JPH04279201A - Ｈ形鋼の圧延方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｈ形鋼の圧延方法に関
する。さらに詳しくは、本発明は、圧延能率に優れると
ともに高い寸法精度を有する製品を提供することができ
るＨ形鋼の圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、Ｈ形鋼の熱間圧延は、略式工
程説明図である図８に示すように、ブレークダウン圧延
機、粗ユニバーサル圧延機、エッジャー圧延機および仕
上げユニバーサル圧延機を有する工程で行われる。まず
、図９（ａ）　に断面形状を示すスラブ、図９（ｂ）　
に断面形状を示す矩形鋼片または図９（ｃ）　に断面形
状を示すＨ形鋼用鋼片といった圧延素材を、図１０（ａ
）　に示す開孔型を刻設した上下ロールまたは図１０（
ｂ）　に示す閉孔型を刻設した上下ロールを有する二重
式ブレークダウン圧延機で所定の形状に粗造形する。ブ
レークダウン圧延機では、複数個の孔型を使用し、順次
各複数パスの圧延によって圧延素材を以降の工程での圧
延に適した形状に加工する。

【０００３】粗造形された圧延素材は、図１１（ａ）　
にその断面形状を示すロールを有する１基以上の粗ユニ
バーサル圧延機と図１１（ｂ）　にその断面形状を示す
ロールを有するエッジャー圧延機とにより、１パスある
いは複数パスの中間圧延を行った後、図１１（ｃ）　に
その断面形状を示すロールを有する仕上げユニバーサル
圧延機により１パスで成品であるＨ形鋼に圧延される。

【０００４】このようなＨ形鋼の圧延工程においては、
成品寸法が決まれば、仕上げユニバーサル圧延機のロー
ル寸法と、該仕上げユニバーサル圧延機以前の各圧延機
のロール寸法とが決定される。すなわち、図１０（ａ）
　中の距離イ、図１１（ａ）　中の距離ロ、図１１（ｂ
）　中の距離ハ、さらには図１１（ｃ）　中の距離ニ等
の寸法が、ほぼ等しくなるように設計される。したがっ
て、成品の寸法、とりわけ図１１（ｃ）　中の距離ニで
あるウェブ内幅が変更されると、通常、ブレークダウン
圧延機の孔型ロールのほか、各圧延機の水平ロールをも
交換して圧延を行う。

【０００５】大型寸法（以下「大寸」という）のＨ形鋼
の圧延は、一般に、図１０（ａ）　に示す上下対称の孔
型　（開孔型）　を複数個刻設したロールにより、図１
２に示すようにして行われる。大寸のＨ形鋼の場合には
、圧延荷重が増大するため、小型寸法　（以下、「小寸
」という）　のＨ形鋼の圧延に用いられる図１０（ｂ）
　に示す上下非対称の孔型　（閉孔型）　を複数個刻設
したロール　（図１３参照）　を用いることができない
からである。

【０００６】この図１３に示す閉孔型を複数個刻設した
ロールで造形する場合、各孔型を上下交互に配列するこ
とにより、被圧延材を回転することなく圧延できるため
に、圧延能率は極めて高い。しかし、上下非対称の孔型
であるために、ロールの最大径と最小径との差が著しく
大きくなる。一般的に、ロールの最大径は、圧延スタン
ドのウインド幅で規制されるため、ロール最小径の絶対
値が小さくなり、ロール折損を生じる危険性があること
から、大寸サイズのＨ形鋼の圧延には、上下非対称の孔
型は適用できない。一方、上下対称の孔型ロールで圧延
する場合、各孔型の各パスにおいて、フランジの外面に
オーバーフィルを生じるため、一般的に連続して圧延を
行うと前記オーバーフィルの発生部が圧延疵となる。こ
のための各孔型の各パス毎にフランジ外面部を平坦にす
るための慣らしエッジングパスを行う必要がある。これ
には、圧延材を９０゜回転する必要があり、パス回数の
増大とともに各パス間におけるアイドルタイムの大幅な
増大を招く。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のＨ
形鋼の圧延方法には、以下に列記する問題があった。

