JP6593456B2 - Ｈ形鋼の製造方法及びｈ形鋼製品 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１６年１月７日に日本国に出願された特願２０１６−００２０７２号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。

本発明は、例えば矩形断面であるスラブ等を素材としてＨ形鋼を製造する製造方法及びＨ形鋼製品に関する。

Ｈ形鋼を製造する場合には、加熱炉から抽出されたスラブやブルーム等の素材を粗圧延機（ＢＤ）によって粗形材（所謂ドッグボーン形状の被圧延材）に造形し、中間ユニバーサル圧延機によって上記粗形材のウェブやフランジの厚さを圧下し、併せて前記中間ユニバーサル圧延機に近接したエッジャー圧延機によって被圧延材のフランジに対し幅圧下や端面の鍛錬と整形が施される。そして、仕上ユニバーサル圧延機によってＨ形鋼製品が造形される。

このようなＨ形鋼の製造方法において、矩形断面であるスラブ素材から所謂ドッグボーン形状の粗形材を造形する方法として種々の技術が創案されている。例えば特許文献１には、矩形断面素材に対し、ボックス孔型間のロールカラー部に形成された割り入れ突部を用いて素材端部に溝を入れ、ボックス孔型と割り入れ突部を併用して大サイズの粗形鋼片（ドッグボーン形状素材）を得る技術が開示されている。また、例えば特許文献２には、粗圧延工程の第１の孔型においてスラブ端面に割り込みを入れた後、第２以降の孔型において当該割り込みを割広げる、又は、割り込み深さを深くさせエッジング圧延を行い、それ以降の孔型にてスラブ端面の割り込みを消去する技術が開示されている。

特開昭６０−２１１０１号公報 特開平７−８８５０１号公報

近年、構造物等の大型化に伴い大型のＨ形鋼製品の製造が望まれている。特にＨ形鋼の強度・剛性に大きく寄与するフランジを従来に比べて広幅化した製品が望まれている。フランジが広幅化されたＨ形鋼製品を製造するためには、粗圧延工程における造形から従来に比べフランジ幅の大きな被圧延材を造形する必要がある。

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、割り込みを入れたスラブ等の素材に対して、特に割り込み形状の変遷等を経ずに、即座に底面がフラット形状のボックス孔型によってエッジング圧延を行い、フランジ相当部を造形しており、このような方法では被圧延材の形状を急激に変化させることに伴う形状不良が生じやすい。特に、このような造形における被圧延材の形状変化は、被圧延材とロールとの接触部の力と、被圧延材の曲げ剛性との関係によって定まるものであり、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼を製造する場合には形状不良がより生じやすいといった問題がある。

また、例えば上記特許文献２に開示されている技術では、スラブ等の素材の端面（スラブ端面）に割り込みを入れ、当該端面をエッジングし、その幅拡がりを利用して粗圧延を行う方法では、フランジの広幅化に限界がある。即ち、従来の粗圧延方法においてフランジの広幅化を図るためにはウェッジ設計（割り込み角度の設計）、圧下調整、潤滑調整といった技術により幅拡がりの向上が図られるが、いずれの方法もフランジ幅に大幅に寄与するものではないため、エッジング量に対するフランジ幅の拡がり量の比率を示す幅拡がり率は、エッジングの初期段階の効率が最も高い条件でも０．８程度であり、同一孔型でエッジングを繰り返す条件では、フランジ幅の拡がり量が大きくなるにつれて低下し、最終的には０．５程度になることが知られている。また、スラブ等の素材自体を大型化し、エッジング量を大きくすることも考えられるが、粗圧延機の設備規模や圧下量等には装置限界があるため十分な製品フランジの広幅化が実現されないといった事情がある。

また、フランジが広幅化されたＨ形鋼製品を製造する際には、粗圧延工程における造形から従来に比べフランジ幅の大きな被圧延材を造形するために、粗圧延工程やその後の圧延工程において従来にはなかった形状不良等の問題点があることが懸念され、その解消方法の実現が求められている。

