特開 2023-100065 ハット形鋼矢板の製造設備及び製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023100065

(43)【公開日】2023-07-18

(54)【発明の名称】ハット形鋼矢板の製造設備及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21B 1/082 20060101AFI20230710BHJP

   E02D 5/04 20060101ALI20230710BHJP

【ＦＩ】

B21B1/082

E02D5/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022000436

(22)【出願日】2022-01-05

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(74)【代理人】

【識別番号】100212059

【弁理士】

【氏名又は名称】三根 卓也

(72)【発明者】

【氏名】林 慎也

(72)【発明者】

【氏名】山下 浩

(72)【発明者】

【氏名】関 和典

(72)【発明者】

【氏名】河合 雅典

【テーマコード（参考）】

2D049

4E002

【Ｆターム（参考）】

2D049FB03

2D049FB09

4E002AC05

4E002AC08

4E002AD01

4E002BA01

4E002BA02

4E002CA18

(57)【要約】

【課題】熱間による仕上圧延の後に被圧延材に対して曲げ成形を行うことでハット形鋼矢板といった大型な製品を高効率で製造するに際し、曲げ成形トルクを軽減させて製造を行う。
【解決手段】粗圧延機、中間圧延機、仕上圧延機、及び曲げ成形機を備えたハット形鋼矢板の製造設備であって、前記曲げ成形機は、上下孔型ロールにより被圧延材のフランジ傾斜角度を変化させることでフランジ対応部とウェブ対応部とがなす角度を変化させ、且つ、フランジ対応部と腕対応部とがなす角度を変化させる成形を行う２スタンド以上の複数スタンドから構成され、前記複数スタンドのうち、隣接してタンデム配置される２スタンドのスタンド間距離Ｌ（ｍ）と、被圧延材のフランジ対応部の幅長さＢ（ｍｍ）との関係が以下の式（１）を満たすことを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造設備。
４．４≦Ｌ／（Ｂ／１０００） ・・・（１）
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粗圧延機、中間圧延機、仕上圧延機、及び曲げ成形機を備えたハット形鋼矢板の製造設備であって、
前記曲げ成形機は、上下孔型ロールにより被圧延材のフランジ傾斜角度を変化させることでフランジ対応部とウェブ対応部とがなす角度を変化させ、且つ、フランジ対応部と腕対応部とがなす角度を変化させる成形を行う２スタンド以上の複数スタンドから構成され、
前記複数スタンドのうち、隣接してタンデム配置される２スタンドのスタンド間距離Ｌ（ｍ）と、被圧延材のフランジ対応部の幅長さＢ（ｍｍ）との関係が以下の式（１）を満たすことを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造設備。
４．４≦Ｌ／（Ｂ／１０００） ・・・（１）

【請求項2】

前記複数スタンドのうち、隣接する２スタンドのスタンド間距離Ｌ（ｍ）と、被圧延材のフランジ対応部の幅長さＢ（ｍｍ）との関係が以下の式（４）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のハット形鋼矢板の製造設備。
５．５≦Ｌ／（Ｂ／１０００）≦１０ ・・・（４）

【請求項3】

少なくともウェブ対応部とフランジ対応部の連結部であるコーナー部の内側と、フランジ対応部と腕対応部の連結部であるコーナー部の内側を、熱間で前記上下孔型ロールに接触させることを特徴とする、請求項１又は２に記載のハット形鋼矢板の製造設備。

【請求項4】

前記曲げ成形機を構成する複数スタンドでは、各スタンドの上下孔型ロールのいずれか一方のみが駆動することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のハット形鋼矢板の製造設備。

【請求項5】

前記曲げ成形機と前記仕上圧延機と、はタンデムに配置され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ハット形鋼矢板の製造設備。

【請求項6】

前記ハット形鋼矢板のフランジ幅は３７７（ｍｍ）以上であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のハット形鋼矢板の製造設備。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載のハット形鋼矢板の製造設備においてハット形鋼矢板を製造する製造方法であって、
複数サイズのハット形鋼矢板を同一の曲げ成形機を用いて製造する場合に、
当該複数サイズのうちフランジ幅Ｂが最大である場合の値において前記式（１）又は式（４）を満たすように前記スタンド間距離Ｌを決定することを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハット形鋼矢板の製造設備及び製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

両端に継手を有するハット形鋼矢板の製造では、一般的な工程として、先ず加熱炉において所定の温度に加熱した矩形材を、孔型を備えた粗圧延機、中間圧延機及び仕上圧延機によって順に圧延することが知られている。例えば特許文献１には、粗圧延、中間圧延及び仕上圧延においてロールに複数の孔型を刻設してハット形鋼矢板を製造する方法が開示されている。しかしながら、ハット形鋼矢板といった大型で非対称な製品を製造する場合に、上記粗圧延機、中間圧延機及び仕上圧延機で製造するためには、多数の孔型が必要となり大規模な設備が必要となる上、造形方法が複雑化し、製品の形状バラツキや形状不良が発生しやすくなる。更に、幅や高さが大型の異なる形状の鋼矢板を製造するためには大型の設備や多数のロールが必要となる。

【0003】

上述のような事情に鑑み、例えば特許文献２には、熱間圧延によって鋼矢板を圧延・製造した後に、多段式の多数の支承ロールを用いてロールフォーミングによる冷間加工で曲げ加工（以下、曲げ成形とも呼称する）を行い、圧延設備を超える広幅の鋼矢板及び断面高の高い鋼矢板を製造する技術が開示されている。

