(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔型によりウエブ内法を拡幅圧延するＨ形鋼の粗圧延方法において、少なくとも１つの拡幅孔型の鉛直線に対する内側面の傾斜角度を当該孔型で圧延する前の被圧延材のフランジ傾斜角度よりも小さく形成し、式（１）の関係でフランジ内側から孔型が接触開始する状態でウエブ内法拡幅圧延することを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方法。
ψ＜ｔａｎ-1（μ／ｔａｎθ）・・・（１）
ここで、被圧延材が噛み込んだときの接触開始部とロール中心を結ぶ直線とロール中心から垂直に下ろした直線に挟まれる中心角を噛み込み角ψ、孔型の傾斜角度θ、摩擦係数μである。
【請求項２】
複数の孔型によりウエブ内法を順次拡幅圧延するＨ形鋼の粗圧延方法において、鉛直線に対する孔型内側面の傾斜角度を被圧延材のフランジ傾斜角度よりも大きく形成した第１孔型で圧延し、フランジ傾斜角度を拡大し、かつウエブ内法を拡幅した後、少なくとも１つの拡幅孔型の鉛直線に対する内側面の傾斜角度を当該孔型で圧延する前の被圧延材のフランジ傾斜角度よりも小さく形成し、式（１）の関係でフランジ内側から孔型が接触開始する状態でウエブ内法拡幅圧延することを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方法。
ψ＜ｔａｎ-1（μ／ｔａｎθ）・・・（１）
ここで、被圧延材が噛み込んだときの接触開始部とロール中心を結ぶ直線とロール中心から垂直に下ろした直線に挟まれる中心角を噛み込み角ψ、孔型の傾斜角度θ、摩擦係数μである。
【請求項３】
ウエブ内法拡幅圧延における被圧延材のウエブ周辺部からコーナー部にかけての領域あるいはウエブ中央部に増肉部を設け、ウエブ内法拡幅孔型で該増肉部を圧下しつつウエブ内法を拡幅圧延することを特徴とする請求項１または２記載のＨ形鋼の粗圧延方法。
【請求項４】
粗圧延機に配置したエッジング孔型と造形孔型により、ウエブ内法が製品のウエブ内法より小さい粗形鋼片を造形した後、拡幅孔型でウエブ内法を拡幅圧延するＨ形鋼の粗圧延方法において、前記エッジング孔型を孔底中央部に突起を有する形状として被圧延材のウエブ高さ方向に圧下を行いフランジを生成し、造形孔型でウエブ周辺部からコーナー部にかけての領域あるいはウエブ中央部に増肉部を形成した後、ウエブ内法拡幅孔型で該増肉部を圧下しつつウエブ内法拡幅圧延することを特徴とする請求項１または２記載のＨ形鋼の粗圧延方法。
【請求項５】
前記造形孔型で圧延を終了するウエブ厚を製品のフランジ幅あるいはフランジ厚に応じて変更し、ウエブ内法拡幅孔型でウエブ内法の拡大を行いつつ、ウエブ厚を圧下することを特徴とする請求項４記載のＨ形鋼の粗圧延方法。
【請求項６】
複数の孔型によりウエブ内法を順次拡幅圧延するＨ形鋼の粗圧延方法において、孔型のウエブ内法とフランジ深さが異なる孔型を少なくとも２つ以上配置し、フランジ幅の大きなサイズを圧延する場合には、フランジ部深さの小さな孔型で圧延する際にウエブと孔型との間に隙間を設けてウエブ内法拡幅圧延した後、フランジ部深さの大きな孔型でコーナー部の未圧下部を圧下しつつウエブ内法拡幅圧延を行い、フランジ幅の小さなサイズを圧延する場合には、フランジ部深さの小さな孔型で圧延する際にウエブと孔型を接触させてフランジ幅圧下とウエブ内法拡幅圧延した後、フランジ部深さの大きな孔型でフランジ幅を圧下することなくウエブ内法拡幅圧延を行うことを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方法。
【請求項７】
孔型のウエブ内法とフランジ深さが異なる孔型を少なくとも２つ以上配置し、フランジ幅の大きなサイズを圧延する場合には、フランジ部深さの小さな孔型で圧延する際にウエブと孔型との間に隙間を設けてウエブ内法拡幅圧延した後、フランジ深さの大きな孔型でコーナー部の未圧下部を圧下しつつウエブ内法拡幅圧延を行い、フランジ幅の小さなサイズを圧延する場合には、フランジ部深さの小さな孔型で圧延する際にウエブと孔型を接触させてフランジ幅圧下とウエブ内法拡幅圧延した後、フランジ部深さの大きな孔型でフランジ幅を圧下することなくウエブ内法拡幅圧延を行うことを特徴とする請求項１〜５の何れかの項に記載のＨ形鋼の粗圧延方法。
