JP7343779B2 - 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。

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。

一般的なＨ形鋼の製造技術では、例えば中間圧延工程において、近接する（中間）ユニバーサル圧延機とエッジャー圧延機とからなる圧延機列でもってリバース圧延を実施する場合がある。リバース圧延時には、圧延方向によっては、ユニバーサル圧延機の出側にエッジャー圧延機が近接配置されている場合があり、このような圧延方向のパスではエッジャー圧延機への被圧延材の噛み込み性が重要となるため、ユニバーサル圧延での曲がりの発生を抑制することが求められる。一方で、ユニバーサル圧延機の出側に圧延機が存在しない圧延方向のパスでは、ガイドなどによる通材補正手段が存在するためある程度の曲がりは許容され、高精度な通材性は求められない。即ち、中間圧延工程においてリバース圧延を行う場合には、被圧延材の左右フランジの圧下率条件を各パスに応じた好適なものにすることで、通材性等の改善が見込まれる。

また、一般的に、Ｈ形鋼の圧延技術においては、左右フランジの圧下率を等しくすることで、ユニバーサル圧延時の被圧延材の曲がりは抑制できると考えられている。即ち、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）の製造においても、粗圧延で製品の厚み比相当のフランジ厚み比を有する粗形材を造形することが必要となる。しかしながら、粗形材の造形用に専用の孔型を設けることは、ロールコストの増大を招くため望ましくないため、既存の設備においてＨ形鋼を製造する際の左右対称な粗形材を用いて、ユニバーサル圧延でもって非対称Ｈ形鋼を製造する技術が求められている。

上記事情に鑑み、本発明の目的は、リバース圧延を伴うＨ形鋼の製造方法において、通材性を担保できるような圧下率条件を各パスの圧延方向に応じて設定し、かつ、リバース圧延の一部のパスにおいて左右フランジの圧下率を所定の条件を満たすように設定することで、左右フランジ厚みの異なる非対称Ｈ形鋼を安定的に製造することにある。

また、既存の製造設備で左右対称に造形された粗形材を経て、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を目的としている。

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、
粗形材に対し、中間ユニバーサル圧延機及びエッジャー圧延機を含む中間圧延機列においてリバース圧延でもって中間材を圧延造形する中間圧延工程と、を備え、
前記中間圧延工程におけるリバース圧延では、前記中間ユニバーサル圧延機での圧延に引き続いて前記エッジャー圧延機への噛み込みを伴うパスでは左右のフランジ延伸が等しい圧延条件でもって圧延造形を行い、前記中間ユニバーサル圧延機での圧延後に前記エッジャー圧延機への噛み込みを伴わないパスでは左右フランジ延伸比αが以下の式（６）を満たすような圧延条件で圧延造形を行うことを特徴とする、非対称Ｈ形鋼の製造方法が提供される。
１＜α＜１＋２Ｂｉ・γ・Ｌｆ／｛｛γ・Ｌｆ｝^２＋Ｄ・Ｌｆ－Ｌｆ^２｝ ・・・（６）
但し、Ｂｉ：被圧延材のウェブ内法、Ｌｆ：被圧延材のフランジ片幅、Ｄ：中間ユニバーサル圧延機の水平ロール径、γ：中間ユニバーサル圧延機の水平ロール側面の勾配、α：エッジャー圧延機への噛み込みを伴わないパスでの中間ユニバーサル圧延機における左右フランジの延伸λ１、λ２がλ２＞λ１である場合に、λ２／λ１で規定される延伸比、である。

前記粗形材は粗圧延工程において圧延造形され、前記粗圧延工程で圧延造形される粗形材の断面形状は、略Ｈ形状であっても良い。

前記粗形材は粗圧延工程において圧延造形され、前記粗圧延工程で圧延造形される粗形材の断面形状は、左右対称であり、左右フランジ厚が等しい形状であっても良い。

本発明によれば、リバース圧延を伴うＨ形鋼の製造方法において、通材性を担保できるような圧下率条件を各パスの圧延方向に応じて設定し、かつ、リバース圧延の一部のパスにおいて左右フランジの圧下率を所定の条件を満たすように設定することで、左右フランジ厚みの異なる非対称Ｈ形鋼を安定的に製造することができる。また、既存の製造設備で左右対称に造形された粗形材を経て、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。

