JP4612530B2 - 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幅方向に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１０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。

続いて，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整形を行う。ここで，成形孔型１４の内幅ｈｋは，製品１０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１０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１０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。

次に，この粗形鋼片７を図６に示す粗ユニバーサル圧延機２とエッジャー圧延機３で複数パスにより圧延する。粗ユニバーサル圧延機２では通常同じ角度θ１のテーパを有する上下水平ロール２ａと左右竪ロール２ｂにより，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では孔型を有する上下水平ロールで３ａでフランジ幅方向に圧下を行いフランジ幅とフランジ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て製品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４００×４００ミリシリーズの極厚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〜３１０ｍｍ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，図１０（ａ）のように製品１０のフランジ内面脚長中央部のやや上方に凹みや，図１０（ｂ）のようにフランジ先端に角落ちが発生し，製造できるサイズが限られてしまう。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。また，特許文献１では，フランジ付根部の厚みが大きいことから，ユニバーサル圧延でフランジ下方部の厚みの延伸が大きいため，フランジ脚長中央部の厚みがやはり減少してしまい，製造できるサイズを飛躍的に増大できるものではない。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。

これらの技術とは異なり，特許文献３にはドッグボーン鋼片を２種類の成形孔型で圧延する技術が開示されている。これは，まず孔型フランジ面を２段のテーパ面となした孔型でフランジ先端の厚みを規制しつつフランジ幅圧下を施し，次いでもう一方の孔型で所定形状に圧延するものである。この場合，２段テーパを有する孔型で圧延することにより，フランジ内側が非接触になることと，２つ目の孔型でフランジ先端の厚みを増加させ，フランジ厚を整えるためにフランジ厚の余分の圧下が必要になる。また，粗圧延機にこの２種類の成形孔型に加え，スラブからフランジを生成するための複数のエッジング孔型を配置することは，圧延機のロール胴長の制約から困難であり，１ヒートでの製造は難しい。

特許第２５３３２６３号公報 特開平２００３−２９０８０２号公報 特開昭６３−１１９９０２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。

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。

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フランジを効率的に整形する方法を検討した結果，製造可能な製品フランジ厚を大きくすることに効果的な以下の知見を得た。

１）スラブを幅方向に圧下して成形したドッグボーン鋼片の断面形状に対して，成形孔型の寸法が不適切であると，成形孔型での圧延過程でフランジ内側に凹みが生じ，それを消去するのに過大なフランジ圧下量が必要になる。すなわち，成形孔型のフランジ部の厚みを小さくしてでも成形孔型で凹みを生じさせないことが，製造可能な最大製品フランジ厚を大きくすることに非常に重要で，それにはドッグボーン鋼片のコーナーからフランジ内側に多少の圧下を加えることが有効である。このことは，特許文献１〜３には一切述べられていない。

２）ドッグボーン鋼片のフランジ厚みを増加させるため，スラブ幅を大きくして粗圧延機のエッジング孔型でスラブ幅方向に大きな圧下を行うことが有効である。しかしながら，最も重要なフランジ付け根部付近のフランジ厚は増加するものの，それ以上にフランジ先端側の厚みが著しく増加する。また，スラブ幅の増大に合わせてエッジング孔型の孔底幅を大きくし，成形孔型でフランジ先端を大きく圧下すると，フランジ先端の厚みが増加しフランジ脚長中央部は凹み状になる。こうした状態に加え，エッジャー圧延機でフランジ幅を圧下した際に，図３（ｂ）のようにフランジ先端のバルジングが加わり，フランジ内側が凹み状になったり，フランジ先端の厚みが過剰となり，粗ユニバーサル圧延機でフランジ厚を圧下した際に，フランジ先端部の過大な圧下による延伸でフランジ脚長中央部８ａの厚みがロール隙以下にまで引けてしまうという問題が生じる。そこで，エッジャー圧延でのフランジ先端のバルジングを考慮して，成形孔型でフランジ先端の肉量の増加を抑制しつつ厚みを削減し，フランジ幅方向に最適なフランジ厚み分布を形成することにより，粗ユニバーサル圧延でのフランジ内面の整形が容易になり，結果的にフランジ圧下量が減り，製造可能な製品フランジ厚を大きくできる。

