JP2735405B2

JP2735405B2 - 大径角形鋼管の熱間成形工法

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Publication number: JP2735405B2
Application number: JP15952291A
Authority: JP
Inventors: 伸中島
Original assignee: NAKAJIMA KOKAN KK
Current assignee: NAKAJIMA KOKAN KK
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1991-06-04
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2013-04-02
Also published as: JPH05192709A

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、厚肉帯鋼板を、
その長手方向に平行して冷間塑性加工により折曲げて、
その両側縁を突合わせ溶接し断面閉曲線よりなる大径丸
鋼管を連続成形した後、引続いて複数段よりなる角形成
形ロール装置に搬送して鋼管断面を順次角形に成形する
工程において、前記複数段よりなる成形ロール工程を予
備成形工程と仕上げ成形工程とに二分し、その中間に、
前記鋼管の熱処理装置を設備することにより、同工程よ
り以前に加えられた塑性変形その他による鋼材の加工硬
化を除去するとともに、少なくとも仕上げ成形工程は熱
間加工のもとに成形し、また、曲がり矯正するようにし
たことを特徴とするワンシームの大径角形鋼管、特に、
そのコーナー部材質の残留応力を除去し、鋼管の靱性を
改善するようにしたことを特徴とする厚肉角形鋼管の熱
間成形工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄骨構造物のコラムとして需要が伸びて
いる厚肉大径角形鋼管の冷間塑性加工方法による量産方
法の一つは従来、略、次のような工法が採用されてい
る。熱間圧延コイルを、まずレベラーに掛けてフラットな
帯鋼板にし、その両側縁を所定寸法に幅決め・切断加工
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
てワンシーム丸鋼管を形成する。前記丸鋼管の溶接熱を徐冷してから、サイザー、スケ
アリングスタンド、タークスヘッド等工程を経て、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厚肉鋼板を成形ロールを用
いた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、厚肉鋼板を冷間で、略、９０°
折曲げ加工をした場合には、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、特にコーナー部材質の機械的性質が劣化し、当
該部分に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、建築物の柱材は一般に、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。殊に最近
の建築物には、各部屋に冷暖房装置を設備するとか、Ｏ
Ａ機器、電算機の類が装備されるなど、建物に付帯する
設備により増加する重量も無視することができないし、
また、あらかじめ考慮されるべき設備重量が増加する傾
向にある。

【０００５】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が建築構造物のコラムとして多用さ
れ、中・高層建築物の柱材にコラムとしても使用される
に及んで、上述の事情に鑑み、角形鋼管成形時における
前記冷間塑性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。

【０００６】冷間成形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、単位長さの既製鋼管、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
を熱源として加熱し、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
形するため製品の歩留りが悪いとか、加熱歪を無視する
ことができないとか、鋼管を一本宛加工するので生産が
低いといった問題点がある。また、鋼管全体を高温加熱
するから、材質の焼きなましコストが掛かる。別に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、焼きなます工法も知られている。この場合にも、上
記同様の問題点があり得る。あるいは、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
で電気エネルギー（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
述の場合よりも歩留りが良く、生産性は向上するが、
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、歩止りが悪くなるおそれがある。

