JP6816483B2 - 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。

Ｈ形鋼製品の造形における粗圧延工程は、一般的に、複数の孔型を刻設した孔型ロールによって行われることが知られているが、当該孔型ロールのロール胴幅には設備的な制約が存在しており、できるだけ多くの孔型を所定胴長の孔型ロールに刻設するための技術が鋭意創案されている。例えば特許文献１には、孔型ロールに複数の孔型（第１割孔型、第２割孔型等）を刻設するに際し、複数の孔型でそれぞれの孔型が備える突起部等の側壁を共用する際に問題となる素材鋼片のフランジ部分の形状ばらつきを抑制させる技術が開示されている。

特許第５８７０９７４号

上記特許文献１に記載の技術は一般的なエッジング圧延に関するものであり、各孔型のいずれにも孔型側壁が存在しているような構成について適用する技術である。しかしながら、本発明者らは、鋭意検討の結果、Ｈ形鋼製品の粗圧延工程において、ロールに孔型を刻設する際に、必ずしも全ての孔型が側壁を有しているような構成である必要はないことを見出し、側壁を有していない孔型を含むような孔型構成によって粗圧延工程を実施する技術を創案した。即ち、孔型内部に形成される突起部の先端角度や高さによっては、孔型側壁が存在していない状態でも被圧延材を誘導することが可能であることを見出し、側壁を有していない孔型を含むような孔型構成で粗圧延工程が実施可能であることが判明した。

側壁を有していない孔型を含むような孔型構成で粗圧延を実施する場合には、各孔型間のカラー部を共用化する、あるいは、孔型内部の突起部をカラー部として代用することで、ロール胴幅寸法を効率的に活用することが考えられ、従来に比べ更なる効率化が求められる。

上記事情に鑑み、本発明の目的は、Ｈ形鋼の製造において孔型を用いた粗圧延工程を行う場合に、複数の孔型の一部又は全てに孔型側壁が設けられていないような孔型構成を採用し、当該孔型構成においてロール胴幅寸法を効率的に活用することが可能なＨ形鋼の製造方法を提供することにある。

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複数の孔型が刻設され、当該複数の孔型は、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れて被圧延材端部に分割部位を形成させる突起部が形成された複数の割り込み孔型と、前記割り込みに当接し、前記割り込み孔型において形成された分割部位を順次折り曲げる突起部が形成された複数の折り曲げ孔型と、を含み、前記複数の割り込み孔型は、同一の孔型ロールに隣接して刻設され、被圧延材の幅方向に対し入れられる割り込み深さの異なる２種類の割り込み孔型から構成され、当該２種類の割り込み孔型の孔型上面及び孔型底面には、被圧延材の上下端部に対向する孔型共用部分が設けられ、前記複数の孔型には、被圧延材の幅方向に対し鉛直に溝を付与する溝付け孔型を含み、前記２種類の割り込み孔型のうちの後段孔型は、被圧延材を拘束する孔型側壁を備えた袋型孔型形状であり、当該後段孔型は前記溝付け孔型に隣接して刻設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。
また、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複数の孔型が刻設され、当該複数の孔型は、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れて被圧延材端部に分割部位を形成させる突起部が形成された複数の割り込み孔型と、前記割り込みに当接し、前記割り込み孔型において形成された分割部位を順次折り曲げる突起部が形成された複数の折り曲げ孔型と、を含み、前記複数の割り込み孔型は、同一の孔型ロールに隣接して刻設され、被圧延材の幅方向に対し入れられる割り込み深さの異なる２種類の割り込み孔型から構成され、当該２種類の割り込み孔型の孔型上面及び孔型底面には、被圧延材の上下端部に対向する孔型共用部分が設けられ、前記２種類の割り込み孔型のうちの後段孔型での圧延造形仕上がりにおいて、被圧延材の上下端部に以下の式（２）で示される所定のフランジ幅Δｆを予め増肉し、前記複数の折り曲げ孔型では、前記割り込み孔型において形成された分割部位を順次折り曲げる造形に加え、前記所定のフランジ幅Δｆを圧下する圧延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。
Δｆ＝ｔｆ×ｓｉｎ（θ１ｂ／２） ・・・（２）
但し、ｔｆ：前記後段孔型での圧延造形仕上がり時のフランジ相当部の先端厚み、θ１ｂ：前記後段孔型に形成された突起部の先端部角度である。

