JP2735402B2 - 大径角形鋼管の熱間成形工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大径角形鋼管の連続的
熱間成形工法にかかり、より詳しくは、肉厚の帯鋼板
を、その長手方向に平行して冷間塑性加工により折曲げ
て両側縁を突合わせ溶接し断面閉曲線よりなる大径鋼管
を連続成形した後、前記鋼管を全体的に加熱して、その
まま角形断面成形工程に送り、熱間加工によって前記鋼
管断面形を角形に形成するようにしたことを特徴とする
ワンシームの大径角形鋼管、特に、そのコーナー部の材
質の残留内部応力を解消し、靭性を改善するようにした
肉厚角形鋼管の熱間成形工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄骨構造物のコラムとして需要が大きい
肉厚大径角形鋼管の冷間加工による量産方法は従来、
略、次のような工法が採用されている。熱間圧延コイ
ルを、レベラーに掛けてフラットな帯鋼板にして、その
両側縁を幅決め・開先加工する。前記帯鋼板を、ブレ
ークダウン、クラスター、フィンパススタンド等加工段
に直列に通して移送し、その間、鋼板を順次、成形して
直角断面を円形に近い形状に成形した後、高周波抵抗
または誘導溶接装置、スクイズロールを経て丸鋼管を構
成する。前記丸鋼管を、放冷してから、サイザー、ス
ケアリングスタンド、タークスヘッド等を経て、断面角
形に形成し、大径角形鋼管を製造していた。

【０００３】上述工法においては、角形鋼管成形のため
に、平坦ないし円弧状曲面の肉厚鋼板を冷間塑性加工に
よって略、９０゜折曲げる工程が含まれている。ところ
で、肉厚鋼板を冷間で、略、９０゜折曲げ加工を施した
場合には、前記折曲げ部の鋼板断面における中立面を境
にして、その外側材料には引張り力が、内側材料には圧
縮力が働きながら変形が行われるため、当該個所には所
要のＲを施しているにもかかわらず、素材が備える弾性
限界を越えて塑性変形が進み、変形個所、特に隅角部材
質の機械的特性が劣化し、脆性破壊を生じるおそれが絶
無とはいえない。

【０００４】この種の大径角形鋼管をコラムとして使用
する鉄骨構造物、建築物等は一般に、一度施工した後
は、長期にわたり自重および構造物に付帯する重量を歪
なく支承することは勿論、地震、台風等の外力による過
酷な繰返し荷重にも安全に耐えることが要求され、しか
も、これらのコラムは原則的に交換・補修が可能でない
といった状態で施工されている場合が多い。近来、冷間
折曲げ加工により成形した、この種の大径角形鋼管を建
築構造物のコラムとして多用し、また、中・高層建築物
のコラムとしても使用されるに及んで、上述の事情に鑑
み鋼管成形時における前記冷間加工に基づく材質の劣化
が問題視されるようになった。そして、最近、有識者の
間では、この種の冷間塑性加工による大径角形鋼管は、
その用途の大部分を占める鋼構造物の主体構造材として
適切なのか、といった懸念も生じているようである。

【０００５】冷間塑性加工大径角形鋼管が内包する、こ
の種の材質的問題点を解決するために、従来、オフラ
インで、既製の電縫鋼管・シームレスパイプなどを、
油、ガス等の化石燃料または電気エネルギーにより加熱
し、これを複数段の圧延機を通して断面角形に成形する
ことが行われている。上記工法によるときは、製品の品
質は良好であるが、鋼管の両端部が変形するため歩止り
が悪いとか、鋼管を一本宛加工するので生産が低い。ま
た、鋼管全体を高温加熱するようにするから、焼きなま
しコストが掛かる。成形ずみの大径角形鋼管を焼鈍炉
に入れて、材質中の残留応力が略、除去されるまで全体
的に加熱した後、焼なます。この場合、鋼材のＡ₁ 変態
点まで加熱する工法と、Ａ₃ 変態点まで上げて加熱する
工法とがある。

