JP7360026B2 - 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）に圧延し、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延し、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形鋼製品が圧延される。

このようなＨ形鋼の製造方法において、矩形断面であるスラブ素材から所謂ドッグボーン形状の粗形材を圧延する際には、粗圧延工程の第１の孔型においてスラブ端面に割り込みを入れた後、第２以降の孔型において当該割り込みを割広げる、又は、割り込み深さを深くさせ、それ以降の孔型にてスラブ端面の割り込みを消去する技術が知られている。

また、Ｈ形鋼の製造においては、スラブ等の素材の端面（スラブ端面）をエッジングするいわゆるエッジング圧延の後に、被圧延材を９０°又は２７０°回転させ、ウェブ相当部の圧延を行う平造形圧延を行うことが知られている。この平造形圧延では、ウェブ相当部の圧延と共にフランジ相当部の圧延及び整形が行われるが、近年、大型のＨ形鋼製品が求められていることに鑑み、大型の素材を被圧延材とした場合に、一般的な平造形圧延では、ウェブ高さ方向の伸びやフランジ相当部の変形等、種々の問題が生じることがあり、形状の修正が求められる場合があった。具体的には、ウェブ相当部の圧延に伴い、ウェブ相当部が長手方向に延伸し、当該延伸に引っ張られてフランジ相当部も長手方向に延伸し、フランジ相当部の厚みが薄くなってしまうといった現象が懸念されていた。

このような平造形圧延に関し、例えば特許文献１には、平造形孔型の中央部に溝部を形成し、圧延時にウェブ相当部の中央に未圧下部を設け、クロップ部の長さを減少させる技術が開示されている。この特許文献１には、ウェブ相当部の中央に凸部（本発明の隆起部に相当）が形成された状態でエッジング圧延を行う旨が記載されており、更なるクロップ部の減少や圧延の効率化が図られている。

また、例えば特許文献２には、ウェブ高さの大きい大型Ｈ形鋼を製造するために、平造形圧延においてウェブ内法を一旦小さく造形した後、孔型ロールをフランジ内面に接触させてフランジ部の肉量を確保するような拡幅圧延を行う技術が開示されている。

特開昭５９－３５８０２号公報 特開２００３－１０９０２号公報

上述したように、近年、構造物等の大型化に伴い大型のＨ形鋼製品の製造が望まれている。特にＨ形鋼の強度・剛性に大きく寄与するフランジを従来に比べて広幅化した製品が望まれている。フランジが広幅化されたＨ形鋼製品を製造するためには、粗圧延工程における造形から従来に比べフランジ幅の大きな被圧延材を造形する必要がある。また、その際には、平造形圧延において上記特許文献１、２に開示されたような技術を適用し生産効率化が図られている。

ところで、Ｈ形鋼の製造プロセスにおいては、エッジング圧延時にはフランジ先端相当部が圧縮力を受けるため被圧延材の表面性状（スラブ表面性状）が皺上に悪化することが分かっている。被圧延材の表面には製鋼工程に起因する表面荒れや、高温加熱による一次スケールが発生することに加えて、上記のような皺状の表面性状が発現したまま圧延（特に、平圧延造形）を進めていくと、被圧延材の表面に凹凸形状（形状不良）が残存したままの状態となってしまう恐れがある。中間圧延工程や仕上圧延工程といったユニバーサル圧延では、その特性上、フランジ外面からの圧延が主となることから、特にフランジ内面の表面性状不良は製品に残存してしまうことが懸念される。

このような事情に鑑み、本発明の目的は、Ｈ形鋼を製造する際に、被圧延材の表面性状悪化、特に、フランジ内面の表面性状悪化を抑制し、表面疵等の残存しないようなＨ形鋼製品を効率的に製造することが可能な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、前記粗圧延工程は、被圧延材を略ドッグボーン形状に圧延するエッジング圧延工程と、前記エッジング圧延工程完了後の被圧延材を９０°あるいは２７０°回転させて所定形状のＨ形粗形材に圧延する平圧延工程と、を有し、前記平圧延工程を行う孔型のうち少なくとも１つの孔型における、当該孔型の少なくとも１パスの圧延において、被圧延材のウェブ内法拡幅量と、上下孔型ロールのフランジ対向面の傾斜角φ１と、の関係に基づく疵発生の無い条件を満たす圧延条件で圧延し、被圧延材のウェブ内法拡幅量と、上下孔型ロールのフランジ対向面の傾斜角φ１と、の関係に基づく疵発生の無い条件は、以下の式（２）’に基づき定めることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。
ｙ＜－０．３８１ｘ ^２ ＋１６．８２９ｘ－８７．０４８ ・・・（２）’
但し、前記式（２）’において、ｘ軸：ロール内面角度、ｙ軸：拡幅量、である。

