JP2006231401A

JP2006231401A - 建材用極低ｙｒ電縫鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP2006231401A
Application number: JP2005054085A
Authority: JP
Inventors: Mikio Odaka; 幹雄小▲高▼; Nobuki Tanaka; 伸樹田中
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】安価にＹＲ８０％未満を達成できる建材用極低ＹＲ電縫鋼管の製造方法および該鋼管を主軸とする耐震性建材を提供する。
【解決手段】造管後の電縫鋼管１を６００〜１１００℃の温度範囲に加熱して該温度範囲で１８％以上縮径加工した後、オフセットを最大で２．０ｍｍ以上、クラッシュを最大で２．０ｍｍ以上として回転送り曲げ矯正することを特徴とする建材用極低ＹＲ電縫鋼管の製造方法であり、また、該製造方法で製造されたＹＲ８０％未満の極低ＹＲ電縫鋼管を主軸４とする耐震性建材である。
【選択図】図１

Description

本発明は、建材用極低ＹＲ電縫鋼管の製造方法および該鋼管を主軸とする耐震性建材に関する。

国土交通省の耐震改修促進法の施行（平成７年１２月）により、公共性のある施設（学校、病院、体育館、ホテル、百貨店等）について、耐震性の診断および補強工事が進められている。かかる補強工事に用いる補強材には、従来、Ｈ形鋼が汎用されている（図２（ｂ）参照）が、近年、外観に優れ閉塞感が少ない（図２（ａ）参照）という利点から、Ｈ形鋼に代えて鋼管の使用が広がりつつある。なお、図２は、鋼管で補強施工した外観（ａ）とＨ形鋼で補強施工した外観（ｂ）とを比較して示したものである。

鋼管を単に補強材として使用する場合は、降伏強度の下限値で設計がなされる。一方、地震エネルギー吸収を考慮して、低降伏強度にした鋼管材料が知られている。この用途の鋼管材料としては、シームレス管を使用するか、あるいはシームレス管以外の鋼管の場合は熱処理を実施したものを使用することが前提となっている。
一方、縮径圧延条件を最適化してフェライト粒径を３μｍ以下とした延性、耐衝突衝撃特性および耐疲労特性に優れた鋼管が提案されている（特許文献１）が、この鋼管はＹＲ（降伏比＝ＹＳ/ＴＳ×１００％、ＹＳ：降伏強度、ＴＳ：引張強度）が８５％程度以上と高いため耐震性建材には相応しくない。
特開平１１−１３１１８９号公報

上述のように、従来の耐震補強用鋼管材料は、シームレス管または熱処理実施が前提となっている。そのため高価であり、しかも、ＹＲは８０％までが到達下限であり、８０％未満を達成するのは困難であるという問題があった。本発明は、このような問題を解決し、安価にＹＲ８０％未満を達成できる建材用極低ＹＲ電縫鋼管の製造方法および該鋼管を主軸とする耐震性建材を提供することを目的とする。

前記目的を達成するためになされた本発明は、造管後の電縫鋼管を６００〜１１００℃の温度範囲に加熱して該温度範囲で１８％以上縮径加工した後、オフセットを最大で２．０ｍｍ以上、クラッシュを最大で２．０ｍｍ以上として回転送り曲げ矯正することを特徴とする建材用極低ＹＲ電縫鋼管の製造方法であり、また、該製造方法で製造されたＹＲ８０％未満の極低ＹＲ電縫鋼管を主軸とする耐震性建材である。

本発明の製造方法によれば、縮径加工の温度と縮径率を規定してＹＳ，ＴＳ，伸び等の機械的性質を適正に制御し、さらに、回転送り曲げ矯正において圧縮をかけることによりＴＳをほとんど低下させずにＹＳの十分な低下を達成することができるから、電縫鋼管を用いて熱処理を要さず安価にＹＲが７５％以下の建材用極低ＹＲ鋼管を製造できる。また、本発明の耐震性建材はＹＲが８０％未満の電縫鋼管を主軸としているので、地震エネルギー吸収効果が飛躍的に向上する。

