KR20190030755A - H형강의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 에징 압연 후에 실시되는 평조형 압연에 있어서, 종래와는 상이한 형상의 조형재를 압연 조형하는 경우에, 웹 높이 방향의 연신이나 플랜지 상당부의 변형 등의 문제를 발생시키지 않고 대형 조형재의 평조형 압연을 행하여, 종래에 비해 플랜지 폭이 큰 H형강 제품을 효율적이고도 안정적으로 제조한다.
조압연 공정, 중간 압연 공정, 마무리 압연 공정을 구비한 H형강의 제조 방법이며, 상기 조압연 공정은, 피압연재를 소정의 대략 도그본 형상으로 압연 조형하는 에징 압연 공정과, 에징 압연 공정 완료 후의 피압연재를 90° 혹은 270° 회전시켜 웹부의 압연을 행하는 평압연 공정을 갖고, 상기 평압연 공정을 행하는 구멍형 중 적어도 1구멍형의 상하 구멍형 롤에는 피압연재의 웹부 중앙에 융기부를 형성시키는 오목부가 당해 상하 구멍형 롤의 롤 몸통 길이 중앙부에 마련되고, 형성된 상기 융기부의 측면 경사 각도 α는 30° 이상으로 설정된다.

Description

H형강의 제조 방법

본원은, 2016년 8월 10일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2016-157333호에 기초하여, 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

본 발명은, 예를 들어 직사각형 단면인 슬래브 등을 소재로 하여 H형강을 제조하는 제조 방법에 관한 것이다.

H형강을 제조하는 경우에는, 가열로로부터 추출된 슬래브나 블룸 등의 소재를 조압연기(BD)에 의해 조형재(소위 도그본 형상의 피압연재)로 조형하고, 중간 유니버설 압연기에 의해 상기 조형재의 웹이나 플랜지의 두께를 압하하고, 아울러 상기 중간 유니버설 압연기에 근접한 엣저 압연기에 의해 피압연재의 플랜지에 대하여 폭 압하나 단부면의 단련과 정형이 실시된다. 그리고, 마무리 유니버설 압연기에 의해 H형강 제품이 조형된다.

이와 같은 H형강의 제조 방법에 있어서, 직사각형 단면인 슬래브 소재로 소위 도그본 형상의 조형재를 조형할 때에는, 조압연 공정의 제1 구멍형에 있어서 슬래브 단부면에 스플릿을 형성한 후, 제2 이후의 구멍형에 있어서 당해 스플릿을 비율 확대하거나, 또는 스플릿 깊이를 깊게 하고, 그 이후의 구멍형으로 슬래브 단부면의 스플릿을 소거하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

또한, H형강의 제조에 있어서는, 슬래브 등의 소재의 단부면(슬래브 단부면)을 에징하는, 소위 에징 압연 후에, 피압연재를 90°또는 270° 회전시켜, 웹 상당부의 압하를 행하는 평조형 압연을 행하는 것이 알려져 있다. 이 평조형 압연에서는, 웹 상당부의 압하와 함께 플랜지 상당부의 압하 및 정형이 행해지지만, 근년, 대형 H형강 제품이 요구되고 있는 것을 감안하여, 대형 소재를 피압연재로 한 경우에, 일반적인 평조형 압연에서는, 웹 높이 방향의 연신이나 플랜지 상당부의 변형 등, 다양한 문제가 발생하는 경우가 있고, 형상의 수정이 요구되는 경우가 있었다. 구체적으로는, 웹 상당부의 압하에 수반하여, 웹 상당부가 긴 변 방향으로 연신되고, 당해 연신에 이끌려 플랜지 상당부도 긴 변 방향으로 연신되고, 플랜지 상당부의 두께가 얇아져 버리는 현상이 염려되고 있었다.

이와 같은 평조형 압연에 관한 것으로, 예를 들어 특허문헌 2에는, 웹 상당부로의 압하를 선택적으로 행하는 기술이 개시되어 있고, 웹 상당부의 중앙에 미압하부를 마련하고, 그 후 형성된 볼록부(본 발명의 융기부에 상당)를 소거하고, 웹 상당부의 확폭을 행함으로써, 대형 H형강의 제조를 효율적으로 행하는 것으로 하고 있다. 또한, 예를 들어 특허문헌 3에는 웹 상당부의 미압하부(비압하 부분)의 범위를 적합하게 규정하는 기술이 개시되고, 피압연재의 전체 단면적에 대한 비압하 부분의 단면적이 0.6 이상으로 하는 취지가 기재되어 있다.

일본 특허 공개 평7-88501호 공보 일본 특허 공개 소57-146405호 공보 일본 특허 공개 소57-171501호 공보

상술한 바와 같이, 근년, 구조물 등의 대형화에 수반하여 대형 H형강 제품의 제조가 요망되고 있다. 특히 H형강의 강도·강성에 크게 기여하는 플랜지를 종래에 비해 광폭화한 제품이 요망되고 있다. 플랜지가 광폭화된 H형강 제품을 제조하기 위해서는, 조압연 공정에 있어서의 조형으로부터 종래에 비해 플랜지 폭이 큰 피압연재를 조형할 필요가 있다.

그러나, 예를 들어 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 기술에서는, 슬래브 등의 소재의 단부면(슬래브 단부면)에 스플릿을 형성하고, 당해 단부면을 에징하고, 그 폭 확대를 이용하여 조압연을 행하는 방법에 있어서, 플랜지의 광폭화에 한계가 있다. 즉, 종래의 조압연 방법에 있어서 플랜지의 광폭화를 도모하기 위해서는 웨지 설계(스플릿 각도의 설계), 압하 조정, 윤활 조정이라는 기술에 의해 폭 확대의 향상이 도모되지만, 어느 방법도 플랜지 폭에 대폭으로 기여하는 것은 아니기 때문에, 에징양에 대한 플랜지 폭의 퍼짐양의 비율을 나타내는 폭 확대율은, 에징의 초기 단계의 효율이 가장 높은 조건에서도 0.8 정도이고, 동일 구멍형으로 에징을 반복하는 조건에서는, 플랜지 폭의 퍼짐양이 커짐에 따라 저하되고, 최종적으로는 0.5 정도가 되는 것이 알려져 있다. 또한, 슬래브 등의 소재 자체를 대형화하고, 에징양을 크게 하는 것도 생각할 수 있지만, 조압연기의 설비 규모나 압하량 등에는 장치 한계가 있기 때문에 충분한 제품 플랜지의 광폭화가 실현되지 않는 등의 사정이 있다.

또한, 대형 H형강 제품을 제조할 때에, 조압연 공정에 있어서 대형 조형재를 압연 조형하는 경우가 있다. 대형 조형재를 종래와는 상이한 방법으로 압연 조형하고, 조형재의 형상을 더 H형강에 가까운 형상으로 조형한 경우에는, 상기 특허문헌 2, 3에 기재된 기술에 의해 평조형 압연을 행하면, 웹 높이 방향의 연신이나 플랜지 상당부의 변형 등의 문제가 발생한다는 것이 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 3에서는, 웹 상당부에 미압하부(비압하 부분)를 마련했을 때의 구멍형 압연 그 자체에 의한 압연 효과에만 착안하고 있고, 당해 구멍형에 의한 변형에 있어서, 플랜지 두께 감소가 발생하지 않는 조건을 개시하고 있다. 그러나, 실제의 조업에서는, 선택적으로 압하한 부분 이외의 미압하부에 대해서는, 후단의 프로세스에서 소거(압하)를 행할 필요가 있고, 플랜지 두께 감소는 그 후단의 프로세스를 거친 후의 최종적인 단면 형상으로 평가할 필요가 있다고 생각된다.

