JPH03421A - 極厚肉鋼板の深曲げ工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明工法は、−シームまたはニシームより成る極厚肉
鋼板を用いた大径角形鋼管を成形する際に必要であって
、可及的に隅角部の内部応力を減少させるような極厚肉
鋼板の略、直角潔白げ工法に間する。

［従来の技術］ 最近、鉄骨、鉄筋コンクリート構造物に対する強度、耐
震性に関心が深まり、そのコラムにＨ形鋼よりも捩り強
度などに強い角形鋼管を使用する機会が、多くなってい
る。とこるでコラムに使用できるような角形鋼管の成形
工法として従来、文献上は兎も角、現実にはＵ字形断面
の鋼材を向い合わせて１．その縁辺相互を突合わせ溶接
して角形鋼管を製造するとか、角形鋼材を組合せて、そ
の各隅角部を溶接するなどの工法が採用されていた。

しかしながら、鋼材に対する溶接加工部分が多くなって
溶接資材、工数上不利であるとか、最近鋼材の質が向上
した事、加工技術が進歩したことから、帯状の単位の一
枚の厚肉鋼板を長手方向に折曲げて断面を略四角形に成
形し、相互の縁辺を突合わせ溶接するとか、まず、コイ
ル状鋼板を幅方向に丸めて丸形鋼管を製造した後に、そ
の断面を角形に成形する等の工法が開発され、良質な大
径角形鋼管が、比較的安価に入手できるようになってい
る。

しかし、上述のような工法によって成形し得る大径角形
鋼管の素材の肉厚、径には技術的に制約があって、現在
では、板厚が９＋ｍ■ないし３２ｍｍ程度、径は３００
ｍ＋ｅないし６００龍程度のものが限界になっている。

そして、それ以上のものについては角形鋼板を組合せ、
その各隅角部を、それぞれ溶接する事により製造する外
ない。

すなわち、前者については、厚板鋼板の隅角部相当部分
を冷間加工によって、略、直角に折曲げるために、隅角
部分の鋼板は折曲げの外側部は引張り応力が、内側面に
は圧縮応力が、それぞれ掛かるので、隅角部に大きなＲ
を施さないと素材の折曲げ部に亀裂が生じるおそれがあ
り、また、折曲げ歪の残留応力が隅角部辺に生じる。

それは、鋼材の板厚が大である程に生じ易く、この為、
隅角部のＲの大きさと板厚とは、ある程度、関数関係を
備えている。したがって外径が比較的に小さく、板厚の
大きな角形鋼管を成形しようとすると、隅角部のＲが大
になって、より丸形鋼管に近い断面形を備えるようにな
り、角形鋼管を選択する意味が薄れてしまう。

また、後者の場合、大径角形鋼管の径は、帯鋼を幅方向
に曲げるためのロールの大きさによって制約を受け、そ
の限界も上述程度を出ない。

ところが、最近多数計画されている高層建築物、たとえ
ば１０階とか３０　ＲＪなどの建築物に使用するコうな
大径角形鋼管は使用に耐えない。

したがって、それ以上の極厚肉鋼板を用いた大径角形鋼
管をコラムとして使用しようとすれば、さきに問題点を
内包する例として掲げた、従来の工法によって成形され
た四シームタイプの角形鋼管を利用するより外なかった
。

［発明が解決しようとする課題］ そこで本発明工法は、極厚肉鋼板、たとえば板厚が４０
！ＩＩＩないし５０１ｍの帯鋼板の隅角部予定個所をプ
レスによって略直角になるよう折曲げるに当り、可及的
に隅角部のＲを゛小さく（板厚に比較して）すると共に
、当該個所の素材の割れとか、肉やせを生じさせる事な
く、折曲げに基づく残留応力を比較的に少なくする極厚
肉鋼板の折曲げ工法を開発し、以て、−シームまたはニ
シームタイプより成る安定した品質と比較的に経済的な
極厚肉鋼材を用いた大径角形鋼管を形成し、従来使用さ
れて来たーシームまたはニシームタイプの大径角形鋼管
の限界を超えて、最近の建築業界における高層建築物用
コラムの需要に応えることを目的とする。

