JPH0767564B2 - 連続継手型形鋼の圧延成形法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、連続継手型形鋼を圧延で成形する方法に関す
るものである。

（従来の技術） 本発明が対象とする連続継手型形鋼は、その最も代表的
な形状例を第７図（ａ）に示すように所定の肉厚T_Wに形
成されたウェブ1aの両端に、ウェブの軸芯方向に開口す
る厚さT_Fの雌継手部1bを有している。なお左右雌継手部
1bの中心部間距離Ｗは有効幅と称される。同図（ｂ），
（ｃ）は、前記連続継手型形鋼１の雌継手部1bに嵌合す
る雄継手を有する連結部材６の製品形状例を示したもの
で、同図（ｂ）の連結部材６はフランジ幅の短い単純な
形状のＨ形鋼であり、同図（ｃ）の連結部材６は雄継手
となるフランジを外側に湾曲させて雌継手との嵌合時に
形成される継手内空間（ふところ余裕）を大きくした変
形Ｈ形鋼である。同図（ａ）の連続継手型形鋼１と
（ｂ），（ｃ）の連結部材６の断面形状は、いずれも上
下左右に完全な対称型である。従来からある類似形状の
直線型鋼矢板の製品サイズは、一般に有効幅Ｗ、ウェブ
厚T_Wおよび継手部厚T_F毎に設定されているが、本発明が
対象となる連続継手型形鋼１の製品サイズは有効幅Ｗが
シリーズ内同一で、ウェブ厚T_Wと継手部厚T_Fを多様な厚
み構成として各種用途に供される。

これらの連続継手型形鋼の一般的な用途は第８図
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、２枚の
連続継手型形鋼１のウェブにＨ形鋼３あるいはプレート
５を溶接してＨ型断面の形材とした、いわゆる鋼製箱鋼
矢板として用いられる。これらのうち同図（ａ），
（ｃ）はＨ形鋼３を溶接した例、同図（ｂ），（ｄ）は
プレート５を溶接した例であり、また、同図（ａ），
（ｂ）では雄継手の部材として、連続継手型形鋼１の有
効幅Ｗと同等な広幅のウェブをもった大形Ｈ形鋼2aを用
いており、同図（ｃ），（ｄ）では雄継手の部材として
狭幅のウェブをもった小形Ｈ形鋼2bを用いている。さら
に、第８図（ａ）では連続継手型形鋼2aの強度不足を補
うため変形防止補鋼材４が用いられている。

このようにして組立てた鋼製箱型鋼矢板の特徴は、断
面性能に優れているので壁厚が薄くできる、構成部材
の表面が平滑であるので壁機能に適している、コンク
リートとの合成構造が容易であるなど、であり、その具
体的な用途は土留用連続壁、基礎杭、本設用耐震壁、地
滑り深礎杭などがある。

近年、活発な地下空間の開発潮流の中で大深度化と都市
部での工事が主流となっている。市街地の人工密集地で
行われる工事では、振動や騒音が発生しないようにする
ため、かつて使用されていたバイブロハンマー等の打設
機は使用できない。そのためクレーン等で吊り上げられ
た鋼矢板が何ら打込みなどの手段を用いなくとも、互い
の継手への自重がスムースに嵌入することが可能となる
継手嵌入性が強く要求されている。すなわち前記の鋼製
箱型鋼矢板の基本部材である連続継手型形鋼１に対して
も、施行性を重視した継手嵌入性の改善、また広範囲な
断面性能を有する製品シリーズの提供が重要な課題にな
っている。特に、大深度の地中連続壁を構築する場合、
地上付近では土圧が小さいので連続継手型形鋼１のウェ
ブ厚T_Wは小さくてよいが、土圧の増大する地中内部での
使用に際してはウェブ厚T_Wを大きくして箱型鋼矢板の剛
性強度を高める必要がある。この場合必要に応じて継手
部分の継手部厚T_Fもウェブ厚T_Wの増大に従って大きくし
てもよいが一定であってもよい。施行時は、厚みの異な
る比較的長さの短い連続継手型形鋼１を順次長手方向に
施行現地で接合して打込み、かつ長手方向に連続的に敷
設する。一方、これと嵌合する第７図（ｂ），（ｃ）の
雄継手材の断面形状及び寸法は全敷設長にわたり一定な
ので、連続継手型形鋼１の継手部は製品サイズに係わら
ず雄継手材との一様な嵌合性が必要となる。

