JP4276581B2 - 極厚ｈ形鋼の圧延方法 - Google Patents

Description

本発明はＨ形鋼の圧延方法に係わり、特にフランジ厚が１００ｍｍを超え、かつ、フランジ幅およびウェブ高さが４００ｍｍを超える極厚Ｈ形鋼をスラブから寸法形状や表面性状に優れ、効率よく製造するための圧延方法に関するものである。

シニアＨ形鋼（大型のＨ形鋼）は、例えば図６のように、粗圧延機１、粗ユニバーサル圧延機２、エッジャー圧延機３、および仕上げユニバーサル圧延機４により圧延成形される。その素材としては、一般に連続鋳造により製造されるスラブやビームブランクが使用され、少ない素材断面寸法から複数のシリーズの製品が製造されている。

矩形断面鋼片（以下、「スラブ」と称する）を素材とした場合、粗圧延機１には、図７のように、スラブ幅方向に圧下を行うエッジング孔型１１〜１３と、ウェブ厚の圧下を行う成形孔型１４が配置されている。まず孔型の中央部に突起を有するエッジング孔型１１〜１３により順次、スラブの短辺部を上下から複数パスで圧下してフランジ幅を生成させてドッグボーン鋼片６を成形する。この際、ウェブ内法が製品のウェブ内法Ｈｉとほぼ等しくなるようなウェブ高さまで圧下される。また、このドッグボーン鋼片６のフランジ幅、すなわち、第３エッジング孔型１３の孔底幅は、成形孔型１４と粗ユニバーサル圧延機２、エッジャー圧延機３でのフランジの変形量を考慮して決定される。

次に、このドッグボーン鋼片６を９０°転回し、成形孔型１４でウェブ厚の圧下とフランジ形状の成形を行う。ここで、成形孔型１４の内幅ｈ１は、製品のウェブ内法Ｈｉとほぼ等しく構成されており、孔型深さｄは製品のウェブ面からフランジ先端までの長さＬ（以下、「フランジ脚長」と称する）にほぼ等しく構成されている。この成形孔型１４により複数パスで圧下を行い、ウェブ厚ｔｗ’に対するフランジ厚ｔｆ’の比ｔｆ’／ｔｗ’およびフランジ脚長Ｌ’が製品の厚み比ｔｆ／ｔｗおよびフランジ脚長Ｌにほぼ近い粗形鋼片７に成形する。

こうして得られた粗形鋼片７を粗ユニバーサル圧延機２でウェブとフランジの圧下率をほぼバランスさせた状態で厚みを圧下するとともに、エッジャー圧延機３でフランジ幅圧下を行いフランジ幅と先端形状の整形を行う。そしてほぼ製品寸法にまで整形した後、仕上げユニバーサル圧延機４でフランジをウェブに対して直角にするとともに、厚みを最終寸法に仕上げ製品１０とする。

主に高層建築用の柱材として使用される１４×１６インチシリーズや４００Ｓシリーズの極厚Ｈ形鋼は、フランジ厚１２５ｍｍ程度までのサイズが一般に使用されている。スラブからＨ形鋼を製造する場合には、通常、２２０ｍｍ〜３００ｍｍ厚のスラブが用いられるが、このような方法で極厚Ｈ形鋼を製造しようとすると、フランジの肉量不足に起因して製品のフランジ内面や先端に図９のような凹み（ａ）や角落ち（ｂ）が発生する。また、広幅のフランジを有するため、粗圧延機でスラブ幅方向に大きな圧下が必要で、そのために、ドッグボーン鋼片のコーナーからフランジ内側の歪みが大きくなり、その部位の表面に凹凸が発生しやすくなることもその製造を困難にしていた。

これに対し、極厚Ｈ形鋼を製造する方法として、特許文献１および特許文献２にその技術が開示されている。特許文献１は、ウェブおよびフランジ内面側に接触する成形孔型の部位の断面形状を円弧状形状などで形成するとともに、孔型深さ１／２における孔型断面の接線と鉛直線のなす角が所定の関係式を満たす形状に形成して圧延するものである。この方法では、成形孔型でウェブ厚を圧下した際にフランジ内面の肉不足を解消できるとしている。また、特許文献２は、ウェブ高さを減らす第１の工程と、ウェブの中央部のみを減厚する第２の工程と、第２の工程で減厚されなかったウェブ部分を減厚する第３の工程とを１回以上繰り返して圧延するものである。この方法では、孔型でウェブ厚みを圧下した際にウェブの延伸によりフランジ厚みが減少することを抑制できるとしている。

