特開 2023-146701 鋼矢板の製造方法

(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】P2023146701

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】鋼矢板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21B 1/082 20060101AFI20231004BHJP

【ＦＩ】

B21B1/082

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022054034

(22)【出願日】2022-03-29

(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】松田 勝也

【テーマコード（参考）】

4E002

【Ｆターム（参考）】

4E002AC05

4E002BB02

4E002CA16

(57)【要約】

【課題】鋼矢板の製造において、粗圧延工程の曲げ圧延段階で生じる恐れのある爪対応部の形状不良を抑制させ、生産性の向上を図る。
【解決手段】矩形断面の素材を圧下して鋼矢板を製造する製造方法であって、粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を有し、前記粗圧延工程を行う圧延機には、前記素材の厚さ中心線長さを伸ばし、当該素材を矩形断面形状から略鋼矢板断面形状に圧延造形する曲げ圧延を行う孔型が設けられ、前記曲げ圧延においては、前記素材の噛み込み端部の所定区間に対して、当該所定区間に対する圧下量が当該所定区間以外の部位に対する圧下量よりも小さいような圧延である軽圧下圧延が行われ、前記曲げ圧延は複数パスで行われ、当該複数パスによる圧延は、前記素材の爪対応部が圧下されない前段階と、前記素材の爪対応部が圧下される後段階と、に分けられ、前記軽圧下圧延は、前記複数パスのうちの前段階でのパスに適用される。
【選択図】図１１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

矩形断面の素材を圧下して鋼矢板を製造する製造方法であって、
粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を有し、
前記粗圧延工程を行う圧延機には、前記素材の厚さ中心線長さを伸ばし、当該素材を矩形断面形状から略鋼矢板断面形状に圧延造形する曲げ圧延を行う孔型が設けられ、
前記曲げ圧延においては、前記素材の噛み込み端部の所定区間に対して、当該所定区間に対する圧下量が当該所定区間以外の部位に対する圧下量よりも小さいような圧延である軽圧下圧延が行われ、
前記曲げ圧延は複数パスで行われ、
当該複数パスによる圧延は、前記素材の爪対応部が圧下されない前段階と、前記素材の爪対応部が圧下される後段階と、に分けられ、
前記軽圧下圧延は、前記複数パスのうちの前段階でのパスに適用されることを特徴とする、鋼矢板の製造方法。

【請求項2】

前記素材の噛み込み端部の所定区間は、当該素材長手方向の噛み込み端から０．７５ｍ以上の区間に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の鋼矢板の製造方法。

【請求項3】

前記鋼矢板はＵ形鋼矢板であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼矢板の製造方法。

【請求項4】

前記鋼矢板はハット形鋼矢板であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼矢板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばハット形鋼矢板、Ｕ形鋼矢板等の鋼矢板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、ハット形形状やＵ形形状といった両端に継手を有する鋼矢板の製造は孔型圧延法によって行われている。この孔型圧延法の一般的な工程としては、先ず加熱炉において所定の温度に加熱した素材を、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。

【0003】

上述した一般的な孔型圧延法によれば、現状、国内で製造されている鋼矢板製品については、矩形断面の素材から製造することが可能である。具体的には、例えば壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが１．０（１０^４ｃｍ^４／ｍ）であり１０Ｈ製品と呼ばれるハット形鋼矢板製品や、壁幅１ｍ当たりの断面二次モーメントが２．５（１０^４ｃｍ^４／ｍ）であり２５Ｈ製品と呼ばれるハット形鋼矢板製品は、従来より知られる一般的な孔型圧延法にて製造される。

【0004】

矩形断面の素材から鋼矢板を製造する場合において、その圧延工程では被圧延材に種々の形状不良が生じることが知られており、その解決策が創案されている。例えば特許文献１には、圧延造形時に被圧延材の端部フランジに噛み出し形状が発生するのを抑制するために、噛み込み端部に強圧下を加えるといった技術が開示されている。また、特許文献２には、形鋼の製造において粗圧延前に被圧延材に先端部を形成することでクロップの発生を抑制する技術が開示されている。また、特許文献３には、クロップの低減を図るために、被圧延材の端部に予成形部形状を与える技術が開示されている。

