(57)【要約】【課題】フランジ幅がウェブ高さの１／４〜１／１０の狭フランジ幅Ｈ形鋼を高能率に圧延する。【解決手段】長方形断面を有する素材鋼片を、略Ｈ形状の１つの孔型により圧延して粗形鋼片とした後、ユニバーサル圧延機によりウェブとフランジを、エッジャ圧延機によりフランジ幅を圧下して目標とする寸法の製品を得る。略Ｈ形状の１つの孔型により圧延して粗形鋼片とするに際しては、素材鋼片を転回することなく圧延する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長方形断面を有する素材鋼片を、略Ｈ形状の１つの孔型により圧延して粗形鋼片とした後、ユニバーサル圧延機によりウェブとフランジを、エッジャ圧延機によりフランジ幅を圧下して目標とする寸法の製品を得ることを特徴とする、狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法。
【請求項２】
略Ｈ形状の１つの孔型により圧延して粗形鋼片とするに際し、素材鋼片を転回することなく圧延することを特徴とする、請求項１記載の狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法。
【請求項３】
長方形断面を有する素材鋼片の短辺を１対の孔型で圧延して素材鋼片の幅を調整した後、略Ｈ形状の１つの孔型で圧延して粗形鋼片とすることを特徴とする請求項１記載の狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法。
【請求項４】
フランジ脚長の増加が飽和する前に略Ｈ形状の１つの孔型での圧延を終了することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法。
【請求項５】
フランジ脚長が製品よりも小さい状態で略Ｈ形状の１つの孔型での圧延を終了し、粗ユニバーサル圧延の最初のパスから連続した数パスで、フランジ圧下率をウェブ圧下率よりも大きくして圧延することによりフランジ幅を製品脚長まで増加させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法。
【請求項６】
フランジ圧下率をウェブ圧下率よりも５％以上大きくして圧延することを特徴とする請求項５記載の狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フランジ幅がウェブ高さの１／４〜１／１０の範囲にある狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法に関し、特に、圧延の高能率化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｈ形鋼などのフランジを有する形鋼は、一般にブレークダウン圧延機、ユニバーサル圧延機、エッジャ圧延機を有する圧延ラインで製造される。加熱炉から出た素材鋼片はまず２重式の圧延機であるブレークダウン圧延機ＢＤによって、目的とする製品寸法に適する形状に圧延される。続いて、粗ユニバーサル圧延機Ｕとエッジャ圧延機Ｅからなる粗ユニバーサル圧延機群において厚みを減じられるとともにフランジ端部の成形が行われる。さらに、仕上ユニバーサル圧延機Ｆによってフランジが直角に成形され、Ｈ形の製品となる。
【０００３】
素材となる鋼片はビームブランクと呼ばれるＨ形の断面形状を有する鋼片や、長方形断面のスラブ等が用いられるのが一般的である。このうち、スラブを素材として略Ｈ形の粗形鋼片を得る方法は、例えば特公平７−６１４８２号公報に開示されている技術が公知である。この技術は、例えば図６に示されるように、複数の孔型によりスラブの短辺を圧下して圧下部近傍の厚さを増加させることにより、断面形状をＨ形に近づけた後に、素材鋼片を９０°転回させて略Ｈ形状の１対の孔型で圧延し、所望の断面形状を有する粗形鋼片を得るものである。
【０００４】
さらに、従来のＨ形鋼はフランジ幅がウェブ高さの１／３以上という寸法比率が一般的であり、特にウェブ高さが５００ｍｍ以上の大断面Ｈ形鋼では、ウェブ高さの１／４以下のフランジ幅を有するＨ形鋼は製品化された例がない。したがって、このような狭フランジ幅Ｈ形鋼に適した圧延方法は、従来は検討されたことがなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、フランジ幅がウェブ高さの１／４の狭フランジ幅Ｈ形鋼を圧延するため、従来のスラブを素材とするＨ形鋼の粗形鋼片の圧延法である特公平７−６１４８２号公報の技術を適用することを検討した。その結果、以下に記すような問題点があることが明らかになった。
