JP3627703B2

JP3627703B2 - フランジを有する形材の圧延方法

Info

Publication number: JP3627703B2
Application number: JP2001397573A
Authority: JP
Inventors: 裕鹿野; 晴生山口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2003200201A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｈ形鋼のような両側にフランジを有する形材をユニバーサルミルによって製造する方法に関し、特に仕上げ圧延においてウェブ部を高さ方向に縮小してフランジ厚さが違っても高さの等しいフランジを有する圧延形材を寸法精度よく製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二つのフランジが一つの連結部材（ウェブ）で結合された形鋼、例えば建築や土木などに用いられるＨ形鋼または平行フランジ溝形鋼として、建築物の高層化に伴って多サイズの形鋼または外法一定の形鋼が必要とされている。これらの形鋼は、通常、ユニバーサルミルを用いて製造される。
【０００３】
図１は、圧延Ｈ形鋼の断面形状と各部の寸法を示す図であり、（ａ）は呼称寸法のＨ形鋼を示す図、（ｂ）はフランジ厚さが大きくフランジ内法が呼称寸法に等しい内法一定のＨ形鋼を示す図、（ｃ）はフランジ厚さが大きくフランジ外法が呼称寸法に等しい外法一定のＨ形鋼を示す図である。
【０００４】
図１（ａ）において、ＨはＨ形鋼の高さ（フランジの外法寸法またはウェブ高さと記載することもある）、Ｂはフランジの幅（辺の長さ）、ｔ_ｗはウェブの厚さ、ｔ_ｆはフランジの厚さ、ｒはフランジとウェブとが交わるフィレットの半径、Ｗはフランジ内法寸法である。
【０００５】
圧延Ｈ形鋼の呼称は、一般に「Ｈ−５００×２００×１０×１６」のごとく表示される。この場合、図１（ａ）に示すように、圧延Ｈ形鋼（以下、これを単に「Ｈ形鋼」と記載する）の高さ（Ｈ）が５００ｍｍであることを示し、フランジ幅（Ｂ）が２００ｍｍ、「１０×１６」はウェブ厚さ（ｔ_ｗ）が１０ｍｍおよびフランジ厚さ（ｔ_ｆ）が１６ｍｍであることを示している。
【０００６】
この呼称寸法（Ｈ−５００×２００×１０×１６）と同一シリーズの圧延Ｈ形鋼としては、Ｈ−４９９ ×１９９ × ９×１６およびＨ−５０６ ×２０１ ×１１×１９がある。図１（ｂ）に示すＨ形鋼では、たとえばＨ−５０６ ×２０１ ×１１×１９のように、フランジ厚さ（ｔ_ｆ１）が呼称寸法（ｔ_ｆ）よりも３ｍｍ大きいため、高さ（Ｈ_１）が６ｍｍ大きく５０６ｍｍとなる。これは、通常のユニバーサルミルの水平ロールは幅が一定であり、通常の圧延方法では、図１（ｂ）に示すようにフランジ内法（Ｗ）が等しくなるためである。各国の規格（アメリカＡＳＴＭ、イギリスＢＳ、ドイツＤＩＮ等）においても、その呼称寸法とウェブ高さが合致するものは１サイズのみである。
【０００７】
図１（ｂ）に示すような同一シリーズ内で外法寸法の異なるＨ形鋼（内法一定Ｈ形鋼）は、建築構造物の柱または梁として使用する場合、片方のフランジ外面を合わせて接合するため、他方のフランジ外面にフランジ厚さの２倍のズレを生じ、施工上不都合である。また、鉄骨コンクリート構造または鉄骨構造とする場合には、柱および梁の寸法は、外法寸法で規制されるので、内法一定のＨ形鋼を用いるとコンクリートの被覆厚みがＨ形鋼の寸法によって異なるほか、梁と梁の接合部にフィーラープレートが多く必要になるなど設計上あるいは施工上不都合が生じる。
【０００８】
