(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドッグボーン形鋼片を上下のロール孔型で圧下してＨ形粗形鋼片となすＨ形鋼の粗圧延方法において、ウェブ高さを次工程の孔型幅未満に減らす第１の工程と、次いでウェブの中央部のみを減厚する第２の工程と、次いで第２の工程で減厚されなかったウェブ部分を減厚する第３の工程との１順回または複数順回を有し、前記第２、第３の工程では下記式(1) で、ｋ（：圧下断面積の残存率）を0.5 〜1.0 とする孔型および上下ロール隙を用いることを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方法。
記
式(1) ：ウェブ高さ広がり量＝孔型幅−圧延前材料幅＝ｋ×ウェブ排除断面積／圧延後ウェブ厚
ここに、ウェブ排除断面積＝ウェブ減厚部分の幅×ウェブ減厚量、ｋ：圧下断面積の残存率
【請求項２】
前記第２、 第３の工程では、下記式(2) で定義される拡幅率が0.03〜0.06であることを特徴とする請求項１記載のＨ形鋼の粗圧延方法。
記
式(2) ：拡幅率＝（孔型幅−圧延前材料幅）／圧延前材料幅
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｈ形鋼の粗圧延方法に関し、特に、鋼素材を熱間圧延してＨ形鋼となす製造ラインにてフランジ厚の厚いＨ形鋼の良好形状製品を得るためのＨ形鋼の粗圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼素材を熱間圧延してＨ形鋼となす製造ラインは、例えば図１に示すように、鋼素材を加熱・均熱する加熱炉１と、加熱後の鋼素材を粗圧延する粗圧延機２と、次いで中間圧延する粗ユニバーサル圧延機３およびエッジング圧延機４と、次いで仕上圧延する仕上ユニバーサル圧延機５とを所定のポジションに配置して構成されている。その後仕上圧延成品はさらに鋸断、矯正、冷却、精整を経て製品となる。
【０００３】
鋼素材には、例えば図２に示すような断面形状を有するスラブ30やビームブランク40が充当される。スラブ30は連続鋳造製のものが多用される。
粗圧延では、適宜の形状に設計された上下のロール孔型を有する粗圧延機２を用い、鋼素材から例えば図３(a) に示すような粗形Ｈ断面形状を有する粗成品50を得る。このとき、粗成品50のウェブ50w とフランジ50f が、製品寸法に対し適正な断面積バランスとなるよう、特にフランジの断面積に対するウェブの厚みで調整される。粗圧延の具体的方法については後述する。
【０００４】
中間圧延は、図３(b) に示すような上下１対の水平ロール3aと左右１対の垂直ロール3bを有する粗ユニバーサル圧延機３による粗ユニバーサル圧延と、図３(c) に示すような上下１対のエッジングロール4aを有するエッジャー圧延機４によるエッジング圧延とを組合わせたものである。
粗ユニバーサル圧延では、図３(b) に示すように、材料（被圧延材）10のウェブ10w 両面側（上下）に水平ロール3a、両フランジ10f 外面側（左右）に垂直ロール3bを配置し、上下、 左右のロール隙に材料10を通すことにより、上下の水平ロール3a周面でウェブ10w を、水平ロール3a側面と左右の垂直ロール3b周面でフランジ10f を、それぞれ減厚方向に圧下する。上下、 左右のロール隙を次第に狭くしながら複数回通材し、材料10のウェブ厚、フランジ厚を製品の厚みに近づける。この粗ユニバーサル圧延ではフランジ10f 先端部は拘束されずその幅と形状が自由変形するので、これを矯正するためにエッジング圧延が行われる。エッジング圧延では、粗ユニバーサル圧延の各パス後の材料10を、図３(c) に示すように上下のエッジングロール4a間に通し、自由変形したフランジ10f 先端部を成形する。
【０００５】
中間圧延によれば粗成品50が一般に図３(d) に示すようなフランジ60f に傾きを持った形状の中間成品60に成形されるので、この傾きを、仕上圧延により矯正する。仕上圧延では、図３(e) に示すような上下１対の水平ロール5aと左右１対の垂直ロール5bを有する仕上ユニバーサル圧延機３を用い、材料10の傾いたフランジ10f を水平ロール5a側面と垂直ロール5b周面の隙に通して真直ぐに起こすことにより、図３(f) に示すような平行フランジ70f を有する仕上成品70を得る。
