JPS602921B2

JPS602921B2 - 突起付き形鋼の製造方法

Info

Publication number: JPS602921B2
Application number: JP54037799A
Authority: JP
Inventors: 勝一中山; 章夫大竹; 清宮川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1979-03-30
Publication date: 1985-01-24
Also published as: JPS55130302A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、フランジ外面に多数の突起を有する形鋼の製
造方法に関する。

建築、土木構造物で形鋼が単独で使われることは少なく
、コンクリートと組み合せて使われることが多い。

その場合、形鋼とコンクリートとを別々な構造部村とし
て使用するよりも、一体に結合したいわゆるコンポジッ
ト部材として使用すると強度的に有利になる。形鋼とコ
ンクリートとを一体化するためには、互いに緊結する必
要がある。しかし、実際は両部材間の付着力は４・さく
、そのままでは一体化は望めない。そこで現状では、合
成梁構造の例にみるように、スタッド、ジベル等のシャ
ー・コネクタをコンクリート・スラブと接するＨ形鋼フ
ランジ上に圧接し、それをかし・して両者を緊結する方
法を講じている。形鋼のフランジ外面に圧延により多数
の突起を形成させれば、形鋼自体にコンクリートとの緊
結力を持たせることができ、部材の簡素化および大幅な
施工改善を図ることができる。従来、フランジ外面に突
起を有するＨ形鋼として、道路工事中に地面を覆う目的
で使われる覆工板が知られている。

しかし、覆工板の表面突起は車両等のスリップ防止を目
的としたものであって、コンクリートとの緊縞を目的と
したものではない。覆工板では、突起の高さはあまり必
要ではなく、通常１．５〜２．仇奴程度で、突起角度も
４００以下である。本発明者等の研究によれば、クンク
リ−トとの緊縞効果を得るためには、突起の高さが２．
＆奴以上でかつ突起角度が４５ｏ以上であることが必要
である。

さらに、覆工板では突起を形成するさし、にへこませる
面積が小さくても十分その目的を達することができるが
、コンクリートとの緊結力を発濁させるためには、突起
させる部分の面積を全体の１／８以下にする必要がある
。このような突起を有する形鋼を従来の方法で製造する
場合には、種々の問題が発生する次に、第１図に示すＨ
形鋼の圧延ラインを例にとって、新たに提起された問題
点について説明する。

通常のＨ形鋼の圧延ラインは、図示するように、加熱炉
１、ブレークダウン・ミル２、粗ユニバーサル・ミル３
１とエツジヤ・ミル３２とのタンデム配列からなる粗ユ
ニバーサル・ミル群３、および仕上ユニバーサル・ミル
４からなってし、．る。フランジ外面に突起を形成する
ためには、仕上ユニバーサル・ミル４において、フラン
ジ外面を圧下する垂直ロールの外面に多数の凹部を設け
ればよい。従来の覆工板程度の突起高さを形成するには
、圧下量も１．５〜２．仇吻程度で十分であるからこれ
は通常の仕上圧延時の圧下量とほぼ同じである。突起高
さを大きくするには、仕上ユニバーサル・ミルにおける
フランジ厚圧下量を大きくとればよいのであるが、これ
には第２図に示すようなロールすり上げ作用の問題が生
じる。

ロールすり上げ作用は、突起形状のくずれを発生する。
この原因は、垂直ロールがアイドルであるため、フラン
ジの先進が大きく、ロール出側ではロール周速ＶＲより
も材料速度Ｖｓの方が大きくなり、一旦形成された突起
形状がロール出側近傍で孔型と干渉し、すり上げられて
形状が圧延方向ボトム側にくずれるからである。また、
覆工板にくらべて、へこませる面積を大きくする必要が
あるので、フランジ厚圧下率が大きくなり、フランジ先
進率は一層大きくなる懐向がある。第２の問題として、
フランジの幅方向に突起高さが不均一になることである
。

