JP3202145B2 - 大形角形鋼管ならびに大形丸形鋼管の製造方法 - Google Patents

大形角形鋼管ならびに大形丸形鋼管の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば建築用の柱材
に使用される正方体形状や直方体形状の大形角形鋼管の
製造方法、ならびに大形丸形鋼管の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、建築用の柱材などに使用される大
形角形鋼管は、たとえば特公昭58−13245 号公報に見ら
れる製造方法で得られていた。すなわち、この従来方法
は、一枚の厚肉鋼鈑を長さ方向に移送して両側の開先加
工を行ったのち、プレスにて、角形鋼管の四隅に相当す
る部分曲げ加工して角形鋼管近似の形状に成形し、次い
で近似角形鋼管を複数段の成形ロールに通して角形鋼管
形状に成形しつつ、開先突き合わせ面を順次仮付け溶接
し、次に開先部材内外面を自動溶接によって溶接したの
ち、歪み取りを行うことで、大形角形鋼管を得ていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記した冷間成形によ
り製造された大形角形鋼管によると、たとえば図5の内
面側硬さ分布グラフ図や、図6の外面側硬さ分布グラフ
図から分かるように、角部およびシーム溶接部の硬さが
平板部(母材)に比べてかなり高い値となる。このた
め、角部およびシーム溶接部の降伏強さが増大し、延性
の低下をきたすことになり、以て二次溶接などを施工す
る際に割れを引き起こす恐れがあることから、特別な管
理を必要とし、また機械的性質が不均一で残留応力が発
生していることから、切削加工などを容易に行えない。
【0004】また従来の大形角形鋼管によると、たとえ
ば図7の引張応力−伸び曲線比較図から分かるように、
角部、シーム溶接部および平板部の全てに降伏点が表れ
ないことから、局部的な応力分布がしばしば生じる構造
物の場合には、最大降伏比が80%を越えると、構造物と
しての局部的な伸び能力が低下し、破壊に至る危険性が
高くなる恐れがあり、特に耐震性が望まれる建築用に不
十分となる。
【0005】さらに従来の大形角形鋼管によると、特に
角部やシーム溶接部には降伏点に近い引張および圧縮残
留応力が発生しており、座屈強度は低いものになる。し
たがって、溶接施工、切断加工あるいは溶融亜鉛メッキ
処理などを実施する際に、これら残留応力の開放に伴っ
て生じる割れやコントロールできないような変形を引き
起こす恐れがある。
【0006】そして従来の大形角形鋼管によると、たと
えば図8の遷移曲線図から分かるように、特に角部は、
曲げ加工によって局部的に大きな靱性ひずみが残留する
ため、この箇所が著しく脆化し、遷移温度が常温をはる
かに越えることがあり、低温域において破壊に至る恐れ
がある。
【0007】本発明の目的とするところは、全断面が均
質で軟らかく、伸びがよく、しかも残留応力が殆どな
く、かつ十分な靱性を有する大形角形鋼管の製造方法、
ならびに大形丸形鋼管の製造方法を提供する点にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
第1発明の大形角形鋼管の製造方法は、大形角形鋼管に
見合う所定の径、板厚、長さの丸形鋼管を原管として、
この原管を加熱炉で加熱し、次いで加熱した原管を丸形
鋼管成形ミルで熱間成形して精製原管とし、そして精製
原管を角形鋼管成形ミルで熱間成形して大形角形鋼管と
し、この大形角形鋼管を冷却床で冷却したのち、冷却時
に発生した長手方向の大曲りを矯正装置により矯正し、
そして切断装置により端部の成形不良部分を切断除去し
ている。
【0009】また本第2発明の大形丸形鋼管の製造方法
は、大形丸形鋼管に見合う所定の径、板厚、長さの丸形
鋼管を原管として、この原管を加熱炉で加熱し、次いで
加熱した原管を丸形鋼管成形ミルで熱間成形して大形丸
形鋼管とし、そして大形丸形鋼管を冷却床で冷却したの
ち、冷却時に発生した長手方向の大曲りを矯正装置によ
り矯正し、そして切断装置により端部の成形不良部分を
切断除去している。
【0010】
【作用】上記した本第1発明の構成によると、加熱炉で