【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（高周波溶接工法を用いて良好な溶接継手を
得るためには、ある程度の溶接スピードが要求されるか
ら）ために、鋼管材料の内部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２００ｍ〜３００ｍの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ため、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、これ
が、鋼管断面の成形具合、歪の発生に関係するので、結
局、断面均一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、少なからず人手を
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
ットがあることは認められる。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すみ、鋼管材の均一加熱並び
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、
所望の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
周壁材の靱性を回復すると共に、鋼管断面のコーナー部
分の残留応力を許容応力以下にし、鋼管の全体的材質が
均一、かつ、安定した品質の大径角形鋼管を製造する工
法を提供することを目的とする。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決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）帯鋼板を長手方向に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を、引
続いて複数段よりなる角形成形ロール装置に移送して鋼
管断面を順次角形に成形する工程において、前記複数段
よりなる成形ロール工程を少なくとも、予備成形工程と
仕上げ成形工程とに二分し、その中間に、半成形角形鋼
管周壁全体を加熱する加熱装置を設備すると共に、前記
半成形鋼管の加熱温度が低下・冷却する前に同鋼管を仕
上げ成形用ロール工程に搬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）帯鋼板を長手方向に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を、引
続いて複数段よりなる角形成形ロール装置に移送して鋼
管断面を順次角形に成形する工程において、前記複数段
よりなる成形ロール工程を少なくとも、予備成形工程と
仕上げ成形工程とに二分し、その中間に、半成形角形鋼
管外周壁のすべてのコーナー予定個所付近を部分加熱す
る加熱装置を設備すると共に、前記半成形鋼管コーナー
部付近の加熱温度が低下・冷却する前に同鋼管を仕上げ
成形用ロール工程に搬送することを特徴とする大径角形
鋼管の熱間成形工法。（３）帯鋼板を長手方向に直角断面で丸形に成形し、そ
の両側縁を付合わせ溶接して形成した連続丸鋼管を、引
続いて複数段よりなる角形成形ロール装置に移送して鋼
管断面を順次角形に成形する工程において、前記複数段
よりなる成形ロール工程を少なくとも、予備成形工程と
仕上げ成形工程とに二分し、その中間に、半成形角形鋼
管周壁全体を加熱する加熱装置および、これに直列に前
記鋼管外周壁のすべてのコーナー予定個所付近を部分加
熱する装置を併設すると共に、前記半成形鋼管の加熱温
度が低下・冷却する前に同鋼管を仕上げ成形用ロール工
程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）市場に流通している大径角形鋼管につい
て問題視されている材質的欠陥は、鋼管成形工程中の冷
間塑性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。上述のような事情に鑑み、ワンシーム丸鋼管を成形し
た後、同鋼管を角形成形ロール工程に送込む直前に、イ
ンラインで鋼管全体または／および鋼管のすべてのコー
ナー予定個所付近の鋼材を熱処理して、Ａ₁ 変態点、ま
たはＡ₃ 変態点近くまで加熱することにより冷間塑性加
工による鋼材の残留応力などを除去し、以後の工程を実
質的に熱間加工と同等の成形加工とすることによって鋼
管材の靱性を改善し、コーナー部の残留応力などを除去
し、かつ、熱処理による歪を矯正できる均一で高品質な
大径角形鋼管の成形工程を提供し、生産性を向上させ、
経済的効果の優秀な成形工法を開発することを試みた。ところが、上記工程について実施化試験を行ったとこ
ろ、鋼管周壁の不均等加熱が、角形成形ロール工程に搬
入した後の鋼管断面の成形具合の良否に大きく関係する
ことが分かってきた。要するに、上記加工においては鋼
管周壁の温度分布の調整に微妙な制御を必要とするので
ある。また、鋼管の特定個所のみを極端に加熱すること
も、その後に続く断面面形成形工程の精度に大きな影響
を及ぼすことも判明した。上述問題点の発生を避けるために、本件発明工法で
は、成形ロール工程により丸鋼管断面を徐々に角形変形
させる、その中間工程、すなわち、鋼管の断面角形が殆
ど確定した状態においてインラインで前記半成形鋼管に
熱処理を加えるようにすれば、鋼管周壁材に若干の加熱
温度分布の不均一が生じても、既に半成形された角形断
面の形に悪影響を及ぼすことが少ない上に、それ以前に
加えられ冷間塑性加工に伴なう鋼管材の残留応力などが
除去され、後工程を実質上、熱間加工によってスムーズ
に行うことができることを発見した。その際、同工程に
おいて半成形鋼管を全体加熱するようにすれば、鋼板の
中間成形段階で、その材質を全体的に熱処理することに
なるから、それ以前に加えられた変形に基づく鋼材の加
工硬化を除去し全体的に材質を均等化して、その後の変
形を無理なく、かつ容易にすることが解った。

