JP3671783B2 - Manufacturing method of shape steel - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
形鋼の１種である直線型鋼矢板は、例えば図２に示すように、直線状のウエブ部１の端に曲がり爪20と玉爪21からなる継手部２を有する。曲がり爪20と玉爪21とで囲まれた袋状空間を継手懐22と称し、その出口を継手開口部23と称する。形鋼を継手連結するときには、一の形鋼の継手懐内に他の形鋼の玉爪を挿入する。
【０００３】
直線型鋼矢板の製造方法としては、生産性の面で有利な圧延（熱間圧延）なかでも孔型ロール（カリバロール）を用いる孔型圧延が主に採用されている。
図３は、直線型鋼矢板の孔型圧延工程の一例を示す孔型系列図であり、同図に示すように、直線型鋼矢板は、通常、素材（ブルーム）を例えば孔型Ｋ14〜Ｋ11により上下対称に圧延してウエブ部１端にフランジ部２Ａを有する粗形鋼片を作製する第１の工程と、粗形鋼片を例えば孔型Ｋ10〜Ｋ３により上下非対称に圧延してウエブ部１の寸法（幅、厚み）を調整するとともにフランジ部２Ａを突条20Ａと玉爪21を有する継手素形に成形する第２の工程と、突条20Ａを例えば孔型Ｋ２、Ｋ１により反ウエブ部側に押し曲げて曲がり爪20を形成し（これを「爪曲げ」という）てフランジ部２Ａを継手部２に仕上げる第３の工程（曲げ成形圧延工程）により製造されている。
【０００４】
また、図４は、図３の孔型系列を形成する孔型ミル配置形態の一例を示すミル配置図である。この例では、孔型Ｋ14〜Ｋ11はブルーミングミル（ＢＭミル）に、孔型Ｋ10〜Ｋ７はブレークダウンミル（ＢＤミル）に、孔型Ｋ６〜Ｋ４は中間ミル（Ｓ１ミル）に、孔型Ｋ３〜Ｋ１は仕上ミル（ＳＦミル）に、それぞれ割り当てられている。なお、ＢＭミルは分塊工場に、ＢＤミル、Ｓ１ミル、ＳＦミルは大形形鋼工場に、それぞれ設置されている。
【０００５】
孔型Ｋ２、Ｋ１による爪曲げ過程（曲げ成形圧延工程）を図５に示す。同図に示されるように、爪曲げは圧延進行に伴う上下のロール隙変化によって行われる。なお、同図において、20Ｂは突条20Ａから曲がり爪20に変形する途上の被曲げ成形部である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、直線型鋼矢板は、従来一般に、圧延の最終段階で爪曲げを行って曲がり爪を形成するという方法で製造されている。ところが、この爪曲げの際に、図６に示すように、曲がり爪20の内面に顕著な皺疵10が形成される。
このような皺疵は、従来では静的引張強度が一定値以上保証されている継手厚さ（評価部位を図３に示す）が16mm程度以下と比較的薄物であったため問題視されることがなかった。しかし、より高い継手強度の要求に対しては、継手厚さを従来より厚くすることが必要となり、その場合、曲がり爪内面の縮み率が大きくなるため皺深さが増大して、ノッチ効果により継手強度性能とくに疲労寿命が悪化するという問題が起こる。
【０００７】
この問題は、直線型鋼矢板と同様の曲げ成形圧延工程で形成される曲がり爪を有する継手部をもつ形鋼に共通するものである。
そこで、本発明は、形鋼の継手部内面に生じる皺疵を有効に軽減できる形鋼の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために、継手厚さ14.0〜22.0mmの直線型鋼矢板の曲がり爪の繰り返し曲げ戻し−曲げによる疲労寿命に及ぼす皺疵の影響を実験により調べるとともに、皺疵の発生原因を検討した。その結果、以下の重要な知見が得られた。
【０００９】
▲１▼曲がり爪内面の皺疵の最大深さが0.5mm を超えると継手部の疲労寿命が大きく低下する。
▲２▼曲がり爪内面の皺疵は、第２の工程終了後の突条外面に存在する筋状の疵と対応する。
▲３▼前記筋状の疵の大部分は、第１の工程終了後の粗形鋼片フランジ部外面に存在する凹凸疵と対応する。この凹凸疵は、第１の工程で用いられるデッド孔型の側面で押しつけられ、ロールとの周速度差と強い摩擦力が作用するために生じる。第２の工程で用いられるリブ孔型では、その側面で圧下される面に働く摩擦力が比較的弱いので、凹凸疵は生じにくい。
【００１０】
▲４▼第１の工程終了後、粗形鋼片フランジ部外面にホットスカーフを施して凹凸を平滑化すると、皺疵は軽減する。
▲５▼第２の工程で、前記ホットスカーフを施した面に当接する圧延ロール面に潤滑剤を適用して圧延すると、新たな凹凸の発生が抑制されて、皺疵はさらに軽減する。
【００１１】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは、素材を上下対称に熱間圧延してウエブ部端にフランジ部を有する粗形鋼片とする第１の工程と、前記粗形鋼片を上下非対称に熱間圧延してウエブ部を寸法調整しかつフランジ部を突条を含む継手素形に成形する第２の工程と、前記突条を熱間曲げ成形圧延して曲がり爪となすことによりフランジ部を継手部に仕上げる第３の工程とを有する、ウエブ端に継手部を有する形鋼の製造方法において、第１の工程と第２の工程の間で粗形鋼片のフランジ部外面に表面手入れを施す工程を付加したことを特徴とする形鋼の製造方法にある。
【００１２】
前記第２の工程では、前記フランジ部外面に相当する部分に当接するロール面に潤滑剤を適用することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明では、図１に示すように、常法に従って第１の工程を実行し、得られた粗形鋼片に対し、そのフランジ部外面３に例えばホットスカーフ、グラインダ研削等の表面手入れを施し、以後、常法に従って第２〜第３の工程を順次実行する。
【００１４】
これにより、フランジ部外面３に存在する凹凸疵の凹凸を平準化することができ、第３の工程で発生する皺疵の発生源が削減されることとなって、製品継手部内面の皺疵が軽減する。なお、表面手入れの対象箇所は、フランジ部外面３の全部である必要はなく、曲がり爪20の内面（突条20Ａの外側面）に相当する一部（例えば図１のＡ部）で十分である。
【００１５】
