(57)【要約】      （修正有）【課題】効率的且つ高精度に、所望の形状を有する不等辺不等厚山形鋼を製造する技術の提供。【解決手段】仕上圧延を含む複数段の圧延を実施する不等辺不等厚山形鋼を製造する製造方法で、被圧延材の温度分布、仕上圧延Ｓ２された被圧延材の形状、及び被圧延材に対し、仕上圧延後に実施する曲げ変形初期設定量に基づき、不等辺不等厚山形鋼の室温における形状を予測する形状予測工程Ｓ３と、形状予測工程で予測された室温における形状に基づいて、被圧延材の曲げ変形量を調整する曲げ変形量調整工程Ｓ５と、曲げ変形量調整工程で調整された曲げ変形量に基き、被圧延材に対して仕上圧延後に曲げを付与する曲げ変形付与工程Ｓ６と、曲げ変形付与後の前記被圧延材の形状を測定する形状測定工程Ｓ７と、曲げ変形付与後に得られた被圧延材に矯正が必要と判断された場合に被圧延材に矯正を施す矯正工程Ｓ１０と、を含むようにする不等辺不等厚山形鋼の製造技術。【選択図】図５−１
2018122319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕上圧延を含む複数段の圧延を実施することにより不等辺不等厚山形鋼を製造する製造方法であり、
被圧延材の温度分布、仕上圧延された前記被圧延材の形状、および前記被圧延材に対して仕上圧延後に実施される曲げ変形初期設定量に基づいて、前記不等辺不等厚山形鋼の室温における形状を予測する形状予測工程と、
前記形状予測工程で予測された室温における形状に基づいて、前記被圧延材の曲げ変形量を調整する曲げ変形量調整工程と、
前記曲げ変形量調整工程で調整された前記曲げ変形量に基づいて、前記被圧延材に対して仕上圧延後に曲げを付与する曲げ変形付与工程と、
前記曲げ変形付与後の前記被圧延材の形状を測定する形状測定工程と、
前記曲げ変形付与後に得られた前記被圧延材に矯正が必要と判断された場合に前記被圧延材に矯正を施す矯正工程と、
を含む不等辺不等厚山形鋼の製造方法。
【請求項２】
前記曲げ変形付与工程後に測定された前記被圧延材の形状に基づいて、前記被圧延材の次に製造される不等辺不等厚山形鋼の仕上圧延後に実施される曲げ変形量を調整する次材曲げ変形量調整工程、
をさらに含む請求項１に記載の不等辺不等厚山形鋼の製造方法。
【請求項３】
前記被圧延材の温度分布が、前記仕上圧延前の前記被圧延材の温度分布である請求項１または２に記載の不等辺不等厚山形鋼の製造方法。
【請求項４】
前記被圧延材の温度分布が、前記仕上圧延後且つ前記曲げ変形付与工程前の前記被圧延材の温度分布である請求項１または２に記載の不等辺不等厚山形鋼の製造方法。
【請求項５】
前記形状予測工程で用いる前記被圧延材の温度分布は、前記被圧延材の短辺側および長辺側の双方の温度分布である請求項１〜４のいずれかに記載の不等辺不等厚山形鋼の製造方法。
【請求項６】
前記仕上圧延前に前記被圧延材を冷却することで、前記被圧延材の温度分布を調整する冷却工程、
をさらに含む請求項１〜５のいずれかに記載の不等辺不等厚山形鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不等辺不等厚山形鋼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の不等辺不等厚山形鋼の製造過程での冷却中に発生する曲がりや反りの制御方法としては、短辺と長辺を別々に冷却することで熱収縮量を制御する方法が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。また、不等辺不等厚山形鋼は、断面形状が非対称であって、圧延部位によって圧下率が異なり、延伸量に差が生じることから、冷却中以外の圧延中にも反りや曲がりが発生し搬送不良や品質不良が発生する。このような反りや曲がりについては、圧延機に付属するガイドにより拘束や矯正を加えることで制御する方法が挙げられる（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００３】
上記の特許文献１では、仕上圧延前に短辺はＡｒ３温度以上、長辺はＡｒ１温度以下となるように冷却を制御し、仕上圧延後の冷却中に発生する変態膨張を利用することで両辺の熱収縮量差を抑えて曲がりを抑制できるとしている。しかし、製品の仕様によっては、このような温度域で圧延を終了できないものも存在するため、適用範囲は制限されてしまう。また、長手方向における温度不均一による形状不良についての対策は示されておらず、この形状不良を解消するために、オフラインでのプレス加工による矯正（以下、単にプレス矯正と記す）の負荷がかかっているという問題点があった。
【０００４】
