(57)【要約】【課題】従来より更に操業設計条件を効率化すると共に、圧延造形時の噛み込み性を向上させ、製品疵の発生を抑制させる。【解決手段】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複数の孔型が刻設され、当該複数の孔型は、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た複数の割り込み孔型と、前記割り込みに当接し、前記割り込み孔型において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た複数の折り曲げ孔型と、を含み、前記複数の孔型による粗圧延工程は２ヒート圧延によって行われ、当該２ヒート圧延での２ヒート目の造形には、折り曲げ造形を行う前記複数の折り曲げ孔型のうちの少なくとも１つ以上の折り曲げ孔型による折り曲げ造形が含まれる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項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複数の孔型が刻設され、
当該複数の孔型は、
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た複数の割り込み孔型と、
前記割り込みに当接し、前記割り込み孔型において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た複数の折り曲げ孔型と、を含み、
前記複数の孔型による粗圧延工程は２ヒート圧延によって行われ、
当該２ヒート圧延での２ヒート目の造形には、折り曲げ造形を行う前記複数の折り曲げ孔型のうちの少なくとも１つ以上の折り曲げ孔型による折り曲げ造形が含まれることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
【請求項２】
前記複数の折り曲げ孔型は、前記分割部位の折り曲げ角度が異なる２種類の折り曲げ孔型から構成され、
当該２種類の折り曲げ孔型では、前記分割部位の折り曲げ角度が順に広がるように折り曲げ造形が行われ、
前記２ヒート圧延における２ヒート目の開始孔型は、２種類の折り曲げ孔型のうち折り曲げ角度が狭角である孔型であ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。
【請求項３】
前記２ヒート圧延において、２ヒート目の開始孔型における造形は複数パスで行われ、
当該複数パスのうち１パス目の造形は被圧延材フランジ面の接触幅が５０％未満となるように行わ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。
【請求項４】
前記複数の割り込み孔型に形成される突起部の先端角度は２５°以上４０°以下であり、
前記２種類の折り曲げ孔型の折り曲げ角度は、順に、７０°以上１１０°以下、１３０°以上１７０°以下であり、
前記割り込み孔型に形成される突起部の先端角度と前記２種類の折り曲げ孔型のうち前段の折り曲げ孔型の折り曲げ角度との差は３０°超であることを特徴とする、請求項２に記載のＨ形鋼の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＨ形鋼の製造方法で製造されるＨ形鋼製品であって、
ウェブ厚２０ｍｍ以上、又は、フランジ厚４０ｍｍ以上であることを特徴とする、Ｈ形鋼製品。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＨ形鋼の製造方法で製造されるＨ形鋼製品であって、
前記２種類の折り曲げ孔型のうち後段の折り曲げ孔型における被圧延材フランジ幅が６００ｍｍ超であり、且つ、製品フランジ幅が４００ｍｍ超であることを特徴とする、Ｈ形鋼製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
近年、建築構造物の大型化や海洋構造物への利用に伴い、従来に比べ大型のＨ形鋼製品の製造が求められており、特に、フランジ幅やフランジ厚を増した製品が望まれている。スラブ等の矩形断面素材を用いた製造工程において、フランジ幅及びフランジ厚を増やす技術としては、被圧延材の上下端面（スラブ端面）に割り込みを形成させて当該割り込みを押し広げる技術（所謂ウェッジ法）が知られている。
【０００４】
例えば特許文献１には、Ｈ形鋼の製造とし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押し拡げる、又は、割り込み深さを深くさせ、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。
【０００５】
また、例えば特許文献２には、孔型ロールを用いてスラブからＨ形鋼を造形する技術において、フランジ相当部分の幅や厚さを確保する技術が開示されている。加えて、特許文献２には、複数の孔型に共用部分を設けロール胴幅の効率化を図るといった工夫もみられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−１６４００３号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０２６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えば上記特許文献１、２に開示されているような、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。
【０００８】
また、スラブ等の素材に対し孔型ロールを用いて圧延造形を行うに際しては、上記特許文献１、２に示すように同一の孔型ロールに複数の孔型を刻設してロール胴幅の効率化を図っている。しかしながら、フランジの広幅化といったＨ形鋼の大型化を目指す場合、１つの孔型ロールに刻設できる孔型数には設備限界があり、製造するＨ形鋼の大型化に伴い更なる操業設計条件の効率化が求められている。
【０００９】