前記孔型共用部分は、前記２種類の割り込み孔型に形成された突起部間に設けられた孔型上面及び孔型底面であり、当該孔型共用部分の幅長さは、前記２種類の割り込み孔型のうちの後段孔型において圧延造形される被圧延材と割り込み孔型との接触幅に基づき決定されても良い。

前記孔型共用部分は圧延ピッチラインに平行な面であっても良い。

本発明によれば、Ｈ形鋼の製造において孔型を用いた粗圧延工程を行う場合に、複数の孔型の一部又は全てに孔型側壁が設けられていないような孔型構成を採用し、当該孔型構成においてロール胴幅寸法を効率的に活用す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２−１孔型の概略説明図である。 第２−２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５孔型（平造形孔型）の概略説明図である。 従前の孔型ロールの概略説明図である。 改善後の孔型ロールの概略説明図である。 従前の孔型ロールに刻設された第２−１孔型及び第２−２孔型の概略拡大図である。 改善後の孔型ロールに刻設された第２−２孔型及び第２−１孔型の概略拡大図である。 改善後の孔型ロールの第２−２孔型での圧延造形仕上がり時の被圧延材の形状を示す概略説明図である。 第２−２孔型を袋型孔型形状とした従前の孔型ロールの概略説明図である。 第２−２孔型を袋型孔型形状とした改善後の孔型ロール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、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、これらを経由して複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７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５孔型の５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の基本的な構成が６孔型である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６孔型である必要はなく、６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７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。第１孔型Ｋ１は、スラブ端面に溝（割り込み２８、２９）を付与する孔型であることから「溝付け孔型」とも呼称される。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２−１孔型Ｋ２−１の概略説明図である。第２−１孔型Ｋ２−１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２−１孔型Ｋ２−１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２−１孔型Ｋ２−１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。

ここで、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、後段の第２−１孔型Ｋ２−１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）ｈ２ａ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、ｈ２ａ＞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２−１孔型Ｋ２−１に形成される突起部３５、３６の高さｈ２ａ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２−１孔型Ｋ２−１の方が長くなる。第２−１孔型Ｋ２−１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ｈ２ａ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２−１孔型Ｋ２−１での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ２ａはｈ１’＜ｈ２ａ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２−１孔型Ｋ２−１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。この第２−１孔型Ｋ２−１は、「割り込み孔型」とも呼称される。

また、第２−１孔型Ｋ２−１での造形は多パスにより行われるが、当該多パス造形においては、最終パスにて被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と、それに対向する孔型上面３０ａ、３０ｂ及び孔型底面３１ａ、３１ｂとが接触するような造形が行われる。これは、第２−１孔型Ｋ２−１での全てのパスにおいて被圧延材Ａの上下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に対応する部位）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。

図４は第２−２孔型Ｋ２−２の概略説明図である。第２−２孔型Ｋ２−２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２−２孔型Ｋ２−２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２−２孔型Ｋ２−２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。これら突起部４５、４６の先端部角度は２５°以上４０°以下のウェッジ角度θ１ｂであり、上記第２−１孔型Ｋ２−１のウェッジ角度と同じ角度に設計されることが望ましい。

突起部４５、４６の高さ（突出長さ）ｈ２ｂは、上記第２−１孔型Ｋ２−１の突起部３５、３６の高さｈ２ａより高く構成されており、ｈ２ｂ＞ｈ２ａとなっている。これら上孔型ロール４０と下孔型ロール４１のロール隙において、上記第２−１孔型Ｋ２−１通材後の被圧延材Ａが更に造形される。

ここで、第２−１孔型Ｋ２−１に形成される突起部３５、３６の高さｈ２ａより、第２−２孔型Ｋ２−２に形成される突起部４５、４６の高さｈ２ｂ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２−２孔型Ｋ２−２の方が長くなる。第２−２孔型Ｋ２−２での突起部４５、４６の被圧延材Ａへの侵入深さは、突起部４５、４６の高さｈ２ｂと同じである。即ち、第２−１孔型Ｋ２−１での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ２ａと、第２−２孔型Ｋ２−２での突起部４５、４６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ２ｂはｈ２ａ＜ｈ２ｂ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、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２−２孔型Ｋ２−２においては、第２−１孔型Ｋ２−１において形成された割り込み３８、３９が更に深くなるように造形が行われ、割り込み４８、４９が形成される。この第２−２孔型Ｋ２−２は、「割り込み孔型」とも呼称される。
なお、ここで形成される割り込み４８、４９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２−２孔型Ｋ２−２での造形は多パスにより行われるが、当該多パス造形においては、最終パスにて被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と、それに対向する孔型上面４０ａ、４０ｂ及び孔型底面４１ａ、４１ｂとが接触するような造形が行われる。これは、第２−２孔型Ｋ２−２での全てのパスにおいて被圧延材Ａの上下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に対応する部位）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。