一方、上記の特許文献２では、圧延中や矯正前後に形状測定を行い、圧延機出側拘束ガイドや矯正機の設定を最適化することで、曲がりや寸法精度の優れた形鋼を製造する方法が示されている。そして、圧延機出側拘束ガイドの調整は、長手端部の局所的な曲がりの抑制に有効とされ、全体曲がりについては、形状測定の結果を用いた矯正機設定の最適化によって抑制できるとしている。しかしながら、この文献に記載の技術では、ユニバーサル圧延によって製造されるＨ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼のような断面形状の対称性が高いものを対象としており、断面形状が非対称な不等辺不等厚山形鋼は対象としていない。Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼は、二台の矯正機で上下、左右方向に繰り返し曲げ戻し矯正を施すことが可能であるため、矯正機による形状制御をしやすいが、断面形状が非対称な不等辺不等厚山形鋼では、矯正機の設定の最適化のみで曲がり等を抑制することは難しい。
【０００５】
また、上記の特許文献３でも、同様の手法で曲がりを制御する方法が示されており、断面形状が非対称な不等辺山形鋼や軌条などを対象としている。これらの形鋼製品は、圧延時の圧下率が幅方向で不均一であるために、被圧延材に反りや曲がりが生じて搬送不良を招く場合があることから、圧延条件やサイドガイドの設定の調整で圧延中の搬送性を向上できるとしている。この文献に記載の技術では、圧延変形予測モデルから曲がり量を求め、圧延条件やサイドガイドの位置の最適値を設定することで曲がりを制御できるとしている。この圧延変形予測モデルは、圧延条件に関する設定値や圧延ロール間隔や回転数、サイドガイドの位置などの測定値をもとに構成されている。この文献に記載の方法は、非対称な断面形状を持つ形鋼に適用でき、圧延中の搬送性を高めて、長手の形状の均一化を可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５１−９６７２２号公報
【特許文献２】特開平９−１７４１５９号公報
【特許文献３】特開２００３−３９１０７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、前述の特許文献３に記載の技術は、圧延途中の形状を調整して圧延時の搬送不良などのトラブルを回避することを目的としたものである。すなわち、特許文献３に記載の技術は、本発明とは異なり、最終的な製品形状を対象としたものではないため、不等辺不等厚山形鋼の製造において、オフラインでのプレス矯正の負荷を十分に軽減できているとは言えない。このため、効率的且つ高精度に所望の形状を有する不等辺不等厚山形鋼を製造する技術としてはさらなる改良が求められていた。
【０００８】
本発明は、効率的且つ高精度に、所望の形状を有する不等辺不等厚山形鋼を製造する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［１］仕上圧延を含む複数段の圧延を実施することにより不等辺不等厚山形鋼を製造する製造方法であり、
被圧延材の温度分布、仕上圧延された前記被圧延材の形状、および前記被圧延材に対して仕上圧延後に実施される曲げ変形初期設定量に基づいて、前記不等辺不等厚山形鋼の室温における形状を予測する形状予測工程と、
前記形状予測工程で予測された室温における形状に基づいて、前記被圧延材の曲げ変形量を調整する曲げ変形量調整工程と、
前記曲げ変形量調整工程で調整された前記曲げ変形量に基づいて、前記被圧延材に対して仕上圧延後に曲げを付与する曲げ変形付与工程と、
前記曲げ変形付与後の前記被圧延材の形状を測定する形状測定工程と、
前記曲げ変形付与後に得られた前記被圧延材に矯正が必要と判断された場合に前記被圧延材に矯正を施す矯正工程と、
を含む不等辺不等厚山形鋼の製造方法。
［２］前記曲げ変形付与工程後に測定された前記被圧延材の形状に基づいて、前記被圧延材の次に製造される不等辺不等厚山形鋼の仕上圧延後に実施される曲げ変形量を調整する次材曲げ変形量調整工程、
をさらに含む前記［１］に記載の不等辺不等厚山形鋼の製造方法。
［３］前記被圧延材の温度分布が、前記仕上圧延前の前記被圧延材の温度分布である前記［１］または［２］に記載の不等辺不等厚山形鋼の製造方法。
［４］前記被圧延材の温度分布が、前記仕上圧延後且つ前記曲げ変形付与工程前の前記被圧延材の温度分布である前記［１］または［２］に記載の不等辺不等厚山形鋼の製造方法。
［５］前記形状予測工程で用いる前記被圧延材の温度分布は、前記被圧延材の短辺側および長辺側の双方の温度分布である前記［１］〜［４］のいずれかに記載の不等辺不等厚山形鋼の製造方法。
［６］前記仕上圧延前に前記被圧延材を冷却することで、前記被圧延材の温度分布を調整する冷却工程、
をさらに含む前記［１］〜［５］のいずれかに記載の不等辺不等厚山形鋼の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、効率的且つ高精度に、所望の形状を有する不等辺不等厚山形鋼を製造する技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が対象とする不等辺不等厚山形鋼の形状の一例を示す図である。
