JPS5910842B2 - 偏平鋼片から大形ｈ形鋼用粗形鋼片を製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は大寸法の偏平鋼片から大形Ｈ形鋼用粗形鋼片
（ビームブランク）を製造する方法に関する。

従来、大形Ｈ形鋼用ビームブランクの製造方法としては
、鋼塊から二段ハイリフト分塊圧延機により孔型圧延で
製造する方法および連続鋳造による方法が知られている
。

しかしながら分塊圧延機による方法では鋼塊の疵がその
ままビームブランクに残り、手入れの必要があり、さら
１こ分塊工場でのビームブランク分塊は方形鋼片や偏平
鋼片の分塊圧延に比べて圧延１ 能率が著しく低い。

（およそΣ）他方、ビームブランクを連続鋳造する方法
は、形鋼に特有の多品種少量生産に十文対応できる程の
鋳造寸法変更の技術が連続鋳造では確立しておらず、か
つ通常の偏平鋼片用の鋳造機との汎用性もなく、多犬の
設備投資も必要な点で極めて不利である。

このような問題点を解決するために、偏平鋼片から大形
ユニバーサル圧延機によってビームブランクを製造する
方法が提案されでいる。

Ｃ特開昭５０−９３８５１，５１−２４５６１） 大形ユニバーサル圧延機による圧延はフランジ幅を伸長
する圧延方法として良く知られており、従来の孔型分塊
圧延による分塊法は素材１の高さＨが大きく減少するの
に対し（第１図参照）、ユニバーサル圧延法では成品２
のフランジ幅が素材１に対し増加する（第２図参照）。

しかしながらユニバーサル圧延法を実現するには解決し
なければならない問題がある。

すなわち、第３図に示すようにユニバーサル圧延機は同
一平面内に１対の水平ロール３ ．３＆１対の垂直ロー
ル４，４から構成され、水平ロール３，３は駆動、垂直
ロールは無駆動であるので、フランジ幅の伸長を大きく
とろうとすれば、垂直ロール４，４の圧下を大きくする
必要があり、そのため垂直ロール４，４の鋼片５への噛
み込みが水平ロール３，３に先行し、しばしば噛み込み
不良を発生する。

このような問題を解決する手段きして、ユニバーサル圧
延法を適用した従来法では、例えばユニバーサル圧延機
の前後に圧延機を併設しこれを押込装置とする方法が採
られていた。

しかし、圧延機の併設は設備投資を伴う点、経済性の面
で実現に難点があり、かつ圧延材の先端、後端部におけ
るスタンド間隔に相肖する長さ部分は押し込み力が作用
しないため、ユニバーサル圧延機内で断面寸法が変化し
、長手刀向に寸法変動を発生する。

この発明は前述の問題点に鑑み提案されたもので、第一
の目的は、現代の製鉄技術において、高能率かつ安定し
た品質で供給される偏平鋼片から大形Ｈ形鋼用ビームブ
ランクを製造する方法を提供することである。

第二の目的は、通常の大形工場に既設のブレークダウン
ミルおよびユニバーサルミルにより偏平鋼片から大形Ｈ
形鋼用ビームブランクを製造する方法を提供することで
ある。

第三の目的は、既設の大形工場に若干の改造を施すのみ
で実質的に特別の設備を設けることなく良品質かつ広範
囲の寸法の大形Ｈ形鋼用ビームブランクを製造する方法
を提供するこさである。

さらに、第四の目的は適正な水平ロール、垂直ロールの
圧下設定を行なうことにより將別な押込装置を用いずと
も噛み込みが町能で、かつ十分なフランジ幅の伸長を図
るこさのできる大形Ｈ形鋼用ビームブランクの製造方法
を提供するこさである。

なお、本明細中における゛太寸法の偏平鋼片″は各製鉄
所で分塊スラブまたは連続鋳造スラブさして製造される
鋼片を指称する。

これら偏平鋼片の製造は現代の製鉄技術においてほぼ確
立した技術であり、高能率、良品質かつ多寸法であって
、これを素材とするこの発明の経済性は極めて高い。

以下この発明を図面に基いて説明する。

まずユニバーサル圧延機に於ける噛み込み性について説
明する。

（１）垂直ロールの接触長さと水平ロールの接触長さ。

第４図に示すように、噛み込み不良は、鋼片５と垂直ロ
ール４との接触長さ７ｄｆ Ｌ、水平ロール３との接触
長さＡｄｗとの差に関連する。

すなわちｌｄｆ，ｌｄｗは次式によって表わされ、ただ
し、ＲＶ：垂直ロール半径 ＲＨ：水平ロール半径 △ｔｆニフランジ圧下量 △ｔＷ：ウエブ圧下量 ｌｄＣａｌｄｗであれば、垂直ロール４の噛み込みが水
平ロール３に先行する。

