JP7484816B2 - 角形鋼管の製造管理装置、角形鋼管の製造管理方法、角形鋼管の製造方法および角形鋼管の製造管理システム - Google Patents

Description

本発明は、鋼管から角形鋼管を製造する方法において、目標の角部曲率半径Ｒを有する角形鋼管を得るために、角成形前後の鋼管の変形量を測定しながら角成形の成形条件の調整を行う製造技術に関する。

角形鋼管を製造する方法の１つとして、鋼板をロール成形により円筒形状にし、両幅端部を溶接し、その後のサイジング工程で円筒鋼管へと成形し、この円筒鋼管を複数のスタンドで構成された角成形スタンドによって徐々に円筒鋼管から角形鋼管へと成形する方法がある。角形鋼管の断面形状は目的とする製品によって異なっている。例えば、建築用の角形鋼管において、冷間成形でロール成形した後、溶接し、角成形してロール成形角形鋼管を得る方法（ＢＣＲ法）により製造していた角形鋼管の角形鋼管外面における角部の曲率半径Ｒは、肉厚ｔの（２．５±０．５）倍と規定されている。ＢＣＲ法により製造された角形鋼管の肉厚は６ｍｍから２８ｍｍであり、外形が同じサイズの角形鋼管であっても肉厚に応じて角部の曲率半径が異なる。

角成形スタンドでは、上下、左右一対の４ロールが配列された成形機の構成になっており、角成形においてはロールとの接触により角形鋼管の平板部が形成され、角部はロールとは接触せずに自由変形による曲げ変形で形成される。角部の自由変形を精度良く調整することは困難であるため、最終製品の角部寸法を目標通りに得るためには角成形スタンドのロールポジションの微調整を行う必要があるが、複雑な変形であるために調整方法を標準化することは困難であり、角部の曲率半径Ｒが規定範囲を超過あるいは不足することがあった。

このような角部寸法の問題に対して、特許文献１では、角成形前の円筒断面、各角成形スタンド出側における断面、および角成形完了直後の断面に関してプロフィール測定装置で断面形状を測定し、それぞれの測定値を解析して、各角成形に適正なパススケジュールを算出する成形装置が開示されている。

特許４７７９２２７号公報

しかし、特許文献１のように、外形のプロファイルを測定し、その測定値を解析して各角成形のパススケジュールを最適にすることで角形鋼管の形状の寸法精度は向上したが、肉厚／外形比が異なる角形鋼管においては、その寸法精度の向上量が十分ではない場合があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、所望の角部曲率半径Ｒを精度良く得ることを可能にする角形鋼管の製造管理装置、角形鋼管の製造管理方法、角形鋼管の製造方法および角形鋼管の製造管理システムを提供することを目的とする。

本発明者らは、角形鋼管における角部曲率半径Ｒの寸法精度向上について、鋭意検討を行った。その結果、次のことが分かった。

ロール成形により円筒鋼管から角形鋼管を得る角成形においては、角部は曲げ変形により、角部曲率半径Ｒが減少しながら外面の円弧長が増加する。平板部は曲げ戻し変形により曲率半径が増加しながら、外面の円弧長が減少する。また、角成形スタンドの最終スタンド以外は管周方向の絞り変形により外周長が減少する。そのため、外周長は曲げ変形および周方向の絞り変形のひずみの収支の結果を示したものであり、特に、鋼管外周長の寸法偏差などの影響により、角部の曲げ変形や周方向の絞り変形の影響を個別に評価することができず、結果として、外周長に着目しても角形鋼管の角部を所望の寸法にすることができないことがあった。この点、本発明者らの鋭意検討の結果、外形（外周長）ではなく、管の肉厚中央部または肉厚中央部付近における周長の変化を評価すれば、周方向の絞り変形の影響のみを評価できることを知見した。本発明者らは、角部曲率半径Ｒの変化量には、肉厚中央部における周長の変化量の影響が大きいことを明らかにし、肉厚中央部または肉厚中央部付近における周長の変化量を制御すれば、目的の角部曲率半径Ｒを精度良く得られることを知見した。

