JPH09108737A - Ｈ形鋼の残留応力除去方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱間圧延後のＨ形鋼の残留応力を効率良く除
去することができるＨ形鋼の残留応力除去方法を提供す
る。 【解決手段】 Ｈ形鋼１のウェブ中央部を圧下すること
なく、フィレット部４及びフランジ部３を圧下してＨ形
鋼の残留応力を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱間圧延にて製造さ
れたＨ形鋼に生じる残留応力を効率良く除去するＨ形鋼
の残留応力除去方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は一般的な熱間圧延によって製造さ
れたＨ形鋼を常温まで冷却した状態における残留応力の
分布状態を示す線図である。熱間圧延によって製造され
たＨ形鋼１は図６に示すようにウェブ２に圧縮、フラン
ジ３に引張の残留応力が発生する。このような残留応力
が発生するのはフランジ３の厚みに比較してウェブ２の
厚みが薄いために熱間圧延直後にフランジ３とウェブ２
との間に温度差が生じるためである。そして、近年にお
いてはウェブ２の薄肉化が進み、熱間圧延後のウェブ２
の温度低下が急速になり、フランジ３とウェブ２との間
の温度差がさらに大きくなるために残留応力がさらに増
加する傾向にある。

【０００３】上記問題点を解決する方法として、例えば
特公昭５６−４０６４４号公報に記載されたユニバーサ
ル圧延機による残留応力除去方法がある。同公報に記載
された方法は、ユニバーサル圧延機による形鋼の製造工
程において、従来のローラ矯正機の替りにユニバーサル
圧延機を矯正用として配設し、フィレット部４（フラン
ジ３とウェブ２の接合部であり、図６における引張残留
応力が存在する部位）の圧下率を他の部分に比して大き
くし、この部分に前記引張残留応力を相殺し得る圧縮応
力を発生させることにより残留応力を除去するというも
のである。そして、同公報には、この方法を実施する方
法として二つの方法が示されている。図７はこの第一の
方法による圧延の状況を説明する説明図である。第一の
方法は、図７に示すように、ユニバーサル仕上げ圧延機
の水平ロールのコーナＲfを矯正用の圧延機の水平ロー
ルのコーナＲr より大きく形成し、矯正用の圧延機の水
平ロールによってフィレット部４を圧下するというもの
である。

【０００４】図８は第二の方法に使用する矯正用のユニ
バーサル圧延機の説明図である。図において、１０は竪
ロール、１１は水平ロールである。この方法は水平ロー
ル１１の両端外周部に外方に突出する凸部１１ａを設
け、Ｈ形鋼１のフィレット部４を効果的に圧下できるよ
うにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法においては以下のような問題点があった。すな
わち、第一の方法による場合には、仕上圧延機のコーナ
Ｒf を矯正用コーナＲrより大きく形成しているが、こ
のコーナＲの差がフィレット部４に図９に示すような段
付状の疵１２を発生させる原因になる。そして、かかる
疵１２が発生したＨ形鋼は商品価値が低下するため、こ
の第一の方法は実用的でない。

【０００６】また、第二の方法による場合には、上下の
水平ロール１１がウェブ２の全面に接触するため圧縮残
留応力の大きいウェブ中央部が冷間圧延されることにな
りウェブ２の圧縮残留応力をさらに増加させるという問
題点がある。また、この水平ロール１１は一体物であ
り、従来の内法一定Ｈ形鋼の矯正には問題ないが、近年
開発された外法一定Ｈ形鋼に対しては次のような問題が
ある。すなわち、Ｈ形鋼のフランジ厚が変化する毎にウ
ェブ内法寸法も変化するため、フランジ厚が変化する度
ごとに水平ロールを交換しなければならず、ロール組替
回数が多くなると共に、ロール保有数も増加する。

【０００７】本発明は上記のような問題点を解決するた
めなされたものであり、熱間圧延後のＨ形鋼の残留応力
を効率良く除去することができるＨ形鋼の残留応力除去
方法を提供することを目的としている。また、熱間圧延
後のＨ形鋼の残留応力を効率良く除去することができる
と共に、経済的なロール運用を行うことができるＨ形鋼
の残留応力除去装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るＨ形鋼の残
留応力除去方法は、Ｈ形鋼のウェブ中央部を圧下するこ
となく、フィレット部及びフランジ部の外側面を圧下し
てＨ形鋼の残留応力を除去するものである。

【０００９】また、本発明に係るＨ形鋼の残留応力除去
装置は、Ｈ形鋼のフランジ部の外側面を横方向から圧下
する竪ロールと、前記Ｈ形鋼のフィレット部を圧下する
軸方向に可変の左右２分割水平ロールとを有し、該水平
ロール端面の外周部に外方に突出する凸部を設けたもの
である。