【請求項８】
１つあるいは複数の拡幅孔型のフランジ部深さを、最終拡幅孔型のフランジ部深さよりも小さくすることを特徴とする請求項６または７記載のＨ形鋼の粗圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｈ形鋼の粗圧延方法に関わり、特に800×300を越えるようなウェブ高あるいはフランジ幅の大形Ｈ形鋼を特別に大きな素材断面や設備を使用することなく効率的かつ安価に製造する圧延方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延によるシニアサイズのＨ形鋼の製造工程は、例えば図９に示すように、二重式粗圧延機３１（以下、「粗圧延機」と称する）、一対の上下水平ロールと一対の左右竪ロールを有する第１粗ユニバーサル圧延機３２と、この第１粗ユニバーサル圧延機３２に近接して配設されたエッジャー圧延機３３からなる第１粗ユニバーサル圧延機群、さらに第２粗ユニバーサル圧延機３４とこの第２粗ユニバーサル圧延機３４に近接して配設されたエッジャー圧延機３５からなる第２粗ユニバーサル圧延機群、および仕上げユニバーサル圧延機３６により構成された圧延装置列により圧延成形される。
【０００３】
Ｈ形鋼の素材としては、一般に連続鋳造で製造されるスラブやビームブランクなどが用いられる。スラブを素材とした場合、粗圧延機３１には、図１０のように、スラブ幅方向に圧下を行うエッジング孔型３１１〜３１３と、ウェブ厚の圧下を行う造形孔型３１４を配置し、まず孔型の中央部に突起を有するエッジング孔型３１１〜３１３により順次、スラブの短辺部を上下から複数パスで圧下してフランジ幅を生成させてドッグボーン鋼片３７を成形する。この際、ウェブ内法Ｈiが製品の内幅にほぼ等しいか多少小さくなるようなウェブ外法Ｈoまで圧下される。また、このドッグボーン鋼片３７のフランジ幅、すなわち、第３エッジング孔型３１３の孔底幅Ｂは、造形孔型３１４とユニバーサル圧延機群でのフランジの変形量を考慮して決定される。
【０００４】
次に、このドッグボーン鋼片３７を90°ないしは270°転回し、ウェブ厚の圧下とフランジ形状の整形を行う。ここで、造形孔型３１４の内幅Ｗiと外幅Ｗoは、ドッグボーン鋼片３７のウェブ内法Ｈiおよびウェブ外法Ｈoとほぼ等しく構成されており、孔型フランジ部深さｄは製品のウェブ面からフランジ先端までの長さ（以下、「フランジ脚長」と称する）にほぼ等しく構成されている。この造形孔型３１４により複数パスで圧下を行い、ウェブ厚ｔwに対するフランジ厚ｔfの比ｔf／ｔwおよびフランジ脚長Ｌが製品の厚み比およびフランジ脚長にほぼ近い粗形鋼片３８に成形する。
【０００５】
こうして得られた粗形鋼片３８を第１および第２粗ユニバーサル圧延機群において、粗ユニバーサル圧延機でウェブとフランジの圧下率をほぼバランスさせた状態で厚み圧下を行うとともに、エッジャー圧延機でフランジ幅圧下を行いフランジ幅と先端形状の整形を行う。そしてほぼ製品寸法にまで整形された被圧延材に対し、仕上げユニバーサル圧延機３６でフランジをウェブに対して直角にし、厚みを最終寸法に仕上げる。
【０００６】
このように、Ｈ形鋼の製品シリーズに応じて、Ｈ形鋼の主要な部位の概略寸法は、ほとんど粗圧延機３１で決定され、造形孔型での変形特性からドッグボーン鋼片３７の断面寸法もおのずとほぼ決まってしまう。エッジング圧延で成形できるフランジ幅は、スラブ幅方向の圧下量、すなわちスラブ幅とエッジング圧延終了のウェブ外法の差でほぼ決まり、エッジング圧延で必要なフランジ幅を成形できるようにスラブ幅が決定される。
【０００７】
近年、建築物の高層化、大スパン化に伴い、これまでよりウェブ高やフランジ幅の大きなＨ形鋼に対するニーズが高まっているが、このようなＨ形鋼を製造するためには、前述の理由から一層大きなスラブ幅が必要となる。また、製品寸法に対応した粗圧延機１の各孔型の寸法が大きくなり、必要な孔型数を配置するためのロール胴長が大きくなる。
【０００８】
