JPH04100602A - フランジを有する形材の圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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を圧延で製造する方法に
関し、詳しくは圧延方向に竪ロール軸芯を水平ロール軸
芯に対し圧延出側方向に移動したユニバーサルミルによ
りＨ形鋼および類似形鋼の多様なウェブ高さの造り分け
を高績度に行う方法に関するものである。

［従来の技術］ フランジとウェブを有する形鋼、例えばＨ形鋼の圧延て
はユニバーサル圧延機で行われるのか一般であるか、従
来の方法は同一シリーズては同胴幅の水平ロールを使用
するためＨ形鋼のウェブ内幅ＷＲか一定てあり、第５図
（ａ）に示すとおりフランジ厚み１．か異なる場合、そ
れに応じてウェブ高さ（外幅）Ｗか変化するため同一シ
リーズ内てありなからウェブ高さが異なり、各規格（Ｊ
ＩＳ、ＡＳＴＭ、ＢＳ、ＤＩＮ等）ともその呼称寸法と
ウェブ高さか合致するものは１サイズのみである。他方
、こうした同一シリーズ内の数サイズの圧延Ｈ形鋼を互
いに接合し・て建築構造物の梁を造る場合に、通常一方
のフランジ外面を合わせるため他方にフランジ厚みの２
倍のズレを生じ施工上不都合である、また、鉄骨鉄筋コ
ンクリート造の建築構造物の場合は、柱や梁の寸法は外
郭寸法で規制されるので従来の圧延Ｈ形鋼を用いるとコ
ンクリートの被Ｎ厚みかサイズによって異なり設計上も
不都合である。このため従来の圧延Ｈ形鋼はビルの柱と
梁、梁と梁、柱と柱の継き合わせなど用途によっては一
部使いつらい面があり、第５図（ｂ）に示すような同一
シリーズ内のウェブ高さ（外幅）Ｗか一定の圧延Ｈ形鋼
の製造を強く望ま九でいた。

Ｈ形鋼のウェブ高ざを同一のロールチャンスの中で調整
する手段の一つとして、特公平！−４７２４１号、特開
平２−６００１号公報なとで開示されているような、粗
ユニバーサルミル圧延後の中間圧延材のウェブの内幅を
仕上げ圧延段階て縮小する方法かある。この方法はロー
ル幅か可変な上下一対の水平ロールと左右一対の竪ロー
ルを備えた仕上げミルを配設し、形材かこれを通過する
際、該ミルの竪ロールにて形材のウェブ相当部をその幅
方向より圧■して形材のウェブ高さを調整することを特
徴と下る圧延方法である。このミルは従来の所謂ユニバ
ーサルミルの上Ｆ一対の水平ロールをロール幅可変にし
たものであり、比較的に安価な設備投資で簡便に形材の
ウェブ高さの調整を可能とした実用的な手段である。し
かし、ウェブ部は幅ＷＢに対する厚みｔｗの比（細長比
）が比較的に大きなため圧縮加工量（縮幅調整量）を大
きくすると、ウェブか第６図のように座屈し、且つ圧縮
によるメタルがウェブとフランジの接合点（フィレット
部）の近傍に偏在しやすく板厚みの局部的な増肉をきた
し、第７図の実測例のように製品板厚の断面内不均−（
板厚偏差Δεｔ　＝ｔＷ、、、ａｘｔ　Ｗｍｉ。）を生
ずる。また、甚だしくなると第８図のようにフィレット
部の折れ込みＰＬを惹起する。さらに、竪ロールによる
被圧延材料の拘束か水平ロールによる被圧延材料の拘束
よりも先行し水平ロールによる材料の正規位置への誘導
作用が低下し、前記のウェブの座屈と相乗して第９図の
ようにウェブの中心偏りｅが悪化する。最近の建設現場
の省力化・自動化が進展する中で、その部材である圧延
Ｈ形鋼に要求される寸法精度も高度になってきており、
とりわけウェブの中心偏り（Ｗｅｂ　０ｆｆ−ｃｅｎｔ
ｅｒ）の高精度化を強く求められているなかて問題があ
る。