加熱した原管を、丸形鋼管成形ミルで熱間成形して、最
終の大形角形鋼管が所定の寸法で仕上がる直径の精製原
管とし、そして精製原管を角形鋼管成形ミルで熱間成形
して、平板部が膨らみ状の大形角形鋼管とし、この大形
角形鋼管を冷却床で冷却して平板部を直状に収縮させた
のち、冷却時に発生した長手方向の大曲り、すなわち基
準値以上にある曲がりを矯正装置により矯正し、そして
切断装置により端部の成形不良部分を切断除去すること
で、所定の板厚、長さの大形角形鋼管を得ている。
【0011】また本第2発明の構成によると、加熱炉で
加熱した原管を、丸形鋼管成形ミルで熱間成形して大形
丸形鋼管とし、そして冷却床で冷却したのち、冷却時に
発生した長手方向の大曲り、すなわち基準値以上にある
曲がりを矯正装置により矯正し、そして切断装置により
端部の成形不良部分を切断除去することで、所定の径、
板厚、長さの大形丸形鋼管を得ている。
【0012】
【実施例】以下に本発明の一実施例を図1〜図4に基づ
いて説明する。図1に示すように、大形角形鋼管を製造
するに当たり、この大形角形鋼管に見合う所定の径、板
厚、長さの丸形鋼管が、原管(母管)1として搬入床10
上に準備される。ここで原管1は、高周波溶接やアーク
溶接などによるシーム溶接部2を有する状態で製造され
ているが、これはシームレスの原管1であってもよい。
搬入床10はローラコンベヤ形式であって、複数本の原管
1を平行させて支持し、そして長さ方向に対して横方向
へと搬送させる。
【0013】搬入床10の終端部に搬送された原管1は、
ローラコンベヤ形式の加熱部コンベヤ11に受け取られ、
そして長さ方向に搬送される。次いで原管1は、加熱炉
12内に搬入され、この加熱炉12内での搬送中に723 ℃〜
950 ℃(A3 変態点以上)で高温加熱される。加熱炉12
に対しては、原管1が順次搬入されるのであり、その際
に原管1の端面間に間隔Lを置くことで、加熱時の原管
1の伸びや搬送速度差によって端面どうしが接触(衝
突)などすることを防止し得る。なお間隔Lが長過ぎた
ときには効率が悪いものとなり、したがって間隔Lは50
0mm 以下に制御される。
【0014】所定の温度に加熱された原管1は、加熱炉
12内から搬出され、そして溶接シーム位置調整装置15へ
搬入される。この溶接シーム位置調整装置15は、支持ロ
ール16や押えロール17などにより構成され、これらロー
ル16,17を介して原管1を管軸心の回りに回転させて、
シーム溶接部2の位置を一定の方向に揃える。この一定
の方向とは、最終の大形角形鋼管を得たとき、シーム溶
接部2を常に平板部の中央付近に存在させる位置とな
る。なお、シームレスの原管1が搬送されてきたとき、
この溶接シーム位置調整装置15の部分はパスされ、また
シームレスの原管1のみを使用する場合、溶接シーム位
置調整装置15による工程は削除される。
【0015】溶接シーム位置調整装置15からの原管1
は、丸形鋼管成形ミル20に搬入される。ここでは、複数
のサイジングロール21などを介して原管1を絞り状に熱
間成形させるもので、最終の大形角形鋼管(製品)が所
定の寸法で仕上がるように、原管1を所定の直径に精製
する。ここで丸形鋼管成形ミル20は前後で二段に配設さ
れているが、これは一段または二段以上であってもよ
い。
【0016】丸形鋼管成形ミル20の周辺で、必要する箇
所(丸形鋼管成形ミル20の前後、前のみ、後ろのみ、ス
タンド間など)には、必要とする数のデスケーラー装置
23が設けられている。このデスケーラー装置23は、精製
原管1Aに対して水圧をかけた水を噴射するもので、こ
の水噴射によりミルスケールなどを除去し、表面肌を良
くし得る。
【0017】このようにして丸形鋼管成形ミル20群によ
り精製された精製原管1Aは、角形鋼管成形ミル25に搬
入される。ここでは、複数のつづみ形ロール26などを介
して最終の熱間成形(成形温度A3 変態点以上)を行う
もので、その際に熱間成形直後の大形角形鋼管3は、図
4のAに示すように、各平板部3aがつづみ面に沿った
外方への円弧面に成形されている。なお角形鋼管成形ミ
ル25は前後で二段に配設されているが、これは一段また
は二段以上であってもよい。
【0018】このようにして熱間成形された大形角形鋼