例えば、ウェブ高さ1000mm、フランジ幅400mmのＨ形鋼を、上記圧延方法で製造圧延するためには、スラブ幅が1800mm以上、粗圧延機のロール胴長が3300mm以上必要となり、現状の一般的な設備では、ロールリフト量やロール胴長が制約となり、設備改造が必要となる。これに対して、分塊ミルを必要したり、粗圧延を途中まで行った後、粗圧延機のロールを組み替え、再加熱して製品まで圧延する、いわゆる２ヒート圧延も可能であるが、生産性や燃料原単位の低下、ロール数の増加によるコスト高やエネルギーロスが大きな問題となる。このように、限られた素材断面とロール胴長と孔型数の中でウェブ高やフランジ幅の大きいＨ形鋼を製造することが困難であった。
【０００９】
こうした課題に対し、特許2534223号公報では、図１１に示すようなウェブ部を相互に共用した３つ以上の造形孔型でウェブ厚を圧下することなくウェブ高さ拡大を行う圧延方法が提案されている。
また、特開2000-271601号公報では、１種類の粗圧延ロールで、広範囲の大きさの大形Ｈ形鋼用粗形鋼片を造り分けるため、粗圧延素材あるいは連続鋳造ビームブランクを図１２のようなフランジ相当部の一部分を共用した複数の孔型を有するロールに挿通し、フランジ形状の調整とウェブ厚の圧下を行った後、ウェブ高さの拡大あるいは、ウェブ高さの縮小、フランジ幅の圧下のうち、少なくとも一つを行う圧延方法が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らが、実験でこれらのウェブ内法の拡幅圧延法について詳細に調べたところ、被圧延材のウェブ内法よりも大きな内幅の孔型に挿通してウェブ高さを拡幅する場合、一般に、クロップ部のウェブ厚は定常部のそれに比べて小さいため圧下されにくく、図１３のように、フランジ内側先端側の斜線部３９が先に孔型に噛み込む。ここで、被圧延材が噛み込んだときの接触開始部３９とロール中心Ｏを結ぶ直線ｍとロール中心Ｏから垂直に下ろした直線ｎに挟まれる中心角を噛み込み角ψ、噛み込み時の被圧延材と孔型の接線角度をθ（被圧延材は接触すると局部的に変形するため孔型の傾斜角度とほぼ等しいと見ることができる。）とし、摩擦力の方向をロール周速方向と一致すると仮定すると、被圧延材がロールにより押し戻される力に打ち勝ちロールバイトに引き込まれるためには、圧延方向の力の関係から次式が成り立つ。
μＰcosθ・cosψ＞Ｐsinθ・sinψ
ψ＜tan-1(μ／tanθ)          …（１）
実際、この角度を超えるような条件になると急激に噛み込みが困難となることが判明した。
【００１１】
特公昭55-30921号公報や特許2534223号公報、特開昭62-50002号公報に代表されるようなウェブ内法が小さなビームブランクや粗圧材から複数の孔型でウェブ内法を拡幅する従来の圧延方法は、従来一般的であるウェブ高さが900mm程度まででフランジ幅が300mm、すなわちフランジ脚長が150mm未満のＨ形鋼を対象としており、その場合、フランジ先端付近から孔型のコーナー部やその周辺部を接触させても、前述の噛み込み角が比較的小さいために、材料がロールに噛み込まないという問題が生じなかった。しかし、本発明で対象とするようなウェブ高さが800mmを越えて1200mm程度までと大きく、フランジ幅が300mm、すなわちフランジ脚長が150mmを越える広幅フランジのＨ形鋼の場合、フランジ先端付近から材料が接触すると噛み込み角が圧延限界を越えるため、１孔型あたりのウェブ内法拡幅量が大きくできない。また、フランジ先端付近から噛み込む場合には、フランジ幅の減少が大きくなるために、本発明が対象とするフランジ幅が大きなＨ形鋼ではフランジ幅の確保が困難となる。
【００１２】
特許2534223号公報に記載された技術では、ウェブ拡幅孔型形状に特段工夫がなく、ウェブ厚を圧下することなく、単に被圧延材のウェブ内法よりも大きな孔型に挿通してウェブ高さを拡幅するものであり、大きなウェブ内法拡幅を行うとフランジ先端側からロールが接触し始めて噛み込み角が大きくなり、噛み込みが困難になるだけでなく、フランジ内面をスリ下げてコーナー部に折れ込み疵を発生させやすい。このために１孔型あたりの拡幅量は小さく制限され孔型が多数必要となったり、疵を発生させないためにウェブ厚を非常に小さくしてから拡幅する必要が生じて、材料のユニバーサル圧延工程で延び長さが十分大きくできなかったり、圧延工程ごとの圧延時間に大きなばらつきが生じて能率を低下するなどの問題がある。また、同一ロールにより異なるフランジ幅シリーズの製品を製造することについては考慮されていない。
