JFE 技報 No. 33（2014 年 2 月）p. 32-36

高機能 LP 鋼板の製造技術
Development of Manufacturing Technologies
of High Performance Longitudinally Profiled Steel Plates
井原健滋

IHARA Kenji

JFE スチール

西日本製鉄所（倉敷地区） 厚板部厚板・鍛造技術室

弓削佳徳

YUGE Yoshinori

JFE スチール

西日本製鉄所（倉敷地区） 厚板部厚板・鍛造技術室長

主任部員（課長）

松永直己

MATSUNAGA Naoki

JFE スチール

西日本製鉄所（倉敷地区） 鋼材商品技術部厚板・鍛造室主任部員（課長）

要旨
LP（longitudinally profiled）鋼板の需要家での適用効果および製造技術を紹介する。LP 鋼板は，板厚を長手方向に連続的に変化させた鋼板で，負荷応力の変化に応じて使用することにより，構造物の重量削減や板継ぎ工数削減などの利点が挙げられる。LP 鋼板の製造技術として圧延制御技術，制御冷却技術，自動製品採取技術を導入した。これにより，使用用途に応じたさまざまな要求に応え得る形状及び材質の LP 鋼板を精度よく製造する技術を確立した。

Abstract:
Applied stress to structural materials often varies in longitudinal directions. LP plates, which stand for longitudinallyprofiled steel plates, are plates whose thickness varies continuously along the length within a plate. They are used forshipbuilding and bridges in order to correspond to change of the stresses without joining of plates of different
thicknesses, and enable cost savings by reducing steel weights and welded joints. In this paper, various special
technologies for LP plates are shown, for example, rolling, accelerated cooling and shearing. By developing suchtechnologies, manufacturing of LP plates became substantially automated to perform mass production. And theproduction of LP plates is increasing year by year.

1． はじめにBoard
thickness at
the time ofthe design

船舶などの大型構造物では，低層部の板厚が厚く，高層部に行くに従って板厚が薄くなる構造が一般的である。この

Seam

Seam

ような構造物は（1）使用鋼材重量削減，軽量化を図るためには板厚の異なる多数の鋼板を溶接などで板継ぎする必要がある，（2）軽量化を図るため多くの板厚の鋼板を使用するほど溶接などの板継ぎ施工工数が増加するといった問題があった。このような問題を解決する手段として，板長手方向に板厚を変化させた鋼板を用いれば，溶接などの板継ぎな(a) Normalplate

しで必要最小限の重量の構造物とすることができる（図 1）。

(b) Lengthwise
different
thickness plates(c) Longitudinallyprofiled plate

図 1 LP 鋼板適用による軽量化，溶接線削減概念

そこで，船舶輸送などでの省エネルギー，CO2 排出量削減

Fig. 1 Example of an omission of seams and reduction ofweight by using LP plate

ニーズ，造船をはじめとする各業界でのコスト削減ニーズの高まりとともに，鋼構造物の軽量化，施工工数削減に繋がる LP 鋼板の提供が強く要望されていた。しかし，LP 鋼板は，的に量産する技術が確立されていなかった。そこで，前述（1）熱間圧延で長手方向に板厚を変化させる特殊な圧延がした課題を解決すべくさまざまな技術開発に取り組み，様々必要で板厚精度，平坦度の確保が困難である，（2）水冷にな板厚プロフィールを有する高精度，高品質な LP 鋼板を工よる材質造り込み時に長手方向の板厚差に起因して材質が業的に量産できる体制を確立した。

不均一になる，（3）鋼板を製品切断ラインからオフラインして長手方向の板厚を手測定して製品を切出す位置を探す必2.

LP 鋼板の適用事例

要があるなど，製造技術，生産性の面で課題が多く，工業
図 2 に JFE スチールが製造可能な LP 鋼板の形状につい2013 年 9 月 3 日受付て示す。設計板厚の変化に合わせて多種のプロフィールに－ 32 －高機能 LP 鋼板の製造技術

Upperdeck(a) LP1(b) LP2(c) LP3(d) LP4

Cargo holdTransbulk-head(e) LP7

Bottom plate

Tank top図3 バ
 ルクキャリアのトランスバルクヘッドへの LP 鋼板の適用例(f) LP8Fig. 3 Examples of typical application LP plate for ship-building

図 2 製造可能な LP 鋼板の形状
Fig. 2 Various thickness profiles of LP platesfiller plate

対応し，製造可能寸法は板厚は 0.01 mm，板幅および板長さは 1 mm の単位である。寸法精度は等厚材と同一の規格(a) Conventional plates use