前記疵発生の無い条件を満たす圧延条件で圧延するパスにおいて、前記被圧延材のフランジ部の内面に対しロールを接触させて圧延し、当該圧延時に前記被圧延材の前記ロールとの接触部は、少なくとも後段の中間圧延工程で圧延されバルジング変形するバルジング影響範囲Ｗ２を除く所定の領域Ｗ１の全面であっても良い。

前記平圧延工程の開始時において、被圧延材のフランジ部内面の鉛直方向に対する傾斜角φ２は２５°未満であっても良い。

前記エッジング圧延工程では、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、形成された分割部位を順次折り曲げて所定の略ドッグボーン形状とする圧延を行っても良い。

前記平圧延工程を行う孔型のうち、少なくとも１孔型の上下孔型ロールには、被圧延材のウェブ部中央に隆起部を形成させる窪み部が当該上下孔型ロールのロール胴長中央部に設けられ、前記隆起部の幅を被圧延材のウェブ部内法の２５％以上５０％以下に設定しても良い。

本発明によれば、Ｈ形鋼を製造する際に、被圧延材の表面性状悪化、特に、フランジ内面の表面性状悪化を抑制し、表面疵等の残存しないようなＨ形鋼製品を効率的に製造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（隆起部形成孔型）の概略説明図である。 第６孔型（隆起部消去孔型）の概略説明図である。 平圧延工程におけるフランジ部の圧延に関する概略説明図である。 ロール内面角度と拡幅量を種々の値・関係とした場合の、平圧延工程後のフランジ内面の表面性状悪化の有無を調査した結果を示すグラフである。 図９に基づく疵発生有無に関する限界線を２次式で回帰したグラフである。 バルジング影響範囲に関する概略説明図である。 逃がし率とＨ形粗形材造形後のフランジ幅増減率との関係を示すグラフである。 拡幅量について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。

（製造ラインの概略）
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）に対して圧延が施される。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。

（孔型構成の概略）
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６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６孔型の６つの孔型が分けて刻設されても良い。即ち、第１孔型～第６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が６つの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。例えば、後述する第６孔型Ｋ６の後段に一般的な拡幅圧延孔型を設けるような構成としても良い。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が圧延される。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。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での圧延時において、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延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延は、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孔型Ｋ２の概略説明図である。第２孔型Ｋ２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孔型Ｋ２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孔型Ｋ２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。

なお、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孔型Ｋ２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）ｈ２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、ｈ２＞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が更に圧延される。

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孔型Ｋ２に形成される突起部３５、３６の高さｈ２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孔型Ｋ２の方が長くなる。第２孔型Ｋ２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ｈ２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孔型Ｋ２での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ２はｈ１’＜ｈ２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孔型Ｋ２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圧延が行われ、割り込み３８、３９が形成される。なお、ここで形成される割り込み３８、３９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、図３に示す第２孔型Ｋ２での造形は多パスにより行われるが、この多パス造形では、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において被圧延材Ａの積極的な圧延は行われない。これは、圧延により被圧延材Ａの長手方向への伸びを生じさせ、フランジ相当部（後述するフランジ部８０に相当）の生成効率を低下させてしまうからである。

図４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４５が形成されている。更に、下孔型ロール４１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。

上記突起部４５、４６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４５、４６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ３は、上記突起部３５、３６の侵入深さｈ２よりも短くなっている（即ち、ｈ３＜ｈ２）。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、第３孔型Ｋ３では、第２孔型Ｋ２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孔型Ｋ２において形成された割り込み３８、３９が、突起部４５、４６が押し当てられることにより、割り込み４８、４９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４８、４９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孔型Ｋ２において割り込み３８、３９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。