본 발명자들은 이와 같은 점을 감안하여, 후단의 프로세스에서의 미압하부의 소거를 포함하는 종합적인 프로세스 전체에 있어서 평가를 행하고 있다. 구체적으로는, 후술하는 본 발명의 실시 형태에서 설명하는 바와 같이, 예를 들어 300두께 슬래브를 소재로 한 경우에 피압연재의 웹부 내부 치수의 30％ 이상 50％ 이하의 폭으로 미압하부의 폭을 설정하게 되면 플랜지의 생성 효율이 높아지는 것을 알아내어, 본 발명에 이르고 있다.

상기 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, H형강을 제조할 때의 구멍형을 사용한 조압연 공정에 있어서, 슬래브 등의 직사각형 단면 소재의 단부면에 예각의 선단 형상을 한 돌기부로 깊게 스플릿을 형성하고, 그것에 의해 형성된 플랜지부를 순차 절곡함으로써, 피압연재에 있어서의 형상 불량의 발생을 억제시켜, 종래에 비해 플랜지 폭이 큰 H형강 제품을 효율적이고 또한 안정적으로 제조하는 것이 가능한 H형강의 제조 기술을 제공하는 데 있다.

또한, 에징 압연 후에 실시되는 평조형 압연에 있어서, 종래와는 상이한 형상의 조형재를 압연 조형하는 경우에, 웹 높이 방향의 연신이나 플랜지 상당부의 변형 등의 문제를 발생시키지 않고 대형 조형재의 평조형 압연을 행하여, 종래에 비해 플랜지 폭이 큰 H형강 제품을 효율적이고 또한 안정적으로 제조하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 조압연 공정, 중간 압연 공정, 마무리 압연 공정을 구비한 H형강의 제조 방법이며, 상기 조압연 공정은, 피압연재를 소정의 대략 도그본 형상으로 압연 조형하는 에징 압연 공정과, 에징 압연 공정 완료 후의 피압연재를 90° 혹은 270° 회전시켜 웹부의 압연을 행하는 평압연 공정을 갖고, 상기 평압연 공정을 행하는 구멍형 중 적어도 1구멍형의 상하 구멍형 롤에는, 피압연재의 웹부 중앙에 융기부를 형성시키는 오목부가 당해 상하 구멍형 롤의 롤 몸통 길이 중앙부에 마련되고, 형성된 상기 융기부의 측면 경사 각도 α는 30° 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는, H형강의 제조 방법이 제공된다.

상기 평압연 공정을 행하는 구멍형에는, 상기 융기부가 형성된 피압연재에 대하여, 당해 융기부를 압하하고, 웹부를 대략 평탄하게 압연 조형하는 융기부 소거 구멍형이 더 포함되어도 된다.

상기 평압연 공정을 행하는 구멍형에는, 피압연재에 있어서, 웹부가 대략 평탄하게 압연 조형되는 동시, 또는 웹부가 대략 평탄하게 압연 조형된 후에, 당해 웹부의 확폭 압연을 행하는 하나 또는 복수의 확폭용 구멍형이 더 포함되어도 된다.

상기 조압연 공정을 행하는 압연기에는, 피압연재를 압연 조형하는 6 이상의 복수의 구멍형이 새겨 설치되고, 당해 복수의 구멍형으로는 피압연재의 1 또는 복수 패스 조형이 행해지고, 상기 복수의 구멍형 중, 제1 구멍형 및 제2 구멍형에는 피압연재의 폭 방향에 대하여 연직으로 스플릿을 형성하여 피압연재 단부에 분할 부위를 형성시키는 돌기부가 형성되고, 상기 복수의 구멍형 중, 후단에 위치하는 상기 평압연 공정을 행하는 구멍형을 제외한 제3 구멍형 이후의 구멍형에는, 상기 스플릿에 맞닿아, 형성된 분할 부위를 순차 절곡하는 돌기부가 형성되어도 된다.

상기 평압연 공정에 있어서 형성되는 융기부의 폭은 피압연재의 웹부 내부 치수의 30％ 이상 50％ 이하로 설정되어도 된다.

두께 290㎜ 이상 310㎜ 이하의 직사각형 단면 슬래브를 소재로서 사용해도 된다.

상기 직사각형 단면 슬래브의 폭은 2000㎜여도 된다.

본 발명에 따르면, H형강을 제조할 때의 구멍형을 사용한 조압연 공정에 있어서, 슬래브 등의 직사각형 단면 소재의 단부면에 예각의 선단 형상을 한 돌기부로 깊게 스플릿을 형성하고, 그것에 의해 형성된 플랜지부를 순차 절곡함으로써, 피압연재에 있어서의 형상 불량의 발생을 억제시켜, 종래에 비해 플랜지 폭이 큰 H형강 제품을 효율적이고 또한 안정적으로 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 평조형 압연에 있어서, 종래와는 상이한 형상의 조형재를 압연 조형하는 경우에, 웹 높이 방향의 연신이나 플랜지 상당부의 변형이라는 문제를 발생시키지 않고 대형 조형재의 평조형 압연을 행할 수 있다.

도 1은 H형강의 제조 라인에 대한 개략 설명도이다.
도 2는 제1 구멍형의 개략 설명도이다.
도 3은 제2 구멍형의 개략 설명도이다.
도 4는 제3 구멍형의 개략 설명도이다.
도 5는 제4 구멍형의 개략 설명도이다.
도 6은 제5 구멍형의 개략 설명도이다.
도 7은 제6 구멍형의 개략 설명도이다.
도 8은 종래의 제조 방법에 있어서의 에징 압연 후의 플랜지부의 형상과, 본 실시 형태에 관한 제1 구멍형 내지 제4 구멍형에 의해 조형된 플랜지부의 형상을 비교하는 설명도이다.
도 9는 제5 구멍형에 있어서 형성된 융기부의 측면 경사 각도 α에 관한 개략 설명도이다.
도 10은 융기부의 측면 경사 각도 α가, 융기부의 압하와 함께 변화되는 모습을 도시하는 그래프이다.
도 11은 제5 구멍형, 제6 구멍형 및 후단의 세 확폭 구멍형을 사용한 총 18패스의 압연 조형에 의해 H형 조형재를 조형한 경우의 플랜지 폭의 추이를 도시하는 그래프이다.
도 12는 도 11의 데이터에 기초하여, 도피율과 H형 조형재 조형 후의 플랜지 폭 증감의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 13은 웹 부분 압연 구멍형에 있어서의 피압연재의 압연 조형의 모습을 개략적으로 도시한 시뮬레이션 해석도이다.
도 14는 융기부 소거 구멍형에 있어서의 피압연재의 압연 조형의 모습을 개략적으로 도시한 시뮬레이션 해석도이다.
도 15는 2000㎜ 폭 슬래브를 소재로 했을 때의 평조형 압연 이후의 플랜지 폭의 추이를 도시하는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 압연 설비(1)를 포함하는 H형강의 제조 라인 T에 대한 설명도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제조 라인 T에는 상류측으로부터 순서대로 가열로(2), 사이징 밀(3), 조압연기(4), 중간 유니버설 압연기(5), 마무리 유니버설 압연기(8)가 배치되어 있다. 또한, 중간 유니버설 압연기(5)에 근접하여 엣저 압연기(9)가 마련되어 있다. 또한, 이하에는, 설명을 위해 제조 라인 T에 있어서의 강재를, 총칭하여 「피압연재 A」라고 기재하고, 각 도면에 있어서 적절히 그 형상을 파선·사선 등을 사용하여 도시하는 경우가 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 제조 라인 T에서는, 가열로(2)로부터 추출된, 예를 들어 슬래브(11)인 직사각형 단면 소재(나중의 피압연재 A)가 사이징 밀(3), 그리고 조압연기(4)에 있어서 조압연된다. 이어서, 중간 유니버설 압연기(5)에 있어서 중간 압연된다. 이 중간 압연 시에는, 필요에 따라 엣저 압연기(9)에 의해 피압연재의 플랜지 선단부[플랜지 대응부(12)]에 대하여 압하가 실시된다. 통상의 경우 사이징 밀(3) 및 조압연기(4)의 롤에는 에징 구멍형 및 웹 부분을 두께 감소시키고, 플랜지 부분의 형상을 성형하는, 소위 평조형 구멍형이 새겨 설치되어 있고, 이들을 경유하여 복수 패스의 리버스 압연으로 H형 조형재(13)가 조형되고, 해당 H형 조형재(13)를 상기 중간 유니버설 압연기(5)-엣저 압연기(9)의 2개의 압연기로 이루어지는 압연기 열을 사용하여, 복수 패스의 압하가 가해지고, 중간재(14)가 조형된다. 그리고 중간재(14)는 마무리 유니버설 압연기(8)에 있어서 제품 형상으로 마무리 압연되어, H형강 제품(16)이 제조된다.

