JP4260169B2

JP4260169B2 - 角形鋼管の製造方法および角形鋼管の製造設備

Info

Publication number: JP4260169B2
Application number: JP2006130911A
Authority: JP
Inventors: 伸中島; 教雄中島; 拓中島; 功雄中島
Original assignee: ナカジマ鋼管株式会社
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: JP2007301586A

Description

本発明は、たとえば鉄骨構造物の鋼管柱（支柱）として使用される角形鋼管の製造方法および製造設備に関するものである。

従来、この種の鋼管柱（支柱）としては、熱間成形した角形鋼管が好適なものとして採用されている。そして熱間成形により角形鋼管を得るものとしては、次のような構成が提供されている。すなわち、プレス成形や溶接などにより製作された多角中空鋼管が準備され、この多角中空鋼管は最終製品に対して、幅寸法は広い寸法に成形されるとともに、角部の曲率半径は大きい半径に成形されている。このようにして製作された多角中空鋼管を、加熱炉にて高温加熱したのち、角形鋼管成形機により熱間成形して四角形鋼管（最終製品）を得ている。

その際に熱間成形は、まず前段角形鋼管成形機において４辺の平板部にそれぞれつづみ形ロールを作用させて絞り成形し、そして後段角形鋼管成形機において４辺の平板部にそれぞれ平形ロールを作用させて絞り成形することで行っている。すなわち絞りながら熱間成形することで、多角中空鋼管に対して、幅寸法を狭くし、また角部の曲率半径を小さくした四角形鋼管（最終製品）を得ている（たとえば、特許文献１参照。）。
特開平９−９９３２４号公報（第３−４頁、図１、図４）

しかし上記した従来構成によると、４辺の平板部にそれぞれつづみ形ロールや平形ロールを作用させて絞り成形することで、すなわち４方向から同時に加圧して絞り成形することで、角部には平板部側への引っ張り力が作用することになる。これにより角部は、多角中空鋼管時における角部の厚さよりも薄い状態に成形されることになり、したがって、最終製品の強度などを十分に考慮して、多角中空鋼管の厚さなどを設定する必要がある。また四角形鋼管（最終製品）を鉄骨構造物の鋼管柱（支柱）として使用したときなどで、縦方向の圧力が、４辺の平板部のうちの１辺に大きく偏荷重状に加わったとき、この１辺が横方向に変形する座屈現象を起こす恐れがあり、したがって、最終製品の座屈などを十分に考慮して厚さなどを設定する必要がある。

そこで本発明の請求項１記載の発明は、角部の厚さを充分に確保し得るとともに、座屈に充分に対抗し得る角形鋼管の製造方法を提供することを目的としたものである。
また請求項３記載の発明は、請求項１の製造方法を好適に実現し得る角形鋼管の製造設備を提供することを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の角形鋼管の製造方法は、４辺の平板部と４箇所のコーナ部とからなり、最終製品形状におけるコーナ部の外面曲率半径よりも大きい外面曲率半径でかつ最終製品形状における外寸に対して長い外寸として半成形されている粗成角形鋼管を、加熱手段によって全体加熱し、この加熱された粗成角形鋼管を長さ方向に搬送しながら成形手段によって絞り状に熱間成形するに、成形手段では、左右一対の成形ロールによる左右絞り成形と上下一対の成形ロールによる上下絞り成形とを、交互状でかつそれぞれ複数段絞り状に行うことで、４箇所のコーナ部の厚さを粗成角形鋼管時の板厚に対して薄くすることなく、かつ４辺の平板部の最大厚さを４箇所のコーナ部の厚さに対して厚くして熱間成形することを特徴としたものである。

したがって請求項１の発明によると、成形手段では、左右一対の成形ロールによる左右絞り成形と、上下一対の成形ロールによる上下絞り成形とを、交互状にかつそれぞれ複数段に、すなわち徐々（段階的）に絞り状に行うことで、４箇所のコーナ部に対して常に圧縮力を作用させての熱間成形となり、以て角形鋼管は、４箇所のコーナ部の厚さを粗成角形鋼管時の板厚に対して薄くすることなく、すなわち所定の板厚を充分に確保（維持）した状態とし、かつ外面曲率半径を小さい状態とし得る。さらに、左右絞り成形と上下絞り成形とを、交互状にかつそれぞれ複数段に、すなわち徐々（段階的）に絞り状に行うことで、４辺の平板部を徐々に増肉し得、以て角形鋼管は、４辺の平板部の最大厚さを４箇所のコーナ部の厚さに対して厚くし得ることで、横方向に変形する座屈に充分に対抗し得る強度を確保し得る。

