(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材を上下対称に熱間圧延してウエブ部端にフランジ部を有する粗形鋼片とする第１の工程と、前記粗形鋼片を上下非対称に熱間圧延してウエブ部を寸法調整しかつフランジ部を突条を含む継手素形に成形する第２の工程と、前記突条を熱間曲げ成形圧延して曲がり爪となすことによりフランジ部を継手部に仕上げる第３の工程とを有する、ウエブ端に継手部を有する形鋼の製造方法において、第１の工程と第２の工程の間で粗形鋼片のフランジ部外面に表面手入れを施す工程を付加したことを特徴とする形鋼の製造方法。
【請求項２】
前記第２の工程では、前記フランジ部外面に相当する部分に当接するロール面に潤滑剤を適用することを特徴とする請求項１記載の形鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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２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３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、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ウエブ部１端にフランジ部２Ａを有する粗形鋼片を作製する第１の工程と、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の寸法（幅、厚み）を調整するとともにフランジ部２Ａを突条20Ａと玉爪21を有する継手素形に成形する第２の工程と、突条20Ａを例えば孔型Ｋ２、Ｋ１により反ウエブ部側に押し曲げて曲がり爪20を形成し（これを「爪曲げ」という）てフランジ部２Ａを継手部２に仕上げる第３の工程（曲げ成形圧延工程）により製造されている。
【０００４】
また、図４は、図３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】
孔型Ｋ２、Ｋ１による爪曲げ過程（曲げ成形圧延工程）を図５に示す。同図に示されるように、爪曲げは圧延進行に伴う上下のロール隙変化によって行われる。なお、同図において、20Ｂは突条20Ａから曲がり爪20に変形する途上の被曲げ成形部である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、直線型鋼矢板は、従来一般に、圧延の最終段階で爪曲げ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。ところが、この爪曲げの際に、図６に示すように、曲がり爪20の内面に顕著な皺疵10が形成される。
このような皺疵は、従来では静的引張強度が一定値以上保証されている継手厚さ（評価部位を図３に示す）が16mm程度以下と比較的薄物であったため問題視されることがなかった。しかし、より高い継手強度の要求に対しては、継手厚さを従来より厚くすることが必要となり、その場合、曲がり爪内面の縮み率が大きくなるため皺深さが増大して、ノッチ効果により継手強度性能とくに疲労寿命が悪化するという問題が起こる。
【０００７】
この問題は、直線型鋼矢板と同様の曲げ成形圧延工程で形成される曲がり爪を有する継手部をもつ形鋼に共通するものである。
そこで、本発明は、形鋼の継手部内面に生じる皺疵を有効に軽減できる形鋼の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、継手厚さ14.0〜22.0mmの直線型鋼矢板の曲がり爪の繰り返し曲げ戻し−曲げによる疲労寿命に及ぼす皺疵の影響を実験により調べるとともに、皺疵の発生原因を検討した。その結果、以下の重要な知見が得られた。
【０００９】
▲１▼曲がり爪内面の皺疵の最大深さが0.5mm を超えると継手部の疲労寿命が大きく低下する。
▲２▼曲がり爪内面の皺疵は、第２の工程終了後の突条外面に存在する筋状の疵と対応する。
▲３▼前記筋状の疵の大部分は、第１の工程終了後の粗形鋼片フランジ部外面に存在する凹凸疵と対応する。この凹凸疵は、第１の工程で用いられるデッド孔型の側面で押しつけられ、ロールとの周速度差と強い摩擦力が作用するために生じる。第２の工程で用いられるリブ孔型では、その側面で圧下される面に働く摩擦力が比較的弱いので、凹凸疵は生じにくい。
【００１０】
▲４▼第１の工程終了後、粗形鋼片フランジ部外面にホットスカーフを施して凹凸を平滑化すると、皺疵は軽減する。
▲５▼第２の工程で、前記ホットスカーフを施した面に当接する圧延ロール面に潤滑剤を適用して圧延すると、新たな凹凸の発生が抑制されて、皺疵はさらに軽減する。
【００１１】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは、素材を上下対称に熱間圧延してウエブ部端にフランジ部を有する粗形鋼片とする第１の工程と、前記粗形鋼片を上下非対称に熱間圧延してウエブ部を寸法調整しかつフランジ部を突条を含む継手素形に成形する第２の工程と、前記突条を熱間曲げ成形圧延して曲がり爪となすことによりフランジ部を継手部に仕上げる第３の工程とを有する、ウエブ端に継手部を有する形鋼の製造方法において、第１の工程と第２の工程の間で粗形鋼片のフランジ部外面に表面手入れを施す工程を付加したことを特徴とする形鋼の製造方法にある。
