JP7750187B2 - ハット形鋼矢板の製造方法及びハット形鋼矢板の製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、ウェブ部、フランジ部、継手部に加え、腕部を有するハット形鋼矢板の製造方法とその製造設備に関する。

従来から、土木工事の土留め部材等に用いられるハット形鋼矢板は一般に孔型圧延法により製造される。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鋼素材（矩形材）を、孔型を備えた粗圧延機、中間圧延機および仕上圧延機によって順に熱間圧延することが知られている。なお、粗圧延機、中間圧延機および仕上圧延機による熱間圧延をそれぞれ粗圧延、中間圧延および仕上圧延ともいい、これらの熱間圧延を総称して造形圧延ともいう。

このようにして熱間圧延されたハット形鋼矢板１は図１に示すような断面形状を有し、ウェブ部１１、左右で一対となるフランジ部１２、左右で一対となる腕部１３、左右で一対となりその断面形状が左右でほぼ点対称である継手部１４から成る。なお、フランジ部１２と腕部１３との接合部は、肘部１５と呼ばれることもある。

このように、熱間圧延によって製造されるハット形鋼矢板は、断面各部の厚み差や冷却条件差により断面内の温度分布が不均一となることによって、冷却後に継手の反りや曲がりといった形状不良が生じる場合がある。また、熱間圧延後、熱間鋸断される場合は、温度差により断面内に生じる残留応力が熱間鋸断部で開放されることで、後述する「ラッパ変形」や「逆ラッパ変形」といった製品長手端部の変形が発生する場合がある。

ところで、鋼矢板の長手方向端部に変形が生じた場合は、鋸断後において端部形状の矯正作業が必要となる。鋼矢板の製造で一般的に行われているレベラー矯正は、本製造プロセス中のオンライン工程で実施可能であるが、レベラー矯正では長手方向の端部には圧下を加えることができないため、端部形状の矯正は困難である。一方、オフラインで実施されるプレス矯正では、端部形状の矯正が可能であるが、生産効率が低下する。

そこで、ハット形鋼矢板の端部形状を制御する方法として、特許文献１では、熱間圧延を終了後、ウェブ部が５００℃まで温度降下するまでの間の同一時点における、フランジ部の最低温度Ｔｆと継手部ないし腕部の最高温度Ｔｇとの差を温度差ΔＴ（＝Ｔｇ－Ｔｆ）とし、該温度差ΔＴと熱間鋸断後の切断面端部の曲がり量との関係を定めておき、この関係に基づき前記曲がり量を許容値内とできるΔＴの範囲が得られるように仕上圧延機の最終孔型での熱間圧延において前記継手部の冷却を行うことを特徴とするハット形鋼矢板の製造方法が開示されている。（特許文献１参照）

特開２０１９－０３８０３５号公報

しかしながら、上記従来の技術には、未だ解決すべき以下のような問題があった。

上記特許文献１に例示されるハット形鋼矢板の製造方法は、熱間圧延後の端部の全幅が定常部よりも広くなる「ラッパ変形」に対してのみ、有効な技術であった。すなわち、仕上圧延で継手部の冷却を行わない条件においても、熱間圧延後の端部の全幅が定常部よりも狭くなる「逆ラッパ変形」となる場合には、適正な継手冷却条件ないし適正な温度条件とすることができず、「逆ラッパ変形」を抑制できない、という問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ハット形鋼矢板の「ラッパ変形」、「逆ラッパ変形」という２つの形態の端部変形が抑止可能で、長手端部の全幅形状が良好なハット形鋼矢板の製造方法と製造設備を提案することにある。

［１］ウェブ部、フランジ部、腕部及び継手部を有するハット形鋼矢板の熱間圧延において、圧延実績から予測される、圧延対象材の仕上圧延後の長手方向端部の全幅と長手方向端部以外の予め設定される位置における全幅との差である全幅差ΔＷに基づいて、仕上圧延時における前記圧延対象材に対する冷媒の噴射位置を前記フランジ部乃至前記継手部の間で制御することを特徴とするハット形鋼矢板の製造方法。
［２］ウェブ部、フランジ部、腕部及び継手部を有するハット形鋼矢板の熱間圧延において、圧延実績から予測される、圧延対象材の仕上圧延後の前記継手部と前記フランジ部との温度差ΔＴに基づいて、仕上圧延時における前記圧延対象材に対する冷媒の噴射位置を前記フランジ部乃至前記継手部の間で制御することを特徴とするハット形鋼矢板の製造方法。
［３］前記噴射位置の制御は、冷媒を噴射する噴射装置について、前記圧延対象材の全幅方向に沿って移動すること、及び前記冷媒の噴射方向を変えることのうちの少なくともひとつの方法により行われることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載のハット形鋼矢板の製造方法。
［４］前記噴射位置の制御は、冷媒を噴射する噴射装置を、前記フランジ部から前記継手部にかけて複数設置し、複数の噴射装置から何れか１または２以上の噴射装置が選択されることにより行われることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載のハット形鋼矢板の製造方法。
［５］ウェブ部、フランジ部、腕部及び継手部を有するハット形鋼矢板を熱間圧延により該ハット形鋼矢板の形状に造形する熱間圧延機と、該熱間圧延により得られたハット形鋼矢板を幅方向に切断する鋸断装置とを有するハット形鋼矢板の製造設備において、
前記熱間圧延時の仕上圧延機に付帯するガイド内に前記継手部およびフランジ部の冷却が選択可能な冷却装置を備え、
圧延実績から、圧延対象材の仕上圧延後の長手方向端部の全幅と長手方向端部以外の位置における全幅との差である全幅差ΔＷを予測する演算装置を備え、
予測した全幅差ΔＷに基づき、仕上圧延時における前記圧延対象材に対する冷媒の噴射位置を前記フランジ部乃至前記継手部の間で制御する手段を備えたことを特徴とするハット形鋼矢板の製造設備。
［６］ウェブ部、フランジ部、腕部及び継手部を有するハット形鋼矢板を熱間圧延により該ハット形鋼矢板の形状に造形する熱間圧延機と、該熱間圧延により得られたハット形鋼矢板を幅方向に切断する鋸断装置とを有するハット形鋼矢板の製造設備において、
前記熱間圧延時の仕上圧延機に付帯するガイド内に前記継手部およびフランジ部の冷却が選択可能な冷却装置を備え、
圧延実績から、圧延対象材の仕上圧延後の前記継手部と前記フランジ部との温度差ΔＴを予測する演算装置を備え、
予測した温度差ΔＴに基づき、仕上圧延時における前記圧延対象材に対する冷媒の噴射位置を前記フランジ部乃至前記継手部の間で制御する手段を備えたことを特徴とするハット形鋼矢板の製造設備。