理論的には噛み込み不能さなるが、鋼片５先端には第５
図に示すようなトング６が形成されているのが一般的で
あり、ｌｄｆ＞ｌｄｗであっても、トング６の存在によ
り噛み込み性は改善される。

そのため、実験によれば次の条件を満たすとき圧延が町
能である。

その実験結果を第６図に示す。

（２）鋼片フランジ部を圧下するに要する変形仕事。

第７図に示すように、噛み込み不良は、全圧延変形仕事
に占めるフランジ部７を圧下するに要する変形仕事の割
合に関連する。

すなわち全圧延変形仕事に占めるフランジ圧下分が大き
くなると、水平ロール３でフランジ部７を引張りきれな
くなり鋼片５はスリツプするため、（３）式の条件を満
足したさしても噛み込み不良となることがある。

この現象はフランジ部７の断面が大きい初期パスで発生
しやすい。

一般に、理想変形仕事Ｗｏは、 ただし、Ｋｆ：変形抵抗 ψ：圧下率 Ｖ二ロール周速 Ｋ２： 出側板厚 ｂ＝板幅 Ｎ：ロール回転数 Ａ：断面積（一Ｋ２・ｂ） Ｒ：ロール半径 で与えられる。

一方、圧延トルクＴｏは ただし、η：変形効率 となる。

この（５）式をユニバーサル圧延に適用すると次式のよ
うになる。

Ｔｕ−η（Ａｗ・ψｔｗ十Ａｆ・ψｔｆ）・Ｋｆ−ＲＨ
（６）ただし、ψｔｗ：ウエブ圧下率 ψｔｆ：フランジ圧下率 Ａｗ：ウエブ断面積 Ａｆ：フランジ断面積 ＲＨ：水平ロール半径 Ｔｕ：ユニバーサル圧延トルク この（６）式から次の条件を満すとき水平ロール３でフ
ランジ部７を引張ることができ圧延町能である。

第８図にその実験結果を示す。

以上、ユニバーサル圧延における噛み込み性の問題につ
いて説明したが、発明者らは先に（３）式の条件で圧延
を行なうことを提案し、さらに前段パスでは水平ロール
３による圧下率を垂直ロール４による圧下率よりも大き
く、後段パスでは垂直ロール４による圧下率を水平ロー
ル３による圧下率よりも犬なる条件で圧延するこさを提
案した。

しかしながら、実際のパススケジュール設定に当っては
未だ解決すべき次のような技術的課題が存在する。

すなわち、パススケジュール設定に当たっては、トング
長さＬｔが予め求められている必要があり、しかもトン
グ長さＬｔはパススケジュール設定如何によって変化す
る。

先の提案ではトング長さＬｔは従来の経験により与えて
いたが、噛み込み限界のパススケジュールを与えた場合
、しばしばトング長さＬｔを過大に評価し、噛み込み不
良を発生することがあった。

そこで発明者らは、パススケジュール七トング６の形成
の関係を明らかにすると共に、トング長さＬｔ推定式を
導いた。

このトング長推定式に基いて各パスにおける鋼片５のト
ップとボトムのそれぞれのトング長さを推定し、トング
長さに応じてパススケジュールを設定すれば、円渭にユ
ニバーサル圧延が実施でき、かつ噛み込み限界ぎりぎり
のパススケジュール設定を行なうことができることが判
明した。

ユニバーサル圧延機による圧延は、フランジ部７とウエ
ブ部８が単独に別々の圧下率で圧下されているにも拘わ
らず一体として伸びなければならないという条件下にあ
り、その変形機構は板圧延の場合と比べて非常に複雑で
ある。

また、鋼片５の先端、後端部はこの伸びの拘束が緩和さ
れ、フランジ部７、ウエブ部８の圧下率差によりトング
６が形成されるが、変形機構はさらに複雑になる。

発明者らは、種々の実験を繰返した結果、トング６の形
成は鋼片５の先端、後端部ではその傾向が異なること、
またトング長さの生長はウエブ圧下率の大きい程大きく
、フランジ圧下率の大きい程小さくなることを見出した
。

次に、これを詳述すれば、ウエブの伸びをψｌｗ，フラ
ンジの伸びをψ７ｆとすると、鋼片５の中央部ではウエ
ブ、フランジが一体であるためψ．ｄｗ二ψ７ｆである
が、端゛部においては伸びのバランスがくずれる。