また、図４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、当該パス造形では、これらのパスにおいて被圧延材Ａの積極的な圧延は行われない。これは、圧延により被圧延材Ａの長手方向への伸びを生じさせ、フランジ相当部（後述するフランジ部８０に相当）の生成効率を低下させてしまうからである。

図５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５５が形成されている。更に、下孔型ロール５１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θ３は、上記角度θ２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ｈ４は、上記突起部４５、４６の侵入深さｈ３よりも短くなっている（即ち、ｈ４＜ｈ３）。この角度θ３は例えば１３０°以上１７０°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、上記第３孔型Ｋ３と同様に、図５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４８、４９が、突起部５５、５６が押し当てられることにより押し広げられ、割り込み５８、５９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５８、５９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）が更に外側に折り曲げられるような造形が行われる。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。

また、図５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、これらのパスにおいて被圧延材Ａの積極的な圧延は行われない。これは、圧延により被圧延材Ａの長手方向への伸びを生じさせ、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。

以上の第１孔型Ｋ１～第４孔型Ｋ４を用いた圧延は、被圧延材Ａを所定の略ドッグボーン形状となるように造形する「エッジング圧延工程」とも呼称され、矩形断面の素材スラブを立てた状態で実施される。

図６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６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の圧延が行われる。

ここで、第５孔型Ｋ５の上下孔型ロール８５、８６は、そのロール胴長中央部において所定長さＬ１の窪み部８５ａ、８６ａが形成された形状となっている。このような図６に示す孔型構成により、ウェブ部８２の圧延は部分的に行われることになり、圧延後のウェブ部８２には、ウェブ高さ方向両端の圧下部分８２ａと、その中央部に未圧下部分としての隆起部８２ｂが形成されることになる。このようにして、いわゆるドッグボーン形状の被圧延材においてウェブ部８２に隆起部８２ｂを形成する圧延が行われる。
なお、この第５孔型Ｋ５では、ウェブ部８２を部分的に圧延し、隆起部８２ｂを形成させるような圧延が実施されることから、当該孔型を「隆起部形成孔型」あるいは「ウェブ部分圧延孔型」とも呼称する。また、形成後の隆起部８２ｂの幅長さと同じ長さは上記窪み部８５ａ、８６ａの幅長さＬ１と同じ長さ（後述する逃がし量Ｌ１）となる。ここで、図６の拡大図に示すように、本明細書における窪み部８５ａ、８６ａの幅長さＬ１は、当該窪み部８５ａ、８６ａの深さｈｍの１／２の深さでの幅長さとして規定し、後述する逃がし量Ｌ１も同様の規定によるものとする。

図７は第６孔型Ｋ６の概略説明図である。第６孔型Ｋ６は、一対の水平ロールである上孔型ロール９５と下孔型ロール９６から構成される。第６孔型Ｋ６では、第５孔型Ｋ５において圧延された被圧延材Ａに対し、ウェブ部８２に形成された隆起部８２ｂを消去し、且つ、ウェブ部８２の内法を拡幅するような圧延が行われる。

この第６孔型Ｋ６においては、ウェブ部８２に形成された隆起部８２ｂに上下孔型ロール９５、９６を当接させて当該隆起部８２ｂを消去する圧延が行われる。第６孔型Ｋ６による圧延により、隆起部８２ｂの圧延に伴うウェブ高さ方向への拡がり及びフランジ部８０へのメタルフローを促進させ、フランジ減面をなるべく生じさせずに圧延を実施することが可能となる。
この第６孔型Ｋ６は、ウェブ部８２に形成された隆起部８２ｂを消去することから、「隆起部消去孔型」とも呼称する。

なお、第５孔型Ｋ５及び第６孔型Ｋ６における圧延に関し、その詳細な条件等（孔型の寸法形状等）については、本発明者らが得られた知見等に基づき、本実施の形態での説明においてより詳しく後述する。

また、上述してきた第１孔型Ｋ１～第６孔型Ｋ６を経た被圧延材Ａに対しては、必要に応じて更なるウェブ部８２の拡幅圧延を行っても良い。この場合には、第６孔型Ｋ６での圧延の後段において、１又は複数の拡幅用孔型を用いた拡幅圧延を行えば良い。なお、その場合の拡幅圧延用の孔型は、従来より既知の孔型であるため、本明細書での拡幅圧延用の孔型の説明は省略する。