2

公差で製造可能である。材質は，引張強さ 400 N/mm 級か
2ら 570 N/mm 級まで製造可能であり，全長にわたり均質な(Connection with conventional
plates and a filler plate)

LP plate

強度分布を実現した。造船用および橋梁用のほとんどの鋼種に対応可能で，図 2 に示すさまざまな形状の LP 鋼板を高月間 1 万トン以上供給可能となった。

2.1

造船分野での LP 鋼板の適用効果（Connection with a LP plate
and a conventional plate）(b) LP Plates use

精度，高品質で高効率に生産する技術を開発し，安定的に

図 4 橋梁桁フランジへの LP 鋼板の適用例
Fig. 4 Example of typical application LP plate for bridge figureflange1-3）

図 3 に造船への LP 鋼板適用箇所例を示す。たとえば，トランスバルクヘッドにおいては，船底から上部に向かって板3． LP 鋼板の製造技術厚を薄くする必要がある。従来は，軽量化を図るべく，応力が小さくなるにつれ板厚が薄くなるように，板厚の異なる多図 5 に厚板の製造プロセス概要を示す。厚板の製造は，数の鋼板を溶接で板継ぎして施工していた。この部分に LPスラブを加熱炉で約 1 150℃まで加熱した後，厚板圧延機の鋼板を適用することにより，さらなる鋼材重量の削減と板継上下圧延ロールの隙間に鋼板を通し板厚を薄くしていく。通ぎ箇所の減少が可能となった。
トランスバルクヘッド以外に，常は十数段階的に分けて上下圧延ロールの隙間を狭くしなアッパーデッキ，ボトムプレートなど多くの箇所に使用されがら，鋼板を往復させて製品厚さになるまで圧延していく。ている。17 万トン級バルクキャリアに LP 鋼板を約 2 500 ト

上下圧延ロールの隙間に鋼板を通すことを圧延パス，圧延パン使用し，700 m の溶接長削減と 218 トンの鋼材使用重量削

スごとに板厚が薄くなる量を圧下量と呼び，スラブ厚から製減を達成した事例がある。LP 鋼板はこれまでに 250 隻以上品厚にするまでのパス数および各パスの圧下量を決定するプの船舶に適用されている。

ロセスを圧延パススケジュールと呼んでいる。通常の厚板（等2.2

橋梁分野での LP 鋼板の適用効果

厚）の場合は，圧延パス中は上下圧延ロールの隙間が変化

4）しないようにコントロールし全長にわたり板厚が同じになる

橋梁分野のニーズ関して，橋梁桁フランジ材を例に示す。
橋梁桁フランジ材は，必要応力が長手方向で変化する。したがって，図 4（a）に示すように必要応力に合わせ板厚のSlabReheatingPlate rolling

異なる鋼材をボルトで接合する場合，部材間の板継ぎ部でAccelerated
controlledcooling

Hot levelingの板厚差を埋め合わすために，フィラープレートが必要になる。LP 鋼板を適用することにより，図 4（b）に示すように，Aircooling

接合箇所の削減，ボルト接合部のフィラープレート省略を図ることができる。このように LP 鋼板を適用することによりInspection

End shear

Thicknessmeasurement

Side shear

Crop shear

外観も美しい構造物とすることができる。LP 鋼板はこれまでに 10 橋以上の橋梁に適用されている。
図 5 LP 鋼板の製造工程
Fig. 5 Manufacturing process for LP plate－ 33 －

JFE 技報 No. 33（2014 年 2 月）

高機能 LP 鋼板の製造技術

ようにする。厚板圧延後は，鋼板を強靭なものにするため水小さくしていかなければならない。そこで，最薄部の各パス冷する制御冷却，鋼板を平坦にする熱間矯正を経て，製品圧下量をもとに，平坦度，板内板幅方向板厚差変動，パス切断ラインに送られる。製品切断ラインでは，圧延ままの鋼内の上下圧延ロール隙間変更可能速度を考慮して最薄部の板から製品を切出すために，幅および長さを切断していく。

圧下量を減らしながら，最厚部の各パスの圧下量を決定し上記厚板の製造プロセスをベースとして，厚板圧延，制ていく。図 6 に LP 鋼板の圧延パススケジュールの例を示す。