【０００６】熱間圧延コイルをレベラーにかけ、各種
成形ロールスタンドおよび高周波溶接装置を通して冷間
塑性加工により丸鋼管に成形した後、同鋼管をインライ
ンで電気（誘導）、ガスまたは油等の化石燃料により加
熱して、複数段の熱間成形ロールを通し、これを断面角
形の鋼管に成形して冷却し、製品にする。上述工法は、
インライン加熱なので、スムーズに行けば、前述の場
合よりも歩止りが良く、生産性は上るが、一度、ライン
が故障したり、溶接欠陥等により停止すると、著しく生
産性、歩止りが悪くなる。

【０００７】また、インラインで、ガス、油等の化石
燃料を利用する加熱炉を設備する場合は、鋼管の成形ス
ピードが速い（高周波溶接により良好な溶接継手を得る
ためには、ある程度の溶接スピードが要求される）ため
に、鋼管材料内の残留応力が完全に解消する鋼材のＡ₃
変態点温度まで鋼管を加熱するのにラインの中途に２０
０ｍ〜３００ｍ長さの加熱炉を設置するスペースが必要
になるから、製造ラインが長大になり過ぎて立地条件の
選定が困難になるとか、設備投資額が予想以上に膨らむ
おそれがある。加えて、ガス、油等の化石燃料を丸鋼管
の加熱に利用すると、熱源を鋼管の内側に入れることが
できないから、素材を均一に加熱することがむずかし
く、鋼管の温度管理の面で問題があり、結局、均等な品
質の製品が得られないこともあり得る。

【０００８】さらに、化石燃料による加熱炉は一般に、
熱効率が極めて低い上に排ガス、廃熱に基づく公害対策
を構じる必要が生じることもある。なお、化石燃料の燃
焼装置および加熱炉の保守、管理のためにも、人手を要
する。ただし、燃料コストが安く、運搬も比較的に容易
で、立地条件の如何にかかわらず入手が楽であるメリッ
トがあることが認められる。一方、電気エネルギーを
利用した加熱装置は、加熱のためのスペースが小さくて
済み、均一加熱並びに加熱温度の管理を徹底することが
できる利点があるものの、電力コストが高くかかり、立
地条件によっては必要とする大容量の電力の入手が困難
である。要するに発送電設備が用意されていない場合が
ある。等々の技術的問題点があることが知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明工法の目的は、
上述したような事情を背景にして開発されたもので、角
形鋼管断面の平板部分の靭性を改善し、コーナー部分の
内部応力を許容残留応力以下に除去し、全体的材質を均
一に、かつ、安定した品質を備えた、ワンシーム大径角
形鋼管を製造する工法を提供することである。また、本
発明工法の別の目的は、従来、知られているオフライ
ン、インラインの鋼管加熱による均質な角形鋼管の成形
工法に内在する上述問題点を可及的に解消できる新規な
熱間成形工法を開発することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明工法は、上述の目
的を達成するために、以下に述べるとおりの各構成要件
を具備する。 （１）帯鋼板を長手方向直角断面で丸形に成形し、その
両側縁を突合わせ溶接して形成した連続丸鋼管の外周全
体を、ガス、油等の化石燃料を熱源とした加熱と電気エ
ネルギーによる高周波加熱とにより複合加熱して丸鋼管
全体を均等な所要温度に維持するよう温度管理しなが
ら、前記鋼管を角形成形用ロールスタンドに移送するこ
とを特徴とする大径角形鋼管の熱間成形工法。 （２）帯鋼板を長手方向直角断面で丸形に成形し、その
両側縁を突合わせ溶接して形成した連続丸鋼管の外周全
体を、ガス、油等の化石燃料熱源または電気エネルギー
による高周波加熱装置により、あるいは前記両加熱手段
の複合加熱により加熱すると共に、コーナー予定個所付
近のみを高周波加熱装置または化石燃料を利用したバー
ナ等による部分加熱を施すと共に、前記鋼管を角形成形
用ロールスタンドに移送することを特徴とする大径角形
鋼管の熱間成形工法。

【００１１】

【作用】（１）以上のような現状に鑑みて、本発明工法
では、鋼管の複合加熱法、つまり、鋼管に対する立上り
加熱および大方の加熱は、専ら化石燃料により加熱し、
微妙な温度管理を必要とする最終加熱を電力を利用した
高周波加熱手段を用いて行うようにして、大量にカロリ
ーが必要な鋼管の初期加熱には比較的、大量に入手が容
易で、コストの低い化石燃料を利用し、温度管理の厳し
い最終加熱には、出力調整が容易だがコストが高い電力
を用い、全体として鋼管の焼鈍コストを低下させ、にも
かかわらず鋼管の最終加熱温度を正しく調節することが
できるようにする。