Ｈ形鋼を例にとって、第３図にこの突起高さ不均一の現
象を誇張して示す。垂直ロールに多数の凹部が付設され
た場合に、フランジ外面を圧延中の見掛け上の摩擦係数
が増大し、フランジ幅方向へのメタル・フローが増加す
る。フランジ端部に至るほど、この幅方向メタル・フロ
ーの影響は大きく、その結果突起部が引き下げられる。
一方フランジ中央部は、ウェプの拘束により、突起高さ
の引下げは小さくなる。このようにして、図示するよう
に、フランジの幅方向の突起高さは不均一になる。した
がって、本発明の目的は、ロールすり上げ作用による突
起形状のくずれをなくした突起付き形鋼の製造方法を得
ることにある。

本発明の別の目的は、ロールすり上げ作用による突起形
状のくずれをなくするとともに、フランジ幅方向の突起
高さ不均一をなくした突起付き形鋼の製造方法を得るこ
とにある。

本発明の方法は、仕上ユニバーサル・ミルの垂直ロール
の孔型形状を改良することによって、ロールすり上げ作
用による突起形状のくずれを防止する。

本発明のさらに別の方法は、仕上ユニバーサル・ミルの
垂直ロールの孔型形状を改良するとともに、粗ユニバー
サル・ミル群のェツジヤ圧下を増大することによって、
あるいは粗ユニバーサル・ミルの垂直ロールのテーパ角
度を増大させることによって突起形状のくずればかりで
はなくフランジ幅方向の突起高さ不均一をも防止する。

まず、第１の問題であるロールすり上げ作用による突起
形状のくずれを防止する方法について説明する。突起形
状のくずれは、フランジの先進によりロール出側近傍で
突起部が孔型と干渉し、すり上げられるために発生する
。フランジ先進はロール出側における材料速度ｖ２とロ
ール周速（ｖＲ）との比（ｖ２／ｖＲ）で与えられる。
いま、第４図に示すように、ウェブとフランジとが切り
離されているものとし、中立点肌経でのフランジ幅広が
りを無視すると、垂直ロールがアイドルであるため、材
料速度とロール周速とが一致する中立点Ｎは接触長の中
央部にくる。したがって、フランジ先進率■Ｆは次の０
１式で表される。■Ｆ＝Ｖ２／ＶＲ−・＝ｖ２／Ｖｎ−
・ ……（１，ただし、ｖ２：ロール出側におけ
る材料速度ｖｎ：中立点における材料速度ｖＲ：ロ・・
・ル周速（＝ｖｎ）体積一定の条件から上記‘１１式は次式■のように表さ
れる。

■Ｆ＝Ａｎ／ん−１＝ｔｆｎ／ｔｒ２−１ …・・・
■ただし、Ａｎ：中立点の材料断面積ｔｒｎ：中立点の
材料板厚Ａ２：ロール出側の材料断面積ｔｒ２：ロール出側の材料板厚一方、中立点の材料板厚ｔｒｎは次式ｔ３１で表される
ｔｆｎ＝１／４（ｔｎ＋被２） ……【３
｝ただし、ｔｆ，はロール入側の材料板厚である。

したがって、先進率■Ｆは近似的に次式【４’で表され
る。俳のｔｒＸ誌ニ０．２５（のｔご十のｔ峯十のｔ字
） ……【４１ただし、？ｔｒはフランジ厚圧下率で
ある。

第５図は、フランジ蝉圧下率のｔｆとフランジ先進率■
Ｆとの関係を求めた実験結果を示すグラフである。この
実験結果は、ウェブとフランジとの圧下平衡にかかわら
ず上記｛４１式とほぼ一致する。すなわち、Ｈ形鋼圧延
では、フランジ先進率■Ｆはフランジ厚圧下率のｔｒに
ほぼ比例することがわかる。。次に、フランジ先進とロ
ール孔型による材料のすり上げについて考察する。

第６図は第２図のロール孔型部を拡大誇張して示すもの
である。ロール出側でロールが材料から離れる位置をＰ
、ロール中心の垂線の足をＱとし、距離ＱＰ＝〆Ｒとす
れば、そＲは次式｛５’で表される。〆Ｒ＝ノ波ｖｈｄ
−ｈ費・・…・■ ただし、Ｒｖ：ロール半径ｈｄ：突起高さロールがぐＲ動く間に、材料が進む距離〆ｓは、そｓ＝
ＺＲ（１十■Ｆ）；ノ輪六市（１十■Ｆ）の関係がある
。

