JP2019206010A - Ｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スラブ等の素材の端面に鋭角の先端形状をした突起部で深く割り込みを入れ、それによって形成されたフランジ部を順次折り曲げるといった工程を行う際に、被圧延材の表面性状悪化、特に、フランジ内面の表面性状悪化を抑制し、表面疵等の残存しないようなＨ形鋼製品を効率的に製造する。【解決手段】粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を備えたＨ形鋼の製造方法であって、前記粗圧延工程を行う圧延機には、被圧延材を圧延造形する複数の孔型が刻設され、当該複数の孔型は、被圧延材を幅方向に圧延造形する複数のエッジング孔型と、当該複数のエッジング孔型によるエッジング圧延途上、又は、エッジング圧延完了後の被圧延材について、当該被圧延材のフランジ内面の一部または全部のみを孔型ロールに接触させて皺解消工程を行う皺解消用孔型と、を含むことを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。【選択図】図７

Description

本発明は、例えば矩形断面であるスラブ等を素材としてＨ形鋼を製造する製造方法に関する。

Ｈ形鋼を製造する場合には、加熱炉から抽出されたスラブやブルーム等の素材を粗圧延機（ＢＤ）によって粗形材（所謂ドッグボーン形状の被圧延材）に造形し、中間ユニバーサル圧延機によって上記粗形材のウェブやフランジの厚さを圧下し、併せて前記中間ユニバーサル圧延機に近接したエッジャー圧延機によって被圧延材のフランジに対し幅圧下や端面の鍛錬と整形が施される。そして、仕上ユニバーサル圧延機によってＨ形鋼製品が造形される。

近年、建築構造物の大型化や海洋構造物への利用に伴い、従来に比べ大型のＨ形鋼製品の製造が求められており、特に、フランジ幅やフランジ厚を増した製品が望まれている。スラブ等の矩形断面素材を用いた製造工程において、フランジ幅及びフランジ厚を増やす技術としては、被圧延材の上下端面（スラブ端面）に割り込みを形成させた後に、スラブ端面をエッジングしながら割り込み形状を変更する技術（所謂ウェッジ法）が知られている。

このうち、フランジ厚を増厚する技術については、例えば特許文献１に、被圧延材の上下端部（スラブ端面）を拘束せずに割り込みを形成させた後に、孔型側壁に接触しない状態でスラブ端面をエッジングしながら割り込み形状を変更する技術が開示されている。この技術によれば、エッジング圧延の圧下率に応じてフランジの増厚を図ることが可能である。

また、例えば特許文献２には、被圧延材の上下端部（スラブ端面）の両側を拘束した状態でスラブ端面をエッジングしながら割り込み形状を変更する技術が開示されている。この技術によれば、被圧延材の上下端部両側を拘束して圧下を行っているため、フランジ先端部に肉溜まりを生じさせ厚肉化を図ることが可能である。

特開平１１−３４７６０１号公報 特開平７−８８５０１号公報

しかしながら、例えば上記特許文献１に開示されているように、被圧延材の上下端部（スラブ端面）を拘束せず、自由拡がりとして圧延を行った場合、フランジ幅は大きくなるものの、厚みはフランジ先端部が先細りとなるような形状となり、フランジ先端部の厚みが不足し、後段のプロセスで十分な成形ができず、大きな増厚が図られないことが懸念される。また、本発明者らの検討によれば、従来に比べ被圧延材の上下端部（スラブ端面）の左右の拘束を低くした場合であっても、同様にフランジ先端部が先細りとなり厚みが不足してしまうといった知見が得られている。

また、例えば上記特許文献２に開示されているように、被圧延材の上下端部（スラブ端面）の両側を拘束してエッジング圧延を行った場合、孔型において左右フランジ部の拡がりを完全に拘束した状態でエッジング圧延を行うため、被圧延材の長手方向への延伸が支配的となり、フランジ部の増厚の効率が低く、フランジの増厚に限界がある。例えば、孔型条件を適正にして実施した場合でも、フランジ先端部から付け根までの厚みの平均値が素材スラブ厚の１／２以上となるような圧延は本技術では実施できない。

また、一般的なＨ形鋼の製造プロセスにおいては、スラブからのエッジング圧延時には被圧延材の表面全体が圧縮力を受けるため被圧延材の表面性状が皺状に悪化することが分かっている。被圧延材の表面には製鋼工程に起因する表面荒れや、高温加熱による一次スケールが発生することに加えて、上記のような皺状の表面性状が発現したまま圧延造形を進めていくと、被圧延材の表面に凹凸形状（表面性状不良）が残存したままの状態となってしまう恐れがある。製品サイズに見合った適正スラブを用い、フランジ肉量が充分に確保できる製品サイズの造形時には、充分なフランジ部の圧下率が確保できるために問題にならないことが多いが、適正スラブ断面よりも小さい断面から造形するケースや、製品フランジ幅又はフランジ厚が大きい製品サイズの造形時にはフランジ厚み圧下が充分に取れず、表面性状不良が発生しやすい。これは孔型圧延による粗造形後のユニバーサル圧延において、フランジの厚み圧下が竪ロールによってフランジ外面から押し込まれる圧延となることに起因しており、フランジ内面とロールを接触させるためには、被圧延材のフランジ厚みと竪ロール隙の関係において不足量分をマイナスするだけでは不十分となるためである。

