JPH0824981A - 山形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 肌荒れの発生がない山形鋼を，低コストで製
造することができ，かつ複数のサイズの山形鋼を容易に
製造することができ，更に不等辺の山形鋼の製造にも適
用できる，山形鋼の製造方法を提供すること。 【構成】 両辺部が互いに当接する外側に頂角部を有す
る山形鋼を製造する方法であって，上記圧延加工によ
り，上記頂角部４１を有すると共に両辺部に波状曲部を
有する中間材，例えばＷ形状のＷ形中間材４に加工する
中間工程と，上記一辺部と他辺部とが互いに所定の角度
を形成するように，成形加工する成形工程とよりなる。
上記Ｗ形中間材４は，上記頂角部の頂点よりも低い位置
において，両側へ水平状に延設された翼部４０２，４０
３を有することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，孔型圧延加工と成形加
工を組み合わせて，圧延素材から山形鋼を製造する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来技術】山形鋼は，建築物等における構造材料とし
て多用されている。この山形鋼を製造するにあたって
は，圧延ロールを用いて圧延成形されているのが通例で
ある。即ち，所定の孔型を形成した複数組の圧延ロール
を用いて，粗圧延を行い，その後所定形状の山形鋼に製
造している。この方法は，図１０に示すごとく，ビレッ
ト等の圧延素材９を用い，これを図１１〜図１４に符号
９１〜９４で示す断面形状に，順次，一対の圧延ロール
９５１〜９５４を用いて熱間で圧延加工し，最終的に，
図１５に示すごとく所望形状の山形鋼９０を得るもので
ある。

【０００３】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来法に
は，次の問題がある。即ち，上記従来法で得られた山形
鋼９０は，図１５に示すごとく，両辺部９０２，９０３
の頂角近傍部９０１及びコバ近傍部９０５に，その内
面，外面に肌荒れ９９が発生している。この肌荒れ９９
は，山形鋼９０の長手方向に線状に形成されている。

【０００４】肌荒れ９９の発生原因は，上記図１１〜図
１４に示すごとく，多数の圧延ロールで，順次山形鋼に
成形していく過程において，各工程における圧延ロール
の周速が，上記山形鋼９０の頂角近傍部９０１とコバ近
傍部９０５と両者の中間部９０７との間において，大き
く異なることによる。

【０００５】即ち，上記について図１４により詳説する
と，材料が正しく圧延される場合，圧延された材料９４
０の入・出口の平均速度Ｖ_M は，一般的に，材料の重心
Ｇを通る平均ロール半径Ｒ_m 表面の周速度に等しいとし
て，実用上ほぼ問題ないとされている。そのため，例え
ば上ロールの孔型底ロール半径Ｒ₁ 上の周速度はＲ₁ ／
Ｒ_m 倍となり，平均速度Ｖ_M に比べ遅くなる。逆に下ロ
ールの孔型突ロール半径Ｒ₂ 上の周速度はＲ₂ ／Ｒ_m 倍
となり，平均速度Ｖ_M に比べ大きくなる。

【０００６】つまり，平均ロール径Ｒ_m に近いほど山形
鋼との間にすべりが生じにくく，平均ロール径Ｒ_m から
離れるほど山形鋼との間にすべりが生じ易いことにな
る。したがって，ロール孔型により起因する孔型表面の
周速差に対し，一定速度で圧延される山形鋼との間で材
料部位によっては，速度差が生ずる。

【０００７】そのため，図１５に示すごとく，山形鋼の
中間部９０７周辺では圧延速度とロール周速がほぼ一致
するため，すべりが生じにくく，頂角近傍部９０１やコ
バ近傍部９０５の周辺では圧延速度とロール周速との間
の差が大きいため，すべりが生じ易い。その結果，すべ
りによる表面疵が発生し，肌荒れとなる。

【０００８】また，一辺の長さが長い大形の山形鋼を成
形する場合には，図１１〜図１４に示すカリバー深さＫ
９１〜Ｋ９４が大きくなるため，孔型ロールの半径をそ
の分大きくする必要がある。このため，必要な圧延荷
重，圧延トルクの増大により，ミルモータも大型とな
る。そのため，大型設備を必要とし，コスト高となる。