【０００８】■図８に示すような熱間圧延ラインでＨ形
鋼の製造を行う場合、特に図９（ａ）　に示す形状のス
ラブを素材として大寸のＨ形鋼を製造するとき、ブレー
クダウン圧延機による粗圧延工程がネックとなって生産
能率の向上を阻んでしまう。

【０００９】■現状のブレークダウン圧延機における孔
型圧延法による被圧延材の形状を示す図１４（ａ）　な
いし図１４（ｂ）　から明らかなように、フランジ部を
孔型で造形する際、ウェブの減面率＞フランジの減面率
となるため、メタルはフランジからウェブへと流れてフ
ランジ幅の減少を生じてしまう。したがって、ブレーク
ダウン圧延の最終パス後の粗形鋼片　（ビームブランク
）　のフランジ部は孔型に対して未充満となり、さらに
充満度はフランジの各端部で異なっているため成品の寸
法精度を悪化させる要因となっている。このため、現状
の孔型圧延ではフランジ幅が減少するため、スラブ幅お
よびスラブ厚の大きな素材を用い、大寸のＨ形鋼を製造
しているが、スラブの断面積をアップしてもフランジの
充満度の向上には限界があるとともに、スラブの断面積
を増加させるため、加熱炉の能率、燃料の原単位の低下
を招くことになる。

【００１０】ここに、本発明の目的とするところは、特
に大寸のＨ形鋼をスラブから造形し製造するに当たり、
ブレークダウン圧延機での慣らしエッジングパスおよび
トータルパス回数を減少させ圧延能率を向上させるとと
もに、孔型に対する被圧延材の充満度の良好なＨ形鋼の
圧延方法を提供し、最終的には高寸法精度の成品を安定
して製造することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記目的を
達成するために、ブレークダウン圧延機の孔型圧延の各
パス毎にフランジ外面のロールカラー部で生じるオーバ
ーフィルを抑制し、極力慣らしエッジングパスを省略す
るとともに、ブレークダウン圧延機の孔型圧延の各パス
毎のフランジ部の孔型への充満度を極力大きくすること
ができる、ブレークダウン圧延機の孔型形状を、鉛材を
用いたモデル圧延機実験および有限要素法を用いたシミ
ュレーションにより種々検討し、以下の知見を得た。

【００１２】（ｉ）　前記有限要素法によるシミュレー
ション計算の結果を示す図１から理解されるように、孔
型のフィレット部　（フランジとウェブ部との結合部）
　形状を円弧状とし、該円弧の大きさを変化させてフラ
ンジの孔型に対する材料の充満度を調べると、フィレッ
ト部の円弧を大きくしたほうが明らかにフランジ先端部
の孔型に対する充満度は向上し、かつロールカラー部へ
の材料の噛み出し量　（オーバーフィル）　も減少する
。また、円弧を大きくするにつれて、圧延荷重は減少す
る。

【００１３】（ｉｉ）　前記有限要素法によるシミュレ
ーション計算の結果を示す図２に示すように、孔型ロー
ルによる素材断面の見掛けの排除面積を一定にして、す
なわち圧延後の材料のフィレット部の余肉量を同一にし
てフィレット部形状　（この場合には、直線部と該直線
部がフランジ内面およびウェブ面と交わる部分を各々円
弧とした曲線部とからなる形状）　のうちの直線部がウ
ェブ面となす角度θを種々変化させてフランジ部の孔型
に対する材料の充満度を調べると、θを徐々に大きくし
てフィレット部の余肉量をフランジ内面側に近づけると
、フランジ部の孔型に対する充満度が向上する。また、
前記曲線部の円弧を大きくするにつれて、圧延荷重は減
少する。

【００１４】本発明者は、このような知見に基づいて、
さらに検討を重ねた結果、本発明を完成した。ここに、
本発明の要旨とするところは、ブレークダウン圧延、粗
ユニバーサル圧延、エッジャー圧延および仕上げユニバ
ーサル圧延を経て行うＨ形鋼の圧延方法において、前記
ブレークダウン圧延により被圧延材のフランジ部とウェ
ブ部との結合部に余肉部を形成しておき、続いて行われ
る粗ユニバーサル圧延の最初の１パスもしくは複数パス
により、水平ロールで前記余肉部のみのウェブ部分圧延
を行うことを特徴とするＨ形鋼の圧延方法である。