本発明は上記知見に基づくものであり、その特徴は以下の通りである。
［１］素材鋼管を角成形スタンドによって角成形して角形鋼管を製造するために用いる製造管理装置であって、
角成形がなされる前の前記素材鋼管における管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８（ｔ：肉厚）の位置の周長、および角成形がなされた後の前記管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置の周長の差分から周長変化率を算出する周長変化率算出部と、
前記周長変化率に基づいて、前記角成形スタンドの状態を判定する角成形スタンド状態判定部と、を備える、角形鋼管の製造管理装置。
［２］前記角成形スタンド状態判定部による判定結果を出力する出力部を備える、前記［１］に記載の角形鋼管の製造管理装置。
［３］前記角成形スタンド状態判定部による判定に基づいて、前記角成形スタンドのロールポジションの調整を行わせるロールポジション調整部を備える、前記［１］または［２］に記載の角形鋼管の製造管理装置。
［４］素材鋼管を角成形スタンドによって角成形して角形鋼管を製造するための製造管理方法であって、
角成形がなされる前の前記素材鋼管における管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置（ｔ：肉厚）の周長、および角成形がなされた後の前記管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置の周長の差分から周長変化率を算出する周長変化率算出工程と、
前記周長変化率に基づいて、角成形スタンドの状態を判定する角成形スタンド状態判定工程と、を含む、角形鋼管の製造管理方法。
［５］素材鋼管を角成形スタンドによって角成形して角形鋼管を製造する角形鋼管の製造方法であって、
前記［４］に記載の角成形スタンド状態判定工程で状態を判定された角成形スタンドにより角成形を行う角成形工程を含む、角形鋼管の製造方法。
［６］前記［１］～［３］のいずれかに記載の角形鋼管の製造管理装置を備え、
さらに、外形プロファイル計として、少なくとも、
角成形がなされる前の前記素材鋼管の形状を測定する第１外形プロファイル計と、
角成形がなされた後の前記形状を測定する第２外形プロファイル計と、
を備える、角形鋼管の製造管理システム。
［７］前記角成形スタンド状態判定部による角成形スタンドの状態の判定結果を表示する表示装置を備える、前記［６］に記載の角形鋼管の製造管理システム。

本発明によれば、所望の角部曲率半径Ｒを精度良く得ることを可能にする。

図１は、電縫鋼管の製造設備の一例を示す模式図である。 図２は、角形鋼管の成形過程を示す模式図である。 図３は、角形鋼管の断面を示す模式図である。 図４は、本発明の角形鋼管の製造管理システムの概要を示す。 図５は、角形鋼管の製造管理システムの構成を説明するための図である。 図６は、角形鋼管の製造管理装置が行う処理を説明するためのフローを示す図である。 図７は、角成形の外形プロファイルを測定する方法の一例を説明するための図である。 図８は、肉厚中央部の曲率半径ｒ_ｉを算出する方法を説明するための図である。

本発明について、図面に基づいて説明する。

本発明の角形鋼管の製造方法、角形鋼管の製造管理装置、製造管理システムの説明をする前に、関連技術の角形鋼管の製造方法について説明する。まず、角形鋼管を得るために用いられる電縫鋼管の製造方法について、図１を参照しながら説明する。図１は、電縫鋼管の製造設備の一例を示す模式図である。電縫鋼管の素材である鋼帯１は、例えばレベラー２による入側矯正を施した後、複数のロールからなるケージロール群３で中間成形されてオープン管とされた後、複数のロールからなるフィンパスロール群４で仕上げ成形される。仕上げ成形の後は、スクイズロール５で圧接しながら鋼帯１の幅端部を溶接機６で電気抵抗溶接して、電縫鋼管７となる。なお、鋼帯１は、例えば炭素鋼の熱延鋼板であればよい。また、本発明では、電縫鋼管７の製造設備は図１のような造管工程に限定されない。

図２は、関連技術の角形鋼管の成形過程を示す模式図である。図２に示すように、電縫鋼管７は複数のロールからなるサイジングロール群（サイジングスタンド）８によって円筒形状のまま縮径された後、複数のロールからなる角成形ロール群（角成形スタンド）９によって、順次Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のような形状に成形され、角形鋼管１０となる。なお、サイジングロール群８および角成形ロール群９のスタンド数は特に制限されない。また、サイジングロール群８もしくは角成形ロール群９のカリバー曲率は、１条件が好ましい。

このような製造方法により得られる角形鋼管の一例について、図３を参照しながら説明する。
図３は、角形鋼管１０の管軸方向に対して垂直な断面を示す断面図である。角形鋼管１０は、管周方向に平板部と角部とが交互に夫々複数形成される。ここでは、上記断面が略正方形状である場合、すなわち、平板部の辺長Ｈについて、縦径および横径が同一である場合を例に説明するが、本発明はこの限りでなく、例えば、角形鋼管１０の管軸方向に対して垂直な断面は、略長方形状であってもよい。また、シーム部が平板部の管周方向中央位置に形成される場合を例に説明するが、本発明はこの限りでない。