連続継手型形鋼の一般的な製造手段としては、第９図に
示す従来の直線型鋼矢板のいわゆるカリバー圧延方式が
挙げられる。同図において粗形鋼片BBは、分塊工場また
は鋳造工場で造られた素材であり、この素材BBをK13か
らK1の各孔型で順次圧延して製品とするが、この方法は
上下ロールの側壁による磨砕作用を主体とした圧延であ
るため、前記各孔型の形式は閉式孔型（Closed Pass）
が孔型系列の不可欠な構成要素となる。このため孔型の
摩耗によるロール快削量が大きく、ロール原単位が高く
なるほか、圧延油とロール冷却水が多量に必要であり、
これが不十分であると、製品の継手部形状が不安定とな
って圧延作業は困難を極める。また孔型数が多いため、
長いロール胴長を要し、有効幅Ｗの大きい広幅直線型鋼
矢板の製造は困難である。

この解決策として、継手部を形成する素材部分に直接圧
下を加えることにより成形上の欠点を除去する圧延法と
して、特公昭47−47784号公報に開示されている、いわ
ゆるユニバーサル圧延法がある。このユニバーサル圧延
法の代表例を第10図に示しており、中間圧延部のK4−1,
2,3でユニバーサル圧延を行うことによって矩形鋼片素
材SLからの製造を可能にしている。また特公昭58−3824
1号公報に開示されているように、仕上孔型K1にも仕上
ユニバーサル圧延法を採用して左右継手部に嵌入した堅
ロールで左右継手の孔幅を規制することにより、継手の
孔幅のバラツキを抑制する手段も周知である。しかしな
がら、この方法でも上下水平ロールには比較的深くて複
雑な孔型が必要であり、前記の諸問題を解決することが
できない。

他の対策として、直線型鋼矢板の形状を圧延し易い製品
形状へ変更し、Ｈ形鋼のいわゆるユニバーサル圧延設備
を利用し且つ、Ｈ形鋼の圧延法に類似した手段により圧
延できるように改善した手段がある。第11図に示した特
公昭55−11921号公報記載の技術と、第12図に示した特
開昭55−1913号公報記載の技術はその例であり、前記の
閉式孔型で圧延した場合の問題は解決しているが、特定
サイズの直線型鋼矢板の製造を対象とするものである。

以上のように、従来の直線型鋼矢板の圧延方法を適用し
た場合、ウェブ厚みT_Wの造り分けは造形上の制約からご
く狭い範囲に制限せずらを得ず、しかも同一ロール組を
使用して各種ウェブ厚さに応じたフランジ幅を形成し、
且つ爪開口幅略一定となる有効幅一定の連続継手型形鋼
を圧延することは不可能であるという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は連続継手型形鋼を圧延で製造する際に、継手部
形状不良、圧延時の曲り、ロール原単位の低下等を来す
ことなく、ウェブ厚みT_Wを所望のサイズに造り分けると
供にウェブの曲げ成形を極めて円滑にして爪開口幅一定
の連続形継手部を得ることを可能にし、継手嵌合性のす
ぐれた連続継手型形鋼を既存のＨ形鋼ユニバーサル圧延
装置列を可能な限り活用して、ロールやガイドの新設・
改造を最小限にして圧延成形する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） 本発明は前記目的を達成するために、 ブレークダウンミルを配した粗圧延工程と、ユニバーサ
ルミルおよびエッジャーミルを配した中間圧延工程と、
フランジ曲げ成型ミルを配した中間仕上工程と、仕上ミ
ルを配した仕上圧延工程とを含む連続継手型形鋼の圧延
方法において、鋳片素材をドッグボーン状に粗造形し、
この粗造形材を前記ユニバーサルミルとエッジャーミル
で圧延し、ウェブ部の内幅を一定とし、かつウェブとフ
ランジを所定厚さにした断面Ｈ形の中間圧延材を成形
し、続いてロール軸芯が圧延方向の水平面に直行する面
に対して所定の軸角度を有する斜行ロールを上下一対に
かつ圧延方向と直交する方向に幅調整可能に設けたフラ
ンジ曲げ成型ミルで前記中間圧延材のフランジを外に湾
曲せしめた後、仕上ミルで上下水平ロールの間隔を調整
してウェブ部を所定の厚さに整形すると共にフランジ部
を所定の継手部形状にし、かつ継手開口幅がほぼ一定に
なるように仕上げることを特徴とする連続継手型形鋼の
圧延成形法を要旨とする。