【図２】炭素鋼の連続冷却過程において発生する変態点と伸び（長さ）の関係を模式的に示したグラフである。
【図３】矯正後において、形状が良好である不等辺不等厚山形鋼の例と、形状が不良である不等辺不等厚山形鋼の例とを示す図である。
【図４】本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法で用いる制御システムの構成の一例を示す。
【図５−１】本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法のフロー図である。
【図５−２】本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法のフロー図である。
【図５−３】本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法のフロー図である。
【図５−４】本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法のフロー図である。
【図６】仕上圧延直後での温度測定と、放冷後の形状測定とから曲率を算出する方法を説明するための図である。
【図７】仕上圧延直後で計測された温度を使って求まる短辺および長辺の常温までの収縮率の差と、放冷後の形状測定から得られた曲率との相関図である。
【図８】本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法で用いる曲げ付与装置の構成の一例である。
【図９】本発明における制御システムを実際の製造工程に適用した結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明が対象とする不等辺不等厚山形鋼の形状の一例を示す。より具体的には、図１では、不等辺不等厚山形鋼の圧延・搬送時の姿勢を斜視図およびＸＹ平面断面図で示す。図１に示すように、不等辺不等厚山形鋼は、長さと厚さとが異なる二つの辺（以下、長辺と短辺と記す）からなる非対称な断面を有しており、圧延終了後に肉厚の厚い部分は薄い部分に比べて冷えにくいため、空冷を開始する温度が異なる。
【００１４】
図２は、炭素鋼の連続冷却過程において発生する変態点と伸び（長さ）の関係を模式的に示したグラフである。短辺と長辺とを有する不等辺不等厚山形鋼では、短辺と長辺との間で熱収縮量に差が生じ、冷却が終了した時点で反りや曲がりが発生する。特に、短辺と長辺との間での熱収縮量の差により、左右方向（図１中、Ｘ軸正負方向）の曲がりが発生しやすい。
【００１５】
この曲がり等に対しては、冷却終了後に多段の矯正機（以下、ローラー矯正機とも記す）を用いて、繰り返し曲げ戻しを付与することで矯正を行うことが一般的である。しかし、ローラー矯正機では一方向にしか曲げを与えられず、また、剛性の高い左右方向には曲げを与えることが難しく、左右方向の形状不良が発生しているような場合に、ローラー矯正機のみで矯正することは困難である。さらに、長手方向で曲がり量に分布が存在する場合等でも、ローラー矯正機のみで矯正することは困難である。このように、不均一な反りや曲がりの矯正に対し、ローラー矯正機のみで不等辺不等厚山形鋼を矯正することは困難である。
【００１６】
図３は、矯正後において、形状が良好である不等辺不等厚山形鋼の例と、形状が不良である不等辺不等厚山形鋼の例とを示す図である。
【００１７】
ローラー矯正機による矯正後の不等辺不等厚山形鋼には、図３で示すような形状不良が残存することがある。このような矯正後に残る形状不良に対しては、オフラインでのプレス矯正がなされており、コストの増加や生産能率向上を阻害する要因のひとつとなっている。
【００１８】
このような問題に対し、本発明者らは、不等辺不等厚山形鋼の製造において、仕上圧延時の温度分布と最終形状、すなわち室温にまで冷却された状態の形状との関係を考慮して本発明を完成させた。
【００１９】
本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法は、仕上圧延を含む複数段の圧延を実施することにより不等辺不等厚山形鋼を製造する製造方法であり、被圧延材の温度分布、仕上圧延された被圧延材の形状、および被圧延材に対して仕上圧延後に実施される曲げ変形初期設定量に基づいて、不等辺不等厚山形鋼の室温における形状を予測する形状予測工程と、形状予測工程で予測された室温における形状に基づいて、被圧延材の曲げ変形量を調整する曲げ変形量調整工程と、曲げ変形量調整工程で調整された曲げ変形量に基づいて被圧延材に対して仕上圧延後に曲げを付与する曲げ変形付与工程と、を含む。
【００２０】