３）このエッジャー圧延に関しては，フランジ幅を大きく圧下することによって，バルジングはフランジ先端からフランジ脚長の３５％程度の範囲で顕著に発生することがわかった。そこで，エッジャー圧延機でのフランジ幅圧下量を増やすことによって，図１０に示す製品でフランジ厚が不足しやすいフランジ脚長中央部寄りの部位にまでこのバルジングを生じさせることで，結果的にフランジ圧下量が減り，従来よりも大きいフランジ厚が造形できるようになる。この場合のフランジ厚みの増加効率は特許文献３に記載の技術よりも高い。

４）粗ユニバーサル圧延に関しては，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，その初期パスにおいて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粗ユニバーサル圧延機の水平ロール側面よりも鉛直線に対して大きく傾斜しているため，フランジ内側を水平ロール側面に接触させるためには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もよるが，フランジ厚が大きい場合，図９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％程度と小さいために，従来の方法のままではフランジ内側全面を水平ロール側面に接触させるためにはフランジ厚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）ドッグボーン鋼片から成形孔型によりウェブ厚を圧下して粗形鋼片に造形し，続いて粗ユニバーサル圧延およびエッジャー圧延で成形するＨ形鋼の圧延方法において，ドッグボーン鋼片の断面形状と成形孔型形状の関係が式（１）〜（３）を満たすようにして圧延することを特徴とする極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
−０．１０≦（ｔｋ１−ｔｄ１）／ｔｄ１≦０．１５ （１）
ｔｋ２≦ｔｄ２≦ｔｋ１−１０［ｍｍ］ （２）
１０°≦θ≦２０° （３）
ここで，ｔｄ１：ドッグボーン鋼片のフランジ付け根厚，ｔｄ２：ドッグボーン鋼片のフランジ先端厚，ｔｋ１：成形孔型のフランジ圧下部の付け根厚，ｔｋ２：成形孔型のフランジ圧下部の先端厚，θ：鉛直線に対する成形孔型のフランジ圧下部内面の傾斜角度である。

（２）成形孔型で圧延後の粗形鋼片のフランジ脚長が，製品のフランジ脚長よりも１０％以上大きくなるように成形孔型のフランジ圧下部の孔型深さを構成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。

（３）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により圧延するに際し，前記成形孔型の内幅に対して粗ユニバーサル圧延機の水平ロール胴幅を大きくして，その第１パスで粗形鋼片のウェブ内法を拡幅することを特徴とする（１）または（２）に記載の極厚Ｈ形鋼の圧延方法。

（４）前記粗ユニバーサル圧延機を２基以上配置し，先行する粗ユニバーサル圧延機はフランジ先端ほど厚みが小さくなるような関係になる水平ロール形状と竪ロール形状を有する圧延機として圧延することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の極厚Ｈ形鋼の圧延方法。

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。また，本発明によれば，従来の厚さのスラブからでもフランジ厚１００ｍｍ超の極厚Ｈ形鋼を製造することができる。

本発明においてスラブから１ヒート圧延で極厚Ｈ形鋼を製造する場合，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のような孔型列を用い，まずエッジング孔型１１〜１３により順次，スラブの短辺部を上下から幅方向に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１０のウェブ内法Ｈｉとほぼ同じか，少し小さくなるようなウェブ高さまで圧下する。

