JPH09174103A - フランジを有する形材の圧延方法および圧延装置列 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｈ形材などのフランジを有する形材をユニバ
ーサル圧延で製造するに際し、コンパクトな圧延装置列
により能率良く経済的に安定生産する。 【解決手段】 Ｈ形材、Ｉ形材等のフランジを有する形
材の材料のフランジ部を外傾斜して圧延する１基あるい
は複数基のユニバーサル圧延装置に材料を続けて繰り返
し通材し、最終製品のウェブ厚・フランジ厚およびフラ
ンジ幅の形材に造形した後に、フランジ成形装置により
被圧延材を延伸せしめることなくフランジの角度をウェ
ブに対して直角に仕上矯正する。

Description

【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、Ｉ形鋼など
のフランジを有する形材を効率よく製造する圧延方法お
よび圧延装置列に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４に、一般的なユニバーサル圧延によ
るＨ形材の製造法を示す。この図において加熱炉１１に
より加熱された矩形断面のスラブ素材は、粗圧延装置１
２、中間ユニバーサル圧延装置９１とエッジャー圧延装
置９２をタンデムに配置した中間圧延装置列１３、仕上
げユニバーサル圧延装置１４によって圧延される。通
常、前記の粗圧延装置１２は複数の孔型が刻設された２
Hi圧延装置であり、スラブ素材はこの粗圧延装置でドッ
グボーン状の粗形材に造形される。ついで、図５(a) に
示す上下水平ロール９１ａと左右の竪ロール９１ｂを有
する中間ユニバーサル圧延装置９１と、図５(b) に示す
上下水平ロール９２ａを有するエッジャー圧延装置９２
を組み合わせた中間圧延装置列１３で往復に１１回前後
材料をパスさせていわゆる中間リバース圧延が行われ
る。

【０００３】一般に、中間ユニバーサル圧延装置９１の
左右の竪ロール９１ｂは図６(b) の２１ｂの如く上下の
端部寄りが細くなったいわゆる裁頭円錐状に形成されて
おり、上下水平ロール９１ａとエッジャー圧延装置９２
の水平ロール９２ａもそれに対応して図６(b) の２１ａ
と図６(c) の２２ａのような形状をしており、いずれも
材料の断面をフランジが外傾斜したＸ型に近い形状に保
つことから、この圧延を「Ｘ圧延」と称することもあ
る。

【０００４】ついで、中間リバース圧延の終了後に引き
続いて前記図５(a) の中間ユニバーサル圧延装置９１と
同様に上下水平ロール１４ａと左右の竪ロール１４ｂを
有する仕上げユニバーサル圧延装置１４で、通常は１パ
スで仕上げられる。仕上げユニバーサル圧延装置１４の
左右の竪ロール１４ｂは直円筒形であり材料の断面形状
がＨ型になることから、この圧延を「Ｈ圧延」と称する
こともある。圧延終了後は図４に示した鋸断機１５で所
定の長さに鋸断され、冷却床１６で冷却される。このと
き製品には上下・左右の曲がりが生じるので、ローラ矯
正機１７により矯正され最終製品となる。

【０００５】上述の設備配置では中間圧延装置列１３と
仕上げユニバーサル圧延装置１４とがエッジャー圧延装
置９２で圧延される材料の長さ以上に離れているが、装
置列の専有スペース（建屋長さ）を縮小するために特開
昭５６−１０９１０１号公報では、仕上げユニバーサル
圧延装置１４の位置をエッジャー圧延装置９２などに近
づけることにより、粗圧延装置１２から仕上げユニバー
サル圧延装置１４までの距離を縮めている。

【０００６】ただし、この公報技術では中間ユニバーサ
ル圧延装置９１とエッジャー圧延装置９２とによる中間
ユニバーサル圧延（Ｘ圧延）の間は仕上げユニバーサル
圧延装置１４のロール間隙を開いておき、Ｘ圧延の終了
後に仕上げユニバーサル圧延装置１４による仕上ユニバ
ーサル圧延（Ｈ圧延）を行なうので、材料に対する圧延
工程そのものは図４の装置列におけるものと基本的には
同一である。従って、特開昭５６−１０９１０１号公報
に開示される圧延方法と装置列では中間ユニバーサル圧
延ないし仕上ユニバーサル圧延に関して必要な装置列の
長さを短縮したという利点はあるものの生産能率等に関
しては基本的に改善ができない。