このような事情に鑑み、本発明の目的は、Ｈ形鋼を製造する際の孔型を用いた粗圧延工程において、被圧延材を幅方向に圧延造形する複数のエッジング孔型によりスラブ等の素材に対しエッジング圧延を行い、ドッグボーン形状を造形する工程を行う際に、被圧延材の表面性状悪化、特に、フランジ内面の表面性状悪化を抑制し、表面疵等の残存しないようなＨ形鋼製品を効率的に製造することが可能なＨ形鋼の製造方法を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明によれば、粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を備えたＨ形鋼の製造方法であって、前記粗圧延工程を行う圧延機には、被圧延材を圧延造形する複数の孔型が刻設され、当該複数の孔型は、被圧延材を幅方向に圧延造形する複数のエッジング孔型と、当該複数のエッジング孔型によるエッジング圧延途上、又は、エッジング圧延完了後の被圧延材について、当該被圧延材のフランジ内面の一部または全部のみを孔型ロールに接触させて皺解消工程を行う皺解消用孔型と、を含むことを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。

前記皺解消用孔型においては、フランジ外面の中央部からフランジ部厚み方向への垂線とフランジ内面との接点から当該フランジ内面の先端までの範囲Ｗのうち、フランジ部の先端厚みと同じ長さだけを先端から除いた範囲Ｗ１を少なくとも接触させて皺解消工程を行っても良い。

前記複数の孔型は、被圧延材の幅方向端部に対し鉛直に溝付けを行う溝付け孔型と、溝付けされた被圧延材の幅方向端部に対し鉛直に割り込みを入れて被圧延材端部に分割部位を形成させる突起部が形成された１又は複数の割り込み孔型と、前記割り込みに当接し、前記割り込み孔型において形成された分割部位を順次折り曲げる突起部が形成された複数の折り曲げ孔型と、を含み、前記皺解消工程は、前記複数の折り曲げ孔型において折り曲げ造形される途上、又は、折り曲げ造形完了後の被圧延材に対し行われても良い。

前記複数の折り曲げ孔型は、被圧延材に対し順に折り曲げ造形行う、第１折り曲げ孔型及び第２折り曲げ孔型から構成され、前記皺解消工程は、前記第１折り曲げ孔型での折り曲げ造形後、又は、前記第２折り曲げ孔型での折り曲げ造形後の被圧延材に対し行われても良い。

前記第２折り曲げ孔型に形成された突起部の先端部角度は１８０°であっても良い。

前記複数の孔型は、前記割り込み孔型、前記折り曲げ孔型、及び、前記皺解消用孔型を経た被圧延材に対し平造形圧延を行う平造形孔型を含み、当該平造形孔型は、被圧延材のフランジ内面と孔型ロールとが接触しないように構成されても良い。

前記皺解消用孔型の孔型内部には、前記複数のエッジング孔型が少なくとも１孔型以上刻設されても良い。

本発明によれば、Ｈ形鋼を製造する際の孔型を用いた粗圧延工程において、被圧延材を幅方向に圧延造形する複数のエッジング孔型によりスラブ等の素材に対しエッジング圧延を行い、ドッグボーン形状を造形する工程を行う際に、被圧延材の表面性状悪化、特に、フランジ内面の表面性状悪化を抑制し、表面疵等の残存しないようなＨ形鋼製品を効率的に製造することができる。

Ｈ形鋼の製造ラインについての概略説明図である。 第１孔型の概略説明図である。 第２孔型の概略説明図である。 第３孔型の概略説明図である。 第４孔型の概略説明図である。 第５孔型（平造形孔型）の概略説明図である。 本実施の形態に係る皺解消用孔型の構成を示す概略説明図である。 皺解消用孔型の変形例を示す概略図である。 従来のエッジング圧延法の一例を示す概略説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（製造ラインの概略）
図１は、本実施の形態にかかる圧延設備１を含むＨ形鋼の製造ラインＴについての説明図である。図１に示すように、製造ラインＴには上流側から順に、加熱炉２、サイジングミル３、粗圧延機４、中間ユニバーサル圧延機５、仕上ユニバーサル圧延機８が配置されている。また、中間ユニバーサル圧延機５に近接してエッジャー圧延機９が設けられている。なお、以下では、説明のために製造ラインＴにおける鋼材を、総称して「被圧延材Ａ」と記載し、各図において適宜その形状を破線・斜線等を用いて図示する場合がある。