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。 中間圧延機列におけるリバース圧延に関する概略説明図である。 曲がり発生後の被圧延材の噛み込みに関する概略説明図である。 被圧延材に曲がりが発生した場合の圧延ロールからのずれ量に関する概略説明図である。 水平ロール径が１２００ｍｍ、被圧延材のフランジ勾配が０．０６である圧延条件下において、ウェブ内法とフランジ片幅を種々の値にしたときの許容最大延伸比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。また、本実施の形態においては矩形断面素材から、粗圧延工程において左右対称である粗形材（後述する粗形材１３）を造形し、その左右対称な粗形材を用いて、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）を製造する場合を例示して説明する。但し、本発明に係る中間圧延技術は、このような粗形材に限らず、任意の被圧延材に対して適用可能であり、例えば、断面形状が左右非対称な略Ｈ形状のドッグボーン材や、予め所定の略Ｈ形状に造形されたいわゆるビームブランク材等に適用できる。

（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において構成される、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（例えば薄肉側）をフランジ部１２ａ、他方（例えば厚肉側）をフランジ部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矩形断面の素材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対称のドッグボーン形状のＨ形粗形材１３が圧延造形される。次いで、Ｈ形粗形材１３に対し中間圧延機列５においてリバース圧延が行われ、左右非対称の中間材１４が圧延造形される。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、１基の中間ユニバーサル圧延機Ｕ１と、１基のエッジャー圧延機Ｅ１から構成される。中間ユニバーサル圧延機Ｕ１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は中間ユニバーサル圧延機Ｕ１で未圧下であ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Ｕ１、Ｅ１の順に圧延機が配置される。このように構成される中間圧延機列５においては、中間圧延工程として、被圧延材Ａに対し複数パスでのリバース圧延が実施され、中間材１４が圧延造形される。

（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に配置される中間ユニバーサル圧延機Ｕ１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。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。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。

（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。

（リバース圧延とその問題点）
以上、図２～４を参照して説明した中間ユニバーサル圧延機Ｕ１とエッジャー圧延機Ｅ１はタンデムに構成されており、中間圧延工程では、この中間圧延機列５において被圧延材Ａに対しリバース圧延により複数パスでの圧延造形が実施される。即ち、図２に示す中間圧延機列５においては、上流側から下流側に向かう方向（図中の左から右方向）を圧延方向とするパスと、下流側から上流側に向かう方向（図中の右から左方向）を圧延方向とするパスと、を同一の被圧延材Ａに対し繰り返し行うことで圧延造形が進められる。

中間ユニバーサル圧延機Ｕ１（以下、単にユニバーサル圧延機とも記載）とエッジャー圧延機Ｅ１と、を上流からこの順に備える圧延機列においてリバース圧延を実施し、左右の圧下率を不均一（即ち、左右のフランジ延伸に差がある圧下）とし、左右非対称の中間材１４を圧延造形しようとした場合には以下のような問題点がある。図５は中間圧延機列５におけるリバース圧延に関する概略説明図であり、（ａ）は上流から下流へ向かうパス、（ｂ）は下流から上流へ向かうパス、の圧延状況をそれぞれ上面から見た図である。なお、図５では、説明のために被圧延材Ａの長手方向の一部のみ図示している。

図５（ａ）に示すように、上流から下流へ向かうパス、即ち、ユニバーサル圧延機（Ｕ１）の圧延方向にエッジャー圧延機（Ｅ１）があるパスにおいては、ユニバーサル圧延機で被圧延材Ａに発生した左右の曲がりにより、図示のようにエッジャー圧延機への噛み込みができず通材不良となる恐れがある。このような通材不良を回避するため、上流から下流へ向かうパスでは、左右のフランジ延伸が等しい圧延条件でもって圧延造形を行うことが求められる。

