JPH09174104A - 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、Ｉ形材等のフランジを有する形材
の材料のフランジ部分を外傾斜して圧延するユニバーサ
ル圧延装置列に材料を続けて繰り返し通材するに際し、
ウェブ厚を同時圧下しつつフランジのエッジング圧延を
行いバルジングの発生を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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６は、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。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１２、
中間ユニバーサル圧延装置９１とエッジング圧延装置９
２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２Hi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。

【０００３】ついで、図７(a) に示す上下水平ロール９
１ａ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７(b) に示す上下水平ロール９２ａ
を有するエッジング圧延装置９２を組み合わせた中間圧
延装置列１３で１１回前後材料を往復パスさせていわゆ
る中間リバース圧延が行なわれる。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８(b)
の２１ｂの如くロール幅方向中心から軸端に向かって裁
頭円錐状に形成されており、上下水平ロール９１ａとエ
ッジング圧延装置９２の水平ロール９２ａもそれに対応
して図８(b) の２１ａと図８(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、引き
続いて前記図７(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
スで仕上げ圧延を行なう。仕上げユニバーサル圧延装置
１４の左右の竪ロール１４ｂは図７(a) や図８(d) の２
３ｂのように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６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とがエッジング圧延装
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の位置をエッジング圧延装置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。ただし、こ
の公報では中間ユニバーサル圧延装置９１とエッジング
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６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。

【０００６】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８(a) のよう
にユニバーサル圧延装置２１、２３とエッジング圧延装
置２２を近接配置している。ユニバーサル圧延装置２１
とエッジング圧延装置２２のロールはそれぞれ図８
(b)、(c) の形状とし圧延材１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
圧延装置２３では図８(d) の形状にして圧延材１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圧延装置２
１とエッジング圧延装置２２、およびもう一つのユニバ
ーサル圧延装置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。

【０００７】このような、Ｘ−Ｈ圧延は、最終パスにお
いてＨ圧延で終了するようにすれば、即ちフランジ部分
をウェブと直角にするユニバーサル圧延装置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６の装置列では、２基の圧延装置のみでパスを
繰り返しているのに対し、図８の装置列では、Ｘ−Ｈ圧
延で３基の圧延装置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ほぼ１／２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。

【０００８】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
したロールにより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。

【０００９】図５は従来の１パスで軽圧下の仕上げＨ圧
延をした場合の仕上げロールの摩耗を実測した例であ
る。本例はＨ４００×２００を３０００ｔ圧延した時の
実績であり、図５(a) は水平ロール側面の摩耗深さＸ
（ロール材質；アダマイト）、図５(b) は竪ロール周面
の摩耗深さＸ（ロール材質；ダクタイル鋳鉄）を示す。
いずれのロールもフランジ先端部側に摩耗が局部的に集
中している。これ以上ロール摩耗が進行すると、製品の
表面性状が悪化するばかりでなく厚み公差的にも品質の
保証が困難となるので、圧延を中止せざるをえない。ま
して、この仕上げロールで多パス圧延すると、材料の圧
延通過距離にほぼ比例して摩耗量も増大するので圧延耐
用トン数は反比例して減少する。

【００１０】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、生産設備を折角「Ｘ−Ｈユニ
バーサルタンデムリバース圧延」が可能な装置列にして
も、実操業での運用では後段のＨ圧延のユニバーサル圧
延装置２３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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ユニバーサ
ル圧延装置による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。

【００１２】

【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。 Ｈ形、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ユニバーサル圧延装置と
エッジング圧延装置、および、材料のフランジ部をウェ
ブと直角にして圧延するユニバーサル圧延装置とに材料
を続けて繰り返し通材することにより中間・仕上げユニ
バーサル圧延を行なう方法において、前記エッジング圧
延装置でのエッジング圧延に際し、フランジ幅圧下率に
対し所定のウェブ厚圧下率を付与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。但し、 フランジ幅圧下率（ｒ_F ) ：エッジング量（ΔＦ_E ）／フランジ幅（Ｆ） ウェブ厚圧下率 （ｒ_W ) ：ウェブ圧下量（Δｔ_W ）／ウェブ厚（ｔ_W ） ロール幅方向中心から軸端に向かって裁頭円錐状に
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
延装置および直円筒形の竪ロールを有するユニバーサル
圧延装置から構成される中間・仕上げユニバーサル圧延
装置列において、前記エッジング圧延装置のロールの相
対的な孔型深さを圧延パス毎に変更可能な径可変エッジ
ング圧延装置と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。

