JPH0691301A - フランジを有する形鋼の自在圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フランジを有する形鋼、例えばＨ形鋼のユニ
バーサル圧延において、中間圧延工程に斜行ロール方式
によって大きなウェブ拡幅を行う際に、ウェブくびれを
発生させず、またウェブ拡幅を行わない場合でも良好な
ウェブ厚分布の製品を得る。 【構成】 形鋼のユニバーサル圧延工程の中間圧延工程
と仕上圧延工程との間で、左右一対の斜行ロールを被圧
延材のフランジ内側に配置してウェブ高さを拡幅圧延す
る際に、中間圧延工程の、少なくとも１基以上のユニバ
ーサル圧延機ＲＵにおける上下水平ロール２Ｈの左右両
端周面の各々に、目標拡幅量と製品ウェブ厚から求めた
所定断面積の凹部を設け、圧延材のウェブ両端部に余肉
１８を形成するとともに、前記上下水平ロール２Ｈで圧
下された鋼材が前記凹部に充満しない圧延段階で、フラ
ンジ圧下率とウェブ圧下率との比率を変えるか、もしく
はユニバーサル圧延機ＲＵの竪ロール２Ｖを圧延入側も
しくは圧延出側に移動とを併用し、フランジからウェブ
へのメタルフローの調整作用を利用し、前記上下水平ロ
ール２Ｈの凹部への鋼材充満度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フランジを有する形鋼
の圧延方法に関し、特にＨ形鋼のウェブ高さを形状の不
良なく効率的かつ自在に造り分ける圧延方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】現在、圧延にて製造されている形鋼は、
品種，サイズの数が非常に多いのが特徴であり、需要家
ニーズの多様化に伴い、さらに多品種，多サイズ化の傾
向が強まりつつある。従来圧延方法で、これらの多品
種，多サイズの形鋼を製造するためには、その形鋼に対
応した多数の専用圧延ロール及び専用ガイドが必要であ
り、ロール・ガイドの組替え回数が多くなるため、時間
損失が増大し、生産性を著しく損なうことになる。

【０００３】この具体例としてＨ形鋼の場合を以下に述
べる。図９（ａ）は、従来のＨ形鋼圧延設備列の代表例
を示したものであるが、１台のブレークダウン圧延機１
（ＢＤ）、その後引続いて４ロールユニバーサル圧延機
（ＲＵ）とエッジャー圧延機（Ｅ）からなる単数または
複数のＲＵ−Ｅ群２、および仕上げ用４ロールユニバー
サル圧延機３（ＦＵ）で構成されている。

【０００４】図９（ｂ）は図９（ａ）における各圧延機
１，２，３で造形された圧延材料の各々の形状４，５，
６を示す。図１０はＨ形鋼を圧延するユニバーサル圧延
法の圧延用ロールと圧延される材料の関係を示してお
り、ユニバーサル圧延機の機能上、圧延中に同一セット
のロール対で自由に変化が可能となる寸法は、上水平ロ
ール７と下水平ロール８の間の隙間９および左右垂直ロ
ール１０，１１の間の隙間１２，１３のみとなる。した
がって、Ｈ形鋼のウェブ厚９とフランジ厚の１２，１３
については変化させることができるが、ウェブ内幅１Ｗ
は一定にならざるを得ない。その結果、Ｈ形鋼製品の厚
み９が異なるシリーズを圧延するに際し、左右のフラン
ジ厚１２，１３を変化させれば当然ウェブ内幅１Ｗと左
右のフランジ厚１２，１３を合計したウェブ高さＯＷは
種々の寸法に変化せざるを得ないことになる。