【０００６】
まず、従来の技術では、スラブの短辺を複数の孔型を用いて圧延するため、圧延パスの回数が多く圧延能率が悪いという問題があることが分かった。さらに、スラブの短辺を圧下して断面形状をＨ形に近づけても、その後に９０°転回して略Ｈ形の孔型で圧延することにより、鋼片のフランジに当たる部分の断面積が減少することが明らかになった。フランジ部の断面積の減少量は従来のＨ形鋼よりも大きいため、スラブ短辺を圧下する際にはこの減少分を勘案してフランジ部を形成する必要があり、結果としてさらに多くのパス回数が必要となるため、圧延能率がますます悪化することが懸念された。
【０００７】
以上のように、従来のＨ形鋼のブレークダウン圧延法を狭フランジ幅Ｈ形鋼にそのまま通用することは問題が多く、新たな圧延法の開発が必要であることが明らかとなった。
【０００８】
但し、フランジ幅がウェブ高さの１／１０より小さいＨ形鋼は、粗及びユニバーサル圧延で被圧延材がロールに対して左右にずれた状態で圧延する可能性が高く、被圧延材のねじれ、などの形状不良やフランジ部を水平ロール間で圧延してロール損傷が発生するおそれがあるため、現実的には量産が不可能である。このようなことから、上記の新たな圧延法を必要とする狭フランジ幅Ｈ形鋼は、フランジ幅がウェブ高さに対して１／４〜１／１０の寸法のものを対象としている。
【０００９】
したがって、本発明は、フランジ幅がウェブ高さの１／４〜１／１０の狭フランジ幅Ｈ形鋼を高能率に圧延することを可能にした狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、狭フランジ幅Ｈ形鋼の粗形鋼片を高能率に圧延する方法を開発するため、数値計算や実機の数分の一の大きさのモデル圧延機を用いた多数の圧延実験、さらには実機による圧延試験を行い種々の検討を重ねた結果、以下のような特徴を有する本発明の圧延方法を発明するに至った。
【００１１】
（１）長方形断面を有する素材鋼片を、略Ｈ形状の１つの孔型により圧延して粗形鋼片とした後、ユニバーサル圧延機によりウェブとフランジを、エッジャ圧延機によりフランジ幅を圧下して目標とする寸法の製品を得る狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法。
【００１２】
（２）略Ｈ形状の１つの孔型により圧延して粗形鋼片とするに際し、素材鋼片を転回することなく圧延する狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法。
【００１３】
（３）長方形断面を有する素材鋼片の短辺を１対の孔型で圧延して素材鋼片の幅を調整した後、略Ｈ形状の１つの孔型で圧延して粗形鋼片とする狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法。
【００１４】
（４）フランジ脚長の増加が飽和する前に略Ｈ形状の１つの孔型での圧延を終了する狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法。
【００１５】
（５）フランジ脚長が製品よりも小さい状態で略Ｈ形状の１つの孔型での圧延を終了し、粗ユニバーサル圧延の最初のパスから連続した数パスで、フランジ圧下率をウェブ圧下率よりも大きくして圧延することによりフランジ幅を製品脚長まで増加させる狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法。
【００１６】
（６）フランジ圧下率をウェブ圧下率よりも５％以上大きくして圧延する狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
図２は本発明の実施形態１の圧延方法に供される形鋼圧延設備の一例を示す全体構成図である。この形鋼圧延設備においては、加熱炉から出た素材鋼片はまず２重式の圧延機であるブレークダウン圧延機ＢＤによって、目的とする製品寸法に適する形状に圧延され、続いて、粗ユニバーサル圧延機Ｕとエッジャ圧延機Ｅからなる粗ユニバーサル圧延機群において厚みを減じられるとともにフランジ端部の成形が行われる。さらに、仕上ユニバーサル圧延機Ｆによってフランジが直角に成形されてＨ形の製品となる。
【００１８】
本実施形態１においては、素材に長方形断面のスラブを用い、略Ｈ形状の１対の孔型を有するロールを備えたブレークダウン圧延機ＢＤにより、狭フランジ幅Ｈ形鋼に適した形状の粗形鋼片を圧延する。