以上の第５孔型Ｋ５、第６孔型Ｋ６（及び必要に応じた拡幅用孔型）を用いた圧延は、エッジング圧延工程で圧延された被圧延材Ａを９０°あるいは２７０°回転させた略Ｈ形姿勢で実施されることから、「平圧延工程」あるいは「平造形圧延工程」とも呼称される。

（拡幅量の定義）
ここで、本発明の実施の形態における平圧延工程でのウェブ内法拡幅量（以下、単に拡幅量とも記載）の定義について説明する。図１３は、拡幅量についての概略説明図である。本明細書においては、平圧延時のある任意のパスにおける「拡幅量」を、当該パスにおける被圧延材Ａの左右のフランジ部８０それぞれのフランジ内側での水平方向の拡げ量が最大となる位置での拡げ量ｗの合計と定義する。なお、平圧延工程は上下孔型ロールによって行われるため、「拡幅量」は上下孔型ロールのそれぞれにおいて定義される値である。

具体的に、本発明技術に係る平圧延造形時において、ある任意のパスでの「拡幅量」とは、当該パスにおいて被圧延材Ａの左右のフランジ部８０の内側での水平方向の拡げ量が最大となる位置での拡げ量ｗの合計をいう。フランジ部８０の内側での水平方向の拡げ量が最大となる位置は、被圧延材Ａの圧延前形状と当該パスでのロール位置との関係によって異なる。例えば、図１３（ａ）に示すように、フランジ部８０内側の付け根近傍にロールが当接する場合には、図中に示すように付け根部での拡げ量ｗが最大となる。また、図１３（ｂ）に示すように、フランジ部８０内側の先端近傍にロールが当接する場合には、図中に示すように先端部での拡げ量ｗが最大となる。

上述してきた第１孔型Ｋ１～第６孔型Ｋ６や必要に応じた拡幅圧延用孔型を用いて、図１に示すＨ形粗形材１３が造形される。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Ｈ形鋼の製造方法では、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、被圧延材Ａ（スラブ）の上下端面をほぼ上下方向に圧延することなくＨ形粗形材１３の造形を行うことができる。即ち、従来行われていたスラブ端面を常に圧延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。

（エッジング圧延工程における問題点）
本発明者らは鋭意検討したところ、上記第１孔型Ｋ１～第４孔型Ｋ４に例示されるエッジング孔型において被圧延材Ａのエッジング圧延を行う場合には、当該被圧延材Ａの表面性状に種々の問題点が発現することが分かってきている。即ち、被圧延材Ａのスラブ表面は、既に製鋼段階で発生した凹凸にスケールが付着した凹凸形状になっており、スラブ先端部のエッジング圧延によって当該先端部が圧縮されて凹凸形状が増幅されてしまう。
更には、上記第３孔型Ｋ３や第４孔型Ｋ４の説明で示したような分割部位（後のフランジ部８０）を折り曲げ造形する場合、フランジ内面を内側とする折り曲げプロセスであるため、当該フランジ内面の表面が圧縮変形となり、表面の凹凸形状が更に増幅される。
即ち、被圧延材Ａのフランジ内面の表面性状の悪化が最大となるタイミングは、エッジング圧延完了時であると考えられる。

このような事情に鑑み、本発明者らは、Ｈ形鋼の製造に係る粗圧延工程において、エッジング圧延を行っている途中の被圧延材Ａ、あるいは、エッジング圧延完了後の被圧延材Ａに対し、被圧延材Ａの上下端部（即ち、フランジ相当部、後のフランジ部８０）の内面（単にフランジ内面、内面とも記載）に発現した皺形状といった表面性状不良を解消する方法について試験圧延等により鋭意検討を行った。即ち、平圧延工程を行う孔型（第５孔型Ｋ５、第６孔型Ｋ６のいずれか一方又は両方）の孔型設計に関し、フランジ内面に発現した表面性状不良を抑制することが可能な条件が、主に上下孔型ロールのフランジ対向面の傾斜角とフランジ内面傾斜角との関係、及び、ウェブ内法拡幅量に起因した条件であることを見出し、当該条件に基づく好適な孔型設計を知見した。以下、本知見について図面を参照して説明する。なお、以下に記載の上下孔型ロールのフランジ対向面の傾斜角、及び、フランジ内面傾斜角とは、鉛直方向に対する傾斜角度を指す。