図１に示すように、製造ラインＴでは、加熱炉２から抽出された例えばスラブ１１等の被圧延材Ａがサイジングミル３ならびに粗圧延機４において粗圧延される。次いで、中間ユニバーサル圧延機５において中間圧延される。この中間圧延時には、必要に応じてエッジャー圧延機９によって被圧延材の端部等（後述するフランジ部８０）に対して圧下が施される。通常の場合、サイジングミル３及び粗圧延機４のロールには、合わせて４〜６個程度の孔型が刻設されており、これらを経由して複数パス程度のリバース圧延でＨ形粗形材１３が造形され、該Ｈ形粗形材１３を前記中間ユニバーサル圧延機５−エッジャー圧延機９の２つの圧延機からなる圧延機列を用いて、複数パスの圧下が加えられ、中間材１４が造形される。そして中間材１４は、仕上ユニバーサル圧延機８において製品形状に仕上圧延され、Ｈ形鋼製品１６が製造される。

（孔型構成の概略）
次に、以下では図１に示したサイジングミル３及び粗圧延機４に刻設される孔型構成や孔型形状について図面を参照して説明する。図２〜図６は粗圧延工程を行うサイジングミル３及び粗圧延機４に刻設される孔型についての概略説明図である。ここで、説明する第１孔型〜第４孔型は、例えばサイジングミル３に全て刻設されても良く、サイジングミル３及び粗圧延機４に第１孔型〜第５孔型の５つの孔型が分けて刻設されても良い。即ち、第１孔型〜第４孔型はサイジングミル３及び粗圧延機４の両方に亘って刻設されても良く、どちらか一方の圧延機に刻設されても良い。通常のＨ形鋼の製造における粗圧延工程では、これら各孔型において１又は複数パスでの造形が行われる。

また、本実施の形態では刻設される孔型が５つの場合を例示して説明するが、その孔型数についても、必ずしも５孔型である必要はなく、５以上の複数の孔型数であっても良い。即ち、Ｈ形粗形材１３を造形するために好適な孔型構成であれば良い。なお、図２〜図６では、各孔型における造形時の被圧延材Ａの概略最終パス形状を破線にて図示している。

図２は第１孔型Ｋ１の概略説明図である。第１孔型Ｋ１は、一対の水平ロールである上孔型ロール２０と下孔型ロール２１に刻設され、これら上孔型ロール２０と下孔型ロール２１のロール隙において被圧延材Ａが圧下・造形される。また、上孔型ロール２０の周面（即ち、第１孔型Ｋ１の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部２５が形成されている。更に、下孔型ロール２１の周面（即ち、第１孔型Ｋ１の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部２６が形成されている。これら突起部２５、２６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部２５と突起部２６とでそれぞれ等しく構成されている。突起部２５、２６の高さ（突出長さ）をｈ１とし、先端部角度をθ１ａとする。

この第１孔型Ｋ１においては、突起部２５、２６が被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に押し当てられ、割り込み２８、２９が形成される。ここで、突起部２５、２６の先端部角度（ウェッジ角度とも呼称される）θ１ａは例えば２５°以上４０°以下であることが望ましい。

ここで、第１孔型Ｋ１の孔型幅は、被圧延材Ａの厚み（即ち、スラブ厚）とほぼ等しいことが好ましい。具体的には、第１孔型Ｋ１に形成された突起部２５、２６の先端部における孔型の幅と、スラブ厚を同一にすることで、被圧延材Ａの左右センタリング性が好適に確保される。また、このような孔型寸法の構成とすることで、図２に示すように、第１孔型Ｋ１での造形時において、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）においては、上記突起部２５、２６及び孔型側面（側壁）の一部が被圧延材Ａと接していて、割り込み２８、２９により４つの要素（部位）に分割されたスラブ上下端部に対して、第１孔型Ｋ１の上面及び底面にて積極的な圧下が行われない方が好ましい。孔型の上面及び底面による圧下は、被圧延材Ａの長手方向への伸びを生じさせてしまい、フランジ（後述するフランジ部８０）の生成効率を低下させてしまうからである。即ち、第１孔型Ｋ１においては、突起部２５、２６が被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に押し当てられ、割り込み２８、２９が形成される際の突起部２５、２６における圧下量（ウェッジ先端圧下量）は、スラブ上下端部における圧下量（スラブ端面圧下量）よりも十分に大きなものとされ、これにより割り込み２８、２９が形成される。
なお、この第１孔型Ｋ１はスラブ上下端部に溝（割り込み２８、２９）を付与するものであることから、「溝付け孔型」とも呼称される。

図３は第２孔型Ｋ２の概略説明図である。第２孔型Ｋ２は、一対の水平ロールである上孔型ロール３０と下孔型ロール３１に刻設される。上孔型ロール３０の周面（即ち、第２孔型Ｋ２の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部３５が形成されている。更に、下孔型ロール３１の周面（即ち、第２孔型Ｋ２の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部３６が形成されている。これら突起部３５、３６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部３５と突起部３６とでそれぞれ等しく構成されている。これら突起部３５、３６の先端部角度は２５°以上４０°以下のウェッジ角度θ１ｂであることが望ましい。

