(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延によりウエブ部端に突条を形成する前工程と、前記突条を熱間で曲げ成形して継手部の一部をなす曲がり爪を形成する爪曲げ工程とを含む、ウエブ部端に継手部を有する形鋼の製造方法において、前記曲げ成形に用いるロールに主成分として極圧添加剤を用いた潤滑剤を適用して爪曲げ工程を実行することを特徴とする形鋼の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記潤滑剤が、ロール試験片と形鋼試験片を500℃、4900MPaで擦り合わせる摩擦試験で評価される摩擦係数の値が0.15〜0.25となる、リン酸エステルを主成分とする潤滑剤であることを特徴とする形鋼の製造方法。
【請求項３】
前記継手部の継手厚さは16mm超である請求項１または２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエブ部端に継手部を有する形鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
形鋼の１種である直線型鋼矢板は、例えば図３に示すように、直線状のウエブ部１の端に曲がり爪20と玉爪21からなる継手部２を有する。曲がり爪20と玉爪21とで囲まれた袋状空間を継手懐22と称し、その出口を継手開口部23と称する。形鋼を継手連結するときには、一の形鋼の継手懐内に他の形鋼の玉爪を挿入する。
【０００３】
直線型鋼矢板の製造方法としては、生産性の面で有利な圧延（熱間圧延）なかでも孔型ロール（カリバロール）を用いる孔型圧延が主に採用されている。
図４は、直線型鋼矢板の孔型圧延工程の一例を示す孔型系列図であり、同図に示すように、直線型鋼矢板は、通常、まず、素材（ブルーム）を例えば孔型Ｋ14〜Ｋ11により上下対称に圧延して粗形鋼片を作製する粗成形工程と、前記粗形鋼片を例えば孔型Ｋ10〜Ｋ３により上下非対称に圧延してウエブ部１を形成するとともに、ウエブ部１の端に突条20Ａと玉爪21を形成する中間成形工程と、突条20Ａを例えば孔型Ｋ２、Ｋ１により曲げ成形して曲がり爪20を形成する爪曲げ工程で製造されている。
【０００４】
また、図５は、図４の孔型系列を形成する孔型ミル配置形態の一例を示すミル配置図である。この例では、孔型Ｋ14〜Ｋ11はブルーミングミル（ＢＭミル）に、孔型Ｋ10〜Ｋ７はブレークダウンミル（ＢＤミル）に、孔型Ｋ６〜Ｋ４は中間ミル（Ｓ１ミル）に、孔型Ｋ３〜Ｋ１は仕上ミル（ＳＦミル）に、それぞれ割り当てられている。なお、ＢＭミルは分塊工場に、ＢＤミル、Ｓ１ミル、ＳＦミルは大形形鋼工場に、それぞれ設置されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
直線型鋼矢板のような、曲がり爪を含む継手部をウエブ部端に有する形鋼は、従来一般に、上述のように、圧延の最終段階で突条の曲げ成形を行って曲がり爪を形成するという方法で製造されている。この方法により製造される形鋼の継手厚さ（評価部位を図３に示す）は、これまでのところ16mm程度以下である。
【０００６】
一方、近年では、より高い継手強度が要求され始めており、この要求に応じるには、継手厚さをさらに厚くする必要がある。
しかし、従来の製造方法では、継手厚さが厚くなると、爪曲げ工程において、圧下力が増大し、被圧延材とロールとの摩擦力が過大となってロール面が溶融し、焼付を生じる問題がある。
【０００７】
また、焼付に至らないまでも、以下のような理由で、製品寸法精度とくに継手開口幅（評価部位を図３に示す）の寸法精度が悪化する問題がある。