여기서, 가열로(2)로부터 추출되는 슬래브(11)의 슬래브 두께 T는, 예를 들어 290㎜ 이상 310㎜ 이하의 범위 내이다. 이것은, 대형 H형강 제품을 제조할 때에 사용되는, 소위 300두께 슬래브라고 불리는 슬래브 소재의 치수이다.

이어서, 이하에는 도 1에 도시한 사이징 밀(3) 및 조압연기(4)에 새겨 설치되는 구멍형 구성이나 구멍형 형상에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 2 내지 도 7은 조압연 공정을 행하는 사이징 밀(3) 및 조압연기(4)에 새겨 설치되는 구멍형에 대한 개략 설명도이다. 여기서, 설명하는 제1 구멍형 내지 제6 구멍형은, 예를 들어 사이징 밀(3)에 모두 새겨 설치되어도 되고, 사이징 밀(3) 및 조압연기(4)에 제1 구멍형 내지 제6 구멍형의 여섯 구멍형으로 나누어 새겨 설치되어도 된다. 즉, 제1 구멍형 내지 제6 구멍형은 사이징 밀(3) 및 조압연기(4)의 양쪽에 걸쳐서 새겨 설치되어도 되고, 어느 한쪽 압연기에 새겨 설치되어도 된다. 통상의 H형강의 제조에 있어서의 조압연 공정에서는, 이들 각 구멍형에 있어서 하나 또는 복수 패스에서의 조형이 행해진다.

또한, 본 실시 형태에서는 새겨 설치되는 구멍형이 여섯인 경우를 예시하여 설명하지만, 그 구멍형 수에 대해서도, 반드시 6구멍형일 필요는 없고, 6 이상의 복수의 구멍형 수여도 된다. 예를 들어, 후술하는 제6 구멍형(K6)의 후단에 일반적인 확폭 압연 구멍형을 마련하는 구성으로 해도 된다. 즉, H형 조형재(13)를 조형하기 위해 적합한 구멍형 구성이면 된다. 또한, 도 2 내지 도 7에서는, 각 구멍형에 있어서의 조형 시의 피압연재(A)의 개략 최종 패스 형상을 파선으로 도시하고 있다.

도 2는 제1 구멍형(K1)의 개략 설명도이다. 제1 구멍형(K1)은 한 쌍의 수평 롤인 상부 구멍형 롤(20)과 하부 구멍형 롤(21)에 새겨 설치되고, 이들 상부 구멍형 롤(20)과 하부 구멍형 롤(21)의 롤 틈에 있어서 피압연재(A)가 압하·조형된다. 또한, 상부 구멍형 롤(20)의 주위면[즉, 제1 구멍형(K1)의 상면]에는 구멍형 내부를 향해 돌출되는 돌기부(25)가 형성되어 있다. 또한, 하부 구멍형 롤(21)의 주위면[즉, 제1 구멍형(K1)의 저면]에는 구멍형 내부를 향해 돌출되는 돌기부(26)가 형성되어 있다. 이들 돌기부(25, 26)는 테이퍼 형상을 갖고 있고, 그 돌출 길이 등의 치수는 돌기부(25)와 돌기부(26)에서 각각 동등하게 구성되어 있다. 돌기부(25, 26)의 높이(돌출 길이)를 h1이라고 하고, 선단부 각도를 θ1a라고 한다.

이 제1 구멍형(K1)에 있어서는, 돌기부(25, 26)가 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)에 밀어붙여져, 스플릿(28, 29)이 형성된다. 여기서, 돌기부(25, 26)의 선단부 각도(웨지 각도라고도 호칭됨) θ1a는, 예를 들어 25° 이상 40° 이하인 것이 바람직하다.

여기서, 제1 구멍형(K1)의 구멍형 폭은 피압연재(A)의 두께(즉, 슬래브 두께)와 거의 동등한 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제1 구멍형(K1)에 형성된 돌기부(25, 26)의 선단부에 있어서의 구멍형의 폭과, 슬래브 두께를 동일하게 함으로써, 피압연재(A)의 좌우 센터링성이 적합하게 확보된다. 또한, 이와 같은 구멍형 치수의 구성으로 함으로써, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 구멍형(K1)에서의 조형 시에 있어서, 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)에 있어서는, 상기 돌기부(25, 26) 및 구멍형 측면(측벽)의 일부가 피압연재(A)와 접하고 있고, 스플릿(28, 29)에 의해 4개의 요소(부위)로 분할된 슬래브 상하 단부에 비해, 제1 구멍형(K1)의 상면 및 저면에서 적극적인 압하가 행해지지 않는 편이 바람직하다. 구멍형의 상면 및 저면에 의한 압하는 피압연재(A)의 긴 변 방향으로의 연신을 발생시켜 버리고, 플랜지[후술하는 플랜지부(80)]의 생성 효율을 저하시켜 버리기 때문이다. 즉, 제1 구멍형(K1)에 있어서는, 돌기부(25, 26)가 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)에 밀어붙여지고, 스플릿(28, 29)이 형성될 때의 돌기부(25, 26)에 있어서의 압하량(웨지 선단 압하량)은 슬래브 상하 단부에 있어서의 압하량(슬래브 단부면 압하량)보다도 충분히 큰 것이 되고, 이에 의해 스플릿(28, 29)이 형성된다.

도 3은 제2 구멍형(K2)의 개략 설명도이다. 제2 구멍형(K2)은 한 쌍의 수평 롤인 상부 구멍형 롤(30)과 하부 구멍형 롤(31)에 새겨 설치된다. 상부 구멍형 롤(30)의 주위면[즉, 제2 구멍형(K2)의 상면]에는 구멍형 내부를 향해 돌출되는 돌기부(35)가 형성되어 있다. 또한, 하부 구멍형 롤(31)의 주위면[즉, 제2 구멍형(K2)의 저면]에는 구멍형 내부를 향해 돌출되는 돌기부(36)가 형성되어 있다. 이들 돌기부(35, 36)는 테이퍼 형상을 갖고 있고, 그 돌출 길이 등의 치수는 돌기부(35)와 돌기부(36)에서 각각 동등하게 구성되어 있다. 이들 돌기부(35, 36)의 선단부 각도는 25° 이상 40° 이하의 웨지 각도 θ1b인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 구멍형(K1)의 웨지 각도 θ1a는 플랜지 상당부의 선단부 두께를 확보하고, 유도성을 높이고, 압연의 안정성을 담보하기 위해, 후단의 제2 구멍형(K2)의 웨지 각도 θ1b와 동일한 각도인 것이 바람직하다.

돌기부(35, 36)의 높이(돌출 길이) h2는 상기 제1 구멍형(K1)의 돌기부(25, 26)의 높이 h1보다 높게 구성되어 있고, h2>h1로 되어 있다. 또한, 돌기부(35, 36)의 선단부 각도는 상기 제1 구멍형(K1)의 돌기부(25, 26)의 선단부 각도와 동일한 것이 압연 치수 정밀도상, 바람직하다. 이들 상부 구멍형 롤(30)과 하부 구멍형 롤(31)의 롤 틈에 있어서, 상기 제1 구멍형(K1) 통재 후의 피압연재(A)가 다시 조형된다.