このウエブ、フランジの伸びの差△ψＸ（＝ψｌｌｗ−
ψｌｆ）がトング６の形成の原因となる。

トング形成量ΔＬ１接触長７ｄとすれば鋼片５端部の接
触長Ａｄの部分で伸びのアンバランスが発生するき考え
られるから の関係がある。

すなわちトング形成量△Ｌは、 ただし、Ｋ：定数 により与えられる。

そこで、種々実験を行なった結果、午片のトップとボト
ムではトング形成の傾向が異なり、それぞれ、 の関係があることがわかった。

ここにおいて、ａ，ｂ，ｃは、ロール径、ロール形状お
よび圧延材の断面形状により定まる定数である。

これらの式において、ボトム側ではウエブ圧下率ψｔｗ
が大きい程へＬＢは大きく、フランジ圧下率ψｉｆ が
大きい程△ＬＢは小さくなる。

一方、トップ側は、フランジ圧下によるメタルフローは
ほとんど幅方向に移動し、トップ側のトング形成はウエ
ブ圧下率ψｔｗのみに依存することがわか６ （第９図
参照）。

ここにおいて各パスのトング形成量△ＬＢ，△ＬＴが（
８） ， （９）式で与えられるとトング長さを推定す
ることがわかる。

すなわち、今ｉパス目のトツフ゜、ボトムのトング長さ
をＬＴ ｉ ｓ ＬＢ ｉ ｓウエブ厚ｔｗｉ，（ｉ＋
１）パス目のトング長さをＬＴｉ＋１ ， ＬＢｉ＋１
、ウエブ厚ｔｗｉ ＋ １とすれば、（ｉ＋１）パス目
のボトムおよびトップのトング長さは、既に形成されて
いるトングが水平ロールの圧下を受けることを考慮し、
それぞれ ■ リバース圧延で、 ■連続圧延で、 で与えられる。

第９図にパススケジュールとトング形成の関係の実験結
果を示す。

以上から（８） ， （９） ， （１０） ， （１
υ式と（３）式を組合わせることによりトング長に見合
って、噛み込み町能なパススケジュールを設定すること
ができる。

次に、発明者らはユニバーサル圧延におけるフランジ幅
拡がりについて調査し、噛み込み性を保証しかつ十分な
幅拡がり量を得られることを確認した。

発明者らの研究によるとフランジ幅拡がり率ψＨは次式
で示すことができる。

ただし、ψＨ：フランジ幅拡がり率 （＝ｌｎＨ２ ／Ｈｔ ） ψｔｆ：フランジ圧下率 ψｔｗ：ウエブ圧下率 ここで、係数α，βは被圧延材の形状に依存し、初期パ
スほど、α，βともに大きく、パスが進行するに従って
大から小に変化する。

また、αは細幅サイズ程大きい傾向にある。

第１０図はψＨと（ψｔｆ−ψｔ ｗ ）との関係を各
パスごとに実験的に求めた結果である。

図中（ニ）はパスナンバーを示すが、前半パス程（ψｔ
ｆ−ψｔｗ）を小さく、すなわちウエブ圧下を大きく、
フランジ圧下を小さくとっても、フランジ幅拡がりが確
保されることが判る。

さらに（８） ， （９） ， （１０） ， （１υ
式からも判るように前半パス程トング長さＬｔが短かく
、かつフランジ断面積Ａｆが大きいのでフランジ圧下率
ψｔｆ が大きく取り得ないが、それにも拘わらずフラ
ンジ幅拡がりは確保できることが第１０図により理解さ
れる。

以上のことから、トング長予測式Ｃ （８） ， （９
） ， （１０）αυ式〕および噛み込み限界（ （３
） ， （４）式〕によりユニバーサル圧延のパススケ
ジュールを設定する方法について以下に説明する。

■ ψｔｗｉの仮定。

素材厚み、仕上げウエブ厚、パス回数に応じて各パスの
ウエブ圧下率ψｔｗｉを仮定する。

■ ｉパス目のψｔｆｉの決定。

（１） ， （２）式は次式のように変形され、さなり
、この（１）’， （２）’式を（３）式に代入すれば
次式のようになる。

また、（力式は次式のようになる。

ここにおいて、ＲＨＩＲＶは既知であり、Ａｗｉ −１
，Ａｆ ｉ−１ ， ｔｗｉ−１ ， ｔｆ ｉ−１
，Ｌｔ ｉ−１ は前パスまでの計算によって求め
られている値であり、さらにψｔｗｉは仮定値であるか
ら、（３）’， （η′によりフランジ圧下率ψｔｆｉ
が求められる。

