JP3678003B2 - 粗形鋼片の圧延方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形鋼の粗形鋼片の圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、例えばＨ形鋼等の形鋼の熱間圧延工程を摸式的に示した図である。まず、図１０に基づいて形鋼の熱間圧延工程の概要を説明する。加熱炉５１にて所定の温度に加熱されたスラブ、ブルーム又はビームブランクなどの素材は、造形圧延機５２により粗形鋼片に圧延され、以降はユニバーサル圧延機５３ａ、５３ｂとエッジャ圧延機５４ａ、５４ｂからなる粗ユニバーサル圧延機群又は形鋼用孔型を有した水平圧延機群と仕上げ圧延機５５にて製品形状寸法まで圧延される。
【０００３】
造形圧延機５２では、例えば図１１に示すようなスラブ６１を素材としてＨ形鋼用粗形鋼片を圧延する場合は、フランジ部を成形する複数のエッジング圧延用ボックス孔型６２、６３、６４と、ウェブ相当部分の厚みを減じ、ほぼＨ形に圧延成形する孔型６５により所望の粗形鋼片を圧延する。このような粗形鋼片の造形法は、例えば特公昭５８−１９３６１号公報に開示されている。
【０００４】
図１１に基づいて従来法におけるフランジ部造形の工程を詳細に述べる。まず、スラブ端面をエッジング圧延用の孔型６２の側壁６２ａで拘束しつつ、突起６２ｂにより割り込みを入れ、次に孔型幅及び突起高さ・突起角度の大きな孔型６３により被圧延材を孔型側面で拘束しつつ、孔型６２で成形した割り込みを突起６３ｂで深くするとともに、割り込み角を増大させフランジ部を造形する。
【０００５】
次に、被圧延材の割り込みを深くした部分を孔型６４により押し拡げるとともにエッジング圧下を行い、フランジ部を造形する。このとき、フランジ幅はエッジング圧下量を増大することによって拡大可能であり、圧延安定性はエッジング圧下の後半において、孔型側壁６４ａにより拘束することにより確保できる。
最後に、孔型６５によりウェブ相当部分の厚みを減じ、ほぼＨ形に圧延成形するにより所望の粗形鋼片を圧延する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
同一厚みのスラブからフランジ部の厚みの厚い粗形鋼片を造形可能とするならば、大物サイズの形鋼製造が可能となるばかりでなく、後工程でのフラシジ部肉厚圧下を大きくとることができるようになるので、後工程での圧下量を大きくとることにより疵のない製品を造ることが可能となるという大きなメリットがある。
しかし、上述したような従来の粗形鋼片の圧延方法では、同一厚みのスラブからフランジ部の厚みが厚い粗形鋼片を造形することは極めて困難であった。以下、その理由を述べる。
【０００７】
まず、孔型６２の工程においては、スラブ６１を割り込みスリットすることから、フランジ部の厚みはスラブ厚みの1/2 が最大である。
また、孔型６３の工程では、被圧延材は孔型側面６３ａで拘束されるので、フランジ部の厚みを増すことは難しい。ここで、孔型側面６３ａで拘束しているのは、割り込み拡大を安定して行うためには、この拘束が不可欠であると考えられていたためである。
【０００８】
さらに、孔型６４の工程では、エッジングによる幅圧下量を増大させると、図１２に示すように、孔型側壁６４ａに接するフランジ足先部のみが増肉し、圧延後工程でのラップ疵の発生といった弊害を生じ、効果的にフランジ部の厚みを増大させることはできない。
さらにまた、孔型６５の工程では、主としてウェブが圧下され、ウェブの延伸によりフランジ部が引き延ばされるため、フランジ部の肉量が減少する所謂フランジ肉引けが生じることが周知であり、この工程でフランジ部の厚みを増大させることは困難である。
【０００９】
以上のように、従来の粗形鋼片の圧延方法では、同一厚みのスラブからフランジ部の厚みが厚い粗形鋼片を造形極めて困難であった。
【００１０】
また、他の課題として、従来の粗形鋼片の圧延方法では、すべての孔型が側壁を不可欠としているため、特に大物サイズの粗形鋼片を造形する際には、限られたロール胴長の中にこれら全ての孔型を配置することが困難となり、このことが造形サイズの制約となっていた。