いずれの技術も、ウェブ厚を圧下した際のフランジ肉引けの抑制に効果はあるものの、前述のようなウェブ高さに対しフランジ幅が大きいシリーズのＨ形鋼では、ウェブ厚を圧下した際のフランジ肉量の減少は比較的小さいことから、効果はそれほど大きいものではない。しかも、ウェブ厚の圧下を開始する前のエッジング孔型圧延で成形されるフランジ部については、その段階で生成されたフランジ厚みで制約され、フランジ先端側を除きその部分の厚みをそれ以降の工程で増加させることは不可能であることから、製造できるサイズを飛躍的に増大できるものではない。

また、特許文献２の場合には、前述の３つの孔型に加えドッグボーン鋼片を製造するエッジング孔型を一般の粗圧延機に配置することはロール胴長の制約で不可能であり、１ヒートでの製造は困難である。加えて、ウェブ内法の拡幅、縮小を繰り返すと、フランジ内側にはパスごとの凹凸が生じて最終的にフランジ内面を整形するのにかえって多くのフランジ厚み圧下を要したり、圧延時間が非常に長くなるために繰り返し回数に制約が生じてその効果が十分に得られなかったりする。
特許第２５３３２６３号公報 特開２００３−２９０８０２号公報

こうした理由により、これまでスラブからフランジ内面に凹みや疵などの欠陥が無く１ヒート圧延で製造できる広幅フランジＨ形鋼のフランジ厚は１００ｍｍ程度までであった。そのため、フランジ厚が１００ｍｍを超えるサイズは、インゴット材を分塊工場で粗形鋼片に粗圧延した後に大形工場で再加熱して圧延するプロセスや、連続鋳造した専用の大断面ビ−ムブランクを素材として圧延するプロセスにより製造しており、製鋼工程や圧延工程の生産効率が低いという問題があった。なお、近年、極厚鋼板を製造するために、従来よりも大きな厚みを有するスラブが使用されるようになってきており、Ｈ形鋼製造に対して極厚スラブが容易に使用できる環境になってきている。
そこで、本発明は、フランジ厚が１００ｍｍを超える広幅フランジの極厚Ｈ形鋼を、フランジ肉量不足や表面性状の問題を生じることなく、スラブから１ヒート圧延で効率的に製造する圧延方法を提供することにある。

スラブから製造できる製品フランジ厚を増大させるためには、スラブ幅のエッジング孔型圧延で生成されるフランジ厚を大きくすることが最も効果的であり、そのためには、粗圧延機のロール径を増加することや、１パスあたりの圧下量を増加することが有効であるが、設備制約や圧延安定性の点から容易には大きく変更できない。発明者らは膨大な実験や数値解析によりフランジ厚みを大きく造形する方法やそのフランジを効率的に整形する方法を検討した結果、以下の知見を得た。

１）厚みの大きなスラブを使うことにより、粗圧延機のエッジング孔型圧延でフランジ厚みを大きく生成できるとともに、成形孔型圧延でスラブの厚みをフランジ厚に転化することができる。
２）エッジャー圧延機によるフランジ幅圧下によって、バルジングはフランジ先端からフランジ脚長の３５％程度の範囲で発生し、このバルジングをフランジ厚みが不足しやすい部位にまで作用させることにより、従来よりも大きいフランジ厚が造形できる。ところで、経験的に、フランジの幅方向中央から両幅方向へスラブの半分の厚さ分エッジ側に入った辺りが肉引けを生じ易いことが判っている。これは図７の孔型１４で圧延されて以降この位置のフランジを厚くするメタルフローがないからである。したがって、この位置のフランジをバルジングで厚くできれば、エッジャー圧延は非常に有効な手段になる。
３）粗形鋼片や形鋼製品の横断面でのバルジング領域がスラブ横断面と重ね合わせた範囲から出ていても、例えばスラブ厚が十分に厚ければ、フランジ厚の厚いものが製造できる場合もある。
４）スラブ幅についても最大のフランジ厚を造形するのに適正範囲がある。スラブ幅が大きすぎると、エッジング孔型の孔底幅に対してスラブ幅圧下量が過大となったり、成形孔型でのフランジ先端の圧下量が過大となったりするために、フランジ先端の厚みが増加しすぎてフランジ内側中央付近が肉引けしやすくなり、製品フランジ厚の増大に対しては逆効果になると考えられる。
５）本発明で製造する形鋼のフランジ厚が非常に厚いことから、ウェブ高さの拡がりをほぼ拘束しながら粗ユニバーサル圧延機の水平ロールで粗圧延後の粗形鋼片のウェブ内法を拡幅すると、フランジ部を大きく圧下することなく、フランジ内面を効率的に整形できる。
粗形鋼片のフランジ内面は鉛直線に対して大きく傾斜しているため、粗ユニバーサル圧延機の竪ロールでフランジを厚み方向に圧下することにより、フランジ内側を水平ロール側面に接触させ圧下を加える必要がある。粗ユニバーサル圧延によりフランジ内面が水平ロール側面に接触するまでのフランジ内面と水平ロール側面との隙間の変化について調査した結果、ウェブとフランジの延伸バランスによるが、フランジ厚が大きい場合、図８に示す内側の隙間の減少量Δｔｉは竪ロール圧下量Δｔｏの３０〜４０％程度と低いために、従来の方法ではせっかくの厚いフランジを大きく圧下しなければならなかった。

