JP5831139B2

JP5831139B2 - Ｈ形鋼製造用粗圧延機

Info

Publication number: JP5831139B2
Application number: JP2011238917A
Authority: JP
Inventors: 高嶋　由紀雄; 由紀雄高嶋; 山内　亮太; 亮太山内; 悦男東; 智康桜井; 田中　誠一; 誠一田中
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: JP2013094804A

Description

本発明は、Ｈ形鋼を熱間圧延により製造するときに用いられる粗圧延機に関する。

Ｈ形鋼を熱間圧延により製造する方法として、断面が矩形のスラブやブルーム、あるいはＨ形断面に鋳造されたビームブランクなどのＨ形鋼素材を図８に示す圧延設備の２重式粗圧延機ＢＤにより製品寸法に応じた断面形状に造形圧延し、次いで粗ユニバーサル圧延機ＵＲとエッジャー圧延機Ｅを用いた中間圧延工程でＨ形鋼素材のウェブ厚やフランジ外形寸法を製品寸法に近づけた後、仕上ユニバーサル圧延機ＵＦによる仕上圧延工程でＨ形鋼素材のウェブを軽圧下すると共にフランジを垂直に成形して製品寸法に仕上げる方法が知られている。

このような方法でＨ形鋼を製造する場合、ビームブランクはウェブ高さとフランジ幅の異なるものが多くても数種類しかないため、例えば４００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲でウェブ高さが５０〜１００ｍｍごとに異なる複数種類のＨ形鋼を製造する場合には、ビームブランクのウェブ高さを製品寸法に応じて大きくする必要がある。
また、ビームブランクだけでなくスラブやブルームからＨ形鋼を製造する場合も粗圧延機でＨ形断面に造形圧延されたスラブやブルームのウェブ高さを拡大できれば１種類の孔型ロールで複数種類のＨ形鋼を製造することができ、これにより、ロール保有数の削減や製造コストの低減を図ることが可能となる。

そこで、Ｈ形断面に鋳造または圧延されたＨ形鋼素材のウェブ高さを拡大するための技術として、特許文献１には、図９に示されるように、粗圧延機の上側孔型ロール１と下側孔型ロール２との間に形成された孔型の中央部に孔型ロール１，２の周面部から突出するフランジ押し広げ用凸部４を形成し、このフランジ押し広げ用凸部４によりＨ形鋼素材５のフランジ５ａをフランジ外面側に押し広げてＨ形鋼素材５のウェブ高さＨを拡大する技術が開示されている。

また、特許文献２には、図１０に示されるように、フランジ押し広げ用凸部４による押し広げをＨ形鋼素材５のフランジ内面から開始し、フランジ押し広げ用凸部４がＨ形鋼素材５のフランジ内面に接触したときのフランジ先端からフランジ押し広げ用凸部４の周面部４ａまでの距離Ｄと、フランジ押し広げ用凸部４がＨ形鋼素材５のウェブ表面に接触したときのフランジ外面と孔型外側面との距離Ｃとを適切な範囲に設定してＨ形鋼素材のウェブ高さを大きくする技術が開示されている。

特公昭５５−３０９２１号公報特許第４１６７５７２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、フランジ押し広げ用凸部４の周面部４ａと左右側面部４ｂ，４ｃとのコーナー部４ｄを１つの円弧から形成し、このコーナー部４ｄをＨ形鋼素材５のフランジ先端内側コーナー部５ｃに最初に接触させてウェブ高さの拡大を行っているため、コーナー部４ｄの曲率半径を大きくしてウェブ高さの拡大量を大きくしようとすると、Ｈ形鋼素材５のウェブ５ｂをフランジ押し広げ用凸部４の周面部４ａにより軽圧下したときにＨ形鋼素材５のウェブ５ｂとフランジ内面とを繋ぐ円弧状湾曲部５ｄの曲率半径が大きくなる。このため、粗ユニバーサル圧延機ＵＲの水平ロールコーナー部で円弧状湾曲部５ｄを圧下する際の圧下量が大きくなり、製品品質を低下させる疵がＨ形鋼素材に発生したり、粗ユニバーサル圧延機ＵＲの水平ロールコーナー部に摩耗や損傷が生じたりするという問題があった。なお、特許文献１には、コーナー部４ｄの曲率半径が大きい孔型でＨ形鋼素材５を粗圧延した後、コーナー部４ｄの曲率半径が適切な別の孔型でＨ形鋼素材５を整形してから粗ユニバーサル圧延機ＵＲに搬送することが開示されているが、粗圧延機のロール幅が限られているため、孔型の数を増やすことは困難である。