【０００９】また，一辺の長さが異なる種々のサイズの
山形鋼を製造する場合，その各サイズ専用の孔型ロール
を必要とする。そのため，サイズ毎の複数組のロールを
備えておく必要があり，大きなコスト高となる。さら
に，サイズ毎にロール組み替え作業を行うため，生産能
率が低い。

【００１０】本発明は，上記従来の問題点に鑑み，肌荒
れの発生がない山形鋼を，低コストで製造することがで
き，かつ複数のサイズの山形鋼を容易に製造することが
でき，更に不等辺の山形鋼の製造にも適用できる，山形
鋼の製造方法を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題の解決手段】本発明は，一辺部と他辺部の２つの
辺部からなると共に，両辺部が互いに当接する外側に頂
角部を有する山形鋼を製造する方法であって，圧延素材
を上記山形鋼の頂角部と同じ頂角部を有する中間材に圧
延加工する中間工程と，上記中間材を，上記一辺部と他
辺部とが互いに上記頂角部の角度と同じ角度を形成する
山形鋼に，成形加工する成形工程とよりなり，かつ上記
中間材は，上記一辺部と他辺部の両辺部に波状曲部を有
することを特徴とする山形鋼の製造方法にある。

【００１２】本発明において最も注目すべき点は，圧延
素材を上記頂角部を有する中間材に加工する中間工程
と，上記中間材を成形加工する成形工程とよりなり，か
つ上記中間材は，その両辺部に波状曲部を有することに
ある。上記の波状曲部とは，山形鋼の頂角部の２等分線
に対し，直角に交わる方向に複数の屈曲点を有するもの
をいう。

【００１３】まず，上記中間工程においては，圧延素材
を圧延加工することにより，頂角部を有し，その両辺部
が波状曲部を有する中間材に加工する。この中間材は，
得ようとする山形鋼の頂角部と略同形状の頂角部を有し
ている。例えば，山形鋼の頂角部が，直角（９０度）又
は１２０度であれば，中間材の頂角部も同様に略直角又
は略１２０度である。

【００１４】また，上記中間材は，上記頂角部を中心と
し，両辺に各１つの波状曲部を形成した，断面がＷ形状
の形状を有することが好ましい。即ち，このＷ形状の場
合，上記頂角部の両側には，頂角部の突出方向と逆の方
向に突出する突出部を有する。この場合には，中間材が
Ｗ形状を有しているので，後述のごとき利点が得られ
る。

【００１５】また，上記中間材の端部においては，一方
または両側へ延設された翼部を有する。上記翼部は，上
記頂角部の頂点よりも低く，その両側の突出部よりも高
い位置において延設されていることが好ましい。この場
合には，周速差がより小さくなるという利点が得られ
る。

【００１６】また，上記中間材は，２つの辺部における
端部の一端あるいは両端が水平状に伸びた翼部を有する
ことが好ましい。これにより，翼部の表裏両面におい
て，表裏両面の肌荒れを防止できる。

【００１７】また，上記水平状の翼部は，圧延ロールの
中立線上に形成されることが好ましい。この中立線上に
おいては，圧延素材と対向するロールとの摩擦力がほと
んど等しいために，圧延素材はその長手方向に真っすぐ
に，圧延される。また，中立線は圧延条件としての圧延
素材の重心を通るロール軸芯と平行な線という認識があ
る。このため，中立線上の圧延素材の部分的な断面積の
増減が圧延中の材料のそりなど，操業に大きな影響を与
えない。

【００１８】即ち，上記翼部を中立線上に設けることに
より，翼部の長さの長短にかかわらず，圧延条件を大き
く変更することなく，かつ真っすぐに圧延できるという
利点を発揮する。