【0004】

また、例えば特許文献３には、熱間圧延によって粗圧延、中間圧延、及び仕上圧延を行った後、熱間で上下孔型ロールを用いて曲げ成形を行い被圧延材のコーナー部を曲げる鋼矢板の製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６－８８１７６号公報

【特許文献2】特開２００３－２３０９１６号公報

【特許文献3】特開２０２１－１４２５６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

このように、ハット形鋼矢板の製造技術として種々の方法が創案されているが、それら製造技術での圧延機や成形機といった装置のトルクを軽減するといった点は考慮されていないのが実情である。例えば、上記特許文献１の場合、製品の高さが大きくなると圧延機のロール径も大きくする必要があり、高さとロール径の増加に相乗してトルクが大きくなってしまい、既存の圧延設備では製造できなくなる。また、上記特許文献２では、支承ロールを用いた曲げ成形が開示されているが、当該支承ロールはフラットロールであり被圧延材のコーナー部を直接押圧するものでないため、多数のロールが必要な上、各ロールの加工負荷が大きく、成形トルクの軽減が求められる。

【0007】

また、上記特許文献２に例示されるような製造方法では、冷間加工によって曲げ加工を行うこととしており、更にフラットロールである支承ロールを用いて被圧延材のコーナー部を直接押圧しない構成となっているため、当該コーナー部に直接塑性変形が加わりにくく、効果的な曲げ加工が行えないといった問題や、冷間加工であるために成形後のスプリングバックが大きくなりやすいといった問題がある。また、複数の成形ロール（支承ロール）でウェブとフランジを別々のタイミングで成形する場合、支点が被圧延材の長手方向にずれるため曲げ成形の効率が低下するといった問題もある。

【0008】

また、上記特許文献３では、熱間での曲げ成形による鋼矢板の製造技術が開示されており、例えば２スタンドからなる曲げ成形機でもって曲げ成形を行う旨が記載されている。しかしながら、複数スタンドからなる曲げ成形機により曲げ成形を行う場合に、スタンド間距離が各スタンド（特に後段スタンド）の成形トルクに及ぼす影響については何ら言及されておらず、示唆すらされていない。

【0009】

上記事情に鑑み、本発明の目的は、熱間による仕上圧延の後に被圧延材に対して曲げ成形を行うことでハット形鋼矢板といった大型な製品を高効率で製造するに際し、曲げ成形トルクを軽減させて製造を行うことが可能なハット形鋼矢板の製造設備及び製造方法を提供することにある。

【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、粗圧延機、中間圧延機、仕上圧延機、及び曲げ成形機を備えたハット形鋼矢板の製造設備であって、前記曲げ成形機は、上下孔型ロールにより被圧延材のフランジ傾斜角度を変化させることでフランジ対応部とウェブ対応部とがなす角度を変化させ、且つ、フランジ対応部と腕対応部とがなす角度を変化させる成形を行う２スタンド以上の複数スタンドから構成され、前記複数スタンドのうち、隣接してタンデム配置される２スタンドのスタンド間距離Ｌ（ｍ）と、被圧延材のフランジ対応部の幅長さＢ（ｍｍ）との関係が以下の式（１）を満たすことを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造設備が提供される。
４．４≦Ｌ／（Ｂ／１０００） ・・・（１）

【0011】

前記複数スタンドのうち、隣接する２スタンドのスタンド間距離Ｌ（ｍ）と、被圧延材のフランジ対応部の幅長さＢ（ｍｍ）との関係が以下の式（４）を満たしても良い。
５．５≦Ｌ／（Ｂ／１０００）≦１０ ・・・（４）

【0012】

少なくともウェブ対応部とフランジ対応部の連結部であるコーナー部の内側と、フランジ対応部と腕対応部の連結部であるコーナー部の内側を、熱間で前記上下孔型ロールに接触させても良い。

【0013】

前記曲げ成形機を構成する複数スタンドでは、各スタンドの上下孔型ロールのいずれか一方のみが駆動しても良い。

【0014】

前記曲げ成形機と前記仕上圧延機と、はタンデムに配置されても良い。

【0015】

前記ハット形鋼矢板のフランジ幅は３７７（ｍｍ）以上であっても良い。

【0016】

別な観点からの本発明によれば、上記記載のハット形鋼矢板の製造設備においてハット形鋼矢板を製造する製造方法であって、複数サイズのハット形鋼矢板を同一の曲げ成形機を用いて製造する場合に、当該複数サイズのうちフランジ幅Ｂが最大である場合の値において前記式（１）又は式（４）を満たすように前記スタンド間距離Ｌを決定することを特徴とする、ハット形鋼矢板の製造方法が提供される。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、熱間による仕上圧延の後に被圧延材に対して曲げ成形を行うことでハット形鋼矢板といった大型な製品を高効率で製造するに際し、曲げ成形トルクを軽減させて製造を行うことが可能なハット形鋼矢板の製造設備及び製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施の形態にかかる圧延ラインの概略説明図である。

【図2】曲げ成形機の概略側面断面図である。

【図3】曲げ成形機の概略正面図である。

【図4】第１スタンドの孔型形状を示す概略的な拡大正面図である。

【図5】第２スタンドの孔型形状を示す概略的な拡大正面図である。

【図6】第１スタンド及び第２スタンドにおいて曲げ成形される被圧延材の形状変化についての説明図であり、（ａ）は第１スタンドでの加工前、（ｂ）は第１スタンドでの加工時、（ｃ）は第２スタンドでの加工時の概略断面図を示している。