【００１３】

【発明の実施の形態】先ず、図５のロール摩耗原因とそ
の打開策について、本発明者らが各種の実験と解析によ
り得た知見を述べる。ユニバーサル圧延においてロール
の摩耗がフランジ先端部側に集中する主な原因は、ユニ
バーサル圧延前の材料を加工する工程である図８(c) の
エッジング圧延装置２２でフランジ幅の斉寸とフランジ
先端の整形および鍛練を行うとき、エッジング圧延を受
けた材料のフランジ先端厚が局部的に増大していわゆる
バルジングを生じるためである。図３は、フランジ幅
Ｆ、フランジ厚ｔ_F 、ウェブ厚ｔ_W の材料のフランジを
エッジング量ΔＦ_E だけエッジング圧延したときにバル
ジング量ΔＢが生じる状態を示す模式図である。

【００１４】ところで、摩耗の発生メカニズムには凝着
摩耗説やアブレシブ摩耗説などがありそれらに基づき各
種の摩耗理論式が提唱されているが、そのいずれにおい
ても、ロールの摩耗深さＸは圧延中にロールバイト中で
発生する「圧延圧力Ｐ」とロールと材料間の相対的な
「すべり距離Ｓ」に比例することを示している（例え
ば、桜井・広中；トライボロジー、共立出版（１９８
４））。そこで、各種圧延条件について、三次元有限要
素法により、「圧延圧力Ｐ」と「すべり距離Ｓ」をロー
ルバイト中の各部位について算定した。

【００１５】図４に、水平ロール側面についてロール１
回転当たりの圧延圧力Ｐとすべり距離Ｓの積を水平ロー
ルのコーナーからの距離ｙに対応して積分した結果を例
示する。バルジング量ΔＢ＝６ mm はエッジング量ΔＦ
_E ＝１２ mm を付与したときに発生するものであり、バ
ルジング部に対応した「圧延圧力×すべり距離ＰＳ」の
ピーク値はバルジングの全くない場合（ΔＢ＝０ mm ）
に対しほぼ２倍となっている。しかも、ΔＢ＝０ mm に
おいては、「圧延圧力×すべり距離ＰＳ」の分布が水平
ロールのコーナーからの距離ｙの全域にわたりほぼ同一
であり、このことは、バルジングを抑制できれば水平ロ
ール側面の摩耗がほぼ一様に進行することを示唆してい
る。したがって、局部的な摩耗の発生を防止できればロ
ールの圧延可能トン数は飛躍的に増大できるので、バル
ジング量を抑制できればその効果は大きい。

【００１６】バルジング量ΔＢの発生を抑制する方法と
しては、先ず、バルジングの発生が問題となるフランジ
先端部を厚み方向に拘束することが考えられるが、中間
ユニバーサル圧延での多パス圧延を考慮するとパス毎に
フランジ厚の変化に対応する必要を生じ装置が煩雑とな
る。圧延理論的にはエッジング圧延に伴う圧下力を内部
に浸透させフランジ先端部の局所的な肉厚増大を防止す
る方法としてロール直径を極力大きくすることも考えら
れるが、設備の規模を考えると実用的ではない。

【００１７】そこで、エッジングによるフランジ幅の縮
小に際し、フランジ先端の局所的な肉厚増大を抑制しつ
つ円滑に行うための補助手段として、内部張力を利用す
ることを考えた。すなわち、フランジのエッジング圧延
と同時にウェブを圧延して、ウェブの延伸作用によりフ
ランジ部に長手方向の張力を加えて局部的なバルジング
の発生を抑制するプロセスを着想した。