【００１２】そこで本発明工法においては、ワンシーム
丸鋼管を冷間塑性加工により断面角形に形成する中間工
程において、インラインで半成形鋼管全体を鋼材のＡ₁
変態点またはＡ₃ 変態点近くまで加熱することにより熱
処理して、鋼材の残留応力などを除去し、かつ、実質的
に熱間塑性加工と同等の仕上げ加工を行わせて、鋼管材
全体の靱性を改善し、鋼管コーナー部の残留応力などを
除去し、鋼管の歪を矯正するようにした、均一で高品質
な大径角形鋼管の成形工程を提供すると共に、その生産
性を向上させ、経済的にも優秀な効果を奏し得る工法を
開発したものである。（２）本発明工法は、半製品鋼管周壁の加熱または鋼管
材コーナー予定個所の部分加熱のために、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するか、
または微妙な温度管理が必要な加熱には出力調整が容易
だがコストが高い電力を利用した高周波加熱手段を用い
るか、あるいは、もっぱら化石燃料による加熱と、電力
を利用した高周波加熱との複合加熱手段を利用するかし
て、半成形鋼管に必要最小限の加熱を施し、もって全体
的に鋼管の焼鈍コストを低下させ、にもかかわらず鋼管
材質の残留応力などの除去、歪の矯正に効果的な熱処理
が可能な工法を提供する。（３）また、鋼管全体をＡ₃ 変態点まで加熱するのに化
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、本発明工法では、鋼管周壁または鋼管のすべてのコ
ーナー予定個所の加熱手段として化石燃料による加熱装
置のみならず電力エネルギーを利用した高周波加熱装置
をインラインで設備するようにすれば、狭いスペース内
に大容量の複合加熱装置を設置することができ、設備全
長を大幅に短縮することが可能となる。その場合、鋼管
断面の成形工程との関係で、鋼管周壁の加熱部分のみを
極度に高温に加熱することは好ましくないから、それに
応じて加熱装置の容量も小型なものとなる。ただし、コ
ーナー予定部分の加熱は、同部分を中心にして若干広い
領域に対して施されて良い。

【００１３】化石燃料による加熱装置と高周波加熱装置
とを併用した複合加熱を採用する際は、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初期加熱または部分加熱のた
めに設備し、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、同装置には、常
時、常温の鋼管が供給されるから、加熱装置の耐熱およ
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。（４）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、この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半成形鋼管
は、その鋼管周壁または鋼管のすべてのコーナー成形個
所付近を加熱状態を保持したまま、仕上げ成形ロール工
程に搬送し、そこで鋼管は成形ロールによる実質的な熱
間加工により、徐々に断面角形に仕上げ整形それる。半
成形鋼管は大径であって厚肉鋼板よりなり熱容量が大で
あるから、鋼管が角形仕上げ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、全体的に
高温状態を保っている。複合加熱手段のメリットは、加熱装置の最終段に高周
波加熱装置を設備した上述（３）、（４）項の場合のみ
に限られず、同加熱装置を、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。本発明の工法において、電力を利用した加熱装置と、
化石燃料を用いた加熱装置との複合加熱手段を設備すれ
ば比較的に熱処理コストを低減すると共に、鋼管壁のす
べてのコーナー予定個所を中心にして若干広く加熱する
ようにしたから、その後の鋼管断面のロール成形に無理
がなく、また、それによって加熱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。