【図7】曲げ成形機における仕上材の接触箇所についての説明図である。

【図8】フランジ幅の定義に関する説明図である。

【図9】２スタンドにおいて、単独で曲げ成形を行った場合と、タンデムで曲げ成形を行った場合と、のスタンド間距離と成形トルクとの関係を示すグラフである。

【図10】２スタンドで構成される曲げ成形機で曲げ成形を行った場合の、Ｌ／（Ｂ／１０００）と、第２スタンドでのトルク比との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。なお、本実施の形態では鋼矢板製品としてハット形鋼矢板を製造する場合について説明する。

【0020】

＜圧延ラインの構成＞
図１は、本発明の実施の形態にかかるハット形鋼矢板を製造する圧延ラインＴ（図中一点鎖線）と、圧延ラインＴに備えられる圧延機等についての説明図である。なお、図１において圧延ラインＴの圧延進行方向は矢印で示されている方向であり、当該方向へ被圧延材が流れる。そして、圧延ラインＴ上の各圧延機、曲げ成形機において圧延・曲げ成形が行われ、製品が造形される。また、図１では、同一の圧延機において被圧延材を複数回往復させる圧延方法（所謂、多パス圧延）についても、一点鎖線にて記載している。

【0021】

図１に示すように、圧延ラインＴには、上流から順に粗圧延機１０、第１中間圧延機１３、第２中間圧延機１６、仕上圧延機１９、曲げ成形機２０が順に配置されている。また、第１中間圧延機１３の上流側にはエッジャー圧延機１４が、第２中間圧延機１６の下流側にはエッジャー圧延機１７がそれぞれ隣接して配置されている。

【0022】

圧延ラインＴにおいては、図示しない加熱炉において加熱された矩形材（被圧延材）が粗圧延機１０～仕上圧延機１９において順次熱間で圧延され、更に、熱間で曲げ成形機２０によって成形され、最終製品となる。なお、以下では説明のため、粗圧延機１０で圧延された被圧延材を粗形材、第１中間圧延機１３～第２中間圧延機１６によって圧延された被圧延材を中間材、仕上圧延機１９によって圧延された被圧延材を仕上材１９ａとも呼称する。即ち、仕上材１９ａを曲げ成形機２０によって成形（断面変更）したものが最終製品（即ち、ハット形鋼矢板製品）となる。

【0023】

ここで、圧延ラインＴに配置される粗圧延機１０、第１中間圧延機１３、第２中間圧延機１６、仕上圧延機１９や、付随して配置されるエッジャー圧延機１４、１７は従来から鋼矢板の製造において用いられている一般的な設備であるため、その詳細な装置構成等についての説明は本明細書では省略する。

【0024】

＜曲げ成形機の構成＞
次に、曲げ成形機２０の詳細な構成について図面を参照して説明する。図２は曲げ成形機２０の概略側面断面図であり、図３は曲げ成形機２０の概略正面図である。図２、３に図示した曲げ成形機２０は、仕上圧延機１９において仕上圧延された仕上材１９ａを曲げ成形するものである。なお、図３には以下に説明する曲げ成形機２０が備える第１スタンド２２の概略正面図を図示している。ここで、本実施の形態では曲げ成形機２０は２つの成形スタンド（以下に説明する成形スタンド２２、２３）から構成される場合を例示して説明しているが、曲げ成形機２０は任意の複数のスタンドから構成されていても良い。

【0025】

図２に示すように、本実施の形態にかかる曲げ成形機２０は隣接してタンデム配置された２つの成形スタンド２２、２３（以下、上流側の第１スタンド２２、下流側の第２スタンド２３とも呼称する）を備えている。この場合、２つの成形スタンド２２、２３の中心間距離をスタンド間距離Ｌとする。また、図３に示すように、各スタンド２２、２３それぞれには、上孔型ロールと下孔型ロールとで構成される成形用孔型（後述する孔型４５、５５）が刻設されており、その孔型形状は第１スタンド２２と第２スタンド２３とで異なる形状となっている。

【0026】

ここで、第１スタンド２２と第２スタンド２３のロール構成ならびに孔型形状について説明する。図４は、第１スタンド２２の孔型形状を示す概略的な拡大正面図であり、図５は第２スタンド２３の孔型形状を示す概略的な拡大正面図である。なお、図４には曲げ成形機２０による成形を行う前の状態である仕上材１９ａの断面形状を一点鎖線で図示し、図５には第２スタンド２３で成形を行う前の状態である仕上材１９ａ’の断面形状を一点鎖線で図示している。また、以下では、略ハット形形状の被圧延材を上開き（後述するウェブ対応部を下方とし、腕対応部を上方に位置させる）姿勢で曲げ成形する場合を例示して説明する。

【0027】

図３及び図４に示すように、第１スタンド２２には、上孔型ロール４０と下孔型ロール４１が筐体４４に支持されて設けられ、上孔型ロール４０と下孔型ロール４１によって孔型４５が構成されている。この孔型４５はフランジに対応する部分から継手に対応する部分の形状がハット形鋼矢板製品の一歩手前の形状（即ち、略ハット形鋼矢板製品形状）となっている。孔型４５は、仕上材１９ａのフランジに対応する部分（即ち、フランジ対応部）と、仕上材１９ａのウェブに対応する部分（即ち、ウェブ対応部）とがなす角度、及び仕上材１９ａの腕に対応する部分（即ち、腕対応部）とがなす角度をそれぞれ変化させ、仕上材１９ａの高さ及び幅を所定の形状（即ち、製品に近似した断面形状）に曲げ成形するものである。特にハット形鋼矢板を製造する場合には、粗圧延機１０～仕上圧延機１９において高さを低く抑えた形状でもって被圧延材（粗形材～仕上材１９ａ）の圧延を行い、曲げ成形機２０において被圧延材の高さを所望の製品高さまで高めるように曲げ成形を行うといった方法が採られる。これにより、大型サイズのハット形鋼矢板製品を製造することができるようになる。