【００１９】
図１（ａ）（ｂ）は図２のブレークダウン圧延機ＢＤ及び粗ユニバーサル圧延機Ｕによる圧延状態を示した説明図である。孔型幅とほぼ等しい幅の素材鋼片１０は、図１（ａ）に示される略Ｈ形状の１つの孔型２０により圧延が行われる。このとき、素材鋼片は図１（ａ）に示されるように孔型のウェブ部１１のみが圧下され、フランジ部１２は圧下されずにロール間を通過することとなる。フランジ部１２はウェブ部の延伸により引き伸ばされ、厚みが減少するものの、ウェブ部１１よりは大きな厚みとなるため、素材鋼片の断面形状はＨ形に近づくこととなる。
【００２０】
以上のように、スラブ幅の調整以外にはスラブの短辺の圧下を行わず、略Ｈ形状の１つの孔型２０でのみ圧延することにより、パス数は大幅に少なくなる。従来技術ではスラブ短辺を圧下する複数の孔型を用い、それぞれで２パス以上の圧延を行うのが一般的であったが、そのような圧延パスを無くすことによって本実施形態１においては、パス数は従来法の半分以下にすることが可能となり、圧延能率が大幅に向上した。
【００２１】
図３は上記のブレークダウン圧延機ＢＤでのフランジ脚長ＨＥの変化を示す特性図である。上記のように１つの略Ｈ形状の孔型２０で多パス圧延を行うと、図３に示されるように、ウェブ面とフランジ先端の距離であるフランジ脚長ＨＥは圧延パスが多くなるにしたがって増加するものの、その増加量は徐々に小さくなっていき、或るパス数以上では飽和して増加量がゼロとなることが分かった。このことから、ブレークダウン圧延機ＢＤの圧延に際しては、増加量が飽和するパス数よりも少ないパス数で圧延するのが好ましい。
【００２２】
図４はブレークダウン圧延機ＢＤにより圧延された素材鋼片を、粗ユニバーサル圧延機Ｕにより圧延したときのフランジ脚長ＨＥの変化を示す特性図である。フランジ脚長ＨＥの増加が飽和する前、或いはほぼ飽和するまで略Ｈ形状孔型で圧延しても、ブレークダウン圧延機ＢＤによる圧延が終了したときの粗形鋼片のフランジ脚長ＨＥが製品のフランジ脚長ＨＥｐよりも小さい場合があるが、このような場合には、続く粗ユニバーサル圧延機Ｕでフランジ脚長を増大させ、製品のフランジ脚長以上の寸法とする。粗ユニバーサル圧延機Ｕによる圧延では、フランジ脚長ＨＥを効果的に増加させるため、フランジ圧下率がウェブ圧下率よりも大きい条件で圧延を行うことにより、図４に示されるように、大きなフランジ脚長の増加を生じさせることができる（６パス以降）。
【００２３】
ここで、粗ユニバーサル圧延機Ｕによる圧延において、フランジの圧下率をウェブの圧下率よりも５％以上大きくすれば、少ないパス数で目標とするフランジ脚長とすることができるため、フランジとウェブの圧下率の関係は、
フランジ圧下率≧ウェブ圧下率　望ましくは
フランジ圧下率≧ウェブ圧下率＋５％
とする。従って、粗ユニバーサル圧延機Ｕにおいては、図１（ｂ）に示されるように、相対的にウェブ部１１を軽圧下し、フランジ部１２を強圧下することになる。
【００２４】
また、本実施形態１では、フランジ脚長を増加させるための圧延を粗ユニバーサル圧延機Ｕの圧延の最初のパスから数パスで行うこととした。これは、被圧延材の板厚が薄くなる前にフランジ脚長を増加させておくことにより、被圧延材が粗ユニバーサル圧延機Ｕのロールの間を安定して通過するようになるためである。フランジ脚長を増加させるパスを粗ユニバーサル圧延機Ｕの圧延の初期以外とすると、フランジ脚長が小さくかつフランジ厚が薄い圧延材が圧延機のロール間を通過する際に、フランジが倒れて水平ロールの間で圧延される等の事故が発生しやすくなるため好ましくない。
【００２５】
実施形態２．
ところで、素材となるスラブの幅は孔型の幅にほぼ等しいことが理想的であるが、実際には素材スラブの幅は１００ｍｍおきに鋳造されるなどの制約がある場合が多く、孔型に適したスラブ幅ではなく孔型の幅よりも広幅のスラブが用いられる場合がある。本実施形態２はそのような場合に対応するものである。
【００２６】
図５は本実施形態２の圧延方法の説明図である。ブレークダウン圧延機ＢＤの１対の孔型、好ましくは凹型の孔型１５を用いてスラブ１０の短辺を圧下し、スラブ１０の幅が孔型幅にほぼ等しくなるようスラブ幅の調整を行う。この後の処理は上述の実施形態１と同じである。
【００２７】
【実施例】
実施例１．
