JP2020163417A - ハット形鋼矢板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い経済性を有する薄肉フランジのハット形鋼矢板を孔型圧延法によって製造する。【解決手段】粗圧延工程では、被圧延材の断面形状を、矩形断面から、左右のフランジ部が鏡面対称のＺ型形状であり、且つ、フランジ部がウェブ部に接続する第１部位、腕部に接続する第２部位、及び、これら第１部位と第２部位との間に位置する第３部位からなるハット形粗形断面とする造形が行われ、中間圧延工程では、フランジ部の第３部位の長さを縮小しつつ、板厚を圧下して被圧延材の断面形状を第１中間断面形状とし、第１中間断面形状におけるウェブ部の全体、フランジ部の全体、及び、腕部の一部を押圧し、フランジ部全体を真っ直ぐに矯正して第２中間断面形状とし、次いで、爪高さ成形を施す造形が行われ、仕上圧延工程では、継手成形を施して最終製品を造形する。【選択図】図２

Description

本発明は、経済性の高い薄肉フランジのハット形鋼矢板の製造方法に関する。

近年、鋼矢板壁の構造物としての信頼性の確保、さらに鋼矢板を打設するにあたり、生産性の向上や、コストの効率的な削減が求められているといった観点から、従来のＵ形鋼矢板に代わり構造信頼性、施工性や経済性（軽量化）に優れたハット形鋼矢板が開発された。ハット形鋼矢板はハット形形状の両端に非対称形状の継手を有し、その製造は孔型圧延法によって行われる。孔型圧延法の一般的な工程としては、先ず加熱炉において所定の温度に加熱した素材を、孔型ロールを備えた粗圧延機、中間圧延機及び仕上圧延機によって順に圧延することが知られている。

現状、国内で製造されているハット形鋼矢板製品については、上述した一般的な孔型圧延法を用いて矩形断面の素材から製造することが可能である。具体的には、例えば壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが１．０×１０^４ｃｍ^４／ｍの１０Ｈ製品と呼ばれるハット形鋼矢板製品や、壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが２．５×１０^４ｃｍ^４／ｍの２５Ｈ製品と呼ばれるハット形鋼矢板製品は、熱間の孔型圧延法によって製造される。また、最近では、壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが４．５×１０^４ｃｍ^４／ｍの４５Ｈ製品、５．０×１０^４ｃｍ^４／ｍの５０Ｈ製品も製造されるようになった。

ハット形鋼矢板の断面の形状・寸法については、その構造信頼性、施工性や経済性（軽量化）を向上させるために種々の工夫が取り入れられている。例えば、特許文献１には、施工性向上の観点から施工時の打設抵抗を低減するため、図４に示すようなハット形鋼矢板１０１のウェブ１０３（特許文献１においては「中央フランジ部」と呼称）、又は腕１０６、１０７（特許文献１においては「端フランジ部」と呼称）とフランジ１０４、１０５（特許文献１においては「ウェブ部」と呼称）のなす角度αを好適に設計し、特にフランジ１０４、１０５の全体（特許文献１においては「ウェブ部全体」と呼称）を緩傾斜部とした断面にすべきことが開示されている。開示内容によれば、ハット形鋼矢板は、ハット形断面を採用し、継手を鋼矢板壁の外縁部に配置したことによりＵ形断面よりも構造信頼性が高まり、さらにフランジ部全体を緩傾斜とし、一対のフランジ中央Ｐ、Ｑからの垂線の交点Ｏが鋼矢板の溝断面外に位置するようなフランジ角度αに設定することで施工時の打設抵抗が低減される等、施工性が高められている。また、施工性が高められた結果、施工時の打設荷重を小さく抑えることができ、これにより鋼矢板の薄肉化できることで経済性も向上した。

図５は、従来技術の実施に係る圧延設備であるハット形鋼矢板を製造する圧延ラインＬと、圧延ラインＬに備えられる圧延機、孔型配置及び被圧延材の流れについての概略説明図である。図５に示すように、圧延ラインＬには、粗圧延機１１、第１中間圧延機１３、第２中間圧延機１４、仕上圧延機１９が順に配置されている。圧延ラインＬは複数のラインＬ１〜Ｌ３によって構成されており、ラインＬ１とラインＬ２が隣接し、ラインＬ２とラインＬ３が隣接している。それぞれのラインＬ１〜Ｌ３は、互いの一部が重なるようにして直列的に連結しており、被圧延材ＡはＬ１からＬ２、あるいはＬ２からＬ３に、その幅方向に平行移動して圧延ラインＬを進む構成となっている。

そして、ラインＬ１には粗圧延機１１が配置され、ラインＬ２には第１中間圧延機１３が配置され、ラインＬ３には第２中間圧延機１４と仕上圧延機１９が配置されている。各ラインＬ１〜Ｌ３にはそれぞれ別の被圧延材Ａを載せて圧延を行うことが可能であり、圧延ラインＬ上において複数の被圧延材Ａの圧延を同時に並行して実施することが可能な構成となっている。

図５に示す圧延ラインＬにおいては、図示しない加熱炉において加熱された矩形断面形状の素材（素材Ｂ、後の被圧延材Ａ）は、ラインＬ１上で粗圧延機１１の上下孔型ロール対に刻設された第１孔型Ｋ７、第２孔型Ｋ６、第３孔型Ｋ５によって順に圧延された後、ラインＬ２に送り込まれて第１中間圧延機１３の上下孔型ロール対に刻設された第４孔型Ｋ４で圧延され、引き続いてラインＬ３に送り込まれて第２中間圧延機１４の上下孔型ロール対に刻設された第５孔型Ｋ３、第６孔型Ｋ２の順に圧延され、最後に仕上圧延機１９の上下孔型ロール対に刻設された第７孔型Ｋ１によって圧延されて最終製品であるハット形鋼矢板となる。このようにして、素材Ｂ（被圧延材Ａ）に対して粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程をこの順に行うことで最終製品が製造される。図５では、Ｋ２及びＫ１圧延は１パス、それより上流のＫ７〜Ｋ３圧延は２以上の多パスとしているが、各孔型の圧延パス数は必ずしもこれに限定されるわけではない。厳密な定義はないが、粗圧延工程はＫ７とＫ６による圧延により矩形断面形状から略ハット形断面形状（「ハット形粗形断面形状」とも言う）を造形する工程であり、中間圧延工程はＫ５〜Ｋ２により略ハット形断面形状から継手部を生成して中間ハット形断面形状を造形する工程であり、仕上圧延工程はＫ１を用いて中間ハット形断面形状からハット形鋼矢板の製品断面形状を造形する工程である。なお、本明細書では、慣例により孔型の呼称は仕上孔型をＫ１（“Ｋ”は孔型を意味するドイツ語Ｋａｌｉｂｅｒの頭文字）とし、上流の孔型に向けて順に番号を付す。

以下では、図５の圧延ラインＬに配置される粗圧延機１１、第１中間圧延機１３、第２中間圧延機１４、仕上圧延機１９に刻設される孔型の構成と作用について、圧延ラインＬの上流から順を追って図面を参照して簡単に説明する。なお、上記粗圧延機１１、第１中間圧延機１３、第２中間圧延機１４、仕上圧延機１９は従来から用いられている一般的な設備であるため、本明細書における以下の記述では孔型の構成と作用を中心に説明することとし、各圧延機の詳細な設備構成等についての説明は省略する。