【0005】

また、孔型圧延法を用いて矩形断面の素材から鋼矢板を製造する場合、矩形断面素材の段階ではウェブ部とフランジ部の厚みが等しく、ウェブ部とフランジ部との境界を形成させる曲げ圧延段階において、フランジ部をせん断変形させることで、ウェブ部とフランジ部との厚み比を製品の厚み比に近づけるといった手法が採られる。このような手法では、曲げ圧延時に、被圧延材の噛み込み端部においてせん断変形が起こりにくく、フランジ部の厚みが厚くなってしまうことによる形状不良の発生が懸念される。そこで、特許文献４には、曲げ圧延段階において素材の噛み込み端部の所定区間については他の区間に比べ圧下量が少ない状態でいわゆる軽圧下圧延を行うことで、形状不良の発生を抑制する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開昭５５－５０９０２号公報

【特許文献2】特開平０１－１７８３０１号公報

【特許文献3】特開２００６－１９２４９０号公報

【特許文献4】特許第６５９００８７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述したように、特許文献１～３のような技術では、素材の曲げ圧延時に、被圧延材の噛み込み端部においてせん断変形が起こりにくく、フランジ部の厚みが厚くなってしまうことによる形状不良の発生について想起されていない。これに対し、特許文献４では、素材の噛み込み端部の所定区間については他の区間に比べ圧下量が少ない状態でいわゆる軽圧下圧延を行うことを創案している。

【0008】

しかしながら、本発明者らが特許文献４に開示された圧延技術を適用して鋼矢板の製造を行ったところ、被圧延材（素材）の爪に対応する部位（以降、爪対応部とも記載）に形状不良が発生する恐れがあることが知見された。このような爪対応部の形状不良により、鋼矢板の爪形状が不良となる場合があることに加え、後続の圧延ロールに欠損が発生する恐れがあることが分かっている。

【0009】

このような事情に鑑み、本発明の目的は、鋼矢板の製造において、粗圧延工程の曲げ圧延段階で生じる恐れのある爪対応部の形状不良を抑制させ、生産性の向上を図ることが可能な鋼矢板の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、矩形断面の素材を圧下して鋼矢板を製造する製造方法であって、粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程を有し、前記粗圧延工程を行う圧延機には、前記素材の厚さ中心線長さを伸ばし、当該素材を矩形断面形状から略鋼矢板断面形状に圧延造形する曲げ圧延を行う孔型が設けられ、前記曲げ圧延においては、前記素材の噛み込み端部の所定区間に対して、当該所定区間に対する圧下量が当該所定区間以外の部位に対する圧下量よりも小さいような圧延である軽圧下圧延が行われ、前記曲げ圧延は複数パスで行われ、当該複数パスによる圧延は、前記素材の爪対応部が圧下されない前段階と、前記素材の爪対応部が圧下される後段階と、に分けられ、前記軽圧下圧延は、前記複数パスのうちの前段階でのパスに適用されることを特徴とする、鋼矢板の製造方法が提供される。

【0011】

前記素材の噛み込み端部の所定区間は、当該素材長手方向の噛み込み端から０．７５ｍ以上の区間に設定されても良い。

【0012】

前記鋼矢板はＵ形鋼矢板であっても良い。

【0013】

前記鋼矢板はハット形鋼矢板であっても良い。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、鋼矢板の製造において、粗圧延工程の曲げ圧延段階で生じる恐れのある爪対応部の形状不良を抑制させ、生産性の向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【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】第１孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。

【図3】第２孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。

【図4】第３孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。

【図5】第４孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。

【図6】第５孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。

【図7】第６孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。

【図8】第７孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。

【図9】第８孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。

【図10】第２孔型における曲げ圧延の概略説明図である。

【図11】第２孔型において曲げ圧延を複数パスで行う場合の、各パスでの上下伸び差の推移を示すグラフである。

【図12】素材（≒被圧延材）における上爪伸び量と下爪伸び量を示す概略説明図である。

【図13】曲げ圧延が行われる第２孔型の孔型ロール形状を示す概略説明図である。

【図14】曲げ圧延における上下孔型ロールの周速差とせん断応力の作用についての概略説明図である。

【図15】噛み込み端部の軽圧下圧延に関する概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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、以下では、鋼矢板製品の一例としてハット形鋼矢板を製造する場合を例示して説明を行う。