図３に示すように、鋼管の溶接部（シーム部）を基準位置として０°とし、４５°、１３５°、２２５°、３１５°の位置をそれぞれ角部中央とした場合、角部の曲率半径は、図３に示すように、管の中心を起点とし隣り合う辺と４５°をなす線（Ｌ）と角部外側の交点での曲率半径をいう。角部の曲率半径は、上記Ｌ上に中心を置き、平板部と円弧部との接続点（Ａ、Ａ’）に向かって引かれる線で定まる中心角が６５°となるような扇形の半径とする。なお、曲率半径の算出方法としては、例えば、３点（角部外側の交点、および、平板部と円弧部との接続点である２点）の距離関係の測定結果から正弦定理を用いて曲率半径を算出する方法や、前記３点の領域内のコーナー部とよく一致するラジアルゲージから曲率半径を計測する方法などがあるが、この限りではない。

上記のような角形鋼管を得る技術として、本発明では、所望の角部曲率半径Ｒを精度良く得ることを可能にする。

本発明者らは、角部曲率半径Ｒが肉厚ｔの２．０～４．０倍である鋼管を一例にして、このような鋼管を精度良く得るための製造方法を鋭意検討し、本発明を完成させた。具体的には、同じ角成形スタンドのロールセットを使用しながら、角成形中の肉厚中央部または肉厚中央部付近の周長変化率を制御することで、肉厚、外形が同じ角形鋼管でありながら、角部曲率半径Ｒが肉厚ｔの２．０～４．０倍である鋼管を精度良く得られることを見出した。
例えば、ＢＣＲ法により、角形鋼管外面の角部曲率半径Ｒが肉厚の２．０倍以上３．０倍以下である角形鋼管を得るためには、角成形前後の円筒鋼管（素材鋼管）の周長を調整し、角成形における肉厚中央部の周長変化率を３～６％に制御すればよいことを知見した。また、角部曲率半径Ｒが肉厚の３．０倍以上４．０倍以下である角形鋼管を得るためには、肉厚中央部の周長変化率を０．５～３％に制御すればよいことを知見した。
このとき、周長変化率を０．５％未満に制御すると平板部の形状を平行にできず、目標の角形鋼管の断面寸法が得られない可能性がある。また、周長変化率を６％超にすると、角形鋼管の角部の曲率半径が小さくなるが、角部外面に割れが生じるなどの問題が発生する場合がある。また、最終スタンドを除く各角成形スタンドにおける周長変化率を０．１％以上、３％以下に制御することが好ましい。０．１％未満では成形後に弾性回復の影響が大きくなり、目標通りに成形できない。３％超の成形では平板部が内凹み形状になるため形状不良が発生する場合がある。このように、角成形スタンドのロールポジションを肉厚中央部または肉厚中央部付近の周長変化率に基づいて調整することで、精度良く所望の角部の曲率半径が得られることを知見した。また、肉厚中央部付近は、肉厚中央部（ｔ／２位置）から外面および内面側へ肉厚方向（半径方向）にｔ／８までの領域とすればよいことも知見した。具体的に、肉厚中央部から外面および内面側へ肉厚方向（半径方向）にｔ／８超えて離れた位置における周長変化率に基づいて角成形スタンドのロールポジションを調整する場合、肉厚が厚い角形鋼管ほど所望の角部の曲率半径を精度良く得られないことを知見した。なお、好ましくは、ロールポジションの調整は、肉厚中央部の周長変化率に基づいて行う。

上記の知見に基づいて完成させた本発明の角形鋼管の製造方法は、電縫鋼管７等の素材鋼管を角成形スタンドによって角成形して角形鋼管を製造する角形鋼管の製造方法であって、後述の製造管理方法における角成形スタンド状態判定工程で状態を判定された角成形スタンドにより角成形を行う角成形工程を含む角形鋼管の製造方法である。
上記の製造管理方法は、角成形がなされる前の前記素材鋼管における管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置（ｔ：肉厚）の周長、および角成形がなされた後の管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置の周長の差分から周長変化率を算出する周長変化率算出工程と、周長変化率に基づいて、角成形スタンドの状態を判定する角成形スタンド状態判定工程と、を含む。本発明の角形鋼管の製造方法は、この製造管理方法に状態を判定された角成形スタンドにより成形される角形鋼管の製造方法であり、上記周長変化率算出工程後の角成形スタンド状態判定工程で状態を判定された角成形スタンドにより角成形を行う角成形工程を含む。

