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技術 形鋼の製造方法

出願人 日本製鉄株式会社
発明者 山下浩河合雅典大森徹也
出願日 2019年4月22日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-081283
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-175435
状態 未査定
技術分野 圧延ロール・圧延スタンド・圧延機の駆動 金属圧延一般
主要キーワード 接触断 先端平面 大フランジ 小フランジ スケール堆積 溝付け 調整圧延 ドッグボーン形状
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図面 (11)

課題

H形鋼を製造する場合に、加熱炉スキッド部でのスケール堆積に起因して発生する凹み(圧痕)を、最終製品において残存させることなくH形鋼製品を製造する。

解決手段

加熱炉から抽出されたスラブ素材とし、当該素材を被圧延材として圧延造形を行いH形鋼を製造する製造方法であって、前記圧延造形には、被圧延材を所定の略ドッグボーン形状に圧延造形するエッジング圧延と、エッジング圧延工程完了後の被圧延材を90°あるいは270°回転させてウェブ部の圧延を行う平造形圧延が含まれ、前記エッジング圧延前に前記素材の幅全面域又は一部領域に対し所定の圧下量の圧下を施す。

概要

背景

H形鋼に代表される形鋼を製造する場合には、加熱炉から抽出されたスラブブルーム等の素材粗圧延機(BD)によって粗形材(所謂ドッグボーン形状被圧延材)に造形し、中間ユニバーサル圧延機によって上記粗形材のウェブフランジの厚さを圧下し、併せて前記中間ユニバーサル圧延機に近接したエッジャー圧延機によって被圧延材のフランジに対し幅圧下や端面の鍛錬と整形が施される。そして、仕上ユニバーサル圧延機によって形鋼製品が造形される。

近年、建築構造物の大型化や海洋構造物への利用に伴い、従来に比べ大型のH形鋼製品の製造が求められており、特に、フランジ幅フランジ厚増した製品が望まれている。スラブ等の矩形面素材を用いた製造工程において、フランジ幅及びフランジ厚を増やす技術としては、被圧延材の上下端面スラブ端面)に割り込みを形成させた後に、スラブ端面をエッジングしながら割り込み形状を変更する技術(所謂ウェッジ法)が知られている。

このうち、フランジ厚を増厚する技術については、例えば特許文献1に、被圧延材の上下端部(スラブ端面)を拘束せずに割り込みを形成させた後に、孔型側壁に接触しない状態でスラブ端面をエッジングしながら割り込み形状を変更する技術が開示されている。この技術によれば、エッジング圧延圧下率に応じてフランジの増厚を図ることが可能である。

また、加熱炉からスラブやブルーム等の素材を抽出する際に行われる工程として、例えば特許文献2に記載の、スラブ表面性状を調整し、幅出し圧延等を行う調整圧延といったものが知られている。特許文献2では厚板圧延を対象としているが、このような調整圧延は、種々の形鋼製造の際の素材にも適用することができると考えられる。

概要

H形鋼を製造する場合に、加熱炉のスキッド部でのスケール堆積に起因して発生する凹み(圧痕)を、最終製品において残存させることなくH形鋼製品を製造する。加熱炉から抽出されたスラブを素材とし、当該素材を被圧延材として圧延造形を行いH形鋼を製造する製造方法であって、前記圧延造形には、被圧延材を所定の略ドッグボーン形状に圧延造形するエッジング圧延と、エッジング圧延工程完了後の被圧延材を90°あるいは270°回転させてウェブ部の圧延を行う平造形圧延が含まれ、前記エッジング圧延前に前記素材の幅全面域又は一部領域に対し所定の圧下量の圧下を施す。

目的

近年、建築構造物の大型化や海洋構造物への利用に伴い、従来に比べ大型のH形鋼製品の製造が求められており、特に、フランジ幅やフランジ厚を増した製品が望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

加熱炉から抽出されたスラブ素材とし、当該素材を被圧延材として圧延造形を行い形鋼を製造する製造方法であって、前記圧延造形には、被圧延材を所定の略ドッグボーン形状に圧延造形するエッジング圧延と、エッジング圧延工程完了後の被圧延材を90°あるいは270°回転させてウェブ部の圧延を行う平造形圧延が含まれ、前記エッジング圧延前に前記素材の幅全面域又は一部領域に対し所定の圧下量の圧下を施すことを特徴とする、形鋼の製造方法。

請求項2

前記所定の圧下量は、前記素材に対し加熱炉内において付与された圧痕の凹み量の2倍に設定されることを特徴とする、請求項1に記載の形鋼の製造方法。

請求項3

前記所定の圧下量の圧下は、上下フラットロール又は上下水平ロールによって行われ、当該上下フラットロール又は上下水平ロールにおいて、上下ロールの一方のロール径が他方のロール径よりも小径に構成されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の形鋼の製造方法。

