JP6668963B2 - Ｈ形鋼の製造方法 - Google Patents

Description

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際には、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知られている（例えば特許文献１参照）。

このようなＨ形鋼の製造技術において、ウェブの減厚を行う平造形圧延時には、例えば特許文献２に記載されているように、いわゆる「耳取り」と呼ばれる形状整形パスを導入することが知られている。これは、平造形圧延においてエッジング圧延と平造形圧延を交互に繰り返すようなパススケジュールを採ることで、平造形圧延によって生じるクロップ部の抑制や、平造形圧延時の噛み出しを防止するために実施されるものである。

特開平７−８８５０１号公報 特開平１−１８６２０１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、例えば上記特許文献１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において、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、上記特許文献２に開示されているようないわゆる「耳取り」と呼ばれる形状整形パスを実施する際には、エッジング圧延を行う孔型（エッジング孔型）と、平造形圧延を行う孔型（平造形孔型）と、が繰り返し用いられる。その際に、一度平造形圧延が行われた被圧延材を再度エッジング孔型に戻す場合に、被圧延材のフランジ幅が短くなっており、エッジング孔型による被圧延材の拘束が十分に行われず、通材が不安定になる恐れがある。また、平造形圧延ではウェブの延伸がフランジの延伸に比べて極めて大きいため、被圧延材に上下曲がりが生じ易く、その後の耳取り圧延において被圧延材が９０°又は２７０°転回するために、圧延前の被圧延材が大きく左右曲がりを持った状態から圧延が開始され、もともと誘導性の極めて低い孔型形状であることと相俟って、通材トラブル等を招きやすいといった問題がある。加えて、「耳取り」と呼ばれる形状整形パスでは、異なる孔型（エッジング孔型と平造形孔型）での圧延を繰り返すため、孔型のロール隙の変更量が極めて大きくなり、生産性や能率の低下が懸念される。

上記事情に鑑み、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、従来行われていた耳取りと呼ばれる形状整形パスを行うことなく粗圧延工程を実施し、圧延能率の向上を図ることが可能な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、被圧延材を圧延造形する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て被圧延材端部に分割部位を形成させる突起部が形成され、前記複数の孔型のうち最終孔型を除く第３孔型以降には、前記割り込みに当接し、形成された分割部位を順次折り曲げる突起部が形成され、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、リバース圧延によって当該平造形孔型のみを用いた連続的な複数パス圧延によって行われ、前記平造形孔型において、被圧延材におけるウェブ部とフランジ部との接続箇所内側に対向するコーナー部対向箇所には、当該平造形孔型に導入された被圧延材のウェブ部とフランジ部との接続箇所内側に対する圧下量低減手段としての逃がし部が設けられ、前記逃がし部の形状は、前記平造形孔型による複数パス圧延時において、当該平造形孔型に導入された被圧延材のウェブ部中央位置と、平造形孔型ロールとが当接した状態で、前記ウェブ部とフランジ部との接続箇所内側が圧下されないように設計されることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。

前記平造形孔型の前孔型として、被圧延材の前記割り込みを押し広げ、形成された分割部位の外側を略平坦形状に造形するボックス孔型を更に設けても良い。

前記粗圧延工程を行う圧延機は、２以上の圧延スタンドから構成され、前記複数の孔型のうち、最終孔型を除く孔型と、最終孔型と、は異なる圧延スタンドに刻設されても良い。

前記粗圧延工程を行う圧延機には、前記複数の孔型に加え、当該複数の孔型での圧延造形の後段において被圧延材のウェブ内法拡幅圧延を行う拡幅孔型がさらに刻設され、当該拡幅孔型は、前記平造形孔型と同じ圧延スタンドに刻設されても良い。

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、従来行われていた耳取りと呼ばれる形状整形パスを行うことなく粗圧延工程を実施し、圧延能率の向上を図ることができる。

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。 従来の製造方法におけるエッジング圧延後のフランジ部の形状と、本実施の形態に係る第１孔型〜第４孔型によって造形されたフランジ部の形状とを比較する説明図である。 フランジ部の平造形孔型による圧延の様子を示す概略断面図である。 平造形孔型のコーナー部対向箇所に関する概略拡大説明図である。 従来のＨ形鋼の製造方法におけるエッジング圧延時の定常部と非定常部との圧延形状の相違に関する説明図である。 ボックス孔型の概略説明図である。