前記表面手入れの手入れ深さは、凹凸疵の深さに応じて決定されるべきで、一概には限定されない。因みに、継手厚さ14.0〜22.0mmの直線型鋼矢板の製造では、粗形鋼片フランジ部外面の凹凸疵の深さは最大２mm程度であるので、この場合、手入れ深さは２mm以上とするのが好適である。
また、前記第２の工程では、前記フランジ部外面に相当する部分に当接するロール面に潤滑剤を適用することが好ましい。
【００１６】
例えば図３の場合、フランジ部外面３に相当する部分に当接するロール面とは、孔型Ｋ10〜Ｋ８では下ロールのロール面であり、孔型Ｋ７〜Ｋ３では上ロールのロール面である。なお、第２の工程において潤滑剤を適用するパスは、全パスであっても、一部のパスであってもよい。
これにより、第２の工程で突条の外側面に対応する面に働く摩擦力を小さくし、新たな凹凸の発生を防いで、製品継手部内面の皺疵をさらに軽減させることができる。なお、潤滑剤としては、市販の圧延油、黒鉛等固体潤滑剤、極圧添加剤を含有する潤滑剤等が使用できる。
【００１７】
【実施例】
表１に示す種々の継手厚さになる直線型鋼矢板を、図４のミル配置で形成された図３の孔型系列を用いた熱間圧延により製造する際に、表１に示すように製造条件を違えて製造した。第１〜第２の工程間で粗形鋼片のフランジ部外面にホットスカーフにより溶削深さ２mmとして表面手入れを施したものが実施例、施さなかったものが比較例である。また、実施例では、一部について第２の工程で孔型Ｋ10〜Ｋ８の下ロールのロール面に圧延油を吹き付けながら潤滑圧延を行った。なお、圧延温度条件は、ＢＤミル：1270〜1050℃、Ｓ１ミル：1000〜850 ℃、ＳＦミル：800 〜700 ℃とした。実施例、比較例の圧延製品から、ウエブ部片側の継手部を含み製品幅方向に平行な長さを有する試験片を切り出し、各試験片について、曲がり爪内面の皺疵最大深さを測定するとともに、曲がり爪先端に弾性限度内の曲げ戻し−曲げ荷重を繰り返し負荷する疲労試験を行ない、試験片が破断するまでの繰り返し数で継手疲労寿命を評価した。その結果を表１に示す。なお、表面手入れの有無と潤滑の有無は、有を１、無を０で表し、また、継手疲労寿命は継手厚さ16.0mmの比較例に対する比を100 倍した指数で表した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
表１より、実施例と比較例とを同じ継手厚さで比べると、実施例は比較例よりも、皺疵最大深さが小さく、継手疲労寿命が長い。また、実施例のなかで、第２の工程で潤滑圧延を行ったものとそうでないものとを同じ継手厚さで比べると、行ったもの、行わなかったものよりも、皺疵最大深さが小さく、継手疲労寿命が長い。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、継手厚さの厚い形鋼圧延製品の継手部内面に生じて継手強度特性を劣化させる皺疵を、圧延製造工程の上流側で表面手入れするという簡単な工程付加により有効に軽減することができるので、要求強度のより高い構造材料に適応できる継手厚さのより厚い形鋼を、生産性に優れる圧延製造により安価に供給できるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の骨子を示す工程流れ図である。
【図２】直線型鋼矢板の継手形状を示す断面図である。
【図３】直線型鋼矢板の孔型圧延工程の一例を示す孔型系列図である。
【図４】図３の孔型系列に対応する孔型ミル配置形態の一例を示すミル配置図である。
【図５】孔型Ｋ２、Ｋ１による爪曲げ過程（曲げ成形圧延工程）を示す要部断面図である。
【図６】曲がり爪内面に生じた皺疵を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１ ウエブ部
２ 継手部
２Ａ フランジ部
３ フランジ部外面
10 皺疵
10Ａ 凹凸
20 曲がり爪
20Ａ 突条
20Ｂ 被曲げ成形部
21 玉爪
22 継手懐
23 継手開口部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a shape steel.
[0002]
[Prior art]
For example, as shown in FIG. 2, a linear steel sheet pile which is a type of section steel has a joint portion 2 made up of a bent claw 20 and a ball claw 21 at the end of a linear web portion 1. A bag-like space surrounded by the bent claws 20 and the ball claws 21 is referred to as a joint pocket 22, and an outlet thereof is referred to as a joint opening 23. When joints are connected to a shape steel, a ball claw of another shape steel is inserted into the joint pocket of one shape steel.
[0003]
As a method for producing a linear steel sheet pile, hole rolling using a hole roll (kaliba roll) is mainly adopted among rolling (hot rolling) advantageous in terms of productivity.