御冷却，熱間矯正，製品切断の各プロセスで LP 鋼板製造対3.2応のための技術開発を行なった。次にそれぞれの開発技術

5, 6）

図 7 に LP 鋼板の板厚制御システム概要を示す。圧延パスについて述べる。

3.1

LP 鋼板の板厚プロフィール付与制御

スケジュール計算，各パスで付与する板厚プロフィール（長LP 鋼板の圧延パススケジュール計算の開発

手方向の板厚変化形状）などを決定するプロセスコンピュー

厚板圧延機は，上下圧延ロールをモータで回し，ロールタ，長手方向位置をトラッキングしながら目標の板厚プロの隙間に鋼板を通して圧延する。圧延ロールを回すモータ

フィールを付与するための上下圧延ロール隙間変更量を決の力の限界，熱間圧延機の強度の面から 1 回の圧延パスで定する圧下 DDC（direct digital controller），油圧圧下シリ板厚を薄くできる圧下量には限界がある。また，圧延ではンダ位置を制御しパス内で上下圧延ロール隙間を変更する

圧延反力により圧延ロールが幅方向に撓み，鋼板幅方向にAGC（automatic gauge control）コントローラにより構成さ板厚差が発生する。圧延パス入側の幅方向板厚差と，圧延れている。圧延中は，数千トンの力（圧延反力）で圧延ローにより新たに生じる板厚差が大きく変化すると幅方向センルを押す力が働き圧延ロールが変形し，また圧延ロールをターと幅エッジとで長手方向の伸び量に差が発生し，その支えている厚板圧延機の機械部品も変形するため上下圧延差が許容範囲を超えると鋼板が座屈し平坦度が乱れてしま

ロール隙間は，圧延前に比べ数ミリメートルのオーダで広う。圧延パススケジュールは，能率の面から最小限のパスがってしまう。そのため，圧延前の上下圧延ロール隙間は，数で製品厚まで圧延できるよう各パスの圧下量を，前述し圧延反力による上下圧延ロール隙間変化を予測して狭く設た圧延機モータの力，圧延機の機械強度で制約される最大定しておく。板厚プロフィールを付与するパスでは，プロセ圧下量となるよう志向しつつ，平坦度が乱れないように各パスコンピュータが決定した板厚プロフィールにならって，油スの圧下量を決定する必要がある。

圧 AGC シリンダにより上下圧延ロール隙間を変更していく

LP 鋼板は，等厚鋼板と異なりパス内で大きく板厚を変化が，それに伴いパス内圧下量，圧延反力が変化しその分上させていくためパス内で圧下量が変化する。前述した圧延

下圧延ロール隙間が変化する。また，鋼板内の温度偏差な機モータの力，圧延機の機械強度で制約，平坦度確保の面どから生じる圧延反力変動に起因する上下圧延ロール隙間から 1 パスで製品に要求される板厚差を付与することはでき変動も加わり，目標どおりの板厚プロフィールを付与するこないため，数パスで徐々に板厚差を付与していく必要があとができない。そこで，圧延前に予測した圧延反力と実際る。LP 鋼板の圧延パススケジュール計算では，まず，最薄の圧延反力の差から圧延ロール，圧延機の変形による上下部板厚を目標として通常材（等厚鋼板）と同様のロジック圧延ロール隙間変化をリアルタイムで計算し，油圧 AGC シで圧延パススケジュールを作成する。次に，最厚部の圧延リンダにより上下圧延ロール隙間変化を補正する。
すなわち，パススケジュールを計算するが，圧延開始時の板厚は，最付与する板厚プロフィールにそった上下圧延ロール隙間変厚部，最薄部ともに同じ板厚であり，圧延パス数も同じであるため，最厚部の各パスの圧下量は最薄部の圧下量よりもProcess computer
Pass schedule

N-5 Pass

N-5 Pass

Thickness (mm)N-4 Pass
N-3 Pass
N-2 Pass
N-1 Pass
N PassLongitudinallyprofiled pattern

Load cell
PLG

N-4 Pass

Longitudinallyprofiled patterncontrol

N-3 Pass
N-2 Pass
N-1 Pass

AGC controller
AG-AGCN PassHydrauliccylinder

Thickness partThin part
Longitudinal length (m)

図 7 LP 鋼板の板厚制御システム概要

図 6 LP 鋼板の圧延パススケジュール概要

Fig. 7 Automatic gauge control system configuration for LPplate

Fig. 6 Example of a rolling pass schedule for LP plate
JFE 技報 No. 33（2014 年 2 月）

AG-AGC : Absolute gauge-Automatic gauge control
PLG : Pulse generator－ 34 －高機能 LP 鋼板の製造技術

TimeLLPAB

Cooling start point A
Cooling start point B

Lzone
AB

VA0tA

Cooling finish point AtB
Cooling finish point B

Millprocess computer

Shear process computer

LLP : LP Plate lengthLzone : Cooling zone length
VA0 : Table speed at cooling start point A
VB0 : Table speed at cooling start point B
VA1 : Table speed at cooling finish point A
VB0 VB1 : Table speed at cooling finish point B
VA1 tA : Cooling time at point A
tB : Cooling time at point A