【００１３】
特開2000-271601号公報に記載された技術では、同一ロールで複数の種類の工程をとるために、粗圧延素材に対して配置されたウェブ内法拡幅用孔型は１つであり、実施例ではウェブ内法拡幅量は100mm程度である。そのため、大きなウェブ高の製品を製造するためには、予め大きな断面のビームブランクやスラブを使用する必要がある。この場合も、スラブを素材とすると粗圧延機のロールリフト制約で分塊ミルが必要となったり、ロール胴長制約で２ヒート圧延になるなどの問題がある。また、第１孔型でフランジ相当部の傾斜角度を、フランジ長さ方向に対し20°以上にするのが好ましいとしているが、これは第３孔型でウェブ高さを縮小した際にフランジ傾斜角度が小さくなり、第４孔型でフランジ幅圧下したときにフランジ厚の増加によって折れ込み等の疵が発生するのを防止するためである。すなわち、ウェブ内法拡幅圧延に関する条件については何も言及しておらず、特段工夫がない。
【００１４】
本発明は、こうした従来技術の問題や製造限界をブレークスルーし、現状使用できる限られたスラブ幅やビームブランク断面および圧延設備の中で、効率的かつ安価に大きな断面の製品を製造する粗圧延方法を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、孔型によりウェブ内法を拡幅圧延するＨ形鋼の粗圧延方法において、少なくとも１つの拡幅孔型の鉛直線に対する内側面の傾斜角度を当該孔型で圧延する前の被圧延材のフランジ傾斜角度よりも小さく形成し、ウェブ内法拡幅圧延することを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方法である。
【００１６】
また、本発明は、複数の孔型によりウェブ内法を順次拡幅圧延するＨ形鋼の粗圧延方法において、鉛直線に対する孔型内側面の傾斜角度を被圧延材のフランジ傾斜角度よりも大きく形成した第１孔型で圧延し、フランジ傾斜角度を拡大し、かつウェブ内法を拡幅した後、少なくとも１つの拡幅孔型の鉛直線に対する内側面の傾斜角度を当該孔型で圧延する前の被圧延材のフランジ傾斜角度よりも小さく形成し、ウェブ内法拡幅圧延することを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方法である。
【００１７】
さらに加えて大きなウェブ内法拡幅を行うために、ウェブ内法拡幅圧延における被圧延材のウェブ周辺部からコーナー部にかけての領域あるいはウェブ中央部に増肉部を設け、該増肉部を圧下しつつウェブ内法拡幅圧延することを特徴とする。
さらに、本発明は、粗圧延機に配置したエッジング孔型と造形孔型により、ウェブ内法が製品のウェブ内法よりも小さい粗形鋼片を造形した後、拡幅孔型でウェブ内法を拡幅圧延するＨ形鋼の粗圧延方法において、前記エッジング孔型を孔底中央部に突起を有する形状として被圧延材のウェブ高さ方向に圧下を行いフランジを生成し、造形孔型でウェブ周辺部からコーナー部にかけての領域あるいはウェブ中央部に増肉部を形成した後、ウェブ内法拡幅孔型で該増肉部を圧下しつつウェブ内法拡幅圧延することを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方法である。
【００１８】
そして、同一ロールから異なるフランジ幅シリーズや厚みサイズのＨ形鋼を製造するため、前記造形孔型で圧延を終了するウェブ厚を製品のフランジ幅あるいはフランジ厚に応じて変更し、ウェブ内法拡幅孔型でウェブ内法の拡大を行いつつ、ウェブ厚を圧下することを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方法である。
