JPH0318521B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、フランジを有する形材、すなわち、
Ｈ形およびこれに類似の形材製品における種々の
サイズを圧延工程で自由につくり分ける圧延方法
に関する。 （従来の技術） 現在製造されている形材はそその種類、断面形
状および寸法が多岐にわたり、品種・サイズの数
が非常に多いのが特徴である。これらの多品種・
多サイズの形材を製造するために、既知の従来圧
延方法ではその形材に対応させて第２図ａ，ｂに
示すような多数の孔型形状に対応する圧延ロール
を必要とする。したがって、ロール組替えの回数
が多くなり、そのための時間損失が増大し、生産
性を著しく損うことになる。 第２図ａは、粗圧延から仕上圧延迄に２重式或
いは３重式圧延機が配列され、これらによって
形鋼、溝形鋼を圧延する例を示す。第２図ｂは粗
圧延に２重式或いは３重式圧延機が配列され、中
間圧延および仕上圧延にはユニバーサル圧延機が
配列され、これによりＨ形鋼、溝形鋼を圧延する
例を示す。 第２図で示す如き従来の圧延方法では、製造す
る製品の品種・サイズ毎に対応して粗圧延から仕
上圧延までを通して使用される圧延用ロール及び
付属物としてのガイドは、原則的に製品に対応し
て専用として準備しなければならない。したがつ
て製品寸法の多様化や、製造範囲の拡大など需要
家からのニーズに対しこれを満足させるためには
コスト高となり、簡単に対応できないといつた欠
点をもつている。 その具体例としてＨ形鋼の場合を以下に述べ
る。近年溶接法の進歩に伴ない、鋼板を溶接で接
合し組立てて製造する、いわゆるビルドアツプＨ
形鋼の生産が伸びている。この理由は、Ｈ形鋼の
任意のサイズの製品をニーズに応じて自由に製造
できる点にある。すなわちウエブ厚みが従来圧延
法で製造される厚みに相対的に薄いＨ形鋼、ある
いはウエブの外幅を一定におさえた種々のフラン
ジ厚みを持つＨ形鋼の製品シリーズなどがその代
表的なものである。 ここでウエブの外幅を一定におさえた種々のフ
ランジ厚みを持つＨ形鋼は梁の部材として使用す
る場合、梁間の接合施工上有利な製品であるにも
拘らず、従来の圧延法での製造が行なわれていな
い理由を以下に示す。 第３図ａは、従来のＨ形鋼圧延設備列の代表例
を示したものであるが、１台のブレークダウン圧
延機１（BD）、その後引続いて４ロールユニバ
ーサル圧延機（RU）とエツジヤー圧延機(E)群２
（RU−Ｅ）、仕上用４ロールユニバーサル圧延機
３（FU）で構成されている。 第３図ｂは第３図ａにおける各圧延機１，２，
３で造形された圧延材料の各々の形状４，５，６
を示す。第４図はＨ形鋼を圧延するユニバーサル
圧延法の圧延用ロールと圧延される材料の関係を
示しており、ユニバーサル圧延機の機能上、圧延
中に同一セツトのロール対で自由に変化が可能と
なる寸法は、上方水平ロール７と下方水平ロール
８間の隙間９および左右垂直ロール１０，１１の
間の隙間１２，１３のみとなる。したがつてＨ形
鋼のウエブ厚み９とフランジ厚みの１２，１３に
ついては変化させることができるが、ウエブ内幅
IWは一定にならざるを得ない。その結果Ｈ形鋼
製品の厚み９が異なるシリーズを圧延するに際
し、左右のフランジ厚み１２，１３を変化させれ
ば当然ウエブ内幅IWと左右のフランジ厚み１２，
１３を合計したウエブ外幅OWは種々の寸法に変
化せざるを得ないことになる。 すなわち、従来の圧延法で圧延されるＨ形鋼
は、第５図に示すごとく、ウエブ内幅IWが一定
でフランジ厚みTf₁，Tf₂の変化によつてウエブ
外幅OW₁，OW₂が変化する、いわゆるウエブ内
幅一定の製品シリーズとなり、ウエブ外幅一定の
製品シリーズの製造は困難である。もしウエブ外
幅OWが一定のＨ形鋼製品シリーズをユニバーサ
ル圧延機を用いた従来圧延法で製造するために
は、ウエブ内幅の変化に応じて、粗圧延〜中間圧
延〜仕上圧延の全工程における上方、下方水平ロ
ールの大半を準備することになり大量のロール本
