JP3428503B2 - 溝形鋼の圧延法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溝形鋼の圧延法に
関し、例えば、高層建築物や超高層建築物の柱材として
使用される角型鋼管柱 (以下、本明細書では「角型コラ
ム」という。) の素材として用いるのに好適な、ウェブ
およびフランジそれぞれの厚みおよび幅がともに多様な
寸法を有する溝形鋼、とりわけ平行フランジ溝形鋼(Par
allel Flange Channel) の熱間による圧延法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】例えば高層建築物や超高層建築等に柱材
として広く用いられている角型コラムは、その降伏比YR
が低いほうが耐震性の観点から望ましい、とされてい
る。

【０００３】角型コラムの降伏比YRを低下させる方策の
一つとして、熱間圧延により製造された、外法一定の平
行フランジ溝形鋼二つをボックス型に突き合わせて溶接
することにより、角型コラムを製造する技術がある。こ
の技術は、溶接組立前にダイアフラムを角型コラムに内
蔵加工することも可能であるため、近年の建築現場の省
力化の潮流にも適った技術である。

【０００４】図７は、この角型コラムの素材となる平行
フランジ溝形鋼１の概略の断面形状を示す説明図であ
る。この角型コラムの素材となる平行フランジ溝形鋼１
には、同一シリーズ内の外幅 (ウェブ高さＷおよびフラ
ンジ幅Ｂ) が一定であって、ウェブ1aの厚みがｔ_wmax〜
ｔ_wminの範囲でフリーサイズであるとともに、二つのフ
ランジ1b、1bの厚みがともにｔ_fmax〜ｔ_fminの範囲でフ
リーサイズであること、さらには、一般の形鋼と同程度
の低生産コストであることが、いずれも要求される。

【０００５】平行フランジ溝形鋼１の従来の代表的な製
造工程の一例を図８(a) 〜図８(c)に示す。なお、図８
(a) は粗ユニバーサル圧延機５による圧延初期時を示
し、図８(b) は粗ユニバーサル圧延機５による圧延最終
時を示し、図８(c) はエッジャー圧延機７によるエッジ
ャー圧延時を示す。図８(a) 〜図８(c) に示すように、
溝形鋼１の粗形鋼片２は、一対の水平ロール３、３およ
び一対の垂直ロール４、４を有する粗ユニバーサル圧延
機５と、一対の孔型ロール６、６を有するエッジャー圧
延機７とにより連続リバース圧延を行われた後、図示し
ない仕上げユニバーサル圧延機により仕上げ圧延を行わ
れる。この製造法は、中間圧延工程において粗ユニバー
サル圧延機５とエッジャー圧延機７とを用いて厚み圧下
とフランジ幅圧下とを行うのが一般的であり、主に、大
断面であって左右２つのフランジが等厚で互いに平行な
平行フランジ溝形鋼の製造に適した方法である。

【０００６】また、図９は、平行フランジ溝形鋼１の従
来の代表的な製造工程の他の一例を示す説明図である。
図９に示すように、多数の孔型 kal.1〜kal.10を刻設さ
れた２重式の圧延機8a〜8jを連続的に組み合せて粗圧延
および中間圧延を行った後、仕上げユニバーサル圧延機
９により仕上げ圧延が行われて、平行フランジ溝形鋼が
製造される。

【０００７】平行フランジ溝形鋼１のこれらの従来の製
造方法では、同じウェブ高さシリーズの製品群内でも、
例えば図９に示す仕上げユニバーサル圧延機９の水平ロ
ール10は、ロール胴幅W₀が一定であるため、製品のフラ
ンジ厚みｔが変動すると製品のウェブ高さＷも変動して
しまう。また、図９に示すように粗圧延工程および中間
圧延工程ではいずれも２重式ロール8a〜8jのロール孔型
kal.1〜kal.10を用いるため、同一のロール8a〜8jの隙
間調整を行うことだけで平行フランジ溝形鋼１のウェブ
厚みおよびフランジ厚みをいずれも広範囲で作り分ける
ことは極めて難しい。

【０００８】このため、これらの従来の製造方法によ
り、いわゆる同一シリーズ内の外幅 (ウェブ高さＷ、フ
ランジ幅Ｂ) が一定であって、各種板厚サイズを有する
溝形鋼を製造するには、製品の各サイズに応じて専用の
圧延ロールとその圧延付属装置(ガイド) とを準備する
必要がある。このため、圧延ロールおよび圧延附属装置
の費用の負担増のみならず、ロール組み替えに伴う稼働
率の低下等といった、生産性の大幅な低下を招くという
問題があった。

【０００９】そこで、近年、圧延ロールおよび圧延附属
装置を交換することなく、同一シリーズ内の外幅寸法
(ウェブ高さおよびフランジ幅) を一定に保ちながら、
ウェブおよびフランジそれぞれの厚み調整をオンライン
で無段階に行うことができる平行フランジ溝形鋼の熱間
圧延方法が種々提案されている。

【００１０】図10は、本出願人が特開平９−141302号公
報により開示した平行フランジ溝形鋼の熱間圧延方法を
示す説明図である。同図において、粗圧延に続く中間圧
延において、第１の粗ユニバーサル圧延機11と２重式の
エッジャー圧延機12とからなるタンデムミル群で内法一
定の溝形中間鋼片14とし、第２の粗ユニバーサル圧延機
13でこの溝形中間鋼片14のウェブ高さとフランジ幅とを
同時に１パスで圧下してウェブ高さＷおよびフランジ幅
Ｂそれぞれの一定化を行い、その後に仕上げユニバーサ
ル圧延機15で仕上げ圧延を行って、平行フランジ溝形鋼
16を得るものである。