管3は、加熱部コンベヤ11から冷却床28に受け取られ
る。この冷却床28はローラコンベヤ形式であって、複数
本の大形角形鋼管3を平行させて支持し、そして長さ方
向に対して横方向へと搬送させる。この冷却床28での搬
送中に、大形角形鋼管3は空冷形式で除冷される。この
除冷により大形角形鋼管3は、各平板部3aが収縮さ
れ、以て図4のBに示すように円弧面が直状面となり、
また角部3bのRはシャープとなって、断面係数が高く
なる。
【0019】冷却床28での大形角形鋼管3群の搬送は、
隣接した大形角形鋼管3の間を離した状態で、または隣
接した大形角形鋼管3どうしを接触させ両側よりクラン
プした状態で搬送される。これにより大形角形鋼管3
は、同じ雰囲気温度下で除冷されることになり、以て冷
却時の曲がりを少なくし得る。
【0020】冷却床28の終端に達した大形角形鋼管3
は、ローラコンベヤ形式の第1搬送コンベヤ29に受け取
られ、そして長さ方向に搬送される。次いで大形角形鋼
管3は図2に示すように矯正装置30に搬入され、ここ
で、冷却時に発生した長手方向の大曲り、すなわち基準
値以上にある曲がりが矯正される。なお曲がりが基準値
以下である大形角形鋼管3は、矯正装置30による矯正を
パスしてもよいし、すべてを矯正装置30により矯正して
もよい。
【0021】矯正装置30を通った大形角形鋼管3は、第
1搬送コンベヤ29からローラコンベヤ形式の中継床32に
移され、そして長さ方向に対して横方向へと搬送され
る。この中継床32の終端に達した大形角形鋼管3は、ロ
ーラコンベヤ形式の第2搬送コンベヤ33に受け取られ、
そして長さ方向に搬送される。この搬送中において大形
角形鋼管3は、まず先端切断装置35によって、成形時に
生じた先端(一端)の成形不良部分が切断除去され、次
いで後端切断装置36によって後端(他端)の成形不良部
分が切断除去され、以て所定寸法でかつ全長に亘って精
度のよい大形角形鋼管(製品)3にし得る。
【0022】このように成形された大形角形鋼管3は、
図3に示すように、第2搬送コンベヤ33からローラコン
ベヤ形式の洗浄床38に移され、そして長さ方向に対して
横方向へと搬送される。この搬送中において大形角形鋼
管3は、洗浄装置40における外面洗浄ノズル41や内面洗
浄ノズル42から噴射される洗浄水により、各工程(加
熱、成形、冷却、矯正、切断など)においてその内外面
に付着しているスケール、ゴミ、切り粉などが洗浄除去
される。
【0023】そして大形角形鋼管3は、洗浄床38からロ
ーラコンベヤ形式の第3搬送コンベヤ44に移され、長さ
方向に搬送される。この搬送中において大形角形鋼管3
は、防錆装置45を通り、以て保管中または使用中に錆が
でないように防錆処理される。その後に大形角形鋼管3
は、第3搬送コンベヤ44からローラコンベヤ形式の搬出
床46に移され、そして長さ方向に対して横方向へと搬送
されるとともに、密状でストレージされる。
【0024】以上のようにして、丸管から角管への成形
を熱間成形することで製造した大形角形鋼管3は、たと
えば図5の内面側硬さ分布グラフ図や、図6の外面側硬
さ分布グラフ図から分かるように、平板部3a、角部3
bおよびシーム溶接部2など全断面に亘って機械的性質
がほぼ均質となる。このため、角部3bおよびシーム溶
接部2の降伏強さは低下し、延性を増大させることにな
り、以て二次溶接などは特別な管理を必要とすることな
く施工し得、また機械的性質が均一であることから、切
削加工などを容易に行える。
【0025】また熱間成形した大形角形鋼管3による
と、たとえば図7の引張応力−伸び曲線比較図から分か
るように、平板部3a、角部3bおよびシーム溶接部2
の全てに降伏点が現れ、降伏比は規格値80%をはるかに
下回り、安定しており、十分な伸び能力を有している。
したがって、局部的な応力分布がしばしば生じるところ
の、たとえば建築用の柱材として採用したとき、ぜい性
破壊に至る危険性が低くなり、特に耐震性が望まれる建
築用の柱材として理想的な材料特性となる。
【0026】さらに熱間成形した大形角形鋼管3による
と、平板部3a、角部3b、シーム溶接部2など、全て
に亘って引張および圧縮残留応力が殆どなく、以て高い