すり上げ作用による突起のくずれ角度をＱとすれば、第
６図を参照して、ｔａｎＱは次式｛６１で与えられる。
そＳ−そＲｔａｎＱ＝−下す− ＝〆零（州器）・・・・・・‘６｝上記側から、突起形状のくずれは、フランジ先進率■Ｆ
に比例することがわかる。

したがって、突起高さの大きい形鋼を製造しようとすれ
ば、フランジ厚圧下率のｔｆが大となり上記‘４１式よ
りフランジ先進率■Ｆも大となり、上記■式より突起形
状のくずれは拡大することがわかる。

上記■式から、フランジ先進率■Ｆを極力小さくすれば
、突起形状のくずれも小さくなることは明らかである。
しかし、垂直ロールがアイドルである限り、フランジ先
進率■Ｆは（４｝式で与えられるように、制御できない
。そこで仕上ユニバーサル・ミルの垂直ロールを下記の
‘７〕式を満たすように駆動した場合には、ロール出側
における材料速度とロール周速とが一致して、ロールす
り上げ作用による突起形状のくずれは発生しない。

ＮＶ＝ｋＸ員≧ＸＮＨ……‘７１ただし、ＲＨ：水平ロールの半径ＮＨ：水平ロールの回転数Ｎｖ：垂直ロールの回転数ｋ：突起高さによって決まる定数（ニ１‐１〇）しかし、その方法は従来アイドルであって垂直ロールに
回転駆動装置を付設することが必要であり、仕上ユニバ
ーサル・ミルの機構が複雑になり、改造費も嵩むので、
既存設備の活用を前提とする限り、あまり実用的ではな
い。

そこで、本発明者等はごうに実験、研究を進めた結果、
垂直ロールに付設する孔型形状を改良することにより、
垂直ロ−ルがアイドルであっても、ロールすり上げ作用
を最小限にとどめえることを見し、出した。

第７図は、垂直ロールに付設した孔型形状（実線）と、
その結果得られる突起形状（二点鎖線）とを示す。

図において、矢印は圧延方向、８，は孔型の圧延方向ト
ップ側テーパ角度、８２は同ボトム側のテーパ角度、Ｒ
は孔型の圧延方向トップ側丸み半径、Ｒ，は孔型の圧延
方向トップ側轡曲面の曲率半径、そして斜線部分はロ−
ルすり上げ部分をそれぞれ示す。第７図からわかるよう
に、ロールすり上げ作用は、圧延方向トップ例の孔型形
状に大きく影響され圧延方向トップ側テーパ角度０，が
小になるほど、そして丸み半径Ｒが大きくなるほど、す
り上げ作用は小さくなる。

一方、コンクリートとの繁結力を大にするためには、突
起角度は４５ｏ以上必要である。

これらの条件を考慮に入れて実験を重ねた縞果、テーパ
角度０，と丸み半径Ｒとは下記の範囲内にあることが好
ましいことを見し、出した。

５００ ≦０，≦６００ ○‐００３ＲＶ＜Ｒ＜○‐００９ＲＶローすり上げ作用による突起形状の多少の変形はまぬか
れえないが、突起形状の圧延方向の対称性を確保するた
めには、圧延方向ボトム側の孔型形状をトップ側の孔型
形状と変えておく必要がある。

そのために、圧延方向ボトム側の孔型のテーバ角度０２
を５００以下にし、丸み半径をトップ側よりも大きく加
工する。したがって、本発明の方法は、ロールすり上げ
作用を予測して、圧延方向トップ側とボトム側とで孔型
形状を変えた点に特徴がある。孔型形状は、第７図Ｆに
示すように、円弧状でもロールすり上げ作用を抑えるこ
とができる。

この場合、適正な突起形状を得るためには、圧延方向ト
ップ側の孔型形状は次の範囲内にあることが好ましい。
１．０ｋＲくＲ．＜２．０ｋＲＯ．００級ｖ＜Ｒ＜０．００級ｖ圧延方向ボトム側の孔型形状は、予め材料の変形を予測
してテーパ角度８２は６００以上にしておく必要があ
る。