【００１１】また、図11は、特許第2577660 号により開
示された平行フランジ溝形鋼の製造方法を示す説明図で
ある。同図において、連続鋳造スラブ17を３連の山形孔
型kal.1 〜kal.3 が形成された２重式ロール18を有する
粗圧延機19によって山形粗材20に粗造形した後、２重粗
成形圧延機21と第１の粗ユニバーサル圧延機22とを用い
たリバース圧延によって山形中間材23とし、さらに第２
の粗ユニバーサル圧延機24とエッジャー圧延機25とを用
いたリバース圧延によって第２溝形中間材26とし、最後
にロール胴幅可変の水平ロール27a 、27a と竪ロール27
b 、27b とを備える仕上げユニバーサル圧延機27によっ
て仕上げ圧延を行う方法である。この方法は、図10の方
法に比較して、圧延機の台数が２台多く必要である。

【００１２】また、特公平１−42762 号公報には、フラ
ンジ端部の成形を行う押しロールおよび段付きロールを
備えるエッジャー圧延機と粗ユニバーサル圧延機とを用
いて中間圧延を行うことにより、粗ユニバーサルの圧延
機による圧下に伴って生じるバリを、コーナ部からフラ
ンジ高さ中央寄りおよびウェブの幅中央寄りに向けて分
散した膨らみとして遠ざけることにより、溝形鋼の形状
不良を防止する発明が、提案されている。

【００１３】また、特開平６−210301号公報には、コー
ナ部にフランジ板厚の１〜３倍幅で２〜８°外側を低く
傾斜した下ロールでユニバーサル圧延を行い、最終目的
板厚時に竪ロールとの隙間を１〜６mmとし、半径 200〜
800 mmの左右竪ロールで圧延後、コーナ部と反対傾斜の
下ロールとでエッジング圧延を行うことにより、寸法お
よび形状がともに安定した平行フランジ溝形鋼を製造す
る発明が、提案されている。

【００１４】また、特開平８−132102号公報には、中間
圧延において、第１の粗ユニバーサル圧延機によりウェ
ブとフランジとを圧下し、エッジャー圧延機でウェブと
フランジとの間の外コーナ部を面取りし、第２の粗ユニ
バーサル圧延機の水平ロールを用いてフランジ先端とウ
ェブとの圧下を行うとともに竪ロールを用いてフランジ
外面を拘束し、仕上げユニバーサル圧延機を用いて仕上
げ圧延を行うことによって、高い寸法精度を有する平行
フランジ溝形鋼を製造する発明が、提案されている。

【００１５】さらに、特開平11−28502 号公報には、第
１の粗ユニバーサル圧延機、エッジャー圧延機および第
２の粗ユニバーサル圧延機を用いて複数パスのリバース
圧延を行うことにより、ウェブの厚さ圧下と、フランジ
の厚さおよび幅圧下と、第１の粗ユニバーサル圧延機に
よる圧下により形成される膨出部の平坦圧下とを行った
後、第２の粗ユニバーサル圧延機を用いて１パスまたは
複数パスのリバース圧延を行うことにより、フランジの
幅圧下とウェブの高さ圧下とを行い、その後に、オンラ
インで幅調整が可能な幅可変水平ロールを有する仕上げ
ユニバーサル圧延機を用いてウェブおよびフランジの仕
上げ圧延を行うことにより、外法一定の平行フランジ溝
形鋼を製造する発明が、提案されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の知見によれば、これらの従来の熱間圧延方法により
平行フランジ溝形鋼を製造しようとすると、粗ユニバー
サル圧延機や仕上げユニバーサル圧延機による圧下の際
に、圧延機出側において、被圧延材である溝形鋼の反り
が大きくなって被圧延材を支持する搬送ローラを叩きな
がら被圧延材が搬送されることがある。このため、粗ユ
ニバーサル圧延機や仕上げユニバーサル圧延機を通過し
た際の被圧延材の下反りに起因して、平行フランジ溝形
鋼の外面や角部に凹みや疵が形成されてしまう。

【００１７】図12は、溝形鋼、特に外寸法一定の平行フ
ランジ溝形鋼を素材とする角型コラム29の製造工程 (工
程１〜工程４) を示す説明図である。平行フランジ溝形
鋼28は、一般的に、図12の工程２および工程３に示すよ
うに２体28、28を互いに角型に突き合わせた状態で、工
程４に示すように突き合わせ部を溶接されて、例えば高
層建築用の角型コラム29とされる。

【００１８】ここで、図13は、平行フランジ溝形鋼28の
フランジ先端部28a に開先加工が行われる状況を模式的
に示す説明図である。平行フランジ溝形鋼28のフランジ
先端部28a には、図13に例示するようにして、溶接に先
立って開先加工が行われる。

【００１９】このように、平行フランジ溝形鋼28のフラ
ンジ先端部28a は、溶接に先立って行われる開先加工に
より、除去されるため、フランジ先端部28a に多少の凹
みや疵が存在しても、角型コラム29の製造に悪影響を生
じることは殆どない。

【００２０】しかし、平行フランジ溝形鋼28のウェブや
フランジの外面や角部に凹みや疵が存在することは、問
題である。図14は、粗ユニバーサル圧延機や仕上げユニ
バーサル圧延機を通過した際の被圧延材の下反りに起因
して、ウェブ28b やフランジ28c の外面や角部に凹み30
a や疵30b が存在する平行フランジ溝形鋼28を部分的に
示す斜視図である。図14に示すように、これらの部位に
凹み30a や疵30b が発生すると、通常の場合、平行フラ
ンジ溝形鋼28の最終工程までの間に手入れや補修を行う
工程が存在しないため、これらの凹み30a や疵30b は、
角型コラムにそのまま残存してしまう。平行フランジ溝
形鋼28の外面や角部に凹み30a や疵30bが存在すると、
角型コラムとしての使用時に応力集中を招いて破断の起
点とも成りかねない。このため、これらの凹み30a や疵
30b は、仕上げ圧延終了後に手入れや補修を行うことに
より、除去する必要がある。したがって、角型コラムの
素材となる平行フランジ溝形鋼28の製造コストを上昇さ
せてしまう。このような製造コストの上昇は、一般の形
鋼と同程度の低生産コストであることが要求される平行
フランジ溝形鋼28においては、解決すべき重要な課題で
ある。