また、本発明では、曲げ変形付与工程後に測定された被圧延材の形状に基づいて、被圧延材の次に製造される不等辺不等厚山形鋼の仕上圧延後に実施される曲げ変形量を調整する次材曲げ変形量調整工程を含んでもよい。
【００２１】
また、本発明では、仕上圧延前に被圧延材を冷却することで、被圧延材の温度分布を調整する冷却工程を含んでもよい。
【００２２】
また、本発明では、曲げ変形付与後に得られた被圧延材の形状に矯正を施す矯正工程を含んでいてもよい。
【００２３】
被圧延材の温度分布は、仕上圧延前の被圧延材の温度分布であってもよいし、仕上圧延後且つ曲げ変形付与工程前の被圧延材の温度分布であってもよい。また、上記の形状予測工程で用いる被圧延材の温度分布は、被圧延材の短辺側および長辺側の双方の温度分布とすることが好ましい。
【００２４】
図４は、本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法で用いる制御システムの構成の一例を示す。
【００２５】
図４中、符号１は、被圧延材搬送ラインＸ上を搬送される被圧延材（図示せず）を仕上圧延する仕上圧延機を示し、符号２は、曲げ変形付与工程で、被圧延材に所定の曲げ変形量を付与する曲げ付与装置（例えば、サイドガイドを有するガイド装置）を示す。この曲げ付与装置２については、本発明では、調整された曲げ変形量を参照し、仕上圧延機１の出側に設置したサイドガイド（例えば、ローラー付きサイドガイド）の押し込み量を設定することで、矯正後の曲がりを抑制する。
【００２６】
また、符号３は、仕上圧延機１の入側および出側の被圧延材の温度分布を測定する温度計を示し、符号４は、曲げ付与装置２による曲げ付与後、矯正機による矯正前に被圧延材の形状を測定する形状計を示す。また、符号５は、曲げ変形付与後の被圧延材に矯正を施す矯正機（例えば、ローラー矯正機）を示す。
【００２７】
また、符号６は、本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造における各制御を実施するプロセスコンピューターを示す。特に、符号７は、上述した形状予測工程、曲げ変形量調整工程、次材曲げ変形量調整工程における各制御を主に実施する制御部を示す。プロセスコンピューター６では、仕上圧延機１の入側で測定された被圧延材の温度を取り込んで処理してもよい。また、上記の形状計４は、矯正機５の入側、出側のいずれに設置してもよく、形状測定の結果をプロセスコンピューター６に格納・統計処理をさせることで、フィードバック制御や学習制御を実施してもよい。
【００２８】
以下、図５（図５−１、図５−２、図５−３、図５−４）を参照しながら、上述した形状予測工程、曲げ変形量調整工程、曲げ変形付与工程、次材曲げ変形量調整工程、冷却工程、矯正工程について説明する。
【００２９】
本発明に係る不等辺不等厚山形鋼の製造方法においては、最終圧延である仕上圧延を含む複数段の圧延が実施される。仕上圧延よりも前の圧延として、粗圧延や１以上の中間圧延を実施することができる。図５−１のＳｔａｒｔの段階は、仕上圧延の直前の圧延が完了した段階とする（図５−２、図５−３、図５−４も同様である。）。
【００３０】
仕上圧延の直前の圧延が実施された被圧延材は、仕上圧延機１に搬送され、仕上圧延が施される（ステップＳ２）。仕上圧延の入側までに発生した被圧延材の曲がり等は、仕上圧延により、いったんはおおむね矯正される。
【００３１】
＜形状予測工程＞
本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法における形状予測工程では、被圧延材の温度分布、仕上圧延された仕上圧延出側の被圧延材の形状、および被圧延材の曲げ変形初期設定量に基づいて、曲げ変形が付与された後の室温における不等辺不等厚山形鋼の形状を予測する（ステップＳ３）。
【００３２】
そして、仕上圧延（ステップＳ２）の後に、形状予測工程で、対象とする不等辺不等厚山形鋼の室温における形状を予測し（ステップＳ３）、この形状が所望の形状であるか否かを判定する（ステップＳ４）。上述したように、不等辺不等厚山形鋼の室温における形状は、被圧延材の温度分布、仕上圧延後の被圧延材の形状、および被圧延材の曲げ変形初期設定量に基づいて予測される。
【００３３】
被圧延材の温度分布は、温度計３によって測定されてよい。被圧延材の温度分布は、仕上圧延前の被圧延材の温度分布、たとえば、仕上圧延の直前の圧延終了後の被圧延材の温度分布であってもよいし、仕上圧延後且つ曲げ変形付与工程前の被圧延材の温度分布であってもよい。
【００３４】
仕上圧延後の被圧延材の形状は、仕上圧延後の被圧延材の形状をレーザ等を用いて光学的に測定してもよいし、仕上圧延条件等から予め推定しておいてもよい。
【００３５】
