JP5019783B2

JP5019783B2 - 鋼管の製造方法および鋼管の製造設備

Info

Publication number: JP5019783B2
Application number: JP2006129720A
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: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2026-05-09
Also published as: JP2007301574A

Description

本発明は、熱間成形した加熱角形鋼管を冷却して角形鋼管を得るところの、鋼管の製造方法および鋼管の製造設備に関するものである。

従来、この種の鋼管の製造方法としては、次のような構成が提供されている。すなわち、最終製品の平板部の幅寸法よりも、その平板部の幅寸法を広くして形成されている多角中空鋼管を、加熱炉でＡ_３変態点以上に高温加熱したのち、角形鋼管成形機において絞りながら熱間成形することで、所定寸法の四角形鋼管を製造している。その際に角形鋼管成形機の周辺では、デスケーラー装置によって四角形鋼管に対して水を噴射することで、ミルスケールなどを除去している。そして、熱間成形された四角形鋼管はコンベア形式の冷却床に受け取られ、この冷却床での搬送中に、空冷形式で放熱、すなわち徐冷される（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）特開平８−２９４７２２号公報（図１）

しかし、上記した従来の構成によると、冷却時の曲がりを少なくするためには、十分な時間を掛けて徐冷しなければならない。これにより、全体の製造能率が悪くなり、あるいは冷却床として、その距離を十分に取った大型（広いスペース）のものを設置しなければならない。

そこで本発明の請求項１記載の発明は、冷却スペースをコンパクトにし得るものでありながら、加熱処理した角形鋼管を、曲がりの殆どない状態で能率良く得られる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２記載の発明は、請求項１の製造方法を好適に実現し得る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記載の鋼管の製造方法は、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
Ａ _３変態点以上に全体加熱し、この全体加熱された加熱粗成角形鋼管を搬送経路上で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し、この熱間成形された加熱角形鋼管を冷却させるに、搬送経路が挿通されるリング状の給水パイプの内周面側に所定角度置きに設けられ、噴射口の広さを調整することによって、その噴水量、噴水圧が各ノズル別に調整された噴水用ノズル群を有し、かつ噴水用ノズル群の噴水方向が搬送方向において下手側に傾斜されている前後複数段の放水部からなる放水手段によって外周の全方向から放水して、１５０℃前後に段階的に冷却したのち、放冷部で放冷して角形鋼管を得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、Ａ _３変態点以上に全体加熱した加熱粗成角形鋼管を熱間成形したのち、搬送経路上で長さ方向に搬送しながら、その外周の全方向からの放水により１５０℃前後に冷却し得る。その際に、噴水用ノズル群の噴水口から加熱角形鋼管の対向部分までの距離の変化などに応じて噴射口の広さを調整することによって、噴水用ノズル群の噴水量、噴水圧を各別に調整して、給水源から給水パイプに供給された高圧の冷却用水を、噴水用ノズル群から傾斜角度でもって、加熱角形鋼管の外周に対して全方向から噴水量、噴水圧を均等状として放水すること（外周の各部分に対して均等状に吹き付けること）により、その周方向や長さ方向における温度を均一状として加熱角形鋼管を冷却し得る。この放水手段による冷却は、放水部において段階的に行われ、以て各段の放水部における噴水量、噴水圧の設定（調整）によって、加熱角形鋼管を最終的に１５０℃前後に冷却し得、そして放冷部で放冷することによって、熱間成形した加熱角形鋼管を、その周方向や長さ方向における温度を均一状として常温に冷却し得る。