図５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５５が形成されている。更に、下孔型ロール５１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θ２は、上記角度θ１ｂ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ｈ３は、上記突起部４５、４６の侵入深さｈ２ｂよりも短くなっている（即ち、ｈ３＜ｈ２ｂ）。この角度θ２は例えば７０°以上１１０°以下が好ましい。
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、図５に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

図５に示すように、第３孔型Ｋ３では、第２−２孔型Ｋ２−２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２−２孔型Ｋ２−２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、割り込み５８、５９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５８、５９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２−２孔型Ｋ２−２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）が外側に折り曲げられるような造形が行われる。この第３孔型Ｋ３は「折り曲げ孔型」とも呼称される。

また、図５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６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６０と下孔型ロール６１に刻設される。上孔型ロール６０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６５が形成されている。更に、下孔型ロール６１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６６が形成されている。これら突起部６５、６６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６５と突起部６６とでそれぞれ等しく構成されている。

上記突起部６５、６６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６５、６６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ４は、上記突起部５５、５６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６０ａ、６０ｂ及び孔型底面６１ａ、６１ｂと、突起部６５、６６の傾斜面とのなす角度θｆは、上記第３孔型Ｋ３と同様に、図６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５８、５９が、突起部６５、６６が押し当てられることにより押し広げられ、割り込み６８、６９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６８、６９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５８、５９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。この第４孔型Ｋ４は「折り曲げ孔型」とも呼称される。
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６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。

図７は第５孔型Ｋ５の概略説明図である。第５孔型Ｋ５は、一対の水平ロールである上孔型ロール８５と下孔型ロール８６から構成される。図７に示すように、第５孔型Ｋ５では、第４孔型Ｋ４までに造形された被圧延材Ａが９０°あるいは２７０°回転させられ、第４孔型Ｋ４までは被圧延材Ａの上下端に位置していたフランジ部８０が、圧延ピッチライン上に来るような配置となる。そして、第５孔型Ｋ５では、２か所のフランジ部８０を繋ぐ接続部であるウェブ部８２の圧下及びフランジ部８０のフランジ先端部を圧下することでフランジ幅の寸法調整が行われる。このようにしていわゆるドッグボーン形状のＨ形粗形材（図１に示すＨ形粗形材１３）が造形される。なお、この第５孔型Ｋ５はウェブ部８２を圧下して減厚させることから、「ウェブ減厚孔型」あるいは「平造形孔型」とも呼称される。なお、この平造形孔型（第５孔型Ｋ５）における圧延造形は、１又は任意の複数パスで行われる。

このように造形されたＨ形粗形材１３に対し、既知の圧延機である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（図１参照）。

上述したように、本実施の形態にかかる第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、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。

ここで、本発明者らは、サイジングミル３及び／又は粗圧延機４の孔型ロールに第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５の一部又は全部を刻設する場合に、ロール胴幅寸法を効率的に活用するといった観点から、孔型の共用化を図るための技術を鋭意検討した。以下では、上記第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４が同一の孔型ロールに刻設されているような孔型構成の場合において、更なるロール胴幅寸法の効率化を図る場合について図面等を参照して説明する。

（従前の孔型ロール）
先ず、従前の孔型ロールとして、上記第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４がロール共用化を行うことなく並べて刻設されている場合について説明する。図８は、従前の孔型ロール１００の概略説明図であり、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４が図中の孔型ロール１００の左から順に刻設されている場合を図示したものである。なお、図８では、煩雑化を避けるため、上下一対の孔型ロールのうち、上孔型ロールの形状のみを図示している。