被圧延材の曲げ変形初期設定量は、先行して製造される被圧延材に対して調整された曲げ変形量に基づいて設定することができる。対象とする被圧延材が先行の被圧延材に対して同一鋼種および同一形状である場合には、先行の被圧延材に対して調整された曲げ変形量をそのまま被圧延材の曲げ変形初期設定量としてもよいし、対象とする被圧延材が先行の被圧延材に対して鋼種や形状が異なる場合には、先行の被圧延材に対して調整された曲げ変形量に基づいて被圧延材の曲げ変形初期設定量を適宜変更してもよい。また、被圧延材の曲げ変形初期設定量は、サイドガイドを有するガイド装置等の曲げ付与装置２の形状を考慮してもよい。
【００３６】
このような被圧延材の温度分布、仕上圧延後の被圧延材の形状、および被圧延材の曲げ変形初期設定量に基づく室温における形状予測の詳細については、熱変形予測モデルに基づいていることが好ましく、この熱変形予測モデルについては後述する。
【００３７】
＜曲げ変形量調整工程＞
曲げ変形量調整工程では、上記の形状予測工程で予測された形状に基づいて、被圧延材の曲げ変形量を調整する。
【００３８】
より具体的には、本工程では、まず、形状予測工程で予測された不等辺不等厚山形鋼の室温における形状が、所望の形状であるか否かを判定する（ステップＳ４）。所望の形状については、最終的に得られるべき不等辺不等厚山形鋼の形状、すなわち室温における形状に応じて、長手方向に真っ直ぐな形状、均一な曲率を有する形状等、適宜設定することができる。
【００３９】
そして、ステップＳ４で予測された形状が所望の形状である場合には、曲げ変形量は変更せず、この曲げ変形量に基づいて、次工程で被圧延材には曲げ変形が付与される（ステップＳ６）。一方、予測された形状が所望の形状でない場合には、曲げ変形量が変更される（ステップＳ５）。曲げ変形量の変更量は、データベース（制御部７内の記憶部）７１を参照して変更することができる。データベース７１には、被圧延材の温度分布と、仕上圧延後の被圧延材の形状と、被圧延材に付与された曲げ変形量と、予測される室温における形状との関係についての過去の実績値が格納されている。そして、この過去の実績値をもとにして、予測される室温における形状と、その予測される室温における形状を許容範囲内に収めるために必要な曲げ変形量との関係が求められている。よって、このデータベース７１を参照することにより、予測される室温における形状と所望の形状と差異に応じて、曲げ変形量の変更量を適正な値に決定することができる。なお、変更された曲げ変形量はデータベース７１に格納することができる。そして、変更された変形量に基づいて、次工程で被圧延材には、曲げ変形が付与される（ステップＳ６）。
【００４０】
＜曲げ変形付与工程＞
次に、曲げ変形付与工程では、上記の曲げ変形量調整工程で調整された曲げ変形量に基づいて、被圧延材に対して仕上圧延後に曲げを付与する（ステップＳ６）。より具体的には、本工程では、曲げ付与装置（例えば、サイドガイドを有するガイド装置）２により、押し込み量を調整することによって、被圧延材に所定の曲げ変形量を付与する。
【００４１】
このとき、この曲げ変形付与は、熱変形予測モデルに基づいていることが好ましく、このモデルにより計算された結果に応じた曲げを被圧延材に付与することが好ましい。
【００４２】
このように、曲げ変形量を適切に調整してから曲げ変形を付与しているため、後述の矯正工程における矯正処理の負荷を軽減することができる。そして、矯正工程後の形状不良も抑制されるため、オフラインでのプレス矯正の負荷も軽減され、効率的且つ高精度に不等辺不等厚山形鋼を製造することができる。
【００４３】
＜形状測定工程＞
続いて、曲げ変形が付与された被圧延材の形状を形状計（図示せず）により測定する（ステップＳ７）。曲げ変形が付与された被圧延材の形状測定は、被圧延材の温度が室温近傍にまで冷えてから実施することが好ましい。よって、たとえば、不等辺不等厚山形鋼の製造ラインにおいて、圧延ラインから精整ラインまで冷却床を介する場合には、冷却床の出側やそのさらに下流に形状計を備えることが好ましい。
【００４４】
＜矯正工程＞
本発明では、矯正工程で、曲げ変形付与後に得られた被圧延材に矯正が必要と判断された場合に、被圧延材を所望の形状にするように矯正を施す（ステップＳ１０）。特に、ステップＳ７で、被圧延材の形状が所望の形状でないと判定された場合には、本工程で被圧延材を所望の形状にするように矯正しておくことが好ましい。本工程ではローラー矯正機等の矯正機（図示せず）を用いて、被圧延材に対して矯正を施すことができる。
【００４５】
以上のようにして、本発明では、不等辺不等厚山形鋼を効率的且つ精度良く製造することができる。なお、上記の矯正工程後には、不等辺不等厚山形鋼の加工処理等を適宜施してもよい。
【００４６】
＜次材曲げ変形量調整工程＞
本発明では、上記曲げ変形付与工程後に測定された被圧延材の形状に基づいて、被圧延材の次に曲げが付与される被圧延材の曲げ変形量を調整する次材曲げ変形量調整工程を含んでいてもよい（図５−２参照）。
【００４７】