（表面性状不良抑制のための条件）
図８は、平圧延工程におけるフランジ部８０の圧延に関する概略説明図であり、（ａ）は従前から行われている構成、（ｂ）は本発明に係る構成を示している。
図８（ａ）に示すように、第５孔型Ｋ５、第６孔型Ｋ６といった平圧延工程を行う孔型においては、通常はフランジ内面を効率的に圧延し、拡幅等を行うために、上下孔型ロールのフランジ対向面の傾斜角φ１を、フランジ内面傾斜角φ２よりも小さい角度とし、フランジ部８０に対するロール投影幅を狭くすることが知られている。
一方、図８（ｂ）に示すような、上下孔型ロールのフランジ対向面の傾斜角φ１を、フランジ内面傾斜角φ２よりも大きい角度とし、フランジ部８０に対するロール投影幅を広くし、フランジ部８０の内面の全面にわたってロール接触させることで、フランジ内面に発現した表面性状不良を抑制させることができる。換言すると、平圧延工程において、ウェブ部８２が全面的に圧延される（圧延が終了する）前に、フランジ部８０の内面全面がロール接触するような条件下においては、上記表面性状不良を抑制させることができる。

なお、平造形圧延前のフランジ内面傾斜角φ２は２５°未満であることが好ましい。これは、エッジング圧延工程の最終孔型である第４孔型Ｋ４に形成された突起部５５、５６の先端部角度θ３の数値範囲が１３０°以上１７０°以下が好ましいことに起因する。また、効率的にフランジ内面の表面性状不調を抑制させるためには、フランジ内面へのロール接触は、平圧延工程の１パス目から適用されることが望ましい。

図９はロール内面角度（上下孔型ロールのフランジ対向面の傾斜角φ１）と拡幅量（平圧延工程時のウェブ内法拡幅量）を種々の値・関係とした場合の、平圧延工程後のフランジ内面の表面性状悪化の有無を調査した結果を示すグラフであり、図中●が疵発生無し、×が疵発生有りを示している。また、図１０は、疵発生の無い条件を規定するため、図９に基づく疵発生有無に関する限界線を２次式で回帰したグラフである。

ここで、図９にプロットした「拡幅量」とは、図１３を参照して上述したように、拡げ量が最大となる位置での拡げ量ｗの合計を指す。図９に示すデータにおいては、上ロール側の拡幅量と、下ロール側の拡幅量を個別に算出し、上下それぞれでの左右の拡げ量の和を拡幅量としてプロットしている。即ち、１つの圧延条件につき、上下の圧延条件が存在するため、２点のプロットが得られる。一例として、上ロール側のフランジ部８０内側に疵発生があった場合、上ロール側の拡幅量に対して疵が発生しているため×がプロットされ、同じ圧延条件において下ロール側のフランジ部８０内側に疵が発生していない場合、下ロール側の拡幅量に対して疵が発生していないため●がプロットされる。

図９に示すように、平圧延工程時において、より大きな拡幅圧延を疵の発生なく実現するためには、上下孔型ロールのフランジ対向面の傾斜角φ１を大きくすることが効果的であることが分かる。例えば、拡幅量１００ｍｍを実現するためには、フランジ対向面の傾斜角φ１を２０°以上に設定することが好ましい。

また、図１０に示すように、疵発生有無に関する限界線は、以下の式（２）で近似される（ｘ軸：ロール内面角度、ｙ軸：拡幅量）。
ｙ＝－０．３８１ｘ^２＋１６．８２９ｘ－８７．０４８ ・・・（２）
図９及び図１０から、上記式（２）を限界線とし、ロール内面角度と拡幅量との関係を好適な条件とすることで、平圧延工程後のフランジ内面の表面性状の悪化を抑えることが可能となる。即ち、ｘ軸：ロール内面角度、ｙ軸：拡幅量、とした場合に、ロール内面角度と拡幅量との関係が以下の式（２）’を満たす条件とすることが望ましい。
ｙ＜－０．３８１ｘ^２＋１６．８２９ｘ－８７．０４８ ・・・（２）’