図４、図５は、本発明の角形鋼管の製造管理システム２０および該システムが有する製造管理装置１２の構成の概要を説明するための図である。
本発明の角形鋼管の製造管理システム２０を構成する製造管理装置１２は、上述した電縫鋼管７である素材鋼管（角成形が施された鋼管であってもよい。）を角成形スタンド９によって角成形して角形鋼管１０を製造するために用いる製造管理装置であって、角成形がなされる前の素材鋼管における管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置（ｔ：肉厚）の周長、および角成形がなされた後の管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置の周長の差分から周長変化率ｒ_ｎを算出する周長変化率算出部１２６と、周長変化率ｒ_ｎに基づいて、角成形スタンド９の状態を判定する角成形スタンド状態判定部１２７と、を有する、角形鋼管の製造管理装置である。

また、製造管理装置１２は、入力部１２１、周長変化率ｒ_ｎに基づいて角成形スタンド９のロールポジションの調整を制御する制御部１２２、ロールポジション位置情報や周長変化率ｒ_ｎの情報等を記録する記憶部１３０を有していてもよい。
また、制御部１２２は、外径分布算出部１２３、角成形前周長算出部１２４、角成形後周長算出部１２５、上記の周長変化率算出部１２６、角成形スタンド状態判定部１２７、出力部１２８、ロールポジション調整部１２９を有していてもよい。これらの各機能については後述する。

製造管理装置１２は、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータで構成され、ＣＰＵなどによる演算処理機能、ＧＰＵなどによる画像処理機能、記憶部１３０の一例としてのＲＯＭやＲＡＭなどの各種メモリ機能を有し、その他、データ通信端子で接続されたハードディスクなどの記録媒体を有していてもよい。

製造管理システム２０は、上記の製造管理装置１２を有し、さらに素材鋼管の形状を測定する外形プロファイル計１１を有していてよい。外形プロファイル計１１は、角成形がなされる前の素材鋼管の形状を測定する第１外形プロファイル計１１１と、角成形がなされた後の上記形状を測定する第２外形プロファイル計１１２とを有していてよい。また、製造管理システム２０は、角成形スタンド状態判定部１２７による角成形スタンドの状態の判定結果を表示する表示装置１５を有していてもよい。表示装置１５は、視覚的にユーザが情報を認識できるディスプレイデバイス等とすることができる。
また、製造管理システム２０は、アラーム装置等の出力装置を有していてもよい。
また、製造管理システム２０は、製造管理装置１２が有するロールポジション調整部１２９の指示に基づいて、角成形スタンド９のロールポジションを調整するロールポジション調整装置１６を有していてもよい。

次に、角成形スタンド９による成形前後における鋼管の肉厚中央部または肉厚中央部付近（肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置（ｔ：肉厚）、（以下、肉厚中央部等とも記す。））の周長変化率を算出し、角成形スタンドの状態を判定することでロールポジションの調整の要否を判定する本発明の製造管理方法について、図６のフローチャートを用いて説明する。図６は、角形鋼管の肉厚中央部等の周長変化率を算出するフローを示す。

フローチャートに示す処理は、例えば、操作者により入力部１２１への製造管理処理開始の指示入力があったタイミングで開始となり、ステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、制御部１２２が、ロールポジション調整装置１６に、角成形スタンド９の現在の各ロールのポジションを測定させ、数値データとして製造管理装置１２が有する記憶部１３０に記録する。製造管理装置１２は、計算処理を行うプロセッサを有し、記憶部１３０としては、データを記録させるメモリなどの記憶媒体を有する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、ステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、制御部１２２が、外形プロファイル計１１に鋼管断面のプロファイルを測定させる。
まずは、制御部１２２は、角成形前の鋼管断面のプロファイルを第１外形プロファイル計１１１に測定させる。
ここで、図４中の角成形スタンド９において、角成形方向（鋼管進行方向）に、順に、第１ロール（鋼管をＲ１の形状に成形するロール）、第２ロール（鋼管をＲ２の形状に成形するロール）、第３ロール（鋼管をＲ３の形状に成形するロール）、第４ロール（第３ロールの後、鋼管をさらに成形するロール）とする場合、角成形前とは、鋼管が第１ロールで成形される前のことでもよいし、第２ロールで成形される前のことでもよいし、第３ロールで成形される前のことでもよいし、第４ロールで成形される前のことでもよい。

