JPH089041B2

JPH089041B2 - 平行フランジ形鋼のウエブ高さ縮小圧延方法

Info

Publication number: JPH089041B2
Application number: JP19032090A
Authority: JP
Inventors: 芳昭草場; 千博林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH0475701A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、建築、土木の分野で用いられるＨ形鋼や溝
形鋼、特に角管の素材となる大型溝形鋼等の平行フラン
ジ部を備えた形鋼の圧延方法に関するものである。

（従来の技術）Ｈ形鋼や平行フランジ溝形鋼などの平行フランジ部を
備えた形鋼（以下、「平行フランジ形鋼」と総称す
る」）は、従来、ほとんどが圧延法によって製造されて
いる。

これらの平行フランジ形鋼の各部の名称は、第１図
（ａ）および（ｂ）にその代表例であるＨ形鋼および平
行フランジ溝形鋼を例にとって説明する。図示のよう
に、互いに平行なフランジ部10、10はその間を結合部12
によって接続され一体化している。第１図（ａ）のＨ形
鋼の場合は結合部12はフランジ部10の中心に、第１図
（ｂ）の溝形鋼の場合はフランジ部10の一端にくる。こ
の結合部12はＨ形鋼およびフランジ溝形鋼のときはウエ
ブ（web）14とも称する。しかし、本明細書にあっては
平行フランジ形鋼一般についてこの結合部をウエブと云
うものとする。各フランジ部10の長さをフランジ幅（fl
angelength、Ｂ）といい、平行フランジ部の距離をウエ
ブ高さ（web height、Ｈ）、そして図中のようにフラン
ジ内法（Ｓ）、ウエブ内幅（Ｌ）を定義する。JIS規格
によれば、Ｈ形鋼の場合、ウエブ高さ（Ｈ）が25〜100m
m間隔で100〜900mmの範囲で約33種のサイズが規定され
ている。

しかしながら、例えば、Ｈ形鋼の場合、従来の圧延法
には次のような問題があった。

すなわち、従来のＨ形鋼の圧延法は、溝形鋼の場合も
同様であるが、第２図に示すように、ブレークダウンミ
ル20による粗圧延、ユニバーサル粗ミル22と2Hiのエッ
ジャーミル24から成るユニバーサル粗ミル群26による中
間圧延、そしてユニバーサル仕上げミル28による仕上げ
圧延により行われてきた。

粗圧延では加熱された鋼塊、連続鋳造鋳片等の圧延素
材を２重可逆式粗圧延機であるブレークダウンミル20の
2Hiの孔型により圧延成形しビームブランクを造形し、
造形素材とする。

次いで行う中間圧延ではまずユニバーサル粗ミル22と
２重式のエッジャーミル24からなるミル群26において前
記造形素材の圧延を行い、中間圧延Ｈ形鋼とする。すな
わち、まず第３図の略式側面図に示すようにユニバーサ
ル粗ミル22でその水平ロール30により中間圧延Ｈ形鋼31
のウエブ厚さを減じるとともに、この水平ロール30の側
面と竪ロール32によりフランジ厚さを減じ、複数パスで
前述の造形素材の中間圧延Ｈ形鋼への延伸圧延を行う。
そしてこの中間圧延の段階での各パスにおいて中間圧延
Ｈ形鋼31のフランジ先端をエッジャーミル24の孔型ロー
ル42で圧下し、フランジ幅（Ｌ）を所定の値とする。こ
のきの様子を第４図に略式断面図で示す。

仕上げ圧延では、第５図に示すように、ユニバーサル
仕上げミル28の水平ロール52と竪ロール54とにより１パ
スあるいは複数パスでユニバーサル粗ミル22の場合と同
様にウエブ56およびフランジ58の厚さをそれぞれ減じ、
かつフランジ外面を平坦にし、さらにフランジ58とウエ
ブ56との角度を直角とするのである。

このように、従来の圧延方法にあっては、仕上げ圧延
にあっても中間圧延のユニバーサル粗ミルと同様にフラ
ンジ58の内面を水平ロール52の側面で、フランジ58の外
面を竪ロール54でそれぞれ圧下するのである。もちろ
ん、水平ロール52によるウエブ圧下も同様に行われる。
したがって、圧延されるＨ形鋼のウエブ内幅（Ｌ）は、
ユニバーサル仕上げミルの水平ロール52の幅で決定され
る。

したがって、このことから、従来のＨ形鋼の圧延方法
にあっては次のような問題が生じる。

（１）第６図には、フランジ幅（Ｂ）が同一であるＨ形
鋼の１つのシリーズ（例えば600×200）における断面形
状の変化を説明する。現在の規格では同一シリーズでは
ウエブ内幅（Ｌ）が一定であるが、各サイズにおいてウ
エブ高さの外寸法（第６図のH₀、H₁、H₂）がそれぞれ異
なった値となるためフランジ厚さ（tf₀、tf₁、tf₂）が
それぞれ異なることになる。すなわち、tf₀＜tf₁＜t
f₂、H₀＜H₁＜H₂となる。

