JPS63303602A - フランジを有する形材の圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、フランジを有する形材、例えばＨ形鋼、■形
鋼等の形材製品を種々のサイズに圧延中に自由につくり
分ける圧延方法に関するものである。

（従来の技術） 現在、一般に製造されている形鋼材はその種類、断面形
状、および寸法が多岐にわたり、品種・サイズの数が非
常に多いのが特徴である。これらの多品種、多サイズの
形鋼材を製造するために第９図に示す、粗圧延（ＢＤ）
　１の２重式あるいは３重式圧延機を配列し、中間圧延
（Ｒυ−Ｅ）２および仕上げ圧延（ＦＵ）　３にはユニ
バーサル圧延機を配列したユニバーサル圧延法が周知で
ある。

しかしながら従来のユニバーサル圧延法では、製造する
製品の品種・サイズ毎に対応して粗圧延から仕上げ圧延
までを通して使用される圧延ロールおよび誘導ガイド類
は、原則として製品に対応した専門物を準備しなければ
ならない。従って、製品寸法の多様化や、製造範囲の拡
大など需要家からのニーズを満足させるためにはコスト
高となり、簡単に対応できない難点があった。特に近年
の需要家からのニーズとして、ウェブ厚が従来圧延法で
製造される厚みに比較し相対的に薄いＨ形鋼、あるいは
ウェブの外幅を一定にした種々のフランジ厚を持つＨ形
鋼の製品シリーズ等の要望が強い。

ところが従来のユニバーサル圧延では第１θ図に示すよ
うに、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下水平ロ
ール７と下水平ロール８の間の間隙９および左右垂直ロ
ール１０．１１の間の間隙１２、１３のみとなる。した
がって、Ｈ形鋼のウェブ厚とフランジ厚については変更
させるこができるが、ウェブ内幅Ｉｌｌは一定にならざ
るを得ない。その結果、Ｈ形鋼製品のフランジ厚みが異
なるシリーズを圧延するに際し、左右のロール間隙１２
゜１３を変化させれば当然ウェブ内幅Ｗｌと左右のフラ
ンジ厚を合計したウェブ外幅ＷＯは種々の寸法に変らざ
るを得ないことになる。

すなわち、従来のユニバーサル法で圧延されるＨ形鋼は
、第１１図に示すごとくウェブ内幅Ｗｌが一定でフラン
ジ厚Ｔｆｌ＋　Ｔｒ２の変化によってウェブ外幅ｗＯ□
１ｗ０２が変化する、いわゆるウェブ内幅一定の製品シ
リーズとなり、ウェブ外幅一定の製品シリーズの製造は
不可能である。ウェブ外幅ＷＯが一定の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す
るためには、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し、
かつロールの頻繁な組替え作業を行なわなけらばならず
著しい製造コスト高をまねき、実質的にこの方法を採用
することは困難である。

このような従来のユニバーサル圧延の欠点を解消する手
段として、本願出願人は先に、種々のサイズの形鋼を効
率的に造り分けることができる「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」　（特開昭５９−２
０２１０１）を提案した。

この斜行ロール方式圧延方法をＨ形鋼を例にその概略を
説明する。この圧延方法の特徴は、第１２図に示すよう
に、上下各２個ずつの斜行ロール１５．１５’および１
６．１６’の外側面１９．１９’、　２０．２０’が材
料１７のフランジ内側の２１．２２に接し、かつロール
軸Ｓが水平面内において圧延方向と垂直な面に対して角
度θ□を保ちつつ材料のフランジに近接するウェブ部を
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
ブを幅方向に広げることができる機能を有することであ
る。

第１３図（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１４と仕上げ圧延機（
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（ｂ）の「ウェブ外幅一定のＨ形鋼製
品シリーズ」あるいは「任意ウェブ高さのＨ形鋼製品シ
リーズｊなど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。ウェブ外幅Ｗ〇一定のＨ形鋼製品シリー
ズを斜行ロール方式圧延機で製造する手段を第１３図に
基すきさらに詳細に説明する。

同図に、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および仕上げ圧延機
（ＦＵ）　３の各圧延機の具体的役割をロール孔型図を
用いて示した。まず中間ユニバーサル圧延機２′でＢＤ
から供給される４のビームブランクを最終製品のフラン
ジ厚とウェブ厚およびウェブ内幅Ｗ１５゜Ｗ１６・・・
を加味した図示例のとどき断面形状の中間圧延材２５ま
で造形を行なう。このように成形される中間圧延材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、製品の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。この際、ウェブ内幅Ｗｌ。