このような事情に鑑み、本発明の目的は、Ｈ形鋼を製造する際の孔型を用いた粗圧延工程において、スラブ等の素材の端面に鋭角の先端形状をした突起部で深く割り込みを入れ、それによって形成されたフランジ部を順次折り曲げることによって、被圧延材における形状不良の発生を抑制させ、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼製品を効率的且つ安定的に製造すると共に、粗圧延工程での平造形孔型を用いた造形において形状不良を生じさせないようなＨ形鋼の製造技術を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明によれば、粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を備えたＨ形鋼の製造方法であって、前記粗圧延工程を行う圧延機には、被圧延材を造形する５以上の複数の孔型が刻設され、当該複数の孔型では被圧延材の１又は複数パス造形が行われ、前記複数の孔型のうち第１孔型及び第２孔型には、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れる突起部が形成され、前記複数の孔型のうち第２孔型以降では少なくとも１パス以上の造形において被圧延材の端面と孔型周面とが接触した状態で圧下が行われ、前記複数の孔型のうち最終孔型を除く第３孔型以降では前記割り込みによって成形された分割部位を順次折り曲げる工程が行われ、前記複数の孔型のうち最終孔型は平造形孔型であり、当該平造形孔型における圧延造形はプルダウン率を１．０以下とする圧延条件で行われることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。
なお、プルダウン率とは、平造形孔型における被圧延材の、「フランジ幅減少量／ウェブ厚減少量」を示すものである。

寸法１５００ｍｍ×６００ｍｍＨ形鋼の製造において、前記平造形孔型における圧延造形は、圧延造形後の被圧延材のウェブ厚みが１６０ｍｍ以上となる圧延条件で行われても良い。

本発明によれば、Ｈ形鋼を製造する際の孔型を用いた粗圧延工程において、スラブ等の素材の端面に鋭角の先端形状をした突起部で深く割り込みを入れ、それによって形成されたフランジ部を順次折り曲げることによって、被圧延材における形状不良の発生を抑制させ、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼製品を効率的且つ安定的に製造すると共に、粗圧延工程での平造形孔型を用いた造形において形状不良を生じさせないようなＨ形鋼の製造技術が実現される。

Ｈ形鋼の製造ラインについての概略説明図である。 第１孔型の概略説明図である。 第２孔型の概略説明図である。 第３孔型の概略説明図である。 第４孔型の概略説明図である。 第５孔型（平造形孔型）の概略説明図である。 第４孔型での造形後の被圧延材に対し、従来より既知の構成・形状を有する平造形孔型を用いて、従来の圧延条件にて圧延造形を実施した場合の概略説明図である。 第５孔型において圧延が進んだ時の、被圧延材のフランジ幅とウェブ厚との関係ならびに、ウェブ厚とプルダウン率との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本実施の形態にかかる圧延設備１を含むＨ形鋼の製造ラインＴについての説明図である。図１に示すように、製造ラインＴには上流側から順に、加熱炉２、サイジングミル３、粗圧延機４、中間ユニバーサル圧延機５、仕上ユニバーサル圧延機８が配置されている。また、中間ユニバーサル圧延機５に近接してエッジャー圧延機９が設けられている。なお、以下では、説明のために製造ラインＴにおける鋼材を、総称して「被圧延材Ａ」と記載し、各図において適宜その形状を破線・斜線等を用いて図示する場合がある。

図１に示すように、製造ラインＴでは、加熱炉２から抽出された例えばスラブ１１等の被圧延材Ａがサイジングミル３ならびに粗圧延機４において粗圧延される。次いで、中間ユニバーサル圧延機５において中間圧延される。この中間圧延時には、必要に応じてエッジャー圧延機９によって被圧延材の端部等（後述するフランジ部８０）に対して圧下が施される。通常の場合、サイジングミル３及び粗圧延機４のロールには、合わせて４〜６個程度の孔型が刻設されており、これらを経由して１０数パス程度のリバース圧延でＨ形粗形材１３が造形され、該Ｈ形粗形材１３を前記中間ユニバーサル圧延機５−エッジャー圧延機９の２つの圧延機からなる圧延機列を用いて、複数パスの圧下が加えられ、中間材１４が造形される。そして中間材１４は、仕上ユニバーサル圧延機８において製品形状に仕上圧延され、Ｈ形鋼製品１６が製造される。