あるいは、孔型のウェブ内法とフランジ部深さが異なる孔型を少なくとも２つ以上配置し、フランジ幅の大きなサイズを圧延する場合には、フランジ部深さの小さな孔型で圧延する際にウェブと孔型との間に隙間を設けてウェブ内法拡幅圧延した後、フランジ部深さの大きな孔型でコーナー部の未圧下部を圧下しつつウェブ内法拡幅圧延を行い、フランジ幅の小さなサイズを圧延する場合には、フランジ部深さの小さな孔型で圧延する際にウェブと孔型を接触させてフランジ幅圧下とウェブ内法拡幅圧延した後、フランジ部深さの大きな孔型でフランジ幅を圧下することなくウェブ内法拡幅圧延を行うことを特徴とするＨ形鋼の粗圧延方法である。そのために、１つあるいは複数の拡幅孔型のフランジ部深さを、最終拡幅孔型のフランジ部深さよりも小さくする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１を用いて本発明について詳細に説明する。図１は、製品のウェブ内法よりも小さいウェブ内法の被圧延材を複数のウェブ内法拡幅孔型に挿通して拡幅するにあたり、孔型の内幅Ｗが被圧延材のウェブ内法Ｈ1よりもαだけ大きい孔型に通材して圧延する場合の噛み込み状態を示している。この場合、垂直線に対する孔型内側面の傾斜角度（以下、「孔型傾斜角度」と称する）θを被圧延材のフランジ内面の傾斜角度（以下、「フランジ傾斜角度」と称する）δよりも小さくすることにより、両者の傾斜角度がほぼ同じ場合の限界拡幅量に比べてウェブ内法拡幅量が大きくても噛み込み角が小さくなり、噛み込みが容易となる。しかも、コーナー部付近の圧下量が他の部位に比べて大きくなるために、ウェブ高さ方向にメタルがスムーズに供給され、定常部では予変形によりロールバイト入側でウェブ内法が増加するため、フランジ内側の接触領域が幾何学的な関係に比べて小さくなり、フランジ内側のスリ下げが生じにくい。また、フランジ幅引けや圧延負荷が小さくなる効果もある。フランジ傾斜角度δを孔型傾斜角度θよりも5〜15°程度大きくすることが望ましいが、この前後でも効果はある。
【００２０】
複数の孔型でウェブ内法拡幅を行う場合には、少なくとも１つ以上の拡幅孔型で上記圧延を実施すれば効果がある。上記圧延を１つ以上の孔型で行う場合も最終拡幅孔型を含むことが好ましい。最終拡幅孔型を含むとしたのは、フランジ傾斜角度を小さくした後、再び傾斜角度を大きくしたり、傾斜角度が小さいままで拡幅する場合には、１孔型で拡幅できる拡幅量が小さくなるからである。必要な拡幅量と孔型形状の関係は前述の（１）式を考慮して決定すればよい。
【００２１】
２つの孔型でウェブ内法拡幅圧延を行う場合の孔型配置と孔型形状を図２に示す。被圧延材のフランジ傾斜角度と各孔型の孔型傾斜角度の関係で２孔型トータルの限界拡幅量を評価したところ、被圧延材６のフランジ傾斜角度δが小さい場合、図２のように第１孔型２１の孔型傾斜角度θ1を被圧延材６のフランジ傾斜角度δよりも大きくしてウェブ内法拡幅圧延をした後、第１孔型２１の孔型傾斜角度θ1よりも小さい孔型傾斜角度θ2を有する第２孔型２２で圧延した方が、第１孔型での限界拡幅量は小さくなるものの、前述の噛み込み角およびフランジ内側のスリ下げ疵発生の関係から、第２孔型での限界拡幅量が飛躍的に増大して、２孔型トータルでの拡幅量が大きくなることが明らかとなった。
【００２２】
なお、この第１孔型でのフランジ傾斜角度の拡大は、被圧延材のフランジ傾斜角度が約20°より小さい場合に特に有効であり、被圧延材のフランジ傾斜角度が特に20°を越えるような場合には、第１孔型でも孔型傾斜角度を被圧延材のフランジ傾斜角度よりも小さくして、ウェブ内法拡幅圧延を行ってもよい。
【００２３】
図３には本発明による被圧延材６の断面形状と、ウェブ内法拡幅圧延での噛み込み時の接触領域を示している。通常、ウェブ内法拡幅圧延の段階ではウェブクロップが形成されており、ウェブ内法拡幅量をフランジの噛み込み限界を超えて大きくするためには、図３に網掛け８して示したようにウェブ周辺部からコーナー部にかけての圧下がフランジ内側先端付近の接触（図中の斜線部９）よりも先行して開始するように、被圧延材６のウェブ・フランジ境界部のコーナーＲを大きくするか、さらにウェブ中央部付近から端部にかけて徐々に厚みが大きくなるような増肉部７を設けて、ウェブ内法拡幅の際に圧下を行う。一般に、噛み込み後の圧延限界角は、噛み込み時の限界角よりも大きく、ウェブの圧下により被圧延材がロールバイト内に引き込まれると、フランジ内側の噛み込み限界角を大きくできる。増肉部７を圧下することにより、予変形によってロールバイト入側でウェブ内法が拡大してフランジ内側の噛み込み角が小さくなる効果もある。コーナーＲおよびウェブ周辺部からコーナー部にかけての増肉部７の適正量は、狙いとするウェブ内法拡幅量により決定すればよい。