さらには、角形鋼管における素材の溶接ラインを角形鋼
管の隅角部としない極厚肉大径角形鋼管を、比較的安価
に市場に提供することも目的の一つである。

また、極厚肉大径角形鋼管の形成に当り、比較的に溶接
資材、工程を節減して、検査の手数を少なくするとか、
生産効率を高める等の合理化を進めることも別の目的で
ある。

その他の目的は、本発明工法の実施例の説明から、徐々
に明らかになると思われる。

［課題を解決するための手段］ 本発明工法は、上述の目的を達成するため、次に述べる
とおりの各構成要件を具備する。

（１）単位長の極厚肉鋼板帯を長手方向に搬送する際、
同鋼板の幅方向所要位置に、少なくとも一セットの高周
波誘導加熱装置を設置し、前記鋼板の移動に伴ない、そ
の隅角部予定位置付近細幅の範囲を、板厚の少なくとも
１／２の深さまで誘導加熱する一方、その加熱電力を、
鋼板の加熱始めは大きく、終端に向うに従って順次、小
さくするよう調節して、前記鋼板が全面的に次工程成形
プレスの雌型に載ったときには、前記鋼板加熱部分が長
手方向に略、均等な温度になるように制御すると共に、
鋼板の加熱側表面から前記隅角部予定位置を長手方向全
面にわたって雄型によって押圧して、直角または直角近
く折曲げる工程より成る極厚肉鋼板の深曲げ工法。

［作用］ 単位長の極厚肉情板を長手方向に移送する手段の両側に
は、要すれば幅決めおよび開先加工装置を配して幅決め
した後、極厚肉情板の移送方向に直交する方向に、かつ
前記鋼板面に近接して、その隅角部予定位置の上側また
は下側に、略、隅角部を形成する幅を満たす程度に、そ
して少なくとも板厚の１７２程度の深さの範囲を加熱で
きる程度の容量を備えた少なくとも一つ以上の高周波誘
導加熱装置を設備して、前記極厚肉情板の特定位置、す
なわち、角形鋼管を形成したときの隅角部に相当する部
分のみを、鋼板を移送しながら加熱する。

それも鋼板の始端を加熱し始めてから、その終端の加熱
が終るまでの間、前記鋼板の移送に伴なって、始めは強
く、それから徐々に加熱用電力を制御して、鋼板の隅角
部予定ラインが全長にわたって加熱が終わったときには
、前記加熱ラインの始めから終りまでの加熱温度が全長
にわたって略、均等になるようにｍ整して、前記隅角部
予定位置の折曲げ温度条件を可及的に均一化する。

高周波誘導加熱が終了した時点では前記極厚肉情板は、
加熱側を上面に、隅角部予定位置を折曲げプレスの雌型
の上に全体的に位置合わせして搬送停止する。この時点
で、極厚肉情板の外形と隅角部予定位置、すなわち、折
曲げ個所はプレス型に対して若干の位置修正が行われて
もよい。　次に鋼板の前記加熱部分を、その全長にわた
って雄型によって押圧して、前記鋼板を雌型と雄型との
間で押圧し、同鋼板をそれぞれ９０°または９０°近く
折曲げる。

その際、極厚肉情板は、その折曲げ内側領域が略１／２
板厚にわたり弱い外力によっても変形加工可能な程度に
加熱されていて、冷間加工に近い曲げ加工を受ける鋼板
の厚さは全体の１７２以下で、それが折曲げ部の外側に
あるため、極厚肉情板の９０°まなは９０°に近い折曲
げ加工であるにもかかわらず、隅角部のＲを比較的小さ
くすることができ、しかも素材局部に割れ目など生じる
がことなく、また、折曲げプレスのパワーが比較的に小
さくて済む。