すなわち、本発明の要旨は、上記の知見に基づいて成されたもので、以下のとおりである。
〔１〕スラブを素材として、粗圧延機に配置した複数のエッジング孔型によりスラブを幅方向に圧下してドッグボーン鋼片とし、成形孔型によりウェブ厚を圧下して粗形鋼片に造形した後、粗ユニバーサル圧延機とエッジャー圧延機によりウェブとフランジの整形を行うフランジ厚が１００ｍｍを超える極厚Ｈ形鋼の圧延方法において、エッジャー圧延機でのフランジ幅の圧下によるバルジング発生領域に相当する横断面部位の一部分が、前記エッジャー圧延機で圧延される被圧延材の横断面とスラブの横断面とを上下左右対称にして重ね合わせた場合に、スラブの厚みの範囲に含まれるスラブを使用することを特徴とする極厚Ｈ形鋼の圧延方法。

〔２〕前記スラブの厚みＳｔと幅Ｓｗが下記の式（１），（２ａ），（３ａ）を満足することを特徴とする前記〔１〕に記載の極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
Ｔｗmax＋Ｌ×１．３＜Ｓｔ＜Ｔｗmax＋Ｌ×１．８ （１）
かつ
Ｓｔ≧Ｔｆmax×２．７５ （２ａ）
Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．８６＋Ｌ×２≦Ｓｗ≦Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．８６＋Ｌ×４
（３ａ）
ただし、Ｔｗmax：同一シリーズ内で製造する最大の製品ウェブ厚、Ｔｆmax：同一シリーズ内で製造する最大の製品フランジ厚、Ｌ：製品フランジ脚長、Ｈｉ：製品ウェブ内法。

〔３〕スラブを素材として、粗圧延機に配置した複数のエッジング孔型によりスラブを幅方向に圧下してドッグボーン鋼片とし、成形孔型によりウェブ厚を圧下して粗形鋼片に造形した後、粗ユニバーサル圧延機とエッジャー圧延機によりウェブとフランジの整形を行うＨ形鋼の圧延方法において、同一シリーズ内で製造する最大サイズに対して式（４）で表される基準値Ｂｓより小さい厚みのスラブを用いる場合、スラブの厚みＳｔと幅Ｓｗが式（５ａ）および（６ａ）を満足するスラブを使用することを特徴とする極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
Ｂｓ＝Ｔｗmax＋Ｌ×１．３ （４）
Ｓｔ≧Ｔｆmax×２．０２＋Ｂｓ×０．２６ （５ａ）
Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．８６＋Ｌ×２≦Ｓｗ≦Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．８６＋Ｌ×４
（６ａ）

〔４〕前記成形孔型の内幅ｈ１が製品のウェブ内法Ｈｉより小さく設計した成形孔型により、ドッグボーン鋼片のウェブ厚み圧下とフランジ成形を行い粗形鋼片に造形した後、粗ユニバーサル圧延機により、その初期パスでウェブ高さの増加をほぼ拘束しつつ、粗形鋼片のウェブ内法を拡幅することを特徴とする〔１〕に記載の極厚Ｈ形鋼の圧延方法。

〔５〕前記スラブの厚みＳｔと幅Ｓｗが下記の式（１），（２ｂ），（３ｂ）を満足することを特徴とする〔４〕に記載の極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
Ｔｗmax＋Ｌ×１．３＜Ｓｔ＜Ｔｗmax＋Ｌ×１．８ （１）
かつ
Ｓｔ≧Ｔｆmax×２．５６ （２ｂ）
Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．６７＋Ｌ×２≦Ｓｗ≦Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．６７＋Ｌ×４
（３ｂ）

〔６〕スラブを素材として、粗圧延機に配置した複数のエッジング孔型によりスラブを幅方向に圧下してドッグボーン鋼片とし、成形孔型によりウェブ厚を圧下して粗形鋼片に造形した後、粗ユニバーサル圧延機とエッジャー圧延機によりウェブとフランジの整形を行うＨ形鋼の圧延方法において、同一シリーズ内で製造するＨ形鋼の最大サイズに対して式（４）で表される基準値Ｂｓより小さい厚みのスラブを用いる場合、スラブの厚みＳｔと幅Ｓｗが式（５ｂ）および（６ｂ）を満足するスラブを使用し、前記成形孔型の内幅ｈ１が製品ウェブ内法Ｈｕより小さく設計した成形孔型により、ドッグボーン鋼片のウェブ厚み圧下とフランジ成形を行い粗形鋼片に造形した後、粗ユニバーサル圧延機により、その初期パスでウェブ高さの増加をほぼ拘束しつつ、粗形鋼片のウェブ内法を拡幅することを特徴とする極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
Ｂｓ＝Ｔｗmax＋Ｌ×１．３ （４）
Ｓｔ≧Ｔｆmax×１．８９＋Ｂｓ×０．２６ （５ｂ）
Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．６７＋Ｌ×２≦Ｓｗ≦Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．６７＋Ｌ×４
（６ｂ）

