(57)【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５以上の複数の孔型が刻設され、
当該複数の孔型では被圧延材の１又は複数パス造形が行われ、
前記複数の孔型のうち第１孔型は被圧延材に幅方向圧下を行うボックス孔型として刻設され、
前記複数の孔型のうち第２孔型及び第３孔型には、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れる突起部が形成され、
前記複数の孔型のうち第３孔型以降では少なくとも１パス以上の造形において被圧延材の端面と孔型周面とが接触した状態で圧下が行われ、
前記複数の孔型のうち第４孔型以降では前記割り込みによって成形された分割部位を順次折り曲げる工程が行われることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
【請求項２】
前記第１孔型においては、複数の幅を有する複数種の被圧延材が幅方向圧下され、当該複数種の被圧延材は同一幅に造形され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】
前記第１孔型においては、同一の幅を有する複数の被圧延材が幅方向圧下され、当該複数の被圧延材は複数の幅を有した断面形状に造り分けられ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４】
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、
当該複数の孔型では被圧延材の１又は複数パス造形が行われ、
前記複数の孔型においては、被圧延材に幅方向圧下を行うボックス孔型としての第１孔型群と、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れる突起部が形成された第２孔型群が刻設され、
前記第１孔型群及び第２孔型群には、複数の厚みを有する被圧延材の厚みに応じた孔型底幅を有する孔型がそれぞれ並列的に刻設されて構成され、
前記複数の孔型のうち第３孔型以降では少なくとも１パス以上の造形において被圧延材の端面と孔型周面とが接触した状態で圧下が行われ、
前記複数の孔型のうち第４孔型以降では前記割り込みによって成形された分割部位を順次折り曲げる工程が行われることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法。
【請求項５】
前記第１孔型群においては、複数の幅を有する複数種の被圧延材が幅方向圧下され、当該複数種の被圧延材は同一幅に造形されることを特徴とする、請求項４に記載のＨ形鋼の製造方法。
【請求項６】
前記第１孔型群においては、同一の幅を有する複数の被圧延材が幅方向圧下され、当該複数の被圧延材は複数の幅を有した断面形状に造り分けられることを特徴とする、請求項４に記載のＨ形鋼の製造方法。
【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】
このようなＨ形鋼の製造方法において、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割広げる、又は、割り込み深さを深くさせエッジング圧延を行い、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（例えば特許文献１参照）。また、このようなＨ形鋼の製造方法において、スラブ素材の集約化を図るための技術が特許文献２には開示されている。
【０００４】
また、例えば特許文献３には、スラブ端面に割り込みを入れ当該割り込みを順次深くし、その後ボックス孔型において押し拡げ、Ｈ形鋼のフランジ相当部を形成させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−８８５０１号公報
【特許文献２】特開平６−２９７００１号公報
【特許文献３】特開昭６０−２１１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、構造物等の大型化に伴い大型のＨ形鋼製品の製造が望まれている。特にＨ形鋼の強度・剛性に大きく寄与するフランジを従来に比べて広幅化した製品が望まれている。フランジが広幅化されたＨ形鋼製品を製造するためには、粗圧延工程における造形から従来に比べフランジ幅の大きな被圧延材を造形する必要がある。
【０００７】
しかしながら、例えば上記特許文献１、２に開示されている技術では、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条件では、フランジ幅の拡がり量が大きくなるにつれて低下し、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、例えば特許文献３に開示されている技術では、割り込みを入れたスラブ等の素材に対して、特に割り込み形状の変遷等を経ずに、即座に底面がフラット形状のボックス孔型によってエッジング圧延を行い、フランジ相当部を造形しており、このような方法では被圧延材の形状を急激に変化させることに伴う形状不良が生じやすい。特に、このような造形における被圧延材の形状変化は、被圧延材とロールとの接触部の力と、被圧延材の曲げ剛性との関係によって定まるものであり、従来に比べフランジ幅の大きなＨ形鋼を製造する場合には形状不良がより生じやすいといった問題がある。