【００１２】（２）のみならず、化石燃料の燃焼加熱の
みでは、鋼管を所要温度まで加熱するのに前述のとおり
長大な加熱炉の設備が必要になって、生産ラインの立地
条件の選択が困難になるおそれがあるが、前記加熱手段
に直列に電力エネルギーを利用した高周波加熱装置を設
備することによって、狭いスペース内に大容量の加熱装
置を設置することができるので、鋼管加熱装置の設備全
長を大幅に短縮することが可能となる。この場合は、必
ずしも化石燃料による加熱手段を予備加熱に利用するこ
とを要さず、たとえば高周波加熱装置を加熱装置の初期
加熱側に設備し、その出力は、丸鋼管が後段の加熱装置
を離れるときの温度を検知して制御することもできる。
高周波加熱装置を前段に設備した場合には、前記高周波
加熱装置には、常時、常温の丸鋼管が供給されるから、
装置の耐熱および発生熱除去方法に通常要求される以上
の注意を払う必要がなく、装置の保守・管理および耐用
年数を延長できるメリットも生じる。

【００１３】（３）上記丸鋼管の全体的または部分加熱
については、鋼材に残留する内部応力を解消ないし除去
するＡ₁ 変態点まで鋼管を加熱する工法と、前記鋼材の
組織まで変えるＡ₃ 変態点まで加熱する工法とが考えら
れる。最終加熱温度が、たとえば鋼材のＡ₁ 変態点付
近までであっても、その温度管理および均一加熱のため
に、鋼管の終段加熱装置は、電力による加熱を利用する
ことができる。上述したメリットは、当該加熱装置も当
然具備するものであり、帯鋼板を折曲げ溶接した丸鋼管
材質に残留する内部応力および溶接歪を殆んど除去した
ままの加熱状態で、角形成形ロールスタンドに移送さ
れ、そこで丸鋼管は成形ロールによる熱間加工によって
徐々に断面角形に成形される。丸鋼管は大径であって肉
厚鋼板よりなり熱容量が大であるから、鋼管が角形成形
ロール工程を通過して正規形状の角形鋼管が形成された
後もなお、高温状態にある。

【００１４】複合加熱のメリットは、加熱装置の最終
段に高周波加熱装置を設備した上述の場合のみに限ら
れず、高周波加熱装置を、その前段側に施した場合にも
同様に得られることは勿論である。丸鋼管をＡ₃ 変態
点付近まで加熱することより、冷間塑性加工により劣化
した鋼材の結晶組織の再結晶をうながし、鋼材内部の残
留応力を減少させることができるが、従来工法によると
きには前述のようなデメリットが存在する。そして、前
述またはの場合に比べＡ₁ 変態点よりも鋼材を高温
に加熱するために加熱設備が大型になることは避け難い
し、また、加熱コストも増加する。本発明工法によれ
ば、供給可能な電力を利用した加熱容量では不足な分
を、化石燃料を用いた加熱装置によって補うよう計画す
ることで、エネルギーの入手事情を顧慮することなく、
また、それによって設備の長大化を防止することができ
るために、立地条件の選択が比較的に容易になる等々の
メリットが得られる効用は、さきの鋼管材料のＡ₁ 変態
点加熱の場合と同様である。

【００１５】しかし、これによって成形された大径角形
鋼管の材質、特にその溶接ライン付近および各コーナー
部に残留する内部応力、加工硬化は、略、完全に除去す
ることができ、また、熱間成形による精度の高い角形鋼
管が得られるなど、均質で、かつ、高級な大径角形鋼管
を提供することが可能となる。要するに鋼管断面の角
形成形工程を熱間加工によって行うようにしたから、成
形が容易であって鋼管周壁の四個所を略９０゜に折曲げ
ることにより生じる鋼管隅角部の加工硬化、残留応力並
びに鋼材の突合わせ溶接に基づく残留歪が実用上差支え
ない程度に除去され成形鋼管材内に残留応力が存在する
おそれがない。または、コーナー部の材質の劣化は殆ん
ど回復する。