以上のような成形上の問題は中間圧延材の仕上げユニバ
ーサルへの誘導精度をガイドの工夫で高めたり仕上げユ
ニバーサルミルでのフランジ圧下率を調整し全体の延伸
バランスを工夫することによりある程度の改善は可能で
あるが、成形の基本的なメカニズム上からウェブ縮幅量
は実際上あまり大きくできないため胴幅可変ロールを設
置しても十分その機能を発揮できず、複数シリーズ間の
ウェブ内幅造り分けのみならず同一シリーズ内のウェブ
高さ一定化を同一ロール組で図るということもフランジ
厚みの範囲が大きなシリーズ内では限界があるという問
題があった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記の従来技術の間が点を解決するためにな
されたもので、ロール工具を何等取り替えることなく被
圧延材のウェブ内幅の調整を比較的に大幅にオンライン
で無段階に実施することが可能で、縮小圧延に伴うウェ
ブの座屈や中心偏りの悪化を抑制し、断面内の板厚が均
一で高品質なフランジを有する形材の圧延方法を提供す
ることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記のような欠点を有利に解決したものであり
、その要旨は、断面が矩形またはドツグボーン状の素材
を粗造形材に圧延するブレークダウンミル、該粗造形材
を中間圧延材に圧延する粗ユニバーサルミルとエツジヤ
−ミルからなる中間圧延ミルおよび該中間圧延材をフラ
ンジとウェブを有する形材に仕上げ圧延する幅可変水平
ロールを備えた仕上げユニバーサルミルによってフラン
ジを有する形材を圧延する方法において、前記仕上げユ
ニバーサルミルの竪ロール軸芯を水平ロール軸芯に対し
、竪ロールと水平ロール側面とで挟圧される被圧延材フ
ランジのロール投影接触長さの範囲内の圧延出側方向に
設定すると共に、前記幅可変水平ロールのロール幅を製
品形材の寸法に応じて設定し、竪ロールで形材のウェブ
部をその幅方向より圧下してウェブ高さを所要の各種寸
法に造り分けることを特徴とするフランジを有する形材
の圧延方法である。

［作用・実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の作用と実施例を説明す
る。

第１図は本発明を実施する圧延装置列の配置例を示す。

粗圧延工程はブレークダウンミルＢＤの上下水平ロール
によって矩形断面の偏平スラブまたはドツグボーン状の
鋼片を素材としてドツグボーン形状の粗造形材に加工す
る工程てあり、中間圧延工程は粗ユニバーサルミルＲＵ
とエツジヤ−ミルＥによって前記粗造形材を略Ｈ形断面
の中間圧延材に圧延造形するものである。これら粗圧延
工程と中間圧延工程は従来周知のＨ形鋼等フランジを有
する形鋼の造形工程と同様であり、詳細な記述は省略す
る。次に、仕上げ圧延工程は仕上げユニバーサルミルＦ
Ｕで前記中間圧延材のウェブ相当部をその幅方向より圧
下してウェブ高さを所要の各種寸法に調整するもので、
該仕上げユニバーサルミルＦＵは第２図（ａ）　、　（
ｂ）に示すように、その上下水平ロール２０ａ、　２０
ｂのロール軸芯ＸＨに対し左右竪ロール２１ａ、　２１
ｂのロール軸芯ＸＶか圧延出側方向にｄたけ移動（以下
、ｄをオフセット量と称す）したものを用いる。同図に
おいて、（ａ）は上面からみた平面図であり、（ｂ）は
圧延方向出側からみた正面図である。なお、本例では、
中間圧延工程は粗ユニバーサルミルＲＵとエツジヤ−ミ
ルＥとを各々１基つつ配置して一対とした単純な例を示
したが、生産性などの必要性に応して複数対の圧延機の
グループ編成としても良い。

第３図は上下水平ロール２０ａ、　２０ｂ間と左右竪ロ
ール２０ａ、　２０ｂ間の各ロール間隙を圧延方向の形
材噛込み位置との関係で表したものである。第３図（ａ
）は左右竪ロール２０ａ、　２Ｏｂ間のロール間隙すな
わちウェブの高さ寸法を表し、第３図（ｂ）は上下水平
ロール２０ａ、　２０ｂ間のロール間隙すなわちウェブ
の厚み寸法を表す。第３図において横軸は圧延方向を示
し、Ｉｌｄｗはウェブの水平ロールての厚み圧下領域の
接触投影長さ、ＩＬｄＦはフランジの竪ロールでのフラ
ンジ厚み圧下領域の接触投影長さおよび１ｄｒｏはフラ
ンジ外面と竪ロールが接触する領域の接触投影長さであ
り、第４図にその接触位置の関係を示し各々以下の式で
表記てきる。