【０００９】
更に、近年では、フランジを従来に比べて広幅化した製品においても、種々のサイズ（寸法）が望まれており、例えば、同一の厚みを有し、幅が異なるスラブ素材から、同一のロールチャンスでもってフランジ幅の異なるＨ形鋼を造り分けるといった技術が望まれている。しかしながら、フランジ幅の異なるＨ形鋼を造り分けるためには、スラブ等の素材から寸法の異なるものを用意する必要があるといった事情から、現状の技術では、素材断面の種類が増えることになり、在庫管理等の面でコスト増につながり好ましくない。
【００１０】
このような事情に鑑み、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ことによって、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にある。
【００１１】
更に、フランジ幅の大きなＨ形鋼製品の製造において、厚みが同一且つ幅の異なる素材を用いてフランジ幅の異なるＨ形鋼を同一のロールでもって造り分けることや、厚み及び幅が同一の素材を用いてフランジ幅の異なるＨ形鋼を造り分けることが可能な製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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５以上の複数の孔型が刻設され、当該複数の孔型では被圧延材の１又は複数パス造形が行われ、前記複数の孔型のうち第１孔型は被圧延材に幅方向圧下を行うボックス孔型として刻設され、前記複数の孔型のうち第２孔型及び第３孔型には、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れる突起部が形成され、前記複数の孔型のうち第３孔型以降では少なくとも１パス以上の造形において被圧延材の端面と孔型周面とが接触した状態で圧下が行われ、前記複数の孔型のうち第４孔型以降では前記割り込みによって成形された分割部位を順次折り曲げる工程が行われることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。
【００１３】
前記第１孔型においては、複数の幅を有する複数種の被圧延材が幅方向圧下され、当該複数種の被圧延材は同一幅に造形されても良い。
【００１４】
前記第１孔型においては、同一の幅を有する複数の被圧延材が幅方向圧下され、当該複数の被圧延材は複数の幅を有した断面形状に造り分けられても良い。
【００１５】
また、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、当該複数の孔型では被圧延材の１又は複数パス造形が行われ、前記複数の孔型においては、被圧延材に幅方向圧下を行うボックス孔型としての第１孔型群と、被圧延材の幅方向に対し鉛直に割り込みを入れる突起部が形成された第２孔型群が刻設され、前記第１孔型群及び第２孔型群には、複数の厚みを有する被圧延材の厚みに応じた孔型底幅を有する孔型がそれぞれ並列的に刻設されて構成され、前記複数の孔型のうち第３孔型以降では少なくとも１パス以上の造形において被圧延材の端面と孔型周面とが接触した状態で圧下が行われ、前記複数の孔型のうち第４孔型以降では前記割り込みによって成形された分割部位を順次折り曲げる工程が行われることを特徴とする、Ｈ形鋼の製造方法が提供される。
【００１６】
前記第１孔型群においては、複数の幅を有する複数種の被圧延材が幅方向圧下され、当該複数種の被圧延材は同一幅に造形されても良い。
【００１７】
前記第１孔型群においては、同一の幅を有する複数の被圧延材が幅方向圧下され、当該複数の被圧延材は複数の幅を有した断面形状に造り分けられても良い。
【発明の効果】
【００１８】
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ことによって、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できる。更に、フランジ幅の大きなＨ形鋼製品の製造において、厚みが同一且つ幅の異なる素材を用いてフランジ幅の異なるＨ形鋼を同一のロールでもって造り分けることや、厚み及び幅が同一の素材を用いてフランジ幅の異なるＨ形鋼を造り分けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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孔型の概略説明図である。