一方で、図５（ｂ）に示すように、下流から上流へ向かうパス、即ち、ユニバーサル圧延機（Ｕ１）の圧延方向にエッジャー圧延機（Ｅ１）がないパスにおいては、ユニバーサル圧延機で被圧延材Ａに発生した左右の曲がりは、搬送テーブルに設けられる左右のガイド機構５０（５０ａ、５０ｂ）によって矯正されるため許容される。

しかしながら、本発明者らは、図５（ｂ）に示す下流から上流へ向かうパスにおいて、当該パスの次パスでの被圧延材Ａの噛み込みを考慮した場合には、当該パスで被圧延材Ａに許容される曲がりには限界があるとの知見を見出した。図６は曲がり発生後の被圧延材Ａの噛み込みに関する概略説明図であり、（ａ）は概略上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ－Ａ断面、（ｃ）は（ａ）におけるＢ－Ｂ断面である。なお、図６は、リバース圧延時に、既に曲がりの発生した被圧延材Ａが上流から下流へ向かうパスでのユニバーサル圧延機（Ｕ１）への噛み込みの様子を示したものである。

図６に示すように、リバース圧延時に、あるパスにおいて曲がりが生じた被圧延材Ａが、当該パスの次パスにてユニバーサル圧延機（Ｕ１）に噛み込む場合に、被圧延材Ａの先端部は圧延ロール（水平ロール２１、２２及び竪ロール３１、３２）に沿った状態である（Ａ－Ａ断面参照）ものの、被圧延材Ａの曲がりが過大である場合には先端から所定の距離の位置（Ｂ－Ｂ断面参照）において被圧延材Ａが圧延ロールからずれる。図６（ｃ）に示すように曲がりが過大である場合、水平ロール２１、２２によってフランジ部１２の先端部が圧下され、噛み込み不良など、通材性に問題が生じる。

以上説明した、被圧延材Ａに対しリバース圧延により複数パスで左右非対称な中間材１４を圧延造形する際に発生する問題点に鑑み、本発明者らは、既に曲がりの発生した被圧延材Ａが上流から下流へ向かうパスでユニバーサル圧延機（Ｕ１）に噛み込む場合に、上記のような問題点が発生しないために許容される被圧延材Ａのずれ量について検討を行い、許容されるずれ量の範囲内で圧延を行うための圧延条件について鋭意検討を行った。以下、本検討について図面等を参照して説明する。

（被圧延材Ａのずれ量と好適な圧延条件の検討）
図７は、被圧延材Ａに曲がりが発生した場合のユニバーサル圧延機（Ｕ１）の圧延ロールからのずれ量（左右フランジ位置のずれ量）に関する概略説明図であり、（ａ）はユニバーサル圧延機の概略側面図、（ｂ）はユニバーサル圧延機の概略平面図である。なお、図面の簡略化のため、図７では被圧延材Ａの長手方向端部に注視して図示し、図７（ａ）では竪ロールを省略している。

先ず、左右のフランジ延伸差がすべて曲がりに変換される場合に、当該曲がりの曲率半径ｒは以下の式（１）で表される。
ｒ＝Ｂｉ／（α－１） ・・・（１）
ここで、Ｂｉは被圧延材Ａのウェブ内法、αはフランジ部１２（１２ａ、１２ｂ）の左右延伸比であり、以下では左右フランジ延伸比α、あるいは単に延伸比αと記載する。

