JP7260858B2 - 鋼矢板の矯正装置、矯正方法および鋼矢板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はウェブ部とその両側にフランジ部とさらにその外側両端部に継手部とを備えた概略Ｕ形鋼矢板やフランジ部と継手部との間に腕部を有するハット形鋼矢板などの幅方向両端部に継手部を有する鋼矢板の矯正装置、矯正方法およびそのような鋼矢板の製造方法に関するものである。

鋼矢板は，土木工事の大型化や新工法の開発により、種々の断面形状を有するものが開発されており、フランジ部の幅方向両端部に直接継手部を設けたＵ形鋼矢板形式と、フランジ部と継手部の間に腕部を設けたハット形鋼矢板形式に大別される。図３はＵ形鋼矢板１１０の断面形状を示す図であり、図４はハット形鋼矢板１２０の断面形状を示す図であり、左右継手部１０４の外縁間の距離を全幅Ｗと呼ぶ。

上記鋼矢板の製造方法としては、連続鋳造した鋳片または適度な大きさ・形状に整えた鋼片を目標形状に造形するカリバーロールを用いて熱間圧延するのが一般的である。この圧延工程を経て冷却されたＵ形鋼矢板やハット形鋼矢板は、フランジ部１０２とウェブ部１０１の板厚差による圧延終了温度の相違から、圧延・冷却後に長手（搬送）方向に変形が生じることが知られている。具体的には、たとえば、図５に示すようにハット形鋼矢板１２０がウェブ部１０１側を内側にして湾曲する、いわゆる上反りと呼ばれる変形や、図６に示すようにハット形鋼矢板１２０が腕部１０３側を内側にして湾曲する、いわゆる下反りと呼ばれる変形が生じる。

このような反りを除去し、まっすぐな製品とするため、製品出荷前に冷間矯正工程を施すのが一般的である。たとえば、ロール矯正方法では、このような反りが発生した鋼矢板のウェブ部１０１の上下をロールで拘束し、当該鋼矢板が部分的に塑性変形する程度の力を上下交互に与えて曲げ・曲げ戻しを行い、反りを取り除いている。

図７はロール矯正方法における矯正装置２１のロール２、３の一般的な配置を示し、鋼矢板１００の通材方向Ｆに、ウェブ部１０１の上側に上ロール２とウェブ部１０１の下側に下ロール３とが上下に千鳥状（交互）に配置されている。

更に、これら上下のロール２、３は、上ロール２の各ロールの外周面の最下端が、下ロール３の各ロールの外周面の最上端より下になるように配置され、鋼矢板１００は上下方向に交互に凹凸を有する通材路（パスラインＰ）を通過する。

その結果、鋼矢板１００は上ロール２と下ロール３の各ロール間で３点支持され、上下方向から交互に曲げ・曲げ戻しが付与されて反りを取り除くことが可能となる。

たとえば、特許文献１では，ハット形鋼矢板の矯正方法について、サイドロールのロール面間の幅方向間隔を、通材路の上流側から下流側へ行くにしたがって小さくなるように設定している。そして、上ロールのロール面と下ロールのロール面との間にウェブ部、両フランジ部、および両腕部を挟み、かつ、サイドロールのロール面で両継手部を幅方向外側から挟むように、ハット形鋼矢板を通材路に通している。そうすることで、ウェブ部、両フランジ部、および両腕部に対して上下方向の曲げおよび曲げ戻しを交互に繰り返し行って前記ハット形鋼矢板の反りを矯正するとともに、ハット形鋼矢板の全幅を小さくしている。

また、特許文献２には、水平ロールを含み、Ｈ形鋼のウェブを圧下することによって曲がりを矯正するロール矯正機に、Ｈ形鋼のフランジ両側面を圧下する竪ロールおよびそのウェブの高さ方向に前記竪ロールを介して圧下力を発生する装置を備え、ウェブ断面にウェブ圧下による曲げ応力と竪ロールによる圧縮応力が負荷されるように、水平ロールと竪ロールとを水平ロールの軸方向にオフセットして配置し、上下曲げと同時にＨ形鋼の強軸方向の曲げを加えることによってＨ形鋼の形状を矯正する技術が開示されている。