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といった工程を行う際に、孔型ロールに刻設できる孔型数に設備限界がある場合でも、２ヒート圧延とすることで、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼製品を製造する事が可能なＨ形鋼の製造技術を提供することにある。また、２ヒート圧延を実現する際に課題となる圧延造形時の噛み込み性を向上させ、製品疵の発生を抑制させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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複数の孔型が刻設され、当該複数の孔型は、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た複数の割り込み孔型と、前記割り込みに当接し、前記割り込み孔型において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た複数の折り曲げ孔型と、を含み、前記複数の孔型による粗圧延工程は２ヒート圧延によって行われ、当該２ヒート圧延での２ヒート目の造形には、折り曲げ造形を行う前記複数の折り曲げ孔型のうちの少なくとも１つ以上の折り曲げ孔型による折り曲げ造形が含まれることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。
【００１１】
前記複数の折り曲げ孔型は、前記分割部位の折り曲げ角度が異なる２種類の折り曲げ孔型から構成され、当該２種類の折り曲げ孔型では、前記分割部位の折り曲げ角度が順に広がるように折り曲げ造形が行われ、前記２ヒート圧延における２ヒート目の開始孔型は、２種類の折り曲げ孔型のうち折り曲げ角度が狭角である孔型であっても良い。
【００１２】
前記２ヒート圧延において、２ヒート目の開始孔型における造形は複数パスで行われ、当該複数パスのうち１パス目の造形は被圧延材フランジ面の接触幅が５０％未満となるように行われても良い。
【００１３】
前記複数の割り込み孔型に形成される突起部の先端角度は２５°以上４０°以下であり、前記２種類の折り曲げ孔型の折り曲げ角度は、順に、７０°以上１１０°以下、１３０°以上１７０°以下であり、前記割り込み孔型に形成される突起部の先端角度と前記２種類の折り曲げ孔型のうち前段の折り曲げ孔型の折り曲げ角度との差は３０°超であっても良い。
【００１４】
また、本発明によれば、上記記載のＨ形鋼の製造方法で製造されるＨ形鋼製品であって、ウェブ厚２０ｍｍ以上、又は、フランジ厚４０ｍｍ以上であることを特徴とする、Ｈ形鋼製品が提供される。
【００１５】
また、本発明によれば、上記記載のＨ形鋼の製造方法で製造されるＨ形鋼製品であって、前記２種類の折り曲げ孔型のうち後段の折り曲げ孔型における被圧延材フランジ幅が６００ｍｍ超であり、且つ、製品フランジ幅が４００ｍｍ超であることを特徴とする、Ｈ形鋼製品が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
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といった工程を行う際に、孔型ロールに刻設できる孔型数に設備限界がある場合でも、２ヒート圧延とすることで、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼製品を製造する事ができる。また、２ヒート圧延を実現する際に課題となる圧延造形時の噛み込み性を向上させ、製品疵の発生を抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】Ｈ形鋼の製造ラインについての概略説明図である。
【図２】第１孔型の概略説明図である。
【図３】第２−１孔型の概略説明図である。
【図４】第２−２孔型の概略説明図である。
【図５】第３孔型の概略説明図である。
【図６】第４孔型の概略説明図である。
【図７】第５孔型（平造形孔型）の概略説明図である。
【図８】２ヒート圧延の開始孔型を第３孔型とした場合の圧下量の違いによる被圧延材と孔型ロールとの位置関係に関する概略説明図である。
【図９】２ヒート圧延の開始孔型を第４孔型とした場合の圧下量の違いによる被圧延材と孔型ロールとの位置関係に関する概略説明図である。
【図１０】第４孔型での折り曲げ角度（θ３−θ２）とフランジ厚偏差（フランジ厚バラツキ）との関係を示すグラフである。
【図１１】第３孔型における先端部角度θ２を変化させた場合のフランジ相当部の先端の厚み変化量（フランジ先端つぶし量）を示すグラフである。
【図１２】本実施の形態に係る方法で第３孔型の突起部の先端部角度θ２を１１０°超とした場合の、造形後の被圧延材の形状を示す概略図である。
【図１３】第４孔型の先端部角度θ３を変化させた場合の、製品疵深さの変化を示すグラフである。
【図１４】ウェブ減厚孔型におけるウェブ減厚に関する概略説明図である。
【図１５】θ２とθ３の好適な設計範囲を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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、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。
【００２０】
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、粗圧延機４のロールには、複数の孔型が刻設されており、これらを経由して複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。
【００２１】
次に、以下では図１に示した粗圧延機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７は粗圧延工程を行う粗圧延機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、粗圧延機４の孔型ロールに刻設されるが、後述するように本願発明では２ヒート圧延を実施するため、以下に説明する第１孔型〜第５孔型の５つの孔型は、入れ替え可能な２つの孔型ロールに分けて刻設されても良い。なお、２ヒート圧延を実施する際の好適な孔型設計条件などに関しては、図面・表等を参照して後述する。
２ヒート圧延とは、粗圧延機４において第１の孔型ロールを用いて圧延造形を実施した後、粗圧延機４において孔型ロールの入れ替えを行い、被圧延材Ａを加熱炉２において再度加熱した後、入れ替えた第２の孔型ロールを用いて圧延造形を実施する工程である。
通常のＨ形鋼の製造における粗圧延工程では、以下に説明する各孔型において１又は複数パスでの造形が行われる。
【００２２】
また、本実施の形態では刻設される孔型の基本的な構成が６孔型である場合を例示して説明するが、その孔型数は必ずしも６孔型である必要はない。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７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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。第１孔型Ｋ１は、スラブ端面に溝（割り込み２８、２９）を付与する孔型であることから「溝付け孔型」とも呼称される。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。