請求項4

前記所定の圧下量の圧下は、上下非対称形状の上下ロールによって行われ、当該上下ロールは、一方のロールがフラットロールであり、他方のロールは一部未圧下部を有するロールであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の形鋼の製造方法。

請求項5

前記形鋼は、H形鋼であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の形鋼の製造方法。

請求項6

前記所定の圧下量の圧下は、前記素材の一部領域に対して施され、当該一部領域は、H形鋼のウェブとなる部位の範囲を除く領域であることを特徴とする、請求項5に記載のH形鋼の製造方法。

請求項7

前記所定の圧下量の圧下は、前記平造形圧延を行う孔型に形成されたカラー部を用いた複数パスリバース圧延にて施されることを特徴とする、請求項1又は2に記載のH形鋼の製造方法。

請求項8

前記複数パスのリバース圧延では、前記素材と前記カラー部とのロール軸方向での相対的な位置が異なる状態で各パスでの圧延が行われることを特徴とする、請求項7に記載のH形鋼の製造方法。

請求項9

前記素材の断面形状とH形鋼のフランジ板厚との関係に基づき、前記所定の圧下量を設定することを特徴とする、請求項5に記載の形鋼の製造方法。

請求項10

前記素材のスラブ厚が240mm〜260mmであり、前記素材に付与された圧痕の凹み量が最大で10mmであり、前記H形鋼の寸法において最小フランジ厚が19mmである場合、前記所定の圧下量は7mm以上に設定されることを特徴とする、請求項5に記載の形鋼の製造方法。

請求項11

前記素材のスラブ厚が240mm〜260mmであり、前記素材に付与された圧痕の凹み量が最大で10mmであり、前記H形鋼の寸法において最大フランジ厚が40mmである場合、前記所定の圧下量は14mm以上に設定されることを特徴とする、請求項5に記載の形鋼の製造方法。

請求項12

前記素材のスラブ厚が290mm〜310mmであり、前記素材に付与された圧痕の凹み量が最大で10mmであり、前記H形鋼の寸法において最小フランジ厚が19mmである場合、前記所定の圧下量は5mm以上に設定されることを特徴とする、請求項5に記載の形鋼の製造方法。

請求項13

前記素材のスラブ厚が290mm〜310mmであり、前記素材に付与された圧痕の凹み量が最大で10mmであり、前記H形鋼の寸法において最大フランジ厚が40mmである場合、前記所定の圧下量は13mm以上に設定されることを特徴とする、請求項5に記載の形鋼の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、例えば矩形断面であるスラブ等を素材としてH形鋼等の形鋼を製造する製造方法に関する。

背景技術

0002

H形鋼に代表される形鋼を製造する場合には、加熱炉から抽出されたスラブやブルーム等の素材を粗圧延機(BD)によって粗形材(所謂ドッグボーン形状被圧延材)に造形し、中間ユニバーサル圧延機によって上記粗形材のウェブフランジの厚さを圧下し、併せて前記中間ユニバーサル圧延機に近接したエッジャー圧延機によって被圧延材のフランジに対し幅圧下や端面の鍛錬と整形が施される。そして、仕上ユニバーサル圧延機によって形鋼製品が造形される。

0003

近年、建築構造物の大型化や海洋構造物への利用に伴い、従来に比べ大型のH形鋼製品の製造が求められており、特に、フランジ幅フランジ厚増した製品が望まれている。スラブ等の矩形断面素材を用いた製造工程において、フランジ幅及びフランジ厚を増やす技術としては、被圧延材の上下端面スラブ端面)に割り込みを形成させた後に、スラブ端面をエッジングしながら割り込み形状を変更する技術(所謂ウェッジ法)が知られている。

0004

このうち、フランジ厚を増厚する技術については、例えば特許文献1に、被圧延材の上下端部(スラブ端面)を拘束せずに割り込みを形成させた後に、孔型側壁に接触しない状態でスラブ端面をエッジングしながら割り込み形状を変更する技術が開示されている。この技術によれば、エッジング圧延圧下率に応じてフランジの増厚を図ることが可能である。

0005

また、加熱炉からスラブやブルーム等の素材を抽出する際に行われる工程として、例えば特許文献2に記載の、スラブ表面性状を調整し、幅出し圧延等を行う調整圧延といったものが知られている。特許文献2では厚板圧延を対象としているが、このような調整圧延は、種々の形鋼製造の際の素材にも適用することができると考えられる。

先行技術

0006

特開平11−347601号公報
特開昭58−6707号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、上記特許文献1等に代表される、スラブ等の素材に対しいわゆるエッジング圧延を行いドッグボーン形状の粗形材を圧延造形する場合に、フランジに相当する部位の内面(以下、単にフランジ内面とも記載)に疵が発生する場合がある。フランジ内面の疵が発生した状態のまま圧延造形を進めていくと、最終的なH形鋼製品のフランジ内面に疵が残存し、表面性状不良として所望の品質の製品が得られない恐れがある。特に、フランジ幅やフランジ厚を増した大型のH形鋼製品の製造時には、圧延造形時にフランジの厚み圧下が充分に取れないために、粗形材において発生した疵を消去することが困難となり、製品における疵の残存率(疵発生率)が高いことが分かっている。また、上記特許文献2には、スラブ等の素材に対し表面性状の調整を行う旨が記載されているが、スラブ等の素材表面の疵の発生や残存に対する具体的な対策については何ら言及されておらず、当然、フランジ内面に発生した疵に対する対応策についても何ら開示されていない。