一方、特許文献２に開示された技術では、フランジ押し広げ用凸部４のコーナー部４ｄをＨ形鋼素材５のフランジ内面に最初に接触させてウェブ高さの拡大を行うため、上記のような問題が生じることはないが、特許文献１に開示された技術に比べて、ウェブ高さの拡大量を大きくすることが難しいという問題があった。また、特許文献２に開示された技術では、孔型を設計する際に想定したフランジの外面形状が実際に圧延する場合の形状と異なる場合には、距離Ｄが設計値と異なるため、安定圧延範囲から外れる可能性があり、孔型設計段階での不確実性という問題もあった。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ウェブ高さが４００ｍｍ〜１０００ｍｍのＨ形鋼を製造する際にＨ形断面に鋳造または圧延されたＨ形鋼素材の粗圧延をウェブ高さの拡大量が大きい場合でも安定して行うことのできるＨ形鋼製造用粗圧延機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、Ｈ形断面に鋳造または圧延されたＨ形鋼素材のフランジ内面をフランジ外面側に押し拡げる上下一対のフランジ押し広げ用凸部を、上側孔型ロールと下側孔型ロールとの間に形成された孔型の中央部に有するＨ形鋼製造用粗圧延機であって、前記フランジ押し広げ用凸部の周面部と左右側面部とのコーナー部を連続した２つの円弧から形成し、該２つの円弧のうち前記周面部と繋がる第１円弧の曲率半径を３０ｍｍ〜８０ｍｍとし、前記左右側面部と繋がる第２円弧の曲率半径を前記第１円弧の曲率半径より大きく、かつ、前記Ｈ形鋼素材のフランジ先端内側コーナー部に最初に接触する曲率半径としたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のＨ形鋼製造用粗圧延機において、前記第２円弧の曲率半径を２００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下の曲率半径としたことを特徴とする。

本発明によれば、Ｈ形鋼素材のフランジ内面とウェブ表面とを繋ぐ湾曲部の曲率半径がウェブ高さの拡大に伴って大きくなり過ぎることがなく、これにより、粗ユニバーサル圧延機の水平ロールコーナー部でＨ形鋼素材の湾曲部を圧下したときに圧下量が大きくなり過ぎて製品品質を低下させる疵がＨ形鋼素材に発生したり、粗ユニバーサル圧延機の水平ロールコーナー部に摩耗や損傷が発生したりすることを抑制することが可能となるので、Ｈ形断面に鋳造または圧延されたＨ形鋼素材の粗圧延をウェブ高さの拡大量が大きい場合でも安定して行うことができる。