なお、上記第１孔型Ｋ１のウェッジ角度θ１ａは、フランジ相当部の先端部厚みを確保し、誘導性を高め、圧延の安定性を担保するために、後段の第２孔型Ｋ２のウェッジ角度θ１ｂと同じ角度であることが好ましい。

突起部３５、３６の高さ（突出長さ）ｈ２は、上記第１孔型Ｋ１の突起部２５、２６の高さｈ１より高く構成されており、ｈ２＞ｈ１となっている。また、突起部３５、３６の先端部角度は上記第１孔型Ｋ１の突起部２５、２６の先端部角度と同じであることが圧延寸法精度上、好ましい。これら上孔型ロール３０と下孔型ロール３１のロール隙において、上記第１孔型Ｋ１通材後の被圧延材Ａが更に造形される。

ここで、第１孔型Ｋ１に形成される突起部２５、２６の高さｈ１より、第２孔型Ｋ２に形成される突起部３５、３６の高さｈ２の方が高く、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）への侵入長さも同様に第２孔型Ｋ２の方が長くなる。第２孔型Ｋ２での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さは、突起部３５、３６の高さｈ２と同じである。即ち、第１孔型Ｋ１での突起部２５、２６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ１’と、第２孔型Ｋ２での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ２はｈ１’＜ｈ２との関係になっている。
また、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面３０ａ、３０ｂ及び孔型底面３１ａ、３１ｂと、突起部３５、３６の傾斜面とのなす角度θｆは、図３に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

図３に示すように、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）へ押し当てられた時の突起部の侵入長さが長いことから、第２孔型Ｋ２においては、第１孔型Ｋ１において形成された割り込み２８、２９が更に深くなるように造形が行われ、割り込み３８、３９が形成される。なお、ここで形成される割り込み３８、３９の寸法に基づき粗圧延工程でのフランジ造形工程終了時のフランジ片幅が決定される。
なお、この第２孔型Ｋ２は「割り込み孔型」と呼称される。

図４は第３孔型Ｋ３の概略説明図である。第３孔型Ｋ３は、一対の水平ロールである上孔型ロール４０と下孔型ロール４１に刻設される。上孔型ロール４０の周面（即ち、第３孔型Ｋ３の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部４５が形成されている。更に、下孔型ロール４１の周面（即ち、第３孔型Ｋ３の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部４６が形成されている。これら突起部４５、４６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部４５と突起部４６とでそれぞれ等しく構成されている。

上記突起部４５、４６の先端部角度θ２は、上記角度θ１ｂに比べ広角に構成され、突起部４５、４６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ３は、上記突起部３５、３６の侵入深さｈ２よりも短くなっている（即ち、ｈ３＜ｈ２）。この角度θ２は例えば７０°以上１１０°以下が好ましい。
また、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面４０ａ、４０ｂ及び孔型底面４１ａ、４１ｂと、突起部４５、４６の傾斜面とのなす角度θｆは、図４に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

図４に示すように、第３孔型Ｋ３では、第２孔型Ｋ２通材後の被圧延材Ａに対し、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において第２孔型Ｋ２において形成された割り込み３８、３９が、突起部４５、４６が押し当てられることにより、割り込み４８、４９となる。即ち、第３孔型Ｋ３での造形における最終パスでは、割り込み４８、４９の最深部角度（以下、割り込み角度とも呼称する）がθ２となる。換言すると、第２孔型Ｋ２において割り込み３８、３９の形成と共に造形された分割部位（後述するフランジ部８０に対応する部位）が外側に折り曲げられるような造形が行われる。
なお、図４に示す第３孔型Ｋ３での造形は複数パスによって行われる。

図５は第４孔型Ｋ４の概略説明図である。第４孔型Ｋ４は、一対の水平ロールである上孔型ロール５０と下孔型ロール５１に刻設される。上孔型ロール５０の周面（即ち、第４孔型Ｋ４の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部５５が形成されている。更に、下孔型ロール５１の周面（即ち、第４孔型Ｋ４の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部５６が形成されている。これら突起部５５、５６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部５５と突起部５６とでそれぞれ等しく構成されている。

上記突起部５５、５６の先端部角度θ３は、上記角度θ２に比べ広角に構成され、突起部５５、５６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ４は、上記突起部４５、４６の侵入深さｈ３よりも短くなっている（即ち、ｈ４＜ｈ３）。なお、角度θ３の上限は１８０°である。
また、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面５０ａ、５０ｂ及び孔型底面５１ａ、５１ｂと、突起部５５、５６の傾斜面とのなす角度θｆは、上記第３孔型Ｋ３と同様に、図５に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

