JP3958959B2

JP3958959B2 - 粗ｈ形材の製造方法

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Publication number: JP3958959B2
Application number: JP2001370472A
Authority: JP
Inventors: 洋介三浦; 慎也林
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: JP2003170202A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、その断面の形状が矩形やドッグボーン形などである材料（以下、それぞれ矩形材やドッグボーン形材と称する）を素材として、その断面の形状がＨ形またはＨに類似する形状の材料（以下、Ｈ形材と称する）を製造する工程における途中段階での材料（以下、中間材と称する）の一つである、その断面の形状が粗雑なＨ形をした粗Ｈ形材をその材料の塑性変形を利用した加工により製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粗Ｈ形材は、素材からＨ形材を製造する工程における途中の被加工材であり、図１４に鋼製の矩形材ｍ０を素材に、圧延によりＨ形材ｆを製造する工程を示す。
【０００３】
加熱炉１で矩形材ｍ０を圧延に必要な温度に加熱した後、ブレークダウン圧延機２の孔型ロールにより、前記矩形材ｍ０の断面の長辺（以下、板幅と称する）方向に該矩形材ｍ０を圧下してフランジｍ１−２を形成してドッグボーン形材ｍ１とし、さらに該ドッグボーン形材ｍ１を前記矩形材ｍ０の断面の短辺（以下、板厚と称する）方向に圧下することにより仕上整形し粗Ｈ形材ｍ２を得る。この後は、例えば粗ユニバーサル圧延機３および該粗ユニバーサル圧延機３に近接して配置したエッジャー圧延機４からなる圧延機群によりリバース圧延を行い、前記粗Ｈ形材ｍ２からその断面がよりＨ形材ｆのそれに近い中間材ｍ３とし、最後に仕上ユニバーサル圧延機５により前記中間材ｍ３を整形してＨ形材ｆとする加工工程がつづく。
【０００４】
素材が矩形材ｍ０である場合、ドッグボーン形材ｍ１または粗Ｈ形材ｍ２の製造方法については、特許第１２８８５４３号、特許第２０３６４７６号などの公報により明らかにされている。これらの公報にもとづいて、ブレークダウン圧延機２の上下ロール対２−１、２−２に必要な孔型を配置した例を図１５に示し、該孔型を用いることにより矩形材ｍ０からドッグボーン形材ｍ１を経由して粗Ｈ形材ｍ２を製造する過程を図１６（ａ）〜（ｄ）に示す。なお、本発明においては、矩形材ｍ０をその板幅方向に圧下することによりフランジを形成またはフランジを成長させてドッグボーン形材ｍ１を製造する孔型Ｇ１、Ｇ２およびＧ３をフランジ形成孔型と呼び、つづいて前記ドッグボーン形材ｍ１を前記矩形材ｍ０の板厚方向に圧下して断面の形状を整え、粗Ｈ形材ｍ２を製造する孔型Ｇ４を仕上整形孔型と呼ぶ。
【０００５】
図１６において、（ａ）は孔型Ｇ１により矩形材ｍ０の断面の短辺にＶ字型誘導溝（以下、誘導溝と称する）ｇ１を形成する圧延の様子を、（ｂ）は孔型Ｇ２によりフランジｍ１−２を形成する圧延の様子を、（ｃ）は表面疵を未然に防止するため孔型Ｇ３により誘導溝の形状をｇ２からｇ３のように浅くする様子を、そして（ｄ）は孔型Ｇ４により仕上整形して粗Ｈ形材ｍ２を得る様子を示す。この例では、フランジ形成孔型Ｇ１〜Ｇ３による、もとの矩形材ｍ０の板幅方向への圧下によりドッグボーン形材ｍ１が、さらに仕上整形孔型Ｇ４による、もとの矩形材ｍ０の板厚方向への圧下により粗Ｈ形材ｍ２が製造されている。
【０００６】
以下、図１５と図１６（ａ）〜（ｄ）を用いて従来技術の詳細を説明する。
【０００７】
板幅Ａ０、板厚Ｂ０の矩形材ｍ０は、最初に孔型Ｇ１の楔形突起（以下、突起と称する）Ｇ１−２により板幅方向に１パスないし２パス程度の圧下を受け、短辺Ｂ０に誘導溝ｇ１が形成される。孔型Ｇ１は幅がｓ１であり、孔底は中央部の突起Ｇ１−２と、該突起Ｇ１−２を対称軸とする両側の溝Ｇ１−３から成り立っている。矩形材ｍ０の板厚中央部に誘導溝ｇ１を形成するためには、板幅の両端部を孔型Ｇ１の側壁部Ｇ１−１によって挟持することが必要であり、したがって幅ｓ１は矩形材ｍ０の板厚Ｂ０にほぼ等しく設定してある。なお、孔型Ｇ１の役割は矩形材ｍ０の短辺Ｂ０に誘導溝ｇ１を形成することであり、矩形材ｍ０の板幅を縮小することはしない。したがって、孔型Ｇ１出しの被加工材の幅（以下、ウェブ高さと称する）Ａ１はほぼもとの矩形材ｍ０の板幅Ａ０に等しい。