は一定でありウェブ外幅Ｗ０１は必ずしも一定とはなら
ない。ここで、中間工程にて造形された素材のウェブの
両端には第１２図に示しているように余肉部１８が形成
されている。この余肉部１８は次段の斜行ロール方式圧
延機でのウェブ拡幅を補助するために予め付加したもの
であり、形状は薄肉なウェブ部面４０に対し平行な膨出
部面を有するように平行状に形成されている。

続いて、中間圧延材は、斜行ロール方式圧延機１４に送
り込まれ、製品のシリーズに応じた必要な種々のウェブ
内幅寸法Ｗ１２に拡幅圧延された圧延材２７となる。斜
行ロール方式圧延機で造り分けられた圧延材２７は、仕
上げ圧延機３によって製品シリーズに応じた種々のニブ
内幅ｗＬを持つ圧延材２８に整形圧延され、ウェブ外幅
一定でかつ製品シリーズに応じた内幅ＷＩ８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によるウェブ拡幅を行なわずに、中間ユニバ
ーサル圧延機（ＲＵ−Ｅ）　２で圧延された中間圧延材
２５を直接に水平ロールの胴幅が変更可能な仕上げ圧延
機（ＦＵ）　３に用いることによって製造することが可
能である。この際、中間圧延材２５の余肉は仕上げ圧延
機の水平ロールで圧下・成形される。ただしこの場合、
製品ウェブ内幅Ｗｌ、に対応する圧延材３０のエウブ内
幅ｗｔ′３　と、中間ユニバーサル圧延機（ＲＵ−Ｅ）
　２の中間圧延材２５の内幅Ｗ１．とは相互に適合した
値に設定される。

以上、斜行ロール方式圧延方法は優れたウェブ拡幅機能
を有し、従来のユニバーサル圧延法に比較してロール組
み替え回数とロール常備数を格段に減少でき、各種サイ
ズの形材を圧延できた。しかしながらこの圧延方法を実
施した場合、時として第１４図に示すようにウェブ部に
局所的な厚み減少部（以下、「くびれ」と称する）が発
生することがあった。前記のウェブ両端に、予め付加し
た余肉１８は本来、ウェブの拡幅量に見合った量を圧延
後の形状が悪化しないように設定するべきであるが、従
来は経験に基すいて任意に行なわれていたため、くびれ
の発生を許容値内に抑制することは極めて困難であった
。一定量以上のくびれが生すると、仕上げ圧延機の水平
ロールでも平坦化できず製品のウェブに窪み状で残り、
例えば形材製品を建築構造用として相互に接合する際の
強度低下が懸念され、くびれの解消は重要な技術課題と
されていた。一方、水平ロールの胴幅が変更可能な仕上
げ圧延機は、従来の仕上げ圧延機に比し、その構造上か
らミル剛性が低いので余肉量が過剰となると仕上げ圧延
機に作用する圧延負荷が過大となり、ウェブ余肉部を十
分に整形できず、ウェブ形状は平坦にならない。従って
余肉量はくびれが生ぜず、ウェブ形状不良も発生しない
必要最小限の量であるべきである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、周知の斜行ロール方式圧延によるウェブ拡幅
時にウェブのくびれを生じさせず、良好な製品を製造す
るための最も適切な余肉形状および余肉量の決定方法を
提供するものである。

（問題点を解決するための手段・作用）第１図は、熱間
モデル圧延機による拡幅圧延途中で噛み止めた材料の形
状変化を３次元形状測定機で測定しグラフ化したもので
ある。図中のウェブ厚変化をみるとウェブセンター厚＜
ｔ、ｃ＞と比較して極度に厚み減少する部位が見られる
が、この部分が前述のくびわである。ところで、拡幅過
程は大きく分けて以下に示す３つの領域に分類すること
ができる。

領域ｍ：ウェブ圧下後に斜行ロールの外側面がフランジ
内側面に接触してフランジを 倒しながらウェブを引き伸ばす領域。

領域■：ニラニブ圧下しながらウェブを引き伸ばす領域
。

領域ｍ：ウェブ圧下後、斜行ロールの外側面がフランジ
内側面に接触してフランジを 倒しながらウェブを引き伸ばす領域。

くびれは圧延方向でみると上述の領域ｍで発生し、材料
断面内では第１４図の余肉部１８とウェブ平行部４２（
余肉以外のウェブ）の境界４３で主に発生する。この発
生原因は領域■でウェブを引き伸ばす際に、形状の不連
続があるため局所的な応力集中が起こるものと推定され
た。従って、本発明者等は形状の不連続を解消すること
、すなわち余肉の形状を改良することを試みた結果、以
下の事実か判明した。