また本発明の請求項２記載の角形鋼管の製造方法は、上記した請求項１記載の構成において、左右絞り成形時には、必要以上に上下外方に変形することが規制され、上下絞り成形時には、必要以上に左右外方に変形することが規制されることを特徴としたものである。

したがって請求項２の発明によると、左右絞り成形と上下絞り成形とを交互状にかつそれぞれ複数段とした熱間成形を、必要以上に外方に変形することなく行えることになる。
そして本発明の請求項３記載の角形鋼管の製造設備は、４辺の平板部と４箇所のコーナ部とからなり、最終製品形状におけるコーナ部の外面曲率半径よりも大きい外面曲率半径でかつ最終製品形状における外寸に対して長い外寸として半成形されている粗成角形鋼管を熱間成形する角形鋼管の製造設備であって、粗成角形鋼管を全体加熱する加熱手段と、この加熱された粗成角形鋼管を長さ方向に搬送しながら熱間成形する成形手段とからなり、この成形手段は、左右一対の成形ロールからなる左右絞り成形部と、上下一対の成形ロールからなる上下絞り成形部とを、交互状にかつそれぞれ複数段に設けて構成されていることを特徴としたものである。

したがって請求項３の発明によると、加熱手段により全体加熱した粗成角形鋼管に対して、成形手段において、左右絞り成形部における左右一対の成形ロールによる左右絞り成形と、上下絞り成形部における上下一対の成形ロールによる上下絞り成形とを、交互状にかつそれぞれ複数段に、すなわち徐々（段階的）に絞り状に行うことで、４箇所のコーナ部に対して常に圧縮力を作用させての熱間成形を行えることになる。

さらに本発明の請求項４記載の角形鋼管の製造設備は、上記した請求項３記載の構成において、左右絞り成形部には、左右絞り成形時に必要以上に上下外方に変形した平板部分が当接自在な上下規制ローラが設けられ、上下絞り成形部には、上下絞り成形時に必要以上に左右外方に変形した平板部分が当接自在な左右規制ローラが設けられていることを特徴としたものである。

したがって請求項４の発明によると、左右絞り成形と上下絞り成形とを交互状にかつそれぞれ複数段とした熱間成形を行う際に、必要以上に外方に変形することを上下規制ローラや左右規制ローラにより規制し得る。

上記した本発明の請求項１によると、成形手段では、左右一対の成形ロールによる左右絞り成形と、上下一対の成形ロールによる上下絞り成形とを、交互状にかつそれぞれ複数段に、すなわち徐々（段階的）に絞り状に行うことで、４箇所のコーナ部に対して常に圧縮力を作用させての熱間成形を行うことができ、以て角形鋼管は、４箇所のコーナ部の厚さを粗成角形鋼管時の板厚に対して薄くすることなく、すなわち所定の板厚を充分に確保（維持）した状態にでき、かつ外面曲率半径を小さい状態にできる。さらに、左右絞り成形と上下絞り成形とを、交互状にかつそれぞれ複数段に、すなわち徐々（段階的）に絞り状に行うことで、４辺の平板部を徐々に増肉でき、以て角形鋼管は、４辺の平板部の最大厚さを４箇所のコーナ部の厚さに対して厚くできることで、横方向に変形する座屈に充分に対抗し得る強度を確保でき、以て鉄骨構造物の鋼管柱として好適に採用できる。

また上記した本発明の請求項２によると、左右絞り成形と上下絞り成形とを交互状にかつそれぞれ複数段とした熱間成形を、必要以上に外方に変形することなく行うことができる。

そして上記した本発明の請求項３によると、加熱手段により全体加熱した粗成角形鋼管に対して、成形手段において、左右絞り成形部における左右一対の成形ロールによる左右絞り成形と、上下絞り成形部における上下一対の成形ロールによる上下絞り成形とを、交互状にかつそれぞれ複数段に、すなわち徐々（段階的）に絞り状に行うことで、４箇所のコーナ部に対して常に圧縮力を作用させての熱間成形を行うことができ、以て請求項１の製造方法を好適に実現できる。

