JPS5921681B2 - Ｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ユニバーサル圧延機によるＨ形鋼の製造方法
に係り、特に、ウェブ部とフランジ部の接合部（以下フ
ィレット部と称する）の強度及び靭性に優れたＨ形鋼の
製造方法に関する。

従来のＨ形鋼の圧延による製造方法は、第１図ａに示す
ような断面形状の被圧延材１０を、第１図すに示すよう
な孔型断面形状のブレークダウンロール１２を有する２
重式圧延機で圧延するブレークダウン工程と、第１図Ｃ
に示すような粗及び中間水平ロール１４と粗及び中間堅
ロール１６とを有するユニバーサル圧延機と、第１図ｄ
に示すような断面形状のエツジヤ−ロール１８を有スル
エツジヤー圧延機を各１基以上有する粗ユニバーサル圧
延機群で１バス又は複数のバスの圧延を行なう粗圧延工
程と、第１図ｅに示すような断面形状の仕上げ水平ロー
ル２０及び仕上げ堅ロール２２を有する仕上げユニバー
サル圧延機で１バスの圧延を行なう仕上げ圧延工程とか
らなる。

このようにして製造されたＨ形鋼２３は、第１図ｆに示
す如く、アラジン部２４と、ウェブ部２６と、フランジ
部及びウェブ部の接合部（フィレット部）２８とを有す
る。

このようにして圧延された従来のＨ形鋼各部分の機械的
性質の一例を第２図に示す。

第２図ａは仕上り温度と降伏強さの関係を示すものであ
り、第２図すは同じく仕上り温度と引張強さの関係を示
すものであり、第２図Ｃは同じく仕上り温度と脆性延性
破面遷移温度の関係を示すものである。

図に於いて、実線Ａはウェブ部２６の機械的性質を示し
、破線Ｂはフランジ部２４の機械的性質を示し、一点鎖
線Ｃはフィレット部２８の機械的性質をそれぞれ示すも
のである。

図から明らかな通り、同一仕上り温度であれば、フィレ
ット部２８の引張試験に於ける降伏強さ及び引張強さは
、フランジ部２４及びウェブ部２６より低く、シャルピ
ー衝撃試験に於ける脆性、延性破面遷移温度は最も高い
ことがわかる。

このようなフィレット部２８の他の部分に比較しての機
械的性質の弱さは、フィレット部２８の加工度が他の部
分に比べて不足すること、及び圧延中の温度がフィレッ
ト部ニ於いて最も高いことがその原因として考えられる
。

即ち、フィレット部２８は、高温且つ柔軟なウェブ部２
６によってのみ支えられている為、粗圧延工程及び仕上
げ圧延工程に於ける竪ロール１６乃至２２からの圧下が
有効に働かず、父、フィレット部２８はウェブ部２６や
フランジ部２４に比べて肉厚が大であり、ロールへの放
熱が少ない為、圧延中の温度はフィレット部が最も高く
なるからである。

高３図に圧延によるＨ形鋼各部分の断面変形状態を示す
。

被圧延材１０のフランジ部、フィレット部、ウェブ部に
各々ａ、ｂ、ｃの正方形断面部分があると、これらは圧
延後のＨ形鋼２３に於いては断面部分ａ’ ｓ ｔ）’
ｓ Ｃ’部となる。

図から明らかな如く、フランジ部ａ→ａ ／、ウェブ部
Ｃ→Ｃ′の変形はそれぞれ縦又は横の寸法のいずれか一
方が大きく減少しているのに対し、フィレット部ｂ→ｂ
′の変形は前述の如く、竪ロール１６乃至２２からの圧
下が有効に働かず、フィレット部からウェブ部へのメタ
ルフローが起こる結果としてｂの縦及び横の寸法がほぼ
同程度に減少する相似形的なものとなっている。

ウェブ部、フランジ部の変形が平面歪、及びフィレット
部の変形が単軸引張歪であると仮定すれば、ウェブ部、
フランジ部の真否は、フィレット部の真否の約１．１５
倍である。