これに対し、図１（ｃ）に示すような外法一定のＨ形鋼が提案され、次に示すような製造方法が提案されている。
（１）全域にわたってほぼ厚みの均一なウェブを有し、そのウェブの両側端にフランジを備えた粗形鋼片を粗圧延した後、鋼片を左右に挟む一対の垂直ロールと粗圧延段階よりもロール幅を小さく設定したロール幅の変更可能な上下一対の水平ロールとを備えたユニバーサル圧延機を用いて、形鋼片のフランジ部の角度起こしとウェブ部の高さ方向の圧下およびフランジ部の厚み圧下を行う仕上げ圧延を施してウェブ内幅寸法（フランジ内法）を微調整するＨ形鋼の圧延方法（特許２５４８３７７号公報、参照）。
【０００９】
（２）仕上げユニバーサル圧延機の水平ロールを長手方向に二分割し、オンラインで幅調整可能な構造とし、フランジ部内面を水平ロール側面に接触するようにして、仕上げユニバーサル圧延機における複数パスのレバース圧延によってウェブ部の高さ方向の縮小を行うフランジを有する形材の熱間圧延方法（特許２５２２０５９号公報、参照）。
【００１０】
上記（１）および（２）の方法では、ウェブ部を高さ方向に圧下する量を大きくすると、ウェブの厚さ（ｔ_ｗ）に対するフランジ内法（Ｗ）の比（Ｗ／ｔ_ｗ）が大きいため、ウェブ部が座屈することがある。
【００１１】
図２は、欠陥の生じたＨ形鋼を示す図であり、（ａ）はフィレット部Ａに折れ込み疵が発生した状態、（ｂ）および（ｃ）はウェブ中心偏りが生じた状態を示す図である。
【００１２】
前記の座屈が大きくなると、図２（ａ）でＡとして示すようなフィレット部（ウェブとフランジの結合部）に折れ込み疵が発生する。さらに、竪ロールによるフランジ部外面への圧下が水平ロールによるウェブ部の拘束よりも先行するため、水平ロールによるウェブ部の圧延パスラインへの誘導作用が低下し、前記ウェブ部の座屈との相乗効果によって図２（ｂ）および（ｃ）に示すようにウェブ中心偏り（Ｓ＝（Ｓ１−Ｓ２）／２）が発生する。
【００１３】
このような造形上の問題を解決する方法として、下記の提案がある。
（３）エッジャー圧延後の圧延材を、固定幅または幅可変の水平ロールを有する仕上げユニバーサルミルで圧延する際に、竪ロールによりフランジ部外面を圧下することにより、１パスまたは複数パスでウェブ部の高さ方向の縮小圧延を行うとともに、仕上げユニバーサルミルの入り側に近接配置したローラガイドによって圧延材のフランジ部のミルパスセンターに対する垂直移動および水平移動を拘束するフランジを有する形材の熱間圧延方法（特公平８−１３３６４号公報、参照）。
【００１４】
（４）前記（１）の公報に示されるように、仕上げ圧延における１パス当たりのウェブ内幅寸法（フランジ内法寸法）の縮小量を、仕上げ圧延前のウェブ厚さと仕上げ圧延前のウェブ内幅寸法（フランジ内法寸法）との関係で設定し、これを超える場合には複数パスに分割して縮小圧延するＨ形鋼の圧延方法（特許２５４８３７７号公報、参照）。
【００１５】
（５）エッジャー圧延後の圧延材を、固定幅または幅可変の水平ロールを有する仕上げユニバーサルミルで圧延する際に、竪ロールによりフランジ部外面を圧下することにより、１パスまたは複数パスでウェブ高さの縮小圧延を行う方法において、「仕上げ圧延における圧延材のウェブ面と仕上げユニバーサルミル水平ロールとの投影接触長さ」を「圧延材のフランジ部外面と竪ロールとの投影接触長さ」よりも大きくするように仕上げ圧延前の圧延材フィレット部形状を決定し、このようにして決定されたフィレット部形状となるように仕上げ圧延前の圧延工程で成形（中間圧延材のフィレット部に予め余肉を設ける）した後、仕上げユニバーサルミルで圧延するフランジを有する形材の熱間圧延方法（特公平７−７５７２４公報）。
【００１６】