さらに上記した本発明の請求項４によると、左右絞り成形と上下絞り成形とを交互状にかつそれぞれ複数段とした熱間成形を行う際に、必要以上に外方に変形することを上下規制ローラや左右規制ローラにより確実に規制でき、また規制ローラとしは小径で安価なものを採用できる。
［実施の形態１］
以下に、本発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。

図１、図４に示されるように、４辺の平板部１Ａと４箇所のコーナ部１Ｂとからなる長尺の粗成角形鋼管１が準備される。この粗成角形鋼管１は、所定の板厚ｔでかつ各コーナ部１Ｂの外面が最終製品形状における角形鋼管のコーナ部の外面曲率半径ｒよりも大きい外面曲率半径Ｒに成形されている。そして粗成角形鋼管１は冷間成形され、その際に一つの平板部１Ａに、突き合わせ溶接による突き合わせ溶接部２が形成されている。さらに粗成角形鋼管１は、最終製品形状における外寸Ｗに対して長い外寸ＬＷとして半成形されている。

この粗成角形鋼管１は、図２、図３に示されるように、搬入床１１に渡されて搬送される。この搬入床１１の終端部に搬送された粗成角形鋼管１は、ローラコンベヤ（搬送手段の一例）１２に渡され、このローラコンベヤ１２により形成される搬送経路１２ａ上で搬送される。この搬送経路１２ａ中には、前記粗成角形鋼管１をＡ_３変態点（たとえば８５０〜１０５０℃）以上に全体加熱する加熱手段１５と、加熱された粗成角形鋼管１を正規の寸法かつ形状に熱間成形する成形手段２０とが配設されている。

すなわち加熱手段１５は、粗成角形鋼管１を加熱炉１６に入れての燃焼加熱方式であって、その加熱炉１６における前後方向の両端には、貫通孔により搬入口や搬出口が形成され、そして搬入口や搬出口には、それぞれ開閉扉１７が設けられている。前記加熱炉１６の一側下部でかつローラコンベヤ１２のローラ間の中間位置に下部加熱バーナー１８が配設され、そして、加熱炉１６の他側上部でかつ前記下部加熱バーナー１８に対して千鳥状に対峙する位置には上部加熱バーナー１９が配設されている。以上の１６〜１９などにより加熱手段１５の一例が構成される。

前述したように、搬入床１１の終端部に搬送された粗成角形鋼管１は、ローラコンベヤ１２に渡され、このローラコンベヤ１２により加熱手段１５の加熱炉１６に搬入される。この粗成角形鋼管１は、加熱炉１６内にて搬送経路１２ａ上で搬送されながら、各バーナー１８，１９の燃焼熱によって外面側から徐々に均一的に加熱Ｈされる（図４参照）。その際に加熱Ｈは、粗成角形鋼管１の全体がＡ_３変態点以上になるように行われる。このようにして、Ａ_３変態点以上の温度に加熱された粗成角形鋼管１を、開閉扉１７を開動させることで、搬出口を通して加熱炉１６から成形手段２０へと搬出し得る。そして粗成角形鋼管１の終端が完全に搬出されたときに、搬出口の開閉扉１７が閉動される。

上述したように、加熱手段１５によって加熱された粗成角形鋼管１は、長さ方向に搬送されながら成形手段２０に渡され、この成形手段２０によって正規の寸法かつ形状に絞り状に熱間成形される。ここで成形手段２０は、図１〜図３に示されるように、始端案内部２１と終端整形部３５との間に、左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄと上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄとが交互状にかつそれぞれ４段（複数段）に設けられることで構成されている。

すなわち始端案内部２１は、図１〜図３、図５に示されるように、左右一対のガイドロール２２と上下一対のガイドロール２３とが、機枠２４側に対して位置調整自在に、または交換自在に設けられることで構成されている。そしてガイドロール２２，２３群によって、搬送経路１２ａ上で搬送されてきた粗成角形鋼管１の位置決め案内を行うものであり、その際に粗成角形鋼管１の整形（成形）が行われることもある。

前記左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄは、図１〜図３、図６に示されるように、それぞれ左右一対の成形ロール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄから構成される。そして、左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄにおいては、左右一対の成形ロール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄによって、左右絞り成形が複数段絞り状で行われるように構成されている。その際に各左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄには、小径の上下規制ローラ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄが設けられている。ここで上下規制ローラ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄは、成形ロール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに対してロール軸心を前後に少し変位させた前後の２箇所に、それぞれ上下一対に配設されている。なお、成形ロール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄや上下規制ローラ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄは、機枠３４側に対して位置調整自在に、または交換自在に設けられている。