【0017】

また、本実施の形態では、説明の都合上、矩形断面を有する材料を素材Ｂと呼称し、素材Ｂを圧下して略ハット形断面形状とした被圧延材を被圧延材Ａと呼称する。即ち、略ハット形断面形状にて圧延ラインＬ上を通材される鋼材を総称して被圧延材Ａと呼称し、また、被圧延材Ａの各部位については以下に記述する別途異なる呼称にて記載するものとする。ここで、被圧延材Ａはハット形鋼矢板製品のウェブに対応するウェブ対応部３と、ウェブ対応部３の両端部それぞれに接続されるフランジ対応部４、５と、フランジ対応部４、５のそれぞれの先端に形成される腕対応部６、７と、腕対応部６、７の先端に形成される継手対応部８、９から構成されている。また、継手対応部８、９の先端には爪対応部８ａ、９ａが形成されている。

【0018】

＜圧延ラインの構成＞
図１は、本発明の実施の形態にかかる圧延設備であるハット形鋼矢板を製造する圧延ラインＬと、圧延ラインＬに備えられる圧延機についての説明図である。図１に示すように、圧延ラインＬには、粗圧延機（ＢＤ）１１、第１中間圧延機（Ｒ１）１２、第２中間圧延機（Ｒ２）１３、仕上圧延機（Ｆ）１４が順に配置されている。圧延ラインＬは複数のラインＬ１～Ｌ３によって構成されており、ラインＬ１とラインＬ２が隣接し、ラインＬ２とラインＬ３が隣接している。それぞれのラインＬ１～Ｌ３は、互いの一部が重なるようにして直列的に連結しており、被圧延材ＡはＬ１からＬ２、あるいはＬ２からＬ３に、その幅方向に平行移動して圧延ラインＬを進む構成となっている。

【0019】

また、図１に示すように、ラインＬ１には粗圧延機１１が配置され、ラインＬ２には第１中間圧延機１２が配置され、ラインＬ３には第２中間圧延機１３及び仕上圧延機１４が配置されている。各ラインＬ１～Ｌ３にはそれぞれ別の被圧延材Ａを載せて圧延を行うことが可能であり、圧延ラインＬ上において複数の被圧延材Ａの圧延を同時に並行して実施することが可能な構成となっている。

【0020】

図１に示す圧延ラインＬにおいては、図示しない加熱炉において加熱された矩形断面形状の素材（素材Ｂ、後の被圧延材Ａ）が粗圧延機１１～仕上圧延機１４において順次圧延され、最終製品であるハット形鋼矢板となる。即ち、素材Ｂ（被圧延材Ａ）に対して粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程をこの順に行うことで最終製品が製造される。

【0021】

＜圧延機に設けられる孔型の構成＞
以下では、圧延ラインＬに配置される粗圧延機１１、第１中間圧延機１２、第２中間圧延機１３、仕上圧延機１４（以下、粗圧延機１１～仕上圧延機１４といったように複数の圧延機を略して記載する場合がある）に設けられる孔型の構成について、圧延ラインＬの上流から順を追って図面を参照して簡単に説明する。なお、上記粗圧延機１１、第１中間圧延機１２、第２中間圧延機１３、仕上圧延機１４は従来から用いられている一般的な設備であるため、本明細書における以下の記述では孔型構成の説明に注視し、各圧延機の詳細な設備構成等についての説明は省略する。

【0022】

また、図２～図９を参照して以下に説明する孔型は、粗圧延機１１～仕上圧延機１４の各圧延機に設けられるものであるが、以下に説明する各孔型をどの圧延機に設けるかは、通常は生産性（能率・歩留）や作業性を考慮した上で、設備状況や製品寸法等の条件によって適宜変更可能なものである。そこで、本実施の形態ではこれらの孔型を第１孔型Ｋ１～第８孔型Ｋ８と呼称し、それぞれの孔型は圧延ラインＬ上流側から順に設けられていれば良いものとして説明する。なお、図３～図９には、参考のためにそれぞれの孔型にて圧下・造形される素材Ｂ、被圧延材Ａの形状を一点鎖線にて図示している。

【0023】

但し、以下に説明する本実施の形態に係る第１孔型Ｋ１～第８孔型Ｋ８の構成は、図示の形態に限られるものではなく、例えば、各種孔型の修正孔型の増減配列については設備状況や製品寸法等の条件に応じて適宜変更可能である。なお、以下に説明する第１孔型Ｋ１～第８孔型Ｋ８においては、被圧延材の圧延造形は複数パスのリバース圧延（可逆圧延）にて行われることが好ましく、そのパス数は任意に設定可能である。