より具体的には、まず、曲げ変形が付与された被圧延材の形状を形状計（図示せず）により測定する（ステップＳ７）。次に、形状計（図示せず）により実測された被圧延材の形状が所望の形状であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００４８】
そして、実測された形状が所望の形状である場合には、次に製造される不等辺不等厚山形鋼に対しても、曲げ変形量は変更せず、この曲げ変形量を次に製造される不等辺不等厚山形鋼の曲げ変形初期設定量とする。一方、実測された形状が所望の形状でない場合には、あらかじめ求められた曲げ変形初期設定量と室温近傍の形状との関係に基づいて、所望の形状が得られるように曲げ変形量が所定量に変更され、変更された曲げ変形量を次に製造される不等辺不等厚山形鋼の曲げ変形初期設定量とする（ステップＳ９）。変更する曲げ変形量は、データベース（制御部７内の記憶部）７１を参照して変更することができ、変更された曲げ変形量はデータベース７１に格納することができる。
【００４９】
このように、対象とする被圧延材の次材の曲げ変形量を調整することで、次材の不等辺不等厚山形鋼の製造をより効率的に行うことができる。
【００５０】
＜冷却工程＞
本発明において、形状予測工程における不等辺不等厚山形鋼の形状予測（ステップＳ３）の前に、被圧延材には、仕上圧延が施されている（ステップＳ２）。図５−３に示すように、この仕上圧延前には冷却工程を設けてもよい（ステップＳ１）。
【００５１】
冷却工程では、仕上圧延機１の出側の被圧延材の温度分布を調整することを目的とし、冷却装置（図示せず）を用いて被圧延材を冷却することができる。冷却する際の冷却条件は、先行して圧延された被圧延材における製造条件データおよび室温で実測した形状データ、ならびにこれらのデータに対応する適切な冷却条件を記憶したデータベース（制御部７内の記憶部）等を参照して調整される。これにより、被圧延材があらかじめ設定された仕上圧延実施温度まで冷えるのに必要な時間が短縮されるため、圧延能率を向上させることができる。
【００５２】
また、図５−４に示すように、この冷却工程を設けた場合においても、前述の次材曲げ変形量調整工程を設けることができる。これにより、次材の不等辺不等厚山形鋼の製造をより効率的に行うことができる。
【００５３】
（熱変形予測モデル）
前述したように、本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法における形状予測工程での形状予測は、熱変形予測モデルに基づいて実行されることが好ましい。本発明者らは、被圧延材の曲がりの発生原因である長辺および短辺の熱膨張差に関して、左右方向の曲がり量と熱膨張差とについて整理し、左右方向の曲がり量を定量化した。そして、仕上圧延前で、短辺および長辺の温度測定結果をもとに、曲げ付与装置（サイドガイド）２を用いて形状が修正されるように押し込み量の設定をすることで、左右方向の曲がりを極小化する手法を考案した。
【００５４】
以下に、熱変形予測モデルを用いて左右方向の曲がりを制御するガイド設定方法について詳細に説明する。
【００５５】
図６は、仕上圧延直後での温度測定と、放冷後の形状測定とから曲率を算出する方法を説明するための図である。図７は、仕上圧延直後で計測された温度を使って求まる短辺および長辺の常温までの収縮率の差と、放冷後の形状測定から得られた曲率との相関図である。
【００５６】
図６および図７に基づき、実際の製造工程における温度測定および形状測定の概要と、その結果得られた、放冷による短辺および長辺の熱収縮率差と冷却完了後の形状との関係を説明する。
【００５７】
測定対象は左右方向の剛性が低く、曲がりが発生しやすい小断面の不等辺不等厚山形鋼（長辺幅Ａ＝２００ｍｍ・長辺厚ｔ１＝９ｍｍ、短辺幅Ｂ＝９０ｍｍ・短辺厚ｔ２＝１４ｍｍ）である（図１参照）。
【００５８】
熱収縮率差を求めるにあたって、仕上圧延機１の出側で圧延方向の全長（約１００ｍ）に対して、左右二方向からサーモグラフィで撮影した熱画像より温度を求めた。そして、各辺の代表温度として幅方向の温度分布から各辺幅中央付近の値を抽出し、各辺の長手方向の温度分布を求め、熱膨張曲線から放冷による熱収縮率の短辺および長辺での差を算出した。
【００５９】
一方、形状測定の方法としては、ローラー矯正機５入側で、搬送中の被圧延材をビデオカメラで撮影した動画を画像処理することによって、左右方向の曲がり形状を求めた。そして、形状測定の結果から各製品の形状を二次関数状と仮定して以下の式（１）より平均的な曲率κを算出した。
【００６０】
【数１】
2018122319.tif 000003
【００６１】
なお、図６に示すように、ｄは反り量（ｍｍ）であり、Ｌは不等辺不等厚山形鋼の長さ（ｍｍ）である。
【００６２】