0008

本発明者らが、粗形材のフランジ内面に発生した疵の原因について鋭意検討したところ、圧延造形前の矩形断面素材(以下、単にスラブとも記載)の段階で被圧延材の表面に凹み(圧痕)が発生していることが明らかとなり、その原因はスラブを高温で保持して加熱する加熱炉のスキッド部にあることを見出した。具体的には、加熱炉内部においてスラブを保持するためのスキッド部に経年使用によるスケール等が堆積し、スラブ下面(スキッド接触面)に自重による局部的な圧痕が付与されていることが、疵発生の原因であることが分かった。特にスラブからH形鋼を造形する場合には、1300℃程度の高温環境下にあり、スキッド部に経年使用によるスケール堆積等があったとしても容易に除去できるものではないため、加熱炉の修繕等を行うことなく、上記のような疵を製品に残存させないような技術が求められている。

0009

このような事情に鑑み、本発明の目的は、加熱炉のスキッド部でのスケール堆積に起因して素材に発生する凹み(圧痕)を、最終製品において残存させることなく形鋼製品を製造することが可能な技術を提供することにある。特に、大型のH形鋼製品を製造する場合に、フランジ内面に生じる恐れのある疵を抑制させ、フランジ表面性状の良好な製品を製造することが可能な技術を適用することを目的としている。

課題を解決するための手段

0010

前記の目的を達成するため、本発明によれば、加熱炉から抽出されたスラブを素材とし、当該素材を被圧延材として圧延造形を行い形鋼を製造する製造方法であって、前記圧延造形には、被圧延材を所定の略ドッグボーン形状に圧延造形するエッジング圧延と、エッジング圧延工程完了後の被圧延材を90°あるいは270°回転させてウェブ部の圧延を行う平造形圧延が含まれ、前記エッジング圧延前に前記素材の幅全面域又は一部領域に対し所定の圧下量の圧下を施すことを特徴とする、形鋼の製造方法が提供される。

0011

前記所定の圧下量は、前記素材に対し加熱炉内において付与された圧痕の凹み量の2倍に設定されても良い。

0012

前記所定の圧下量の圧下は、上下フラットロール又は上下水平ロールによって行われ、当該上下フラットロール又は上下水平ロールにおいて、上下ロールの一方のロール径が他方のロール径よりも小径に構成されても良い。

0013

前記所定の圧下量の圧下は、上下非対称形状の上下ロールによって行われ、当該上下ロールは、一方のロールがフラットロールであり、他方のロールは一部未圧下部を有するロールであっても良い。

0014

前記形鋼は、H形鋼であっても良い。

0015

前記所定の圧下量の圧下は、前記素材の一部領域に対して施され、当該一部領域は、H形鋼のウェブとなる部位の範囲を除く領域であっても良い。

0016

前記所定の圧下量の圧下は、前記平造形圧延を行う孔型に形成されたカラー部を用いた複数パスリバース圧延にて施されても良い。

0017

前記複数パスのリバース圧延では、前記素材と前記カラー部とのロール軸方向での相対的な位置が異なる状態で各パスでの圧延が行われても良い。

0018

前記素材の断面形状とH形鋼のフランジ板厚との関係に基づき、前記所定の圧下量を設定しても良い。

0019

前記素材のスラブ厚が240mm〜260mmであり、前記素材に付与された圧痕の凹み量が最大で10mmであり、前記H形鋼の寸法において最小フランジ厚が19mmである場合、前記所定の圧下量は7mm以上に設定されても良い。

0020

前記素材のスラブ厚が240mm〜260mmであり、前記素材に付与された圧痕の凹み量が最大で10mmであり、前記H形鋼の寸法において最大フランジ厚が40mmである場合、前記所定の圧下量は14mm以上に設定されても良い。

0021

前記素材のスラブ厚が290mm〜310mmであり、前記素材に付与された圧痕の凹み量が最大で10mmであり、前記H形鋼の寸法において最小フランジ厚が19mmである場合、前記所定の圧下量は5mm以上に設定されても良い。

0022

前記素材のスラブ厚が290mm〜310mmであり、前記素材に付与された圧痕の凹み量が最大で10mmであり、前記H形鋼の寸法において最大フランジ厚が40mmである場合、前記所定の圧下量は13mm以上に設定されても良い。