【００１９】また，上記中間材は，頂角部の両側の一辺
部および他辺部の端部の一端あるいは両端が互いに水平
状に伸びた翼部を有し，かつ得ようとする山形鋼の厚み
を有する上記Ｗ形状の中間材に圧延加工した後，上記成
形加工を行うことが好ましい。これにより，上記成形加
工を容易に行うことができると共に，寸法精度の向上を
図ることができる。また，上記成形工程においては，上
記中間材の一辺部および両辺部とが互いに上記頂角部の
角度と同じ角度を形成するように成形する。これによ
り，山形鋼が得られる。

【００２０】また，上記圧延素材は，塑性変形可能な金
属，例えばステンレス鋼，耐熱鋼，構造用鋼，普通鋼，
アルミニウム，チタンなどの金属材料を用いる。特にス
テンレス鋼，耐熱鋼，チタン合金の場合は変形能が低い
ので，本発明の効果が一層発揮される。本発明において
得られる山形鋼としては，一辺部と他辺部とが直角状に
当接しているものがある。

【００２１】また，上記山形鋼は，一辺部と他辺部と
が，前記のごとく１２０度等の鈍角状に当接しているも
のがある。また，本発明の製造方法は，等辺山形鋼，不
等辺山形鋼のいずれの製造にも適用できる。さらに，厚
みの異なる等辺，不等厚山形鋼や不等辺不等厚山形鋼の
いずれの製造にも適用できる。

【００２２】また，圧延加工及び成形加工では，いずれ
も熱間，温間，冷間のいずれの温度においても行なうこ
とができる。なお，上記圧延工程は，８００〜１２００
℃の熱間圧延で行うことが好ましい。これにより波状曲
部を有する中間材までの成形を，容易かつ迅速に，生産
性良く行うことができる。また，上記成形加工は常温〜
６００℃の冷間加工で行なうことが好ましい。これによ
り，最終形状における表面肌を良好にすることができ
る。さらに成形加工は，ロール成形のみならずプレス成
形によっても行うことができるものである。

【００２３】

【作用および効果】本発明においては，圧延素材を上記
中間工程，成形工程の順に成形し，山形鋼を製造する。
まず，上記中間工程においては，圧延素材を圧延加工す
ることにより，上記頂角部を有すると共に一辺又は両辺
部が上記波状曲部を有する中間材に成形する。このと
き，上記中間材成形用の圧延ロールのカリバー深さは，
従来例におけるカリバー深さに比例して，辺部を波状の
浅いものとすることができる（図４参照）。

【００２４】そのため，頂角部と両辺部とを成形する圧
延ロールの周速差は，従来例の同一ロール径で比較する
と非常に少ない。それ故，一辺の長さが長い形状の大形
の山形鋼の場合でも，肌荒れの発生がほとんどない。

【００２５】また，中間材においては，その辺部に上記
波状曲部の屈曲点が形成されている。例えば，上記Ｗ形
状の中間材（以下，Ｗ形中間材という）においては，材
料の屈曲点が上記頂角部とその両側の突出部との３か所
にあるため，圧延中における幅方向の拘束力が従来例に
比べて強い。そのため，圧延中の材料のズレ等が少なく
安定した圧延ができる。それ故，辺長さ，厚み等の寸法
精度が従来より向上する。

【００２６】また，上記３ヶ所の屈曲点によって，圧延
ロールによる圧延中の幅方向の拘束力が強い。そのた
め，上記Ｗ形中間材の翼部の左右の長さに差をつけた場
合（即ち不等辺山形鋼）においても，安定した圧延がで
きる。そのため，上記翼部の左右の長さを調整すること
により，容易に不等辺山形鋼を製造することができる。

【００２７】従って，上記中間材においては，上記翼部
の長さ（山形鋼の辺の長さ）が異なる種々の場合にも，
１種類の孔型の圧延ロールを使用して，自由に辺長さの
異なる中間材を成形することができる。即ち，１種類の
孔型圧延ロールにより，複数のサイズの等辺山形鋼，不
等辺山形鋼のいずれも製造することができる。これによ
り，圧延時のロール本数の減少およびロール交換回数の
減少を図ることができ，製造コストを大幅に低減させる
ことができる。