次に、以下では図１に示したサイジングミル３及び粗圧延機４に刻設される孔型構成や孔型形状について図面を参照して説明する。図２〜図６は粗圧延工程を行うサイジングミル３及び粗圧延機４に刻設される孔型についての概略説明図である。ここで、説明する第１孔型〜第４孔型は、例えばサイジングミル３に全て刻設されても良く、サイジングミル３及び粗圧延機４に第１孔型〜第５孔型の５つの孔型が分けて刻設されても良い。即ち、第１孔型〜第４孔型はサイジングミル３及び粗圧延機４の両方に亘って刻設されても良く、どちらか一方の圧延機に刻設されても良い。通常のＨ形鋼の製造における粗圧延工程では、これら各孔型において１又は複数パスでの造形が行われる。

また、本実施の形態では刻設される孔型が５つの場合を例示して説明するが、その孔型数についても、必ずしも５孔型である必要はなく、５以上の複数の孔型数であっても良い。即ち、Ｈ形粗形材１３を造形するために好適な孔型構成であれば良い。なお、図２〜図６では、各孔型における造形時の被圧延材Ａの概略最終パス形状を破線にて図示している。

図２は第１孔型Ｋ１の概略説明図である。第１孔型Ｋ１は、一対の水平ロールである上孔型ロール２０と下孔型ロール２１に刻設され、これら上孔型ロール２０と下孔型ロール２１のロール隙において被圧延材Ａが圧下・造形される。また、上孔型ロール２０の周面（即ち、第１孔型Ｋ１の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部２５が形成されている。更に、下孔型ロール２１の周面（即ち、第１孔型Ｋ１の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部２６が形成されている。これら突起部２５、２６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部２５と突起部２６とでそれぞれ等しく構成されている。突起部２５、２６の高さ（突出長さ）をｈ１とし、先端部角度をθ１ａとする。

この第１孔型Ｋ１においては、突起部２５、２６が被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に押し当てられ、割り込み２８、２９が形成される。ここで、突起部２５、２６の先端部角度（ウェッジ角度とも呼称される）θ１ａは例えば２５°以上４０°以下であることが望ましい。

ここで、第１孔型Ｋ１の孔型幅は、被圧延材Ａの厚み（即ち、スラブ厚）とほぼ等しいことが好ましい。具体的には、第１孔型Ｋ１に形成された突起部２５、２６の先端部における孔型の幅と、スラブ厚を同一にすることで、被圧延材Ａの左右センタリング性が好適に確保される。また、このような孔型寸法の構成とすることで、図２に示すように、第１孔型Ｋ１での造形時において、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）においては、上記突起部２５、２６及び孔型側面（側壁）の一部が被圧延材Ａと接していて、割り込み２８、２９により４つの要素（部位）に分割されたスラブ上下端部に対して、第１孔型Ｋ１の上面及び底面にて積極的な圧下が行われない方が好ましい。孔型の上面及び底面による圧下は、被圧延材Ａの長手方向への伸びを生じさせてしまい、フランジ（後述するフランジ部８０）の生成効率を低下させてしまうからである。即ち、第１孔型Ｋ１においては、突起部２５、２６が被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に押し当てられ、割り込み２８、２９が形成される際の突起部２５、２６における圧下量（ウェッジ先端圧下量）は、スラブ上下端部における圧下量（スラブ端面圧下量）よりも十分に大きなものとされ、これにより割り込み２８、２９が形成される。

図３は第２孔型Ｋ２の概略説明図である。第２孔型Ｋ２は、一対の水平ロールである上孔型ロール３０と下孔型ロール３１に刻設される。上孔型ロール３０の周面（即ち、第２孔型Ｋ２の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部３５が形成されている。更に、下孔型ロール３１の周面（即ち、第２孔型Ｋ２の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部３６が形成されている。これら突起部３５、３６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部３５と突起部３６とでそれぞれ等しく構成されている。これら突起部３５、３６の先端部角度は２５°以上４０°以下のウェッジ角度θ１ｂであることが望ましい。

なお、上記第１孔型Ｋ１のウェッジ角度θ１ａは、フランジ相当部の先端部厚みを確保し、誘導性を高め、圧延の安定性を担保するために、後段の第２孔型Ｋ２のウェッジ角度θ１ｂと同じ角度であることが好ましい。

