JPH0471720A - 大径角形鋼管コーナー部の材質改善工法 - 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〕 本発明は、大径角形鋼管の成形工法において、角形鋼管
の隅角部を折り曲げ成形する鋼板の塑性加工時に、その
局部に加工に基づく残留応力が生じないか、または殆ん
ど生じない程度にまで加熱した状態で、鋼板の隅角部相
当個所に熱間折曲げ加工を施すことを特徴とするシーム
ラインが隅角部以外の辺部分に位置する大径角形鋼管コ
ーナー部の材質改善工法に関する。

〔従来の技術〕

ワン・シームまたはツー・シーム大径角形鋼管の経済的
製造方法は、従来１文献上はともかく。

実用的には。

■−枚抜板鋼板幅方向に重複して回度折曲げ。

その断面を角形に成形し、鋼板の両側エツジ部を突合わ
せ溶接して、断面角形のワン・シーム鋼管を成形する。

材を構成し、その両脚エツジ部を突合わせ溶接して、ツ
ー・シーム角形鋼管を製造する。

■帯鋼板を丸鋼管成形ロールスタンドに通して一旦、継
目付き丸鋼管を製造し、次に、これを断面角形に整形し
てワン・シームの大径角形鋼管を形成する。

工法が、細部に亘っでは、若干工法上の差異があるにし
ても、広〈実施されている。

ところで、従来、実施されている大径角形鋼管の経済的
な製造方法は上述のように、いずれの工法においても厚
肉鋼板の冷間塑性変形、すなわち、略、９０″の折曲げ
工程を含むことが要件とされている。

このため、それによって成形された角形鋼管の各隅角部
の鋼板の材質は、それぞれ規定のＲを与え成形している
とはいえ、当然、劣化していることが予想されるが、そ
の度合、また、劣化を回避するための板厚とＲとの比率
は、どの程度が適切なのか等々について客観的な検討な
されてないままに前述大径角形鋼管が市場に流通してい
るのが現状である。

すなわち、平坦な厚肉鋼板に対し、冷間で、略、９０°
の折曲げ加工を施した場合には、鋼板の折曲げ部に所要
のＲ（外周半径）を与えたにしろ、その隅角部鋼材の中
立面の外側材料には引張り力が、内側には圧縮力が働き
、冷間塑性変形が行われているので、素材の弾性限界内
の加工とはいえ当該個所の材質に劣化が生ずるのは避は
難い。

隅角部に与えられるＲの大きさにもよるが、鋼材の質が
良好でない場合には、局部に潜在的な、ひび割れを生じ
るおそれがある。

また、外力を取り去った後にも、冷間性塑性変形に基づ
き、前記隅角部に残留応力が生じている。

しかしながら、従来、この種の大径角形鋼管の仕様につ
いては、もっばら、その形状・構造上の特徴、すなわち
、 （１）同一単位重量の断面Ｈ形鋼コラムに比べ、重量当
りの断面２次モーメント、断面係数が大きく、曲げ、捩
り外力に対して強い。

（２）断面２次半径が大きく、座屈に対して丈夫である
。

（３）Ｘ、Ｙ方向の断面特性のバランスが良好。

（４）コラム断面積を比較的に小さくすることができ、
同一建坪に対する可使用面積比に大にすることができる
。

とか、 （５）断面がボックス形であるから材料を、そのまま露
出して使用しても美観を損わない。

（６）耐火被覆、塗装その他コラム回りの装飾・施工が
容易で経済的。

といった施工上の特徴に対してユーザーが注目し、需要
が伸びてきているが、前記状態から顧みるに、角形鋼管
に内在する材質的な弱点または不確定部分についての客
観的、技術的な分析・検討が若干、なおざりにされてい
た傾向があった。

一方、この種の大径角形鋼管をコラムとして使用する鉄
骨構造物、建築物等は一般に、当該コラムを一度施工し
た後は、長期にわたって、それ自体および付随する構造
物重量を歪みなく支承することは勿論のこと、地震、台
風等の外力による過酷な繰返し荷重にも耐えることが要
求され、これらコラムは原則として交換・補修が可能で
ないといった施工状態にある場合が多い。

