JP2852308B2 - 熱間成形を含む大径角形鋼管製造法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間成形を含む大径角
形鋼管の熱的二段階製造方法および装置にかかり、より
詳しくは、鋼帯または鋼板を、その長手方向に平行して
冷間塑性加工により断面丸形に成形し、その両側縁継目
を突合わせ溶接して大径丸鋼管を成形した後、複数段よ
りなる角形成形ロール装置に搬入して前記鋼管断面を、
順次、角形断面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、第１成形工程、第２成形工程
および第３成形工程に三分し、丸鋼管に対し、第１成形
工程において冷間塑性加工を施した後、同鋼管を第１成
形工程と第２成形工程との中間に設備した加熱装置に装
入して所定温度に加熱することにより、それ以前に鋼管
材に加えられた冷間塑性変形により発生した残留応力、
加工硬化等を除去し、角形鋼管の機械的性質を改善する
と共に、前記加熱温度が低下しないうちに、第２成形工
程に搬入して同鋼管を熱間塑性加工のもとに成形し、角
形近似断面に成形させた後、同鋼管を均等に冷却し、こ
れを第３成形工程に搬入して、残りの若干の成形を冷間
塑性加工により施し、規格どおりの角形断面の鋼管を成
形する一方、前記熱処理により鋼管に生じた歪み、捩じ
れ、曲がり等を矯正するようにして、鋼管に発生した残
留応力および、加工硬化を除去し、角形鋼管の機械的性
質を改善したことを特徴とする熱間成形を含む大径角形
鋼管の製造法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄骨構造物の柱材用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による量産方法の
一つとして、従来、略、次のような工法が実施されてい
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、その両側縁を幅決め加工する。 前記帯鋼板を、ブレークダウン、クラスター、フィン
パススタンド等の加工段に直列に通して、その間に鋼板
を順次、冷間ロール成形し、その直角断面を円形に近い
形状に成形し、 あるいは、一枚鋼板をＵＯプレス成形法により、断面
円形に近い形状に成形した後、

【０００３】帯鋼板および鋼板の両側継目を高周波溶
接法、アーク溶接法などを利用して溶接し、ワンシーム
丸鋼管を形成する。単位長の丸鋼管については、これを
長手軸方向端面相互を溶接してつなぎ、軸方向に長い丸
鋼管を形成し、 前記丸鋼管の溶接部を徐冷してから、サイザー、スケ
アリングスタンド、タークスヘッド等の工程を経て、断
面を順次、角形に成形し大径角形鋼管を製造する。 上述工法においては、いずれの場合にも、鋼管コーナー
部形成のために平坦ないし円弧状曲面の厚肉鋼板を成形
ロールなどを利用した冷間塑性加工によって、略、９０
゜曲げる工程が含まれている。

【０００４】ところで、鋼帯および鋼板を冷間で、略、
９０゜加工をした場合には、前記コーナー部の鋼帯およ
び鋼板断面における中立面を境にして、引張り力または
圧縮力が働きながら変形が行われるため、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
機械的特性が劣化し、当該部分に脆性破壊を生じる条件
が備わる。たとえば、冷間での曲げ加工により当該コー
ナー部鋼材に生じる加工硬化、高い残留応力、靭性の低
下などが相俟って、同部鋼材に対して冬期低温時に施し
た溶接作業に基づく局部材質の割れ、溶融亜鉛メッキ施
工の際の割れなど、が生じる場合がある。

【０００５】この種の大径角形鋼管を柱材として使用す
る鉄骨構造物、建築物等は一般に、一度施工した後は、
長期にわたり当該構造物に対して所定の荷重に安全に耐
えることが要求され、しかも、これらの柱材（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。殊に最近の建築物は、高層建築
が主流を占め、また、各部屋に冷暖房装置を設備すると
か、ＯＡ機器、電算機の類を装備するなど、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
る傾向にあるため、対策として厚肉大径鋼管をコラムと
して多用するようになっているので、前記冷間塑性加工
に基づく鋼材質の劣化の問題は、益々、無視できない状
況になりつつある。