【００１０】さらに、Ｈ形鋼のフランジ部の外側面を横
方向から圧下する竪ロールと、前記Ｈ形鋼のフィレット
部を圧下する軸方向に可変の左右２分割水平ロールとを
有し、前記竪ロールをロール中央部が膨らんだ樽型に形
成したものである。

【００１１】また、Ｈ形鋼のフランジ部の外側面を横方
向から圧下する竪ロールと、前記Ｈ形鋼のフィレット部
を圧下する軸方向に可変の左右２分割水平ロールとを有
し、該水平ロール端面の外周部に外方に突出する凸部を
設けると共に、前記竪ロールをロール中央部が膨らんだ
樽型にしたものである。

【００１２】上記のように構成された残留応力除去装置
または方法においては、ウェブ中央部を圧下することな
く、フィレット部を及びフランジ部の外側面を効率よく
圧下することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施形態１．図１は本発明の一実施形態を説明する説明
図である。図において、１は図６に示した熱間圧延終了
後のＨ形鋼であり、図６の線図に示すような残留応力状
態にある。このような残留応力が生ずるのは、上記従来
技術の説明で概説したように、ユニバーサル仕上げ圧延
直後のフランジとウェブの温度差（仕上げ温度差）およ
びそれ以後の冷却速度差によるものである。すなわち、
仕上げ圧延後から室温までの熱収縮量、および圧延後冷
却中の熱応力が材料の降伏点に達する時までに生じる塑
性ひずみ量がフランジとウェブで異なるためである。そ
して、この応力はフランジ厚に対し、ウェブ厚が薄いほ
ど顕著となる。

【００１４】Ｈ形鋼１の残留応力分布は図６に示したよ
うに、ウェブ２の中央部には圧縮の残留応力が、フィレ
ット部４には引っ張りの残留応力が、またフランジ部３
には引っ張りの残留応力がそれぞれ発生している。この
残留応力により、フランジ部３はウェブ２から長手方向
に引っ張られる状態にある。したがって、この残留応力
を除去するには、この残留応力を相殺する方向の塑性変
形を加えればよい。

【００１５】そこで、本実施形態においては、塑性変形
を加えるために、Ｈ形鋼１のフランジ部３の外側面を竪
ロール６によって横方向から圧下すると共に、Ｈ形鋼１
のフィレット部４を左右２分割水平ロール５によって圧
下するようにしたものである。そして、左右２分割水平
ロール５は図１に示すように、左右に２分割されてロー
ル軸方向への移動が自由にできると共に、ロール端面の
外周部に外方に突出する凸部５ａが設けられている。

【００１６】このように、水平ロール５の端面の外周部
に外方に突出する凸部５ａを設けることによって、Ｈ形
鋼１のフィレット部４を効率的に圧下することができ
る。また、水平ロール５は左右に２分割されているの
で、外法一定Ｈ形鋼に対しても、水平ロール５の軸方向
の間隔を調整することができ、フランジ厚が変化する度
ごとに水平ロールを交換する必要がなく、ロール保有数
も少なくて済むというメリットがある。

【００１７】図２は本実施形態の残留応力除去装置によ
って冷間圧延した後のＨ形鋼１の残留応力状態を示して
いる。この図２から分かるように、Ｈ形鋼１におけるウ
ェブ２の中央部、フィレット部３及びフランジ部４のす
べての部位にて残留応力が低減されている。

【００１８】図３は図６に示したＨ形鋼を、水平ロール
荷重を一定にして竪ロール荷重を変化させて冷間圧延し
た場合のフランジ中央部における残留応力の変化を示す
グラフであり、図８に示した従来技術のロール形状の場
合と本実施形態のロール形状の場合を比較して示してい
る。図３から分かるように、本実施形態のロール形状の
方が軽圧下で残留応力を除去することが可能である。す
なわち、本実施形態のロール形状は従来のものに比べて
効率的であると言える。

【００１９】なお、Ｈ形鋼１が残留応力除去装置のロー
ルに咬込むと同時に水平ロール５、竪ロール６共にＨ形
鋼１の圧下を行い冷間圧延を行うことになるが、圧下量
が必要以上に大きくなると冷間圧延前と逆の残留応力が
発生することになる。そこで、これを防止するためには
ウェブ２とフランジ３の板厚比と熱間圧延での仕上圧延
直後のウェブ２とフランジ３の温度をフィードバック
し、ウェブ２とフランジ３の残留応力値を推定してこの
推定値に基づいて圧下量を決定し、この決定値に基づい
て冷間圧延を行うようにすればよい。また、水平ロール
５と竪ロール６の圧下機構はＨ形鋼１の板厚のバラツキ
を考慮し、油圧等による定圧制御方式とすることが望ま
しい。このようにすることによって、精度良く残留応力
の除去を行うことが可能となる。