【０００５】すなわち、従来の圧延法で圧延されるＨ形
鋼は、図１１に示すごとくウェブ内幅１Ｗが一定であ
り、フランジ厚Ｔｆ１がＴｆ２に変化することによって
ウェブ高さＯＷ１がＯＷ２に変化する、いわゆるウェブ
内幅一定の製品シリーズとなる。もし、ウェブ高さ一定
のＨ形鋼製品シリーズをユニバーサル圧延機を用いた従
来圧延法で製造しようとすると、ウェブ内幅の変化に応
じて、粗圧延〜中間圧延〜仕上げ圧延の全工程における
上下水平ロールの大半を準備することになり、大量のロ
ール本数を必要とするとともに頻繁なロール組替え作業
を行なわなければならず、著しい製造コスト高をまねく
ので、実質的にこの方法を採用することは不可能であ
る。

【０００６】本願出願人は、このような従来法における
欠点を解消する一つの方法として、『斜行ロール方式に
よるフランジを有する形材の圧延方法』（特公平３−４
２１２２号公報）を先に提案している。この『斜行ロー
ル方式圧延方法』の特徴は、図６（ａ）および（ｂ）に
示すように、上下各２個の斜行ロール１５，１５’およ
び１６，１６’の外側面１９，１９’２０，２０’が材
料１７のフランジ内側２１，２２に接し、かつロール軸
Ｓが圧延方向と水平な面内において圧延方向と垂直な面
に対してθＨ、また、圧延方向と垂直な面内において圧
延方向と水平な面に対してθＶの角度を保ちつつ、前工
程においてウェブ中央部より厚く形成した余肉部１８を
圧下することによって、圧下された部分の材料を幅方向
へ流動せしめ、ウェブ波などを全く生じさせずに、ウェ
ブを幅方向に拡げることができる機能を有することであ
る。

【０００７】図７（ａ）に、この『斜行ロール方式圧延
方法』を採用した圧延機１４を、Ｈ形鋼の熱間圧延設備
列に組み込んだ例を示す。図中の中間ユニバーサル圧延
機（ＲＵ−Ｅ）２と斜行ロール方式圧延機（ＳＳ）１４
と水平ロールの胴幅が可変な仕上げ圧延機（ＦＵ）３を
組み合わせることによって、前述の代表的ニーズである
同図（ｃ）の［ウェブ高さ（ＯＷ）一定のＨ形鋼製品シ
リーズ」を少ないロール数で製造することが基本的に可
能となる。

【０００８】さらに図７（ａ），（ｂ）により、ウェブ
高さ（ＯＷ）一定のＨ形鋼製品シリーズの製造に斜行ロ
ール方式を適用した例を詳細に説明する。まず、中間ユ
ニバーサル圧延機群２（ＲＵ−Ｅ）で、粗圧延機１（Ｂ
Ｄ）から供給されるビームブランク４をウェブ両端部に
余肉部１８を有する断面形状２５まで造形する。すなわ
ち、中間ユニバーサル圧延機（ＲＵ）の上下水平ロール
の左右両端周面には凹部が設けられ、この凹部に鋼材を
充満させるように圧延し、断面形状２５まで造形するの
である。このように成形される断面形状２５の種類の数
は限定されるものではない。すなわち、素材は中間工程
においてユニバーサル圧延機で圧延し造形されるから、
ウェブ厚とフランジ厚を自由に変化させることが可能で
あり、製品シリーズに応じて必要な数の異なる断面形状
が造形される。ウェブ内幅ＩＷ１は一定でありウェブ高
さＯＷ１は必ずしも一定とはならない。中間ユニバーサ
ル圧延機群２で造形された断面形状２５、あるいは必要
に応じてウェブ厚とフランジ厚がさらに異なる断面形状
に造形された圧延素材は、斜行ロール方式圧延機１４
（ＳＳ）に送り込まれる。これら圧延素材は各々斜行ロ
ール方式圧延機１４（ＳＳ）によって製品のシリーズに
応じた必要な種々のウェブ内幅寸法ＩＷ２に拡幅圧延さ
れた断面形状２７となる。