【０００６】このような事情に鑑み、角形鋼管成形時に
おける冷間塑性加工に基づく厚肉鋼管材質の劣化が、改
めて問題視されている。そこで、近来、充分な靭性を備
え、残留応力の少ないコーナー部材質を備えた高品質の
大形角形鋼管を提供することを、需要者層から要望され
ている。

【０００７】冷間塑性加工による大径厚肉角形鋼管が内
包する、この種の材質的問題点を解決するために、従
来、メーカー側では、 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する加熱装置によ
り加熱した後、これを複数段の圧延機を通して熱間塑性
加工により断面角形に成形することが提案されている。
上記工法によるときは、製品の品質は良好であるが、鋼
管の両端部断面が形状不良になり、製品の歩留まりが悪
いとか、加熱、冷却時の鋼管に生じる熱応力歪を無視で
きないとか、鋼管を一本宛加工するので生産が低いとい
った問題点があった。

【０００８】別に成形済みの大径角形鋼管を焼鈍炉に
搬入し、鋼材中の残留応力を略、除去し、コーナー部材
質の靭性が改善されるまで全体的に加熱した後、これを
徐冷する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掛け、各種成
形ロールスタンドを通して冷間塑性加工により断面丸形
に成形し、高周波溶接法により両側縁継目を突合わせ溶
接して丸鋼管を形成した後、同鋼管をインラインで電気
エネルギー、ガスまたは油等の化石燃料により加熱し、
これを複数段の熱間成形ロール装置に通し、断面角形の
鋼管に成形して冷却し、製品を得る（たとえば、本出願
人が、さきに出願した、特願平２−１８０４９７号参
照）ことが考えられている。

【０００９】（ａ）上述工法は、加熱時の熱的不均一、
特に冷却時における不均一温度分布による鋼管の変形が
問題であり、これを無くするためには冷却ゾーンを充分
長くとり、鋼管を徐冷する必要がある。また、冷却時に
当って、丸鋼管と異なり冷却気流が鋼管コーナー部で乱
れて、周壁を均一に冷却することが困難になり、不均一
温度分布が生じ易い。そして、一旦、鋼管に変形が生じ
ると、それを矯正することは角形鋼管の場合、難しい。 （ｂ）さらに、熱間塑性加工に使用される成形ロール
は、ロール周面にスリップ疵が付き易く、耐用時間が短
いので熱間成形ロール段数が多いほどメンテナンスが面
倒である。

【００１０】（ｃ）ガス、油等の化石燃料を利用する加
熱炉を、インラインで設備する場合は、丸鋼管の成形ス
ピードが速い（高周波溶接法を用いて良好な溶接品質を
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、角形鋼管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、100 ｍ〜15
0 ｍの長さの加熱炉を設置するスペースが必要になり、
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、油等の化石燃料による丸鋼管の加熱
では、熱源を鋼管の内側に入れることができないため、
同鋼管を均一に加熱することがむずかしく、鋼管加熱の
温度管理の面で問題があり、これが、断面の成形形状、
歪みの発生に関係するので、結局、均等な品質の製品が
得られないこともあり得る。

