JP2823260B2 - 大径角形鋼管のロール成形工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明工法は、厚肉のコイル状圧延鋼板を巻戻して、
または一枚板鋼板を長手方向に移送しながら矯正加工、
幅決め、開先加工等を施して、多段フォーミングロール
によって直接連続的に、かつ隅角部を避けてシームライ
ンを設けるようにした大径角形断面を有する管体を成形
し、引続き管体鋼板の突合わせ部にシーム溶接を施すこ
とを可能にした大径角形鋼管のロール成形工法に関する
ものである。

従来の技術 建築物のコラムとして使用されるような厚肉鋼板より
成形した大径角形鋼管の製造方法は、従来、文献上は兎
も角、実際には、 （１）厚肉の一枚板鋼板を、その長手方向に沿い、これ
に平行して、成形後の角形鋼管の隅角部相当個所を順次
折曲げフレスによって折曲げ、断面角形鋼管近似の形状
に成形した後、多段のロールフォミングを施して、鋼材
の長手方向に伸びる素材の突合わせ部を、仮付け、また
は本溶接して結局ワンシーム大径角形鋼管を成形する工
法。

（２）折曲げプレスによって鋼板断面をコ字形に成形
し、成形中間加工材を向合わせ、それぞれの突合わせ部
を溶接してツーシーム大径角形鋼管を成形する工法。

（３）コイル状圧延鋼板を巻戻して長手方向に移送しな
がら、矯正加工、幅決め、開先加工等を施して、多段フ
ォーミングロールに掛けて、まず、ワンシームの大径丸
鋼管を成形し、成形断面円形の鋼管周壁を四方から無理
なくロール成形して平坦面を成形し、断面角形の鋼管を
製造する工法。

が一般に行われている方法であった。

ところで、上述工法では、そのいずれの場合にも、角
形鋼管を成形する過程において隅角部を成形するため厚
肉鋼材に対し略、90°の冷間折曲げ加工を施している。
厚肉鋼板を使用する場合、前記隅角部には適当なＲを与
えて鋼板の冷間塑性加工による角部の材質の劣化に配慮
してはいるが、それにしても、鋼管の折曲げ隅角部では
鋼板の内側には圧縮応力が加えられ、外側は引張り応力
が生じて全体として板厚に肉やせの傾向が生じる上に、
局部に残留する応力が大きく、他の部分に比較して材質
的な劣化を免れ難く、繰返し応力に対して脆性破壊のお
それなしとしない。

上記現象は、鋼板の肉厚が大である程、折曲げの際の
Ｒの径が小である程、顕著に現われるから、肉厚角形鋼
管の隅角部のＲは、極端に小さくすることができない。

しかし、同径同大の鋼管については角形鋼管の断面
は、隅角部のＲが小さい程に、断面係数が大であって効
率がよいものとされている。

発明が解決しようとする課題 本発明の工法は、上述の従来工法に内在する問題点を
解決するために開発された新規なロールフォーミング工
法による、隅角部を避けてシームラインを施した大径角
形鋼管の連続した成形工法にかかり、これによって角形
鋼管の隅角部のＲを小さくできると共に、鋼板の冷間折
曲げ加工に基づく局部の材質上の劣化を可及的に防止す
ることができる加工法を提供することを目的とするもの
である。

課題を解決するための手段 本発明は、上記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してなる。

すなわち本発明は、厚肉のコイル状圧延鋼板を巻戻し
て、または一枚板鋼板を長手方向に搬送しながら、前記
の厚肉鋼板により成形されるべき大径角形鋼管の隅角部
相当個所を、それぞれ多段のフォーミングロールを通し
て折曲げ成形し鋼管を形成する工法において、前記鋼板
の折曲げ対象個所のみを、フォーミングロールの直前位
置で、あらかじめ鋼材の軟化温度付近まで局部加熱し、
熱間ロール成形を施すことで隅角部を避けてシームライ
ンを設けるに際し、隅角部相当個所の局部加熱および略
90°折曲げ加工は、前記鋼板の長手方向中心線に対して
対称位置において同時に、また、鋼板幅方向外側から内
側方向に順次に施されるようにした大径角形鋼管のロー
ル成形工法である。