【００１４】しかも、成形された大径角形鋼管の材質、
特にその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
よる精度の高い形状の角形鋼管が得られるなど、均一
で、高級な大径角形鋼管を提供することが可能となっ
た。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、丸鋼管成形時における高周
波溶接による溶接歪の開放のための自然放冷用の長いス
ペースがインラインで角形管成形ロール工程前に設けら
れているが、本発明工法では丸鋼管成形後に鋼管全体を
熱処理する装置を通すことになるから、同スペースを節
減することができ、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。要するに鋼管断面の冷間による予備角形成形工程を経
た鋼材を熱処理によって焼鈍し、その後の工程を実質上
熱間加工によって行うようにしたので、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、加工歪みが
実用上差支えない程度に除去され、成形鋼管材内に残留
応力など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ないに等しい。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。（５）丸鋼管の部分加熱装置には、上記説明の設備の
他、化石燃料のみを熱源として利用するもの、高周波加
熱装置のみを用いるものとが実施可能であることは勿論
である。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明工法および前記工法を実施す
るための大径角形鋼管の製造ラインの一実施例を図面に
沿って説明するが、右鋼管製造ラインを構成する各工程
における設備の具体的構造は、本出願当時の当業界にお
ける公知技術の範囲内で任意に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。（その１）図１は、本発明工法を実施する複合加熱手段
を備えた大径角形鋼管の熱間成形装置の一実施例を示す
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・切断加工部、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装置、６
は、フィンパスロール段、７は、高周波抵抗溶接装置、
８は、溶接ビードの内または外削除機構、９は、多段角
形断面成形ロール装置で、同装置は予備成形工程９₁ と
仕上げ成形工程９₂ とに二分されて成る。１０は、化石
燃料を熱源とする鋼管を全体加熱する加熱炉、１１は、
鋼管を部分加熱する高周波加熱炉、１２は、成形鋼管放
冷および冷却スペース、１３は、鋼管長さ計測機構、１
４は、真直成形部、１５は、走行式カッタ、１６は、矯
正装置、１７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。

【００１６】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
流れおよび鋼管の予備角形成形工程９₁ における冷間成
形加工は、従来、公知のワンシーム電縫丸鋼管製造装置
の、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、厚肉の熱延コイル（たとえばＳＳ４０
０、ＳＭ４９０Ａ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、丸鋼管の予備成
形段階では、冷間塑性加工により厚肉鋼板（ｔ＝１６〜
２５mm）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徐冷するスペースが必要
であった。

【００１７】本発明工法においては、上述、鋼管の徐冷
工程に要するスペースを流用し、もしくは、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全体加熱炉１０と、高周波誘導部分
加熱装置１１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。鋼管は加熱部が冷却しないうちに仕上
げ成形ロール装置９₂内に搬送され、順次または、徐々
に、断面角形に成形されるので、鋼材が熱間加工されコ
ーナー部分の塑性加工による残留応力などが生ぜず、ま
た、曲がりを矯正することができ、さらにシャープなコ
ーナー部を整形し得る。上記の効果は、また、高周波全
体加熱装置１０を前段に設置し、後側に化石燃料による
部分加熱炉１１を設備した場合にも同様である。

【００１８】図２または図３は、多段角形断面成形ロー
ル装置９の、たとえば予備成形ロール段の一ローラスタ
ンドの概略正面図を示す。図中、１８は、やや角形に変
形した鋼管断面で、図２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に固着された、周面をやや、つ
づみ形に形成して対応する四個の成形ロール１９、１
９’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徐々に断面角形に近付け、
段数を経る毎に角形断面に近付くように成形している。
かくして形成された鋼管のコーナー部Ｒの大きさは、予
備成形ロールスタンド段を通過した後には、外Ｒ＝（４
〜５）×ｔ、程度に縮まり、鋼管断面は、より正方形に
近似した断面に近付く。ただし、ｔは鋼材の板厚。

【００１９】図３は、別の成形ロール装置の実施例概略
正面図を示し、同図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、周面を深いつづ
み形（逆算盤玉形）に形成した二個の成形ロール２０、
２０’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。なお、予備成形ロール段は通常、３段また
は、それ以上の成形工程よりなる。仕上げ成形ロール段
の具体例も、上述説明のものと、殆ど変わらない。た
だ、ロール周面の形が、より角形断面に近付くように順
次、変わるだけである。ただし、仕上げ成形ロール段で
は、加熱鋼管を取扱うようになるので、当該装置には必
要にして充分な冷却手段を付設することを要する。