突起部３５、３６の高さ（突出長さ）ｈ２は、上記第１孔型Ｋ１の突起部２５、２６の高さｈ１より高く構成されており、ｈ２＞ｈ１となっている。また、突起部３５、３６の先端部角度は上記第１孔型Ｋ１の突起部２５、２６の先端部角度と同じであることが圧延寸法精度上、好ましい。これら上孔型ロール３０と下孔型ロール３１のロール隙において、上記第１孔型Ｋ１通材後の被圧延材Ａが更に造形される。

ここで、第１孔型Ｋ１に形成される突起部２５、２６の高さｈ１より、第２孔型Ｋ２に形成される突起部３５、３６の高さｈ２の方が高く、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）への侵入長さも同様に第２孔型Ｋ２の方が長くなる。第２孔型Ｋ２での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さは、突起部３５、３６の高さｈ２と同じである。即ち、第１孔型Ｋ１での突起部２５、２６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ１’と、第２孔型Ｋ２での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ２はｈ１’＜ｈ２との関係になっている。
また、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面３０ａ、３０ｂ及び孔型底面３１ａ、３１ｂと、突起部３５、３６の傾斜面とのなす角度θｆは、図３に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

図３に示すように、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）へ押し当てられた時の突起部の侵入長さが長いことから、第２孔型Ｋ２においては、第１孔型Ｋ１において形成された割り込み２８、２９が更に深くなるように造形が行われ、割り込み３８、３９が形成される。なお、ここで形成される割り込み３８、３９の寸法に基づき粗圧延工程でのフランジ造形工程終了時のフランジ片幅が決定される。

また、第２孔型Ｋ２での造形は多パスにより行われるが、当該多パス造形においては、最終パスにて被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と、それに対向する孔型上面３０ａ、３０ｂ及び孔型底面３１ａ、３１ｂとが接触するような造形が行われる。これは、第２孔型Ｋ２での全てのパスにおいて被圧延材Ａの上下端部と孔型内部とを非接触とすると、フランジ相当部（後述するフランジ部８０に対応する部位）が左右非対称に造形されるといった形状不良が生じる恐れがあり、通材性の面で問題があるからである。

図４は第３孔型Ｋ３の概略説明図である。第３孔型Ｋ３は、一対の水平ロールである上孔型ロール４０と下孔型ロール４１に刻設される。上孔型ロール４０の周面（即ち、第３孔型Ｋ３の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部４５が形成されている。更に、下孔型ロール４１の周面（即ち、第３孔型Ｋ３の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部４６が形成されている。これら突起部４５、４６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部４５と突起部４６とでそれぞれ等しく構成されている。

上記突起部４５、４６の先端部角度θ２は、上記角度θ１ｂに比べ広角に構成され、突起部４５、４６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ３は、上記突起部３５、３６の侵入深さｈ２よりも短くなっている（即ち、ｈ３＜ｈ２）。
また、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面４０ａ、４０ｂ及び孔型底面４１ａ、４１ｂと、突起部４５、４６の傾斜面とのなす角度θｆは、図４に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

図４に示すように、第３孔型Ｋ３では、第２孔型Ｋ２通材後の被圧延材Ａに対し、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において第２孔型Ｋ２において形成された割り込み３８、３９が、突起部４５、４６が押し当てられることにより、割り込み４８、４９となる。即ち、第３孔型Ｋ３での造形における最終パスでは、割り込み４８、４９の最深部角度（以下、割り込み角度とも呼称する）がθ２となる。換言すると、第２孔型Ｋ２において割り込み３８、３９の形成と共に造形された分割部位（後述するフランジ部８０に対応する部位）が外側に折り曲げられるような造形が行われる。

また、図４に示す第３孔型Ｋ３での造形は少なくとも１パス以上によって行われ、このうちの少なくとも１パス以上は、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部（第３孔型Ｋ３の上面及び底面）が接触した状態で行われる。この被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部が接触した状態においては、当該端部の軽圧下が行われることが好ましい。