【００１１】（ｄ）一方、電気エネルギーを利用した加
熱装置は、鋼管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制御が容易にできる
利点があるものの、電力コストが高く、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な場合があ
る。等々の技術的問題点があることが知られている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな事情を背景にして開発されたもので、角形鋼管の靱
性を改善し、残留応力を許容応力以下にすると共に、鋼
管全体の材質の劣化を回復して、均一、かつ、安定した
材質よりなる高品質の大径角形鋼管を製造する工法、装
置を提供することを目的とする。また、本発明の別の目
的は、従来、公知の製造装置に、オフライン、インライ
ンで熱処理装置を設備することにより、均一な材質の角
形鋼管を成形するようにした製法に内在する、上述問題
点を可及的に解決できる新規な手段を開発することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明工法は、以下に述べるとおりの各構成要件を
具備する。 （１） 鋼帯または鋼板を長手軸方向に直角断面で丸形
に成形し、その両側縁継目を突合わせ溶接して形成した
丸鋼管を、複数段よりなる角形成形ロール装置に搬送
し、丸鋼管断面を順次角形に成形する工程において、前
記複数段よりなる角形成形ロール工程を、第１成形工
程、第２成形工程および第３成形工程に三分し、その第
１成形工程と第２成形工程との中間に、丸鋼管を冷間塑
性加工した第１成形鋼管を加熱する加熱装置を設備し
て、同鋼管を所定温度に加熱すると共に、前記鋼管の加
熱温度が低下する前に同鋼管を第２成形工程に搬入して
熱間塑性加工を施し第２成形鋼管を成形し、また、第２
成形工程と第３成形工程の中間には、第２成形鋼管を均
等に冷却する冷却装置を設置して、同鋼管を徐冷または
強制冷却し、略、常温まで冷えた前記鋼管を第３成形工
程に搬入し、冷間塑性変形を施し、規格断面の角形鋼管
を成形することを特徴とする熱間成形を含む大径角形鋼
管製造法。

【００１４】（２） 鋼帯または鋼板を長手軸方向に直
角断面で丸形に成形し、その両側縁継目を突合わせ溶接
して形成する丸鋼管成形装置、前記丸鋼管断面を順次、
角形に冷間塑性加工する第１角形成形ロール装置、前記
第１角形成形ロール装置により成形された断面を有する
第１成形鋼管を所定温度で加熱する加熱装置、前記加熱
鋼管の温度が低下する前に同鋼管を搬入し、熱間塑性加
工により前記断面をより角形近似形状に成形する第２角
形成形ロール装置、前記第２成形ロール装置により成形
された断面を有する第２成形鋼管を均等に冷却する冷却
装置および同第２成形鋼管断面を規格どおりの角形形状
に冷間塑性加工をする第３成形ロール装置とよりなる熱
間成形を含む大径角形鋼管製造装置。

【００１５】

【作用】市場に流通している厚肉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材質の靭性の低下、残留応力の存
在、加工硬化等、材質の劣化による構造材の弱体化であ
る。 （１）上述のような事情に鑑み、本発明では、 冷間塑性加工により丸鋼管を成形した後、前記鋼管を
角形成形ロール装置に搬入し、第１成形ロール工程にお
いて冷間塑性加工のもとに同丸鋼管の断面を、第１成形
鋼管に成形する。その際の加工量は、丸形断面から規格
角形断面まで鋼管断面を変形させる全加工量の、略、１
／２以下であって、それに近い率とする。上記第１成形
ロール工程は、前述のように冷間塑性加工であるから、
同装置に装着した成形ロールの耐用時間が長く、そのメ
ンテナンスが簡単、容易である。また、第１成形ロール
工程は、丸鋼管成形工程に連続し、また、冷間塑性加工
のために、塑性変形による鋼管材の角形成形性が良い。

【００１６】前記第１成形鋼管を加熱装置に搬入し、
冷間塑性加工時に生じた残留応力、靭性の低下等を改善
できる程度の温度に、同鋼管を加熱する。上述加熱装置
は、電気エネルギーによる加熱装置、ガスまたは石油な
どの化石燃料を利用した加熱炉、あるいは両加熱手段を
複合した加熱装置を採用することができる。 （ａ）ただし、電気エネルギーによる高周波加熱装置の
みを用いるときは、加熱装置の設置スペースを大幅に節
減できるが、同装置をインラインで設備・稼働させる
と、大容量の電力を必要とするので電力供給側にも問題
があり、また、設備費、その他の投資額がかさむおそれ
がある。

【００１７】（ｂ）もっとも、複合加熱手段を利用すれ
ば、化石燃料のみによる加熱炉のスペースを相当量、狭
めることが可能で、しかも、全体的な加熱コストを低減
することもできる。 （ｃ）なお、上記加熱装置では、断面糸巻き形鋼管の四
隅部分のみを、重ねて局部加熱しても良い。これによっ
て、全体的には比較的に低温加熱であっても同コーナー
部をより加熱することで、次の第２成形ロール工程にお
けるコーナー部成形による局部鋼材の残留応力の増加、
靭性の低下を回避することができるし、加熱コストを低
減することができる。