なお、図５に記載した孔型Ｋ７、Ｋ６、…、Ｋ１は、粗圧延機１１〜仕上圧延機１９のいずれかの圧延機に刻設されるものであるが、各孔型をどの圧延機に刻設するかは、通常は生産性（能率・歩留）や作業性を考慮した上で、設備状況や製品寸法等の条件によって適宜変更すべきものである。そこで、本発明技術の実施形態においては、各孔型は図５の孔型配置に限定されず、圧延ラインＬ上流側から下流側に向けて順に刻設されていれば良いものとして説明する。

また、以下に説明する本実施の形態に係る第１孔型Ｋ７〜第７孔型Ｋ１の構成は、図示の形態に限られるものではなく、例えば、各種孔型の修正孔型の増減配列については設備状況や製品寸法等の条件に応じて適宜変更可能である。

図６は、図５に記載したハット形鋼矢板の圧延造形に係る孔型形状と圧延造形についての概略的な説明図である。図６では後に説明する本発明技術との比較を容易にするため、被圧延材のフランジ部、孔型のフランジ対応部を誇張して幅広く描いている。

図６（ａ）は、第１孔型Ｋ７圧延の最終パス出口（ロール軸直下）での孔型と素材Ｂの断面図である。第１孔型Ｋ７は上孔型ロール２０ａと下孔型ロール２０ｂから構成されるボックス孔型であり、図では該ボックス孔型の孔底をフラット形状としているが、これを所定のテーパー形状とする場合もある。この第１孔型Ｋ７により、矩形断面形状の素材Ｂの幅方向端部の短辺部の形状を整え、かつ長手方向に均一な幅寸法にするために、図のように矩形断面形状の素材Ｂを立てた状態（鋼矢板の幅方向を鉛直方向とした状態）で幅方向に軽く圧下（エッジング圧延）が施される。第１孔型Ｋ７は所謂エッジング孔型と呼称される。

つぎに、図６（ｂ）は、第２孔型Ｋ６圧延の第１パス入側において素材Ｂに対して上下孔型ロール対２０ａ、２０ｂによる圧下が始まる位置での孔型と素材Ｂの断面図であり、また、図６（ｃ）は第２孔型Ｋ６圧延の最終パス出口での孔型と被圧延材Ａの断面図である。図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、第２孔型Ｋ６は突起ロールである上孔型ロール２０ａと、溝ロールである下孔型ロール２０ｂから構成され、この第２孔型Ｋ６によって、上記第１孔型Ｋ７においてエッジング圧延された矩形断面形状の素材Ｂ（後の被圧延材Ａ）全体に対して圧下が行われる。ここで、上記第１孔型Ｋ７における圧下では素材Ｂを立てた状態とされるが、その後、素材Ｂは９０°あるいは２７０°回転させられ、第２孔型Ｋ６では素材Ｂの幅方向を水平方向とした状態（鋼矢板の幅方向を水平方向とした状態）で圧下が行われ、被圧延材Ａの断面を図６（ｃ）のような略ハット形断面形状とする圧延造形が行われる。第２孔型Ｋ６圧延の最終パスで仕上がった被圧延材Ａの断面はウェブ部３、フランジ部４、５、腕部６、７から構成される。

図６（ｄ）は、第３孔型Ｋ５圧延の第１パス入側において被圧延材Ａに対して上下孔型ロール対２０ａ、２０ｂによる圧下が始まる位置での孔型と被圧延材Ａの断面図であり、また、図６（ｅ）は第３孔型Ｋ５圧延の最終パス出口での孔型と被圧延材Ａの断面図である。図６（ｄ）、（ｅ）に示すように、第３孔型Ｋ５は突起ロールである上孔型ロール２０ａと溝ロールである下孔型ロール２０ｂから構成され、この第３孔型Ｋ５によって図６（ｅ）のように継手部８、９と爪部８ａ、９ａが形成されるとともに、被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下が行われ、よりハット形鋼矢板製品に近い形状・寸法とされる。

図６（ｆ）は、第４孔型Ｋ４圧延の第１パス入側において被圧延材Ａに対して上下孔型ロール対３０ａ、３０ｂによる圧下が始まる位置での孔型と被圧延材Ａの断面図であり、また、図６（ｇ）は第４孔型Ｋ４圧延の最終パス出口での孔型と被圧延材Ａの断面図である。図６（ｆ）、（ｇ）に示すように、第４孔型Ｋ４は突起ロールである上孔型ロール３０ａと溝ロールである下孔型ロール３０ｂから構成され、この第４孔型Ｋ４によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに爪高さ成形が行われる。具体的には、爪部８ａ、９ａの高さ（図中、上下方向の高さｈ１）を調整して２つの爪部８ａ、９ａの高さを揃える爪高さ成形と、被圧延材Ａ全体の厚み圧下が同時に行われる。なお、この第４孔型Ｋ４のような爪部８ａ、９ａの高さを揃える成形は爪成形工程と呼称され、爪成形工程を担う孔型は爪成形孔型と呼称される。

図６（ｈ）は、第５孔型Ｋ３圧延の第１パス入側において被圧延材Ａに対して上下孔型ロール対４０ａ、４０ｂによる圧下が始まる位置での孔型と被圧延材Ａの断面図であり、また、図６（ｉ）は第５孔型Ｋ３圧延の最終パス出口での孔型と被圧延材Ａの断面図である。図６（ｈ）、（ｉ）に示すように、第５孔型Ｋ３は突起ロールである上孔型ロール４０ａと溝ロールである下孔型ロール４０ｂから構成され、この第５孔型Ｋ３によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下が行われる。

図６（ｊ）は、第６孔型Ｋ２圧延の出口での孔型と被圧延材Ａの断面図である。図６（ｊ）に示すように、第６孔型Ｋ２は突起ロールである上孔型ロール４０ａと溝ロールである下孔型ロール４０ｂから構成され、この第６孔型Ｋ２によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに爪高さ成形が行われ、特に、爪部８ａ、９ａの高さ（図中、上下方向の高さｈ２）を調整して２つの爪部８ａ、９ａの高さを揃える爪高さ成形が行われる。第６孔型Ｋ２では、被圧延材Ａ全体の厚み圧下を積極的に行う第５孔型Ｋ３とは異なり、厚み圧下量はごく小さい。

図６（ｋ）は、第７孔型Ｋ１圧延の出口での孔型と被圧延材Ａの断面図である。図６（ｋ）に示すように、第７孔型Ｋ１は突起ロールである上孔型ロール６０ａと溝ロールである下孔型ロール６０ｂから構成され、この第７孔型Ｋ１では、被圧延材Ａの爪部８ａ、９ａを含む継手部８、９の曲げ成形と、軽圧下圧延による被圧延材Ａ全体の整形が行われる。具体的には、爪部８ａ、９ａを含む継手部８、９全体を製品の継手形状となるように曲げる継手成形が行われる。これにより、第７孔型Ｋ１では、ハット形鋼矢板製品の形状・寸法まで被圧延材Ａが成形されることとなる。なお、この第７孔型Ｋ１のような継手部８、９全体を曲げ成形する孔型は仕上孔型と呼称される。