図５は第４孔型Ｋ４の概略説明図である。第４孔型Ｋ４は、一対の水平ロールである上孔型ロール５０と下孔型ロール５１に刻設される。上孔型ロール５０の周面（即ち、第４孔型Ｋ４の上面）には、孔型内部に向かって突出する突起部５５が形成されている。更に、下孔型ロール５１の周面（即ち、第４孔型Ｋ４の底面）には、孔型内部に向かって突出する突起部５６が形成されている。これら突起部５５、５６はテーパー形状を有しており、その突出長さ等の寸法は、突起部５５と突起部５６とでそれぞれ等しく構成されている。

上記突起部５５、５６の先端部角度θ３は、上記角度θ２に比べ広角に構成され、突起部５５、５６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ４は、上記突起部４５、４６の侵入深さｈ３よりも短くなっている（即ち、ｈ４＜ｈ３）。
また、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する孔型上面５０ａ、５０ｂ及び孔型底面５１ａ、５１ｂと、突起部５５、５６の傾斜面とのなす角度θｆは、上記第３孔型Ｋ３と同様に、図５に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。

第４孔型Ｋ４では、第３孔型Ｋ３通材後の被圧延材Ａに対し、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）において第３孔型Ｋ３において形成された割り込み４８、４９が、突起部５５、５６が押し当てられることにより押し広げられ、割り込み５８、５９となる。即ち、第４孔型Ｋ４での造形における最終パスでは、割り込み５８、５９の最深部角度（以下、割り込み角度とも呼称する）がθ３となる。換言すると、第３孔型Ｋ３において割り込み４８、４９の形成と共に造形された分割部位（後述するフランジ部８０に対応する部位）が更に外側に折り曲げられるような造形が行われる。このようにして造形された被圧延材Ａの上下端部の部位は、後のＨ形鋼製品のフランジに相当する部位であり、ここではフランジ部８０と呼称する。

図５に示す第４孔型Ｋ４での造形は少なくとも１パス以上によって行われ、このうちの少なくとも１パス以上は、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部（第４孔型Ｋ４の上面及び底面）が接触した状態で行われる。この被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）と孔型内部が接触した状態においては、当該端部の軽圧下が行われることが好ましい。

図６は第５孔型Ｋ５の概略説明図である。第５孔型Ｋ５は、一対の水平ロールである上孔型ロール８５と下孔型ロール８６から構成される。図６に示すように、第５孔型Ｋ５では、第４孔型Ｋ４までに造形された被圧延材Ａが９０°あるいは２７０°回転させられ、第４孔型Ｋ４までは被圧延材Ａの上下端に位置していたフランジ部８０が、圧延ピッチライン上に来るような配置となる。そして、第５孔型Ｋ５では、２か所のフランジ部８０を繋ぐ接続部であるウェブ部８２の圧下及びフランジ部８０のフランジ先端部を圧下することでフランジ幅の寸法調整が行われる。このようにしていわゆるドッグボーン形状のＨ形粗形材（図１に示すＨ形粗形材１３）が造形される。なお、この第５孔型Ｋ５はウェブ部８２を圧下して減厚させることから、ウェブ減厚孔型あるいは平造形孔型とも呼称される。

このように造形されたＨ形粗形材１３に対し、既知の圧延機である中間ユニバーサル圧延機５−エッジャー圧延機９の２つの圧延機からなる圧延機列を用いて、複数パスのリバース圧延が加えられ、中間材１４が造形される。そして中間材１４は、仕上ユニバーサル圧延機８において製品形状に仕上圧延され、Ｈ形鋼製品１６が製造される（図１参照）。

上述したように、本実施の形態にかかる第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いて被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に割り込みを入れ、それら割り込みによって左右に分かれた各部分を左右に折り曲げる加工を行い、フランジ部８０を形成するといった造形をすることで、被圧延材Ａ（スラブ）の上下端面をほぼ上下方向に圧下することなくＨ形粗形材１３の造形を行うことができる。即ち、従来行われていたスラブ端面を常に圧下する粗圧延方法に比べ、フランジ幅を広幅化させてＨ形粗形材１３を造形することが可能となり、その結果、フランジ幅の大きな最終製品（Ｈ形鋼）を製造することができる。