ここで，スラブ幅を従来よりも大きくして，フランジ先端がオーバーハングしない程度までドッグボーン鋼片６のフランジ肉量を大きくすることが効果的である。このドッグボーン鋼片６の断面形状について図１（ｃ）のようにフランジの付け根部および先端部の厚みをそれぞれｔｄ１，ｔｄ２と定義する。次に，成形孔型１４でこのドッグボーン鋼片６のウェブ厚を圧下するが，この成形孔型１４のフランジ圧下部の付け根部および先端部の厚みをそれぞれｔｋ１，ｔｋ２とすると，ドッグボーン鋼片６と成形孔型１４の関係は，式（１）の関係にあることが好ましい。
−０．１０≦（ｔｋ１−ｔｄ１）／ｔｄ１≦０．１５ （１）
ここで，コーナー部にＲがある場合やドッグボーン鋼片６のフランジ内面や成形孔型１４のフランジ圧下部内側が曲線状の場合には，ウェブ表面，フランジ内外面およびフランジ先端面と，それら各面に対向する成形孔型１４の各内面を平面に近似し，図１（ｃ）のように断面図においてそれら各面を示す直線を延長して得られる各交点間の距離でｔｄ１，ｔｄ２，ｔｋ１，ｔｋ２を定義すればよい。すなわち，この式（１）があらわすところは，図１（ａ）のようにドッグボーン鋼片６のウェブに対して成形孔型１４が接触する位置に重ね合わせた場合の，１つのフランジ部に関して，成形孔型１４のフランジ圧下部内側とドッグボーン鋼片６のフランジ内面との隙間と，成形孔型１４のフランジ圧下部外側とドッグボーン鋼片６のフランジ外面との隙間の和（プラスが隙間のある状態を表す）に相当する。この和がドッグボーン鋼片のフランジ付け根厚ｔｄ１に対して式（１）を満たすことにより，図２（ａ）のようにフランジ内側がきれいに整形され，適正な粗形鋼片７が成形できる。この式（１）の値が−０．１０以上，０．１５以下であれば，成形孔型１４による圧延の初期パスでコーナー部が圧下されない場合でも，成形孔型１４のフランジ部内側にテーパがあるため，パスを重ねるうちに圧下が施されるか，フランジ内面形状の整形に不都合は生じない。より望ましくはこの式（１）の値が０．１０以下であり，そうすればフランジ内側を確実に整形できる。一方，式（１）の値が−０．１０未満になる場合には，成形孔型１４でフランジ厚みを大きく減少させてしまううえ，過剰な場合には図２（ｂ）のように，粗形鋼片７にフランジのすり下げによる折れ込み疵７ａが生じたり，フランジ外側に噛み出し７ｂを発生させてしまう。また，式（１）の値が０．１５よりも大きい場合には，成形孔型１４の初期パスでコーナー部を圧下できず，図２（ｃ）のようにコーナー部の圧下領域と非圧下領域との境界に顕著な段が生じ，これが成形孔型１４での圧下を重ねるうちにフランジ内側の脚長中央部付近にまで到達して凹み状７ｃになる。こうなると，それ以降のユニバーサル圧延で消去するために多大なフランジ圧下を要することになる。

さらに好ましくは，ドッグボーン鋼片６のフランジ先端の厚みｔｄ２を成形孔型１４のフランジ圧下部先端の厚みｔｋ２およびフランジ圧下部部付け根の厚みｔｋ１に対して式（２）の関係にすることにより，成形孔型１４でフランジ先端の厚みが増加し，フランジ脚長中央部が凹み状になるのを抑制できる。
ｔｋ２≦ｔｄ２≦ｔｋ１−１０［ｍｍ］ （２）
ここで，左側の不等式（ｔｋ２≦ｔｄ２）の関係は，ｔｄ２がｔｋ２より小さい場合，言い換えれば，ｔｋ２がｔｄ２より大きい場合には，成形孔型１４によるフランジ先端の圧下によりフランジ先端付近の厚みのみがバルジングにより増加し，フランジ内側の中央付近に凹みが生じやすくなる。また，右側の不等式（ｔｄ２≦ｔｋ１−１０）はｔｄ２がｔｋ１−１０［ｍｍ］より大きくなると，成形孔型１４の初期パスでフランジをすり下げて折れ込み疵が発生することから決まってくる。なお，成形孔型１４でドッグボーン鋼片６のフランジ先端の厚みを圧下することで，フランジ肉量が出しにくいフランジ脚長の中央部分の厚みをわずかながら増加させる効果もある。

式（２）はｔｋ２を移項して下記の式（２）’のように示すことができる。
０≦ｔｄ２−ｔｋ２≦ｔｋ１−ｔｋ２−１０［ｍｍ］ （２）’
ｔｄ２−ｔｋ２は上記の説明の通り，フランジ先端の圧下しろを意味し，０［ｍｍ］以上である必要がある。また，右辺のｔｋ１−ｔｋ２−１０［ｍｍ］はフランジ先端へ向かってカリバーの狭まり量から１０ｍｍを差し引いた分を意味する。