（６）仕上げユニバーサルミルの竪ロール軸心を水平ロール軸心に対し、竪ロールと水平ロール側面とで挟圧される圧延材フランジ部のロール投影接触長さの範囲内の圧延出側方向に設定するとともに、幅可変水平ロールのロール幅を製品形材の寸法に応じて設定し、竪ロールで形材のウェブ部をその幅方向より圧下してウェブ高さを所要の各種寸法に造り分けるフランジを有する形材の圧延方法（特公平８−３２３３３公報）。
【００１７】
これらの方法には、以下のような問題点がある。
【００１８】
▲１▼前記（３）に示すローラガイドによる方法では、ミルの前面直近にローラガイドを設置したとしても、ミル内の圧延材とロールとの接触部において生じる圧延材の変形を拘束できないため、中心偏りの発生を完全に抑制することができない。
【００１９】
▲２▼前記（４）に示す方法では、一般に１パスの圧延でとりうるフランジ圧下率には自ずと限界があり、ウェブ部高さ方向の縮小時に発生するウェブ部の座屈の発生と、これに伴うウェブ中心偏りの防止は限界がある。したがって、この方法で効果を発揮できるウェブ部の高さ方向の縮小量は、せいぜい数ミリ〜十数ミリ程度であり、例えば外法一定のＨ形鋼を圧延する場合には、大きなウェブ部の高さ方向の縮小量が必要とされるので、フランジ厚さの大きい製品ではウェブ中心偏りの発生が防止できない。
【００２０】
▲３▼前記（５）に示す中間圧延材に予め余肉を設ける方法では、ウェブ部の高さ方向の縮小量に応じて適正な余肉量がそれぞれ異なるのに対して、現実には中間圧延段階での余肉量の調整は困難である。したがって、ウェブ部の高さ方向の縮小量によっては、ウェブ中心偏りの発生を抑制することができない。すなわち、例えば外法一定のＨ形鋼の製品サイズ（たとえば、フランジ厚さが比較的小さい場合など）によってはウェブ中心偏りの発生を抑制することができない。
【００２１】
▲４▼前記（６）に示す仕上げユニバーサルミルの竪ロール軸心を水平ロール軸心に対して圧延出側方向に設定する方法では、竪ロール軸心の移動量は、竪ロールと水平ロール側面とで挟圧される圧延材フランジのロール投影接触長さの範囲内の圧延出側方向に設定するとあるのみで、適正範囲についての指針が示されていない。たとえば、フランジ厚みの圧下を「０、ゼロ」とする圧延には対応できない。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するためになされたもので、ウェブ部の高さ方向の縮小量に応じた最適な竪ロール位置設定を行うことで、ウェブ部の高さ方向の縮小圧延に伴うウェブ部の座屈やウェブ中心偏りを抑制し、高品質なフランジを有する形材の圧延方法を提供することを目的とするものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、前記のような問題点を解決したものであり、その要旨は図４に示す圧延方法にある。
【００２４】
ウェブの両側に２つのフランジが形成された中間圧延材を左右の竪ロールと上下の水平ロールを備えたユニバーサルミルにより、少なくともウェブ部を高さ方向に縮小する熱間圧延をおこなう方法であって、左右の竪ロール２の軸を結ぶ平面２−１の位置を上下の水平ロール１の軸を結ぶ平面１−１の位置から圧延下流側に、下記（１）式を満足する距離（Ｓｖ、ｍｍ）だけ離して圧延するフランジを有する形材の圧延方法。
０．１Ｌ≦Ｓｖ≦０．３Ｌ・・・・・・（１）
ここで、Ｌは、ウェブ部とその両側に形成されたフランジ部との結合部においてフランジ部外面が竪ロールと接触を開始する位置からフランジ部の内面が水平ロールの側面と接触を開始する位置までの投影長さであり、下記（２）式によって求めるものである。
【００２５】
【数２】