なお、ここでいう「圧延実績から予測される、圧延対象材の仕上圧延後の長手方向端部の全幅と長手方向端部以外の予め設定される位置における全幅との差である全幅差ΔＷ」として、以下の値をとることができる。

形鋼の圧延製造では、同一の孔型セットを用いた同一鋼種材の熱間圧延が複数素材で繰り返される。これら複数の素材の圧延条件は、素材間で大きくは変わらないのが通常である。したがって、これまでに同一の孔型セットを用いて熱間圧延された同一鋼種材の全幅差の実績を、当該材の熱間圧延後の全幅差の予測値とすることができる。あるいは、これまでの圧延条件および冷却条件と全幅差の実績に基づき、圧延条件および冷却条件から全幅差を予測するモデルを作成し、このモデルを用いて、当該材で行う圧延条件から当該材の熱間圧延後の全幅差の予測値を算出してもよい。

また、ここでいう「圧延実績から予測される圧延対象材の仕上圧延後の前記フランジ部と前記継手部の温度差ΔＴ」についても、以下の値をとることができる。

すなわち、これまでに同一の孔型セットを用いて熱間圧延された同一鋼種材の温度差の実績を、当該材の熱間圧延後の温度差の予測値とすることができる。あるいは、これまでの圧延条件および冷却条件と温度差の実績に基づき、圧延条件および冷却条件から温度差を予測するモデルを作成し、このモデルを用いて、当該材で行う圧延条件から当該材の熱間圧延後の温度差の予測値を算出してもよい。

本発明に従えば、「ラッパ変形」、「逆ラッパ変形」という２つの形態の端部変形とも抑止可能であり、長手端部の全幅形状が良好なハット形鋼矢板を得ることができる。

ハット形鋼矢板の断面形状を示す模式図である。 鋼矢板の圧延製造に用いる設備の配列例を示す模式図である。 ハット形鋼矢板の熱間圧延に用いるロールの孔型形状の例を示す模式図であり、（ａ）は粗圧延の孔型、（ｂ）は中間圧延の孔型、（ｃ）は仕上圧延の孔型を示している。 ハット形鋼矢板の長手方向端部の形状不良を示す模式図であり、（ａ）はラッパ変形を、（ｂ）は逆ラッパ変形を示している。 本発明に従う、噴射位置を可変する冷却方法を示す模式図である。 本発明に従う、噴射位置を選択する冷却方法を示す模式図である。 本発明に従う、フランジの内面側からハット形鋼矢板を冷却する方法を示す模式図である。 本発明に従う冷却制御装置の構成例を示す模式図である。 ハット形鋼矢板の仕上圧延後の温度分布を示すグラフである。 ハット形鋼矢板の温度差と全幅差との関係を示すグラフである。 冷却箇所ごとのハット形鋼矢板の温度差を示すグラフである。 噴射装置の左右移動量とハット形鋼矢板の全幅差との関係を示すグラフである。

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、本実施の形態においてハット形形状の圧延材は、ウェブ部がフランジ部より上方に位置する姿勢（いわゆる逆Ｕ姿勢、あるいは、ハット姿勢）で圧延されるものとして説明するが、当然本発明の適用範囲はその他の姿勢（例えばＵ姿勢）での圧延にも及ぶ。

＜ハット形鋼矢板＞
図１にハット形鋼矢板の断面形状を示す。ハット形鋼矢板１は、全幅方向中央にウェブ部１１があり、その両側に左右で一対となるフランジ部１２、さらにその両側に左右で一対となる腕部１３、及び、左右で一対となりその断面形状が左右でほぼ点対称である継手部１４を有する。また、フランジ部１２と腕部１３との接合部は肘部１５とも呼ぶ。

＜圧延ライン＞
次に、ハット形鋼矢板を製造する製造設備２として基本的な構成である圧延ラインＬの概略について説明する。図２はハット形鋼矢板の圧延設備の配列図である。図２において、圧延ラインＬの圧延進行方向、つまり、被圧延材の搬送方向は矢印で示す方向である。加熱炉３で加熱された素材である鋼スラブ等は、熱間圧延機として、粗圧延機４、中間圧延機５および仕上圧延機６で順次圧延される。
また、粗圧延機４、中間圧延機５及び仕上圧延機６による熱間圧延をそれぞれ、粗圧延、中間圧延、仕上圧延ともいい、これらの熱間圧延を総称して造形圧延ともいう。仕上圧延機６にはガイドが付帯しており、このガイド内に、図５Ａ、Ｂ、Ｃ等を参照しながら後述する噴射装置２１が設置される。