【０００８】
次に、孔型Ｇ１出しの被加工材に対し、孔型Ｇ２を用いてもとの矩形材ｍ０の板幅方向へ数パスないし１０数パスの圧下を行うことにより、突起Ｇ２−２の作用で被圧下面付近で圧下方向と直角な方向のメタルフローが生じフランジｍ１−２が形成される。この圧延過程で、突起Ｇ２−２は倒れや捻れなしに被加工材を孔型へ誘導する役割をも同時に果たしている。
【０００９】
また、幅が前記孔型Ｇ２のそれｓ２とほぼ同じか少し大きい値ｓ３に設計されている孔型Ｇ３を用いて、孔型Ｇ２出しの被加工材に対し２パス程度の圧下を施すことにより、フランジｍ１−２を孔型Ｇ３内に充満させる。同時に、突起Ｇ３−２の頂角θ３は孔型Ｇ２のそれθ２よりも大きく、高さｈ３は孔型Ｇ２のそれｈ２よりも小さく構成されており、これにより孔型Ｇ２で形成された誘導溝ｇ２を消去して、以降の工程で当該部位にラップ疵が発生するのを防止する。以上述べた孔型Ｇ１から孔型Ｇ３にいたるフランジ形成圧延においては、矩形材ｍ０の幅厚比Ａ０／Ｂ０が大きいためロール圧下作用がその板幅方向中央部まで浸透しない。その結果、被加工材の孔型Ｇ１出し、孔型Ｇ２出しおよび孔型Ｇ３出しにおける被加工材のウェブｍ１−１の板厚ｂ１、ｂ２およびｂ３はいずれももとの矩形材ｍ０の板厚Ｂ０にほぼ等しい。
【００１０】
さらに、孔型Ｇ３出しのドッグボーン形材ｍ１に対して、仕上整形孔型Ｇ４によりウェブｍ１−１の板厚を減じるとともにフランジｍ１−２の断面の形状を整えることにより、ウェブ高さＡ×フランジ幅Ｂ×ウェブ厚ｂ４の粗Ｈ形材ｍ２を製造する。
【００１１】
孔型Ｇ４の形状は、ウェブ厚に対するフランジ厚の比がｃ４／ｂ４＝１．０〜２．４程度の粗Ｈ形材ｍ２を仕上整形するための形状になっている。これは、図１４に示すＨ形材ｆのウェブ厚に対するフランジ厚の比がｃｆ／ｂｆ＝１．０〜２．４程度であることに由来している。一方、孔型Ｇ３出しのドッグボーン形材ｍ１は通常ｃ３／ｂ３＝０．５〜０．６程度であり、該ドッグボーン形材ｍ１からｃ４／ｂ４＝１．０〜２．４程度の粗Ｈ形材ｍ２を整形するために、孔型Ｇ４の仕上整形圧延では被加工材のウェブはフランジよりも大きい圧下率で圧延される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した技術を適用することにより矩形材ｍ０からの粗Ｈ形材ｍ２の製造が可能になったが、この技術を適用するにあたっては、改善すべき問題点が残っている。すなわち、孔型Ｇ４による仕上整形圧延ではフランジよりもウェブの方が大きい圧下率で圧減されるので、ウェブの伸びがフランジの伸びよりも大きく、粗Ｈ形材ｍ２の長さ方向の両端部には、図１７に示すウェブが突出したタングが発生する。このままの状態でＨ形材ｆまで製造しようとすると、このタングは次第に成長していき、ロールやガイドと干渉してミスロールを誘発し、歩留や能率の低下の原因になる。そのため、上記タングは加工工程において切り捨てる必要がある。
【００１３】
タングの発生メカニズムを以下に詳しく説明する。
【００１４】
矩形材ｍ０から粗Ｈ形材ｍ２にいたる製造圧延過程において、それぞれ図３および図４に定義する被加工材のフランジ幅とクロップ長の推移を図５（ａ）、（ｂ）に示す。図５において（ａ）はフランジ幅の推移、（ｂ）はクロップ長の推移を示す。ただし、クロップ長は被加工材の長さ方向に沿う最先端部〜正常端部間の距離であり、クロップ形状に対応して正負の符号を付与することとする。すなわち、クロップ形状が、図４（ａ）のようにフランジがウェブに対して突出したフィッシュテールの場合には正、逆に図４（ｂ）のようにウェブがフランジに対して突出したタングの場合には負とする。図５（ａ）、（ｂ）において、圧延は曲線に沿って左から右へ進む。すなわち、もとの矩形材ｍ０が点Ｐ０に対応し、孔型Ｇ１により前記矩形材ｍ０の短辺部Ｂ０に誘導溝ｇ１を形成した状態が点Ｐ１、孔型Ｇ２によりフランジｍ１−２が形成された状態が点Ｐ２、孔型Ｇ３によりドッグボーン形材ｍ１が形成された状態が点Ｐ３、仕上整形孔型Ｇ４により粗Ｈ形材ｍ２が整形された状態が点Ｐ４に対応する。点Ｐ０から点Ｐ３におけるフランジ形成過程においては、もとの矩形材ｍ０の板幅方向、すなわち生成するドッグボーン形材ｍ１のウェブ高さ方向への圧下が行われ、この間ウェブ厚は殆ど変化しないので、横軸にはウェブ高さを選択している。一方、点Ｐ３から点Ｐ４における仕上整形過程では、ドッグボーン形材ｍ２のウェブ高さは殆ど一定のままウェブ厚方向の圧下が行われるので、横軸にはウェブ厚を選択している。