したがって、前述したような左右一対の成形ロール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄによる左右絞り成形時に、必要以上に上下外方に変形した平板部分１ａが上下規制ローラ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄに当接されることで、それ以上に変形することが規制されるように構成されている。

前記上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは、図１〜図３、図７、図８に示されるように、それぞれ上下一対の成形ロール３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄから構成される。そして、上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄにおいては、上下一対の成形ロール３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄによって、上下絞り成形が複数段絞り状に行われるように構成されている。その際に各上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄには、小径の左右規制ローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄが設けられている。ここで左右規制ローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄは、成形ロール３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄに対してロール軸心を前後に少し変位させた前後の２箇所に、それぞれ上下一対に配設されている。なお、成形ロール３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄや左右規制ローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄは、前記機枠３４側に対して位置調整自在に、または交換自在に設けられている。

したがって、前述したような上下一対の成形ロール３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄによる上下絞り成形時に、必要以上に左右外方に変形した平板部分１ａが左右規制ローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄに当接されることで、それ以上に変形することが規制されるように構成されている。

前記終端整形部３５は、図１〜図３、図９に示されるように、左右一対の整形ロール３６と上下一対の整形ロール３７とが、機枠３８側に対して位置調整自在に、または交換自在に設けられることで構成されている。そして整形ロール３６，３７群によって、左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄや上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄにおいて交互状にかつ複数段絞り状に行われることで熱間成形された角形鋼管５の最終整形を行うものである。

なお、成形手段２０の周辺で必要する箇所には、必要とする数のデスケーラー装置が設けられている。すなわち、始端案内部２１と１段目の上下絞り成形部３１Ａとの間に上手デスケーラー装置４０が設けられ、そして１段目の上下絞り成形部３１Ａと２段目の上下絞り成形部３１Ｂとの間に下手デスケーラー装置４１が設けられている。これらデスケーラー装置４０，４１は、成形中の粗成角形鋼管１に対して水圧をかけた水を噴射するものである。

したがって、加熱されて成形手段２０に搬入された粗成角形鋼管１は、図１、図５に示されるように、始端案内部２１のガイドロール２２，２３群によって位置決め案内され、この状態で、まず上手デスケーラー装置４０によって、粗成角形鋼管１に対して水圧をかけた水を噴射することにより、ミルスケールなどを除去して表面肌を良くし得る。

そして粗成角形鋼管１は、１段目の左右絞り成形部２５Ａにおいて、左右の成形ロール２６Ａによって左右の平板部分１ａを案内することで、上下の平板部分１ａに対して左右方向から加圧力を作用させて左右絞り成形（圧縮成形）することになり、以て上下の平板部分１ａが所定の板厚ｔに対して少し厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１Ｂには左右方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、左右絞り成形部２５Ａによって１段目の左右絞り成形を行える。このような左右絞り成形時に、上下の平板部分１ａが必要以上に上下外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１ａの外面が上下規制ローラ２７Ａに当接し、以て必要以上に上下外方に変形することを規制し得る。

次いで粗成角形鋼管１は、１段目の上下絞り成形部３１Ａにおいて、上下の成形ロール３２Ａによって上下の平板部分１ａを案内することで、上下の平板部分１ａの上下外方への変形を矯正するとともに、左右の平板部分１ａに対して上下方向から加圧力を作用させて上下絞り成形（圧縮成形）することになり、以て左右の平板部分１ａが所定の板厚ｔに対して少し厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１Ｂには上下方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１Ｂは所定の板厚ｔが維持されることになる。これにより、上下絞り成形部３１Ａによって１段目の左右絞り成形を行える。このような上下絞り成形時に、左右の平板部分１ａが必要以上に左右外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１ａの外面が左右規制ローラ３３Ａに当接し、以て必要以上に左右外方に変形することを規制し得る。