【００１１】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、フランジ厚みを変更することが可能な粗形鋼片の圧延方法を提供することを目的としている。
また、効率及び圧延安定性が良好な粗形鋼片の圧延方法を提供することを目的としている。
さらに、効果的にフランジ部の増肉を可能とする粗形鋼片の圧延方法を提供することを目的としている。
また、ロール胴長を有効に利用可能とすることにより、大物サイズの粗形鋼片の造形を可能とする粗形鋼片の圧延方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る粗形鋼片の圧延方法は、熱間圧延の粗圧延における被圧延材のフランジ部を造形する工程において、
頂角の１／２の角度と孔型底部の角度との和が４５°以下である突起部を有する造形孔型を用いて前記被圧延材のフランジ部を割り込み圧延し、前記被圧延材の端部が前記造形孔型の孔型底部に接した後、前記被圧延材の端部両側を拘束しないで、さらに圧下を加えて圧延し、前記被圧延材のフランジ部の増肉を可能とすることを特徴とするものである。
【００１３】
また、 前記被圧延材の端部が孔型底部に接してからさらに圧下する際の１パス圧下を、下記式を満足する圧下量で行うようにしたことを特徴とするものである。
ｌ n( Ｈｓ＋ΔＷｅ ) ／Ｈｓ≧ 0.15
但し、Ｈ s ；突起部高さ
２×ΔＷ e ；１パス圧下量
【００１４】
さらに、前記造形孔型は、前記突起部の頂角の1/2 の角度と、孔型底部の角度との和が４５°以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記突起部を有する造形孔型が、スラブ端面に割り込みをいれフランジ部を造形する第１段階の孔型と、該第１段階の孔型で圧延された被圧延材の割り込みを拡大しフランジ部を造形しつつフランジ部の厚みを増大させる第２段階の孔型と、該第２段階の孔型で圧延された被圧延材のフランジ部を押し拡げかつエッジングする第３段階の孔型と、該第３段階の孔型で圧延された被圧延材の主としてウェブを減厚しほぼＨ形に成形する第４段階の孔型とを具備するロールの前記第２段階の孔型であって、
前記第２段階の孔型の突起部に連なる傾斜面を、前記第３段階の孔型において側壁として利用することを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の一実施の形態に用いる孔型の説明図である。図１に示す孔型１は、従来例を示した図１１に示した孔型６３による圧延工程に用いるものである。この孔型１は図１に示すように、突起１ｂのみを有し、側壁を有していない。
【００１７】
以下、孔型１を用いた本発明の圧延方法を、これを完成するに至った過程を述べつつ説明する。スラブ端面を、従来例で示した孔型６２の側壁６２ａで拘束しつつ、突起６２ｂにより割り込みを入れる。そして、割り込みの入った被圧延材４０を孔型１によって、その端部４１が、図１（ｂ）に示すように孔型底部に接触するまで圧延する。ここまでは、従来方法と同様である。
【００１８】
従来例では、これ以降の圧下を安定して行うには被圧延材の端部両側を拘束することが不可欠であるとされており、実際、従来例で示した孔型６３のように側壁６３ａで被圧延材を拘束して圧延を行っていた。
しかし、この工程で被圧延材の端部両側を孔型の側壁で拘束をしたのでは、フランジの厚みを増すことはできない。
そこで、本発明者等は、孔型の側壁による拘束なしに安定した圧延を可能にすると共に、この工程でフランジの厚みを増すべく、鋭意検討を行った。その結果以下の新しい知見を見い出すに至った。
【００１９】
すなわち、被圧延材の端部４１が孔型底部に接した後、被圧延材の端部両側を拘束しないで、さらに大圧下を加えて圧延することにより、安定して圧延ができるとともにフランジ部の増肉を効果的にできるというものである。以下、この知見に至る経緯について説明する。