仕上圧延機６の下流側には造形圧延された製品を所定の長さに切断する鋸断装置７を備える。さらに、仕上圧延機６の下流側（仕上圧延機６と鋸断装置７の間）にはハット形鋼矢板の表面温度を測定するための温度計８が設けられる。鋸段装置７の下流側にはハット形鋼矢板の全幅形状を計測する形状計９が設けられる。

鋼矢板の表面温度を測温する温度計８は特に制限されることなく、例えば二次元放射温度計を用いて、ハット形鋼矢板の幅方向の温度分布を測定すればよい。また、ある線上の温度分布が測定できる一次元ラインスキャンタイプの温度計を使用して、ハット形鋼矢板の幅方向の温度分布を測定してもよい。あるいは、これらの温度計の代わりに、一点の測定が可能なスポット放射温度計を、ハット形鋼矢板の幅方向に複数台並べて、幅方向各点の温度を測定できるようにしてもよい。

また、冷却後の全幅形状を測定する形状計９は特に制限されることはない。例えば、ノギスのように左右の継手部の外縁部を左右から挟み込むことで、長手方向端部と、長手方向端部から一定の距離だけ離れた位置での全幅を接触式で測定する測定方法や、ハット形鋼矢板を上方から撮影し、画像処理により継手部の長手方向の輪郭線を抽出し、この輪郭線形状から全幅形状を算出してもよい。また、全幅形状に加えて、長手方向に沿った「曲がり」、「反り」形状を合わせて測定してもよい。

＜粗圧延＞
図３（ａ）に粗圧延におけるロール孔型の例を示す。この例では、素材として矩形断面のスラブを用いて、まずＢｏｘ孔型でスラブの幅圧下を行い、次いでＫ８孔型でスラブをハット形の形状へ曲げる成型圧延を行う。そして次にＫ７孔型で所定の厚みまで減厚する圧延を行い、粗圧延後の素材、すなわち粗形鋼片を造形する。

＜中間圧延＞
図３（ｂ）は中間圧延機５ａ（図２再参照）における孔型の例であり、上下で１組のロールに２つの孔型、Ｋ６孔型とＫ３孔型が刻設されている。また、図３では示していないもう一方の中間圧延機５ｂ（図２再参照）にも２つの孔型、Ｋ５孔型とＫ４孔型が刻設されている。

この例では、中間圧延の１パス目にＫ６孔型で圧延を行い（Ｋ５圧延はダミーで圧下なし）、１パス目とは逆方向の圧延となる２パス目には、Ｋ６孔型とＫ５孔型でのタンデム圧延を行う。さらに３パス目には、Ｋ４孔型とＫ３孔型でタンデム圧延を行う。

＜仕上圧延＞
中間圧延を終えた素材は仕上圧延機へ搬送され、仕上圧延が行われる。図３（ｃ）は仕上圧延における孔型の例である。この例では、仕上圧延の１パス目にＫ２孔型で最終的な厚みを仕上げる圧延を行い、逆方向の圧延となる２パス目にＫ１孔型で爪曲げ成型を行う。３パス目はＫ１孔型を通す正方向の圧延であるが、圧下や爪曲げを行わないダミー圧延としている。

この仕上圧延では、２パス目をダミー圧延として、３パス目にＫ１孔型で爪曲げを行っても構わない。また、Ｋ１で２パスの圧延を行ってもよい。

＜全幅不良（ラッパ、逆ラッパ）の説明＞
図４はハット形鋼矢板１の端部に生じる変形の模式図である。図４（ａ）は左右の継手部１４が長手端部で外側に曲がるように広がっている、いわゆる「ラッパ変形」を示している。図４（ｂ）は、逆に左右の継手部１４が長手端部で内側に狭まるように曲がっている「逆ラッパ変形」を示している。また、場合によっては、左右の継手部１４の一方が「ラッパ変形」、他方が「逆ラッパ変形」という形状に変形する場合もある。

なお、本明細書中では、前記ハット形鋼矢板１の長手端部の全幅をＷ、長手端部より長手方向に１ｍの位置の全幅をＷ’とし、全幅差ΔＷを式（１）のように定義する。

ΔＷ＝Ｗ－Ｗ’ ‥‥（１）
ΔＷの符号が正のときラッパ変形、負のとき逆ラッパ変形である。

本実施形態ではＷ’として端部から長手方向に１ｍの位置の全幅としたが、全幅Ｗと比較する対象は端部から１ｍの位置に限られるものではなく、長手方向端部以外であれば、どの位置であっても予め設定してよい。例えば全幅Ｗの０．５倍～５倍となる端部からの長さ位置とすることができる。

なお、鋼矢板は、隣り合う鋼矢板の継手同士を嵌合させて使用するため、通常、全幅差ΔＷには管理範囲が設けられる。例えば、Ｗ’として端部から１ｍの位置の全幅とし、全幅差ΔＷとして－４ｍｍ～＋４ｍｍという管理範囲を設ける場合がある。全幅差ΔＷがこの管理範囲から外れる場合には、オフラインでプレス矯正を行い、プレス矯正後も全幅差ΔＷが管理範囲に入らなければ、その製品は不合格となる。