【００１５】また、上記の本発明においては、前記粗ユ
ニバーサル圧延の最初の１パスもしくは複数パスにおい
て、水平ロールで前記余肉部を狭持しつつ、垂直ロール
でフランジ外面をウェブ高さ方向に圧下してウェブ内幅
を縮小することにより、同一の寸法のブレークダウン圧
延素材からウェブ内幅が異なる粗形鋼片の圧延が可能と
なる。なお、本発明の余肉部とは、ブレークダウン圧延
において、フランジとウェブとの結合部　（フィレット
部）　にあって、ブレークダウン圧延終了後引続いて行
われる、粗ユニバーサル圧延の少なくとも１パス圧延に
おいて、該ミルの水平ロールの外周面端部　（コーナ部
）　より圧下延伸されるフランジまたはウェブの厚みの
大きい部分を言う。

【００１６】

【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。本
発明にかかるＨ形鋼の圧延ラインとして、図８に示す熱
間圧延工程を用いて説明する。また、被圧延材として、
図９（ａ）　に示すような連鋳スラブを用いて大寸のＨ
形鋼を製造する場合を例にとる。

【００１７】連鋳スラブは、圧延に先立ち加熱炉により
１２５０℃前後に加熱され、その後にブレークダウン圧
延機に搬送される。ブレークダウン圧延機においては、
被圧延材は、図１２に示すような上下対称型の孔型を複
数個刻設した二重式ロールにより、まずスラブの幅方向
の圧下を受け、図１４（ａ）　に示すようなドッグボー
ン形状に造形される。この際の孔型形状としては、図１
２のＫａｌ　−ＩＩＩ　に示すボックス孔型材が一般に
用いられる。ドッグボーン形状に造形された被圧延材は
、次いで図１２のＫａｌ−Ｉ、　Ｋａｌ−ＩＩ、　Ｋａ
ｌ−ＩＶ、　Ｋａｌ−Ｖに示すような孔型で主としてウ
ェブの圧下を受けて、所定のフランジ幅、フランジ厚、
ウェブ厚を有するビームブランク　（粗形鋼片）　にま
で粗圧延される。ただし、大寸のＨ形鋼の圧延の場合に
は、図１２の孔型ロールのように多数個の孔型を刻設す
ることにはロール幅上問題があり、　Ｋａｌ−ＩＩＩ　
のボックス孔型以外には、１〜２個の孔型を設けるのが
一般的である。

【００１８】本発明を実施するためには、ウェブ押圧部
の両側にフランジ造形孔を有するブレークダウン圧延機
の孔型ロールにおいて、被圧延材のフランジ部とウェブ
との結合部付近に余肉部が形成されるように、前記孔型
形状を設計・加工しておく。前記余肉部の大きさは、後
述するように、粗ユニバーサル圧延の際に、水平ロール
の孔型部に被圧延材のフランジが完全に充満される程度
であればよい。一般的には、ブレークダウン圧延完了後
のビームブランクの全断面の５〜１０％程度であり、例
えば、図１に示すような円弧形状あるいは図２に示すよ
うな直線と曲線とからなる形状に、被圧延材のフィレッ
ト部を圧延するロール孔型を加工しておく。図１に示す
円弧形状のフィレット部の場合には、成品のフランジ内
幅　（フランジ幅−ウェブ厚）　×１／２　を最大値と
する半径を有する円弧とすることが好ましく、また図２
に示す形状のフィレット部の場合には、直線部とウェブ
面とがなす角θを４０〜６０゜とすることが好ましい。

【００１９】このように、被圧延材のフィレット部に、
従来のブレークダウン圧延後のビームブランク形状に比
較して大きな余肉部を形成し、粗ユニバーサル圧延を行
うことが本発明のポイントである。このために、上記成
形孔型のウェブ押圧部の幅　（図１０（ａ）　の距離イ
は、粗ユニバーサル圧延以降の各ミルの水平ロールの幅
　（図１１（ａ）　の距離ロ、図１１（ｂ）　の距離ハ
、図１１（ｃ）　の距離ニ）　に比較して小さく、成品
のウェブ内幅に比較してもかなり小さい値になる。