本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法においては、上述した第１孔型Ｋ１～第４孔型Ｋ４によって造形された被圧延材Ａのフランジ部８０の形状が、従来の製造方法におけるフランジ部の形状に比べ、製品フランジの形状に近い形状である。これは、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。従って、フランジ内面傾斜角φ２は、従来の製造方法での被圧延材のフランジ内面傾斜角よりも小さくなると考えられる。

また、本発明者らの検討によれば、フランジ内面に発現した表面性状不良を抑制させる際に、必ずしもフランジ内面の全面にロール接触させる必要が無いことも分かっており、ロール接触させるべき範囲が存在していることも分かっている。即ち、図１に示すように粗圧延工程後には、被圧延材Ａ（Ｈ形粗形材１３）は中間圧延工程に送られ、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において圧延されるが、これら圧延機列において圧延及び増厚されるフランジ部８０の先端の所定領域については、必ずしもロール接触させる必要はない。
この必ずしもロール接触させる必要が無い領域は、中間圧延（ユニバーサル圧延及びエッジャー圧延）においてフランジ部８０がバルジング変形する領域であり、バルジング影響範囲とも呼称する。

図１１は、バルジング影響範囲に関する概略説明図である。なお、簡略化のため、被圧延材形状を略矩形形状で図示し、中間圧延第１パス時（実線）と中間圧延最終パス後（破線）のフランジ部形状を重ね合わせて図示している。図１１に示すフランジ部８０において、中間圧延第１パス時のフランジ内面線長はＷ１＋Ｗ２である。一方、中間圧延最終パス後のフランジ内面線長はＷ１である。このように定義した場合の中間圧延によって圧延される範囲（線長Ｗ２の領域）が上記バルジング影響範囲である。
即ち、フランジ内面に発現した表面性状不良を抑制させる際には、平圧延工程においてフランジ部８０の内面線長のうち、少なくともバルジング影響範囲Ｗ２を除く領域Ｗ１に対しロール接触させれば十分である。

以上の通り、本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法において、図８～図１１等を参照して説明した、平圧延工程時に表面性状不良を抑制するための条件を満たすようなパスが実行できる孔型設計を、平圧延工程を行う孔型のうちの少なくとも１孔型（本実施の形態では第５孔型Ｋ５、第６孔型Ｋ６のいずれか一方又は両方）に適用することで、被圧延材の表面性状悪化、特に、フランジ内面の表面性状悪化を抑制し、表面疵等の残存しないようなＨ形鋼製品を効率的に製造することが可能となる。

（ウェブ内法における逃がし量（隆起部形成幅）の比率）
また、上述した通り、本実施の形態に係る第５孔型Ｋ５（図６参照）では、被圧延材Ａのウェブ部８２の中央に隆起部８２ｂが形成され、形成された隆起部８２ｂは、後段の圧延において消去される。そして、隆起部消去時や消去後に必要に応じてウェブ内法の拡幅圧延が行われ、中間材が造形されるが、従来に比べフランジ幅の大きな大型Ｈ形鋼製品を製造するためには、Ｈ形粗形材のフランジ幅もできるだけ大きくすることが望まれる。

本発明者らは、隆起部生成孔型である第５孔型Ｋ５において形成する隆起部８２ｂの幅長さＬ１（即ち、第５孔型Ｋ５での圧延におけるウェブ内法の逃がし量）を変えることで、最終的に得られるフランジ幅に違いが出ることを見出した。これは、隆起部８２ｂの幅長さを大きくする程フランジ肉量が確保しやすい反面、後の隆起部消去時において被圧延材Ａの長手方向延伸作用によってフランジ幅が減少することに起因する。

そこで、本発明者らは、第５孔型Ｋ５での圧延におけるウェブ内法の逃がし量（以下、単に「逃がし量Ｌ１」とも記載）の好適な範囲を定めるべく、逃がし率とＨ形粗形材造形後のフランジ幅の増減との関係に着目し、逃がし率の好適な数値範囲を導き出した。なお、逃がし率とは以下の式（１）で定義される値である。
逃がし率［％］＝（逃がし量Ｌ１／ウェブ内法Ｌ２）×１００ ・・・（１）

図１２は、逃がし率とＨ形粗形材造形後のフランジ幅増減率との関係を示すグラフである。なお、図１２におけるフランジ幅増減率とは、逃がし率が０％である場合のフランジ幅を基準（１．０００）として、逃がし率が各値（１２％～５５％）である場合のフランジ幅を示した値である。