＜冷却方法（ノズル設置）＞
図５Ａは、前記Ｋ１孔型の前面に設置された前面ガイド２０と、前面ガイド２０内に設置された冷却装置を示す模式図の一例であり、圧延方向から見た正面図である。前面ガイド２０は、ハット形鋼矢板のウェブ部１１、フランジ部１２、及び腕部１３を案内する上ガイド２０ａと下ガイド２０ｂとを有する。上ガイド２０ａ内には、冷却装置を構成する装置として、冷媒を噴射する噴射装置２１ａ、２１ｂが配置される。この噴射装置２１ａ、２１ｂは、冷却ヘッダー２２ａ、２２ｂと冷却ノズル２３ａ、２３ｂとで構成される。

図５Ａのハット形鋼矢板の全幅方向に対して一方の片側に示した噴射装置２１ａは、ハット形鋼矢板の全幅方向（以下、本明細書では左右方向とも記載する）に移動可能であり、左右方向の位置を調整することによって、ハット形鋼矢板の継手部からフランジ部までの任意の箇所に冷媒を噴射することができる。左右方向の位置調整機構としては例えば、電動スライダを利用する方法がある。

冷却に用いる冷媒としては、水や高圧空気が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

図５Ａのハット形鋼矢板の全幅方向に対して、もう一方の片側に示した噴射装置２１ｂは、その取り付け角度を変更し冷媒の噴射方向を変更することで、ハット形鋼矢板のフランジ部から継手部までの任意の位置に冷媒を噴射することが可能である。取り付け角度の調整機構としては、例えば、ステッピングモータで回転角を設定する方法がある。

また、図５Ｂのように、噴射したい位置に予め噴射装置を複数個設置して、バルブ２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈの開閉によって噴射位置を１つもしくは複数個選択する方法がある。

この図５Ａ、図５Ｂでは上ガイド２０ａに噴射装置２１が配置され、上方から（フランジの外面側から）フランジ部１２、継手部１４、肘部１５の冷却を行っているが、図５Ｃに模式を示すように、下ガイド２０ｂに噴射装置２１ｉ、２１ｊ、２１ｋ、２１ｌ、２１ｍ、２１ｎを配置し、下方から（フランジの内面側から）フランジ部１２、継手部１４、肘部１５を冷却してもよい。上方から冷却する場合には、冷媒がフランジ部１２から肘部１５や腕部１３へ流下し、意図しない部位の温度低下を招く恐れがあるが、下方から冷却する場合は、この恐れが少なくなる。また、冷却量を増加する目的などで、Ｋ１孔型の後面側のガイドやＫ２孔型の前後面側のガイドにも噴射装置２１を設けてもよい。

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示す噴射装置は、圧延ガイドの長手方向に沿って複数個配列して設置されている。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示す噴射装置は、これらを組み合わせて用いてもよい。

なお、継手部からフランジ部までを冷却する噴射装置に加えて、ウェブ部を冷却する噴射装置を備えていてもよい。

＜冷却条件の設定項目＞
図６に本発明に従う、冷却装置（噴射装置２１ａ、２１ｂ）、温度計８、およびそれらの制御や形状計９の制御を行う演算装置２５を加えた設備構成の一例を示す。この例では、仕上圧延の最終孔型であるＫ１カリバーの前後面に冷却装置が設置されている。仕上圧延機の下流側には、Ｋ１孔型で最終成形圧延が行われた、材料であるハット形鋼矢板の全幅方向の温度分布を測定する、温度計８が設置されている。またその下流側には鋸断装置７と形状計９が設置されている（図２再参照）。

温度計で測定した温度データは、演算装置２５に伝送され、演算装置２５で例えば次材以降のハット形鋼矢板の冷却条件（例えば、フランジ部と継手部のどちらをどれくらい冷却するのか）を演算し、制御手段（制御する手段（図示せず））を介して冷却装置にその指令を与えることができる。

冷却条件を設定・変更する方法としては、
（１）継手部乃至フランジ部の冷却を選択するための噴射装置２１ａ、２１ｂの位置変更
（２）バルブ２４の開閉選択による使用する噴射装置の変更
（３）各噴射装置へ供給する冷媒の流量を調整するバルブ２４の開度調整もしくは冷却ポンプ２７による冷媒の供給圧力調整
（４）圧延ロールを駆動する主機モータ２６とテーブルローラ２８の回転数調整によるハット形鋼矢板の冷却時の搬送速度の調整
などがあげられる。

＜冷却条件を決定する方法＞
温度計８により測定した全幅方向の温度分布に基づいて、フランジ部乃至継手部の冷却条件を決める方法としては、以下の例がある。

＜フランジ部と継手部の代表温度と温度差ΔＴの求め方＞
図７はハット形鋼矢板の１シリーズである４５Ｈ（ウェブ部の厚さが１５ｍｍで、図１に示した有効高さＨが３６８ｍｍ）について、温度計８で測定した仕上圧延後の幅方向の温度分布を示す例である。この温度分布から継手部の代表温度Ｔｇとフランジ部の代表温度Ｔｆを求め、その温度差ΔＴ（＝Ｔｇ－Ｔｆ）を求める。