本発明によれば、現状の圧延装置列により、フランジ厚が１００ｍｍを超える広幅フランジの極厚Ｈ形鋼でも、フランジ肉量の不足や表面性状の問題を生じることなく、１ヒート圧延で効率的に製造できる。

本発明によりスラブから１ヒート圧延で製造する場合、例えば図６のように粗圧延機１、粗ユニバーサル圧延機２、エッジャー圧延機３および仕上げユニバーサル圧延機４からなる従来と同様の圧延装置列を使用する。粗圧延機１では図７のような孔型列で圧延する方法が効率的であり、ここでも基本的に同様の孔型列を使用する。ただし、これに限定されるものではない。本発明実施における基本的考え方は、エッジャー圧延機３でのフランジ幅圧下によって生じるバルジングによるフランジ厚増加を考慮して、粗圧延機１でのスラブ幅のエッジング孔型圧延で十分にフランジ厚みを生成するとともに、図１に示すようにエッジャー圧延機３でバルジングが及ばないフランジ幅方向断面部位（ここでその幅を基準値Ｂｓと定義する）を、スラブ厚Ｓｔに含まれる範囲に設定し、成形孔型の孔型寸法を適切に設定することでフランジ厚みを確保することである。そして粗圧延機のエッジング孔型圧延で生成したフランジ領域は、エッジャー圧延機でのフランジ幅圧下によってフランジ厚を増加させフランジ肉量を確保する。スラブの厚みと製造できるフランジ厚の間には密接な相関があり、圧延過程でのフランジ厚の変化に基づき定量化したその関係からスラブサイズを決定する方法について以下に説明する。

まず、本発明実施の基本要件となるエッジャー圧延では、図４のようにフランジ幅の圧下によりフランジ先端側にバルジングが生じ、このバルジングが顕著な領域（バルジング発生領域）Ｂｆｏ，Ｂｆｉはフランジ脚長Ｌ”のほぼ３５％の範囲に相当する。それよりもフランジ中央側の幅Ｂｓ”の領域はほとんどフランジ厚みが増加しないか、増加量が小さいため、スラブ断面と重ね合わせた状態において、このＢｓ”のフランジ幅方向断面領域をスラブ厚Ｓｔの範囲になるようにし、成形孔型圧延の段階で厚みを十分に確保する。つまり、それよりもフランジ先端側はエッジャー圧延で厚みが増大するためフランジ厚は多少小さくて構わない。したがって、スラブ厚の下限値は、図１のように同一孔形で生産する一連のサイズ構成（以下同一シリーズという）内での最大サイズの圧延パス工程の中でウェブ厚とフランジ脚長がほぼ最小限の状態にあたる製品寸法としたものである。

一方、スラブ厚の上限値は、鋳造工程の生産効率低下や圧延工程での設備制約、成形孔型でのパス回数増加、エッジャー圧延による過剰なバルジングなどのマイナス面を勘案すると、上下の脚長の９割とウェブ厚の和以上にスラブ厚を大きくしてもメリットがないことから（１）’のように設定した。すなわち、必要なスラブ厚Ｓｔは同一ロールで製造するシリーズ内で最大のウェブ厚Ｔｗmaxとフランジ脚長Ｌにより次式で表される。なお、 エッジャー圧延機でのフランジ幅の圧下を十分に行う必要から、成形孔型１４の深さｄは製品のフランジ脚長Ｌよりも大きくしておくことが必要である。
Ｔｗmax＋Ｌ×（１−０．３５）×２＜Ｓｔ＜Ｔｗmax＋Ｌ×０．９×２ （１）’
Ｔｗmax＋Ｌ×１．３＜Ｓｔ＜Ｔｗmax＋Ｌ×１．８ （１）

ここで、もう１つのスラブ厚の決定条件として、バルジング発生境界のフランジ厚が目標とする最大フランジサイズに必要な大きさであることが重要であり、粗圧延工程での変形について説明する。粗圧延機１では図７のような孔底中央に突起を有するエッジング孔型１１〜１３で順次圧延しドッグボーン鋼片６を造形する。これにより得られる図２（ａ）のドッグボーン鋼片６において、フランジ付け根部の厚みｔｄ１とスラブ厚Ｓｔの関係はほぼ次式の関係で表される。
ｔｄ１＝Ｃ１×Ｓｔ （７）
ここで、Ｃ１は定数であり、図３に示すように０．６５程度である。