【００２１】ここに、本発明の目的は、平行フランジ溝
形鋼の従来の熱間圧延方法の問題点に鑑み、ウェブ外面
や角部における凹みや疵といった、角型コラムの素材と
なる平行フランジ溝形鋼に、外観上あるいは実用上支障
となる形状不良を発生させることがない溝形鋼、特に平
行フランジ溝形鋼の圧延法を提供することである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、膨大な量の
圧延実験に基づいて鋭意検討を重ねた結果、粗ユニバー
サル圧延機および仕上げユニバーサル圧延機による圧延
時の被圧延材の圧延姿勢と、被圧延材のウェブおよびフ
ランジの延伸バランスとをいずれも適正化することによ
り、上記課題を解決することができることを知見して、
本発明を完成した。

【００２３】ここに、本発明は、圧延素材にブレークダ
ウン圧延機を用いて粗圧延を行って粗形鋼片とし、この
粗形鋼片に少なくとも１基の粗ユニバーサル圧延機とエ
ッジャー圧延機とを用いて中間圧延を行って中間圧延材
とし、この中間圧延材に仕上げユニバーサル圧延機を用
いて仕上げ圧延を行うことにより、ウェブおよび２つの
平行なフランジを有する溝形鋼を圧延する際に、粗形鋼
片および中間圧延材のうちの少なくとも一方が、ウェブ
がフランジに対して上方に位置する姿勢で、少なくと
も、粗ユニバーサル圧延機および仕上げユニバーサル圧
延機のうちの少なくとも一方による圧下を行われるとと
もに、粗ユニバーサル圧延機および仕上げユニバーサル
圧延機のうちの少なくとも一方が、下水平ロールの外径
が上水平ロールの外径よりも大きいことを特徴とする溝
形鋼の圧延法である。

【００２４】この本発明にかかる溝形鋼の圧延法では、
粗ユニバーサル圧延機および仕上げユニバーサル圧延機
のうちの少なくとも一方による圧下が、中間圧延材のフ
ランジの肉厚圧下率φ_tfと、中間圧延材のウェブの肉厚
圧下率φ_twとの差が下記(1)式を満足するように、行わ
れることが望ましい。

【００２５】

【数２】

【００２６】ただし、上記(1) 式において、φ_tf＝ln(t
_f0/t_f1) 、φ_tw＝ln(t_w0/t_w1) であり、符合ｔ_f0、ｔ_f1
はそれぞれ粗ユニバーサル圧延機または仕上げユニバー
サル圧延機による圧下前のフランジ厚、圧下後のフラン
ジ厚を示し、符合ｔ_w0、ｔ_w1はそれぞれ粗ユニバーサル
圧延機または仕上げユニバーサル圧延機による圧下前の
ウェブ厚、圧下後のウェブ厚を示す。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる溝形鋼の圧
延法の実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明す
る。なお、以降の実施形態の説明では、中間圧延を、２
基の粗ユニバーサル圧延機とエッジャー圧延機とにより
行う場合を例にとる。図１は、本実施形態の外法一定の
平行フランジ溝形鋼の圧延工程31を、各圧延工程に配置
された圧延機とともに示す説明図である。

【００２８】図１に示す圧延工程31は、大別すると、２
重式圧延機32 (以下、「ブレークダウン圧延機」とい
う。) を用いる粗圧延工程33と、第１の粗ユニバーサル
圧延機34、２重式整形圧延機35 (以下、「エッジャー圧
延機」という。) および第２の粗ユニバーサル圧延機36
を用いる中間圧延工程37と、仕上げユニバーサル圧延機
38を用いる仕上げ圧延工程39との３工程からなる。以
下、これらの３工程について、順次説明する。

【００２９】(粗圧延工程33)粗圧延工程33におけるブレ
ークダウン圧延機32は、上下一対の水平ロール32a、32b
を備える。この水平ロール32a 、32b には、素材であ
る約1300℃に加熱された連続鋳造スラブ40を最初にエッ
ジングして所定の幅に整えるためのボックス孔型 (図示
しない。) の他に、２種類のバタフライ状孔型kal.1 、
kal.2 が刻設されている。

【００３０】圧延素材である連続鋳造スラブ40は、初め
に、ボックス孔型で幅エッジングされた後、２種類のバ
タフライ状孔型kal.1 、kal.2 によるリバース圧延を行
われて、平行フランジ溝形鋼の粗形鋼片41にまで粗造形
される。このように、この粗圧延工程33は、一般的な溝
形鋼の公知の粗圧延工程と同じであるため、これ以上の
説明は省略する。

【００３１】(中間圧延工程37)ブレークダウン圧延機32
により粗造形された粗形鋼片41は、連続圧延可能に互い
に近接設置された第１の粗ユニバーサル圧延機34および
エッジャー圧延機35を用いて複数パスのタンデムリバー
ス圧延を行われて、所定の製品厚みおよびフランジ幅に
近い形状まで、延伸圧延される。