【００１８】図２にＨ４００×２００についての鉛モデ
ル実験の結果を示す。図において、バルジング発生比と
は、ウェブ厚圧下を付与した場合のバルジング量ΔＢ₁
をウェブ厚圧下を付与しない場合のバルジング量ΔＢ₀
で除した値である。ウェブ圧下付与の効果はフランジ幅
圧下率ｒ_F の大きいほど顕著となる。フランジ幅圧下率
ｒ_F （エッジング量ΔＦ_E ／フランジ幅Ｆ）に対しウェ
ブ厚圧下率ｒ_E （ウェブ圧下量Δｔ_W ／ウェブ厚ｔ_W ）
を増大するにつれて、バルジング発生比すなわちバルジ
ング量ΔＢが減少する。しかし、フランジ幅圧下率ｒ_F
よりもウェブ厚圧下率ｒ_W を過大にするとウェブに発生
する相対的な長手方向の圧縮力が増大しウェブ波を惹起
する。かつ、ウェブ圧下が大きくなると、ウェブの幅拡
がりによりエッジングロールと材料間の空間が大きくな
り圧延中に材料が左右に揺動し寸法形状不良の原因とな
る。

【００１９】従って、良好な寸法形状を維持しつつロー
ル耐用度を最大限界まで活用するには、フランジ幅圧下
率とほぼ同等のウェブ厚圧下率（ｒ_W ／ｒ_F が約１）を
付与するのが適正である（請求項１に対応）。本発明に
おいて、フランジ幅圧下率に対して所定のウェブ厚圧下
率を付与するとは、このような意味で用いるものであ
る。

【００２０】本発明の請求項２に対応したエッジング圧
延装置２２で用いる径可変エッジング圧延装置６０の具
体的な構成の一例を図１に示す。本例はバックアップロ
ール式であり、ウェブ圧延ロール６１の軸部６２の外周
に転動自在に当てた一対のバックアップロール６３と、
バックアップロールに支承されたフランジ圧下用ワーク
ロール６４を設け、前記バックアップロール６３が矢印
Ｂ方向に開閉する構造となっている。バックアップロー
ル６３の開閉でフランジ圧下用ワークロール６４が矢印
Ａ方向に変位してフランジ片幅ＦＳ（孔型深さ）を各パ
ス毎に圧下調整できるようになっている。所要のフラン
ジ片幅ＦＳになるようにフランジ圧下用ワークロール６
４を変位させて所定のエッジング量ΔＦ_E のエッジング
圧延をおこなう。

【００２１】このとき、同時にフランジ幅圧下率ｒ_F と
同等のウェブ厚圧下率ｒ_W となるようにウェブ圧下量Δ
ｔ_W のウェブ部の圧延をウェブ圧延ロール６１により行
う。こうしてバルジングの発生を抑制できるので、従来
の「Ｘ−Ｈ圧延」で問題となったＨ圧延でのロール摩耗
と改削量の増大を抑止できる。加えて、従来のＸ−Ｈ圧
延と比較して本発明のウェブ同時圧下式エッジング圧延
では、１パス当たり１．０２〜１．０８の延伸作用があ
るので７パスのリバース圧延を行うと、１．１４９
（１．０２⁷ ）〜１．７１４（１．０８⁷ ）のトータル
延伸増大効果がある。従って、本圧延法ではの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。

【００２２】なお、本例のウェブ圧延ロール６１はウェ
ブの全域にわたり圧延するようにしているが、ロールを
左右分割型などにしてウェブの中央部分を圧下せず開放
した構造にしてもよい。ただし、ウェブの中央部分の圧
下しない開放部分の割合ＷＥが多くなるとウェブ圧下に
ともなう延伸作用が低減しバルジング抑制効果が乏しく
なるので、開放部分の割合ＷＥはウェブ内幅の１／３以
下とするのが望ましい。

【００２３】図１の径可変エッジング圧延装置６０をＨ
形鋼の圧延に用いることが特公平６−１８６４２号公報
に開示されている。本発明でいう径可変エッジング圧延
装置とは上記のような構成になるものであるが、上記の
例に限定されるものではなく、各種寸法のエッジング孔
型をロールに多数配置して使用する方法など、異なるウ
ェブ厚に対してフランジ片幅ＦＳを所定の寸法にエッジ
ングできるものであればいずれのものも適用可能であ
る。

