JPH05138243A

JPH05138243A - 熱処理加工を含む大径角形鋼管成形工法および装置

Info

Publication number: JPH05138243A
Application number: JP27631491A
Authority: JP
Inventors: 功雄中島; Hiroshi Nakajima; 拓中島; Norio Nakajima; 教雄中島; Shin Nakajima; 伸中島
Original assignee: NAKAJIMA KOKAN KK
Current assignee: NAKAJIMA KOKAN KK
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1993-06-01
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: JP2852310B2

Abstract

(57)【要約】【目的】冷間成形角形鋼管コーナーＲ部材質の残留応
力を除去して、靭性を改善すると共に、加工硬化をなく
し、歪み、曲がり、捩れのない、均一で、かつ安定した
形状を備えた大径角形鋼管を製造する工法・装置の開
発。【構成】電縫丸鋼管成形装置に続いて設けた、丸鋼管
を角形鋼管に成形するロール工程を、第１および第２工
程に二分し、前記第１と第２工程の間に加熱装置および
冷却装置を配置すると共に、第１冷間塑性成形工程で、
丸鋼管から角形鋼管に成形する全加工量の略、70〜90％
を施し、同半成形角形鋼管を所定温度まで加熱した後、
冷却装置を通し前記鋼管を常温近くまで冷却して、残り
の加工量を冷間塑性加工の第２工程によって施す一方、
熱処理に基づく成形鋼管の歪み、捩じれなどを矯正し、
規格どおりの鋼管断面を成形する大径角形鋼管の成形工
法および、その装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理加工を含む大径
角形鋼管の成形工法および装置にかかり、より詳しく
は、鋼帯または鋼板を、その長手方向に直角に冷間塑性
加工により曲げて丸形断面に成形し、その両側縁継目を
突合わせ溶接して大径丸鋼管を成形した後、複数段より
なる角形成形ロール装置に搬入して前記鋼管断面を、順
次、角形断面に成形する工程において、前記複数段より
なる角形成形ロール工程を、第１成形工程および第２成
形工程に二分し、第１成形工程において丸鋼管を冷間塑
性加工により角形近似断面に変形させた後、第１成形工
程と第２成形工程との中間に設備した加熱装置に装入し
て所定温度に加熱することによって、それ以前の冷間塑
性変形により鋼材に生じた残留応力、加工硬化などを除
去し、角形近似鋼管材質の機械的特性を改善する一方、
同成形鋼管を均等に冷却した後、これを第２成形工程に
搬入して、残りの若干の変形量を冷間塑性加工により施
し、規格どおりの角形断面を備えた鋼管を成形すると共
に、前記熱処理に基づき同鋼管に生じた歪み、捩じれ、
曲がりなどを矯正するようにした厚肉大径角形鋼管、特
にコーナー部材質の残留応力を除去し、靭性を改善する
ことを特徴とする熱処理加工を含む大径角形鋼管の成形
工法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄骨構造物の柱材として需要が伸びてい
る厚肉大径角形鋼管の冷間塑性加工による量産方法の一
つとして、従来、略、次のような工法が知られている。熱間圧延コイルをレベラーに掛けてフラットな帯鋼板
とし、その両側縁を幅決め加工する。前記帯鋼板を、ブレークダウン、クラスター、フィン
パススタンド等の加工段に直列に通し、その間に鋼板を
順次、ロール成形して、その直角断面を円形に近い形状
にし、あるいは、一枚鋼板をＵＯＥプレス成形工法により、
断面円形に近い形状に成形した後、

【０００３】鋼帯または鋼板の両側縁を、高周波溶接
法、アーク溶接法などを利用して溶接し、ワンシーム丸
鋼管を形成する。単位長の丸鋼管については、これを長
手軸方向端面相互を溶接してつなぎ、軸方向に長い丸鋼
管を形成し、前記丸鋼管の溶接部を徐冷してから、サイザー、スケ
アリングスタンド、タークスヘッド等の工程を通し、断
面を順次、角形に冷間塑性成形して大径角形鋼管を成形
する。上述工法においては、いずれの場合にも、鋼管コーナー
Ｒ部形成のために平坦ないし円弧状曲面の厚肉鋼板を、
成形ロールなどを利用した冷間塑性加工によって、略、
９０゜曲げる工程が含まれている。

【０００４】ところで、鋼帯または鋼板を冷間で、略、
９０゜曲げ加工をした場合には、前記コーナーＲ部断面
における中立面を境にして、引張り力または圧縮力が働
きながら変形が行われるため、同部分は弾性限界を越え
て塑性変形が進み、変形個所、特にコーナーＲ部材質の
機械的性質が劣化し、当該部分に脆性破壊を生じる条件
が備わる。たとえば、冷間での曲げ加工により当該コー
ナーＲ部鋼材に生じる加工硬化、高い残留応力、靭性の
低下などが相俟って、同部鋼材に対して冬期低温時に施
した溶接作業に基づく局部材質の割れ、溶融亜鉛メッキ
施工の際の割れなど、が生じる場合がある。