【００２０】図４は、化石燃料を使用する全体加熱炉１
０の長手軸直角断面の模式図を示すもので、図中、１８
は、半成形鋼管断面、２１は、炉内に設置した鋼管の両
側案内ローラ、２２は、下部案内兼搬送ローラで、少な
くともローラ２２は周面を、つづみ形として半成形鋼管
１８との接触面積を広く採ることが望ましい。全体加熱
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。ここでの鋼管の加熱温度は、た
とえば５００〜６００℃程度であって良い。また、排
煙、排ガス装置は、図示を省略する。

【００２１】図５は、高周波誘導加熱装置の軸直角断面
の概念図で、図中、１８は、半成形鋼管断面、２３は、
鋼管周面に沿って設置した高周波誘導コイルを示す。鋼
管の全体的加熱を前段に、高周波誘導加熱装置を後段に
配置するときには、同コイル２３は、加熱鋼管１８の周
面に近接・対向して設けられているから鋼管１８によっ
て常時加熱されるので、その際はコイルを鋼管によって
構成し、中に冷却水を循環させる。ただし、鋼管の全体
加熱手段は、化石燃料を用いた加熱炉であっても良い
し、高周波誘導加熱装置のみを利用することであって良
いし、また、複合加熱手段を用いても良い。

【００２２】図６および図７は、半成形鋼管周壁のすべ
てのコーナー予定個所付近の部分加熱装置の一実施例の
模式図を示す軸方向直角断面の概略図で、図中、１８
は、半成形鋼管断面、２４、２４’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で、鋼管１８のコ
ーナー予定個所周面に近接・対向して設けられるから、
加熱鋼管１８によって常時加熱されるので、高周波誘導
コイル冷却手段を付設することを要する。ここにおける
鋼材の加熱温度を、たとえば８００〜９００℃とするこ
とができる。この場合は、コイル２４、２４’を各一
対、半成形鋼管１８の長手方向中心軸の直角断面内で、
前記軸に対し対照的に、かつ相互に９０°位相をずらし
て設置する。コイル２４の対およびコイル２４’の対
は、鋼管長手軸方向に相互に若干ずらして設置すること
も可である。

【００２３】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部分加熱によって特に温度
上昇した部分を示すもので、図７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に、よりシャープな形状の成形角形鋼管を得るよう
したものである。この鋼管周壁の部分加熱の熱源は勿
論、化石燃料を利用したバーナーのみであって良い。ま
た、図６示のみ、または図７示のみの加熱装置を利用す
ることができる。この際の、鋼材全体加熱と部分加熱と
の態様は、各種の組み合わせがあり得るが、例示するこ
とはしない。

【００２４】しかしながら、鋼管周壁の加熱温度が不均
一で、その間に極端な誤差が生じるときは、これを図２
ないし図３に示すと略、同等な角形断面仕上げ成形ロー
ル装置に搬入しても、良好な角形断面形状が得られない
ことが知られている。全体加熱および部分加熱が施され
た半成形鋼管は、その加熱状態、たとえば５００℃〜６
００℃の温度を保持したまま、図１に示す多段角形断面
仕上げ成形ロール工程９₂ 内に搬送され、同装置内で、
図２または図３に示すと略、同等な仕上げ成形ロールの
複数段を通過して徐々に成形および曲がりの矯正を受
け、図８に示すような高品質の大径角形鋼管が形成され
る。

【００２５】図８は、上記仕上げロール装置９₂ を経て
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、一見して各コーナー部のＲが極め
て小さいことである。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、それ以外のコーナー部
は、熱間加工によって塑性変形を受けた部分であり、全
体として残留応力などは極めて少なく、また、材質の劣
化も認められない。