ここで、本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法においては、上述した第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形された被圧延材Ａのフランジ部８０の形状が、従来の製造方法における平孔型造形前のフランジ部の形状に比べ、製品フランジの形状に近い形状である。これは、素材として用いる矩形断面の素材（スラブ）の端部形状を変えることなく、割り込みを入れて造形した分割部位（フランジ部８０）を折り曲げる加工を行うといった造形技術を採用していることに起因する。また、このような造形技術を採用するために、第２孔型Ｋ２〜第４孔型Ｋ４においては、被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に対向する２箇所の孔型上面及び２箇所の孔型底面と、孔型に形成された突起部の傾斜面とのなす角度θｆは約９０°（略直角）に構成されており、また、被圧延材Ａの上下端部が割り込みを形成することで２つに分割して造形され、フランジ部８０の先端部の厚みが従来法に比べて厚い。

本発明者らの検証によれば、第５孔型Ｋ５として上記説明した平造形孔型でのウェブ部８２の圧下及びフランジ部８０の先端部圧下を、従来の製造方法と同様の条件にて実施した場合には、上記フランジ部の形状の相違に起因する問題点が存在することが分かった。
そこで、本発明者らは、従来の平造形孔型での圧延条件の問題点を検証すると共に、本実施の形態に係る製造方法において第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形された被圧延材Ａに対する好適な圧延条件について鋭意検討を行った。以下、本検討について図面を参照して説明する。

先ず、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いた造形方法において、第４孔型Ｋ４での造形後、従来から既知の平造形孔型を従来の圧延条件にて用いた場合の問題点について説明する。
図７は、第４孔型Ｋ４での造形後の被圧延材Ａに対し、従来より既知の構成・形状を有する平造形孔型９０（上記第５孔型Ｋ５に相当）を用いてウェブ部８２の厚み圧下を含む造形を実施した場合の説明図であり、（ａ）は造形前、（ｂ）は造形後を示している。なお、図７においては、フランジ部８０の形状変化の様子を示すためにフランジ部８０を拡大するように被圧延材Ａの一部を拡大して図示している。

図７（ａ）に示すように、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形されたフランジ部８０は、ウェブ部８２が圧下されると、そのメタルフローが平造形孔型９０外側（即ち、フランジ部８０）に流れ、当該平造形孔型９０の側壁に鋼材が押し付けられる。これにより、ウェブ部８２を減厚する過程でフランジ部８０のプルダウン（ウェブ減厚によるフランジ肉引け）が発生する。特に、大型Ｈ形鋼においては、ウェブ部８２の幅が相対的にフランジ部８０に対して大きくなるために、プルダウンが大きい。従って、ウェブ部８２を減厚する過程でフランジ部の幅が短くなる現象が起きる。即ち、図７（ｂ）に示すように、フランジ部８０が平造形孔型９０外側に押し付けられると同時に、フランジ部８０の先端部がプルダウンによってロールから離れてしまい、フランジ先端部が内側に張り出し（いわゆるオーバーハング）、図中破線部に示す箇所が疵などの原因となってしまう恐れがある。更には、ウェブ部８２の厚み圧下量が大きくなると、フランジ部８０へのメタルフローが大きくなり、フランジ部８０の折れ曲がりといった形状不良も懸念される。

また、図７（ｂ）に示すような形状不良がフランジ部８０において生じた場合、上記フランジ部８０におけるオーバーハングに加え、付根部の形状悪化が生じてしまう。そのため、後段の工程である中間ユニバーサル圧延機５でのユニバーサル圧延（中間圧延工程）において、ロール形状と被圧延材Ａとの形状が一致しないといった問題も懸念される。即ち、図７（ｂ）のように、フランジ部８０の先端部にオーバーハングによる形状不良が生じると、当該先端部を潰さないためにパススケジュール設計が制約を受け、疵の発生率が高まる。

以上、図７を参照して説明したように、既知の平造形孔型を従来の圧延条件にて用いた造形法の問題点に鑑み、本発明者らは、既知の平造形孔型を用いて粗圧延工程を実施する際に、当該平造形孔型での圧延条件を、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形された被圧延材Ａに対し好適な条件に設定することで、形状不良等の上記問題点を解決し、効率的な圧延造形が実施可能であるとの知見を見出した。以下、本知見について説明する。