Clearance
judgment

Shear position
instructions

Inspection

Plate thickness
date
Thicknessmeasurement

End shear

Mill control date

Side shear

Crop shear

VB1tA＝

LZONE−LLP
LLP＋1 (V ＋V )1 (V ＋V )B0A12 A0
2 B0

PositionThickness

LLP
LZONE−LLP＋1 (V ＋V )1 (V ＋V )
A1
B1
2 B0
2 A1tB＝▼ Top cutting position
Upper limit clearance

図 8 LP 鋼板の制御冷却概要

Lower limit clearance
Cutting off
lengthFig. 8 Accelerated controlled cooling system for LP plate

Cutting off
length

Product lengthLong distance direction position

更量以外の外乱で上下圧延ロール隙間が変化する分を常に図 9 LP 鋼板の製品切出し位置決定システム概要

補正することにより，目標どおりの板厚プロフィールが得ら

Fig. 9 Summary of the automatic measuring system using thethickness measurement for LP plate

れるようにしている。

3.3

LP 鋼板の制御冷却出し位置を決めるシステムを開発した。図 9 に板厚計を用

2

引張強度 490 N/mm 以上の LP 鋼板の製造では溶接性をいた自動採寸システムの概要を示す。

考慮して，通常材と同様に制御圧延や制御冷却：TMCP（thermo-mechanical control process）が適用される場合があ

4． LP 鋼板の製造実績る。制御冷却を適用する場合は，等厚鋼材と同様な水冷制4.1

御を行なうと，板厚の違いによる冷却速度差に起因して厚LP 鋼板の板厚実績部と薄部の冷却停止温度に差が生じ材質のバラツキが発生

当社では，LP 鋼板製造に関するさまざまな技術開発を行する。それを防止するために，冷却中に移送速度，加減速ない，需要家の多様な要求を満たす高精度，高品質 LP 鋼板率を適切に制御することにより，長手方向に連続的な冷却を高効率で生産できる体制を整えた。図 10 に当社の製造し時間差を生じさせる制御冷却方法を開発した。すなわち冷た LP 鋼板板厚実績（製品切断ライン厚さ計実測値）代表例

却ゾーン内の搬送速度を厚部ほど遅くすることで厚部の冷を示す。図 10（a）は，造船のトランスバルクヘッド用で，却時間を長くする。図 8 にその概要を示す。厚部，薄部そ板厚差 3.5 mm の一方向 LP 鋼板である。図 10（b），（c）は，れぞれの冷却開始温度，目標冷却停止温度から決まるそれいずれも橋梁のフランジ部用である。図 10（b）は，板厚差ぞれの必要冷却時間について，それを満足するような搬送

30 mm，勾配 3/1 000，厚部に 2.4 m，薄部に 4.0 m の等厚速度で水冷ゾーンを通過させる。

部を有している一方向等厚部付き LP 鋼板である。図 10（d）

3.4は，1 方向に 2 段階に板厚が変化する LP 鋼板で造船分野にLP 鋼板の熱間矯正適用されている。

LP 鋼板の熱間矯正は，鋼板の形状にならって上下矯正ロールの隙間を変更しながら行なう。基本的には，熱間圧延の4.2

パス内板厚プロフィール付与制御と同様に，熱間圧延完了

図 11（a），（b）に TMCP 型の降伏点 460 MPa 級一方向ルし，全長にわたり均一な矯正効果が得られるような制御を開発した。

14121080Top2LP 鋼板の製品切出位置自動検出

468101255453525150 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Longitudinal length (mm) Bottom(a) Example 1
Plate size (mm)13.5/10.0×4 000×0/10 820/0Top

Longitudinal length (mm) Bottom(b) Example 2
Plate size (mm)LP 鋼板の場合，長手方向に板厚勾配を有しているので，所定の板厚を確保するためには圧延ままの鋼板の適切な位置から製品を切出さなければならない。たとえば，4/1 000の勾配を持つ LP 鋼板では，製品切出位置が適切な位置から100 mm ずれれば，板厚にして 0.4 mm ずれることになり板6055504540353025450/20×2 500×2 400/10 000/4 000

SM400A

Thickness (mm)K32A

Thickness (mm)3.5

16Thickness (mm)をトラッキングしながら上下矯正ロールの隙間をコントロー

Thickness (mm)

後測定した長手方向の板厚形状に基づいて，長手方向位置

LP 鋼板の材質実績

02Top

Longitudinal length (mm) Bottom

6810 12 14(c) Example 32220181614
120 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Top