【００１５】
次に、点Ｐ０においては、ウェブ高さは矩形材ｍ０の板幅Ａ０に等しく、未だ加工を受けていない状態なのでクロップ長は０であり、フランジ幅は矩形材ｍ０の板厚Ｂ０に等しい。点Ｐ１は、板幅がほぼＡ０のまま矩形材ｍ０の短辺Ｂ０に孔型Ｇ１により誘導溝ｇ１を付与した状態であり、ここでもクロップは殆ど生成しておらず、またフランジ幅は殆ど増加しないので、点Ｐ１は殆ど点Ｐ０と同じ点である。
【００１６】
また、孔型Ｇ２およびＧ３の圧延では、ウェブ高さの減少に伴い、次第にフランジ幅が増加していき、点Ｑにおいてフランジ先端部が孔型Ｇ２の側壁Ｇ２−１に接触した後は、フランジ幅は一定値で推移し点Ｐ２で孔型Ｇ２の圧延が終了する。孔型Ｇ３により被加工材は点Ｐ２から点Ｐ３まで変化する。点Ｐ１から点Ｐ３において、フランジは主にフランジ幅方向に拡がるが、長さ方向にも僅かながら伸びる。ただし、ロールの圧下作用はウェブまでは浸透しないのでウェブは殆ど伸びず、被加工材の長さ方向の両端部にはフィッシュテールが形成され、かつこのフィッシュテールが次第に大きくなりクロップ長が増加する。
【００１７】
点Ｐ３から点Ｐ４の範囲に対応する孔型Ｇ４による仕上整形圧延においては、ウェブ厚が直接圧下されフランジは圧下されないため、ウェブの伸びがフランジのそれよりも常に大きく、圧下とともにクロップ長が単調減少（フィッシュテールが次第に消失）していく。最終的には点Ｒを境に被加工材の長さ方向端部領域（以下、端部と称する）の形状はフィッシュテールからタングに変わり、その後タングは単調に伸びていき、点Ｐ４で粗Ｈ形材ｍ２になったとき最大になる。
【００１８】
粗Ｈ形材ｍ２は、この後ユニバーサル圧延機３でフランジとウェブが同時に圧下されるため、フランジとウェブの伸びはほぼ同じであり、新たなクロップの発生は僅かである。したがって、点Ｐ４におけるクロップ重量が歩留落ちの大部分を占めており、また切断に要する時間だけ能率が落ちることになる。
【００１９】
本発明は、上記の問題点を解決するものであって、粗Ｈ形材ｍ２の両端部に発生するクロップの長さを制御し、切り捨てによる歩留落ちや切断に伴う時間ロスを軽減または解消することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題点を解決するにあたり、まず粗Ｈ形材ｍ２のクロップ長の制御について鋭意検討した結果、もとの矩形材ｍ０からフランジｍ１−２を形成するために孔型Ｇ１〜Ｇ３を用いて板幅方向に圧下にするに際し、該矩形材ｍ０の板幅に応じて各孔型に割り当てる圧下量の配分を変えればそれが可能であることを見いだした。
【００２１】
上述したように、粗Ｈ形材ｍ２の両端部にタングが発生する原因は、仕上整形圧延において被加工材のウェブの圧下率がフランジのそれよりも大きいからである。これは、一般に粗Ｈ形材の仕上整形加工において避けられないものであり、ウェブ厚に対するフランジ厚の比がドッグボーン形材ｍ１よりも粗Ｈ形材ｍ２の方が大きいことに由来している。
【００２２】
ところで、孔型Ｇ３出し段階でドッグボーン形材ｍ１の両端部には、タングとは逆の形状であるフィッシュテールが発生する。本発明者らは、板幅の大きい矩形材ｍ０を素材に選択することによりフランジ形成加工における総加工量（総圧下量）を増やしてフィッシュテールの長さを従来法よりも大きくした上で、これを適正値に制御すれば、粗Ｈ形材ｍ２の端部にタングが生じないということを知見し、本発明を見いだすにいたった。フィッシュテールの長さを適正値に制御するためには、矩形材ｍ０の板幅Ａ０に対応してフランジ形成孔型（上記の例ではＧ１、Ｇ２およびＧ３）に割り当てる圧下量の配分を変えることが効果的である。ただし、このとき仕上整形孔型Ｇ４の圧延では、つねにフィッシュテールをもつ材料を圧延することになり、後述するように蹴出しの際に蹴出し端において局所的なウェブ高さの拡大が起こり、フランジ外側面が孔型のカラーですり下げられ、表面疵が発生する。これを防止するための手段としては閉式孔型ロールを使用した圧延法、ユニバーサル孔型ロールを使用した圧延法または蹴出しの際にロールギャップを開放して蹴出し端を圧延しないような圧延法がある。