【００２５】
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。
【００２６】
図３は第２−１孔型Ｋ２−１の概略説明図である。第２−１孔型Ｋ２−１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２−１孔型Ｋ２−１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２−１孔型Ｋ２−１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。
【００２７】
ここで、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２−１孔型Ｋ２−１のウェッジ角度θ１ｂと同じ角度であることが好ましい。
【００２８】
突起部３５、３６の高さ（突出長さ）ｈ２ａ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、ｈ２ａ＞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。
【００２９】
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２−１孔型Ｋ２−１に形成される突起部３５、３６の高さｈ２ａ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２−１孔型Ｋ２−１の方が長くなる。第２−１孔型Ｋ２−１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ｈ２ａ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２−１孔型Ｋ２−１での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ２ａはｈ１’＜ｈ２ａ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。
【００３０】
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２−１孔型Ｋ２−１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。この第２−１孔型Ｋ２−１は、「割り込み孔型」とも呼称される。
【００３１】
また、第２−１孔型Ｋ２−１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２−１孔型Ｋ２−１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。
【００３２】
図４は第２−２孔型Ｋ２−２の概略説明図である。第２−２孔型Ｋ２−２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２−２孔型Ｋ２−２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２−２孔型Ｋ２−２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。これら突起部４５、４６の先端部角度は２５°以上４０°以下のウェッジ角度θ１ｂであり、上記第２−１孔型Ｋ２−１のウェッジ角度と同じ角度に設計されることが望ましい。
【００３３】
突起部４５、４６の高さ（突出長さ）ｈ２ｂは、上記第２−１孔型Ｋ２−１の突起部３５、３６の高さｈ２ａより高く構成されており、ｈ２ｂ＞ｈ２ａとなっている。これら上孔型ロール４０と下孔型ロール４１のロール隙において、上記第２−１孔型Ｋ２−１通材後の被圧延材Ａが更に造形される。
【００３４】
ここで、第２−１孔型Ｋ２−１に形成される突起部３５、３６の高さｈ２ａより、第２−２孔型Ｋ２−２に形成される突起部４５、４６の高さｈ２ｂ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２−２孔型Ｋ２−２の方が長くなる。第２−２孔型Ｋ２−２での突起部４５、４６の被圧延材Ａへの侵入深さは、突起部４５、４６の高さｈ２ｂと同じである。即ち、第２−１孔型Ｋ２−１での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ２ａと、第２−２孔型Ｋ２−２での突起部４５、４６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ２ｂはｈ２ａ＜ｈ２ｂ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。
【００３５】
図４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２−２孔型Ｋ２−２においては、第２−１孔型Ｋ２−１において形成された割り込み３８、３９が更に深くなるように造形が行われ、割り込み４８、４９が形成される。この第２−２孔型Ｋ２−２は、「割り込み孔型」とも呼称される。
なお、ここで形成される割り込み４８、４９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。
【００３６】
また、第２−２孔型Ｋ２−２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４０ａ、４０ｂ及び孔型底面４１ａ、４１ｂとが接触するような造形が行われる。これは、第２−２孔型Ｋ２−２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。
【００３７】
図５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５５が形成されている。更に、下孔型ロール５１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。
【００３８】
上記突起部５５、５６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５５、５６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ３は、上記突起部４５、４６の侵入深さｈ２ｂよりも短くなっている（即ち、ｈ３＜ｈ２ｂ）。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、図５に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。