発明の効果

0023

本発明によれば、加熱炉のスキッド部でのスケール堆積に起因して素材に発生する凹み(圧痕)を、最終製品において残存させることなく形鋼製品を製造することが可能となる。

図面の簡単な説明

0024

H形鋼の製造ラインについての概略説明図である。
矩形断面素材であるスラブから粗形材を圧延造形する粗圧延工程に関する概略説明図である。
加熱炉内部の一部を示した概略平面図である。
エッジング圧延時のフランジ部の圧縮変形の状況を示す概略説明図である。
フランジ部における圧縮ひずみ解析に基づいたフランジ内面位置に沿って算出した圧縮ひずみ分布グラフである。
上下フラットロールを用いてスラブの幅全面域を圧下する場合のロール構成を示す概略的な正面断面図である。
後のH形鋼製品のウェブとなる部位を除いた範囲を部分的に圧下する構成の上下水平ロールのロール構成を示す概略的な正面断面図である。
上下非対称なロール構成の一例を示す概略的な正面断面図である。
平造形圧延を行う孔型が設けられた孔型ロールを用い、スラブ裏面の幅全面域を対象として全面的な圧下を施す方法の概略説明図である。
カラー部によってスラブに対し複数パスのリバース圧延を行う際の一例を示す概略説明図である。

実施例

0025

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、ここでは、形鋼の一例としてH形鋼製品を製造する場合を例示して説明するが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。

0026

(製造ラインの概略)
図1は、本実施の形態にかかる圧延設備1を含むH形鋼の製造ラインTについての説明図である。図1に示すように、製造ラインTには上流側から順に、加熱炉2、粗圧延機4、中間ユニバーサル圧延機5、仕上ユニバーサル圧延機8が配置されている。また、中間ユニバーサル圧延機5に近接してエッジャー圧延機9が設けられている。なお、以下では、説明のために製造ラインTにおける鋼材を、その形状に関わらず総称して同一の符号を用い「被圧延材A」と記載し、各図において適宜その形状を図示する場合がある。

0027

図1に示すように、製造ラインTでは、加熱炉2から抽出された矩形断面素材である例えばスラブ11等の被圧延材Aが、粗圧延機4において粗圧延される。次いで、中間ユニバーサル圧延機5において中間圧延される。この中間圧延時には、必要に応じてエッジャー圧延機9によって被圧延材の端部等(後述するフランジ部)に対して圧下が施される。通常の場合、粗圧延機4のロールには、複数の孔型が設けられており、これらを経由して複数パスのリバース圧延でH形粗形材13が造形され、該H形粗形材13を前記中間ユニバーサル圧延機5−エッジャー圧延機9の2つの圧延機からなる圧延機列を用いて、複数パスの圧下が加えられ、中間材14が造形される。そして中間材14は、仕上ユニバーサル圧延機8において製品形状に仕上圧延され、H形鋼製品16が製造される。

0028

(粗形材の圧延造形の概略)
次に、粗圧延機4でのH形粗形材13(以下、単に粗形材13とも記載)の圧延造形の概略について図面を参照して説明する。図2は、矩形断面素材であるスラブ11から粗形材13を圧延造形する粗圧延工程に関する概略説明図であり、(a)〜(e)の順で被圧延材Aが複数の各孔型において圧延造形される様子を示している。なお、(b)〜(e)に示す孔型圧延造形は、各孔型においてそれぞれ1パスあるいは複数パスのいずれのパス回数で行われても良い。

0029

図2(a)、(b)に示すように、矩形断面形状のスラブ11に対し、当該スラブ11の幅方向(図中上下方向)に圧下され、それと共に、幅方向端部に溝の付与(いわゆる溝付け圧延)が行われる。そして、図2(c)に示すように、被圧延材Aの幅方向に対し更なる圧下が行われると共に、幅方向端部の溝を拡げ、フランジ部20を形成させるような圧延造形(いわゆる割り込み圧延)が行われる。なお、ここでのフランジ部20とは、最終的にH形鋼製品においてフランジとなる部位を指す。このような圧延造形に鑑み、図2(b)に示す孔型を「溝付け孔型」、図2(c)に示す孔型を「割り込み孔型」と呼称する場合もある。

0030

続いて、図2(d)に示すように、フランジ部20に付与され、拡げられた溝を消去しつつ、フランジ部20の幅を拡大させるような圧下が、被圧延材Aの幅方向に対し行われる。このような圧延造形に鑑み、図2(d)に示す孔型を「溝消し孔型」と呼称する場合もある。これら図2(a)〜(d)に示す、被圧延材A(スラブ11)を立てた状態で、その幅方向(図中上下方向)において圧下を行うような圧延造形は、いわゆる「エッジング圧延」と呼称される。

0031

そして、図2(e)に示すように、被圧延材Aを立てた状態(図2(a)〜(d)の状態)から90°あるいは270°回転させ、ウェブ部30の厚みを減厚させる圧延造形が行われ、粗形材13となる。なお、ここでのウェブ部30とは、最終的にH形鋼製品においてウェブとなる部位を指す。この、被圧延材Aの厚み方向に対して圧下を行うような圧延造形は、「平造形圧延」や「平圧延」と呼称され、対応する孔型は「平孔型」と呼称される場合もある。

