JP7280505B2 - 左右フランジ厚みの異なる非対称ｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、左右フランジ厚みの異なる非対称Ｈ形鋼をユニバーサル圧延によって製造する製造方法に関する。

例えばＨ形鋼や軌条といった各種形鋼の製造は、一般的に孔型圧延法（カリバー法）やユニバーサル圧延法によって行われることが知られている。特に近年では、均質な変形が期待でき、材質の向上や寸法精度の高精度化が図れるといった観点から、中間ユニバーサル圧延機、エッジャー圧延機、仕上圧延機を備えた圧延機列によってユニバーサル圧延法が行われている。

左右フランジ厚みの異なる非対称Ｈ形鋼は力学的利点が大きいため建築構造物や橋梁等の梁材に好適に用いられる。具体的には、地面や床面に対し一方のフランジを接地させ、他方のフランジを上方に位置するような設置態様を採った場合に、厚みが薄いフランジを接地面とし、厚みの厚いフランジを上方とすることが知られている。これは、接地面ではフランジが接地された地面（あるいは床面等）を含めた剛性となるのに対し、上方のフランジはそれ単体での剛性が求められるために、上方のフランジをより厚いものとすることが望ましいからである。このような態様により、所望の剛性の梁材を、軽量且つ少量の材料でもって製造できるため、生産性の向上やコスト削減が図られる。

しかしながら、左右フランジ厚みの異なる非対称Ｈ形鋼は断面が非対称であるがゆえ、その製造過程において歪みや曲がりといった通材不良が生じることが多く、その改善を図るために様々な技術が創案されている。

例えば特許文献１には、非対称Ｈ形鋼の圧延方法が開示され、その製造の際には曲がりが生じることが記載されている。特許文献１の技術では、一般的には非駆動である左右竪ロールを個別駆動させ、左右独立に回転速度（回転数）を調整して曲がりを抑制させている。

また、例えば特許文献２には、非対称Ｈ形鋼のユニバーサル圧延での左右竪ロールの圧延荷重が左右不均一となることで水平ロールに対するスラスト荷重がかかり、スラスト変位が生じるのを抑制する技術が開示されている。具体的には、左右のフランジの一方（片側）を冷却することで、当該フランジの圧延荷重を増加させ、水平ロールに働くスラスト荷重を低減させている。

特開平５－１７７２０１号公報 特開２００６－６８７７７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、一般的には非駆動で従動ロールである竪ロールを駆動させるための設備の新設や改造が必要となり、設備コストの増加や設備構成の煩雑化が懸念される。また、上記特許文献２に記載の技術は、左右竪ロールの圧延荷重を揃えることを目的としており、非対称Ｈ形鋼の圧延を歪みや曲がりを生じさせることなく行うための適正条件については何ら開示されていない。

上記事情に鑑み、本発明の目的は、既存の製造設備で左右フランジ厚みの異なる非対称Ｈ形鋼を製造する場合に、被圧延材に発生する曲がり等の通材不良を抑制させ、安定的に非対称Ｈ形鋼を製造することができる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、左右フランジ厚みの異なる非対称Ｈ形鋼の製造方法であって、１又は複数の中間ユニバーサル圧延機を有する中間圧延機列で行われる中間圧延工程と、仕上ユニバーサル圧延機で行われる仕上圧延工程と、を含み、前記中間圧延工程及び前記仕上圧延工程でのユニバーサル圧延は、以下の式（１）、式（２）に基づき定められる左右断面積延伸比λＩ／λＩＩに基づき、ユニバーサル圧延の圧延条件を決定し行われ、前記左右断面積延伸比λＩ／λＩＩに基づき決定される圧延条件は、ユニバーサル圧延におけるウェブ圧下率、左右フランジ圧下率、圧延前の被圧延材寸法の少なくとも１つであり、所定の寸法の被圧延材をユニバーサル圧延によって圧延造形する場合に、当該ユニバーサル圧延の各パスにおいて被圧延材が通材可能な曲がり量であるような前記左右断面積延伸比λＩ／λＩＩの適正範囲を算出し、算出された前記左右断面積延伸比λＩ／λＩＩの適正範囲を満たすように当該ユニバーサル圧延におけるウェブ圧下率、左右フランジ圧下率、圧延前の被圧延材寸法の少なくとも１つを定めることを特徴とする、非対称Ｈ形鋼の製造方法が提供される。
λＩ＝（Ｓ１０＋０．５Ｓｗ０）／（Ｓ１＋０．５Ｓｗ） ・・・（１）
λＩＩ＝（Ｓ２０＋０．５Ｓｗ０）／（Ｓ２＋０．５Ｓｗ） ・・・（２）
但し、Ｓｗ０：圧延前のウェブ部断面積、Ｓ１０：圧延前の厚手側フランジ部断面積、Ｓ２０：圧延前の薄手側フランジ部断面積、Ｓｗ：圧延後のウェブ部断面積、Ｓ１：圧延後の厚手側フランジ部断面積、Ｓ２：圧延後の薄手側フランジ部断面積、λＩ：厚手側の断面積延伸、λＩＩ：薄手側の断面積延伸、である。