【００２４】
また、図４のようにウェブ中央部に増肉部１０を設けたり、ウェブ全体にわたりウェブ厚を圧下しても同様の効果が得られる。ウェブ中央部に増肉部を設けて、この部分を圧下しつつウェブ内法を拡幅する場合には、定常部ではウェブ内法拡幅によりウェブ高さ方向に引張り力を作用させた状態でウェブ圧下を行うために、ウェブ中央部のメタルがウェブ高さ方向に移動してウェブ内法の拡幅が容易となる効果もある。
さらに、同一ウェブ内法拡幅孔型において、多パス圧延を行うことにより、第２パス以降でウェブ内法が孔型の内幅よりも拡がり、次のウェブ内法拡幅孔型への噛み込みが容易になる。
【００２５】
複数のウェブ内法拡幅孔型において、孔型のコーナーＲを段階的に小さくするか、あるいはウェブ周辺部からコーナーＲ部にかけての部分に対応する孔型形状を段階的にフラットに近づけるか、あるいはその両方を行うことにより、前述の増肉部をそれぞれのウェブ内法拡幅孔型で段階的に圧下すれば、すべての拡幅圧延で効果が得られ、トータルの拡幅量がさらに増大する。
【００２６】
スラブを素材とした場合の本発明を適用した圧延装置列の代表例を図５に示す。この場合、第１粗圧延機１，第２粗圧延機２、粗ユニバーサル圧延機３とエッジャー圧延機４および仕上げユニバーサル圧延機５で構成されている。前述のウェブ内法拡幅圧延は第２粗圧延機２で行う。それぞれの粗圧延機の孔型例を図６に示す。第１粗圧延機１では、まず孔底中央部に突起１１ａ〜１３ａを有するエッジング孔型１１〜１３でスラブをその幅方向に圧下してフランジを生成し、ドッグボーン鋼片とする。その際、大形Ｈ形鋼に対応したフランジ肉量を確保するために、ウェブ内法に相当する部分が製品のウェブ内法よりも小さくなるまで圧延を行う。この際、エッジング孔型１２、１３における突起の底部の幅Ａ２、Ａ３が、スラブの厚みを超えない範囲で大きくするとフランジ生成効率が高くなる。次に、造形孔型１４でウェブ厚を圧下し粗形鋼片を造形するが、造形孔型１４の内幅Ｗはドッグボーン鋼片のウェブ内法とほぼ同等か少し大きい程度とし、ウェブ周辺部からコーナー部にかけての部分１５は、複数の円弧や直線で構成され、緩やかに傾斜した形状とする。これらの効果によって、ウェブ厚を圧下した際にフランジの肉引けが抑制され、十分なフランジ肉量が確保できる。
【００２７】
続いて、第２粗圧延機２には前述の図２と同様な２つのウェブ内法拡幅孔型を配置し、順次ウェブ内法拡幅圧延を行う。ここで、粗形鋼片のフランジ傾斜角度が小さい場合、第１粗圧延機１で造形した粗形鋼片のフランジ傾斜角度よりも孔型傾斜角度θ1を大きくした第１拡幅孔型２１で、増肉部を圧下しながらウェブ内法拡幅圧延を行う。続いて、第２拡幅孔型２２では孔型傾斜角度θ2を第１拡幅孔型２１よりも小さくしてウェブ内法拡幅圧延を行うことにより、大きなウェブ内法拡幅圧延を行うことができる。これにより比較的小さな断面のスラブから１ヒートでウェブ高さやフランジ幅の大きなＨ形鋼製品を製造可能となる。
【００２８】
また、第１粗圧延機１で圧延を終了するウェブ厚を大きくすると、第２粗圧延機２でウェブ内法を拡幅した際にフランジ肉引け量が大きくなり、孔型傾斜角度の大きい第１拡幅孔型２１で引き続きウェブ厚の圧下を行うことによりフランジ肉引け量が増大する。逆に、第１粗圧延機で圧延を終了するウェブ厚を小さくすると、粗形鋼片のフランジ肉量が相対的に多くなり、第２粗圧延機でウェブ内法を拡幅した際にもフランジ肉引け量が減少する。このように第１粗圧延機で圧延を終了するウェブ厚を制御することにより、フランジ幅の異なるシリーズや、フランジ厚とウェブ厚の比が広範なサイズの大形Ｈ形鋼を同一ロールから製造することができる。
【００２９】
連続鋳造したビ−ムブランクや粗圧延した粗形材を加熱して製造する場合には、図５の第２粗圧延機を省略して、第１粗圧延機でウェブ内法拡幅圧延をする。もちろん、第１圧延機と第２粗圧延機の両方を使用して、フランジ傾斜角度の拡大とウェブ内法の拡幅を繰り返すことにより、さらに大きなウェブ内法の拡大ができ、小さな素材からよりウェブ高さやフランジ幅の大きなＨ形鋼製品を製造することが可能になる。
【００３０】