【００３２】第１の粗ユニバーサル圧延機34は、上下一
対の水平ロール34a 、34b と、左右一対の垂直 (竪) ロ
ール34c 、34d とを備え、ロール孔型kal.3 を形成す
る。水平ロール34a 、34b の間で粗形鋼片41のウェブ厚
みと、垂直ロール34c 、34d と水平ロール34a 、34b の
側面との隙間でフランジ厚みとが、ともに圧下・延伸さ
れる。この第１の粗ユニバーサル圧延機34による圧下に
より、中間圧延材42のウェブの両端部 (フランジとウェ
ブとの結合部) には、フランジ反延設側へ向けた膨出部
43a 、43b が形成される。

【００３３】エッジャー圧延機35は、ロール孔型を有す
る上下一対の水平ロール35a 、35bを備え、孔型kal.4
を有する。エッジャー圧延機35を用いた複数パスの圧延
により、中間圧延材42のウェブ高さの縮小圧延と、中間
圧延材42のウェブの両端部に形成された膨出部43a 、43
b の圧下とが、同時に行われる。

【００３４】このようにして、第１の粗ユニバーサル圧
延機34およびエッジャー圧延機35を用いて複数パスのタ
ンデムリバース圧延を行われた中間圧延材42は、第２の
粗ユニバーサル圧延機36を用いた１パスの圧延により、
圧下される。

【００３５】なお、中間圧延材42の寸法に応じて、本実
施形態とは異なり、第１の粗ユニバーサル圧延機34、エ
ッジャー圧延機35および第２の粗ユニバーサル圧延機36
を用いて、複数パスのタンデムリバース圧延を行うよう
にしてもよい。

【００３６】図２は、第２の粗ユニバーサル圧延機36の
各ロールの形状および配置を示す斜視図である。図１お
よび図２に示すように、第２の粗ユニバーサル圧延機36
は、上下一対の水平ロール36a 、36b と、左右一対の垂
直ロール36c 、36d とを備える。

【００３７】本実施形態では、下水平ロール36b はオン
ラインでロール胴長を変更することができる幅可変水平
ロールを用いているが、上水平ロール36a も幅可変水平
ロールであってもよい。

【００３８】なお、ここで、幅可変水平ロールとは、圧
延機フレームから取り外すことなくオンラインでロール
胴長を実質的に変更することができる水平ロールを意味
し、水平方向および垂直方向それぞれの圧延荷重に耐え
ることができる剛性を有するものであることが望まし
い。このような幅可変水平ロールとしては、本出願人ら
が先に特開平６−277723号公報により提案したロール幅
調整装置のように、アーバ軸の外周面に、例えば油圧機
構等により軸方向へ移動自在となるように環状の第１ロ
ールおよび第２ロールを独立して装着してなるロール
を、例示することができる。この幅可変ロールについて
は、特開平６−277723号公報以外にも多くの文献により
詳細に報告されており既に公知であるため、これ以上の
説明は省略する。

【００３９】この幅可変下水平ロール36b のロール胴長
方向両端面には、小径部44a 、44bが円板状に設けられ
ており、その環状の端面により、第１段差部45a 、45b
が幅可変下水平ロール36b のロール胴長方向両端面に形
成されている。

【００４０】小径部44a 、44b の半径は、図１に示すよ
うに、圧延する多種類の中間圧延材42 (最大厚肉サイズ
〜最終薄肉サイズ) のうちの最小フランジ内幅に略等し
いか、またはこれよりも少し小さい距離だけ、小さくな
るように設定される。したがって、エッジャー圧延機35
によりフランジの先端圧下を行うことができなかった、
最小フランジ内幅を呈する中間圧延材42 (すなわち同一
シリーズ内で最も厚肉サイズの中間圧延材42) に対し
て、小径部44a 、44b の第１段差部45a 、45b により、
フランジ先端圧下を充分に行うことができるように、構
成されている。

【００４１】一方、左右一対の垂直ロール36c 、36d そ
れぞれの外周面には、二つの第１段差部45a 、45b に対
峙する位置に、第２段差部46a 、46b が環状に形成され
ている。この第２段差部46a 、46b の断面形状は、第２
の粗ユニバーサル圧延機36により圧下を行う中間圧延材
42の角部外面を拘束することができる形状を呈してい
る。

【００４２】なお、第２の粗ユニバーサル圧延機36の上
水平ロール36a が幅可変水平ロールである場合には、圧
延時には、ロール胴長を調整して幅可変上水平ロール36
a の側面を、左右の垂直ロール36c 、36d の外周面に当
接させておく。これにより、第２の粗ユニバーサル圧延
機36による圧下の際におけるウェブ両端部反フランジ側
への膨出部43a 、43b の形成が防止されるとともに、通
常の場合は無駆動である垂直ロール36c 、36d が駆動ロ
ールである幅可変水平ロール36a から回転力を与えられ
るため、中間圧延材42の噛み込みがよりいっそう円滑に
行われるようになり、望ましい。

【００４３】本実施形態の第２の粗ユニバーサル圧延機
36では、第１段差部45a 、45b および第２段差部46a 、
46b が協働してそれらの間に中間圧延材42のフランジを
拘束して、フランジの幅圧下を行う。これにより、第２
の粗ユニバーサル圧延機36を用いて、膨出部43、43b の
平坦圧下とフランジの幅圧下とを同時に行うことがで
き、フランジの外法一定化を図ることができる。なお、
この中間圧延工程37を終了した中間圧延材42のフランジ
先端には、外側へ向けて膨出部47a 、47b が形成され
て、残存する。

【００４４】また、本実施形態では、図１に示すよう
に、(i) 第１の粗ユニバーサル圧延機34および第２の粗
ユニバーサル圧延機36により圧下される中間圧延材42
は、ウェブがフランジに対して上方に位置する姿勢で、
圧下を行われ、および(ii)第１の粗ユニバーサル圧延機
34は、下水平ロール34b の外径が上水平ロールの外径34
a よりも大きく、かつ、第２の粗ユニバーサル圧延機36
は、下水平ロール36b の外径が上水平ロール36a の外径
よりも大きい。以下、これらについて、説明する。