FIG. 3 is a perforated series diagram showing an example of the perforating rolling process of a linear steel sheet pile. As shown in the figure, the linear steel sheet pile usually moves the material (bloom) up and down by, for example, perforations K14 to K11. The first step of producing a rough steel slab having a flange part 2A at the end of the web part 1 by rolling symmetrically, and the coarse steel slab is rolled up and down asymmetrically by, for example, the hole types K10 to K3. A second step of adjusting the dimensions (width and thickness) and forming the flange portion 2A into a joint shape having a protrusion 20A and a ball claw 21, and the protrusion 20A on the side opposite to the web portion by, for example, hole molds K2 and K1 It is manufactured by a third process (bending forming and rolling process) in which a bent claw 20 is formed by pressing and bending (referred to as “claw bending”) and the flange portion 2A is finished into the joint portion 2.
[0004]
FIG. 4 is a mill layout showing an example of a hole-type mill arrangement form for forming the hole series shown in FIG. In this example, hole types K14 to K11 are used for blooming mill (BM mill), hole types K10 to K7 are used for breakdown mill (BD mill), hole types K6 to K4 are used for intermediate mill (S1 mill), and hole type K3 is used. ˜K1 are assigned to finishing mills (SF mills), respectively. In addition, the BM mill is installed in the lump factory, and the BD mill, S1 mill, and SF mill are installed in the large section steel factory.
[0005]
FIG. 5 shows a nail bending process (bending forming rolling process) using the hole molds K2 and K1. As shown in the figure, the claw bending is performed by changing the upper and lower roll gaps as the rolling progresses. In addition, in the same figure, 20B is a to-be-bent molded part in the middle of deform | transforming into the bending nail | claw 20 from the protrusion 20A.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the linear steel sheet pile is conventionally manufactured by a method of forming a bent claw by performing claw bending at the final stage of rolling. However, when the claw is bent, as shown in FIG. 6, a remarkable ridge 10 is formed on the inner surface of the bent claw 20.
Conventionally, such a flaw is regarded as a problem because the joint thickness (evaluation site shown in FIG. 3) for which the static tensile strength is guaranteed to be a certain value or more has been relatively thin, about 16 mm or less. There wasn't. However, to meet the demand for higher joint strength, it is necessary to make the joint thickness thicker than before. In that case, the shrinkage rate of the inner surface of the bent claw increases, so that the heel depth increases and the notch effect The problem arises that the strength performance of the joint, in particular the fatigue life, deteriorates.