左右のフランジ部１２の延伸比とは、曲がりが発生した圧延における、フランジ部１２の圧延前と圧延後の長手方向の延伸の左右比である。例えば、一方のフランジ部の延伸（延伸が小さい側）をλ１、他方のフランジ部の延伸（延伸が大きい側）をλ２とした場合（λ２＞λ１）にはα＝λ２／λ１となる。圧延前後のフランジ部の幅が略一定であるとすると、圧延条件の設定上、この左右フランジ延伸比αは、圧延前後のフランジ部１２の厚みの比で置き換えることができ、その場合、αは「圧延前のフランジ部厚み／圧延後のフランジ厚み」として算出することもできる。なお、λ２＞λ１であり、α＝λ２／λ１であるため、原則として、１＜αが満たされる。

また、図７に示す、フランジ部１２の幅長さ（全幅）と水平ロール隙とが同一になる位置のロール軸直下（ロール最圧下点）からの距離ＸＬは、水平ロール２１、２２の径をＤ、フランジ部１２の片幅をＬｆ、とすると、幾何学的に以下の式（２）で表される。
ＸＬ＝（Ｄ・Ｌｆ－Ｌｆ^２）^０．５ ・・・（２）
そして、曲率半径ｒに対する上記距離ＸＬでの左右フランジ部の曲がりに伴うずれ量（以下、単にずれ量とも記載）δは、幾何学的に以下の式（３）で表される。
δ＝ｒ－（ｒ^２－ＸＬ^２）^０．５＝ｒ－（ｒ^２－Ｄ・Ｌｆ＋Ｌｆ^２）^０．５ ・・・（３）

一方で、許容できる左右フランジ部の曲がりに伴うずれ量（以下、許容ずれ量とも記載）をδｌｍｔとすると、このδｌｍｔは幾何学的に以下の式（４）で表される。
δｌｍｔ＝γ・Ｌｆ ・・・（４）
ここで、γとはフランジ部１２の勾配であり、このフランジ部１２の勾配γとは、フランジ部１２の鉛直方向からの傾斜角（即ち、水平ロール２１、２２の側面の傾斜角）をφ（図６参照）とした場合にｔａｎφで表される値である。

ずれ量δが許容ずれ量δｌｍｔ以下であることで、図６を参照して上述したような通材性に関する問題を発生させることなく圧延造形を実施させることができるとの観点から、上記式（１）～（４）に基づき、左右フランジ延伸比αについて以下の式（５）が算出される。即ち、左右の圧下率を不均一とし、かつ、この式（５）を満たすような左右フランジ延伸比αでもって圧延造形を行うことで、通材性を損なうことなく左右非対称の中間材１４を圧延造形することができる。
α＜１＋２Ｂｉ・γ・Ｌｆ／｛｛γ・Ｌｆ｝^２＋Ｄ・Ｌｆ－Ｌｆ^２｝ ・・・（５）
なお、上述したように１＜αであることから、通材性を損なうことなく左右非対称の中間材１４を圧延造形するための条件としては、以下の式（６）が導出される。
１＜α＜１＋２Ｂｉ・γ・Ｌｆ／｛｛γ・Ｌｆ｝^２＋Ｄ・Ｌｆ－Ｌｆ^２｝ ・・・（６）

例えば、水平ロール径Ｄが１２００ｍｍ、被圧延材Ａのフランジ勾配γが０．０６である圧延条件下において、被圧延材Ａのウェブ内法Ｂｉとフランジ片幅Ｌｆを所定の値とした場合には、各条件における左右フランジ延伸比αの許容される最大値が定まることになる。図８は水平ロール径Ｄが１２００ｍｍ、被圧延材Ａのフランジ勾配γが０．０６である圧延条件下において、ウェブ内法Ｂｉとフランジ片幅Ｌｆを種々の値にしたときの許容される最大延伸比を示すグラフである。なお、図８は、ウェブ内法が３５０ｍｍ、４００ｍｍ、４５０ｍｍ、５００ｍｍであり、フランジ片幅が７５ｍｍ～１５０ｍｍである被圧延材Ａのデータを示している。