また、角成形前の鋼管断面のプロファイルが第１外形プロファイル計１１１により測定され、後述の外形曲率半径ｒ_ｉ’分布の算出等がなされた後に、再び本ステップの処理がなされる場合には、制御部１２２は、角成形後の鋼管断面のプロファイルを第２外形プロファイル計１１２に測定させる。

角成形後のプロファイルの測定において、鋼管の管軸方向測定位置は、角成形前のプロファイルの測定位置に対して、管軸方向に前後３ｍまでの範囲内の位置であればよいが、同位置であることがより好ましい。
ここで、角成形後とは、角成形前よりも後の段階であれば特に限定されず、角成形前が鋼管を第１ロールで成形する前のことを指すのであれば、鋼管が第１ロールで成形された後のいずれの段階を指してもよい。また、角成形前が鋼管を第２ロールで成形する前のことを指すのであれば、角成形後は、第２ロールで成形された後のいずれの段階でもよい。また、角成形前が鋼管を第３ロールで成形する前のことを指すのであれば、角成形後は、第３ロールで成形された後のいずれの段階を指してもよい。また、角成形前が鋼管を第４ロールで成形する前のことを指すのであれば、角成形後は、第４ロールで成形された後を指すとしてよい。

測定された角成形前後のデータは記憶部１３０に記録され、ＰＣ内で測定した数値をＸＹの２軸座標（水平方向－鉛直方向）へと変換させる。
なお、ここでは、角成形前後の２データのみの鋼管断面のプロファイルの測定について説明しているが、３データ以上測定してもよく、このとき、任意の２点のデータについて、角成形前のデータと角成形後のデータとすることができる。
なお、好ましくは、測定精度と製造管理装置１２および製造管理システム２０の簡素化やイニシャルコストの点から、角成形前は、第１ロール入側であり、角成形後は、第４ロール出側である。また、より好ましくは、角成形中の角部の曲げ変形や周方向の絞り変形による肉厚中央部等の周長変化率をより精度良く測定することを可能にする点から、角成形前は、第１ロール入側であり、角成形後は、第３ロール出側および第４ロール出側である。

ここで、本ステップで行われるプロファイルの測定について、図７を参照しながら、製造管理システム２０が有する外形プロファイル計１１の構成を説明しながらより詳細に説明する。

図７は、角成形の外形プロファイルを測定する方法の一例を説明するための図であり、鋼管を管軸方向に視た場合の鋼管の管軸方向垂直断面と、鋼管外周を囲う外形プロファイル計１１を示す図である。

第１の角成形スタンド入側、角成形スタンド間、最終の角成形スタンド出側に設置された外形プロファイル計１１により、各位置での鋼管の全周の外形形状を測定する方法としては、管軸方向垂直断面を周方向に連続的に測定できる方法であれば、どのような手法であってもよい。

例えば、図７に示すように複数台の光学式の２次元変位計を外形プロファイル計１１として、管周方向に配列させることで、切れ目無く鋼管の外形形状を測定することができる。また、鋼管の外形の測定点は、管周方向に３６０点以上あることが好ましい。測定点が３６０点未満であると、測定の分解能が悪化し、形状測定の誤差が大きくなる場合がある。このとき、複数の外形プロファイル計１１は、管周方向に鋼管の外形を精度良く測定できるように、長手位置の同位置に配列させ、鋼管の断面中央が測定座標の原点になるように位置の調整を行う。

また、外形プロファイル計１１を設置する位置については特に指定は無いが、例えば、第１角成形スタンドの入側においては、予成形が発生する前の位置であることが好ましく、角成形スタンド間および最終の角成形スタンド出側においては、成形された鋼管の弾性回復が十分なされた位置であることが好ましく、それぞれロール最下部から０．５～２．０ｍ後方（スタンド下流側）位置であることが好ましい。

また、外形プロファイル計１１は、第１角成形スタンドの入側および最終の角成形スタンド出側に設置させることが好ましい。好ましくは、最終スタンドから１段上流のスタンドにも設置させる。より好ましくは、全スタンド間に外形プロファイル計１１を設置させる。図５中では、これら複数の外形プロファイル計１１について、角成形前の鋼管形状を測定するプロファイル計１１を第１外形プロファイル計１１１とし、角成形後の鋼管形状を測定するプロファイル計１１を第２外形プロファイル計１１２とする。