【０００７】特公平６−８３８４５号公報、特開平６−
３３５７０１号公報に開示される圧延方法と装置列で
は、更にこの点を改善したものであり、図６(a) のよう
にユニバーサルミル２１、２３とエッジャーミル２２を
近接配置して、ユニバーサルミル２１とエッジャーミル
２２のロールはそれぞれ図６(b) 、(c) の形状にして材
料のフランジ部分を広げて外傾斜させて圧延するいわゆ
るＸ圧延を、ユニバーサルミル２３では図６(d) の形状
にして材料のフランジ部分をウェブと直角にして圧延す
るいわゆるＨ圧延を行うようにしている。材料をユニバ
ーサルミル２１とエッジャーミル２２、およびもう一つ
のユニバーサルミル２３とに続けて通材し、かつそれを
繰り返すことによって「Ｘ−Ｈユニバーサルタンデムリ
バース圧延」をする。

【０００８】このような、Ｘ−Ｈ圧延は、最終パスにお
いて最後にＨ圧延がなされるようにすれば、即ちフラン
ジ部分をウェブと直角にするユニバーサルミル２３が最
後になるように材料を通せば、必要かつ適正な仕上げ圧
延を成しうるが、それに加えて、従来よりも少ないパス
回数で能率的にその中間・仕上げユニバーサル圧延を完
了する。図４の装置列では、２基のミルのみでパスを繰
り返しているのにたいし、図６の装置列では、Ｘ−Ｈ圧
延で３基のミルに繰り返して材料を通すのでリバースパ
ス回数は前者の１／２〜１／３となるからである。リバ
ースパス回数が減ると生産能率が高くなるとともに、圧
延中の材料の温度降下も小さくなるという利点がある。

【０００９】しかし、この装置では以下の難点がある。
すなわち、本来仕上げユニバーサル圧延装置では１パス
で軽圧下の仕上げＨ圧延を行なうものであり、Ｈ形状を
したロールでＸ圧延相当の圧下率で多パス圧延を行なう
と、水平ロール側面の摩耗が激しくなる。特に、水平ロ
ール側面の傾斜がウェブに対して垂直に近いほど、材料
の圧延に伴う磨砕作用が激しくなり当該部分の摩耗が急
速に進行するばかりでなく、摩耗部のロール旋削による
修復のためのロール直径の改削量も莫大となる。このよ
うな問題から、この装置列では既述の真の効果を発揮で
きず、折角「Ｘ−Ｈユニバーサルタンデムリバース圧
延」が可能な設備にしても後段のＨ圧延のユニバーサル
圧延装置２３では軽圧下あるいは最終パスのみでの仕上
げ圧延程度に留まらざるを得ず、生産性を高めるための
有効な手段となりえなかった。また、生産性をあまり要
求されない場合でも最低２基のユニバーサル圧延装置２
１、２３が、各々「Ｘ圧延」と「Ｈ圧延」でなければな
らなかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ユニバーサ
ルミルによるＨ形材などのフランジを有する形材の圧延
に際して、ロールの摩耗を軽減しつつ生産能率を高め、
しかも設備費用や設置スペースについても削減可能とす
る新規な圧延方法とその装置列の提供を目的とするもの
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の構成を
要旨とする。 (1) Ｈ形材、Ｉ形材等のフランジを有する形材の材料の
フランジ部を外傾斜して圧延する１基あるいは複数基の
ユニバーサル圧延装置に材料を続けて繰り返し通材し、
最終製品のウェブ厚・フランジ厚およびフランジ幅の形
材に造形した後に、ユニバーサル圧延装置の後面に配設
したフランジ成形装置により、外傾斜した被圧延材を延
伸せしめることなくフランジの角度をウェブに対して直
角に仕上矯正することを特徴とするフランジを有する形
材の圧延方法、(2) ユニバーサル圧延装置を複数基用
い、前段のユニバーサル圧延装置よりも後段のユニバー
サル圧延装置の方が、被圧延材のフランジに与える外傾
斜の角度が小さくなるように設定して圧延することを特
徴とする(1) 記載のフランジを有する形材の圧延方法、
(3) ロール軸方向中心から軸端に向かって裁頭円錐状に
形成された竪ロールを有するユニバーサル圧延装置と、
水平ロールにて材料のフランジ端部を圧下するエッジン
グ圧延装置とを各１基あるいは複数基繰り返し往復圧延
可能なように連続配設し、前記ユニバーサル圧延装置の
後面に、外傾斜した被圧延材を延伸せしめることなく各
フランジの角度をウェブに対して直角に矯正するフラン
ジ成形装置を配設したことを特徴とするフランジを有す
る形材の圧延装置列、(4) 外傾斜した被圧延材のフラン
ジ両端面を把持する誘導ローラを設けるとともに、該誘
導ローラの圧下点を、外傾斜したユニバーサル水平ロー
ル側面と竪ロール側面との空間内に位置せしめた精密ユ
ニバーサル圧延装置１基あるいは複数基を繰り返し往復
圧延可能なように配設し、前記精密ユニバーサル圧延装
置の後面に、外傾斜した各フランジの角度をウェブに対
して直角に矯正するフランジ成形装置を配設したことを
特徴とするフランジを有する形材の圧延装置列、(5) 精
密ユニバーサル圧延装置の前面または後面にエッジング
圧延装置を有しないことを特徴とする(4) 記載のフラン
ジを有する形材の圧延装置列。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に対応した形材
の圧延方法では、Ｈ形、Ｉ形材等のフランジを有する形
材のユニバーサル圧延を次のように行なう。まず、１基
あるいは複数基の裁頭円錐状の垂直ロールを有するユニ
バーサル圧延装置に材料を続けて繰り返し通材し、材料
のフランジ部分は外傾斜したまま「Ｘ−Ｘ圧延」による
中間・仕上げ圧延を行なう。この圧延段階の最終パス
で、材料は最終製品のウェブ厚・フランジ厚およびフラ
ンジ幅に造形される。次いで、このユニバーサル圧延装
置群の後面に配置したフランジ成形装置により外方に傾
斜したフランジ部分をウェブに対して直角になるように
熱間仕上げ成形する。この成形段階ではフランジ部をウ
ェブに対して直角にするのみであり、被圧延材は延伸さ
せない。フランジ成形装置を導入することにより、従来
の「Ｘ−Ｈ圧延」で問題であったＨ圧延でのロール摩耗
と改削量の増大を、Ｘ圧延とすることにより抑止でき
る。加えて、Ｘ−Ｈ圧延と比較して本発明のＸ−Ｘ圧延
では後段ユニバーサル圧延でフランジが外傾斜している
ので１パス当たりの圧下率を相対的に大きくとることが
できるので、Ｘ−Ｈ圧延よりも更に高い生産能率や有利
な圧延温度条件をもたらす。