そして下手デスケーラー装置４１によって、成形中の粗成角形鋼管１に対して水圧をかけた水を噴射することにより、ミルスケールなどを除去して表面肌を良くし得る。
次いで粗成角形鋼管１は、２段目の左右絞り成形部２５Ｂにおいて、左右の成形ロール２６Ｂによって左右の平板部分１ａを案内することで（図６参照）、左右の平板部分１ａの左右外方への変形を矯正するとともに、上下の平板部分１ａに対して左右方向から加圧力を作用させて左右絞り成形（圧縮成形）させることになり、以て上下の平板部分１ａが所定の板厚ｔに対してさらに厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１Ｂには左右方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、左右絞り成形部２５Ｂによって２段目の左右絞り成形を行える。このような左右絞り成形時に、上下の平板部分１ａが必要以上に上下外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１ａの外面が上下規制ローラ２７Ｂに当接し、以て必要以上に上下外方に変形することを規制し得る。

そして粗成角形鋼管１は、２段目の上下絞り成形部３１Ｂにおいて、上下の成形ロール３２Ｂによって上下の平板部分１ａを案内することで（図７参照）、上下の平板部分１ａの上下外方への変形を矯正するとともに、左右の平板部分１ａに対して上下方向から加圧力を作用させて上下絞り成形（圧縮成形）することになり、以て左右の平板部分１ａが所定の板厚ｔに対してさらに厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１Ｂには上下方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、上下絞り成形部３１Ｂによって１段目の左右絞り成形を行える。このような上下絞り成形時に、左右の平板部分１ａが必要以上に左右外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１ａの外面が左右規制ローラ３３Ｂに当接し、以て必要以上に左右外方に変形することを規制し得る。

引き続いて粗成角形鋼管１は、３段目の左右絞り成形部２５Ｃにおいて、左右の成形ロール２６Ｃによって左右の平板部分１ａを案内することで、左右の平板部分１ａの左右外方への変形を矯正するとともに、上下の平板部分１ａに対して左右方向から加圧力を作用させて左右絞り成形（圧縮成形）することになり、以て上下の平板部分１ａが所定の板厚ｔに対して、より厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１Ｂには左右方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、左右絞り成形部２５Ｃによって３段目の左右絞り成形を行える。このような左右絞り成形時に、上下の平板部分１ａが必要以上に上下外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１ａの外面が上下規制ローラ２７Ｃに当接し、以て必要以上に上下外方に変形することを規制し得る。

次いで粗成角形鋼管１は、３段目の上下絞り成形部３１Ｃにおいて、上下の成形ロール３２Ｃによって上下の平板部分１ａを案内することで、上下の平板部分１ａの上下外方への変形を矯正するとともに、左右の平板部分１ａに対して上下方向から加圧力を作用させて上下絞り成形（圧縮成形）することになり、以て左右の平板部分１ａが所定の板厚ｔに対して、より厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１Ｂには上下方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、上下絞り成形部３１Ｃによって３段目の左右絞り成形を行える。このような上下絞り成形時に、左右の平板部分１ａが必要以上に左右外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１ａの外面が左右規制ローラ３３Ｃに当接し、以て必要以上に左右外方に変形することを規制し得る。

そして粗成角形鋼管１は、最終段（４段目）の左右絞り成形部２５Ｄにおいて、左右の成形ロール２６Ｄによって左右の平板部分１ａを案内することで、左右の平板部分１ａの左右外方への変形を矯正するとともに、上下の平板部分１ａに対して左右方向から加圧力を作用させて左右絞り成形（圧縮成形）することになり、以て上下の平板部分１ａが所定の板厚ｔに対して、より一層厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１Ｂには左右方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、左右絞り成形部２５Ｄによって最終段（４段目）の左右絞り成形を行える。このような左右絞り成形時に、上下の平板部分１ａが必要以上に上下外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１ａの外面が上下規制ローラ２７Ｄに当接し、以て必要以上に上下外方に変形することを規制し得る。

この後、粗成角形鋼管１は、最終段（４段目）の上下絞り成形部３１Ｄにおいて、上下の成形ロール３２Ｄによって上下の平板部分１ａを案内することで（図８参照）、上下の平板部分１ａの上下外方への変形を矯正するとともに、左右の平板部分１ａに対して上下方向から加圧力を作用させて上下絞り成形（圧縮成形）することになり、以て左右の平板部分１ａが所定の板厚ｔに対して、より一層厚めに変化することになる。このとき各コーナ部１Ｂには上下方向の圧縮力が作用する状態となり、以て各コーナ部１Ｂは所定の板厚ｔを維持することになる。これにより、上下絞り成形部３１Ｄによって４段目の左右絞り成形を行える。このような上下絞り成形時に、左右の平板部分１ａが必要以上に左右外方に変形しようとしたとき、その変形した平板部分１ａの外面が左右規制ローラ３３Ｄに当接し、以て必要以上に左右外方に変形することを規制し得る。