【0028】

また、図５に示すように、第２スタンド２３には、上孔型ロール５０と下孔型ロール５１が筐体５４に支持されて設けられ、上孔型ロール５０と下孔型ロール５１によって孔型５５が構成されている。この孔型５５は所望の製品形状に近い形状となっており、曲げ成形機２０の第１スタンド２２にて成形されたフランジに対応する部分（即ち、フランジ対応部）と、仕上材１９ａのウェブに対応する部分（即ち、ウェブ対応部）とがなす角度、及び腕に対応する部分（即ち、腕対応部）とがなす角度をそれぞれ変化させ、フランジ形状、腕形状及び継手形状を所定の形状（即ち、製品の形状）に成形するものである。即ち、この第２スタンド２３では、第１スタンド２２での成形において製品形状に対して不十分であったフランジ対応部の傾斜角度を、製品形状に応じた角度まで変形させる成形が行われる。

【0029】

ここで、曲げ成形時における上記孔型４５及び孔型５５におけるロール隙（上孔型ロール４０と下孔型ロール４１のロール隙ならびに上孔型ロール５０と下孔型ロール５１のロール隙）は、仕上材１９ａのフランジ対応部及びウェブ対応部の厚みより大きくなるように構成されている。即ち、曲げ成形機２０においては、仕上材１９ａの板厚圧下は行われず、第１スタンド２２及び第２スタンド２３の各孔型ロールと仕上材１９ａとは、後述する一部の所定箇所のみにおいて接触して曲げ成形が行われる構成となっている。

【0030】

本明細書における「接触」とは、曲げ成形機２０において、仕上材１９ａの特定箇所の上面あるいは下面の一方のみが孔型ロールの周面に当接した状態をいう。これに対し、「圧下」とは、曲げ成形機２０において、仕上材１９ａの特定箇所の上面と下面の両方が孔型ロールに当接し、且つ、厚みを減ずるように力がかかるような状態をいう。

【0031】

例えば、ウェブ対応部ならびにフランジ対応部に対向する部分の上記ロール隙は仕上材１９ａのフランジ対応部ならびにウェブ対応部の厚みより０．５ｍｍ～３ｍｍ程度大きいことが好ましい。加えて、上記孔型４５及び孔型５５における仕上材１９ａの腕対応部にかかる箇所においても、そのロール隙は当該腕対応部の厚みよりも断面全域にわたり大きくなるように構成されていても良い。上記ロール隙の猶予範囲が、０．５ｍｍよりも小さい場合には、仕上材１９ａの板厚の変動の為に厚みを圧下して曲げ成形機２０の負荷が増大する可能性があり、３ｍｍよりも大きい場合には、フランジ対応部の傾斜角度を目標の角度に成形できない可能性がある。

【0032】

＜曲げ成形＞
続いて、上述したスタンド２２、２３における被圧延材の成形について説明する。図６は、第１スタンド２２及び第２スタンド２３において曲げ成形される被圧延材（仕上材１９ａ）の形状変化についての説明図であり、（ａ）は第１スタンド２２での加工前、（ｂ）は第１スタンド２２での加工時、（ｃ）は第２スタンド２３での加工時の概略断面図を示している。図６（ａ）に示すように、仕上材１９ａは略ハット形形状であり、略水平であるウェブ対応部６０と、ウェブ対応部６０の両端に製品形状より大きい所定の角度（図中に角度αとして示している）のコーナー部７０（以下、ウェブ－フランジコーナー部７０とも呼称）によって連結しているフランジ対応部６２、６３と、各フランジ対応部６２、６３においてウェブ対応部との連結側と異なる端部にコーナー部７１（以下、フランジ－腕コーナー部７１とも呼称）を介して連結している腕対応部６５、６６と、腕対応部６５、６６の先端に形成される継手対応部６８、６９から構成されている。また、仕上材１９ａは、仕上圧延機１９における圧延によって厚みが略製品の厚みとなっており、継手対応部６８、６９の形状も、略製品継手形状となっている。

【0033】

図６（ａ）に示す仕上材１９ａは、第１スタンド２２の孔型４５においてウェブ対応部６０とフランジ対応部６２、６３とのなす角度αが小さくなる（図６（ｂ）に示す角度α_１となる）ように曲げ成形され、図６（ｂ）に示すように所望の高さとなる。即ち、第１スタンド２２では、仕上材１９ａの高さが高くなるような曲げ加工が行われる。

【0034】

次いで、図６（ｃ）に示すように、第２スタンド２３の孔型５５において、ウェブ対応部６０とフランジ対応部６２、６３とのなす角度α_１が小さくなる（図６（ｃ）に示す角度α_２となる）ように曲げ成形され、仕上材１９ａが略製品形状に曲げ成形される。

【0035】

また、図７は曲げ成形機２０における仕上材１９ａの接触箇所についての説明図であり、（ａ）～（ｄ）はそれぞれ接触箇所の一例を示している。なお、図７では接触箇所を太線にて図示している。第１スタンド２２の孔型４５及び第２スタンド２３の孔型５５では、各孔型ロールと仕上材１９ａとは一部の所定箇所のみにおいて接触しており、板厚の圧下は行われない。孔型ロールと仕上材１９ａとの具体的な接触箇所は、例えば図７（ａ）に示すように、ウェブ対応部６０とフランジ対応部６２、６３との境界のコーナー部内側７０ａ、７０ｂと、フランジ対応部６２、６３と腕対応部６５、６６との境界のコーナー部内側７１ａ、７１ｂである。ここで、「接触」とは、少なくとも材料と孔型ロールが接触していれば良く、更に材料を押圧するような力がかかる状態でも良い。