以上、ステップＳ２の処理は完了し、ステップＳ３の処理に進む（図６再参照）。

ステップＳ３の処理では、制御部１２２の外形分布算出部１２３が、例えば、２軸座標のデータから、鋼管上面の幅中央部を頂点とし、頂点座標を（Ｘ_０，Ｙ_０），任意の点の座標を（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）としたとき、頂点と鋼管中央Ｏを通る直線Ｌと任意の点と鋼管中央Ｏを通る直線Ｌ‘とを成す角度θ_ｉを三角関数から算出する。また、任意の点（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）とその両隣の点（Ｘ_ｉ－１，Ｙ_ｉ－１）、点（Ｘ_ｉ＋１，Ｙ_ｉ＋１）を通る円弧を仮定し、幾何学的計算から円弧の曲率半径ｒ_ｉ’と円弧を成す角度ｄθ_ｉを算出する（図８参照）。この処理を管周方向１周分に渡って行い、全周に渡って処理を行う。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、ステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、制御部１２２は、後述の角成形前の周長の情報と、角成形後の周長の情報を取得できている場合には、ステップＳ５の処理に進み、一方、まだ角成形後の周長の情報を取得できていない場合には、ステップＳ２の処理に戻ることを判断する。

続いて、ステップＳ５の処理では、制御部１２２の角成形前周長算出部１２４が、上記算出された円弧の曲率半径ｒ_ｉ’から肉厚ｔの３／８倍から５／８倍のいずれかを差し引いた曲率半径ｒ_ｉを用いる。好ましくは、肉厚の半分を差分したｒ_ｉ＝ｒ_ｉ’－ｔ／２を円弧の曲率半径として算出する。この処理を上記の算出された任意の点とその両隣の点が成す円弧の曲率半径ｒ_ｉ’の全周分に行う。ここで、角成形前の外形プロファイルを測定した位置における鋼管の肉厚中央部等の周長Ｌ_０は式（１）の通りに算出する。なお、ステップＳ５での処理は、再度行われるステップＳ２～Ｓ４の処理と同時に行われてもよい。

これにより、ステップＳ５の処理は完了し、ステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、制御部１２２の角成形後周長算出部１２５が、ステップＳ５における処理と同様に、上記算出された円弧の曲率半径ｒ_ｉ’から肉厚の３／８倍から５／８倍のいずれかを差し引いた曲率半径ｒ_ｉを用いる。好ましくは、肉厚の半分を差分したｒ_ｉ＝ｒ_ｉ’－ｔ／２を円弧の曲率半径として算出する。
この処理を前記算出された任意の点とその両隣の点が成す円弧の曲率半径ｒ_ｉ’の全周分に行う。ここで、外形プロファイルを測定した位置における鋼管の肉厚中央部等の周長Ｌ_ｎは式（２）の通りに算出する。ここでｎは角成形のスタンド番号を示し、例えば、Ｌ_１は１番目の角成形のスタンド（第１ロール）で角成形された後の周長のことを指す。

なお、角成形が進行すると平板部が形成され、円弧の曲率半径ｒ_ｉ’が無限大になりｒ_ｉ×ｄθ_ｉが算出できなくなる。その場合は、前記点（Ｘ_ｉ－１，Ｙ_ｉ－１）、点（Ｘ_ｉ＋１，Ｙ_ｉ＋１）を結ぶ線分の長さを算出し、ｒ_ｉ×ｄθ_ｉ＝｛（Ｘ_ｉ＋１―Ｘ_ｉ－１）^２+（Ｙ_ｉ＋１―Ｙ_ｉ－１）^２｝^１／２とする。この点を鑑み、上記式（２）を採用し得る、円弧の曲率半径ｒ_ｉ’の上限値を予め設定しておくことが好ましい。この上限値を超える場合、ｒ_ｉ×ｄθ_ｉ＝｛（Ｘ_ｉ＋１―Ｘ_ｉ－１）^２+（Ｙ_ｉ＋１―Ｙ_ｉ－１）^２｝^１／２とする。上記の上限値は７０００ｍｍであることが好ましい。より好ましくは５０００ｍｍである。

なお、測定精度の観点から、ステップＳ５において周長を測定する鋼管の肉厚方向の位置（管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置）と、ステップＳ６において周長を測定する鋼管の肉厚方向の位置（管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置）とは同じであることが好ましい。