数を必要とし、かつロールの頻繁な組替え作業を
行なわなければならず著しい製造コスト高をまね
き、実質的にこの方法を採用することは困難であ
る。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明はこのような従来法における欠点を解消
して、種々のサイズの形鋼を効率的につくり分け
ることができる「斜行ロール方式によるフランジ
を有する形材の圧延方法」（特願昭58−77391）に
おいて、製品に圧延疵を発生させないで良好な製
品を製造するために欠かせない最適なロール形状
を提供しようとする。 本発明の具体的な説明に入るに先立つて、まず
「斜行ロール方式圧延方法」について、Ｈ形鋼の
圧延の例にその概略を説明する。この圧延方法の
特徴は、第１図ａおよびｂに示すように、上下各
２個づつの斜行ロール１５，１５′および１６，
１６′の外側面１９，１９′および２０，２０′が
材料１７のフランジ内側面２１，２２に接しか
つ、斜行ロール１５，１５′および１６，１６′の
軸イの中心軸線の水平面投影線Ｓが、水平面内に
おいて圧延方向ｘに垂直な軸ｙとθ_Hの角度をもつ
とともに、ロール軸心を含み水平面に垂直な面内
においてロール軸心S′とロール軸心の水平面投影
線Ｓとがθ_Vの角度を保ちつつ材料のフランジ部１
８ａ，１８ｂに接続するウエブ部２４ａ，２４ｂ
を圧下することによつて、圧下された部分の材料
を幅方向へ流動せしめ、ウエブ波などを全く生じ
させずに、ウエブを軸方向に拡げることができる
機能を有することである。 第６図ａにこの「斜行ロール方式圧延方法」を
採用した圧延機（SS）１４を、Ｈ形鋼の熱間圧
延設備列」に組込んだ例を示す。図中の中間ユニ
バーサル圧延機（RU−Ｅ）２と「斜行ロール方
式圧延機」１４と仕上圧延機（FU）３を組合せ
ることによつて、前述の代表的ニーズである同図
ｂの「ウエブ外幅一定のＨ形鋼製品シリーズ」あ
るいは「任意ウエブ高さのＨ形鋼製品シリーズ」
などを少ないロール数で製造することが基本的に
可能となる。 さらに同図を用いて、ウエブ外幅OW一定のＨ
形鋼製品シリーズの製造に本発明を適用した例を
詳細に説明する。 同図に、中間ユニバーサル圧延機（RU−Ｅ）
２と、斜行ロール方式サイジングミル（SS）１
４および仕上圧延機（FU）３の各圧延機の具体
的役割をロール孔型図を用いて示した。まず中間
ユニバーサル圧延機２で、BDから供給される４
のビームフランクを最終製品のフランジ厚みとウ
エブ厚み及びウエブ内幅IW₅，IW₆…を加味した
図示例のごとき断面形状２５，２６まで造形を行
なう。このように成形される断面形状２５，２６
の種類の数は限定されるものではない。すなわ
ち、素材は、中間工程においてユニバーサル圧延
機で圧延し、造形されるから、ウエブ厚みとフラ
ンジ厚みを自由に変化させることが可能であり、
製品のシリーズに応じて必要な数の異なる断面形
状が造形される。ウエブ内幅IW₁は一定でありウ
エブ外幅OW₁は必ずしも一定とはならない。 中間ユニバーサル圧延機２で造形された断面形
状２５，２６、或いは必要に応じてウエブ厚とフ
ランジ厚がさらに異なる断面形状に造形された圧
延素材は、斜行ロール方式圧延機１４に送り込ま
れる。これら圧延素材は各々斜行ロール方式圧延
機１４によつて製品のシリーズに応じた必要な
種々のウエブ内幅寸法IW₂に拡幅圧延された圧延
素材２７となる。 本発明斜行ロール方式サイジングミルで作り分
けられた圧延素材２７は、仕上圧延機３によつで
製品シリーズに応じた種々のウエブ内幅IW₄を持
つた断面２８に整形圧延され、ウエブ外幅一定で
かつ製品シリーズに応じた内幅IW₆を持つ製品２
９となる。又製品シリーズのなかでフランジ厚み
が最大でウエブ内幅が最小の製品３１は、斜行ロ
ール１４によるウエブ拡幅を行なわずに、仕上圧
延機（FU）３に直接中間ユニバーサル圧延機
（RU−Ｅ）２の断面２５，２６を用いることに
よつて製造することが可能である。ただしこの場
合、製品ウエブ内幅IW₅に対応する断面３０のウ