【００４５】図３は、第１の粗ユニバーサル圧延機34を
通過した中間圧延材42に上反りが発生した状況を示す説
明図であり、図４は、第１の粗ユニバーサル圧延機34を
通過した中間圧延材42に下反りが発生した状況を示す説
明図である。図４に示す下反りが中間圧延材42に発生す
ると、中間圧延材42を支持する搬送ローラ50を叩きなが
ら中間圧延材42が搬送される。このため、第１の粗ユニ
バーサル圧延機34を通過した際の中間圧延材42の下反り
に起因して、平行フランジ溝形鋼の外面や角部に凹みや
疵が形成されてしまう。

【００４６】そこで、本発明者は、膨大な量の圧延実験
を通じて得られた平行フランジ溝形鋼のユニバーサル圧
延における圧延機出側での上反りおよび下反りの発生の
解析を行った。そして、この解析結果から、以下のこと
が判明した。

【００４７】まず、少なくとも中間圧延工程における粗
ユニバーサル圧延機 (本実施形態では第１の粗ユニバー
サル圧延機34および第２の粗ユニバーサル圧延機36) に
よる中間圧延材42の圧延は、図１に示すようにウェブが
フランジに対して上方に位置する姿勢で、行うことが有
効である。これにより、中間圧延材42の自重を圧延ライ
ンの搬送ローラ50により受ける際や、圧延機出側で中間
圧延材42に多少の下反りが発生した際にも、中間圧延材
42のフランジ先端を、搬送テーブルに一定ピッチで連設
された多数の搬送ローラ50により、支持しながら圧延を
行うことができる。このため、搬送ローラ50との接触に
より中間圧延材42に発生する擦り傷や凹みは、フランジ
先端部に集中し、ウェブやフランジの外面や角部への発
生が、著しく抑制される。

【００４８】また、本発明者は、第１の粗ユニバーサル
圧延機34における上水平ロール３４ａおよび下水平ロー
ル３４ｂ それぞれのロール径を種々変更して、平行フ
ランジ溝形鋼の圧延実験を多数行った。そして、上水平
ロール34a および下水平ロール34bそれぞれのロール径
が下反りの発生に及ぼす影響を調査した。結果を図５に
グラフにまとめて示す。なお、図５に示すデータは、す
べて、ウェブがフランジよりも上方に位置する姿勢で、
圧延を行われた場合である。

【００４９】図５にグラフで示すように、第１の粗ユニ
バーサル圧延機34における下水平ロール34b の外径が、
上水平ロール34a の外形と略同じであるか、もしくは小
さい場合には、圧延機出側で中間圧延材42の下反りが大
きくなり、搬送ローラ50を叩きながら中間圧延材42が搬
送される。

【００５０】これに対し、下水平ロール34b の外径が、
上水平ロール34a の外径よりも大きい場合には、圧延機
出側で中間圧延材42は殆ど反りを生じずに略真っ直ぐに
圧延される。

【００５１】この理由は以下のように考えられる。すな
わち、一般にユニバーサル圧延においては、上下の水平
ロール間で圧下を受け延伸されるウェブが、水平ロール
の外周速度に比べて遅い (後進である) のに対し、水平
ロール側面と垂直ロール間で圧下を受け延伸されるフラ
ンジは、逆に、垂直ロールの外周速度に比べて速い (先
進である) 。したがって、溝形鋼のユニバーサル圧延の
場合には、ウェブは水平ロールによって圧延機出側方向
に引っ張られ、逆にフランジは垂直ロールに圧延機入側
方向に引っ張られるため、結果的に、上下の水平ロール
の周速度が同じであると、ウェブが圧延機入側から圧延
機出側へと進行するにつれて、フランジによって下向き
に引っ張られて、下反り傾向になるものと推定される。

【００５２】図５に示すグラフにおいて、圧延機出側で
下反りが大きい場合 (図中▲印) には、圧延後の溝形鋼
のフランジ先端は凸凹が激しく、その結果として、フラ
ンジ先端開先代を大きく取らざるを得ない状況となる。
このため、図12に示す角型コラムの製造工程では、歩留
ロスが通常よりも数倍増加してしまう。

【００５３】また、下反りが特に大きい場合には、ユニ
バーサル圧延を行おうとしても、中間圧延材42が第１あ
るいは第２の粗ユニバーサル圧延機34または36、あるい
は仕上げユニバーサル圧延機38の前後に付帯するウェブ
ガイドに突っかけたり、ガイドを引き込む等のトラブル
発生の原因にもなる。

【００５４】このため、本実施形態では、第１の粗ユニ
バーサル圧延機34は、下水平ロール34b の外径が上水平
ロールの外径34a よりも大きく、かつ、第２の粗ユニバ
ーサル圧延機36は、下水平ロール36b の外径が上水平ロ
ール36a の外径よりも大きくなるように、それぞれ設定
した。かかる観点からは、下水平ロール34b 、36b の外
径を、上水平ロール34a 、36a の外径に比較して、0.5
〜1.5 ％程度大きく設定することが、望ましい。

【００５５】さらに、本発明者は、第１の粗ユニバーサ
ル圧延機34における上水平ロール34a および下水平ロー
ル34b それぞれのロール径を種々変更して、平行フラン
ジ溝形鋼の圧延実験を多数行った。そして、中間圧延材
42のフランジの肉厚圧下率φ_tfと、中間圧延材42のウェ
ブの肉厚圧下率φ_twとの差が、上反りまたは下反りに及
ぼす影響を調査した。結果を図６にグラフにまとめて示
す。