【００１３】図１は本発明に関わる装置列の代表例を示
す。図１(a）は請求項３に対応し、本発明の基本的な装
置列であり、従来の構造と同一なユニバーサル圧延装置
９１を２基とエッジング圧延装置９２により「Ｘ−Ｘユ
ニバーサルタンデムリバース圧延」にて中間・仕上げ圧
延を行い、しかるのちフランジ成形装置１４１にて外傾
斜した被圧延材の上下左右フランジの角度を垂直に矯正
するようにしたものである。

【００１４】図１(b）は請求項３、４に対応し、(a）の
後段側のユニバーサル圧延装置９１を精密ユニバーサル
圧延装置１４に置き換えたもので基本的な通材プロセス
は(a）に同じであるが、寸法精度の造り込み性に優れ
る。

【００１５】図１(c）は請求項３に対応し、(a）の後段
側のユニバーサル圧延装置９１を省略したもので、生産
量よりも設備費の初期投資を最小に留めたい場合に適し
ており、将来、生産量の増大と投資資金の蓄積に伴って
後段のユニバーサル圧延装置９１を増設するというステ
ップアッププランに好適な装置列である（請求項３に対
応）。

【００１６】図１(d）は請求項４、５に対応し、(a）の
２基のユニバーサル圧延装置９１を精密ユニバーサル圧
延装置１４に置き換えエッジング圧延装置９２を省略し
たもので、設備費が(a）に比べて削減できる。ただし、
本格的なエッジング圧延装置を省略しているのでフラン
ジ幅の造り分けが必要な場合は(a）の方が適している。

【００１７】図１(e）は請求項４、５に対応し、１基の
精密ユニバーサル圧延装置１４のみで「Ｘ−Ｘユニバー
サルリバース圧延」を行なうもので初期設備投資を極限
まで抑えたものである。本配列ではユニバーサル連続圧
延にともなう高度の圧延技術を必要としないという利点
もある。