しかも本発明の請求項２記載の鋼管の製造設備は、粗成角形鋼管をＡ_３変態点以上に全体加熱する加熱手段と、全体加熱された加熱粗成角形鋼管を搬送経路上で長さ方向に搬送しながら熱間成形する成形手段と、熱間成形された加熱角形鋼管に対して外周の全方向から放水して１５０℃前後に段階的に冷却する放水手段と、冷却された加熱角形鋼管を放冷させる放冷部とにより構成され、前記放水手段は前後複数段の放水部からなり、各放水部は、搬送経路が挿通されるリング状の給水パイプと、この給水パイプの内周面側に所定角度置きに設けられ、噴射口の広さを調整することによって、その噴水量、噴水圧が各ノズル別に調整自在に構成された噴水用ノズル群とを有し、かつ噴水用ノズル群の噴水方向が搬送方向において下手側に傾斜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２の発明によると、加熱手段によりＡ_３変態点以上に全体加熱した加熱粗成角形鋼管を、成形手段において熱間成形し得る。そして、熱間成形した加熱角形鋼管に対して、放水手段によって外周の全方向から放水して１５０℃前後に冷却したのち、放冷部において放冷させることで、常温の角形鋼管を製造し得る。その際に放水手段による冷却は、放水部において段階的に行われ、以て噴水用ノズル群の噴水口から加熱角形鋼管の対向部分までの距離の変化などに応じて噴射口の広さを調整して、各段の放水部における噴水用ノズル群の噴水量、噴水圧を各別に調整することで、給水源から給水パイプに供給された高圧の冷却用水を、噴水用ノズル群から傾斜角度でもって、加熱角形鋼管の外周に対して全方向から噴水量、噴水圧を均等状として放水すること（外周の各部分に対して均等状に吹き付けること）になり、その周方向や長さ方向における温度を均一状として加熱角形鋼管を冷却し得る。

上記した本発明の請求項１によると、Ａ _３変態点以上に全体加熱した加熱粗成角形鋼管を熱間成形したのち、搬送経路上で長さ方向に搬送しながら、その外周の全方向からの放水により１５０℃前後に冷却できる。その際に、噴水用ノズル群の噴水口から加熱角形鋼管の対向部分までの距離の変化などに応じて噴射口の広さを調整することによって、噴水用ノズル群の噴水量、噴水圧を各別に調整して、給水源から給水パイプに供給された高圧の冷却用水を、噴水用ノズル群から傾斜角度でもって、加熱角形鋼管の外周に対して全方向から噴水量、噴水圧を均等状として放水すること（外周の各部分に対して均等状に吹き付けること）により、その周方向や長さ方向における温度を均一状として加熱角形鋼管を冷却できる。この放水手段による冷却は、放水部において段階的に行われ、以て各段の放水部における噴水量、噴水圧の設定（調整）によって、加熱角形鋼管を最終的に１５０℃前後に冷却でき、そして放冷部で放冷することによって、熱間成形した加熱角形鋼管を、その周方向や長さ方向における温度を均一状として常温に冷却できる。これにより、冷却スペースをコンパクトにできるものでありながら、加熱処理した角形鋼管を、曲がりの殆どない状態で能率良く得ることができ、以て、たとえば鉄骨構造物の鋼管柱として好適に使用できる角形鋼管を製造できる。

しかも上記した本発明の請求項２によると、加熱手段によりＡ_３変態点以上に全体加熱した加熱粗成角形鋼管を、成形手段において熱間成形でき、そして、熱間成形した加熱角形鋼管に対して、放水手段によって外周の全方向から放水して１５０℃前後に冷却したのち、放冷部において放冷させることで、常温の角形鋼管を製造できる。その際に放水手段による冷却は、放水部において段階的に行われ、以て噴水用ノズル群の噴水口から加熱角形鋼管の対向部分までの距離の変化などに応じて噴射口の広さを調整して、各段の放水部における噴水用ノズル群の噴水量、噴水圧を各別に調整することで、給水源から給水パイプに供給された高圧の冷却用水を、噴水用ノズル群から傾斜角度でもって、加熱角形鋼管の外周に対して全方向から噴水量、噴水圧を均等状として放水すること（外周の各部分に対して均等状に吹き付けること）になり、その周方向や長さ方向における温度を均一状として加熱角形鋼管を冷却でき、以て請求項１の製造方法を好適に実現できる。
［実施の形態１］
以下に、本発明の実施の形態１を図１〜図５に基づいて説明する。

図１、図４（ａ）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ＬＲ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１、図２に示すように、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上で長さ方向に搬送される。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、全体加熱された加熱粗成角形鋼管３を正規の寸法かつ形状に熱間成形する成形手段２１と、熱間成形された加熱角形鋼管４を冷却する放水手段３１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。