【0036】

図７（ａ）に記載されるように、接触箇所である７０ａ、７０ｂはウェブ対応部６０とフランジ対応部６２、６３との境界のコーナー部７０の内側である。一方、接触箇所である７１ａ及び７１ｂはフランジ対応部６２、６３と腕対応部６５、６６との境界のコーナー部７１の内側である。接触箇所である７１ａ及び７１ｂではそれぞれ７０ａ及び７０ｂでの反力に釣り合う方向に反力が生じる。これにより、コーナー部７０、７１を塑性変形させることができる。

【0037】

ここで、図７（ｂ）に示すウェブ対応部６０の下面（外側）中央部６０ａをこれに対向する下孔型ロール４１、５１に接触させることにより、フランジ対応部６２、６３とウェブ対応部６０とがなす角の曲げが効率的に行える。曲げ成形時には、ウェブ対応部６０が図中の下方向に反ろうとするため、ウェブ対応部６０の両側（コーナー部７０）から離れた下面中央部６０ａに下孔型ロールを接触させることにより、ウェブ対応部６０の両端に効果的に曲げモーメントを付与できるからである。また、少なくとも最終スタンドである第２スタンド２３においては、腕対応部６５、６６を略水平とするために腕対応部６５、６６の上面（外面）６５ａ、６６ａが接触箇所となる。

【0038】

加えて、前述のようにロール隙の猶予値を適正に設定することにより、図７（ｃ）に示すように、第１スタンド２２の孔型４５及び第２スタンド２３の孔型５５では、仕上材１９ａのフランジ対応部６２、６３の内側上方部分６２ａ、６３ａを上孔型ロール４０、５０に接触させると共に、フランジ対応部６２、６３の外側下方部分６２ｂ、６３ｂを下孔型ロール４１、５１に接触させることが望ましい。この図７（ｃ）に示す箇所を接触させることで、コーナー部７０、７１に孔型ロール形状による３点曲げを生じさせることによりコーナー部７０、７１を十分に塑性変形させることができ、精度の高い曲げ成形を行うことが可能となる。

【0039】

また、図７（ｄ）に示すように、上記図７（ａ）～（ｃ）で説明した箇所に加え、継手対応部６８、６９の上面（外面）６８ａ、６９ａを上孔型ロール４０、５０に接触させても良い。この図７（ｄ）に示す箇所を接触させることで、継手対応部６８、６９についても略水平となるような成形を行い、更に精度の高い曲げ成形を行うことが可能となる。

【0040】

なお、図７（ａ）～（ｄ）を参照して曲げ成形における仕上材１９ａに対する好適な接触箇所について説明したが、図７に示すように、曲げ成形において接触するそれぞれの箇所は、仕上材１９ａの板厚を圧下するような位置構成とはなっていない。具体的には、仕上材１９ａの特定の箇所を上下孔型ロール双方によって両側から押圧する（即ち、圧下する）ような構成とはなっておらず、上下孔型ロールのロール隙も仕上材１９ａの板厚より大きくなるように構成されていることから、板厚の圧下は行われない。ウェブ対応部６０やフランジ対応部６２、６３を圧下しなければ、圧下反力を不必要に上げなくて済む。

【0041】

また、図７では、各コーナー部７０、７１に対し各孔型ロールの一部箇所を接触させる構成の一例について図示説明したが、本発明における各孔型ロールの接触箇所はこれに限られるものではない。即ち、図７を参照して上述した接触箇所に加え、更なる接触箇所を設けても良い。

【0042】

＜曲げ成形トルク＞
ここで、本発明者らは、上述したような曲げ成形機２０における曲げ成形の成形トルクに着目し、被圧延材（仕上材１９ａ）の断面寸法や（曲げ）成形量が大きくなる程、曲げ成形機２０で必要な成形トルク（以下、単に成形トルクとも記載）は増大する傾向にあることについて詳細に検討した。特に、本実施の形態に係る曲げ成形機２０のように、複数のスタンド（例えば第１スタンド２２と第２スタンド２３）をタンデム配置して曲げ成形を行う場合には、それら複数のスタンドのスタンド間距離及び被圧延材のフランジ対応部６２、６３の幅長さ（以下、単にフランジ幅Ｂとも記載）と、成形トルクとの間に相関関係があるとの知見を見出した。以下、本知見について（数値解析により得られた）グラフ等を参照して説明する。

【0043】

なお、本明細書における「フランジ幅」とは、被圧延材（仕上材１９ａ）のフランジ対応部６２、６３の幅長さで当該フランジ対応部６２、６３に沿った長さを指す。具体的には、図８に示すように、ウェブ対応部６０、フランジ対応部６２、６３及び腕対応部６５、６６の厚み中心を通る直線（図８中の破線）において、フランジ対応部６２、６３とウェブ対応部６０との交点Ｐ１と、フランジ対応部６２、６３と腕対応部６５、６６との交点Ｐ２と、の間の直線距離をフランジ幅Ｂとして定義する。この長さは最終製品のフランジ幅長さとほぼ同じ長さであるため、最終製品のフランジ幅長さで定義しても良い。