また，成形孔型１４のフランジ部内側の鉛直線に対する傾斜角度θを式（３）の関係にすることにより，フランジ先端付近のバルジングを抑え，成形孔型１４で複数パスにわたりフランジ内面を整形でき，凹み発生の抑制につながる。
１０°≦θ≦２０° （３）
ここで，ウェブ厚の圧下による圧延方向への延びによってフランジ厚が減少するが，θが１０°未満の場合，パスを重ねるごとに成形孔型１４からフランジ内面が離れてしまい隙間が大きく生じることから決まってくる。このθは成形孔型１４からフランジが離れないように，１２°以上であることが好ましく，さらに好ましくは１３°以上であることが望ましい。一方，θが２０°よりも大きくなると，フランジ厚を成形孔型１４で直接圧下する作用が強くなることからフランジ厚みの減少が著しくなり，後に続くエッジャー圧延機３によるフランジ幅の圧下でフランジ厚みが増加しても適正なフランジ形状を得るには至らなくなる。なお，本発明は成形孔型１４のフランジ圧下部内側の形状を図１（ｃ）のように１つの直線で構成することに限定するものではなく，複数の線分で構成する場合にはその近似直線に対して当てはめて考えればよい。

本発明のもう一つの方法は，粗圧延機１で十分にフランジ厚みを造形できないフランジ脚長Ｌの中央部ややフランジ先端側の部位に対して，エッジャー圧延機３で通常よりもフランジ幅圧下量を大きくすることにより，バルジングを生じさせて十分なフランジ厚を確保することである。エッジャー圧延では，図３（ａ）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（フランジ外側），Ｂｆｉ（フランジ内側）はエッジャー圧延後のフランジ脚長Ｌ”の先端からほぼ３５％の範囲に相当する。ただし，フランジ幅圧下量を十分に確保すればフランジ脚長Ｌ”のほぼ５０％の範囲でも厚みは増加する。これにより本発明では，エッジャー圧延機３によるフランジ厚み増加効果を最大限に活用することにより，粗圧延機１では実現できなかったフランジ厚みの増加を図ることができる。

次に，その具体的方法を示す。通常は図６のように粗圧延後のフランジ脚長Ｌ’を製品１０のフランジ脚長Ｌとほぼ等しく設定し，粗ユニバーサル圧延によって増加するフランジ脚長分だけエッジャー圧延機３で圧下することによりフランジ幅を一定にし，フランジ先端形状および角を整えていた。しかし，本発明では，成形孔型１４よりもエッジャー圧延機３でフランジ幅圧下を行ったほうが，フランジ先端側の厚みの増加効率が高いことに着目して，粗圧延後のフランジ脚長Ｌ’が製品１０のフランジ脚長Ｌよりも１０%以上大きくなるように成形孔型１４のフランジ部孔型深さｄを大きくし，エッジャー圧延機３でフランジ幅の大圧下を行うことにより，図３（ａ）のように粗圧延でフランジ厚みが十分に整形できていない部位のフランジ厚を増加させる。

加えて，粗ユニバーサル圧延機２およびエッジャー圧延機３によりウェブとフランジの整形を行う際，粗ユニバーサル圧延でのフランジ幅変化も考慮して，エッジャー圧延機３での全パスにおけるフランジ幅の総圧下量を製品のフランジ脚長Ｌの２５％以上（≒上記「脚長Ｌよりも１０％以上」の両側分＋α）で，かつ１パスあたりのフランジ幅圧下量がフランジ脚長Ｌの４％以上のパスが５回以上あればさらに効果がある。これらの条件を満たすことで，フランジ幅を圧下した際にフランジ厚みを増加させにくいフランジ脚長Ｌの中央部やや上方付近（凹みが発生しやすい部位にも相当する）の厚みを効果的に増加でき，より大きなフランジ厚みの製品１０の製造が可能となる。これ以下の条件でも効果はあるが小さい。

しかしながら，エッジャー圧延機３でフランジ幅圧下量を増大させると，特にフランジ先端の厚みが著しく増加するため，粗ユニバーサル圧延機２で圧延した際に，フランジ先端の延伸によりフランジ脚長Ｌ中央部の肉引けが生じやすくなり，効果が半減する。そのために，前述のように式（２），（３）の関係で，粗圧延後のフランジ先端のフランジ厚みを予め小さくしておく。これによりエッジャー圧延機３でフランジ幅圧下量を大きくして先端のバルジングが増加しても，過剰にはならずフランジ内面の凹みが発生しにくい。