0032

(裏面疵の発生)
図2を参照して上述したように圧延造形される粗形材13に関し、本発明者らは、当該粗形材13の一部に疵が発生しているのを発見し、当該疵の原因について鋭意検討を行った。検討の結果、粗形材13の疵の原因は図2に示す圧延造形ではなく、その前段階である加熱炉2内部で発生していることを見出した。

0033

図3は加熱炉2内部の一部を示した概略平面図である。図3に示すように、加熱炉2の内部には、スラブ11搬送時に当該スラブ11を支持する固定スキッド40と、支持されたスラブ11を搬送させるための可動スキッド42が備えられる。図示の通り、加熱炉2の内部には、固定スキッド40と可動スキッド42は複数が交互に配置され、固定スキッド40上でスラブ11が支持されつつ、可動スキッド42の駆動により当該スラブ11が所定の方向(例えば図3中の上下方向)に搬送される構成となっている。

0034

スラブ11からH形鋼製品を製造する場合に、加熱炉2の内部は例えば1300℃程度の高温環境下にあり、上記固定スキッド40や可動スキッド42といったスキッド部には、経年使用によるスケール堆積等が見られる。図3に示すように、スキッド上にスラブ11が支持された状態で当該スラブ11の搬送が行われるため、スキッド部にスケールが堆積した場合には、スラブ11の自重による局部的な凹み(圧痕)がスラブ下面側(裏面側:スキッド接触側)に付与される。そして、スラブ裏面に付与された凹み(圧痕)は、後段の圧延造形において圧縮されることで部分的な折れ込み状の凹みとなる場合があり、いわゆる折れ込み疵やすり下げ疵といった種々の疵が生じる恐れがある。
特に、フランジ幅やフランジ厚を増した大型のH形鋼製品の製造時には、圧延造形時にフランジの厚み圧下が充分に取れないために、上述したように粗形材において発生した疵を消去することが困難となり、製品における疵の残存率(疵発生率)が高くなる懸念がある。

0035

(裏面疵が特に問題となる範囲)
また、折れ込み疵は上記凹み(以下、圧痕とも記載)が圧縮されて形成される疵であることに鑑み、スラブ裏面に圧痕が付与された後に、当該圧痕が圧縮され折れ込み疵が生じる場所は、エッジング圧延での圧縮変形において圧縮ひずみが局所的に大きくなる範囲であると考えられる。そこで、本発明者らは、エッジング圧延における被圧延材表面の圧縮変形状況について解析を行い、変形過程について考察し、折れ込み疵の発生が顕著となるような範囲について検討を行った。

0036

図4はエッジング圧延時のフランジ部20の圧縮変形の状況を示す概略説明図(解析図)であり、フランジ部20における圧縮変形をFEM解析によって図示し、圧縮ひずみによる変形をメッシュにより図示したものである。図4には、簡略化のためフランジ部20の一部断面(1/4断面)のみを拡大し、その変形の様子を(a)、(b)の順で図示している。なお、図4に示した解析は、1800mm×250mmのスラブを素材とし、1000mm×400mmのH形鋼を製造する際のエッジング圧延の様子(図2(c)、(d)参照)を示したものである。

0037

図4に示すように、主にフランジ部20の先端側面部において圧縮ひずみが発生していることが観察される(図4中の破線部参照)。図5は、フランジ部20における圧縮ひずみを解析に基づいたフランジ内面位置に沿って算出した圧縮ひずみ分布のグラフである。図5に示す「フランジ内面位置」とは、図4に示した解析図でフランジ部20の先端側面部に付した105〜255の数値(FEM解析節点番号)で位置を示したものであり、「各カリバー累積圧縮歪」とは、フランジ内面の各位置での圧縮ひずみ値のエッジング初期パスからの累積値を示したものである。なお、図5中のG1〜G3で示すグラフは、エッジング圧延を段階的に行った際の各孔型での圧縮ひずみ累積分布を示しており、G1は図2(b)に示した溝付け孔型、G2は図2(c)に示した割り込み孔型、G3は図2(d)に示した溝消し孔型、のそれぞれの孔型での最終パス終了後の圧縮ひずみ累積分布を表している。

0038

図5に示すように、フランジ内面位置180〜225の範囲において割り込み圧延時及び溝消し圧延時に圧縮ひずみのピークが見られ、特にG3、即ち、溝消し孔型での圧延造形において最も圧縮ひずみのピーク値が高くなっている(図5中破線部参照)。図4及び図5に示す解析結果から、特に、フランジ内面位置(例えば図4中の180〜225の範囲)に圧痕が生じていた場合に当該圧痕が圧縮され折れ込み疵が顕著に発現することが分かる。