このドッグボーン鋼片６に対し、成形孔型１４ではフランジ厚とウェブ厚の厚み比が製品のフランジ厚とウェブ厚の厚み比に対し、０．８〜１．２の範囲になるまでウェブ厚の圧下を行う。この際、ウェブの延伸によりフランジ厚は減少するが、フランジ幅に対してウェブ高さが小さいことからその減少率は小さく、粗圧延終了後の粗形鋼片７におけるドッグボーン鋼片６のフランジ厚ｔｄ１に対応する位置のフランジ厚ｔｄ２は、スラブ厚Ｓｔとの関係により次式で表される。
ｔｄ２＝Ｃ２×ｔｄ１＝Ｃ１×Ｃ２×Ｓｔ （８）
ここで、Ｃ２は定数であり、図３よりＣ２は０．８０程度である。なお、この成形孔型に対して、特許文献１の孔型形状を採用してもよい。

次に、粗ユニバーサル圧延機で粗形鋼片７から均一な製品フランジ厚を得るためには、従来のスラブ厚の範囲と圧延方法では、実験の結果、粗形鋼片７のフランジ厚ｔｄ２に対して３５％以上の圧下率が必要であった（しかも最大フランジ厚みは制約される）。しかし、エッジャー圧延によって前述のようにフランジ厚み不足が生じやすい部位のフランジ厚を増大させることにより必要圧下率は３０％ほどに、さらに後述の粗ユニバーサル圧延の初期パスでのウェブ内法拡幅を行えば、必要圧下率は２５％ほどにまで低減できることがわかった。以上のことから、目標最大製品フランジ厚Ｔｆmaxに対して、必要なスラブ 厚Ｓｔは次式から求められる。なお、これ以降、エッジャー圧延の効果のみの場合の式にはａを付け、拡幅圧延を合わせて行った場合の式にはｂを付ける。
ｔｄ２≧Ｔｆmax／（１−０．３） （２ａ）’
ｔｄ２≧Ｔｆmax／（１−０．２５） （２ｂ）’
Ｓｔ≧Ｔｆmax／（１−０．３）／Ｃ１／Ｃ２＝Ｔｆmax×２．７５ （２ａ）
Ｓｔ≧Ｔｆmax／（１−０．２５）／Ｃ１／Ｃ２＝Ｔｆmax×２．５６ （２ｂ）
以上より、式（１）と（２ａ）または（２ｂ）をともに満足すれば、フランジ厚１００ｍｍを超える製品を安定的に製造できるフランジ厚が確保できる。
なお、スラブ厚みを大きくすると、エッジング孔型圧延でのフランジ幅生成量を小さくできるので、スラブ幅圧下量が小さくなり、従来、広幅フランジを有するＨ形鋼を製造する場合に発生しやすかったフランジ内側の凹凸が低減される相乗効果も期待できる。

極厚フランジを整形する場合、フランジの効率的な整形性からフランジ脚長に対して適正な粗圧延機でのスラブ幅圧下量が存在し、必要以上にスラブ幅を増やしてもドッグボーン鋼片のフランジ付け根部のフランジ厚ｔｄ１は増加せず、むしろスラブ幅を増大しすぎるとフランジ厚ｔｄ１は減少する。そこで、スラブ幅は次式を満足するように決定する。 Ｈｉ＋Ｔｆmax／０．７×２＋Ｌ×２≦Ｓｗ≦Ｈｉ＋Ｔｆmax／０．７×２
＋Ｌ／０．５×２ （３ａ）’
Ｈｉ＋Ｔｆmax／０．７５×２＋Ｌ×２≦Ｓｗ≦Ｈｉ＋Ｔｆmax／０．７５×２
＋Ｌ／０．５×２ （３ｂ）’
Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．８６＋Ｌ×２≦Ｓｗ≦Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．８６＋Ｌ×４
（３ａ）
Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．６７＋Ｌ×２≦Ｓｗ≦Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．６７＋Ｌ×４
（３ｂ）
ここで、Ｈｉは製品のウェブ内法である。左辺は、粗圧延機のエッジング孔型圧延で必要なフランジ幅を得るための最小値である。スラブ幅は最小限、ウェブ内法、フランジ厚、フランジの整形しろ、および脚長の２倍分が必要である。一方、右辺はスラブ幅の最大値である。フランジ幅圧下をするにしても脚長の４倍分の圧下しろは必要ではない。また、右辺よりもスラブ幅を大きくすると、粗圧延でフランジ先端厚が過大となりフランジ内面の肉引け状態が顕著となって、それ以降の圧延でフランジ内面の整形が困難となる。さらに、フランジ先端まで十分すぎる厚みがあると、粗ユニバーサル・エッジャー圧延の初期の段階から、フランジ先端の方がフランジ脚長の中央部付近よりも厚みが大きくなり、フランジ先端のバルジングを粗ユニバーサル圧延機で圧下することによってフランジ肉引けが大きくなるために好ましくない。このスラブ幅の関係式と前述のスラブ厚の関係式を満足するスラブの断面寸法を選択することにより、広幅フランジを有し、フランジ厚が１００ｍｍを超える極厚Ｈ形鋼が容易に製造できるようになる。