そして図１〜図３、図９に示されるように、終端整形部３５の整形ロール３６，３７群によって、最終整形（最終成形）を行うことになり、その際に左右の整形ロール３６によって、左右の平板部分１ａの左右外方への変形を矯正し得る。これにより、図９、図１０に示されるように、正規の外寸Ｗでかつ外面曲率半径ｒの角形鋼管（最終製品）５を熱間成形し得る。

上述したように成形手段２０では、左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄにおける左右一対の成形ロール２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄによる左右絞り成形と、上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄにおける上下一対の成形ロール３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄによる上下絞り成形とを、交互状にかつそれぞれ複数段に、すなわち徐々（段階的）に絞り状に行うことで、４箇所のコーナ部１Ｂに対して常に圧縮力を作用させての熱間成形となり、以て角形鋼管５は、４箇所のコーナ部５Ｂの厚さｔαを粗成角形鋼管１時の板厚ｔに対して薄くすることなく、すなわち所定の板厚ｔを充分に確保（維持）した状態とし、かつ外面曲率半径ｒを小さい状態とし得る。

さらに、左右絞り成形と上下絞り成形とを、交互状にかつそれぞれ複数段に、すなわち徐々（段階的）に絞り状に行うことで、４辺の平板部を徐々に増肉し得、以て角形鋼管５は、４辺の平板部５Ａの最大厚さＴを４箇所のコーナ部５Ｂの厚さｔαに対して厚く、すなわち、［Ｔ＞ｔα］とし得る。その際に平板部５Ａの内面５ａは、内方へ凸の円弧状に形成されている。

たとえば、粗成角形鋼管１の所定の板厚ｔに対して角形鋼管５のコーナ部５Ｂの板厚ｔαは同等状もしくは少し厚い状態、すなわち［ｔ≦ｔα］であり、そして平板部５Ａの最大厚さＴはコーナ部５Ｂの厚さｔαに対して５〜２０％増、すなわち［Ｔ≒ｔα＋（０．０５〜０．２）ｔα］である。また粗成角形鋼管１のコーナ部１Ｂの外面曲率半径Ｒに対して角形鋼管５のコーナ部５Ｂの外面曲率半径ｒは小さい状態、すなわち［Ｒ＞ｒ］である。そして角形鋼管５の外寸Ｗに対して粗成角形鋼管１の外寸ＬＷは１０〜１５％増、すなわち［ＬＷ≒Ｗ＋（０．１〜０．１５）Ｗ］である。

さらに具体的な一例を述べると、板厚ｔが１６ｍｍ、外面曲率半径Ｒが１９．５〜２０．０ｍｍ、外寸ＬＷが４４０〜４６０ｍｍの粗成角形鋼管１を、上述した成形手段２０において熱間成形することで、コーナ部５Ｂの板厚ｔαが１６．０〜１６．１ｍｍ、平板部５Ａの最大厚さＴが１７〜２０ｍｍ、外面曲率半径ｒが１７．１〜１７．６ｍｍ、外寸Ｗが４００ｍｍの角形鋼管５が得られる。

このようにして熱間成形により得られた角形鋼管５は、冷却床４５に受け取られる。この冷却床４５はコンベヤ形式であって複数本の角形鋼管５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４５での搬送中に、角形鋼管５は空冷形式で徐冷される。冷却床４５での角形鋼管５群の搬送は、隣接した角形鋼管５の間を離した状態で、または隣接した角形鋼管５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。これにより角形鋼管５は、同じ雰囲気温度下で徐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。冷却床４５の終端に達した角形鋼管５は、図示していない矯正装置、先端切断装置、後端切断装置、洗浄装置、防錆装置へと搬送され、それぞれで処理されたのち、製品としてストレージされる。

このようにして得られた角形鋼管（最終製品）５は、熱間成形する際に、粗成角形鋼管１の全体を８５０〜１０５０℃（Ａ_３変態点の近辺）に加熱していることから、各コーナ部５Ｂの形状、すなわち外面曲率半径ｒを均等状にかつシャープに形成し得る。さらに熱間成形によって角形鋼管５は、残留応力が殆どなくて高い座屈強度（座屈現象が生じ難い）が得られるとともに、二次溶接性に優れたものとなる。