（作用・実施例） 以下、図面を参照して、本発明の作用および実施例を説
明する。

第１図は本発明を上下左右対象連続継手型形鋼の製造に
適用する場合の圧延方法例を示し、第２図は本発明法の
実施する圧延装置の配列を示す。

本発明の粗圧延工程におけるブレークダウンミルBDは、
上下水平ロールによって矩形断面の薄肉スラブまたはド
ッグボーン状の鋼片を素材として複数回のエッジングを
行い、ドッグボーン形状の粗造形に加工するミルであ
る。本発明における粗圧延工程は上述のように従来周知
のＨ形鋼等フランジを有する形鋼の粗造形と同様な工程
であり、詳細な説明は省略する。

次に中間圧延工程は図に示すように粗ユニバーサルミル
ＵとエッジャーミルＥが配置され、前記粗造形材はユニ
バーサルＵの孔型KAL.3によって所定のウェブ厚さおよ
びフランジ厚さとなり、かつウェブ内幅一定の略Ｈ形断
面の中間粗圧延材15aに圧延造形される。ここでユニバ
ーサルミルＵの水平ロール20a,20bは中間粗圧延材15aの
ウェブ面を押圧する面が平坦でフランジ内側面に当接す
る側面を外傾斜角θ（ほぼ３〜10度）となるように形成
したロールを用いることが好ましく、そしてフランジ内
側面を拘束すると共に水平ロール20a,20bの開度を調整
して所望のウェブ厚みとする。即ち、この水平ロール20
a,20bは従来のＨ形鋼圧延用のユニバーサルミルにおけ
る水平ロールと同じプロフィールであり共用または流用
が可能である。一方、堅ロール30a,30bには中間粗圧延
材15aのフランジ面を押圧するロール周面がほぼ平坦に
形成されたロール（以下、フラット堅ロールと言う）を
用いており、同様にこのフラット堅ロールも従来のＨ形
鋼圧延用の仕上ユニバーサルミルなどで使われるフラッ
ト堅ロールを使用することができる。即ち、前記水平ロ
ール20a,20bと共にこのフラット堅ロール30a,30bを使用
することによって、連続継手型形鋼の継手部の肉厚が根
本で厚く、先端で薄い所謂テーパー肉厚の形状に形成さ
れ、製品形状が継手性能上合理的で無駄な部分の少ない
経済的なものとなり、且つ中間粗圧延材15aのウェブ偏
りや上下フランジ肉厚差を低減できる。

次に、ユニバーサルミルＵで圧延された中間粗圧延材15
aはユニバーサルミルＵと対に配置されたエッジャーミ
ルＥの孔型KAL.3Eによって、そのフランジ端部が整形さ
れ所定のフランジ幅寸法の中間圧延材15bに形成され
る。このエッジャーミルＥの水平ロール21a,21bは従来
のＨ形鋼圧延用のエッジャーミルにおける水平ロールの
形状と同じであり、中間圧延材15bのウェブ面に対して
は積極的な圧下を行わないが、ウェブ両端の拘束とフラ
ンジ先端部の圧下が同時に行われるのでウェブ偏りは生
じない。なお、本例では中間圧延ミルを粗ユニバーサル
ミルＵとエッジャーミルＥとを各々１基づつ配置して一
対とした単純な例を示したが、必要に応じて複数対の圧
延機のグループ編成にしてもよい。

次に、前記粗ユニバーサルミルＵとエッジャーミルＥで
圧延された各種ウェブ厚の上下左右対称な略Ｈ形断面の
中間圧延材15bは、フランジ曲げ成形ミルSKMによってフ
ランジ部を外方へ湾曲・曲げ加工され、中間仕上げ圧延
材16に成形される。このフランジ曲げ成形ミルSKMは通
常スキューミルと呼ばれ、断面がほぼ台形状の斜行ロー
ル40a,40b,41a,41bが上下にかつ圧延方向と直行する方
向に幅調整可能に設けられている。斜行ロール40a〜41b
は上フランジ401と下フランジ402とこの間の湾曲胴部40
3からなり、このロール軸心Ｃは圧延方向の水平面に直
行する面に対して軸角度αをもって傾斜させ、また圧延
方向の水平面に対し傾斜角βを設定している。本発明は
このミルSKMにフランジを噛み込ませてることによっ
て、外側への曲げ成形を極めて円滑に行わせるようにす
る。