以上、図６を参照して、矩形断面素材からハット形鋼矢板を造形する基本的な孔型列、第１孔型Ｋ７〜第７孔型Ｋ１の各孔型形状とその機能について説明し、該孔型列を用いた圧延造形法を解説した。上述のように、ハット形鋼矢板の孔型圧延は粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程からなり、例えば第１孔型Ｋ７〜第６孔型Ｋ２までの孔型において粗圧延工程及び中間圧延工程が順次行われ、第７孔型Ｋ１において仕上圧延工程が行われる。ここで、第２孔型Ｋ６の孔型形状は略ハット形断面形状、また第３孔型Ｋ５〜第６孔型Ｋ２の孔型形状はいずれもハット形中間断面形状であり、後段の孔型へいくほど製品形状に近い形状にて刻設されている。最終工程である仕上圧延が行われる第７孔型Ｋ１の形状は、略ハット形鋼矢板製品形状である。

上述の基本的なハット形鋼矢板の圧延造形法に対する改良技術が、特許文献２と特許文献３によって開示されている。

まず、特許文献２には、上述の第２孔型Ｋ６による粗圧延工程の孔型圧延を図７のように孔型Ｋ６ａと孔型Ｋ６ｂによる２段構えの孔型圧延とし、矩形断面の素材を矩形断面形状と略ハット形断面形状との間の中間形状に造形する１段階目の孔型Ｋ６ａと、該中間形状から略ハット形断面形状に造形する２段階目の孔型Ｋ６ｂによって行う技術が開示されている。孔型が一つ増えるため、例えば図７のように第３孔型Ｋ５は粗圧延機１１から第１中間圧延機１３に移動させることになる。

図８は、図７に記載したハット形鋼矢板の圧延造形に係る孔型形状と圧延造形についての概略的な説明図である。ただし、第１孔型Ｋ７及び第４孔型Ｋ４〜第７孔型Ｋ１の圧延状態は図６のそれと同じであり、その掲載を省略する。前記１段階目の孔型Ｋ６ａの溝ロール２０ｂは、被圧延材Ａのウェブ部３に対向するウェブ対向部４２と、被圧延材Ａのフランジ部４、５に対向するフランジ対向部４４、４５と、被圧延材Ａの腕部６、７に対向する腕対向部４７、４８からなり、当該１段階目の孔型Ｋ６ａにおいて、前記フランジ対向部４４、４５は、前記ウェブ対向部４２に接続する緩傾斜のフランジ対向部分４４ａ、４５ａと、前記腕対向部４７、４８に接続する急傾斜のフランジ対向部分４４ｂ、４５ｂから構成され、前記２段階目の孔型Ｋ６ｂの突起ロール２０ａならびに溝ロール２０ｂは、被圧延材Ａのウェブ部３に対向するウェブ対向部５２ならびに６２と、被圧延材Ａのフランジ部４、５に対向するフランジ対向部５４、５５ならびに６４、６５と、被圧延材Ａの腕部６、７に対向する腕対向部５７、５８ならびに６７、６８からなり、当該２段階目の孔型Ｋ６ｂにおいて、前記フランジ対向部５４、５５ならびに６４、６５は、前記ウェブ対向部５２ならびに６２に接続する急傾斜のフランジ対向部分５４ａ、５５ａならびに６４ａ、６５ａと、前記腕対向部５７、５８ならびに６７、６８に接続する急傾斜のフランジ対向部分５４ｃ、５５ｃならびに６４ｃ、６５ｃと、当該２つの急傾斜のフランジ対向部分の間に位置する緩傾斜のフランジ対向部分５４ｂ、５５ｂならびに６４ｂ、６５ｂから構成される。

まず、図８（ａ）は、第２孔型（１段階目）Ｋ６ａ圧延の第１パス入側において素材Ｂに対して上下孔型ロール対２０ａ、２０ｂによる圧下が始まる位置での孔型と素材Ｂの断面図であり、また、図８（ｂ）は１段階目の孔型Ｋ６ａ圧延の最終パス出口での孔型と被圧延材Ａの断面図である。図８（ａ）、（ｂ）に示すように、１段階目の孔型Ｋ６ａは突起ロールである上孔型ロール２０ａと、溝ロールである下孔型ロール２０ｂから構成され、この１段階目の孔型Ｋ６ａによって、第１孔型Ｋ７においてエッジング圧延された矩形断面形状の素材Ｂ全体に対して圧下が行われる。

続いて、図８（ｃ）は、第２孔型（２段階目）Ｋ６ｂ圧延の第１パス入側において１段階目の孔型Ｋ６ａで造形された被圧延材Ａに対して上下孔型ロール対２０ａ、２０ｂによる圧下が始まる位置での孔型と被圧延材Ａの断面図であり、また、図８（ｄ）は２段階目の孔型Ｋ６ｂ圧延の最終パス出口での孔型と被圧延材Ａの断面図である。１段階目の孔型Ｋ６ａで造形後の被圧延材Ａが、図８（ｃ）、（ｄ）のようにその下面が緩傾斜のフランジ対向部分６４ｂ、６５ｂを底として支持されて圧延される。こうすることにより、矩形断面形状から略ハット形断面形状を造形する際の被圧延材Ａのフランジ部４、５の変形様式を剪断変形にすることができ、被圧延材の長手方向先後端部の形状不良や継手開口部の形状・寸法不良等を回避し、また被圧延材による圧延事故を回避することができる。

なお、図８（ｄ）のような２段階目の孔型Ｋ６ｂで造形後の被圧延材Ａのフランジ部４、５に残存する段付き形状は、図８（ｅ）、（ｆ）のように後続の第３孔型Ｋ５の圧延において容易に消去され、それ以降の圧延造形については図６の第４孔型Ｋ４〜第７孔型Ｋ１のそれと同じである。

また、有効幅の広い断面の両端に突条を有するハット形鋼矢板の継手を、より厚みの薄い扁平なスラブ素材から良好な形状で造形するため、特許文献３に、図９に示すように粗圧延工程において粗圧延孔型（特許文献３においては「延伸用孔型」と呼称）に突条形成溝６ａ、６ｂを設け、これにより継手成形のための突条を形成しておく技術が開示されている。これは粗圧延工程に適用する技術であるが、特許文献３に開示された中間圧延工程以降の圧延造形については図６の第３孔型Ｋ５〜第７孔型Ｋ１のそれと同様な方法で行われる。

なお、特許文献１はハット形鋼矢板製品の断面の寸法・形状に関する技術であり、製品の各部位の名称はハット形鋼矢板の需要家の呼称で記載している。一方、本発明はハット形鋼矢板の製造技術に関するものであることから、本明細書においては図４に示すハット形鋼矢板１０１の断面の各部位に付した番号について、ハット形鋼矢板の製造現場での呼称に従って、１０３を「ウェブ」、１０６、１０７を「腕」、１０４、１０５を「フランジ」と呼称する。また、特許文献３では、孔型は上ロールに溝ロール、下ロールに突起ロールを配置した形式で記載されているが、後の説明の便宜上、図９では上ロールに突起ロール、下ロールに溝ロールを配置した形式で記載している。なお、両者の間に圧延造形上の本質的な差異はない。

特許第３４８８２３０号 特許第６４２１６８８号 特許第４２３８７０１号

ハット形鋼矢板の経済性（軽量化）は重要であり、所定の構造信頼性と施工性を両立したまま、今後さらなる軽量化が求められるものと予想され、特にフランジの板厚が小さい断面（すなわち薄肉フランジ）の製造技術の開発が望まれる。しかし、このような経済性の高いハット形鋼矢板については、上記特許文献２及び特許文献３に記載されている従来の圧延造形法では、製品を製造することが困難である。これは、同じ孔型で２パス以上の多パスの圧延を往復で繰り返すリバース圧延（以下、「同一孔型多パス圧延」と呼称する）を行うとき、薄肉のフランジの厚み延伸がウェブ又は腕の延伸よりも高くなってフランジに圧縮応力が作用し、板厚が製品のそれに近くなると、この圧縮応力が座屈応力を超え、フランジ波と呼ばれる形状不良を生じるためである。