これにより、ステップＳ６の処理は完了し、ステップＳ７の処理に進む。

ステップＳ７の処理では、制御部１２２の周長変化率算出部１２６が、外形プロファイルを測定した位置における肉厚中央部等の周長Ｌ_ｎと、肉厚中央部等の周長Ｌ_０との差分を肉厚中央部等の周長Ｌ_０で除した周長変化率ｒ_ｎ（以下の式（３）参照）を算出する。制御部１２２の出力部１２８は、この周長変化率ｒ_ｎをディプレイデバイス等の表示装置１５へ出力し、外形プロファイルを測定した位置までの鋼管の肉厚中央部等の周長変化率ｒ_ｎを表示させる処理を行うことができる。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、ステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ８の処理では、制御部１２２の角成形スタンド状態判定部１２７が、角成形スタンドの状態を判定する。具体的には、角成形スタンド状態判定部１２７が、前記外形プロファイルを測定した位置における前記肉厚中央部等の周長変化率ｒ_ｎが、予め設定していた目標の最終成形後の角部曲率半径Ｒを得るための各角成形スタンドの肉厚中央部等の周長変化率の許容範囲（ｒ_ｍｉｎ以上、ｒ_ｍａｘ以下）を満たしているか否かを判定し、満たしていれば、ステップＳ８の処理は完了し、現状の各ロールのロールポジション、ｒ_ｎを記憶部１３０に実績データとして記憶させ、ステップＳ１０の処理に進む。また、満たしていない場合は、ステップＳ８の処理は完了し、ステップＳ９の処理に進む。

ステップＳ９の処理では、制御部１２２のロールポジション調整部１２９が、角成形スタンド状態判定部１２７による判定に基づいて、角成形スタンド９のロールポジションの調整を行わせる。具体的には、ロールポジション調整部１２９が、上記の外形プロファイルを測定した位置から、上流側で同様に外形プロファイルを測定した位置までの間に存在する角成形スタンド９のロールに対し、上記肉厚中央部等の周長変化率ｒ_ｎにおける、上記各角成形スタンドの肉厚中央部等の周長変化率の許容範囲の中央値からの乖離量に応じて、各ロールポジションの調整量を算出する。上記調整量については、記憶部１３０に格納された実績データを用いて近似式で定式化した各ロールのロールポジションと周長変化率ｒ_ｎとの関数からロールポジションの調整量を算出する。ロールポジション調整部１２９は、算出されたロールポジションに応じて、ロールポジション調整装置１６に、該当の角成形スタンドのロールポジションを移動させる。また、ステップＳ９の開始段階では、記憶部１３０に実績データとして蓄積した現状の各ロールのロールポジション、周長変化率ｒ_ｎに基づいて、前述した各式（近似式）の再調整を行う。ロールポジションの移動をロールポジション調整装置１６で行わせることでステップＳ９は完了し、ステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１０の処理では、出力部１２８が周長変化率ｒ_ｎを表示装置１５に表示させる。これにより、製造管理処理は終了する。

以上、本発明の実施形態では、上述したような製造管理装置と、製造管理方法と、上記製造管理装置を有する製造管理システムと、上記製造管理方法で管理された角成形スタンドを用いた角形鋼管の製造方法が提供される。

熱延鋼板を、ケージロール群およびフィンパスロール群により楕円形断面のオープン管に連続成形し、次いでオープン管の相対する端面を高周波誘導加熱または高周波抵抗加熱で融点以上に加熱し、スクイズロールで圧接し、電縫鋼管の素管とした。得られた電縫鋼管に対して、２スタンドのサイジングロール群で円筒状に成形した後、４スタンドの角成形ロール群で角成形を行い、肉厚９ｍｍ、外形５００ｍｍおよび肉厚２８ｍｍ、外形５００ｍｍの角形鋼管を得た。なお、本実施例では、外形とは、管軸方向に垂直な断面視で、角形鋼管の縦径および横径のことを指す。本実施例で用いた角形鋼管は、断面が略正方形状であり、縦径と横径が同一であった。

これらの角形鋼管を、同一の角成形ロール群を使用して、目標の外面の角部曲率半径Ｒが肉厚の２．５倍または３．５倍であり、目標の角部曲率半径Ｒの許容寸法誤差がいずれも肉厚の±０．５倍以内である角形鋼管を得るために角成形スタンドのロールポジションを調整した。