以上の考え方は、製造対象とする同一シリーズ内での最大サイズに対して、エッジャー圧延機のフランジ幅の圧下によるバルジング発生領域に相当するフランジ幅方向断面部位が、スラブの厚み範囲に含まれない場合、すなわち、式（４）で決まる基準値Ｂｓより厚みの小さいスラブを用いる場合にも有効であり、図２（ｂ）に示すバルジング発生境界位置の厚みｔｄ３を粗圧延機のエッジング孔型圧延によって必要量だけ確保すればよい。図２（ｂ）と式（２ａ），（２ｂ）より目標最大製品フランジ厚Ｔｆmaxに対してドッグボ ーン鋼片の必要フランジ厚ｔｄ３は式（５ａ）’，（５ｂ）’となる。
Ｂｓ＝Ｔｗmax＋Ｌ×１．３ （４）
ｔｄ３＝｛Ｓｔ×Ｃ１−(Ｂｓ−Ｓｔ)／２×tanθ｝≧Ｔｆmax／Ｃ２／(１−０．３)
（５ａ）’
ｔｄ３＝｛Ｓｔ×Ｃ１−(Ｂｓ−Ｓｔ)／２×tanθ｝≧Ｔｆmax／Ｃ２／(１−０．２５)
（５ｂ）’
ここで、θはフランジ内面の鉛直線に対する傾斜角度である。θが小さすぎると成形孔型以降の圧延でフランジ先端の厚みが過大となりフランジ内面の整形上不利になるので、θは２５°程度とすることが望ましい。式（５ａ）’，（５ｂ）’より目標最大製品フランジ厚Ｔｆmaxに対して必要スラブ厚Ｓｔは次式となる。スラブ幅についても前述のとお り、式（３ａ），（３ｂ）を満足するように決定する。
Ｓｔ≧Ｔｆmax×２．０２＋Ｂｓ×０．２６ （５ａ）
Ｓｔ≧Ｔｆmax×１．８９＋Ｂｓ×０．２６ （５ｂ）

フランジ内面の整形を効率的に行うために有効なもう１つの手段として、図７の成形孔型１４の内幅ｈ１を製品１０のウェブ内法Ｈｉよりも小さくし、好ましくは図５のように粗形鋼片７のフランジ内面中央付近の内幅Ｈｂが、粗ユニバーサル圧延機２の水平ロール胴幅Ｈｕにほぼ等しくなるように設定する。こうして、粗ユニバーサル圧延の初期パスでは、竪ロール２ｂでウェブ高さの拡がりをほぼ拘束しつつ、フランジ内面の中央付近から水平ロール２ａが接触するように圧延する。これにより、フランジ内面と水平ロール側面との距離が一気に近づき、それ以降のユニバーサル圧延パスにおいてで、少ないフランジ厚圧下量で水平ロール側面に接触させることができ、結果としてフランジ厚のより大きい製品が得られる。また、成形孔型のウェブ内法を小さくすることにより、成形孔型でウェブ厚を圧下した際にフランジの延伸が抑制される効果もある。成形孔型の内側傾斜角度は１０〜２０°程度が望ましい。

加えて、フランジ内面の表面性状がより優れた極厚Ｈ形鋼を製造するためには、粗圧延機の成形孔型圧延の初期パスにおいて、ドッグボーン鋼片のコーナー部から製品フランジ幅に相当する位置までに対し数ｍｍ程度の圧下を加えることが好ましい。これにより、フランジ厚みの減少は多少あるものの、成形孔型の内面の鉛直線に対する傾斜角度が粗ユニバーサル圧延機のそれよりも大きいため、効率的にフランジ内面の凹凸を整形できるからである。