図１２に示すように、逃がし率が大きくなるとＨ形粗形材のフランジ幅を増大する傾向にあるが、逃がし率が約２５％以上となった領域ではフランジ幅増減はほぼ一定値（グラフ中の破線部参照）となっている。
図１２に示す結果から、従来に比べフランジ幅の大きな大型Ｈ形鋼製品を製造する場合には、Ｈ形粗形材のフランジ幅も大きくなるような圧延が所望されることに鑑み、逃がし率の数値範囲は２５％～５０％とすることが望ましいことが分かる。また、圧延プロセスにおいて、圧延荷重の増大化を防いだり、生産効率を高めるといった観点から、逃がし率はできるだけ低い値とすることが好ましいことから、逃がし率は約２５％に設定することが望ましい。

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。

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の圧延を行い、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。

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孔型）
３１…下孔型ロール（第２孔型）
３５、３６…突起部（第２孔型）
３８、３９…割り込み（第２孔型）
４０…上孔型ロール（第３孔型）
４１…下孔型ロール（第３孔型）
４５、４６…突起部（第３孔型）
４８、４９…割り込み（第３孔型）
５０…上孔型ロール（第４孔型）
５１…下孔型ロール（第４孔型）
５５、５６…突起部（第４孔型）
５８、５９…割り込み（第４孔型）
８０…フランジ部
８２…ウェブ部
８２ａ…圧下部分
８２ｂ…隆起部（未圧下部分）
８５…上孔型ロール（第５孔型）
８５ａ…窪み部
８６…下孔型ロール（第５孔型）
８６ａ…窪み部
９５…上孔型ロール（第６孔型）
９６…下孔型ロール（第６孔型）
Ｋ１…第１孔型
Ｋ２…第２孔型
Ｋ３…第３孔型
Ｋ４…第４孔型
Ｋ５…第５孔型
Ｋ６…第６孔型
Ｔ…製造ライン
Ａ…被圧延材

Claims (5)

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、
   前記粗圧延工程は、被圧延材を略ドッグボーン形状に圧延するエッジング圧延工程と、
   前記エッジング圧延工程完了後の被圧延材を９０°あるいは２７０°回転させて所定形状のＨ形粗形材に圧延する平圧延工程と、を有し、
   前記平圧延工程を行う孔型のうち少なくとも１つの孔型における、当該孔型の少なくとも１パスの圧延において、被圧延材のウェブ内法拡幅量と、上下孔型ロールのフランジ対向面の傾斜角φ１と、の関係に基づく疵発生の無い条件を満たす圧延条件で圧延し、
   被圧延材のウェブ内法拡幅量と、上下孔型ロールのフランジ対向面の傾斜角φ１と、の関係に基づく疵発生の無い条件は、以下の式（２）’に基づき定めることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
   ｙ＜－０．３８１ｘ ^２ ＋１６．８２９ｘ－８７．０４８ ・・・（２）’
   但し、前記式（２）’において、ｘ軸：ロール内面角度、ｙ軸：拡幅量、である。
2. 前記疵発生の無い条件を満たす圧延条件で圧延するパスにおいて、
   前記被圧延材のフランジ部の内面に対しロールを接触させて圧延し、当該圧延時に前記被圧延材の前記ロールとの接触部は、少なくとも後段の中間圧延工程で圧延されバルジング変形するバルジング影響範囲Ｗ２を除く所定の領域Ｗ１の全面であることを特徴とする、請求項１に記載のＨ形鋼の製造方法。
3. 前記平圧延工程の開始時において、被圧延材のフランジ部内面の鉛直方向に対する傾斜角φ２は２５°未満であ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. 前記エッジング圧延工程では、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、形成された分割部位を順次折り曲げて所定の略ドッグボーン形状とする圧延を行うことを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のＨ形鋼の製造方法。
5. 前記平圧延工程を行う孔型のうち、少なくとも１孔型の上下孔型ロールには、被圧延材のウェブ部中央に隆起部を形成させる窪み部が当該上下孔型ロールのロール胴長中央部に設けられ、
   前記隆起部の幅を被圧延材のウェブ部内法の２５％以上５０％以下に設定することを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のＨ形鋼の製造方法。
   

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