続いて、フランジ部を予備成形曲げ加工された中間仕上
げ圧延材16は仕上げ圧延ミルＦによって連続継手型形鋼
の最終製品17に仕上げられる。仕上げ圧延ミルＦの上下
水平ロール23a,23bのロール孔型KAL.1はウェブ部を押圧
する胴部とその両端部にフランジ曲げ仕上げ孔型Ｒで形
成されており、この上下水平ロールの孔型開度をウェブ
の厚みおよびフランジ厚みに合わせて調整し、孔型Ｒ部
で継手部（爪）18を成形する。なお、製品の継手部
（爪）18を形成するフランジ曲げ仕上げ孔型Ｒの上下半
割部の外側形状は同一有効幅Ｗのシリーズ内で共通とし
ている。

このように、本発明の連続継手型形鋼のウェブ厚T_Wのサ
イズ造り分けは主にユニバーサルミルＵ、フランジ曲げ
成形ミルＳおよび仕上げミルＦの各水平ロールの圧下調
整で行い、継手部厚みである爪厚（フランジ厚）T_Fのサ
イズ造り分けは堅ロール30a,30bの圧下調整で行う。

以下、本発明の特徴的な作用である同一有効幅Ｗの製品
シリーズ内での継手部を円滑に形成する方法について詳
細に説明する。

本発明者らは、連続継手型形鋼の製造過程で、中間圧延
材（Ｈ形断面）のフランジを第４図に示すような上下水
平ロールの幅方向端部側に湾曲凹部Ｐを形成し、その端
部にフランジ先端を拘束するストッパー部P₁を設けた孔
型KAL.2で予備曲げ成形することを提案した。

この予備曲げ成形に際し、中間圧延材16のフランジ先端
は噛み込み開始時Ｖ点に接触し、上下ロール間隙が鉛直
方向（↑↓印方向）に縮小するにつれてロールに圧縮を
受けながらP₁点まで湾曲凹部内周をすべりながら曲げ加
工される。湾曲凹部Ｐ内周をすべるとき、フランジ先端
部表面との間に大きな摩擦が生じるため、第５図に示す
ように、先端部表面ｍ部にほぼ５〜15mm幅に亘ってラッ
プ状の擦疵が発生し、ロールにも焼付が起き摩耗が急速
に進行することがある。

特に上記予備曲げ成形ではフランジ先端部におけるロー
ル湾曲面Ｐへの下記式で求められる噛込み角度γが大き
くなる。

ここでd:接触開始点のロール半径 Δh:圧下量 例えば、ｄ＝980mm、Δｈ＝185mmとするとγ＝35.8゜と
なり、これはかなり大きい。このように大きな噛込み角
になると、噛込みトラブルが発生し易く、且つ材料が孔
型内で左右に揺れ動き製品の継手形状が変動しやすい。
このまま仕上げ圧延した場合には継手長さの左右対称性
が不良となり、第６図に示すような非対称の爪形状とな
り、雄継手の嵌合離脱（左側爪）、嵌合付能（右側爪）
となりうる。

本発明はこのようなことの発生を防止するものである。
すなわち第３図に右側半分のみで示すように中間圧延部
材16のフランジ予備曲げ成形は、噛込み開始時スキュー
タイプの成形ミルSKMの湾曲胴部403と上部フランジ401
のコーナー近くＵ点に接触する。斜行ロール40a,40bは
軸角度αの作用により矢印→方向に移動する。フランジ
先端は、スキューロールの回転で移動し、この際ロール
の圧下力が働き曲げる方向に沿った力を受けながらP₁点
に移行する。この際の噛込み角度γは前記したストッパ
ータイプの先行技術より小さくなり、例えば接触開始点
のロール半径φ＝830mm、圧下量Δｈ＝82mmとするとγ
＝25.7゜となる（γは上記式で求めた。）。すなわち、
本発明の方法によれば、中間圧延材16のフランジには前
記フランジの予備曲げ成形でロール湾曲凹部表面との相
対すべりは殆どないので、製品の擦疵やロール焼付が解
消され安定した曲げ加工が可能となって継手開口が一定
となる高精度の継手形状をもつ連続継手型形鋼のシリー
ズ製品を得ることができる。

