(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブ両端の増厚部を圧下しながらウェブ高さを拡幅または縮幅することによって、多サイズを造り分ける、最終パスを施す仕上ユニバーサル圧延機を用いたＨ形鋼の圧延において、
前記増厚部が、最終パスまでにウェブ高拡幅用に設けた残り、最終パスまでにウェブ高縮幅によって発生したもの、及び、最終パスのウェブ高縮幅と同時に発生するもの、のうちの何れかであり、
当該仕上ユニバーサル圧延機の竪ロール径として水平ロール径の１５〜４０％のものを用い、
竪ロールの回転軸と水平ロールの回転軸とを同一平面上に設置し、
最終パスでウェブ両端の前記増厚部を圧下することを特徴とするＨ形鋼の圧延方法。
【請求項２】
ウェブ両端の増厚部を圧下しながらウェブ高さを拡幅または縮幅することによって、多サイズのＨ形鋼を造り分ける、最終パスを施す仕上ユニバーサル圧延機であって、
前記増厚部が、最終パスまでにウェブ高拡幅用に設けた残り、最終パスまでにウェブ高縮幅によって発生したもの、及び、最終パスのウェブ高縮幅と同時に発生するもの、のうちの何れかであり、
前記Ｈ形鋼のウェブをウェブ厚方向に圧延し、フランジを外側に拡幅する水平ロールと、
前記水平ロールの回転軸と同一平面上に回転軸を有するように設置される前記Ｈ形鋼のフランジをフランジ厚方向に圧延する堅ロールと、を備え、
前記堅ロールの径を、前記水平ロールの径の１５〜４０％としたことを特徴とする、仕上ユニバーサル圧延機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｈ形鋼の圧延方法および仕上ユニバーサル圧延機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景技術についてＨ形鋼の製造を具体例として説明する。図1は従来のＨ形鋼圧延設備列の代表例を示したものである。この設備列は、1台のブレークダウン圧延機（ＢＤ）１、その後引続いて４ロール中間ユニバーサル圧延機（Ｒ１、Ｒ２）とエッジャー圧延機（Ｅ）からなる単数もしくは複数のＲ−Ｅ群２、及び４ロール仕上ユニバーサル圧延機３（Ｆ）で構成されている。
【０００３】
前記のような圧延設備列によって製造されるＨ形鋼は、品種・サイズの数が非常に多い。さらに需要家ニーズの多様化に伴い、多品種・多サイズ化の傾向が強まりつつある。従来圧延方法で、これら多品種・多サイズの形鋼を製造するためには、その形鋼に対応した多数の専用圧延ロール及び専用ガイドが必要であり、ロール・ガイドの組替え回数が多くなるため、時間損失が増大し、生産性を著しく損なうことになる。
【０００４】
そこで形鋼の圧延に関する特許文献1では、ロール・ガイドの頻繁な組替えを行うことなく多サイズを造り分けるため、ウェブ両端に図２に示すような増厚部７を設け、ウェブ高拡大用斜行ロール圧延機（Ｒ３）を４ロール仕上ユニバーサル圧延機の前に設置し増厚部７を圧下し、同時にフランジを外側に拡げ、ウェブ高を拡幅可能な圧延法を提案している。また、特許文献２では左右垂直ロールによりウェブ高方向に圧下を加え、ウェブ高を縮幅可能な圧延方法が提案されている。この圧延方法では、ウェブ高方向に圧下を加えたことにより、ウェブ両端部近傍が他のウェブ厚さより増大することがある。
【０００５】
以上説明したように、形鋼の圧延ではウェブ両端に増厚部７が発生する場合がある。従来の圧延ではフランジを圧下する竪ロールは、ウェブを圧下する水平ロール半径の７５％程度のもの（以下、通常竪ロールと称する）が使用されてきた。しかし、形鋼の圧延では復元と呼ばれる圧下直後に肉厚が回復する現象が見られ、ロール直下の厚みよりロール出側で厚みが増加する。ウェブ両端部についてはその現象が特に顕著であり、通常竪ロールによってその部位における増厚部を完全に解消するのは困難で、ウェブ部の形状不良、製品精度の悪化等が生じるといった問題点があった。