【００３９】
図５に示すように、第３孔型Ｋ３では、第２−２孔型Ｋ２−２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２−２孔型Ｋ２−２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、割り込み５８、５９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５８、５９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２−２孔型Ｋ２−２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）が外側に折り曲げられるような造形が行われる。この第３孔型Ｋ３は「折り曲げ孔型」とも呼称される。
【００４０】
また、図５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。
【００４１】
図６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６０と下孔型ロール６１に刻設される。上孔型ロール６０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６５が形成されている。更に、下孔型ロール６１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６６が形成されている。これら突起部６５、６６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６５と突起部６６とでそれぞれ等しく構成されている。
【００４２】
上記突起部６５、６６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６５、６６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ４は、上記突起部５５、５６の侵入深さｈ３よりも短くなっている（即ち、ｈ４＜ｈ３）。この角度θ３は例えば１３０°以上１７０°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６０ａ、６０ｂ及び孔型底面６１ａ、６１ｂと、突起部６５、６６の傾斜面とのなす角度θｆは、上記第３孔型Ｋ３と同様に、図６に示す４箇所ともに約９０°（略直角）に構成されている。
【００４３】
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５８、５９が、突起部６５、６６が押し当てられることにより押し広げられ、割り込み６８、６９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６８、６９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５８、５９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。この第４孔型Ｋ４は「折り曲げ孔型」とも呼称される。
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。
【００４４】
図６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。
【００４５】
図７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７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。なお、この平造形孔型（第５孔型Ｋ５）における圧延造形は、１又は任意の複数パスで行われる。
【００４６】
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）。
【００４７】
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、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。
【００４８】
ここで、上述した第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５での孔型圧延造形によって実施される本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法においては、ロール設計上あるいは粗圧延機４の設備構成上の寸法制約により、第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５の全ての孔型を１つの孔型ロールに刻設できないことが懸念される。特に、例えば４００ｍｍ幅以上のフランジ幅を有するような大型のＨ形鋼製品を製造する場合には、孔型寸法が大型化し、寸法制約はより厳しいものとなる。
【００４９】
そこで本発明者らは、粗圧延機４において上記第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５による粗圧延工程を行うにあたり、粗圧延機４において第１の孔型ロールを用いて圧延造形を実施した後、粗圧延機４において孔型ロールの入れ替えを行い、被圧延材Ａを加熱炉２において再度加熱した後、入れ替えた第２の孔型ロールを用いて圧延造形を実施する、いわゆる２ヒート圧延を行うこととし、その際に求められる孔型設計条件やパススケジュール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や表等を参照して説明する。
【００５０】
上記第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５を用いて２ヒート圧延による粗圧延工程を実施する場合、２ヒート圧延の特性として被圧延材Ａを加熱炉２において再加熱するために、被圧延材Ａの表面にスケール（１次スケール）が付着し、孔型ロールによる噛み込み性の悪化やスケール巻き込みによる製品疵（スケール疵）の発生が懸念される。即ち、２ヒート圧延を実施するに際しては、このようなスケールの付着による噛み込み性の悪化や製品疵の発生を防止できるような条件で圧延を２ヒートプロセス化する必要がある。このような観点から、本発明者らは、２ヒート圧延時における２ヒート目の開始孔型を適正な孔型にすべく、２ヒート圧延時の２ヒート目開始孔型と、圧延可否、スケール剥離性、スケール疵の有無、圧延噛み込み性について検証を行った。
【００５１】