第４孔型Ｋ４では、第３孔型Ｋ３通材後の被圧延材Ａに対し、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において第３孔型Ｋ３において形成された割り込み４８、４９が、突起部５５、５６が押し当てられることにより押し広げられ、割り込み５８、５９となる。即ち、第４孔型Ｋ４での造形における最終パスでは、割り込み５８、５９の最深部角度（以下、割り込み角度とも呼称する）がθ３となる。換言すると、第３孔型Ｋ３において割り込み４８、４９の形成と共に造形された分割部位（後述するフランジ部８０に対応する部位）が更に外側に折り曲げられるような造形が行われる。このようにして造形された被圧延材Ａの上下端部の部位は、後のＨ形鋼製品のフランジに相当する部位であり、ここではフランジ部８０と呼称する。
なお、図５に示す第４孔型Ｋ４での造形は複数パスによって行われる。

これら、割り込みを割り広げ、被圧延材Ａの上下端の分割部位（後のフランジ部８０）を外側に折り曲げるような造形を行う第３孔型Ｋ３、第４孔型Ｋ４は「折り曲げ孔型」と呼称される。なお、第３孔型Ｋ３、第４孔型Ｋ４を順に「第１折り曲げ孔型」、「第２折り曲げ孔型」と呼称する場合もある。
また、上述してきた、スラブ（被圧延材Ａ）を立てた状態で上下方向（幅方向）に圧下を行うような孔型（第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４）を総称して「エッジング孔型」と呼称する場合がある。

図６は第５孔型Ｋ５の概略説明図である。第５孔型Ｋ５は、一対の水平ロールである上孔型ロール８５と下孔型ロール８６から構成される。図６に示すように、第５孔型Ｋ５では、第４孔型Ｋ４までに造形された被圧延材Ａが９０°あるいは２７０°回転させられ、第４孔型Ｋ４までは被圧延材Ａの上下端に位置していたフランジ部８０が、圧延ピッチライン上に来るような配置となる。そして、第５孔型Ｋ５では、２か所のフランジ部８０を繋ぐ接続部であるウェブ部８２の圧下及びフランジ部８０のフランジ先端部を圧下することでフランジ幅の寸法調整が行われる。このようにしていわゆるドッグボーン形状のＨ形粗形材（図１に示すＨ形粗形材１３）が造形される。なお、この第５孔型Ｋ５はウェブ部８２を圧下して減厚させることから、ウェブ減厚孔型あるいは平造形孔型とも呼称される。なお、この平造形孔型（第５孔型Ｋ５）における圧延造形は平圧延工程、平圧延造形とも呼ばれ、１又は任意の複数パスで行われる。

このように造形されたＨ形粗形材１３に対し、既知の圧延機である中間ユニバーサル圧延機５−エッジャー圧延機９の２つの圧延機からなる圧延機列を用いて、複数パスのリバース圧延が加えられ、中間材１４が造形される。そして中間材１４は、仕上ユニバーサル圧延機８において製品形状に仕上圧延され、Ｈ形鋼製品１６が製造される（図１参照）。

上述したように、本実施の形態にかかる第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いて被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に割り込みを入れ、それら割り込みによって左右に分かれた各部分を左右に折り曲げる加工を行い、フランジ部８０を形成するといった造形をすることで、被圧延材Ａ（スラブ）の上下端面をほぼ上下方向に圧下することなくＨ形粗形材１３の造形を行うことができる。即ち、従来行われていたスラブ端面を常に圧下する粗圧延方法に比べ、フランジ幅を広幅化させてＨ形粗形材１３を造形することが可能となり、その結果、フランジ幅の大きな最終製品（Ｈ形鋼）を製造することができる。

一方で、本発明者らが鋭意実験を行ったところ、上述した第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４に例示されるエッジング孔型において被圧延材Ａのエッジング圧延を行う場合には、当該被圧延材Ａの表面性状に種々の問題点が発現することが分かってきている。即ち、被圧延材Ａのスラブ表面は、既に製鋼段階で発生した凹凸にスケールが付着した凹凸形状になっており、スラブ先端部のエッジング圧延によって当該先端部が圧縮されて凹凸形状が増幅されてしまう。
更には、上記第３孔型Ｋ３や第４孔型Ｋ４の説明で示したような分割部位（後のフランジ部８０）を折り曲げ造形する場合、フランジ内面を内側とする折り曲げプロセスであるため、当該フランジ内面の表面が圧縮変形となり、表面の凹凸形状が更に増幅される。
即ち、スラブからエッジング圧延を行う工程において、被圧延材Ａのフランジ内面の表面性状が最も悪くなるタイミングは、エッジング圧延完了時である。