【００１６】従来、実施されているワンシーム丸鋼管
から角形鋼管を成形する工法においては、丸鋼管形成時
における高周波溶接による鋼材の加熱温度自然放冷用の
長いスペースが角形管成形ロール工程前に設けられてい
るが、本発明工法の鋼管加熱装置は、前記スペースを利
用して設備することができるから、本発明工法は、従来
装置に比べて極端に長大なスペースを必要としない。
したがって、本発明工法によれば、昨今問題視されてい
る大径角形鋼管の隅角部塑性変形に基づく鋼管コーナー
部の材質劣化の欠陥を、実用上差支えない程度に除去す
ることができる。しかも、従来工法にみられるようなオ
フラインにおける、化石燃料を熱源とする焼鈍炉を設備
するものに比べて、本発明工法の場合は生産性が高く、
実質的に鋼管鋼材を焼鈍している割には、それによるコ
ストアップが少ない。また、インラインに施した従来工
法における加熱炉に比べ設備スペースが小さくて済み、
鋼材の加熱温度の管理および均一加熱の点で優れてお
り、さらに成形加工を高精度で施すことができるから、
結局、本発明工法によれば、高品質かつ、均一な大径角
形鋼管を製造することができる。

【００１７】（４）市場に流通している大径角形鋼管に
対し問題視されている材質的欠陥は、鋼管成形工程中の
冷間折曲げ加工に基づく鋼管コーナー部の材質の加工硬
化、残留応力の存在等、局部材質の劣化による構造材の
弱体化である。そこで本第２発明工法においては、ワ
ンシーム丸鋼管を角形成形ロール加工に送込む直前に、
少なくとも鋼管周面のコーナー予定個所付近を鋼材のＡ
₃ 変態点まで加熱することによって前述（３）−場合
に近い効果を奏することを期待している。ただし、丸鋼
管を、角形断面に成形するのにコーナー予定個所付近の
みを、より加熱しただけでは、鋼管周壁材料の剛さが不
均一に過ぎて、そのまま成形ロールに通しても精度の高
い大径角形鋼管を形成することができない。

【００１８】このため、鋼管周壁のコーナー予定個所を
加熱すると共に、あらかじめ鋼管全体を、鋼材のＡ₁ 変
態点近くまで加熱し、これによって鋼管の周壁材の剛さ
の不均一をならし、加えて鋼管の溶接ライン付近に生じ
ている溶接歪の除去、丸鋼管成形に基づく鋼材の加工硬
化の解消を行うようにし、丸鋼管の断面角形成形加工に
当たり鋼材の熱間成形を可能とする。第２発明工法に
よれば、大径角形鋼管の品質については、略鋼管全体の
Ａ₃ 変態点加熱の場合に近い効果が得られる割に、鋼管
加熱装置自体は、Ａ₁ 変態点加熱のものと略、同等で、
加熱設備、加熱に必要なカロリーもＡ₁ 変態点加熱と
略、同等であるから、加熱焼鈍による鋼管製品のコスト
ダウンが進む。

【００１９】なお、丸鋼管の全体的加熱については上述
（３）−またはに記載のような工法を利用すること
もでき、鋼管の全体加熱後に、そのコーナー予定個所の
みの加熱、すなわち部分加熱を施すようにすれば、鋼材
予熱後の部分加熱であるために、その加熱エネルギーは
比較的に少なくて済む。また、丸鋼管の部分加熱装置に
も化石燃料を熱源として利用するもの、高周波加熱装置
を用いるものとがあり得るが、高周波加熱による場合の
方が鋼材の温度管理、鋼材内の熱分布状態を制御し易い
ことが知られている。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明工法および前記工法を実施す
るための設備を具えた大径角形鋼管の製造ラインの一実
施例につき図面に沿って説明するが、右鋼管製造ライン
を構成する各セクションの具体的構造部材は、本出願当
時の当業界における公知技術の範囲内で任意な部分的変
形が可能であるから、格別の理由を示すことなしに、本
実施例記載の具体的構造のみに基づいて、本発明工法の
構成要件を限定的に解釈することは許されない。