여기서, 제1 구멍형(K1)에 형성되는 돌기부(25, 26)의 높이 h1보다, 제2 구멍형(K2)에 형성되는 돌기부(35, 36)의 높이 h2의 쪽이 높고, 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)로의 침입 길이도 마찬가지로 제2 구멍형(K2)의 쪽이 길어진다. 제2 구멍형(K2)에서의 돌기부(35, 36)의 피압연재(A)로의 침입 깊이는 돌기부(35, 36)의 높이 h2와 동일하다. 즉, 제1 구멍형(K1)에서의 돌기부(25, 26)의 피압연재(A)로의 침입 깊이 h1'과, 제2 구멍형(K2)에서의 돌기부(35, 36)의 피압연재(A)로의 침입 깊이 h2는 h1'<h2의 관계로 되어 있다.

또한, 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)에 대향하는 구멍형 상면(30a, 30b) 및 구멍형 저면(31a, 31b)과, 돌기부(35, 36)의 경사면이 이루는 각도 θf는 도 3에 도시하는 4개소 모두 약 90°(대략 직각)로 구성되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)로 밀어붙여졌을 때의 돌기부의 침입 길이가 긴 점에서, 제2 구멍형(K2)에 있어서는, 제1 구멍형(K1)에 있어서 형성된 스플릿(28, 29)이 더욱 깊어지도록 조형이 행해져, 스플릿(38, 39)이 형성된다. 또한, 여기서 형성되는 스플릿(38, 39)의 치수에 기초하여 조압연 공정에서의 플랜지 조형 공정 종료 시의 플랜지 편폭이 결정된다.

또한, 도 3에 도시하는 제2 구멍형(K2)에서의 조형은 다패스에 의해 행해지지만, 이 다패스 조형에서는, 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)에 있어서 피압연재(A)의 적극적인 압하는 행해지지 않는다. 이것은, 압하에 의해 피압연재(A)의 긴 변 방향으로의 연신을 발생시키고, 플랜지 상당부[후술하는 플랜지부(80)에 상당]의 생성 효율을 저하시켜 버리기 때문이다.

도 4는 제3 구멍형(K3)의 개략 설명도이다. 제3 구멍형(K3)은 한 쌍의 수평 롤인 상부 구멍형 롤(40)과 하부 구멍형 롤(41)에 새겨 설치된다. 상부 구멍형 롤(40)의 주위면[즉, 제3 구멍형(K3)의 상면]에는 구멍형 내부를 향해 돌출되는 돌기부(45)가 형성되어 있다. 또한, 하부 구멍형 롤(41)의 주위면[즉, 제3 구멍형(K3)의 저면]에는 구멍형 내부를 향해 돌출되는 돌기부(46)가 형성되어 있다. 이들 돌기부(45, 46)는 테이퍼 형상을 갖고 있고, 그 돌출 길이 등의 치수는, 돌기부(45)와 돌기부(46)에서 각각 동등하게 구성되어 있다.

상기 돌기부(45, 46)의 선단부 각도 θ2는 상기 각도 θ1b에 비해 광각으로 구성되고, 돌기부(45, 46)의 피압연재(A)로의 침입 깊이 h3은 상기 돌기부(35, 36)의 침입 깊이 h2보다도 짧게 되어 있다(즉, h3<h2). 이 각도 θ2는, 예를 들어 70° 이상 110° 이하가 바람직하다.

또한, 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)에 대향하는 구멍형 상면(40a, 40b) 및 구멍형 저면(41a, 41b)과, 돌기부(45, 46)의 경사면이 이루는 각도 θf는 도 4에 도시하는 4개소 모두 약 90°(대략 직각)로 구성되어 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제3 구멍형(K3)에서는, 제2 구멍형(K2) 통재 후의 피압연재(A)에 대해, 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)에 있어서 제2 구멍형(K2)에 있어서 형성된 스플릿(38, 39)이, 돌기부(45, 46)가 밀어붙여짐으로써, 스플릿(48, 49)이 된다. 즉, 제3 구멍형(K3)에서의 조형에 있어서의 최종 패스에서는, 스플릿(48, 49)의 최심부 각도(이하, 스플릿 각도라고도 호칭함)가 θ2가 된다. 환언하면, 제2 구멍형(K2)에 있어서 스플릿(38, 39)의 형성과 함께 조형된 분할 부위[후술하는 플랜지부(80)에 대응하는 부위]가 외측으로 절곡되는 조형이 행해진다.

또한, 도 4에 도시하는 제3 구멍형(K3)에서의 조형은 적어도 1패스 이상에 의해 행해지고, 당해 패스 조형에서는, 이들 패스에 있어서 피압연재(A)의 적극적인 압하는 행해지지 않는다. 이것은, 압하에 의해 피압연재(A)의 긴 변 방향으로의 연신을 발생시키고, 플랜지 상당부[후술하는 플랜지부(80)에 상당]의 생성 효율을 저하시켜 버리기 때문이다.

도 5는 제4 구멍형(K4)의 개략 설명도이다. 제4 구멍형(K4)은 한 쌍의 수평 롤인 상부 구멍형 롤(50)과 하부 구멍형 롤(51)에 새겨 설치된다. 상부 구멍형 롤(50)의 주위면[즉, 제4 구멍형(K4)의 상면]에는 구멍형 내부를 향해 돌출되는 돌기부(55)가 형성되어 있다. 또한, 하부 구멍형 롤(51)의 주위면[즉, 제4 구멍형(K4)의 저면]에는 구멍형 내부를 향해 돌출되는 돌기부(56)가 형성되어 있다. 이들 돌기부(55, 56)는 테이퍼 형상을 갖고 있고, 그 돌출 길이 등의 치수는 돌기부(55)와 돌기부(56)가 각각 동등하게 구성되어 있다.

상기 돌기부(55, 56)의 선단부 각도 θ3은 상기 각도 θ2에 비해 광각으로 구성되고, 돌기부(55, 56)의 피압연재(A)로의 침입 깊이 h4는 상기 돌기부(45, 46)의 침입 깊이 h3보다도 짧게 되어 있다(즉, h4<h3). 이 각도 θ3은, 예를 들어 130° 이상 170° 이하가 바람직하다.

또한, 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)에 대향하는 구멍형 상면(50a, 50b) 및 구멍형 저면(51a, 51b)과, 돌기부(55, 56)의 경사면이 이루는 각도 θf는 상기 제3 구멍형(K3)과 마찬가지로, 도 5에 도시하는 4개소 모두 약 90°(대략 직각)로 구성되어 있다.

제4 구멍형(K4)에서는, 제3 구멍형(K3) 통재 후의 피압연재(A)에 비해, 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)에 있어서 제3 구멍형(K3)에 있어서 형성된 스플릿(48, 49)이, 돌기부(55, 56)가 밀어붙여짐으로써 펴져, 스플릿(58, 59)이 된다. 즉, 제4 구멍형(K4)에서의 조형에 있어서의 최종 패스에서는, 스플릿(58, 59)의 최심부 각도(이하, 스플릿 각도라고도 호칭함)가 θ3이 된다. 환언하면, 제3 구멍형(K3)에 있어서 스플릿(48, 49)의 형성과 함께 조형된 분할 부위[후술하는 플랜지부(80)에 대응하는 부위]가 더욱 외측으로 절곡되는 조형이 행해진다. 이와 같이 하여 조형된 피압연재(A)의 상하 단부의 부위는, 나중의 H형강 제품의 플랜지에 상당하는 부위이고, 여기서는 플랜지부(80)라고 호칭한다.