図８に示すように、この孔型構成では、第１孔型Ｋ１及びロール端部に刻設された第４孔型Ｋ４の端部側を除き、孔型に側壁が設けられておらず、原則として被圧延材Ａの外面が非拘束な状態で圧延造形が実施される。これは、本実施の形態に係る製造方法では、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。

本発明者らは、このような図８に示す孔型構成において、第２−１孔型Ｋ２−１と、第２−２孔型Ｋ２−２においては、両方の孔型ともにウェッジ角度がθ１ｂの突起部を用いた圧延造形を行っていることから、これらの第２−１孔型Ｋ２−１及び第２−２孔型Ｋ２−２の一部を共用させることが可能であると考え、更なる孔型構成の改善を行った。そこで以下では、図９〜図１２を参照して、改善後の孔型ロールについて説明する。

（改善後の孔型ロール）
図９は、改善後の孔型ロール１１０の概略説明図である。図９に示すように、孔型ロール１１０には、第１孔型Ｋ１、第２−２孔型Ｋ２−２、第２−１孔型Ｋ２−１、第３孔型Ｋ３、第４孔型Ｋ４が図中左から順に刻設されている。なお、図９でも、煩雑化を避けるため、上下一対の孔型ロールのうち、上孔型ロールの形状のみを図示している。

図９に示すように、孔型ロール１１０では、第２−２孔型Ｋ２−２の孔型上面４０ｂと、第２−１孔型Ｋ２−１の孔型上面３０ａが孔型共用部分として共用されており、ロール胴幅寸法の効率化が図られている。このような共用化は、図示していない孔型底面に関しても同様に行われる。

しかしながら、図８に示す従前の孔型ロール１００で示したように、第２−１孔型Ｋ２−１及び第２−２孔型Ｋ２−２の孔型上面、孔型底面は水平方向（圧延ピッチライン方向）に対し所定角度の傾斜を有した構成となっている。これは、上述したように、フランジ相当部（後述するフランジ部８０に対応する部位）の先端を略矩形形状とすることが好ましいといった観点から、孔型上面（及び孔型底面）と、突起部の傾斜面とのなす角度θｆが約９０°（略直角）となっているからである。

第２−２孔型Ｋ２−２の孔型上面４０ｂと、第２−１孔型Ｋ２−１の孔型上面３０ａを共用化するため、孔型共用面３０ａ（４０ｂ）では、両方向での被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）の圧下が実施される。そこで本発明者らは、図９に示すように、この孔型共用面３０ａ（４０ｂ）は水平な面（圧延ピッチラインに平行な面）とする孔型設計を創案し、被圧延材Ａの対称性から、第２−１孔型Ｋ２−１及び第２−２孔型Ｋ２−２のその他の孔型上面３０ｂ、４０ａも同様に水平な面として構成した。なお、図示していない孔型底面についても同様に水平面に設計する必要がある。

一方で、上述したように孔型共用面３０ａ（４０ｂ）や孔型上面３０ｂ、４０ａ、その他の孔型底面等を水平面にしたことにより、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）の形状への影響を考慮する必要がある。即ち、従前の孔型ロール１００において第２−１孔型Ｋ２−１と第２−２孔型Ｋ２−２とを独立して刻設させた場合の孔型寸法形状と、改善後の孔型ロール１１０における孔型寸法形状と、を比較し、好適な設計値にする必要がある。そこで、以下では、図１０及び図１１を参照し孔型ロール１１０における好適な孔型寸法形状の設計について説明する。

図１０は、従前の孔型ロール１００に刻設された第２−１孔型Ｋ２−１及び第２−２孔型Ｋ２−２の概略拡大図である。また、図１１は、改善後の孔型ロール１１０に刻設された第２−２孔型Ｋ２−２及び第２−１孔型Ｋ２−１の概略拡大図である。
図１０に示すように、従前の孔型ロール１００に刻設された第２−１孔型Ｋ２−１の孔型先端幅をｂ１とし、第２−２孔型Ｋ２−２の孔型先端幅をｂ２とする。
これに対応するように、改善後の孔型ロール１１０に刻設された第２−１孔型Ｋ２−１の孔型先端幅はｂ１とすることが好ましく、第２−２孔型Ｋ２−２の孔型先端幅はｂ２とすることが好ましい。ここで、孔型共用面３０ａ（４０ｂ）の幅長さをＸとすると、当該Ｘの値は、第２−２孔型Ｋ２−２の孔型先端幅ｂ２と同じ値に設計することが好ましい。これは、粗圧延工程におけるエッジング圧延では、後段の孔型にいく程、フランジ相当部の先端部幅は厚みを増すことになるため、より後段の孔型の寸法に合わせた設計とすることが好ましいからである。