【０００６】
一方、フランジを有する形材の高精度圧延装置（特許文献３参照）と呼ばれる竪ロール対の軸心を上下水平ロールの中心軸より圧延方向出側に移動し、なおかつ、竪ロールと水平ロールの径とウェブとフランジの圧下率を規定することでフランジよりウェブを先行させて圧延ロールに噛みこませる圧延成形法が考案されたものの、上下水平ロールの中心軸より圧延方向出側ではフランジの圧下が強まり、ウェブ座屈等の不利によりウェブ両端の増厚部発生を解消するに至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平３−４２１２２号公報
【特許文献２】特開平２−８０１０２号公報
【特許文献３】特開平５−３１５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ウェブ高さの造り分けを行う際に生じるＨ形鋼ウェブ部両端の増厚部を解消し、同一セットのロールから均一なウェブ厚みの多サイズの製品がロール及びガイドの頻繁な組替えを行うことなく製造できるＨ形鋼の圧延方法および仕上ユニバーサル圧延機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされ、その要旨は次の通りである。
（１）ウェブ両端の増厚部を圧下しながらウェブ高さを拡幅または縮幅することによって、多サイズを造り分ける、最終パスを施す仕上ユニバーサル圧延機を用いたＨ形鋼の圧延において、
前記増厚部が、最終パスまでにウェブ高拡幅用に設けた残り、最終パスまでにウェブ高縮幅によって発生したもの、及び、最終パスのウェブ高縮幅と同時に発生するもの、のうちの何れかであり、
当該仕上ユニバーサル圧延機の竪ロール径として水平ロール径の１５〜４０％のものを用い、
竪ロールの回転軸と水平ロールの回転軸とを同一平面上に設置し、
最終パスでウェブ両端の前記増厚部を圧下することを特徴とするＨ形鋼の圧延方法。
（２）ウェブ両端の増厚部を圧下しながらウェブ高さを拡幅または縮幅することによって、多サイズのＨ形鋼を造り分ける、最終パスを施す仕上ユニバーサル圧延機であって、
前記増厚部が、最終パスまでにウェブ高拡幅用に設けた残り、最終パスまでにウェブ高縮幅によって発生したもの、及び、最終パスのウェブ高縮幅と同時に発生するもの、のうちの何れかであり、
前記Ｈ形鋼のウェブをウェブ厚方向に圧延し、フランジを外側に拡幅する水平ロールと、
前記水平ロールの回転軸と同一平面上に回転軸を有するように設置される前記Ｈ形鋼のフランジをフランジ厚方向に圧延する堅ロールと、を備え、
前記堅ロールの径を、前記水平ロールの径の１５〜４０％としたことを特徴とする、仕上ユニバーサル圧延機。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、従来の技術では解消が困難であったウェブ高さの造り分けを行う際に生じるＨ形鋼ウェブ部両端の増厚部を解消し、同一セットのロールから均一なウェブ厚みの製品が製造できる。これによって、ロール及びガイドの頻繁な組替えを行うことなく保有するロールセット数の削減やロール組み替えの省略による圧延時間の短縮を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ｈ形鋼圧延設備列の説明図である。
【図２】Ｈ形鋼のウェブ両端の増厚部の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる仕上ユニバーサル圧延機における小径竪ロールの説明図である。
【図４】堅ロール径が水平ロール径の７５％である場合のウェブとフランジの厚み比を示すグラフである。
【図５】堅ロール径が水平ロール径の４０％である場合のウェブとフランジの厚み比を示すグラフである。