【0024】

図２は、第１孔型Ｋ１の孔型形状についての概略的な説明図である。図２に示すように、第１孔型Ｋ１は上孔型ロール２０ａと下孔型ロール２０ｂから構成されるボックス孔型であり、該ボックス孔型の孔底は所定のテーパー形状となっている。この第１孔型Ｋ１により、矩形断面形状の素材Ｂの幅方向端部の短辺部にテーパー形状を付与し、かつ長手方向均一な幅寸法にするために、図示しない矩形断面形状の素材Ｂを立てた状態（鋼矢板の幅方向を鉛直方向とした状態）で幅方向に軽く圧下（所謂エッジング圧延）が施される。なお、矩形断面形状の素材Ｂの幅方向端部にテーパー形状を付与するのは、後述する第２孔型Ｋ２の孔型形状に好適に噛み込ませ、所望の圧下を安定して行い、両端部に所望の肉量を有する爪を形成するためである。この図２に示す第１孔型Ｋ１はいわゆるエッジング圧延を行う孔型であり、この第１孔型Ｋ１は「エッジング孔型」と呼称される。

【0025】

また、図３は、第２孔型Ｋ２の孔型形状についての概略的な説明図である。図３に示すように、第２孔型Ｋ２は突起ロールとしての上孔型ロール３０ａと、溝ロールとしての下孔型ロール３０ｂから構成され、この第２孔型Ｋ２によって、上記第１孔型Ｋ１においてエッジング圧延された矩形断面形状の素材Ｂ（≒被圧延材Ａ）全体に対して圧下が行われる。ここで、上記第１孔型Ｋ１における圧下では素材Ｂを立てた状態とされるが、その後、素材Ｂは９０°あるいは２７０°回転させられ、第２孔型Ｋ２では素材Ｂの幅方向を水平方向とした状態（鋼矢板の幅方向を水平方向とした状態）で圧下が行われ、断面が矩形断面形状と略ハット形断面形状との間の中間形状とする圧延造形が行われる。本明細書では、この第２孔型Ｋ２における圧延造形を「曲げ圧延」とも記載する。

【0026】

上孔型ロール３０ａは、素材Ｂのウェブ対応部３の上面に対向するウェブ対向部３２と、フランジ対応部４、５の上面に対向するフランジ対向部３４、３５と、腕対応部６、７の上面に対向する腕対向部３７、３８から構成されている。一方、下孔型ロール３０ｂは、素材Ｂのウェブ対応部３の下面に対向するウェブ対向部４２と、フランジ対応部４、５の下面に対向するフランジ対向部４４、４５と、腕対応部６、７の下面に対向する腕対向部４７、４８から構成されている。更に、フランジ対向部４４、４５は傾斜の異なる複数の部位から構成されており、ウェブ対向部４２に接続する緩傾斜のフランジ対向部分４４ａ、４５ａと、腕対向部４７、４８に接続する急傾斜のフランジ対向部分４４ｂ、４５ｂから構成されている。

【0027】

また、図４は、第３孔型Ｋ３の孔型形状についての概略的な説明図である。図４に示すように、第３孔型Ｋ３は突起ロールとしての上孔型ロール５０ａと、溝ロールとしての下孔型ロール５０ｂから構成され、この第３孔型Ｋ３では、第２孔型Ｋ２において造形された素材Ｂ（≒被圧延材Ａ）に対し更なる圧下が加えられ、断面形状が中間形状（矩形断面形状と略ハット形断面形状との中間形状）から略ハット形断面形状となるような圧下が素材Ｂ全体に対して行われる。

【0028】

なお、ここで「略ハット形断面形状」とは、素材Ｂにおいてウェブに対応する部分（ウェブ対応部３）、フランジに対応する部分（フランジ対応部４、５）、腕に対応する部分（腕対応部６、７）それぞれの境界が明確である程度に圧下された断面形状を言い、必ずしも継手形状等の細かな形状まで成形された断面形状を示すものではない。

【0029】

上孔型ロール５０ａは、素材Ｂのウェブ対応部３の上面に対向するウェブ対向部５２と、フランジ対応部４、５の上面に対向するフランジ対向部５４、５５と、腕対応部６、７の上面に対向する腕対向部５７、５８から構成されている。また、下孔型ロール５０ｂは、素材Ｂのウェブ対応部３の下面に対向するウェブ対向部６２と、フランジ対応部４、５の下面に対向するフランジ対向部６４、６５と、腕対応部６、７の下面に対向する腕対向部６７、６８から構成されている。