■ ｉパス目のＬ １３ １ ｐ Ｌ ’ｆ ｉの決定
。

（２）で求められたψｔｆｉおよびψｔｗｉを使用して
（８） ， （９） ， （１０） ， （ｌυ式によ
り、ボトム１則およびトップ側のトング長さＬ Ｂ ｉ
ｔ Ｌ Ｔ ｔが得られる。

■ ｉパス目のψＨの決定。

（１２）式によりｉパス目のフランジ幅拡がり率ψＨが
求められ、フランジ幅が決定されｉパス目の全ての断面
形状が求められる。

■ 前記■ないし■を１パス目から最終パスまで実行す
ることにより全てのパスの断面形状が求めることができ
一応のパススケジュールが決定される。

■ このようにして計算された仕上フランジ幅寸法と目
標寸法を比較し計算値が目標値よりも大きければ素材鋼
片幅（フランジ厚）を減少し、計算値が目標値よりも小
さければ素材鋼片幅を増加してこの計算を繰り返し目標
値に近づける。

■ フランジ幅計算値が目標寸法き一致した時、最終的
に全てのパススケジュールが決定される。

実施例 この発明の方法に基いた実施例の一例を第１１図に示す
。

第１１図はパスごとのψｔＷ，ψｔｆ，ψＨ，Ｌｔおよ
び（Ａ’ｄｆ−Ａｄｗ）の変化を示したものである。

素材断面：スラグ厚２７０朋 スラグ幅１２００ｍｍ ビームブラング断面：ウエブ厚１２０ｉｍフランジ厚１
３０ｍｍ フランジ幅４００ｍｍ ウエブ高さ７７０關 なお、本実施例と通常のビームブランク分塊を比較する
とフランジに強圧下がかけられる結果、トップ、ボトム
のクロツプ長さが短くなり約２％程度の歩留り向上をは
かることができた。

この発明の工業的経済性は非常に高いき言わなければな
らない。

前述のようにこの発明によれば、通常の大形工場に既設
の圧延機に特別の設備を設けることなく良品質かつ広範
伊の寸法の大形Ｈ形鋼用ビームブランクを偏平鋼片から
製造することができる。

さらに、適正な水平ロール、垂直ロールの圧下設定を行
なうことにより特別な押込装置を用いずとも噛み込みが
可能でかつ十分なフランジ幅の伸長を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の分塊圧延方法によるビームブランクを示
す断面図、第２図はユニバーサル圧延方法によるビーム
ブランクを示す断面図、第３図はユニバーサル圧延方法
の圧延機の一部分を示す概略斜視図、第４図は第３図の
ビームブランクの状態を示す概略斜視図、第５図はビー
ムブランクのトングを示した斜視図、第６図はこの発明
に係るトング長さと接触長差の関係を示すグラフ、第７
図は圧延状態を示す概略断面図、第８図はフランジ圧下
変形仕事の全圧延変形仕事に占める割合を形状係数を横
軸にして示したグラフ、第９図はフランジ圧下率に対す
るトング形成を示したグラフ、第１０図は接触長差とフ
ランジ幅拡がり率との関係を示したグラフ、第１１図は
この発明に係る一実施例の実験結果を示したグラフであ
る。 １・・・・・・素材、２・・・・・・成品、３・・・・
・・水平ロール、４・・・・・・垂直ロール、５・・・
・・・鋼片、６・・・・・・トング、７・・・・・・フ
ランジ部、８・・・・・・ウエブ部、Ｈ・・・・・・フ
ランジ幅、Ｂ・・・・・・ウエブ高さ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 大寸法の偏平鋼片を水平ロールおよび垂直ロールを
   同一平面内に有するユニバーサル圧延機により複数パス
   で圧延するに際し、各パスにおける鋼片のトップとボト
   ムのそれぞれのトング長さＬＴ，ＬＢを推定し、水平ロ
   ールの噛み込みを垂直ロールの噛み込みより先行させる
   条件で、前記トング長さに応じて水平ロールこと垂直ロ
   ールの圧下を決定し圧延することを特徴とする偏平鋼片
   から大形Ｈ形鋼用粗形鋼片を製造する方法。 ２ 水平ロールおよび垂直ロールの圧下量を次の条件を
   満足するように決定することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の偏平鋼片から大形Ｈ形鋼用相形鋼片を製
   造する方法。 ただし、Ａｆ：被圧延材フランジ断面積 Ａｗ：被圧延材ウエブ断面積 φｔｆ：垂直ロールによるウエブ圧下率 ψｔｗ：水平ロールによるウエブ圧下率