以下の表１は検証結果を示したものであり、ケース１〜９として２ヒート目の開始孔型を第２−１孔型Ｋ２−１、第２−２孔型Ｋ２−２、第３孔型Ｋ３、第４孔型Ｋ４、第５孔型Ｋ５とした場合の、スケール剥離性、スケール疵の有無、圧延噛み込み性に関する検証結果を示しており、これらの検証結果に伴う圧延可否も示している。
なお、表１に示す検証結果では、ウェブ厚２０ｍｍ未満、又は、フランジ厚が４０ｍｍ未満であるような通常Ｈ形鋼を製造する場合と、ウェブ厚２０ｍｍ以上、又は、フランジ厚４０ｍｍ以上の極厚Ｈ形鋼を製造する場合と、を示し、ケース１、３は通常Ｈ形鋼の製造、ケース２、４は極厚Ｈ形鋼の製造に関する検証結果である。また、ケース５〜９は通常Ｈ形鋼と極厚Ｈ形鋼の両方に関する検証結果である。
【００５２】
ここで、表１中に記載の「スケール剥離性」とは、スケール疵の有無に関係する検証結果であり、スケール剥離性が良好であると被圧延材表面にスケールが残存しないためスケール疵が発生しにくく、スケール剥離性が悪いと被圧延材表面にスケールが残存し、そのままの状態で圧延が進行してしまいスケール疵が発生してしまうことが分かっている。
また、表１中の「軽圧下圧延」との記載は、圧下量が１１０ｍｍ以下の圧延を示し、「通常圧延」とは、圧下量が１１０ｍｍ超の圧延を示している。但し、ここでの圧下量とは、エッジング圧延による圧下量のみを指し、平造形圧延による圧下量は含まれない。
【００５３】
【表１】
2018176186.tif 000003
【００５４】
表１に示すように、ケース１〜４では、圧延噛み込み性（以下、単に噛み込み性とも記載）は良好であるが、いずれのケースもスケール剥離性が悪い。これは、第１孔型Ｋ１の突起部形状と第２−１孔型Ｋ２−１や第２−２孔型Ｋ２−２の突起部形状とが相似形であることに起因し、被圧延材表面のスケールが圧延時に巻き込まれてしまう。
ケース１、３に示すように、通常Ｈ形鋼ではスケール剥離性が悪い場合でも、その後の圧下率が大きいためにスケールが圧延途中で剥離し、圧下痕も消去されるために圧延が可能であった。
一方、ケース２、４に示すように、極厚Ｈ形鋼では、スケールによって生じた圧下痕がスケール剥離後の圧下率が小さいために、消去されにくく、圧下痕が残るため圧延不可であった。
【００５５】
また、ケース５〜８では、スケール剥離性は良好であった。これは、折り曲げ孔型である第３孔型及び第４孔型では、折り曲げ造形による引張力が被圧延材Ａに作用するためスケールが剥離しやすいからである。しかしながら、ケース５、７に示すように、通常圧延では噛み込み性が悪い。これは、折り曲げ造形開始前にはスケールが付着した状態であり、スケールにより摩擦係数が低くなり十分な噛み込みが図られないからである。
即ち、ケース５、７に示すように、通常圧延では噛み込み性が悪いことから、圧下量を変えて軽圧下圧延とすることで、スケール剥離を促進させて噛み込み性の改善を図り、圧延可能にすることができると推定される。表１に記載のケース６、８はこのような噛み込み性の改善を図った場合の検証結果である。なお、ケース６、８に関するより詳細な条件（パススケジュール等）については、表を参照し後述する。
【００５６】
また、ケース９では、噛み込み性は良好であるものの、通常Ｈ形鋼、極厚Ｈ形鋼のいずれの圧延造形においてもスケールの圧下痕が残り、製品疵が残存するため、圧延不可であった。なお、折り曲げ造形完了後（第４孔型Ｋ４での圧延造形完了後）には、被圧延材Ａのフランジ相当部（被圧延材フランジ幅）が例えば６００ｍｍ超といったように大きく広幅化されており、設備制約上、加熱炉２に挿入することが難しいといった事情も考えられることから、第５孔型Ｋ５を２ヒート圧延の２ヒート目の開始孔型に設定することは現実的ではない。
【００５７】
以上、表１を参照して説明した検証結果によれば、通常Ｈ形鋼の製造及び極厚Ｈ形鋼製造の両方において２ヒート圧延を実施する場合には、２ヒート目の開始孔型を第３孔型Ｋ３あるいは第４孔型Ｋ４とすることで圧延可能となることが分かった。加えて、２ヒート目の開始孔型を第３孔型Ｋ３あるいは第４孔型Ｋ４とする場合には、当該第３孔型Ｋ３あるいは第４孔型Ｋ４での圧延造形の例えば１パス目の圧下量を減ずることで噛み込み性の改善を図ることが望ましいことが分かった。
【００５８】
次に、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いる粗圧延工程を１ヒート圧延で行う場合と２ヒート圧延で行う場合のそれぞれのパススケジュールについて説明する。なお、以下に示す表２〜表４のパススケジュールはいずれも同じ寸法形状のＨ形鋼を製造する際の粗圧延工程（第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４）を示すものである。
【００５９】
以下に示す表２は、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いる粗圧延工程を１ヒート圧延で圧延造形する場合のパススケジュールの１例であり、全部で１４パスで第４孔型Ｋ４までの圧延造形を行う場合のスケジュールである。なお、ここでロール隙とは、ロール孔型のウェッジ先端部の上下間の距離を示す。表２に示すように、１ヒート圧延では、折り曲げ孔型である第３孔型Ｋ３と第４孔型Ｋ４での圧延造形の各第１パスでは、折り曲げを開始するために前パスのロール隙をプラスし、圧下量の値を前段パスよりマイナスの値としている。例えば表２に示す例では、第１１パスで−２００ｍｍの圧下量を採り、第１３パスで−１２０ｍｍの圧下量を採っているが、被圧延材のフランジ先端部はロールと接触しており、部分的に折り曲げる加工が行われている。
【００６０】
【表２】
2018176186.tif 000004
【００６１】
表２に示すパススケジュールによって圧延造形を行う場合に、１ヒート圧延であれば、第１１パスや第１３パスでの折り曲げ造形開始時において被圧延材Ａの表面にスケールは付着していないため、圧下量がそれぞれ−２００ｍｍ、−１２０ｍｍの設定でＫ３及びＫ４孔型共に２パスで圧延が可能であった。
【００６２】
しかしながら、同じ孔型構成でもって２ヒート圧延を行う場合には、上述したように、折り曲げ造形開始時にスケールが付着した状態であるために噛み込み性が悪い。そこで、本発明者らは、２ヒート圧延を行う場合には、２ヒート目の開始孔型での１パス目に軽圧下圧延を行うことで、噛み込み性の悪化を防止する技術を創案した。
【００６３】
以下に示す表３は、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いる粗圧延工程を２ヒート圧延で圧延造形する場合のパススケジュールの一例であり、第３孔型Ｋ３を２ヒート目の開始孔型とした場合のスケジュールである。
【００６４】
【表３】
2018176186.tif 000005