このような事情に鑑み、本発明者らは、Ｈ形鋼の製造に係る粗圧延工程において、エッジング圧延を行っている途中の被圧延材Ａ、あるいは、エッジング圧延完了後の被圧延材Ａに対し、被圧延材Ａの上下端部（即ち、フランジ相当部、後のフランジ部８０）の内面（単にフランジ内面、内面とも記載）に発現した皺形状といった表面性状不良を解消するための「皺解消工程」を行うことを創案した。また、この「皺解消工程」を行うにあたり、当該工程用の孔型（以下、皺解消用孔型とも記載）を孔型ロールに刻設する構成についても創案した。以下、本実施の形態に係る「皺解消工程」ならびに「皺解消用孔型」について図面を参照して説明する。

（皺解消用孔型の構成）
図７は、本実施の形態に係る皺解消用孔型ＫＳの構成を示す概略説明図である。皺解消用孔型ＫＳは一対の水平ロールである上孔型ロール１０５と下孔型ロール１０６から構成される。図７に示すように、エッジング圧延時の被圧延材Ａが９０°あるいは２７０°回転させられ、エッジング圧延時は被圧延材Ａの上下端に位置していたフランジ相当部（フランジ部８０）が、圧延ピッチライン上に来るような配置となる。ここで、上下孔型ロール１０５、１０６のロール形状は任意に設計されるが、その特徴として、フランジ部８０の内面（フランジ内面８０ａ）がロール周面と当接・接触するような形状となっている。
ここで、フランジ部８０の内面（フランジ内面８０ａ）とは、Ｈ形鋼製品となった際にフランジの内面となる部位を示しており、フランジ部８０のウェブ部８２接続側がフランジ内面８０ａ、ウェブ部８２接続部と反対側がフランジ外面８０ｂである。なお、図示のように、上下孔型ロール１０５、１０６のロール周面と接触するフランジ内面８０ａ及びフランジ外面８０ｂは、概略断面図において上下左右の４箇所に存在する。

また、上下孔型ロール１０５、１０６のフランジ内面８０ａに当接・接触する当接面１０５ａ、１０６ａと、圧延ピッチラインとのなす角度は、皺解消用孔型ＫＳに導入される被圧延材Ａのフランジ部８０傾斜角度αに合わせて設計されることが望ましい。

また、フランジ部８０の内面８０ａと上下孔型ロール１０５、１０６との当接・接触については、必ずしも内面８０ａの全面が接触しない構成でも良い。例えば、フランジ内面８０ａにおいて、折り曲げ時等に皺等の表面性状悪化がより顕著に発生する部位は、フランジ部８０の根元部近傍の範囲（ウェブ部８２との接続部に近い範囲）であることが分かっていることから、当該範囲を重点的に接触させるようなロール設計とすれば良い。具体的には、図７に示すように、フランジ外面８０ｂの中央部からフランジ厚み方向への垂線とフランジ内面８０ａとの接点からフランジ内面８０ａの先端までの範囲Ｗのうち、フランジ部８０の先端厚みｔと同じ長さだけを先端から除いた範囲Ｗ１を規定し、少なくとも当該範囲Ｗ１においてはロールと内面８０ａとが接触しているようなロール設計とすることが好ましい。
なお、内面８０ａのうち、先端の範囲（長さｔの範囲）がロールと接触しなくても良いのは、当該範囲が折り曲げ工程における圧縮変形の及ばない範囲であることに加え、後段の中間圧延工程において先端部のエッジング圧延によるバルジング変形によってフランジ厚が増厚し、中間ユニバーサル圧延（中間圧延工程）や仕上ユニバーサル圧延（仕上圧延工程）でフランジ内面部の厚み圧下が容易に可能となり、その際に表面性状悪化が矯正されるからである。なお、フランジ部８０の先端厚みｔと、内面８０ａでの範囲ｔが同じ数値ｔとするのは、先端部をエッジング圧延した際にバルジングが形成される範囲が、多くの場合、ほぼ厚み範囲以上となるために、先端の範囲ｔの部分は、少なくとも、以降の圧延において厚みが増厚しやすく、後段での圧延工程において厚み圧下による表面性状の改善が期待できるからである。

（皺解消工程）
図７を参照して説明した皺解消用孔型ＫＳを設け、粗圧延工程において好適なタイミングで当該孔型を用いた皺解消工程を組み込むことで、フランジ内面８０ａ発現した皺形状といった表面性状不良を解消することができる。本発明者らは、図２〜図６を参照して上述した本発明の実施の形態に係る孔型構成により行われる粗圧延工程において、どのようなタイミングで皺解消用孔型ＫＳを用いた皺解消工程を行うことが好ましいかを検討し、その好適なタイミングを見出した。

上述したように、スラブからエッジング圧延を行う工程において、被圧延材Ａのフランジ内面の表面性状が最も悪くなるタイミングは、エッジング圧延完了時である。即ち、本実施の形態で説明した第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５を用いた粗圧延工程においては、皺の発生をなるべく抑制させる意味で、第４孔型Ｋ４での圧延造形完了後（即ち、エッジング圧延完了後）に皺解消工程を行うことが好ましいと考えられる。この場合、皺解消用孔型ＫＳのロール形状は、第４孔型Ｋ４の突起部５５、５６の先端部角度θ３に基づいて定められる。また、このタイミングで皺解消工程を行う場合、皺解消用孔型ＫＳを経た後の被圧延材Ａに対して、表面性状の悪化を抑制する点から、フランジ部８０の折り曲げ造形がなるべく実施されないことが望ましく、上記角度θ３は上限値の１８０°とすることが好ましい。