【００２０】本発明では、ブレークダウン圧延機の孔型
ロールで造形した段階のビームブランクについては、フ
ィレット部の余肉量が従来の圧延法におけるビームブラ
ンクのそれに比較して大きいが、これはこのブレークダ
ウン圧延後に引き続いて行われる粗ユニバーサル圧延に
おいて、最初の１パスもしくは２〜３パスの複数パスに
より、水平ロールにより前記余肉部のみのウェブ部分圧
延を行うことでウェブ中央部まで厚みが平坦化・均一化
されるため、何ら問題はない。

【００２１】一般的に、ユニバーサル圧延の場合、フラ
ンジの圧下に較べてウェブの圧下が大き過ぎるとウェブ
の波打ちを生じる場合があるが、本発明では、まずウェ
ブとフランジの結合部を部分的に圧下するため、ウェブ
、フランジそれぞれの伸びは均等化され、ウェブ波打ち
が発生することはない。このようにして、ブレークダウ
ン圧延により、被圧延材のフィレット部に余肉部を形成
しておき、後続の圧延を実施することにより、被圧延材
のロールカラー部で生じるオーバーフィルを抑制し、被
圧延材のフランジ部の孔型への充満度を向上させること
ができる。

【００２２】さらには、本発明にかかるＨ形鋼の圧延方
法によれば、同一寸法のブレークダウン圧延素材から、
異なるウェブ内幅を有する高寸法精度のＨ形鋼を安定し
て製造することができる。図３（ａ）　は、本発明を実
施してＨ形鋼の粗ユニバーサル圧延を行う状況を示す略
式説明図であり、図３（ｂ）　は前記粗圧延終了時にお
ける被圧延材の断面形状を示す略式説明図である。図３
（ａ）　において、圧延機の水平ロールの幅Ｈ１は既述
のように、成品のウェブ内幅に等しくするのが通常であ
り、これに対する粗形鋼片のウェブ内幅Ｈ０も一般には
Ｈ１にほぼ等しくするのに対して、本発明を実施する場
合には、Ｈ０をＨ１よりも５０〜１００ｍｍ　程度大き
くすることが可能である。

【００２３】つまり、本発明を実施する場合、ブレーク
ダウン圧延において、被圧延材のフィレット部に余肉部
を形成するため、続いて行われる粗ユニバーサル圧延の
１パスもしくは複数パスで、水平ロールで前記余肉部を
狭持しつつ、垂直ロールでフランジ外面をウェブ高さ方
向に圧下することにより、図３（ｂ）　に示すように、
Ｈ０−Ｈ１だけ、ウェブ内幅を縮小することができ、か
つ圧延後の粗形鋼片形状のウェブ中心偏り：（Ａ−Ｂ）
／２を殆ど生じさせない安定した圧延を行うことが可能
となる。

【００２４】これに対して、図４（ａ）　は、ブレーク
ダウン圧延において、被圧延材のフィレット部に余肉部
を生じさせない一般的な粗形鋼片の圧延法を示す略式断
面図であり、図４（ｂ）　は、前記粗圧延終了時におけ
る粗圧延材の断面形状の一例を示す略式説明図である。 図４（ａ）　に示すように、粗ユニバーサル圧延機の１
パスもしくは複数パスで垂直ロールでフランジ外面をウ
ェブ高さ方向に圧下すると、被圧延材のフランジ部がウ
ェブに対して上方または下方に容易に変形してしまうた
め、結果的に図４（ｂ）　に示すようなウェブ中心偏り
（Ａ−Ｂ）／２の大きな粗形鋼片が圧延により生じるこ
ととなる。