上述したように、加熱手段１５によって全体加熱された加熱粗成角形鋼管３は成形手段２１に搬送され、この成形手段２１によって正規の寸法かつ形状に熱間成形される。すなわち成形手段２１は、図１〜図３、図４（ｂ）に示すように、前後４段（単数段または複数段）に設けられている。そして各成形手段２１は、機枠２２側に対して位置調整自在に、または交換自在に設けられた上下一対ならびに左右一対の成形ロール２３などを介して、加熱粗成角形鋼管３を絞り状に熱間成形させるものである。なお、成形手段２１の周辺で、必要する箇所（成形手段２１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２５が設けられている。

前記成形手段２１によって熱間成形された加熱角形鋼管４は放水手段３１に搬送され、その外周の全方向からの放水により１５０℃前後に冷却される。すなわち放水手段３１は、図１〜図３、図５に示すように、前後３段（複数段）の放水部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに分けられ、これら放水部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、搬送経路１２ａが挿通されるリング状の給水パイプ３２と、この給水パイプ３２の内周面側に所定角度置きに設けられた噴水用ノズル３３と、給水パイプ３２に接続された給水ホース３４などから構成されている。

ここで噴水用ノズル３３群は、たとえば回転操作などによって噴射口の広さを調整することによって、その噴水量、噴水圧を各別に調整自在に構成されており、以て噴水口から加熱角形鋼管４の対向部分（平板部やコーナ部など）までの距離の変化に応じて調整することで、加熱角形鋼管４の各部分に対して冷却用水Ｓを、噴水量、噴水圧を均等状として吹き付け得る。その際に噴水用ノズル３３群からの噴水方向は、搬送経路１２ａの方向において下手側に傾斜角度θでもって傾斜させている。以上の３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ〜３４などにより放水手段３１の一例が構成される。

前記放水手段３１で冷却された加熱角形鋼管４を放冷させる放冷部３６が設けられている。この放冷部３６はコンベヤ形式であって複数本の加熱角形鋼管４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。

以下に、上記した実施の形態１における作用を説明する。
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のａ参照）。その際に加熱Ｈは、粗成角形鋼管１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全体加熱された加熱粗成角形鋼管３は、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２１へと搬出し得る。そして加熱粗成角形鋼管３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。

この全体加熱された加熱粗成角形鋼管３は成形手段２１に搬入され、成形ロール２３群によって絞り状に熱間成形され、このとき熱間成形は、複数段の成形手段２１によって徐々（段階的）に絞り状に行われる。このような熱間成形によって、正規の外面間の外寸Ｗでかつ正規の外面曲率半径Ｒのコーナ部とした加熱角形鋼管４に仕上げ得る。その際に、成形中の加熱粗成角形鋼管３に対して、デスケーラー装置２５から水圧をかけた水が噴射され、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。

このように、成形手段２１によって熱間成形された加熱角形鋼管４に対して、放水手段３１によって外周の全方向から放水することで、すなわち、給水源（給水ポンプなどで図示せず。）から給水ホース３４を介して給水パイプ３２に供給された高圧の冷却用水Ｓを、噴水用ノズル３３群から傾斜角度θでもって、加熱角形鋼管４の外周に対して均等状に吹き付けることで、加熱角形鋼管４を均等状に冷却し得る。この放水手段３１による冷却は、放水部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃにおいて段階的（３段階）に行われ、以て各段の放水部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃにおける噴水量、噴水圧の設定（調整）によって、加熱角形鋼管４を最終的に１５０℃前後に冷却し得るように構成されている。

すなわち、成形手段２１によって熱間成形されて、たとえば９５０℃前後に全体加熱されている加熱角形鋼管４は、まず前段の放水部３１Ａからの冷却用水Ｓを外周の全方向から吹き付けることによって、７００℃前後に降温するように全体冷却される。次いで７００℃前後の加熱角形鋼管４は、中間段の放水部３１Ｂからの冷却用水Ｓを外周の全方向から吹き付けることによって、４５０℃前後に降温するように全体冷却される。そして４５０℃前後の加熱角形鋼管４は、最終段の放水部３１Ｃからの冷却用水Ｓを外周の全方向から吹き付けることによって、１５０℃前後に降温するように全体冷却される。

その際に各段の放水部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃにおける冷却は、冷却用水Ｓを外周の全方向から吹き付けることによって、加熱角形鋼管４の周方向や長さ方向における温度を均一状として行え、以て歪の発生を防止し得る。