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である矩形断面素材（後の被圧延材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フランジ先端部（フランジ対応部１２）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、エッジング孔型及びウェブ部分を減厚し、フランジ部分の形状を成形するいわゆる平造形孔型が刻設されており、これらを経由して複数パスのリバース圧延で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。

ここで、加熱炉２から抽出されるスラブ１１のスラブ厚Ｔは、例えば、２４０ｍｍ以上３１０ｍｍ以下の範囲内である。これは、一般的なＨ形鋼製品を製造する際に用いられるスラブ寸法である。

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）。この角度θ２は例えば７０°以上１１０°以下が好ましい。
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。なお、図７は従来の製造方法におけるエッジング圧延後のフランジ部の形状と、上述した第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４によって造形されたフランジ部８０の形状とを比較する説明図である。図７からも、本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法によって造形されたフランジ部の形状が、製品フランジの形状に近い形状であることが分かる。

図７に示したように、エッジング圧延後のフランジ部の形状は、従来の製造方法と、本実施の形態に係る方法とでは大きく異なる。本発明者らの検討によれば、このようなフランジ部形状の相違に起因し、後工程である平造形孔型（第５孔型Ｋ５）での圧延造形において、被圧延材Ａの変形の様子には差異があることが分かっている。

図８は、フランジ部の平造形孔型による圧延の様子を示す概略断面図であり、（ａ）は従来の製造方法によって造形されたフランジ部の平造形孔型による圧延の様子を示し、（ｂ）は本実施の形態に係る製造方法によって造形されたフランジ部の平造形孔型による圧延の様子を示している。なお、図８では、説明の簡略化のため、被圧延材Ａの１／４部分を拡大して図示している。

図７に示すように、従来の製造方法は圧下によるフランジ部の幅拡がりを利用する圧延法であるため、被圧延材の上下方向への圧下が浸透し易く、コーナー部が増厚し易いといった特徴がある。ここで、コーナー部とは、図８（ａ）において破線で示す、被圧延材におけるウェブ部とフランジ部との接続箇所内側である。このように、コーナー部が増厚した状態で平造形孔型による圧延造形が実施されると、増厚された状態のコーナー部を圧下することになり、外側へのメタルの拡がりが発生しやすい。これにより、図８（ａ）において実線で示す噛み出し発生箇所などにおいて、いわゆる「噛み出し」と呼ばれる形状不良が発生しやすい。
「噛み出し」が発生してしまった被圧延材に対しては、例えば特許文献２に記載されているような、エッジング圧延を行う孔型（エッジング孔型）と、平造形圧延を行う孔型（平造形孔型）と、を繰り返し用いて造形を行ういわゆる「耳取り」と呼ばれる形状整形パスを導入することで、形状不良の正常化を図っている。

一方、図７に示すように、本実施の形態に係る製造方法では、被圧延材の上下方向への圧下の浸透が少なく、圧延造形によってコーナー部が増厚されるといった事がない。そのため、平造形孔型による圧延造形を実施した際に、外側へのメタルの拡がり量が小さく、上述したようないわゆる「噛み出し」といった形状不良は生じにくい。

図７、８を参照して説明したように、本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法によれば、平造形孔型による圧延造形を実施した際の形状不良を抑制させることができるため、エッジング圧延後において、平造形孔型（本実施の形態における第５孔型Ｋ５）のみを用いた複数パス圧延によって粗圧延工程を完了させることができる。即ち、上述したいわゆる「耳取り」と呼ばれる形状整形パスを導入することなく粗圧延工程を完了させることができる。

また、いわゆる「耳取り」と呼ばれる形状整形パスを導入する必要がなくなるため、エッジング孔型の最終孔型（本実施の形態に係る第４孔型Ｋ４）と、平造形孔型（本実施の形態に係る第５孔型Ｋ５）と、を同一の孔型ロール（即ち、同一の圧延スタンド）に刻設する必要がなくなり、孔型設計自由度の向上が図られる。実操業においては、例えばエッジング孔型と平造形孔型で、一方を自動運転とし、他方を手動運転として操業を行う場合がある。そのような場合には、エッジング孔型と平造形孔型を刻設する圧延スタンドを別スタンドとすることで効率的な操業を実現することができる。