【００２１】（その１）図１は、本発明工法を実施する
大径角形鋼管の熱間成形装置の一実施例のラインを示す
概略ブロック図で、図中、材料の搬送方向に沿って直線
的に、１は、コイル装着機構、２は、レベラー、３は、
鋼板幅決め、開先加工部、４は、鋼板のブレークダウン
ロール段、５は、多段式鋼板断面丸めロール機構、６
は、フィンパスロール段、７は、高周波抵抗溶接装置、
８は、溶接ビード内または外削除機構、９は、化石燃料
を熱源とする加熱炉、１０は、高周波加熱炉、１１は、
多段角形断面成形ロール機構、１２は、成形鋼管放冷お
よび冷却部、１３は、鋼管長さ計測機構、１４は、真直
成形部、１５は、走行式カッタ、１６は、矯正装置、１
７は、鋼管定寸切断機である。ただし、コイル巻戻し機
構、ピンチローラ、非常切断機、検査装置等々、図示を
省略した手段も多々ある。

【００２２】上記成形ライン中、コイル装着機構１か
ら、溶接ビード削除機構８までの装置を通過する鋼材の
流れは、従来、公知のワンシーム電縫丸鋼管製造装置に
おける、それと略、変りがない。これに使用される鋼板
素材としては、通常、肉厚の熱延コイル（たとえばＳＴ
ＫＲ４１、５０など）を用いるから、結局、コイル幅が
最終製品（大径角形鋼管）の最大径を制約する（ワンシ
ーム管の場合）ことになる。そして、丸鋼管の成形段階
では、冷間塑性加工により肉厚鋼板（ｔ＝１６〜２６m
m）を変形するから、その加工工程で上記変形に基づく
材質の加工硬化、残留応力が生じ、また、成形後の高周
波溶接により生じる鋼材の溶接歪を可及的に解消するた
め鋼管を長区間にわたって除冷するスペースを設備す
る。

【００２３】本発明工法においては、上述、鋼管の除冷
工程に要するスペースを利用し、または、当該スペース
を拡大して、そこに化石燃料を熱源とする搬送方向に対
して比較的に長い加熱炉９と、高周波誘導加熱装置１０
とを設置する。したがって、従来装置に較べ製造ライン
の全長を極端に延長することなく設備することができ
る。そこでは、鋼材の高周波溶接加熱部分が冷却しない
うちに鋼管が加熱装置内に搬送され、順次または、徐々
に、かつ時間をかけて加熱するので鋼材の溶接歪または
残留応力の除去にも効果的であるが、高周波溶接により
生じる鋼材の部分発熱に対して加熱装置内での補正を考
慮する必要があり得る。いずれにしても省エネ効果を期
待することができる。上記の効果は、また、高周波加熱
装置１０を前段に設置し、後側に化石燃料による加熱炉
を設備した場合にも同様である。

【００２４】図２は、加熱炉９の長手軸直角断面の模式
図を示すもので、図中、１８は、丸鋼管断面、１９は、
炉内に設置した鋼管の両側案内ローラ、２０は、下部案
内兼搬送ローラで、少なくともローラ２０は周面を、つ
づみ形として鋼管１８との接触面積を広く採ることが望
ましい。加熱炉９の内壁は一般に耐火煉瓦を積み重ねて
構築し、天井はアーチ形に形成する。燃焼バーナの配
置、排ガス装置は、図示を省略する。図３は、高周波誘
導加熱装置１０の軸方向直角断面の概念図で、図中、１
８は、丸鋼管断面、２１は、鋼管の周面に沿って設置し
た高周波誘導コイルを示す。同コイル２１は、加熱鋼管
１８の周面に近接・対向して設けられるから、鋼管１８
によっても常時加熱されるのでコイルを銅管によって成
形し、その中に冷却水を循環させて冷却する。