ここで、ハット形鋼矢板の圧延造形に同一孔型多パス圧延を適用する理由を説明する。図５の圧延ラインの例では、第６孔型Ｋ２と第７孔型Ｋ１以外はすべて同一孔型多パス圧延である。一般に孔型圧延では、図５の粗圧延機１１や第２中間圧延機１４のように圧延機のロール胴長内に複数の孔型を配置し、素材はこれらの孔型で構成される孔型列を上流孔型から下流孔型に向かって順に圧延しながら製品が造形される。概して数多くの孔型を用いる方が細かく無理のない丁寧な造形ができるが、製品の幅が大きいほど、台数の限られた圧延機のロール胴長内に配置できる孔型数は少なくなる。１０Ｈ製品、２５Ｈ製品に代表されるハット形鋼矢板は有効幅が９００ｍｍであり、従来のＵ形鋼矢板の有効幅４００〜６００ｍｍにくらべて広幅であり、数少ない孔型で素材から製品を造形しなければならない。

また、ある孔型による圧延終了後に後続の孔型で圧延を開始するまでに、被圧延材の移動時間が必要であり、この時間に被圧延材の温度が低下する。上述のように、ハット形鋼矢板は施工時の打設荷重が小さいことで薄肉化が図られており、被圧延材の温度低下速度が大きく、失熱して圧延を継続できなくなる可能性が高くなる。温度低下を極力抑えるためには、移動時間を短縮する必要がある。同一孔型多パス圧延は、数少ない孔型による圧延造形を可能にし、さらに失熱を防ぐ。ハット形鋼矢板の造形に同一孔型多パス圧延が適用されるのは、このような理由による。

次に、薄肉フランジの略ハット形断面形状の被圧延材に対して同一孔型多パス圧延を行う際にフランジ波を誘発する圧縮応力がフランジに発生するメカニズムを説明する。同一孔型多パス圧延においては、１パス毎にピッチラインに垂直な方向に上下ロール隙を縮小して板厚を圧下するので、その第１パスにおいて孔型のウェブ対応部、フランジ対応部及び腕対応部（以下、この三者をまとめて「本体対応部」と呼称する）にメタルが充満した後、後続のパス（第２パス以降のパス）では被圧延材の本体対応部の全体にわたってピッチラインに垂直方向の厚み圧下量は均一（Δｈとする）である。ここで、入側板厚／出側板厚で定義される厚み延伸は、Δｈを用いると以下の式（１）で表される。
厚み延伸＝板幅に垂直方向の入側板厚／出側板厚＝ピッチラインに垂直方向の入側板厚／出側板厚＝ピッチラインに垂直方向の直前パス仕上がり板厚／（直前パス仕上がり板厚−Δｈ） ・・・（１）
ここでピッチラインとは、上下孔型ロール対の上孔型ロール軸、下孔型ロール軸に平行で、かつ両ロール軸の中間に位置する線のことを指す。

上記式（１）から、略ハット形断面形状の被圧延材のウェブ部、フランジ部、腕部の各部位について板幅に垂直方向の板厚（すなわち一般にいう板厚）はそれぞれ異なるが、前記各部位についてピッチラインに垂直方向の板厚が等しくなるように孔型を設計すれば、同一孔型多パス圧延において被圧延材の本体対応部の全体にわたり厚み延伸を一定にできることが分かる。各部位のピッチラインに垂直方向の板厚は、各部位の板幅に垂直方向の板厚を、各部位の板幅がピッチラインとなす角度の余弦で割ったもので与えられるので、以下の式（２）を満たすように孔型を設計すれば良い。
ｈｗ／ｃｏｓθｗ＝ｈｆ／ｃｏｓθｆ＝ｈａ／ｃｏｓθａ ・・・（２）
ここで、ｈｗ、ｈｆ、ｈａはそれぞれ孔型のウェブ対応部、フランジ対応部、腕対応部のロール隙、θｗ、θｆ、θａはそれぞれウェブ対応部、フランジ対応部、腕対応部のピッチラインとのなす角度である。

経済性の高い薄肉フランジのハット形鋼矢板の製造において、同一孔型多パス圧延を適用する孔型についてｈｆを小さくしなければならないから、上記式（２）を満足するにはθｗとθａを減少させて０度に近づける（ウェブ対応部と腕対応部をピッチラインに平行に近づける）か、もしくはθｆを増加させてフランジ対応部を急傾斜にするように孔型を設計しなければならない。

前者については、通常θｗ、θａは５〜１０度に設定され、その余弦ｃｏｓθｗ、ｃｏｓθａは０．９９６〜０．９８５であり、ほとんど１（＝ｃｏｓ０°）に近い。すなわち、θｗ＝θａ＝０°に設定してもｈｆをわずか０．４〜１．５％しか小さくできない。一方後者については、θｆの値は通常３０〜６０度に設定され、例えばθｆ＝４０度のときｃｏｓθｆ＝０．７６６、θｆ＝４５度のときｃｏｓθｆ＝０．７０７であり、θｆを４０度から４５度に変更することにより、ｈｆを７．７％（＝（０．７６６−０．７０７）／０．７６６×１００）も小さくすることができる。しかしながら、後者については、フランジ対応部を急傾斜に設計すると孔型の高さが大きくなり、ロール寿命が早く尽き、ロールコストの上昇を招くという問題がある。

このことを図１０の孔型ロール図を用いて説明する。図１０（ａ）、（ｂ）の両者は孔型のフランジ対応部のピッチラインとのなす角度θｆが異なり、（ａ）はθｆ＝θｆ１、（ｂ）はθｆ＝θｆ２であり、θｆ１＜θｆ２である。その他の寸法諸元であるウェブ対応部、フランジ対応部、腕対応部のロール隙と幅、またウェブ対応部、腕対応部がピッチラインとのなす角度については（ａ）と（ｂ）の間で等しい。また両端の継手部の形状・寸法についても（ａ）、（ｂ）で同じである。上下孔型ロール対の新製時の直径は、当該上下孔型ロール対を組み込む圧延機や周辺設備の設備条件から許容される最大値として決められる。しかし、圧延の際に被圧延材から受ける熱や摩擦によってその表面が摩耗するため、通常はロールチャンス毎にロール表面を旋削して新生面を露出し、孔型の形状・寸法を元に戻すことが行われ、これに伴い上下孔型ロール対の直径は減少する。ロールチャンスを重ねる度に、上下孔型ロール対の直径は次第に減少していき、遂には前記上下孔型ロール対が圧延負荷に耐えられなくなる直径に減少した時点で寿命が尽きる。より具体的に言えば、強度上最も弱い部分は、圧延荷重による曲げモーメントが最大であり、かつ直径が最も小さい溝ロールの中央部（ウェブ対向部）であり、直径の減少によりこの部分が圧延負荷に耐えられなくなった時点で寿命が尽きる。