또한, 도 5에 도시하는 제4 구멍형(K4)에서의 조형은 적어도 1패스 이상에 의해 행해지고, 이들 패스에 있어서 피압연재(A)의 적극적인 압하는 행해지지 않는다. 이것은, 압하에 의해 피압연재(A)의 긴 변 방향으로의 연신을 발생시키고, 플랜지부(80)의 생성 효율을 저하시켜 버리기 때문이다.

이상의 제1 구멍형(K1) 내지 제4 구멍형(K4)을 사용한 압연 조형은, 피압연재(A)를 소정의 대략 도그본 형상이 되도록 조형하는 에징 압연 공정이라고도 호칭되고, 직사각형 단면의 소재 슬래브를 세운 상태로 실시된다.

도 6은 제5 구멍형(K5)의 개략 설명도이다. 제5 구멍형(K5)은 한 쌍의 수평 롤인 상부 구멍형 롤(85)과 하부 구멍형 롤(86)로 구성된다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제5 구멍형(K5)에서는, 제4 구멍형(K4)까지 조형된 피압연재(A)가 90° 혹은 270° 회전되고, 제4 구멍형(K4)까지는 피압연재(A)의 상하 단에 위치하고 있던 플랜지부(80)가, 압연 피치 라인 상에 오는 배치가 된다. 그리고, 제5 구멍형(K5)에서는 2개소의 플랜지부(80)를 걸치는 접속부인 웹부(82)의 압하가 행해진다.

여기서, 제5 구멍형(K5)의 상하 구멍형 롤(85, 86)은 그 롤 몸통 길이 중앙부에 있어서 소정 길이 L1의 오목부(85a, 86a)가 형성된 형상으로 되어 있다. 이와 같은 도 6에 도시하는 구멍형 구성에 의해, 웹부(82)의 압하는 부분적으로 행해지게 되고, 압하 후의 웹부(82)에는 웹 높이 방향 양단의 압하 부분(82a)과, 그 중앙부에 미압하 부분으로서의 융기부(82b)가 형성되게 된다. 이와 같이 하여, 소위 도그본 형상의 피압연재에 있어서 웹부(82)에 융기부(82b)를 형성하는 압연 조형이 행해진다.

또한, 이 제5 구멍형(K5)에서는, 웹부(82)를 부분적으로 압하하고, 융기부(82b)가 형성되는 압연 조형이 실시되는 점에서, 당해 구멍형을 「웹 부분 압연 구멍형」이라고도 호칭한다. 또한, 형성 후의 융기부(82b)의 폭 길이와 동일한 길이는 상기 오목부(85a, 86a)의 폭 길이 L1과 동일한 길이(후술하는 도피량 L1)가 된다. 여기서, 도 6의 확대도에 도시한 바와 같이, 본 명세서에 있어서의 오목부(85a, 86a)의 폭 길이 L1은 당해 오목부(85a, 86a)의 깊이 hm의 1/2의 깊이에서의 폭 길이로서 규정하고, 후술하는 도피량 L1도 동일한 규정에 의한 것으로 한다.

도 7은 제6 구멍형(K6)의 개략 설명도이다. 제6 구멍형(K6)은 한 쌍의 수평 롤인 상부 구멍형 롤(95)과 하부 구멍형 롤(96)로 구성된다. 제6 구멍형(K6)에서는, 제5 구멍형(K5)에 있어서 압연 조형된 피압연재(A)에 비해, 웹부(82)에 형성된 융기부(82b)를 소거하고, 또한 웹부(82)의 내부 치수를 확폭하는 압연 조형이 행해진다.

이 제6 구멍형(K6)에 있어서는, 웹부(82)에 형성된 융기부(82b)에 상하 구멍형 롤(95, 96)을 맞닿게 하여 당해 융기부(82b)를 압하(소거)하는 압연이 행해진다.

제6 구멍형(K6)에 의한 압연 조형에 의해, 융기부(82b)의 압하에 수반하는 웹 높이 방향으로의 확대 및 플랜지부(80)로의 메탈 플로우를 촉진시켜, 플랜지 감면을 가능한 한 발생시키지 않고 압연 조형을 실시하는 것이 가능해진다.

이 제6 구멍형(K6)은 웹부(82)에 형성된 융기부(82b)를 소거하는 점에서, 「융기부 소거 구멍형」이라고도 호칭한다.

또한, 제5 구멍형(K5) 및 제6 구멍형(K6)에 있어서의 압연 조형에 관하여, 그 상세한 조건 등(구멍형의 치수 형상 등)에 대해서는, 본 발명자들이 얻어진 지견 등에 기초하여, 본 실시 형태에서의 설명에 있어서 더 상세하게 후술한다.

또한, 상술해 온 제1 구멍형(K1) 내지 제6 구멍형(K6)을 거친 피압연재(A)에 대해서는, 필요에 따라 가일층의 웹부(82)의 확폭 압연을 행해도 된다. 이 경우에는, 제6 구멍형(K6)에서의 압연 조형의 후단에 있어서, 하나 또는 복수의 확폭용 구멍형을 사용한 확폭 압연을 행하면 된다. 또한, 그 경우의 확폭 압연용 구멍형은 종래부터 기지의 구멍형이기 때문에, 본 명세서에서의 확폭 압연용 구멍형의 설명은 생략한다.

이상의 제5 구멍형(K5), 제6 구멍형(K6)(및 필요에 따른 확폭용 구멍형)을 사용한 압연 조형은, 에징 압연 공정에서 조형된 피압연재(A)를 90°혹은 270° 회전시킨 대략 H형 자세로 실시되는 점에서, 평압연 공정이라고도 호칭된다.

상술해 온 제1 구멍형(K1) 내지 제6 구멍형(K6)이나 필요에 따른 확폭 압연용 구멍형을 사용하여, 도 1에 도시하는 H형 조형재(13)가 조형된다. 이와 같이 조형된 H형 조형재(13)에 대하여, 기지의 압연기인 중간 유니버설 압연기(5)-엣저 압연기(9)의 2개의 압연기로 이루어지는 압연기열을 사용하여, 복수 패스의 리버스 압연이 가해지고, 중간재(14)가 조형된다. 그리고 중간재(14)는 마무리 유니버설 압연기(8)에 있어서 제품 형상으로 마무리 압연되어, H형강 제품(16)이 제조된다(도 1 참조).

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 H형강의 제조 방법에서는, 제1 구멍형(K1) 내지 제4 구멍형(K4)을 사용하여 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)에 스플릿을 형성하고, 그들 스플릿에 의해 좌우로 나뉜 각 부분을 좌우로 절곡하는 가공을 행하여, 플랜지부(80)를 형성하는 등의 조형을 함으로써, 피압연재(A)(슬래브)의 상하 단부면을 거의 상하 방향으로 압하하지 않고 H형 조형재(13)의 조형을 행할 수 있다. 즉, 종래 행해지고 있던 슬래브 단부면을 항상 압하하는 조압연 방법에 비해, 플랜지 폭을 광폭화시켜 H형 조형재(13)를 조형하는 것이 가능해지고, 그 결과, 플랜지 폭이 큰 최종 제품(H형강)을 제조할 수 있다.

여기서, 본 실시 형태에 관한 H형강의 제조 방법에 있어서는, 상술한 제1 구멍형(K1) 내지 제4 구멍형(K4)에 의해 조형된 피압연재(A)의 플랜지부(80)의 형상이, 종래의 제조 방법에 있어서의 플랜지부의 형상에 비해, 제품 플랜지의 형상에 가까운 형상이다. 이것은, 소재로서 사용하는 직사각형 단면의 소재(슬래브)의 단부 형상을 바꾸는 일 없이, 스플릿을 형성하여 조형한 분할 부위[플랜지부(80)]를 절곡하는 가공을 행하는 등의 조형 기술을 채용하고 있는 것에 기인한다. 또한, 도 8은 종래의 제조 방법에 있어서의 에징 압연 후의 플랜지부의 형상과, 상술한 제1 구멍형(K1) 내지 제4 구멍형(K4)에 의해 조형된 플랜지부(80)의 형상을 비교하는 설명도이다. 도 8로부터도, 본 실시 형태에 관한 H형강의 제조 방법에 의해 조형된 플랜지부의 형상이, 제품 플랜지의 형상에 가까운 형상임을 알 수 있다.