前記左右断面積延伸比λＩ／λＩＩの適正範囲の算出は、試験圧延でのユニバーサル圧延機の圧下率の変更によって行われても良い。

前記左右断面積延伸比λＩ／λＩＩの適正範囲の算出は、前記ユニバーサル圧延の各パスにおける圧延後の被圧延材寸法別に、前記左右断面積延伸比λＩ／λＩＩと被圧延材の曲がり量γとの直線近似関係を求め、当該直線近似関係を以下の式（３）で示した場合の係数α、βを予め求め、以下の式（３）で求まる曲がり量γが被圧延材の通材可能な許容範囲に入るように、ユニバーサル圧延におけるウェブ圧下率、左右フランジ圧下率のいずれか一方を定めても良い。
γ＝αλＩ／λＩＩ＋β ・・・（３）

前記中間圧延工程及び前記仕上圧延工程は、１方向での１圧延機１パス圧延で行われても良い。

本発明によれば、既存の製造設備で左右フランジ厚みの異なる非対称Ｈ形鋼を製造する場合に、被圧延材に発生する曲がり等の通材不良を抑制させ、安定的に非対称Ｈ形鋼を製造することができる。

非対称Ｈ形鋼の製造ラインについての概略説明図である。 中間圧延機列の構成の一例を示す概略説明図である。 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である。 エッジャー圧延機のロール構成についての概略説明図である。 ユニバーサル圧延において内法拡幅量及び厚手側のフランジ厚み延伸λ１を固定し、ウェブ厚み延伸λｗと薄手側のフランジ厚み延伸λ２を変化させた際の、圧延後の曲がりを数値解析したグラフである。 ユニバーサル圧延において内法拡幅量及び厚手側のフランジ厚み延伸λ１を固定し、ウェブ厚み延伸λｗと薄手側のフランジ厚み延伸λ２を変化させた際の、圧延後の曲がりを数値解析したグラフである。 ユニバーサル圧延における左右非対称な被圧延材Ａの断面延伸に関する模式図である。 延伸比λＩ／λＩＩと曲がり量との関係を示すグラフである。 延伸比λＩ／λＩＩと曲がり量との関係を示すグラフである。 粗圧延機に設けられる孔型の形状の一例を示す概略図である。

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。なお、本明細書における「ユニバーサル圧延機」とは、形鋼圧延時に水平ロールと竪ロールを用いて大きな延伸を伴う圧延を行う圧延機を指し、「エッジャー圧延機」とはユニバーサル圧延機と併せて用いられ極めて軽圧下な圧延を行う圧延機を指すものとし、本明細書では、それら圧延機を「圧延スタンド」あるいは単に「スタンド」と呼称する場合もある。

（製造ラインの概要）
図１は、本実施の形態にかかる圧延設備１を含む、左右フランジ厚みの異なる非対称Ｈ形鋼（いわゆる異厚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、粗圧延機列４、中間圧延機列５、仕上ユニバーサル圧延機８が配置されている。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、本明細書では、被圧延材Ａは圧延方向左右にフランジ部が位置するいわゆる「Ｈ姿勢」にて圧延造形されるものとして説明する。また、被圧延材Ａの各圧延段階において、最終Ｈ形鋼製品のフランジに相当する部位をフランジ部１２と呼称し、そのフランジ部１２の一方を薄肉フランジ部１２ａ、他方を厚肉フランジ部１２ｂと呼称する場合がある。また、ウェブに相当する部分をウェブ部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やブルームといった素材１１である被圧延材Ａが粗圧延機列４において粗圧延される。次いで、中間圧延機列５において中間ユニバーサル圧延される。通常の場合、粗圧延機列４には例えばブレイクダウンミルや粗圧延機等が複数スタンド配置され、それらスタンドのロールには、例えば合計で４～６個程度の孔型が刻設されている。これら孔型を経由して数１０パス程度のリバース圧延を行うことで左右非対称のドッグボーン形状のＨ形粗形材１３が造形される。ここで造形されるＨ形粗形材１３の左右のフランジに相当する部位の厚み比は、最終製品の左右フランジ厚み比を中間圧延以降で造形するに好適な比率とされる。次いで、Ｈ形粗形材１３に対し中間圧延機列５において所定の圧延が行われ、左右非対称の中間材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での１方向１パス圧延の仕上圧延により最終製品形状となり、非対称Ｈ形鋼製品１６が製造される。