【０００９】斜行ロール方式圧延機１４（ＳＳ）で造り
分けられた断面形状２７は、水平ロールの胴幅が可変な
仕上げ圧延機３（ＦＵ）によって製品シリーズに応じた
種々のウェブ内幅ＩＷ４を持った断面形状２８に整形圧
延され、ウェブ高さＯＷが一定でかつ製品シリーズに応
じたウェブ内幅ＩＷ６を持つ製品２９となる。また、製
品シリーズのなかでフランジ厚が最大でウェブ内幅が最
小の製品３１は、斜行ロール方式圧延機１４（ＳＳ）に
よるウェブ拡幅を行なわずに、水平ロールの胴幅が可変
な仕上げ圧延機３（ＦＵ）に直接中間ユニバーサル圧延
機群２の断面形状２５を用いることによって製造するこ
とが可能である。ただし、この場合には製品ウェブ内幅
ＩＷ５に対応する断面形状３０のウェブ内幅ＩＷ３と、
中間ユニバーサル圧延機群２の断面形状２５のウェブ内
幅ＩＷ１とは相互に適合した値に設定される。

【００１０】このように、特公平３−４２１２２号公報
の斜行ロール方式圧延方法は良好なウェブ拡幅機能を有
するが、異なるシリーズの製品を同一セットのロールか
ら製造するために、大きなウェブ拡幅を行おうとする
と、（イ）図８に示すようなコーナーＲ部４１、余肉部
と中央部４２の境界４３における局所的な厚み減少（以
下、くびれと称する）を発生させないために多量の余肉
が必要である、（ロ）余肉の量が形材の各サイズに対し
て同一量であるためウェブ高さを拡幅しない場合につい
ては非常に大きな余肉を仕上げ圧延機で圧下しなくては
ならない、（ハ）仕上げ圧延機は形材のウェブ内幅の変
化に対応して水平ロールの胴幅が可変な構造とする必要
があり従来の一体ロールに比較してロールの剛性と強度
が低くならざるを得ない、以上３つの理由から、製品ウ
ェブに余肉が残存するという問題が生じる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、異なるシリ
ーズの製品を上記のような問題を発生させずに同一セッ
トのロールから製造するために、斜行ロール方式圧延機
でウェブ拡幅を行う前の圧延工程で余肉の量を調整する
圧延方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段・作用】本発明の要旨は、
粗圧延工程、中間圧延工程、および仕上圧延工程からな
る形鋼圧延プロセスの前記中間圧延工程と仕上圧延工程
との間で、その軸芯が圧延方向に水平な面内でかつ圧延
方向に垂直な面に対して所定の角度θＨを有する左右一
対の斜行ロールを被圧延材のフランジ内側に配置してウ
ェブ高さの拡幅を行う形鋼の圧延法において、前記中間
圧延工程の少なくとも１基以上のユニバーサル圧延機の
上下水平ロールを、左右両端周面の各々にウェブ高さの
目標拡幅量と製品ウェブ厚から求めた必要最大余肉面積
の少なくとも１／４に相当する断面積の凹部を設けた形
状とし、該上下水平ロールで圧下されたウェブ両端部の
鋼材が前記凹部に充満しない圧延段階で、平均フランジ
圧下率と平均ウェブ圧下率との比率を変えることによ
り、フランジからウェブへのメタルフローを調整し、前
記上下水平ロールの凹部への鋼材充満度を制御すること
を特徴とするフランジを有する形鋼の自在圧延方法、お
よび中間圧延工程のうち、少なくとも１基以上のユニバ
ーサル圧延機の竪ロールを圧延入側もしくは圧延出側へ
移動させて、フランジからウェブへのメタルフローを調
整することを特徴とするフランジを有する形鋼の自在圧
延方法にある。

【００１３】以下、本発明の基本圧延プロセス、前記ユ
ニバーサル圧延機の上下水平ロールに設けた凹部の量の
決定方法、余肉圧下調整方法について図１〜図５を用い
て、さらに詳細に説明する。