【００２６】上記工法によれば、（イ）既成の角形鋼管を鋼材のＡ₃ またはＡ₁ 変態点付
近まで加熱、熱処理を施したのと、ほぼ均一な角形鋼管
材質に対する効果を期待することができる割に生産効率
が良好で、また、熱処理設備を小型化し得る上に、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）鋼管を断面角形に半成形した後、全体加熱または
／および部分加熱するから、加熱温度の分布が若干不正
確なところがあっても、それまでの鋼材の加工硬化を除
去し、鋼材が軟化していて容易に変形し、均質で高精度
寸法の角形鋼管を仕上げ成形することができる。（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、加工による残留応力が小さくコーナー部付
近の材質の劣化が生じ難い。（ニ）熱間加工であるため、成形ロール装置の駆動エネ
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、曲がりを矯正することができる。（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。（その２）図１に示すラインは、原則的に鋼管の全体加
熱と部分加熱とを併用する加熱手段を施すものである
が、本発明の目的は、半成形鋼管の全体加熱、たとえ
ば、鋼材のＡ₃ 変態点またはＡ₁ 変態点付近までの加熱
で、相当部分、達成することができることは勿論であ
る。この工法を実施する場合は、図１に示す成形ライン
から部分加熱装置１１を除去するだけでよい。（その３）また、本発明工法は、最小限、半成形鋼管周
面のすべてのコーナーの部分加熱だけであっても、その
目的を達成できること、そのために要するコストの割に
は、著大は効果を奏することが知られている。

【００２７】

【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コーナー
部材質の劣化を防止して、その残留応力を許容量以下に
すると共に、全体的に品質が安定した大径角形鋼管を得
ることができ、材質劣化を伴なうことなく可及的にシャ
ープなコーナー部を成形して高品質な鋼管を提供するこ
とができる。

【００２８】角形鋼管の成形工程における鋼管の熱処理
加工について、角形鋼管の成形が容易で材質劣化のないシャープなコ
ーナー部を形成し、曲がりの少ない高品質の大径角形鋼
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。生産性が高い。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。

【００２９】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
を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、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。

【００３０】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な設備の構築が可能。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。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、デメリットを総
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】鋼管断面の角形成形ローラ（部分）。

【図３】鋼管断面の角形成形ローラ（別の実施例）。

【図４】熱処理設備に使用される化石燃料を熱源とする
全体加熱炉の断面図。

【図５】高周波加熱のコイルを設備した鋼管周壁の全体
加熱装置。

【図６】鋼管周壁の部分加熱装置。

【図７】鋼管周壁の部分加熱装置（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多段角形断面成形ロール装置１０化石燃料を熱源とする加熱炉１１高周波加熱装置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鋼管

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】帯鋼板を長手方向に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
管を、引続いて複数段よりなる角形成形ロール装置に移
送して鋼管断面を順次角形に成形する工程において、前
記複数段よりなる成形ロール工程を少なくとも、予備成
形工程と仕上げ成形工程とに二分し、その中間に、半成
形角形鋼管周壁全体を加熱する加熱装置を設備すると共
に、前記半成形鋼管の加熱温度が低下・冷却する前に同
鋼管を仕上げ成形用ロール工程に搬送することを特徴と
する大径角形鋼管の熱間成形工法。
【請求項２】帯鋼板を長手方向に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
管を、引続いて複数段よりなる角形成形ロール装置に移
送して鋼管断面を順次角形に成形する工程において、前
記複数段よりなる成形ロール工程を少なくとも、予備成
形工程と仕上げ成形工程とに二分し、その中間に、半成
形角形鋼管外周壁のすべてのコーナー予定個所付近を部
分加熱する加熱装置を設備すると共に、前記半成形鋼管
コーナー部付近の加熱温度が低下・冷却する前に同鋼管
を仕上げ成形用ロール工程に搬送することを特徴とする
大径角形鋼管の熱間成形工法。
【請求項３】帯鋼板を長手方向に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
管を、引続いて複数段よりなる角形成形ロール装置に移
送して鋼管断面を順次角形に成形する工程において、前
記複数段よりなる成形ロール工程を少なくとも、予備成
形工程と仕上げ成形工程とに二分し、その中間に、半成
形角形鋼管周壁全体を加熱する加熱装置および、これに
直列に前記鋼管外周壁のすべてのコーナー予定個所付近
を部分加熱する装置を併設すると共に、前記半成形鋼管
の加熱温度が低下・冷却する前に同鋼管を仕上げ成形用
ロール工程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。