【００２３】
すなわち、本発明は上記知見にもとづくものであってその要旨は次のとおりである。
（１）素材からフランジ形成圧延および仕上整形圧延により粗Ｈ形材を製造するに際し、前記素材の断面の幅に応じて、前記フランジ形成圧延に用いる各孔型に割り当てる圧下量の配分を変えることにより前記粗Ｈ形材の先後端に生じるクロップ長を制御することを特徴とする粗Ｈ形材の製造方法、
（２）前記仕上整形加工を、少なくとも被加工材の長さ方向における端部形状がフィッシュテールである間は、閉式孔型ロールを用いて圧延することを特徴とする（１）記載の粗Ｈ形材の製造方法、
（３）前記仕上整形加工を、少なくとも被加工材の長さ方向における端部形状がフィッシュテールである間は、ユニバーサル孔型ロールを用いて圧延することを特徴とする（１）記載の粗Ｈ形材の製造方法、
（４）前記仕上整形加工を、少なくとも被加工材の長さ方向における端部形状がフィッシュテールである間は、被加工材の蹴出し側のウェブ端部が孔型ロールに入る前にロールギャップを開放する圧延を行うことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の粗Ｈ形材の製造方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図により詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明にもとづく粗Ｈ形材の基本製造プロセスを示す。（ａ）は孔型Ｇ１を用いて素材である矩形材ｍ０を、その板幅両端部を側壁Ｇ１−１で拘束しつつウェブ高さがＡ１になるまで板幅方向に圧下し、孔型Ｇ１による幅圧下を終えた段階、（ｂ）はさらに孔型Ｇ２によりウェブ高さがＡ２になるまで幅圧下して所定のフランジｍ１−２を形成した段階、さらに（ｃ）は孔型Ｇ３によりウェブ高さがＡ３になるまで幅圧下し、誘導溝を消去した段階、（ｄ）は仕上整形圧延を閉式仕上整形孔型Ｇ４により粗Ｈ形材ｍ２を圧延する段階の例をそれぞれ示した。図１（ｄ）に示したように、閉式の仕上整形孔型Ｇ４によりフランジ外側面ｍ２−２−１を孔型の側壁Ｇ４−１で支持しながら、ウェブ厚を圧下することにより粗Ｈ形材ｍ２を製造する。
【００２６】
ここでは仕上整形圧延を閉式孔型Ｇ４で行う例を示したが、図１１に示すユニバーサル孔型で行ってもよい。いずれの方法においても、蹴出し端を圧下する場合には後述する理由により、孔型ロールにフランジ外側面ｍ２−２−１全体を支持するための部位を有しており、図１（ａ）〜（ｄ）に例示した閉式孔型では上ロールの側壁Ｇ４−１がその役目を果たし、ユニバーサル孔型の場合には竪ロール３−２がその役割を受け持つように整形する。
【００２７】
また、別の方策として図１５のＧ４のような開式孔型を使用してもよいが、この場合には、孔型ロールにフランジ外側面ｍ２−２−１全体を支持するための部位がないので蹴出し端を圧下してはならない。したがって、被加工材の蹴出し側のウェブの端部が孔型に導入される前に上下ロールのギャップを開放するような圧延法をとる必要がある。
【００２８】
本発明にもとづく圧延法について、矩形材ｍ０から粗Ｈ形材ｍ２にいたる過程におけるフランジ幅とクロップ長の推移を示すと図２（ａ）、（ｂ）のようになる。図２には本発明にもとづくプロセスを２とおり示しており、Ｐ０’−Ｐ１’−Ｑ’−Ｐ２’−Ｐ３’−Ｐ４’、Ｐ０”−Ｐ１”−Ｑ”−Ｐ２”−Ｐ３”−Ｐ４”がそれであり、従来技術との比較のため、図５に示した従来技術にもとづくプロセスＰ０−Ｐ１−Ｑ−Ｐ２−Ｐ３−Ｐ４をあわせて示している。
【００２９】
図２において、点Ｐ０’またはＰ０”は素材の矩形材ｍ０であり、点Ｐ１’またはＰ１”は孔型Ｇ１による圧下を終えた段階で、図１（ａ）に対応する。同様に、点Ｐ２’またはＰ２”は孔型Ｇ２による圧下を終えた段階であり図１（ｂ）に対応し、点Ｐ３’またはＰ３” は孔型Ｇ３による圧下を終えた段階であり図１（ｃ）に対応し、また点Ｐ４’またはＰ４”は孔型Ｇ４による圧下を終えた段階であり図１（ｄ）に対応する。点Ｑ’またはＱ”は、孔型Ｇ２による幅圧下の進行に伴い徐々に成長していくフランジｍ１−２が孔型Ｇ２の側壁Ｇ２−１に接触するタイミングに対応する点である。
【００３０】