また、例えばウェブ高さ９００ｍｍ以上の特に大型のＨ形鋼製品の製造においては、更なる形状不良の抑制が求められる場合もある。即ち、上述したように本実施の形態では、圧延造形によって被圧延材のコーナー部が増厚されるといった事がないとの説明を行ったが、特に大型のＨ形鋼製品を製造する場合には、被圧延材の断面においてウェブ部分が占める割合が大きいため、ウェブ圧下に伴うウェブ高さ拡がり量の絶対値が大きく、上述してきた本実施の形態に係る技術のみでは、十分な形状不良の抑制が実現されない場合もあると考えられる。

そこで本発明者らは、本実施の形態における第５孔型Ｋ５に相当する平造形孔型（図６参照）において、被圧延材Ａに発生する形状不良を更に抑制するために、当該平造形孔型のコーナー部対向箇所についてその形状を好適に改良することを創案し、その具体的な形状について検討を行った。

本実施の形態に係る第５孔型Ｋ５は、ウェブ部８２を圧下して減厚させる、いわゆる「ウェブ減厚孔型」あるいは「平造形孔型」と呼ばれる孔型であり、従来のＨ形鋼製造において用いられてきた既知の孔型形状を有するものである。この平造形孔型におけるコーナー部対向箇所の形状は、いわゆるダブルＲと呼ばれる、大小２種類の曲率を有する曲線形状部が連続的に繋がって構成されるか、あるいは、テーパー状の直線部と１種類の曲線形状部が連続的に繋がって構成されているか、のいずれかの構成を有しているのが一般的である。なお、図８に示した平造形孔型の形状は、いわゆるダブルＲと呼ばれる、大小２種類の曲率を有する曲線形状部が連続的に繋がって構成されたものである。

このように構成される平造形孔型（第５孔型Ｋ５）に関し、図８を参照して上述したような、コーナー部の圧下による外側へのメタルの拡がりを防止するために、第５孔型Ｋ５（平造形孔型）の孔型において、その形状を、コーナー部対向箇所に逃がし部を設け、第５孔型Ｋ５での１パス目の圧延造形において、被圧延材Ａのコーナー部に対してロールがほぼ接触しないような条件を満足させるような形状とすることが考えられる。

以下、具体的な逃がし部の形状を、図９を参照して以下に説明する。図９は、平造形孔型（本実施の形態における第５孔型Ｋ５）のコーナー部対向箇所に関する概略拡大説明図であり、図９（ａ）はコーナー部Ｃの定義に関する説明図、図９（ｂ）は逃がし部の好適な形状を示す説明図である。
図９（ａ）に示すように、被圧延材Ａのコーナー部Ｃとは、図中に破線で示す、ウェブ部８２内面の延長線とフランジ部８０内面の延長線との交点から外れた部位であると定義される。そして、本実施の形態に係る第５孔型Ｋ５の孔型設計を、ウェブ部８２の圧下開始位置においてコーナー部Ｃの圧下量を低減させるような形状にすることで平造形圧延時のウェブ高さ拡がり量を抑えることができ、形状不良の抑制が図られることになる。

即ち、図９（ａ）に示すようにコーナー部Ｃに対する圧下量を低減する圧下量低減手段としての逃がし部９０（図中破線部）を形成させた孔型形状を設計することが望ましい。このような孔型設計により、上述したように平造形圧延時のウェブ高さ拡がり量を抑えることができ、形状不良の抑制が図られる。
また、この圧下量低減手段としての逃がし部９０の詳細な形状は以下のように定めることが好ましい。即ち、図９（ｂ）に示すように、ウェブ部８２の中央位置において孔型ロールと当該ウェブ部８２とを隙間なく当接させた状態において、コーナー部Ｃが圧下されないような形状とすることが望ましい。
第５孔型Ｋ５での圧延造形は通常複数パスで行われ、当該複数パスの全パスでコーナー部Ｃにロールが接触しないと、コーナー部Ｃの圧延造形が全く行われないといった問題があるため、１パス目以降の圧延造形では、ロールが好適にコーナー部Ｃに接触するような孔型設計としても良い。即ち、逃がし部９０の形状は、ウェブ部８２の中央位置において孔型ロールと当該ウェブ部８２とが隙間なく当接する位置に基づいて定めることが望ましい。逃がし部９０をこのような形状とすることで、コーナー部Ｃの圧下量の低減が図られるため、平造形圧延時のウェブ高さ拡がり量を抑えることができる。