（中間圧延機列の構成の概要）
次に、図１に示した中間圧延機列５の構成の概要について説明する。図２は中間圧延機列５の構成の一例を示す概略説明図である。なお、図２に示す構成は一例であり、本発明における中間圧延機列５の構成はこれに限定されるものではない。

図２に示すように、中間圧延機列５は７基の中間ユニバーサル圧延機Ｕ１～Ｕ７と、４基のエッジャー圧延機Ｅ１～Ｅ４から構成されている。中間ユニバーサル圧延機Ｕ１～Ｕ７は水平ロールでウェブ厚、竪ロールでフランジ厚を圧下し、最終的に略製品の厚みに圧延造形するユニバーサル圧延機である。また、エッジャー圧延機Ｅ１～Ｅ４はユニバーサル圧延機で未圧下となるフランジ先端部を整形する補助的な役割を有する圧延機である。図示の構成では、上流から順にＵ１～Ｕ７を配置した構成において、Ｕ１とＵ２の間にＥ１が配置され、Ｕ３とＵ４の間にＥ２が配置され、Ｕ５とＵ６の間にＥ３が配置され、Ｕ６とＵ７の間にＥ４が配置されている。このように構成される中間圧延機列５において被圧延材Ａに対し１方向での１圧延機１パス圧延を施すことで中間材１４は造形される。

（中間ユニバーサル圧延機の概略的な構成）
次に、図２に示した中間圧延機列５を構成する中間ユニバーサル圧延機Ｕ１～Ｕ７について説明する。図３は中間ユニバーサル圧延機Ｕ１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）がロール構成の概略、（ｂ）が圧延時の断面概略を示している。図３に示すように、中間ユニバーサル圧延機Ｕ１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部１２（１２ａ、１２ｂ）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部１２（１２ａ、１２ｂ）の外面に当接可能に構成されている。図示の構成では、一方の竪ロール３１の周面が薄肉フランジ部１２ａの外面に当接し、他方の竪ロール３２の周面が厚肉フランジ部１２ｂの外面に当接する構成となっている。なお、図３では、各ロールのロール軸や圧延機筐体等の構成は図示を省略している。

図３に示す中間ユニバーサル圧延機Ｕ１では、被圧延材Ａのウェブ部２０に対し、水平ロール２１、２２の周面が当接し、当該ウェブ部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のフランジ部１２（１２ａ、１２ｂ）に対し、水平ロール２１、２２の側面の一部が当該フランジ部１２（１２ａ、１２ｂ）の内面に当接し、フランジ部１２の内側面を押し広げるような、いわゆる内法拡幅が行われる。加えて、被圧延材Ａのフランジ部１２（１２ａ、１２ｂ）に対し、水平ロール２１、２２の側面の一部が当該フランジ部１２（１２ａ、１２ｂ）の内面に当接し、竪ロール３１、３２の周面がフランジ部１２（１２ａ、１２ｂ）の外面に当接し、当該フランジ部１２（１２ａ、１２ｂ）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のフランジ部１２（１２ａ、１２ｂ）及びウェブ部２０が所定の厚みに圧下される。

図３には、中間ユニバーサル圧延機Ｕ１の概略的構成を例として図示したが、中間圧延機列５に配置される７基の中間ユニバーサル圧延機Ｕ１～Ｕ７はいずれも同じようなロール構成を有している。これら中間ユニバーサル圧延機Ｕ１～Ｕ７では原則として１方向での１圧延機１パス圧延が行われ、後段の圧延機（圧延スタンド）に被圧延材Ａは順次送られる。