【図６】堅ロール径が水平ロール径の１９％である場合のウェブとフランジの厚み比を示すグラフである。
【図７】堅ロール径が水平ロール径の１５％である場合のウェブとフランジの厚み比を示すグラフである。
【図８】堅ロール径が水平ロール径の９％である場合のウェブとフランジの厚み比を示すグラフである。
【図９】堅ロール径と水平ロール径との比と与肉復元率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態についてＨ形鋼の製造を具体例として説明する。先ず、従来の技術について説明する。図１は従来のＨ形鋼圧延設備列の代表例を示したものである。この設備列は１台のブレークダウン圧延機（ＢＤ）１、その後引続いて４ロール粗ユニバーサル圧延機（Ｒ１、Ｒ２）とエッジャー圧延機（Ｅ）からなる単数もしくは複数のＲ−Ｅ群２、及び４ロール仕上ユニバーサル圧延機３（Ｆ）で構成されている。なお、図１には、参考のため、ブレークダウン圧延機、４ロールユニバーサル圧延機（Ｒ１、Ｒ２共通の構成）、４ロール仕上ユニバーサル圧延機をそれぞれ斜め上方から見た概略図も記載している。
【００１３】
例えば図１に示すような圧延設備列での形鋼の圧延では、ロール・ガイドの頻繁な組替えを行うことなく多サイズを造り分けるため、ウェブ９両端に図２に示すような増厚部７を設け、ウェブ高拡大用斜行ロール圧延機（Ｒ３）を４ロール仕上ユニバーサル圧延機３の前に設置し、増厚部７を圧下し、同時にフランジ１０を外側に拡げ、ウェブ高を拡幅可能とする圧延法が提案されてきた（特許文献１参照）。また、左右垂直ロールによりウェブ高方向に圧下を加え、ウェブ高を縮幅可能とする圧延方法も提案されている（特許文献２参照）。この圧延方法では、ウェブ高方向に圧下を加えたことにより、ウェブ９両端部近傍が他のウェブ厚さより増大することがある。なお、ウェブ高拡大用の増厚部はウェブ高縮幅の際に発生する増厚部よりも大きく、ウェブ高拡大用増厚部を解消できればどちらの場合の増厚部も解消可能であるため、これ以降、ウェブ高拡大用増厚部の解消のみの説明とする。なお、図２はＨ形鋼のウェブ両端の増厚部７についての説明図であり、増厚部７を拡大して図示している。
【００１４】
図３は、本実施の形態にかかる仕上ユニバーサル圧延機１１を正面から見た図（図３（ａ））と、堅ロール部（従来の堅ロール又は本発明にかかる小径の堅ロールの設置部分）についての拡大上面図（図３（ｂ））である。なお、図３（ｂ）では説明のために従来の径の大きさである堅ロール４と、本発明にかかる小径の堅ロール（但し、右堅ロール２６のみ図示）を両方図示している。
【００１５】
図３に示すように、仕上ユニバーサル圧延機１１は被圧延材２０のウェブ９を上下方向から圧下し、且つフランジ１０を内側から拡幅する上下一対の水平ロール２２、２３（上水平ロール２２、下水平ロール２３）と、被圧延材２０のフランジ１０を外側から圧下する左右一対の堅ロール２５、２６を備えている。本実施の形態にかかる堅ロール２５、２６（左堅ロール２５、右堅ロール２６）の径は、水平ロール２２、２３の径よりも小径となっており、例えば堅ロール２５、２６の径は水平ロール２２、２３の径の１５〜４０％の長さとした。即ち、図３（ｂ）に示すように、堅ロール２５、２６（図３（ｂ）では右堅ロール２６のみ図示）の径は、従来の圧延機における堅ロール４の径よりも小径となっている。なお、上述した、堅ロール２５、２６の径を水平ロール２２、２３の径の１５〜４０％の長さとすることが望ましいことについては、後述する図４〜図９を参照して詳細にその根拠を説明する。
【００１６】