本発明では、帯板を電縫鋼管に造管する工程には格別の限定はなく、ロール成形にて帯板の幅を丸めたオープン管のＶ字形オープンシーム部を誘導コイル等で加熱溶融しスクイズロールで圧接するといった通常公知の方法で造管すればよい。
造管された電縫鋼管は、ストレッチレデューサ等の縮径圧延装置により所定の製品サイズに縮径加工される。この縮径加工においては、電縫鋼管を６００〜１１００℃に加熱しこの温度範囲にあるうちに縮径率（（素管外径−製品外径）/素管外径×１００％）１８％以上で縮径加工する必要がある。

縮径前の加熱温度および縮径加工中の温度が６００℃を下回ると、前工程の造管成形による加工硬化が解消できず、ＹＳが高くなりすぎ、極低ＹＲ化が困難となる。一方、縮径前の加熱温度および縮径加工中の温度が１１００℃を超えると、酸化スケールが過剰に生じて肌荒れ等の表面品質不良を招く。したがって、縮径前の加熱温度および縮径加工中の温度は６００〜１１００℃の範囲とする。

また、縮径率が１８％に満たないと、強度および延性が不十分となり、耐震補強材に適用できないため、縮径率は１８％以上とする。
本発明に用いる電縫鋼管の組成は、特に限定しないが、特許文献２に開示されるところの、質量％で、Ｃ：０．００５〜０．３０％、Ｓｉ：０．０１〜３．０％、Ｍｎ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００１〜０．１０％を含有し、あるいはさらに、Ｃｕ：１％以下、Ｎｉ：２％以下、Ｃｒ：２％以下、Ｍｏ：１％以下のうち１種または２種以上および/またはＮｂ：０．１％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｔｉ：０．２％以下、Ｂ：０．００５％以下のうち１種または２種以上および/またはＲＥＭ：０．０２％以下、Ｃａ：０．０１％以下のうち１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成とするのが好ましい。

というのは、上記組成の電縫鋼管は、縮径圧延に際し、Ａｃ_３変態点〜６００℃に加熱し、Ａｃ_３変態点〜６００℃で２０％以上縮径圧延することで、組織が粒径３μｍ以下のフェライトの単相組織、あるいは粒径３μｍ以下のフェライト＋面積率３０％以下の第２相の複合組織となり、優れた延性、耐衝突衝撃特性および耐疲労特性を発現するからである。

縮径加工後の電縫鋼管は、回転送り曲げ矯正される。回転送り曲げ矯正では、例えば図１に示すように、ローラ回転軸を交叉させた鼓形の上下一対のローラ２からなる段を管送り方向に複数段（上流側から順に第１段（図のNo.1）、第２段（図のNo.2）、‥‥）配列し、各段のローラ隙中心のレベル（高さ方向位置）を違えることで、これらローラ２で挟まれて送られる管（電縫鋼管）１が自軸の回りに回転（図１では管送り方向と同じ視線方向で見て右回転）しながら曲げ矯正されるようにした矯正装置（例えばロータリ・ストレートナ）が用いられる。矯正装置出側の水平パスラインにおける管軸レベルを基準レベル３とし、基準レベル３とローラ隙中心のレベルとの間隔をオフセットという。各段のオフセットは通常、管軸の曲がりが下流側ほど小さくなるように設定される。また、ローラ隙は矯正装置入側の管外径よりも小さく設定される。矯正装置入側の管外径とローラ隙との差をクラッシュという。