一般的なＨ形鋼のユニバーサル圧延では、左右フランジ部の圧下率を等しくすることで、ユニバーサル圧延での被圧延材Ａの曲がりは抑制できると考えられていた。しかしながら、本発明者らの検討によれば、圧延条件によっては左右フランジ部の圧下率が等しくても大きな曲がりが発生し、通材不良となる場合があることが分かっている。そこで本発明者らは、これら中間ユニバーサル圧延機Ｕ１～Ｕ７での圧延に関し、数値解析によって左右フランジ厚みの異なる非対称な被圧延材Ａに対する圧延特性を調査し、適正な圧延条件を見出すべく鋭意検討を行った。本検討結果については、グラフ等を参照して後述する。

（エッジャー圧延機の概略的な構成）
次に、エッジャー圧延機Ｅ１～Ｅ４の概略的な構成について説明する。図４はエッジャー圧延機Ｅ１のロール構成についての概略説明図（正面断面図）である。図４に示すように、エッジャー圧延機Ｅ１には、上下一対の水平ロール４１、４２が設けられている。水平ロール４１、４２は、そのロール周面の一部が左右のフランジ部１２（１２ａ、１２ｂ）のフランジ幅方向先端部のみに当接可能に構成されている。

図４に示すエッジャー圧延機Ｅ１では、被圧延材Ａの左右フランジ部１２（１２ａ、１２ｂ）の幅方向先端部のみに対し上下水平ロール４１、４２の周面が当接し、中間ユニバーサル圧延機Ｕ１～Ｕ７で未圧下となるフランジ部１２の先端部の整形が軽圧下によって行われる。図４には、エッジャー圧延機Ｅ１の概略的構成を例として図示したが、４基のエッジャー圧延機Ｅ１～Ｅ４はいずれも同じようなロール構成を有している。このようなエッジャー圧延は、中間ユニバーサル圧延機Ｕ１～Ｕ７からなる圧延機列の任意のスタンド間で１方向１パス圧延にて行われ、一例として、図２の構成ではＵ１とＵ２の間、Ｕ３とＵ４の間、Ｕ５とＵ６の間、Ｕ６とＵ７の間、でそれぞれ行われる。

（非対称な被圧延材Ａのユニバーサル圧延での圧延特性）
本発明者らは、略Ｈ形形状の非対称な被圧延材Ａに対し、例えば中間ユニバーサル圧延機Ｕ１～Ｕ７において内法拡幅を伴うユニバーサル圧延を行う場合に関し、その圧延特性の検討を行った。ユニバーサル圧延における曲がりの発生は、左右非対称の被圧延材Ａの断面内の延伸分布に起因すると考えられる。例えば、左右フランジ部１２（１２ａ、１２ｂ）の圧下率を等しくした場合であっても、ウェブ部２０の圧下率との関係によっては、断面内の延伸分布が変化し、曲がりが発生しまう可能性があると推定される。

図５、図６は、ユニバーサル圧延において内法拡幅量及び厚手側のフランジ厚み延伸λ１を固定し、ウェブ厚み延伸λｗと薄手側のフランジ厚み延伸λ２を変化させた際の、圧延後の曲がりを数値解析したグラフである。なお、図５と図６では条件が異なっており、図５では、圧延後の被圧延材寸法をウェブ高４９７．４ｍｍ、フランジ幅２１４ｍｍ、ウェブ厚８．６ｍｍ、厚手側フランジ厚２４．１ｍｍ、薄手側フランジ厚１７．３ｍｍ、内法拡幅８ｍｍ、とし、図６では、圧延後の被圧延材寸法をウェブ高４８６．９ｍｍ、フランジ幅２０６ｍｍ、ウェブ厚５．３ｍｍ、厚手側フランジ厚１２．１ｍｍ、薄手側フランジ厚８．８ｍｍ、内法拡幅４ｍｍ、とした。また、曲がり量は、ユニバーサル圧延後の下流側１．５ｍ位置での曲がり量（ｍｍ）にて薄手側への曲がりを正（＋）として評価を行った。

図５、６に示すように、いずれの条件下でも、厚手側のフランジ厚み延伸λ１と、薄手側のフランジ厚み延伸λ２が同じ場合であっても、曲がりが生じている。また、厚手側のフランジ厚み延伸λ１と、薄手側のフランジ厚み延伸λ２が同じ条件下において、ウェブ厚み延伸λｗが変化すると曲がり量も変わる傾向があることが分かる。このような図５、６に示した解析結果から、本発明者らは、ユニバーサル圧延における被圧延材Ａの曲がり発生評価について、フランジ部１２のみならず、ウェブ部２０も含めた統一的な断面積延伸にて評価を行う必要があることを見出した。そこで、被圧延材Ａの断面全体において、厚手側の断面積延伸をλＩ、薄手側の断面積延伸をλＩＩと規定し、これらの比である左右断面積延伸比「λＩ／λＩＩ」（以下、単に延伸比λＩ／λＩＩとも記載）を用いて曲がり発生の評価を行うことを創案した。