そこで最近、大径角形鋼管の、この種材質的特性に対し
、ユーザー、第三者から問題点の指摘がなされ、メーカ
ー側としては早急に、その対策を講じる必要が生じてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明工法は、それら、ユーザー等の要望に応え、従来
、公知の大径角形鋼管の冷間塑性変形に基づく隅角部成
形工法に改良を加え、可及的にコストアップを避けなか
ら厚肉鋼板の折曲げ加工による角形鋼管隅角部に相当す
る鋼板の材質の劣化を防止するところの、鋼管コーナー
部の材質改善工法を提供することを目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明工法は、上記目的を達成するために、以下に述べ
るとおりの各構成要件を具備する。

（１）帯鋼板を連続して成形ローラ段に通し、その断面
を丸鋼管形に成形し突合わせエツジ面を本溶接して丸鋼
管を製造する工程、前記丸鋼管を加熱炉に装入して、全
体または隅角部相当個所を所望の温度まで加熱する工程
、前記加熱鋼管を直ちに角形鋼管成形ロール段に送入・
成形することにより、前記丸鋼管を外周長が路間−の角
形鋼管に整形させる工程より成ることを特徴とする大径
角形鋼管コーナー部の材質改善工法。

〔作　　　用〕

厚肉の熱延コイルを巻き戻して、レベラーを通し、幅決
めカッタに掛けて帯鋼板の幅を所要長にトリミング（要
すれば、開先加工も施して）した帯鋼板を、ケージフォ
ーミング工程により断面を丸鋼管近似の形状に成形した
後、同成形素材を、フィンパスロール、スクイズロール
に通し、また。

鋼材のエツジ部に目違いが生じないよう締め付けて同部
分のメタルタッチ状態を保ちながら、−挙に高周波抵抗
溶接または誘導溶接によって、ここに溶接継手を形成し
、断面円形のワン・シーム電縫鋼管を成形する。

あるいは、サブマージドアーク溶接機に通して外面溶接
継手を形成して、鋼管を製造する。

また、その工程では、半成形丸鋼管のエツジ部の衝合を
行ないつつ、同部分に仮付は溶接（連続仮付は溶接方式
、断続仮付は溶接方式のいずれも可）のみを施して、−
先ず、鋼管断面形状を固定してから、同鋼管を、その長
手軸方向所定長に切断し、単位の鋼管両端面シーム部・
に、それぞれタブ板を溶着する。

成形、仮付は溶接後、エンドタブを取付けた単位の鋼管
は、その後、本溶接工程へ搬送され、ここでシーム部に
内外面からの溶接が施され、丸鋼管が製造される。

かくして成形されたワン・シームの厚肉電縫管または丸
鋼管は、これを角鋼管ロール成形工程に送る前に、トン
ネル型燃焼炉（直接加熱炉または間接加熱炉）または隅
角部相当個所付近のみの加熱炉に装入して、前記鋼管が
燃焼炉中を通過する間に、角形鋼管成形時、その隅角部
相当個所を折曲げても、当該部分に残留応力が生じない
程度の温度（約６００℃〜９００℃）まで、鋼管周壁を
加熱し、同加熱鋼管を燃焼炉から搬出するや否や、その
加熱温度が低下する前に、素早くサイジングロールスタ
ンド、タースフへラドロールに掛けて最終的に角形鋼管
に整形する。

その際の角形鋼管成形ロールによる鋼板の成形は熱間塑
性加工であるから、ここで変形され角形鋼管の隅角部に
与えられるＲの大きさは、従来の冷間折曲げ加工方法に
基づき製造される角形鋼管の規格に拘束される必要はな
い。

上記加熱丸鋼管に対する角形ロール成形装置は、従来、
実施されている熱延ロール成形スタンドにおいて使用さ
れる設備と同様な技術思想に基づいて設計された機構が
利用されて良い。