このような関係は同じく第７図に示す溝形鋼であって
も同様である。

（２）ウエブ内幅（Ｌ）のサイズが異なった形鋼を圧延
する場合は、当然にユニバーサル仕上げミルの水平ロー
ルを交換しなければならない。例えばJIS規格では33シ
リーズ、ASTM規格では14シリーズのＨ形鋼があり、これ
らすべてのＨ形鋼を製造する場合、47種類の水平ロール
を少なくとも２組以上保有する必要がある。これに要す
るロール費用は現在の規格でも数億円にも達し、これを
常時保有するためには圧延用の建屋に匹敵する広くスペ
ースを必要とするためロールショップ棟にも大きな投資
を必要とする。

一方、ユーザにとっては、同一シリーズにおいて外法
寸法が異なることは、施工上、工数が大幅に増大する。
それ故、Ｈ形鋼に対して外法一定の要求は、従来より強
かったが、上述のような理由により実現が困難であっ
た。

そこで、特開昭61−262404号などで公知であるように
ユニバーサルミルを構成する水平ロールを分割し、ウエ
ブ高さを拡大あるいは、縮小することにより、Ｈ形鋼の
ウエブ高さをオンラインで変更する技術が開発されてい
る。特にウエブ縮小圧延においてウエブ高さの大幅な圧
下を行うと、第８図（ａ）およびそのＡ−Ａ断面である
第８図（ｂ）に示されているように、まず竪ロール60の
圧下によりウエブ62が座屈し、ウエブ中央において大き
な“変形”を生じる。次いで水平ロール64でウエブ62が
圧下され、ウエブの形状修正を行い平坦とする。しか
し、この分割された水平ロールの中央間隙部の幅がある
値より大きいと、水平ロール入側で座屈を生じている変
形ウエブを平坦とすることが困難となる。第８図（ｂ）
に示されるように、水平分割ロール空隙部において座屈
によって生じた“変形”が残存する。

（発明が解決しようとする課題）このようにウエブ中央に変形が残存すると、これは製
品の寸法公差外れとなり、歩留を大幅に低下させるのみ
ならず、製造不可になる可能性も大きい。

一方、従来にあってもこの欠点を改善するため、ユニ
バーサル仕上げミルによるウエブ高さ縮小圧延に際し
て、ウエブ高さを縮小するとともにフランジ厚を強圧下
し、フランジ部のみを圧延方向に延伸させることによ
り、ウエブを圧延直角方向に引張ってウエブ中央の変形
の残存を改善する方法が行われている。

しかし、フランジ部を圧延の最終圧延工程で強圧下す
ることは、フランジの大幅な幅拡がりを招く。一般に
は、熱間圧延でフランジ幅を制御するエッジャーミル
は、ユニバーサル仕上げミル以降には設置されないた
め、製品のフランジ幅のコントロールがきわめて困難と
なる。さらに上下対称でフランジ幅拡がりを発生させる
ことは困難であり、ウエブの中心偏りも大幅に悪化する
可能性がある。Ｈ形鋼の場合、外法寸法を一定とする製
品の特徴は、溶接によるＨ形鋼と同様寸法精度が従来の
圧延によるＨ形鋼より大幅に良いことであり、この点か
らも上記の圧延法は、本来の製品必要特性を満足し難い
圧延法である。

ここに、本発明の目的は、ウエブの高さ縮小工程にお
いてフランジを圧下しないかまたは軽圧下することによ
り、フランジ幅の幅拡がりの発生を押さえ、高寸法精度
を維持しながら、ウエブ中央に変形を残存させないため
の圧延方法を提供することである。

（課題を解決するための手段）ところで、例えばブレークダウン圧延、粗ユニバーサ
ルミル圧延、エッジャー圧延、そしてユニバーサル仕上
げ圧延を経て行うＨ形鋼の圧延方法において、ユニバー
サル仕上げミルでＨ形鋼のウエブ高さを縮小する場合、
その縮小量が10mm以上となるとウエブの座屈は避け難
い。

つまり、ユニバーサル仕上げミルの水平ロールは、圧
延材が竪ロールに接した時点において、圧延材のウエブ
には接しない。そのため竪ロールによる圧下が増大して
もウエブには座屈を防止する水平ロールによる支持がな
いため、ウエブは容易に座屈し、ウエブ中央に大きな変
形を生じる。このときの変形量は、ウエブ縮小量に比例
して大きくなる。これを中央に間隙を持つ水平ロールで
圧下し、平坦とする必要がある。