本発明の一実施形態に係るＨ形鋼製造用粗圧延機の孔型ロールの一部を示す図である。図１のＡ部を拡大して示す図である。フランジ押し広げ用凸部のコーナー部に形成された第２円弧の曲率半径の上限を説明するための図である。交点間距離と第２円弧の曲率半径との関係を示す図である。フランジ押し広げ用凸部のコーナー部に形成された第２円弧がＨ形鋼素材のフランジ先端内側コーナー部に接触した状態を示す図である。Ｈ形鋼素材のフランジがフランジ押し広げ用凸部によりフランジ外面側に押し広げられた状態を示す図である。フランジ押し広げ用凸部のコーナー部を１つの円弧から形成した場合と２つの円弧から形成した場合の違いを説明するための図である。Ｈ形鋼を製造するときに用いられる圧延設備の一例を示す図である。特許文献１に開示された技術を説明するための図である。特許文献２に開示された技術を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の一実施形態に係るＨ形鋼製造用粗圧延機は、図１に示されるように、上側孔型ロール１と下側孔型ロール２との間に形成された孔型３の中央部に上下一対のフランジ押し広げ用凸部４を有している。
フランジ押し広げ用凸部４は図９に示すＨ形鋼素材５、すなわちＨ形断面に鋳造または圧延されたＨ形鋼素材５のフランジ５ａをフランジ外面側に押し広げるものであって、孔型ロール１，２の周面部に全周にわたって形成されている。

また、フランジ押し広げ用凸部４は周面部４ａと左右側面部４ｂ，４ｃを有し、これらの周面部４ａと左右側面部４ｂ，４ｃとのコーナー部４ｄは、図２に示されるように、連続した２つの円弧Ｒ１，Ｒ２から形成されている。これらの円弧Ｒ１，Ｒ２のうちフランジ押し広げ用凸部４の周面部４ａと繋がる第１円弧Ｒ１は、３０〜８０ｍｍの曲率半径でフランジ押し広げ用凸部４のコーナー部４ｄに形成されている。

一方、フランジ押し広げ用凸部４の左右側面部４ｂ，４ｃと繋がる第２円弧Ｒ２は、第１円弧Ｒ１より大きい曲率半径、好ましくはＨ形鋼素材５のフランジ先端内側コーナー部５ｃに最初に接触する曲率半径、より好ましくは２００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下の曲率半径でフランジ押し広げ用凸部４のコーナー部４ｄに形成されている。なお、フランジ押し広げ用凸部４の左右側面部４ｂ，４ｃは周面部４ａに対して例えば７０°の広がり角度で傾斜する傾斜面となっている。

ここで、第２円弧Ｒ２の曲率半径の下限を２００ｍｍとした理由は、第２円弧Ｒ２の曲率半径が２００ｍｍ未満であるとＨ形鋼素材５のウェブ高さＨを安定して大きくすることが困難となるためである。
また、第２円弧Ｒ２の曲率半径の上限を２０００ｍｍとした理由は、以下の理由からである。すなわち、図３に示すように、フランジ押し広げ用凸部４の周面部４ａに対する左右側面部４ｂ，４ｃの傾斜角度をθ（°）、フランジ押し広げ用凸部４の左右側面部４ｂ，４ｃと第２円弧Ｒ２との接続点をＴ、フランジ押し広げ用凸部４の周面部４ａを延長した線から点Ｔまでの高さをｈ、フランジ押し広げ用凸部４の周面部４ａを延長した線と左右側面部４ｂ，４ｃを延長した線とが交わる交点をＣ１、第２円弧Ｒ２を延長した線がフランジ押し広げ用凸部４の周面部４ａを延長した線と交わる交点をＣ２、交点Ｃ１と交点Ｃ２との間の交点間距離をｄとすると、交点間距離ｄは傾斜角度θ、高さｈおよび第２円弧Ｒ２の曲率半径によって決まる。そして、傾斜角度θをθ＝７０°、高さｈをｈ＝１８０ｍｍとした場合、図４に示すように、第２円弧Ｒ２の曲率半径が２０００ｍｍを超えると交点間距離ｄが１０ｍｍ以下となり、これに伴いウェブ高さＨの拡大量ｗも小さくなってしまうため、第２円弧Ｒ２の曲率半径の上限を２０００ｍｍとした。