図１０の（ａ）と（ｂ）の間で最大直径部位は同じであり、その直径は等しい。すなわち、最大直径部位は、突起ロールについてはウェブ対向部、溝ロールについては右端のカラー部であり、その直径はそれぞれＤＴ、ＤＢである。新製時の上下孔型ロール対のＤＴ、ＤＢの値、すなわちＤＴ、ＤＢの最大値は、前述のように当該上下孔型ロール対を組み込む圧延機や周辺設備の設備条件から許容される値で決まり、（ａ）、（ｂ）のいずれについても同じ値である。このとき、図１０のように強度上最も弱い溝ロール中央部の直径を（ａ）の場合ｄＢ１、（ｂ）の場合ｄＢ２とおくと、両者の大小関係はｄＢ１＞ｄＢ２であることが分かる。すなわち、孔型のフランジ対応部がピッチラインとのなす角度θｆが大きく、孔型の高さが大きい（ｂ）の方が、最初に使用するときから強度が弱く、それだけ早く寿命が尽き、ロールコストの上昇を招く。

図５の圧延ラインの例で言えば、第６孔型Ｋ２と第７孔型Ｋ１以外はすべて同一孔型多パス圧延である。上述のように第６孔型Ｋ２と第７孔型Ｋ１によって行われる厚み圧下は１パスの軽圧下である。一方、同一孔型多パス圧延によって被圧延材Ａ全体の厚み圧下を積極的に行うのは第２孔型Ｋ６から第５孔型Ｋ３までの孔型であり、特に第５孔型Ｋ３圧延では被圧延材の板厚が小さいためフランジ波が最も容易に発生しやすい。さらに第５孔型Ｋ３圧延は厚み圧下量が大きくパス回数が多いためロール摩耗量が大きく、かつ圧延温度が低いので圧延負荷が大きい。そのため、ロール強度を弱め、かつロール寿命を縮めるので、孔型のフランジ対応部を急傾斜にするフランジ波防止対策を講じることはできなかった。このような理由により、薄肉フランジのハット形鋼矢板を圧延造形することは困難であり、その圧延造形法の開発が待ち望まれていた。

上記事情に鑑み、本発明の目的は、高い経済性を有する薄肉フランジのハット形鋼矢板を孔型圧延法によって製造することが可能なハット形鋼矢板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、矩形断面の素材から孔型圧延によってハット形鋼矢板を製造するハット形鋼矢板の製造方法であって、粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を有し、前記粗圧延工程では、左右のフランジ対応部を鏡面対称のＺ型に折り曲げた孔型を用い、被圧延材の断面形状を、前記矩形断面から、左右のフランジ部が鏡面対称のＺ型形状であり、且つ、当該フランジ部がウェブ部に接続する第１部位、腕部に接続する第２部位、及び、これら第１部位と第２部位との間に位置する第３部位からなるハット形粗形断面とする造形が行われ、前記中間圧延工程では、１又は複数の孔型ロールを用い、前記ハット形粗形断面である被圧延材のフランジ部の第３部位の一部、第２部位の全体、及び、腕部の一部又は全体を溝ロールで支持し、突起ロールにより前記ハット形粗形断面である被圧延材のフランジ部の第１部位の全体とウェブ部の全体を押圧し、前記フランジ部の第３部位の長さを縮小しつつ、板厚を圧下して被圧延材の断面形状を第１中間断面形状とし、当該第１中間断面形状におけるウェブ部の全体、フランジ部の全体、及び、腕部の一部を押圧し、フランジ部全体を真っ直ぐに矯正して第２中間断面形状とし、次いで、爪高さ成形を施す造形が行われ、前記仕上圧延工程では、継手成形を施して最終製品を造形することを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造方法が提供される。

また、本発明によれば、矩形断面の素材から孔型圧延によってハット形鋼矢板を製造するハット形鋼矢板の製造方法であって、粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を有し、前記粗圧延工程では、左右のフランジ対応部を鏡面対称のＺ型に折り曲げた孔型を用い、被圧延材の断面形状を、前記矩形断面から、左右のフランジ部が鏡面対称のＺ型形状であり、且つ、当該フランジ部がウェブ部に接続する第１部位、腕部に接続する第２部位、及び、これら第１部位と第２部位との間に位置する第３部位からなるハット形粗形断面とする造形が行われ、前記中間圧延工程では、１又は複数の孔型ロールを用い、前記ハット形粗形断面である被圧延材のフランジ部の第３部位の一部、第１部位の全体、及び、ウェブ部の全体を突起ロールで支持し、溝ロールにより前記ハット形粗形断面である被圧延材のフランジ部の第２部位の全体と腕部の一部又は全体を押圧し、前記フランジ部の第３部位の長さを縮小しつつ、板厚を圧下して被圧延材の断面形状を第１中間断面形状とし、当該第１中間断面形状におけるウェブ部の全体、フランジ部の全体、及び、腕部の一部を押圧し、フランジ部全体を真っ直ぐに矯正して第２中間断面形状とし、次いで、爪高さ成形を施す造形が行われ、
前記仕上圧延工程では、継手成形を施して最終製品を造形することを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造方法が提供される。

前記粗圧延工程において被圧延材の断面を前記ハット形粗形断面とする造形を行う孔型、及び、前記中間圧延工程において被圧延材の断面を前記第１中間断面形状とする造形を行う孔型の寸法は以下の式（３）、（４）を満たしても良い。
１．０≦（ｈｆｋ／ｈｗ）／（ｃｏｓθｆｋ／ｃｏｓθｗ）≦１．５ ・・・（３）
１．０≦（ｈｆｋ／ｈａ）／（ｃｏｓθｆｋ／ｃｏｓθａ）≦１．５ ・・・（４）
ここで、ｈｆｋ：孔型ロールの最終パスにおけるフランジ第ｋ対応部のロール隙（ｋ＝１、２、３）、ｈｗ：孔型ロールの最終パスにおけるウェブ対応部のロール隙、ｈａ：孔型ロールの最終パスにおける腕対応部のロール隙、θｆｋ：孔型ロールのフランジ第ｋ対応部のピッチラインとのなす角度、θｗ：孔型ロールのウェブ対応部のピッチラインとのなす角度、θａ：孔型ロールの腕対応部のピッチラインとのなす角度、である。

本発明によれば、高い経済性を有する薄肉フランジのハット形鋼矢板を孔型圧延法によって製造することができる。

本発明技術の実施に係るハット形鋼矢板の圧延ライン、圧延機、孔型配置及び被圧延材の流れについての概略説明図である。 本発明技術の実施に係るハット形鋼矢板の孔型列の形状と該孔型列を用いた圧延造形法、特に被圧延材フランジ部第３部位の長さ縮小法についての概略的な説明図である。 本発明技術の実施に係るハット形鋼矢板の被圧延材フランジ部第３部位の別形態の長さ縮小法についての概略的な説明図である。 ハット形鋼矢板の製品断面を示す説明図である。 従来技術の実施に係るハット形鋼矢板の圧延ライン、圧延機、孔型配置及び被圧延材の流れについての概略説明図である。 従来技術の実施に係るハット形鋼矢板の孔型形状と圧延造形についての概略的な説明図である。 改良された従来技術の実施に係るハット形鋼矢板の圧延ライン、圧延機、孔型配置及び被圧延材の流れについての概略説明図である。 改良された従来技術の実施に係るハット形鋼矢板の孔型形状と圧延造形についての概略的な説明図である。 特許文献３に記載されたハット形鋼矢板の粗圧延法を示し、粗圧延孔型により矩形断面形状から略ハット形断面形状を造形する初期パスでの圧下状態を示す説明図である。 ハット形鋼矢板の被圧延材のフランジが（ａ）緩傾斜の場合と（ｂ）急傾斜の場合の孔型ロール寸法の違いを示す説明図である。

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、本明細書及び図面において、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。