座屈強度が得られる。したがって、溶接施工、切断加工
あるいは溶融亜鉛メッキ処理などを実施する際に、割れ
やコントロールできないような変形は発生しない。
【0027】そして熱間成形した大形角形鋼管3による
と、たとえば図8の遷移曲線図から分かるように、平板
部3a、角部3b、シーム溶接部2の全てに亘って原板
と同じような遷移曲線を示し、低温域でも十分な靱性を
有することになる。
【0028】図9は本発明の別の実施例を示す。すなわ
ち前実施例の異なるところは、丸形鋼管成形ミル20で熱
間成形した精製原管を大形丸形鋼管5として冷却床28に
取出している。そして冷却床28にて除冷したのち、前実
施例と同様に、矯正装置30、中継床32、切断装置35,3
6、洗浄床38、洗浄装置40、防錆装置45へと搬送され、
搬出床46にストレージされるものである。
【0029】このようにして熱間成形した大形丸形鋼管
5は寝前述した大形角形鋼管3と同様な性状を有するも
のである。
【0030】
【発明の効果】上記構成の本第1発明によると、熱間成
形により、全断面が均質で軟らかく、伸びがよく、しか
も残留応力が殆どなくて高い座屈強度を得られるととも
に、二次溶接性に優れ、かつ十分な靱性を有し、さらに
曲がりが基準値以内の大形角形鋼管を製造でき、特に建
築用の柱材として好適な大形角形鋼管を提供できる。
【0031】また上記構成の本第2発明によると、同様
な性状の大形丸形鋼管を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示し、大形角形鋼管の製造
方法における熱間成形までの工程斜視図である。
【図2】同大形角形鋼管の製造方法における後処理部分
の工程斜視図である。
【図3】同大形角形鋼管の製造方法における洗浄部分の
工程斜視図である。
【図4】同大形角形鋼管の製造方法で製造された大形角
形鋼管を示し、Aは成形直後、Bは冷却後の正面図であ
る。
【図5】同従来品と比較した内面側の硬さ分布グラフ図
である。
【図6】同従来品と比較した外面側の硬さ分布グラフ図
である。
【図7】同従来品と比較した引張応力−伸び曲線比較図
である。
【図8】同従来品と比較した遷移曲線図である。
【図9】本発明の別の実施例を示し、大形丸形鋼管の製
造方法における熱間成形までの工程斜視図である。
【符号の説明】
1 原管(丸形鋼管) 1A 精製原管 2 シーム溶接部 3 大形角形鋼管 3a 平板部 3b 角部 5 大形丸形鋼管 12 加熱炉 15 溶接シーム位置調整装置 20 丸形鋼管成形ミル 23 デスケーラー装置 25 角形鋼管成形ミル 26 つづみロール 28 冷却床 30 矯正装置 35 先端切断装置 36 後端切断装置 38 洗浄床 40 洗浄装置 45 防錆装置 46 搬出床
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21C 37/08 B21C 37/15

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 大形角形鋼管に見合う所定の径、板厚、
    長さの丸形鋼管を原管として、この原管を加熱炉で加熱
    し、次いで加熱した原管を丸形鋼管成形ミルで熱間成形
    して精製原管とし、そして精製原管を角形鋼管成形ミル
    で熱間成形して大形角形鋼管とし、この大形角形鋼管を
    冷却床で冷却したのち、冷却時に発生した長手方向の大
    曲りを矯正装置により矯正し、そして切断装置により端
    部の成形不良部分を切断除去することを特徴とする大形
    角形鋼管の製造方法。
  2. 【請求項2】 大形丸形鋼管に見合う所定の径、板厚、
    長さの丸形鋼管を原管として、この原管を加熱炉で加熱
    し、次いで加熱した原管を丸形鋼管成形ミルで熱間成形
    して大形丸形鋼管とし、そして大形丸形鋼管を冷却床で
    冷却したのち、冷却時に発生した長手方向の大曲りを矯
    正装置により矯正し、そして切断装置により端部の成形
    不良部分を切断除去することを特徴とする大形丸形鋼管
    の製造方法。
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