このようなＨ形鋼製造用粗圧延機の孔型３にＨ形鋼素材５を挿入した後、上側孔型ロール１を下降させると、図５に示すように、フランジ押し広げ用凸部４の第２円弧Ｒ２がＨ形鋼素材５のフランジ先端内側コーナー部５ｃに接触する。そして、上側孔型ロール１をさらに下降させると、図６に示すように、Ｈ形鋼素材５のフランジ５ａがフランジ押し広げ用凸部４によってフランジ外面側に押し広げられ、これにより、Ｈ形鋼素材５のウェブ高さＨが拡大する。

このとき、フランジ押し広げ用凸部４の第１円弧Ｒ１はＨ形鋼素材５のウェブ５ｂとフランジ内面とを繋ぐ円弧状湾曲部５ｄに当接するが、第１円弧Ｒ１の曲率半径が円弧状湾曲部５ｄ（図５参照）の曲率半径とほぼ同じ曲率半径、すなわち３０〜８０ｍｍの曲率半径となっているため、円弧状湾曲部５ｄの曲率半径がウェブ高さＨの拡大に伴って大きくなり過ぎることがない。

したがって、粗ユニバーサル圧延機の水平ロールコーナー部でＨ形鋼素材５の湾曲部５ｄを圧下したときに圧下量が大きくなり過ぎて製品品質を低下させる疵がＨ形鋼素材５に発生したり、粗ユニバーサル圧延機の水平ロールコーナー部に摩耗や損傷が発生したりすることを抑制することが可能となるので、ウェブ高さが４００ｍｍ〜１０００ｍｍのＨ形鋼を製造する際にＨ形断面に鋳造または圧延されたＨ形鋼素材の粗圧延をウェブ高さの拡大量が大きい場合でも安定して行うことができる。

また、フランジ押し広げ用凸部４のコーナー部４ｄを１つの円弧Ｒ１から形成した場合と２つの円弧Ｒ１，Ｒ２から形成した場合とでコーナー部４ｄがＨ形鋼素材５のフランジ先端内側コーナー部５ｃに接触する角度αを比較すると、図７に示すように、角度αは、コーナー部４ｄを２つの円弧Ｒ１，Ｒ２から形成し、側面部４ａ，４ｃと繋がる円弧Ｒ２の曲率半径を周面部４ａと繋がる円弧Ｒ１の曲率半径よりも大きくしたほうが大きくなることがわかる。そして、角度αが大きくなるということは、圧延が安定化するということであり、ウェブ高さを大きくしても圧延の安定性を確保できるということである。よって、Ｈ形鋼素材のウェブ高さを粗圧延工程で高くしてウェブ高さが４００ｍｍ〜１０００ｍｍのＨ形鋼を製造することができる。

ウェブ厚８０ｍｍ、フランジ幅４８０ｍｍ、ウェブ高さ８００ｍｍのＨ形鋼素材を図１に示す孔型３で圧延し、ウェブ高さの拡大を行った。このとき、フランジ押し広げ用凸部４の左右側面部４ｂ，４ｃの傾斜角度を７０°、第１円弧Ｒ１の曲率半径を５０ｍｍ、第２円弧Ｒ２の曲率半径３００ｍｍ、図３に示す高さｈをｈ＝１２０ｍｍ、交点間距離ｄをｄ＝３７．１ｍとした。

Ｈ形鋼素材のフランジをフランジ押し広げ用凸部４によりフランジ外面側に押し広げたときにウェブ高さの拡大量ｗが１００ｍｍとなり、また第２円弧Ｒ２がＨ形鋼素材のフランジ先端内側コーナー部に最初に接触するように孔型形状を設計し、ウェブ高さの拡大を行った。
ウェブ高さの拡大に際しては、Ｈ形鋼素材のウェブを実質的に圧下しないロールギャップで圧延を行った。１０本のＨ形鋼素材を孔型に通してウェブ高さの拡大を行ったところ、すべてのＨ形鋼素材で安定した圧延が行われ、予定通り１００ｍｍのウェブ高さ拡大が実施でき、ウェブ高さが９００ｍｍとなった。