通常Ｈ形鋼の製造時には、前記各圧延工程により製造し
た後、ローラー矯正機、あるいはプレス矯正機により矯
正して製品の真直度を向上させるのが常である。

ところが前記のような従来方法により製造されたＨ形鋼
２３は、フィレット部２８の機械的性質が劣る為、第４
図ａに示すようなローラー３０によるローラー矯正に際
して、ローラー３０圧下量を増加していくと、第４図す
に示す斜線部分３２のように、フィレット部２８が破断
することがある。

従って、従来の製造方法により製造されたＨ形鋼に於い
て、強圧下を与えないと真直度の矯正ができない場合は
、プレス矯正によらざるを得す、作業能率の著しい低下
を招くという問題があった。

又Ｈ鋼を使用する際に、第５図ａに斜線３４で示すよう
に、Ｈ形鋼２３のフランジ部２４の一部をガス切断した
り、第５図すに斜線３６で示すようにＨ形鋼のウェブ部
２６をガス切断することがしばしば行なわれる。

しかし従来のＨ形鋼に於いては、フィレット部２．８の
機械的性質が劣る為、前記のようなガス切断加工をする
際に、ガス切断の為生じる切欠き３７から、それぞれ第
５図Ｃあるいはｄに示すような、フィレット部に沿う割
れ３８を生ずる恐れがある。

この割れ３８は、フィレット部２８に存在する残留応力
の影響によるもので、作業環境が寒冷で、フィレット部
２８の低温靭性が劣るものほど著しい。

従来は、この割れを防止する為、予めフィレット部２８
に割れの伝播を阻止する穴を開けておくとか、フィレッ
ト部２８を予熱、後熱する等煩雑な作業が要求されたり
、あるいは一般のＨ形鋼に使用されるセミキルド鋼でな
く、靭性の優れた高価なキルド鋼を使用してＨ形鋼を製
造する為コストが高くなる等の問題があった。

更にＨ形鋼の特殊な用途として、第６図に示すように、
モルレールの軌条に使用する場合がある。

図に於いて、３９は車輛、４０はガイド車輪、４１は軌
条であるＨ形鋼２３が固定される支持軌道である。

このように、Ｈ形鋼をモルレールの軌条に使用する場合
、従来は、フィレット部２８の強度不足を補う為、フィ
レット部を肉厚にしなければならないという問題があっ
た。

本発明は、前記従来の欠点を解消するべくなされたもの
で、フィレット部の強度及び靭性に優れたＨ形鋼の製造
方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、ユニバーサル圧延
機によるＨ形鋼の製造方法において、２基以上の粗ユニ
バーサル圧延機で１パスまたは２パス以上の繰り返し圧
延をする際に、Ｈ形鋼の粗形鋼片のウェブ部とフランジ
部との接合部の外側面と内側面とに交互に繰返して凸部
を形成する第１の圧延工程と、前記第１の圧延工程終了
後前記凸部を押圧して所定寸法のＨ形鋼とする第２の圧
延工程とを含んで構成したものである。

上記本発明の構成によれば、第１の圧延工程により接合
部に強制的にメタルフローが起こされて歪量が増大され
、第２の圧延工程により所定寸法のＨ形鋼に仕上げ圧延
される。

以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。

本実施例は、前記した従来の粗圧延工程に於いて、第７
図ａに示すような、被圧延材のフィレット部内側両面に
凹部４４を有する断面形状の水平ロール４２及び従来と
同様の断面形状の堅ロール１６を有するユニバーサル圧
延機により圧延する工程と、第７図ｂＫ示すような、被
圧延材のフィレット部外側近傍に凹部４６を有する断面
形状の堅ロール４８及び従来と同様の断面形状を有する
水平ロール１４を有するユニバーサル圧延機により圧延
する工程とを、交互に設けた点が、前記従来例と異なる
。

第７図ａに示される孔型形状のユニバーサル圧延機で圧
延された被圧延材１０は、第８図ａに示すように、フィ
レット部内側に凸部５０が形成され、一方、第７図すに
示される孔型形状のユニバーサル圧延機で圧延された被
圧延材１０は、第８図すに示すように、フィレット部外
側に凸部５２が形成される。