結局、本発明の方法にもとづく孔型形状の基本は、第８
図ＡおよびＢに示すものになるが、これらの形状を適当
に組み合せた第８図ＣまたはＤのような形状でもよい。

なお、本発明の方法を適用する場合、フランジ先進を最
４・限に抑えるために、フランジ厚圧下率は、突起高さ
の充満を保証すれば、極力小さい方が望ましい。次に、
第２の問題であるフランジ幅方向の突起高さ不均一を防
止する法について説明する。

第９図は、フランジ厚圧下率（のｔｆ）と突起高さ率（
ｈｓ／ｈＲ）との関係を求めた実験結果を示すグラフで
ある。突起高さ率とは、材料の突起高さｈｓをロール孔
型の深さｈＲで除したものである。図中、白丸（０）印
はＨ形鋼フランジの中心部を、三角形（△）印はフラン
ジの端部を、そして黒丸（●）印はフランジの中心から
端部までの半分の位置をそれぞれ表す。第９図からわか
るように、突起高さ率はフランジ厚圧下率に比例して増
大するが、Ｈ形鋼の場合端部ほど突起高さ率が出にくし
、。

フランジ端部はフランジ幅広がりによるメタル・フロー
で突起高さが引き下げられるのに対し、中心部はウェプ
の拘束により圧延方向に圧縮応力を受け、突起高さが出
やすいためである。突起高さを均一にするには、フラソ
ジ厚圧下率を増大すればよいが、後述する理由により、
フランジ厚庄下率は極力小さい方が望ましい。むしろ、
フランジ織部の圧下を局所的に増大させれば、フランジ
全体の圧下率をさほど増大させることなく、突起高さの
均一を図るＺことができる。そこで、本発明の方法では
、フランジ幅方向に均一な突起高さを形成するために粗
ユニバーサル・ミルの垂直ロール形状を適宜変えること
により、あるいは圧延パス・スケジュールの変更により
、フランジ端部の圧下を局所的に増大させる。

まず、１つの方法として、粗ユニバーサル・ミルの垂直
ロール外面テーパを第１０図の二点鎖線で示すように改
削することにより、フランジ織部の圧下を局所的に増大
させることができる。粗ユニバーサル・ミルの水平ロー
ル側面および垂直ロール外周面は主としてロール原単位
上の理由から４〜１ｏｏのテーパが付けられている。本
発明の方法では粗ユニバーサル・ミルの垂直ロールのテ
ーパ角度をさらに大きくすることによって仕上ユニバー
サル・ミルでフランジ厚庄下率を端部に至るほど増大さ
せる。垂直ロール改削量はフランジ幅２０仇奴の寸法に
対しては十２０、フランジ幅３０仇奴の寸法に対しては
十ｌｏで十分目的を達成することができる。しかし、こ
の方法は単独で効果を出そうとすると、テーパ角度が大
きくなりすぎて通常のＨ形鋼圧延に支障をきたす。フラ
ンジ端部の圧下量を局所的に増大させるために、ロール
形状を改削せずに、単に圧延パス・スケジュールを変更
することによっても実現可能である。

通常の粗ユニバーサル・ミルはェッジヤ・ミルと対にな
っている。ェツジヤ・ミルはフランジ端部を圧下して、
フランジ幅をそろえる働きをする。ェッジャ・ミルでフ
ランジ織部を圧延する場合、フランジ形状が縦長である
ため第１１図の二点鎖線で示すようにフランジがまゆ形
変形することは既によく知られている。そこで、本発明
の別の方法はこのまゆ形変形を積極的に利用し、仕上ユ
ニバーサル・ミルでフランジ端部の皮下量を増大させる
。