【００２５】この鋼管１８の加熱レベルを考慮するなら
ば、高周波加熱装置１０は、鋼管加熱工程の前段に設置
することを選択した方が同装置の耐熱・冷却手段に対す
る配慮が比較的に簡単で、高周波コイルまたは装置の保
守、管理あるいは、その耐用期間の延長が容易にできる
メリットが生じる。かくして、加熱工程を経た丸鋼管
は、いずれにしても鋼材のＡ₁ またはＡ₃ 変態点付近ま
で加熱されて、それ迄に施された冷間塑性加工などに基
づく鋼板の残留応力を除去し、材質の改善がなされた状
態のまま直ちに、多段角形成形ロール機構１１内に搬送
され、熱間成形によって断面丸鋼管の周壁を四方から押
圧して、徐々に断面角形の鋼管を成形する。

【００２６】多段角形断面成形ロール機構１１の構成段
の、一ローラスタンドの具体例の概略正面図を、図６ま
たは図７に示す。図中、１８’は、やや角形に変形した
鋼管断面、図６においては鋼管長手軸に対し相互に直交
する平行な二軸（成形鋼管の四辺の平面に平行でもあ
る）に固着された、周面をやや、つづみ形に形成した四
個の成形ロール２２、２２’によって丸鋼管の周面を四
方向、たとえば上、下方向および左右方向から押圧して
段数を経る毎に、徐々に断面角形に近付けるように成形
している。かくして成形された鋼管の隅角部のＲの大き
さは一つのロールスタンド段を通過するたびに縮まり、
鋼管断面は、より正方形に近似し最終製品の断面に近づ
く。

【００２７】図７においては、鋼管長手方向軸に直交
し、かつ相互に平行な二軸に固着した周面を深いつづみ
形（逆算盤玉形）の二個の成形ロール２３、２３’によ
って、丸鋼管の周面を四方向から押圧・成形して、徐々
に断面を角形に近付くようロール形成することができ
る。図８は、上記ロール機構によって成形された大径角
形鋼管断面を示すもので、この熱間成形角形鋼管の特徴
は、一見して各隅角部のＲが極めて小さい。鋼管断面
で、ハッチを施した部分は前記鋼管を構成する平坦面
で、熱処理を受けて丸鋼管成形時における冷間塑性加工
に基づく材質の加工硬化の解消、残留応力および高周波
溶接歪の除去が行われた部分であり、それ以外の隅角部
は、熱間加工によって塑性変形を受けた部分であって、
全体として残留応力は極めて少なく、また、材質の劣化
も認められない。

【００２８】上述工法によれば、 （イ）丸鋼管を断面角形に成形する際、従来工程では丸
鋼管を一旦サイザーを通して断面を真円にしてからでな
いと、正確な角形鋼管が得られなかったが、本発明工法
では、熱間加工で鋼材が軟化し容易に変形するため、丸
鋼管をサイザーに掛けることなく精度の高い加工を行う
ことができる。 （ロ）丸鋼管を断面角形に成形するとき、丸鋼管の周壁
温度を、略、均一にして置かないと正確な角形鋼管が得
られないが、本発明工法によれば鋼管全体を鋼材のＡ₁
またはＡ₃ 変態点付近まで加熱するので変形し易く、高
精度寸法の角形鋼管を成形することができる。

【００２９】（ハ）熱間加工であるため、角形鋼管の隅
角部のＲを極めて小さく形成でき、角形鋼管の断面係数
を大きくすることができる上に、加工による残留応力が
小さく隅角部付近の材質の劣化が生じ難い。 （ニ）熱間加工であるため、成形ロール機構の駆動エネ
ルギーが、冷間加工に較べて大幅に少ない。 （ホ）成形加工が容易であって鋼板の変形に無理が掛か
らないから、角形鋼管成形加工に基づく鋼管の捩れが生
じないか、殆んど生じない。 （ヘ）角形鋼管成形後、加熱温度が高い間に、四方から
均等に冷風を吹き掛けるとか冷水を噴霧して急速に冷却
し、前工程における鋼材の焼きなましによる鋼管材質の
軟化傾向を、焼入れにより回復することができる。ただ
し、焼入れに基づく鋼管の歪の発生状態に注意を要す
る。 （ト）角形鋼管成形後における鋼材の冷却に要するスペ
ースを短かく設定することができる。