【０００６】
粗圧延機による従来の一般的な圧延工程の１例を図４に示す。最初に矩形断面材を中央突起付平孔型で幅圧下し、幅端部がその端面中央に凹みを残して厚み方向に張り出してなるドッグボーン状断面材にする(a) 。さらに平孔型で幅圧下（ウェブ高さ方向に圧下）し、フランジ部外面均しを行う(b) 。次に断面90°転回後、Ｈ孔型で厚み圧下（ウェブ厚み方向に圧下）し、ウェブ部１次減厚とフランジ部成形を行う(c-d) 。次に断面90°転回後、平孔型で幅圧下し、フランジ部外面均しを行う(e) 。次に断面90°転回後、ロール隙を狭めたＨ孔型で厚み圧下し、ウェブ部２次減厚とフランジ部成形を行う(f) 。次にフランジ孔間隔の広いＨ孔型でフランジ部端部側内面を押圧し、両フランジ部間を押し広げてウェブ部高さ調整を行う(g) 。
【０００７】
このように粗圧延機ロール孔型のロール隙調整による上下方向の圧下のみでウェブ厚を減厚する方法では、ウェブ部とフランジ部の厚み圧下率が異なり、圧延長手方向延伸の影響が避けられない。そのため、特に、大断面のＨ形鋼を製造する場合、次のような問題があった。
(1) 粗圧延機ロールの上下のロール隙変化で圧下するため、圧下量＝ロール隙変化になり、板厚が薄いウェブ部の圧下率が大きいのに比し、フランジ部は幅が圧下方向になるため圧下率は非常に小さいものとなる。その結果、 ウェブ部が長手方向に延伸し、Ｈ断面でフランジと一体化しているために延び長さ一定の減速に従い、フランジの断面積が減少し、 厚さの厚いＨ形鋼を製造するにはそれを考慮した大きい素材例えば造塊素材を適用する等圧延設備の大型化が必要になる。
【０００８】
(2) 圧延材の先尾端はウェブがタング形状に余分に延びることができるため、 長さ方向中央部とで孔型に対する充満度に差異が発生する。定常域の中央部ではフランジの肉やせ（肉引け）７となり、非定常部ではクロップ（製品にならない部分）が増加する。
上記問題の解決策として、特公昭59−24882 号公報に、ウェブ高さの大きなドッグボーン形粗形鋼片（ビームブランク）を開孔型によって圧延する粗圧延方法において、 ウェブ部分の板幅比（ウェブ内幅／ウェブ板厚）が3.5 以上であるビームブランクの圧延に際し、フランジを孔型で拘束することなく、かつウェブの一定幅の部分のみを圧下する突出部を形成した孔型をもってウェブの一部分のみを圧下するようにした粗圧延方法が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ウェブ部分の板幅比が圧延初期で1.0 〜1.5 程度、最終段階で2.5 〜4.0 程度になる広幅極厚Ｈ形鋼を製造する際、上記特公昭59−24882 号公報のようにフランジを孔型で拘束しないでウェブを部分圧下すると、圧延中に左の位置ずれを起し、下流の中間〜仕上圧延工程で解消するのが難しい曲がりや、左右のフランジの寸法不均等を招きやすい問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、Ｈ形粗形断面成形時、ウェブ部を薄く圧延してもフランジの断面積を左右均等に大きく残すことができ、少ない孔型数で極厚フランジ断面の製品製造を可能とするＨ形鋼の粗圧延方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、▲１▼フランジ厚が厚いＨ形鋼を連続鋳造素材から熱間圧延により製造すること、▲２▼ウェブ減厚の圧延延びに伴うフランジ肉引けを防止すること、▲３▼非定常域を短くし、歩留りを向上させること、▲４▼ウェブ厚み圧下分を効率よく幅広がり変形に置換して圧延負荷を小さくすること、の４点を満たす手段を鋭意検討して創案されたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１２】
（１）ドッグボーン形鋼片を上下のロール孔型で圧下してＨ形粗形鋼片となすＨ形鋼の粗圧延方法において、ウェブ高さを次工程の孔型幅未満に減らす第１の工程と、次いでウェブの中央部のみを減厚する第２の工程と、次いで第２の工程で減厚されなかったウェブ部分を減厚する第３の工程との１順回または複数順回を有し、前記第２、第３の工程では下記式(1) で、ｋ（：圧下断面積の残存率）を0.5 〜1.0 とする孔型および上下ロール隙を用いることを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方法。
