JP4400280B2

JP4400280B2 - Ｕ型鋼矢板の製造方法

Info

Publication number: JP4400280B2
Application number: JP2004093232A
Authority: JP
Inventors: 啓徳三浦
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP2005279656A

Description

本発明は、主に土木用に用いられるＵ型鋼矢板で、特にフランジ部と継手部との間に継手支持部或いは腕部を有するハット型鋼矢板に生じた反りの矯正に好適なＵ型鋼矢板の製造方法に関する。

特許文献１及び特許文献２には、Ｕ型鋼矢板のローラ矯正方法が開示されている。圧延工程を経て冷却されたＵ型鋼矢板（ハット型鋼矢）２００は、図５に示すように、ウェブ部２０１側に反る、すなわち上反りになったり、図６に示すように、継手支持部２０２側に反る、すなわち下反りになったりする。そして、前記ローラ矯正方法では、このように反りが発生したＵ型鋼矢板に上下ローラで上下交互に当該Ｕ型鋼矢板が塑性変形に至る程度の力を与えて曲げ戻し、Ｕ型鋼矢板の反りを取り除いている。

ここで、反りの矯正に使用する上下ローラは、一般的に、図７に示すような配置になっている。すなわち、上側ローラ３０１_１，３０１_２，３０１_３，３０１_４と下側ローラ３０２_１，３０２_２，３０２_３，３０２_４，３０２_５とがＵ型鋼矢板２００の通板方向に交互で配置されており、かつ上下方向については、上側ローラ３０１_１〜３０１_４の外周面の下側部位よりも、下側ローラ３０２_１〜３０２_５の外周面の上側部位が上に位置されている。つまり、上側ローラ３０１_１〜３０１_４と下側ローラ３０２_１〜３０２_５との間にジグザグの通板路が形成されるように上下ローラが配置されている。このように上下ローラを配置して、その通板路にＵ型鋼矢板２００を通板して、Ｕ型鋼矢板２００を上下交互に曲げ戻し、Ｕ型鋼矢板２００の反りを取り除いている。

そして、特許文献２で開示されているローラ矯正方法では、特にウェブ部、フランジ部及び継手支持部（腕部）を上下方向から拘束可能となるように、当該ウェブ部、フランジ部及び継手支持部（腕部）に対応する部分とを一体とした上下ローラを用いている。これにより、Ｕ型鋼矢板２００の繰り返し曲げ変形により継手支持部２０２が変形するのを防止している。
特開昭５５−７０４１８号公報特開平９−９４６１４号公報

特許文献２で開示されているように上下ローラが継手支持部までも拘束可能な形状だと、圧延後のＵ型鋼矢板の形状が多少変形している場合、適切に反りを矯正できなくなる。例えば、ローラの磨耗や冷却による縮み量の差によって、フランジ部が予定の寸法よりも高くなってしまった場合、すなわちウェブ部と継手支持部との間の高さ（全高さ）が予定の寸法よりも高くなってしまったような場合、下ローラでは、フランジ部における下端部（継手支持部側端部）と接触して圧力を加えるが、上ローラでは、ウェブ部と接触して圧力を加えることとなり、断面内の形状がくずれやすくなる。この結果、Ｕ型鋼矢板の反りを是正する目的に対し、形状の変化を伴ってしまう。これでは、適切に反りを矯正できない。

このように、特許文献２で開示の上下ローラのようにＵ型鋼矢板の拘束部位を多くしてしまうと、当該Ｕ型鋼矢板に寸法誤差が発生したときに、その寸法誤差に対応できなくなってしまう。しかし、継手支持部を上下ローラで拘束しないとすれば、前述したようにＵ型鋼矢板の繰り返し曲げ変形により継手支持部が変形してしまう。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、矯正用の上下ローラによるＵ型鋼矢板の拘束部位を少なくしつつも、継手支持部等のＵ型鋼矢板の形状に影響を与えることなく、Ｕ型鋼矢板の反りを適切に矯正できるＵ型鋼矢板の製造方法の提供を目的とする。