【図４】第３孔型の概略説明図である。
【図５】第４孔型の概略説明図である。
【図６】第５孔型の概略説明図である。
【図７】異なる幅の素材を用いて第１孔型で圧下・造形を行う場合の概略説明図である。
【図８】同一幅の素材を用いて第１孔型で圧下・造形を行う場合の概略説明図である。
【図９】ボックス孔型においてスラブ素材をエッジング圧延した際のエッジング量［ｍｍ］とエッジング圧延後のクロップ長［ｍｍ］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】
【００２０】
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。
【００２１】
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、サイジングミル３、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。
【００２２】
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がサイジングミル３ならびに粗圧延機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（フランジ対応部１２）に対して圧下が施される。通常の場合、サイジングミル３及び粗圧延機４のロールには、エッジング孔型及びウェブ部分を減厚し、フランジ部分の形状を成形するいわゆる平造形孔型が刻設されており、これらを経由して複数パスのリバース圧延で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。
【００２３】
次に、以下では図１に示したサイジングミル３及び粗圧延機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。なお、通常、粗圧延機４には、以下に説明する第１孔型〜第５孔型に加え、それら孔型にて造形された被圧延材Ａをいわゆるドッグボーン形状のＨ形粗形材１３とする孔型が更に設けられているが、この孔型は従来より既知のものであるため本明細書での図示・説明は省略する。また、製造ラインＴにおける加熱炉２や中間ユニバーサル圧延機５、仕上ユニバーサル圧延機８、エッジャー圧延機９等は、従来よりＨ形鋼の製造に用いられている一般的な装置であり、その装置構成等は既知であるため本明細書では説明を省略する。
【００２４】
図２〜図６は粗圧延工程を行うサイジングミル３及び粗圧延機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５孔型は、例えばサイジングミル３に全て刻設されても良く、サイジングミル３及び粗圧延機４に第１孔型〜第５孔型が分けて刻設されても良い。即ち、第１孔型〜第５孔型はサイジングミル３及び粗圧延機４の両方に亘って刻設されても良く、どちらか一方の圧延機に刻設されても良い。通常のＨ形鋼の製造における粗圧延工程では、これら各孔型において１又は複数パスでの造形が行われる。なお、図２〜図６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。
【００２５】
図２は第１孔型Ｋ１の概略説明図である。第１孔型Ｋ１は、底面が平面であり、所定の深さを有しており、当該第１孔型Ｋ１は、上下一対の孔型ロール２０、２１（上孔型ロール２０、下孔型ロール２１）に刻設されている。被圧延材Ａは、これら上孔型ロール２０及び下孔型ロール２１に刻設された第１孔型Ｋ１において圧下・造形される。図２に示すように、第１孔型Ｋ１は所定の深さを有するいわゆるボックス孔型である。即ち、上孔型ロール２０には、孔型底面２０ａ及びその両端の孔型側面２０ｂが形成されており、同様に、下孔型ロール２１には、孔型底面２１ａ及びその両端の孔型側面２１ｂが形成されている。これら孔型側面２０ｂ、２１ｂは所定の傾斜角度を有しており、孔型底幅は、素材端部方向に向かうにつれて狭まるような構成となっている。
第１孔型Ｋ１での圧下・造形時には、被圧延材Ａの上下端部が孔型底面２０ａ、２１ａに接触した状態、且つ、被圧延材Ａの側面が孔型側面２０ｂ、２１ｂに拘束された状態とされる。なお、孔型側面２０ｂ、２１ｂとロール周面との接続部２４は、所定の曲率を有する曲線形状を有しており、第１孔型Ｋ１から孔型外部への被圧延材Ａの噛み出しを防止することが可能な構成となっている。接続部２４の曲率は、例えば小さめの単一Ｒ（例えばＲ３０）または、単一Ｒに加え、それに接する形で接続された大きめのＲ（例えばＲ４００）で構成された複合Ｒであっても良い。
【００２６】
ここで、第１孔型Ｋ１の孔型底面２０ａ、２１ａの孔型底幅Ｗ１は、当該第1孔型Ｋ１における1パス圧延終了後において増厚されたスラブ厚Ｗとほぼ等しい構成が望ましい。即ち、以下に説明するような、被圧延材Ａが第１孔型Ｋ１内において安定するような条件とすることが望ましい。
【００２７】