ここで、上記延伸比「λＩ／λＩＩ」について模式図を参照して説明する。図７は、ユニバーサル圧延における左右非対称な被圧延材Ａの断面延伸に関する模式図であり、被圧延材断面形状について圧延前（破線）と圧延後（実線）を重ねて模式的に図示したものである。圧延前のウェブ部断面積をＳｗ０、圧延前の厚手側フランジ部断面積をＳ１０、圧延前の薄手側フランジ部断面積をＳ２０とし、圧延後のウェブ部断面積をＳｗ、圧延後の厚手側フランジ部断面積をＳ１、圧延後の薄手側フランジ部断面積をＳ２とし、被圧延材Ａにおける厚手側の断面積延伸をλＩ、薄手側の断面積延伸をλＩＩとすると、これらλＩ、λＩＩは以下の式（１）、（２）で表される。なお、被圧延材Ａの断面における厚手側と薄手側とは、ウェブ部２０の高さ中心線（図７中の一点鎖線Ｏ）を基準に左右で分けるものとする。
λＩ＝（Ｓ１０＋０．５Ｓｗ０）／（Ｓ１＋０．５Ｓｗ） ・・・（１）
λＩＩ＝（Ｓ２０＋０．５Ｓｗ０）／（Ｓ２＋０．５Ｓｗ） ・・・（２）

本発明者らは、上記式（１）、（２）で規定される厚手側の断面積延伸λＩ、薄手側の断面積延伸λＩＩを用い、パラメータとして延伸比「λＩ／λＩＩ」を導入し、曲がり量と延伸比λＩ／λＩＩとの関係を導出した。図８、９は延伸比λＩ／λＩＩと曲がり量との関係を示すグラフであり、図８は圧延後の被圧延材寸法をウェブ高４９７．４ｍｍ、フランジ幅２１４ｍｍ、ウェブ厚８．６ｍｍ、厚手側フランジ厚２４．１ｍｍ、薄手側フランジ厚１７．３ｍｍ、内法拡幅８ｍｍ、との条件での関係、図９は圧延後の被圧延材寸法をウェブ高４８６．９ｍｍ、フランジ幅２０６ｍｍ、ウェブ厚５．３ｍｍ、厚手側フランジ厚１２．１ｍｍ、薄手側フランジ厚８．８ｍｍ、内法拡幅４ｍｍ、との条件での関係である。また、曲がり量は、ユニバーサル圧延後の下流側１．５ｍ位置での曲がり量（ｍｍ）とし、薄手側への曲がりを正（＋）としている。

図８、９に示すように、いずれの条件下でも、延伸比λＩ／λＩＩと曲がり量には一定の相関関係があり、当該関係は直線近似が可能である。即ち、曲がり量をγとすると、以下の式（３）を延伸比λＩ／λＩＩと曲がり量との関係式（線形近似式）として規定することができる。
γ＝αλＩ／λＩＩ＋β ・・・（３）
即ち、係数α、βを圧延条件ごとに求めることで、上記式（３）に基づき曲がり量γを予測することが可能である。

（曲がりを抑制・許容範囲内とする圧延条件）
以上の知見から、ユニバーサル圧延の各パスにおいて、曲がりの発生を抑える（あるいは許容範囲内とする）ことが可能な延伸比λＩ／λＩＩの数値範囲が求まる。即ち、圧下率条件が異なる複数の条件下においても、延伸比λＩ／λＩＩを、予め求めた所定の好適な数値範囲内に収めるといった手段により、容易に被圧延材Ａの曲がりを抑えた安定的な圧延条件を見出すことができる。

圧延条件を定める方法としては、例えば、ユニバーサル圧延を実施するに際し、圧延後の断面形状が決まっている場合に、上記式（３）における係数α及びβを数値計算等により求め、曲がり量γが所定の数値範囲内（許容範囲内）になるように圧延条件（ウェブ圧下率、左右フランジ圧下率、圧延前の被圧延材寸法、パススケジュール等）を決定する。係数α、βを求めるにあたっては、圧延条件を網羅的に変化させる必要はなく、延伸比λＩ／λＩＩに着目すれば良い。即ち、延伸比λＩ／λＩＩを変化させる方法として、ウェブ圧下率、左右フランジ圧下率のうち変更しやすい条件を変化させれば良く、これにより効率的に好適な条件を求めることが可能である。

