(57)【要約】【課題】ロール割損トラブルを抑止しながら、曲がり爪内面に生ずるしわ疵による継手疲労寿命劣化を軽減した継手部を有する形鋼の製造方法を提供する。【解決手段】熱間孔型圧延によりウエブ１端に玉爪２１及び曲がり爪２０からなる継手部２を有する形鋼を製造する方法において、粗圧延中の被圧延材と粗圧延ロールとの接触面に圧延油を噴射し、曲がり爪内面のしわ疵深さを０．３５ｍｍ以下にする。用いる圧延油は摩擦係数が０．２１以下のものが好ましい。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間孔型圧延によりウエブ端に玉爪及び曲がり爪からなる継手部を有する形鋼を製造する方法において、粗圧延中の被圧延材と粗圧延ロールとの接触面に圧延油を噴射し、曲がり爪内面のしわ疵深さを０．３５ｍｍ以下にすることを特徴とする形鋼の製造方法。
【請求項２】
前記圧延油は摩擦係数が０．２１以下のものであ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し、とくに、疲労強度の優れた継手部を有する形鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば図５に示すような、ウエブ１の両端に曲がり爪２０及び玉爪２１からなる継手部を有する形鋼を製造する方法として、孔型ロールを用いる孔型圧延が一般的に採用されている。かかる孔型圧延の１例を図６に示す。図６のような孔型系列を用いて圧延製造される形鋼の継手部の疲労強度は、図６中のＫ２，Ｋ１カリバーでの曲げ成形時に内外面の縮み率差により発生する曲がり爪２０内面のしわ疵の深さと相関があり、しわ疵深さが大きいと疲労強度は大きく低下する。
【０００３】
かかる継手疲労強度の低下を防止する手段として、従来、（Ａ）熱間圧延後に曲がり爪内面を削加工し、しわ疵そのものを除去する方法（特開２００１−１４６７３８号公報）や、（Ｂ）爪曲げ圧延時のしわ疵の起点となる材料表面凹凸を平滑化すべく、粗形鋼片素材の曲がり爪内面対応部位を粗圧延前にスカーフィングする方法（特開２００１−１６４５６０号公報）、あるいは、（Ｃ）粗圧延ロールに鋳鉄系のロールを使用することでロールと被圧延材との接触面の摩擦係数を小さくする方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の方法（Ａ）では、ウエブ両端部の曲がり爪内面の削加工をかなりの本数の製品に対し７ｍ以上にも及ぶ全長に亘って施す必要があり、削加工し終わるまでの日数がかかることから納期保証上の問題があった。また、方法（Ｂ）だけでは、粗圧延時の爪部の側動圧下により粗圧延後の段階で表面凹凸が新たに発生してしまうという問題があった。また、方法（Ｃ）では、粗ロールに鋳鉄系のロールを使用することで〔Ｃ〕（黒鉛）の潤滑作用により焼き付き等の発生によるロール肌荒れがなく被圧延面を滑らかにすることが可能であるが、強度上衝撃に弱く圧延時のスラスト荷重等によりロールの割損トラブルを発生させる問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、ロール割損トラブルを抑止しながら、曲がり爪内面に生ずるしわ疵による継手疲労寿命劣化を軽減した継手部を有する形鋼の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、粗圧延ロールに強靭な鋳鋼系ロールを使用して、圧延中のロール割損トラブルを防止するとともに、曲げ成形前の略垂直に立った爪（図６の突条２０Ａ）外面とロールとの接触面に２１０　ｌｂ（ポンド）負荷試験での摩擦係数が０．２１以下の硫化油脂系合成油を噴射することで、接触面の摩擦係数を減じ、成形前の曲がり爪側面の表面性状を平滑にしてやることにより、曲げ成形時に発生するしわ疵を軽減させることができて、継手部の疲労寿命劣化を抑止しうることを見いだし、本発明をなした。
【０００７】
すなわち、本発明は、熱間孔型圧延によりウエブ端に玉爪及び曲がり爪からなる継手部を有する形鋼を製造する方法において、粗圧延中の被圧延材と粗圧延ロールとの接触面に圧延油を噴射し、曲がり爪内面のしわ疵深さを０．３５ｍｍ以下にすることを特徴とする形鋼の製造方法である。本発明で用いる圧延油は摩擦係数が０．２１以下のものが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らの上記検討結果によれば、図２に示すように、曲がり爪内面のしわ疵深さが０．３５ｍｍを超えると急激に疲労寿命が劣化する。ここで、曲がり爪内面のしわ疵深さは、極値統計法による予測最大しわ疵深さ（約１ｍ長の製品から１０個以上のしわ疵深さを測定し、その平均値＋３σを値とする）で表される。この知見に基づいて、本発明では、曲がり爪内面のしわ疵深さを０．３５ｍｍ以下にする。該しわ疵深さの増大を防止するためには、曲がり爪にすべき突条２０Ａ（図６）の曲げ成形前の表面性状を滑らかにし、曲げ成形時のしわ疵進展の起点となる凹凸を減ずればよい。そのために、本発明では、粗圧延の段階（例えば図６におけるＫ１０カリバーからＫ７カリバーにかけての圧延段階）で、少なくともいずれか１種又は２種以上のカリバーによる圧延中に、被圧延材と粗圧延ロールとの接触面に圧延油を噴射し、該接触面の摩擦係数を低下させて、孔型の側動圧下による曲げ成形前の突条外面肌荒れを軽減させる。なお、仕上げ圧延は最終成形及び表面性状改善を目的とするのに対し、粗圧延は、デスケーリング、幅出し、及び仕上げ圧延への準備を目的とするものである。圧延油の種類、噴射条件、適用カリバー等は、実験等で求めたしわ疵深さとの因果関係を用いて、曲がり爪内面のしわ疵深さが０．３５ｍｍ以下となるように設定する。