（発明の効果） 以上のように本発明では同一のロール列で有効幅Ｗ一定
のシリーズ化された連続継手型形鋼を造り分けることが
でき、特に継手部を円滑安定して精度よく成形でき継手
嵌合性の極めてスムースな連続継手型形鋼の製造ができ
る。

本発明の方向および装置列によれば、既存のＨ形鋼ユニ
バーサル圧延装置列にて、同一のロール組で多サイズの
ウェブ厚みT_W・継手部厚みT_Fの雌継手を有する連続継手
型形鋼を、建設プロジェクトに応じた経済的な所望のサ
イズ、同一寸法・形状の雄継手との共通嵌合性を維持し
つつ造り分けることができるので、圧延ロールおよびそ
の付属品の所要数が激減すると共にロール原単位が向上
し、ロール組替回数が減少するので稼働率が向上し組替
要員も少なくてすむ。さらに使用する素材のサイズも集
約できるなど、生産上のメリットは大きい。また、継手
形状を安定した施行性に優れた高品質の連続継手型形鋼
を例え小ロットでも効率良き製造できるので、現状の多
様化している市場のニーズに迅速かつ的確に応えること
ができる。

【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順序を示す正面
略図、 第２図は本発明の１実施例に係わる圧延工程を示す説明
図、 第３図は本発明のフランジ曲げ成形ミル（スキュータイ
プ）におけるフランジ曲げ説明図、 第４図は先行技術におけるフランジ曲げ成形ミルのフラ
ンジ曲げ説明図、 第５図は第４図の方法によって成形したフランジ部状況
を示す図、 第６図は従来の鋼矢板の圧延形状を説明する断面略図、 第７図（ａ）は本発明対象の連続継手型形鋼の形状を示
し、（ｂ），（ｃ）は雄継手の形状を示す図、 第８図（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は本発明に
より製造された上下左右対称連続継手型形鋼を箱型鋼矢
板として形成した使用例を示す説明図、 第９図は従来の孔型圧延方による上下非対称左右対称型
直線型鋼矢板の圧延法を示す説明図、 第10図は従来の孔型圧延法の一部にユニバーサル圧延法
を適用した上下非対称左右対称型直線型鋼矢板の圧延法
を示す説明図、 第11図は従来のユニバーサル圧延法により上下対称左右
非対称型直線鋼矢板の圧延法を示す説明図、 第12図は従来のユニバーサル圧延法による上下非対称左
右対称型直線型鋼矢板の圧延法を示す説明図。 BD:ブレークダウンミル U:ユニバーサルミル E:エッジャーミル SKM:スキュー型フランジ曲げ成形ミル F:仕上げミル、15:中間ミル 16:中間仕上げ圧延材、17:最終製品 20a,20b:ユニバーサルミルＵの水平ロール 30a,30b:ユニバーサルミルＵの堅ロール 21a,21b:エッジャーミルＥの水平ロール 40a,40b,41a,41b:フランジ曲げ成形ミルSKMの斜行ロー
ル 23a,23b:仕上げミルＦの水平ロール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブレークダウンミルを配した粗圧延工程
   と、ユニバーサルミルおよびエッジャーミルを配した中
   間圧延工程と、フランジ曲げ成型ミルを配した中間仕上
   工程と、仕上ミルを配した仕上圧延工程とを含む連続継
   手型形鋼の圧延方法において、鋳片素材をドッグボーン
   状に粗造形し、この粗造形材を前記ユニバーサルミルと
   エッジャーミルで圧延し、ウェブ部の内幅を一定とし、
   かつウェブとフランジを所定厚さにした断面Ｈ形の中間
   圧延材を成形し、続いてロール軸芯が圧延方向の水平面
   に直行する面に対して所定の軸角度を有する斜行ロール
   を上下一対にかつ圧延方向と直交する方向に幅調整可能
   に設けたフランジ曲げ成型ミルで前記中間圧延材のフラ
   ンジを外方に湾曲せしめた後、仕上ミルで上下水平ロー
   ルの間隔を調整してウェブ部を所定の厚さに整形すると
   共にフランジ部を所定継手部形状にし、かつ継手開口幅
   がほぼ一定になるように仕上げることを特徴とする連続
   継手型形鋼の圧延成形法。