第２図に示す各種の余肉形状毎にくびれの量と平行部拡
幅量との関係をグラフで示したのが第３図であり、くび
れの最も大きいのは第２図（ａ）の前述の平行状余肉の
場合であり、次に少ないのは（ｂ）に示すとおり、フラ
ンジからウェブ方向へ直線テーバ状の余肉に形成した場
合である。以上の（ａ）、　（ｂ）の傾向からさらに、
くびれを少なくするためにはフランジからウェブへの厚
み変化をより連続的にすればよいと推定し、（Ｃ）に示
す弧状テーバ余肉に想到した。この弧状テーバ余肉によ
ると第３図に示すように同じウェブ平行部拡幅量（ウェ
ブ引き伸ばしによる拡幅量）であるなら、最もくびれ量
を小さくできることがわかった。なお、この弧状テーバ
余肉の断面稜線はフランジ部からウェブ方向に２以上の
異なる曲率の弧の組合せで構成する。一つはフランジ付
は根部分に形成した第１の大きな曲率Ｒ１の弧であって
、これは従来から付加されているコーナ一部のＲである
。第２の弧は前記第１の弧の曲率Ｒ１に対して大きな曲
率Ｒ２を設定して前記第１の弧と組合せ、全体の稜線が
なだらかな弧状となるように形成する。なお、第２の弧
は一つに限らず、複数個の異なる曲率の弧を組合せても
よい。具体的な曲率Ｒ１および曲率Ｒ２の値は後述する
余肉の設定量、製品サイズ等の条件を考慮して設定する
。

次に、余肉量の決定方法について詳述する。くびれ量を
許容値以内におさえるためにはみずから、ウェブ平行部
拡幅量ΔＷ１に限界値（Δｗｅｔ）かあることは第３図
で明らかである。従って、拡幅時に発生するくびれを許
容くびれ量以内におさえながら目標拡幅量Δ胃を確保す
るためには、目標拡幅量とウェブ平行部拡幅量の限界値
（Δｗｅｔ）の差を余肉圧下による拡幅によってまかな
わなければならない。すなわち、余肉量を適正にし、余
肉圧下による拡幅量を確保することが必須である。

そこで、くびれを許容値以内におさえながら目標最大拡
幅量を確保するための必要な最小余肉量を以下の手順に
よって決定した。

斜行ロールによる拡幅圧延では材料全体の伸びはほとん
ど生じない。すなわち、余肉を圧下するような部分圧延
法においては、フランジやウェブの大半が直接圧下され
ないから材料全体の伸びが基本的に極めて小さいのが普
通であるが、さらに斜行ロールの場合ロールをクロスさ
せて圧延するため押しつぶされた材料はほとんど幅方向
に流れる。このことは、拡幅量と余肉量の関係を求める
場合、メタルフローは二次元として考えればよいことを
意味している。すなわち、第６図において全拡幅量ΔＷ
のうちΔＷ１がウェブ平行部が伸びた部分であり、斜線
部のΔＶＩ２が余肉部によってまかなわれた部分と考え
ることができる。

′ＪＪ７図には必要最小余肉量の決定フローを示す。ま
ず、各種前提条件でウェブ平行部拡幅量の限界値（ΔＷ
Ｃ＋）をもとめると、余肉部で分担すべき拡幅量が目標
拡幅量ΔＷからΔＷｃｌを引いた量であり、この分担す
べき拡幅量と製品ウェブ厚から必要余肉量が求まる。

引き続きΔＷｃｌの決定方法について説明する。

ΔＷｅｌに関係する要因はウェブ平行部長１、ウェブ厚
ｔｗ、圧延材の温度分布およびロールクロス角等であり
、このうち温度分布およびロールクロス角は圧延操業上
予め定められる条件であり、ΔＷｅｔに関係する主要因
はウェブ平行部長１とウェブ厚し、の関係であることが
分かった。

ΔＷｅｔとウェブ平行部長２、ウェブ厚り、の関係は以
下に示す通りである。

■ウェブ平行部長２が大きくなるにつれてΔＷｃｌは直
線的に増加する（第５図）。

■ΔＷｃｌはウェブ厚ｔｗに反比例する（第４図）。

以上の結果より、ΔＷｃｌは下記（１）式の実験式で表
せる。

ΔＷｃ１＝［（Δ（ΔＬｌ）／ΔＭ）−ｉ＋ｃ］−（：
。

ただし、 Δ（ΔＷｃ、ｌ）／Δ交：第５図の　ｔａ口θＣ：第５
図のＹＩＩＩｂ切片 Ｃｗ：厚み修正係数 ウェブ平行部拡幅量の限定値（Δｗｅｔ）が求まると、
目標とするウェブ拡幅量（ΔＷ）と斜行ロールで圧延し
た後のウェブ厚（１ｗＩ）の関係から下記（２）式で必
要最小余肉量（Ｍ）が求まる。