【００２５】このように、本発明によれば、異なるウェ
ブ内幅を有するＨ形鋼を、同一のブレークダウン圧延素
材から製造することが可能となり、製品のウェブ高さ：
５０ｍｍピッチで異なる孔型ロールを有するブレークダ
ウンロールの共有化を図ることができ、ロール保有数の
大幅な削減を図ることもできる。さらに、本発明を実施
例を用いてさらに詳細に説明するが、これはあくまでも
本発明の例示であり、これにより本発明が限定されるも
のではない。

【００２６】

【実施例】本発明にかかるＨ形鋼の圧延方法の効果を確
認するため、ＪＩＳ　サイズＨ形鋼であるＨ６００×３
００（呼称寸法）　の製造を図８に示す圧延機群を有す
る圧延ラインで実施した。圧延素材は、厚さ：２５０ｍ
ｍ　の連鋳スラブを用い、加熱炉で１２５０℃に加熱し
て圧延に供した。

【００２７】図５には、本発明にかかるＨ形鋼の圧延方
法によるブレークダウンロール孔型およびエッジャーロ
ール孔型図を示し、比較のために行った従来のＨ形鋼の
圧延方法を実施するためのブレークダウンロール孔型図
を併せて示す。図５に示す本発明を実施するための孔型
のうち、　Ｋａｌ−Ｉから　Ｋａｌ−ＩＶまではスラブ
をドッグボーン形状に造形するための孔型であり、従来
の圧延方法を実施するための孔型と同一形状とした。ま
た、本発明を実施するための孔型のうち、　Ｋａｌ−Ｉ
から　Ｋａｌ−Ｖまではブレークダウン圧延機のロール
孔型であり、　Ｋａｌ−ＶＩはエッジャー圧延機のロー
ル孔型形状である。本発明を実施するための孔型　Ｋａ
ｌ−Ｖと従来の孔型とを対比すると分かるように、被圧
延材のフィレット部を圧延する本発明を実施するための
孔型は、前記フィレット部に、直線と円弧とからなる余
肉部を形成し易い形状に設計されている。

【００２８】本実施例で採用した圧延パススケジュール
を表１に示し、また同パススケジュールの代表パスにお
ける被圧延材のロール出側断面形状を図６（ａ）　、図
６（ｂ）　に示す。なお、表１の左段には、従来のＨ形
鋼の圧延方法の代表パスにおける被圧延材のロール出側
断面形状を比較のために示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１から分かるように、本発明法の場合に
は、従来法に較べて、ブレークダウン圧延における材料
のターン回数を１０回から６回に低減でき、さらに本発
明法における　Ｋａｌ−Ｖによる孔型圧延の場合、従来
の孔型圧延に比較してウェブ圧下率が同一であれば圧延
荷重が低減するため、逆に１パス当たりのウェブ圧下量
を大きくすることが可能となり、この結果として、ブレ
ークダウン圧延のパス回数を２１パスから１３パスへと
大幅に削減できた。

【００３１】図６（ｂ）　に示すように、本発明の場合
には、ブレークダウン圧延の最終パス　（１３パス）　
で孔型に圧延材料をほぼ完全に充満しており、同図（ａ
）　に示す従来のＨ形鋼の圧延の場合に比較して、被圧
延材のブレークダウン圧延後の断面形状を均一化するこ
とができた。 また、本発明の場合には素材の連鋳スラブ幅を従来のも
のに比較してかなり小さくすることが可能となり、これ
により加熱炉内の材料充填率が向上して、加熱原単位の
削減を図ることができた。

【００３２】本発明のパススケジュールでは、ブレーク
ダウン圧延後の粗形鋼片のフィレット部の余肉量が大き
いため、粗ユニバーサル圧延：３パスとエッジャー圧延
：１パスとで、この部分の減肉を主体に圧延を行い、最
終的に形状が均一なビームブランクが得られた。この後
、このビームブランクは、ＵＲ−Ｅで１０パスのレバー
ス圧延を行い、成品に近い形状に仕上げることができた
。 よって、ＵＲ−Ｅ　で総パス回数は１３パスとなり、従
来の粗ユニバーサルおよびエッジャー圧延のパス回数と
同数とすることができた。