また、本実施の形態では、説明の都合上、矩形断面を有する材料を素材Ｂと呼称し、素材Ｂを圧下して矩形断面形状と略ハット形断面形状の中間形状とした以後の被圧延材を被圧延材Ａと呼称する。また、被圧延材Ａの各部位については以下に記述する別途異なる呼称にて記載するものとする。ここで、被圧延材Ａはハット形鋼矢板製品のウェブ１０３に対応するウェブ部３と、ウェブ部３の両端部それぞれに接続されるフランジ部４、５と、フランジ部４、５のそれぞれの先端に形成される腕部６、７と、腕対応部６、７の先端に形成される継手部８、９から構成されている。また、継手部８、９の先端には爪部８ａ、９ａが形成されている。

図１は、本発明の実施の形態に係る圧延設備であるハット形鋼矢板を製造する圧延ラインＬと、圧延ラインＬに備えられる圧延機、孔型配置及び被圧延材Ａの流れについての概略説明図である。図１に示すように、圧延ラインＬには、粗圧延機１１、第１中間圧延機１３、第２中間圧延機１４、第３中間圧延機１５、仕上圧延機１９が順に配置されている。粗圧延機１１の上下孔型ロール対には第１孔型Ｋ９、第２孔型Ｋ８、第３孔型Ｋ７の３つの孔型が、第１中間圧延機１３の上下孔型ロール対には第４孔型Ｋ６、第５孔型Ｋ５の２つの孔型が、第２中間圧延機１４の上下孔型ロール対には第６孔型Ｋ４、第７孔型Ｋ３の２つの孔型が、さらに第３中間圧延機１５と仕上圧延機１９の上下孔型ロール対にはそれぞれ第８孔型Ｋ２と第９孔型Ｋ１、が刻設されている。

図１のように、例えばスラブやブルームといった矩形断面形状の素材Ｂは、図示しない上流側の加熱炉で所定の温度に加熱されて、ラインＬ１上を粗圧延機１１まで搬送された後、第１孔型Ｋ９、第２孔型Ｋ８、・・・、第９孔型Ｋ１の順に圧延され、ラインＬ３上にある仕上圧延機１９の出側で最終製品であるハット形鋼矢板となる。図２は、この間のハット形鋼矢板の圧延造形に係る孔型形状と圧延造形についての概略的な説明図である。

図２（ａ）は第１孔型Ｋ９によるエッジング圧延を示し、従来法における図６（ａ）と同じである。つぎに、図２（ｂ）は、第２孔型Ｋ８圧延の第１パス入側において素材Ｂに対して上下孔型ロール対２０ａ、２０ｂによる圧下が始まる位置での孔型と素材Ｂの断面図であり、また、図２（ｃ）は第２孔型Ｋ８圧延の最終パス出口での孔型と被圧延材Ａの断面図である。図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、第２孔型Ｋ８は孔型ロール２０ａと下孔型ロール２０ｂから構成され、この第２孔型Ｋ８によって、上記第１孔型Ｋ９においてエッジング圧延された矩形断面形状の素材Ｂ全体に対して圧下が行われる。図２（ｃ）のように、第２孔型Ｋ８の左右のフランジ対応部は互いに鏡面対称のＺ型形状に形成されており、当該孔型Ｋ８で造形された被圧延材Ａの左右のフランジ部４、５は互いに鏡面対称のＺ型に造形される。フランジ部４、５は、ウェブ部３に接続する部位（「第１部位」と呼称）４ａ、５ａ、腕部６、７に接続する部位（「第２部位」と呼称）４ｂ、５ｂ、そしてこの両者の間に位置する部位（「第３部位」と呼称）４ｃ、５ｃからなる。図２（ｃ）は第２孔型Ｋ８圧延の最終パスにおける出口断面の状態を示しており、このとき前記第１部位、第２部位、第３部位を圧下する当該孔型Ｋ８のフランジ対応部の第１対応部、第２対応部、第３対応部のロール隙はそれぞれｈｆ１、ｈｆ２、ｈｆ３、ピッチラインとのなす角度はそれぞれθｆ１、θｆ２、θｆ３、とする。ハット形鋼矢板製品のフランジ厚みは均一であるから、第２孔型Ｋ８については原則としてｈｆ１＝ｈｆ２＝ｈｆ３に設定し、角度についてもθｆ１＝θｆ２＝θｆ３とする。だたし、粗圧延工程ではｈｆ１、ｈｆ２、ｈｆ３の３者、θｆ１、θｆ２、θｆ３の３者が若干異なっても問題を生じない場合が多い。しかし、被圧延材Ａのフランジ部４、５の各部位４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ、４ｃ、５ｃ、ウェブ部３、腕部６、７の厚みを圧下する第２孔型Ｋ８のフランジ対応部の各部位、ウェブ対応部、腕対応部は以下に示すような関係式を満たす必要がある。

即ち、フランジの第１部位を圧下する当該孔型Ｋ８のフランジ対応部について、以下の式（５）、（６）を満たす必要がある。
１．０≦（ｈｆ１／ｈｗ）／（ｃｏｓθｆ１／ｃｏｓθｗ）≦１．５ ・・・（５）
１．０≦（ｈｆ１／ｈａ）／（ｃｏｓθｆ１／ｃｏｓθａ）≦１．５ ・・・（６）
また、フランジの第２部位を圧下する当該孔型Ｋ８のフランジ対応部について、以下の式（７）、（８）を満たす必要がある。
１．０≦（ｈｆ２／ｈｗ）／（ｃｏｓθｆ２／ｃｏｓθｗ）≦１．５ ・・・（７）
１．０≦（ｈｆ２／ｈａ）／（ｃｏｓθｆ２／ｃｏｓθａ）≦１．５ ・・・（８）
また、フランジの第３部位を圧下する当該孔型Ｋ８のフランジ対応部について、以下の式（９）、（１０）を満たす必要がある。
１．０≦（ｈｆ３／ｈｗ）／（ｃｏｓθｆ３／ｃｏｓθｗ）≦１．５ ・・・（９）
１．０≦（ｈｆ３／ｈａ）／（ｃｏｓθｆ３／ｃｏｓθａ）≦１．５ ・・・（１０）
である。これらの式は、同一孔型多パス圧延を行う当該孔型Ｋ８について、被圧延材Ａの断面内において厚み延伸のバランスを保つことが必要であることを意味している。上記式（５）、（７）、（９）は、被圧延材Ａのフランジ部の各部位とウェブ部の間の厚み延伸のバランスを規定しており、上記式（６）、（８）、（１０）は、被圧延材Ａのフランジ部の各部位と腕部の間の厚み延伸のバランスを規定している。上記各式の下限値の１．０は被圧延材Ａのフランジ部の各部位と他の部位（ウェブ部又は腕部）の間で厚み延伸のバランスが取れていることを意味しており、この下限値を下回るとフランジ部の各部位の厚み延伸が他の部位のそれよりも大きくなってフランジ部の各部位に生じる圧縮応力が増大しフランジ波が発生する危険が増す。一方、上限値１．５は被圧延材Ａのフランジ部の各部位の厚み延伸が他の部位（ウェブ部又は腕部）のそれよりも小さくできる限界に対応しており、この限界を超えて同一孔型多パス圧延を行うと被圧延材Ａの形状が崩れ、ねじれが大きくなるなど通材状態が悪化する。