【００１８】第１成形鋼管の前記加熱温度が低下しな
いうちに、同鋼管を第２成形ロール装置に搬入して、熱
間塑性加工のもとに、糸巻き形断面の第１成形鋼管断面
を、より角形に近い第２成形鋼管断面形状に成形する。
前記第２ロール成形工程は、前工程において鋼管断面が
角形に初期成形されているため、同ロール成形になじ
み、熱間加工によるコーナー部の変形が安定し、かつ、
正確に成形できる。また、熱間塑性変形であるため、材
質に再度、残留応力が増加することなく、靭性の低下も
生じない。その際の加工量は、丸形断面から規格角形断
面まで変形するときの全加工量の、略、１／２以下であ
って、それに近い率である。第２ロール成形工程終了迄
には、丸鋼管を角形断面鋼管に変形するための全加工量
の、略、８〜９割方の成形加工を終了する。

【００１９】要するに、丸鋼管から角形鋼管に変形さ
せる全加工量の、凡そ、８〜９割方は、実質的に熱処理
され、または熱間塑性加工のもとに施されているので、
これら鋼板の成形による鋼材の機械的性質の劣化は、比
較的に僅少である。しかも、同成形工程中、実質的な熱
間塑性加工のために当てられるロール段数が少ないか
ら、角形成形ロール装置の全工程が熱間塑性加工に当て
られているものに比べ、成形ロールのメンテナンスに余
分な労力を費やすことを要しない。熱間塑性加工が行わ
れる第２成形ロール装置の駆動動力は、比較的に少容量
のものであって良い。

【００２０】第２成形鋼管は、熱間塑性加工後、その
加熱温度が充分に下がらないうちに成形ロール装置から
離れて、直ちに冷却装置に搬入され、ここで可及的に均
等に常温付近まで冷却される。冷却装置には、たとえ
ば、搬送鋼管の周りから冷却空気を吹き付けるとか、霧
を噴射する機構を設備するとかし、また、必要に応じて
冷却水を噴射するなどの、鋼管の強制冷却手段を装備す
ることができる。前述の熱間加工、熱処理などに基づく
熱応力によって冷却後の鋼管に生じる歪みの総和は、上
記角形成形全加工量の数％程度を超えない。また、その
程度の歪みが生じることを許容する程度に冷却装置の冷
却スピードを制御・調整するようにして、装置のスペー
スの縮減を図る。

【００２１】常温程度に冷却された第２成形鋼管は、
次に、第３角形成形ロール装置に搬入し、ここで冷間塑
性加工により残りの若干の加工量を施して、同鋼管断面
を規格どおりの形状を備えた角形鋼管に成形する。上記
加工量の程度では、再度、コーナー部鋼材の靭性低下、
残留応力の増加現象は生じない。しかし、鋼材に対し冷
間塑性加工を施すことにより、同鋼板の機械的特性を向
上させ得る。また、熱処理などにより鋼管に生じた前記
数％程度の歪み、曲がり、捩じれ等を第３成形ロール工
程によって、自然に矯正される。第３成形加工量は、鋼
管の角形成形のため必要な全加工量に比較して少ない
（略、１〜２割程度）から、その成形ロール段数は、数
段で良い。これによって、鋼管断面コーナー部をシャー
プに形成でき、使い勝手が良く、見映えが良好な商品を
作成し、また、同一材料を用いて断面係数が大きな鋼管
を得る。

【００２２】第３成形ロール装置を経た角形鋼管は走
間切断機に搬送され、ここで可動ミーリングにより、規
格長に切断し、製品となる。もっとも、必要に応じて、
鋼管溶接部の探傷装置、歪み矯正機などの工程を経てか
ら市場に出荷することもある。本発明工法および装置
は、丸鋼管を冷間塑性加工により断面角形に成形する第
１成形工程の後に、同成形鋼管を全体的に鋼材のＡ₁ 変
態点またはＡ₃ 変態点近くまで加熱し熱処理を施すこと
により、鋼管コーナー部の残留応力を除去し、鋼材の靭
性を改善する一方、第２成形工程に搬送し、実質的に熱
間塑性加工を施して鋼管断面を略、角形近似形状に成形
した後、同鋼管を冷却してから、第３成形工程に装入す
るようにして、冷間塑性加工による最終成形（第３成形
工程）を施し、鋼管の熱処理歪みなどを矯正するように
した、均一で高品質な大径角形鋼管の成形工法を提供す
ると共に、経済的にも優秀な効果を奏し得る装置を開発
したものである。