以上のとおりであるから、角形成形ロールスタンドにお
いては、厚肉角形鋼管の成形加工のために投入される機
械的エネルギー（動力）が比較的に少なくて済み、また
、逆に角形鋼管成形ロールスタンドの基準容量に対し、
より肉厚の鋼板による角形鋼管の整形が可能となる。

のみならず、使用される板厚または鋼管サイズに比較し
て、より小さな隅角部Ｒを与えても当該部分の加工によ
る残留応力が生じない（か極めて小である）から、より
信頼性の高い鋼管が得られるし、重量比当りの鋼管の諸
強度は、従来、市場に流通している大径角形鋼管の、そ
れに比べ、より大きくすることができ、角形鋼管の構造
上から生じる前述特徴を、充分に奏し得る高品質の鋼管
を効率よく成形、生産することができる。

〔実　施　例〕

以下に、本発明工法および同工法を実施するための、大
径角形鋼管コーナー部の材質改善装置の一実施例につい
て１図面に沿って説明するが、本発明工法は、本出願当
時、業界における公知の技術レベルの範囲内で、各種の
部分的変形が可能であるから、格別の理由がない限り本
実施例記載の具体例のみに基づいて、本発明工法の構成
要件を限定して解釈することは許されるべきでない。

（その１） 第１図（ａ）は、本発明工法を実施する大径角形鋼管コ
ーナー部の材質改善装置のレイアウトを示すもので、第
１図（ｂ）は、前記装置における鋼板成形の各工程に対
応する厚肉鋼板の成形状態を示す。

図中、１は熱延コイルで、前記コイル状厚肉鋼板は、ア
ン・コイラー２により巻戻しレベラーによって歪を矯正
した後、その両側をトリミングカッター３、要すれば開
先加工機に掛けて特定幅の帯鋼板１１を成形し、これを
ケージフォーミング工程に送り込む。

ケージフォーミング工程は、もっばら、複数段の丸鋼管
成形ロールスタンド４により構成され、各スタンドのロ
ールによって帯鋼板１１に対して成形が施される。

帯鋼板は、連続的に成形ロール装置４に搬入され、たと
えば、ブレークダウンロール、端曲げロール、ケージロ
ール、フィンパスロールおよびスクイズロール等を経て
、順次、丸形断面鋼管に成形されて、ケージフォーミン
グ工程の終りに高周波抵抗溶接または誘導溶接機５によ
って、そのエツジ部を突合わせ本溶接し、ワン・シーム
の電縫鋼管１３を成形する。

前記鋼管１３は、そのままの形で連続的に、石炭ガス、
ＬＮＧ、ＬＰＧ、重油等の流体燃料または電熱等を熱源
とする燃焼炉（直接加熱炉または間接加熱炉）６に装入
され、鋼管が同炉６から搬出されるまでに、略、７００
℃〜９００℃の範囲で均一に、または局部加熱、かつ調
質される。

そこで、仮りに、ケージフォーミング工程の間に鋼板１
１に加えられた冷間塑性変形に基づく材質の劣化または
残留応力、ならびにエツジ部の突合わせ溶接によって生
ずる溶接歪等が丸鋼管成形鋼材に生じていたとしても、
上記燃焼炉６で加えられる高温度、鋼管が炉内を通過す
る時間によって、その大部分は解消する。

そして、前記加熱鋼管は、その加熱温度が略、６５０℃
以下に低下する前に、素早く角形鋼管成形ロール工程に
搬入し、ここで断面丸鋼管１３を、同局長の所定の角形
鋼管１４に整形する熱間塑性変形を加える。

断面丸鋼管１３から角形鋼管１４への整形加工は。

すべて鋼管素材が、その塑性変形によって残留応力を生
じない程度の高温のもとで行われるから、当然、角形鋼
管成形によって生じる隅角部付近の鋼材についても、そ
の折曲げは熱間塑性変形の状態で施される。