以上は、ウェブ内法拡幅孔型が２つまでの例で説明したが、３つ以上にすればさらに効果があることはもちろんのことである。例えば、ロール胴長制約により、図７のようにウェブ部およびフランジ部を相互に共用し、３つの孔型でウェブ内法拡幅圧延を行う場合にも、ウェブ内法拡幅圧延の被圧延材にはウェブ周辺部からコーナー部にかけて増肉部を付与しておき、被圧延材のフランジ傾斜角度よりも孔型傾斜角度を大きくした第１孔型２１で、増肉部を圧下しながらフランジ傾斜角度の増大とウェブ拡幅圧延を行い、続いて第２孔型２２と第３孔型２３で段階的に孔型傾斜角度を小さくしてウェブ内法拡幅圧延を行うことにより、噛み込み性やフランジ内側のスリ下げ疵の問題を発生することなく、１孔型あたりの拡幅量を大きくして圧延することができる。
【００３１】
加えて、図８（ａ），（ｂ）のように最終孔型を除く一つあるいは複数の孔型、図８（ａ）では第１孔型２１のフランジ部深さＤ１、図８（ｂ）では第２孔型２２のフランジ部深さＤ２を、それぞれ最終孔型のフランジ深さＤ２，Ｄ３よりも小さくし、その孔型でウェブ内法拡幅圧延を行う際のロール隙を調整することによりフランジ幅圧下量が制御でき、異なるフランジ幅シリーズのＨ形鋼が同一ロールにより製造できる。
【００３２】
具体的には、図８（ａ）の第１孔型および図８（ｂ）の第２孔型のフランジ部深さを同一ロールで製造するフランジ幅シリーズのうち、最も小さいシリーズに対応させ、フランジ幅の小さいサイズではフランジ幅を大きく圧下し、フランジ幅の大きなサイズではウェブと孔型の間に隙間を設けてウェブ内法拡幅を行う。この場合、最終孔型のフランジ部深さはフランジ幅の最も大きい製品に対応させておき、フランジ幅の小さいサイズを圧延する際には、フランジ幅を圧下することなく、ウェブ内法拡幅圧延を行う。一方、フランジ幅の大きいサイズを圧延する際にはフランジ部深さの小さな孔型で未圧下となったコーナー部を圧下しつつウェブ内法拡幅圧延を行う。また、フランジ幅の大きなサイズをウェブと孔型の間に隙間を設けてウェブ内法拡幅をする際に、フランジ根元部の圧下境界部にスリ下げ疵を発生させないために、被圧延材のコーナー部に間隙に応じた高さを有する傾斜部を前孔型で付与することが好ましい。
【００３３】
説明を省略したが、複数のウェブ内法拡幅孔型でウェブ内法を段階的に拡幅圧延する際に、途中の拡幅孔型で粗圧延を終了し、続いてユニバーサル圧延機で圧延を行えば、ウェブ高の異なる大形Ｈ形鋼を同一ロールにより製造できることは言うまでもない。また、ウェブ内法が拡幅孔型の中間に当たるウェブ高シリーズを製造する際には、そのシリーズの内法よりも大きい孔型でウェブ内法拡幅圧延を行う際に、孔型胴部のロール隙をウェブ厚に対して大きく設定してフランジ片幅の途中まで拡幅圧延を行い、続くユニバーサル圧延機群で未圧下のコーナー部の圧下を行う。これにより同一ロールで多シリーズの製品を製造できる。
【００３４】
【実施例】
本発明の粗圧延方法によりウェブ高およびフランジ幅の大きいＨ形鋼を製造する場合の実施例について説明する。
＜実施例１＞
1350幅×250厚スラブを素材として、図５に示す圧延工程により900×400シリーズのＨ形鋼を製造した。製品のウェブ内法は840mm前後である。第１粗圧延機と第２粗圧延機の孔型配置は図６のとおりであり、第２粗圧延機にはウェブ内法拡幅孔型を２つ配置した。第１粗圧延機のエッジング孔型でウェブ高さ880mmまで圧下し、内幅540mmの造形孔型でウェブ厚を80mmまで圧下した。この際のフランジ傾斜角度は23°であった。造形孔型のウェブ周辺部からコーナー部には、複数のアールで構成される増肉部を設けた。この場合、第１孔型でも孔型傾斜角度を被圧延材のフランジ傾斜角度よりも小さくし、第１孔型は内幅W1=700mm、傾斜角度θ1=18°、第２孔型は内幅W2=820mm、傾斜角度θ2=13°に設定した。それぞれの孔型では、最初のパスで前記増肉部を圧下しつつウェブ内法拡幅圧延を行い、引き続き同一孔型を使用して１〜３パスでウェブ厚を圧下した。次に、粗ユニバーサル圧延工程でウェブ内法の若干の拡幅とフランジ角度および板厚の整形を行い、仕上げユニバーサル圧延機で最終製品とした。この結果、噛み込み不良やスリ下げ疵の発生、フランジ肉量の過不足などもなく良好な製品が製造できた。
【００３５】
＜実施例２＞