従って、このような粗ユニバーサル圧延機で繰り返し圧
延を行なうことにより、被圧延材１０は、第８図ａｓｂ
の形状に交互に加工される。

即ち、フィレット部の内側に凸部５０がある状態と、フ
ィレット部の外側に凸部５２のある状態を繰り返すこと
になる。

このような凸部の移動は、当然ながらフィレット部を介
し、その外側内側へのフィレット部の材料の移動（メタ
ルフロー）を伴なって起こるものであり、フィレット部
に大きな歪量を与えることになる。

この歪量は、粗ユニバーサル圧延機のバス回数の増減、
及び粗ユニバーサル圧延機の水平ロール、竪ロールに設
けられる孔型の大きさにより任意に調整が可能である。

粗ユニバーサル圧延機に於ける圧延を終えた被圧延材は
、仕上げユニバーサル圧延機により凸部を圧下され、所
定寸法のＨ形鋼とされるが、この過程でもフィレット部
には大きな歪量が与えられる。

一般に、鋼の熱間加工による材質改善の効果は以下の２
通りに分類される。

第１はオーステナイト容易再結晶領域に於ける加工によ
るものであり、この領域での加工により、オーステナイ
ト結晶粒は再結晶を繰り返して微細化し、変態後のフェ
ライトも微細粒となる。

第２はオーステナイト非再結晶領域に於ける加工による
ものであり、この領域での加工により、オーステナイト
に歪が蓄積され、変形帯が生成し、変態時のフェライト
析出核となる為に、フェライト粒は微細となる。

どちらの領域に於いても加工量の増大はフェライト粒径
の微細化に寄与し、結果的に強度、靭性の向上に結びつ
くものである。

第９図は第７図すの孔型形状を有する粗ユニバーサル圧
延機で圧延された被圧延材が、第７図ａの孔型形状を有
する粗ユニバーサル圧延機で圧延される場合の１バスで
の内部メタルフローの状況を示すものである。

又、第１０図は、同じく第７図すの孔型形状を有する粗
ユニバーサル圧延機で圧延された被圧延材が、仕上げユ
ニバーサル圧延機で圧延された場合の１バスでの内部メ
タルフローの状況を示すものである。

とちらの場合も圧延前の正方形断面の略字模様が平行四
辺形状に変形しており、圧縮歪以外に剪断歪が大きく起
きていることがわかる。

第１１図は、１例としてオーステナイト非再結晶領域で
、第１０図と同様のメタルフローを与えた場合の断面内
の各位置の歪量を相当塑性歪で評価した歪分布図と、こ
の歪分布園内の代表位置の歪量とフェライト粒の微細化
量（従来圧延法によるものと、仕上げ圧延機１バスでフ
ィレット部に強圧下を与えたものとのＪＩＳ粒度番号の
差）の関係を示すものである。

各位置の歪量と、フェライト粒の微細化程度が良く対応
し、剪断歪が組織の微細化に有効に働くことがわかる。

このように本発明によれば、フィレット部の歪量を十分
に増加することが可能であり、粗ユニバーサル圧延機の
孔型形状、バス回数及び各バスの圧延温度を調節するこ
とにより、任意の材質を得ることができる。

ユニバーサル圧延機の水平ロール及ヒ竪ロールに設ける
凸部形状については以下の２つの条件を満足するもので
あれば良い。

即ち、第１に孔型により形成された凸部を次の圧延機で
平坦になる迄圧下する際に、折れ込み等の庇を生じない
孔型形状であること、第２に２基の粗ユニバーサル圧延
機により交互に圧延する際に、フィレット部に十分なメ
タルフローを生じることである。

第１２図に本実施例にて使用した具体的な孔型形状を示
す。

水平ロール４２に設けた凹部４４は、水平ロールコーナ
一部の円弧Ｒと水平ロールの表面及び側面との接点ｍａ
ｎを通る円弧ｒ１と、交点付近を滑らかにする為の共通
接線円弧ｒ２によって形成されている。

尚、ここで、凹部４−４の深さは、水平ロールの表面と
側面によりなる角度の２等分線と、水平ロールの円弧Ｒ
及び円弧ｒ１との交点ｉ、ｊの距離ｄ１をもって定義す
る。

一方、竪ロール４８に設けた凹部４６は、竪ロール中央
部の頂点ｋからｄ２の距離にあり、竪ロールの軸に平行
な直線ｌと、水平ロール上の点ｎから竪ロール表面に下
した垂線と竪ロール表面との交点Ｐを通り、直線ｌに接
する円弧ｒ３と、交点Ｐ付近を滑らかにする為の共通接
線円弧ｒ４によって形成される。