【００６５】
表３に示すパススケジュールでは、２ヒート圧延において２ヒート目の開始孔型を第３孔型Ｋ３とした場合において、当該第３孔型Ｋ３での１パス目（表３中の第１１パス）の圧下量を−３１０ｍｍとし、パス回数を１パス増やすことで軽圧下圧延が行われることになる。
【００６６】
また、以下に示す表４は、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いる粗圧延工程を２ヒート圧延で圧延造形する場合のパススケジュールの一例であり、第４孔型Ｋ４を２ヒート目の開始孔型とした場合のスケジュールである。
【００６７】
【表４】
2018176186.tif 000006
【００６８】
表４に示すパススケジュールでは、２ヒート圧延において２ヒート目の開始孔型を第４孔型Ｋ４とした場合において、当該第４孔型Ｋ４での１パス目（表４中の第１３パス）の圧下量を−２２０ｍｍとし、パス回数を１パス増やすことで軽圧下圧延が行われることになる。
【００６９】
以上表３、表４に一例を挙げた２ヒート圧延のパススケジュールと、表２に挙げた１ヒート圧延のパススケジュールを比較すると、２ヒート圧延時に２ヒート目を開始する孔型の１パス目において軽圧下圧延を実施している。この２ヒート目開始時１パス目の軽圧下圧延により噛み込み性の悪化が防止され、通材不良等を発生させることなく１ヒート圧延時と同様の寸法精度で粗圧延工程を実施することが可能となる。
【００７０】
なお、表２〜表４に示したパススケジュールは具体的な一例であり、適宜変更が可能である。本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いる粗圧延工程において重要なのは、表３、表４に示したように、２ヒート圧延時において２ヒート目の開始孔型において１パス目にロール隙を通常圧延よりも開放させた状態で軽圧下圧延を行うことである。その際の軽圧下圧延は、例えば圧下量が１１０ｍｍ以下、あるいは、被圧延材−ロール間のフランジ面接触幅が５０％未満の圧延である。
【００７１】
２ヒート圧延では、折り曲げ造形開始時にスケール（１次スケール）が付着した状態であるために噛み込み性が悪いが、これは、スケールとロールとの間の摩擦係数が小さいことを意味している。スケールが剥離した状態で、地金とロールが接触した状態で圧延が実施されると、摩擦係数が大きくなり、噛み込み性の向上が図られる。即ち、噛み込み性の向上のためには、いかにして被圧延材表面から１次スケールを除去するかが重要となる。被圧延材表面からスケールを剥離させる技術としては、高圧水を利用したデスケーリング法等が知られているが、本実施の形態に係る粗圧延方法では、スケール剥離を必要とする対象部位は突起部内面（ウェッジ内面）であることから、高圧水を表面に垂直に噴射するといった事が困難である。そこで、本発明者らは、圧延時における圧下量の調整によりスケール除去を行うことができるような技術について試行を行った。
【００７２】
被圧延材表面に１次スケールが付着した状態で圧下量の大きな圧延を行った場合、被圧延材−ロール間の面圧が高くなり、１次スケールが剥離する前にスケールを被圧延材に押し込む状態となってしまう。従って、摩擦係数が小さい状態で圧延されるため、噛み込み性が低下する。
一方、被圧延材表面に１次スケールが付着した状態で圧下量の小さい圧延（軽圧下圧延）を行うと、被圧延材−ロール間の面圧が低く抑えられ、ロールと被圧延材の接触開始位置において、スケールを押し込むことなく、スケールの剥離が行われた後にロールと被圧延材の地金部分との接触が開始されるため、噛み込み性が良好となる。
【００７３】
図８は、２ヒート圧延の開始孔型を第３孔型Ｋ３とした場合の圧下量の違いによる被圧延材Ａと孔型ロールとの位置関係に関する概略説明図であり、（ａ）が通常圧延、（ｂ）が軽圧下圧延を示している。また、図９は、２ヒート圧延の開始孔型を第４孔型Ｋ４とした場合の圧下量の違いによる被圧延材Ａと孔型ロールとの位置関係に関する概略説明図であり、（ａ）が通常圧延、（ｂ）が軽圧下圧延を示している。なお、図８、９には説明のために被圧延材Ａのフランジ相当部の一部を拡大して図示している。
【００７４】
図８、９の（ａ）と（ｂ）を比較して分かるように、軽圧下圧延ではフランジ相当部の先端におけるロールとの接触面積（接触弧長）が小さく局所的になっている。これにより、孔型ロールとスケールの付着した被圧延材Ａ（フランジ相当部の先端）との摩擦係数の低下が抑制され、噛み込み性の向上が見込まれる。
【００７５】
上述したように、被圧延材表面に１次スケールが付着した状態で圧下量の小さい圧延（軽圧下圧延）を行うと、被圧延材−ロール間の面圧が低く抑えられ、噛み込み性が向上するが、その際の好適な面圧の基準として、フランジ面（突起部内面）とロールとの接触幅を５０％未満とすることが望ましい。図８、９の（ａ）と（ｂ）を比較すると、通常圧延に比べ、軽圧下圧延時にはフランジ面とロールとの接触幅が小さくなっていることが分かる。なお、接触幅５０％未満が望ましいのは、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いる粗圧延工程を１ヒート圧延で行う場合に、折り曲げ造形の１パス目では、フランジ面とロールの接触幅がほぼ５０％となっており、スケールの剥離が実現できているからである。
【００７６】
以上表２〜４や図８、９を参照して説明したように、本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１〜第４孔型Ｋ４を用いた粗圧延工程では、２ヒート圧延を採用し、２ヒート目の開始孔型を例えば第３孔型Ｋ３あるいは第４孔型Ｋ４とし、当該開始孔型の１パス目の圧延を軽圧下圧延としたパススケジュール設計を行うことが望ましい。このような工程を採ることにより、２ヒート圧延時に問題となる被圧延材表面へのスケールの付着に伴う噛み込み性の悪化を防止し、製品疵の発生を抑制させてＨ形鋼の製造を実施することが可能となる。
また、フランジの広幅化といったＨ形鋼の大型化を目指す場合、１つの孔型ロールに刻設できる孔型数には設備限界があるといった観点から、２ヒート圧延を採用することで従来に比べ操業設計条件を効率化することができる。
【００７７】
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。
【００７８】
例えば、上記実施の形態においては、第１孔型Ｋ１、第２−１孔型Ｋ２−１、第２−２孔型Ｋ２−２のウェッジ角度θ１ａ、θ１ｂを２５°以上４０°以下、第３孔型Ｋ３のウェッジ角度θ２を７０°以上１１０°以下、第４孔型Ｋ４のウェッジ角度θ３を１３０°以上１７０°以下、として説明している。この点に関し、本発明において２ヒート圧延を適用するに際し、被圧延材表面に付着するスケールの剥離性が噛み込み性に影響を及ぼすことから、上記各ウェッジ角度には更なる好適な数値範囲が存在することが分かっている。特に、２ヒート圧延時における１ヒート目終了孔型のウェッジ角度と、２ヒート目開始孔型のウェッジ角度との関係がスケール剥離性に影響することが分かっている。