本発明を適用して得られる粗Ｈ形材ｍ２の状態は、それぞれ点Ｐ４’またはＰ４”である。図２（ａ）から分かるように、得られる粗Ｈ形材ｍ２のフランジ幅は従来法と同じである。しかし、図２（ｂ）から分かるようにクロップ長は異なっており、従来はクロップ長が負の値（タング）であるが、本発明を適用した場合にはクロップ長をほぼ０にすることができている。
【００３１】
このような本発明が可能となったポイントは２つある。第一は孔型Ｇ１、Ｇ２およびＧ３に割り当てる圧下量の配分を変えることによりクロップの形成速度を制御することであり、第二はフランジ外側面ｍ２−２−１をロールで直接支持することによりフィッシュテールを持つ被加工材のフランジ外側面ｍ２−２−１の噛み出し疵を防止することである。このことについて、以下で詳しく説明する。
【００３２】
まず、第一点目について説明する。
【００３３】
図２（ｂ）において、従来法ではＰ３−Ｐ４のように孔型Ｇ４による仕上整形圧延の際にクロップ長が減少し（すなわちフィッシュテールが後退してタングに向かい）、最終的に孔型Ｇ４出し段階Ｐ４でタングになる。そこであらかじめこれを見込んで、孔型Ｇ３出し段階でＰ３’およびＰ３”のようにクロップ長を大きくしておき（すなわち、長いフィッシュテールを生成しておき）、Ｇ４孔型出し段階Ｐ４’およびＰ４”のようにクロップ長をほぼ０にする。図２（ａ）および（ｂ）において、点Ｐ４’とＰ４”の段階で、被加工材のフランジ幅およびクロップ長は等しいが、もとの矩形材ｍ０の幅は異なっており、それぞれＡ０’とＡ０”である。このように、板幅の異なる矩形材ｍ０から、フランジ幅とクロップ長が同じ粗Ｈ形材ｍ２を製造できる。
【００３４】
まず、フランジ幅について説明する。孔型Ｇ３出し段階で点Ｐ３’、Ｐ３”はいずれも従来法の点Ｐ３と同じ位置にあり、断面の製造についてはまったく問題ない。これは、点Ｑ’、Ｑ”において孔型Ｇ２の側壁Ｇ２−１にフランジ先端部が接触した後は、フランジ幅拡がりが拘束され、フランジ幅のそれ以上の増加が抑制されるからである。
【００３５】
次にクロップ長について説明する。フランジ形成孔型Ｇ１〜Ｇ３の幅は互いに異なっているので、幅圧下量が同じでもクロップの増加量が互いに異なる。この性質を利用し、各フランジ形成孔型に割り当てる圧下量の配分を変えることにより、矩形材ｍ０の板幅が異なっても、クロップ長の等しい粗Ｈ形材ｍ２を製造することができる。図２（ｂ）においては、孔型Ｇ１とＧ２に割り当てる圧下量の配分を変えている。図２（ｂ）に示すように、孔型Ｇ１における単位幅圧下量あたりのクロップ長の増加量は直線Ｐ０’−Ｐ１’（または直線Ｐ０”−Ｐ１”）の勾配α１、孔型Ｇ２におけるそれは直線Ｐ１’−Ｐ２’（または直線Ｐ１”−Ｐ２”、直線Ｐ１−Ｐ２）の勾配α２、孔型Ｇ３におけるそれは直線Ｐ２’−Ｐ３’（または直線Ｐ２”−Ｐ３”、直線Ｐ２−Ｐ３）の勾配α３で表され、α１＞α２≒α３である。したがって、図２（ｂ）のように孔型Ｇ１とＧ２間に割り当てる圧下量の配分を適切に設定することにより、もとの矩形材ｍ０の板幅が異なっても、孔型Ｇ３出し段階で点Ｐ３’とＰ３”のようにクロップ長を同じ値にすることができ、したがって孔型Ｇ４出し段階でも点Ｐ４’とＰ４”のようにクロップ長を同じ値かつほぼ０にできる。
【００３６】
このようにフランジ形成孔型の幅によりクロップ形成速度が異なる理由を説明する。図６（ａ）に示す孔型Ｇ２（またはＧ３）のように幅ｓ２（またはｓ３）が大きいフランジ形成孔型で幅圧下されるときに排除されるメタルは、フランジｍ１−２の先端部が側壁Ｇ２−１（またはＧ３−１）に接触していないときはもとの矩形材ｍ０の板厚方向に容易に流れフランジ幅を拡大する。フランジｍ１−２の先端部が側壁Ｇ２−１（またはＧ３−１）に接触した後は太い矢印で示すようにフランジｍ１−２の厚みを増す方向に流れる。したがって、被加工材の長さ方向へのフランジ延伸は比較的小さい。このメタルフローは孔型の幅ｓ２（またはｓ３）ともとの矩形材ｍ０の板厚Ｂ０の差ｓ２−Ｂ０（またはｓ３−Ｂ０）が大きいほど起こりやすく、孔型Ｇ２やＧ３についていえば、この差は板厚Ｂ０の６０〜１００％程度もある。このような理由で、孔型Ｇ２またはＧ３による幅圧下のときには、フランジの長さ方向の伸びは小さく、クロップ形成速度は小さい。
【００３７】