0039

このようなフランジ内面位置に発現した折れ込み疵は、平圧延時(図2(e)参照)においても消去されにくい。これは、平圧延の特性として、ウェブ部に対してフランジ部の延伸が小さく、また、フランジ厚の直接的な圧下が行われないといった特徴があることから、平圧延ではフランジ内面の成形はほとんど行われないことに起因する。

0040

(裏面疵の消去技術)
以上のような事情に鑑み、本発明者らは、加熱炉2においてスラブ裏面に付与された圧痕を除去(あるいは軽減)するための技術について検討した。以下では、本検討について図面を参照して説明する。

0041

スラブ11の裏面に付与された圧痕を除去(あるいは軽減)する技術として、加熱炉2から抽出されたスラブ11に対し、当該スラブ11の幅全面域を対象としたフラットロールを用いて全面的な圧下を施す方法が考えられる。図6は上下フラットロール50を用いてスラブ11の幅全面域を圧下する場合のロール構成を示す概略的な正面断面図である。図示の通り、上下フラットロール50は上ロール50a及び下ロール50bからなり、これらロール50a、50bはスラブ11の幅全面域を圧下する構成となっている。

0042

図6に示すように、上下フラットロール50を用い、加熱炉2から抽出されたスラブ11に対し、事前に幅全面域での圧下を施すことで、裏面に付与されていた圧痕が消去され、その後にエッジング圧延に進むため、圧痕の残存や、折れ込み疵の発生が抑制され、最終的にフランジ内面の表面性状が良好なH形鋼製品を安定的に製造することが可能となる。

0043

ここでの圧下量は所定値として適宜定めれば良い。例えばスラブ裏面に付与される圧痕の凹み量の2倍程度に設定すれば良く、一例として、凹み量が5mmである場合には10mmに設定される。圧痕はスラブ裏面側(下面側)のみに生じ、この下面側のみを圧下するような設定とすることが、後段の圧延造形に及ぼす影響を最小にできるため望ましい。しかしながら、圧延は上下ロールでスラブを狭圧して行われるため、下面側の圧下と併せて上面側の圧下も避けられず、例えば、上下ロールが同一ロール径で同一回転数であれば、スラブ下面側への圧下量と同量の圧下がスラブ上面側にも作用することになる。従って、圧下量の上限値は、下面側と上面側を合わせて圧痕の凹み量の2倍に設定される。

0044

また、スラブ11に対するエッジング圧延前の圧下はフランジ肉量を減じることになることから、圧下量はなるべく低い値に抑えることが好ましい。そこで本発明者らは、圧痕を低減・除去するための圧下における圧下量の下限値について更なる検討を行った。
圧下量の下限値は、圧痕を完全に消去しない状態で後段の圧延を行った際に、どの程度、圧痕が製品に影響を与えるのかにより定まる。そこで、本発明者らは、まず、板厚250mmのスラブと、板厚300mmのスラブを所定のフランジ板厚まで圧延造形した場合の凹み(圧痕)の残存状況(疵の深さ:凹み量)を試験圧延と計算により評価し、各条件の圧下率と凹み量の算出結果を以下の表1〜表8にまとめた。なお、各表の数値の単位は板厚についてはいずれも「mm」であり、圧下率は無次元比率値スラブ板厚/フランジ板厚)である。

0045

0046

一般的なH形鋼の疵に関し、JISG3192によれば、圧痕系の疵は0.5mm超の疵が公差規格外として規定されている。従って、疵の深さ(凹み量)は0.5mmを閾値とし、0.5mm以下に抑えることが望ましいと考えられる。例えば上記表1の条件では、最小フランジ板厚での凹み(疵の深さ:凹み量)が0.76mmであるため疵が充分に抑制されていないといえる。一方で、上記表5の条件では、最小フランジ板厚での凹みが0.5mmであるため疵が充分に抑制されているといえる。即ち、表5から、スラブ板厚250mm、圧下率13.2の場合、スラブ段階で凹み量は6.6mm以下まで低減しておくことが必要であるといえる。
同様に、表6〜表8に示す各条件下では、スラブ段階で凹み量は7.9mm以下、3.1mm以下、3.8mm以下まで低減しておくことが必要であるといえる。

0047

上記表1、3、5、7を参照し、スラブ板厚が250mm(誤差を含め240mm〜260mm)であり、例えばスラブ段階での圧痕の凹み量が最大で10mmである場合には、当該凹み量を3.1mmまで低減しておくことで、いずれの条件でも疵が公差内(0.5mm以下)に収まるといえる。即ち、圧痕を低減・除去するための圧下における圧下量の下限値としては、スラブ段階での最小圧下量として6.9mm(10mm−3.1mm)の2倍である約14mmが設定される。
また、上記表2、4、6、8を参照し、スラブ板厚が300mm(誤差を含め290mm〜310mm)の場合、同様にスラブ段階での最小圧下量は約13mmが設定される。
また、上記表5、6を参照し、製品最小フランジ厚が19mmであるようなH形鋼製品を製造する場合、スラブ段階で約7mm以上の圧下を行うことが好ましいといえる。特に、上記表6によれば、スラブ板厚300mmの場合にはスラブ段階で約5mm以上の圧下を行うことが好ましいといえる。
また、上記表7、8を参照し、製品最大フランジ厚が40mmであるようなH形鋼製品を製造する場合、スラブ段階で約14mm以上の圧下を行うことが好ましいといえる。特に、上記表8によれば、スラブ板厚300mmの場合にはスラブ段階で約13mm以上の圧下を行うことが好ましいといえる。