素材の加熱部分は、当該部分の折曲げと共に圧縮力を受
け、隅角部内側に膨出しようとするが、そこには所定の
Ｒを備えた雄型の押圧力が掛がっているので、素材は自
由な形で隅角部内側に膨出はできないが、さりとて、折
曲げによって隅角部に当なる素材部分の板厚が薄くなる
ような事はない。

要するに、極厚肉鋼材の所要個所の温度が冷却しないう
ちに折曲げて、可及的に隅角部のＲを小さくすると共に
、小さな力によって折曲げ加工し、かつ折曲げによる残
留応力を極力小さくしようとするものである。

また、極厚肉情板を使用しながら、その隅角部のＲを可
及的に小さくして、コラムの断面係数を大きくするもの
である。

さらに鋼板折曲げのパワーを小さくしようとするもので
ある。

［実施例コ 以下に本発明工法および同工法を利用する極厚肉鋼管の
成形方法に関する実施例を説明するが、本出願当時の当
業界における技術水準の範囲内で、各種の利用手段、変
形例があり得るので、本実施例のみに基づいて、本発明
工法を限定的に解釈すべきではない。

第５図は、従来、実施されているーシームタイプの大型
角形鋼管の成形方法およびその装置の一例を示すもので
、その工程順に沿って説明すると、第５図（１）では、
単位長に切断された一枚板の、たとえば板厚２ｈａ程度
の帯鋼板１を送りローラ１０群により構成される搬入テ
ーブルに載せ、かつ図示しない両側のガイドロールで左
右を位置決めした状態で移送され、開先加工および幅決
め機２により鋼板１の両側面の開先加工を行う。

第５図（２）では、かくして開先・幅決め加工が終った
帯鋼板１は搬送テーブルにより移送され、次いで、その
上、下両面をピンチロール３によって挟まれ、成形プレ
ス４内に送り込まれる。成形プレス４内では鋼板１の隅
角部予定個所が全長に亘って同プレス４の雌型４−１お
よび雄型４−２の中間に位置し、かつ帯鋼板１の折曲げ
プレス型に対する幅方向位置を正確に位置決めする。し
たがって、その際、帯鋼板１は成形プレス４に対し幅ガ
向に微調整（たとえば帯鋼板縁がら角形鋼管径の１７２
の位置を折曲げプレス型に合わせる。）された後に、雄
型４−２を鋼板１に対し全面的に圧下・押圧させること
によって角形鋼管の隅角部の曲げ加工を行う。この成形
の順序の一例は、第６図に示すように、 （ａ＞帯鋼板１の隅角部１６となるべき個所を所定角度
たとえば９０８、油圧機構を作動させて雄型を鋼板１に
押圧し、これと雌型４−１との間で鋼板を折曲げ、次い
で、折曲げプレス型を引離して（雄型４−２を上方に移
動させて）ｆＲ板１の自由度を回復する。その際、鋼板
隅角部には相当のＲが付けられる。

（ｂ）折曲げた帯鋼板１を、その幅方向に角形鋼管の径
に等しい長さだけ成形プレス４に対し鋼板１を正確に平
行移動させて、隅角部子定位Ｍ１７を折曲げプレス型の
中心位置に正確に位置決めをした後、油圧機構を用いて
再び雄型４−２を下降させ、鋼板１の隅角部１７を、た
とえば１１５°程度折曲げ型を相互に引離す。

（ｃ）２回折曲げられた帯鋼板１は、次に幅方向反対縁
に近い隅角部予定位置１８、すなわち鋼板縁から略、鋼
管径の１／２離れたところを折曲げプレス型に対して正
確に位置決めした後に雄型４−２を降下させて、隅角部
１８を９０°折曲げ、その後、折曲げ型を引離す。

（ｄ）次いで、隅角部１７と１８との中間部１／２の個
所を正確に折曲げ型中心位置に位置決めして、鋼板ｌの
最終折曲げを完了する。この際の曲げ角度は、雄型４−
２が鋼管近似断面の切口から脱し得るように略、１１５
°にする。