フランジ部および継手の代表温度の決め方は、特に規定があるものではないが、例えば、フランジ部となる範囲の温度の平均値をフランジ部の代表温度とし、継手部となる範囲の温度の平均値を継手の代表温度とする方法や、或いは、フランジ部となる範囲の温度の最低値をフランジ部の代表温度とし、継手部となる範囲の温度の最高値を継手の代表温度とする方法などがある。

＜全幅差が変化するメカニズム＞
ここで、継手部とフランジ部との温度差ΔＴにより全幅差ΔＷが変化するメカニズムについて、定性的に説明する。仕上圧延時に継手部の温度がフランジ部の温度よりも高い場合、常温まで冷却された時の長手方向の熱収縮量は、フランジ部よりも継手部で大きくなる。実際には継手部とフランジ部は腕部を介して互いに接合しており、変形に影響を及ぼしあうため、継手部の温度がフランジ部の温度よりも高くなっていくと、結果としては長手端部の継手部が幅方向に広がる方向に曲がる、いわゆる「ラッパ変形」の傾向が強くなる。逆に、継手部の温度がフランジ部の温度よりも低くなっていくと、長手端部の継手部が幅方向に狭まる方向に曲がる「逆ラッパ変形」の傾向となる。なお、ここで説明した傾向は定性的なものであり、全幅偏差が抑制できる適正な温度差については、ハット形鋼矢板の仕上圧延条件や、鋼種によって違ってくる。

図８は、ハット形鋼矢板の１シリーズである４５Ｈで調査した温度差ΔＴと全幅差ΔＷとの関係の調査した一例である。このデータは、Ｋ１孔型の圧延において、圧延機の前面側に設置した冷却装置を用いて、フランジ部および継手部の冷却条件を種々変更し求めたデータである。

図８において、継手部の温度Ｔｇについては、ドライブサイド側（図７でのＤＳ側）は、幅方向位置で０～７％となる区間の最高温度、ワークサイド側（ＷＳ側）は、幅方向位置で９３～１００％となる区間の最高温度としており、また、フランジ部の温度Ｔｆについては、ＤＳ側は幅方向位置で２０～３０％となる区間の平均温度、ＷＳ側は幅方向位置で７０～８０％となる区間の平均温度としている。またここでは、温度差ΔＴとして、ハット形鋼矢板の左側部と右側部の平均値を用いている。

また、図８においては、常温での降伏応力が２９５ＭＰａ以上のクラスとなるＳＹＷ２９５鋼種を〇で、常温での降伏応力が３９０ＭＰａ以上のクラスとなるＳＹＷ３９０鋼種を△でプロットしている。図８の例では、ＳＹＷ２９５鋼種については、全幅差ΔＷが０ｍｍとなる適正な温度差ΔＴは約－１５℃である。これに対し、ＳＹＷ３９０鋼種では、全幅差ΔＷが０ｍｍとなる適正な温度差ΔＴは約－３５℃となっている。したがってこの例では、ＳＹＷ２９５鋼種については、ΔＴが－１５℃に近づくような冷却条件を設定し、ＳＹＷ３９０鋼種については、ΔＴが－３５℃に近づくような冷却条件を設定することが好ましい。

図９はハット形鋼矢板４５Ｈについて、図５Ｂの全幅方向に対して一方の片側に示した冷却装置で、継手部冷却（２４ｃを開）、フランジ部と腕部の接合部である肘部を冷却（２４ｄを開）、フランジ部冷却（２４ｅを開）を、それぞれ単独で行った場合の温度差ΔＴを調査した結果である。この時、材料の搬送速度を３ｍ／秒とし、冷却水量は３００リットル／分、冷却は圧延機（Ｋ１孔型）の前面側で行っている。図９から、ＳＹＷ２９５鋼については、フランジ部を冷却する条件が好適であり、ＳＹＷ３９０鋼については、継手部を冷却する条件が好適であることがわかる。

４５Ｈのこの例では、仕上圧延後の温度分布に関して、継手部の温度がフランジ部の温度よりも全体的に低温となっているが、この傾向はハット形鋼矢板のサイズや鋼種によって異なる場合もある。例えば４５Ｈよりも高さが低く各部の厚みも薄い１０Ｈでは、継手部がフランジ部に対して高温となる場合が多い。温度分布の違いは断面各寸法の違いや各圧延機でのパス数の違いに由来すると考えられるが、いずれにせよ、仕上圧延後の温度差ΔＴの目標や実績に応じて、冷却条件を適切に設定あるいは変更することで、ハット形鋼矢板の全幅差を改善していくことが可能である。

＜冷却位置の選択のバリエーション＞
上述のとおり、ΔＴが適切となるように、継手部乃至フランジ部の冷却位置を選択して、冷却することができる。また、選択した位置について、その冷媒の流量を調整することもできる。

ここで、噴射装置がＫ１孔型の前面側と後面側の両方に設置されている場合や、Ｋ２孔型の入側や出側にも設置されている場合、各噴射装置による冷却箇所は、同じ箇所であってもよいし別の箇所であってもよい。例えばフランジ部と継手部の温度が従来の好適な条件よりも全体的に高く、特にフランジ部の温度が高い場合には、Ｋ１入側では継手部とフランジ部の双方ともを冷却し、Ｋ１出側ではフランジ部を集中的に冷却することで、全体的な温度を低下させるとともに、ΔＴを好適な範囲へと制御するといったことも選択可能である。

