軸の一方又は両方が水平方向に対し所定の角度傾斜した構成であることを特徴とする、請求項５に記載の鋼矢板の継手整形用圧延機。

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