（ｅ）この角形鋼管近似断面を形成した鋼管素材２０は
、互の開先加工縁を向き合わせるようにして搬送テーブ
ル１０に載置され、次工程に移送される。

以上の説明からみて、 （イ）帯鋼板に対する隅角部予定位置の折曲げ加工には
、順序があること。

したがって、第１の折曲げ工程と第２の折曲げ工程との
間には帯鋼板の位置決め時間を含めて若干の時間差が生
じること。

（ロ）帯鋼板の隅角部予定位置の折曲げ加工は、冷間加
工により行われ、それは折曲げ外側の鋼板には引張り力
が加わり、内側の鋼板には圧縮力が加わるので、帯鋼板
の板厚を考慮して、それらが安全に弾性限界内にあるよ
うにＲを施しておかないと、折曲げ部に亀裂が生じて、
不良品が出来上るおそれがあること。

Ｒの大きさは帯鋼板の板厚によって定まり、板厚が厚く
なる程にＲも大にしなければ危険であることが知られて
いる。

その現象は、極厚肉鋼板を用いて角形鋼管を形成する際
に顕著に現れるから、これを防ぐために隅角部に施すＲ
を、より一層大にしなければならず、結局、その鋼管断
面は、次第に丸鋼管に近似するようになって、角形鋼管
を選択した特徴が失われる結果となる。

それは兎も角、第５図（３）では、折曲げプレス工程に
よって、断面が略、角形鋼管に近似した鋼管素材２１は
搬送テーブル１０を介して、次工程の、断面角形成形ロ
ール群の間を通って規格どおりの断面に成形される結果
、相互に突合わされるメタルタッチの開先縁部の仮付け
６エ程（スポット仮付け、または連続的仮付け）を経て
、一応は規格どおりの角形断面を有する鋼管が成形され
る。

第５図（４）では、前述のとおり、断面形が一応。

整えられた角形鋼管を、長手軸方向を中心にして１８０
°回転して、前記仮付はラインを角形鋼管の下底に持ち
来たし、その仮付は溶接継目を鋼管の内側から鋼板素材
の１／３程度の深さに達するまでサブマージドアーク溶
接７する。

第５図（５）工程では、上記のように鋼管内側壁仮付は
継目を本溶接した後、さらに鋼管を１８０°長手軸を中
心に回転して仮付は溶接ライン外側を鋼管の上面に向け
、同継目部分の鋼板素材の大部分を、サブマージドアー
ク溶接８によって本溶接し、角形鋼板を製造する。前記
大径角形鋼管は、その断面周長の一辺にのみ溶接ライン
を持つ為に、溶接歪みが、シーム部を有する辺にのみ集
中して、鋼管内部応力のバランスが崩れ鋼管の長手方向
に対して歪みが生じることがあるので、これを矯正機９
にかけて修正する。

第５図（６）においては、上述鋼管の溶接ラインの状態
に欠陥が無い事を検査する探傷機器１１を通して、規格
どおり最終製品として送り出す。

といった工程を経て、大径角形鋼管が生産されていたが
、それは、せいぜい鋼材の板厚が９ｍ＋ｓ〜３２ｍｍ程
度のものであった。そして、その辺りに加工上、限界が
存在していた事は前述しなとおりである。　第１図は、
前述、大径角形鋼管加工用設備の一部側面略図、第２図
は、その平面図を示すものであって、図中、第５図（２
）に示す符号と同一符号を付した機器、部材は、第５図
（２）で説明した機器、部材と同一である。なお、２０
は搬送テーブルに付設したガイドローラ、２１は、単位
長の極厚肉大径角形鋼管に断面が近似した折曲げ素材、
２２は、高周波発振装置、２３は、その誘導加熱電極で
ある。前記誘導加熱電極２３は、ピンチローラ３の下流
で、折曲げプレス４の上流位置に第３図に示すように、
極厚肉寄鋼板１の表面に近接し、かつ、その搬送方向と
直角の向きに相互に間隔を離して４台並んで設置され、
その相互間隔は、成形される角形鋼管の径の長さと、そ
れぞれ同一幅に定められているが、成形されるべき大径
角形鋼管の径の大きさに従って素材鋼板の幅方向に適宜
移動、かつ固定できるように設備されていることは当然
である。