また、フランジ部と継手部の冷却条件をハット形鋼矢板の左右それぞれで個別に設定することもできる。

以上のようにして、演算装置２５が、圧延実績から、圧延対象材の仕上圧延後の前記継手部と前記フランジ部との温度差ΔＴを予測し、制御手段（制御する手段）が、予測した温度差ΔＴに基づき、仕上圧延時における前記圧延対象材に対する冷媒の噴射位置をフランジ部乃至継手部の間で制御することが可能になる。よって、冷却装置（噴射装置）による冷媒の噴射位置を調整することができ、「ラッパ変形」、「逆ラッパ変形」という２つの形態の端部変形とも抑止可能になる。

＜全幅差から冷却条件の決定又は変更をする方法＞
温度実測の代わりに、仕上圧延後に所定の長さに鋸断されたハット形鋼矢板製品の、長手端部の全幅Ｗと端部から所定の長手方向位置での全幅Ｗ’を形状計９により実測し、これに基づき、仕上圧延でのフランジ部～継手部の冷却条件を変更することもできる。

図１０は、ウェブ部の厚さが１７ｍｍで有効高さＨが３７０ｍｍであるハット形鋼矢板５０Ｈについて、図５Ａのハット形鋼矢板の全幅方向に対して一方の片側に示した噴射装置を全幅方向に移動させる方式の冷却装置２１を用いて、噴射装置の左右位置Ｐ（ｍｍ）を変更していき、圧延後の全幅差との関係を調査した結果を示す図である。図１０において、左右位置Ｐ＝０ｍｍのとき冷媒の冷却芯が継手の中心位置となり、Ｐ＝２１０ｍｍのとき冷媒の冷却芯がフランジ部の中心位置となる。また、図１０における冷却条件として、材料の搬送速度３ｍ／秒、冷却水量３００リットル／分としており、冷却は圧延機（Ｋ１孔型）の前面側で行っている。

図１０より、左右位置Ｐが大きくなると、全幅差ΔＷが大きくなる傾向があることがわかる。図１０では、左右位置Ｐと全幅差ΔＷとの関係を直線近似したときの傾きをＫとしている。この調査データでは、全幅差が０ｍｍとなる最適な左右位置Ｐは、〇でプロットしたＳＹＷ２９５鋼ではＰ＝１７５ｍｍ程度、△でプロットしたＳＹＷ３９０鋼ではＰ＝６５ｍｍ程度となっている。このデータから、例えば、５０ＨのＳＹＷ２９５鋼であれば、圧延チャンス開始時の噴射装置の左右位置Ｐ＝１７５ｍｍ、ＳＹＷ３９０鋼ではＰ＝６５ｍｍと設定しておくことができる。あるいはさらに、当該圧延チャンスの全幅差ΔＷの実績に応じて、当該圧延チャンスの次材以降について、順次、噴射装置の左右位置をΔＷ／Ｋ（ｍｍ）に比例するように修正していく、という制御を行うこともできる。

以上のようにして、演算装置２５が、圧延実績から、圧延対象材の仕上圧延後の長手方向端部の全幅と端部から長手方向端部以外の予め設定される位置における全幅との差である全幅差ΔＷを予測し、制御手段（制御する手段）が、予測した全幅差ΔＷに基づき、仕上圧延時における前記圧延対象材に対する冷媒の噴射位置をフランジ部乃至継手部の間で制御することが可能になる。よって、冷却装置（噴射装置）による冷媒の噴射位置を調整することができ、「ラッパ変形」、「逆ラッパ変形」という２つの形態の端部変形とも抑止可能になる。

本冷却制御をさらに進めた方式として次のような方法もある。図２に示すように温度計８による温度実測は鋸断前に行われるのに対して、形状計９による全幅差の測定は鋸断後に行われるため、温度計８による温度実測に基づいて冷却条件を変更していき、さらに、その後の形状計９による全幅差の測定に基づいて冷却条件を調整することとしてもよい。これにより継手部を主とした製品長手端部形状の改善がさらに進められる。

＜実施例１ ４５Ｈ、図５Ｂ、温度差に応じバルブ開度調整＞
図２、図３、図５Ｂおよび図６に示したハット形鋼矢板の圧延製造ラインと製造設備にて、基準の全幅が９３６ｍｍ、ウェブ部の厚さが１５ｍｍ、有効高さが３６８ｍｍとなるハット形鋼矢板４５Ｈの製造を実施した。冷却装置は図５Ｂのハット形鋼矢板の全幅方向に対して一方の片側に示したように、継手部を冷却する噴射装置２１ｃ、フランジ部と腕部との接合部である肘部を冷却する噴射装置２１ｄ、フランジ部を冷却する噴射装置２１ｅと、それらのバルブ２４ｃ、２４ｄ、２４ｅを有する。なお、本実施例での冷却を行う冷媒は水である。また、仕上圧延後の温度分布を測定する温度計８としては、一次元ラインスキャンタイプの温度計を使用した。

本実施例においては、素材９本の圧延を行った。圧延１～６本目までは常温での降伏応力が２９５ＭＰａ以上のクラスとなるＳＹＷ２９５鋼種の圧延であり、７～９本目は常温での降伏応力が３９０ＭＰａ以上のクラスとなるＳＹＷ３９０鋼種の圧延である。圧延１～３本目はＫ１孔型での仕上圧延で冷却を行っていない。これら１～３本目までの圧延は、比較のために行った比較例である。これに対し、４～９本目については、図７、図８に示したデータに基づき、Ｋ１孔型での仕上圧延において、圧延の前面側でフランジ部から肘部について冷却を行った適合例である。なお、これらすべての素材におけるＫ１孔型での圧延速度は３ｍ／秒である。