上記式（５）〜（１０）は、エッジング孔型を除き同一孔型多パス圧延を行う孔型、例えば図２の孔型列の場合はＫ８、Ｋ７、・・・、Ｋ４のすべてについて満足されなければならない。以下、煩雑さを避けるため図２（ｄ）、（ｅ）には図２（ｃ）に記載している寸法記号を記入していない。また図２（ｆ）〜（ｏ）の各図についても同様とする。

なお、上記式（５）〜（１０）をまとめると、以下の式（３）、（４）とすることができる。
１．０≦（ｈｆｋ／ｈｗ）／（ｃｏｓθｆｋ／ｃｏｓθｗ）≦１．５ ・・・（３）
１．０≦（ｈｆｋ／ｈａ）／（ｃｏｓθｆｋ／ｃｏｓθａ）≦１．５ ・・・（４）
ここで、ｈｆｋ：孔型ロールの最終パスにおけるフランジ第ｋ対応部のロール隙（ｋ＝１、２、３）、ｈｗ：孔型ロールの最終パスにおけるウェブ対応部のロール隙、ｈａ：孔型ロールの最終パスにおける腕対応部のロール隙、θｆｋ：孔型ロールのフランジ第ｋ対応部のピッチラインとのなす角度、θｗ：孔型ロールのウェブ対応部のピッチラインとのなす角度、θａ：孔型ロールの腕対応部のピッチラインとのなす角度、である。

図２（ｄ）は、第３孔型Ｋ７圧延の第１パス入側において被圧延材Ａに対して上下孔型ロール対２０ａ、２０ｂによる圧下が始まる位置での孔型と被圧延材Ａの断面図であり、また、図２（ｅ）は第３孔型Ｋ７圧延の最終パス出口での孔型と被圧延材Ａの断面図である。当該孔型Ｋ７については、被圧延材Ａのフランジ部４、５の第３部位４ｃ、５ｃを圧下するフランジ対応部の第３対応部の長さＬが直前の孔型Ｋ８のそれよりも小さく設計されている。そのため、図２（ｄ）に示すように被圧延材Ａのフランジ部４、５の第３部位４ｃ、５ｃは点Ｓ、Ｔ（図中×印で示す）を中心に曲げられ、その後、図２（ｅ）の状態に至るまで同一孔型多パス圧延で被圧延材Ａ全体の厚みが圧下される。また、被圧延材Ａに継手部８、９と爪部８ａ、９ａが形成される。図２（ｃ）〜（ｄ）から分かるように、第３孔型Ｋ７圧延により、被圧延材Ａのフランジ部４、５の第３部位４ｃ、５ｃの長さは縮小し、第１部位４ａ、５ａの長さが拡大し、被圧延材Ａの高さが拡大していることが分かる。

図２（ｆ）は、第４孔型Ｋ６圧延の第１パス入側において被圧延材Ａに対して上下孔型ロール対３０ａ、３０ｂによる圧下が始まる位置での孔型と被圧延材Ａの断面図であり、また、図２（ｇ）は第４孔型Ｋ６圧延の最終パス出口での孔型と被圧延材Ａの断面図である。当該孔型Ｋ６については、被圧延材Ａのフランジ部４、５の第３部位４ｃ、５ｃを圧下するフランジ対応部の第３対応部の長さＬが直前の孔型Ｋ７のそれよりも小さく設計されている。そのため、図２（ｆ）に示すように被圧延材Ａのフランジ部４、５の第３部位４ｃ、５ｃは点Ｓ、Ｔ（図中×印で示す）を中心に曲げられ、その後、図２（ｇ）の状態に至るまで同一孔型多パス圧延で被圧延材Ａ全体の厚みが圧下され、かつ爪高さ成形が行われる。図２（ｅ）〜（ｇ）から分かるように、第４孔型Ｋ６圧延により、被圧延材Ａのフランジ部４、５の第３部位４ｃ、５ｃの長さはさらに短くなり、その分だけ第１部位４ａ、５ａの長さが拡大し、被圧延材Ａの高さがさらに拡大することが分かる。

その後、同様に同一孔型多パス圧延が図２（ｈ）〜（ｋ）のように行われ、第１中間断面Ａ１が造形される。この間、図２（ｈ）、（ｉ）のように、被圧延材Ａの腕部６、７の一部、継手部８、９、爪部８ａ、９ａの厚みを圧下せず、それ以外の部位の厚みを圧下する方法を採用してもよい。ただし、この場合被圧延材Ａの腕部６、７に後工程で消去できないような大きな段付きが生じないよう、また断面内の厚み延伸分布が生じて被圧延材Ａに形状不良を招かないよう、厚み圧下量はごくわずかしかとれない。

つぎに、図２（ｌ）、（ｍ）のように、フランジ対応部全体が真っ直ぐに形成された第７孔型Ｋ３を用いて、前記第１中間断面Ａ１のウェブ部３の全体、フランジ部４、５の全体及び腕部６、７の一部を押圧し、フランジ部全体を真っ直ぐに矯正し、第２中間断面Ａ２が造形される。このとき、被圧延材Ａの高さが拡大し、全幅が変化する。

最後に、図２（ｎ）、（ｏ）のように前記第２中間断面Ａ２に対して第８孔型Ｋ２による爪高さ成形、第９孔型Ｋ１による継手成形が順に施され、同時にいずれも軽い厚み圧下が加えられ、ハット形鋼矢板の製品が造形される。

第７孔型Ｋ３、第８孔型Ｋ２及び第９孔型Ｋ１の圧延については、その上流にある孔型とは異なり一方向の１パス圧延であり、かつ厚み圧下量が小さいのでロール摩耗量が小さく、圧延負荷が小さい。前記３つの孔型Ｋ３、Ｋ２及びＫ１は、被圧延材Ａの高さが大きいので強度上最も弱い溝ロールの中央部（ウェブ対向部）の直径は小さいが、圧延負荷が小さいのでロール寿命が問題になるほど大きく短縮することは避けられる。

図２の圧延法においては、被圧延材Ａのフランジ部４、５の第３部位４ｃ、５ｃは点Ｓ、Ｔ（図中×印で示す）を中心に曲げられ、図２（ｃ）に示す寸法Ｗが（ｃ）〜（ｋ）においてほぼ一定値であり、寸法Ｖが変化するような造形がなされる。ただし、寸法Ｖは左右の第１部位−第３部位境界点の間隔であり、寸法Ｗは左右の第２部位−第３部位境界点の間隔、である。これに対し、図３のように寸法Ｖが一定で寸法Ｗが変化するような圧延法も可能であり、この方法についても本願発明技術の範疇に入る。

以上説明した本願発明技術によれば、以下の１）、２）のような作用効果が享受される。
１）被圧延材Ａのフランジ部の傾斜角（θｆ１、θｆ２、θｆ３）を大きくすることによりフランジを薄肉化してもフランジの厚み延伸を抑制でき、ウェブ部及び腕部の厚み延伸とバランスをとることができる。これにより、フランジ波、形状不良や通材不良などが発生させず、安定した圧延が可能である。
２）被圧延材のフランジ部をＺ型に折り曲げるので、強度上最も弱い溝ロール中央部の直径を大きくすることができ、圧延負荷の大きい同一孔型多パス圧延でもロール折損などの事故を起こす危険を回避できる。これにより、ロール寿命を延長させ、ロールコストを低減できる。

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、各種の変更例又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。