【００５６】図６にグラフで示すように、第１のユニバ
ーサル圧延機34におけるウェブの肉厚圧下率φ_twが、フ
ランジの肉厚圧下率φ_tfを超えると、第１のユニバーサ
ル圧延機34の出側で中間圧延材42の下反りが大きくな
る。また、フランジの肉厚圧下率φ _tf とウェブの肉厚圧
下率φ_twとの差が0.1 を超えると、第１のユニバーサル
圧延機34の出側で中間圧延材42の上反りが大きくなる。
上反りが大きくなり過ぎると、圧延機後面に付帯する上
ウェブガイドに突っかけたり、特に第２のユニバーサル
圧延機36の場合には、次パスのリバース圧延時に入側で
中間圧延材42の先端部がウェブガイドに衝突し噛み込み
不良を招く可能性があり、安定した操業を確保する上で
好ましくない。

【００５７】したがって、ユニバーサル圧延後における
反りの発生を確実に抑制するには、第１のユニバーサル
圧延機34および第２のユニバーサル圧延機36それぞれに
よるユニバーサル圧延では、下記(1) 式の関係を満足さ
せることが有効である。すなわち、

【００５８】

【数３】

【００５９】この(1) 式において、φ_tf＝ln(t_f0/t_f1)
、φ_tw＝ln(t_w0/t_w1) で表される。ここで、符合
ｔ_f0、ｔ_f1はそれぞれ粗ユニバーサル圧延機による圧下
前のフランジ厚、圧下後のフランジ厚を示し、符合
ｔ_w0、ｔ_w1はそれぞれ粗ユニバーサル圧延機による圧下
前のウェブ厚、圧下後のウェブ厚を示す。

【００６０】(仕上げ圧延工程39)中間圧延工程を終了し
た中間圧延材42に対し、上下一対の水平ロール38a 、38
b および左右一対の垂直ロール38c 、38d を有する仕上
げユニバーサル圧延機38を用いた１パスまたは複数パス
の整形圧延によって、ウェブおよびフランジの仕上げ圧
延、すなわち、ウェブおよびフランジの平坦化を主目的
とした圧延が行われ、所定の寸法の成品に仕上げられ
る。この仕上げユニバーサル圧延機38では、下水平ロー
ル38b はオンラインで幅調整が可能な幅可変ロールであ
る。

【００６１】この仕上げ圧延工程39では、前述した第２
の粗ユニバーサル圧延機36による圧延により、中間圧延
材42のフランジ先端に形成された膨出部47a 、47b は、
幅可変下水平ロール38b の側面と垂直ロール38c 、38d
の外周面との間隙の間隔を適切に設定することにより平
坦化され、所定の幅および厚さを有するフランジに仕上
げ圧延される。

【００６２】また、前述した第１の粗ユニバーサル圧延
機34および第２の粗ユニバーサル圧延機36と同様の理由
により、(i) 仕上げユニバーサル圧延機38により圧下さ
れる中間圧延材42は、ウェブがフランジに対して上方に
位置する姿勢で、圧下を行われること(ii)仕上げユニバ
ーサル圧延機38は、下水平ロール38b の外径が上水平ロ
ール38a の外径よりも大きくすること、および(iii) 仕
上げユニバーサル圧延機38によるユニバーサル圧延で、
(1) 式の関係を満足させることのうちの少なくとも一つ
を有することが望ましい。

【００６３】なお、図１において、第２の粗ユニバーサ
ル圧延機36の下水平ロール36b の外周面の幅Ｗ２は、被
圧延材である中間圧延材42のウェブ高さ縮小圧延パス以
外の圧延パスにおいては、第１の粗ユニバーサル圧延機
34の水平ロール34a 、34b の幅Ｗ1 、およびエッジャー
圧延機35の下水平ロール35b の孔型幅 (≒Ｗ1)と略同じ
値に設定しておき、中間圧延材42のウェブ高さ縮小圧延
パスにおいて初めて第１の粗ユニバーサル圧延機34の水
平ロール34a 、34b の幅Ｗ１よりも狭めに設定すること
が望ましい。

【００６４】また、仕上げユニバーサル圧延機38の下水
平ロール38b の外周面の幅Ｗ３は、第２の粗ユニバーサ
ル圧延機36の下水平ロール36b の幅Ｗ２と略同じ値に設
定しておくことが望ましい。

【００６５】なお、本実施形態では、第２の粗ユニバー
サル圧延機36の上水平ロール36a ならびに仕上げユニバ
ーサル圧延機38の上水平ロール38a は、いずれも、幅固
定のロールとした。しかし、前述したように、これらの
上水平ロール36a 、38a も、下水平ロール36b 、38b と
同様にオンラインでロール幅を自在に変更することがで
きる幅可変ロールとしてもよい。

【００６６】このようにして、本実施形態により、ウェ
ブの両端部フランジ反延設側への膨出部43a 、43b を形
成せずに、外幅 (ウェブ高さＷ、フランジ幅Ｂ）が一定
であってウェブおよびフランジの厚さがそれぞれｔ_wmax
〜ｔ_wmin: ｔ_fmax〜ｔ_fminの範囲で変化する、同一シリ
ーズの多種類の溝形鋼を、圧延工具の交換を伴うことな
く、圧延することができる。

【００６７】また、本実施形態によれば、第１の粗ユニ
バーサル圧延機34、第２の粗ユニバーサル圧延機36およ
び仕上げユニバーサル圧延機38によるユニバーサル圧延
を中間圧延材42に行った際の、下反りの発生を確実に防
止でき、平行フランジ溝形鋼の外面や角部における凹み
や疵の発生を抑制できる。