図６に示す圧延装置列で１４×１６インチシリーズの極厚Ｈ形鋼を１ヒート圧延で製造した。目標最大サイズは、ウェブ高５６９．５ｍｍ、フランジ幅４５４．４ｍｍ、ウェブ厚７７．９８ｍｍ、フランジ厚１２４．７１ｍｍである。この場合、式（１），（２ａ），（３ａ）は次のようになり、素材は幅１２５０ｍｍ×厚み３５０ｍｍのスラブを用いた。
77.98＋188.2×1.3＝322.6＜350＜77.98＋188.2×1.8＝416.7
350＞124.71×2.75＝343.0
320.1＋124.71×2.86＋188.2×2＝1053＜1250
320.1＋124.71×2.86＋188.2×4＝1430＞1250
このスラブを図７の孔型列で粗圧延したところ、図２で定義した粗形鋼片７のフランジ厚ｔｄ２は１８２ｍｍであった。続いて、粗ユニバーサル圧延機とエッジャー圧延機で圧延を行い、エッジャー圧延機ではフランジ幅の圧下によりフランジ先端側の厚みを増加させつつ圧延を行い、最後に仕上げユニバーサル圧延でフランジを直角に仕上げた。製品は寸法形状が良好で、フランジ内面に問題となる凹みや疵の発生もなかった。比較として、幅１２５０ｍｍ×厚み３１０ｍｍのスラブではフランジ内側の中央部に深さ約５ｍｍの凹みが生じた。

また、実施例１と同一サイズを、成形孔型の内側傾斜角度θを１５°、ウェブ内法ｈ１を２７０ｍｍとし、粗ユニバーサル圧延機の水平ロール胴幅Ｈｕを製品のウェブ内法Ｈｉと同じ３２０ｍｍに設定して、粗ユニバーサル圧延機の第１パスでフランジ内側中央部から水平ロールが接触する関係で圧延を行うこととした。この場合、式（１），（２ｂ），（３ｂ）は次のようになり、素材は幅１２５０ｍｍ×厚み３３０ｍｍのスラブを用いた。 77.98＋188.2×1.3＝322.6＜330＜77.98＋188.2×1.8＝416.7
330＞124.71×2.56＝319.3
320.1＋124.71×2.67＋188.2×2＝1029＜1250
320.1＋124.71×2.67＋188.2×4＝1406＞1250
スラブ厚を実施例１よりも小さくしたため、粗圧延後のフランジ厚ｔｄ２は約１０ｍｍ減少したが、粗ユニバーサル圧延の第１パスで竪ロールの位置を粗形鋼片のフランジ外側にほぼ一致させて設定し、水平ロールでウェブ内法を拡幅した結果、第１パス後のフランジ内側と水平ロール側面との隙が１５ｍｍ減少したため、その後は少ないフランジ圧下量でフランジ内面を水平ロール全面に接触させることができ、良好な製品を安定的に製造できた。

次に、５００Ｓシリーズのウェブ厚１００ｍｍ、フランジ厚１１０ｍｍサイズを製造する場合について説明する。ウェブ内法は４５２ｍｍ、フランジ脚長は２２５ｍｍである。成形孔型の内幅ｈ１は製品のウェブ内法よりも６０ｍｍ小さくして、粗ユニバーサル圧延の第１パスでウェブ内法を拡幅することにした。この場合、式（４）は次のようになり、 Ｂｓ＝100＋225×1.3＝392.5
これに対し、素材は厚みＳｔがＢｓよりも小さく、式（５ｂ），（６ｂ）を満足する幅１４５０ｍｍ×厚み３２０ｍｍのスラブを用いた。
320＞110×1.89＋392.5×0.26＝310.0
452＋110×2.67＋225×2＝1196＜1450＜452＋110×2.67＋225×4＝1646
粗圧延後の粗形鋼片のフランジ幅方向Ｂｓ位置におけるフランジ厚は１５３ｍｍであり、粗ユニバーサル圧延機とエッジャー圧延機、仕上げユニバーサル圧延機で最終製品まで圧延したところ、寸法形状および表面性状は良好であった。

本発明におけるスラブ厚の決定方法についての説明図である。 本発明における粗圧延で生成されるフランジ厚の説明図である。 本発明を実施するためのスラブ厚と粗圧延で生成されるフランジ厚の関係 を示す説明図である。 本発明を実施するためのエッジャー圧延でのバルジング生成特性の説明図 である。 本発明における粗ユニバーサル圧延でのフランジ内面の整形方法の説明図 である。 Ｈ形鋼の圧延装置列の一例を示す概略図である。 Ｈ形鋼の粗圧延方法の説明図である。 従来の粗ユニバーサル圧延におけるフランジ内側の整形特性の説明図であ る。 （ａ）はフランジ内面の凹み、（ｂ）はフランジ先端の角落ちの説明図であ る。

符号の説明

１ ：粗圧延機
２ ：粗ユニバーサル圧延機
２ａ ：水平ロール
２ｂ ：竪ロール
３ ：エッジャー圧延機
４ ：仕上げユニバーサル圧延機
５ ：スラブ
６ ：ドッグボーン鋼片
７ ：粗形鋼片
８，９：中間圧延材
１０ ：仕上げ製品
１１ ：第１エッジング孔型
１２ ：第２エッジング孔型
１３ ：第３エッジング孔型
１４ ：成形孔型

Claims (6)