請求項１記載の発明に係るＵ型鋼矢板の製造方法は、ウェブ部、フランジ部、継手部及び前記フランジ部から延びて前記継手部を支持する継手支持部を有するＵ型鋼矢板の製造方法において、前記ウェブ部の板厚を前記継手支持部の板厚よりも厚くする熱間圧延を行うことで、熱間圧延終了時に前記ウェブ部の温度を前記継手支持部の温度よりも高くし、前記熱間圧延工程後の冷却工程で、前記ウェブ部の温度と前記継手支持部の温度との温度差に起因して発生する前記ウェブ部と前記継手支持部との熱収縮差を利用して、前記Ｕ型鋼矢板を前記ウェブ部側に反らせ反り方向の一方向化を図り、前記冷却工程後の矯正工程で、前記ウェブ部へのローラ矯正によりそのウェブ部側に反ったＵ型鋼矢板を当該反り方向とは反対方向に曲げ戻して、前記反りを矯正することを特徴とする。

また、請求項２記載の発明に係るＵ型鋼矢板の製造方法は、請求項１記載の発明に係るＵ型鋼矢板の製造方法において、前記熱間圧延工程では、上下方向で逆Ｕ字となる状態で前記Ｕ型鋼矢板を通板して、前記Ｕ型鋼矢板の継手支持部に対して上方から冷却水を吹きつけながら、当該Ｕ型鋼矢板を圧延するものであり、前記継手が前記継手支持部の表面に対して突出する形状をなしており、前記熱間圧延工程では、前記Ｕ型鋼矢板の上方から吹きつけられる冷却水を突出した前記継手部でせき止めて前記継手支持部上に溜めることを特徴とする。

本発明によれば、熱間圧延し、冷却した後にＵ型鋼矢板をウェブ部側に反らせ、その後、ウェブ部へのローラ矯正によりウェブの延伸によってＵ型鋼矢板を当該反り方向とは反対方向に曲げ戻して、反りを矯正しているので、Ｕ型鋼矢板に逆方向の繰り返し曲げ変形を与えることなく、Ｕ型鋼矢板の反りを矯正できる。これにより、反りを矯正する際の継手支持部の変形を防止できる。その一方で、反りの矯正をウェブ部のローラ矯正だけで実現できるので、当該ローラ矯正で用いる上下ローラには、継手支持部の拘束部位を不要とした。
また、請求項２記載の発明によれば、ウェブ部の温度と継手支持部の温度との温度差を明確にできるので、冷却工程でのウェブ部と継手支持部との熱収縮差を利用したＵ型鋼矢板のウェブ部側への反りを確実に発生させることができる。

本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態は、フランジ部と継手部との間に継手支持部或いは腕部を有するＵ型鋼矢板、すなわちハット型鋼矢板の圧延設備に適用したものである。
図１は、その設備の構成の例を示す。この図１に示すように、ハット型鋼矢板の圧延設備は、熱間圧延機１、熱間鋸断機２、冷却床３、ローラ矯正機１０及び検査床４を備えている。このハット型鋼矢板の圧延設備では、熱間圧延機１でハット型鋼矢板が熱間圧延されて、その熱間圧延されたハット型鋼矢板を熱間鋸断機２で鋸断し、その鋸断したハット型鋼矢板を冷却床３で冷却し、その冷却したハット型鋼矢板の反りをローラ矯正機１０で矯正して、その矯正をしたハット型鋼矢板を検査床４で検査する。

本発明は、特に熱間圧延機１及びローラ矯正機１０に係るものである。次にこの熱間圧延機１及びローラ矯正機１０について詳しく説明する。
熱間圧延機１では、具体的には次のような条件の下で圧延を行う。ここで、図２は、熱間圧延中におけるハット型鋼矢板１００の形状を示す。
熱間圧延機１は、図１に示すように、ハット型鋼矢板の通板方向に粗ミル１ａ、中間ミル１ｂ及び仕上ミル１ｃを備えている。この熱間圧延機１では、ハット型鋼矢板を逆Ｕ姿勢、すなわち図２に示すようにウェブ部１０１が上側、継手支持部１０３が下側になるように圧延を行う。また、ウェブ部１０１の厚さをｔｗ、フランジ部１０２の厚さをｔｆ、継手支持部１０３の厚さをｔｂとしたとき、熱間圧延機１での出側でのこれらの寸法が下記（１）式として成り立つように圧延する。
ｔｗ＞ｔｂ＞ｔｆ・・・（１）

熱間圧延機１でこのような条件の下で圧延されたハット型鋼矢板１００は、熱間鋸断機２を構成する鋸断装置２ａ，２ｂで所定長さに鋸断されて、その後、冷却床３で冷却される。
ここで、前述したように前記(１)式を満たすような寸法となるようにハット型鋼矢板を熱間圧延していることから、ウェブ部１０１の温度をＴｗ、フランジ部１０２の温度をＴｆ、継手支持部１０３の温度をＴｂとしたとき、熱間圧延機１の出側、或いは冷却床３へのハット型鋼矢板１００の搬入前のこれらの温度は、下記（２）式のような関係になる。
Ｔｗ＞Ｔｂ＞Ｔｆ・・・（２）