[0007]
This problem is common to a shape steel having a joint portion having a bent claw formed in a bending and rolling process similar to that of a linear steel sheet pile.
Then, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the shape steel which can reduce effectively the flaw produced on the joint part inner surface of a shape steel.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors investigated the influence of wrinkles on the fatigue life by repeated bending back-bending of bent claws of a straight steel sheet pile having a joint thickness of 14.0 to 22.0 mm, and The cause of wrinkles was examined. As a result, the following important findings were obtained.
[0009]
(1) If the maximum depth of the ridge on the inner surface of the bent claw exceeds 0.5 mm, the fatigue life of the joint will be greatly reduced.
(2) The wrinkles on the inner surface of the bent claw correspond to the streak-shaped wrinkles present on the outer surface of the ridge after the second step.
(3) Most of the streak-like ridges correspond to the uneven ridges existing on the outer surface of the rough steel piece flange after the first step. The uneven ridges are pressed by the side surface of the dead hole type used in the first step, and are generated because a peripheral speed difference from the roll and a strong frictional force act. In the rib hole type used in the second step, the frictional force acting on the surface to be reduced on its side surface is relatively weak, so that uneven wrinkles are not easily generated.
[0010]
{Circle around (4)} After finishing the first step, the surface of the rough steel slab flange is hot-scarfed to smooth the irregularities, so that wrinkles are reduced.
(5) In the second step, when rolling is performed by applying a lubricant to the surface of the rolling roll that comes into contact with the surface on which the hot scarf has been applied, the occurrence of new irregularities is suppressed and wrinkles are further reduced.
[0011]
This invention is made | formed based on these knowledge, The place made into the summary is 1st as a rough shape steel piece which hot-rolls a raw material symmetrically up and down, and has a flange part at a web part end. A second step of hot rolling the rough steel slab asymmetrically in the vertical direction to adjust the dimension of the web portion and forming the flange portion into a joint shape including a ridge, and hot bending the ridge And a third step of finishing the flange portion into a joint portion by forming and bending into a bent claw. In the method of manufacturing a shaped steel having a joint portion at the web end, between the first step and the second step. In the method of manufacturing a shaped steel, a step of surface care is added to the outer surface of the flange portion of the rough shaped steel piece.
[0012]
In the second step, it is preferable to apply a lubricant to a roll surface that comes into contact with a portion corresponding to the outer surface of the flange portion.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, as shown in FIG. 1, the first step is carried out according to a conventional method, and surface treatment such as hot scarf or grinder grinding is applied to the outer surface 3 of the flange portion of the obtained rough steel piece. Thereafter, the second to third steps are sequentially executed according to a conventional method.
[0014]
Thereby, the unevenness | corrugation of the uneven surface flaw which exists in the flange part outer surface 3 can be leveled, the generation source of the wrinkle which generate | occur | produces in a 3rd process will be reduced, and the wrinkle of a product joint part inner surface will be reduced. Is reduced. It is not necessary for the surface care target portion to be the entire outer surface 3 of the flange portion, and a portion corresponding to the inner surface of the bent claw 20 (the outer surface of the protrusion 20A) (for example, A portion in FIG. 1) is sufficient. is there.
[0015]
The care depth of the surface care should be determined according to the depth of the uneven ridges, and is not generally limited. Incidentally, in the production of straight steel sheet piles with a joint thickness of 14.0 to 22.0 mm, the depth of the irregularities on the outer surface of the rough steel piece flange is about 2 mm at the maximum. In this case, the maintenance depth should be 2 mm or more. Is preferred.
In the second step, it is preferable to apply a lubricant to the roll surface that contacts the portion corresponding to the outer surface of the flange portion.
[0016]
For example, in the case of FIG. 3, the roll surface contacting the portion corresponding to the outer surface 3 of the flange portion is the roll surface of the lower roll in the hole types K10 to K8, and the roll surface of the upper roll in the hole types K7 to K3. Note that the pass to which the lubricant is applied in the second step may be a full pass or a partial pass.
Thereby, the frictional force which acts on the surface corresponding to the outer side surface of the ridge in the second step can be reduced, generation of new unevenness can be prevented, and wrinkles on the inner surface of the product joint portion can be further reduced. As the lubricant, commercially available rolling oil, solid lubricant such as graphite, lubricant containing extreme pressure additive, and the like can be used.