被圧延材Ａが第１孔型Ｋ１内で安定しない条件としては、圧延・造形パスのロール出側において、スラブ厚Ｗが孔型底幅Ｗ１よりも小さい条件となった場合が挙げられる。つまり、このような条件では、ロールバイト内のいずれの位置でも被圧延材Ａの左右方向における拘束が無い状態となるため、左右方向にずれが発生した場合に修正する力が作用しない。被圧延材Ａの変形の形態としては、変形が容易となる対角変形（例えば上フランジ相当部が左ずれの場合、下フランジ相当部は右ずれに変形する）が生じることが多い。このような変形が一旦発生した場合、被圧延材Ａの対角線上の４箇所（上下フランジ相当部の端部）における肉量バランスが不均一となり、最終製品寸法精度に大きな影響（形状不良）が出てしまう。
【００２８】
上記のような変形を防止するためには、ロールバイト内における被圧延材Ａの拘束が必要であり、圧延・造形パスのロール出側において、フランジ相当部の幅拡がりによる左右の拘束状態を造り出すことが必要となる。具体的には、ロール出側において孔型底幅Ｗ１の値よりもフランジ相当部の幅が大きく広がるような幅拡がり条件を満たすように、孔型底幅Ｗ１を決定するか、あるいは、第１孔型Ｋ１での圧下量を当該条件を満たすような圧下量まで増大させることが必要となる。
【００２９】
一方、第１孔型Ｋ１における過充満による噛み出しの発生を抑制するためには、上記条件を満たした上で、フランジ相当部の幅拡がりによって噛み出しが生じないように、孔型底幅Ｗ１を可能な限り大きく設定すると共に、孔型側面２０ｂ、２１ｂの傾斜角度θを小さくする（傾斜を寝かせる）ことで、フランジ相当部の幅拡がりに対する尤度を確保する。即ち、孔型側面２０ｂ、２１ｂの傾斜を大きくとると被圧延材Ａのセンターリング作用が低下するため、当該傾斜角度は噛み出しが出ない範囲においてできるだけ小さい方が好ましい。なお、これら説明した孔型設計に係る各条件（孔型底幅Ｗ１、圧下量、側面傾斜角度等）は、実機圧延設備やラボ設備実験等により好適な条件を明確にした上で定めることが望ましい。
【００３０】
また、上述した孔型側面２０ｂ、２１ｂの傾斜角度ならびに孔型側面２０ｂ、２１ｂとロール周面との接続部２４における曲線形状（曲率）は、圧下・造形時に噛み出しが発生しないような適切な傾斜角度ならびに曲率に設計されることが好ましい。これら傾斜角度ならびに曲率の値は、スラブ幅の集約量（即ち、エッジング量）や素材のスラブ幅及びスラブ厚により最適値が異なる。従って、素材のスラブ幅及びスラブ厚やエッジング量に応じて好適に設定される。
なお、第１孔型Ｋ１での圧延では、素材のスラブ幅が大きい程、幅拡がり効率が上がり、エッジング量が大きい程、幅拡がり量が大きくなるため、上記接続部２４におけるメタルの逃がし量（メタルフロー）を大きくする必要があり、上記傾斜角度ならびに曲率を大きく付与した構成とすることが望ましい。
【００３１】
図３は第２孔型Ｋ２の概略説明図である。第２孔型Ｋ２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、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被圧延材Ａが圧下・造形される。また、上孔型ロール３０の周面（即ち、第２孔型Ｋ２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孔型Ｋ２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。突起部３５、３６の高さ（突出長さ）をｈ１とし、先端部角度をθ１ａとする。
【００３２】
この第２孔型Ｋ２においては、突起部３５、３６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３８、３９が形成される。ここで、突起部３５、３６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。
【００３３】
ここで、第２孔型Ｋ２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２孔型Ｋ２に形成された突起部３５、３６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３に示すように、第２孔型Ｋ２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３５、３６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３８、３９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２孔型Ｋ２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２孔型Ｋ２においては、突起部３５、３６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３８、３９が形成される際の突起部３５、３６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３８、３９が形成される。