【００７９】
以下に示す表５は、上記実施の形態で説明した第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５を用いた粗圧延工程において２ヒート圧延を適用した場合に、１ヒート目の終了孔型のウェッジ角度（ウェッジ先端角度）と２ヒート目の開始孔型ウェッジ角度をケース１〜１１で変えた場合のスケール剥離性についての検証結果である。なお、上記実施の形態で説明したように、２ヒート目の開始孔型は第３孔型Ｋ３あるいは第４孔型Ｋ４が望ましいことから、表５に示す検証でも２ヒート目の開始孔型を第３孔型Ｋ３あるいは第４孔型Ｋ４としている。
【００８０】
【表５】
2018176186.tif 000007
【００８１】
表５に示すように、ケース１〜７、９はスケール剥離性が担保され、圧延可能となっている。一方、ケース８、１０、１１はスケール剥離性が悪く圧延できない条件である。
表５に示す検証結果によれば、２ヒート目開始孔型が第３孔型Ｋ３である場合（ケース１〜４）には、いずれの場合でもスケール剥離性が良好であり、圧延可能であることが分かる。
また、２ヒート目開始孔型が第４孔型Ｋ４である場合には、１ヒート目終了孔型とのウェッジ角度の差が４０°以上である場合にはスケール剥離性が良好であり、１ヒート目終了孔型とのウェッジ角度の差が４０°未満（３０°以下）であるとスケール剥離性が悪化することが分かる。
１ヒート目終了孔型と２ヒート目開始孔型とのウェッジ角度の差（角度変化量）が大きいと、折り曲げ造形時にフランジ部に引張力が作用し、表面のスケールに引張ひずみが発生することでスケール剥離性が良好になると考えられる。
【００８２】
２ヒート目開始孔型が第３孔型Ｋ３である場合、第３孔型Ｋ３のウェッジ角度が第４孔型Ｋ４のウェッジ角度に比べ小さいため、スケールをロール軸方向に押し広げる作用が大きく、スケールを巻き込みにくく、１ヒート目終了孔型とのウェッジ角度の差が３０°以上である場合にスケール剥離性が良好であると考えられる。
即ち、２ヒート目開始孔型が第３孔型Ｋ３である場合と、第４孔型Ｋ４である場合と、の両方を考えた場合に、ウェッジ角度変化量が３０°超との条件を満たすことで、スケール剥離性は良好となる。
【００８３】
以上、表５を参照して説明したように、第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５を用いた粗圧延工程において２ヒート圧延を適用した場合に、２ヒート目の開始孔型を第３孔型Ｋ３あるいは第４孔型Ｋ４とし、ウェッジ角度に関する設計を、２ヒート目開始孔型と、１ヒート目終了孔型とのウェッジ角度の差を３０°超とすることが好ましいことが分かる。
【００８４】
また、上記実施の形態においては、第３孔型Ｋ３のウェッジ角度θ２を７０°以上１１０°以下、第４孔型Ｋ４のウェッジ角度θ３を１３０°以上１７０°以下、として説明している。このように規定することで、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ことが可能となる。以下では上記θ２及びθ３の好適な角度の範囲が規定される根拠について説明する。
【００８５】
先ず、本発明者らは、第３孔型Ｋ３で造形が完了した被圧延材Ａに対し、第４孔型Ｋ４において実施される折り曲げ加工の加工限界（加工限界角度）について検討を行った。図１０は、第４孔型Ｋ４での折り曲げ角度（即ち、θ３−θ２）とフランジ厚偏差（フランジ厚バラツキ）との関係を示すグラフである。ここで、図１０のグラフの縦軸であるフランジ厚偏差は、割り広げて造形された４つのフランジ相当部の平均フランジ厚からのバラツキ３σを示している。
【００８６】
図１０に示すように、第４孔型Ｋ４において、折り曲げ角度（即ち、θ３−θ２）が６０°を超えると、フランジ厚偏差が５％を超えるため、粗圧延工程の後工程である中間圧延工程や仕上圧延工程において寸法を収束させることが困難となり、好適な寸法精度でもって造形を実施することができなくなる。
【００８７】
なお、左右のフランジ相当部の厚みバラツキは５％以下に抑えられることが好ましい理由は以下の通りである。大型サイズのＨ形鋼の形状寸法の許容差は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｇ  ３１９２）によると、フランジ厚が４０ｍｍを超える場合、当該フランジ厚の公差範囲は４ｍｍ（即ち、±２ｍｍ）であり、製品のフランジ厚の１０％に相当する。製品のフランジ寸法が上記公差から外れた場合、加工修正は困難であり、所定品質の製品として認められないため、製造効率やコストの面で問題が大きい。従って、各造形工程の工程能力を十分とし、左右のフランジ相当部の厚みバラツキを抑えてＨ形鋼製品を製造する必要がある。通常、各造形工程の工程能力を十分とするためには、フランジ厚の公差範囲を６σに設定することが望ましい。上記ＪＩＳ規格に基づき、Ｈ形鋼製品のフランジ厚の１０％を６σに合わせるため、左右のフランジ相当部の厚みバラツキ３σの目標値は５％以下とすることが望ましい。
【００８８】
図１０に示すように、第４孔型Ｋ４での加工角度は６０°以下である必要がある。即ち、第３孔型Ｋ３の突起部５５、５６の先端部角度θ２と、第４孔型Ｋ４の突起部６５、６６の先端部角度θ３との差は６０°以下とする必要があり、以下の式（１）を満たす条件に設計される必要がある。
θ３−θ２≦６０°  ・・・（１）
【００８９】
次に、本発明者らは、第３孔型Ｋ３の突起部５５、５６の先端部角度θ２の上限値について検討を行った。図１１は、第３孔型Ｋ３における先端部角度θ２を変化させた場合のフランジ相当部の先端における幅変化量（フランジ先端つぶし量）を示すグラフである。
フランジ先端つぶし量は、第３孔型Ｋ３において折り曲げられたフランジ相当部の先端幅方向に関する潰された距離Δｉ（ｉ＝１〜４：４箇所の先端に対応）の平均値によって定義される。なお、以下に説明する図１１には、このフランジ先端つぶし量Δ１〜Δ４を図示している。
【００９０】
図１１に示すように、上記角度θ２が１００°以下であれば、フランジ相当部の先端幅変化量は５ｍｍ以下の小さなレベルで留まる。しかしながら、角度θ２が１１０°以上になると、フランジ相当部の先端幅変化量も大きくなり、４箇所のフランジ相当部の肉量アンバランスが生じてしまう（以下に説明する図１２参照）。
【００９１】