作用 厚肉の帯状または一枚板鋼板を、多段のフォーミング
ロールの間を通して連続的に断面角形の鋼管を成形し、
前記鋼板側縁の長手方向のに伸びる突合わせ端面を仮付
け溶接、または本溶接して鋼管を形成した後、仮付けラ
インを有する鋼管については管内外面から同部を本溶接
し、同シームラインの品質を検査した後、歪矯正または
ローラを通して最終製品を得るようにしたワンシーム大
径角形鋼管のロール成形工法において、肉厚鋼板の折曲
げ対象個所を前記成形ロールに掛ける直前で、鋼材の軟
化点付近まで局部加熱し、その加熱温度が低下する前
に、成形ロールに掛け、結局、鋼板に熱間折曲げ加工を
施す。

その際に熱間折曲げ加工は、最初に鋼板幅方向外側の
二箇所において同時に略90°で行い、次いで鋼板幅方向
内側の二箇所において同時に略90°で行うことから、最
初の二箇所の局部加熱ならびに熱間折曲げ加工は、一枚
板鋼板の側縁を利用した位置決めなどにより精度よく行
うことができ、また次いでの二箇所の局部加熱ならびに
熱間折曲げ加工も、略90°に折曲げられた側辺の外面を
利用した位置決めなどにより精度よく行うことができ
る。これにより全体として、辺部分が膨れるようなこと
もなく、かつ精度のよい熱間折曲げ加工を行うことがで
きる。

前述した加熱手段は、鋼板の熱間折曲げに必要な個
数、位置に配置することが望ましく、これによってフォ
ーミングロールに掛かる鋼板の折曲げ加工反力を小さく
する事ができ、ロール、軸受および駆動機構、フォーミ
ングロールの段数またはフレーム等の機械的強度を大幅
に低下させ、それだけ設備を小型に設計することができ
る。なお、上述加熱手段に高周波誘導加熱装置を採用す
るときは、その周波数を選択して、鋼板の内側相当部を
主として局部加熱すれば、折曲げ隅角部の肉やせを防止
することができる。

前述鋼板の加熱手段は、高周波、中周波誘導加熱装置
またはガス燃焼加熱による加熱装置等を利用する。同加
熱手段は鋼板の片側面または両側面に対応して配置する
ことができ、また局部加熱であるため、鋼板の加熱に要
するエネルギーは比較的に小さくて済み、前記エネルギ
ー消費が製品コストに占める割合または、それに基いて
増加する角形鋼管の製造コストは小さい。

熱間ロール成形による鋼管の隅角部は、プレス機械に
よる冷間折曲げ加工の、それに較べて肉やせが生じ難い
上に、小さなＲにして折曲げても、それに基づく残留応
力が小なく、反って成形後に靱性と強度が増加するメリ
ットがある。

実施例 以下に、本発明工法を実施するための大径角形鋼管製
造ラインの概略および、その要部であるロールフォーミ
ング装置の構成について説明するが、同ラインについて
は本発明の出願当時の当業界における技術レベルに基き
各種の変形例があり得るから、格別の理由を示すことな
く本実施例の具体的構成のみによって本発明の要旨を限
定的に理解すべきではない。

第１図は、本発明工法を実施して、大径角形鋼管を製
造する設備の一例を示す概略配置図で、図において、厚
肉の熱間圧延コイルは巻戻し、矯正加工されながら左側
から搬送ローラ１によって連続的に繰出されつつ、その
両側縁を幅決め、開先加工機２に掛けられた後、多段に
設置された本実施例のロールフォーミングライン３（詳
細構造は後述する）を通り、ここで、大径角形鋼管を成
形するに当り、その隅角部を避けて溶接ラインが位置す
るよう折曲げた直後、その側縁突合せ部をメタルタッチ
の状態の下に、たとえば高周波抵抗溶接を利用した仮付
け溶接機４によって、連続的またはスポット溶接し、断
面角形形状を維持したまま搬送ローラ１に載って移送さ
れる中途で、図示してない切断機によって鋼管の長手方
向に直角に、所定長単位に切断する。