【００２３】（２）本発明では、第１成形鋼管成形後、
加熱または鋼管コーナー部を重ねて部分加熱をするため
に、出力調整が容易で微妙な温度管理ができるけれど
も、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、比較的、大量に入手が可能で、コストの低い化石
燃料による加熱炉を利用するか、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
熱処理を施し、もって全体的に鋼管の焼鈍コストを低下
させ、鋼管材質の残留応力の除去、歪みの矯正に効果的
な熱処理が可能な工法を提供する。

【００２４】本発明工法において、インラインで高周
波加熱装置を設置する場合に、高周波抵抗溶接条件に準
ずれば、半成形鋼管をＡ₃ 変態点まで加熱する際に大容
量の電力を必要とする。そこで、第１成形ロール工程ま
でのスピードと、加熱装置以下の成形ロール工程スピー
ドとの間に差を設け、成形ロール工程を分離することに
よって良好な溶接品質が確保でき、さらに、経済的な加
熱装置を設置することができる。鋼管の加熱温度の上限
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、鋼管の加熱装置
は、電力エネルギーによる加熱を利用することができる
のは勿論である。

【００２５】また、インラインで、鋼管全体をＡ₃ 変
態点まで加熱するために、化石燃料を用いた加熱炉のみ
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場合には、上記の方
式を採用れば、化石燃料の加熱炉の場合にも、その設置
長さを適宜短縮することが可能になる。 鋼管全体または鋼管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
能である。

【００２６】しかも、比較的に熱処理コストを低減でき
ると共に、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
とができるなど、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。 たとえば、鋼管全体の加熱には化石燃料による加熱
を、コーナー部分の加熱には高周波加熱装置を利用する
ことにより、全体的な熱処理コストの低減を図ることが
できる。

【００２７】通常での丸鋼管を熱間成形する場合に較
べ、第１成形工程と第２成形工程との中間にて半成形鋼
管を加熱すれば、熱間成形ロール段数が少なくなり、成
形ロールおよび大気への放熱が減少し、被成形鋼管は全
体的に高温状態を維持しやすく、省エネが図れる。 要するに、第１角形成形工程までの冷間塑性加工によ
る半成形鋼管材の加工硬化、残留応力、靭性低下などの
材質の劣化を熱処理工程によって除去した上、その後の
相当量の工程を実質上熱間塑性加工によって成形するよ
うにしたので、残りの加工が僅少であって、鋼管の四隅
を略、90゜に曲げることにより生じる鋼管コーナー部材
質の加工硬化、残留応力、加工歪みなどが実用上、完全
に除去され、成形管材内に残留応力が存在するおそれが
ない。または、角形鋼管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、装置によれば、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。

【００２８】しかも、従来工法にみられるようなオフ
ラインにおいて、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
質的に鋼管鋼材を熱処理している割には、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、本発明工法および装置によれば、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。

【００２９】

【実施例】以下に、本発明工法および同工法を実施する
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。

【００３０】図１は、本発明工法および同工法を実施す
る大径角形鋼管の成形装置の一実施例ラインを示す概略
ブロック図で、図２は、前記装置の各工程に対応する厚
肉鋼板の成形、加工状態を示すものである。図中、材料
の搬送方向に沿って直線的に、１は、アンコイラーで、
コイル状厚肉鋼板11を巻き戻して、これをレベリングに
掛け、連続的に巻き取り歪みを矯正して平面帯鋼板12を
成形する。２は、鋼板幅決め装置で、前記平面帯鋼板12
の両側をトリミングカッターによって切断し、所要幅に
成形する。