第１２図は、エッジング圧下率（の耳）とフランジ陣増
加率（−のｔｒ）との関係を求めた実験結果を示すグラ
フである。

ここでフラソジ厚の増減率を対数歪で表した場合、減厚
を正にとれば、増厚は負となる。記号の統一を図るため
、フランジ厚増加率を「一のｔｆ」で表すことにする。
なお、フランジ厚圧下率（のｔｆ）は通常０．１〜０．
５（１０％〜５０％）の範囲内にあり、また、フランジ
厚増加率（一のｔｒ）は通常一０．０５〜一０．１５（
一５％〜１５％）の範囲内にある。図中白丸（０）印は
フランジ最大厚（ｔｒＭｘ）を、三角形（△）印はフラ
ンジ最小淳・（ｔｆｍｉｎ）を、そして、黒丸（●）印
はフランジ平均厚（ｔｆ）をそれぞれ表す。フランジ厚
増加率−のびの増加はエッジング圧下率の８に比例しエ
ッジング圧下率ＯＢが大きくなるほどフランジ厚増加率
一のｔｆの増加は大きい。ただし、エッジング圧下率の
Ｅが０．１以上になると、フランジ部が挫屈し、圧延が
不安定になる。通常のＨ形鋼圧延工程の仕上前エッジン
グ圧下率の８＝０．０１〜０．０２程度であるが、突起
高さの均一化を図るために、フランジ端部の板厚を増加
させるには、発明者等の検討の結果では、エッジング圧
下率のＥは０．０５以上必要である。したがって、本発
明の別の方法は仕上ユニバーサル・ミル前のェッジャ・
ミルのエッジング圧下率のＥを０．０５〜０．１０の範
囲で適宜選ぶことによりフランジ端部の肉厚を局所的に
増大させ仕上ユニバーサル・ミルでフラランジに付設さ
れる突起高さの均一化を図ることができる。以上、第２
の問題を解決するために２つの方法を説明した。これら
の方法は単独でも十分な効果を得ることができるが、両
方法を組み合せることにより、より一層大きい効果が得
られる。夕さらに第１の問題と第２の問題とを同時に
解決するために、それぞれの方法を適宜組み合せること
により、単独の方法では得られない相乗効果を得ること
ができる。

次に、その一例として、本発明にもとづく具体０的実施
例を示す。

く実施例＞対象形鋼：日形鋼（４５０×２００×９／１４）突起形
状：４．５角×高さ３（側）突起ピッチ：１６×１６（
側）孔型形状：８，＝６００、ひ２＝４ｙＲ＝０．００８Ｒｖパス・スケジュール：以上の圧延条件によって、フランジ幅方向の突起高さが
均一で、ロールすり上げ作用も少ない突起形状（突起角
度５７ｏ、高さ３側）を両フランジ側面に形成すること
ができた。

以上はＨ形鋼を例にとって説明したが、本発明の方法は
ユニバーサル・ミルで仕上げられる他の形鋼にも適用で
きる。

その場合の孔型形状は、先進の相違に応じて異なったも
のになることもある。以上の説明から明らかなように、
本発明の方法によれば、コンクリートとの緊結力を強化
し、フランジ幅方向の突起高さの均一化を図り、ロ−ル
すり上げ作用を最小限に抑え、突起角度４５ｏ以上を保
証する突起付き形鋼を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＨ形鋼の圧延ラインを示す平面図。第２図はロ−ルすり上げ作用を示す概略説明図。第３図
はフランジ幅方向の突起高さ不均一を示す概略説明図。
第４図はフランジ厚圧下率とフランジ先進率との関係を
理論的に求めるための説明図。第５図はフランジ厚庄下
率とフランジ先進率との関係を求めた実験結果を示すグ
ラフ。第６図は第２図のロール孔型都を拡大誇長して示
す説明図。第７図は垂直ロールに付設した孔型形状と突
起形状との関係を示す説明図。第８図は本発明の方法に
もとづくロール孔型を示す説明図。第９図はフランジ厚
圧下率と突起高さ率との関係を求めた実験結果を示すグ
ラフ。第１０図は粗ユニバーサル・ミルの垂直ロールの
改削例を示す説明図。第１１図はェッジャ・ミルによっ
てフランジ端部がまゆ形に変形する状態を誇張して示す
説明図。第１２図はエッジング圧下率とフランジ厚圧下
率との関係を求めた実験結果を示すグラフ。１・・・加
熱炉、２・・・ブレークダウン・ミル、３・・・粗ュニ
バサル・ミル群、４・・・仕上ユニバーサル・ミル、３
１…粗ユニバーサル・ミル、３２…ェツジヤ・ミル。第１図第２図第３図第４図第５図第６図第７図第８図第９図豹−１０図第１１図第１２図