【００３０】（その２）鋼材の冷間塑性加工などに基づ
いて生じる残留応力とか材質の劣化を除去・修復するた
めには鋼板の熱処理温度を高めに、処理時間を長めに設
定することが望ましいが、それでは鋼管表面の肌荒れが
生じ最終製品の商品価値が下るし、これを除去するのに
ショットピーニング、サンドブラスト処理などが必要に
なってコストアップの条件を増す。かつ、鋼材の熱処理
に要する費用、工賃も無視できない量になる。また、熱
処理温度を低めに設定すれば鋼板の肌荒れは防止できる
が、角形鋼管の各隅角部付近の材質の焼きなましが、不
充分になるおそれがある。そこで本発明第２工法では、
角形鋼管材で特に問題視されている各隅角部付近の鋼材
の冷間加工に基づく劣化を回復できるように、丸鋼管周
壁の隅角部予定個所付近の局部加熱加工を採用してい
る。

【００３１】しかしながら、鋼管周壁の加熱温度が不均
一で、その間に極端な差異が生じるときは、これを図６
ないし図７に示すような角形断面成形ロール機構に搬入
しても、良好な角形断面が得られないことが知られてい
る。このため本実施例装置では、丸鋼管周壁に対し局部
加熱を施すと共に、丸鋼管全体を、たとえば鋼材のＡ₁
変態点付近まで均一に加熱して、両部材の材質の軟化度
合を調整し、かつ、これによって角形鋼管周壁を構成す
る平坦面材質の加工硬化、残留応力を除去する熱処理を
行う。上記丸鋼管の均一熱処理は、本発明実施例（その
１）に説明した、図１記載のような装置を利用して行う
ことができる。ただし、ここでは、鋼材のＡ₃ 変態点ま
で熱処理温度を上げる必要がないから、熱処理装置が占
めるスペースは比較的小さくて済む。

【００３２】図４および図５は、丸鋼管周壁の隅角部予
定個所付近の局部加熱装置の一実施例の模式図を示すも
ので、この場合は、いずれも電気エネルギーを利用する
高周波加熱コイル２４、２４’を各一対、鋼管１８の長
手方向中心軸の直角断面内で、前記軸に対し、対称に、
かつ相互に９０゜位相をずらして設置する。コイル２
４、の対、コイル２４’の対は、鋼管長手軸方向に相互
に若干ずらして設置しても可である。図において、鋼管
断面周壁材に、それぞれハッチが施されている個所が局
部加熱によって特に温度上昇した部分を示すもので、図
５の場合は、鋼管材の内側をより加熱できるよう、コイ
ル２４’に印加する周波数などを調整し、角形鋼管成形
時に各隅角部の変形を、より自由に、無理なく行うこと
ができるようにし、隅角部Ｒが、よりシャープな形状の
角形鋼管を得るようしたものである。

【００３３】この鋼管周壁の局部加熱の熱源は勿論、化
石燃料を利用したバーナであって良い。全体加熱および
局部加熱が終った丸鋼管は、その加熱状態を保持したま
ま、図１に示す多段角形断面成形ロール機構１１内に搬
送され、同機構内で、たとえば図６または図７に示すよ
うな成形ロールの複数段を通過して徐々に成形され、図
８に示すような高品質の大径角形鋼管が形成される。そ
の後の工程は、実施例（その１）に述べたところと変り
がない。

【００３４】上記工法によれば、 （イ）丸鋼管を鋼材のＡ₃ 変態点付近まで加熱、熱処理
を施したと略、同等な角形鋼管材質に対する効果を期待
することができる割に熱処理設備を小型化することがで
きる上に、燃料および／または電力の消費量を節減する
ことができる。 （ロ）その他、本実施例工法によって奏する効用は、実
施例（その１）記載の、それと略、同一である。

【００３５】

【発明の効果】以上のとおりであって、本発明工法によ
れば、冷間塑性加工により製造されている従来公知の大
径角形鋼管において問題視されていた鋼管の各隅角部材
質の劣化を回復して、その残留応力を除去し許容量以下
にすると共に、平坦部材の加工硬化、内部応力を焼きな
ましにより除去して全体的に品質の安定した大径角形鋼
管を得ることができると共に、材質劣化を伴なうことな
く可及的にシャープな隅角部を成形して高品質な鋼管を
提供できる。