0048

上表1〜表8の条件を例示して説明したように、スラブ断面形状(特にスラブ板厚)と製品のフランジ板厚との関係に基づき、スラブ段階での好適な圧下量を設定することができる。

0049

なお、このような上下フラットロール50を用いてスラブ11の幅全面域圧下を行う場合に、圧痕が付与された裏面の圧下量を表面に比べ大きくするために、下ロール50bのロール径を上ロール50aのロール径に比べ小径とすることもできる。これにより、裏面に付与された圧痕をより効率的に消去することができる。但し、加熱炉2から抽出されたスラブ11が転回され、上面に圧痕が付与された状態となった場合には、上ロール50aのロール径を下ロール50bのロール径に比べ小径としても良い。

0050

また、図4、5を参照して上述したように、圧縮ひずみが大きく、圧痕の残存が折れ込み疵に繋がるような範囲として、フランジ内面の所定範囲が例示されるが、一方で、スラブ11において後のH形鋼製品においてウェブとなるような部位(ウェブ部30)については、平圧延造形等の後段圧延において十分な圧下が行われる。即ち、スラブ11において後のH形鋼製品においてウェブとなるような部位に圧痕が残存したとしても、十分な圧下が行われるために消去される。このような観点から、スラブ11の裏面に付与された圧痕を除去する場合には、必ずしも当該スラブ11の幅全面域に圧下を施す必要はなく、後のH形鋼製品においてウェブとなるような部位については圧下を施さず、一部領域に対してのみ圧下を施しても良い。

0051

図7は、スラブ11において後のH形鋼製品のウェブとなる部位を除いた範囲を部分的に圧下する構成の上下水平ロール60のロール構成を示す概略的な正面断面図である。図7に示すように、上下水平ロール60は上ロール60a及び下ロール60bからなり、スラブ11の全幅Wのうち幅中央部の範囲Uについては未圧下とするようなロール構成となっている。この範囲Uは後のH形鋼製品においてウェブとなる部位の範囲であり、例えば平圧延時のウェブ内法と同じ範囲とされる。即ち、図7に示すように、スラブ11の全幅Wにおいて、幅中央部の範囲Uについては未圧下とし、その両側2箇所に位置する範囲X(=(W−U)/2)について圧下するような構成であれば、スラブ裏面に付与された圧痕を消去し、フランジ表面性状の良好な製品を製造することができる。

0052

範囲Uを未圧下とする構成の上下水平ロール60においては、例えば別の圧延造形工程を行うための孔型を当該範囲U内に設けることが可能となる。一例として、図2に示した「溝付け孔型」や「割り込み孔型」を当該範囲U内に設けることができる。これにより、孔型ロールの効率的な利用が実現され、設備コストの低減や圧延機におけるロール利用効率の向上が図られる。

0053

また、スラブ11に対するエッジング圧延前の圧下はフランジ肉量を減じることになるため、圧下量はなるべく低い値に抑えることが好ましいといった観点から、上ロールをフラットロールとし、下ロールは一部未圧下部を有するような構成とし、上下非対称なロール構成を用いても良い。図8は、上下非対称なロール構成の一例を示す概略的な正面断面図である。図8に示すように、上ロールは上フラットロール65であり、下ロールは全幅Wのうち幅中央部の範囲Uを未圧下とするような下水平ロール66である。なお、図8の構成は一例であり、スラブ11が転回され、上面に圧痕が付与された状態となった場合には、下ロールをフラットロール、上ロールを一部未圧下部を有するような構成としても良い。

0054

図8に示すロール構成によれば、上面においては、スラブ11の幅全面域圧下が行われ、且つ、裏面においては、スラブ11の全幅Wにおいて、幅中央部の範囲Uについては未圧下とし、その両側2箇所に位置する範囲X(=(W−U)/2)について圧下するといった部分圧下が行われる。このような構成では、上フラットロール65による圧延幅が下水平ロール66による圧延幅に対して大きくなる。ロール反力はロールと被圧延材との接触断面積によって決まるため、上下の圧延反力釣り合うためには、上フラットロール65の圧下量が下水平ロール66の圧下量よりも小さくなる必要がある。従って、本構成では、スラブ11の上面の圧下量が小さく抑えられ、圧痕が存在しない上面における無用な圧下を低減させることができる。