Ｍ＝（ΔＷ−ΔＷｃｌ　）　Ｘ　　ｊｗｌ　　　　　・
・・（２）以上の決定フローによって必要な最小余肉量
は決定でき、この必要最小余肉量を被圧延材のウェブ端
部断面の四隅に等分する。

（実施例） 製品の呼称寸法（ウェブ高さ×フランジ幅）６００Ｘ２
００の代表的なＨ形鋼を選定して実際に圧延を行い、く
びれの有無を確認した。被圧延材の材質はＣ：Ｏ’、２
９６の普通炭素鋼で、圧延温度はウェブ余肉部で約８５
０℃、ウェブ幅方向センターで約７００℃、フランジ温
度約９００℃であった。使用した斜行ロールは第８図に
示すロールプロフィールであって、その寸法諸元を第１
表および、そのロール位置設定条件を第２表に示す。以
上の条件で、本発明における余肉量・形状を付与した場
合と従来の平行状余肉の場合とを比較圧延した結果を第
３表に示す。なお、従来の平行状余肉の比較例では片側
フランジの内側からウェブ方向へ９０１１Ｉｍの幅にわ
たり、０．６ｎ＋ｍの一様な厚さで断面積約２００ｍｍ
２の余肉を付け、本発明法では同じくウェブ方向へ９０
ｍｍの幅にわたりフランジ付は根部の第１の半径Ｒは２
０ｍｍ、第２の半径Ｒは９４０ｍｍとして断面積約５０
０ｍｍ２とした。第３表から明らかなとおり、従来法で
はくびれ量が２．４ｍ＋ｓ生ずるのに対し、本発明法で
のくびれ量は０．４ｍｍとなり、圧延前後の両者のウェ
ブ高さ、フランジ幅、フランジ厚等の主要寸法は殆ど変
化しないにも係わらず、くびれ量の減少はｌ／６となっ
ている。一般の使用に供される圧延Ｈ形鋼の場合、本発
明で達成されるくびれの減少量で充分に実用に供するこ
とができる。

第　　１　　表 第　　２　　表 第３表 ＊くびれ量＝ウェブセンター厚−くびれ部属（発明の効
果） 本発明はＨ形鋼、Ｉ形鋼等フランジを有する形鋼を斜行
ロールを使用してウェブの拡幅圧延をする場合、最も問
題とされていたウェブ部のくびれの発生を殆ど生ずるこ
となく製造でき、格別な装置も必要とせず従来の装置で
対処できるので、製品品質の向上効果は工業的に極めて
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が対象とする「くびれ」の発生状況を説
明するグラフ、第２図は余肉の形状を示す部分断面図、
第３図は拡幅量と「くびれ」との関係を示すグラフ、第
４図はウェブ厚と拡幅量の限界値の関係を示すグラフ、
第５図はウェブ平行部長さと拡幅量の限界値の関係を示
すグラフ、第６図は圧延前の余肉部と圧延後のウェブ部
の変化を示す部分断面図、第７図は本発明の必要最小余
肉量の決定手順を示すフローチャート、第８図は斜行ロ
ールの形状を示す説明図、第９図は従来のユニバーサル
圧延工程を示す略図、第１０図はユニバーサル圧延機の
正面略図、第１１図は従来のウェブ内幅一定のＨ形鋼の
説明図、第１２図は斜行ロール方式圧延の状態を示す平
面略図、第１３図は斜行ロール方式圧延を採用したユニ
バーサル圧延を示す略図、第１４図はＨ形鋼のくびれの
発生状況を示す正面略図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 粗圧延工程、中間圧延工程、および仕上げ圧延工程から
   なる形材の圧延プロセスの前記中間圧延工程と仕上げ圧
   延工程間の任意の１以上のパスで、その軸心が圧延方向
   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θ＿Ｈ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圧延を行う
   方法において、前記ロールで圧延される以前の被圧延材
   ウェブの平行部長さ及びウェブ厚等の関数からウェブの
   くびれ量を許容値以下に抑制するためのウェブ平行部拡
   幅量の限界値を求め、続いてウェブの目標拡幅量と前記
   ウェブ平行部拡幅量の限界値との差および製品ウェブ厚
   から必要余肉量を求め、該必要余肉量を被圧延材のウェ
   ブ端部断面の四隅に等分する際に、該余肉の稜線を異な
   る曲率の複数個の弧の組合せとなるように前記中間圧延
   工程で成形したのち、前記斜行ロールで圧延することを
   特徴とするフランジを有する形材の圧延方法。