【0030】

図５は、第４孔型Ｋ４の孔型形状についての概略的な説明図である。図５に示すように、第４孔型Ｋ４は突起ロールとしての上孔型ロール７０ａと溝ロールとしての下孔型ロール７０ｂから構成され、この第４孔型Ｋ４によって爪対応部が形成されると共に、被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに成形（厚み延伸圧延）が行われ、よりハット形鋼矢板製品に近い形状とされる。

【0031】

図６は、第５孔型Ｋ５の孔型形状についての概略的な説明図である。図６に示すように、第５孔型Ｋ５は突起ロールとしての上孔型ロール８０ａと溝ロールとしての下孔型ロール８０ｂから構成され、この第５孔型Ｋ５によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに成形が行われる。具体的には、爪対応部８ａ、９ａの高さ（図中、上下方向の高さｈ１）を調整して２つの爪対応部８ａ、９ａの高さを揃える爪高さ成形と、被圧延材Ａ全体の厚み圧下が同時に行われる。なお、この第５孔型Ｋ５のような爪対応部８ａ、９ａの高さを揃える成形は爪成形工程と呼称され、爪成形工程を行う孔型は爪成形孔型と呼称される。

【0032】

図７は、第６孔型Ｋ６の孔型形状についての概略的な説明図である。図７に示すように、第６孔型Ｋ６は突起ロールとしての上孔型ロール９０ａと溝ロールとしての下孔型ロール９０ｂから構成され、この第６孔型Ｋ６によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに成形（厚み延伸圧延）が行われる。

【0033】

図８は、第７孔型Ｋ７の孔型形状についての概略的な説明図である。図８に示すように、第７孔型Ｋ７は突起ロールとしての上孔型ロール１００ａと溝ロールとしての下孔型ロール１００ｂから構成され、この第７孔型Ｋ７によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下ならびに成形が行われ、特に、爪対応部８ａ、９ａの高さ（図中、上下方向の高さｈ２）を調整して２つの爪対応部８ａ、９ａの高さを揃える爪高さ成形が行われる。但し、第７孔型Ｋ７では、被圧延材Ａ全体の厚み圧下を積極的に行う第６孔型Ｋ６に比べ厚み圧下量は小さい。

【0034】

図９は、第８孔型Ｋ８の孔型形状についての概略的な説明図である。図９に示すように、第８孔型Ｋ８は突起ロールとしての上孔型ロール１１０ａと溝ロールとしての下孔型ロール１１０ｂから構成され、この第８孔型Ｋ８では、被圧延材Ａの継手対応部８、９の曲げ成形と、軽度の圧延による被圧延材Ａ全体の整形が行われる。具体的には、爪対応部８ａ、９ａを含む継手対応部８、９全体を製品の継手形状となるように曲げる継手成形が行われる。これにより、第８孔型Ｋ８では、ハット形鋼矢板製品の形状まで被圧延材Ａが成形されることとなる。なお、この第８孔型Ｋ８のような継手対応部８、９全体を曲げ成形する孔型は仕上孔型と呼称される。

【0035】

以上、図２～図９を参照して第１孔型Ｋ１～第８孔型Ｋ８の孔型形状とその機能について説明した。上述したように、ハット形鋼矢板の孔型圧延法は粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程からなり、例えば第１孔型Ｋ１～第７孔型Ｋ７までの孔型において粗圧延工程及び中間圧延工程が順次行われ、第８孔型Ｋ８において仕上圧延工程が行われる。ここで、第４孔型Ｋ４～第８孔型Ｋ８の孔型形状はいずれも略ハット形断面形状であるが、後段の孔型へいくほど製品形状に近い形状にて設けられている。即ち、最終工程である仕上圧延が行われる第８孔型Ｋ８の形状は、略ハット形鋼矢板製品形状となる。

【0036】

なお、本実施の形態では、圧延ラインＬには、粗圧延機（ＢＤ）１１、第１中間圧延機（Ｒ１）１２、第２中間圧延機（Ｒ２）１３、仕上圧延機（Ｆ）１４が順に配置されているものとしている（図１参照）が、上記第１孔型Ｋ１～第８孔型Ｋ８は各圧延機に任意の構成にて分散して設けられる。一例としては、粗圧延機１１に第１孔型Ｋ１～第３孔型Ｋ３が設けられ、第１中間圧延機１２に第４孔型Ｋ４及び第５孔型Ｋ５が設けられ、第２中間圧延機１３に第６孔型Ｋ６及び第７孔型Ｋ７が設けられ、仕上圧延機１４に第８孔型Ｋ８が設けられるといった構成が挙げられる。ただし、本発明における孔型構成はこのような構成に限定されるものではない。