Longitudinal length (mm) Bottom(d) Example 4Plate size (mm)Plate size (mm)32/52/30×1 100×600/5 400/1 000/5 600/600

18/16/14×3 230×8 200/700/7 700/700/3 500

SMA570WQ-HAAS

厚公差外れが発生する。そこで，製品切断ラインに設置し図 10 LP 鋼板板厚実績（製品切断ライン厚さ計実測値）ている厚さ計による板厚測定値に基づいて，最適な製品切Fig. 10 Examples of longitudinal profiles of actual thickness－ 35 －JFE 技報 No. 33（2014 年 2 月）

800

Total order quantity (ten thousand tons)

Plate size (mm)60/50×2 300×6 000/2 500/6 000
1/4 Thickness, Transverse direction
TS

700
600
500
400

YP

Yield point, YP/Tensile strength, TS (MPa)

高機能 LP 鋼板の製造技術

Top(60 mm)

Mid.
(55 mm)Bot.
(50mm)

80
616051
43402014Charpy absorbed energy at −40℃,vE−40℃(J)2131340 〜2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
The ordar year(a) Result of tensile test for LP plate（460 MPa Class）
5001725

図 12 LP 鋼板受注量累計Fig. 12◇ Each
1/4 Thickness, Longitudinal direction ◆ Ave.

Supply record of LP plates

削減や板継ぎ工程の省略に寄与している。

400（2）以下に示す技術開発を行ない，さまざまな形状の LP 鋼

300

板を安定的に大量に製造する技術を確立し，月間 1 万200トン以上の製造を可能にした。

100（a）熱間圧延で上下圧延ロールの隙間を精度よくコントロールし長手方向に正確な板厚変化を付ける技

0Top(60 mm)Mid.
(55 mm)術

Bot.
(50mm)（b）水冷による材質造り込み工程で長手方向板厚差に(b) Result of Charpy impact test for LP plate

関係なく材質を均質化させる技術

図 11 一方向 LP 鋼板の材質実績（c）熱間矯正で上下矯正ロールの隙間を精度よくコン

Fig. 11 Result of materials test for LP plate

トロールし長手方向に均一な矯正を行う技術（d）製品切断ライン上で製品を切出す位置を自動で見LP 鋼板の引張試験実績および衝撃試験実績を示す。板厚の異なる Top（t60 mm），Mid.（t55 mm），Bot.（t50 mm）で，つけて切出す技術（3）LP 鋼板は 1993 年に造船用鋼板として初適用されて以強度，靭性ともに規格値を満足する値が得られている。

来，着実にその使用実績を増やしており，2012 年現在

LP 鋼板は，長手方向に板厚が変化するという特徴を有しで累計受注 60 万トンに達した。ているがゆえに，TMCP 鋼では材質造り込みにおいて工夫®

が必要である。当社では，Super-OLAC を用いた制御冷却法の開発を行なったのをはじめ，成分設計および製造条件参考文献設定の最適化を行ない，長手方向の機械的性質の均質化を図った。

4.3LP 鋼板の受注実績

LP 鋼板は 1993 年に造船用鋼板として初適用されて以来，着実にその使用実績を増やしている。LP 鋼鈑は 2 章で述べ

1）鋼材倶楽部 鉄鋼製品普及委員会．造船と鋼材．1993.
2）楠原祐司．新しい時代を創造する高性能厚板．第 159・160 回西山記念
技術講座．1996, p. 1-17.
3）鈴木伸一，小日向忠ほか．JFE 技報．2003, no. 2, p. 37-44.
4）西川和廣．新しい時代を創造する高性能厚板．第 159・160 回西山記念
技術講座．1996, p. 231-244.
5）弓削佳徳，堀紀文，西田俊一．川崎製鉄技報．1998, vol. 30, no. 3, p.
137-141.
6）西田俊一，松岡俊夫，和田典己．JFE 技報．2004, no. 5, p. 1-7.

たとおり，これまでに 250 隻以上の船舶，10 橋以上の橋梁に適用されている。図 12 に LP 鋼板の累計受注トン数を示す。
2012 年現在で累計受注 60 万トンに達した。

5． おわりにLP 鋼板の需要家での適用事例，JFE スチールにおける製造技術および製造実績について紹介した。
（1）LP 鋼板は，板厚を長手方向に変化させた鋼板で，造船用や橋梁用鋼材として適用されており，構造物の重量JFE 技報 No. 33（2014 年 2 月）

－ 36 －

井原健滋

弓削佳徳

松永直己