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１の成形孔型１４の内幅ｈｋを粗ユニバーサル圧延機２の水平ロール胴幅Ｈｕよりも小さくし，好ましくは，図４のように粗形鋼片７のウェブ面からフランジ脚長Ｌ’の１／４〜１／２の範囲にある距離Ｄの位置において，粗形鋼片７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，フランジ内面から水平ロール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２ａ側面との距離が大きく減少し，それ以降の粗ユニバーサル圧延パスにおいて，少ないフランジ厚の圧下で水平ロール２ａ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１０が得られる。より好ましくは，粗ユニバーサル圧延の初期パスでウェブ内法を拡幅する際に，ウェブ高さの増加がほとんど増加しないように竪ロール２ｂでウェブ高さの拡がりをほぼ拘束しつつ圧延すれば，フランジ内面と水平ロール２ａ側面との距離をさらに接近させることができ効果的である。また，成形孔型１４の内幅ｈｋを小さくすることにより，成形孔型１４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。

そのほか，図８（ａ），（ｂ）に示すように粗ユニバーサル圧延機を２基以上配置した圧延装置列において，先行する粗ユニバーサル圧延機２１は図５に示すように，フランジ先端ほど厚みが小さくなるような水平ロール２１ａと竪ロール２１ｂの形状として圧延することにより，フランジ先端の厚み圧下が取りやすくなる。なお，図８（ａ）に示す圧延装置列では，粗圧延機１と仕上げユニバーサル圧延機４の間において，エッジャー圧延機３１，粗ユニバーサル圧延機２１，粗ユニバーサル圧延機２２，エッジャー圧延機３２の順に配置している。また，図８（ｂ）に示す圧延装置列では，粗圧延機１と仕上げユニバーサル圧延機４の間において，粗ユニバーサル圧延機２１，エッジャー圧延機３，粗ユニバーサル圧延機２２の順に配置している。

ここで，それぞれのテーパ角度をθｈ，θｖとすると，θｈ−θｖを３〜８°とすることが望ましい。これにより過剰なバルジングの生成を抑えるとともに，フランジ内側を早期に整形し凹みの発生を抑制する。そして，エッジャー圧延の後半パスでフランジ先端側にバルジングが生じても過剰となることが抑制できる効果がある。

上記のように，フランジ先端方向へ向かってフランジ厚さを薄くしたり，エッジャー圧延でフランジ幅圧下量を大きくしたり，粗ユニバーサル圧延でウェブ内法を拡幅したりすると，フランジ圧下量を少なくすることができる。これにより全体の圧下量を少なくすることができるので，素材とするスラブの厚さを薄くすることができる。したがって，従来の厚さのスラブからでもフランジ厚１００ｍｍ超の極厚Ｈ形鋼を製造することができるようになった。

図８（ａ）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。素材は幅１６００ｍｍ，厚み３００ｍｍのスラブを用いた。このスラブを図７の孔型列で粗圧延し，図１で定義するエッジング圧延後のドッグボーン鋼片と成形孔型の形状の関係を表１のように設定した。この場合，４箇所のフランジの寸法差や長手方向の寸法変動は±１０ｍｍほどあったが，そのばらつきを考慮しても前記本発明の（１）に示した式（１）〜（３）を満足した。この成形孔型で圧延した後，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た。そして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。

本発明例１の条件では，最大フランジ厚１２４．７１ｍｍの製品においても寸法形状が良好で，フランジ内面に問題となる凹みや疵の発生もなく，フランジ先端の角落ちも生じなかった。成形孔型で圧延後の粗形鋼片のフランジ脚長が，製品のフランジ脚長よりも４％だけ大きい本発明例２の条件では，１つ下のフランジ厚サイズ１１４．８１ｍｍまで圧延して良好な製品を得た。本発明例３〜５の条件でも前記本発明の（１）に示した式（１）〜（３）を満足しているので，フランジ厚サイズ１１４．８１ｍｍまたはフランジ厚サイズ１０５．６６ｍｍの良好な製品を問題なく製造できた。なお，本発明の方法では，粗圧延後のフランジ先端の厚みが過大になる心配がないため，スラブ幅を十分に大きくできたことの効果も大きい。

一方，表１の比較例１〜３に示した形状の成形孔型で圧延を行った結果，成形孔型圧延でフランジ内側に凹みが生じたり，フランジ先端の厚みが過大となったりした。これらは前記本発明の（１）に示した式（１）〜（３）の少なくともいずれかを満たしていない。このことにより，比較例１ではフランジ厚１２４．７１ｍｍの製品のフランジ内側には１２ｍｍの深さの凹みが残存した。また，比較例２，３の条件でフランジ内側の凹みが完全に消去するまで圧延をして製造できた最大フランジ厚サイズは１００ｍｍ未満であり本発明に比べ小さいものであった。