同誘導加熱電極は、極厚肉鋼板４０＋ｓｍ〜５０ｍｍの
厚みの約ｌ／２、好ましくは２７３程度の深さまで加熱
できる高周波誘導加熱特性を備え、しかも、その鋼板に
対する加熱は、加熱の始めから終りに至るまでの電力の
調整が可能なように設けられる。

各誘導加熱電極２３は、さきに述べたとおりの鋼板の折
曲げ順序に合わせて、始めに折曲げる鋼板の隅角部相当
部分の加熱温度は相対的に低くし、後から折曲げ工程に
入る鋼板の隅角部相当部分の加熱は相対的に高くして、
当該部分が実際に折曲げ型の間で加工される時刻では、
すべての折曲げ加工が略、同一の加熱温度・条件の許で
行われるよう高周波発振装置の出力が制御される。

なお、上述、加熱制御は、帯鋼板の折曲げ長手方向に対
しても行われることは、さきに述べたとおりである。

ここで極厚肉鋼板は、折曲げ加工前に隅角部相当部分の
上面側約２７３程度の深さまで加熱、軟化しているから
、折曲げ型による折曲げ成形のパワーは、極厚肉鋼板の
厚さの１７３程度の板厚の鋼板を折曲げるのに略、等し
い動力で賄うことができる。

勿論、極厚肉鋼板の折曲げ工程は、鋼材の冷却７″Ｍに
すべての加工が終了するという時間的制約と、規格どお
りの角形川面を形成するという折曲げ位置の精度調整上
の制約とがあって、上述のように四つの隅角部の折曲げ
加工時の局部加熱を一回で済ませることが困難な場合も
考えられる。

そのときには、鋼板の一つの隅角部予定個所について高
周波誘導加熱を施した後、当該個所をプレスの折曲げの
間にあるように鋼板を搬送して折曲げ加工し、次いで同
一鋼板の第２の隅角部予定個所を高周波誘導加熱して、
同個所を再度、折曲げ型の間に持ち来たし、同郡を折曲
げ加工するといった鋼管素材の搬送方法を採用するよう
設計変更も可能である。

また、折曲げ鋼板の外側が比較的硬くて、内側が比較的
軟らかな素材を内側に向って折曲げるのであるから隅角
部は丁度、隅取りを施したように、シャープに折曲げる
ことが可能で、これによって成形した角形鋼管は、比較
的に断面係数が大になる。

にもかかわらず、折曲げ外側の鋼材に比較的に無理な引
張り応力が加わることなく、同部分に割れとか、ひびが
入ることが無い、さらに、内側の軟化した素材面はプレ
スの雄型に押圧され逃げ場がないなめ、素材の隅角部の
肉厚がやせるおそれがない。

熱間での折曲げ加工のために隅角部に無理がかからず、
比較的に残留応力が少ない。

以上、述べた大径角形鋼管の成形工法は、−シ−ムタイ
ブの大径角形鋼管の場合について説明したものであるが
、同装置を利用してニシームタイプの極厚間鋼板による
大径角形鋼管を成形することも可能である。

第４図は、その場合の極厚円帯鋼板１の二条の隅角部予
定個所の高周波誘導加熱の状態を示す斜視図であり、同
鋼板１は、その後工程において成形プレスによって、断
面コ字形に折曲げ成形される。