この最終製品である角形鋼管５は、たとえば鉄骨構造物の鋼管柱として使用される。すなわち、図１１に示されるように、四角形鋼管柱（鋼管柱の一例）５１は、長尺の前記角形鋼管５と、パネルゾーンを形成する長さ（高さ）の短尺角形鋼管５２とを、その端部を対向させた状態で外側からの溶接５３により結合することで構成される。その際に角形鋼管５と短尺角形鋼管５２とは、熱間成形によって外径形状、すなわち、その外寸Ｗと、各コーナ部における外面曲率半径ｒが同一状に形成されている。このようにして構成した四角形鋼管柱５１は、所定本数が建築現場などに運搬され、そしてパネルゾーンを形成する短尺角形鋼管５２の外面に、梁材５４が溶接５５によって結合される。さらに四角形鋼管柱５１は、積上げ状に配置されたのち、その上下間が溶接により結合されることで所定長さ（高さ）とされ、以て鉄骨構造物５０が構成される。

かかる鉄骨構造物５０によると、角形鋼管５としては、コーナ部５Ｂの厚さｔαを薄くすることなく、すなわち所定の板厚を充分に確保（維持）した状態とし、かつ平板部５Ａの最大厚さＴをコーナ部５Ｂの厚さｔαに対して厚くし得ることで、横方向に変形する座屈に充分に対抗し得る強度を確保し得、以て鉄骨構造物の鋼管柱（支柱）として好適に採用し得る。

上記した実施の形態１において、平板部５Ａの最大厚さＴは、粗成角形鋼管１の所定の板厚ｔ、粗成角形鋼管１の外寸ＬＷと角形鋼管５の外寸Ｗとの差などによって、任意に設定し得るものである。

上記した実施の形態１では、成形手段２０として、始端案内部２１と終端整形部３５との間に、左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄと上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄとが交互状にかつそれぞれ４段に設けられた形式が示されているが、段数は、板厚や外寸などによって任意に設定されるものであり、また２段づつ交互状に配設される形式などであってもよい。

上記した実施の形態１では、左右絞り成形部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄや上下絞り成形部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄに、規制ローラ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ、３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄを前後の２箇所に設けて規制する形式が示されているが、規制ローラの配設位置や数は任意に設定し得るものである。また、規制ローラが省略された形式などであってもよい。

上記した実施の形態１において、粗成角形鋼管１（角形鋼管５）としては、たとえば、ロール成形によるワンシーム角形鋼管、プレス成形による一対のみぞ形材を向き合わせて突き合わせ溶接したツーシーム角形鋼管、一対の圧延みぞ形材を溶接してなるツーシーム角形鋼管、圧延山形材を一対、向き合わせて溶接したツーシーム角形鋼管などが適宜に使用される。

上記した実施の形態１では、粗成角形鋼管１（角形鋼管５）として断面で正四角形状の角形鋼管を採用しているが、これは断面で長方形の角形鋼管も同様に採用し得るものである。

上記した実施の形態１において、粗成角形鋼管１としては、大径で厚肉の角形鋼管、大径で薄肉の角形鋼管、小径で厚肉の角形鋼管、小径で薄肉の角形鋼管などであってもよい。

上記した実施の形態１における粗成角形鋼管１の素材としては、鋼や鉄などが採用される。
上記した実施の形態１においては、最終製品である角形鋼管５を短尺角形鋼管５２と結合することで四角形鋼管柱５１を構成しているが、これは短尺角形鋼管５２を使用せず、角形鋼管５のみで鋼管柱を構成し、この角形鋼管５のパネルゾーン形成部分に梁材を結合して鉄骨構造物を構成する形式などであってもよい。

本発明の実施の形態１を示し、角形鋼管の製造設備における成形手段部分の概略側面図である。同角形鋼管の製造設備の斜視図である。同角形鋼管の製造設備の概略平面図である。同角形鋼管の製造設備における加熱手段部分の正面図である。同角形鋼管の製造設備における始端案内部の正面図である。同角形鋼管の製造設備における熱間成形時で、左右絞り成形部の正面図である。同角形鋼管の製造設備における熱間成形時で、上下絞り成形部の正面図である。同角形鋼管の製造設備における最終段の上下絞り成形部の正面図である。同角形鋼管の製造設備における終端整形部の正面図である。同角形鋼管の製造設備により製造した角形鋼管の一部切り欠き斜視図である。同角形鋼管の製造設備により製造した角形鋼管の一使用例で、鉄骨構造物の一部切り欠き斜視図である。