・・・■ Ｉｔ　ｄｒｏ−Ｒｖ（Ｗ　＋　　　Ｗ２）　　　（Ｗ　
＋　　　Ｗ２）２／　４・・・■ ここで、 ＲＨ； Ｒｖ； ｔｗ　。

ｔＦ； Ｗ　： 水平ロール半径 竪ロール半径 ウェブ厚み フランジ厚み ウェブ外幅（高さ） 添字１：仕上げ圧延前（中間圧延材） 添字２；仕上げ圧延後 を意味しており、各々第４図に示す寸法に対応する。

また、ウェブ圧下量Δｔｗは仕上げ圧延前（中間圧延材
）のウェブ厚みｔｗ＋を本発明ては仕上げ圧延後のウェ
ブ厚みｔＷ２と基本的には同一とするのてみかけ上は零
であるが、実際はフランジ厚みの圧下による全体延伸が
始まる前に作用する竪ロールによるウェブ内幅の縮小に
よりウェブ厚みが増大するので、仕上げ水平ロールでウ
ェブ圧下量Δｔｗを生しる。このウェブ厚みの増大は、
ウェブ幅方向全体で均等に増加することはなく、実験に
よるとウェブ両端部（フィレット部）近傍はど大きくウ
ェブ中央部の厚みは殆ど不変であり圧下率や圧延温度分
布などの圧延条件によってはむしろ僅かに減少する傾向
かみられる。この傾向は通常の偏平な矩形材料の幅エラ
ジンクにおける現象と定性的に合致している。たたし、
Ｕ（＋Ｗを求めるために使用するウェブ厚みの増大量Δ
ｔｗ（ウエブ圧下量に相当）はウェブ全断面で平均化し
たものとして下記の式を用いる。

Δ１．＝ΔＷ−ｔ　ｍｌ／／（Ｗ　２　２　ｔ　Ｆ２）
　・＝■第３図（ａ）の曲線■は竪ロール軸芯と水平ロ
ール軸芯か合致した従来のユニバーサル圧延の場合（オ
フセット量ｄ　＝　Ｏ，、、）を示し、曲線■は竪ロー
ル軸芯Ｘｖが水平ロール軸芯ＸＨにたいしｄたけ圧延方
向出側にオフセットした本発明の場合を示す。一般にＩ
ｔｄＷに対し文４．＝０が長くなると、ウェブの上下面
を水平ロールで拘束しない第３図の！１ｄＦＢの圧延領
域で第６図（ａ）　、　（ｂ）のようなウェブ座屈やフ
ランジを含めた対角線状の倒れ・捩しれを惹起し、仕上
げ圧延後の製品品質が不良となる。この限界はウェブ外
幅（高さ）圧縮量すなわちウェブ内幅縮小量ΔＷ、ウェ
ブ厚みおよびウェブ内幅寸法によって決まるか、第１の
支配要因はウェブ接触開始に先行するフランジ外側の圧
縮領域の長さｆｔｄｐＢ＜＝ｆｌｄｒｏ　　ｊＬｄｗ）
である。ウェブ座屈の限界となる最大のＩＬｄＦＢＯ値
は下記の式％式％ 各種実験結果により通常のＨ形鋼の仕上げ圧延では実用
可能なαの最大値は α　＝８５ であることか判明した。

ｊ２ｄＦＢか縮小圧延法における最大縮幅量を規定する
のて、第３図曲線■のように竪ロール軸芯ＸＶを水平ロ
ール軸芯ＸＨにだいしｄたけ圧延方向出側にオフセット
すると最大縮幅量をΔＷ０からΔＷｄに増大することか
可能となる。ΔＷｏとΔＷｄは下記の式で算定できる。

ΔＷｏ＝２１Ｒｖ　　　　Ｒｖ’　　　（ｕｄｗ＋ｌ１
ｄＦａ）２　）・・・■ ΔＷ　ｄ−２・（Ｒｖ−Ｒｖ’−（Ｉｔｄｗ＋　Ｉｌ　
ｄｒａ＋ｄ　）２）・・・■ ここで、オフセット量ｄは一般にはウェブとフランジの
同時圧下領域が存在する範囲内で設定するのが安定した
圧延と品質を確保する上で望ましい。適正なオフセット
量ｄを選定すると後述するようにウェブの板厚均等化や
水平ロール荷重の削減にも有効であるが、ｄが過大とな
ると圧延後半のフランジ単独圧下領域における水平ロー
ルの間隙か過大となるため、ロールバイト中の材料の変
形かいびつとなりメタルフローの円滑さも損なわれるの
で逆効果となる。実績によるとｄの許容最大値はＪ２ｄ
Ｆすなわちｄ≦Ｉｌｄ、である。