이와 같은 조형되는 플랜지부(80)의 형상이 종래에 비해 제품 플랜지의 형상에 가까운 형상인 것을 감안하여, 본 발명자들은 본 실시 형태에 있어서의 제5 구멍형(K5)에 있어서의 압연 조형의 적합한 조건 및 제6 구멍형(K6)에 있어서의 압연 조형의 적합한 조건에 대하여 가일층의 검토를 행하여 이하에 설명하는 지견을 얻었다. 이하, 본지견에 대하여 도면이나 그래프 등을 참조하여 설명한다.

(융기부의 측면 경사 각도)

본 실시 형태에 관한 제5 구멍형(K5)(도 6 참조)에 있어서는, 상술한 바와 같이 피압연재(A)의 웹부(82)의 중앙에 융기부(82b)가 형성된다. 그리고, 형성된 융기부(82b)는 후단의 제6 구멍형(K6)에 있어서 소거되지만, 융기부(82b)의 형상에 따라서는, 융기부의 오버행 등에 의해, 융기부 소거 후의 웹부(82)에 흠집이 발생해 버릴 우려가 있다. 본 발명자들은 발생하는 흠집의 원인이, 제5 구멍형(K5)에 의한 압연 조형에 의해 형성되는 융기부(82b)의 측면 경사 각도에 있다고 생각하고, 당해 측면 경사 각도를 변화시켰을 때의 융기부(82b) 소거 시의 융기부 압하량과의 관계에 대하여 검증했다.

도 9는 제5 구멍형(K5)에 있어서 형성된 융기부(82b)의 측면 경사 각도 α에 관한 개략 설명도이다. 또한, 도 9에는 설명의 간략화를 위해 피압연재(A)의 일부 단면(1/4 단면)만을 도시하고 있다.

도 9에 도시한 바와 같이, 융기부(82b)의 측면 경사 각도 α란, 압연 방향에서 볼 때, 압연 피치 라인에 대하여 수직인 방향(연직 방향)과, 경사진 형상의 융기부(82b)의 측면이 이루는 각도이다.

또한, 도 10은 제5 구멍형(K5)에서의 압연 조형에 의해 형성된 융기부(82b)의 측면 경사 각도 α가, 융기부(82b)의 압하와 함께 변화되는 모습을 도시하는 그래프이고, 측면 경사 각도 α가 융기부 압하량의 증가(즉, 융기부 소거를 행하는 압하의 진행)와 함께 변화되는 모습을 그래프화한 것이다. 또한, 도 10의 그래프에 있어서, 융기부(82b)의 압하가 진행되어 융기부(82b)의 소거가 종료되는 단계에서, 측면 경사 각도 α가 정의 값을 유지할 수 없는 경우에는, 융기부 소거 후에 꺾임 흠집이 발생해 버리는 것을 의미하고 있다.

도 10에 도시한 바와 같이, 형성된 융기부(82b)의 측면 경사 각도 α가 6°인 경우, 융기부 압하량이 50㎜가 된 단계에서 측면 경사 각도 α가 0°로 되어 있고, 그 이상의 압하를 취하면, 융기부(82b)와 압하 부분(82a)의 경계부에 있어서 꺾임 흠집이 발생한다.

또한, 도 10으로부터는, 측면 경사 각도 α가 15°, 20°, 25°인 경우도 마찬가지로, 융기부 압하량이 200㎜에 이르기까지 꺾임 흠집이 발생하는 것을 알 수 있다.

한편, 측면 경사 각도 α가 30°인 경우, 융기부 압하량이 200㎜가 된 단계에서도 측면 경사 각도 α는 정의 값을 유지하고 있고, 꺾임 흠집이 발생하지 않음을 알 수 있다.

종래에 비해 플랜지 폭이 큰 대형 H형강 제품을 제조하는 경우에는, 소재 슬래브로서, 소위 「300두께 슬래브」라고 불리는 두께 290㎜ 내지 310㎜의 슬래브 소재가 사용되는 점에서, 제5 구멍형(K5)에서의 압연 조형에 있어서 압하 부분(82a)의 두께를 100㎜로 설정한 경우, 융기부(82b)의 높이는 편측에서 최대 100㎜(상하 양쪽 융기부 합계로 최대 200㎜)가 된다. 이와 같은 사정을 감안하여, 예를 들어 융기부(82b)의 소거에서의 융기부 압하량은 상하 융기부의 합계로 최대 200㎜ 정도가 되는 것이 생각되고, 그 조건 하에서는, 도 10의 결과로부터 융기부(82b)의 측면 경사 각도 α는 30° 이상으로 설정하는 것이 바람직한 것이 된다.

또한, 이 측면 경사 각도 α의 상한값은 임의로 설정 가능하지만, 측면 경사 각도 α가 커지면 융기부(82b)의 높이에 영향을 미쳐, 필요한 융기부 높이를 얻을 수 없을 우려가 있다. 그래서, 이 측면 경사 각도 α의 설정에 관해서는, 이하에 설명하는 융기부 형성 폭의 설계 범위에 있어서, 필요한 융기부 높이가 얻어질 정도로 설계하고, 롤 형상을 결정하는 것이 바람직하다.

[웹 내부 치수에 있어서의 도피량(융기부 형성 폭)의 비율]

또한, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 제5 구멍형(K5)(도 6 참조)에서는, 피압연재(A)의 웹부(82)의 중앙에 융기부(82b)가 형성되고, 형성된 융기부(82b)는 후단의 제6 구멍형(K6)에 있어서 소거된다. 그리고, 융기부 소거 후에 필요에 따라 웹 내부 치수의 확폭 압연이 행해져, H형 조형재가 조형되지만, 종래에 비해 플랜지 폭이 큰 대형 H형강 제품을 제조하기 위해서는, H형 조형재의 플랜지 폭도 가능한 한 크게 할 것이 요망된다.

본 발명자들은 제5 구멍형(K5)에 있어서 형성하는 융기부(82b)의 폭 길이 L1[즉, 제5 구멍형(K5)에서의 압연 조형에 있어서의 웹 내부 치수의 도피량]을 바꿈으로써, 최종적으로 얻어지는 H형 조형재의 플랜지 폭에 차이가 생긴다는 것을 알아내었다. 이것은, 융기부(82b)의 폭 길이를 크게 할수록 플랜지 두께양이 확보되기 쉬운 반면, 나중의 융기부 소거 시에 있어서 피압연재(A)의 긴 변 방향 연신 작용에 의해 플랜지 폭이 감소하는 것에 기인한다.

그래서, 본 발명자들은 제5 구멍형(K5)에서의 압연 조형에 있어서의 웹 내부 치수의 도피량(이하, 간단히 「도피량 L1」이라고도 기재)과, 최종적으로 얻어지는 H형 조형재의 플랜지 폭의 관계에 대하여 검증했다.

도 11은 본 실시 형태에 관한 제5 구멍형(K5), 제6 구멍형(K6) 및 더 후단의 세 확폭 구멍형을 사용한 총 18패스 압연 조형에 의해 H형 조형재를 조형한 경우의 플랜지 폭의 추이를 도시하는 그래프이다. 또한, 도 11은 약 2000㎜ 폭의 소재 슬래브를 사용한 데이터이다.

또한, 도 11의 그래프에 있어서의 횡축을 1 내지 18패스로 하고 있지만, 그중 1 내지 13패스가 제5 구멍형(K5)에 대응하고, 14, 15패스가 제6 구멍형(K6)에 대응하고, 16 내지 18패스가 후단에 있어서 필요에 따라 행해지는 확폭 압연의 구멍형에 대응하고 있다.