また、別の方法として、所定の断面形状の被圧延材Ａ（粗形材）のユニバーサル圧延を行う場合に、試験圧延等を実施し、曲がり量γが所望の数値範囲内となるような延伸比λＩ／λＩＩを求め、それに基づき圧延条件（ウェブ圧下率、左右フランジ圧下率、圧延前の被圧延材寸法、パススケジュール等）を決定しても良い。例えば、仕上厚みは製品のフランジ厚と異なる厚みとなることを許容し、曲がりが許容範囲内となる左右フランジ部圧下率、及びその条件での延伸比λＩ／λＩＩを求める。その後、所望の製品フランジ厚が得られるフランジ部圧下率で、延伸比λＩ／λＩＩが適正条件を満たすように、ウェブ圧下率を適正化することが考えられる。これにより、曲がりを抑え、通材不良等の発生しない条件でユニバーサル圧延を実施することができる。なお、より詳細で具体的な方法については、実施例にて後述する。

ここで、ウェブ圧下率を適正化する場合には、ユニバーサル圧延の前段階工程である粗圧延工程（図１の粗圧延機列４参照）で圧延造形された後の粗形材（図１のＨ形粗形材１３）のウェブ厚を調整することで適正化を図ることが好ましい。図１０は、粗圧延機列４を構成する粗圧延機に設けられる孔型の形状の一例を示す概略図である。図１０に示すように、一般的な粗圧延機における圧延造形は上下孔型ロール５１、５２を用いた孔型圧延により行われる。

粗圧延機における孔型形状は予め定まった形状であり、例えば、図１０のように、上孔型ロール５１と下孔型ロール５２によって構成される所定形状の孔型Ｋが用いられる。そのため、被圧延材Ａのフランジ厚を変えて圧延造形するためには孔型形状を変える必要があり生産性等の観点から非効率であるのに対し、ウェブ厚を変えて圧延造形する場合には上孔型ロール５１と下孔型ロール５２のロール隙を変えるだけで済むといった特性がある。即ち、生産性等の観点から、ユニバーサル圧延における曲がりの抑制を行うためには、上記式（３）における曲がりγが所望の数値範囲内となるように、ひいては延伸比λＩ／λＩＩが適正範囲となるように、ウェブ圧下率を適正化するのが１つの方法であり、その際には、粗圧延機に設けられた孔型のロール隙を調整することで、粗形材のウェブ厚を好適な厚みとするように圧延条件の設計を行うことが好ましい。なお、図１に示したように、粗圧延機列４が複数の粗圧延機から構成される場合には、ユニバーサル圧延に導入される粗形材のウェブ厚を好適な厚みとすることが好ましいとの観点から、複数の粗圧延機のうち、最終の粗圧延機に設けられた孔型のロール隙を調整し、ウェブ厚の調整を行うことが望ましい。

（作用効果）
以上、図５～図１０を参照して説明したように、左右非対称な被圧延材Ａに対しユニバーサル圧延を行う場合に、左右断面積延伸比「λＩ／λＩＩ」とのパラメータを導入し、当該延伸比λＩ／λＩＩと曲がり量との関係に基づき、延伸比λＩ／λＩＩの数値が曲がり量を抑えるための適正範囲となるように圧延条件を設計することで、ユニバーサル圧延時に被圧延材Ａに発生する曲がり等の通材不良を抑制させ、安定的に非対称Ｈ形鋼を製造することができる。

このときの圧延条件の設計については、例えば予め決められた製品寸法（圧延後の断面形状）に基く被圧延材形状に基づき試験圧延を行い、曲がりの発生しないような試験圧延の結果から延伸比λＩ／λＩＩの適正値を導出し、延伸比λＩ／λＩＩが導出された適正値を満たすように操業を行っても良い。また、上記式（３）で示した関係に基づき、係数α及びβを数値計算等により求め、パススケジュールを決定しても良い。延伸比λＩ／λＩＩが導出された適正値を満たし、且つ、所望の製品寸法形状が得られるパススケジュール、即ち、粗圧延仕上のウェブ厚、及び、各パスのウェブ圧下率、左右フランジの圧下率で操業を行っても良い。また、上記式（３）で示した関係に基づき、係数α、βを数値計算やモデル実験により求め、適正な延伸比λＩ／λＩＩを求めても良い。