したがって、厚肉鋼板を冷間塑性加工によって折曲げて
隅角部・を形成している従来の大径角形鋼管の製造方法
によって成形された大径角形鋼管に比べて、その隅角部
材質の劣化および残留応力の大きさが全く異なる。

また、厚肉鋼板に対する冷間折曲げ変形に関連して、隅
角部には所定のＲを与えなければ、材料に許容限界を超
える外力を加えることになるので、従来、鋼管隅角部の
Ｒの大きさは成る値以下には出来なかったものが、本実
施例工法の場合は、さきに述べたように、その隅角部の
成形が熱間塑性変形により行うから、板厚に比へて隅角
部のＲを呈謹めて小さくすることができ、結局、この方
式に号 基づき成形された同材質、同径、同板厚より成る鋼管は
、その断面係数、断面２次モーメント、断面２次半径等
々が、従来製品に比べ大きくなり、すべての点で丈夫な
鋼管が得られる。

さらに、鋼管隅角部付近の残留応力は極めて小であって
、当該部分の材質の劣化が少なく製品の品質向上に有効
である。

その他、〈作用〉の項で述べた諸々の効果を奏し得る。

かくして、角管成形ロール工程８を通して成形された大
径角形鋼管１４は、同鋼管の放熱が充分になされていな
いまま切断機９に装入され、鋼管の搬入スピードに合わ
せて移動する切断カッターにより、前記成形鋼管を長手
軸方向規格長毎に切断して単位の製品とし、次いで、同
鋼管を冷却工程１０に搬入して、充分に放冷した後、前
記冷却鋼管１４を、製品搬出テーブル１５に送出する。

製品１４は、その後、従来実施されている大径角形鋼管
の製造方法におけると同様、長手軸方向の歪矯正、溶接
継手の探傷検査工程を経て市場に出荷される。

上記工程のうち、鋼管を加熱した後の、たとえば角形鋼
管成形ロール装置以降の機構については、それらに必要
にして充分な冷却手段を付設して、同装置で稼働中の工
具、ロールの類が所定温度以上に加熱されないように常
時、冷却しなければならない。

第２図は、角形鋼管成形ロール装置の一実施例を示す正
面図で、電縫丸鋼管１３は、同図（、）に示す型式のロ
ールスタンドによって予備整形され、同図（ｂ）に示す
最終成形ロールスタンドによって、その断面を規格を満
足する正確な角形鋼管１４に整形するようにしている。

図中、２０は、角形鋼管成形ロールで、−段の加工に４
個設けられ、各成形ロール２０は、それぞれの支持部材
２１に、相互に直交する軸２２によって軸支し、各ロー
ル面が対向して、その中央に角形空隙が形成されている
。

対向する各ロール面相互の間隔は、支持部材２１を図で
放射方向に移動・調節することにより調整することがで
き、その第１スタンドでは対向する成形ロール面間隔は
、搬入される丸鋼管１２の径よりも、やや狭いように調
整し、その結果、丸鋼管は隅角部に大きなＲを備えた角
形管に整形される。

第２図（ｂ）は、成形ロール工程最終のロールスタンド
では、対向する各ロール面間隔は、規格どおりの大径角
形鋼管１４の径に等しく調整する。

当然、その段において成形された鋼管隅角部Ｒは、成形
後の鋼管断面隅角部に与えられたＲと同一である。

この工程における成形ローラによる塑性変形は、鋼管自
体が高温に加熱された状態で行なわれるため、その隅角
部も熱間折曲げにより成形され、したがって鋼管整形に
基づくローラへの反作用が非常に少なく、加工量の割に
は小容量の設備によって成形することができる。

上述、本実施例における作用、効果の詳細は、さきのく
作用〉の項に述べたとおりであるから再説はしない。

（その２） 実施例（その１）における燃焼炉６は、丸鋼管１３の全
体を均一に加熱するタイプのトンネル炉であるが、本発
明工法の場合は、必ずしも全体加熱炉を用いなければ、
その目的を達成し得ないものではない。