[0017]
【Example】
When the linear steel sheet piles having various joint thicknesses shown in Table 1 are manufactured by hot rolling using the hole series shown in FIG. 3 formed with the mill arrangement shown in FIG. Manufactured under different conditions. In the first and second steps, the outer surface of the flange portion of the rough shaped steel slab was subjected to surface cleaning with a hot scarf to a depth of 2 mm for cutting, and the comparative example was not applied. Moreover, in the Example, lubrication rolling was performed for a part, spraying rolling oil on the roll surface of the lower roll of the hole molds K10 to K8 in the second step. The rolling temperature conditions were BD mill: 1270 to 1050 ° C, S1 mill: 1000 to 850 ° C, and SF mill: 800 to 700 ° C. From the rolled products of the examples and comparative examples, a test piece including a joint part on one side of the web part and having a length parallel to the product width direction is cut out, and for each test piece, the maximum wrinkle depth on the inner surface of the bent claw is measured. At the same time, a fatigue test in which a bending return within the elastic limit-bending load was repeatedly applied to the tip of the bent nail was performed, and the joint fatigue life was evaluated by the number of repetitions until the test piece broke. The results are shown in Table 1. The presence / absence of surface care and the presence / absence of lubrication were expressed as 1 for existence and 0 for absence, and the fatigue life of joints was expressed as an index obtained by multiplying the ratio of the comparative example with a joint thickness of 16.0 mm by 100.
[0018]
[Table 1]

[0019]
From Table 1, when the example and the comparative example are compared with the same joint thickness, the example has a smaller maximum heel depth and a longer joint fatigue life than the comparative example. Further, in the examples, when the lubrication rolling in the second step is compared with that which is not performed at the same joint thickness, the maximum depth of wrinkles is larger than that which is performed and which is not performed. Small and long joint fatigue life.
[0020]
【The invention's effect】
According to the present invention, a flaw that occurs on the inner surface of a joint portion of a thick section steel rolled product with a thin joint thickness and deteriorates joint strength characteristics can be effectively achieved by adding a simple process to the surface upstream of the rolling manufacturing process. Since it can be reduced, it has an excellent effect that it is possible to supply a shape steel having a thicker joint thickness, which can be applied to a structural material having a higher required strength, at a low cost by rolling production with excellent productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process flow chart showing the outline of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a joint shape of a linear steel sheet pile.
FIG. 3 is a perforation series diagram showing an example of a perforating rolling process for a linear steel sheet pile.
4 is a mill arrangement diagram showing an example of a hole mill arrangement configuration corresponding to the hole series of FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part showing a nail bending process (bending forming rolling process) using hole molds K2, K1.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part showing wrinkles generated on the inner surface of a bent claw.
[Explanation of symbols]
1 Web part 2 Joint part 2A Flange part 3 Flange part outer surface
10 皺 疵
10A uneven
20 bent nails
20A ridge
20B Bending part
21 Jail
22 Joint pocket
23 Joint opening

Claims (2)

素材を上下対称に熱間圧延してウエブ部端にフランジ部を有する粗形鋼片とする第１の工程と、前記粗形鋼片を上下非対称に熱間圧延してウエブ部を寸法調整しかつフランジ部を突条を含む継手素形に成形する第２の工程と、前記突条を熱間曲げ成形圧延して曲がり爪となすことによりフランジ部を継手部に仕上げる第３の工程とを有する、ウエブ端に継手部を有する形鋼の製造方法において、第１の工程と第２の工程の間で粗形鋼片のフランジ部外面に表面手入れを施す工程を付加したことを特徴とする形鋼の製造方法。A first step of hot rolling the material symmetrically up and down to form a rough steel slab having a flange at the end of the web, and hot rolling the rough steel slab asymmetrically up and down to adjust the size of the web And the 2nd process of shape | molding a flange part in the joint original shape containing a protrusion, and the 3rd process of finishing a flange part to a joint part by hot-bending-molding and rolling the said protrusion into a bending nail | claw. In the method for manufacturing a shaped steel having a joint at the web end, a step for surface-treating the outer surface of the flange portion of the rough shaped steel piece is added between the first step and the second step. A method of manufacturing shape steel. 前記第２の工程では、前記フランジ部外面に相当する部分に当接するロール面に潤滑剤を適用することを特徴とする請求項１記載の形鋼の製造方法。The method of manufacturing a structural steel according to claim 1, wherein, in the second step, a lubricant is applied to a roll surface that abuts a portion corresponding to the outer surface of the flange portion.

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