【0044】

図９は、本実施形態に係る曲げ成形機２０の２スタンド（第１スタンド２２と第２スタンド２３）において、１つの断面寸法のハット形鋼矢板について単独（非タンデム）で曲げ成形を行った場合と、タンデムで曲げ成形を行った場合と、のスタンド間距離Ｌと成形トルクとの関係を示すグラフである。なお、図９のグラフ縦軸は「タンデム時トルク／単独時トルク」、横軸は「スタンド間距離Ｌ（ｍ）」である。

【0045】

図９に示すように、第１スタンド２２においては、スタンド間距離Ｌに関わらず「タンデム時トルク／単独時トルク」の値はほぼ一定である。一方、第２スタンド２３においては、スタンド間距離Ｌが小さいほど増加が顕著になり、スタンド間距離Ｌが大きい程低下する傾向がある。そして、スタンド間距離Ｌが大きくなるにつれて単独時トルクにほぼ収れんする。

【0046】

スタンド間距離Ｌが短いほど、後段スタンドの成形トルクが増加する傾向があるのは、スタンド間で被圧延材が急激な曲げ成形を受けるため、スタンド間で被圧延材の変形が前段スタンドに拘束された状態で曲げ成形が行われるからである。第２スタンド単独で曲げ成形を行った場合に、フランジ角度が増加し始める位置とロール直下との間の距離よりもスタンド間距離Ｌを大きくすると、タンデムで曲げ成形を行った場合の後段スタンドのトルクは、第２スタンド単独で曲げ成形を行った場合のトルクにほぼ等しくなることが分かった。

【0047】

そこで、断面寸法の異なるハット形鋼矢板について更なる検討を行った。ここでは、例えば、後段スタンド（第２スタンド２３）の成形トルクが問題となる場合に、前段スタンド（第１スタンド２２）の曲げ成形角度を大きくし、後段スタンドの曲げ成形角度を小さくし、後段スタンドの成形トルクを抑えることも考え得るが、その場合には前段スタンドの成形トルクが過大となってしまう。そこで、本発明者らは、曲げ成形角度の配分とスタンド間距離Ｌを適正とし、前段スタンドと後段スタンドの成形トルクのバランスが取れるような条件について検討を行った。

【0048】

断面寸法の異なるハット形鋼矢板の場合でも、スタンド間距離Ｌと後段スタンドの成形トルクについては前述と同様の関係が得られる。即ち、前段スタンドによる拘束がない場合、フランジ角度が増加し始める位置とロール直下との間の距離はフランジ幅Ｂにほぼ比例することが明らかとなった。よって、後段スタンドの成形トルク増加は、被圧延材のフランジ幅Ｂとスタンド間距離Ｌに依存すると考えられる。

【0049】

なお、荷重についても、図９を参照して上述した成形トルクと同様の傾向があり、第１スタンド２２においては、スタンド間距離Ｌに関わらず「タンデム時荷重／単独時荷重」の値はほぼ一定である。一方、第２スタンド２３においては、スタンド間距離Ｌが小さいほど増加が顕著になり、スタンド間距離Ｌが大きい程低下する傾向がある。

【0050】

＜成形トルクとスタンド間距離との関係＞
本発明者らは、上述したように、２スタンドからなる曲げ成形機２０の後段スタンドにおける成形トルクは、被圧延材のフランジ幅Ｂと、スタンド間距離Ｌに依存する傾向があることに鑑み、スタンド間距離Ｌとフランジ幅Ｂとの比「Ｌ／Ｂ」を評価指標として規定し、当該値Ｌ／Ｂの値と成形トルクとの関係に基づき、スタンド間距離Ｌと被圧延材のフランジ幅Ｂとの好適な関係性や好適な条件について更なる検討を行った。

【0051】

本発明者らは、後段スタンド（ここでは第２スタンド２３）の成形トルクについて最小の値を１とし、その最小トルク値に対するトルク増加比（以下、トルク比とも記載）を無次元の値として規定し、当該トルク比とＬ／（Ｂ／１０００）との関係をグラフ化した。図１０は、２スタンドで構成される曲げ成形機２０で曲げ成形を行った場合の、Ｌ／（Ｂ／１０００）と、後段スタンドである第２スタンド２３でのトルク比との関係を示すグラフである。なお、図１０のグラフでは、フランジ幅Ｂの異なる条件や、第１スタンドと第２スタンドの曲げ成形角度配分の異なる条件を含んだ複数の条件を示している。ここで、それぞれのスタンドでの曲げ成形角度は、図６に示すウェブ対応部６０とフランジ対応部６２、６３とのなす角度α、α_１、α_２に対応する仕上圧延機１９及び曲げ成形機２０の孔型ロールの角度の差で定義した。

【0052】

図１０に示すように、フランジ幅Ｂが３７７ｍｍ～６５７ｍｍのいずれの場合であっても、また、曲げ成形角度配分が異なる条件であっても、いずれの条件においてもＬ／（Ｂ／１０００）が小さい値になるほど、急激にトルク比が増大する傾向にある。特に、Ｌ／（Ｂ／１０００）が４．４より小さい値となる条件下では、急激にトルク比が増大している。その為、必要な成形トルクを確保するために設備駆動力としてのモーター容量の大幅な増加が求められ、設備コストや電力消費量の増加が問題となってしまう。Ｌ／（Ｂ／１０００）の減少に伴うトルク比の顕著な増加による設備コストや電力消費量の大幅な増加を抑制するためには、トルク比の値は例えば１．４以下に抑えることが好ましい。最小トルクに対するトルク比の値が１．５よりも小さければ設備コストや電力消費量からも許容できる範囲である。図１０から、トルク比を１．４以下に抑える場合、曲げ成形機２０におけるＬ／（Ｂ／１０００）の値は、以下の式（１）を満たすことになる。
４．４≦Ｌ／（Ｂ／１０００） ・・・（１）