【0037】

＜曲げ圧延における問題点＞
本発明者らは、矩形断面形状の素材Ｂから略ハット形断面形状を造形するための粗圧延工程の上記第２孔型Ｋ２での造形工程（曲げ圧延）において、例えば特許文献４に開示された圧延技術を適用し、素材の噛み込み端部の所定区間については他の区間に比べ圧下量が少ない状態でいわゆる軽圧下圧延を行うような手法を採った場合、以下に説明するような問題点があることを見出した。即ち、曲げ圧延に伴い、素材Ｂ（≒被圧延材Ａ）の断面形状が変わり、特に、爪に対応する部位（後の爪対応部８ａ、９ａ）において上爪伸び量と下爪伸び量の差（上下伸び差）が生じることが知見された。以下、図面を参照して本知見について説明する。なお、以下では素材Ｂ（≒被圧延材Ａ）の爪に対応する部位を含めて爪対応部８ａ、９ａと記載して説明する場合がある。

【0038】

図１０は第２孔型Ｋ２における曲げ圧延の概略説明図であり、（ａ）～（ｄ）は複数パスで行われる曲げ圧延の過程を順に示したものである。図１０（ａ）に示すように、第１孔型Ｋ１でエッジング圧延された素材Ｂの上下面に対し、上孔型ロール３０ａと下孔型ロール３０ｂが当接する。以降、図１０（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す順に曲げ圧延が進行する。

【0039】

図１０に示す曲げ圧延は、同一の第２孔型Ｋ２に対し素材Ｂ（≒被圧延材Ａ）を複数パス通材させ、徐々にロール隙を狭めていくことで行われる。その際、素材Ｂ（≒被圧延材Ａ）と上孔型ロール３０ａ及び下孔型ロール３０ｂとの接触箇所はパス毎に異なる場合がある。

【0040】

本発明者らは、爪に対応する部位（後の爪対応部８ａ、９ａ）において上爪伸び量と下爪伸び量の差（以下、上下伸び差とも記載）が生じることに着目し、複数パスによる曲げ圧延での上下伸び差について検証を行った。図１１は、第２孔型Ｋ２において曲げ圧延を複数パス（ここでは計１４パス）で行う場合の、各パスでの上下伸び差の推移を示すグラフである。図１２は素材Ｂ（≒被圧延材Ａ）における上爪伸び量と下爪伸び量を示す概略説明図である。図１１には、曲げ圧延において素材Ｂの噛み込み端部の所定区間について他の区間に比べ圧下量が少ない状態でいわゆる軽圧下圧延を行うような手法を採った場合（以下、片パス圧延とも記載）と、素材Ｂに対し曲げ圧延をパス毎に全区間一定の圧下量で行う場合（以下、通常圧延とも記載）を示している。また、図１２では説明のために素材Ｂの断面の片側一部を模式的に拡大して図示している。

【0041】

図１１に示すように、通常圧延と片パス圧延を比較すると、第７パスまでは上下伸び差の推移に明確な差は見受けられない。一方で、第８パス以降においては、通常圧延では上爪側の伸び（以下、上伸びとも記載）と下爪側の伸び（以下、下伸びとも記載）を繰り返し、最終的には上下伸び差が略無くなっているのに対し、片パス圧延では上下伸び差の増加が顕著になっている。

【0042】

このように曲げ圧延において上下伸び差が大きくなると、後段の圧延工程（例えば中間圧延工程）において素材Ｂ（≒被圧延材Ａ）の爪対応部８ａ、９ａに上下裂け等の形状不良が発生し、更には、裂けた爪対応部８ａ、９ａが２枚噛み状態となる恐れがある。これにより、例えば中間圧延工程を行う圧延ロールに欠損が生じるといった問題が懸念される。