エブ内幅IW₃と、中間ユニバーサル圧延機（RU
−Ｅ）２の断面２５，２６の内幅IW₁とは、相互
に適合した値に設定される。 本適用例の場合仕圧延の前工程でウエブ内幅を
作り分けることによつて大量のロールとその付属
品の準備および交換は省略される。但し仕上圧延
機の水平ロールは、前工程から供給されるウエブ
内幅の種々異つた製品毎にウエブ内幅に適合した
ロールに交換して圧延を行なうことが、良好な寸
法形状の製品を得る上で最も好ましい。しかしウ
エブ内幅の変化量が少ない場合は仕上ロール共用
も可能であり、あるいは仕上ロールを第７図に示
すような幅可変式とすることによつて仕上ロール
の交換を省略することもできる。 以上「斜行ロール方式圧延方法」の優れたウエ
ブ拡幅機能と熱間圧延設備列に組込んだ場合の使
用例についてＨ形鋼を圧延する場合を例に説明し
た。しかし、この「斜行ロール方式圧延方法」で
は、第１図ｃに示すよう断面形状のロールを用い
ると、第８図ａ，ｂ示すようにロールの出口側
で、Ｈ形鋼のフランジ内面に擦り疵４が発生す
る。したがつて、これの解決をはかり良好な製品
を得るためには、第１図ｄに示したような断面形
状のテーパつきロールを用いることが必要とな
る。以下の項で、これについて詳細に説明する。 （問題点を解決するための手段） Ｈ形鋼のフランジとロールとの摩擦接触による
すり疵発生機構をプラステイシン材料を用いたモ
デル圧延実験で調べた。今、解決をはかろうとす
る擦り疵は第８図ａからわかるように、すり疵４
はロール３の出口側において、材料のフランジ１
の内側面をロール３外側面で外側に押圧し、材料
のウエブ２を幅方向に拡げるときの摩擦接触によ
って生ずることを発明者らは見い出した。すなわ
ち、この疵は同図ｂに示すようにロールとの摩擦
によって、ロール回転方向にフランジの表層部の
材料が流動させられることによって発生する。そ
こで、発明者らはロールから材料に作用する単位
面積当りの接触圧力を減少させることをめざし
た。そしてこれがロール形状を適正にすることに
よって達成されることを見い出した。すなわち、
第９図ａに、前記第８図に示した圧延のさいのＨ
形材のフランジ１の内側面とロール３の外側面の
接触状況の平面図を示したが、同図ａの５および
６の円内の接触状態は慨略線接触状態となる。こ
のためロールから材料に加えられる単位面積当り
の圧力は極めて大きな値とならざるを得ず、その
結果として材料の表面に円板状のロールの角の部
分がくい込むことになり、折れ込み状の擦り疵が
発生することをつきとめた。 以上の疵発生機構をもとに疵発生を防止する方
法を検討した結果、材料とロールの接触状態を広
範な面接触状態にすることが効果があるものと考
えた。すなわち、前記の第９図ａにおいて円板状
のロールとＨ形のフランジとの間に生じる隙間４
をなくすことができるような、たとえば第９図ｂ
のようなロールの形状にすれば、おのずと面接触
状態が得られるはずである。このような考え方に
基づいて第１０図ｂに示すようなγ＝10゜前後の
テーパ１０のついたロール形状を定め、このロー
ルを用いて圧延した結果、第１１図ｃに示すよう
に疵のない製品を得ることが可能なことを見い出
した。 なお、第１０図ａの断面のロールを用いて圧延
したときの擦り疵を第１１ａ，ｂに示したが、こ
のきずは、第１０図ａのロールの角３０の部分で
擦すられて発生したものである。 次に、ロール形状を決めるための具体的な方法
について説明する。 材料がロールとロールの間にかみ込んだ状態で
圧延を中断し、圧延途中のかみ止め材をとり出
し、ロール入口からロール出口に至るまでの材料
の変形を詳細に調べる。その際用いるロールは、
第１０図ａに示した断面形状のロールで良い。 このかみ止め材を用いて以下の手順で最適なロ
ール形状を決定するが第１２図を用いて説明す
る。まず、第１２図ａに示すように材料のフラン
ジ１の内面に堰３を設け、その中に石膏液を流し
込みフランジの内面の変形形状の型をとる。この
型を同図ｂの自動三次元測定機に掛けて座標を読