【0053】

また、曲げ成形における設備費や電力消費量を更に抑えるといった観点からは、トルク比の値を例えば１．２以下に抑えることが好ましい。図１０から、トルク比を１．２以下に抑える場合、曲げ成形機２０におけるＬ／（Ｂ／１０００）の値は、以下の式（２）を満たすことになる。
５．５≦Ｌ／（Ｂ／１０００） ・・・（２）

【0054】

一方で、図１０に示すように、スタンド間距離Ｌを広げ、Ｌ／（Ｂ／１０００）の値を大きくしたとしても、後段スタンドのトルクは所定値以下には低下しない（図９参照）ため、トルク比の値は１のままである。スタンド間距離Ｌを広げると、スタンド間で被圧延材を誘導するためのガイド設備等が大きくなり設備コストの増大が懸念される。また、通材の安定性も損なわれる恐れがある。このような事情から、必要以上にスタンド間距離Ｌを広げるのは得策ではない。図１０に示すように、Ｌ／（Ｂ／１０００）の値が７．０以上であれば、トルク比が１に近い値となり、更には、トルク比が１０に近づくと後段スタンドのトルクが最小値となりトルク比が１となっていることから、以下の式（３）が満たされることが望ましい。
Ｌ／（Ｂ／１０００）≦１０ ・・・（３）
即ち、上記式（２）及び式（３）に基づき、Ｌ／（Ｂ／１０００）の好適な数値範囲は、以下の式（４）で規定することができる。
５．５≦Ｌ／（Ｂ／１０００）≦１０ ・・・（４）

【0055】

なお、図９、図１０を参照して上述した知見は、フランジ幅Ｂが３７７ｍｍ、４８２ｍｍ、５４２ｍｍ、６５７ｍｍの場合についてのものである。フランジ幅が３７７ｍｍ未満のハット形鋼矢板製品を本実施の形態に係る設備・方法で製造する場合、曲げ成形トルク自体が小さいため、成形トルクの増加による設備等への影響が小さい。例えば、後述する実施例ではフランジ幅Ｂが５４２ｍｍの条件において、後段スタンドのトルクが１２．６ｔｆ・ｍ～２１．７ｔｆ・ｍであるのに対し、フランジ幅３７７ｍｍ未満の条件においては、後段スタンドのトルクはその半分程度である。即ち、本発明技術を有効に適用できるのは、フランジ幅が３７７ｍｍ以上のハット形鋼矢板を製造する場合である。更には、フランジ幅が５００ｍｍ以上のハット形鋼矢板を製造する場合、成形トルクが大きく、当該成形トルクの増加が設備等に大きく影響するため、本発明技術を適用した時の効果が大きい。

【0056】

＜作用効果＞
以上、図９、図１０を参照して説明した知見に基づき、上記式（１）あるいは式（４）によって規定される条件を満たすような、２スタンドからなる曲げ成形機２０でのハット形鋼矢板の製造においては、後段スタンドである第２スタンド２３の曲げ成形トルクを最小限にすることができる。また、荷重についてもトルクと同じ傾向が見られることから、後段スタンドである第２スタンド２３の荷重も抑えることができる。これにより、設備駆動力としてのモーター容量を最小限とし、モーター及び付帯設備を小さくすることができ、設備コスト減や省スペース化を実現でき、電力消費量を抑えることができる。

【0057】

即ち、熱間による仕上圧延の後に、熱間で被圧延材に対して曲げ成形を行うことでハット形鋼矢板等の大型な製品を製造する際の設備の効率化や生産性の向上を図ることができる。なお、ここで熱間とは、熱間圧延後に被圧延材の変態が完了する前の温度である。

【0058】

また、複数サイズのハット形鋼矢板を同一の曲げ成形機を用いて製造する場合、製造すべき製品のフランジ幅Ｂの最大値に基づき上記式（１）あるいは式（４）を満たすようにスタンド間距離Ｌを決定することで、複数サイズのハット形鋼矢板を同一の曲げ成形機の設備仕様内で収まるような成形トルクでもって製造することが可能となる。

【0059】

なお、上述したように曲げ成形は、熱間で実施される。また、仕上圧延機１９と曲げ成形機２０をタンデムに配置し、仕上圧延と曲げ成形を連続して熱間で行うことが好ましい。ここで、熱間での仕上圧延・曲げ成形とは、被圧延材の変態が完了する前の温度での圧延・成形を言う。曲げ成形機２０のスタンド間距離Ｌを所定の距離とし、後段スタンドの成形トルクを最小限にした場合であっても、被圧延材の先端部のクロップ部（非定常部）では、温度が低下し、ずれ噛みが生じる恐れがある。そのため、定常部に比べて噛み込み時に瞬間的に成形トルクが増加しやすい傾向がある。そこで、仕上圧延機１９と曲げ成形機２０をタンデムに配置することで、仕上圧延機１９によって被圧延材を効果的に曲げ成形機２０に押し込み、噛み込み時の成形トルクの低減を図ることができる。