0055

以上、図6図8を参照して説明したように、加熱炉2から抽出されたスラブ11に対し、エッジング圧延前に裏面に付与されていた圧痕を消去する圧延を行うことで、圧痕の残存や、折れ込み疵の発生が抑制され、最終的にフランジ内面の表面性状が良好なH形鋼製品を安定的に製造することができる。
特に、大型のH形鋼製品を製造する場合には、圧延造形時にフランジの厚み圧下が充分に取れないために、製品における疵の残存率(疵発生率)が高くなると考えられるが、圧痕を消去する圧延を行うことで疵の残存率を大幅に低減させることができる。

0056

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0057

(本発明の他の実施の形態)
上記実施の形態においては、加熱炉2から抽出されたスラブ11に対し、エッジング圧延前に裏面に付与されていた圧痕を消去する圧延を行うのに、上下ロール(図6図8参照)を個別に用意して用いるとの説明を行ったが、本発明技術を実施するためには、必ずしもこのような上下ロールを用意する必要はなく、他の圧延工程を実施するために既に圧延機のロールに設けられているロールを用いてスラブ裏面の圧痕を消去するといった方法も考えられる。ここでは、本発明の他の実施の形態として、平造形圧延を行うために設けられた孔型を用いてスラブ裏面の圧痕を消去する技術について説明する。

0058

図9は、平造形圧延を行う孔型70が設けられた孔型ロール80を用い、スラブ裏面の幅全面域(全幅W)を対象として全面的な圧下を施す方法の概略説明図である。図9に示すように、孔型ロール80は上ロール80a及び下ロール80bからなる。また、孔型ロール80には複数の孔型が設けられるのが一般的であり、孔型70の両端部にはいわゆる「カラー部」と呼ばれる孔型同士の間に位置する中間領域が形成されている。図示の構成では、カラー部88は、スラブ幅方向(孔型ロール軸方向)において幅Bを有する先端平面部88aを有している。

0059

本発明者らは、孔型ロール80に平造形圧延用に既に設けられている孔型70の両端部に位置するカラー部88を用い、エッジング圧延前にスラブ裏面に付与されていた圧痕を消去する方法を創案した。図9に示す、幅Bの先端平面部88aを用いてスラブ11の裏面幅全面域(全幅W)の領域を圧下するためには、カラー部88を含む孔型70において、スラブ11に対し複数パスのリバース圧延を行う必要がある。

0060

なお、図7を参照して前述したように、スラブ11の全幅Wにおいて、幅中央部の範囲Uについては未圧下とし、その両側2箇所に位置する範囲X(=(W−U)/2)について圧下するような構成としても、スラブ裏面に付与された圧痕を消去し、フランジ表面性状の良好な製品を製造することができる事から、カラー部88によって圧下する領域は、幅全面域ではなく、当該範囲X(=(W−U)/2)のみとしても良い。

0061

図10は、カラー部88によってスラブ11に対し複数パスのリバース圧延を行う際の一例を示す概略説明図であり、(a)は第1パス、(b)は途中の第Nパス、(c)は最終パス、をそれぞれ示している。図10に示すように、複数パスのリバース圧延において、スラブ11とカラー部88との相対的な位置関係をずらしつつ、スラブ11の裏面の幅全面域(全幅W)あるいは所定の範囲の領域(範囲X)を圧下することで、スラブ裏面における圧痕の残存や、折れ込み疵の発生が抑制され、最終的にフランジ内面の表面性状が良好なH形鋼製品を安定的に製造することができる。例えば、範囲Xの圧下を先端の幅Bであるカラー部88を用いて実施する場合には、X/B以上のパス回数でもってリバース圧延を行えば良い。

0062

加えて、本他の実施の形態では、上記実施の形態で説明したような個別の上下フラットロール50や上下水平ロール60といったロールを用意する必要がなく、他の圧延工程(ここでは平造形圧延)を実施するために既に圧延機のロールに設けられている孔型ロール80のカラー部88を用いている。そのため、設備コストの低減や圧延機におけるロール利用効率の向上が図られる。

0063

なお、以上の実施の形態及び他の実施の形態において、スラブ11を圧延造形して製造する形鋼製品としてH形鋼製品を例示して説明したが、本発明技術は加熱炉から抽出されたスラブの段階で裏面に圧痕が生じているのを解消するものであり、その適用範囲はスラブを用いて圧延造形されるI形鋼溝形鋼といった種々の形鋼に適用可能であると思量される。

0064

本発明は、例えば矩形断面であるスラブ等を素材としてH形鋼等の形鋼を製造する製造方法に適用できる。

0065

1…圧延設備
2…加熱炉
4…粗圧延機
5…中間ユニバーサル圧延機
8…仕上ユニバーサル圧延機
9…エッジャー圧延機
11…スラブ
13…H形粗形材
14…中間材
16…H形鋼製品
20…フランジ部
40…固定スキッド
42…可動スキッド
50…上下フラットロール
60…上下水平ロール
70…平造形圧延を行う孔型
80…孔型ロール
88…カラー部
A…被圧延材
T…製造ライン

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