【００３６】角形鋼管の成形工程における鋼管の熱処理
操作について、鋼管の全体的加熱の場合には角形鋼管
の成形が容易でシャープな隅角部を形成し、高品質な大
径角形鋼管を提供する。品質が均一で、かつ、安定し
た鋼管が得られる。鋼管の部分加熱（といっても全体
的に鋼管低温加熱をする）の場合には、奏し得る作用、
効果に比較して加熱エネルギーを節減することができ
る。比較的に熱処理設備が占めるスペースが小さい。
熱処理操作に要するコストを比較的安価にまとめ得
る。

【００３７】熱処理設備の加熱源として、電力を利用す
る場合は、 （イ）被加熱物を所要温度まで加熱するのに必要な設備
の占めるスペースが狭くてすむ。 （ロ）被加熱物の温度管理が容易、 （ハ）品質の安定したものが得られる。 （ニ）設備のメンテナンスに手が掛からない。 （ホ）デメリットとしては、電力コストが高い。 （ヘ）立地条件によっては、社会共通資本が整備されて
おらず、所望量の大電力の供給が受けられない場合もあ
り得る。 すなわち、立地条件が制約される。

【００３８】化石燃料を熱源として利用する場合は、
熱処理のコストが安い。大量入手、運搬が立地条件に
より左右されず比較的に容易である。必要に応じて大
容量消費設備の構築が可能、デメリットとしては、加
熱設備の占めるスペースが大である。熱処理設備をイン
ラインでつなぐと、それに起因して鋼管成形のラインの
長さが大幅に伸長するから、設備立地の選択の幅が狭ま
る。所要加熱温度の制御が若干むずかしい。メンテ
ナンスに人手を要する。上述の電力、化石燃料利用のメ
リット、デメリットを綜合勘案し、電力・化石燃料によ
る複合加熱手段を採用すれば、従来公知の加熱炉と比較
して相互のデメリットを補完した高性能な熱処理設備を
設置することができる。等々、公知の工法には期待する
ことができない、格別の作用、効果を奏するものとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明工法を実施する大径角形鋼管の熱間成形
装置の一実施例のブロック図、

【図２】熱処理設備に使用される化石燃料を熱源とする
加熱炉の断面図、

【図３】鋼管全体を加熱する高周波加熱装置のコイル部
分図、

【図４】鋼管周壁の部分加熱装置、

【図５】鋼管周壁の部分加熱装置（別の実施例）、

【図６】鋼管断面の角形成形ローラ（部分）、

【図７】鋼管断面の角形成形ローラ（別の実施例）、

【図８】本発明工法により成形された大径角形鋼管断面
図。

【符号の説明】

１ 熱延コイル装着機構 ２ レベラー ３ 鋼板幅決め・開先加工部 ４ ブレークダウンローラ ５ 多段式鋼板断面丸めロール機構 ６ フィンパスロール ７ 高周波溶接装置 ８ 溶接ビード削除機構 ９ 化石燃料を熱源とする加熱炉 10 高周波加熱炉 11 多段角形断面成形ロール機構 12 成形鋼管放冷および冷却部 13 計測機構 14 真直成形部 15 走行式カッタ 16 矯正装置 17 鋼管定寸切断機 18 丸鋼管

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯鋼板を長手方向直角断面で丸形に成形
   し、その両側縁を突合わせ溶接して形成した連続丸鋼管
   の外周全体を、ガス、油等の化石燃料を熱源とした加熱
   と電気エネルギーによる高周波加熱とにより複合加熱し
   て丸鋼管全体を均等な所要温度に維持するよう温度管理
   しながら、前記鋼管を角形成形用ロールスタンドに移送
   することを特徴とする大径角形鋼管の熱間成形工法。
2. 【請求項２】 帯鋼板を長手方向直角断面で丸形に成形
   し、その両側縁を突合わせ溶接して形成した連続丸鋼管
   の外周全体を、ガス、油等の化石燃料熱源または電気エ
   ネルギーによる高周波加熱装置により、あるいは前記両
   加熱手段の複合加熱により加熱すると共に、コーナー予
   定個所付近のみを高周波加熱装置または化石燃料を利用
   したバーナ等による部分加熱を施すと共に、前記鋼管を
   角形成形用ロールスタンドに移送することを特徴とする
   大径角形鋼管の熱間成形工法。