【０００９】
このとき、適用する圧延油（潤滑油）としては、耐圧の向上と油膜切れ防止の観点から、例えば図３に示すように、２１０　ｌｂ負荷試験における摩擦係数測定値で表される、摩擦係数が０．２１以下となる特性のものが好ましい。ここで、２１０　ｌｂ負荷試験による摩擦係数の求め方の概要について図７を用いて説明する。試験は図７のような回転式摩擦試験機を使用する。テストピース３をピン５で回転軸４に固定し、テストピース３とＶブロック６，６との相互接触部に潤滑剤を塗布し、押し付け負荷Ｐを２１０　ｌｂに設定してテストピース３を孔型圧延に相当する速度範囲で回転させる。その状態で潤滑剤の到達温度範囲を測定すると共に、回転を与えるモータ電流から回転トルクを求め、摩擦係数範囲を算出する。
【００１０】
また、摩擦係数が０．２１以下となる特性を有する圧延油としては、図３に示した合成油Ｓ（硫化油脂系合成油）が好ましい。
なお、ロール割損トラブルを防止するためには、粗圧延ロールとして、鋳鉄系のロールよりも靭性に優れる鋳鋼系ロールを用いることが好ましい。
【００１１】
【実施例】
継手部頂点厚（図５に示す）が２０〜２２ｍｍの形鋼を、図６の孔型系列を用いた熱間孔型圧延により製造するにあたり、粗圧延ロール中のＫ９〜Ｋ８カリバーの下ロール側面（この下ロール側面は突条部の外側面（⇒曲げ成形後では曲がり爪内面側となる）に接触する。）に圧延油を噴射しつつ粗圧延を行った。圧延油としては、製品曲がり爪内面の最大しわ疵深さを確実に０．３５ｍｍ以下となしうる図３の合成油Ｓを用いた。また、比較のため圧延油を適用しない条件での粗圧延も行った。なお、粗圧延ロールには鋳鋼系のロールを使用した。
【００１２】
Ｋ９，Ｋ８カリバーの各１種ずつに対して圧延油を適用した場合と適用しない場合とについて、粗圧延後に突条部の外側面の表面粗さＲｍａｘ　を測定したところ、図４に示すように、圧延油を適用したもの（圧延油有り：本発明例）は、適用しなかったもの（圧延油無し：比較例）に比べ、表面粗さＲｍａｘ　が格段に低減した。
【００１３】
また、爪曲げ成形圧延（Ｋ２，Ｋ１カリバーによる圧延）後の最終製品から、ウエブ片側の継手部を含み製品幅方向に平行な長さの試験片を切り出し、各試験片について、曲がり爪先端に弾性限度内の曲げ戻し‐曲げ荷重を繰返し負荷する疲労試験を行い、試験片が破断するまでの繰返し負荷回数で疲労寿命を評価した。なお、繰返し負荷回数が２００　万回になっても試験片が破断しない場合は試験を打ち切り、「２００　万回超」と評価した。
【００１４】
その結果、図１に示すように、圧延油無しの比較例では全７本とも疲労寿命が約１５０　万回以下であったのに対し、圧延油有りの本発明例では全７本とも約　１８０〜２００　万回超の優れた疲労寿命を呈した。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、継手部を有する形鋼を熱間孔型圧延により製造するにあたり、粗圧延ロールの折損等の操業トラブルを回避できるとともに、継手疲労性能を劣化させる曲がり爪内面のしわ疵を軽減した製品が得られることから、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、より安価に製造・供給できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】粗圧延段階での圧延油適用有無による疲労寿命の違いを示す比較図である。
【図２】曲がり爪内面のしわ疵深さと疲労寿命との関係を示すグラフである。
【図３】種々の圧延油のしわ疵深さ軽減性能を比較して示す図である。
【図４】粗圧延段階での圧延油適用による粗圧延後の突条部外側面平滑化作用の説明図である。
【図５】ウエブ両端に曲がり爪及び玉爪からなる継手部を有する形鋼の１例を示す断面図である。
【図６】継手部を有する形鋼の製造に用いられる孔型圧延の１例を示す孔型系列図である。
【図７】２１０　ｌｂ負荷試験による摩擦係数の求め方の概要説明図である。
【符号の説明】
１　ウエブ
２　継手部
３　テストピース（ロール材質と同じ、例えばアダマイト）
４　回転軸
５　テストピース固定用ピン
６　Ｖブロック（ＳＵＳ３０４）
２０　曲がり爪
２０Ａ　突条（曲げ成形前の略垂直に立った爪）
２１　玉爪
【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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