【００１８】いずれの装置列でも「Ｘ−Ｘユニバーサル
リバース圧延」を適用してユニバーサル圧延装置９１あ
るいは精密ユニバーサル圧延装置１４により仕上げ圧延
された被圧延材のフランジは、図２(a) 、(b) に示す水
平ロールの外傾斜角度γと同じ角度で外傾斜しているの
で、ユニバーサル圧延装置群の後面にフランジ角度をウ
ェブ面に対して垂直に熱間矯正するフランジ成形装置１
４１を設置する。このフランジ成形装置は水平ロールと
竪ロールを備えた所謂一般のユニバーサル圧延装置を用
いてよく、圧延荷重や動力は通常の仕上圧延と比較して
ごく小さいという特徴から設備的には小型でよい。ま
た、水平ロールは左右分割して胴幅可変式とすることに
より全サイズ共通化が容易にできる。

【００１９】ここで、フランジ成形装置として特開平３
−２８５７２１号公報に開示されているような図２(c)
のフランジ成形装置１４１を用いてもよい。図におい
て、左右に分割された４本の水平ロール１４４の各々一
対を内傾斜の所望の角度に設定し、その外側に配した竪
ロール１４５を逆山形の凹面１４６に形成してなるフラ
ンジ成形装置１４１を仕上圧延後に最終工程としてパス
させる。このフランジ成形装置１４１を通過させてＨ形
鋼のフランジにマイナス傾斜（外傾斜と反対方向）を付
与することによりスプリング・バックと合わせて正確な
フランジ部とウェブを形成させる。これにより、製品の
精度を向上し、ロールの使用期間を大幅に延長すること
ができる。この装置は設備の規模がガイドなどの圧延付
属品のレベルですむので設備費が正規のユニバーサル圧
延装置に対し１／２０以下と非常に安価ですむ。

【００２０】本発明の請求項４、５で適用する精密ユニ
バーサル圧延装置１４は特願平６−３８４１５に記載の
もので図３にその構造を示す。ユニバーサル圧延装置１
４の前面に圧延材１の上フランジ端部１ａを拘束して誘
導する上ローラ２ａと下フランジ端部１ｂを拘束して誘
導する下ローラ２ｂを配設している。本装置では、この
上ローラ２ａと下ローラ２ｂとを総称して誘導ローラと
称する。この上下ローラ２ａ、２ｂは軸受けを介して図
示しない上下ローラ支軸に回転自在に保持される。上下
ローラ支軸は各々上下方向の位置調整が可能で上下ロー
ラ２ａ、２ｂの位置を圧延条件に合わせて適正に設定で
きる。上下ローラ２ａ、２ｂは上下水平ロール１４ａの
側面と左右の竪ロール１４ｂで構成されるロール間隙に
挿入されている。なお、１４ｃは上下水平ロール１４ａ
のロール主軸である。上下ローラ２ａ、２ｂは、材料の
噛込開始位置へ物理的に可能な限り接近させる。本装置
は誘導ローラによりフランジ先端部の軽圧下を行うこと
ができるので、パススケジュール、圧下量等の圧延条件
を設定することにより、従来のユニバーサル圧延装置の
前面または後面に一対に配置されていたエッジャーミル
（圧延装置９２）を省略した圧延装置列に構成すること
も可能である（請求項５に対応）。

【００２１】ところで、前記した本発明装置列のユニバ
ーサル圧延装置９１、１４を複数基数配置する場合、図
２(a) 、(b) に示す水平ロールの外傾斜角度γを前段側
は(a) 図のように大きく、後段側は(b) 図のように小さ
く設定すると、仕上げユニバーサル圧延での製品の品質
を高度に維持しながら、水平ロールの外傾斜角度γを許
容限界まで大きくできるので、ロールの側面摩耗と修復
のための改削量が低減でき、ロールの長期使用が可能と
なる。水平ロールの外傾斜角度γの下限は圧延における
竪ロールと水平ロール間の圧下性、スリ疵発生特性、ロ
ール改削修復性から決まり、上限は屈曲フランジの平坦
化整形性から決まる。一般に前段側の外傾斜角度γは 1
0 〜3 度、後段側の外傾斜角度γは0.3 〜6 度程度とす
るのが望ましい（請求項２に対応）。

【００２２】本発明の方式を適用してＨ６００×３００
〜Ｈ２００×１００のサイズを生産した結果、従来の
「Ｘ−Ｈユニバーサルタンデムリバース圧延」において
問題となっていたロールの局部摩耗による圧延途中での
生産中断が解消したので、Ｘ−Ｈユニバーサルタンデム
リバース圧延の本来の期待効果を十分に発揮できるよう
になり、生産能率が従来の図４の方法に対し約５０％と
飛躍的に向上できた。また、製品の表面性状も圧延終了
まで平滑で美麗さを維持し良好な品質を確保できた。