発明者等は、被圧延材を高さＨs を有する孔型突起部１ｂにより割り込み拡大し、被圧延材の端部４１が孔型底部に接触した以降の総圧下量を同一とし、１パス圧下量（２×ΔＷe ）を種々変更し、圧延安定性とフランジ部厚みの変化を調査した。その結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
この表１から、１パス圧下量（２×ΔＷe ）と圧延安定性には関連があり、１パス圧下量（２×ΔＷe ）が大きい程圧延は安定することがわかった。
図２は、表１の条件４におけるフランジ増肉歪みεfw（縦軸）と圧下量（２×ΔＷe ）（横軸）との関係を示した図である。
この図２から、安定して圧延が可能な条件では、フランジ部の厚みが圧下量に比例して効率良く増大可能であることが分かった。
【００２２】
次に、１パス圧下量（２×ΔＷe ）が大きい程圧延は安定し、フランジ部の厚みが圧下量に比例して効率良く増大可能であるとして、何故にこのようになるのかを解析すると共に、１パス圧下量をいかなる値すべきかを検討した。
図３は被圧延材を高さＨs を有する孔型突起部１ｂにより割り込み拡大し、被圧延材端部４１が孔型底部に接触した状態（図３（ａ））と、それ以降さらに圧下を加えた変形状態（図３（ｂ））を示している。以下、図３に基づいて解析結果を説明する。
【００２３】
圧延前の被圧延材端部４１の垂直方向の長さは孔型突起高さと等しくＨs である。そして、１パスの圧下量が２×ΔＷe の場合、片側ΔＷe の圧延による割り込みにより新たなフランジ部４３が創出されるとともに、圧延前フランジ部とこの創出されたフランジ部には、垂直方向にΔＷe の圧下が加わる。これを歪みεfwで表すと
εfw＝ln（Ｈs ／（Ｈs ＋ΔＷe ））
である。
【００２４】
図３（ｂ）に示すように、被圧延材のフランジ部足先と孔型底部では、圧延反力Ｐ1 、Ｐ2 が作用するが、この値は垂直方向の圧下歪みεfwが発生する時の変形抵抗kfと接触面積Ｃ1 、Ｃ2 の積にほぼ比例する。
そして、変形抵抗kfと歪みとの間には一定の関係があり、図４に一例として、1200℃での0.20％Ｃ炭素鋼の圧縮試験における歪みと変形抵抗の関係を示す。この図４から分かるように、圧下歪みが0.15以下の比較的小さい領域では、歪みに対する変形抵抗の変化率が大きく、圧下歪みが約0.15以上ではその変化率が減少する。
【００２５】
つまり、圧延前の被圧延材の前パスでの割り込みにより造形されたフランジ部の長さlfが何らかの原因で左右不均一であった場合、またはロールの左右レベリングが不適正であった場合、当該パスでのフランジ部左右の圧下歪みに違いが生じるが、圧下量が比較的小さい、即ち圧下歪みの比較的小さい場合には、この歪みの差による左右フランジ部の変形抵抗の差が大きくなり、孔型底部に作用するフランジ左右の圧延反カＰ1 ，Ｐ2 に差が生じ、これに起因して圧延不安定となると考えられる。
【００２６】
さらに、左右フランジ部の圧下量が異なると接触領域面積にも差を生じ、圧延不安定をより助長することとなる。また、所望の圧下量をパス毎に小さい圧下量で圧延する場合は、パス回数が増えることにより安定性を害する外乱を受ける機会が多くなる。
【００２７】
すなわち、従来は１パス当たりの圧下量大きくすると圧延不安定になると考えられていたが実はそうではなく、１パス当たりの圧下量を小さくとっていたが故に圧延不安定となっていたのである。
【００２８】
上記要因分析から、上述したように被圧延材の端部４１が孔型底部に接した後、さらに大圧下を加えて大きな歪みを生ずるような圧延をすれば、フランジ部左右長さ不均一等に起因するフランジ部左右の圧下歪みに違いがあっても、圧延は安定することが分かった。なぜなら、圧下歪みを、図４に示すように、被圧延材の変形抵抗の歪みに対する変化率が飽和するような歪み（図４では約0.15）よりも大きくすれば、フランジ部左右の圧下歪みに多少違いがあっても、変形抵抗の差は小さく、孔型底部に作用するフランジ左右の圧延反カＰ1 ，Ｐ2 に差が生じないからである。
【００２９】
すなわち、圧延安定性を確保するためには以下に示す条件を満たすことが望ましい。
ln（（Ｈs ＋ΔＷe ）／Ｈs)≧0.15
【００３０】
また、本発明のフランジ部造形圧延では、被圧延材端部のみに加工を加えるため、圧延による延伸は５％以下と極めて少なく、フランジ部の厚みは、圧下量２×ΔＷe に対して効率良く増加し、ほぼ以下の関係にある。