本発明者らは、これらの量的関係に着目して、アルミ
材を用いた実験により種々検討を重ねたところ、次のよ
うな知見を得た。

（１）ウエブ中央における変形量と水平分割ロールの間
隙部の幅を調整することによって、ウエブに残存する変
形量を公差内に入れることが可能である。

（２）上記ウエブ中央の変形に対して、間隙部の幅が小
さければ、圧下が完了する圧延ミルの出側において、残
存する変形量は、きわめて小さいものとすることが可能
であり、この場合、従来のようなフランジ厚の強圧下は
必要としない。

（３）このときの臨界的圧延条件は、第12図に示すよう
に、幅可変水平ロールの中央部の間隙Ｗ、圧延材のウエ
ブ高さH₀、ウエブ縮小量ΔＨとすると下記式（１）、好
ましくはさらに式（２）と（３）で表すことができる。

よって、本発明の要旨とするところは、外法基準の平
行フランジ形鋼のウエブ高さをユニバーサルミルによっ
て縮小圧延する際に、該ユニバーサルミルを構成する水
平ロールを幅可変の２分割ロールとし、この幅可変水平
ロールの中央部の間隙Ｗ、圧延材のウエブ高さH₀、ウエ
ブ縮小量ΔＨの関係を上記式（１）、好ましくはさらに
（２）と（３）の条件を満足するように設定して圧延す
ることを特徴とする外法基準の平行フランジ形鋼のウエ
ブ高さ縮小圧延方法である。

本発明は一般に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、そしてユニバーサル仕上げ圧
延を経て行うＨ形鋼の圧延方法における仕上げユニバー
サルミルの圧延に適用されるが、特にそれにのみ制限さ
れるものではなく、ユニバーサルミルによりウエブ厚の
圧下を実質上伴うことなく、あるいは強圧下することな
くウエブ高さの縮小を行う必要のある場合にはいずれも
適用されるのである。

（作用）次に、本発明において規定する圧延条件について、実
験結果に基づいてより具体的にその限定理由を説明す
る。

ウエブ厚9mmのアルミ材によるＨ形鋼を用いて実験
し、ウエブ高さの縮小量：ΔＨ、水平ロールの間隙部
幅:W、ウエブ残存変形量:dの関係を調べた。

結果は第９図にグラフにまとめて示す。

ウエブ変形の公差をウエブ厚の５％とし、それを超え
ない条件は、第９図の結果より次式で表わせる。

H₀：圧延材入側ウエブ高さまた、ウエブ高さが大きくなると、ウエブ高さ（H₀）
と水平分割ロールの分割空隙部の幅（Ｗ）およびウエブ
高さ減少量（ΔＨ）との比自体も問題となる。そのため
さらに以下の条件をも満足することが好ましい。

この場合、基本的にはフランジ厚の圧下を行わない。
つまりウエブ部、フランジ部ともロールと圧延材が接す
る程度とするのが好ましい。なお、フィレット部につい
ては、フランジ側より圧下が開始され、次いでウエブ側
も圧下が行われる。

このとき、ウエブの圧下量をゼロとし、フランジ厚の
圧下量を０％、５％、10％、15％とした場合の、フラン
ジ幅の拡がり量を調べると第10図のようになった。但
し、入側フランジ幅は、200mmであった。

第10図に示すグラフからも明らかなように、フランジ
厚の圧下量が５％以上になると、フランジの幅拡がり量
が2mm以上となる。外法一定Ｈ形鋼のウエブ中心偏り公
差は、2mm以下であるので、ユニバーサル仕上げミルに
おいてウエブ高さを縮小する場合、フランジ厚の圧下率
は、以下のように５％以下とすることが望ましい。

tf₀：入側フランジ厚、tf₁：出側フランジ厚したがって、本発明の好適態様によれば、ウエブ厚の
圧下率は、５％以下の軽圧下またはゼロとする。もし、
ウエブ厚を５％近くまで圧下すると、仮にウエブが平坦
となっても、場合によっては、ウエブの圧下された部分
と中央の圧下されない部分とでは、当然厚みが異なり、
その境界において明瞭な断差を生じ、商品価値を著しく
低下させる場合がある。