例えば、上記実施の形態では、ハット形鋼矢板製品を製造する場合を例に挙げて図示・説明しているが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。具体的には、傾斜した形状のフランジを有する鋼矢板製品であれば、本発明を適用して、被圧延材に対して長手方向先後端部における曲げ変形が優勢となるような粗圧延工程を回避することが可能であり、例えばＵ形鋼矢板等のフランジを有する鋼矢板製品の製造に適用することが可能である。

また、図２、図３において、被圧延材Ａが図中×印で示す点Ｓ、Ｔで折れ曲がりやすくするために、被圧延材Ａの点Ｓ、Ｔ付近の板厚を局所的にくびれた形状にすること、言い換えれば直前の孔型の点Ｓ、Ｔに対応するロール部位の間隙を局所的に小さくすることも可能であり、本願発明技術に含まれる。

さらに、上記実施の形態では、図２、図３、図６、図８〜図１０において一連の孔型列の突起ロールを上孔型ロールとし、溝ロールを下孔型ロールとして配置した構成、所謂Ｕ姿勢圧延でハット形鋼矢板の圧延を行う場合について説明した。しかし、このような一連の孔型列の一部又は全部について、突起ロールを下孔型ロールとし、溝ロールを上孔型ロールとして配置した構成、所謂逆Ｕ姿勢圧延でハット形鋼矢板の圧延を行っても良い。

本発明は、経済性の高い薄肉フランジのハット形鋼矢板の製造方法に適用できる。

３…被圧延材のウェブ部
４、５…被圧延材のフランジ部
４ａ、５ａ…被圧延材のＺ型に折り曲げたフランジ部のウェブ部に接続する部位（第１部位）
４ｂ、５ｂ…被圧延材のＺ型に折り曲げたフランジ部の腕部に接続する部位（第２部位）
４ｃ、５ｃ…被圧延材のＺ型に折り曲げたフランジ部の第１部位と第２部位の間に位置する部位（第３部位）
６ａ、６ｂ…突条形成溝
６、７…被圧延材の腕部
８、９…被圧延材の継手部
８ａ、９ａ…被圧延材の爪部
１１…粗圧延機
１３…第１中間圧延機
１４…第２中間圧延機
１５…第３中間圧延機
１９…仕上圧延機
２０ａ，２０ｂ…粗圧延機の上下孔型ロール対
３０ａ、３０ｂ…第１中間圧延機の上下孔型ロール対
４０ａ、４０ｂ…第２中間圧延機の上下孔型ロール対
５０ａ、５０ｂ…第３中間圧延機の上下孔型ロール対
６０ａ、６０ｂ…仕上圧延機の上下孔型ロール対
３２、４２…第２孔型（１段階目）のウェブ対向部
３４、３５、４４、４５…第２孔型（１段階目）のフランジ対向部
３７、３８、４７、４８…第２孔型（１段階目）の腕対向部
５２、６２…第２孔型（２段階目）のウェブ対向部
５４、５５、６４、６５…第２孔型（２段階目）のフランジ対向部
５７、５８、６７、６８…第２孔型（２段階目）の腕対向部
１０１…ハット形鋼矢板製品
１０３…ハット形鋼矢板製品のウェブ
１０４、１０５…ハット形鋼矢板製品のフランジ
１０６、１０７…ハット形鋼矢板製品の腕
α…ハット形鋼矢板製品のフランジ傾斜角
Ａ…被圧延材
Ａ１…第１中間断面
Ａ２…第２中間断面
Ｂ…素材
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、・・…孔型
Ｌ（Ｌ１〜Ｌ３）…圧延ライン

Claims (3)

1. 矩形断面の素材から孔型圧延によってハット形鋼矢板を製造するハット形鋼矢板の製造方法であって、
   粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を有し、
   前記粗圧延工程では、左右のフランジ対応部を鏡面対称のＺ型に折り曲げた孔型を用い、被圧延材の断面形状を、前記矩形断面から、左右のフランジ部が鏡面対称のＺ型形状であり、且つ、当該フランジ部がウェブ部に接続する第１部位、腕部に接続する第２部位、及び、これら第１部位と第２部位との間に位置する第３部位からなるハット形粗形断面とする造形が行われ、
   前記中間圧延工程では、１又は複数の孔型ロールを用い、前記ハット形粗形断面である被圧延材のフランジ部の第３部位の一部、第２部位の全体、及び、腕部の一部又は全体を溝ロールで支持し、突起ロールにより前記ハット形粗形断面である被圧延材のフランジ部の第１部位の全体とウェブ部の全体を押圧し、前記フランジ部の第３部位の長さを縮小しつつ、板厚を圧下して被圧延材の断面形状を第１中間断面形状とし、当該第１中間断面形状におけるウェブ部の全体、フランジ部の全体、及び、腕部の一部を押圧し、フランジ部全体を真っ直ぐに矯正して第２中間断面形状とし、次いで、爪高さ成形を施す造形が行われ、
   前記仕上圧延工程では、継手成形を施して最終製品を造形することを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造方法。
2. 矩形断面の素材から孔型圧延によってハット形鋼矢板を製造するハット形鋼矢板の製造方法であって、
   粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を有し、
   前記粗圧延工程では、左右のフランジ対応部を鏡面対称のＺ型に折り曲げた孔型を用い、被圧延材の断面形状を、前記矩形断面から、左右のフランジ部が鏡面対称のＺ型形状であり、且つ、当該フランジ部がウェブ部に接続する第１部位、腕部に接続する第２部位、及び、これら第１部位と第２部位との間に位置する第３部位からなるハット形粗形断面とする造形が行われ、
   前記中間圧延工程では、１又は複数の孔型ロールを用い、前記ハット形粗形断面である被圧延材のフランジ部の第３部位の一部、第１部位の全体、及び、ウェブ部の全体を突起ロールで支持し、溝ロールにより前記ハット形粗形断面である被圧延材のフランジ部の第２部位の全体と腕部の一部又は全体を押圧し、前記フランジ部の第３部位の長さを縮小しつつ、板厚を圧下して被圧延材の断面形状を第１中間断面形状とし、当該第１中間断面形状におけるウェブ部の全体、フランジ部の全体、及び、腕部の一部を押圧し、フランジ部全体を真っ直ぐに矯正して第２中間断面形状とし、次いで、爪高さ成形を施す造形が行われ、
   前記仕上圧延工程では、継手成形を施して最終製品を造形することを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造方法。
3. 前記粗圧延工程において被圧延材の断面を前記ハット形粗形断面とする造形を行う孔型、及び、前記中間圧延工程において被圧延材の断面を前記第１中間断面形状とする造形を行う孔型の寸法は以下の式（３）、（４）を満たすことを特徴とする、請求項１又は２に記載のハット形鋼矢板の製造方法。
   １．０≦（ｈｆｋ／ｈｗ）／（ｃｏｓθｆｋ／ｃｏｓθｗ）≦１．５ ・・・（３）
   １．０≦（ｈｆｋ／ｈａ）／（ｃｏｓθｆｋ／ｃｏｓθａ）≦１．５ ・・・（４）
   ここで、ｈｆｋ：孔型ロールの最終パスにおけるフランジ第ｋ対応部のロール隙（ｋ＝１、２、３）、ｈｗ：孔型ロールの最終パスにおけるウェブ対応部のロール隙、ｈａ：孔型ロールの最終パスにおける腕対応部のロール隙、θｆｋ：孔型ロールのフランジ第ｋ対応部のピッチラインとのなす角度、θｗ：孔型ロールのウェブ対応部のピッチラインとのなす角度、θａ：孔型ロールの腕対応部のピッチラインとのなす角度、である。

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