特開２０１７－１３１８９９号公報 特開平０８－１７４０７１号公報

しかしながら、上記従来の技術には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
上記特許文献１に開示された技術は、ハット形鋼矢板に関する矯正技術であり、Ｕ形鋼矢板に適用できるものではない。また、サイドロールのロール面間の幅方向間隔およびサイドロールのロール面の傾斜角度を変更するには、時間がかかる問題がある。

また、特許文献２に開示された技術は、Ｈ形鋼に関する矯正技術であり、Ｕ形鋼矢板およびハット形鋼矢板に適用できるものではない。つまり、フランジ両側面を圧下する竪ロールの数が大幅に増えるため設備投資費用が膨大であるのと同時に、鋼矢板に対しては適正条件の予測が難しい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、幅方向の両端部に継ぎ手部を有する鋼矢板、Ｕ形鋼矢板やハット形鋼矢板に適用でき、設定幅の変更が容易であって、同一製造タイミングの製品毎での設定値変更が可能な鋼矢板の反りと幅方向の変形を同時に矯正する技術を提供することにある。加えて、メンテナンス性や費用対効果が優れ、効率的に矯正する技術を提供する。

上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明にかかる鋼矢板の矯正装置は、幅方向両端部に継手部を有する鋼矢板を矯正する装置であって、複数の上ロールと複数の下ロールとが互いに千鳥配置されたロール矯正部と、該ロール矯正部よりも前記鋼矢板の搬送方向下流側に配された一対の竪ロールと、を有し、前記一対の竪ロールの離間距離は、前記鋼矢板の製品の全幅より狭く設定されていることを特徴とする。

なお、本発明にかかるハット形鋼矢板の矯正方法については、
ａ．前記ロール矯正部は、前記複数の下ロールのうちの少なくとも１の下ロールまたは前記複数の上ロールのうちの少なくとも１の上ロールにおいて、前記継手部を加圧して、前記鋼矢板の製品の全幅を矯正する一対の継手部矯正部を備え、前記一対の継手部矯正部の離間距離は、前記一対の竪ロールの前記離間距離より広いこと、
ｂ．前記一対の竪ロールは、縦置きのフラットロールにより構成されていること、
ｃ．前記一対の竪ロールの前記離間距離が前記鋼矢板の製品の全幅に応じて調整可能に構成されていること、
ｄ．前記一対の竪ロールの離間距離ＷＬと、前記鋼矢板の製品の全幅Ｗとが下記（１）式を満たすこと、
などがより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
０．７０≦ＷＬ／Ｗ≦０．９８ ・・・（１）

上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明にかかる鋼矢板の矯正方法は、上記いずれかの鋼矢板の矯正装置を用い、幅方向両端部に継手部を有する鋼矢板を、前記ロール矯正部で矯正した後に、前記一対の竪ロールにより前記継手部を前記鋼矢板の幅方向中央に向かって加圧することを特徴とする。

上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明にかかる鋼矢板の製造方法は、上記鋼矢板の矯正方法を用いた、鋼矢板の矯正工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、幅方向両端部に継手部を有する、Ｕ形鋼矢板やハット形鋼矢板の製品端部と製品長手方向の全幅の差を矯正前よりも小さく矯正することができる。さらに、竪ロールの数を大幅に削減できメンテナンス性、費用対効果が優れていることに加えて、竪ロールを効率的に調整することが可能である。