なお、上記の仮付け溶接には、そのほか高周波誘導溶
接、CO₂・Arガスシールド溶接、サブマージドアーク溶
接等の溶接手段を利用することができる。

前記ラインのスピードは、鋼材の突合わせ部の仮付け
工程もしくはロールフォーミングラインにおける鋼板の
隅角部相当部位の加熱時間によって制約されるにしても
比較的にスピードアップすることが可能である。

第一工程による大径角形鋼管の成形は、ここで終了
し、次に、ラインを異にして鋼管の仮付け溶接部に対す
る本溶接を行う。

これは厚肉鋼管素材の本溶接のスピードによって、鋼
管の折曲げ成形工程の能率を制約しないように配慮した
結果であって、本溶接を技術的に第一工程ラインの加工
スピード並に速くすることができれば、同ライン内に組
込むことは一向に差支えない。

第二工程において、鋼管内側溶接機５を利用した鋼管
仮付け溶接部の内面溶接は、もっぱら、その加工スピー
ドの関係から第一工程ラインから外れた個所で行われる
ため、鋼管の長手軸方向に直交して移動させる搬送手段
６によって、第一工程に連結されている。

ここでは、まず鋼管の端面に位置する仮付け溶接部分
にタブを溶接してから鋼管を、その中心軸の回りに180
℃回転させて、内面本溶接加工を上向きに施工できるよ
うにし、たとえば、サブマージドアーク溶接等を利用し
て厚肉鋼板を鋼管内周面から欠陥のないよう丁寧に溶接
する。

第二工程が終了した大径角形鋼管は、前記同様の搬送
手段６によって第三工程である鋼管外側溶接機７を利用
した鋼管仮付け溶接部の外面溶接ラインに移送され、こ
こで第二工程同様、鋼管を中心軸に対し180℃回転させ
て、本溶接部分を上向きに配置し、サブマージドアーク
溶接によって厚肉鋼板を鋼管の内外面から完全に溶接す
る。

第三工程と、搬送手段６によって連結された第四工程
の矯正機ラインでは、大径角形鋼管歪矯正機８を利用し
て、ワンシーム（一溶接ライン）大径角形鋼管の成形工
程に起因する内部応力によって必然的に生じる鋼管の歪
を可及的に矯正・除去し、次に図示されていない探傷
機、溶接検査器等による検査工程をパスした製品のみ、
最終製品として受領し、瑕疵のある製品で、手直しが可
能なものは、それぞれの部処によって、当該個所が補修
され、または、その部分だけ切除・廃棄して最終製品と
する。

第２図以下は、大径角形鋼管製造設備におけるロール
フォーミングライン３の技術に関する図を示し、第２図
は、一枚板鋼板からロールフォーミングによって断面角
形鋼管が成形される過程を示すフラワー図であって、実
線で示すものは、たとえば800mm径の角形鋼管の成形順
序、点線により示した図は400mm径の場合の角形鋼管
で、この際、一般的に大径のものの方が厚い鋼板が使用
されるが、それは板厚が略、12mm〜40mm、材質はSS40,S
M50等が使用される。

同図からみて、角形鋼管の成形は、中心線に対称に開
先加工縁近い隅角部相当個所から順次、行われることが
明らかである。したがって鋼板の折曲げ加工に基づいて
鋼板に対し、図でＸ軸方向の不均等な力は加わらない。
また、鋼板の隅角部相当個所の折曲げ加工前または加工
中途で、鋼板の一側または両側から、当該個所が軟化す
る程度（約700〜1000℃）の局部加熱を施すから、それ
だけ、鋼板の折曲げに要するエネルギーが小さくて済
み、そのためフォーミングロール、軸受、フレーム、加
工段数または、その駆動手段を小型化することができ
る。

第３図は、上記鋼板の折曲げ加工を実施するためのロ
ールフォーミングライン３の概略側面図で、各フォーム
に付された番号は、後述の第５図に示す各フォーミング
ロール段に付した番号と一致する。第４図は、その平面
図を示す。また第５図は、第３図または第４図における
各成形段における鋼板の折曲げ形状の段階的変化を示す
もので、図に付された番号と各フォーミングロール段の
変形量と対応する。

図中、１は鋼材の搬送ローラ、３はフォーミングロー
ルライン、４は鋼板突合わせ部の仮付け溶接機、９は高
周波誘導加熱コイル、10は折曲げ成形ロール機、11、12
は一対の折曲げロール（フォーミングロール）を示す。