４本目はフランジ部の冷却水量を３００リットル／分、肘部の冷却水量なし、としたが、圧延後の実績温度差ΔＴ（ΔＴはハット形鋼矢板の左部と右部の平均値）が目標よりやや高かったため、５本目、６本目については、前材の温度差実績に応じて肘部を冷却する水量とフランジ部を冷却する水量のバランスを修正し、フランジ部の冷却水量を２００リットル／分、肘部の冷却水量を１００リットル／分とした。

次いで、７～９本目は、ＳＹＷ３９０鋼種について、図７、図８に示したデータに基づき、Ｋ１孔型での仕上圧延において、圧延の前面側で３００リットル／分の冷却水量で継手部を冷却した適合例である。

これらの冷却条件と温度差、全幅差の結果をまとめて表１に示す。なお、製品端部の全幅形状を測定する形状計９は、製品の長手方向端部と、端部から１ｍ位置での全幅について、継手部の外縁部を左右からノギスのように挟み込み測定するタイプのものである。

４５ＨのＳＹＷ２９５鋼について、継手水冷なしの条件（１～３本目）では、全幅差を目標とする－４ｍｍ～＋４ｍｍの範囲に収めることができていない。これに対し、本願の適合例については、ＳＹＷ２９５鋼、ＳＹＷ３９０鋼とも、全幅差を目標とする－４ｍｍ～＋４ｍｍの範囲に収めることができている。特に、４本目の温度実績に基づき冷却条件を修正した圧延５本目、６本目は全幅差の絶対値が非常に小さい、長手端部の全幅形状が特に良好な製品を得ることができた。

＜実施例２ ５０Ｈ、図５Ａ、全幅差に応じスライド位置調整＞
図２、図３、図５Ａおよび図６に示したハット形鋼矢板の圧延製造ラインと製造設備にて、基準の全幅が９３８ｍｍ、ウェブ部の厚さが１７ｍｍ、有効高さが３７０ｍｍとなるハット形鋼矢板５０Ｈの製造を実施した。冷却装置は図５Ａのハット形鋼矢板の全幅方向に対して一方の片側に示したように、冷却ヘッダー２２ａと冷却ノズル２３ａおよびバルブ２４ａからなる噴射装置が左右方向に移動するものである。なお、本実施例での冷却を行う冷媒は水である。なお、製品端部の全幅形状を測定する形状計９は、製品の長手方向端部と、端部から１ｍ位置での全幅を左右からノギスのように挟み込み測定するタイプのものである。

本実施例においては、素材１０本の圧延を行った。圧延１～６本目までは常温での降伏応力が２９５ＭＰａ以上のクラスとなるＳＹＷ２９５鋼種の圧延であり、７～１０本目は常温での降伏応力が３９０ＭＰａ以上のクラスとなるＳＹＷ３９０鋼種の圧延である。圧延１、２本目は、Ｋ１孔型での仕上圧延で冷却を行っていない。この１、２本目の圧延は、比較のために行った比較例である。これに対し、３～１０本目については、Ｋ１孔型での仕上圧延における圧延の前面側の冷却について、図１０に示したデータに基づき、噴射装置の左右位置Ｐを適宜設定および修正してき冷却を行った適合例である。なお、これらすべての素材におけるＫ１孔型での圧延速度は３ｍ／秒である。

３本目は噴射装置の左右位置Ｐを１７５ｍｍとしたが、圧延後に実測した全幅差ΔＷが－３ｍｍであり、目標の範囲内ではあるがやや小さかった。そこで４本目以降については、前材のΔＷの実績に基づき、噴射装置の左右位置Ｐを順次変更していった。この変更量ΔＰは式（２）から算出している。

ΔＰ＝－α・ΔＷ／Ｋ ‥‥（２）
式（２）において、αは制御を行う際の感度係数であり、ここではその値を０．５とした。また、Ｋ＝０．０５７である。

次いで、７本目のＳＹＷ３９０鋼種については、噴射装置の左右位置Ｐを６５ｍｍとしたが、圧延後に実測した全幅差ΔＷが＋３ｍｍであり、目標の範囲内ではあるがやや大きかった。そこで８本目以降については、前材のΔＷの実績に基づき、噴射装置の左右位置Ｐを順次変更していった。このときの変更量の計算については、図１０に示したデータの傾きがＳＹＷ３９０鋼種とＳＹＷ２９５鋼種でほぼ同じなのでＳＹＷ２９５鋼と同様に（２）式を使用した。

これらの冷却条件（噴射装置の左右位置）と全幅差の結果をまとめて表２に示す。

５０ＨのＳＹＷ２９５鋼について、継手水冷なしの条件（１，２本目）では、全幅差を目標とする－４ｍｍ～＋４ｍｍの範囲に収めることができていない。これに対し、本願の適合例については、ＳＹＷ２９５鋼、ＳＹＷ３９０鋼とも、全幅差を目標とする－４ｍｍ～＋４ｍｍの範囲に収めることができている。特に、３本目の全幅差実績に基づき噴射装置の左右位置を修正した圧延４～６本目および、７本目の全幅差実績に基づき噴射装置の左右位置を修正した圧延８～１０本目で順次、全幅差が理想とする０ｍｍに近づいていったことがわかる。かくして、本発明により、長手端部の全幅形状が特に良好な製品を得ることができた。