【００２６】
ただし、Ｒｖは竪ロールの半径（ｍｍ）、Ｗ_０は圧延前のフランジ内法寸法（ｍｍ）、Ｗ_１は圧延後のフランジ内法寸法（ｍｍ）、ｔ_０は圧延前のフランジ厚さ（ｍｍ）、ｔ_１は圧延後のフランジ厚さ（ｍｍ）である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の作用を説明する。
【００２８】
図３は、形鋼の熱間圧延ラインを示す図であり、（ａ）は１基の粗ユニバーサルミルと１基のエッジャーミルが配置された例、（ｂ）は２基の粗ユニバーサルミルと１基のエッジャーミルが配置された例である。
【００２９】
ブレークダウンミルＢＤは、スラブまたはドッグボーン状の粗形鋼片を上下の孔型ロールの往復圧延によってさらにＨ形鋼に近い形状の粗形鋼片に造形する圧延機である。
【００３０】
粗ユニバーサルミルＵＲおよびエッジャーミルＥは、ドッグボーンに近い形状の粗形鋼片を往復圧延によってＨ形鋼のほぼ製品に近い形状（以下、この形状まで圧延された材料を「圧延材」という）に圧延する中間圧延機である。
【００３１】
粗ユニバーサルミルＵＲは、上下の水平ロールＵＲｈと左右の竪ロールＵＲｖとから構成され、水平ロールＵＲｈで圧延材Ｍのドッグボーンの水平部（ウェブ部）の圧下を、水平ロールＵＲｈと竪ロールＵＲｖとで圧延材のフランジ部厚さ方向の圧下を行う圧延機である。
【００３２】
エッジャーミルＥは、両端部に段部が形成された上下の水平ロールＥｈから構成され、段部によって圧延材のフランジ両端部をフランジ幅方向に圧下を行う。
【００３３】
仕上げユニバーサルミルＵＦは、粗ユニバーサルミルとほぼ同じ構成であり、製品に近い形状となった圧延材にフランジ部の角度起こし、および所定寸法に仕上げるための軽圧下を行う圧延機である。
【００３４】
中間圧延工程では、図３（ａ）に示すように、１基の粗ユニバーサルミルＵＲおよび１基のエッジャーミルＥが配置されており、（ｂ）では２基の粗ユニバーサルミルＵＲ１およびＵＲ２ならびに１基のエッジャーミルＥが配置されている。中間圧延では、いずれも圧延材は往復圧延され、それぞれのミルは少なくとも１基ずつあればよい。
【００３５】
図３（ａ）および（ｂ）に示す仕上げユニバーサルミルＵＦならびに図３（ｂ）の粗ユニバーサルミルＵＲ２には、水平ロールとしてロールの長手方向に二分割され、圧延中にその幅が自在に変更可能な水平ロール（符号１およびＵＲｖｈ）が組込まれている。これにより、中間圧延材のウェブ部をＨ形鋼の高さ方向に圧下してフランジ内法を所定の寸法に仕上げることができる。
【００３６】
図４は、本発明方法に使用する仕上げユニバーサルミルと圧延材を示す概念図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ部の断面図、（ｃ）および（ｄ）は圧延の上流側からみた断面図であり、（ｃ）は圧延材がロールに噛み込まれる前の位置、（ｄ）は同じく左右の竪ロールの軸中心間位置を示す図である。
【００３７】
この仕上げユニバーサルミルＵＦは、図４に示すように、左右の竪ロール２の軸を結ぶ平面２−１が上下の水平ロール１の軸を結ぶ平面１−１に対して圧延下流方向にＳｖだけ離間して配置されている。以下、この明細書では「Ｓｖ」を「竪ロールの離間量」と記載する。
【００３８】
このようにロール配置されたユニバーサルミルは、図４（ａ）に示すように、圧延材Ｍのフランジ部外面を左右の竪ロール２によって圧下し、ウェブ部を圧延前のフランジ内法（Ｗ_０）から圧延後のフランジ内法（Ｗ_１）に縮小する。このとき、圧延材のウェブ部は、図４（ａ）のハッチングで示すように、その両端近傍（フランジとのフィレット部）を上下の幅可変水平ロール１によって拘束され、若干の厚み方向の圧下をうける。しかし、ウェブ部の厚み方向の圧下量を大きくすると、ウェブに段差が発生する。このため、ウェブ部の高さ方向の縮小に伴い発生するウェブ両端部近傍の増肉を相殺する程度の厚み圧下がおこなわれる。それと同時に圧延材Ｍのフランジ部は、図４（ａ）に示すように、竪ロール２と幅可変水平ロール１の側面との間で拘束され、製品寸法およびウェブ部高さ方向の縮小量に応じて肉厚圧下率で数％〜１０数％の厚み方向の圧下をうける。フランジ部の厚み方向の圧下率は、圧下前のフランジ部の厚さをｔ_０、圧下後のフランジ部の厚さをｔ_１とすると、｛ｌｎ（ｔ_０／ｔ_１）×１００％｝である。
【００３９】
本発明方法では、竪ロールの離間量Ｓｖを（１）式（０．１Ｌ≦Ｓｖ≦０．３Ｌ）を満足するように規定する。Ｌは、図４（ａ）に示すように、圧延材Ｍのフランジ部外面と竪ロール２の外周とが最初に接触する位置ａからフランジ部内面と水平ロール１の側面とが最初に接触する位置ｂまでの投影長さであり、幾何学的に下記（２）式で求めることができる。ここで、「位置ａ」はフランジ部外面の幅方向の中心が竪ロールと接触を開始する点、「位置ｂ」はフランジ部内面が水平ロールの側面と接触を開始する点である。すなわち、図４（ｃ）に示すように、圧延前のフランジ部に角度がついている場合には、フランジ部外面の先端部から竪ロールに接触を開始するが、この点を採用するものではない。
【００４０】
【数３】