具体的にシリーズ内のウェブ高さを一定とする場合、粗
ユニバーサルミルＲＵとエツジヤ−ミルＥによって圧延
造形する中間圧延材まではウェブ内幅を一定とし、仕上
げユニバーサルミルＦＵで中間圧延材のフランジ厚みの
薄いサイズを基準にフランジ厚みの厚いサイズを幅可変
ロールの胴幅を縮め竪ロールでウェブ内幅をその幅方向
より圧下してウェブ内幅を所要の各種寸法に調整する。

例えば、製品呼称シリーズがＨ５５０ｘ２００のＨ形鋼
を製造する場合の圧延実施例について説明する。

ウェブ厚みとフランジ厚みがそれぞれ（６ｍｍＸ９ｍｍ
）　、　（６ｏ＋ｍ　Ｘ　１２ｍｍ）　、　（６ｍｍＸ
　１６ｍｍ）　、　（９ｍｍＸ　１６ｍｍ）　、　（９
ｍｍｘ　１９ｍｍ）、（９ｍｍｘ　２２ｍｍ）、（１２
ｍｍ　　ｘ　１６＋ｎｍ）、（１２ｍｍ　　ｘ１９＋ｎ
＋＋＋）　、　（１２ｍｍ　Ｘ　２２ｍｍ）　、　（１
２ｍｍ　Ｘ　２５ｍｍ）の製品サイズに相当する素材を
中間圧延工程て所要の厚さまで圧延した後、こわらの中
で最もフランジ厚みの薄い（６ｍｍ　ｘ　９ｍｍ）のＨ
形鋼のウェブ高さ５５０＋ｎｍに揃うように什１げユニ
バーサルミルの竪ロールの間隙を設定し、かつ幅可変水
平ロールのロール幅を各々のフランジ厚みに応じて設定
する。このとき、中間圧延材のフランジ厚みは、仕上げ
圧延でのフランジ圧下率がウェブ圧下率と略凹等のとな
るように算定して粗ユニバーサルミルの竪ロールを設定
する。従来法では（６＋ｎｍｘ　１６ｍｍ）　、　（９
ｍｍＸ　１９ｍｍ）　、　（１２ｍｍ　ｘ　１９ｍｍ）
の製品サイズまでは公差を満足する範囲内で一応縮小で
きるがこれをこえる製品サイズては中心の偏りが製品公
差をはずれウェブの断面内の板厚偏差が過大となる。一
方、本発明法では（１２ｍｍ　ｘ　２５ｍｍ）の製品サ
イズでも問題なく圧延できる。このことは、０．０式に
よるΔＷｏ、ΔＷ、の算出値がΔＷ。＝２（ｌｎｍ、Δ
Ｗ、＝３３ｍｍであることから説明できる。（但し、Ｒ
，＝６５０ｍｍ　　、　　ＲＶ　＝４９０ｍｍ　　、　
　ｄ　＝２７ｍｍ）さて、前述のウェブ厚みの増大量Δ
ｔｗを仕上げ水平ロールで圧下した場合、竪ロール軸芯
と水平ロール軸芯が同一平面上にある従来圧延法では、
水平ロールの圧延中の実間隙よりも厚みが厚くなるとい
う現象かある。ウェブ厚みの増大部分の厚みを所定厚み
にするへ〈仕上げ水平ロールの間隙を小さくすると、ロ
ールと接触しないウェブ中央部との間に段付きや板厚偏
差を惹起し、かつ水平ロールに作用する圧延荷重か飛躍
的に増大する。ウェブ厚みの増大量Δｔｗは仕上げユニ
バーサル圧延でフランジ圧下率を増すことによっである
程度抑制できるか、フランジ圧下率か大きくなるほど水
平ロール側面に作用する荷重か増大し分割型の胴幅可変
水平ロールの強度構造上問題を生し、且つ第１θ図に示
す仕上げ製品フランジ先端のパルシングＢＧか増大しフ
ランジ先端の平坦性不良となるのであまり大きな圧下は
採れない。本発明では、竪ロール軸芯を圧延方向出側に
ズラすことにより、通常のフランジ圧下率のレベルてΔ
ｔｗを消去でき、従来法の問題の−ってあった第７図の
ような製品板厚の断面内不均−（板厚偏差Δεｔ＝ｔ工
ａＸ　　ｔ工１゜）を略解消できた。竪ロール軸芯を圧
延方向出側にズラすと、ロールバイト中の形材のフラン
ジとウェブのロールとの接触状態がフランジとウェブの
同時圧下領域の後にフランジ単独圧下領域か存在するよ
うに変化するのて、ウェブかフランジから長手方向に引
き伸ばされる作用を受ける。仕つ水平ロール側面と竪ロ
ールのフランジとの接触状態が水平ロール出側てフラン
ジを幅方向に引き伸ばす方向になることもあって、ウェ
ブのフィレット近傍のメタルかフランジ側へ流動するの
で結果としてウェブ厚みの増大を抑制できる。また、実
機試験の結果、ウェブ厚み（ｔｗ＋十Δｔｗ）をウェブ
厚みｔｗ＋（＝ｔｗ。）に圧延するために要した水平ロ
ール荷重は従来法に対し本発明法では３０〜５０％も軽
減された。これは、フランジとウェブの接触状態の変化
により断面内のメタルフローかスムースとなり従来法で
問題でありたウェブ厚みの増大部の部分圧延による荷重
の異常な増大か回避てきたことによる。このことは、胴
幅可変水竪ロールの設備設計上非常に有利となる。なお
、現実には圧延温度や材質の差などによる入側材料にウ
ェブ厚みｔｗ＋の変動かあるのて、胴幅可変水平ロール
の分割ロールのウェブ中央側の角部は緩やかなＲ（逃が
し部）を設けることによって、分割ロールとウェブ面の
接触部と非接触部の微小な表面段差や表面光沢の差異が
目立たないようにすることも有効である。