また，本発明例１の方法では同スラブから同じ成形孔型を用いて，ウェブ高５３１．４ｍｍ，フランジ幅４４２．３ｍｍ，ウェブ厚６５．９１ｍｍ，フランジ厚１０５．６６ｍｍの製品も１ヒートで良好に製造できた。なお，ここでは粗ユニバーサル圧延機を２基配置した圧延装置列（図８（ａ）に示す圧延装置列）で製造を行ったが，１基の場合についても製造にはまったく問題ない。

次に，成形孔型の内側傾斜角度θを１５°，内幅ｈｋ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脚長中央部のやや下方から水平ロールが接触する関係にした。実施例１の本発明例３の条件に対して，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，フランジ内側の表面性状は格段に向上し，良好なフランジ厚１２４．７１ｍｍの製品を安定的に製造できた。

さらに，１４×１６インチシリーズの極厚Ｈ形鋼を，幅１４００ｍｍ，厚み２４０ｍｍのスラブを用いて製造した。ドッグボーン鋼片と成形孔型の関係を数式（１）〜（３）を満足するようにして決定し，さらに成形孔型圧延後のフランジ脚長を製品のフランジ脚長に対して１１％大きくし，先行する第１粗ユニバーサル圧延機では，水平ロールと竪ロールのテーパ角度の差θｈ―θｖを５°とし，実施例２と同様の関係でその初期パスでウェブ内法を拡幅して圧延した。その結果，フランジ内側の凹みやフランジ先端の角落ちを生じることなく，ウェブ高５３１．４ｍｍ，フランジ幅４４２．３ｍｍ，ウェブ厚６５．９１ｍｍ，フランジ厚１０５．６６ｍｍの良好な製品が製造できた。

本発明は，例えばフランジ厚が１００ｍｍを超え，フランジ幅およびウェブ高さが４００ｍｍを超える極厚Ｈ形鋼の圧延に適用できる。

本発明におけるドッグボーン鋼片の断面形状と成形孔型形状の適正な関係についての説明図である。 ドッグボーン鋼片の断面形状と成形孔型形状の関係で成形されるフランジ形状の説明図である。 本発明および従来の圧延で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。 本発明における第１粗ユニバーサル圧延機のロール形状の説明図である。 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。 Ｈ形鋼の圧延装置列の一例を示す概略図である。 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
６ ドッグボーン鋼片
７ 粗形鋼片
１０ 製品
１１〜１３ １エッジング孔型
１４ 成形孔型

Claims (4)

1. ドッグボーン鋼片から成形孔型によりウェブ厚を圧下して粗形鋼片に造形し，続いて粗ユニバーサル圧延およびエッジャー圧延で成形するＨ形鋼の圧延方法において，ドッグボーン鋼片の断面形状と成形孔型形状の関係が式（１）〜（３）を満たすようにして圧延することを特徴とする極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
   −０．１０≦（ｔｋ１−ｔｄ１）／ｔｄ１≦０．１５ （１）
   ｔｋ２≦ｔｄ２≦ｔｋ１−１０［ｍｍ］ （２）
   １０°≦θ≦２０° （３）
   ここで，ｔｄ１：ドッグボーン鋼片のフランジ付け根厚，ｔｄ２：ドッグボーン鋼片のフランジ先端厚，ｔｋ１：成形孔型のフランジ圧下部の付け根厚，ｔｋ２：成形孔型のフランジ圧下部の先端厚，θ：鉛直線に対する成形孔型のフランジ圧下部内面の傾斜角度である。
2. 成形孔型で圧延後の粗形鋼片のフランジ脚長が，製品のフランジ脚長よりも１０％以上大きくなるように成形孔型のフランジ圧下部の孔型深さを構成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。
3. 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により圧延するに際し，前記成形孔型の内幅に対して粗ユニバーサル圧延機の水平ロール胴幅を大きくして，その第１パスで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または２に記載の極厚Ｈ形鋼の圧延方法。
4. 前記粗ユニバーサル圧延機を２基以上配置し，先行する粗ユニバーサル圧延機はフランジ先端ほど厚みが小さくなるような関係になる水平ロール形状と竪ロール形状を有する圧延機として圧延することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の極厚Ｈ形鋼の圧延方法。

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