【００４１】
なお、（２）式は下記のように求めることができるので、（２−１）式を用いてもよい。
【００４２】
【数４】

【００４３】
Ｌは、垂直ロールがフランジ部外面と接触する投影長さＬｏからフランジ部内面が水平ロールの側面と接触して変形した投影長さＬ_ｄＦを差し引いた値として（ａ）式によって求めることができる。
【００４４】
Ｌ＝Ｌｏ−Ｌ_ｄＦ・・・・・（ａ）
Ｌｏは、幾何学的に下記（ｂ）式を簡略化した（ｃ）式によって求めることができる。
【００４５】
【数５】

【００４６】
ここで、（Ｗ_０−Ｗ_１）^２、（ｔ_０−ｔ_１）^２および（Ｗ_０−Ｗ_１）（ｔ_０−ｔ_１）の項は、小さいので省略すると下記（ｃ）式となる。
【００４７】
【数６】

【００４８】
Ｌ_ｄＦは、幾何学的に下記（ｄ）式を簡略化した（ｅ）式によって求めることができる。
【００４９】
【数７】

【００５０】
ここで、ｔ_０ ^２およびｔ_１ ^２の項は、小さいので省略すると下記（ｅ）式となる。
【００５１】
【数８】

【００５２】
（ｃ）式および（ｅ）式を（ａ）式に代入すると、前記（２）式が得られる。
【００５３】
（２）式から明らかなように、フランジ部の厚さ方向の圧下を伴わない場合（ｔ_０−ｔ_１＝０）には、Ｌは「｛Ｒｖ（Ｗ_０−Ｗ_１）｝^１／２」となり、圧延材Ｍのフランジ部外面が竪ロールと接触を開始した点ａから左右の竪ロール間隔に圧下された点ｃまでの圧延方向距離となる。
【００５４】
図５は、ウェブ部を高さ方向に縮小圧延したときの仕上げ圧延機の各ロールと圧延材の断面を示す模式図である。図（ａ_１）は、本発明方法に使用した仕上げ圧延機を上から見た平面図、図（ｂ_１）は図（ａ_１）のＡ−Ａ断面を圧延方向から見た断面図、図（ｃ_１）は図（ａ_１）のＢ−Ｂ断面を圧延方向から見た断面図、図（ｄ_１）は図（ａ_１）のＣ−Ｃ断面を圧延方向から見た断面図である。また、図（ａ_２）は、従来使用されている仕上げ圧延機を上から見た平面図、図（ｂ_２）は図（ａ_２）のＤ−Ｄ断面を圧延方向から見た断面図、図（ｃ_２）は図（ａ_２）のＥ−Ｅ断面を圧延方向から見た断面図、図（ｄ_２）は図（ａ_２）のＦ−Ｆ断面を圧延方向から見た断面図である。
【００５５】
この図５は、パスラインにおける竪ロールのロールバイト内の接触状態および前記ロールバイト内の各断面における圧延材のウェブ偏り状態を示す図であり、比較のために従来法についても併せて示した。
【００５６】
従来法では、図５（ａ_２）〜（ｄ_２）に示すように、圧延材Ｍのフランジ外面が左右の竪ロール２と接触しウェブ部を縮小する圧延を開始した点（Ｄ−Ｄ断面）から圧下が途中まで進んだ点（Ｅ−Ｅ断面）に至るまでの領域では、図５（ｂ_２）に示すように上下の幅可変水平ロールは圧延材のウェブ部を拘束していない。このため、図５（ｂ_２）および図５（ｃ_２）に示すように、ウェブ部が圧下方向に座屈して変形することもあり、上下のフランジ部の中心がずれて図５（ｄ_２）に示すように、圧延後のＨ形鋼にウェブ中心偏りが発生する。
【００５７】
それに対して、本発明の圧延方法では、図５（ａ_１）に示すように、左右の竪ロール２の軸を結ぶ平面２−１が上下の水平ロール１の軸を結ぶ平面１−１に対して圧延方向にＳｖだけ離間している。このため、圧延材のフランジ部外面が竪ロールと接触してウェブ部の縮小が開始する点（Ａ−Ａ断面）では、図５（ａ_１）に示すように上下の幅可変水平ロールの間隔が従来の場合よりも狭くなり、圧延材Ｍのウェブ部を拘束する。この状態で圧下が行われるので、図５（ｃ_１）および（ｄ_１）に示すように、ウェブ部の縮小過程で発生するウェブ部の座屈やこれに伴う圧延材のフランジのずれが抑制され、圧延後のＨ形鋼にウェブ中心偏りが生じない。
【００５８】
本発明者らは、実機の１／５モデルミル（水平ロール直径：４１８ｍｍ、竪ロール直径：２２０ｍｍ）と純アルミＨ形材（Ｈ−１９０×６０×３．２×６．４で、ウェブ中心偏りは０である）とを用い、竪ロールの離間量Ｓｖを０〜１０ｍｍに変化させてウェブを縮小する圧延実験を行った。竪ロールの離間量Ｓｖは、竪ロールによるウェブ縮小量に応じて適正範囲が存在することを明らかにした。それらの結果を図６に示す。
【００５９】
図６は、圧延後のＨ形材のウェブ中心偏り（Ｓ）とＬに対する竪ロールの離間量（Ｓｖ）の比（Ｓｖ／Ｌ）との関係を示す図である。この図は、モデルミル実験での実測値を５倍した値である。
【００６０】