［発明の効果コ 本発明によれば、フランジを有する形材のウェブ高さを
オンラインで任意に変更できるので、同一シリーズ内に
おいてフランジ厚みが異なってもウェブ高さを同一のロ
ール組で一定に造り込むことかできる。また、従来は水
平ロールのロール幅が摩耗や改削により変化するため圧
延操業の特性からウェブ高さやフランジ厚みの精度が悪
化していたか、本発明ではウェブ高さを適正に制御でき
るので寸法精度か飛躍的に向上する。また、ウェブの中
心偏り精度も向上し、圧延荷重も低減されるのて安定し
た高品質の製品の製造か可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に係わる圧延機列の配置例、
第２図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の仕上げユニハサル
ミルの水平ロールと竪ロールの配置関係をボす説明図、
第３図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の仕上げユニバーサ
ルミルにおけるロールハイド中の形材の接触状況を示す
説明図、第４図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の仕上げユ
ニバーサルミルにおける圧延条件を定義するための記号
説明図、第５図（ａ）　、　（ｂ）は圧延Ｈ形鋼の製品
形状を示す断面図、第６図（ａ）　、　（ｂ）は什上げ
圧延工程における不良成形状況を示す図、第７図は従来
法におけるＨ形鋼の板厚偏差の発成状況を示す図、第８
図はフィレット部に折れ込みを発生したＨ形鋼の断面図
、第９図は寸法・形状不良を発生したＨ形鋼の断面図、
第１０図はフランジ先端の形状不良を発生したＨ形鋼の
断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、断面が矩形またはドッグボーン状の素材を粗造形材
   に圧延するブレークダウンミル、該粗造形材を中間圧延
   材に圧延する粗ユニバーサルミルとエッジャーミルから
   なる中間圧延ミルおよび該中間圧延材をフランジとウェ
   ブを有する形材に仕上げ圧延する幅可変水平ロールを備
   えた仕上げユニバーサルミルによってフランジを有する
   形材を圧延する方法において、前記仕上げユニバーサル
   ミルの竪ロール軸芯を水平ロール軸芯に対し、竪ロール
   と水平ロール側面とで挟圧される被圧延材フランジのロ
   ール投影接触長さの範囲内の圧延出側方向に設定すると
   共に、前記幅可変水平ロールのロール幅を製品形材の寸
   法に応じて設定し、竪ロールで形材のウェブ部をその幅
   方向より圧下してウェブ高さを所要の各種寸法に造り分
   けることを特徴とするフランジを有する形材の圧延方法
   。