ここで、ウェブ部１０１の温度Ｔｗが継手支持部１０３の温度Ｔｂよりも高くなっていることで、この温度差が冷却床３でのハット型鋼矢板１００の冷却過程でウェブ部１０１と継手支持部１０３との間に熱収縮差が発生する。すなわち、冷却過程で、ウェブ部１０１の方が、継手支持部１０３よりも大きく縮む。このような熱収縮差に起因して、ハット型鋼矢板１００には、前記図５に示したようなウェブ部側への反り、すなわち上反りが発生する。

さらに、熱間圧延機１では、ハット型鋼矢板１００の継手支持部に上方から冷却水をかけながら圧延を行っている。その一方で、熱間圧延機１にはハット型鋼矢板１００を逆Ｕ姿勢で通板している。よって、継手支持部１０３の表面から突出して形成されている継手１０４とフランジ部１０２の下端とがいわゆる土手の効果をなして、継手支持部１０３上に冷却水が溜まるようになる。これにより、冷却水で特に継手支持部１０３が強く冷却される。この結果、圧延終了時のウェブ部１０１と継手支持部１０３との温度差が明確になり、ハット型鋼矢板１００は確実に上反り状態になる。言い換えれば、ハット型鋼矢板１００に上反りを発生させる目的で、熱間圧延機１でウェブ部１０１と継手支持部１０３とに板厚差を持たせて前記温度差を発生させることもできるが、前述したような冷却水による冷却効果を得るようにすれば、前記板厚差を抑えながら、前記温度差を発生させることも可能である。

なお、鋼材の変態膨張による反り変形を冷却中には起こさせないよう最終の仕上圧延はウェブ温度がＡｒ_３変態温度に達した以降に行うのが望ましい。
このように上反り状態になったハット型鋼矢板は、冷却床３を経てローラ矯正機１０に送られる。
ローラ矯正機１０は、複数の上下ローラにより、ハット型鋼矢板１００を冷間矯正するように構成されている。このローラ矯正機１０に搬入されるハット型鋼矢板が前述したように上反り状態になっていることから、ローラ矯正機１０は、その上反りだけを矯正するように構成されている。図３は、そのローラ矯正機１０の具体的構成の例を示す。

この図３に示すように、ローラ矯正機１０は、通板方向の配列については前記図７に示した従来のものと同様に、上側ローラ１１_１，１１_２，１１_３，１１_４と下側ローラ１２_１，１２_２，１２_３，１２_４，１２_５とが交互で配置され、上側ローラ１１_１〜１１_４は同一高さとして、下側ローラ１２_１〜１２_５のロール位置は設定が変更可能で圧下調整ができる。

本実施形態では、上下方向に繰り返し矯正をする役目をなす下側ローラ、本実施形態の構成ではハット型鋼矢板１００の入側から三番目の下側ローラ１２_３が下方に逃がして配置し、上側ローラ１１_１，１１_２を支点として、下側ローラ１２_２がウェブ部１０１を上方に圧力を加え、上反りのウェブ部１０１に延伸作用させるが、続く下側ローラ１２_３は、支点とならないよう下方に逃がす。その結果、両側に配置されている上側ローラ１１_２，１１_３とで３点支持による下反りの矯正はなされなくなる。その後のローラ矯正は、上反りの修正不十分なものについて、上側ローラ１１_３，１１_４と下側ローラ１２_４による３点曲げで、上反りの是正目的の矯正を再度実施して、矯正精度を高めることができる。

さらにここで、上下ローラの形状を説明する。図４は、ハット型鋼矢板の通板方向から上側ローラ２１，２１（上側ローラ１１_１〜１１_４に対応）及び下側ローラ２２，２２、（下側ローラ１２_１〜１２_５に対応）を見た図である。具体的には、図４は、上側ローラ２１，２１の配置に対して下側ローラ２２，２２が上下方向で逃げた状態のものを示す。