一方で、第４孔型Ｋ４での圧延造形完了後（エッジング圧延完了後）に皺解消工程を行う場合、皺の発生を抑制する点では有効であるが、フランジ部８０傾斜角度αが極めて小さい角度となる。例えばθ３が１８０°の場合、αは０°に近い値となる。その場合、ロールがフランジ内面８０ａに角度無く接触するためすり下げ疵が発生しやすいといった問題もある。また、皺解消工程においてフランジ部８０を寝かせる（傾斜角αを大きくする）ような造形を指向する場合には、フランジ部８０の形状が崩れる恐れがある。
このような事情からは、皺の発生を抑制しつつ、すり下げ疵の発生も防止するといった観点から、本実施の形態で説明した第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５を用いた粗圧延工程において、第３孔型Ｋ３での圧延造形完了後（即ち、エッジング圧延途上）に皺解消工程を行うことが好ましいと考えられる。この場合、皺解消用孔型ＫＳのロール形状は、第３孔型Ｋ３の突起部４５、４６の先端部角度θ２に基づいて定められる。

（平圧延造形との関係）
上述してきたように、皺解消工程を行った後、即ち、フランジ部８０の内面８０ａの表面性状が良好となった後には、なるべく表面性状が悪化するような圧延造形は避けることが好ましく、被圧延材ＡをできるだけＨ形鋼製品の形状に近付けておくことが好ましい。このような観点から、皺解消工程後の被圧延材Ａが送られる平造形孔型（本実施の形態における第５孔型Ｋ５）の構成は、圧延造形時に当該平造形孔型の上下孔型ロール８５、８６とフランジ部８０の内面８０ａとが接触しないような構成とすることが好ましい。これにより、皺解消工程後にフランジ内面８０ａの表面性状が再度悪化してしまうといった事を防止できる。

以上の通り、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５を用いた圧延造形技術において、皺解消工程を行う好適なタイミングとしては、第３孔型Ｋ３での圧延造形完了後、あるいは第４孔型Ｋ４での圧延造形完了後が挙げられる。このようなタイミングで皺解消工程を行うことで、粗圧延工程後でＨ形粗形材１３の表面性状不良を抑制させ、これに伴う後段プロセスでの形状不良や疵発生等も抑制させて良好な表面性状のＨ形鋼製品を効率的に製造することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記実施の形態において、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４として図示・説明した孔型群を用いて被圧延材Ａの圧延造形を行い、その後、第５孔型Ｋ５を用いて平造形圧延を行う技術を説明したが、粗圧延工程を実施する孔型数はこれに限られるものではなく、更に多くの孔型を用いて実施しても良い。その場合、皺解消用孔型ＫＳによる圧延は、最終折り曲げ孔型（例えば上記実施の形態における第４孔型Ｋ４）の前に行うことが好ましい。即ち、上記実施の形態に示した孔型構成は一例であり、サイジングミル３や粗圧延機４に刻設される孔型の数は任意に変更可能であり、好適に粗圧延工程を実施することができる程度に適宜変更される。

（孔型の効率化）
上記実施の形態において説明した第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５や皺解消用孔型ＫＳは、所定の胴長の孔型ロール内に収まるように刻設されることが求められる。また、上述したように、皺解消用孔型ＫＳはフランジ部８０の内面８０ａのみに当接・接触するような構成とされることが好ましい。このような場合、皺解消用孔型ＫＳの内部、主に中央部にエッジング圧延用の孔型（上記実施の形態における第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４）を刻設することも可能である。

図８は皺解消用孔型の変形例を示す概略図であり、孔型内部にエッジング孔型を刻設した構成を示している。皺を解消するためには、少なくともフランジ内面部をロールと接触させて平滑化すればよく、ウェブ部の圧下は必須ではないので、ウェブ相当部（ウェブ部８２）にエッジング孔型を配置している。なお、内部に刻設するエッジング孔型は任意であり、図８では、一例として第２孔型Ｋ２を刻設した場合を図示している。また、内部に刻設する孔型数も任意であり、皺解消用孔型の寸法に応じて適宜刻設すれば良い。
このように皺解消用孔型の内部にエッジング孔型を刻設するといった構成を採ることで、所定のロール胴長内に刻設できる孔型数を増やすことができ、サイジングミルや粗圧延機といった設備限界のある圧延設備において、設備効率の向上を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、Ｈ形鋼を製造する際の素材としてはスラブを例示して説明したが、類似形状のその他素材についても本発明技術は当然適用可能である。例えば、従来のエッジング圧延法に適用することも可能であり、その場合も各エッジング孔型の途中に皺解消用孔型による圧延を行うことで表面性状の改善が可能となる。