【００１３】
記
式(1) ：ウェブ高さ広がり量＝孔型幅−圧延前材料幅＝ｋ×ウェブ排除断面積／圧延後ウェブ厚
ここに、ウェブ排除断面積＝ウェブ減厚部分の幅×ウェブ減厚量、ｋ：圧下断面積の残存率
（２）前記第２、 第３の工程では、下記式(2) で定義される拡幅率が0.03〜0.06であることを特徴とする（１）記載のＨ形鋼の粗圧延方法。
【００１４】
記
式(2) ：拡幅率＝（孔型幅−圧延前材料幅）／圧延前材料幅
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の粗圧延の素材とするドッグボーン形鋼片は、連続鋳造製スラブを図５に１例を示すような孔型圧延法で成形することにより製造される。この例では、まずベリー８が深く側壁の傾きが小さいNo.1孔型でセンタリングを行い、次にベリー８が浅く側壁の傾きが大きいNo.2孔型でフランジの１次幅出しを行い、次にベリー８が深く側壁の傾きが小さいNo.3孔型でフランジの厚みを確保し、次にベリー８が浅く側壁の傾きが大きいNo.4孔型でフランジの２次幅出しを行い、最後にほぼ平坦でベリー８が極めて浅く側壁の傾きが小さいNo.5孔型でフランジ先端部を増厚する。
【００１６】
本発明では、上記のようにして得られたドッグボーン形鋼片35を、図６に１例を示すような第１〜第３の工程を経させてＨ形粗形鋼片に成形する。
第１の工程では、図６(a) に示すように、材料10（初回はドッグボーン形鋼片35）は、同工程圧延後のウェブ高さh0を次工程（第２の工程）の孔型幅h1未満（h0＜h1）に減らす圧延を行う。
【００１７】
第２の工程では、図６(b: 噛込み側、c:噛抜け側）に示すように、第１の工程を経た後90°転回した材料10のウェブ中央部のみを減厚するように圧延する。この圧延では、前記式(1) を満たす孔型および上下ロール隙を用いる。
ここでは、次式が前記式(1) に該当する。
Δh ＝Δh1＝h1−h0＝ｋ・S1／t1  ；S1＝B1・（t0−t1）
ｋ：圧下断面積の残存率、Δh,Δh1：ウエブ高さ広がり量、h0：圧延前材料幅、h1：孔型幅、S1：ウェブ排除断面積、B1：ウェブ減厚部分の幅、t0：圧延前ウェブ厚、t1：圧延後ウェブ厚
第３の工程では、図６(d: 噛込み側、e:噛抜け側) に示すように、第２の工程を経た材料10の、第２の工程で減厚されなかったウェブ部分を減厚するように圧延する。この圧延では、前記式(1) を満たす孔型および上下ロール隙を用いる。
【００１８】
ここでは、次式が前記式(1) に該当する。
Δh ＝h2−h1＝ｋ・S2／t1  ；S2＝（B2−B1）・（t0−t1）
ｋ：圧下断面積の残存率、Δh ：ウエブ高さ広がり量、h1：圧延前材料幅、h2：孔型幅、S2：ウェブ排除断面積、（B2−B1）：ウェブ減厚部分の幅、t0：圧延前ウェブ厚、t1：圧延後ウェブ厚
上記のような条件で圧延する第２、第３の工程によれば、ウェブ減厚量が効果的にウェブ高さ広がり量に変換される。従って、ウェブ厚を薄く圧延しても、クロップの張り出しが少なく、かつ、フランジの肉やせが抑制されて大断面のフランジを残すことができる。
【００１９】
また、ウェブ高さ広がり量Δh ＝孔型幅−圧延前材料幅（：第２の工程ではh1−h0、第３の工程ではh2−h1）であるから、図６(c)(e)に示すように、噛抜け側で材料10の両フランジ外面が孔型の両最外側面に接触して拘束されることになり、従って左右の位置ずれが起こらず、左右均等に大断面のフランジを残すことができる。また、孔型の必要種数は第１〜第３の各工程ごとに最小限１種ずつの合計３種で足りる。
【００２０】
本発明では、上記圧下断面積の残存率ｋの具体的な値は、0.5 〜1.0 の範囲から適宜選択する。ｋが0.5 未満では延伸方向の変形が大きくなり、フランジ肉やせやクロップ量増加という問題が生じる。理想的には、ｋ＝1.0 で変形が100 ％広がりになることが望ましい。ただし、ｋが大きいと通材性や圧延負荷に問題が生じるので、適宜選択する。
【００２１】
また、前記第２、第３の工程では、前記式(2) で定義される拡幅率は、これが0.06を超えると圧下率を大きくする必要から、噛込みから側壁拘束まで距離があり左右の偏りを生じやすいという問題が生じるので、0.06以下とすることが好ましい。逆に小さい場合には圧下量が大きく取れず、パス回数が増加するので、0.03以上が好ましい。