ln（Ｔ2 ／ｔ2)＝α×ln((Ｈs ＋ΔＷe)／Ｈs)
α＝0.9 〜0.6
ｔ2 ；圧延前フランジ部厚み
Ｔ2 ；圧延後フランジ部厚み
Ｈs ；突起部高さ
２×ΔＷe ；１パス圧下量
【００３１】
実施の形態２．
次に、図５に示す突起部１ｂの頂角の角度２×Ａと孔型底部の角度Ｂを変更して、これら突起部１ｂの頂角の角度２×Ａと孔型底部の角度Ｂとフランジ部の肉厚増加の関係を角度Ｇ＝Ａ＋Ｂをパラメータとして調査した。
【００３２】
図６は、この調査結果を、フランジ部増肉歪みを縦軸に、角度Ｇ＝Ａ＋Ｂを横軸に取って示したものである。図６から分かるように、角度Ｇが増加するにしたがい、フランジの増肉歪みは徐々に減少し、約４５°を超えるとフランジの増肉歪みの低下は大きくなる。効率的なフランジ部の肉厚増加を実現するためには、突起部１ｂの頂角の1/2 の角度と、孔型底部の角度との和が約４５°であることが望ましいことを見いだした。
【００３３】
実施の形態３．
図７は実施の形態３の説明図であり、実施の形態１に示した側壁を有しない孔型の突起部を隣接する孔型の側壁として利用した孔型を示している。
以下、図７に基づいて、実施の形態３を説明する。
この例は、スラブ３０を素材としてＨ形鋼用粗形鋼片を造形圧延する場合に本発明を適用したものである。
【００３４】
この実施の形態３では、スラブ端面に割り込みをいれフランジ部を造形する第１段階の孔型６２と、この孔型６２で圧延された被圧延材の割り込みを拡大しフランジ部を造形しつつフランジ部の厚みを増大させる第２段階の孔型１（突起部１ｂのみで側壁を有しない実施の形態１で説明した孔型）と、この孔型１の突起部１ｂを片側の側壁としたフランジ部を押し拡げかつエッジングする第３段階の孔型６４と、主としてウェブを減厚しほぼＨ形に成形する第４段階の孔型６５を用いる。
【００３５】
具体的な圧延方法は、第１段階、第３段階、第４段階では、従来例と同様に行い、第２段階では実施の形態１と同様に行う。
【００３６】
本実施の形態では、第２段階の孔型１が側壁を有しておらず、この孔型１の突起部１ｂを第３段階の孔型６４の片側の側壁として利用しているので、孔型として使用されるロール胴長が短くなり、逆に言えば、大物サイズの粗形鋼片の造形が可能となる。
なお、図１１に示した従来法では、実施の形態３の孔型１に相当する孔型６３には側壁を必要としているため、図７に示したようなロール胴長をフルに使用する大物サイズの粗形鋼片の造形は、本発明と同じロール胴長内には孔型を入れ込めないため不可能である。
【００３７】
【実施例】
実施例１
厚み250mm 、幅1100mmの矩形スラブ３０を素材とし、図８に示す本発明の孔型１と、比較例として従来例の孔型６３（図１１参照）により造形圧延を実施した。
圧延条件は、被圧延材のフランジ端部が孔型底に接する迄は同一条件で行い、それ以降の圧下スケジュールは表２に示す条件で行った。その結果も、表２に示す。
【００３８】
【表２】

【００３９】
表２に示したように、比較例の場合には、圧延時にふらつくとともに、フランジ部４箇所の厚みの不均一性も大きかったのに対して、本発明の圧下スケジュールの圧延では、圧延が安定しており、かつフランジ部４箇所の厚みの不均一性も小さかった。
この実施例１から本発明の効果が実証された。
【００４０】
実施例２
厚み250mm 、幅1300mmのスラブを素材とし、図９に示す本発明の孔型（ａ）と本発明とは異なる孔型（ｂ）により、実施例１と同様に被圧延材のフランジ端部が孔型底に接した以降で、表３に示す圧下スケジュールにより造形圧延を実施した。その結果も、表３に示す。
【００４１】
【表３】

【００４２】
双方とも、圧延安定性は良好であったが、比較孔型の圧延では被圧延材端部の幅は増大したが、フランジ部の肉厚の増加は不十分であり、この点で本発明との違いが明確に把握できた。
すなわち、本発明では従来は困難であったスラブ厚みの1/2 以上のフランジ厚みの造形が可能となり、スラブ厚みの1/2 より約20mm厚いフランジ厚みを図９（ａ）の孔型による圧延終了時に確保できた。