図８は、第５孔型Ｋ５（即ち、平造形孔型９０）において、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形された被圧延材Ａを複数パスで圧延造形した際に、フランジ部８０の先端部がロール（上孔型ロール８５あるいは下孔型ロール８６）から離れる条件に関するグラフである。即ち、第５孔型Ｋ５において圧延が進んだ時の、被圧延材Ａのフランジ幅とウェブ厚との関係ならびに、ウェブ厚とプルダウン率との関係を示すグラフである。なお、図８に示すグラフは、幅２３００ｍｍ×厚み３００ｍｍのスラブ素材から寸法１５００ｍｍ×６００ｍｍのＨ形鋼を製造する場合におけるシミュレーションに基づくグラフである。

ここで、プルダウン率とは、フランジ幅減少量／ウェブ厚減少量を示しており、このプルダウン率が１．０を上回る場合、ウェブ厚減少量に対してフランジ幅の減少量が大きくなり、フランジ部８０の先端部がロールから離れることを意味する。
プルダウンと孔型ロール形状との関係としては、被圧延材Ａの全断面に占めるウェブ部８２の割合が大きくなるにつれてプルダウンは大きくなり、ウェブ部８２からフランジ部８０へのメタルフローを誘発する程プルダウンは小さくなる。

図８に示すように、圧延が進みウェブ厚が薄くなるにつれてフランジ幅も減少する関係にある。一方、プルダウン率は、ウェブ厚の厚い段階では０．８程度（即ち、１．０未満）であるが、ウェブ厚が薄くなるにつれてプルダウン率は大きくなり、ウェブ厚が約１６０ｍｍ〜１８０ｍｍとなった段階で１．０となり、更にウェブ厚が薄くなるとプルダウン率も併せて大きく増加する傾向が分かる。これは、ウェブ厚が薄くなるほど圧下量が一定の条件において圧下率が高まり、被圧延材Ａの長手方向への延伸作用が高まった結果、フランジ部８０を長手方向に引き延ばすといった圧延の効果が高まるからである。

本実施の形態に係る平造形孔型（第５孔型Ｋ５）でのフランジ部８０の先端部がロールから離れる条件は、ウェブ厚の減少量に対してフランジ幅の減少量が大きくなる条件であり、図８に示すプルダウン率が１．０超となった段階でフランジ部８０の先端部がロールから離れる。即ち、プルダウン率が１．０以下となる条件での平造形孔型における圧延造形では、フランジ部８０の先端部がロールに接触したままとなるため、図７を参照して上述したフランジ部８０の形状不良といった問題点を生じさせることなく圧延造形を実施することが可能となる。

図８に示す結果から、具体的には、幅２３００ｍｍ×厚み３００ｍｍのスラブ素材から寸法１５００ｍｍ×６００ｍｍのＨ形鋼を本実施の形態に係る製造方法で圧延造形する場合に、平造形孔型（第５孔型Ｋ５）での圧延造形においてプルダウン率が１．０以下となるような条件に鑑み、ウェブ部８２の厚みが１６０ｍｍ以上となるまでとの条件に留めるといった技術が創案される。これは、平造形孔型（第５孔型Ｋ５）での圧延造形でウェブ部８２の厚みが１６０ｍｍ未満となるまで圧延造形してしまうと、図８に示すようにプルダウン率が１．０超となり、フランジ部８０の先端部がロールから離れ、当該フランジ部８０の形状不良につながるからである。

以上説明した本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法によれば、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いて被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）に割り込みを入れ、それら割り込みによって左右に分かれた各部分を左右に折り曲げる加工を行い、フランジ部８０を形成するといった造形をすることで、被圧延材Ａ（スラブ）の上下端面を上下方向に圧下することなくＨ形粗形材１３の造形を行うことができる。即ち、従来行われていたスラブ端面を常に圧下する粗圧延方法に比べ、フランジ幅を広幅化させてＨ形粗形材１３を造形することが可能となり、その結果、例えばウェブ高さ６００ｍｍ超、フランジ幅４００ｍｍ超といったフランジ幅の大きな最終製品（Ｈ形鋼）を製造することができる。