このようにして１５０℃前後に降温（全体冷却）された加熱角形鋼管４は、放水手段３１の箇所を出たのち放冷部３６に受け取られる。そして、この放冷部３６での搬送中に、加熱角形鋼管４は空冷形式で徐冷される。その際に放冷部３６での加熱角形鋼管４群の搬送は、隣接した加熱角形鋼管４の間を離した状態で、または隣接した加熱角形鋼管４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。これにより加熱角形鋼管４は、同じ雰囲気温度下で１５０℃前後から常温へ徐冷されることになって、その冷却は、捩れ、曲がり、変形が殆ど生じない状態で行える。これにより図５に示されるように、平板部５Ａの外面間が正規の外寸Ｗでかつ各コーナ部５Ｂが正規の外面曲率半径Ｒの角形鋼管（最終製品）５を得られる。

なお、放冷部３６の終端に達した角形鋼管５は、必要に応じて、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。このような角形鋼管５は、たとえば鉄骨構造物の鋼管柱として好適に使用される。

上記した実施の形態１では、放水手段３１として、前後３段の放水部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃからなる形式が示されているが、この段数は、所定の板厚Ｔ、正規の外寸Ｗ、加熱温度℃、冷却用水Ｓの温度などによって、任意に設定されるものである。

上記した実施の形態１では、成形手段２１として、前後４段の形式が示されているが、この段数は任意に設定されるものである。
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、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、大径で厚肉の粗成角形鋼管、大径で薄肉の粗成角形鋼管、小径で厚肉の粗成角形鋼管、小径で薄肉の粗成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。

本発明の実施の形態１を示し、鋼管の製造設備の一部切り欠き斜視図である。同鋼管の製造設備の一部切り欠き概略平面図である。同鋼管の製造設備における放水手段部分の概略側面図である。同鋼管の製造設備であって、（ａ）は加熱手段部分の正面図、（ｂ）は成形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放水手段部分の正面図である。

符号の説明

１粗成角形鋼管
１Ａ平板部
１Ｂコーナ部
３加熱粗成角形鋼管
４加熱角形鋼管
５角形鋼管
５Ａ平板部
５Ｂコーナ部
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
２１成形手段
２３成形ロール
３１放水手段
３１Ａ前段の放水部
３１Ｂ中間段の放水部
３１Ｃ後段の放水部
３２給水パイプ
３３噴水用ノズル
３６放冷部
Ｔ所定の板厚
ＬＲコーナ部１Ｂの外面曲率半径
ＬＷ粗成角形鋼管１の外寸
Ｈ加熱
Ｗ正規の外寸
Ｒ正規の外面曲率半径
Ｓ冷却用水
θ 傾斜角度

Claims

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Ａ _３変態点以上に全体加熱し、この全体加熱された加熱粗成角形鋼管を搬送経路上で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し、この熱間成形された加熱角形鋼管を冷却させるに、搬送経路が挿通されるリング状の給水パイプの内周面側に所定角度置きに設けられ、噴射口の広さを調整することによって、その噴水量、噴水圧が各ノズル別に調整された噴水用ノズル群を有し、かつ噴水用ノズル群の噴水方向が搬送方向において下手側に傾斜されている前後複数段の放水部からなる放水手段によって外周の全方向から放水して、１５０℃前後に段階的に冷却したのち、放冷部で放冷して角形鋼管を得ることを特徴とする鋼管の製造方法。
粗成角形鋼管をＡ_３変態点以上に全体加熱する加熱手段と、全体加熱された加熱粗成角形鋼管を搬送経路上で長さ方向に搬送しながら熱間成形する成形手段と、熱間成形された加熱角形鋼管に対して外周の全方向から放水して１５０℃前後に段階的に冷却する放水手段と、冷却された加熱角形鋼管を放冷させる放冷部とにより構成され、前記放水手段は前後複数段の放水部からなり、各放水部は、搬送経路が挿通されるリング状の給水パイプと、この給水パイプの内周面側に所定角度置きに設けられ、噴射口の広さを調整することによって、その噴水量、噴水圧が各ノズル別に調整自在に構成された噴水用ノズル群とを有し、かつ噴水用ノズル群の噴水方向が搬送方向において下手側に傾斜されていることを特徴とする鋼管の製造設備。