【0060】

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。

【0061】

上記実施の形態では、曲げ成形機２０が第１スタンド２２と第２スタンド２３から構成される場合について図示し、説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。例えば曲げ成形機２０は３スタンド以上の任意の数の複数スタンドから構成されてもよい。曲げ成形機２０が複数スタンドから構成される場合には、各スタンドにおいて曲げ成形を分担して行うことができる。曲げ成形機２０が複数スタンドから構成される場合には、隣接する２つのスタンドごとに上記実施の形態で説明した各条件（式（１）あるいは式（４）によって規定される条件）を満たすことで、本発明に係る作用効果が享受される。

【0062】

なお、スタンド数は曲げ成形角度と設備投資のバランスから好適に決定され、例えば曲げ成形角度の総計が２０°～４０°程度であれば、上記実施の形態で説明した２基スタンドの形態が好適である。圧延機のロール径等の条件で規制される圧延時のフランジ対応部の傾斜角度と製品のフランジ部の傾斜角度の関係で曲げ成形角度の総計が決まるため、フランジ幅が大きくなるほど圧延時のフランジ対応部の傾斜角度は小さくなり、必要な曲げ成形角度の総計が大きくなる傾向がある。モーター容量からは、各スタンドのトルクが等しくなるようにすることが一般的には好ましいが、噛み込みの安定性等の条件から第１スタンド２２での曲げ成形角度についても制約を受ける。したがって、これらを考慮して、第１スタンド２２と第２スタンド２３の曲げ成形角度の配分を定めることが好ましい。上記実施の形態で挙げた曲げ成形角度はこのようにして選択したものであるが、これに限定されるものではない。

【0063】

また、上記実施の形態において、曲げ成形機２０の上下孔型ロールは、上下どちらか一方のみを駆動させ、他方を駆動させないような構成とすることもできる。上下孔型ロールのどちらか一方のみを駆動させる構成とすることで、複数のスタンドのタンデム状態で曲げ成形を行う場合に、通板の速度バランスがとり易くなり、複数のスタンド間での速度バランスの不均衡による被圧延材への張力の発生等が抑えられ、通板の安定化や、不要な被圧延材の形状変化の抑制等が図られる。加えて、ロールを駆動させるためのモーター、スピンドル、ギア等の駆動機構が簡略化できるため、設備の小型化や設備コストの低減が実現される。噛み込みの安定性からはフランジ対応部の傾斜角度を増加させる側のロール（図３～５の成形姿勢の場合には下孔型ロール）を駆動される方が好ましい。

【0064】

また、以上の実施の形態ならびにその変形例においては、ハット形鋼矢板製品を上開き（ウェブ対応部に対して腕対応部を上側にした）姿勢で製造する場合を例示して説明したが、逆の下開き（ウェブ対応部に対して腕対応部を下側にした）姿勢で製造する場合にも本発明は適用できる。

【実施例0065】

本発明にかかる鋼矢板の製造設備において、熱間仕上圧延に引き続き、連続した２スタンドで構成される曲げ成形機を用いてフランジの曲げ成形を行い、製品幅１４００ｍｍ、製品高さ５０１ｍｍの大型のハット形鋼矢板を製造した。この時の被圧延材のフランジ幅Ｂは５４２ｍｍであった。曲げ成形工程の第１スタンドでの第１曲げ成形角度を１６°とし、第２スタンドでの第２曲げ成形角度を１７°との条件とした。スタンド間距離Ｌは１．８ｍ～４．８ｍの範囲で変更した。このような各条件でのトルクやトルク増加比は以下の表１に示す通りである。

【0066】

【表1】

【0067】

表１に示すように、比較例の条件であるスタンド間距離１．８ｍではＬ／（Ｂ／１０００）が３．３であり、上記式（１）あるいは式（４）によって規定される条件を満たしておらず、第２スタンドのトルクが２１．７ｔｆ・ｍとなりトルク増加比が約１．７と大きくなっている。即ち、最小値のトルクを基準にした場合、その１．７倍もの容量のモーターが必要となり、消費電力が大きく増加する。

【0068】

一方、実施例１の条件、スタンド間距離２．４ｍでは、Ｌ／（Ｂ／１０００）が４．４であり、上記式（１）によって規定される条件を満たしている。この条件では、第２スタンドのトルクは１７．９ｔｆ・ｍとなりトルク増加比は約１．４と抑えられている。更に、実施例２の条件、スタンド間距離３．０ｍでは、Ｌ／（Ｂ／１０００）が５．５であり、上記式（１）及び（４）によって規定される条件を満たしている。この条件では、第２スタンドのトルクは１５．２ｔｆ・ｍとなりトルク増加比は約１．２と抑えられている。また、実施例３～５の条件では、第２スタンドのトルクはほぼ最小値に抑えられる。即ち、実施例１～５は、上記式（１）あるいは式（４）によって規定される条件を満たしているため、後段スタンドのトルクが抑えられる。これにより、例えば設備上のモーター容量の小型化や消費電力の低下が図られる。

【産業上の利用可能性】

【0069】

本発明は、ハット形鋼矢板の製造設備及び製造方法に適用できる。

【符号の説明】

【0070】

１０…粗圧延機
１３…第１中間圧延機
１４…エッジャー圧延機
１６…第２中間圧延機
１７…エッジャー圧延機
１９…仕上圧延機
１９ａ…仕上材
２０…曲げ成形機
２２…第１スタンド
２３…第２スタンド
４０…上孔型ロール
４１…下孔型ロール
４４…筐体
４５…孔型
５０…上孔型ロール
５１…下孔型ロール
５４…筐体
５５…孔型
６０…ウェブ対応部
６２、６３…フランジ対応部
６５、６６…腕対応部
６８、６９…継手対応部
７０、７１…コーナー部
Ｔ…圧延ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】