次に、実施例によって本発明をさらに具体的に説明す
る。

実施例１第２図のようなミルレイアウトをもった圧延ラインに
おいて本発明にかかる条件下でウエブ高さ縮小圧延を行
った場合の実施例を説明する。

本例で圧延するＨ形鋼のサイズはH600×200（mm）で
あり、フランジの厚みは、最大28mm、最小12mmであっ
た。中間のユニバーサル粗ミル22は、従来の水平ロール
（１体式）を用いており、そのロール幅は、フランジ厚
12mmのとき、外法寸法が600mmとなるように576mmにセッ
トされていた。一方、ユニバーサル仕上げミル28は、第
12図に示すように、水平ロールが幅方向に２分割され、
中央の間隙部幅（Ｗ）がゼロのとき、ロール幅は最終ウ
エブ高さＨに相当し、これは544mm、つまりフランジ厚2
8mmのとき外寸法600mmとなるようにセットされていた。
このようにすればウエブ高さ縮小量（ΔＨ）が最大の36
mmの場合、中央の間隙部幅がゼロ、一方縮小量が最小の
0mmの場合、中央の間隙部幅が36mmとなる。つまりとなり式の範囲内となる。

このような条件下でＨ形鋼の連続熱間圧延を行ったと
ころ、ウエブ座屈は見られず、フランジ圧下率は１％、
ウエブ圧下率は０％であり、フランジの幅拡がりはほと
んど発生しなかった。

実施例２次に、第11図のようなブレークダウンミル（BD）70、
第１ユニバーサル粗ミル（U1）72、エッジャーミル
（Ｅ）74、第２のユニバーサルミル（U2）76、そしてユ
ニバーサル仕上げミル（UF）78から構成されるミルレイ
アウトにおける実施例を説明する。

本例では、第１ユニバーサル粗ミル（U1）72の水平ロ
ールは固定幅の一体式でH650×200用つまりロール幅626
mmにセットされており、第２ユニバーサル粗ミル（U2）
76の水平ロールは、固定幅一体式または分割可変式どち
らでも可能であるが、どちらの場合も576mm前後にセッ
トされる。このとき水平ロールは分割式または一体式の
場合とも図のようなフランジ先端圧下用の孔型とするの
は、中心偏り改善に対し有効である。一方、ユニバーサ
ル仕上げミル（UF）78の水平ロールは２分割可変方式で
ありH600×200×12/28を圧延するときは、間隙部幅ゼ
ロ、またH600×200×9/12を圧延するときは、36mm、H65
0×200×9/12を圧延するときは、86mmとする。各場合の
W/H₀、ΔH/H₀の値は次のようになる。

となり、いずれも式を満足する。

このような条件下でＨ形鋼の連続熱間圧延を行ったと
ころ、ウエブ座屈は見られず、この場合もフランジ圧下
率は、１％、ウエブ圧下率0.5％であり、フランジ幅拡
がりは、ほとんど見られなかった。

なお、これらはＨ形鋼についての実施例であるが、溝
形鋼に適用しても同等の作用効果が得られることはこれ
までの説明から当業者には明らかであろう。

（発明の効果）以上詳述してきたように、本発明にかかる２分割され
た幅可変のユニバーサル水平ロールを用いた平行フラン
ジ形鋼のウエブ高さ縮小圧延において、圧延後に形状不
良を発生させない圧延条件が明確になり、それを利用す
ることにより１組のユニバーサルミルで外法一定の多サ
イズ圧延が可能となり、従来の溶接によるＨ形鋼と同等
の高精度の外法一定Ｈ形鋼の圧延が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、Ｈ形鋼および溝形
鋼の各部名称の説明図；第２図は、形鋼圧延のミルレイアウトの概略説明図；第３図は、ユニバーサル粗ミル圧延状況の説明図；第４図は、エッジャーミルの圧延状況の説明図；第５図は、従来の仕上げユニバーサル圧延状況の説明
図；第６図および第７図は、それぞれＨ形鋼および溝形鋼の
従来の製品寸法体系の説明図；第８図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ウエブの変形状況
のテスト状況の説明図およびそのＡ−Ａ断面図；第９図および第10図は、本発明にかかる圧延方法のモデ
ルテスト結果を示すグラフ；第11図は、実施例におけるＨ形鋼圧延のミルレイアウト
の概略説明図；および第12図は、幅可変水平ロールでのウエブの高さ縮小圧延
状況の概略説明図である。 20:ブレークダウンミル 22:ユニバーサル粗ミル 24:エッジャーミル 28:ユニバサル仕上げミル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外法基準の平行フランジ形鋼のウエブ高さ
をユニバーサルミルによって縮小圧延する際に、該ユニ
バーサルミルを構成する水平ロールを幅可変の２分割ロ
ールとし、この幅可変水平ロールの中央部の間隙Ｗ、圧
延材のウエブ高さH₀、ウエブ縮小量ΔＨの関係を下記式
の条件を満足するように設定して圧延することを特徴と
する外法基準の平行フランジ形鋼のウエブ高さ縮小圧延
方法。
【請求項２】下記式の条件をさらに満足するように設定
して圧延することを特徴とする請求項１記載の外法基準
の平行フランジ形鋼の縮小圧延方法。