尚、ここで、竪ロールの凹部４６の深さはｄ２をもって
定義する。

円弧ｒ２．ｒ４は前述の第１の条件を満足する為に適当
な大きさに決められている。

又、前述の第２の条件を満足する為に凹部４４の断面積
の２倍と凹部４６の断面積がほぼ等しくなるように各凹
部の深さｄ、１．ｄ２の関係が決められ、深さｄｌ、ｄ
２の絶対値はフィレット部に与えたい歪量によって決定
されている。

水平ロールの凹部４４の合計断面積と、竪ロールの凹部
４６の断面積をほぼ等しくするのは、本実施例のように
、２基の粗ユニバーサル圧延機で繰り返し圧延をする場
合であり、例えば、完全連続圧延で各圧延機で１パスの
みの圧延を行なう場合には、各圧延機で圧延される被圧
延材の断面積の減少に合わせて、圧延の下流側圧延機の
凹部断面積を減少させても良い。

尚、孔型位置の組み合せは前述の第１の条件及び第２の
条件を満足するものであれば、実施例の通りでなくても
良く、例えば第１３図ａに示されるような、竪ロール５
４．５５にそれぞれ形成された凹部５６．５８の組合せ
或いは、同じく第１３図すに示されるような、上下の水
平ロール６０．６１にそれぞれ形成された凹部６２．６
４の組合せでも良い。

本発明は、仕上げユニバーサル圧延機の他に、２基以上
のユニバーサル圧延機を有するものであれば、どのよう
な圧延機配列に於いても適用可能である。

第１４図ａ、ｂ＋ｃに圧延機配列の例を示す。

図に於いて、７０はブレークダウン圧延機、７２は粗ユ
ニバーサル圧延機、７４はエツジング圧延機、７６は仕
上げユニバーサル圧延機である。

第１４図ａに示す配列では、粗ユニバーサル圧延機７２
ａの孔型形状が、第７図ａに示されるものとされ、粗ユ
ニバーサル圧延機７２ｂの孔型形状が、第７図すに示さ
れるものとされ、粗ユニバーサル圧延機７２ａ、エツジ
ング圧延機７４ａ、粗ユニバーサル圧延機７２ｂ、エツ
ジング圧延機７４ｂからなる粗ユニバーサル圧延機群で
１パス又は２パス以上の圧延を行なった後に、従来と同
様の孔型形状の仕上げユニバーサル圧延機７６で仕上げ
圧延が行なわれる。

第１４図すに示される配列では、粗ユニバーサル圧延機
７２ａの孔型形状が、第７図ａに示されるものとされ、
粗ユニバーサル圧延機７２ｂの孔型形状が、第７図すに
示されるものとされ、粗ユニバーサル圧延機７２ｃの孔
型形状が、第７図ａに示されるものあるいは通常の孔型
形状とさ″れ、粗ユニバーサル圧延機７２ａ、エツジン
グ圧延機７４ ａ、粗ユニバーサル圧延機７２ｂから成
る粗ユニバーサル圧延機群で１パス又は２パス以上の圧
延を行なった後に、粗ユニバーサル圧延機７２ｃ、エツ
ジング圧延機７４ｂ、仕上げユニバーサル圧延機７６か
ら成る仕上げユニバーサル圧延機群で１パスの圧延が行
なわれる。

第１４図Ｃの配列は、完全連続圧延機の例であり、この
場合、粗ユニバーサル圧延機７２ｉの孔型形状が第７図
のａに示されるものとされ、粗ユニバーサル圧延機７２
（ｉ ＋１ ）ノ孔型形状が第７図すに示されるもの
とされ、仕上げユニバーサル圧延機７６の孔型形状は通
常のものとされている。

この場合、最低限連続する２基以上のユニバーサル圧延
機に、第７図ａ及びｂに示される孔型形状が交互に採用
されていれば、上流側及び下流側のユニバーサル圧延機
は通常の孔型形状とすることも可能である。