【００３４】
図４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４５が形成されている。更に、下孔型ロール４１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であることが望ましい。
【００３５】
なお、上記第２孔型Ｋ２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は、後段の第３孔型Ｋ３のウェッジ角度θ１ｂと同じ角度であることが好ましい。
【００３６】
突起部４５、４６の高さ（突出長さ）ｈ２は、上記第２孔型Ｋ２の突起部３５、３６の高さｈ１より高く構成されており、ｈ２＞ｈ１となっている。また、突起部４５、４６の先端部角度は上記第２孔型Ｋ２の突起部３５、３６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４０と下孔型ロール４１のロール隙において、上記第２孔型Ｋ２通材後の被圧延材Ａが更に造形される。
【００３７】
ここで、第２孔型Ｋ２に形成される突起部３５、３６の高さｈ１より、第３孔型Ｋ３に形成される突起部４５、４６の高さｈ２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３孔型Ｋ３の方が長くなる。第３孔型Ｋ３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ｈ２と同じである。即ち、第２孔型Ｋ２での突起部３５、３６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ１’と、第３孔型Ｋ３での突起部４５、４６の被圧延材Ａへの侵入深さｈ２はｈ１’＜ｈ２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。
【００３８】
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３孔型Ｋ３においては、第２孔型Ｋ２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。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。
【００３９】
また、第３孔型Ｋ３での造形は多パスにより行われるが、この多パス造形においては、図４に示すように、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）が接触している状態で少なくとも１パス以上の造形（圧下）が行われる。即ち、孔型上面４０ａ、４０ｂ及び孔型底面４１ａ、４１ｂと被圧延材Ａの上下端部（スラブ端面）が接触した状態で１パス以上の圧下が行われる。これにより、被圧延材Ａのフランジ相当部（後述するフランジ部８０に相当する部位）の圧下が行われる。
【００４０】
図５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５５が形成されている。更に、下孔型ロール５１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。
【００４１】
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ｈ２よりも短くなっている（即ち、ｈ３＜ｈ２）。
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。
【００４２】
図５に示すように、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４孔型Ｋ４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３孔型Ｋ３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。
【００４３】
また、図５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。
【００４４】
図６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５孔型Ｋ５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５孔型Ｋ５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。
【００４５】
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）。
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４孔型Ｋ４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。