本発明の第１の実施例として、図１に示す形鋼の熱間圧延設備を用いて狭フランジ幅Ｈ形鋼の圧延を行った。ここで、目標とする製品の寸法はウェブ高さ８００ｍｍ、フランジ幅１００ｍｍ、ウェブ厚は１０ｍｍ、フランジ厚は１８ｍｍであった。素材スラブの寸法は、幅１０００ｍｍ、厚さ２５０ｍｍとした。このスラブを孔型幅１０２０ｍｍ、ウェブ部幅７６４ｍｍの略Ｈ形状の孔型２０で７パス圧延し、ウェブ厚１００ｍｍとしたところ、フランジ幅１７０ｍｍ、フランジ厚１１８ｍｍの略Ｈ形状の粗形鋼片を圧延することができた。この粗形鋼片を引き続き粗ユニバーサル圧延機Ｕとエッジャ圧延機Ｅにより合計１２パス圧延し、最後に仕上ユニバーサル圧延機Ｆで１パスの圧延を行うことにより、目標とする寸法の狭フランジ幅Ｈ形鋼が圧延できた。
【００２８】
実施例２．
また、本発明の第２の実施例として、図１に示す形鋼の熱間圧延設備を用い、幅１０５０ｍｍ、厚さ２５０ｍｍの素材スラブを用いて、実施例１と同じ寸法の製品を圧延した。まず、図５に示す凹形の１対の孔型１５でスラブ短辺を圧下し、スラブ幅を１０００ｍｍとした。以下、実施例１と同様の圧延を行うことにより、目標とする寸法の製品が圧延できた。このときのブレークダウン圧延のパス数は、凹型の孔型１５が２パス、略Ｈ形状の孔型２０が７パスで、合計９パスであった。
【００２９】
実施例３．
次に本発明の第３の実施例として、図１に示す形鋼の熱間圧延設備を用い、幅１１００ｍｍ、厚さ２５０ｍｍの素材スラブを用いて、ウェブ高さ８００ｍｍ、フランジ幅２００ｍｍ、ウェブ厚１２ｍｍ、フランジ厚１８ｍｍの狭フランジ幅Ｈ形鋼を圧延した。まず、略Ｈ形状の孔型２０で７パスの圧延を行い、ウェブ厚を１００ｍｍとしたところ、フランジ幅１７８ｍｍ、フランジ厚１５６ｍｍの略Ｈ形状の粗形鋼片となった。７パス目の圧延では、フランジ脚長の増加量が約１ｍｍと小さく、次のパスを行った場合にはフランジ脚長の増加量が飽和することが予想された。そこで、この時点で略Ｈ形状の孔型２０での圧延を終了させ、粗ユニバーサル圧延機Ｕに搬送した。粗ユニバーサル圧延を行うに当たり、最初の５パスでフランジ圧下率がウェブ圧下率よりも約５％高い圧下率で圧延を行ったところ、フランジ幅は２５０ｍｍまで増大した。その後は、粗ユニバーサル圧延でフランジとウェブの圧下率がほぼ等しい条件で粗ユニバーサル圧延機Ｕとエッジャ圧延機Ｅによる圧延を１０パス行い、最後に仕上げユニバーサル圧延機Ｆで１パス圧延してＨ形鋼としたところ、目標とする寸法の狭フランジ幅Ｈ形鋼を圧延することができた。
【００３０】
比較例１．
一方、比較例として図６に示すようにスラブ短辺を圧延する孔型を３つ用い、更に略Ｈ形状の孔型で圧延する方法で、同じ寸法の製品を圧延することとした。素材スラブの寸法は幅１２００ｍｍ、厚さ２５０ｍｍとした。スラブ短辺の圧延に要したパス数は、孔型Ｋ−１が２パス、孔型Ｋ−２が４パス、孔型Ｋ−３が４パス、略Ｈ形状の孔型Ｋ−４が９パスで、合計１９パスであった。ブレークダウン圧延後の粗形鋼片を実施例１と同様にユニバーサル圧延し、粗ユニバーサル圧延１２パス、仕上げユニバーサル圧延１パス、ブレークダウン圧延とあわせて合計３２パスで所望の寸法の製品を得た。ただし、ブレークダウン圧延の圧延パス数は本発明の方法の２倍以上であり、ブレークダウン圧延のパス数が多いために圧延能率が大幅に低下した。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、フランジ幅がウェブ高さの１／４〜１／１０の狭フランジ幅Ｈ形鋼を高能率に圧延することが可能となり、製造コストの削減に大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の圧延方法に供される形鋼圧延設備の一例を示す全体構成図である。
【図２】図１のブレークダウン圧延機ＢＤ及び粗ユニバーサル圧延機Ｕによる圧延状態を示した説明図である。
【図３】ブレークダウン圧延機ＢＤでのフランジ脚長ＨＥの変化を示す特性図である。
【図４】ブレークダウン圧延でフランジ脚長の増加が飽和する前に孔型圧延を終えて、ユニバーサル圧延を行ったときのフランジ脚長ＨＥの変化を示す特性図である。
【図５】本発明の実施形態２の圧延方法において使用される凹形孔型を有するロール及び圧延状態を示した説明図である。
【図６】従来技術のブレークダウン圧延機の孔型を示す概略図である。
【符号の説明】
ＢＤ　ブレークダウン圧延機、Ｕ　粗ユニバーサル圧延機、Ｅ　エッジャ圧延機、
Ｆ　仕上ユニバーサル圧延機。
１０　スラブ、１１　ウェブ部、１２　フランジ部、１５　凹部の孔型、
２０　略Ｈ型形状の孔型。
【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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