【００３３】図７には、本発明法を適用した場合と従来
の圧延法を適用した場合とのそれぞれについて、Ｈ６０
０×３００　サイズの実機圧延で確認されたＨ形鋼のウ
ェブ中心偏り分布を示す。図７から明らかなように、本
発明によりウェブ中心偏りの発生が抑制されているのが
わかる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により、ブ
レークダウン圧延機および粗ユニバーサル圧延機を用い
た新しいＨ形鋼の圧延方法を提供することにより、ブレ
ークダウン圧延における材料のターン回数およびパス回
数を削減することで圧延能率を向上させることが可能と
なるほか、成品の寸法精度の向上やブレークダウンロー
ルの保有数の削減、加熱ロールのエネルギー原単位の低
減等多くの効果を上げることができた。かかる効果を有
する本発明の意義は著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】孔型形状に起因した、被圧延材の各種フィレッ
ト部形状の変形状況を示す略式説明図である。

【図２】孔型形状に起因した、被圧延材の各種フィレッ
ト部形状の変形状況を示す略式説明図である。

【図３】本発明にかかるＨ形鋼の圧延方法における被圧
延材の変形過程の略式説明図であり、図３（ａ）　は圧
延開始時を、図３（ｂ）　は圧延終了時をそれぞれ示す
。

【図４】従来のＨ形鋼の圧延方法における被圧延材の変
形過程の略式説明図であり、図４（ａ）　は圧延開始時
を、図４（ｂ）　は圧延終了時をそれぞれ示す。

【図５】実施例における、ブレークダウンロールおよび
エッジャーロールのそれぞれの孔型形状を、本発明法お
よび従来法について示す略式断面図である。

【図６】実施例における、ブレークダウン圧延、粗ユニ
バーサル圧延およびエッジャー圧延の各工程での被圧延
材の形状を示す略式断面図であり、図６（ａ）は従来法
を、図６（ｂ）　は本発明法をそれぞれ示す。

【図７】実施例における、圧延後の成品のウェブ中心偏
り分布を、本発明法および従来法について示す略式説明
図である。

【図８】Ｈ形鋼の熱間圧延ラインの一般的な構成例を示
す略式説明図である。

【図９】各種の圧延素材の断面形状を示す略式断面図で
あり、図９（ａ）　はスラブを、図９（ｂ）　は矩形鋼
片を、図９（ｃ）　はＨ形鋼用鋼片をそれぞれ示す。

【図１０】ロール孔型の断面形状を示すロール断面図で
あり、図１０（ａ）　は開孔型を図１０（ｂ）　は閉孔
型を示す。

【図１１】Ｈ形鋼の熱間圧延の過程を示す略式断面図で
あり、図１１（ａ）　は粗ユニバーサル圧延を、図１１
（ｂ）　はエッジャー圧延を、さらに図１１（ｃ）　は
仕上げユニバーサル圧延を示す。

【図１２】複数個の開孔型を有するブレークダウンロー
ルの略式断面図である。

【図１３】複数個の閉孔型を有するブレークダウンロー
ルの略式断面図である。

【図１４】従来のブレークダウン圧延の過程における、
被圧延材の断面形状の変化を示す略式断面図であり、図
１４（ａ）　はドッグボーン形状の造形後を、図１４（
ｂ）　は孔型圧延１パス後を、さらに図１４（ｃ）　は
孔型圧延最終パス後をそれぞれ示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ブレークダウン圧延、粗ユニバーサル
   圧延、エッジャー圧延および仕上げユニバーサル圧延を
   経て行うＨ形鋼の圧延方法において、前記ブレークダウ
   ン圧延により被圧延材のフランジ部とウェブ部との結合
   部に余肉部を形成しておき、続いて行われる粗ユニバー
   サル圧延の最初の１パスもしくは複数パスにより、水平
   ロールで前記余肉部のみのウェブ部分圧延を行うことを
   特徴とするＨ形鋼の圧延方法。
2. 【請求項２】　　前記粗ユニバーサル圧延の最初の１パ
   スもしくは複数パスにおいて、水平ロールで前記余肉部
   を狭持しつつ、垂直ロールでフランジ外面をウェブ高さ
   方向に圧下してウェブ内幅を縮小する請求項１記載のＨ
   形鋼の圧延方法。