【００４６】
第５孔型Ｋ５では、第４孔型Ｋ４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４孔型Ｋ４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５孔型Ｋ５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４孔型Ｋ４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。
【００４７】
図６に示す第５孔型Ｋ５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５孔型Ｋ５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。
【００４８】
以上説明した第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５によって造形された被圧延材Ａに対し、従来のＨ形鋼の製造方法に倣えば、例えば特許文献１等において既知である平造形孔型（ウェブ減厚孔型）を用いていわゆるドッグボーン形状であるＨ形粗形材１３が造形される。そして、図１に示す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により圧下され、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。
【００４９】
ここで、上述した第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５による被圧延材Ａの造形において、第１孔型Ｋ１による圧下・造形のロール隙や圧下量の設定を変えることで、被圧延材Ａの幅を任意の長さにすることが可能である。また、造形前の素材（スラブ１１）の寸法に応じて、第１孔型Ｋ１であるボックス孔型の孔型ロールのみを組み替えて、その他の第２孔型Ｋ２〜第５孔型Ｋ５については組み替えを行うことなく粗圧延工程を実施することが可能である。
【００５０】
以下、図７、図８を参照して、ボックス孔型である第１孔型Ｋ１での圧下・造形について説明する。
図７は厚みが同じであり且つ異なる幅の素材を用いて第１孔型Ｋ１で圧下・造形を行う場合の概略説明図であり、（ａ）はスラブ幅の短いスラブ素材Ｂ１（スラブ幅Ｌ１の短幅素材Ｂ１）に関し、（ｂ）は短幅素材Ｂ１に比べてスラブ幅の長いスラブ素材Ｂ２（スラブ幅Ｌ２の長幅素材Ｂ２）に関する。なお、短幅素材Ｂ１と長幅素材Ｂ２の厚み（スラブ厚）は同じである。
【００５１】
図７に示すように、スラブ素材の幅が異なる２種類の素材Ｂ１、Ｂ２の圧下・造形を第１孔型Ｋ１において行う場合に、第１孔型Ｋ１での被圧延材Ａの造形後の幅をいずれの場合も幅Ｌとするような孔型設計とする。これにより、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１孔型Ｋ１では素材Ｂ１、Ｂ２から、同一の幅Ｌである被圧延材Ａが造形される。そして、造形された幅Ｌの被圧延材Ａに対し、上記説明した第２孔型Ｋ２〜第５孔型Ｋ５において更なる圧下・造形が行われ、既知である平造形孔型（ウェブ減厚孔型）を経ていわゆるドッグボーン形状であるＨ形粗形材１３が造形される。このようにして、厚みが同じであり幅の異なる２種類の短幅素材Ｂ１と長幅素材Ｂ２から、同一の断面を有するＨ形粗形材１３が造形される。
【００５２】
また、図８は同一の素材Ｂを用いて第１孔型Ｋ１の孔型設定を変えることで、異なる幅Ｍ１、Ｍ２の被圧延材Ａの圧下・造形を行う場合の概略説明図であり、（ａ）は幅Ｍ１の被圧延材Ａを造形する場合を示し、（ｂ）は幅Ｍ２（＞Ｍ１）の被圧延材Ａを造形する場合を示している。
【００５３】
図８に示すように、同一のスラブ素材Ｂの圧下・造形を第１孔型Ｋ１において行う場合に、第１孔型Ｋ１での孔型設計を変えることで、被圧延材Ａの造形後の幅を２種類の幅Ｍ１、Ｍ２（Ｍ１＜Ｍ２）とすることができる。これにより、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、第１孔型Ｋ１では、同一の素材Ｂから、２種類の異なる幅Ｍ１、Ｍ２である被圧延材Ａ１、Ａ２が造形される。そして、造形された各被圧延材Ａ１、Ａ２それぞれに対し、上記説明した第２孔型Ｋ２〜第５孔型Ｋ５において更なる圧下・造形が行われ、既知である平造形孔型（ウェブ減厚孔型）を経ていわゆるドッグボーン形状であるＨ形粗形材１３が造形される。ここで、被圧延材Ａ１、Ａ２のそれぞれからは、異なる断面形状のＨ形粗形材１３が造形され、中間圧延ならびに仕上圧延では、断面形状を大きく変えるような圧下・造形は行われないことから、異なる断面形状のＨ形鋼製品が製造されることになる。
【００５４】