堅ロール２５、２６の径を水平ロール２２、２３の径よりも小径としたため、図３（ｂ）に示すように、従来の仕上ユニバーサル圧延機に比べ堅ロール２５、２６（図３（ｂ）には堅ロール２６にも図示している）と、被圧延材２０のフランジ１０との接触長が短縮される。この短縮される接触長６は図３（ｂ）に図示している。短い圧延区間においてロールバイト内でのフランジ１０の圧下が急激に行われることになり、ウェブ９に対してフランジ１０厚み比の変化が大きくなり、ウェブ−フランジ間の厚み比が揃うことになる。なお、このウェブ厚み比、フランジ厚み比は、それぞれ以下の２つの式（１）、（２）によって定義される。
【数１】
0005803523.tif 000002
【数２】
0005803523.tif 000003
ここで、ｔwebは製品のウェブ厚み（ｍｍ）、ｔflangeは製品のフランジ厚み（ｍｍ）、Ｈｒは水平ロール半径（ｍｍ）、Ｖｒは竪ロール半径（ｍｍ）、ｘはロール直下を０ｍｍとし圧延方向を正とした圧延方向位置（ｍｍ）である。
【００１７】
上述したように、本実施の形態によれば、堅ロール２５、２６の径を水平ロール２２、２３の径よりも小径とすることにより、ウェブ−フランジ間の厚み比が揃い、ウェブ９とフランジ１０の圧下の同期化が実現される。ここで、堅ロール２５、２６と、被圧延材２０のフランジ１０との接触長が短縮されることでウェブ９とフランジ１０の圧下が同期化されるのは、堅ロール２５、２６の径が水平ロール２２、２３の径の１５〜４０％の長さの場合である。以下には、図４〜図８を参照して被圧延材のウェブ９とフランジ１０の厚み比について検討した結果について説明する。
【００１８】
図４〜図８は、堅ロール径が水平ロール径より短い場合の被圧延材のウェブ９とフランジ１０の厚み比（対製品厚み）を示すグラフであり、図４は堅ロール径が水平ロール径の７５％である場合、図５は堅ロール径が水平ロール径の４０％である場合、図６は堅ロール径が水平ロール径の１９％である場合、図７は堅ロール径が水平ロール径の１５％である場合、図８は堅ロール径が水平ロール径の９％である場合についてのグラフである。なお、被圧延材の入側ウェブ厚み及び入側フランジ厚みについては堅ロール径の大きさを小さくする点とは直接関係がないため、図４〜図８では圧延方向位置が０ｍｍ〜−４０ｍｍ（ロール直下を０とし、圧延上流を−側とした場合）の範囲のみについてグラフを記載している。
【００１９】
図４に示すように、例えば従来の圧延設備に一般的に用いられている構成である、堅ロール径が水平ロール径の７５％である場合には、ウェブ９の厚み比の変化に対してフランジ１０の厚み比の変化が緩やかである。即ち、ウェブ９の圧延方向伸びをフランジ１０が拘束するといった状態となっている。そして、図５に示すように、堅ロール径が水平ロール径の４０％である場合には、フランジ１０の厚み比の変化が図４に示す場合に比べ緩やかではなくなっている。更に、図６〜図８に示すように、堅ロール径が小径となる（水平ロール径の１９％〜９％）につれてフランジ１０の厚み比の変化が急勾配となっていることが分かる。
【００２０】
また、図４〜図８に示すようにウェブ９の厚み比は一定である。ここで、図５〜図７に示すように、堅ロール径を水平ロール径の４０％、１９％、１５％とすると、堅ロール径が水平ロール径の７５％である場合（図４に示す場合）に比べフランジ１０の厚み比に近づく。即ち、例えば図４に示す場合である従来の圧延設備での圧延より、図５〜図７に示す堅ロールを小径とした場合の方がウェブ９とフランジ１０の圧下率が近づくため圧延方向におけるウェブ９の伸びをフランジ１０の伸びが拘束するといったことが抑制され、圧下の同期化が実現される。
【００２１】
上述した図５〜図７に示される条件では、堅ロールを従来よりも水平ロールに比べ小径とすることで、ウェブ９とフランジ１０の圧下が同期化され、圧延方向伸びにおけるウェブ−フランジ間の拘束が軽減される。しかしながら、図８に示すように、堅ロール径を水平ロール径の９％とした場合には、ウェブ９の厚み比に対してフランジ１０の厚み比が大き過ぎ、図４に示した場合とは逆に、フランジ１０の圧延方向伸びがウェブ９によって拘束される。この拘束によりウェブ高さの造り分けのために形成されたウェブ両端部の増厚部７を解消することが困難となってしまう。