【００２３】

【発明の効果】本発明のフランジを有する形材の圧延方
法とその装置列では、「Ｘ−Ｘユニバーサルリバース圧
延」が可能となるので、ロールの耐用を確保しつつ能率
良く、表面性状や形状精度の良好なＨ形材などの製品を
製造できる。また、生産規模に応じて各種のミル配置を
自由に構成できるので、生産条件に応じて段階的にステ
ップアップする設備計画を合理的に策定することが可能
となる。特に、極限では１基の精密ユニバーサル圧延装
置でも誘導ローラによりフランジ先端のエッジング機能
も有するのでエッジャーミルを省略でき、操業条件に応
じたコンパクトで安価な圧延装置列を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) 、(b) 、(c) 、(d) 及び(e) は本発明装置
列の略図。

【図２】(a) 、(b) 及び(c) は本発明のフランジ角度を
熱間矯正するフランジ成形装置の実施例を示す正面概略
図および工程説明図。

【図３】(a) 及び(b) は本発明の精密ユニバーサル圧延
装置の実施例の正面及び側面を示す概略図。

【図４】従来の圧延Ｈ形材の製造工程略図。

【図５】(a) 、(b) はＨ形材のユニバーサル、エッジャ
ー圧延方法を示す図。

【図６】(a) 、(b) 、(c) 及び(d) は圧延Ｈ形材の「Ｘ
−Ｈユニバーサルタンデムリバース圧延」による圧延装
置の概略配置図、ユニバーサル〜エッジング圧延方法を
示す図。

【符号の説明】

１：圧延材（Ｈ形材） １１：加熱炉 １２：粗圧延装置 １３：中間圧延装置列 １４：仕上げ圧延装置 精密ユニバーサル圧延機 １５：鋸断機 １６：冷却床 １７：ローラ矯正機 ９１、２１、２３：ユニバーサル圧延装置 ９２、２２：エッジング圧延装置 １４１フランジ成形装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生田 和重 大阪府堺市築港八幡町１番地 新日本製鐵 株式会社堺製鐵所内 (72)発明者 保木本 達也 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新 日本製鐵株式会社機械・プラント事業部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｈ形材、Ｉ形材等のフランジを有する形
   材の材料のフランジ部を外傾斜して圧延する１基あるい
   は複数基のユニバーサル圧延装置に材料を続けて繰り返
   し通材し、最終製品のウェブ厚・フランジ厚およびフラ
   ンジ幅の形材に造形した後に、ユニバーサル圧延装置の
   後面に配設したフランジ成形装置により、外傾斜した被
   圧延材を延伸せしめることなくフランジの角度をウェブ
   に対して直角に仕上矯正することを特徴とするフランジ
   を有する形材の圧延方法。
2. 【請求項２】 ユニバーサル圧延装置を複数基用い、前
   段のユニバーサル圧延装置よりも後段のユニバーサル圧
   延装置の方が、被圧延材のフランジに与える外傾斜の角
   度が小さくなるように設定して圧延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材の圧延方法。
3. 【請求項３】 ロール軸方向中心から軸端に向かって裁
   頭円錐状に形成された竪ロールを有するユニバーサル圧
   延装置と、水平ロールにて材料のフランジ端部を圧下す
   るエッジング圧延装置とを各１基あるいは複数基繰り返
   し往復圧延可能なように連続配設し、前記ユニバーサル
   圧延装置の後面に、外傾斜した被圧延材を延伸せしめる
   ことなく各フランジの角度をウェブに対して直角に矯正
   するフランジ成形装置を配設したことを特徴とするフラ
   ンジを有する形材の圧延装置列。
4. 【請求項４】 外傾斜した被圧延材のフランジ両端面を
   把持する誘導ローラを設けるとともに、該誘導ローラの
   圧下点を、外傾斜したユニバーサル水平ロール側面と竪
   ロール側面との空間内に位置せしめた精密ユニバーサル
   圧延装置１基あるいは複数基を繰り返し往復圧延可能な
   ように配設し、前記精密ユニバーサル圧延装置の後面
   に、外傾斜した各フランジの角度をウェブに対して直角
   に矯正するフランジ成形装置を配設したことを特徴とす
   るフランジを有する形材の圧延装置列。
5. 【請求項５】 精密ユニバーサル圧延装置の前面または
   後面にエッジング圧延装置を有しないことを特徴とする
   請求項４記載のフランジを有する形材の圧延装置列。