【０００５】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、長期にわたり所定
負荷に安全に耐えることが要求され、しかも、これらの
柱材（コラム）は一度施工した後は、原則として交換・
補修が可能でないといった状態に置かれる場合が多い。
殊に最近の建築物は、高層建築が主流を占め、また、各
部屋に冷暖房装置を設備するとか、ＯＡ機器、電算機の
類を装備するなど、建物に付帯する設備により増加する
負荷重量も無視することができないし、また、あらかじ
め考慮されるべき設備重量が増加する傾向にあるため、
対策として厚肉大径鋼管をコラムとして多用するように
なっているので、前記冷間塑性加工に基づく鋼材質の劣
化、特にコーナーＲ部材質劣化の問題は、益々、無視で
きない状況になりつつある。

【０００６】このような事情に鑑み、角形鋼管成形時に
おける冷間塑性加工に基づく厚肉鋼管材質の劣化が、改
めて問題視されている。そこで、近来、充分な靭性を備
え、残留応力の少ないコーナーＲ部材質を備えた高品質
の大形角形鋼管を提供することが、需要者層から要望さ
れている。

【０００７】冷間塑性加工による大径厚肉角形鋼管が内
包する、この種の材質的問題点を解決するために、従
来、メーカー側では、既製鋼管、シームレスパイプなどを、油、ガス等の化
石燃料または電気エネルギーを熱源とする加熱装置によ
り加熱した後、これを複数段の圧延機を通して熱間塑性
加工により断面角形に成形することが提案している。上
記工法によるときは、製品の品質は良好であるが、鋼管
の両端部が、断面形状不良になり製品の歩留まりが悪い
とか、加熱、冷却時の鋼管に生じる熱応力歪を無視でき
ないとか、鋼管を一本宛加工するので生産が低い、とい
った問題点があった。

【０００８】別に成形済みの大径角形鋼管を焼鈍炉に
装入し、鋼材中の残留応力を略、除去し、コーナーＲ部
材質の靭性が改善されるまで全体的に加熱した後、これ
を徐冷する工法も知られている。この場合にも、上記同
様の問題点があり得る。あるいは、熱間圧延コイルをレベラーに掛け、各種成
形ロールスタンドを通して冷間塑性加工により断面丸形
に成形し、高周波溶接法により両側縁を突合わせ溶接し
て丸鋼管を形成した後、同鋼管をインラインで電気エネ
ルギー、ガスまたは油等の化石燃料により加熱し、これ
を複数段の角形成形ロール装置に熱間で通し、断面角形
の鋼管に成形して冷却し、製品を得る（たとえば、本出
願人が、さきに出願した、特願平２−180497号参照）こ
とが考えられている。

【０００９】（ａ）上述工法は、加熱時の熱的不均一、
特に冷却時における不均一温度分布による鋼管の変形が
問題であり、これを無くするためには冷却ゾーンを充分
長くとり、鋼管を徐冷する必要がある。また、冷却時に
当って、冷却気流が鋼管コーナーＲ部で乱れて、周壁を
均一に冷却することが困難になるので、丸鋼管と異なり
不均一温度分布が生じ易い。そして、一旦、鋼管に変形
が生じると、それを矯正することは角形鋼管の場合、非
常に難しいとされている。（ｂ）さらに、熱間塑性加工に使用される成形ロール
は、ロール周面にスリップ疵が付き易く、耐用時間が短
いので熱間成形ロール段数が多いほどメンテナンスに手
間が掛かる。

【００１０】（ｃ）ガス、油等の化石燃料を利用する加
熱炉を、インラインで設備する場合は、丸鋼管の成形ス
ピードが速い（高周波溶接法を用いて良好な溶接品質を
得るためには、ある程度の溶接スピードが要求されるか
ら）ので、内部応力を完全に解消できる鋼材のＡ₃変態
点温度まで鋼管を加熱するのに、100 ｍ〜150 ｍの長さ
の加熱炉を設置するスペースが必要になり、成形ライン
が長大になり過ぎて立地条件の選定が困難になるとか、
設備投資額が予想以上に膨らむおそれがある。（ｄ）加えて、ガス、油等の化石燃料による丸鋼管の加
熱では、熱源を鋼管の内側に入れることができないた
め、同鋼管を均一に加熱することがむずかしく、鋼管加
熱の温度管理の面で問題があり、これが、断面の成形形
状、歪みの発生に関係するので、結局、均等な品質の製
品が得られないこともあり得る。