【００３１】３は、丸鋼管成形ロール装置で、プリフォ
ーム、ブレークダウンロール、クラスター、フィンパス
ロール、高周波溶接装置４、スクイズロール等より成
り、前記帯鋼板12は、同装置を通過する間に、冷間塑性
加工により丸断面の電縫鋼管14に成形される。上記丸鋼
管14は、直径が637mmであって、板厚は、16mmであつ
た。５は、第１角形成形ロール装置で、三ないし六段よ
り構成され、ここに、外面ビード切削機、プルアウトロ
ールなどを経た丸鋼管14が装入され、同装置のロール段
を通過する毎に、鋼管断面を順次、丸断面から角形近似
断面に、冷間塑性加工により変形させる。第１角形成形
ロール工程を経た半（第１角形）成形鋼管15断面は、や
や、コーナー部が形成された外に凸の糸巻き形状を成
し、その断面上での上述コーナー部または溶接継手の位
相は確定している。要するに、前記冷間塑性加工によっ
て、鋼管に対し角形成形全加工量の略、50〜70％方を施
し、最終角形製品の鋼管断面形状の基礎成形を終了す
る。

【００３２】６は、加熱装置であって、本実施例では複
数段の高周波誘導加熱装置より成りエマージェンシイカ
ッターなどを経た、第１冷間成形鋼管15が、順次、搬送
され、同装置を通過する鋼管の直角断面内では、鋼材内
外面で、略、均一な温度分布に加熱され、加熱装置最終
段階での当該加熱温度は、前記角管成形時、同鋼材に残
留応力が残らず、靭性を改善できる程度の温度、鋼板の
材質もよるが略、500℃〜900 ℃の範囲に加熱されてい
る。上記装置が、高周波誘導加熱装置である場合には、
加熱コイルと鋼管表面との距離が、鋼管の周方向の総て
で同一でないと鋼管周面全体を均一温度に加熱すること
が困難であるため、加熱装置に装着する高周波コイルの
形を前記鋼管断面に応じて整形する必要があるかも知れ
ない。

【００３３】もっとも、鋼管コーナー部が加熱コイルに
近接していれば、コーナー部付近の鋼材が、より加熱さ
れるから、その現象を第２角形成形工程におけるコーナ
ー部の成形加工を良好に導く手段として利用することも
考えられる。もし、上記高周波誘導加熱装置に供給する
電力容量が、所望量だけ得られない場合には、加えて化
石燃料による加熱手段を施す複合加熱手段も採り得る
が、電縫管成形工程、第１角鋼管成形工程までの加工ス
ピードと、後の加熱工程、第２角鋼管成形工程以下の工
程との加工スピードとを分離することにより、高周波誘
導加熱装置の容量を電縫管成形スピードの拘束から開放
し、それに基づき、同加熱装置の容量を供給可能な電力
に応じて、設備可能な程度に縮小することもできる。

【００３４】ただし、それは上記装置に化石燃料による
加熱手段を付加することを妨げるものではない。鋼材の
板厚および搬送スピードに対する加熱装置の容量の大小
にもよるが、より高温加熱の方が冷間塑性加工時におけ
る鋼材の加工硬化および残留応力の除去、靭性の改善に
ついて実効があるが、鋼材表面に対する肌あれの程度
は、より低温加熱のほうが、良好に保持できることは当
然であるまた、熱処理コストも節減できる。

【００３５】７は、第２角形成形ロール装置で、実質上
の熱間塑性加工工程であって、その構成段は、たとえ
ば、三〜六段より構成され、同成形工程の鋼管断面に対
する加工量（度）は、前記全加工量の略、30〜50％で、
第２角形成形ロール工程を通過した後の成形鋼管断面形
状は、最終製品断面に比べて、略、５〜10％程度の加工
量を残している。すなわち、丸鋼管14断面から角形鋼管
19断面に成形する全加工量の90〜95％程度の加工量を当
該熱間塑性加工終了迄の間に施す。