【００１４】本発明の基本圧延プロセスは図１に示すよ
うに、ビームブランク４を供給する粗圧延機１（Ｂ
Ｄ）、該ビームブランク４を大略Ｈ形状に圧延するとと
もにウェブ２ａの両端部に余肉１８を成形するととも
に、余肉量を調整するユニバーサル圧延機ＲＵ、フラン
ジ部１ａの幅Ｆを成形するエッジャー圧延機Ｅ、前記余
肉を圧延しながらウェブ高さの拡幅を行う斜行ロール方
式圧延機１４、そして製品まで圧延する仕上げ圧延機３
により構成される。

【００１５】次に、図２に示した前記ユニバーサル圧延
機ＲＵの上下水平ロール２Ｈの左右両端周面の各々（４
カ所）に設けた凹部５０の量の決定方法について説明す
る。異なるシリーズの製品を同一ロールで、かつ各シリ
ーズ内ウェブ高さ一定で製造する場合の斜行ロールでの
各製品の目標拡幅量△Ｗｉは、図３に示すように、対象
製品シリーズ中の最小ウェブ内幅ＩＷｍｉｎとウェブ高
さを一定化した後の想定ウェブ内幅ＩＷｉとの差であ
り、この目標拡幅量△Ｗｉと製品ウェブ中央厚ｔｗとの
積（面積）の最大値が図１の中間ユニバーサル圧延機Ｒ
Ｕで成形する余肉１８の量、すなわち必要最大余肉面積
である。上下左右４カ所の凹部５０の量（断面積）Ａ０
は前記必要最大余肉面積の少なくとも１／４に相当する
ように設定する。

【００１６】ユニバーサル圧延機ＲＵで行う余肉調整
は、フランジ圧下率とウェブ圧下率との比を適正な値に
設定する方法もしくは、本願出願人が先に特開昭６３−
１９９００１号公報で提供したユニバーサル圧延機の竪
ロールを圧延入側もしくは出側に移動して圧延する方法
とを併用して行うものである。以下、その詳細を説明す
る。

【００１７】平均フランジ圧下率と平均ウェブ圧下率と
の比（ｒｆ／ｒｗ）およびユニバーサル圧延機の竪ロー
ルの圧延方向位置を変えて圧延を行った結果、図４
（ａ）に示す結果が得られた。

【００１８】ここで、平均フランジ圧下率とは各圧延パ
スのフランジ圧下率の和を圧延パス数で割った数値であ
り、平均ウェブ圧下率とは各圧延パスのウェブ圧下率の
和を圧延パス数で割った数値である。以下、平均フラン
ジ圧下率は単にフランジ圧下率、平均ウェブ圧下率はウ
ェブ圧下率と言う。図は、縦軸に縦ロールの圧延入側お
よび圧延出側への移動量、横軸に図２で示した凹部５０
への鋼材の充満度（充満した鋼材の断面積と凹部の断面
積との比を百分率で表示）をとり、フランジ圧下率とウ
ェブ圧下率との比（ｒｆ／ｒｗ）をパラメータとして表
示したものである。この図より、竪ロールを移動させず
（横軸方向での移動無し）、フランジ圧下率とウェブ圧
下率との比（ｒｆ／ｒｗ）を変えることにより図中の符
号ＡからＢの範囲内で鋼材の充満度を調整できることが
わかる。フランジ圧下率とウェブ圧下率との比（ｒｆ／
ｒｗ）を変えることで、鋼材の充満度を変えることがで
きる理由は、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、一般に
ユニバーサル圧延を行うと、フランジ圧下率がウェブ圧
下率より大きい場合にはフランジからウェブへのメタル
フローが、またウェブ圧下率がフランジ圧下率より大き
い場合にはウェブからフランジへのメタルフローが生じ
る。フランジ圧下率とウェブ圧下率との比（ｒｆ／ｒ
ｗ）を変えた場合のメタルフローの違いが鋼材の充満度
の違いを生むのである。