図１２は、本実施の形態に係る方法で第３孔型Ｋ３の突起部５５、５６の先端部角度θ２を１１０°超とした場合の、造形後の被圧延材の形状を示す概略図である。図１２に示すように、角度θ２を１１０°超に設定して第３孔型Ｋ３での造形を実施すると、曲げ加工による変形よりもフランジ相当部の外側面が押し潰される変形の方が容易となり、フランジ相当部の外側のメタルが削がれる変形モードとなってしまうことが確認される。
以上、図１１、１２を参照して説明したことから、第３孔型Ｋ３の突起部５５、５６の先端部角度θ２は以下の式（２）を満たす条件に設計される必要がある。
θ２≦１１０°  ・・・（２）
【００９２】
続いて、本発明者らは、ウェブ減厚孔型での造形に基づき、第４孔型Ｋ４の突起部６５、６６の先端部角度θ３の上限値ならびに下限値について検討を行った。図１３は、第４孔型Ｋ４の突起部６５、６６の先端部角度θ３を変化させた場合の、ウェブ減厚孔型において実施される後段の工程での肉溜まりの発生に伴って生じる製品疵深さを示すグラフである。なお、ウェブ減厚孔型で生じる肉溜まりとは、フランジ相当部の外面において生じる突起状の形状不良であり、その詳細は図１４を参照して後述する。
【００９３】
図１３に示すように、上記角度θ３が１３０°未満である場合には、製品疵が生じてしまい、その製品疵深さは角度θ３が小さければ小さい程、増大してしまう。そして、最終製品のフランジ外面にこの製品疵が残ってしまう。
【００９４】
図１４はウェブ減厚孔型におけるウェブ減厚に関する概略説明図であり、（ａ）は上記角度θ３が１７０°超である場合にフランジ部の外面に形状不良が生じている場合を示し、（ｂ）は上記角度θ３が１３０°未満である場合にフランジ部の外面に形状不良が生じている場合を示し、（ｃ）は製品疵を示している。
【００９５】
図１４（ａ）に示すように、ウェブ減厚孔型においてウェブ減厚を行った場合、ウェブ部８１の減厚に伴い、フランジ部８０の外側（図中左右方向）へのメタルの拡がり量が大きくなる。全断面に対するウェブ部８１の断面割合が大きい程、その拡がり量は大きくなる。これにより、図中の破線部に示す突起上の膨らみ部１６０が形成される。この膨らみ部１６０は形状不良の要因であるため、対応策として、フランジ部８０の外面に拡がりを見込んで凹みを設けておくことが考えられる。その凹み量を調整するために、第４孔型Ｋ４の突起部６５、６６の先端部角度θ３を好適に定めることが有効である。実験上、角度θ３を１７０°超とした場合に、図１４（ａ）に示すような形状不良が生じることが分かっており、角度θ３の上限値は１７０°となる。
また、上記式（１）及び式（２）から、角度θ２の上限値は１１０°であり、角度θ３と角度θ２の差は最大で６０°であることからも、角度θ３の上限値は１７０°と定まる。
【００９６】
また、図１４（ｂ）に示すように、ウェブ減厚孔型では、ウェブ部８１の減厚と同時にフランジ部８０の幅圧下も行われ、フランジ部８０の幅圧下により、当該フランジ部８０の中央部に上下からの圧下歪が加わるが、角度θ３が１３０°未満になるとフランジ部８０の外側面中央部（図中破線で囲んだ部分）に形成されている溝１６１が消えずに疵として残存し、それに伴う製品疵が発生し、最終製品であるＨ形鋼において当該製品疵が残存してしまう。実験上、角度θ３を１３０°未満とした場合に、図１４（ｂ）に示す溝１６１が疵の起点となり残存し、図１４（ｃ）のような製品疵１６３が生じてしまうことが分かっている。
以上、図１３、１４を参照して説明したことから、第４孔型Ｋ４の突起部６５、６６の先端部角度θ３は上限値を１７０°とすることが望ましく、下限値を１３０°とすることが望ましい。
特に、図１３に基づき、角度θ３は以下の式（３）を満たす条件に設計される必要がある。
θ３≧１３０°  ・・・（３）
【００９７】
以上説明した式（１）〜（３）を同時に満たすような設計条件を構成する場合、θ２の下限値は７０°（＝１３０°−６０°）となり、θ３の上限値は１７０°（＝１１０°＋６０°）となる。図１５は、上記式（１）〜（３）に示した設計条件をまとめたグラフであり、θ２とθ３の好適な設計範囲を示すものである。図１５中の各条件を示す線（図中破線）に囲まれた範囲が好適な設計範囲となる。即ち、角度θ２は以下の式（４）を満たす条件に設計される必要があり、角度θ３は以下の式（５）を満たす条件に設計される必要があり、且つ、上記式（１）を満たすことが必要となる。
７０°≦θ２≦１１０°  ・・・（４）
１３０°≦θ３≦１７０°  ・・・（５）
【００９８】
上記式（１）、（４）、（５）を満たすような設計条件によって第３孔型Ｋ３の突起部５５、５６の先端部角度θ２、ならびに第４孔型Ｋ４の突起部６５、６６の先端部角度θ３が定められる。これにより、左右のフランジ部８０の変形アンバランスが生じることなく造形が実施され、更に、フランジ相当部の外側面が押し潰される変形といった形状不良（図１２参照）や、ウェブ減厚孔型においてフランジ部８０の外側面中央部が肉溜まり形状となり製品疵が発生してしまうといった形状不良（図１４参照）が生じることなく、各造形工程を実施することが可能となる。
【００９９】
なお、上記実施の形態等において、Ｈ形鋼を製造する際の素材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。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
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。
【符号の説明】
【０１０１】
１…圧延設備
２…加熱炉
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２−１孔型）
３１…下孔型ロール（第２−１孔型）
３５、３６…突起部（第２−１孔型）
３８、３９…割り込み（第２−１孔型）
４０…上孔型ロール（第２−２孔型）
４１…下孔型ロール（第２−２孔型）
４５、４６…突起部（第２−２孔型）
４８、４９…割り込み（第２−２孔型）
５０…上孔型ロール（第３孔型）
５１…下孔型ロール（第３孔型）
５５、５６…突起部（第３孔型）
５８、５９…割り込み（第３孔型）
６０…上孔型ロール（第４孔型）
６１…下孔型ロール（第４孔型）
６５、６６…突起部（第４孔型）
６８、６９…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）
Ｋ１…第１孔型
Ｋ２−１…第２−１孔型
Ｋ２−２…第２−２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
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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