以上説明した本発明の実施の形態に係る製造方法によれば、エッジング圧延後において、平造形孔型（本実施の形態における第５孔型Ｋ５）のみを用いた複数パス圧延によって粗圧延工程を行い、いわゆる「噛み出し」と呼ばれる形状不良を生じさせることなく粗圧延工程を完了することができる。また、特に、ウェブ高さ９００ｍｍ以上のＨ形鋼製品を製造する場合においては、上記図９に示すような「逃がし部」を形成させた平造形孔型を用いることで、更なる寸法形状等の正常化が図られる。

ところで、Ｈ形鋼製品の製造における粗圧延工程では、被圧延材Ａの長手方向において定常部と非定常部（端部）とで圧延形状が異なることが知られている。
図１０は、従来のＨ形鋼の製造方法におけるエッジング圧延時の定常部と非定常部との圧延形状の相違に関する説明図であり、（ａ）が定常部、（ｂ）が非定常部を示している。図１０（ａ）に示すように、被圧延材定常部におけるウェブ部の厚みｔｗは、素材スラブの厚みとほぼ同じ厚みとなる。また、図１０（ｂ）に示すように、被圧延材非定常部におけるウェブ部の最大厚みｔｗ０は、素材スラブの厚みに比べ増厚し大きくなる。
これは、従来の製造方法におけるエッジング圧延では、当該エッジング圧延による幅拡がりを利用した工程となっているために圧下が被圧延材のウェブ部に及ぶことに起因している。特に、被圧延材長手方向端部にあたる非定常部では、圧延造形に際し長手方向へのメタルフローが容易に生じやすいため、ウェブ部中央部の厚みが増厚し、素材スラブ厚よりも大きくなる。
この図１０（ｂ）に示すようなウェブ中央部の厚みが素材スラブ厚よりも厚い、被圧延材の非定常部が、平造形孔型に導入されると、当該平造形孔型での圧延造形パス（特に、初期パス）において孔型側壁へのメタルの拡がり量が大きくなり、いわゆる「噛み出し」といった形状不良が発生してしまう恐れがある。

一方、本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法におけるエッジング圧延では、図２〜図６を参照して説明したように、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エッジング圧延を行っている。そのため、被圧延材長手方向の寸法変化は小さく、ウェブ部の変形も極めて小さい。即ち、被圧延材Ａの定常部と非定常部でウェブ部の厚みがほとんど変化せず、素材スラブ厚みに近い厚みで平造形孔型に導入されることになる。
このような観点からも、本実施の形態に係る製造方法では、特に、被圧延材Ａの非定常部についても、エッジング圧延後に平造形孔型のみを用いた複数パス圧延によって粗圧延工程を行い、いわゆる「噛み出し」と呼ばれる形状不良を生じさせることなく粗圧延工程を完了することができる。これにより、生産性や歩留まりの向上を図ることができる。

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。

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の造形を行い、その後、第５孔型Ｋ５を用いて平造形圧延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く、第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４に示す圧延造形工程を更に多くの孔型を用いて実施しても良い。即ち、上記実施の形態に示した孔型構成は一例であり、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。

例えば、第４孔型Ｋ４と第５孔型Ｋ５との間に、第４孔型Ｋ４通材後の被圧延材Ａに対し、形成された割り込み５８、５９を押し広げ、分割部位（後のフランジ部８０）を更に外側に折り曲げ、最終パスにおいて略平坦面とするような造形を行う孔型を設けることも可能である。即ち、第４孔型Ｋ４で造形された割り込み５８、５９の最深部角度θ３が、ほぼ１８０°となるような造形を実施することも可能である。