ここで、Ｌは、圧延材のフランジ部外面が竪ロールと接触を開始する点（図４（ａ）のａ点、参照）から圧延材のフランジ内面が水平ロールの側面と接触を開始する点（図４（ａ）のｂ点、参照）までの圧延方向距離を表す。なお、モデルミル実験では、圧延材のフランジ厚み圧下は行わず、フランジ内面が水平ロール側面に接触するまで竪ロールによりフランジ外面を圧下することでウェブ部の高さ方向の縮小圧延を実施した。
【００６１】
図６から、圧延後のウェブ中心偏りＳをＪＡＳＳ６基準（日本建築学会建築工事標準仕様書）である±２ｍｍ以内にするには、Ｓｖ／Ｌ＝０．１〜０．３の範囲に設定する必要があることがわかる。換言すれば、製品のウェブ中心偏りＳをＪＡＳＳ６公差に抑制するには、ＳｖをＬの０．１〜０．３倍の範囲に設定する必要があるといえる。すなわち、Ｓｖは（１）式のように表される。
０．１Ｌ≦Ｓｖ≦０．３Ｌ・・・・（１）
ＳｖがＬの０．１倍未満では、ウェブ部の縮小過程での水平ロールによるウェブ部の拘束が不足するため、製品のウェブ中心偏りが大きくなる。一方、ＳｖがＬの０．３倍を超えると、水平ロールの軸を結ぶ面から左右の竪ロールの軸を結ぶ面までの領域では、水平ロールによるウェブ拘束がなくなる。しかし、この段階ではまだ竪ロールによるウェブ部の縮小圧延が行われており、ウェブ部に圧下方向の座屈が生じることがある。
【００６２】
本発明方法の実施においては、ウェブ部の縮小圧延を行うユニバーサルミルについて、図４における圧延材のミル入側でのフランジ内法（Ｗ_０）やフランジ厚さ（ｔ_０）ならびに竪ロール半径（Ｒｖ）はあらかじめわかっているから、目標とする製品のフランジ内法（Ｗ_１）やフランジ厚さ（ｔ_１）に応じて竪ロール軸心移動量（Ｓｖ）を前記（２）式からＬを求め、（１）式から決定する。また、図４に示す左右竪ロールの間隔（竪ロール開度）は、目標とするフランジ内法（Ｗ_１）に目標とするフランジ厚み（ｔ_１）の２倍を加えた分に竪ロールに関するミル剛性、熱収縮量などを補正して適切な値に設置される。
【００６３】
以上の説明では、圧延材がＨ形鋼であるが、図７（ｂ）に示すような外法一定の平行フランジ溝形鋼であっても同様であり、一般にフランジを有する形鋼の圧延に適用することができる。また、圧延材の材質は、鋼またはアルミニウム、銅などの非鉄金属であってもよい。
【００６４】
本発明の圧延法を適用するミルは、図３（ｂ）に示すＮｏ．２粗ユニバーサルミルＵＲ２、図３（ａ）および（ｂ）に示す仕上げユニバーサルミルＵＦのいずれであってもよい。また、図３（ｂ）に示すようにＮｏ．２粗ユニバーサルミルＵＲ２と仕上げユニバーサルミルＵＦとを併用してもよい。
【００６５】
外法一定でフランジ厚みが種々異なる製品群を同一チャンスでロールを組替えることなく造り分けるには、Ｎｏ．２粗ユニバーサルミルＵＲ２および仕上げユニバーサルミルＵＦの水平ロールとして、幅方向に少なくとも２分割され、オンラインで幅調整が可能なロール（幅可変水平ロール）を配置するのが望ましい。
【００６６】
本発明方法に使用する竪ロールの圧延方向の移動は、ロールチョック内の軸受けを油圧装置などで押圧することによって達成される。適正な竪ロールの移動量Ｓｖは、０．１Ｌ〜０．３Ｌの範囲であるが、この範囲内で製品サイズに応じた圧延スケジュール毎に変更しても良いし、複数のサイズについては同一の値に設定しても良い。
【００６７】
【実施例】
（実施例１）
図３（ａ）に示す熱間圧延ラインを用い、外法一定のＨ形鋼（呼称寸法、Ｈ−７００×３００）を製造する工程に本発明の圧延法を適用した。素材は連続鋳造スラブであり、加熱炉（図示しない）で１２５０℃〜１３００℃に加熱したのち、ブレークダウンミルＢＤの複数の孔型によって複数パスの可逆圧延を行い粗形鋼片に造形した。その後、粗ユニバーサルミルＵＲとエッジャーミルＥとを用いた複数パスの可逆圧延によって圧延材のウェブ部ならびにフランジ部を製品のそれに近い厚みにまで圧下、延伸した。最後の１パスで幅可変水平ロールおよび圧延方向にロール軸を移動可能な機構を有する半径４５０ｍｍの竪ロールを組込んだ仕上げユニバーサルミルＵＦによって、フランジ部の角度起こし、１０％程度のフランジ部の厚さ方向の圧下および６ｍｍ〜１８ｍｍのウェブ部の高さ方向の縮小圧延を行い、各種寸法のＨ形鋼製品に仕上げた。
【００６８】
得られたＨ形鋼のウェブ中心偏り（Ｓ）を一定間隔（長さ方向を０．５ｍ間隔）で測定し、それらの結果を表１に示した。
【００６９】
【表１】