【００３６】第１冷間成形鋼管15は、第２成形ロール工
程に掛かる前に加熱されており、高温のままで第２成形
ロール装置７に搬入されるから、そこでは実質上、熱間
塑性変形が行われ、当該角形成形に基づく材質の劣化は
生じない。この工程に使用される成形ロールには、加熱
鋼管15からの熱エネルギーが絶えず伝導・輻射するの
で、ロール、その他に対する冷却手段を設備しなければ
ならない。また、当該工程のロール部材は、ロール疵な
どが生じ易く耐用時間が比較的に短いから、ロール交換
作業、調整作業等の管理が容易である構造を設備をす
る。

【００３７】８は、第２熱間成形鋼管17の冷却装置で、
この冷却ゾーンでは搬入された前記鋼管17を、同一断面
内では、略、均等に、かつ、順次、長手軸方向に向かっ
て素早く冷却することが求められている。同冷却ゾーン
において、熱間成形および冷却装置の熱制御から外れた
不均一な温度分布によって、鋼管の軸方向の曲がり、断
面形状の歪み、板厚方向に対る凹み、ゆがみ等が生じる
としても、その大きさは上述全加工量の略、５％程度と
見てよい。また、冷却装置８における鋼管17の冷却スピ
ードは、略、上述程度の鋼材の変形を許容することを前
提とし、結局、その鋼管温度を略、室温近くまで冷や
す。この段階において、鋼管材は全体として、母材に近
い靭性を維持し、残留応力は殆どない状態を保持してい
る。

【００３８】９は、鋼管の第３成形ロール装置で、数段
よりなり（二段から三段）、ここにおける鋼管断面に対
する冷間における加工量は、さきに述べたように、全加
工量の略、５〜10％程度である。勿論、その際は、10％
を超えるか超えない程度の加工量であっても、これを排
除するものではない。要するに、冷間成形によって、再
度鋼材、特にコーナー部材質の劣化が目立って生じない
程度である必要がある。この冷間塑性加工によって、鋼
管断面形状を規格どおりの形状に成形し、コーナー材質
の劣化を招くことなく、当該部分をシャープに、たとえ
ば、略、Ｒ＝（２〜２．５）×ｔに成形する。 ただし、Ｒ＝外側曲率半径、ｔ＝鋼管素材の板厚

【００３９】かつ、冷却装置内において生じた熱応力に
基づく角形鋼管の捩じれ、断面変形、曲がりを自動的に
矯正する。同工程における加工量は、前記鋼管の歪発生
量をオーバーするものであるが、その冷間成形により、
再度、鋼管材質の劣化を招くことはないし、また、それ
以上の加工量は要求されない。さらに、冷間塑性加工に
より、熱処理で軟化した鋼材の機械的性質、特に降伏点
強さを高める。

【００４０】10は、切断機であって、走間切断機構を備
え、連続成形される厚肉大径角形鋼管の搬送スピードに
合わせてミーリングを移動させながら、前記成形鋼管を
長手軸方向規格長毎に切断して、単位の製品21とする。
20は、製品搬出テーブルであって、前記規格長鋼管を収
容、保管する。要すれば、角形鋼管の溶接継手、その他
の部分の探傷検査、歪矯正検査などを行った後、製品を
市場に出荷する。

【００４１】図２中、11は、熱間圧延コイル、12は、平
面を構成する厚肉帯鋼板、14は、丸鋼管断面、15は、第
１角形成形ロールにより加工された第１冷間成形鋼管、
17は、熱間塑性加工により成形された第２熱間成形鋼
管、19は、冷間塑性加工による最終成形角形鋼管断面
で、その大きさは、たとえば、500 mm角である。21は、
同型の製品を示している。以上のとおりであって、本実
施例における、その他の作用、効果の詳細は、さきに述
べた（作用）の項に詳説したとおりであるから、省略す
る。