図１１は、第４孔型Ｋ４と第５孔型Ｋ５との間に更に設けることが可能なボックス孔型１００の概略説明図である。ボックス孔型１００は、一対の水平ロールである上孔型ロール１１０と下孔型ロール１１１から構成される。これら上孔型ロール１１０、下孔型ロール１１１は、被圧延材Ａに対して水平なロール周面を有している。このボックス孔型１００では、上記実施の形態で説明した第４孔型Ｋ４において形成された割り込み５８、５９が消去できる程度の圧下が行われる。具体的には、上記第５孔型Ｋ５において形成された割り込み５８、５９の深さ（即ち、突起部５５、５６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ４）よりも１パス分約５０ｍｍ〜６０ｍｍ程度多く圧下を加えることが好ましい。

図１１に示すボックス孔型１００においては、第４孔型Ｋ４通材後の被圧延材Ａに対し、形成された割り込み５８、５９を押し広げ、分割部位（フランジ部８０）が更に外側に折り曲げられ、最終パスにおいては略平坦面となるような造形が行われる。即ち、第４孔型Ｋ４で造形された割り込み５８、５９の最深部角度θ３が、ボックス孔型１００での造形によってほぼ１８０°（略平坦）となるような造形が実施される。

このような図１１に示すボックス孔型１００を第４孔型Ｋ４と第５孔型Ｋ５との間に更に設けることにより、後段の平造形孔型（即ち、第５孔型Ｋ５）による平造形圧延時に孔型側壁と被圧延材Ａとの接触面積を増大させることができる。特に、製品高さ９００ｍｍ以上の大型Ｈ形鋼製品を製造する場合には、素材のスラブ厚みに対し製品のウェブ内法が大きいために、ウェブ圧下による幅拡がりが極めて大きくなり、上記実施の形態で説明したいわゆる「噛み出し」といった形状不良（図８参照）が顕著となる。そのような場合に、ボックス孔型１００を第４孔型Ｋ４と第５孔型Ｋ５との間に設けるような構成にすることで、形状不良の発生を更に抑制することが可能となる。

また、上記実施の形態では、いわゆる「耳取り」と呼ばれる形状整形パスを導入する必要がなくなるため、エッジング孔型の最終孔型（上記実施の形態に係る第４孔型Ｋ４）と、平造形孔型（上記実施の形態に係る第５孔型Ｋ５）と、を同一の孔型ロール（即ち、同一の圧延スタンド）に刻設する必要がなくなり、孔型設計自由度の向上が図られると説明した。
一方で、特に大型のＨ形鋼製品の製造においては、ウェブ内法拡幅圧延を利用して圧延造形を行う場合がある。ウェブ内法拡幅圧延は、Ｈ形鋼製品の製造において従来より一般的に行われている手法であり、通常は新たな圧延スタンドを設ける、あるいは、２ヒート圧延によって孔型数を確保し、ウェブ内法拡幅圧延を行うことが知られている。

このような事情に関し、上述したように、本発明ではエッジング孔型の最終孔型と平造形孔型を同一の圧延スタンドに刻設する必要がないことから、孔型設計自由度が向上する。それに伴い、粗圧延工程を行う圧延機（あるいは圧延機列）において、従前と同じ設備スペース内において、新たな圧延スタンドを設けたり、２ヒート圧延を行うといった対策を行うことなく、ウェブ内法拡幅圧延を行う拡幅孔型を刻設し、大型Ｈ形鋼製品の製造の効率化を図ることができる。
例えば、上記実施の形態に係る圧延ラインＴ（図１参照）では、粗圧延工程を行う圧延機列として、サイジングミル３と粗圧延機４が設けられているが、サイジングミル３に全てのエッジング孔型（Ｋ１〜Ｋ４）を刻設し、粗圧延機４に平造形孔型（Ｋ５）及び必要に応じてウェブ内法拡幅圧延を行う拡幅孔型を刻設することが可能である。

なお、Ｈ形鋼を製造する際の素材（被圧延材Ａ）としては例えばスラブを例示して説明したが、その他の矩形断面素材についても適用可能である。即ち、本発明技術は、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。