このとき、被圧延材は仕上圧延後に熱間鋸段され、１０〜２５ｍ程度の長さとなっている。図７に示すように、製造条件に応じて仕上圧延直後の短辺温度と長辺温度の温度差が変化した場合（すなわち、収縮率差が変化した場合）に、冷却終了後の反りが大きく変化する（すなわち、曲率が大きく変化する）ことが分かる。また、製造条件の変化だけでなく、被圧延材の長手方向に温度ばらつきが生じた際にも同様に曲がり量のばらつきが発生し、形状が不均一となることも分かる。
【００６３】
本発明によれば、仕上圧延出側の温度測定の結果を上記のような熱変形予測モデルに取り込んで変形量を予測し、仕上圧延機１出側に配置した曲げ付与装置２によって必要量の左右曲げを加えることで、形状不良の発生を防ぐことが可能になる。本発明では、仕上圧延出側での温度分布に基づいた変形予測から曲がりを制御する。そのため、被圧延材が冷却されて、熱収縮による形状変化が起こらなくなり、最終的な形状が判明する前に、曲がりを制御可能となる。また、変態温度の高低の影響を考慮する必要なく、曲がりを制御することができる。
【００６４】
ここで、温度分布の測定は短辺と長辺のそれぞれに対して行うことが好ましい。また、温度分布の測定位置は、仕上圧延機１から曲げ付与装置２までの間とすることが考えられる。一方、曲げ付与装置２と仕上圧延機１とが近接していて仕上圧延機１出側に温度計３を設置する空間を確保しづらい場合も考えられる。また、温度測定の結果からフィードフォワードで曲げ変形量を制御する場合には、仕上圧延機１出側での温度測定では予測結果を制御量に反映させるための時間が十分に確保できないことも考えられる。これらの場合には、仕上圧延機１入側で温度測定を実施して出側での温度分布を予測し、その予測値を用いて熱変形予測を実施する方法でも構わない。
【００６５】
さらに、熱変形予測モデルは、上記のような実機での相関式の他に、オフラインでの有限要素法などを用いた数値解析や、実機での相関式と数値解析の結果とを組み合わせたモデルを用いてもよい。そして、矯正機５入側で形状制御を行った被圧延材の形状計測を継続することで、予測モデルに修正を加えて、制御の精度を向上させることも可能である。
【００６６】
また、上述しているように、左右曲げの付与は、左右方向に押し込み量を制御できる機構を持った曲げ付与装置（サイドガイドやガイドローラー）２を用いることで可能となる。この曲げ付与装置２は、被圧延材の幅に合わせて左右から挟み込む構造を有することが好ましい。また、短辺側と長辺側のどちらの方向にも曲げを与えることが可能な構造を有することが好ましい。
【００６７】
ここで、図８を参照しながら、曲げ付与装置２の一例を説明する。図８は、本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法で用いる曲げ付与装置の構成の一例である。図８に示すように、サイドガイドの出側に押し込み量可変の押し込みローラー２１を追加した構造が好適である。また、曲げ付与装置２の左右押し込み量および仕上圧延機１から曲げ付与装置２までの距離は、熱変形予測モデルによって求まる曲率の程度によって決定される。例えば、曲げ付与装置２によって二次関数状の曲げが付与されたとして、被圧延材の左右方向変位量ｄ（ｍ）と仕上圧延機１から曲げ付与装置２までの距離（より詳細には、仕上圧延機１の圧延ロール１１中心と、曲げ付与装置２の押し込みローラー２１中心との距離）ｌ（ｍ）を用いると、曲率κ（ｍ−１）は式（２）のように表される。
【００６８】
【数２】
2018122319.tif 000004
【００６９】
ただし、曲げ付与装置２の実際の押し込み量は、装置２の剛性や被圧延材のスプリングバックを考慮しなければならないので、変位量ｄによりも大きくなる。式（２）から、仕上圧延機１と曲げ付与装置２との距離ｌが小さい方が、少ない押し込み量で曲がりが変化するので、制御性が高くなることが分かる。さらに、被圧延材の先端および尾端の圧延ロール１１と曲げ付与装置２との間の走行中は、曲がりを制御しづらくなることから、仕上圧延機１と曲げ付与装置２との距離はなるべく小さくすることが望ましい。また、ロール曲げ装置間の距離が大きい場合には、必要な押し込み量が非常に大きくなるため搬送の妨げとなる場合がある。これらを考慮すると曲げ付与装置２は最大でも仕上圧延機１から１０ｍ以内に設置することが好ましい。一方、設置距離ｌが非常に小さい場合は押し込みに必要な荷重が大きくなるため、仕上圧延機１から少なくとも１ｍ以上距離を設けることが望ましい。
【００７０】
以上、本発明の不等辺不等厚山形鋼の製造方法について説明した。本発明によれば、効率的且つ高精度に所望の形状を有する不等辺不等厚山形鋼を製造する技術が提供される。より具体的には、本発明では、断面形状が非対称な不等辺不等厚山形鋼を製造する際、仕上圧延時の温度と最終形状との関係を考慮し、すなわち、被圧延材の圧延と冷却が完了した後に発生する左右方向の反りや曲がり量を熱変形予測モデルによって予測する。これにより、圧延ガイドの位置設定を高精度かつ効率的に行って、冷却中に発生する曲がりを制御し、ローラー矯正後の形状不良を抑制する効果が得られる。よって、オフラインでのプレス矯正が必要となることを抑制できる。その結果、ローラー矯正機のみでの矯正が可能となり、生産性の向上が実現できる。