以上、図７、８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での圧下・造形では、厚みが同じであり且つ幅の異なるスラブ素材から、同一の断面を有するＨ形粗形材１３を造形することが可能であり、また、同一のスラブ素材から、複数種の異なる断面形状であるＨ形粗形材１３を造形することが可能となる。即ち、第１孔型Ｋ１〜第５孔型Ｋ５として説明した共通の孔型構成でもって、異なるスラブ素材から同一のＨ形粗形材１３を造形することが可能となり、粗圧延工程の効率化が図られる。また、同じ孔型構成でもって、複数種の異なるＨ形粗形材１３を造形することも可能であるため、効率的なＨ形鋼製品の造り分けを図ることもできる。
【００５５】
本発明の実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法によれば、第２孔型Ｋ２〜第５孔型Ｋ５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、被圧延材Ａ（スラブ）の上下端面を上下方向にほぼ圧下することなくＨ形粗形材１３の造形を行うことができる。即ち、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。
【００５６】
また、上述したように、ボックス孔型としての第１孔型Ｋ１を刻設して粗圧延工程で用いることで、異なるスラブ素材から同一のＨ形粗形材１３を造形することや、同一のスラブ素材から異なるＨ形粗形材１３を造形することができるため、粗圧延工程の大幅な効率化が図られる。従来、複数種の異なるＨ形粗形材１３を造形し、複数種のＨ形鋼製品を製造するためには、製品造り分けのために、素材断面やロールの保有種類を増やす必要があり、ロール在庫、素材在庫やコストの面で問題があった。これに対し、本実施の形態に係る製造方法によれば、異なるスラブ素材から同一のＨ形粗形材１３が造形され、その結果、同一のＨ形鋼製品が製造されるため、従来に比べ、在庫やコスト面が改善され、製造の効率化が実現される。
【００５７】
また、例えば特許文献１、２に記載されているようなエッジング孔型では、平造形孔型を除く全ての孔型において、孔型形状を、側壁を設けた形状としており、被圧延材を当該側壁によって拘束してエッジング圧延を実施している。これにより、被圧延材のウェブ座屈や噛み出しといった形状不良は抑制されるものの、被圧延材長手方向において、いわゆるフィッシュテールと呼称される形状不良部（クロップ部）が成長し、歩留まりの悪化が懸念されていた。
これに対し、本実施の形態に係るＨ形鋼の製造方法においては、図２に示すように、ボックス孔型としての第１孔型Ｋ１と第２孔型Ｋ２のみ被圧延材Ａの側面が孔型に当接するような形状とし、図４〜図６に示すように、第３孔型Ｋ３〜第５孔型Ｋ５の孔型形状は、被圧延材Ａの側面が当接しないような形状としている。このような孔型の構成により、第３孔型Ｋ３〜第５孔型Ｋ５では、被圧延材Ａが拘束されることなく造形され、被圧延材のウェブ座屈や噛み出しといった形状不良を抑制し、且つ、クロップ部の成長も抑制することが出来、歩留まりの向上が実現される。なお、このクロップ部の成長抑制に係る作用効果については、後述する実施例においてグラフを参照して詳述する。
【００５８】
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。
【００５９】
例えば、上記実施の形態においては、ボックス孔型としての第１孔型Ｋ１に加え、フランジ部８０の造形を行う孔型として第２孔型Ｋ２〜第５孔型Ｋ５の４つの孔型を刻設して被圧延材Ａの造形を行うものとして説明したが、粗圧延工程を実施するための孔型数はこれに限られるものではない。即ち、サイジングミル３や粗圧延機４に刻設される孔型の数は、所定の孔型形状を有した孔型が刻設されていれば、その他の孔型数等は任意に変更可能であり、好適に粗圧延工程を実施することができる程度に適宜変更自在である。
【００６０】
また、上記実施の形態においては、厚み（スラブ厚）が同一である素材を圧下・造形する場合について説明した（図７、８参照）が、これら第１孔型Ｋ１及び第２孔型Ｋ２を、素材の厚み毎に複数孔型刻設する構成としても良い。具体的には、粗圧延工程に用いられる孔型構成において、複数孔型が並列的に刻設された第１孔型群Ｋ１’及び第２孔型群Ｋ２’を刻設し、これら並列的に刻設された孔型群を素材の厚みごとに設計し、それぞれの素材の厚みに応じて孔型群から適切な孔型を選択して用いることもできる。なお、孔型群として並列的に刻設される孔型の数は任意であり、用意されるスラブ等の素材の厚みの種類に応じて適宜設定すれば良い。
上記実施の形態で図４〜図６を参照して説明したように、第３孔型Ｋ３〜第５孔型Ｋ５は被圧延材Ａの側面が当接しない孔型形状となっているために、厚みの異なる被圧延材Ａが第１孔型群Ｋ１’及び第２孔型群Ｋ２’で造形されたとしても、第３孔型Ｋ３〜第５孔型Ｋ５は厚みの異なる被圧延材Ａに対して共通して用いることが出来るため、少ない孔型数でもって断面形状の異なるＨ形粗形材１３を造形することが可能となる。