みとり、さらに、これらを座標変換することによ
つて第１３図に１例を示すようなロール軸に垂直
な面に対する等高線図に直す。この等高線図をも
とにロールの最適なプロフイルを決定するが、材
料の圧延直後の弾性復元を考慮して、より大きな
変形が達成される方向に等高線図を修正ロールプ
ロフイルを決める。 なお、圧延中の幾何学的条件である、ロール間
隔Ｌおよびクロス角Θ_H（いずれも第１図参照）な
どを実用的範囲で変化させても、得られるロール
の等高線図は同様のものとなり、それから求めら
れたロール形状（第１０図のγ）はほぼ同等の値
となる。すなわち、θ_Vが5゜のときでγを約13゜にす
ることによつて極めて良好な面接触が達成され
る。なおこれらのθv、γの角度については、γ
−θvの値で好ましくは2゜〜15゜の範囲を選定する
ことが望ましい。 このように、テーパ付きのロールを用いること
によつて材料とロールとの間の接触面積は増大
し、両者間の接触圧力も分散され、擦り疵の発生
が防止される。 第１４図には、γ＝13゜のテーパロールを用い
て圧延したときのかみ止め材をもとにしてロール
軸に垂直な面に対する等高線図を求めたものであ
るが、ハツチングの部分がロールと材料間の接触
部で、きわめて広範な接触が得られることがわか
る。 また、第１３図と第１４図を比べることによつ
て第１４図の方がきわめて整つた層状の曲線で、
等高線図が構成されていることがわかる。このこ
とは製品にきずが生じていないこを示している。
なお、前記のγ−θvの値で2゜より小さくなると接
触範囲が狭くなり、疵防止効果が著しく失なわれ
る。また同値が15゜を越えるとＨ形材のフランジ
（第８図の１）を外側に押し倒して、形状を著し
く損なうため、この圧延に続く仕上圧延（第６図
の３）において良好な状態での形状整形が不可能
となる。 （作用） 以上のような手順で決めたロールの断面形状を
前記第１０図ｂに示した。同図ａは改良前のロー
ル断面形状である。これらの図中の２０がＨ形材
のウエブ部を圧下する部分で、１０がＨ形材のフ
ランジと向き合う部分である。また、図中にθv
で示した角度は前述した第１図の中のθvと同一
のものでロール軸のｙ軸に対する傾斜角に相当す
る。 また、同図ａ，ｂの１０と２０の部分に斜線を
ほどこした範囲が圧延中に材料と接触する部分で
ある。すなわち、ａのロール形状では、前記第９
図ａのごとく、第１０図ａの１０の部分は材料と
接触せず、１０と２０の境界である角３０の部分
でＨ形材のフランジ内面を強く擦ることになる。
これに対し、同図ｂでは第１０図ｂのロールの１
０および３０の広い部分が材料のフランジ部と接
触する。したがつてロールから材料に加えられる
単位面積当りの圧力は広い範囲に分散されること
になり、擦り疵は発生しなくなる。 （実施例） 呼称寸法（ウエブ高さ×フランジ幅）600×200
の代表的Ｈ形鋼を選定し、実際に炭素鋼の熱間圧
延を行ないフランジ内面の擦り疵発生有無を調べ
た結果について、第１５図ａ〜ｄおよび第１表、
第２表を用いて説明する。用いた材料は0.20％Ｃ
の普通炭素鋼で、斜行ロール方式を採用した本圧
延機直前での材料温度は、第１５図ａのロール圧
下を受けるウエブ２′の部分で約800℃また同じく
フランジ１の部分で約850℃であつた。用いたロ
ールの断面形状を第１５図ｃ，ｄおよび第１表に
示したが、第１５図のｃが改良後（新法と呼ぶ）
で同図ｄが改良前（旧法と呼ぶ）である。これら
からわかるように、ロールに関して異なる部分は
図の１０の部分の形状でテーパの有無の差だけで
ある。また、圧延前後の材料の寸法の定義を第１
５図ａ，ｂに示した。同図ａの２′の部分をロー
ルで圧下し、かつ、フランジ１の内側面１′を同
図ｃ，ｄのロール側面１０で押し拡げることによ
りウエブを拡幅する。 新法および旧法の圧延前後の材料寸法を第２表
に示した。寸法に関しては両者間にほとんど差は
認められない。しかし、フランジ表面の擦り疵の
発生には明確な差が生じ、旧法ではロールによつ
て擦られた疵を生じた。その疵の形態は、第１１
