JPH04251612A - 角形鋼管の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高層ビルの構造材等
として好適な角形鋼管（コラム材）の製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、一般ビル，工場或いは倉
庫向けの建材を中心として断面が四角形状の角形鋼管（
コラム材）に対する需要が急増する傾向を見せている。

【０００３】このようなコラム材の製造に関してはこれ
までにも様々な提案がなされてきたが、その代表的な製
造手段として次のような方法が定着しており、そのサイ
ズ等に応じて適宜手段が採用されている。 （ａ）　電縫鋼管等の丸形鋼管を素材とし、これに多段
ロ−ル成形機を用いた冷間ロ−ル成形で連続的に面成形
を施してコラム材を製造する方法（特開昭６１−１１５
６１４号公報，特開昭６３−２５１５号公報参照），（
ｂ）　多段ロ−ル成形機を用いた冷間ロ−ル成形にて帯
板素材から直接的にコラム材を連続成形する方法（特開
昭６１−１９３７２３号公報参照）， （ｃ）　図２で示したように、素材鋼板の幅方向２箇所
に順次９０°プレス曲げ加工を施して溝形材（チャンネ
ル材）を成形し、この溝形材の２つを向かい合わせてエ
ッジ部同士を溶接してコラム材とする方法（２シ−ム法
），（ｄ）　図３で示したように、素材鋼板の幅方向４
箇所をプレス曲げ加工しておおよそのコラム材形状を付
与してから、更に冷間ロ−ル成形によって形状を整え、
その後エッジ突き合わせ部を溶接する方法（１シ−ム法
），（ｅ）　図４で示したように、素材鋼板をコラム材
の各側面寸法に切断した後、その４枚の鋼板をボックス
状に溶接してコラム材（４面ボックスコラム）とする方
法（プレ−ト４枚合わせ方式）。

【０００４】しかし、これら各コラム材の製造方法のう
ち、前記　（ａ）項及び　（ｂ）項として挙げた冷間ロ
−ル成形法では成形可能なコラム材の寸法は精々５００
ｍｍ角程度までであり、大型建造物や高層ビル等に使用
される大寸コラム材の製造に適するものではなかった。

【０００５】また、前記　（ｅ）項として挙げたプレ−
ト４枚合わせ方式の場合には高層ビル用としても十分に
信頼できる大寸コラム材が得られるが、その製造に当っ
ては“厚板の狭幅寸切加工”，　”４箇所の溶接”並び
に“溶接時の裏当金取付”等が必要であって製造能率が
極めて悪く、コスト高となるのを余儀無くされていた。

【０００６】これに対して、前記　（ｃ）項及び　（ｄ
）項として挙げたプレス方式では、製造能率が良好な上
に比較的大寸（５００ｍｍ角以上）のコラム材を製造す
ることもでき、特に前記　（ｃ）項に示した“２シ−ム
法”の場合はサイズによらずポンチが共有化できて小回
りが効くほか、仕口部の内部に座屈防止用のダイヤフラ
ムを挿入した製品を造ることも容易であることから、最
近、特に注目を集めるようになってきた。

【０００７】ところが、現在、高さが６０ｍを超える建
築物は『建築センタ−』の評定が必要であるが、“プレ
ス成形コラム材”は実績が無いことから実質的に適用が
除外された形になっている。その理由は、プレス成形コ
ラム材は成形加工部（曲げ加工部）であるコ−ナ−部の
性能（一様伸び，靱性，降伏点，降伏比）が加工硬化に
より劣化している点にあった。例えば、一様伸び〔Ｅｕ
　〕については１０％以上が目安とされているが、図５
に示したように、プレス方式で製造されたコラム材では
コ−ナ−部における内表面及び外表面の一様伸びが著し
く低下して１０％を切る結果となっている。

【０００８】特に、近年における建造物等の大型化や高
層化に対応してプレス成形コラム材は大寸サイズの需要
が多く、肉厚も厚くなる傾向にあるが、厚肉であるほど
コ−ナ−部の加工度（外周部の伸び）が大きくなるため
、角形コラム製品としての機械的性能は一層劣化する傾
向にあった。

【０００９】更に、コラム材の大寸化傾向を考慮した場
合には、プレス成形コラム材は成形可能寸法範囲の面に
おいても今１つ制限があった。即ち、大寸コラム材のプ
レス成形においても使用されるプレスは精々３０００ト
ンクラス程度までであるのが一般的であるが、３０００
トンクラスのプレスでは鋼板の成形可能厚さは最大３２
ｍｍ厚程度でしかなく、これでは今後益々強まることが
予想される厚肉化への要望に応え切れないという懸念が
ある。

【０００１０】このようなことから、本発明が目的とし
たのは、比較的小さい寸法のコラム材は勿論のこと、例
えば６０ｍを超える高層建築に要求される大寸コラム材
であっても、高い性能を保証しつつ良好な作業性の下で
コスト安く量産し得る手段を確立することであった。