本発明の一実施形態にかかる鋼矢板の矯正装置のロール配置を示す概念図であって、（ａ）は、側面概略図を表し、（ｂ）は、上面図を表す。 上記実施形態の鋼矢板の矯正装置を用いて鋼矢板を矯正し、矯正前後での長手方向の全幅を調査した結果を示すグラフであって、（ａ）は、竪ロールを使用しない場合を表し、（ｂ）は、竪ロールによる圧下を施した場合を表す。 本発明の矯正対象であるＵ形鋼矢板の一例を示す断面図である。 本発明の矯正対象であるハット形鋼矢板の一例を示す断面図である。 ハット形鋼矢板の上反りを説明する概念図である。 ハット形鋼矢板の下反りを説明する概念図である。 従来のロール矯正方法におけるロールの一般的な配置を示す概略説明図であって、（ａ）は側面概略図を表し、（ｂ）は、上面図を表す。 （ａ）は、ロール矯正部のロール形状を示す模式図であり、（ｂ）は、被矯正材であるハット形鋼矢板を示す模式図である。 竪ロールを使用しない従来の矯正条件で矯正前後での長手方向の全幅を調査した結果を示すグラフである。

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、本実施の形態において鋼矢板の形状はウェブ部がフランジ部より上方に位置する姿勢（いわゆる逆Ｕ姿勢）で取り扱われるものとして説明するが、当然本発明の適用範囲はその他の姿勢（例えばＵ姿勢）での取り扱いにも及ぶ。

発明者らは、ロール矯正中のハット形鋼矢板１０Ｈ（壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが約１０，０００×１０^－８ｍ^４／ｍの製品）の全幅Ｗの寸法変化を詳細に調査した。
図７は調査に用いた従来のロール矯正装置２１のロール配置を示す模式図である。ロール矯正装置２１には上下で合計９組のロール２、３が通材路（パスライン）Ｐを挟んで千鳥状（上下交互）に配置されている。上ロール２は、鋼矢板１００の凸状の外面に沿う形状のロール面を有し、下ロール３は、鋼矢板１００の凹状の内面に沿う形状のロール面を有する。

図８（ａ）は従来のロール矯正装置２１のロール形状を示す模式図であり、図８（ｂ）は被矯正材であるハット形鋼矢板１２０を示す模式図である。図８（ａ）は、通材方向Ｆから見た上下ロール２、３の左側半分の模式図である。上ロール２は、上アーバー４にハット形鋼矢板１２０のウェブ部１０１圧下用の上ロール用スリーブ５およびその外側に腕部１０３圧下用の上ロール用スリーブ９が嵌合されている。下ロール３は、下アーバー６にハット形鋼矢板１２０のウェブ部１０１圧下用の下ロール用スリーブ７およびその外側に腕部１０３圧下用の下ロール用スリーブ１０が嵌合されている。図８（ａ）の実施形態では下アーバー６にさらに継手部１０４外縁を拘束する外側ロール１１を嵌合している。対象としたハット形鋼矢板１２０の寸法は、有効幅Ｗ０＝９００ｍｍ、有効高さＨ＝２３０ｍｍおよびウェブ板厚ｔ＝１０．８ｍｍの規格１０Ｈ製品である。

調査として、図７および図８に示すロール矯正装置２１を用い、従来の矯正条件で矯正前後での長手方向の全幅Ｗを調査した。結果を図９に示す。矯正前の形状は、製品長手方向で中央部が両端よりも全幅Ｗが５ｍｍ程度大きくなっており、長手方向中央部で全幅Ｗの許容値（二点鎖線で表示した９２８～９４２ｍｍの範囲）を超えている。また、先尾端部は他の部位より全幅が狭くなっており、外側ロール１１によって幅矯正した後もその傾向が残存している。

鋼矢板１００のロール矯正において、繰り返し曲げ戻しにより反りを取り除くとともに、製品長手方向の全幅Ｗを許容寸法範囲内に入れることが必要である。すなわち、全幅Ｗを小さくするよう外側ロール１１の設定幅を小さくしすぎると局部的に反りが発生する問題がある。一方、外側ロール１１の設定幅が広すぎると幅方向の拘束力が低下して長手方向の全幅の変動量が増加するか、または反りの矯正効果の向上が見込めない。