図示していないが、この場合、高周波誘導加熱電極の相
互位置は、極厚間大径角形鋼管の径と同じ長さだけ離れ
て取付けられ、その極厚円帯鋼板１の側縁は長手方向に
開先加工が施されており、幅決めされた帯鋼板の幅は、
大径角形鋼管断面全周の１７２の長さである。

二つの断面コ字形極厚肉鋼材の開先加工された両側端縁
相互を、突合わせ溶接することによってニシームタイプ
の極厚間大径角形鋼管を成形することができる。

上述、ニシームタイプ極厚肉大径角形鋼管成形のための
装置は、すべて上記−シームタイプ極厚肉大径角形鋼管
の成形装置を利用することができ、同成形工法の利点も
、また、−シームタイプの極厚間大径角形鋼管の成形の
場合と同様である。

［発明の効果コ 本発明工法は以上述べたとおりであるから、（１）従来
の大径角形鋼管の規格を越えた、極厚間大径角形鋼管を
−シームまたはニシームによって形成することができる
。

（２）極厚間鋼板を利用していながら隅角部のＲを、゛
比較的に小さく成形することができる。

（３）その為、隅角部まで強度計算に組込むことができ
、より断面係数が大きく、捩りに対しても強い この事は経済的設計が可能となるし、また、高層建築用
コラムとして需要が大である。

（４）極厚間鋼板にもかかわらず、熱間変形加工のため
、折曲げによる隅角部の残留応力が軽減される。

（５）また、鋼板、折曲げのためのプレスのパワーが小
さくて済み、設備投資額が小さい。

（６）上述のとおりであるから角径鋼管の材質上で隅角
部と平坦部との金属組織が比較的に均等化する。

（７）極厚間鋼板にもかかわらず、折曲げに当り、隅角
部に割れやひびが生じるおそれがない。

（８）隅角部に肉やせが生じない。

等々、従来の大径角形鋼板の成形方法では期待すること
ができない、格別の作用および効果を奏するものとなる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、未発明極厚肉鋼板の深曲げ工法に使用される
装置の一実施例の側面図、第２図は、その平面図、第３
図は、高周波誘導加熱電極の配列の一例を示す正断面図
、第４図は、本発明工法を実施する場合の別の具体例の
斜視図、第５図は、本発明工法の実施の対象とされてい
るーシームタイプの大径角形鋼管の成形装置および成形
工法を示す図、第６図は、−シームタイプの大径角形鋼
管素材の隅角部の折曲げ順序を示す図である。 １・・・・極厚円帯鋼板（単位長の帯鋼板）２・・・・
開先・幅決め装置、 ３・・・・ピンチローラ、 ４・・・・成形プレス、 ５・・・・成形ローラ群、 ６・・・・仮付は溶接装置、 ７．８・・・・内外サブマージドアーク溶接機、９・・
・・長手方向撓み矯正機、 １０・・・・搬送テーブル、 １１・・・・探傷機器、 ２０・・・・ガイドローラ、 ２１・・・・大径角形鋼管半製品、 ２２・・・・高周波発振装置、 ２３・・・・高周波加熱誘導電極。 代理人　弁理士　　永　１）　浩　− 第２図 第 図 第４ 図 第５図 ４２礒１６ 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）単位長の極厚肉鋼板帯を長手方向に搬送する際、
   同鋼板の幅方向所要位置に、少なくとも一セットの高周
   波誘導加熱装置を設置し、前記鋼板の移動に伴ない、そ
   の隅角部予定位置付近細幅の範囲を、板厚の少なくとも
   １／２の深さまで誘導加熱する一方、その加熱電力を、
   鋼板の加熱始めは大きく、終端に向うに従って順次、小
   さくするよう調節して、前記鋼板が全面的に次工程成形
   プレスの雌型に載ったときには、前記鋼板加熱部分が長
   手方向に略、均等な温度になるように制御すると共に、
   鋼板の加熱側表面から前記隅角部予定位置を長手方向全
   面にわたって雄型によって押圧して、直角または直角近
   く折曲げる工程より成る極厚肉鋼板の深曲げ工法。