図ａに示したプラステイシンモデル実験結果と同
様であるが、その程度は炭素鋼の方が軽度の方向
となる。しかし、この疵は、この後に続く仕上圧
延後も消滅することなく残るので製品の商品価値
を損なうことになる。これに対し、新法で圧延し
た製品はきわめて良好な表面品質が得られること
が確認された。

【表】

【表】 （発明の効果） 以上、説明したように、本発明のロールを用い
ることによつて、フランジの擦り疵を防止し、良
好な品質の製品を得ることができる。なお、旧法
においても、例えば圧延油などでロール潤滑を積
極的に行えば、擦り疵を防止できることが判明し
たが、この場合、ロールと材料間で空すべりなど
が生じやすくなり、仕上ミルとの間での安定した
連続圧延が損なわれ形状、寸法のバラツキの原因
ともなる。これらの理由と、経済的観点の両方か
らみて、新法による操業の方がはるかに得策であ
ることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは斜行ロール方式圧延法の説明図
で同ｃ，ｄはこれに用いるロールの断面図であ
り、同図ｄが本発明のロール断面図、第２図ａ，
ｂはフランジを有する形材の圧延する従来圧延設
備列と粗圧延から仕上圧延までの各圧延機に対応
したロール孔型形状の例を示す図、第３図ａ，ｂ
は従来のＨ形鋼圧延設備列の代表例と、粗
（BD）中間（RU−Ｅ）および仕上げ（FU）の
各圧延機で圧延された各材料断面の形状と用語の
定義を示す図、第４図はＨ形鋼を圧延するユニバ
ーサル圧延法の圧延用ロールと圧延される材料の
関係にもとづくユニバーサル圧延機の機能説明
図、第５図は本発明の応用例として説明する、ウ
エブ内幅一定の製品シリーズにおける断面変化お
よび用語の定義を示す図、第６図ａは本発明に係
る斜行ロール方式サイジングミルの一実施例にも
とづく平面図と各ミル機能の詳細説明図、同ｂは
製品図、第７図ａ，ｂは水平ロールの胴幅可変式
の仕上げユニバーサルの例を示す図、第８図ａ，
ｂは斜行ロールと材料のロールバイト中の接触状
況を示す図、第９図ａ，ｂは同じくロールバイト
中のロールと材料の相対位置を平面図で示した
図、第１０図ａ，ｂは改良前と改良後のロール断
面形状を示す図、第１１図ａ，ｂ，ｃは改良前と
改良後のロールによる擦り疵発生有無説明の概念
図、第１２図ａ〜ｄは最適ロールプロフイル決定
までの手順を示す図、第１３図はかみ止め材につ
いて自動三次元測定機をもとにして作成したロー
ル軸に垂直な面に対する等高線図（ロール形状を
決定するための基本的の一例）、第１４図は第１
３図の等高線図をもとにして定めた形状のロール
を用いて圧延したときのかみ止め材から求めたロ
ール軸に垂直な面に対する等高線図、第１５図ａ
〜ｂは実施例説明のための材料とロールの断面形
状の図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 粗圧延工程、中間圧延工程および仕上圧延工
   程からなるフランジを有する形材の圧延プロセス
   において、前記中間圧延工程と仕上圧延工程間に
   おける任意の１以上のパスで、そのロール軸心が
   圧延方向に水平な投影面内でかつ、圧延方向に垂
   直な面に対して所定の角度θ_Hを有する上下一対の
   ロールを材料幅方向に所定の間隔を置いて材料の
   左右フランジ内側面に接触する如く配設するとと
   もに、材料のフランジ内側面に接触する前記各ロ
   ールの外側面に、前記各ロールの軸心に垂直な面
   に対し角度γのテーパ面を形成して、前記各ロー
   ルの外側面と材料のフランジ内側面との接触面積
   を増大させ、前記各ロール対によって材料のウエ
   ブ部のフランジ部に接続している部分を圧下する
   とともに、前記各ロールの材料幅方向における一
   対のロールの前記テーパ面で材料のフランジ内側
   面を外側に押圧して材料のウエブを幅方向に拡げ
   るようにしたことを特徴とするフランジを有する
   形材の圧延方法。