本実施例によれば、燃焼炉内における燃料噴射ノズルの
構成を、丸鋼管の断面中心軸に向け、かつ、同軸に対し
点対称に四個所（列）設けることによって、鋼管周壁の
うちの隅角部相当個所付近のみを長手軸方向に局部加熱
するよう配置した加熱炉を設備する。

加熱炉に使用する燃料等は、実施例（その１）に説明し
たものと同様とである。

加熱炉から搬出された丸鋼管は、その周壁四個所、隅角
部相当個所が長手軸方向に沿って、所望温度に均一に加
熱されており、同加熱鋼管を、そのまま素早く角形成形
ロール工程に搬入し、ここで丸鋼管断面を同局長の角形
鋼管に熱間塑性変形を加える。

（その３） 第１図（ａ）において、鋼板エツジ部の突合わせ溶接の
工程で、丸鋼管の突合わせ部を仮付は溶接する工法を採
用する場合がある。エツジ部の仮付は溶接は、スポット
の場合と連続仮付は溶接のタイプとがあり得るが、いず
れにしても、仮付は溶接により一旦、鋼管断面形状を固
定した後に、同鋼管を切断機を用いて長手軸方向規格長
さに切断して取出し、その両端面に溶接タブを取付けな
どして仮付は溶接ラインを鋼管の内外側から本溶接し、
確実な溶接継手を形成する。

上述の溶接工法によれば、相当に肉厚の鋼板を用いた場
合にも信頼性のある安定した溶接継手が得られ、引いて
は最終製品の品質の向上にもつながる。

ただし、本実施例では単位の丸鋼管を燃焼炉または加熱
炉６に装入する場合、前記単位鋼管の前後端を、それぞ
れ仮付は溶接し、連続状丸鋼管にして搬入して角形鋼管
成形ロール加工における材料の無駄を省くよう配慮する
。

その後は、実施例（その１）と同一工程である。

なお、上記鋼板エツジ部の溶接手段は、そのは妥、直接
または仮付は溶接後、片面サブマージドアーク溶接、そ
の他、公知の各種溶接工法が採用されてよい。

（その４） 実施例（その３）において、単位の丸鋼管を燃焼炉また
は加熱炉６に装入するとき単位鋼管毎に行い、角形成形
ロール工程に対しても単位鋼管毎に搬入する工法による
鋼管コーナー部の材質改善も実施可能である。

（その５） 第３図は、第１図（ａ）に示す工程中の、角形成形ロー
ル工程最終整形ロールスタンドの一実施例正面図で、図
中、１４は、整形された角形鋼管、２３．２３は、凹状
山形局面を備えた、一対の鼓状成形ロールで、相対する
ロール局面の間には整形されるべき角形鋼管外形と同等
な空隙を形成し、かつ、それぞれ平行した軸２４，２４
に支持され、駆動源からユニバーサルジヨイントを介し
て動力が伝達され、角形鋼管を整形しながら回転する。

上述の支持軸２４．２４は、その軸間距離が長、短調節
回能なように支承されているから、同調節手段を調整す
ることにより、この種の成形ロールスタンドによって、
各サイズ（ある範囲内での）の鋼管の成形ロール工程を
構成することもできる。

ここで整形される大径角形鋼管１４の隅角部に与えられ
るＲの大きさは、成形ロール２３の各凹形状局面の底部
のＲの形によって定まる。

その他の製管工程は、実施例（その１）または（その３
）に述べたところと変りがない。

（その６） 第４図は、第１図（ａ）に示す製管工程のうち、角形成
形ロール工程の最終整形ロールスタンドの、他の実施例
の正面図で、図中、１４は、整形した角形鋼管、２５．
２６は、それぞれ凹状山形局面を備えた２対の鼓状成形
ロールで、同ロール２５．２５および２６．２６は、そ
れぞれ平行な軸２７．２７および２８．２８に支持され
、そのうちの一対のロール２５．２５のみが駆動源から
ユニバーサルジヨイントを介して支持軸２７．２７に動
力を伝達して駆動・回転される。