符号の説明

１粗成角形鋼管
１Ａ平板部
１ａ平板部分
１Ｂコーナ部
５角形鋼管（最終製品）
５Ａ平板部
５ａ内面
５Ｂコーナ部
１１搬入床
１２ローラコンベヤ（搬送手段）
１２ａ搬送経路
１５加熱手段
１６加熱炉
２０成形手段
２１始端案内部
２５Ａ左右絞り成形部
２５Ｂ左右絞り成形部
２５Ｃ左右絞り成形部
２５Ｄ左右絞り成形部
２６Ａ成形ロール
２６Ｂ成形ロール
２６Ｃ成形ロール
２６Ｄ成形ロール
２７Ａ上下規制ローラ
２７Ｂ上下規制ローラ
２７Ｃ上下規制ローラ
２７Ｄ上下規制ローラ
３１Ａ上下絞り成形部
３１Ｂ上下絞り成形部
３１Ｃ上下絞り成形部
３１Ｄ上下絞り成形部
３２Ａ成形ロール
３２Ｂ成形ロール
３２Ｃ成形ロール
３２Ｄ成形ロール
３３Ａ左右規制ローラ
３３Ｂ左右規制ローラ
３３Ｃ左右規制ローラ
３３Ｄ左右規制ローラ
３５終端整形部
４０上手デスケーラー装置
４１下手デスケーラー装置
４５冷却床
５０鉄骨構造物
５１四角形鋼管柱（鋼管柱）
５２短尺角形鋼管
５４梁材
ｔ粗成角形鋼管１の板厚
Ｒ粗成角形鋼管１の外面曲率半径
ＬＷ粗成角形鋼管１の外寸
ｒ角形鋼管５の外面曲率半径
Ｗ角形鋼管５の外寸
Ｔ平板部の最大厚さ
ｔα コーナ部５Ｂの厚さ
Ｈ加熱

Claims

４辺の平板部と４箇所のコーナ部とからなり、最終製品形状におけるコーナ部の外面曲率半径よりも大きい外面曲率半径でかつ最終製品形状における外寸に対して長い外寸として半成形されている粗成角形鋼管を、加熱手段によって全体加熱し、この加熱された粗成角形鋼管を長さ方向に搬送しながら成形手段によって絞り状に熱間成形するに、成形手段では、左右一対の成形ロールによる左右絞り成形と上下一対の成形ロールによる上下絞り成形とを、交互状でかつそれぞれ複数段絞り状に行うことで、４箇所のコーナ部の厚さを粗成角形鋼管時の板厚に対して薄くすることなく、かつ４辺の平板部の最大厚さを４箇所のコーナ部の厚さに対して厚くして熱間成形することを特徴とする角形鋼管の製造方法。
左右絞り成形時には、必要以上に上下外方に変形することが規制され、上下絞り成形時には、必要以上に左右外方に変形することが規制されることを特徴とする請求項１記載の角形鋼管の製造方法。
４辺の平板部と４箇所のコーナ部とからなり、最終製品形状におけるコーナ部の外面曲率半径よりも大きい外面曲率半径でかつ最終製品形状における外寸に対して長い外寸として半成形されている粗成角形鋼管を熱間成形する角形鋼管の製造設備であって、粗成角形鋼管を全体加熱する加熱手段と、この加熱された粗成角形鋼管を長さ方向に搬送しながら熱間成形する成形手段とからなり、この成形手段は、左右一対の成形ロールからなる左右絞り成形部と、上下一対の成形ロールからなる上下絞り成形部とを、交互状にかつそれぞれ複数段に設けて構成されていることを特徴とする角形鋼管の製造設備。
左右絞り成形部には、左右絞り成形時に必要以上に上下外方に変形した平板部分が当接自在な上下規制ローラが設けられ、上下絞り成形部には、上下絞り成形時に必要以上に左右外方に変形した平板部分が当接自在な左右規制ローラが設けられていることを特徴とする請求項３記載の角形鋼管の製造設備。