【００２８】また，上記カリバー深さが減少する分だ
け，圧延ロール径を小さくすることができ，圧延荷重，
圧延トルクも小さくすることができる。そのため，圧延
ロール駆動用ミルモーターも小さくすることができる。
それ故，従来例に比較して，小形設備で山形鋼を製造す
ることができる。

【００２９】従って，本発明によれば，肌荒れの発生が
ない山形鋼を，低コストで製造することができ，かつ複
数のサイズの山形鋼を容易に製造することができ，更に
不等辺の山形鋼の製造にも適用できる，山形鋼の製造方
法を提供することができる。

【００３０】

【実施例】

実施例１ 本発明の実施例にかかる山形鋼の製造方法につき，図１
〜図７を用いて説明する。本例において製造しようとす
る山形鋼は，図７に示すごとく，一辺部１０２及び他辺
部１０３の２つの辺部からなると共に，両辺部が互いに
当接する直角状の頂角部１０１を有する山形鋼１０であ
る。

【００３１】上記山形鋼１０を製造するに当たっては，
図１〜図５に示すごとく，圧延素材１をＷ形中間材４に
圧延加工する中間工程と，Ｗ形中間材４（図５）を，図
６に示すような，平山状中間材５に圧延加工する最終中
間工程と，平山状中間材５を，図７に示すような，直角
状の山形鋼１０に冷間成形加工する冷間成形工程とより
なる。以下これを説明する。

【００３２】まず，中間工程においては，図１〜図５に
示すごとく，ステンレス鋼を用いたビレット状の圧延素
材１から，第１中間体２，第２中間体３を経て，図５に
示すごとく，頂角部４１を有するＷ形中間材４を，それ
ぞれ熱間圧延加工により成形する。これらの熱間圧延加
工は，後述のように，一対のロールを用いて行う。ま
た，このＷ形中間材４は，図７に示す山形鋼１０の頂角
部１０１と略同形状の頂角部４１を有している。即ち，
上記Ｗ形中間材４の頂角部４１は略直角である。

【００３３】また，上記Ｗ形中間材４は，図５に示すご
とく，上記頂角部４１を中心としたＷ形状の形状を有す
る。即ち，上記頂角部４１の両側には，頂角部４１の突
出方向と逆の方向に突出する突出部４２，４３を有す
る。また，上記Ｗ形中間材４の両側部においては，両側
へ延設された翼部４０２，４０３を有する。上記翼部４
０２，４０３は，上記頂角部４１の頂点よりも低く，そ
の両側の突出部４２，４３よりも高い前記中立線４９上
において，水平状に延設される。

【００３４】また，上記熱間圧延加工に当たっては，例
えば，上記Ｗ形中間材４に加工する場合は，図４に示す
ごとく，上ロール８１及び下ロール８２の一対の圧延ロ
ールを用いる。上記上ロール８１は，その断面形状がＷ
形中間材４の上面の形状を呈しており，上記下ロール８
２は，その断面形状がＷ形中間材４の下面の形状を呈し
ている。そして，上記一対のロールを用いて，上記第２
中間材を圧延加工することによりＷ形中間材４を得る。

【００３５】上記第１中間材２及び第２中間材３も，同
様に熱間圧延加工により得られる。即ち，第１中間材２
は，その上下面の形状を呈した一対の圧延ロールで，ビ
レット状の上記圧延素材１を圧延加工することにより得
られる。また，第２中間材３は，その上下面の形状を呈
した一対の圧延ロールで，第１中間材２を圧延加工する
ことにより得られる。

【００３６】次に，最終中間工程においては，上記Ｗ形
中間材４を冷間圧延加工により，図６に示すような，平
山状中間材５に成形する。この平山状中間材５は，図６
に示すように，図７に示す山形鋼１０の頂角部１０１と
略同形状の頂角部５１を有している。即ち，上記平山状
中間材５の頂角部５１は略直角である。また，その頂角
部５１の両側の一辺部５２と他辺部５３が互いに水平方
向に伸びている。そして，上記頂角部５１，一辺部５２
及び他辺部５３は，得ようとする山形鋼１０の上記頂角
部１０１，一辺部１０２及び他辺部１０３と同じ厚みを
有している。