また、改善後の孔型ロール１１０に刻設された第２−２孔型Ｋ２−２及び第２−１孔型Ｋ２−１における孔型上面（及び孔型底面）と突起部の傾斜面とのなす角度をθｘ（°）とすると、θｘは以下の式（１）で定められる。
θｘ＝９０＋θ１ｂ／２ ・・・（１）

また、図１１に示す孔型ロール１１０では、孔型共用面３０ａ（４０ｂ）や孔型上面３０ｂ、４０ａ、その他の孔型底面等を水平面となるような孔型設計としたことで、従前の孔型ロール１００によるエッジング圧延と比較して、同じパススケジュールによる圧延造形では、被圧延材Ａのフランジ相当部が後段の孔型内（即ち、第３孔型Ｋ３以降の孔型内）において未充満となってしまう恐れがある。そこで、改善後の孔型ロール１１０による圧延造形時には、従前の孔型ロール１００を用いる場合とパススケジュールを変更し、第２−２孔型Ｋ２−２での圧延造形仕上がり時に、フランジ相当部の先端を所定長さ（所定フランジ幅）だけ予め増肉しておき、第３孔型Ｋ３以降において増肉した所定フランジ幅を圧下することで対応することが望ましい。

図１２は、改善後の孔型ロール１１０の第２−２孔型Ｋ２−２での圧延造形仕上がり時の被圧延材Ａの形状を示す概略説明図であり、被圧延材Ａの一方の幅方向端部を拡大した概略拡大図である。
第２−２孔型Ｋ２−２での圧延造形仕上がり時に増肉しておく所定フランジ幅Δｆは、第２−２孔型Ｋ２−２での圧延造形仕上がり時のフランジ相当部の先端部厚みをｔｆとすると、図１２に示すように、幾何学的な寸法関係から、以下の式（２）で表される。
Δｆ＝ｔｆ×ｓｉｎ（θ１ｂ／２） ・・・（２）
なお、実際の第２−２孔型Ｋ２−２での圧延造形時には、被圧延材Ａの上下端部両方の幅方向端部において増肉を行うため、２×Δｆだけフランジ厚み方向の最も外側の位置のフランジ幅を増肉させることになる。

以上説明したように、改善後の孔型ロール１１０においては、図１１に示すように、第２−１孔型Ｋ２−１の孔型先端幅をｂ１、第２−２孔型Ｋ２−２の孔型先端幅をｂ２とし、孔型共用面３０ａ（４０ｂ）の幅長さＸもｂ２とすることが好ましい。また、孔型上面（及び孔型底面）と突起部の傾斜面とのなす角度θｘ（°）は上記式（１）に示す角度とすることが好ましい。加えて、改善後の孔型ロール１１０に刻設された第２−２孔型Ｋ２−２での圧延仕上がり時に上記式（２）で示す所定フランジ幅Δｆだけ増肉しておくパススケジュールを採用することで、第３孔型Ｋ３、第４孔型Ｋ４での圧延造形により、所望のフランジ相当部形状とするような圧延造形が可能となる。このような孔型設計、パススケジュールを採用することで、第２−２孔型Ｋ２−２の孔型上面４０ｂと、第２−１孔型Ｋ２−１の孔型上面３０ａを共用して圧延造形が実施でき、それによりロール胴幅寸法の効率化が実現される。また、従前と同様の所望のフランジ相当部形状を得ることができるため、ロール胴幅寸法の効率化を図ったとしても、被圧延材の寸法精度等は従前と変わらず維持される。

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。

上記実施の形態では、図４に示すように、第２−２孔型Ｋ２−２は孔型側面によって被圧延材Ａの側面を拘束するような構成となっていない。即ち、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を採っていないために、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、これにより、造形されるフランジ相当部の厚みが上下左右方向において不均一になり、特にフランジ左右厚みに差異が生じ易いといった事が問題となる場合がある。特に、例えば、フランジ幅を５００ｍｍ以上に造形するために第２−１孔型Ｋ２−１の突起部高さと第２−２孔型Ｋ２−２の突起部高さとの差が大きい場合や、スラブ厚２６０ｍｍ未満の素材から製品フランジ幅４００ｍｍ以上の大型Ｈ形鋼製品を製造する場合には、このような問題が顕著に起こり易い。即ち、突起部による割り込み量が大きく、フランジ先端部のエッジング圧延までに要するエッジング量が大きい場合や、スラブ厚／スラブ幅の比率が小さく、エッジング圧延によるスラブの座屈が発生し易い場合には、このようなフランジ厚の不均一が発生し易い。