【００２２】
形鋼の圧延においては、断面内におけるウェブ９とフランジ１０の圧下が同期化していない場合、例えば、ウェブ９のみが圧下される場合には、ウェブ９周辺では圧下により圧延長手方向のメタルフローが発生する。しかし、フランジ１０周辺では圧延長手方向のメタルフローが発生しないため、フランジ１０がウェブ９の圧延長手方向のメタルフローを拘束し、増厚部７の解消や断面内の復元の減少が妨げられてしまう。フランジ１０のみが圧下される場合も同様である。従って、ウェブ９とフランジ１０の圧下を同期化させることで、圧延長手方向のメタルフローの拘束が抑制され、増厚部７の解消や断面内の復元の減少が実現されることとなる。即ち、上記圧下の同期化は増厚部７の解消や断面内の復元の減少を図るために非常に有効である。
【００２３】
以上説明した、図４〜図８を参照して得られた知見から、仕上ユニバーサル圧延機１１において被圧延材２０を圧下するに際し、堅ロールの径を水平ロールの径の１５％〜４０％とすることで、従来に比べウェブ９とフランジ１０の厚み比が近づき、その圧下の同期化が図られ、ウェブ高さの造り分けのために形成されたウェブ両端部の増厚部７を効率的に解消できることが分かる。また、ウェブ９とフランジ１０の厚み比が近づく程、ウェブ９とフランジ１０の圧下の同期化が促されることから、堅ロールの径を水平ロールの径の１５％〜２５％とすることがより望ましい。
【００２４】
一方、図９は、堅ロール径と水平ロール径との比（即ち、堅ロール径／水平ロール径であり０〜１で表している）と与肉復元率（％）との関係を示すグラフであり、具体的には、堅ロールの径を水平ロールの径の９％、１５％、１９％、４０％、７５％として圧延を行った場合それぞれの与肉復元率（圧下直後に回復してしまった肉厚の割合（％））を示したグラフである。なお、図９に示すグラフは減面率（断面減少率）が５％のときの与肉復元率を図示したものである。
【００２５】
図９に示すように、圧延時の与肉復元率は、堅ロールの径を水平ロールの径の１９％とした場合に最も低い値（５５％）となっており、９％の場合（９５％）や７５％の場合（１００％）には、極めて高い値となっている。これは、上述したように、堅ロールの径を水平ロールの径より小さい所定の径とすることで、ウェブ９とフランジ１０の圧下の同期化に伴い被圧延材の圧延方向伸びが大きくなり、与肉復元率が減少するからである。
【００２６】
また、図９に示すグラフから、堅ロール径を水平ロール径の１５％、１９％、４０％とした場合には、従来の圧延設備における一般的なロール径の比率である堅ロール径を水平ロール径の７５％とした場合に比べ与肉復元率が減少している。即ち、上述したように堅ロール径を水平ロール径の１５％〜４０％とすることで、従来に比べウェブ９とフランジ１０の圧下の同期化が促され、与肉復元率を減少させることが可能となることが分かる。
【００２７】
以上、図４〜図８及び図９から分かる知見により、堅ロールの径を水平ロールの径より小さい所定の径（即ち、水平ロール径の１５％〜４０％）とすることで、従来の圧延に比べウェブ９とフランジ１０の圧下の同期化が進み、同一セットのロールでもってウェブ９の両端部に形成された増厚部７の解消を効率的に行うことができ、ウェブ高さが異なり、且つ均一なウェブ厚みの製品が製造できる。加えて、保有すべきロールセット数の削減やロール組み替えの省略が可能となるため、圧延時間の短縮が図られる。
【００２８】
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。
【実施例】
【００２９】