【００１２】
前記第２の工程では、前記フランジ部外面に相当する部分に当接するロール面に潤滑剤を適用することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明では、図１に示すように、常法に従って第１の工程を実行し、得られた粗形鋼片に対し、そのフランジ部外面３に例えばホットスカーフ、グラインダ研削等の表面手入れを施し、以後、常法に従って第２〜第３の工程を順次実行する。
【００１４】
これにより、フランジ部外面３に存在する凹凸疵の凹凸を平準化することができ、第３の工程で発生する皺疵の発生源が削減されることとなって、製品継手部内面の皺疵が軽減する。なお、表面手入れの対象箇所は、フランジ部外面３の全部である必要はなく、曲がり爪20の内面（突条20Ａの外側面）に相当する一部（例えば図１のＡ部）で十分である。
【００１５】
前記表面手入れの手入れ深さは、凹凸疵の深さに応じて決定されるべきで、一概には限定されない。因みに、継手厚さ14.0〜22.0mmの直線型鋼矢板の製造では、粗形鋼片フランジ部外面の凹凸疵の深さは最大２mm程度であるので、この場合、手入れ深さは２mm以上とするのが好適である。
また、前記第２の工程では、前記フランジ部外面に相当する部分に当接するロール面に潤滑剤を適用することが好ましい。
【００１６】
例えば図３の場合、フランジ部外面３に相当する部分に当接するロール面とは、孔型Ｋ10〜Ｋ８では下ロールのロール面であり、孔型Ｋ７〜Ｋ３では上ロールのロール面である。なお、第２の工程において潤滑剤を適用するパスは、全パスであっても、一部のパスであってもよい。
これにより、第２の工程で突条の外側面に対応する面に働く摩擦力を小さくし、新たな凹凸の発生を防いで、製品継手部内面の皺疵をさらに軽減させることができる。なお、潤滑剤としては、市販の圧延油、黒鉛等固体潤滑剤、極圧添加剤を含有する潤滑剤等が使用できる。
【００１７】
【実施例】
表１に示す種々の継手厚さになる直線型鋼矢板を、図４のミル配置で形成された図３の孔型系列を用いた熱間圧延により製造する際に、表１に示すように製造条件を違えて製造した。第１〜第２の工程間で粗形鋼片のフランジ部外面にホットスカーフにより溶削深さ２mmとして表面手入れを施したものが実施例、施さなかったものが比較例である。また、実施例では、一部について第２の工程で孔型Ｋ10〜Ｋ８の下ロールのロール面に圧延油を吹き付けながら潤滑圧延を行った。なお、圧延温度条件は、ＢＤミル：1270〜1050℃、Ｓ１ミル：1000〜850 ℃、ＳＦミル：800 〜700 ℃とした。実施例、比較例の圧延製品から、ウエブ部片側の継手部を含み製品幅方向に平行な長さを有する試験片を切り出し、各試験片について、曲がり爪内面の皺疵最大深さを測定するとともに、曲がり爪先端に弾性限度内の曲げ戻し−曲げ荷重を繰り返し負荷する疲労試験を行ない、試験片が破断するまでの繰り返し数で継手疲労寿命を評価した。その結果を表１に示す。なお、表面手入れの有無と潤滑の有無は、有を１、無を０で表し、また、継手疲労寿命は継手厚さ16.0mmの比較例に対する比を100 倍した指数で表した。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１より、実施例と比較例とを同じ継手厚さで比べると、実施例は比較例よりも、皺疵最大深さが小さく、継手疲労寿命が長い。また、実施例のなかで、第２の工程で潤滑圧延を行ったものとそうでないものとを同じ継手厚さで比べると、行ったもの、行わなかったものよりも、皺疵最大深さが小さく、継手疲労寿命が長い。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、継手厚さの厚い形鋼圧延製品の継手部内面に生じて継手強度特性を劣化させる皺疵を、圧延製造工程の上流側で表面手入れするという簡単な工程付加により有効に軽減することができるので、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】本発明の骨子を示す工程流れ図である。
【図２】直線型鋼矢板の継手形状を示す断面図である。
【図３】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る。
【図４】図３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５】孔型Ｋ２、Ｋ１による爪曲げ過程（曲げ成形圧延工程）を示す要部断面図である。
【図６】曲がり爪内面に生じた皺疵を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１  ウエブ部
２  継手部
２Ａ  フランジ部
３  フランジ部外面
10  皺疵
10Ａ  凹凸
20  曲がり爪
20Ａ  突条
20Ｂ  被曲げ成形部
21  玉爪
22  継手懐
23  継手開口部
【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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