또한, 도 11에는 상기 도피량 L1을 바꾼 경우의 각각의 데이터를 기재하고 있고, 도피율로서 이하의 식 (1)에 나타내는 값을 정의하고, 당해 도피율이 12％, 17％, 23％, 28％, 33％, 39％, 44％, 49％인 경우를 기재하고, 도피율이 0％인 경우를 종래법으로서 기재하고 있다.

도피율을 크게 함으로써 제5 구멍형(K5)에 있어서의 플랜지부(80)에서의 두께 감소량이 삭감되기 때문에, 도 11에 도시한 바와 같이, 최종적으로 얻어지는 H형 조형재의 플랜지 폭은 도피율의 상승과 함께 커지는 경향이 있다. 단, 그 후의 제6 구멍형(K6)에서의 융기부 소거나 확폭 압연을 거친 후의 플랜지 폭을 보면, 도피율을 어느 소정값 이상으로 크게 하더라도 플랜지 폭은 반드시 커지지는 않게 됨을 알 수 있다. 이것은, 도피부를 크게 한 경우에는, 제6 구멍형(K6)에 의한 융기부 소거 시에 플랜지 두께 감소량이 확대되고 있는 것에 기인하는 것이라고 추정된다.

즉, 대형 H형강의 제조 프로세스로서, 본 실시 형태에서 설명하고 있는 융기부(82b)를 형성시키는 방법을 채용한 경우에 있어서, 도피율에는 적합한 수치 범위가 존재하고 있는 것이라고 생각된다. 그래서 본 발명자들은, 도피율과 H형 조형재 조형 후의 플랜지 폭의 증감의 관계에 착안하여, 도피율의 적합한 수치 범위를 도출했다.

도 12는 도 11의 데이터에 기초하여, 도피율과 H형 조형재 조형 후의 플랜지 폭 증감율의 관계를 도시하는 그래프이다. 또한, 도 12에 있어서의 플랜지 폭 증감율이란, 도피율이 0％인 경우의 플랜지 폭을 기준(1.000)으로 하여, 도피율이 각 값(12％ 내지 55％)인 경우의 플랜지 폭을 나타낸 값이다.

도 12에 도시한 바와 같이, 도피율이 커지면 H형 조형재의 플랜지 폭을 증대시키는 경향이 있지만, 도피율이 약 30％ 이상이 된 영역에서는 플랜지 폭 증감은 거의 일정값(그래프 중의 파선부 참조)으로 되어 있다.

도 12에 도시하는 결과로부터, 종래에 비해 플랜지 폭이 큰 대형 H형강 제품을 제조하는 경우에는, H형 조형재의 플랜지 폭도 커지는 압연 조형이 소망되는것을 감안하여, 도피율의 수치 범위는 30％ 내지 50％로 하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 또한, 압연 조형 프로세스에 있어서, 압연 하중의 증대화를 방지하거나, 생산 효율을 높이는 등의 관점에서, 도피율은 가능한 한 낮은 값으로 하는 것이 바람직한 점에서, 도피율은 약 30％로 설정하는 것이 바람직하다.

이상 설명한, 본 실시 형태에 관한 H형강의 제조 방법에 의하면, 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)에 스플릿을 형성하고, 그들 스플릿에 의해 좌우로 나뉜 각 부분을 좌우로 절곡하는 가공을 행하여, 플랜지부(80)를 형성하는 조형을 함으로써, 피압연재(A)(슬래브)의 상하 단부면을 상하 방향으로 거의 압하하지 않고 H형 조형재(13)의 조형을 행할 수 있다. 즉, 종래 행해지고 있던 슬래브 단부면을 항상 압하하는 조압연 방법에 비해, 플랜지 폭을 광폭화시켜 H형 조형재(13)를 조형하는 것이 가능해지고, 그 결과, 플랜지 폭이 큰 최종 제품(H형강)을 제조할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 에징 압연 후에 실시되는 평조형 압연을, 융기부(82b)를 형성시키는 제5 구멍형(K5)과, 융기부(82b)를 소거하고, 또한 웹부(82)의 내부 치수를 확폭하는 제6 구멍형(K6)을 구비한 구멍형 구성으로 실시하는 것으로 하고 있다. 이에 의해, 종래에 비해 플랜지 폭이 큰 H형 조형재(13)를 압연 조형하는 것이 가능해지고, 결과적으로 종래에 비해 플랜지 폭이 큰 H형강 제품을 제조하는 것이 가능해진다.

특히, 웹 높이 1000㎜ 이상, 또는 플랜지 폭 400㎜ 이상의 대형 H형강 제품을 제조할 때에, 소위 300두께 슬래브라고 불리는 두께 약 300㎜, 폭 약 2000㎜의 소재를 바탕으로 본 실시 형태에 관한 H형 조형재의 압연 조형을 행하는 경우, 상술한 바와 같이, 제5 구멍형(K5)에 있어서 형성된 융기부(82b)의 측면 경사 각도 α를 30° 이상으로 설정하고, 융기부(82b)의 형성에 있어서 도피율을 30％ 내지 50％의 범위 내(보다 바람직하게는 약 30％)로 설정함으로써, 압연 조형되는 H형 조형재의 플랜지 폭을 최대화시키는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 실시 형태의 일례를 설명했지만, 본 발명은 도시한 형태에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허 청구 범위에 기재된 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

예를 들어, 상기 실시 형태에 있어서, 제1 구멍형(K1) 내지 제4 구멍형(K4)의 네 구멍형을 사용하여 피압연재(A)의 조형을 행하고, 그 후, 제5 구멍형(K5), 제6 구멍형(K6)(및 필요에 따른 확폭 압연 구멍형)을 사용하여 H형 조형재의 압연 조형을 행하는 기술을 설명했지만, 조압연 공정을 실시하는 구멍형 수는 이것에 한정되는 것은 아니고, 제1 구멍형(K1) 내지 제4 구멍형(K4)에 도시하는 압연 조형 공정을 더 많은 구멍형을 사용하여 실시해도 된다. 즉, 상기 실시 형태에 나타낸 구멍형 구성은 일례이고, 사이징 밀(3)이나 조압연기(4)에 새겨 설치되는 구멍형의 수는 임의로 변경 가능하고, 적합하게 조압연 공정을 실시할 수 있을 정도로 적절히 변경된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 제1 구멍형(K1) 내지 제4 구멍형(K4)에 있어서, 피압연재(A)의 상하 단부(슬래브 단부면)에 스플릿을 형성하고, 그 스플릿들에 의해 좌우로 나뉜 각 부분을 좌우로 절곡하는 가공을 행하여, 플랜지부(80)를 형성하는 등의 조형 방법을 설명하고 있다. 그러나, 본 발명에 관한 제5 구멍형(K5) 및 제6 구멍형(K6)을 사용한 압연 조형 기술은 이와 같은 기술에 의해 조형된 피압연재(A)에 대해서만 적용되는 것은 아니고, 예를 들어 특허문헌 1로 대표되는 종래의 H형 조형재(소위 도그본재)에 대해서도 적용하는 것이 가능하다.

실시예

본 발명의 실시예로서, 본 발명에 관한 압연 조형 기술에 의해 조형된 피압연재의 형상과, 종래부터 일반적으로 알려져 있는 평조형 압연 구멍형에 의해 조형된 피압연재의 형상을 시뮬레이션 해석에 의해 비교하고, 각각의 피압연재의 플랜지부의 형상을 비교했다. 또한, 본 실시예에서는, 소위 300두께 슬래브를 소재로 하고, 상기 실시 형태에서 설명한 조건(측면 경사 각도 α 30° 이상, 도피율 30％ 내지 50％)을 만족시키는 설정으로 압연 조형을 행하는 것으로 했다.