前記高周波誘導加熱コイル９は、通常、折曲げ成形ロ
ール機10の前段、鋼板の折曲げ予定個所で前記鋼板の上
または下側面に近接し、かつフォーミングロールライン
３の適宜個所に分散、設置してある。本実施例では折曲
げ成形ロール機10に対して一段おきに高周波誘導加熱コ
イル９を設置し、厚肉鋼材が同コイルの近辺を移動する
時間内で前記鋼材を軟化温度に達する程度に加熱すると
共に、直ちに、これを一対の折曲げロール11、12の間に
移送して折曲げ、第５図に示す〜の形状の折曲げ工
程を順次経て、断面角形の鋼管に成形した後、鋼材の突
合わせ部を仮付け溶接機４によって仮付け溶接する。

第５図の図示における鋼板の折曲げ部に一対宛配置し
た加熱コイルは、高周波誘導加熱コイル９である。

第６図以下第10図は、ロールフォーミング工程中途に
おける複数個所の位置の主としてフォーミングロール形
状を示すものであって、 第６図は、ロールフォーミング第２段10-₃における一
対のフォーミングロール11-₃,12-₃の形状を示すもの
で、同ローラは鋼板の両側縁に近い隅角部相当個所を折
曲げ成形する。下段ローラ12-₃の一側には案内板13を取
付け、これによって折曲げ鋼板の側縁をガイドして、折
曲げ加工中、隅角部に肉やせが生じるのを防止し、かつ
成形鋼板のセンターが、ずれないように設計されてい
る。

以下に説明するフォーミングロールも同様であるが、
各一対のロール相互の間隔は、成形する鋼管のサイズに
合わせて調節可能に設けられる。

第７図は、ロールフォーミング第４段10-₅における一
対のフォーミングロール11-₅,12-₅の形状を示し、ここ
では前述の鋼板両側縁隅角部相当個所を、Ｒを付けて略
正確に90°折曲げ加工する。上段ローラ11-₅の両外側に
は、それぞれ案内ローラ14,14が付設され、その外周に
よって折曲げ鋼板の側縁を抑え、鋼板の折曲げ隅角部の
Ｒを、ローラ形状になじませると共に、折曲げ加工に基
づく鋼板の伸びの発生を防止し折曲げ鋼板のセンターを
確保する。このため鋼板折曲げ部Ｒに肉やせが生ぜず、
また、鋼板の局部加熱と相俟って、その板厚に比較して
Ｒを小にすることができるものとなる。

第８図は、ロールフォーミング第７段10-₈におけるフ
ォーミングロール11_-8、11_-8の形状を示すもので、同成
形段は鋼材のセンターに近い隅角部相当個所の折曲げ工
程のNo.3である為、上段ロールの回転軸と、折曲げ成形
済鋼板の両側縁である突合わせ端面とが互いに当接しな
いように、上段ロールの径は比較的に大でなければなら
ない。

第９図は、鋼管のロールフォーミング最終工程よりも
一段前のフォーミングロール11-₁₀,12-₁₀の形状を示
し、上段ロールは折曲げ鋼板の突合わせ開口部から鋼管
内側に伸びたアーム15の端部に軸支したフォーミングロ
ール11-₁₀から構成され、前記ロールと折曲げ鋼材の底
部下面を保持する形状を備えた下段のフォーミングロー
ル12-₁₀とによって、鋼材のセンターに近い側の隅角部
相当個所が折曲げ加工されるため、隅角部に肉やせが生
じない。勿論、前記隅角部に付されたＲは、第７図に図
示のフォーミングロール11-₅,12-₅によって折曲げられ
た隅角部のＲと同一でなければならない。

第10図はロールフォーミング装置最終段10-₁₁のフォ
ーミングロールの構造を示すもので、一対の側面成形ロ
ール16、鋼管底辺支持ロール17、一対の突合わせ縁に当
接する目違い修正ロール18、18によって、成形鋼管は四
周から押圧成型されて、正確な角形断面、隅角部Ｒを具
備する鋼管を形成し、その鋼板開先加工縁がメタルタッ
チの突合わせ部を構成して、その際、目違い修正ロール
18、18により、両端面は互いに一平面に構成され、直ち
に次工程の仮付け溶接機のもとに移送される。