【0043】

＜上下伸び差発生のメカニズム＞
本発明者らは、図１１で得られた検証結果に基づき、爪に対応する部位（図１０で爪対応部８ａ、９ａとして図示する）の孔型ロールとの接触状況について検討した。検討の結果、本検証に係る片パス圧延においては、第８パスが爪対応部８ａ、９ａの上部（図１０（ｃ）中の破線部）が上孔型ロール３０ａと接触開始するパスであることが分かった（図１０（ｃ）参照）。即ち、計１４パスのうち、第２孔型Ｋ２における曲げ圧延のうち、第１パス～第７パスは図１０（ａ）～（ｂ）に示す圧延状況に相当し、第８パス～第１４パスは図１０（ｃ）～（ｄ）に示す圧延状況に相当する。

【0044】

曲げ圧延において上下伸び差が広がる原因は、第８パスから爪対応部８ａ、９ａの圧下が開始されることにあると推定される。図１３は曲げ圧延が行われる第２孔型Ｋ２の孔型ロール形状を示す概略説明図であり、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は概略側面図である。図１３に示すように、上孔型ロール３０ａは突起ロールであり、下孔型ロール３０ｂは溝ロールである。そのため、各ロールの径は場所によって異なり、爪対応部８ａ、９ａに対向する位置においては下ロール径の方が上ロール径より大きい構成となる。即ち、爪対応部８ａ、９ａに対向する位置においては、下孔型ロール３０ｂの周速は上孔型ロール３０ａの周速より速く構成される。

【0045】

図１４は曲げ圧延における上下孔型ロールの周速差とせん断応力の作用についての概略説明図であり、パス蹴出し端部の圧下状態を拡大して側方から見て模式的に図示したものである。図１４に示すように、素材Ｂ（≒被圧延材Ａ）に対し曲げ圧延を行う場合に、爪対応部８ａ、９ａの圧下が開始された以降のパス（ここでは第８パス以降）では、その上爪部８ａ－１（９ａ－１）には素材Ｂを先行させる方向にせん断応力が作用し、その下爪部８ａ－２（９ａ－２）には素材Ｂを後退させる方向にせん断応力が作用すると考えられる（図１４中の矢印参照）。

【0046】

＜曲げ圧延における片パス圧延の適用＞
上述した曲げ圧延における問題点及びそのメカニズムに鑑み、本発明者らは、複数パスで行われる曲げ圧延において片パス圧延を適用させる場合に、その適用範囲を好適な範囲内のパスに留めることで爪対応部８ａ、９ａでの上下伸び差の発生を抑える技術を創案した。

【0047】

具体的には、複数パスでの曲げ圧延を行う場合に、爪対応部８ａ、９ａの圧下が開始される前段階のパス（非圧下パス）と、爪対応部８ａ、９ａの圧下が行われる後段階のパス（圧下パス）に分け、片パス圧延を非圧下パスのみに適用させる。これにより片パス圧延時に上下伸び差が大きくなることによる後工程での爪対応部８ａ、９ａの形状不良が抑制され、良好な曲げ圧延を実施することが可能となる。

【0048】

図１５は、素材Ｂ（≒被圧延材Ａ）の噛み込み端部の軽圧下圧延（いわゆる片パス圧延）に関する概略説明図である。具体的には、第２孔型Ｋ２（上下孔型ロール３０ａ、３０ｂ）での圧延造形でロール隙を開放し、噛み込み端部に対し軽圧下圧延を行う場合の説明図であり、側面から見た概略側面図である。なお、図１５には説明のため、任意パスでの圧延造形前の素材Ｂ（図中左側）と、当該パスでの圧延造形開始～圧延途中（図中中央）と、当該パスでの圧延造形終了後（図中右側）を図示している。また、図１５中には鋼材固定で見た場合のロールの軌跡を一点鎖線にて図示している。

【0049】

図１５に示すように、第２孔型Ｋ２において、造形開始時には定常部圧延時のロール隙と比べてロール隙を開放しておき、噛み込み端部の所定区間Ｐだけ素材Ｂが孔型ロールを通過した後に、ロール隙を絞り、定常部の圧延造形を行うことが望ましい。また、ロール隙は設備性能の最大速度で絞り、必ずしも上下ロールを均等に絞らなくても良く、上ロール又は下ロールのみを絞っても良い。このように実施される曲げ圧延では、噛み込み端部の所定区間Ｐについて定常部と比べて圧下量が少ない状態（即ち、軽圧下）で曲げ圧延が実施される。