以上説明した通り本発明によれば、フィレット部の外側
面と内側面に交互に凸部を形成することを繰返し、その
後仕上げ圧延により凸部を押圧してＨ形鋼を製造してい
るため、フィレット部全体にわたって強度及び靭性な向
上することができる、という特有の効果ｈ′−得られる
。

本発明の方法により製造されたＨ形鋼は、フィレット部
の機械的性質が優れている為、厳しい塑性加工に耐える
ことができ、従来のようなローラー矯正や曲げ加工時の
制限がなく、高能率な作業が可能である。

又従来寒冷地でのＨ形鋼の使用に際しては、ガス切断加
工に伴う切欠きの伝播を阻止する為、ギルド鋼を使用し
なげればならないことが多かったが、本発明によるＨ形
鋼に於いては、安価なセミキルド鋼でも寒冷な作業環境
で十分に使用できる。

更にモルレールの軌条として使用する場合に於いてもフ
ィレット部の強度が高い為、フィレット部を厚肉にする
必要がなくなり、構造物の軽量化が計れる。

本発明により製造したＨ形鋼の機械的性質についての試
験結果を第１表に示す。

この実験に於ける圧延機配列は、第１４図すに示される
ものであり、孔型形状は、粗ユニバーサル圧延機７２ａ
を第７図すに示されるもの、粗ユニバーサル圧延機７２
ｂを第７図ａに示されるもの、粗ユニバーサル圧延機７
２ Ｃを第７図すに示されるもの、仕上げユニバーサル
圧延機７６を通常のものとし、粗ユニバーサル圧延機７
２ａ、エツジング圧延機７４ａ、粗ユニバーサル圧延機
７２ｂからなる粗ユニバーサル圧延機群で３バスの圧延
を行なった後に、粗ユニバーサル圧延機７２ｃ、エツジ
ング圧延機７４ｂ、仕上げユニバーサル圧延機７６によ
りｌパスの仕上げ圧延を行なったものである。

従来の圧延法により製造されたものと比較して、フィレ
ット部の強度、靭性共に同一仕上り温度のフランジ部と
ほぼ同程度迄改善されていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のＨ形鋼の製造工程を示す工程図、第２
図は、従来法で製造されたＨ形鋼各部の機械的性質を示
す線図、第３図は、同じ〈従来の製造方法に於ける被圧
延材各部の変形状態を示す断面図、第４図は、従来法で
製造されたＨ形鋼のローラー矯正時の状況を示す路線図
、第５図は、従来のＨ形鋼が切断された場合の割れを示
す路線図、第６図は、Ｈ形鋼の使用例であるモルレール
軌条を示す略断面図、第７図は、本発明を実施するのに
使用される粗ユニバーサル圧延機の孔型形状を示す断面
図、第８図は、本発明に係る製造工程に於いて凸部が形
成された被圧延材を示す断面図、第９図及び第１０図は
、本発明法により圧延された被圧延材の断面メタルフロ
ーの状況を示す路線図、第１１図は、同じく本発明法に
よる断面内の歪分布と組織変化の関係を示す線図、第１
２図は、本発明を実施する為の粗ユニバーサル圧延機の
竪ロール及び水平ロールの孔型形状を示す断面図、第１
３図は、本発明を実施する為の竪ｏ −ル及び水平ロー
ルの孔型形状の他の例を示す断面図、第１４図は、本発
明を実施する為の圧延機配列の例を示す工程図である。 １０・・・被圧延材、２３・・・Ｈ形鋼、２４・・・フ
ランジ部、２６・・・ウェブ部、２８・・・フィレット
部、５５０．５２・・・凸部、７０・・・ブレークダウ
ン圧延機、７２・・・粗ユニバーサル圧延機、７４・・
・エツジング圧延機、７６・・・仕上げユニバーサル圧
延機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ユニバーサル圧延機によるＨ形鋼の製造方法におい
   て、２基以上の粗ユニバーサル圧延機で１バスまたは２
   バス以上の繰り返し圧延をする際に、Ｈ形鋼の粗形鋼片
   のウェブ部とフランジ部との接合部の外側面と内側面と
   に交互に繰返して凸部を形成する第１の圧延工程と、前
   記第１の圧延工程終了後前記凸部を押圧して所定寸法の
   Ｈ形鋼とする第２の圧延工程とを含むＨ形鋼の製造方法
   。