そこで、このような場合には、割り込み孔型である第２−２孔型Ｋ２−２の形状を側壁を有する形状（いわゆる袋型孔型形状）とすることで寸法の悪化が防止できる。図１３は、第２−２孔型Ｋ２−２を袋型孔型形状とした従前の孔型ロール２００の概略説明図である。また、図１４は、第２−２孔型Ｋ２−２を袋型孔型形状とした際の、改善後の孔型ロール２１０の概略説明図である。なお、これら図１３、図１４では、煩雑化を避けるため、上下一対の孔型ロールのうち、上孔型ロールの形状のみを図示している。

図１３に示すように、従前の孔型ロール２００の第２−２孔型Ｋ２−２においては、孔型の底幅をフランジ厚に見合った寸法に設計することで、左右のフランジ厚に差異が生じる、あるいは、差異が生じた場合に、ロール側壁に被圧延材Ａが接触することで、センタリング力が作用し、左右のフランジ厚の均等化が図られる。更にその後、スラブ端面がエッジング圧延されることで、フランジ先端部に対する均等化がなされる。
このような点から、図１４に示すように、改善後の孔型ロール２１０の第２−２孔型Ｋ２−２においても、孔型の底幅がフランジ厚に見合った寸法に設計される。

図１３に示すように、第２−２孔型Ｋ２−２に側壁を設け、袋型孔型形状とした場合、当該孔型の両側にカラー部が存在する。従って、上記実施の形態で示した従前の孔型ロール１００と比べ、カラー部を設けた分だけ更なるロール胴幅が必要となる。このような場合に関し、図１４に示した改善後の孔型ロール２１０によれば、第２−２孔型Ｋ２−２の孔型上面４０ｂと、第２−１孔型Ｋ２−１の孔型上面３０ａを共用化し、孔型共用面３０ａ（４０ｂ）とするような孔型設計とし、孔型の底幅をフランジ厚み見合った寸法に設計していることに加え、第２−１孔型Ｋ２−１の突起部３５の側面をカラー部として代用している。これにより、従前の孔型ロール２００に比べ、大幅なロール胴幅の削減、ロール胴幅寸法の効率化が実現され、且つ、袋型孔型形状と同様に側壁を備えた孔型による圧延造形を実現させることが可能となる。

即ち、第２−２孔型Ｋ２−２として袋型の孔型を用いる必要がある場合であっても、本発明技術を適用することで、袋型孔型とほぼ同等のセンタリング性が担保され、フランジ部厚みの左右非対称性や、フランジ部厚みの不均一性といった形状不良の発生を抑制させ、且つ、ロール胴幅寸法の効率化を図ることができる。

なお、図１４に示す改善後の孔型ロール２１０では、第２−１孔型Ｋ２−１の突起部３５の側面をカラー部として代用しており、その場合、突起部３５の高さｈ２ａは、被圧延材Ａの接触高さが超えない程度の高さに設計されることが望ましい。実際の操業時には、第２−１孔型Ｋ２−１での圧延造形時に被圧延材Ａが側壁まで充満した段階で、次工程の第２−２孔型Ｋ２−２での圧延造形に移行することで、第２−２孔型Ｋ２−２での圧延造形時に誘導性が担保され、左右のフランジ厚の均等化が図られることになる。

また、上記実施の形態において、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４として図示・説明した孔型群を用いて被圧延材Ａの造形を行い、その後、第５孔型Ｋ５を用いて平造形圧延を行う技術を説明したが、粗圧延工程を実施する孔型数はこれに限られるものではなく、更に多くの孔型を用いて実施しても良い。即ち、上記実施の形態に示した孔型構成は一例であり、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。但し、本発明に係る技術を実現させるためには、少なくとも第２−１孔型Ｋ２−１と第２−２孔型Ｋ２−２は同一の孔型ロールに刻設され、その一部が共用化されるような構成で孔型設計を行う必要がある。