一方、図６（ｂ）に示す孔型Ｇ１のように幅ｓ１が小さいフランジ形成孔型による幅圧下においては、幅圧下を始めるとすぐに板幅の両端部が側壁Ｇ１−１によって拘束される。この後の幅圧下においては、フランジ幅はそれ以上増加することができず、また孔型の幅ｓ１と矩形材ｍ０の板厚Ｂ０が殆ど等しいので、断面内では排除されたメタルの行き場がなくフランジ厚みを増す方向のメタルフローは起こらない。その結果、孔型Ｇ１の幅圧下により排除されたメタルは被加工材の長さ方向に移動するので、この方向のフランジ伸びが優勢になり、孔型Ｇ２およびＧ３による幅圧下よりもクロップ形成速度が大きい。
【００３８】
次に第二点目について説明する。
【００３９】
孔型Ｇ３出し段階のドッグボーン形材ｍ１については、ウェブ厚ｂ３はもとの矩形材ｍ０の板厚Ｂ０にほぼ等しく、フランジ厚ｃ３はＢ０の約５０〜６０％であり、ウェブ厚＞フランジ厚である。一方、一般にＨ形材ｆについてはウェブ厚＜フランジ厚であり、同様に粗Ｈ形材ｍ２についてもウェブ厚＜フランジ厚でなくてはならない。もしそうでなければ、粗Ｈ形材ｍ２からＨ形材ｆを加工する過程で、ウェブの圧下率をフランジの圧下率よりも大きくして、ウェブ厚とフランジ厚の大小関係を逆転させる必要がある。しかし、粗Ｈ形材ｍ２からＨ形材ｆを製造する過程では板厚が小さいので、ウェブ−フランジ間に圧下率の差に起因する内部応力によりいわゆる座屈などの不良を発生する。したがって、ウェブ−フランジ間の圧下率に差をもたせて圧延するのは、板厚の大きいドッグボーン形材ｍ１の段階で行わなくてはならない。具体的には、ドッグボーン形材ｍ１から粗Ｈ形材ｍ２を製造する仕上整形圧延において、ドッグボーン形材ｍ１のウェブをフランジより大きい圧下率で圧下する必要がある。ウェブの圧下率がフランジのそれにくらべて大きい圧延においては、長さ方向の両端部を除く、いわゆる定常部のウェブはロールの圧下作用によるメタルの排除により被加工材の長さ方向に延伸し、フランジはウェブに引っ張られて延伸する。一方、長さ方向の両端部のいわゆる非定常部においては、その端部の形状に応じて異なる挙動を示す。
【００４０】
まず、端部がタングである場合の変形の状況を図７（ａ）、（ｂ）に示す。噛み込みの場合を（ａ）に、蹴出しの場合を（ｂ）に示す。被加工材の端部の形状について、圧延前のそれを破線で、圧延後のそれを実線で示しており、２−１および２−２はブレークダウン圧延機２の上下ロール対である。被加工材の端部ではウェブがフランジに対して突出しているので、この部分の圧延はいわゆる板圧延と同じ現象が起こり、噛み込みおよび蹴出しのいずれについても圧延によりウェブが長さ方向に伸ばされ、斜線で示した分だけタングが拡大する。
【００４１】
次に、端部がフィッシュテールである場合の変形の状況を図８（ａ）、（ｂ）に示す。噛み込みの場合を（ａ）に、蹴出しの場合を（ｂ）に示す。同様に圧延前の端部の形状を破線で、圧延後のそれを実線で示す。噛み込みの場合、まず最初にウェブのないフランジが上下ロール２−１および２−２の間隙に導入され、その後ウェブの圧下が始まる。ウェブのないフランジは長さ方向に殆ど延伸しない。一方ウェブは長さ方向に延伸するので、結果としてウェブが斜線で示した分だけ拡大し、ウェブを外側に、フランジを内側にした曲がりがウェブ高さ方向の両側で発生しようとする。この曲がりは、ウェブ高さ方向の両側で互いに逆方向の曲がりであるから、局所的にウェブ高さを増加させようとする。しかし、ウェブのないフランジの外側面ｍ２−２−１が孔型Ｇ４の側壁Ｇ４−１によって拘束されるので、実際にはこのウェブ高さの増加は殆ど起こらない。
【００４２】
一方、蹴出しの場合にも同様のメカニズムで局所的にウェブ高さが増加しようとする。ただし、噛み込み端とは異なり、噛み込み端から蓄積し蹴出し端で開放されるメタルが加算されるため、噛み込みの場合よりもウェブの延伸が大きく、そのぶん局所的なウェブ高さ増加の傾向も大きい。蹴出しの場合には、ウェブ高さが局所的に増加しようとするときに、ウェブのないフランジの外側面ｍ２−２−１を拘束する手段がない。すなわち、孔型に導入される前にウェブ高さが局所的に増加し、これが孔型幅ｓ４よりも大きくなるので、フランジ外側面ｍ２−２−１は孔型の側壁Ｇ４−１で擦り下げられ表面疵（以下、擦り下げ疵と称する）となる。また、この擦り下げ作用が顕著になると、孔型のカラー部Ｃでフランジ外側面ｍ２−２−１が圧下され、図９のような噛み出し疵が発生する。なお、従来法においても同様に擦り下げ現象が見られるが、図５（ｂ）から分かるように、仕上整形圧延の初期段階で端部の形状がフィッシュテールからタングに変わり、仕上整形圧延の殆どがタングの状態で圧延されるため、殆ど疵にはいたらない。