【００３７】次に，上記成形工程においては，上記平山
状中間材５の一辺部５２及び他辺部５３とが互いに上記
頂角部５１の角度と同じ直角を形成するように，冷間に
おいて，ロールによる曲げ加工を施す。これにより，所
望する，直角状の山形鋼１０が得られる。

【００３８】次に，本例の作用効果につき説明する。即
ち，本例においては，熱間圧延加工を施す中間工程にお
いて，圧延素材１からＷ形中間材４を得るまでの加工を
すべてＷ形の形状で加工している。そして，特に図２〜
４及び図６に示すごとく，中間工程で使用する圧延ロー
ルのカリバー深さＫ２〜Ｋ５は，従来例に比較して非常
に浅くできる。そのため，圧延ロールにおける周速差
は，従来例に比較して非常に少ない。従って，肌荒れの
発生が殆どなく，ロール摩耗が少ないため，ロール寿命
を延ばすことができる。

【００３９】また，上記中間工程においては，加工され
る材料の屈曲点が上記頂角部４１とその両側の突出部４
２，４３との３か所にあるため，圧延中の材料のズレ等
が少なく安定した圧延ができる。これにより，辺長さ，
厚み等の寸法精度が従来より向上したＷ形中間材４が得
られる。また，最終中間工程においては，寸法精度の良
い上記Ｗ形中間材４を冷間圧延加工するため，さらに寸
法精度の良い平山状中間材５を得ることができる。その
ため，最終的に得られた山形鋼１０の寸法精度も向上す
る。

【００４０】また，上記中間工程においては，上記Ｗ形
中間材４の翼部４０２，４０３の長さを変化させても安
定した圧延ができる。従って，１種類の孔型の圧延ロー
ルを使用して，複数のサイズの山形鋼を製造することが
できる。また，上記カリバー深さＫ２〜５が減少する分
だけ，圧延ロール径を小さくすることができ，圧延荷
重，圧延トルクも小さくすることができる。そのため，
圧延ロール駆動用ミルモーターも小さくすることができ
る。そして，製造設備の小形化を図ることができる。

【００４１】従って，本例によれば，肌荒れの発生がな
い山形鋼を，低コストで製造することができ，かつ複数
のサイズの山形鋼を容易に製造することができる。ま
た，本例においては，上記平山状中間材５（図６）への
成形を圧延加工により行なう例を示したが，この平山状
中間材５への成形は圧延加工でなく，成形加工により行
なうこともできる。

【００４２】実施例２ 本例においては，実施例１に示した方法で製造した山形
鋼の，寸法精度の評価結果を示す。評価した山形綱は，
一辺部及び他辺部の長さが１００ｍｍ，厚みが１０ｍｍ
である，直角状の等辺山形鋼である。

【００４３】評価方法としては，実施例１の製造方法に
より得られた山形鋼２００本を３ロット，辺長さ，辺差
および板厚について，統計的手法による工程能力指数を
用いた。ここで，辺差とは，一辺部の辺長さと他辺部の
辺長さの差をいう。

【００４４】また，工程能力指数Ｃｐは，標準偏差σ，
寸法公差の上限値Ｓｕおよび下限値Ｓｌを用いて以下の
ように表される。 Ｃｐ＝（Ｓｕ−Ｓｌ）／６σ 工程能力指数Ｃｐは，その値が１．３３以上の場合に
は，規格に対する工程能力は十分であるとし，上記Ｃｐ
が１．０〜１．３２の場合には，まずまずの工程能力が
あるとし，上記Ｃｐが１．０未満の場合には，工程能力
不足とするものである。

【００４５】本例における山形鋼の上記工程能力指数Ｃ
ｐの評価結果を表１に示す。また，比較例として，前記
従来の製造方法を用いて製造した同じサイズの山形鋼２
００本を４ロットについて，上記工程能力指数Ｃｐを測
定した。その評価結果も表１に示す。

【００４６】表１より知られるごとく，辺長さ及び板厚
においては，本発明の実施例は従来例に比べて工程能力
が向上し，しかも十分な工程能力が認められた。また，
辺差においては，若干工程能力が低いものの，従来例に
比べると，格段の向上が見られた。従って，本例におい
ては，従来例に比べ，格段の寸法精度の向上が確認され
た。