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２−１孔型）
３１…下孔型ロール（第２−１孔型）
３５、３６…突起部（第２−１孔型）
３８、３９…割り込み（第２−１孔型）
４０…上孔型ロール（第２−２孔型）
４１…下孔型ロール（第２−２孔型）
４５、４６…突起部（第２−２孔型）
４８、４９…割り込み（第２−２孔型）
５０…上孔型ロール（第３孔型）
５１…下孔型ロール（第３孔型）
５５、５６…突起部（第３孔型）
５８、５９…割り込み（第３孔型）
６０…上孔型ロール（第４孔型）
６１…下孔型ロール（第４孔型）
６５、６６…突起部（第４孔型）
６８、６９…割り込み（第４孔型）
８０…フランジ部
８２…ウェブ部
８５…上孔型ロール（第５孔型）
８６…下孔型ロール（第５孔型）
１００…（従前の）孔型ロール
１１０…（改善後の）孔型ロール
２００…（第２−２孔型を袋型孔型形状とした従前の）孔型ロール
２１０…（第２−２孔型を袋型孔型形状とした改善後の）孔型ロール
Ｋ１…第１孔型
Ｋ２−１…第２−１孔型
Ｋ２−２…第２−２孔型
Ｋ３…第３孔型
Ｋ４…第４孔型
Ｋ５…第５孔型（平造形孔型）
Ｔ…製造ライン
Ａ…被圧延材

Claims (4)

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複数の孔型が刻設され、
   当該複数の孔型は、
   被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れて被圧延材端部に分割部位を形成させる突起部が形成された複数の割り込み孔型と、
   前記割り込みに当接し、前記割り込み孔型において形成された分割部位を順次折り曲げる突起部が形成された複数の折り曲げ孔型と、を含み、
   前記複数の割り込み孔型は、同一の孔型ロールに隣接して刻設され、被圧延材の幅方向に対し入れられる割り込み深さの異なる２種類の割り込み孔型から構成され、
   当該２種類の割り込み孔型の孔型上面及び孔型底面には、被圧延材の上下端部に対向する孔型共用部分が設けられ、
   前記複数の孔型には、被圧延材の幅方向に対し鉛直に溝を付与する溝付け孔型を含み、
   前記２種類の割り込み孔型のうちの後段孔型は、被圧延材を拘束する孔型側壁を備えた袋型孔型形状であり、当該後段孔型は前記溝付け孔型に隣接して刻設されることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
2. 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複数の孔型が刻設され、
   当該複数の孔型は、
   被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れて被圧延材端部に分割部位を形成させる突起部が形成された複数の割り込み孔型と、
   前記割り込みに当接し、前記割り込み孔型において形成された分割部位を順次折り曲げる突起部が形成された複数の折り曲げ孔型と、を含み、
   前記複数の割り込み孔型は、同一の孔型ロールに隣接して刻設され、被圧延材の幅方向に対し入れられる割り込み深さの異なる２種類の割り込み孔型から構成され、
   当該２種類の割り込み孔型の孔型上面及び孔型底面には、被圧延材の上下端部に対向する孔型共用部分が設けられ、
   前記２種類の割り込み孔型のうちの後段孔型での圧延造形仕上がりにおいて、被圧延材の上下端部に以下の式（２）で示される所定のフランジ幅Δｆを予め増肉し、
   前記複数の折り曲げ孔型では、前記割り込み孔型において形成された分割部位を順次折り曲げる造形に加え、前記所定のフランジ幅Δｆを圧下する圧延造形を行うことを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
   Δｆ＝ｔｆ×ｓｉｎ（θ１ｂ／２） ・・・（２）
   但し、ｔｆ：前記後段孔型での圧延造形仕上がり時のフランジ相当部の先端厚み、θ１ｂ：前記後段孔型に形成された突起部の先端部角度である。
3. 前記孔型共用部分は、前記２種類の割り込み孔型に形成された突起部間に設けられた孔型上面及び孔型底面であり、
   当該孔型共用部分の幅長さは、前記２種類の割り込み孔型のうちの後段孔型において圧延造形される被圧延材と割り込み孔型との接触幅に基づき決定され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。
4. 前記孔型共用部分は圧延ピッチラインに平行な面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。
   

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