他の一対の成形ロール２６．２６は遊びローラであるが
、各ロール２５・・・２６の支持軸２７．２７および２
８．２８の軸間距離は、それぞれ連動して長、短に微調
整可能に設けられ、同セクションにおいて成る程度の範
囲内で、異なるサイズの角形鋼管の整形に対応すること
ができるようにされている本実施例のおける各成形ロー
ル２５・・・２６は、その成形ロール局面が、それぞれ
角形鋼管外周面の各１７４を略、カバーし、その中央部
に整形すべき鋼管断面と同一形状の断面空隙を形成する
。

上記成形ロールの各凹状山形局面の底部に設けたＲの大
きさが、ここで整形された大径角形鋼管の隅角部に与え
られるＲの大きさを規制する。

そして、この工程における鋼管断面の整形は。

すべて熱間塑性加工であるから、上記隅角部に与えられ
るＲの大きさは、従来の冷間成形により成形された大径
角形鋼管の規格に規制されることなく、しかも、その加
工の為、当該部分に残留応力が生ずるおそれが少ない。

その他の本実施例における製管工程については、実施例
（その１）または（その３）に記載の技術を参照された
い。

〔発明の効果〕

本発明工法は、以上述べたとおりであるから、（１）厚
肉大径角形鋼管において従来、当然であった鋼管隅角部
の冷間塑性加工に基づく材質の劣化が生じない、また、
隅角部変形のため生じる残留応力が殆どない。

（２）厚肉鋼管を使用している割には角形鋼管隅角部に
与えるＲを小さく成形することができる。

その為、隅角部までコラムの強度計算に組入れることが
でき、従来の製法に基づく角形鋼管に比べ、重量当りの
断面係数、断面２次モーメント等々を大にすることがで
きる。

すなわち、重量当り、より丈夫な大径角形鋼管を成形す
ることが可能。

（３）限られた建坪に対してコラムの占める面積を小に
することができるから、建坪面積の有効利用率を高める
ことができる。

（４）断面をシャープなボックス形とすることができる
から施工上または美観上、有利である。

（５）本発明工法における丸鋼管を角形鋼管に変形する
加工、厚肉鋼板の折曲げは、熱間塑性変形であるので、
被加工材の板厚、加工程度に比べて、要するパワーが小
さくてすみ、したがって設備の容量を比較的に小型にす
ることができ、設備費を軽減できる。

（６）成形工程に、鋼管の加熱工程が組込まれている割
には、鋼管の成形能率を低下させずにすむ。

（７）ただし、鋼管を熱間塑性加工するため、加熱に要
する分のコストアップは免れ難いが、可能な限り、低価
格の燃料を使用する事により、そのアップ分を抑えるこ
とができる。

等々、従来、実施されている厚肉大径角形鋼管の成形工
法に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、本発明改善工法および同工法を実施する装置
のアウトラインを示すもので、第２図ないし第４図は、
その装置中、角形鋼管成形工程に使用されている角形成
形ロールスタンドの各実施例要部を示す正面図である。 １０・・・製品搬出テーブル、１３・・・丸鋼管、１４
・・・角形鋼管、 ２０．２３．２６・・・角管成形ロール、２２．２４．
２８・・・支持軸、　　２１−９．フレーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）帯鋼板を連続して成形ローラ段に通し、その断面
   を丸鋼管形に成形し、突合わせ端面を本溶接して丸鋼管
   を製造する工程、前記丸鋼管を加熱炉に装入して、全体
   または隅角部相当個所を所望の温度まで加熱する工程、
   前記加熱丸鋼管を直ちに角形鋼管成形ロール段に送入・
   成形することにより、前記丸鋼管を外周長が略、同一の
   角形鋼管に整形させる工程より成ることを特徴とする大
   径角形鋼管コーナー部の材質改善工法。