도 13은 실시예 1로서, 웹 부분 압연 구멍형[상기 실시 형태에 있어서의 제5 구멍형(K5)에 상당]에 있어서의 피압연재의 압연 조형의 모습을 개략적으로 나타낸 시뮬레이션 해석도이다. 도 13에는 비교예 1로서, 종래의 평조형 압연 후의 피압연재 형상도 더불어 기재하고 있다.

또한, 도 14는 실시예 2로서, 융기부 소거 구멍형[상기 실시 형태에 있어서의 제6 구멍형(K6) 상당]에 있어서의 피압연재의 압연 조형의 모습을 개략적으로 도시한 시뮬레이션 해석도이다. 도 14에는 비교예 2로서, 종래의 평조형 압연을 거친 후에 웹부의 압하를 동일한 구멍형에 있어서 실시한 경우의 형상도 더불어 기재하고 있다.

또한, 도 13, 14에서는, 간략화를 위해, 피압연재의 1/4 단면을 확대한 것을 도시하고 있다.

도 13에 도시한 바와 같이, 실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 플랜지부의 두께양에 큰 차이가 보여, 당연히 플랜지 폭은 실시예 1의 쪽이 크게 조형되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 14의 실시예 2에 도시한 바와 같이, 웹에 형성된 융기부를 소거하는 압연에 있어서도, 플랜지부의 두께양은 그다지 크게 줄어 있지 않고, 융기부 소거 시에 있어서도, 플랜지 폭은 유지되고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 15는 2000㎜ 폭 슬래브를 소재로 했을 때의 평조형 압연 이후의 플랜지 폭의 추이를 도시하는 그래프이다. 도 15에는 종래의 평조형 압연을 행한 경우의 평조형 압연 이후의 플랜지 폭의 추이(그래프 중 ■)와, 본 발명에 관한 압연 조형 기술에 의해 조형을 행한 경우의 평조형 압연 이후의 플랜지 폭의 추이(그래프 중 ▲)를 각각 기재하고 있다. 또한, 도 15는 평조형 압연 후에 확폭 압연을 3패스 행한 경우이다.

도 15에 도시한 바와 같이, 동일한 2000㎜ 폭 슬래브를 소재로 한 경우라도, 조압연 후에 최종적으로 얻어지는 피압연재의 플랜지 폭은 종래에 비해 본 발명 기술이 약 60㎜ 정도 큰 값으로 되어 있다. 즉, 상기 실시 형태에서 설명한 조건[측면 경사 각도 α 30° 이상, 도피율 30％ 내지 50％]을 만족시키는 설정으로 압연 조형을 행함으로써, 조압연 후에 얻어지는 피압연재의 플랜지 폭을 종래에 비해 크게 조형하는 것이 가능한 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 H형강의 제조 방법에 있어서는, H형 조형재의 압연 조형에 있어서 종래에 비해 플랜지 폭이 큰 H형 조형재가 조형되는 것을 알 수 있다. 그 결과, 종래에 비해 플랜지 폭이 큰 H형강 제품이 효율적이고도 안정적으로 제조된다.

본 발명은, 예를 들어 직사각형 단면인 슬래브 등을 소재로 하여 H형강을 제조하는 제조 방법에 적용할 수 있다.

1 : 압연 설비
2 : 가열로
3 : 사이징 밀
4 : 조압연기
5 : 중간 유니버설 압연기
8 : 마무리 유니버설 압연기
9 : 엣저 압연기
11 : 슬래브
13 : H형 조형재
14 : 중간재
16 : H형강 제품
20 : 상부 구멍형 롤(제1 구멍형)
21 : 하부 구멍형 롤(제1 구멍형)
25, 26 : 돌기부(제1 구멍형)
28, 29 : 스플릿(제1 구멍형)
30 : 상부 구멍형 롤(제2 구멍형)
31 : 하부 구멍형 롤(제2 구멍형)
35, 36 : 돌기부(제2 구멍형)
38, 39 : 스플릿(제2 구멍형)
40 : 상부 구멍형 롤(제3 구멍형)
41 : 하부 구멍형 롤(제3 구멍형)
45, 46 : 돌기부(제3 구멍형)
48, 49 : 스플릿(제3 구멍형)
50 : 상부 구멍형 롤(제4 구멍형)
51 : 하부 구멍형 롤(제4 구멍형)
55, 56 : 돌기부(제4 구멍형)
58, 59 : 스플릿(제4 구멍형)
80 : 플랜지부
82 : 웹부
82a : 압하 부분
82b : 융기부(미압하 부분)
85 : 상부 구멍형 롤(제5 구멍형)
85a : 오목부
86 : 하부 구멍형 롤(제5 구멍형)
86a : 오목부
95 : 상부 구멍형 롤(제6 구멍형)
96 : 하부 구멍형 롤(제6 구멍형)
K1 : 제1 구멍형
K2 : 제2 구멍형
K3 : 제3 구멍형
K4 : 제4 구멍형
K5 : 제5 구멍형(웹 부분 압연 구멍형)
K6 : 제6 구멍형(융기부 소거 구멍형)
T : 제조 라인
A : 피압연재

Claims (7)

1. 조압연 공정, 중간 압연 공정, 마무리 압연 공정을 구비한 H형강의 제조 방법이며,
   상기 조압연 공정은, 피압연재를 소정의 대략 도그본 형상으로 압연 조형하는 에징 압연 공정과, 에징 압연 공정 완료 후의 피압연재를 90° 혹은 270° 회전시켜 웹부의 압연을 행하는 평압연 공정을 갖고,
   상기 평압연 공정을 행하는 구멍형 중 적어도 1구멍형의 상하 구멍형 롤에는, 피압연재의 웹부 중앙에 융기부를 형성시키는 오목부가 당해 상하 구멍형 롤의 롤 몸통 길이 중앙부에 마련되고,
   형성된 상기 융기부의 측면 경사 각도 α는 30° 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는, H형강의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 평압연 공정을 행하는 구멍형에는, 상기 융기부가 형성된 피압연재에 대하여, 당해 융기부를 압하하고, 웹부를 대략 평탄하게 압연 조형하는 융기부 소거 구멍형이 더 포함되는 것을 특징으로 하는, H형강의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 평압연 공정을 행하는 구멍형에는, 피압연재에 있어서, 웹부가 대략 평탄하게 압연 조형되는 것과 동시, 또는 웹부가 대략 평탄하게 압연 조형된 후에, 당해 웹부의 확폭 압연을 행하는 하나 또는 복수의 확폭용 구멍형이 더 포함되는 것을 특징으로 하는, H형강의 제조 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 조압연 공정을 행하는 압연기에는, 피압연재를 압연 조형하는 6 이상의 복수의 구멍형이 새겨 설치되고,
   당해 복수의 구멍형으로는 피압연재의 하나 또는 복수 패스 조형이 행해지고,
   상기 복수의 구멍형 중, 제1 구멍형 및 제2 구멍형에는 피압연재의 폭 방향에 대하여 연직으로 스플릿을 형성하여 피압연재 단부에 분할 부위를 형성시키는 돌기부가 형성되고,
   상기 복수의 구멍형 중, 후단에 위치하는 상기 평압연 공정을 행하는 구멍형을 제외한 제3 구멍형 이후의 구멍형에는, 상기 스플릿에 맞닿아, 형성된 분할 부위를 순차 절곡하는 돌기부가 형성되는 것을 특징으로 하는, H형강의 제조 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평압연 공정에 있어서 형성되는 융기부의 폭은 피압연재의 웹부 내부 치수의 30％ 이상 50％ 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는, H형강의 제조 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 두께 290㎜ 이상 310㎜ 이하의 직사각형 단면 슬래브를 소재로서 사용하는 것을 특징으로 하는, H형강의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 직사각형 단면 슬래브의 폭은 2000㎜인 것을 특징으로 하는, H형강의 제조 방법.

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