【０００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく、コラム材を取り巻く前述の様々な状況を
様々な角度から慎重に検討した上で、特に前記２シ−ム
プレスコラム材が有する比較的良好な作業性，低い製造
コスト，比較的高い製造可能寸法に注目し、この２シ−
ムプレスコラム材に指摘される前記問題の解決手段を求
めて鋭意研究を重ねた結果、「２シ−ムプレスコラム材
の製造に当って、　素材鋼板をプレス曲げ加工する際、
　鋼板の曲げ部を特殊なワ−クコイルを用いて局部的に
、　しかも曲げ部の全長を時間的なずれなしに同時にイ
ンダクション加熱し、　その後直ちに曲げ加工するとａ
）　加工硬化によるコ−ナ−部（曲げ部）の性能劣化が
著しく改善される，ｂ）　肉厚材でもシャ−プに曲げ加
工することが可能となって成形可能寸法の許容範囲が拡
大される， ｃ）　成形荷重が少なくなって成形能率が向上する，等
の現象が絡み合って現われ、　既存のプレス設備を殆ど
そのまま利用しても十分に満足できる高性能大寸コラム
材が製造可能となる」との知見が得られたのである。

【０００１２】本発明は、上記知見事項等を基に完成さ
れたもので、『鋼板の両エッジ部を開先加工した後、　
９０°曲げ部の局部的かつ曲げ部全長にわたる同時的加
熱をインダクション加熱にて実施してから、　該曲げ部
が高温状態のままでプレス曲げ加工して断面コ字形の溝
形材を得、　次いでこの溝形材の２つを向かい合わせて
エッジ部同士を溶接することによって、　性能が良好な
コラム材（角形鋼管）を格別な寸法制限なく安定して量
産できるようにした点』に大きな特徴を有している。

【０００１３】以下、図面に基づき、本発明をその作用
・効果と共により具体的に説明する。

【作用】図１は、本発明に係わるコラム材製造工程の１
例を説明した概念図であるが、素材鋼板には、常法に従
ってまず幅方向両エッジ部の開先加工が施される。溶接
のための開先加工が終了した鋼板には、その曲げ部の全
長を取り囲む長矩形環状のインダクション加熱用ワ−ク
コイルが挿通され、曲げ部の局部的加熱がなされる。続
いて、前記インダクション加熱によって鋼板の曲げ部が
高温状態となっているうちに直ちに該部分の９０°プレ
ス曲げ加工が実施される。

【０００１４】次いで、もう１箇所の曲げ部についても
、同様に加熱後曲げ加工される。このようにして得られ
た断面コ字形の溝形材は、常法通り２個を向かい合わせ
にしてＣＯ２　溶接等により仮付溶接し、その後内面及
び外面をサブマ−ジア−ク溶接等によって溶接して角形
コラム材とされる。勿論、溶接法はサブマ−ジア−ク溶
接に限らず、ＭＩＧ溶接等を適用しても何ら差支えはな
い。

【０００１５】なお、以上は中間材たる溝形材を得るの
に２回のＶ曲げを行った例であるが、能率を上げるため
、図６に示したようにインダクション加熱を２箇所の曲
げ部で同時に行い、プレスＵ曲げによって該２箇所の加
熱部を１ストロ−クで曲げ加工して溝形材の成形を行っ
ても良い。ところで、本発明が最も特徴とするのはプレ
ス曲げ加工の直前に必要部のみを特定条件でインダクシ
ョン加熱する点である。

【０００１６】このようにプレス曲げ加工直前に曲げ部
の局部加熱を実施した場合には、次の効果が得られるの
である。 Ａ）　　加工硬化組織が抑制されてコ−ナ−部の機械的
特性が向上し、高層建築物 への適用も十分に可能なレベルが確保される。図７は、
鋼板の９０°曲げ加工に際して「曲げ部の局部加熱を実
施した場合」と「加熱なしに冷間成形した場合」とにつ
いてコ−ナ−部の機械的特性を比較したグラフであるが
、この図７からも曲げ部の局部加熱を行い６００℃，９
００℃で成形すると良好なコ−ナ−部性能が確保される
ことを確認できる。

【０００１７】Ｂ）　　また、熱間成形の利点が享受で
きる。そのため、成形荷重を大幅に低減でき（降伏応力
を冷間材の　１／３〜１／５　まで低減できる）、かつ
厚肉品が製造可能（製造可能範囲が厚肉側に拡大できる
）となる上、コ−ナ−のＲを小さくすることも叶い（冷
間プレス成形で３Ｒだったものでも本発明法を適用する
と２Ｒ程度となる）、先鋭なコ−ナ−を有する美しい角
形ボックスが得られる。図８は、鋼の加熱温度と変形抵
抗との関係を示すグラフであり、加熱温度が高くなるに
つれて変形抵抗が急減することを明らかにしているが、
この図８が示す通り、プレス成形コラム材の製造におい
ても曲げ部の局部加熱によってその成形荷重が大幅に低
減し、製造可能寸法範囲が著しく拡大される。この事実
は、鋼板の曲げ加工に際して「曲げ部の局部加熱を実施
した場合」と「加熱なしに冷間成形した場合」とでコラ
ム材の製造可能寸法範囲を比較実験した図９に示される
結果からも十分に確認することができる。