【００４３】
蹴出し端におけるウェブ高さの局所的増加を防止できれば、このような不良を防止できる。そのためには、上述したような不良発生メカニズムを考慮して、ウェブ高さが増加しないようにフランジ外側面ｍ２−２−１をロールで拘束すること、または被加工材の蹴出し側のウェブの端部Ｔが孔型ロールに入る前にロールギャップを開放し、蹴出し端を圧下しないこと、の２つがある。後者の場合には、当該パスの蹴出し端は後続パスでは噛み込み端となり、この部位の後続パスでの圧下量は、当該パスで圧下を受けなかった分だけ大きくなる。
【００４４】
すでに述べたように、粗Ｈ形材ｍ２の端部のクロップ長を０に制御するためには、端部の形状がフィッシュテールである被加工材を仕上整形圧延する必要があり、蹴出し端の擦り下げ疵の防止が不可欠である。擦り下げ疵防止のためフランジ外側面ｍ２−２−１を拘束するロールとしては、閉式孔型ロールとユニバーサル孔型ロールがある。閉式孔型ロールによる擦り下げ疵の防止については請求項３に、ユニバーサル孔型ロールによるそれについては請求項４に規定した。閉式孔型ロールの場合は、図１０に示すように、上下ロールのうちの一方の孔型側壁Ｇ４−１がフランジ外側面ｍ２−２−１全体を拘束する幾何学的形状になっており、ユニバーサル孔型ロールの場合は、図１１に示すように、竪ロール３−２で当該部分を拘束する。
【００４５】
また、蹴出し端を圧下しない圧延法を採用すれば、図１２のような開式孔型による仕上整形圧延でも噛み出し疵を防止でき、これについては請求項５に規定した。もちろん、この圧延法を閉式孔型やユニバーサル孔型による成型圧延に採用しても効果的であり、いずれの場合についても本発明の範囲内で圧延することができる。
【００４６】
以上の説明では圧延を例にあげたが、圧延以外の鍛造など一般に材料の塑性変形を利用して行う加工法において、同様のことを行うのことも本発明に含まれる。また、一部の工程、例えばフランジ形成加工を鍛造で行い、仕上整形加工を圧延で行う場合については請求項２に含まれる。
【００４７】
さらに、上の例では素材として矩形材をとりあげたが、素材は矩形材の断面の４頂点を丸くした断面形状でもよいし、正方形材、ドッグボーン形材などでもよい。このような素材に対して断面寸法を一定の方向に縮小してフランジを成長させるようなフランジ形成加工と、それに引き続いてウェブ厚を圧下する仕上整形加工により粗Ｈ形材を製造する加工法についても、本発明の範疇にある。
【００４８】
また、上の例では粗Ｈ形材ｍ２のタングを減らしてクロップ長を短縮する場合を示したが、フィッシュテールを減らす場合もある。この場合には、上記と逆のことを実施する。さらにいえば、本発明においては、クロップ長を０にすることに限定している訳ではなく、クロップ長の絶対値を従来法よりも減らすことができれば、本発明の目的を達したことになる。
【００４９】
【実施例】
本発明を鋼製の矩形材からの粗Ｈ形材の製造に適用した。表１に、従来法とあわせて本発明の適用した条件を２つ（本発明例１と本発明例２）示す。孔型の形状寸法は図１３（ａ）から（ｄ）に示すとおりであり、孔型Ｇ１、Ｇ２およびＧ３はフランジ形成孔型、孔型Ｇ４は仕上整形孔型である。この孔型を用いて、従来は板幅１１００ｍｍ、板厚２５０ｍｍの矩形材から、Ｈ４５０×３００のＨ形材用の、ウェブ高さ６８０ｍｍ、ウェブ厚９０ｍｍの粗Ｈ形材を製造していた。この場合、孔型Ｇ１は矩形材の短辺に誘導溝を形成するだけで板幅方向の圧下量は０であり、孔型Ｇ２で３１０ｍｍの幅圧下を行うことによりフランジを生成させ、孔型Ｇ３で１１０ｍｍ圧下することにより被加工材のフランジ外側面の誘導溝を消去、つづいて孔型Ｇ４で仕上整形圧延することによりウェブ厚９０ｍｍの粗Ｈ形材を製造する。この時点でクロップ長は−２３０ｍｍ（長さ２３０ｍｍのタング）であった。
【００５０】