上側ローラ２１，２１は、ハット型鋼矢板１００の外側面に対して、ウェブ部１０１からフランジ部１０２の中間部までを拘束可能な形状をなしている。下側ローラ２２，２２は、ハット型鋼矢板１００の内側面に対して、ウェブ部１０１からフランジ部１０２の中間部までを拘束可能な形状をなしている。すなわち、その形状は、上側ローラ２１，２１と下側ローラ２２，２２とで、ウェブ部１０１からフランジ部１０２の中間にかけて、特にウェブ部１０１を圧下可能な形状になっている。また、下側ローラ２２，２２の両側に、外側ローラ（壁ローラ）２３，２３が配置されている。各外側ローラ２３，２３間の距離Ｌは、ハット型鋼矢板１００の全幅（継手間距離）ｗ（図２参照）と略同じである。これにより、ハット型鋼矢板１００の上反りを矯正する際に、下側ローラ２２，２２により受ける力でハット型鋼矢板１００の全幅ｗが広がってしまうことを防止している。
このようなローラ矯正機１０は、上側ローラ１１_１〜１１_４と下側ローラ１２_１〜１２_５との間に形成される通板路にＵ型鋼矢板１００が通板されて、Ｕ型鋼矢板１００を下側の一方向だけに連続して曲げを与えて、ハット型鋼矢板の反りを矯正する。

次に本実施形態における効果を説明する。
前述したように、熱間圧延機１の出側でウェブ部１０１の厚さｔｗを継手支持部１０３の厚さｔｂよりも厚くすることで、当該熱間圧延機１の出側で、ウェブ部１０１の温度Ｔｗを継手支持部１０３の温度Ｔｂよりも高くしている。これにより、冷却床３でのハット型鋼矢板１００の冷却過程で、その温度差に起因してウェブ部１０１と継手支持部１０３と間に熱収縮差を発生させ、その熱収縮差でハット型鋼矢板１００に上反りを発生させている。そして、その後、ローラ矯正機１０でウェブ部１０１のローラ矯正によりＵ型鋼矢板１００を当該反り方向とは反対方向に曲げ戻して、反りを矯正している。これにより、ハット型鋼矢板１００に繰り返し曲げ変形を与えることなく、Ｕ型鋼矢板１００の反りの矯正を実現している。よって、ハット型鋼矢板１００に繰り返し曲げ変形を与えることなく反りを矯正しているので、継手支持部１０３が変形してしまうのを防止できる。また、反りの矯正をウェブ部１０１のローラ矯正だけで実現できるので、ローラ矯正で用いる上下ローラ２１，２２に継手支持部１０３の拘束部位を設ける必要もなく、これにより、たとえＵ型鋼矢板１００に寸法誤差が発生しているとしても、当該ハット型鋼矢板１００の反りの矯正を適切に行うことができる。

なお、上反りを矯正する手法として、継手支持部１０３の長さを収縮させて行う手法も考えられるが、本発明を適用したように、ウェブ部１０１をローラ矯正して伸張させて行う手法の方が容易である。
また、ウェブ部１０１と継手支持部１０３とに板厚差を与えて、その圧延後の温度差に起因した前記熱収縮差を利用することを前提とすれば、ハット型鋼矢板に先ず下反りを与えることも考えられる。しかし、この場合、下反りを矯正するには、長手方向でウェブ部１０１の長さを継手支持部１０３の長さに一致させる方向に変更させなければならないことから、ウェブ部１０１の長さを圧縮するか、継手支持部１０３を伸張する必要がある。しかし、この場合、ウェブ部１０１の長さを圧縮することは困難であり、また、ローラ矯正で継手支持部１０３の長さだけを伸張して下反りを矯正することも困難である。よって、本発明を適用したように、先ず上反りにしてから、ウェブ部１０１をローラ矯正により伸張させて行う手法の方が容易である。

また、前述したように、熱間圧延機１でハット型鋼矢板１００を逆Ｕ姿勢で通板し、継手支持部１０３上に冷却水を溜めることで、熱間圧延機１の出側でのウェブ部１０１と継手支持部１０３との温度差を明確にすることができ、この結果、ハット型鋼矢板１００を確実に上反り状態にすることができる。
例えば、継手１０４が継手支持部１０３の両面に対して突出していることから、前記逆Ｕ姿勢とは反対のＵ姿勢でハット型鋼矢板１００を通板し、継手支持部１０３上に冷却水を溜めることも考えることができる。しかし、ハット型鋼矢板１００をＵ姿勢で通板すれば、フランジ部１０２に囲まれることでウェブ部１０１にも冷却水が溜まることになる。これでは、ウェブ部１０１も冷却水で冷却されてしまい、ウェブ部１０１と継手支持部１０３との温度差を明確にすることができなくなる。このようなことから、ハット型鋼矢板１００を逆Ｕ姿勢で通板する方が、ウェブ部１０１と継手支持部１０３との温度差をより明確にすることができる。