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、本発明技術を中間ユニバーサル圧延機Ｕ１～Ｕ７に適用する場合を例示して説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。即ち、本発明技術はユニバーサル圧延機に全般的に適用可能であり、中間ユニバーサル圧延機Ｕ１～Ｕ７に限らず、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、中間圧延機列５を構成する任意のスタンドに適用しても良く、全てのスタンドに適用しても良い。また、エッジャー圧延機Ｅ１～Ｅ４の構成についても、図４に例示した構成以外のものを用いる場合にも適用できる。また、素材としては矩形断面のスラブやブルームのほか、連続鋳造されたビームブランクといった素材を使用して非対称Ｈ形鋼を製造する場合にも適用できる。

上記実施の形態で図１～４を参照して説明した構成の製造ラインＴにおいて、左右フランジ厚みの異なる非対称な被圧延材（ウェブ高４９４ｍｍフランジ幅２００ｍｍウェブ厚６ｍｍ厚手フランジ厚１３ｍｍ薄手フランジ厚９ｍｍ）を圧延造形する場合に、先ず、第１の試験圧延（比較例１）として以下の表１に示す、粗仕上形状（粗形材の形状）、パススケジュールにより圧延条件を設計し、圧延造形を行った。ウェブ内法は水平ロールの胴幅を変更することで設定し、左右断面積延伸比λＩ／λＩＩを算出するためのフランジ幅は、「製品フランジ幅（２００ｍｍ）＋各パスのウェブ厚－製品ウェブ厚（６ｍｍ）」と仮定した。

表１に示す圧延条件では、Ｕ３における被圧延材の曲がりが大きく、Ｕ４以降は通材不可となり圧延が困難であった。このような事象に鑑み、曲がりの発生を抑制させるためにパススケジュールを一部変更し、Ｕ２以降での薄手側のフランジ厚を変更した圧延条件を設計し、第２の試験圧延（比較例２）として圧延造形を行った。以下の表２は第２の試験圧延の圧延条件である。

表２に示す圧延条件では、曲がりが抑制され、通材不良は発生せずに圧延造形が行われたが、一方で、薄手側のフランジ厚が所望の値９ｍｍに対し９．５ｍｍと厚く造形された。

そして、圧延造形後の寸法を所望の値にし、且つ、曲がりの発生を抑制させることができるようなパススケジュールを設計するにあたり、上記比較例２において算出されたλＩ／λＩＩに基づくパススケジュール設計を行い、実施例１として圧延造形を行った。以下の表３は本発明技術を適用した実施例１の圧延条件である。

実施例１の具体的な圧延条件は、上記試験圧延１の圧延条件を参照し、Ｕ２、Ｕ３における延伸比λＩ／λＩＩが上記試験圧延２から算出した値と略同じ値となるようにウェブ圧下率を適正化したものである。ウェブ圧下率を適正化するために、上記実施の形態で説明したように、粗仕上のウェブ厚を比較例１、２の値（３３．６ｍｍ）とは異なる値（２３．６ｍｍ）とした。

表３に示す実施例１の圧延造形では、曲がりが抑制され、通材不良は発生せずに圧延造形が行われ、最終的な断面形状も所望の寸法であった。即ち、試験圧延（比較例１、２）に基づき適正な延伸比λＩ／λＩＩの値を算出し、それを操業時のユニバーサル圧延に適用して圧延条件設計を行うことで、曲がり等を抑制しつつ所望の寸法形状の左右非対称な被圧延材を圧延造形することができ、その結果、安定的に非対称Ｈ形鋼を製造できることが分かった。

また、実施例２として、上記実施例１と同じ粗圧延孔型から導出された被圧延材を用いて寸法の異なる左右非対称な被圧延材の圧延造形を行った。具体的には、圧延後寸法を「ウェブ高４９４ｍｍフランジ幅２００ｍｍウェブ厚６ｍｍ厚手フランジ厚１２ｍｍ薄手フランジ厚９ｍｍ」を以下の表４に示す圧延条件で、適正な延伸比λＩ／λＩＩを満たすように圧延造形を行った。その結果、曲がり等を抑制しつつ所望の寸法形状の左右非対称な被圧延材を圧延造形することができ、その結果、安定的に非対称Ｈ形鋼を製造できることが分かった。