図８に示す結果から、圧延条件や被圧延材Ａの寸法が決まると、許容される最大延伸比も定まり、フランジ幅が大きい被圧延材Ａ、あるいは、ウェブ内法が大きい被圧延材Ａほど、許容される最大延伸比の値も大きくなる傾向があることが分かる。

（リバース圧延での操業）
以上の知見から、ユニバーサル圧延機（Ｕ１）を含むような圧延機列においてリバース圧延によって左右非対称な中間材１４を圧延造形する場合に、エッジャー圧延機（Ｅ１）への噛み込みを伴うパス（図５（ａ）参照）では左右のフランジ延伸が等しい圧延条件でもって圧延造形を行い、エッジャー圧延機（Ｅ１）への噛み込みを伴わないパス（図５（ｂ）参照）では左右フランジ延伸比αを、上記式（６）を満たすような範囲内において左右の圧下率を不均一とすることで通材性に問題を生じることなくリバース圧延が実施可能であることが分かる。

図７、８を参照して上述したように、エッジャー圧延機（Ｅ１）への噛み込みを伴わないパスでの好適な左右フランジ延伸比αは、圧延条件（水平ロールの径、勾配等）や被圧延材寸法（ウェブ内法、フランジ片幅等）によって異なり、上記式（６）で算出される許容値αは操業条件に応じて異なる値となる。リバース圧延では、エッジャー圧延機（Ｅ１）への噛み込みを伴うパスと、エッジャー圧延機（Ｅ１）への噛み込みを伴わないパスと、が複数回繰り返され、被圧延材Ａのフランジ部１２の左右寸法が所望の寸法になるまでこれらのパスが実施される。なお、具体的なパススケジュールについては実施例において後述する。

（作用効果）
以上説明したように、粗圧延工程において造形された粗形材に対し、ユニバーサル圧延機（Ｕ１）を含むような圧延機列においてリバース圧延によって左右非対称な中間材１４を圧延造形する場合に、エッジャー圧延機（Ｅ１）への噛み込みを伴うパス（図５（ａ）参照）では左右のフランジ延伸が等しい圧延条件でもって圧延造形を行い、エッジャー圧延機（Ｅ１）への噛み込みを伴わないパス（図５（ｂ）参照）では左右フランジ延伸比αが上記式（６）を満たすような圧延条件で圧延造形を行うといった方法を採ることで、通材不良を起こすことなく左右フランジ厚みの異なる中間材１４が圧延造形される。即ち、リバース圧延の圧延方向（パス方向）に応じて圧下率条件を変えて設定することで、ユニバーサル圧延機でのリバース圧延における左右フランジ厚みの異なる中間材１４の安定した圧延造形が実現される。

また、本発明技術は、粗形材の形状は特に限定されるものではないが、特に、既存の製造設備で左右対称の粗形材を造形し、当該粗形材に対しユニバーサル圧延機（Ｕ１）を含む圧延機列でもって左右フランジ厚みの異なる中間材１４を圧延造形する場合に有用である。即ち、リバース圧延における左右フランジ厚みの異なる中間材１４の安定した圧延造形が実現されることに加え、既存の製造設備を用いて粗形材を造形できるため、従来のＨ形鋼との製造設備の共用化が図られ、ロールコストが低減され、生産性の向上が実現される。

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。

例えば、上記実施の形態では、粗形材の形状を左右対称であり、左右フランジ厚が等しい形状であるものとして図１等に図示し説明したが、本発明技術の適用に際しては粗形材の形状は限定されるものではなく、任意の形状で良い。例えば、粗形材として左右非対称な略Ｈ形状のドッグボーン材を造形し、当該ドッグボーン材に対し、左右フランジ延伸比を上記実施の形態で説明したような所定の値としてユニバーサル圧延機でのリバース圧延を実施し、所望の左右フランジ厚み比であるような中間材１４を圧延造形しても良い。また、粗圧延工程を経た粗形材を用いず、予め所定の略Ｈ形状に造形されたいわゆるビームブランク材等を粗形材として用い、当該粗形材に対し中間圧延工程を実施する場合等にも適用可能である。