以上より、実施の形態２で示した孔型の形状がスラブ厚みの増肉に効果的であることが実証された。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００４４】
突起部を有する造形孔型を用いて被圧延材のフランジ部を割り込み圧延し、前記被圧延材の端部が前記造形孔型の孔型底部に接した後、前記被圧延材の端部両側を拘束しないで、さらに圧下を加えて圧延するようにしたので、粗圧延工程においてフランジ厚みをスラブの厚みの1/2 よりもを厚くすることができる。これによって、同一厚みのスラブから大物サイズの形鋼の製造が可能となる。
【００４５】
また、被圧延材の端部が孔型底部に接してからさらに圧下する際の１パス圧下を、被圧延材の変形抵抗の歪みに対する変化率が下記式を満足する圧下量で行うようにしたので、効率及び圧延安定性が良好になった。
ｌ n( Ｈｓ＋ΔＷｅ ) ／Ｈｓ≧ 0.15
但し、Ｈ s ；突起部高さ
２×ΔＷ e ；１パス圧下量
【００４６】
さらに、突起部の頂角の1/2 の角度と、孔型底部の角度との和が４５°以下になるようにしたので、効果的にフランジ部の肉増ができる。
【００４７】
また、造形孔型の突起部を隣接する孔型の側壁として利用するようにしたので、ロール胴長を有効に利用可能とすることにより、大物サイズの粗形鋼片の造形が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に用いる孔型の説明図である。
【図２】 表４の条件４におけるフランジ増肉歪みεfw（縦軸）と圧下量（２×ΔＷe ）（横軸）との関係を示した図である。
【図３】 本発明の実施の形態１における理論解析の説明図である。
【図４】 歪み（横軸）と変形抵抗（縦軸）との関係を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態２の説明図である。
【図６】 本発明の実施の形態２におけるフランジ部増肉歪みの変化の説明図である。
【図７】 本発明の実施の形態３の説明図である。
【図８】 本発明の実施例１の説明図である。
【図９】 本発明の実施例２の説明図である。
【図１０】 Ｈ形鋼等の形鋼の熱間圧延工程を摸式的に示した図である。
【図１１】 従来の圧延方法の説明図である。
【図１２】 従来の課題の説明図である。
【符号の説明】
１ 孔型
１ｂ 突起部
４０ 被圧延材
４１ 被圧延材の端部

Claims (3)

1. 熱間圧延の粗圧延における被圧延材のフランジ部を造形する工程において、
   頂角の１／２の角度と孔型底部の角度との和が４５°以下である突起部を有する造形孔型を用いて前記被圧延材のフランジ部を割り込み圧延し、前記被圧延材の端部が前記造形孔型の孔型底部に接した後、前記被圧延材の端部両側を拘束しないで、さらに圧下を加えて圧延し、前記被圧延材のフランジ部の増肉を可能とすることを特徴とする粗形鋼片の圧延方法。
2. 前記被圧延材の端部が孔型底部に接してからさらに圧下する際の１パス圧下を、下記式を満足する圧下量で行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の粗形鋼片の圧延方法。
   ｌn(Ｈｓ＋ΔＷｅ)／Ｈｓ≧0.15
   但し、Ｈs ；突起部高さ
   ２×ΔＷe ；１パス圧下量
3. 前記突起部を有する造形孔型が、スラブ端面に割り込みをいれフランジ部を造形する第１段階の孔型と、該第１段階の孔型で圧延された被圧延材の割り込みを拡大しフランジ部を造形しつつフランジ部の厚みを増大させる第２段階の孔型と、該第２段階の孔型で圧延された被圧延材のフランジ部を押し拡げかつエッジングする第３段階の孔型と、該第３段階の孔型で圧延された被圧延材の主としてウェブを減厚しほぼＨ形に成形する第４段階の孔型とを具備するロールの前記第２段階の孔型であって、
   前記第２段階の孔型の突起部に連なる傾斜面を、前記第３段階の孔型において側壁として利用することを特徴とする請求項１または２記載の粗形鋼片の圧延方法。

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