すなわち、爪曲げ工程での曲げ成形は、図６に示すように、圧下の進行に伴う上下のロール隙変化によって行われるので、突条20Ａ先端の上ロール接触開始からウエブ部上面の上ロール接触開始までの間は、突条20Ａ付け根部は左右方向の拘束なしで上下方向の圧縮力を受ける。この圧縮力は摩擦力の増大とともに増大し、遂には前記付け根部に座屈が生じて膨れを生じる。そのため、曲げ成形終了時の突条先端の位置を孔型内面内の目標位置に一致させることが困難となり、継手開口幅のばらつきが大きくなる。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、より高い継手強度要求に応じうる継手厚さの厚い形鋼を焼付や寸法精度悪化を伴わずに圧延成形できる形鋼の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために、鋭意検討、実験を重ねた結果、爪曲げ工程において、ロール面に特殊な潤滑剤を適用して曲げ成形を行うことにより、継手厚さ16mm超の形鋼を焼付なく製造することができ、また、継手厚さ16mm以下の形鋼の寸法精度を大幅に向上させることができるという知見を得て、本発明をなすに至った。
【００１０】
すなわち本発明は、以下に記載される形鋼の製造方法である。
（１）熱間圧延によりウエブ部端に突条を形成する前工程と、熱間圧延により前記突条を曲げ成形して継手部の一部をなす曲がり爪を形成する爪曲げ工程とを含む、ウエブ部端に継手部を有する形鋼の製造方法において、前記曲げ成形に用いるロールに主成分として極圧添加剤を用いた潤滑剤を適用して爪曲げ工程を実行することを特徴とする形鋼の製造方法。
【００１１】
（２）前記（１）において、前記潤滑剤が、ロール試験片と形鋼試験片を500℃、4900MPaで擦り合わせる摩擦試験で、前記ロール試験片に適用して測定することにより、評価される摩擦係数の値が0.15〜0.25となる、リン酸エステルを主成分とする潤滑剤であることを特徴とする形鋼の製造方法。
【００１２】
（３）前記継手部の継手厚さは16mm超である（１）または（２）に記載の方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明（１）では、曲げ成形用のロールに主成分として極圧添加剤を用いた潤滑剤を適用して爪曲げ工程を実行する。本発明（１）でいう極圧添加剤とは、ロール鉄分と反応して高温（500℃以上）高圧（4900MPa以上）のロールバイト内でも膜切れしない強固な固体潤滑皮膜を形成する物質を意味し、これに該当するものとしては、リン酸エステルに代表されるリン化合物や硫化油脂に代表される硫黄化合物が挙げられる。
【００１４】
潤滑剤をロールに適用する方法としては、例えば水と混合して、ロール面に塗布する方法あるいは吹き付ける方法が好適である。なお、潤滑剤は主成分として極圧添加剤を用いたものとする限り、これ以外の成分が含まれていてもよい。
極圧添加剤の作用に関して、リン化合物はロール鉄分と反応してロール表面に有機リン酸鉄皮膜を形成し、一方、硫黄化合物はロール表面で主としてFe3O4膜を形成しＳはその中にわずかに含まれ酸化膜を成長させる触媒として作用し、有機リン酸鉄皮膜、Fe3O4膜のいずれも固体潤滑剤としてロールと被圧延材との金属間接触を防止すると考えられている。
【００１５】
しかし、かかる潤滑効果は、被圧延材温度が100 ℃以下の冷間圧延において見いだされたものであり、被圧延材温度が700 〜850 ℃の熱間での曲げ成形圧延でも有効か否かは不明であった。一方、鋼板の熱間圧延では、従来一般に鉱油、黒鉛などがロール潤滑に使用され、有効であることが知られている。
そこで、本発明者らは、鉱油、黒鉛、リン酸エステルをそれぞれ主成分とする潤滑剤を、継手厚さ14〜22mmの形鋼の熱間爪曲げ工程のロール潤滑に試用する実験を行い、焼付疵の有無、および図２に定義を示す膨れ量を調査した。なお、継手厚さ14mmについてはロール潤滑なしの条件も加えた。これらの潤滑剤は水と混合してロール面に吹き付けた。孔型は図４のＫ２、Ｋ１を用いた。曲げ成形時の曲がり爪部材料温度は820 ℃とした。
【００１６】
結果を図１に示す。同図より、鉱油、黒鉛は、継手厚さ16mm以下では焼付、膨れを防止する効果があるものの、継手厚さ16mm超では、その効果が失われてしまう。これに対し、リン酸エステルは、継手厚さ16mm以下で鉱油、黒鉛と同等以上の効果を有し、しかも継手厚さ16mm超の範囲でもその効果が失われない。