Claims

【特許請求の範囲】１ユニバーサル・ミルによって形鋼のフランジ外面に
突起高さ２ｍｍ以上でかつ突起角度４５°以上の突起を
形成させるに際して、仕上ユニバーサル・ミルの垂直ロ
ール外周面に付設する孔型形状を圧延方向の部位に応じ
て相互に異なった形状に形成し、最終的に得られる突起
形状がくずれないようにしたことを特徴とする突起付き
形鋼の製造方法。２ユニバーサル・ミルによって形鋼のフランジ外面に
突起高さ２ｍｍ以上でかつ突起角度４５°以上の突起を
形成させるにさいし、粗ユニバーサル・ミル群のエツジ
ヤ・ミルの圧下率φ＿Ｅを０．０５＜φ＿Ｅ＜０．１０
の範囲から選定することによってフランジ端部の肉厚を
局所的に増大させ、仕上ユニバーサル・ミルの垂直ロー
ル外周面に付設する孔型形状を圧延方向の部位に応じて
相互に異なった形状に形成し、最終的に得られる突起形
状がくずれずかつ均一になるようにしたことを特徴とす
る突起付き形鋼の製造方法。３ユニバーサル・ミルによって形鋼のフランジ外面に
突起高さ２ｍｍ以上でかつ突起角度４５°以上の突起を
形成させるにさいし、粗ユニバーサル・ミルの垂直ロー
ル外周面テーパ角度を製品のフランジ幅に応じて１〜２
°の角度範囲で増大させることによってフランジ肉厚を
端部ほど増加させ、仕上ユニバーサル・ミルの垂直ロー
ル外周面に付設する孔型形状を圧延方向の部位に応じて
相互に異なった形状に形成し、最終的に得られる突起形
状がくずれずかつ均一になるようにしたことを特徴とす
る突起付き形鋼の製造方法。４ユニバーサル・ミルによって形鋼のフランジ外面に
突起高さ２ｍｍ以上でかつ突起角度４５°以上の突起を
形成させるにさいし、粗ユニバーサル・ミル群のエツジ
ヤ・ミルの圧下率φ＿Ｅを０．０５＜φ＿Ｅ＜０．１０
の範囲から選定しかつ粗ユニバーサル・ミルの垂直ロー
ル外周面テーパ角度を製品のフランジ幅に応じて１〜２
°の角度範囲で増大させることによってフランジ肉厚を
端部ほど増加させ、仕上ユニバーサル・ミルの垂直ロー
ル外周面に付設する孔型形状を圧延方向の部位に応じて
相互に異なった形状に形成し、最終的に得られる突起形
状がくずれかつ均一になるようにしたことを特徴とする
突起付き形鋼の製造方法。５特許請求の範囲第１項から第４項までのうちの任意
の一項に記載された方法において、前記孔型形状は、圧
延方向トツプ側の孔型テーパ角度θ＿１を５０°≦θ＿
１≦６０°とし、丸み半径Ｒを０．００３Ｒ＿Ｖ＜Ｒ０
．００８Ｒ＿Ｖ（ただし、Ｒ＿Ｖは垂直ロール半径）と
し、圧延方向ボトム側の孔型のテーパ角度θ＿２を５０
°以下の範囲に選定して形成したことを特徴とする突起
付き形鋼の製造方法。６特許請求の範囲第１項から第４項までのうちの任意
の一項に記載された方法において、前記孔型形状は、圧
延方向トツプ側の孔型の斜面を下向きの円弧形状にし、
その曲率半径Ｒ＿１を１．０ｈ＿Ｒ＜Ｒ＿１＜２．０ｈ
＿Ｒ（ただし、ｈ＿Ｒは孔型の深さ）とし、圧延方向ト
ツプ側の丸み半径Ｒを０．００３Ｒ＿Ｖ＜Ｒ＜０．００
８Ｒ＿Ｖ（ただし、Ｒ＿Ｖは垂直ロール半径）とし、圧
延方向ボトム側の孔型のテーパ角度θ＿２を６０°以下
の範囲に選定して形成したことを特徴とする突起付き形
鋼の製造方法。