本発明の実施例として、従来用いられていた堅ロールによって圧延を行った場合と、本発明にかかる小径の堅ロールによって圧延を行った場合における圧延時の増厚部の厚みの変化をそれぞれ測定した。被圧延材としては、製品寸法がウェブ高さ６００ｍｍ、フランジ幅３００ｍｍ、ウェブ厚１２ｍｍ、フランジ厚２８ｍｍのＨ形鋼が製造されるような材料を用いた。また、被圧延材のウェブ両端部にはウェブ高を拡大するための増厚部（断面積８００ｍｍ２）が形成されている。なお、従来用いられていた堅ロールとしてはロール径φ１０００ｍｍのものを用い、本発明にかかる小径の堅ロールとしてはロール径φ２５０ｍｍのものを用いた。また、この時の水平ロール径はいずれの場合もφ１３１５ｍｍであった。即ち、本発明にかかる小径の堅ロールを用いる場合に、その堅ロール径は水平ロール径の約１９％とした（上記実施の形態で説明した図６の場合に相当）。以下に示す表１には、それぞれの場合の増厚部の厚みと、その時のウェブ厚みを記載している。
【００３０】
【表１】
0005803523.tif 000004
【００３１】
表１に示される通り、ウェブ両端部に増厚部が形成された被圧延材を圧延するに際し、従来用いられていた堅ロールによって圧延を行った場合には、圧延前に厚み２．２６ｍｍで形成されていた増厚部が、圧延後には厚み２．００ｍｍとなった。一方、本発明にかかる小径（水平ロール径の約１９％）の堅ロールによって圧延を行った場合には、圧延前に厚み２．２６ｍｍで形成されていた増厚部が、圧延後には厚み１．７０ｍｍとなった。この結果から、堅ロール径を水平ロール径の約１９％である小径のロールとすることで、被圧延材に形成された増厚部の圧延による解消が従来に比べ効果的に行われ、本実施例では約１５％の改善が見られた。従って、本発明にかかる小径の堅ロールを用いて圧延を行うことで、従来より均一なウェブ厚み分布を有する製品を製造することが可能となる。加えて、ウェブ高さの異なる製品（例えばＨ形鋼シリーズ）を製造する際に、複数のロールセットを用いる必要が無くなり、保有すべきロールセット数の削減やロール組み替えの省略が可能となる。これにより、圧延時間の短縮化や圧延の効率化が図られる。
【００３２】
なお、上記実施の形態において説明した図９のグラフによれば、堅ロール径を水平ロール径の約１９％である小径のロールとした場合には与肉復元率が５５％であるのに対し、本実施例では、表１に記載されているように、約７５％（１．７０／２．２６×１００＝約７５％）復元されている。これは、図９のグラフは圧下における減面率が５％のときの与肉復元率を示したものであるのに対し、本実施例での測定は、圧下における減面率を２％として行ったからである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、Ｈ形鋼の圧延方法および仕上ユニバーサル圧延機に適用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１…ブレークダウン圧延機
２…Ｒ−Ｅ群
３…仕上ユニバーサル圧延機（従来）
４…堅ロール（従来）
６…短縮される接触長
７…増厚部
９…ウェブ
１０…フランジ
１１…仕上ユニバーサル圧延機
２０…被圧延材
２２…上水平ロール（水平ロール）
２３…下水平ロール（水平ロール）
２５…左堅ロール（堅ロール）
２６…右堅ロール（堅ロール）
【図１】
0005803523.tif 000005
【図４】
0005803523.tif 000006
【図５】
0005803523.tif 000007
【図６】
0005803523.tif 000008
【図７】
0005803523.tif 000009
【図８】
0005803523.tif 000010
【図９】
0005803523.tif 000011
【図２】
0005803523.tif 000012
【図３】
0005803523.tif 000013