【０００１８】ここで、曲げ加工部の加熱温度はプレス
成形温度が６００〜１１００℃の範囲となるように調整
するのが好ましい。なぜなら、種々の実験により曲げ部
の加工硬化組織を十分に解消するためにはプレス成形温
度とてし６００℃以上を確保することが望ましく、６０
０℃未満では加工部分の機械的性能において「一様伸び
Ｅｕ　＞１０％」の確保が安定しなくなるからである。 一方、成形荷重低減の見地からすれば成形温度は高い方
が有効であるが、本発明では加熱は局部加熱であり、そ
のため熱伝導によって周辺へ熱拡散しやすいので、温度
が高すぎてもエネルギ−ロスが大となる。つまり、高温
ほど成形荷重は低減できるが、加熱エネルギ−ロスも大
となる。更に、熱間成形として見ると１１００℃以上の
温度にするとスケ−ルロス等も加わり、またコ−ナ−部
成形，Ｒの形状面からもバラツキが出やすくなる。従っ
て、プレス成形温度が６００〜１１００℃の範囲となる
ように曲げ加工部を加熱することが勧められる。

【０００１９】なお、本発明で規定される特定条件のイ
ンダクション加熱は、特に図１で示したような特殊なワ
−クコイル（曲げ部の全長を取り囲む長矩形環状のイン
ダクション加熱用ワ−クコイル）によって安定に実現で
きる。一般に、板材を部分的にインダクション加熱する
場合には渦巻き形状や小円形状ワ−クコイルが用いられ
、これを加熱面に対向させて加熱が行われるが、プレス
曲げ加工直前に前記のような特殊ワ−クコイルを用いて
インダクション加熱すると、イ）加熱部位が極めて幅の
狭い局部的なものとなって必要部（曲げ加工部）のみの
加熱ができ、不必要な酸化や鋼板性能の劣化が防止され
る，ロ）　板の曲げ部全長にわたる均一な同時的加熱が
可能となり、長手方向にわたって同じ条件でプレス曲げ
加工を実施できることとなるので、品質に部分的ムラの
ない製品が得られる，ハ）　ワ−クコイルが被加熱部分
を取り巻く形状である（被加熱材たる鋼板を挟んでワ−
クコイル部分が対向している）ので加熱が最もシンプル
かつ効率的に行われ、そのため必要部のみの局部加熱と
なってエネルギ−効率が良く、少ないエネルギ−使用量
で済む，等の効果が確保でき、これらが加わって従来に
ない優れたコラム材の製造手段が提供できる訳である。

【０００２０】

【効果の総括】以上に説明した如く、本発明によれば、
コ−ナ−部においても十分に満足できる性能を備えたコ
ラム材を格別な寸法制限もなく安定して量産することが
でき、性能の良い高層建築用素材等をコスト安く供給す
ることが可能となるなど、産業上極めて有用な効果がも
たらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる本発明に係わるコラム材製造工
程の１例を説明した概念図である。

【図２】従来のプレス成形コラム材の製造方法例（２シ
−ム法）の説明図である。

【図３】従来のプレス成形コラム材の製造方法の別例（
１シ−ム法）に関する説明図である。

【図４】従来のプレス成形コラム材製造方法の更に別の
例（プレ−ト４枚合わせ方式）に関する説明図である。

【図５】従来のプレス方式で製造されたコラム材のコ−
ナ−部における一様伸びの状態を示したグラフである。

【図６】本発明に係わる本発明に係わるコラム材製造工
程の別例を説明した概念図である。

【図７】鋼板の９０°曲げ加工に際して「曲げ部の局部
加熱を実施した場合」と「加熱なしに冷間成形した場合
」とについてコ−ナ−部の機械的特性を比較したグラフ
である。

【図８】図８は、鋼の加熱温度と変形抵抗との関係を示
すグラフである。

【図９】鋼板の曲げ加工に際して「曲げ部の局部加熱を
実施した場合」と「加熱なしに冷間成形した場合」とで
コラム材の製造可能寸法範囲を比較したグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　鋼板の両エッジ部を開先加工した後、
   ９０°曲げ部の局部的かつ曲げ部全長にわたる同時的加
   熱をインダクション加熱にて実施してから、該曲げ部が
   高温状態のままでプレス曲げ加工して断面コ字形の溝形
   材を得、次いでこの溝形材の２つを向かい合わせてエッ
   ジ部同士を溶接することを特徴とする、角形鋼管の製造
   方法。