かかる知見に基づいて、本発明（１）では、形鋼の熱間曲げ成形用のロールに適用する潤滑剤を、主成分として極圧添加剤を用いた潤滑剤に限定した。また、この潤滑剤は、図１に示されるように、とくに継手厚さ16mm超で適用すると、鉱油、黒鉛では防止できない焼付を防止することができ、かつ膨れ防止効果の優位性が拡大して一段と好ましいため、本発明（３）では、本発明（１）を継手厚さ16mm超に限定した。
【００１７】
また、例えば図７に示すような試験装置を用いて、ロール試験片（実機ロールと同じ材質の小型試験片）30と形鋼試験片（製造すべき形鋼と同じ材質の小型試験片）31とを温度500℃、圧力4900MPaで擦り合わせて摩擦係数を測定する摩擦試験において、ロール試験片に鉱油系、黒鉛系、リン酸エステル系の潤滑剤をそれぞれ適用して、摩擦係数を測定したところ、鉱油、黒鉛では0.5〜0.8であったのに対し、リン酸エステルでは0.15〜0.25と格段に小さい値を示した。
【００１８】
そこで、本発明（２）では、実機のロール面に適用する潤滑剤を、ロール試験片と形鋼試験片を500℃、4900MPaで擦り合わせる摩擦試験で評価される摩擦係数の値が0.15〜0.25となる、リン酸エステルを主成分とする潤滑剤に限定した。
また、本発明（２）においても継手厚さ16mm超がより好ましい適用範囲である点は本発明（１）と同様であるので、本発明（３）では、本発明（１）のみならず本発明（２）をも継手厚さ16mm超に限定した。
【００１９】
なお、爪曲げ工程に至るまでの前工程は、特に限定されず、常法によればよい。例えば直線型鋼矢板の場合には、図５に示したような粗成形工程、中間成形工程が採用できる。
【００２０】
【実施例】
表１に示す継手厚さになる直線型鋼矢板を、図５のミル配置で形成された図４の孔型系列を用いた熱間圧延により製造する際に、孔型Ｋ２、Ｋ１のロール面に表１に示す潤滑剤を適用して爪曲げ工程を実行し、図２に定義を示す膨れ量と継手開口誤差を調査した。その結果を表１に示す。また、製品の焼付疵の有無についても調査した。表１の摩擦係数は、実機のロール面に適用した潤滑剤と同じものを適用したロール試験片と形鋼試験片とを500 ℃、4900MPa で擦り合わせる摩擦試験により求めた。なお、曲げ成形開始時の突条の温度は780 〜820 ℃（放射温度計による計測値）であった。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１より、本発明範囲内の条件で製造した実施例では、焼付疵は発生せず、膨れ量および継手開口誤差のいずれも小さく、また、焼付疵も観察されなかった。一方、本発明範囲外の条件で製造した比較例では、同じ継手厚さの実施例と比べて膨れ量および継手開口誤差が大きく、また、継手厚さ16mm超では焼付疵が発生した。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、爪曲げ工程で発生する焼付や突条付け根部の膨れを有効に防止できて、ロール寿命と製品寸法精度が向上するので、要求強度のより高い構造材料に適応できる継手厚さのより厚い形鋼を、生産性に優れる圧延製造により安価に供給できるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】爪曲げ工程での膨れ量におよぼす各種潤滑剤の影響を示すグラフである。
【図２】膨れ量と継手開口誤差の定義を示す説明図である。
【図３】直線型鋼矢板の継手形状を示す断面図である。
【図４】直線型鋼矢板の製造工程の一例を示す孔型系列図である。
【図５】図５の孔型系列に対応する孔型ミル配置形態の一例を示すミル配置図である。
【図６】孔型Ｋ２、Ｋ１による曲げ成形の進み方を示す要部断面図である。
【図７】摩擦試験装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１  ウエブ部
２  継手部
20  曲がり爪
20Ａ  突条
21  玉爪
22  継手懐
23  継手開口部
30  ロール試験片
31  形鋼試験片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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