【００４２】

【発明の効果】本発明工法および装置は、以上述べたと
おりであるので、 （１）冷間塑性加工により成形されている従来の大径角
形鋼管において問題視されている厚肉鋼管材質の加工硬
化、靭性の劣化を改善し、また、鋼材に生じた残留応力
を除去して許容量以下にすると共に、全体的に高品質の
大径角形鋼管を形成できる。 （２）最終段で若干量の冷間成形加工を施すことによ
り、材質の劣化を伴なうことなくコーナー部を可及的に
シャープにした角形鋼管を成形して、使い勝手を良好に
し、商品の見映えを良くする一方、同一鋼材を用いて、
より丈夫で商品価値の高い、かつ、品質の良い鋼管を提
供する。

【００４３】（３）５〜10％程度の最終段の冷間塑性加
工によって、半成形鋼管に生じた各種の歪みを矯正する
と共に、鋼材を加工硬化させ、その機械的強度を高め
る。 （４）その他、前述（作用）の項において述べた各効果
を奏する。 等々、従来公知の工法および装置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成形装置の
一実施例ラインのブロック図。

【図２】前記装置中の各工程に対応する鋼管、鋼材の断
面形状図。

【符号の説明】

１ アンコイラー ２ 鋼板幅決め装置 ３ 丸鋼管成形ロール(冷間) ４ 高周波溶接装置 ５ 第１角形成形ロール装置(冷間) ６ 加熱装置 ７ 第２角形成形ロール装置(熱間) ８ 冷却装置 ９ 第３角形成形ロール装置(冷間) 10 切断機 20 製品搬出テーブル 11 熱間圧延コイル 12 帯鋼板 13 丸鋼管 15 第１冷間成形鋼管 17 第２熱間成形鋼管 19 第３冷間成形鋼管 21 製品。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 598134835 中島 伸 東京都武蔵野市吉祥寺本町４丁目26番27 号 (72)発明者 中島 功雄 大阪府豊中市東豊中町１−11−５ (72)発明者 中島 拓 兵庫県伊丹市緑ケ丘３−70 (72)発明者 中島 教雄 静岡県袋井市小川町12−26 (72)発明者 中島 伸 東京都武蔵野市吉祥寺本町４−26−27 (56)参考文献 特開 昭61−115614（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−266913（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−97810（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−151117（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21C 37/15

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼帯または鋼板を長手軸方向に直角断面
   で丸形に成形し、その両側縁継目を突合わせ溶接して形
   成した丸鋼管を、複数段よりなる角形成形ロール装置に
   搬送し、丸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角形成形ロール工程を、第１成
   形工程、第２成形工程および第３成形工程に三分し、そ
   の第１成形工程と第２成形工程との中間に、丸鋼管を冷
   間塑性加工した第１成形鋼管を加熱する加熱装置を設備
   して、同鋼管を所定温度に加熱すると共に、前記鋼管の
   加熱温度が低下する前に同鋼管を第２成形工程に搬入し
   て熱間塑性加工を施し、第２成形鋼管を成形し、また、
   第２成形工程と第３成形工程の中間には、第２成形鋼管
   を均等に冷却する冷却装置を設置して、同鋼管を徐冷ま
   たは強制冷却し、略、常温まで冷えた前記鋼管を第３成
   形工程に搬入し、冷間塑性変形を施し、規格断面の角形
   鋼管を成形することを特徴とする熱間成形を含む大径角
   形鋼管製造法。
2. 【請求項２】 鋼帯または鋼板を長手軸方向に直角断面
   で丸形に成形し、その両側縁継目を突合わせ溶接して形
   成する丸鋼管成形装置、前記丸鋼管断面を順次、角形に
   冷間塑性加工する第１角形成形ロール装置、前記第１角
   形成形ロール装置により成形された断面を有する第１成
   形鋼管を所定温度で加熱する加熱装置、前記加熱鋼管の
   温度が低下する前に同鋼管を搬入し、熱間塑性加工によ
   り前記断面をより角形近似形状に成形する第２角形成形
   ロール装置、前記第２成形ロール装置により成形された
   断面を有する第２成形鋼管を均等に冷却する冷却装置お
   よび同第２成形鋼管断面を規格どおりの角形形状に冷間
   塑性加工をする第３成形ロール装置とよりなる熱間成形
   を含む大径角形鋼管製造装置。