【００１９】一方、フランジ圧下率とウェブ圧下率との
比（ｒｆ／ｒｗ）を、たとえば１．０に固定して竪ロー
ル位置を圧延入側もしくは圧延出側へと移動させること
により、図中のＣからＤの範囲内で鋼材の充満度を調整
できることがわかる。ここで、竪ロール位置の入側への
移動の上限および出側移動の上限は、水平ロール側面と
竪ロールによりフランジが実用的な寸法精度以内で圧延
できる限界を示す。竪ロール位置を変えることにより鋼
材の充満度を変え得る理由を以下に説明する。

【００２０】図５に、ユニバーサル圧延時のフランジか
らウェブへのメタルフローの一般的な模式図を示した。
図中の記号は、Ａｗ０，Ａｗ１が圧延前後のウェブ断面
積を、Ａｆ０，Ａｆ１が圧延前後のフランジ断面積を、
△Ｍはフランジからウェブへのメタルフローを、各々示
している。

【００２１】また、△Ｍは式で表される。

【００２２】 △Ｍ＝（Ａｆ０・Ａｗ１−Ａｗ０・Ａｆ１）／（２Ａｆ０＋Ａｗ０）− 前記特開昭６３−１９９００１号公報技術は、竪ロール
を圧延入側に移動させることにより、上記のフランジか
らウェブへのメタルフロー△Ｍを大きくでき、竪ロール
を圧延出側に移動させると逆にフランジからウェブへの
メタルフロー△Ｍを小さくできる、という特性を用いて
フランジ幅を制御する技術である。本発明では、この手
段を利用し、大きな余肉が必要な場合には竪ロールを入
側に移動してフランジからウェブへのメタルフロー△Ｍ
を促進させ、ユニバーサル圧延機の水平ロールの凹部に
鋼材が十分充満するように圧延し、小さな余肉でよい場
合には竪ロールを出側に移動させフランジからウェブへ
のメタルフロー△Ｍを減少させ、ユニバーサル圧延機の
水平ロールの凹部に鋼材が充満しないように圧延する。

【００２３】さらに、フランジ圧下率とウェブ圧下率と
の比を適正な値に調整する方法と、ユニバーサル圧延機
の竪ロールを圧延入側または出側に移動して圧延する方
法とを組合せることにより、図４（ａ）の網かけ部の範
囲内で鋼材の充満度を広範な範囲で調整することができ
る。

【００２４】

【実施例】以下では、ウェブ高さ６００ｍｍ、フランジ
幅２００ｍｍのＨ形鋼とウェブ高さ６５０ｍｍ、フラン
ジ幅２００ｍｍのＨ形鋼を同一ロールにて製造する場合
について、従来の斜行ロール方式圧延方法（特公平３−
４２１２２号公報）を適用した場合と本発明を適用した
場合を比較して説明する。

【００２５】表１には、従来の斜行ロール方式圧延方法
を適用した場合の圧延結果を示した。設定余肉量は一定
（７５０ｍｍ² ）であるため、拡幅量が小さくてもよい
サイズについては斜行ロールで圧下されずに残った余肉
を仕上げ圧延機で圧下しなくてはならないが、仕上げ圧
延機はその構造上、ミル剛性が小さいため余肉残存量
（ウェブ余肉部厚−ウェブ中央部厚）が大きくなってし
まうことを確認した。なお、十分な余肉を付けているた
め、くびれは発生しなかった。