【００２４】以上のような特長を有する本エッジング圧
延法は通常のユニバーサル圧延においてもロールの摩耗
防止に有効であるが、特に、「Ｘ−Ｈユニバーサルタン
デムリバース圧延」に適用することによりその効力を発
揮する。図８の従来のＸ−Ｈ圧延法に図１の本発明の一
実施例の装置を使用して、Ｈ６００×３００〜Ｈ２００
×１００のサイズを生産した結果、従来のようなロール
の局部摩耗による圧延途中での生産中止をせずに、Ｘ−
Ｈユニバーサルタンデムリバース圧延を存分に適用でき
たので、生産能率を従来の図６の方法に対して約５０％
と飛躍的に向上できた。併せて、フランジ先端のバルジ
ングが抑制されることにより製品の厚みや幅の変動が少
なくなり、特にフランジ幅のバラツキは従来の８０％に
縮小できた。また、表面の性状も圧延終了まで平滑で美
麗さを確保できた。

【００２５】さらに、ユニバーサル圧延ではウェブ厚を
圧減する場合にある程度フランジ厚を圧減して相互の延
伸バランスをしないとウェブ波を生じるため圧延可能な
薄肉ウェブには限界があり従来はフランジ厚／ウェブ厚
は最大３程度であったが、本発明ではエッジング圧延段
階でフランジ厚の減量なしにウェブ厚を減量できるので
フランジ厚／ウェブ厚の最大値を３．８に増大できた。
その際、薄肉ウェブの圧延温度低下も防止できた。加え
て、エッジング圧延段階での延伸効果により製品の圧延
伸び長さと圧延能率が一部の限界サイズで向上できると
いう付随効果もあった。

【００２６】

【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、中間整形段階での材料の変形が円
滑でＸ−Ｈユニバーサルタンデムリバース圧延をロール
の耐用を確保しつつ適用でき、生産能率に優れるばかり
でなく、圧延温度の低下が少なく熱や電力およびロール
工具の消費原単位が削減できる。かつ、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) 、(b) は本発明に使用する径可変エッジン
グ圧延装置の一例を示す説明図。

【図２】本発明のウェブ厚圧下式エッジング圧延法の作
用効果説明図。

【図３】エッジング圧延にともなうフランジ先端のバル
ジング変形の模式図。

【図４】ユニバーサル水平ロール側面に作用する圧延中
の圧力とすべり距離の説明図。

【図５】(a) 、(b) は従来の仕上げユニバーサル圧延の
水平ロール、竪ロールの摩耗状況を示す図。

【図６】従来の圧延Ｈ形材の製造工程略図。

【図７】(a) 、(b) はＨ形材のユニバーサル、エッジン
グ圧延方法を示す図。

【図８】(a) 、(b) 、(c) 、(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 １５：鋸断機 １６：冷却床 １７：ローラ矯正機 ２１、２３：ユニバーサル圧延装置 ２２：エッジング圧延装置

───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｈ形、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ユニバーサル
   圧延装置とエッジング圧延装置、および、材料のフラン
   ジ部をウェブと直角にして圧延するユニバーサル圧延装
   置とに材料を続けて繰り返し通材することにより中間・
   仕上げユニバーサル圧延を行なう方法において、前記エ
   ッジング圧延装置でのエッジング圧延に際し、フランジ
   幅圧下率に対し所定のウェブ厚圧下率を付与することを
   特徴とするフランジを有する形材の圧延方法。但し、 フランジ幅圧下率（ｒ_F ) ：エッジング量（ΔＦ_E ）／フランジ幅（Ｆ） ウェブ厚圧下率 （ｒ_W ) ：ウェブ圧下量（Δｔ_W ）／ウェブ厚（ｔ_W ）
2. 【請求項２】 ロール幅方向中心から軸端に向かって裁
   頭円錐状に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
   ッジング圧延装置および直円筒形の竪ロールを有するユ
   ニバーサル圧延装置から構成される中間・仕上げユニバ
   ーサル圧延装置列において、前記エッジング圧延装置の
   ロールの相対的な孔型深さを圧延パス毎に変更可能な径
   可変エッジング圧延装置と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。