本発明の実施例として、従来のＨ形鋼の製造方法における平造形圧延のパススケジュール（比較例）と、本発明に係るＨ形鋼の製造方法における平造形孔型のパススケジュール（実施例）と、をそれぞれ策定し、両者の比較を行った。なお、従来のＨ形鋼の製造方法における平造形圧延とは、例えば特許文献２に記載されているような、いわゆる「耳取り」と呼ばれる形状整形パスを行うものを示す。
ここで、実施例及び比較例においては、ウェブ厚み３００ｍｍの被圧延材に対し平造形圧延を行い、ウェブ厚み９０ｍｍまで平造形圧延を行う場合を例に挙げてパススケジュールの策定を行った。
なお、本実施例では、幅１５００ｍｍ×厚み３００ｍｍのスラブを素材として、ウェブ高さ１０００ｍｍ×フランジ幅４００ｍｍのＨ形鋼製品を製造する場合の平造形孔型を例示し、平造形圧延で用いる孔型のコーナー部対向箇所の形状は、いわゆるダブルＲと呼ばれる形状とし、Ｒ１０００及びＲ７０の曲率を有する曲線を連続的に繋げて構成したものとした。

表１は、比較例に係る平造形圧延のパススケジュールを示す表であり、表２は、実施例に係る平造形圧延のパススケジュールを示す表である。また、表３は比較例と実施例のパス回数及び圧延時間を比較した表である。表１及び表２においてＧ４は平造形孔型での圧延を示し、Ｇ３は当該平造形孔型（Ｇ４）の前段階にあたるエッジング孔型を示している。

表１に示すように、比較例では第３パス、第４パス、第７パス、第８パスの４パスにおいて平造形孔型からエッジング孔型へ被圧延材を戻し、形状整形パスを行っている（いわゆる「耳取り」）。これは、上記実施の形態において図７、図８を参照して説明した「噛み出し」と呼ばれる形状不良が発生するのを抑制するためである。
一方、表２に示すように、実施例では、いわゆる「耳取り」と呼ばれる形状整形パスは行っておらず、平造形孔型（Ｇ４）のみを用いたパススケジュール設計となっている。
即ち、表３に示すように、比較例に係るパススケジュールに比べ、実施例に係るパススケジュールでは、そのパス回数が１７回から１３回に低減されている。また、同じ平造形圧延を実施する場合の圧延時間も削減されており、平造形圧延の効率化が実現されていることが分かる。特に、実施例に係るパススケジュールでは、いわゆる「耳取り」と呼ばれる形状整形パスを行うためのロールセットアップ時間が不要となるため、圧延時間の大幅な削減が実現される。

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
８５…上孔型ロール（第５孔型）
８６…下孔型ロール（第５孔型）
９０…逃がし部
１００…ボックス孔型
１１０…（ボックス孔型の）上孔型ロール
１１１…（ボックス孔型の）下孔型ロール
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 (4)

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、被圧延材を圧延造形する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て被圧延材端部に分割部位を形成させる突起部が形成され、
   前記複数の孔型のうち最終孔型を除く第３孔型以降には、前記割り込みに当接し、形成された分割部位を順次折り曲げる突起部が形成され、
   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、リバース圧延によって当該平造形孔型のみを用いた連続的な複数パス圧延によって行われ、
   前記平造形孔型において、被圧延材におけるウェブ部とフランジ部との接続箇所内側に対向するコーナー部対向箇所には、当該平造形孔型に導入された被圧延材のウェブ部とフランジ部との接続箇所内側に対する圧下量低減手段としての逃がし部が設けられ、
   前記逃がし部の形状は、前記平造形孔型による複数パス圧延時において、当該平造形孔型に導入された被圧延材のウェブ部中央位置と、平造形孔型ロールとが当接した状態で、前記ウェブ部とフランジ部との接続箇所内側が圧下されないように設計されることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
2. 前記平造形孔型の前孔型として、被圧延材の前記割り込みを押し広げ、形成された分割部位の外側を略平坦形状に造形するボックス孔型を更に設けたことを特徴とする、請求項１に記載のＨ形鋼の製造方法。
3. 前記粗圧延工程を行う圧延機は、２以上の圧延スタンドから構成され、前記複数の孔型のうち、最終孔型を除く孔型と、最終孔型と、は異なる圧延スタンドに刻設されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＨ形鋼の製造方法。
4. 前記粗圧延工程を行う圧延機には、前記複数の孔型に加え、当該複数の孔型での圧延造形の後段において被圧延材のウェブ内法拡幅圧延を行う拡幅孔型がさらに刻設され、当該拡幅孔型は、前記平造形孔型と同じ圧延スタンドに刻設されることを特徴とする、請求項３に記載のＨ形鋼の製造方法。