1500幅×300厚スラブを素材として、1000×400シリーズのＨ形鋼を製造した。製品のウェブ内法は940mm前後である。第１粗圧延機と第２粗圧延機の孔型配置は図６のとおりである。第１粗圧延機のエッジング孔型でウェブ高さ980mmまで圧下し、内幅640mmの造形孔型でウェブ厚を80mmまで圧下した。造形孔型のウェブ周辺部からコーナー部には、複数のアールで構成される増肉部を設けた。この場合、第２粗圧延機の第１孔型では傾斜角度を被圧延材のフランジ傾斜角度よりも5°大きくしてウェブ内法を80mm拡幅し、第２孔型では傾斜角度を第１孔型の傾斜角度よりも10°小さくしてウェブ内法を180mm拡幅した。その他は実施例１と同様にして圧延を行い、噛み込み不良やスリ下げ疵の発生、フランジ肉量の過不足などもなく良好な製品が製造できた。
また、第１粗圧延機の圧延終了のウェブ厚を120mmとし、第２粗圧延機でウェブ内法の拡幅とウェブ厚の圧下を行うことによりフランジ肉引け量が増大し、同一ロールから1000×350シリーズのＨ形鋼が製造できた。さらに、第１拡幅孔型のフランジ部深さを第２拡幅孔型のフランジ部深さに対して25mm小さくし、第１拡幅孔型でフランジ幅を圧下することにより1000×300シリーズが造形でき、同一ロールから1000×400シリーズの造り分けも可能となった。
【００３６】
＜実施例３＞
1500幅×300厚スラブを素材として、1100×400シリーズのＨ形鋼を製造した。第２粗圧延機には、図７のようにウェブ内法拡幅用孔型を３つ配置し、第１孔型で被圧延材のフランジ傾斜角度を拡大した後、第２、第３孔型で傾斜角度を小さくした。また各孔型で前記増肉部を段階的に圧下しつつウェブ内法拡幅圧延した。そして粗ユニバーサル圧延工程と仕上げユニバーサル圧延機で最終製品にしたところ、良好な製品が製造できた。
なお、実施例１〜３で説明した製品を連続鋳造製のビームブランクを素材として製造する場合には、それぞれの第１粗圧延機で製造した粗形断面とほぼ同じ寸法のビームブランクを準備すれば、第１粗圧延工程を省略し、実施例の第２粗圧延工程におけるウェブ内法拡幅圧延により容易に製造できる。
一方、それぞれ上記実施例と同一寸法のスラブを素材として従来のウェブ内法拡幅圧延方法で製造した場合には、噛み込み性が問題となり、１孔型あたりウェブ内法拡幅量は100mm程度が限界となり、いずれも第２粗圧延機に配置できる拡幅孔型数の制約で、必要なウェブ内法拡幅量が確保できず製品が製造できなかった。このように、従来技術では、１孔型あたりのウェブ内法拡幅量が100mm程度であったのに対し、本発明の技術では実施例にあるように最大180mm程度の拡幅も可能となり、少ない孔型数で目標とするウェブ内法の拡幅ができた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、特別に大きな素材断面や設備を使用することなく、ウェブ高さとフランジ幅が大きなＨ形鋼を効率的かつ安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＨ形鋼のウェブ内法拡幅圧延方法の説明図である。
【図２】本発明における２つの孔型によるウェブ内法拡幅圧延方法の説明図である。
【図３】本発明による増肉部の断面形状と噛み込み状態の説明図である。
【図４】ウェブ中央部に増肉部を形成した被圧延材の概略図である。
【図５】本発明の代表的な圧延装置列である。
【図６】本発明によるスラブを素材とした場合のＨ形鋼の粗圧延方法についての説明図である。
【図７】ウェブ内法拡幅孔型を多数配置した粗圧延機の孔型図である。
【図８】（ａ），（ｂ）はフランジ幅の異なる製品を造り分けるための粗圧延機の孔型図である。
【図９】従来の代表的な圧延装置列である。
【図１０】従来のＨ形鋼の粗圧延方法についての説明図である。
【図１１】従来のウェブ内法拡幅圧延方法における粗圧延機の孔型図である。
【図１２】ウェブ高やフランジ幅の異なるＨ形鋼を造り分ける粗圧延機の孔型図である。
【図１３】ウェブ内法拡幅圧延におけるフランジ内側の噛み込み状態の説明図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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