また、上記実施の形態では、中間圧延機列５が１基の中間ユニバーサル圧延機Ｕ１と、１基のエッジャー圧延機Ｅ１から構成される場合について図示し説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。Ｈ形鋼の製造においては、複数の中間ユニバーサル圧延機を備えた圧延機列でもって中間圧延工程が行われることも多く、それに伴いエッジャー圧延機も複数配置される場合がある。このような複数の圧延機からなる圧延機列でもってリバース圧延を行い左右非対称な中間材を圧延造形する場合にも本発明は当然有効である。

また、上記実施の形態における素材１１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種々の素材が挙げられる。

本発明の実施例として、図１を参照して説明した製造ラインにおいて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、図２で説明した構成の中間圧延機列でもってリバース圧延により中間材の圧延造形を行う場合のパススケジュールを、本発明技術を適用しないもの（以下の比較例１、２）と、本発明技術を適用したもの（以下の実施例１、２）と、でそれぞれスケジュール設計し、通材性の検証を行った。なお、以下の実施例１、２及び比較例１、２において、パス番号の奇数パスがエッジャー圧延機への噛み込みを伴うパスであり、パス番号の偶数パスがエッジャー圧延機への噛み込みを伴わないパスである。

（実施例１、比較例１）
実施例１、比較例１は、粗形材の寸法が、ウェブ厚が３４ｍｍ、ウェブ内法が４７０ｍｍ、左右フランジ厚が共に８０ｍｍであるような被圧延材を用い、最終製品としては断面寸法が５００ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍ×１３ｍｍ‐９ｍｍであるような異厚Ｈ形鋼を製造する場合の中間圧延工程のパススケジュールである。実施例１、比較例１で用いた水平ロールのロール径Ｄは１２００ｍｍ、フランジ部勾配γは６％、被圧延材のウェブ内法Ｂｉは４７８ｍｍである。また、フランジ片幅Ｌｆは１００ｍｍとなるようにエッジャー圧延機の圧下を調整した。従って、上記式（６）から求められる、許容される左右フランジ延伸比αは１．０５２未満（α＜１．０５２）である。また、以下の表１、２中の一部パスでは延伸比αが１前後の値（０．９９７～１．００６）となっているが、これは操業上のばらつきによるものであり、このようなパスは延伸比がほぼ等しい条件とみなしてよい。

以下の表１に実施例１、表２に比較例１のパススケジュールを示す。

表１に示すように、実施例１では、エッジャー圧延機への噛み込みを伴うパス（奇数パス）での延伸比αを約１（０．９９９～１．００６）とし、エッジャー圧延機への噛み込みを伴わないパス（偶数パス）での延伸比αを１．０５以下（即ち、許容値範囲内）として圧延造形を行った。その結果、実施例１では通材性に問題を生じることなく中間材の製造が行われた。

一方、表２に示すように、比較例１では、エッジャー圧延機への噛み込みを伴うパス（奇数パス）での延伸比αを約１（０．９９９～１．００６）とし、エッジャー圧延機への噛み込みを伴わないパス（偶数パス）での延伸比αを１．０１１～１．０６５（即ち、許容値範囲外を含む）として圧延造形を行った。その結果、比較例１では３パス目の噛み込み時に水平ロールにおいてフランジ部を擦り下げ、著しい焼き付きが発生し、更には、５パス目において噛み込み不良が発生し圧延継続不能となった。