図９は、従来のエッジング圧延法の一例を示す概略説明図である。従来のエッジング圧延法は図９の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）であるのに対し、本発明に係る皺解消用孔型ＫＳを適用する場合には、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→皺解消用孔型ＫＳ→（ｄ）→（ｅ）といったケースや、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→皺解消用孔型ＫＳ→（ｅ）といったケースが考えられる。

本発明は、例えば矩形断面であるスラブ等を素材としてＨ形鋼を製造する製造方法に適用できる。

１…圧延設備
２…加熱炉
３…サイジングミル
４…粗圧延機
５…中間ユニバーサル圧延機
８…仕上ユニバーサル圧延機
９…エッジャー圧延機
１１…スラブ
１３…Ｈ形粗形材
１４…中間材
１６…Ｈ形鋼製品
２０…上孔型ロール（第１孔型）
２１…下孔型ロール（第１孔型）
２５、２６…突起部（第１孔型）
２８、２９…割り込み（第１孔型）
３０…上孔型ロール（第２孔型）
３１…下孔型ロール（第２孔型）
３５、３６…突起部（第２孔型）
３８、３９…割り込み（第２孔型）
４０…上孔型ロール（第３孔型）
４１…下孔型ロール（第３孔型）
４５、４６…突起部（第３孔型）
４８、４９…割り込み（第３孔型）
５０…上孔型ロール（第４孔型）
５１…下孔型ロール（第４孔型）
５５、５６…突起部（第４孔型）
５８、５９…割り込み（第４孔型）
８０…フランジ部
８２…ウェブ部
８５…上孔型ロール（第５孔型）
８６…下孔型ロール（第５孔型）
１０５…上孔型ロール（皺解消用孔型）
１０６…下孔型ロール（皺解消用孔型）
Ｋ１…第１孔型
Ｋ２…第２孔型
Ｋ３…第３孔型
Ｋ４…第４孔型
Ｋ５…第５孔型（平造形孔型）
ＫＳ…皺解消用孔型
Ｔ…製造ライン
Ａ…被圧延材

Claims (7)

1. 粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を備えたＨ形鋼の製造方法であって、
   前記粗圧延工程を行う圧延機には、被圧延材を圧延造形する複数の孔型が刻設され、
   当該複数の孔型は、
   被圧延材を幅方向に圧延造形する複数のエッジング孔型と、
   当該複数のエッジング孔型によるエッジング圧延途上、又は、エッジング圧延完了後の被圧延材について、当該被圧延材のフランジ内面の一部または全部のみを孔型ロールに接触させて皺解消工程を行う皺解消用孔型と、を含むことを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
2. 前記皺解消用孔型においては、フランジ外面の中央部からフランジ部厚み方向への垂線とフランジ内面との接点から当該フランジ内面の先端までの範囲Ｗのうち、フランジ部の先端厚みと同じ長さだけを先端から除いた範囲Ｗ１を少なくとも接触させて皺解消工程を行うことを特徴とする、請求項１に記載のＨ形鋼の製造方法。
3. 前記複数の孔型は、
   被圧延材の幅方向端部に対し鉛直に溝付けを行う溝付け孔型と、
   溝付けされた被圧延材の幅方向端部に対し鉛直に割り込みを入れて被圧延材端部に分割部位を形成させる突起部が形成された１又は複数の割り込み孔型と、
   前記割り込みに当接し、前記割り込み孔型において形成された分割部位を順次折り曲げる突起部が形成された複数の折り曲げ孔型と、を含み、
   前記皺解消工程は、前記複数の折り曲げ孔型において折り曲げ造形される途上、又は、折り曲げ造形完了後の被圧延材に対し行われることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＨ形鋼の製造方法。
4. 前記複数の折り曲げ孔型は、被圧延材に対し順に折り曲げ造形行う、第１折り曲げ孔型及び第２折り曲げ孔型から構成され、
   前記皺解消工程は、前記第１折り曲げ孔型での折り曲げ造形後、又は、前記第２折り曲げ孔型での折り曲げ造形後の被圧延材に対し行われることを特徴とする、請求項３に記載のＨ形鋼の製造方法。
5. 前記第２折り曲げ孔型に形成された突起部の先端部角度は１８０°であることを特徴とする、請求項４に記載のＨ形鋼の製造方法。
6. 前記複数の孔型は、前記割り込み孔型、前記折り曲げ孔型、及び、前記皺解消用孔型を経た被圧延材に対し平造形圧延を行う平造形孔型を含み、当該平造形孔型は、被圧延材のフランジ内面と孔型ロールとが接触しないように構成されることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載のＨ形鋼の製造方法。
7. 前記皺解消用孔型の孔型内部には、前記複数のエッジング孔型が少なくとも１孔型以上刻設されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＨ形鋼の製造方法。

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