本発明では、オフセットを最大で２．０ｍｍ以上とし、かつクラッシュを最大で２．０ｍｍ以上とする。すなわち、各段のオフセット設定値からなるデータの最大値が２．０ｍｍ以上となり、かつ各段のクラッシュ設定値からなるデータの最大値が２．０ｍｍ以上となるように、各段のオフセットおよびクラッシュを設定する。
オフセットを２．０ｍｍ以上とする段は１段に限定されず、２段以上であってもよい。また、クラッシュを２．０ｍｍ以上とする段も１段に限定されず、２段以上であってもよい。また、オフセットを２．０ｍｍ以上とする段とクラッシュ２．０ｍｍ以上とする段とは、同じ段でも違う段でもよい。例えば、図１において、第２段（No.2）でオフセットおよびクラッシュを２．０ｍｍ以上とし、第３段（No.3）ではオフセットを２．０ｍｍ未満、クラッシュを２．０ｍｍ以上とし、残りの段ではオフセット、クラッシュとも２．０ｍｍ未満という具合にしてもよい。

つまり、本発明では、矯正装置内の少なくとも１段のローラ対のオフセットを２．０ｍｍ以上とし、かつ、オフセットを２．０ｍｍ以上とした段と同じでも違っていてもよいが、少なくとも１段のローラ対のクラッシュを２．０ｍｍ以上とし、かように設定した矯正装置を用いて矯正を行うのである。
本発明の矯正条件を満たした矯正を行うことにより、ＴＳをほとんど下げずにＹＳを下げることができ、８０％未満のＹＲを達成することができる。オフセットが最大で２．０ｍｍに満たない場合、またはクラッシュが最大で２．０ｍｍに満たない場合は、ＹＳの十分な低下が得られず、ＹＲを８０％未満にすることはできない。

本発明の矯正条件を満たして矯正することによりＹＳが低下する理由については、よくわからないが、ある程度以上の曲げ量で回転送り曲げを行いつつ、ある程度以上の潰し量で圧縮偏平変形させることで、管に適度な管軸方向の引張・圧縮予歪が付与されて、バウシンガー効果が有利に発現するためであろう。
図３は、本発明の耐震性建材の１例として引張・圧縮構造部材であるブレースを示している。該ブレースは主軸（軸力管）４の両端で補強対象構造物のフレームにピン接合可能に構成されている。また、主軸４と両端のクレビス５とはねじ接合８されてターンバックル機能を有し、ピン間長さＬの現地調整が可能である。主軸４には本発明の製造方法で製造されたＹＲ７５％以下の電縫鋼管を用いているので、このブレースは従来に比べ地震エネルギーの吸収性能が格段に優れたものとなっている。

表１に示す組成の電縫鋼管（肉厚２．０ｍｍ、外径３８．１ｍｍ）からなる素材に対して、ストレッチレデューサを用いて表２に示す条件で縮径加工を行い、さらにロータリ・ストレートナを用いて表２に示す条件で回転送り曲げ矯正を行った。縮径加工後および矯正後の鋼管からＪＩＳ１１号引張試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４１の規定に準じて引張試験を行い、ＹＳ、ＴＳ、伸び（Ｅｌ）を測定した。その結果、表２に示すとおり、比較例ではＹＲが８０％以上であったのに、本発明例ではいずれもＹＲが８０％未満であった。

本発明に用いる回転送り曲げ矯正方法の説明図である。鋼管で補強施工した外観（ａ）とＨ形鋼で補強施工した外観（ｂ）とを比較して示す外観撮影写真の複写図である。本発明の耐震性建材の１例を示す一部切欠側面図である。

符号の説明

１管（電縫鋼管）
２ローラ
３基準レベル
４主軸（軸力管）
５クレビス（Ａは左ねじ、Ｂは右ねじ）
６ピン孔
７口金（Ａは左ねじ、Ｂは右ねじ）
８ねじ接合
９溶接部
Ｌピン間長さ

Claims

造管後の電縫鋼管を６００〜１１００℃の温度範囲に加熱して該温度範囲で１８％以上縮径加工した後、オフセットを最大で２．０ｍｍ以上、クラッシュを最大で２．０ｍｍ以上として回転送り曲げ矯正することを特徴とする建材用極低ＹＲ電縫鋼管の製造方法。
請求項１記載の製造方法で製造されたＹＲ８０％未満の極低ＹＲ電縫鋼管を主軸とする耐震性建材。