【００７０】
表１には、各製品サイズについて圧延スケジュールから計算される投影接触長さ（Ｌ）と設定した竪ロール軸心移動量（Ｓｖ）ならびに両者の比「Ｓｖ／Ｌ」を併記した。
【００７１】
表１から明らかなように、発明例の番号１〜３の圧延では、「Ｓｖ／Ｌ」を０．１２〜０．２８としたので、ウェブ中心偏り（Ｓ）は＋１．５ｍｍ〜−１．８ｍｍの範囲にあり、基準（±２ｍｍ）以下であった。これに対し、比較例の番号４〜６の圧延では、「Ｓｖ／Ｌ」が０、０．３７および０．３８であったので、いずれの圧延でもウェブ中心偏り（Ｓ）は±２ｍｍを超えるものであつた。
【００７２】
（実施例２）
図３（ｂ）に示す熱間圧延ラインを用い、実施例１と同様の圧延試験を行った。この試験では、ウェブ部ならびにフランジ部を製品のそれに近い厚みにまで圧下、延伸した圧延材をＮｏ．２粗ユニバーサルミルＵＲ２および仕上げユニバーサルミルＵＦで仕上げ圧延を行った。Ｎｏ．２粗ユニバーサルミルＵＲ２は、幅可変水平ロールおよび圧延方向にロール軸を移動可能な機構を有する半径４５０ｍｍの竪ロールが組み込まれており、１パスで６ｍｍ〜１８ｍｍのウェブ部の高さ方向の縮小圧延を行った。なお、このときには、圧延材のフランジ厚み圧下は行わなかった。最後に幅可変水平ロールを組込んだ仕上げユニバーサルミルにて、１パスでフランジの角度起こしとウェブおよびフランジ厚みの圧下率で２〜３％程度の軽圧下をおこない各種寸法の製品に仕上げた。
【００７３】
得られたＨ形鋼のウェブ中心偏りを一定間隔（長さ方向を０．５ｍ間隔）で製品十数本分について測定し、それらの結果を表２に示した。表２には、各製品サイズについて圧延スケジュールから計算されるＮｏ．２粗ユニバーサルミルにおける投影接触長さＬと設定した竪ロール軸心移動量Ｓｖならびに両者の比「Ｓｖ／Ｌ」を併記した。
【００７４】
【表２】