本発明は、これらの調査から得られた知見を元に、さらに検討を加えてなされたものである。

図１は本発明の一実施形態にかかる鋼矢板の矯正装置のロール配置を示す概念図であって、（ａ）は側面概略図を表し、（ｂ）は、上面図を表す。本実施形態では、鋼矢板１００の矯正装置２０は、ロール矯正部１および竪ロール１２からなる。図１の例では、ロール矯正部１には上下で合計９組のロール２、３が鋼矢板１００の上下に千鳥状（交互）に配置されている。竪ロール１２は、ロール矯正部１の最終軸（第９軸）から所定距離だけ離隔して配置されている。本実施形態では、竪ロールは、フラットロールを使用している。竪ロール１２とロール矯正部１の最終軸との軸心距離ＬＬは、それぞれのロールの最大半径の和より大きく、被矯正材である鋼矢板１００の長さの半分以下であることが好ましい。

ハット形鋼矢板１２０の製品規格１０Ｈのものについて、ロール矯正部１の矯正条件は同一条件に固定し、図２（ａ）竪ロールを使用しない条件、図２（ｂ）竪ロールを片側２０ｍｍ締め込んだ条件の２条件での矯正前後の全幅Ｗを調査した。調査結果を図２に示す。また、その際のロール矯正部１の矯正条件を表１に示す。表１に示す圧下量（ｍｍ）は、真っ直ぐな鋼矢板１００のパスラインＰに対し、下ロール３の押上げ量を示す。

竪ロール１２を活用しない図２（ａ）の条件では、矯正前に製品先尾端と中央部で全幅Ｗの差が４～１０ｍｍあったが、竪ロール１２を活用した図２（ｂ）の条件では、矯正後に先尾端ともに全幅Ｗの差が１ｍｍ以下へと低減されている。また特に、継手部やフランジ部の変形もなく、良好な形状の製品が得られた。これに対し竪ロール１２を使用しない条件（ａ）では、反り矯正後に製品先尾端と中央部で全幅の差が大きすぎ、その後、プレス矯正で全幅を修正する必要が生じた。
以上より、本発明の効果が明らかである。

なお，本実施形態では，ハット形鋼矢板のうち、製品規格１０Ｈについて示したが、他の断面サイズ（例えばＵ形鋼矢板２Ｗ、ハット形鋼矢板２５Ｈ）についても同様の効果があることを確認している。また、複数個の竪ロールをロール矯正機の後面に配列して矯正する場合でも１対の条件と同等の矯正効果が確認されており、竪ロールの個数はいくつでも良い。

本実施形態において、一対の竪ロール１２間の離間距離ＷＬは、鋼矢板１００製品の全幅Ｗより狭く設置することで、鋼矢板１００の全幅Ｗを矯正できるので好ましい。また、継手部矯正部としての、ロール矯正部１の外側ロール１１の離間距離と、一対の竪ロール１２間の離間距離ＷＬとの関係は、竪ロール１２の圧下効果を十分に発揮するために、外側ロール１１の離間距離を、一対の竪ロール１２間の離間距離ＷＬより広くすることが好ましい。加えて、一対の竪ロール１２間の離間距離ＷＬを鋼矢板１００の全幅Ｗの０．７０倍～０．９８倍の範囲にすることが好ましい。下限未満では、鋼矢板１００の局所的な塑性変形による寸法外れや竪ロール１２間での材料詰まりが発生する可能性があり、一方、上限超えでは、竪ロールの全幅Ｗ圧下の効果が十分に発揮できないおそれがある。

竪ロールは、鋼矢板１００の継手部１０４外縁位置が上下する場合に備えて、フラットロールとすることが好ましい。また、一対の竪ロール１２の離間距離ＷＬを鋼矢板１００製品の全幅Ｗの変化に応じて、調節可能に構成することが好ましい。