【0050】

所定区間Ｐとしては、被圧延材長手方向においていわゆる定常部と呼ばれる範囲を除く噛み込み端の範囲とすることが望ましいがその範囲は適宜任意に設定することができる。なおこの所定区間Ｐは、特許文献１と同様に、素材長手方向の噛み込み端から０．７５ｍ以上の区間に設定されても良い。

【0051】

なお、以上説明した軽圧下圧延を実施するためには、第２孔型Ｋ２が設けられる圧延機において、孔型ロールのロール隙を変更させるための機構を備えた構成とすることが望ましい。当該機構としては、例えば油圧式の圧下機構が挙げられる。

【0052】

＜作用効果＞
以上説明した、本実施の形態に係る鋼矢板の製造方法によれば、複数パスでの曲げ圧延において、噛み込み端の所定区間Ｐについて他の区間と比べて圧下量が少ないいわゆる片パス圧延を行うに際し、複数のパスを爪対応部８ａ、９ａの圧下が開始される前段階のパス（非圧下パス）と、爪対応部８ａ、９ａの圧下が行われる後段階のパス（圧下パス）に分け、片パス圧延を非圧下パスのみに適用させている。これにより、曲げ圧延において爪対応部８ａ、９ａでの上下伸び差の発生を抑えることが可能となる。そして、片パス圧延時に上下伸び差が大きくなることによる後工程での爪対応部８ａ、９ａの形状不良が抑制され、良好な曲げ圧延を実施することが可能となる。

【0053】

なお、上述した曲げ圧延において軽圧下圧延を適用する技術は、曲げ圧延が複数パスで行われ、素材Ｂをリバースさせる場合、それぞれの各パスにおける素材Ｂの噛み込み端に対し実施しても良い。これにより、素材Ｂの長手方向両端部において爪対応部８ａ、９ａの形状不良が抑制され、良好な曲げ圧延を実施することが可能となる。

【0054】

爪対応部８ａ、９ａの形状不良が抑制されることで、最終製品としての鋼矢板製品における爪形状不良の発生が抑えられ、また、後続の圧延ロールに欠損が発生するといった問題が解消されるため、生産性の向上が図られる。

【0055】

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。

【0056】

例えば、上記実施の形態では、ハット形鋼矢板製品を製造する場合を例に挙げて図示・説明しているが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。具体的には、矩形断面素材を用いて製造される種々の鋼矢板製品の製造方法において、本発明を適用すれば、噛み込み端部の形状不良を抑制させることが可能である。例えばＵ形鋼矢板の製造方法においても本発明を適用することができる。但し、ハット形鋼矢板は大断面構造を特徴とする鋼矢板であり、その特徴上、略鋼矢板断面形状に曲げ圧延を行う第２孔型圧延後での形状において高さが高く、一般の鋼矢板と比べて線長の変形量が多い。そのため、特にハット形鋼矢板の製造において本発明技術は有用である。

【0057】

また、上記実施の形態では、図３～図１０において一連の孔型列の突起ロールを上孔型ロールとし、溝ロールを下孔型ロールとして配置した構成、所謂Ｕ姿勢圧延でハット形鋼矢板の圧延を行う場合について図示・説明した。しかし、このような一連の孔型列の一部又は全部について、突起ロールを下孔型ロールとし、溝ロールを上孔型ロールとして配置した構成、所謂逆Ｕ姿勢圧延でハット形鋼矢板の圧延を行っても良い。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明は、例えばハット形鋼矢板、Ｕ形鋼矢板等の鋼矢板の製造方法に適用できる。

【符号の説明】

【0059】

３…ウェブ対応部
４、５…フランジ対応部
６、７…腕対応部
８、９…継手対応部
８ａ、９ａ…爪対応部
１１…粗圧延機
１２…第１中間圧延機
１３…第２中間圧延機
１４…仕上圧延機
３０ａ…（第２孔型の）上孔型ロール
３０ｂ…（第２孔型の）下孔型ロール
３２、４２…（第２孔型の）ウェブ対向部
３４、３５、４４、４５…（第２孔型の）フランジ対向部
３７、３８、４７、４８…（第２孔型の）腕対向部
５２、６２…（第３孔型の）ウェブ対向部
５４、５５、６４、６５…（第３孔型の）フランジ対向部
５７、５８、６７、６８…（第３孔型の）腕対向部
Ａ…被圧延材
Ｂ…素材
Ｏ…（素材の）厚さ中心線
Ｋ１～Ｋ８…第１孔型～第８孔型
Ｌ（Ｌ１～Ｌ３）…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】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】