本発明は、左右フランジ厚みの異なる非対称Ｈ形鋼をユニバーサル圧延によって製造する製造方法に適用できる。

１…圧延設備
２…加熱炉
４…粗圧延機列
５…中間圧延機列
８…仕上ユニバーサル圧延機
１１…素材
１２…フランジ部
１２ａ…薄肉フランジ部
１２ｂ…厚肉フランジ部
１３…Ｈ形粗形材
１４…中間材
１６…非対称Ｈ形鋼製品
２０…ウェブ部
２１、２２…（中間ユニバーサル圧延機の）水平ロール
３１、３２…（中間ユニバーサル圧延機の）竪ロール
４１、４２…（エッジャー圧延機の）水平ロール
５１…上孔型ロール
５２…下孔型ロール
Ｕ１～Ｕ７…中間ユニバーサル圧延機（中間ユニバーサル圧延スタンド）
Ｅ１～Ｅ４…エッジャー圧延機
Ａ…被圧延材
Ｔ…製造ライン
Ｋ…孔型

Claims (4)

1. 左右フランジ厚みの異なる非対称Ｈ形鋼の製造方法であって、
   １又は複数の中間ユニバーサル圧延機を有する中間圧延機列で行われる中間圧延工程と、
   仕上ユニバーサル圧延機で行われる仕上圧延工程と、を含み、
   前記中間圧延工程及び前記仕上圧延工程でのユニバーサル圧延は、以下の式（１）、式（２）に基づき定められる左右断面積延伸比λＩ／λＩＩに基づき、ユニバーサル圧延の圧延条件を決定し行われ、
   前記左右断面積延伸比λＩ／λＩＩに基づき決定される圧延条件は、ユニバーサル圧延におけるウェブ圧下率、左右フランジ圧下率、圧延前の被圧延材寸法の少なくとも１つであり、
   所定の寸法の被圧延材をユニバーサル圧延によって圧延造形する場合に、
   当該ユニバーサル圧延の各パスにおいて被圧延材が通材可能な曲がり量であるような前記左右断面積延伸比λＩ／λＩＩの適正範囲を算出し、
   算出された前記左右断面積延伸比λＩ／λＩＩの適正範囲を満たすように当該ユニバーサル圧延におけるウェブ圧下率、左右フランジ圧下率、圧延前の被圧延材寸法の少なくとも１つを定めることを特徴とする、非対称Ｈ形鋼の製造方法。
   λＩ＝（Ｓ１０＋０．５Ｓｗ０）／（Ｓ１＋０．５Ｓｗ） ・・・（１）
   λＩＩ＝（Ｓ２０＋０．５Ｓｗ０）／（Ｓ２＋０．５Ｓｗ） ・・・（２）
   但し、Ｓｗ０：圧延前のウェブ部断面積、Ｓ１０：圧延前の厚手側フランジ部断面積、Ｓ２０：圧延前の薄手側フランジ部断面積、Ｓｗ：圧延後のウェブ部断面積、Ｓ１：圧延後の厚手側フランジ部断面積、Ｓ２：圧延後の薄手側フランジ部断面積、λＩ：厚手側の断面積延伸、λＩＩ：薄手側の断面積延伸、である。
2. 前記左右断面積延伸比λＩ／λＩＩの適正範囲の算出は、
   試験圧延でのユニバーサル圧延機の圧下率の変更によって行われることを特徴とする、請求項１に記載の非対称Ｈ形鋼の製造方法。
3. 前記左右断面積延伸比λＩ／λＩＩの適正範囲の算出は、
   前記ユニバーサル圧延の各パスにおける圧延後の被圧延材寸法別に、前記左右断面積延伸比λＩ／λＩＩと被圧延材の曲がり量γとの直線近似関係を求め、
   当該直線近似関係を以下の式（３）で示した場合の係数α、βを予め求め、
   以下の式（３）で求まる曲がり量γが被圧延材の通材可能な許容範囲に入るように、ユニバーサル圧延におけるウェブ圧下率、左右フランジ圧下率のいずれか一方を定めることを特徴とする、請求項１に記載の非対称Ｈ形鋼の製造方法。
   γ＝αλＩ／λＩＩ＋β ・・・（３）
4. 前記中間圧延工程及び前記仕上圧延工程は、１方向での１圧延機１パス圧延で行われ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非対称Ｈ形鋼の製造方法。
   

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