外形プロファイル計１１は、第１角成形スタンドの入側および各角成形スタンド出側に設置し、設置位置はロール最下部から１．０ｍ後方（スタンド下流側）位置とした。角形鋼管の製造においては外形プロファイル計１１による鋼管の肉厚中央部等の周長変化率から求められるロールポジション調整を行う製造管理処理がなされた角成形スタンドを用いて角成形を行ったものを本発明例とし、製造管理処理がなされていない角成形スタンドを用いて角成形を行ったものを比較例とした。また、角形鋼管の製造においては、外形プロファイル計１１による鋼管の肉厚中央部等の周長変化率から求められるロールポジション調整を行う製造管理処理がなされたもので、第１角成形スタンドから最終の第４角成形スタンドにおける角成形前の円筒管からの肉厚中央部、あるいは、肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８（ｔ：肉厚）の位置における周長変化率ｒ_ｎ（ｒ_１～ｒ_４）をそれぞれ算出したものを本発明例とし、それ以外の位置における周長変化率ｒ_ｎ（ｒ_１～ｒ_４）をそれぞれ算出したものを比較例とした。
外形プロファイルから肉厚中央部の周長変化率を算出するときは、周方向に７２０点のデータから幾何学計算を行った。
得られた角形鋼管１００本に対して、ラジアルゲージを使用して角部外面の曲率半径を測定した。実測した角形鋼管の角部曲率半径Ｒの最大値および最小値の結果を表１に示す。発明例では全ての角形鋼管において目標の角部外面の曲率半径からの誤差を±０．５ｔ（ｔ：肉厚）以内に抑制できたが、比較例では一部角形鋼管において角部外面の曲率半径の誤差が±０．５ｔ超であった。

表１の結果から、発明例はいずれも目標の角部曲率半径Ｒを満たす角形鋼管が得られる。

１ 鋼帯
２ レベラー
３ ケージロール群
４ フィンパスロール群
５ スクイズロール
６ 溶接機
７ 電縫鋼管
８ サイジングロール群（サイジングスタンド）
９ 角成形ロール群（角成形スタンド）
１０ 角形鋼管
１１ 外形プロファイル計
１２ 製造管理装置
１５ ディプレイデバイス（表示装置）
１６ ロールポジション調整装置
２０ 製造管理システム
１２１ 入力部
１２２ 制御部
１２３ 外形分布算出部
１２４ 角成形前周長算出部
１２５ 角成形後周長算出部
１２６ 周長変化率算出部
１２７ 角成形スタンド状態判定部
１２８ 出力部
１２９ ロールポジション調整部
１３０ 記憶部

Claims (7)

1. 素材鋼管を角成形スタンドによって角成形して角形鋼管を製造するために用いる製造管理装置であって、
   角成形がなされる前の前記素材鋼管における管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置（ｔ：肉厚）の周長、および角成形がなされた後の前記管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置の周長の差分から周長変化率を算出する周長変化率算出部と、
   前記周長変化率に基づいて、前記角成形スタンドの状態を判定する角成形スタンド状態判定部と、を備える、角形鋼管の製造管理装置。
2. 前記角成形スタンド状態判定部による判定結果を出力する出力部を備える、請求項１に記載の角形鋼管の製造管理装置。
3. 前記角成形スタンド状態判定部による判定に基づいて、前記角成形スタンドのロールポジションの調整を行わせるロールポジション調整部を備える、請求項１または２に記載の角形鋼管の製造管理装置。
4. 素材鋼管を角成形スタンドによって角成形して角形鋼管を製造するための製造管理方法であって、
   角成形がなされる前の前記素材鋼管における管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置（ｔ：肉厚）の周長、および角成形がなされた後の前記管表面から肉厚方向３ｔ／８～５ｔ／８の位置の周長の差分から周長変化率を算出する周長変化率算出工程と、
   前記周長変化率に基づいて、角成形スタンドの状態を判定する角成形スタンド状態判定工程と、を含む、角形鋼管の製造管理方法。
5. 素材鋼管を角成形スタンドによって角成形して角形鋼管を製造する角形鋼管の製造方法であって、
   請求項４に記載の角成形スタンド状態判定工程で状態を判定された角成形スタンドにより角成形を行う角成形工程を含む、角形鋼管の製造方法。
6. 請求項１～３のいずれかに記載の角形鋼管の製造管理装置を備え、
   さらに、外形プロファイル計として、少なくとも、
   角成形がなされる前の前記素材鋼管の形状を測定する第１外形プロファイル計と、
   角成形がなされた後の前記形状を測定する第２外形プロファイル計と、
   を備える、角形鋼管の製造管理システム。
7. 前記角成形スタンド状態判定部による角成形スタンドの状態の判定結果を表示する表示装置を備える、請求項６に記載の角形鋼管の製造管理システム。

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