【００６１】
また、本発明に係るＨ形鋼の製造方法では、Ｈ形鋼を製造する際の素材（後の被圧延材Ａ）としてスラブを例示して図示・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。即ち、例えばビームブランク素材を造形してＨ形鋼を製造する場合にも適用できる。
【実施例】
【００６２】
本発明の実施例として、ボックス孔型（上記実施の形態における第１孔型Ｋ１）において、スラブ素材を幅１５００ｍｍ×厚２５０ｍｍの被圧延材Ａとして造形する際に生じるクロップ部の長さについて検証し、従来技術との比較を行った。図９は、ボックス孔型においてスラブ素材をエッジング圧延した際のエッジング量［ｍｍ］とエッジング圧延後のクロップ長［ｍｍ］との関係を示すグラフである。なお、図９では、スラブ素材の幅が１６８０ｍｍ、１８００ｍｍ、１９００ｍｍの場合それぞれについて記載し、更に特許文献１、２等に記載の従来の造形方法（いわゆるウェッジ法）を用いて幅２４００ｍｍの素材をエッジング圧延した場合についても記載している。また、図９のクロップ長とは、各造形孔型での当該パスにおいて造形された粗形材においてウェブ中心部からのフランジ部の圧延方向の距離の差で定義したものである。
【００６３】
図９に示すように、従来の造形方法においては、エッジング量が大きくなるにつれてクロップ長も長くなっており、エッジング量がクロップ長に影響を及ぼしていることは明らかである。具体的なクロップ長としては、例えばエッジング量が約９００ｍｍではクロップ長は約３３５ｍｍとなっている。
【００６４】
一方、本発明に係る製造方法においては、ボックス孔型（第１孔型Ｋ１）においてエッジング圧延した後、以降の孔型（特に、第３孔型Ｋ３以降）では被圧延材をほとんど拘束することなく造形されるため、ボックス孔型でのクロップ部の発生はあるものの、それ以降でのクロップ長の成長はほぼ見られない。具体的には、素材幅１９００ｍｍの場合、ボックス孔型等の被圧延材を拘束した状態でのエッジング圧延において約２００ｍｍ程度のクロップ部が生じ、以降はクロップ部の成長はほぼ見られず、従来法に比べクロップ長の短縮化が実現された。同様に、素材幅１８００ｍｍの場合、ボックス孔型等の被圧延材を拘束した状態でのエッジング圧延において約１６０ｍｍ程度のクロップ部が生じ、以降はクロップ部の成長はほぼ見られず、従来法に比べクロップ長の短縮化が実現された。更に同様に、素材幅１６８０ｍｍの場合、ボックス孔型等の被圧延材を拘束した状態でのエッジング圧延において約１２０ｍｍ程度のクロップ部が生じ、以降はクロップ部の成長はほぼ見られず、従来法に比べクロップ長の短縮化が実現された。
【００６５】
以上説明した本実施例によれば、本発明に係る造形方法で生じるクロップ部の長さは、従来技術におけるクロップ長に比べ短くなっており、歩留まりの向上が実現されることが分かる。また、ボックス孔型より後段の孔型では、クロップ部の成長がほとんど無いため、従来に比べ飛躍的にクロップ長を短くすることができる。
更に、上記実施の形態で説明したように、本発明に係る造形方法では、異なるスラブ素材から同一のＨ形粗形材が造形され、その結果、同一のＨ形鋼製品が製造されることから、在庫やコスト面等の製造の効率化も併せて実現される。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
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】
【００６７】
１…圧延設備
２…加熱炉
３…サイジングミル
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）
２４…接続部
３０…上孔型ロール（第２孔型）
３１…下孔型ロール（第２孔型）
３５、３６…突起部（第２孔型）
３８、３９…割り込み（第２孔型）
４０…上孔型ロール（第３孔型）
４１…下孔型ロール（第３孔型）
４５、４６…突起部（第３孔型）
４８、４９…割り込み（第３孔型）
５０…上孔型ロール（第４孔型）
５１…下孔型ロール（第４孔型）
５５、５６…突起部（第４孔型）
５８、５９…割り込み（第４孔型）
６０…上孔型ロール（第５孔型）
６１…下孔型ロール（第５孔型）
６５、６６…突起部（第５孔型）
６８、６９…割り込み（第５孔型）
８０…フランジ部
Ｋ１…第１孔型
Ｋ２…第２孔型
Ｋ３…第３孔型
Ｋ４…第４孔型
Ｋ５…第５孔型
Ｔ…製造ライン
Ａ…被圧延材
【図１】
0006531653.tif 000002
【図２】
0006531653.tif 000003
【図３】
0006531653.tif 000004
【図４】
0006531653.tif 000005
【図５】
0006531653.tif 000006
【図６】
0006531653.tif 000007
【図７】
0006531653.tif 000008
【図８】
0006531653.tif 000009
【図９】
0006531653.tif 000010