【００６８】したがって、本実施形態によれば、ウェブ
外面や角部における凹みや疵といった、角型コラムの素
材となる平行フランジ溝形鋼に、外観上あるいは実用上
支障となる形状不良を発生させずに、外法一定の平行フ
ランジ溝形鋼を製造することができる。

【００６９】

【実施例】さらに、本発明にかかる溝形鋼の圧延法を、
実施例を参照しながらより具体的に説明する。

【００７０】図１に示す溝形鋼の圧延工程31を用いて、
外寸法が一定 (ウェブ高さＷ：600mm、フランジ幅Ｂ：3
00 mm) であって、ウェブ厚さおよびフランジ厚さが、
いずれも、22〜60mmの範囲で異なる多種の平行フランジ
溝形鋼を製造した。

【００７１】なお、本実施例では、第１の粗ユニバーサ
ル圧延機34の上下の水平ロール34a、34b の幅Ｗ１を、
いずれも561 mmに設定し、上下の水平ロール34a 、34b
の側面が垂直線となす角度を、いずれも、５度に設定し
た。

【００７２】また、エッジャー圧延機35の下孔型ロール
34b の孔型幅は、第１の粗ユニバーサル圧延機34の水平
ロール34a 、34b の幅Ｗ１に等しい561 mmに設定し、孔
型深さを278 mmに設定した。

【００７３】また、第２の粗ユニバーサル圧延機36は、
下水平ロール36b だけではなく上水平ロール36a にも、
幅可変ロールを用いた。この第２の粗ユニバーサル圧延
機36の幅可変の下水平ロール36b の外周面から小径部44
a 、44b までの深さを240 mmに設定し、幅可変の下水平
ロール36b の外周面の幅Ｗ２を561 mmに初期設定した。

【００７４】なお、第２の粗ユニバーサル圧延機36の幅
可変水平ロール36a 、36b および仕上げユニバーサル圧
延機38の幅可変水平ロール38b 各々の幅可変量は、いず
れも100 mmに設定した。

【００７５】この圧延工程31により、まず、厚み：250
mm、幅：1000mmの矩形断面の連続鋳造スラブ31を圧延素
材とし、図示しない加熱炉に装入して約1300℃に加熱し
た後、ブレークダウン圧延機32を用いて11〜13パスのリ
バース圧延を行うことにより、厚み：80〜100 mmの粗形
鋼片41に粗造形した。

【００７６】次いで、この粗形鋼片41に、第１の粗ユニ
バーサル圧延機34、エッジャー圧延機35および第２の粗
ユニバーサル圧延機36を用いて、５〜９パスのリバース
圧延を行い、ウェブ厚さ、フランジ厚さおよびフランジ
幅を所定値まで延伸圧延した。この際、ウェブ厚さおよ
びフランジ厚さは第１の粗ユニバーサル圧延機34により
圧下され、フランジ幅はエッジャー圧延機35および第２
の粗ユニバーサル圧延機36により圧下された。

【００７７】この後、成品厚さが22mm以外の中間圧延材
42について、第２の粗ユニバーサル圧延機36のラストパ
スにおいて、上下の幅可変水平ロール36a 、36b の幅を
狭めるとともに左右の垂直ロール36c 、36d の開度を狭
めに調整してからウェブを圧下し、[(成品厚さ−22) ×
２] mm、最大で76mmの縮小量でウェブ高さを縮小すると
ともに、フランジ幅を調整圧延した。

【００７８】なお、成品の形状不良を防止するため、成
品厚さが40mm以下の中間圧延材42については１パスの圧
延によるウェブ高さの縮小量を最大36mmとし、成品厚さ
が40mm越60mm以下のものについては２パスまたは３パス
に分けて圧延を行うことにより、ウェブ高さを最大で76
mm縮小した。また、第２の粗ユニバーサル圧延機36の上
下の水平ロール36a 、36b の開度は、中間圧延材42の各
パスにおけるウェブ厚さに略等しくなるように、設定し
た。

【００７９】このようにして、中間圧延を終了した中間
圧延材42に対し、仕上げユニバーサル圧延機38により、
仕上げ圧延終了後の成品放冷過程における熱収縮代を見
込んで、幅可変の上水平ロール38a の幅を604 mmに設定
するとともに、成品厚さに応じて、幅可変の下水平ロー
ル38b の幅をオンラインで484 〜560 mmにその都度変更
して設定した。また、上下の幅可変水平ロール38a 、38
b の開度は、製品のウェブ厚さと同等の値に設定して仕
上げた。

【００８０】表１には、本発明例１〜本発明例４とし
て、本発明にかかる方法により製造した外法一定平行フ
ランジ溝形鋼の代表的なサイズ（H600×B300×t22 、H6
00×B300×t60)について、中間圧延工程(UR)〜仕上げ圧
延工程(UF)におけるユニバーサル圧延の状況を示す。

【００８１】

【００８２】

【表１】

【００８３】表１から、本発明例１〜本発明例４によ
り、圧延トラブル、さらには角型コラムの素材として問
題になる凹みや疵を発生させることなく、外法が一定で
厚さが異なるとともに角型コラムの素材となる多種の平
行フランジ溝形鋼を、安定して圧延できたことがわか
る。

【００８４】さらに、このようにして製造した多種の平
行フランジ溝形鋼を素材として用い、図12に示す方法に
より、600 mm×600 mmの角型鋼管柱を製作したが、組み
立てならびにダイアフラム溶接過程での不具合は一切生
じなかった。

【００８５】これに対し、ウェブがフランジに対して下
になるような姿勢で圧延を行うと、得られた平行フラン
ジ溝形鋼には、ウェブ・フランジ外面および角部に大き
な凹みや疵が発生してしまい、角型コラムの製作工程に
おいて、トラブルや手直しが頻発した。そのため、製造
コストの上昇は否めなかった。