加えて、特に粗圧延工程での平造形孔型（第５孔型Ｋ５）での圧延条件を、プルダウン率が１．０以下となるような好適な条件とすることで、フランジ部８０における形状不良を生じさせることなく圧延造形を実施することが可能となる。これにより、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼製品を効率的且つ安定的に製造することができる。

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施の形態においては、幅２３００ｍｍ×厚み３００ｍｍのスラブ素材から寸法１５００ｍｍ×６００ｍｍのＨ形鋼を製造する場合の圧延造形を例に挙げて説明し、その場合には平造形孔型（第５孔型Ｋ５）での圧延条件を、ウェブ部８２の厚みが１６０ｍｍ以上となるまでに留めると説明したが、本発明技術はこれに限定されるものではない。当然、圧延条件は、スラブ素材の寸法や所望されるＨ形鋼製品の寸法等に応じて適宜変更すれば良い。

また、上記実施の形態において、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４の４つの孔型を用いて被圧延材Ａの造形を行う技術を説明したが、粗圧延工程を実施する孔型数はこれに限られるものではない。即ち、サイジングミル３や粗圧延機４に刻設される孔型の数は任意に変更可能であり、好適に粗圧延工程を実施することができる程度に適宜変更される。

また、Ｈ形鋼を製造する際の素材（被圧延材Ａ）としてはスラブを例示して説明したが、類似形状のその他素材についても本発明は当然適用可能である。即ち、例えばビームブランク素材を造形してＨ形鋼を製造する場合にも適用できる。

本発明は、例えば矩形断面であるスラブ等を素材としてＨ形鋼を製造する製造方法に適用できる。

１…圧延設備
２…加熱炉
３…サイジングミル
４…粗圧延機
５…中間ユニバーサル圧延機
８…仕上ユニバーサル圧延機
９…エッジャー圧延機
１１…スラブ
１３…Ｈ形粗形材
１４…中間材
１６…Ｈ形鋼製品
２０…上孔型ロール（第１孔型）
２１…下孔型ロール（第１孔型）
２５、２６…突起部（第１孔型）
２８、２９…割り込み（第１孔型）
３０…上孔型ロール（第２孔型）
３１…下孔型ロール（第２孔型）
３５、３６…突起部（第２孔型）
３８、３９…割り込み（第２孔型）
４０…上孔型ロール（第３孔型）
４１…下孔型ロール（第３孔型）
４５、４６…突起部（第３孔型）
４８、４９…割り込み（第３孔型）
５０…上孔型ロール（第４孔型）
５１…下孔型ロール（第４孔型）
５５、５６…突起部（第４孔型）
５８、５９…割り込み（第４孔型）
８０…フランジ部
８２…ウェブ部
９０…平造形孔型
Ｋ１…第１孔型
Ｋ２…第２孔型
Ｋ３…第３孔型
Ｋ４…第４孔型
Ｋ５…第５孔型（平造形孔型）
Ｔ…製造ライン
Ａ…被圧延材

Claims (2)

1. 粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を備えたＨ形鋼の製造方法であって、
   前記粗圧延工程を行う圧延機には、被圧延材を造形する５以上の複数の孔型が刻設され、
   当該複数の孔型では被圧延材の１又は複数パス造形が行われ、
   前記複数の孔型のうち第１孔型及び第２孔型には、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れる突起部が形成され、
   前記複数の孔型のうち第２孔型以降では少なくとも１パス以上の造形において被圧延材の端面と孔型周面とが接触した状態で圧下が行われ、
   前記複数の孔型のうち最終孔型を除く第３孔型以降では前記割り込みによって成形された分割部位を順次折り曲げる工程が行われ、
   前記複数の孔型のうち最終孔型は平造形孔型であり、当該平造形孔型における圧延造形はプルダウン率を１．０以下とする圧延条件で行われることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
2. 寸法１５００ｍｍ×６００ｍｍＨ形鋼の製造において、
   前記平造形孔型における圧延造形は、圧延造形後の被圧延材のウェブ厚みが１６０ｍｍ以上となる圧延条件で行われることを特徴とする、請求項１に記載のＨ形鋼の製造方法。
   

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