次に、ウェブ高さが９００ｍｍになったＨ形鋼素材を、図１の上側孔型ロール１と下側孔型ロール２との間に形成された別の孔型（図示せず）に通してウェブ高さの拡大を実施した。この孔型の中央部に形成されたフランジ押し広げ用凸部の左右側面部の傾斜角度を７０°とし、第２円弧の曲率半径を３００ｍｍ、第１円弧の曲率半径を５０ｍｍ、図３に示す接点Ｔまでの高さｈを１２０ｍｍ、交点間距離ｄを３７．１ｍｍとした。ウェブ高さ拡大量が１００ｍｍとなるように孔型の幅方向の寸法を設計し、ロール間隔を８０ｍｍに設定してウェブ高さ拡大圧延を行った。その結果、ウェブ高さは９９８ｍｍとなり、ほぼ目標のウェブ高さに圧延することができた。また、１０本のＨ形鋼素材を圧延したところ、すべてのＨ形鋼素材を安定して圧延でき、Ｈ形鋼素材にねじれや曲りは発生しなかった。

比較例として、同じ寸法のＨ形鋼素材を別に１０本用意し、フランジ押し広げ用凸部の繋ぎ部が１つの円弧（曲率半径：５０ｍｍ）からなるものでウェブ高さの拡大圧延を行った。本発明の実施例と同様にロール間隔を８０ｍｍに設定して圧延を行ったが、１０本のＨ形鋼素材のうち４本で捻れがＨ形鋼素材に発生したため、圧延を途中で中止した。また、残りの３本は比較的小さな捻れで圧延ができたものの、フランジ内面の先端が潰れたり、左右のフランジの形状が異なるなど、Ｈ形鋼素材の断面形状が圧延後に上下左右で非対称となった。

上述した本発明の一実施形態では、上側孔型ロールと下側孔型ロールとの間に１つの孔型が形成されているものを例示したが、複数の孔型が上側孔型ロールと下側孔型ロールとの間に形成されていてもよく、各孔型の中央部にフランジ押し広げ用凸部が形成されていてもよい。

ＢＤ…粗圧延機
ＵＲ…粗ユニバーサル圧延機
Ｅ…エッジャー圧延機
ＵＦ…仕上ユニバーサル圧延機
１…上側孔型ロール
２…下側孔型ロール
３…孔型
４…フランジ押し広げ用凸部
４ａ…フランジ押し広げ用凸部の周面部
４ｂ，４ｃ…フランジ押し広げ用凸部の左右側面部
４ｄ…フランジ押し広げ用凸部の繋ぎ部
５…Ｈ形鋼素材
５ａ…Ｈ形鋼素材のフランジ
５ｂ…Ｈ形鋼素材のウェブ
５ｃ…Ｈ形鋼素材のフランジ先端内側コーナー部
Ｒ１…第１円弧
Ｒ２…第２円弧

Claims

Ｈ形断面に鋳造または圧延されたＨ形鋼素材のフランジ内面をフランジ外面側に押し拡げる上下一対のフランジ押し広げ用凸部を、上側孔型ロールと下側孔型ロールとの間に形成された孔型の中央部に有するＨ形鋼製造用粗圧延機であって、
前記フランジ押し広げ用凸部の周面部と左右側面部とのコーナー部を連続した２つの円弧から形成し、該２つの円弧のうち前記周面部と繋がる第１円弧の曲率半径を３０ｍｍ〜８０ｍｍとし、前記左右側面部と繋がる第２円弧の曲率半径を前記第１円弧の曲率半径より大きく、かつ、前記Ｈ形鋼素材のフランジ先端内側コーナー部に最初に接触する曲率半径としたことを特徴とするＨ形鋼製造用粗圧延機。
前記第２円弧の曲率半径を２００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下の曲率半径としたことを特徴とする請求項１に記載のＨ形鋼製造用粗圧延機。