【００７１】
また、本発明によれば、変態点を下回るような冷却を必要とせずに不等辺不等厚山形鋼の最終長手形状を制御することが可能であるため、本発明の製造方法は製品毎の要求特性に関わらず適用することができる。また、本発明の製造方法では、長手方向の各位置における温度分布に対応して曲がりを制御することが可能であるため、長手方向において形状が不均一になることを抑制することもできる。
【実施例】
【００７２】
（実施例１）
本発明の実施例として、図４、図８に示す仕上圧延機１により長辺幅Ａ＝２００ｍｍ・長辺厚ｔ１＝９ｍｍ、短辺幅Ｂ＝９０ｍｍ・短辺厚ｔ２＝１４ｍｍ、圧延長さ約１００ｍ、製品長（鋸断後の長さ）２０ｍの不等辺不等厚山形鋼（図１も参照）の製造を行った。
【００７３】
仕上圧延機１出側には、曲げ付与装置２として被圧延材を左右方向に押し込む機構を持ったローラー付きサイドガイドを配置した。このサイドガイドは両側から被圧延材を挟み込むようにして短辺側、長辺側のどちらにも曲げが与えられるようなものとした。また、仕上圧延機１の圧延ロール１１の中心から押し込みローラー２１中心の距離ｌは１ｍとした。また、圧延後、鋸断と冷却を実施し、室温になった時点でローラー矯正機５により矯正を行った後に、製品の左右曲がりが全長で２５ｍｍ以下となれば出荷基準に合格となる。これを、式（１）を用いて曲率とすると許容曲率は５×１０−７ｍｍ−１と求まり、この曲率よりも大きい場合は、オフラインでのプレス矯正が必要となる。なお、仕上圧延機１進入前の平均温度は、短辺側で約７４０℃、長辺側で約６５０℃であった。
【００７４】
本実施例では、仕上圧延機１前後で短長辺を独立に計測する温度計３を設置することで、圧延前後の温度変化を予測して仕上圧延機１で圧延中の温度を決定した。さらに、あらかじめ求められた温度分布と室温における形状との関係から温度差によって発生する曲がりは最大で１．０×１０−５ｍｍ−１と考え、ガイドによって付与する曲げの制御範囲も同程度として、上記の熱変形予測モデルによってその後の変形量を予測した結果、ガイド２のローラー２１による押し込み量は短辺から長辺方向に最大で１５ｍｍとした。
【００７５】
そして、本発明の製造方法のシステムを用いて圧延したところ、矯正機５出側での平均曲率は２．５×１０−７ｍｍ−１になり、許容の曲がり量であったため、その後のプレス矯正は不要であった。一方、比較例としてガイド２のローラー２１による押し込みを実施しなかったものについての矯正機１出側での平均曲率は９．５×１０−６ｍｍ−１となり、許容限度以上の曲がり量であったため、その後プレス矯正が必要となった。
【００７６】
（実施例２）
次に、実施例２として、図４、図８の仕上圧延機を使い、複数の被圧延材について本発明の効果を確認した例について説明する。鋼片は、長辺幅Ａ＝２００ｍｍ・長辺厚ｔ１＝９ｍｍ、短辺幅Ｂ＝９０ｍｍ・短辺厚ｔ２＝１４ｍｍ、圧延長さ約１００ｍであり、仕上げ入り側の温度計３は結果として、短辺側で６６０〜６８０℃、長辺側で７４０〜７６０℃の範囲となった。
【００７７】
図９に、圧延した際に本発明の製造方法のシステムを適用しなかった場合（丸）と適用した場合（四角）の測定結果を示す。横軸は仕上圧延後の短辺および長辺の温度分布から求まる収縮率差で、縦軸は矯正機５入側での曲率である。このように本発明に示した方法を用いることで製造温度条件に関わらず、冷却終了後の形状を適切に制御できオフラインでのプレス矯正が必要となることを抑制できる。
【００７８】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者などによりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１    仕上圧延機
２    ガイド装置（曲げ付与装置）
３    温度計
４    形状計
５    ローラー矯正機
６    プロセスコンピューター
７    制御装置
７１    記憶部
【図１】
2018122319.tif 000005
【図２】
2018122319.tif 000006
【図３】
2018122319.tif 000007
【図４】
2018122319.tif 000008
【図５−１】
2018122319.tif 000009
【図５−２】
2018122319.tif 000010
【図５−３】
2018122319.tif 000011
【図５−４】
2018122319.tif 000012
【図６】
2018122319.tif 000013
【図７】
2018122319.tif 000014
【図８】
2018122319.tif 000015
【図９】
2018122319.tif 000016