【００２０】実施形態２．図４は本発明の他の実施形態
を説明する説明図である。本実施形態における残留応力
除去装置は、Ｈ形鋼１のフランジ部３の外側面を横方向
から圧下する竪ロール８と、Ｈ形鋼１のフィレット部４
を圧下する軸方向に可変の左右２分割水平ロール７とを
有し、竪ロール８をロール中央部が膨らんだ樽型に形成
したものである。なお、水平ロール７は実施形態１のよ
うに凸部は有していないフラット型のものである。本実
施形態においても、実施形態１と同様に、Ｈ形鋼１に対
して残留応力を相殺する方向の塑性変形を加えることが
でき、実施形態１と同様の効果が得られる。

【００２１】実施形態３．図５は本発明の他の実施形態
を説明する説明図である。本実施形態における残留応力
除去装置は、Ｈ形鋼１のフランジ部の外側面を横方向か
ら圧下する竪ロール８と、Ｈ形鋼１のフィレット部４を
圧下する軸方向に可変の左右２分割水平ロール５とを有
し、水平ロール５端面の外周部に外方に突出する凸部５
ａを設けると共に、竪ロール８をロール中央部が膨らん
だ樽型にしたものである。本実施形態においても、実施
形態１と同様に、Ｈ形鋼１に対して残留応力を相殺する
方向の塑性変形を加えることができ、実施形態１と同様
の効果が得られる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ウ
ェブ中央部を圧下することなく、フィレット部を及びフ
ランジ部を効率よく圧下することができるので、熱間圧
延後のＨ形鋼の残留応力を効率良く除去することができ
る。

【００２３】また、水平ロールを軸方向に可変の左右２
分割としたので、ウェブ内法寸法が変化する場合であっ
ても水平ロールを交換する必要がなく、経済的なロール
運用を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を説明する説明図である。

【図２】本実施形態の残留応力除去装置によって冷間圧
延した後のＨ形鋼１の残留応力の分布状態を示す線図で
ある。

【図３】図６に示したＨ形鋼を水平ロール荷重を一定に
して竪ロール荷重を変化させて冷間圧延した場合のフラ
ンジ中央部における残留応力の変化を示すグラフであ
る。

【図４】本発明の他の実施形態（実施形態２）を説明す
る説明図である。

【図５】本発明の他の実施形態（実施形態３）を説明す
る説明図である。

【図６】一般的な熱間圧延によって製造されたＨ形鋼を
常温まで冷却した状態における残留応力の分布状態を示
す線図である。

【図７】従来例における圧延の状況を説明する説明図で
ある。

【図８】従来例における矯正用のユニバーサル圧延機の
説明図である。

【図９】従来例の方法によって圧延されたＨ形鋼の圧延
状態を説明する説明図である。

【符号の説明】

１ Ｈ形鋼 ２ ウェブ ３ フランジ ４ フィレット部 ５，７ 水平ロール ５ａ 凸部 ６，８ 竪ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮里 寿夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 藤井 幸生 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 小松原 実 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｈ形鋼のウェブ中央部を圧下することな
   く、フィレット部及びフランジ部の外側面を圧下してＨ
   形鋼の残留応力を除去するＨ形鋼の残留応力除去方法。
2. 【請求項２】 Ｈ形鋼のフランジ部の外側面を横方向か
   ら圧下する竪ロールと、前記Ｈ形鋼のフィレット部を圧
   下する軸方向に可変の左右２分割水平ロールとを有し、
   該水平ロール端面の外周部に外方に突出する凸部を設け
   たことを特徴とするＨ形鋼の残留応力除去装置。
3. 【請求項３】 Ｈ形鋼のフランジ部の外側面を横方向か
   ら圧下する竪ロールと、前記Ｈ形鋼のフィレット部を圧
   下する軸方向に可変の左右２分割水平ロールとを有し、
   前記竪ロールはロール中央部が膨らんだ樽型であること
   を特徴とするＨ形鋼の残留応力除去装置。
4. 【請求項４】 Ｈ形鋼のフランジ部の外側面を横方向か
   ら圧下する竪ロールと、前記Ｈ形鋼のフィレット部を圧
   下する軸方向に可変の左右２分割水平ロールとを有し、
   該水平ロール端面の外周部に外方に突出する凸部を設け
   ると共に、前記竪ロールをロール中央部が膨らんだ樽型
   にしたことを特徴とするＨ形鋼の残留応力除去装置。