【００８６】

【００８７】

【００８８】

【００８９】

【００９０】

【００９１】

【００９２】(変形形態)実施形態および実施例の説明で
は、中間圧延を、２基の粗ユニバーサル圧延機とエッジ
ャー圧延機とにより行う場合を例にとった。しかし、本
発明はこの形態には限定されず、少なくとも１基の粗ユ
ニバーサル圧延機とエッジャー圧延機とを用いて中間圧
延を行う場合であれば、等しく適用される。

【００９３】また、本発明は、実施形態で用いた各圧延
機の具体的な形態には、限定されない。各圧延機の水平
ロールおよび垂直ロールそれぞれの形状は、成品形状に
応じて適宜設定することができる。

【００９４】また、上述した実施形態および実施例で用
いたエッジャー圧延機に替えて、このエッジャー圧延機
と同等の圧下・造形機能を備える粗ユニバーサル圧延機
を第３の粗ユニバーサル圧延機として用いてもよい。

【００９５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、フランジおよびウェブそれぞれの外面や角部に凹
みや疵といった、角型コラムの素材となる平行フランジ
溝形鋼として問題となる品質不良を発生させることな
く、平行フランジ溝形鋼を効率的にかつ経済的に製造す
ることが可能となった。かかる効果を有する本発明の意
義は、極めて著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の外法一定の平行フランジ溝形鋼の圧
延工程を、各圧延工程に配置された圧延機とともに示す
説明図である。

【図２】第２の粗ユニバーサル圧延機の各ロールの形状
および配置を示す斜視図である。

【図３】第１の粗ユニバーサル圧延機を通過した中間圧
延材に上反りが発生した状況を示す説明図である。

【図４】第１の粗ユニバーサル圧延機を通過した中間圧
延材に下反りが発生した状況を示す説明図である。

【図５】上水平ロールおよび下水平ロールそれぞれのロ
ール径が下反りの発生に及ぼす影響を調査した結果を示
すグラフである。

【図６】中間圧延材のフランジの肉厚圧下率と、中間圧
延材のウェブの肉厚圧下率との差が、上反りまたは下反
りに及ぼす影響を調査した結果を示すグラフである。

【図７】角型コラムの素材となる平行フランジ溝形鋼の
概略の断面形状を示す説明図である。

【図８】図８(a) 〜図８(c) は、 平行フランジ溝形鋼
の従来の代表的な製造工程の一例を示すグラフである。

【図９】平行フランジ溝形鋼の従来の代表的な製造工程
の他の一例を示す説明図である。

【図１０】本出願人が特開平９−141302号公報により開
示した平行フランジ溝形鋼の熱間圧延方法を示す説明図
である。

【図１１】特許第2577660 号により開示された平行フラ
ンジ溝形鋼の製造方法を示す説明図である。

【図１２】溝形鋼、特に外寸法一定の平行フランジ溝形
鋼を素材とする角型コラムの製造工程 (工程１〜工程
４) を示す説明図である。

【図１３】平行フランジ溝形鋼のフランジ先端部に開先
加工が行われる状況を模式的に示す説明図である。

【図１４】粗ユニバーサル圧延機や仕上げユニバーサル
圧延機を通過した際の被圧延材の下反りに起因して、ウ
ェブやフランジの外面や角部に凹みや疵が存在する平行
フランジ溝形鋼を部分的に示す斜視図である。

【符号の説明】

34 第１の粗ユニバーサル圧延機 34a 、36a 上水平ロール 34b 、36b 下水平ロール 35 エッジャー圧延機 36 第２の粗ユニバーサル圧延機 38 仕上げユニバーサル圧延機 41 粗形鋼片 42 中間圧延材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧延素材にブレークダウン圧延機を用い
   て粗圧延を行って粗形鋼片とし、該粗形鋼片に少なくと
   も１基の粗ユニバーサル圧延機とエッジャー圧延機とを
   用いて中間圧延を行って中間圧延材とし、該中間圧延材
   に仕上げユニバーサル圧延機を用いて仕上げ圧延を行う
   ことにより、ウェブおよび２つの平行なフランジを有す
   る溝形鋼を圧延する際に、 前記粗形鋼片および／または前記中間圧延材は、ウェブ
   がフランジに対して上方に位置する姿勢で、少なくと
   も、前記粗ユニバーサル圧延機および／または前記仕上
   げユニバーサル圧延機による圧下を行われるとともに、 前記粗ユニバーサル圧延機および／または前記仕上げユ
   ニバーサル圧延機は、下水平ロールの外径が上水平ロー
   ルの外径よりも大きいことを特徴とする溝形鋼の圧延
   法。
2. 【請求項２】 前記粗ユニバーサル圧延機および／また
   は前記仕上げユニバーサル圧延機による圧下は、前記中
   間圧延材のフランジの肉厚圧下率 (φ_tf) と、前記中間
   圧延材のウェブの肉厚圧下率 (φ_tw) との差が下記(1)
   式を満足するように、行われることを特徴とする請求項
   １に記載された溝形鋼の圧延法。 〔数１〕 ０≦φ_tf−φ_tw≦0.1 ・・・・・(1) ただし、上記(1) 式において、φ_tf＝ln(t_f0/t_f1) 、φ
   _tw＝ln(t_w0/t_w1) であり、符合ｔ_f0、ｔ_f1はそれぞれ粗
   ユニバーサル圧延機または仕上げユニバーサル圧延機に
   よる圧下前のフランジ厚、圧下後のフランジ厚を示し、
   符合ｔ_w0、ｔ_w1はそれぞれ粗ユニバーサル圧延機または
   仕上げユニバーサル圧延機による圧下前のウェブ厚、圧
   下後のウェブ厚を示す。