【００２２】
なお、図６では、第３の工程を、第２の工程で減厚されなかったウェブ部分（両側の減厚残し部）の全体を１パスで減厚するものとした例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第３の工程は、両側の減厚残し部を適宜さらに幾つかに分割した両側の部分を、内側から１対ずつ順次、複数パスで減厚するものとしてもよい。ただし、分割数（パス数）を増やすと必然的に孔型の必要種数も増える不利があるから、この不利との兼ね合いで第３の工程の分割数（パス数）を決定するのがよい。
【００２３】
また、第１〜第３の工程を１順回（１サイクル）実行するのみでは、例えば１パス当りのウェブ減厚量（あるいは厚み圧下率）に制限があるなどの理由で、目標ウェブ厚を達成しえない場合、本発明によれば、これらの工程を複数順回実行する（２サイクル以上繰返す）ことにより、目標ウェブ厚を達成することができる。
【００２４】
【実施例】
310mm 厚×1200mm幅の矩形断面を有する連続鋳造製鋼スラブを、図５の形態の孔型圧延によりドッグボーン形鋼片に造形し、該造形成品を、図６の第１〜第３の工程の６サイクル（３パス／１サイクル）施工により、ウェブ厚95mm、ウェブ高さ710mm 、フランジ厚（ウェブとの付根部の厚さ）195mm 、フランジ脚長200mm 、フランジ先端厚145mm の粗成品（Ｈ形粗形鋼片）となす粗圧延を実施例とした。さらに、該粗成品を図３の圧延法で中間圧延し次いで仕上圧延して大断面のＨ形鋼製品（サイズ：514.1mm ×436.9mm ×60.45mm ×97.03mm ）となした。
【００２５】
この粗圧延実施例では、図６において、h0＝650mm 、h1＝680mm 、h2＝710mm 、B1＝175mm 、B2＝350mm に設定し、式(1) のｋ値は約0.8 とした。採用した粗圧延スケジュールを表１に示す。表１において、パスNo. を３で割った余りが１になるパスが第１の工程、同余りが２になるパスが第２の工程、同余りが０になるパスが第３の工程である。この粗圧延実施例では、クロップが小さく、フランジ断面積が左右均等で肉やせもなく、圧延方向の曲がりもない粗成品を製造することができ、これにより下流の中間〜仕上圧延での成形精度が向上して、形状、歩留り共良好な大断面のＨ形鋼製品が得られた。
【００２６】
【表１】
0003941566.tif 000002
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｈ形粗形断面成形時、ウェブ部を薄く圧延してもフランジの断面積を左右均等に大きく残すことができ、少ない孔型数で極厚フランジ断面の製品を製造できるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｈ形鋼の熱間圧延製造ラインの１例を示す設備配置図である。
【図２】鋼素材の例を示す断面図である。
【図３】粗圧延以降の一般的なＨ形圧延法を示す説明図である。
【図４】粗圧延機による従来の一般的な圧延工程の１例を示す説明図である。
【図５】ドッグボーン形鋼片の好ましい製造方法の１例を示す説明図である。
【図６】本発明に係る第１〜第３の工程の１例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  加熱炉
２  粗圧延機
３  粗ユニバーサル圧延機
４  エッジャー圧延機
５  仕上ユニバーサル圧延機
5a  水平ロール
5b  垂直ロール
７  肉やせ（肉引け）
８  ベリー
10  材料（被圧延材）
10w ウェブ
10f フランジ
30  スラブ
35  ドッグボーン形鋼片
40  ビームブランク
50  粗成品
50w ウェブ
50f フランジ
60  中間成品
60w ウェブ
60f フランジ
70  仕上成品
70w ウェブ
70f フランジ
【図１】
0003941566.tif 000003
【図２】
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【図３】
0003941566.tif 000005
【図４】
0003941566.tif 000006
【図５】
0003941566.tif 000007
【図６】
0003941566.tif 000008