【００７５】
表２から、本発明のユニバーサル圧延法によれば、ウェブ中心偏りがＪＡＳＳ６の寸法公差を十分満足する外法一定Ｈ形鋼が得られるのに対して、比較例では同寸法公差を外れる製品がどのサイズの製品についても発生していることがわかる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の方法は、仕上げユニバーサル圧延の段階でウェブ部を高さ方向に縮小して外法寸法一定のフランジを有する形鋼の製造方法であって、左右の竪ロールの軸を結ぶ平面の位置を上下の水平ロールの軸を結ぶ平面の位置から圧延下流側に特定の量だけ離間させて圧延する。この方法を用いれば、たとえばフランジ厚さが異なる同一呼称のＨ形鋼シリーズを、ロール替えなしに１圧延チャンスで高さ寸法を同一に、寸法精度よく圧延することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧延Ｈ形鋼の断面形状と各部の寸法を示す図であり、（ａ）は呼称寸法のＨ形鋼を示す図、（ｂ）はフランジ厚さが大きくフランジ内法が呼称寸法に等しい内法一定のＨ形鋼を示す図、（ｃ）はフランジ厚さが大きくフランジ外法が呼称寸法に等しい外法一定のＨ形鋼を示す図である。
【図２】欠陥の生じたＨ形鋼を示す図であり、（ａ）はフィレット部に折れ込み疵が発生した状態、（ｂ）および（ｃ）はウェブ中心偏りが生じた状態を示す図である。
【図３】形鋼の熱間圧延ラインを示す図であり、（ａ）は１基の粗ユニバーサルミルと１基のエッジャーミルが配置された例、（ｂ）は２基の粗ユニバーサルミルと１基のエッジャーミルが配置された例である。
【図４】本発明方法に使用する仕上げユニバーサルミルと圧延材を示す概念図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ部の断面図、（ｃ）および（ｄ）は圧延の上流側からみた断面図であり、（ｃ）は圧延材がロールに噛み込まれる前の位置、（ｄ）は同じく左右の竪ロールの軸中心間位置を示す図である。
【図５】ウェブ部を高さ方向に縮小圧延したときの仕上げ圧延機の各ロールと圧延材の断面を示す模式図である。図（ａ_１）は、本発明方法に使用した仕上げ圧延機を上から見た平面図、図（ｂ_１）は図（ａ_１）のＡ−Ａ断面を圧延方向から見た断面図、図（ｃ_１）は図（ａ_１）のＢ−Ｂ断面を圧延方向から見た断面図、図（ｄ_１）は図（ａ_１）のＣ−Ｃ断面を圧延方向から見た断面図である。また、図（ａ_２）は、従来使用されている仕上げ圧延機を上から見た平面図、図（ｂ_２）は図（ａ_２）のＤ−Ｄ断面を圧延方向から見た断面図、図（ｃ_２）は図（ａ_２）のＥ−Ｅ断面を圧延方向から見た断面図、図（ｄ_２）は図（ａ_２）のＦ−Ｆ断面を圧延方向から見た断面図である。
【図６】圧延後のＨ形材のウェブ中心偏りとＬに対するＳｖの比（Ｓｖ／Ｌ）との関係を示す図である。
【図７】平行フランジ溝形鋼の断面を示す図であり、（ａ）は呼称寸法のもの、（ｂ）は外法一定のもの、（ｃ）は内法一定のものである。
【符号の説明】
１．水平ロール２．竪ロール
ＢＤ．ブレークダウンミルＵＲ．粗ユニバーサルミル
Ｅ．エッジャーミルＵＦ．仕上げユニバーサルミル
Ｍ．圧延材

Claims

ウェブの両側に２つのフランジが形成された中間圧延材を左右の竪ロールと上下の水平ロールを備えたユニバーサルミルにより、少なくともウェブ部を高さ方向に縮小する熱間圧延をおこなう方法であって、左右の竪ロールの軸を結ぶ平面の位置を上下の水平ロールの軸を結ぶ平面の位置から圧延下流側に、下記（１）式を満足する距離（Ｓｖ、ｍｍ）だけ離して圧延することを特徴とするフランジを有する形材の圧延方法。
０．１Ｌ≦Ｓｖ≦０．３Ｌ・・・・・・（１）
ただし、Ｌは、ウェブ部とその両側に形成されたフランジ部との結合部においてフランジ部外面が竪ロールと接触を開始する位置からフランジ部の内面が水平ロールの側面と接触を開始する位置までの投影長さであり、下記（２）式によって求めるものである。

ここで、Ｒｖは竪ロールの半径（ｍｍ）、Ｗ_０は圧延前のフランジ内法寸法（ｍｍ）、Ｗ_１は圧延後のフランジ内法寸法（ｍｍ）、ｔ_０は圧延前のフランジ厚さ（ｍｍ）、ｔ_１は圧延後のフランジ厚さ（ｍｍ）である。