【００１１】（ｅ）一方、電気エネルギーを利用した加
熱装置は、鋼管加熱のためのスペースが小さくて済み、
鋼管材の均一加熱並びに加熱温度の制御が容易になる利
点がある一方、電力コストが高くつき、立地条件によっ
ては必要とする大容量の電力の入手が困難な場合があ
る。等々の技術的問題点があることが知られている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな事情を背景にして開発されたもので、角形鋼管の靱
性を改善し、残留応力を許容応力以下にすると共に、鋼
管全体の材質の劣化を回復して、均一、かつ、安定した
材質よりなる高品質の大径角形鋼管を成形する工法、装
置を提供することを目的とする。また、本発明の別の目
的は、従来、公知の成形装置に、オフライン、インライ
ンで熱処理装置を設置することにより、均一な材質より
なる角形鋼管を形成するようにした成形工法に内在す
る、上述問題点を可及的に解決できる新規な手段を開発
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明工法は、以下に述べるとおりの各構成要件を
具備する。（１）鋼帯または鋼板を長手軸方向に直角断面で丸形
に成形し、その両側縁を突合わせ溶接して形成した丸鋼
管を、複数段よりなる角形成形ロール装置に搬送し、丸
鋼管断面を順次角形に成形する工程において、前記複数
段よりなる角形成形ロール工程を、第１成形工程および
第２成形工程に二分し、第１成形工程と第２成形工程と
の中間に、冷間塑性加工を施した第１角形成形鋼管を加
熱する加熱装置および同加熱鋼管を冷却する冷却装置を
設備して前記成形鋼管を所定温度に加熱した後に、徐冷
または強制冷却して、略、常温まで冷えた同鋼管を第２
成形工程に搬入し、若干の冷間塑性変形を施し、規格断
面を有する角形鋼管を形成することを特徴とする熱処理
加工を含む大径角形鋼管成形工法。

【００１４】（２）鋼帯または鋼板を長手軸方向に直
角断面で丸形に成形し、その両側縁を突合わせ溶接して
形成する丸鋼管成形装置、前記丸鋼管断面を順次、角形
に塑性加工する第１角形成形ロール装置、前記第１角形
成形ロール装置により変形された角形近似断面の第１角
形成形鋼管を所定温度に加熱する加熱装置、前記加熱成
形鋼管を均等に冷却する冷却装置および同成形鋼管断面
を規格どおりの角形形状に冷間塑性加工を施す第２角形
成形ロール装置とよりなる熱処理加工を含む大径角形鋼
管成形装置。

【００１５】

【作用】市場に流通している厚肉大径角形鋼管について
問題視されている材質的欠陥は、鋼管成形工程中の冷間
塑性加工に基づく鋼管材質の靭性の低下、残留応力の存
在、加工硬化等、材質の劣化による構造材の弱体化であ
る。（１）上述のような事情に鑑み、本発明では、冷間塑性加工により丸鋼管を成形した後、前記鋼管
を、そのまま角形成形ロール装置に搬入し、第１成形ロ
ール工程において冷間塑性加工のもとに丸鋼管の断面を
変形し、第１成形鋼管を成形する。その際の加工量は、
丸形断面から規格角形断面まで鋼管断面を変形させる全
加工量の、略、８割ないし９割程度とする。上記第１角
形成形ロール装置は、前述のように冷間塑性加工である
から、同装置に装着した成形ロールの耐用時間が長く、
そのメンテナンスが簡単、容易である。この第１成形ロ
ール工程は、丸鋼管成形工程に連続し、また、冷間塑性
加工であるために、塑性変形による鋼管材の角形成形性
が良い。たとえば、溶接継目を角形鋼管断面周辺の中央
部に配置するよう調整をすることも容易、かつ、正確に
できる。

【００１６】前記第１角形成形鋼管を加熱装置に装入
して、冷間塑性加工時に生じた鋼材の残留応力、靭性の
低下等を改善できる程度の温度にまで、同鋼管を加熱す
る。上述加熱装置は、電気エネルギーによる加熱装置、
ガスまたは石油などの化石燃料を利用した加熱炉、ある
いは両加熱手段を複合した加熱装置を採用することがで
きる。（ａ）ただし、電気エネルギーによる高周波加熱装置の
みを用いるときは、加熱装置の設置スペースを大幅に節
減できる一方、同装置をインラインで設備・稼働させる
と、大容量の電力を必要とするので、電力供給側にも問
題があり、また、設備費、その他の投資額がかさむおそ
れがある。その場合は後述するように、第１角形成形ロ
ール工程までの加工スピードと、加熱装置以下のスピー
ドとを不連続とし、単位時間の鋼材通過量を加熱装置の
容量に応じて縮小するようにして供給電気エネルギー量
を制約することもできる。