一方、本発明法を適用した実施例では、矩形材の板厚は従来と同じ２５０ｍｍで、板幅を１６００ｍｍと１７００ｍｍの２種類とした。いずれについても、孔型Ｇ３以降の圧下条件は従来と同じであるが、孔型Ｇ１と孔型Ｇ２に割り当てる板幅方向圧下量の配分を変えることにより、粗Ｈ形材のクロップ長をほぼ０にできていることが分かる。なお、この場合には図１３（ｄ）に示すように仕上整形孔型Ｇ４は開式孔型であるので、請求項５を適用し、仕上整形圧延において蹴出し端が孔型を通過する直前にロールギャップを解放し、蹴出し端を圧延しないような圧延法を採用した。仕上整形孔型Ｇ４が閉式孔型やユニバーサル孔型の場合には、このような圧延法をあえてとる必要はなく、蹴出し端を圧延しても擦り下げ疵が発生することはない。この場合にも、粗Ｈ形材に発生するクロップ長はこの例と同じであり、ほぼ０であることはいうまでもない。
【００５１】
【表１】

【００５２】
【発明の効果】
本発明を用いることにより粗Ｈ形材の長さ方向両端部のクロップ長を短縮することができるので歩留や能率が向上する。さらに、素材の断面が変化してもそれに合わせてクロップ長を短縮できることから、不特定の断面材を素材として用いることが可能であり、これにより素材在庫量を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明にもとづく基本プロセスの説明図。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明を適用した場合の、矩形材から粗Ｈ形材にいたる被加工材のフランジ幅とクロップ長の推移を示す説明図。
【図３】断面寸法諸元を定義する説明図。
【図４】（ａ）、（ｂ）はクロップ長を定義する説明図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は従来技術を適用した場合の、矩形材から粗Ｈ形材にいたる被加工材のフランジ幅とクロップ長の推移を示す説明図。
【図６】（ａ）、（ｂ）はフランジ形成孔型の幅がメタルフローに及ぼす影響を示すための説明図。
【図７】（ａ）、（ｂ）はタングをもつ端部が仕上整形孔型で圧延される場合の端部の形状変化を示す説明図。
【図８】（ａ）、（ｂ）はフィッシュテールをもつ端部が仕上整形孔型で圧延される場合の端部の形状変化を示す説明図。
【図９】仕上整形孔型の側壁によるフランジ外側面の擦り下げが顕著になったときにフランジ外側に発生する噛み出し疵を示す説明図。
【図１０】仕上整形孔型が閉式孔型ロールの例を示す説明図。
【図１１】仕上整形孔型がユニバーサル孔型ロールの例を示す説明図。
【図１２】仕上整形孔型が開式孔型ロールの例を示す説明図。
【図１３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明の実施例における孔型を示す説明図。
【図１４】素材を矩形材とし圧延でＨ形材を製造する工程の一例を示す説明図。
【図１５】素材を矩形材とし圧延でＨ形材を製造する工程において、粗Ｈ形材を形成するブレークダウン圧延機の上下ロール対に刻設された孔型の形状と配置の例を示す説明図。
【図１６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は矩形材からドッグボーン形材を経由して粗Ｈ形材を製造する過程を示す説明図。
【図１７】粗Ｈ形材に発生したタングを示す説明図。
【符号の説明】
１…加熱炉
２…ブレークダウン圧延機
３…粗ユニバーサル圧延機
４…エッジャー圧延機
５…仕上ユニバーサル圧延機
２−１、２−２…ブレークダウン圧延機の上下ロール対
ｍ０…矩形材ｍ０
ｍ１…ドッグボーン形材
ｍ２…粗Ｈ形材
ｍ３…中間材
ｆ…Ｈ形材

Claims

素材からフランジ形成圧延および仕上整形圧延により粗Ｈ形材を製造するに際し、前記素材の断面の幅に応じて、前記フランジ形成圧延に用いる各孔型に割り当てる圧下量の配分を変えることにより前記粗Ｈ形材の先後端に生じるクロップ長を制御することを特徴とする粗Ｈ形材の製造方法。
前記仕上整形加工を、少なくとも被加工材の長さ方向における端部形状がフィッシュテールである間は、閉式孔型ロールを用いて圧延することを特徴とする請求項１記載の粗Ｈ形材の製造方法。
前記仕上整形加工を、少なくとも被加工材の長さ方向における端部形状がフィッシュテールである間は、ユニバーサル孔型ロールを用いて圧延することを特徴とする請求項１記載の粗Ｈ形材の製造方法。
前記仕上整形加工を、少なくとも被加工材の長さ方向における端部形状がフィッシュテールである間は、被加工材の蹴出し側のウェブ端部が孔型ロールに入る前にロールギャップを開放する圧延を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の粗Ｈ形材の製造方法。