本発明にかかる鋼矢板の矯正方法は、上記実施形態のロール矯正部１および竪ロール１２を備える矯正装置２０を用いる鋼矢板の矯正方法である。その方法は、幅方向両端部に継手部を有する鋼矢板の反りをロール矯正部１で矯正するとともに、全幅Ｗを所定範囲に収める。その後、竪ロール１２で両端の継手部１０４を挟持して圧下することで、全幅Ｗの偏差を小さくするものである。

本発明にかかる鋼矢板の製造方法において、鋼矢板１００を熱間圧延する工程は、常法が適用できる。具体的には、連続鋳造した鋳片または適度な形状に成形した鋼片を、加熱炉で加熱後、複数段のカリバーロールで熱間圧延する工程が適用できる。熱間圧延した鋼矢板１００は、冷却後、上記実施形態の矯正装置２０に通材され、上記矯正方法を適用する。

本発明は、熱間圧延によって、反りを生じる長尺の鋼材等の矯正にあたり、全幅を制御する必要のある場合に適用して好適である。

１ ロール矯正部
２ 上ロール
３ 下ロール
４ 上アーバー
５ 上ロール用スリーブ(ウェブ部圧下用)
６ 下アーバー
７ 下ロール用スリーブ(ウェブ部圧下用)
９ 上ロール用スリーブ(腕部圧下用)
１０ 下ロール用スリーブ(腕部圧下用)
１１ 外側ロール（外側拘束ロール）
１２ 竪ロール
２０ 矯正装置
２１ 従来のロール矯正装置
１００ 鋼矢板
１０１ ウェブ部
１０２ フランジ部
１０３ 腕部
１０４ 継手部
１１０ Ｕ形鋼矢板
１２０ ハット形鋼矢板
Ｆ 通材方向（搬送方向）
Ｐ パスライン
Ｏ 基準位置

Claims (7)

1. 幅方向両端部に継手部を有する鋼矢板を矯正する装置であって、
   複数の上ロールと複数の下ロールとが互いに千鳥配置されたロール矯正部と、
   該ロール矯正部よりも前記鋼矢板の搬送方向下流側に配された一対の竪ロールと、を有し、
   前記一対の竪ロールは、前記鋼矢板の継手部を前記鋼矢板の幅方向中央に向かって加圧するように、その離間距離が前記鋼矢板の製品の全幅より狭く設定されていることを特徴とする鋼矢板の矯正装置。
2. 前記ロール矯正部は、前記複数の下ロールのうちの少なくとも１の下ロールまたは前記複数の上ロールのうちの少なくとも１の上ロールにおいて、前記継手部を加圧して、前記鋼矢板の製品の全幅を矯正する一対の継手部矯正部を備え、
   前記一対の継手部矯正部の離間距離は、前記一対の竪ロールの前記離間距離より広いことを特徴とする請求項１に記載の鋼矢板の矯正装置。
3. 前記一対の竪ロールは、縦置きのフラットロールにより構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼矢板の矯正装置。
4. 前記一対の竪ロールの前記離間距離が前記鋼矢板の製品の全幅に応じて調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の鋼矢板の矯正装置。
5. 前記一対の竪ロールの離間距離ＷＬと、前記鋼矢板の製品の全幅Ｗとが下記（１）式を満たすことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の鋼矢板の矯正装置。
   ０．７０≦ＷＬ／Ｗ≦０．９８ ・・・（１）
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の鋼矢板の矯正装置を用い、幅方向両端部に継手部を有する鋼矢板を、前記ロール矯正部で矯正した後に、
   前記一対の竪ロールにより前記継手部を前記鋼矢板の幅方向中央に向かって加圧することを特徴とする鋼矢板の矯正方法。
7. 請求項６に記載の鋼矢板の矯正方法を用いた、鋼矢板の矯正工程を有することを特徴とする鋼矢板の製造方法。

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