以下、既知の大径角形鋼管の製造工程と同一の工程を
経て、完成品が得られる。

上述のロールフォーミング工程における、その他の作
用および効果については、さきの「作用」の項で述べた
ところと重複するから、説明を省略する。

発明の効果 本発明工法は、以上述べたとおりであるから、 （１）従来サイズの大径角形鋼管は勿論、従来の規格を
超えた、極厚肉大径角形鋼管をワンシームによって形成
することができ、需要増加が予想される高層建築物用コ
ラムの成形に対応する工法を実施することが可能であ
る。

（２）厚肉鋼板を使用していながら、鋼管の各隅角部の
ＲおよびＲ止まりを、比較的に小さく成形することがで
きる。

（３）その為、隅角部まで強度計算に組込むことがで
き、より断面係数が大きく、曲げおよび捻じり外力に対
しても強い。

このことは経済的設計が可能となるし、また、高層建
築物用コラムとしての需要が期待することができる。

（４）極厚肉鋼板を使用しているにもかかわらず、熱間
加工のため、折曲げによる隅角部の残留応力が軽減さ
れ、また折曲げ加工部の靱性および塑性変形能力が向上
する。

（５）また、熱間によるの鋼板折曲げ加工のため、フォ
ーミングロールのパワーが小さくて済み、それだけ設備
を小型にでき投資額が小さい。

（６）熱間加工のため、角形鋼管の材質上、隅角部と平
坦部との金属組織が比較的に均等化する。

（７）極厚肉鋼板を使用しているにもかかわらず、角形
鋼管の折曲げ隅角部に割れが生じるおそれがない。

（８）鋼管隅角部に肉やせが生じない。

（９）熱間折曲げ加工を、鋼板幅方向外側の二箇所にお
いて同時に略90°で行い、次いで鋼板幅方向内側の二箇
所において同時に略90°で行うことで、それぞれ容易に
かつ正確に位置決めして行うことができ、全体として、
辺部分が膨れるようなこともなく、かつ精度のよい熱間
折曲げ加工を行うことができる。

等々、従来の大径角形鋼管の成形工法では期待するこ
とができない、格別の作用および効果を奏するものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明工法を実施する大径角形鋼管の製造設
備のレイアウトの一例を示す平面配置図、第２図は、一
枚板鋼板からロールフォーミングによって角形鋼管を成
形する過程を示すフラワー図、第３図は、鋼板に折曲げ
加工を施すためのロールフォーミングラインの概略側面
図、第４図は、その平面図、第５図は、第２図同様に、
鋼板の折曲げ形状の段階的変化をロールフォーミングラ
インと対比して示す図、第６図以下第10図は、もっぱ
ら、上記ロールフォーミングライン中の適宜成形ロール
機におけるフォーミングロール形状を示す正面図であ
る。 １……搬送ローラ、２……幅決め、開先加工機、３……
ロールフォーミングライン、４……仮付け溶接機、５…
…鋼管内側溶接機、６……搬送手段、７……鋼管外側溶
接機、８……大径角形鋼管歪矯正機、９……高周波誘導
加熱コイル、10……折曲げ成形ロール機、11……折曲げ
ロール、12……折曲げロール、13……案内板、14……案
内ロール、15……アーム、16……側面成形ロール、17…
…鋼管底辺支持ロール、18……目違い修正ロール。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】厚肉のコイル状圧延鋼板を巻戻して、また
   は一枚板鋼板を長手方向に搬送しながら、前記の厚肉鋼
   板により成形されるべき大径角形鋼管の隅角部相当個所
   を、それぞれ多段のフォーミングロールを通して折曲げ
   成形し鋼管を形成する工法において、前記鋼板の折曲げ
   対象個所のみを、フォーミングロールの直前位置で、あ
   らかじめ鋼材の軟化温度付近まで局部加熱し、熱間ロー
   ル成形を施すことで隅角部を避けてシームラインを設け
   るに際し、隅角部相当個所の局部加熱および略90°折曲
   げ加工は、前記鋼板の長手方向中心線に対して対称位置
   において同時に、また、鋼板幅方向外側から内側方向に
   順次に施されるようにした大径角形鋼管のロール成形工
   法。