このように、本発明に従えば、継手部～フランジ部の適切な位置を適切な条件で冷却することができるので、鋼種や圧延条件の変化によらず、全幅差が小さく長手端部の全幅形状が良好なハット形鋼矢板を得ることができるのである。

１ ハット形鋼矢板
１１ ウェブ部
１２ フランジ部
１３ 腕部
１４ 継手部
１５ 肘部
２ ハット形鋼矢板の製造設備
３ 加熱炉
４ 粗圧延機（熱間圧延機）
５ 中間圧延機（熱間圧延機）
６ 仕上圧延機（熱間圧延機）
７ 鋸断装置
８ 温度計
９ 形状計
２０ Ｋ１孔型の前面ガイド
２０ａ 上ガイド
２０ｂ 下ガイド
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ、２１ｉ、２１ｊ、２１ｋ、２１ｌ、２１ｍ、２１ｎ 噴射装置（冷却ヘッダー２２と冷却ノズル２３で構成）
２２ａ 冷却ヘッダー（スライド式）
２２ｂ 冷却ヘッダー（スイング式）
２３ａ 冷却ノズル（スライド式）
２３ｂ 冷却ノズル（スイング式）
２４ａ バルブ（スライド式用）
２４ｂ バルブ（スイング式用）
２４ｃ バルブ（継手部用）
２４ｄ バルブ（肘部用）
２４ｅ バルブ（フランジ部用）
２４ｆ バルブ（継手部用）
２４ｇ バルブ（肘部用）
２４ｈ バルブ（フランジ部用）
２５ 演算装置
２６ 圧延機の主機モータ
２７ 冷媒を供給するポンプ
２８ テーブルローラ
４１ 粗圧延機の上ロール
４２ 粗圧延機の下ロール
５１ 中間圧延機の上ロール
５２ 中間圧延機の下ロール
６１ 仕上圧延機の上ロール
６２ 仕上圧延機の下ロール
Ｗ 端部の全幅
Ｗ’ 端部から１ｍ位置の全幅
ΔＷ 全幅差＝Ｗ－Ｗ’
Ｔｆ フランジ部の代表温度
Ｔｇ 継手部の代表温度
ΔＴ 温度差＝Ｔｇ－Ｔｆ
Ｐ 噴射装置の左右移動量
Ｋ 図１０でのデータの傾き（全幅差／移動量）
Ｈ 有効高さ

Claims (6)

1. ウェブ部、フランジ部、腕部及び継手部を有するハット形鋼矢板の熱間圧延において、圧延実績から予測される、圧延対象材の仕上圧延後の長手方向端部の全幅と長手方向端部以外の予め設定される位置における全幅との差である全幅差ΔＷに基づいて、仕上圧延時における前記圧延対象材に対する冷媒の噴射位置を前記フランジ部乃至前記継手部の間で制御することを特徴とするハット形鋼矢板の製造方法。
2. ウェブ部、フランジ部、腕部及び継手部を有するハット形鋼矢板の熱間圧延において、圧延実績から予測される、圧延対象材の仕上圧延後の前記継手部と前記フランジ部との温度差ΔＴに基づいて、仕上圧延時における前記圧延対象材に対する冷媒の噴射位置を前記フランジ部乃至前記継手部の間で制御することを特徴とするハット形鋼矢板の製造方法。
3. 前記噴射位置の制御は、冷媒を噴射する噴射装置について、前記圧延対象材の全幅方向に沿って移動すること、及び前記冷媒の噴射方向を変えることのうちの少なくともひとつの方法により行われ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方法。
4. 前記噴射位置の制御は、冷媒を噴射する噴射装置を、前記フランジ部から前記継手部にかけて複数設置し、複数の噴射装置から何れか１または２以上の噴射装置が選択されることにより行われ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方法。
5. ウェブ部、フランジ部、腕部及び継手部を有するハット形鋼矢板を熱間圧延により該ハット形鋼矢板の形状に造形する熱間圧延機と、該熱間圧延により得られたハット形鋼矢板を幅方向に切断する鋸断装置とを有するハット形鋼矢板の製造設備において、
   前記熱間圧延時の仕上圧延機に付帯するガイド内に前記継手部およびフランジ部の冷却が選択可能な冷却装置を備え、
   圧延実績から、圧延対象材の仕上圧延後の長手方向端部の全幅と端部から長手方向端部以外の予め設定される位置における全幅との差である全幅差ΔＷを予測する演算装置を備え、
   予測した全幅差ΔＷに基づき、仕上圧延時における前記圧延対象材に対する冷媒の噴射位置を前記フランジ部乃至前記継手部の間で制御する手段を備えたことを特徴とするハット形鋼矢板の製造設備。
6. ウェブ部、フランジ部、腕部及び継手部を有するハット形鋼矢板を熱間圧延により該ハット形鋼矢板の形状に造形する熱間圧延機と、該熱間圧延により得られたハット形鋼矢板を幅方向に切断する鋸断装置とを有するハット形鋼矢板の製造設備において、
   前記熱間圧延時の仕上圧延機に付帯するガイド内に前記継手部およびフランジ部の冷却が選択可能な冷却装置を備え、
   圧延実績から、圧延対象材の仕上圧延後の前記継手部と前記フランジ部との温度差ΔＴを予測する演算装置を備え、
   予測した温度差ΔＴに基づき、仕上圧延時における前記圧延対象材に対する冷媒の噴射位置を前記フランジ部乃至前記継手部の間で制御する手段を備えたことを特徴とするハット形鋼矢板の製造設備。