1. スラブを素材として、粗圧延機に配置した複数のエッジング孔型によりスラブを幅方向に圧下してドッグボーン鋼片とし、成形孔型によりウェブ厚を圧下して粗形鋼片に造形した後、粗ユニバーサル圧延機とエッジャー圧延機によりウェブとフランジの整形を行うフランジ厚が１００ｍｍを超える極厚Ｈ形鋼の圧延方法において、エッジャー圧延機でのフランジ幅の圧下によるバルジング発生領域に相当する横断面部位の一部分が、前記エッジャー圧延機で圧延される被圧延材の横断面とスラブの横断面とを上下左右対称にして重ね合わせた場合に、スラブの厚みの範囲に含まれるスラブを使用することを特徴とする極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
2. 前記スラブの厚みＳｔと幅Ｓｗが下記の式（１），（２ａ），（３ａ）を満足することを特徴とする請求項１に記載の極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
   Ｔｗmax＋Ｌ×１．３＜Ｓｔ＜Ｔｗmax＋Ｌ×１．８ （１）
   かつ
   Ｓｔ≧Ｔｆmax×２．７５ （２ａ）
   Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．８６＋Ｌ×２≦Ｓｗ≦Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．８６＋Ｌ×４
   （３ａ）
   ただし、Ｔｗmax：同一シリーズ内で製造する最大の製品ウェブ厚、Ｔｆmax：同一シリーズ内で製造する最大の製品フランジ厚、Ｌ：製品フランジ脚長、Ｈｉ：製品ウェブ内法。
3. スラブを素材として、粗圧延機に配置した複数のエッジング孔型によりスラブを幅方向に圧下してドッグボーン鋼片とし、成形孔型によりウェブ厚を圧下して粗形鋼片に造形した後、粗ユニバーサル圧延機とエッジャー圧延機によりウェブとフランジの整形を行うＨ形鋼の圧延方法において、同一シリーズ内で製造する最大サイズに対して式（４）で表される基準値Ｂｓより小さい厚みのスラブを用いる場合、スラブの厚みＳｔと幅Ｓｗが式（５ａ）および（６ａ）を満足するスラブを使用することを特徴とする極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
   Ｂｓ＝Ｔｗmax＋Ｌ×１．３ （４）
   Ｓｔ≧Ｔｆmax×２．０２＋Ｂｓ×０．２６ （５ａ）
   Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．８６＋Ｌ×２≦Ｓｗ≦Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．８６＋Ｌ×４
   （６ａ）
4. 前記成形孔型の内幅ｈ１が製品のウェブ内法Ｈｉより小さく設計した成形孔型により、ドッグボーン鋼片のウェブ厚み圧下とフランジ成形を行い粗形鋼片に造形した後、粗ユニバーサル圧延機により、その初期パスでウェブ高さの増加をほぼ拘束しつつ、粗形鋼片のウェブ内法を拡幅することを特徴とする請求項１に記載の極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
5. 前記スラブの厚みＳｔと幅Ｓｗが下記の式（１），（２ｂ），（３ｂ）を満足することを特徴とする請求項４に記載の極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
   Ｔｗmax＋Ｌ×１．３＜Ｓｔ＜Ｔｗmax＋Ｌ×１．８ （１）
   かつ
   Ｓｔ≧Ｔｆmax×２．５６ （２ｂ）
   Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．６７＋Ｌ×２≦Ｓｗ≦Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．６７＋Ｌ×４
   （３ｂ）
6. スラブを素材として、粗圧延機に配置した複数のエッジング孔型によりスラブを幅方向に圧下してドッグボーン鋼片とし、成形孔型によりウェブ厚を圧下して粗形鋼片に造形した後、粗ユニバーサル圧延機とエッジャー圧延機によりウェブとフランジの整形を行うＨ形鋼の圧延方法において、同一シリーズ内で製造するＨ形鋼の最大サイズに対して式（４）で表される基準値Ｂｓより小さい厚みのスラブを用いる場合、スラブの厚みＳｔと幅Ｓｗが式（５ｂ）および（６ｂ）を満足するスラブを使用し、前記成形孔型の内幅ｈ１が製品のウェブ内法Ｈｉより小さく設計した成形孔型により、ドッグボーン鋼片のウェブ厚み圧下とフランジ成形を行い粗形鋼片に造形した後、粗ユニバーサル圧延機により、その初期パスでウェブ高さの増加をほぼ拘束しつつ、粗形鋼片のウェブ内法を拡幅することを特徴とする極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
   Ｂｓ＝Ｔｗmax＋Ｌ×１．３ （４）
   Ｓｔ≧Ｔｆmax×１．８９＋Ｂｓ×０．２６ （５ｂ）
   Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．６７＋Ｌ×２≦Ｓｗ≦Ｈｉ＋Ｔｆmax×２．６７＋Ｌ×４
   （６ｂ）
   

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