（実施例２、比較例２）
また、実施例２、比較例２は、粗形材の寸法が、ウェブ厚が３４ｍｍ、ウェブ内法が４７０ｍｍ、左右フランジ厚が一方は８０ｍｍ、他方は７２．５ｍｍであるような被圧延材を用い、最終製品としては断面寸法が５００ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍ×１３ｍｍ‐９ｍｍであるような異厚Ｈ形鋼を製造する場合の中間圧延工程のパススケジュールである。水平ロールのロール径Ｄ、フランジ部勾配γ、被圧延材のウェブ内法Ｂｉ、フランジ片幅Ｌｆは上記実施例１、比較例１と同様であり、許容される左右フランジ延伸比αは１．０５２未満（α＜１．０５２）である。また、以下の表３、４中の一部パスでは延伸比αが１前後の値（０．９９７～１．００６）となっているが、これは操業上のばらつきによるものであり、このようなパスは延伸比がほぼ等しい条件とみなしてよい。

以下の表３に実施例２、表４に比較例２のパススケジュールを示す。

表３に示すように、実施例２では、エッジャー圧延機への噛み込みを伴うパス（奇数パス）での延伸比αを約１（１．０００～１．００６）とし、エッジャー圧延機への噛み込みを伴わないパス（偶数パス）での延伸比αを１．０５以下（即ち、許容値範囲内）として圧延造形を行った。その結果、実施例２では通材性に問題を生じることなく中間材の製造が行われた。

一方、表４に示すように、比較例２では、エッジャー圧延機への噛み込みを伴うパス（奇数パス）での延伸比αを約１（０．９９７～１．０１０）とし、エッジャー圧延機への噛み込みを伴わないパス（偶数パス）での延伸比αを１．０４８～１．０６１（即ち、許容値範囲外を含む）として圧延造形を行った。その結果、比較例２では３パス目の噛み込み時に水平ロールにおいてフランジ部を擦り下げ、著しい焼き付きが発生し、更には、５パス目において噛み込み不良が発生し圧延継続不能となった。

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（１２ａ、１２ｂ）…フランジ部
１３…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）上下水平ロール
３１、３２…（中間ユニバーサル圧延機の）左右竪ロール
４１、４２…（エッジャー圧延機の）上下水平ロール
５０（５０ａ、５０ｂ）…ガイド機構
Ｕ１…中間ユニバーサル圧延機
Ｅ１…エッジャー圧延機
Ａ…被圧延材
Ｔ…製造ライン

Claims (3)

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、
   粗形材に対し、中間ユニバーサル圧延機及びエッジャー圧延機を含む中間圧延機列においてリバース圧延でもって中間材を圧延造形する中間圧延工程と、を備え、
   前記中間圧延工程におけるリバース圧延では、前記中間ユニバーサル圧延機での圧延に引き続いて前記エッジャー圧延機への噛み込みを伴うパスでは左右のフランジ延伸が等しい圧延条件でもって圧延造形を行い、前記中間ユニバーサル圧延機での圧延後に前記エッジャー圧延機への噛み込みを伴わないパスでは左右フランジ延伸比αが以下の式（６）を満たすような圧延条件で圧延造形を行うことを特徴とする、非対称Ｈ形鋼の製造方法。
   １＜α＜１＋２Ｂｉ・γ・Ｌｆ／｛｛γ・Ｌｆ｝^２＋Ｄ・Ｌｆ－Ｌｆ^２｝ ・・・（６）
   但し、Ｂｉ：被圧延材のウェブ内法、Ｌｆ：被圧延材のフランジ片幅、Ｄ：中間ユニバーサル圧延機の水平ロール径、γ：中間ユニバーサル圧延機の水平ロール側面の勾配、α：エッジャー圧延機への噛み込みを伴わないパスでの中間ユニバーサル圧延機における左右フランジの延伸λ１、λ２がλ２＞λ１である場合に、λ２／λ１で規定される延伸比、である。
2. 前記粗形材は粗圧延工程において圧延造形され、
   前記粗圧延工程で圧延造形される粗形材の断面形状は、略Ｈ形状であ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. 前記粗形材は粗圧延工程において圧延造形され、
   前記粗圧延工程で圧延造形される粗形材の断面形状は、左右対称であり、左右フランジ厚が等しい形状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の非対称Ｈ形鋼の製造方法。
   

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