【００２６】

【表１】

【００２７】これに対して、表２は本発明を適用した場
合の圧延結果を示した。本発明では、拡幅量に応じて竪
ロールを圧延入側および出側に移動可能なユニバーサル
圧延機にて余肉調整を行う。その結果として、ユニバー
サル圧延機の竪ロール位置および圧延時の平均フランジ
圧下率と平均ウェブ圧下率との比（ｒｆ／ｒｗ）を変え
ることにより、水平ロールの凹部への鋼材充満度を約４
０％から１００％まで制御することができた。拡幅量が
零のサイズについては余肉断面積２９０ｍｍ²を仕上げ
圧延機で圧下したが、この余肉断面積は十分に成形でき
る量であり、拡幅を行うサイズと同等の余肉残存量であ
った。また、拡幅を要するサイズについてはくびれは発
生せず、良好な寸法精度の製品が得られた。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【発明の効果】本発明を斜行ロール方式によるフランジ
を有する形鋼の製造プロセスに適用することにより、斜
行ロールにより極端に大きなウェブ拡幅を行ってもウェ
ブくびれは発生せず、また、ウェブ拡幅を行わない場合
でも良好なウェブ厚み分布を有する製品に仕上げ圧延が
可能であり、任意のウェブ高さのＨ形鋼製品シリーズを
良好な品質でかつ極めて少ないロール数で製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）：本発明によるＨ形鋼の圧延方
法の概略図。

【図２】（ａ），（ｂ）：本発明の中間ユニバーサル圧
延機の上下水平ロールの左右両端周面に凹部を設ける方
法の説明図。

【図３】必要最大余肉面積の決定方法の説明図。

【図４】（ａ）：余肉調整方法の説明図。 （ｂ）、（ｃ）：余肉調整方法の説明図。

【図５】ユニバーサル圧延時のフランジからウェブヘの
メタルフローの模式図。

【図６】斜行ロール方式圧延法の説明図。

【図７】（ａ），（ｂ）：斜行ロール方式圧延の装置お
よび圧延機の機能説明図。 （ｃ）：斜行ロール方式圧延法による製品の略図。

【図８】ウェブくびれの説明図。

【図９】（ａ），（ｂ）：従来のＨ形鋼圧延装置列の代
表例と、粗、中間、仕上げの各圧延機で圧延された各材
料断面形状の説明図。

【図１０】Ｈ形鋼を圧延するユニバーサル圧延ロールと
被圧延材との関係に基づくユニバーサル圧延機の機能説
明図。

【図１１】ウェブ内幅一定の製品シリーズの説明図。

【符号の説明】

１…ブレークダウン圧延機 ２…ＲＵ−
Ｅ群 ３…仕上ユニバーサル圧延機 ４〜６…圧
延材 １４…斜行ロール方式圧延機 １５，１
５’…斜行ロール １６，１６’…斜行ロール １８…余肉 ５０…凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広口貴敏 堺市築港八幡町１番地 新日本製鐵株式会 社堺製鐵所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粗圧延工程、中間圧延工程、および仕上
   圧延工程からなる形鋼圧延プロセスの前記中間圧延工程
   と仕上圧延工程との間で、その軸芯が圧延方向に水平な
   面内でかつ圧延方向に垂直な面に対して所定の角度θＨ
   を有する左右一対の斜行ロールを被圧延材のフランジ内
   側に配置してウェブ高さの拡幅を行う形鋼の圧延法にお
   いて、前記中間圧延工程の少なくとも１基以上のユニバ
   ーサル圧延機の上下水平ロールを、左右両端周面の各々
   にウェブ高さの目標拡幅量と製品ウェブ厚から求めた必
   要最大余肉面積の少なくとも１／４に相当する断面積の
   凹部を設けた形状とし、該上下水平ロールで圧下された
   ウェブ両端部の鋼材が前記凹部に充満しない圧延段階
   で、平均フランジ圧下率と平均ウェブ圧下率との比率を
   変えることにより、フランジからウェブへのメタルフロ
   ーを調整し、前記上下水平ロールの凹部への鋼材充満度
   を制御することを特徴とするフランジを有する形鋼の自
   在圧延方法。
2. 【請求項２】 中間圧延工程のうち、少なくとも１基以
   上のユニバーサル圧延機の竪ロールを圧延入側もしくは
   圧延出側へ移動させて、フランジからウェブへのメタル
   フローを調整することを特徴とする請求項１記載のフラ
   ンジを有する形鋼の自在圧延方法。