また、前記（１）式に示すように、フランジ部１０２の厚さｔｆを極力薄している。ここで、ハット型鋼矢板１００が冷却過程でウェブ部１０１や継手支持部１０３より収縮量が少ないことで、フランジ部１０２内に圧縮の内部応力が発生するようになる。ハット型鋼矢板１００が上反りになっている状態でフランジ部１０２に応力が残留しておれば、その残留応力がローラ矯正機１０によるハット型鋼矢板１００のウェブ部１０１の延伸を助長し曲げ戻しに効果的に作用するようになる。

次に実施例を説明する。
実施例では、下記表１に示すように、継手支持部１０３に対して水切り圧延と水乗せ圧延とについて、仕上圧延後の、ウェブ部、フランジ部及び継手支持部の温度を測定し、自然冷却後の反り量及びローラ矯正後の反り量を測定した。

ここで、実施例では、ハット型鋼矢板として、ウェブ部厚さｔｗが１３．２ｍｍ、フランジ部厚さｔｆが９．０ｍｍ、継手支持部厚さｔｂが１２．４ｍｍ、全幅ｗが９００ｍｍ、全高さｈ（図２参照）が３１２ｍｍのものを用いた。また、水切り圧延とは、熱間圧延機１で継手支持部上に水が溜まらないように、水を切って行う圧延であり、水乗せ圧延とは、熱間圧延機１で継手支持部上に水を溜めて行う圧延である。また、自然冷却後とは、冷却床３での冷却の後を意味する。

この表１に示すように、水切り圧延及び水乗せ圧延ともに、自然冷却後に上反りが発生し、その後のローラ矯正でその上反りを矯正することができた。また、水切り圧延ではウェブ部と継手支持部との温度差が２０℃であったのが、水乗せ圧延とすることで、ウェブ部と継手支持部との温度差を６０℃まで増加させることができた。この結果、水乗せ圧延後では、自然冷却後の上反り量が増加し、明らかに上反りが発生する結果となった。
そして、ローラ矯正によりハット型鋼矢板に発生した反りを矯正することができる結果を得ることができた。

本発明の実施形態の圧延設備の構成の例を示すブロック図である。ハット型鋼矢板の形状を示す図である。前記圧延設備のローラ矯正機の構成の例を示す図である。前記ローラ矯正機の上下ローラの形状を示す図である。上反り状態のＵ型鋼矢板（ハット型鋼矢板）を示す図である。下反り状態のＵ型鋼矢板（ハット型鋼矢板）を示す図である。従来のローラ矯正で使用する上下ローラの構成の例を示す図である。

符号の説明

１熱間圧延機
２熱間鋸断機
３冷却床
４検査床
１０ローラ矯正機
１１_１〜１１_４，２１上側ローラ
１２_１〜１２_５，２２下側ローラ
１００，２００ハット型鋼矢板
１０１，２０１ウェブ部
１０２フランジ部
１０３，２０２継手支持部
１０４継手

Claims

ウェブ部、フランジ部、継手部及び前記フランジ部から延びて前記継手部を支持する継手支持部を有するＵ型鋼矢板の製造方法において、
前記ウェブ部の板厚を前記継手支持部の板厚よりも厚くする熱間圧延を行うことで、熱間圧延終了時に前記ウェブ部の温度を前記継手支持部の温度よりも高くし、
前記熱間圧延工程後の冷却工程で、前記ウェブ部の温度と前記継手支持部の温度との温度差に起因して発生する前記ウェブ部と前記継手支持部との熱収縮差を利用して、前記Ｕ型鋼矢板を前記ウェブ部側に反らせ、
前記冷却工程後の矯正工程で、前記ウェブ部へのローラ矯正によりそのウェブ部側に反ったＵ型鋼矢板を当該反り方向とは反対方向に曲げ戻して、前記反りを矯正することを特徴とするＵ型鋼矢板の製造方法。
前記熱間圧延工程は、上下方向で逆Ｕ字となる状態で前記Ｕ型鋼矢板を通板して、前記Ｕ型鋼矢板の継手支持部に対して上方から冷却水を吹きつけながら、当該Ｕ型鋼矢板を圧延するものであり、前記継手は前記継手支持部の表面に対して突出する形状をなしており、
前記熱間圧延工程では、前記Ｕ型鋼矢板の上方から吹きつけられる冷却水を突出した前記継手部でせき止めて前記継手支持部上に溜めることを特徴とする請求項１記載のＵ型鋼矢板の製造方法。