【００４７】

【表１】

【００４８】実施例３ また，上例においては，中間材の波状曲部として，長手
方向に直交する方向の断面がＷ形状のＷ形状中間材を形
成する例を示したが，中間材の波状曲部としては，Ｗ形
状の他に，例えば図８，図９に示す形状のものがある。

【００４９】図８に示す中間材６１は，頂角部６１０の
突出方向と逆の方向に突出する突出部６１２，６１３を
有し，一方の辺部の先端部には水平翼部６１５を有す
る。また他方の辺部の先端部は上昇部６１６を有し，水
平翼部は有しない。

【００５０】図９に示す中間材６２は，頂部６２０の突
出方向と逆の方向に突出する突出部６２２，６２４を有
する。更に一方の辺部には，上方に突出する上方突出部
６２３と水平翼部６２５とを有する。他方の辺部の先端
部は，短い水平翼部６２６を有する。

【００５１】本例のいずれの中間材６１，６２において
も，実施例１と同様の効果を得ることができる。すなわ
ち，水平翼部の有無に影響されることなく，不等辺山形
鋼の製造が容易にできる。しかも，波状曲部の屈曲点の
数を圧延素材の塑性変形範囲内において増やすこともで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における，圧延素材の正面図。

【図２】実施例１における，第１中間材の正面図。

【図３】実施例１における，第２中間材の正面図。

【図４】実施例１における，Ｗ形中間材成形時の圧延成
形ロール装置の正面図。

【図５】実施例１における，Ｗ形中間材の正面図。

【図６】実施例１における，平山状中間材の正面図。

【図７】実施例１における，等辺山形鋼の正面図。

【図８】実施例３における中間材の正面部。

【図９】実施例３における他の中間材の正面部。

【図１０】従来例における，圧延素材の正面図。

【図１１】従来例における，製造過程の説明図。

【図１２】従来例における，製造過程の説明図。

【図１３】従来例における，製造過程の説明図。

【図１４】従来例における，製造過程の説明図。

【図１５】従来例の山形鋼の問題点を示す説明図。

【符号の説明】

１．．．圧延素材， １０．．．山形鋼， ４．．．Ｗ形中間材， ４１，５１，１０１．．．頂角部， ４０２，４０３．．．翼部， ５．．．平山状中間材， ５２，１０２．．．一辺部， ５３，１０３．．．他辺部， ８１，８２．．．圧延ロール，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中井 泰司 愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地 愛知製 鋼株式会社内 (72)発明者 中越 和人 愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地 愛知製 鋼株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一辺部と他辺部の２つの辺部からなると
   共に，両辺部が互いに当接する外側に頂角部を有する山
   形鋼を製造する方法であって，圧延素材を上記山形鋼の
   頂角部と同じ頂角部を有する中間材に圧延加工する中間
   工程と，上記中間材を，上記一辺部と他辺部とが互いに
   上記頂角部の角度と同じ角度を形成する山形鋼に，成形
   加工する成形工程とよりなり，かつ上記中間材は，上記
   一辺部と他辺部の両辺部に波状曲部を有することを特徴
   とする山形鋼の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記中間材は２つの
   辺部における端部の一端あるいは両端が水平状に延びた
   翼部を有することを特徴とする山形鋼の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において，上記中間材
   は，その断面がＷ形状であることを特徴とする山形鋼の
   製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項において，
   上記中間材は頂角部の両側の一辺部及び他辺部の端部の
   一端あるいは両端が水平状に延びた翼部を有しており，
   かつ得ようとする山形鋼の厚みを有するＷ形状の中間材
   に圧延加工した後に，上記成形加工を行なうことを特徴
   とする山形鋼の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項において，
   上記山形鋼は，一辺部と他辺部が異なる長さの不等辺山
   形鋼であることを特徴とする山形鋼の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項において，
   上記中間材の翼部は，圧延ロールにおける中立線上に形
   成されていることを特徴とする山形鋼の製造方法。