【００１７】（ｂ）化石燃料を利用する加熱装置の場
合、複合加熱手段を利用すれば、化石燃料のみによる加
熱炉のスペースを相当量、狭めることが可能で、しか
も、全体的な加熱コストを低減できる。（ｃ）なお、上記加熱装置では、第１角形成形鋼管断面
の四隅部分のみを、重ねて局部加熱しても良い。これに
よって、全体的には鋼管の比較的に低温加熱であっても
コーナーＲ部をより加熱することで、コーナーＲ部鋼材
の残留応力、靭性の低下を、より解消することができ、
加熱コストを低減することができる。

【００１８】第１角形成形鋼管を所定温度に加熱した
後、同鋼管を加熱装置に続いて設置した冷却装置に搬入
し、徐々に放熱させ、または、搬送鋼管の周りから冷却
空気を吹き付けるとか、霧状冷却水を噴射する機構を設
備するとかし、また、必要に応じて冷却水を噴射する強
制冷却を施すなどして、この冷却ゾーンにおいて同鋼管
を可及的に均等に常温に近い温度まで冷却する。前述の
熱処理に基づき、冷却後の鋼管に生じる歪みの総和は、
上記角形成形全加工量の数％程度を超えない。また、そ
の程度の歪みが生じることを許容する程度に、冷却装置
の冷却スピードを制御・調整するようにして、装置のス
ペースの縮減を図る。

【００１９】要するに、丸鋼管から角形鋼管に変形させ
る全加工量の、殆どの加工が施された第１角形成形鋼管
は、そのままの状態で熱処理されるから、その状態にお
いて鋼板の冷間塑性加工による鋼材の機械的特性の低
下、特に、その靭性の劣化は、熱処理によって回復す
る。同成形工程中、熱間塑性加工のために当てられるロ
ール成形段数は全く無いから、角形成形ロール装置の全
工程が熱間加工に当てられているものに比べ、成形ロー
ルの耐用期間が長く、そのメンテナンスに余分な労力を
費やすことを要しない。

【００２０】常温程度に冷却された第１角形成形鋼管
は、次に、第２角形成形ロール装置に搬入され、ここで
冷間塑性加工により残りの若干の成形加工を施して、同
鋼管断面を規格どおりの角形形状を備えた大径角形鋼管
に成形する。上記加工量の程度では、鋼管コーナーＲ部
材質の靭性低下、残留応力の増加現象は殆ど生じない。
しかし、鋼材に対し冷間塑性加工を施すことにより、同
鋼板の機械的特性を向上させ得る。また、熱処理などに
より鋼管に生じた前記数％程度の歪み、曲がり、捩じれ
等は第２成形ロール工程によって、自然に矯正される。
第２成形加工量は、角形成形のため必要な全加工量に比
較して少ない（略、１〜２割程度）から、その成形ロー
ル段は、単数または、複数であっても二ないし三段程度
の設備であって良い。これによって、鋼管コーナーＲ部
をシャープに形成でき、使い勝手が良く、見映えが良好
な商品を成形し、また、同一材料により断面係数が大き
な鋼管が得られる。

【００２１】第２角形成形ロール装置を経た角形鋼管
は走間切断機に搬送され、ここで可動ミーリングによ
り、長手方向に規格長に切断し、製品とする。もっと
も、必要に応じて、鋼管溶接部の探傷装置、歪み矯正機
などの工程を経てから市場に出荷することもある。

【００２２】本発明成形工法および装置は、丸鋼管を冷
間塑性加工により断面角形に成形する第１成形工程の後
に、同成形鋼管を全体的に鋼材のＡ₁変態点またはＡ₃
変態点近くまで加熱し熱処理を施すことにより、冷間塑
性加工に基づく鋼管の残留応力を除去して、鋼材の靭性
を改善する一方、同鋼管を冷却してから第２成形工程に
搬送するようにし、冷間塑性加工による第２成形（最終
角形成形）工程を経て、鋼管の熱処理歪みなどを矯正す
るようにした、均一で、高品質な大径角形鋼管の成形工
法を提供すると共に、経済的にも効率的な効果を奏し得
る装置を開発したものである。

【００２３】（２）本発明では、第１成形鋼管成形後、
加熱または鋼管コーナーＲ部を重ねて部分加熱をするた
めに、出力調整が容易で微妙な温度管理ができるけれど
もコストが高い電力を利用する高周波加熱手段を用いる
か、比較的、大量に入手が可能で、コストの低い化石燃
料による加熱炉を利用するか、あるいは、もっぱら化石
燃料による加熱と電力を利用した高周波加熱との複合加
熱手段を利用するかして、半（第１）成形鋼管が必要と
する最小限の熱処理を施し、もって全体的に鋼管の焼鈍
コストを低下させ、鋼管材質の残留応力の除去、歪みの
矯正に効果的な熱処理が可能な工法を提供する。

【００２４】本発明工法においてインラインで高周波
加熱装置を設備する場合、高周波抵抗溶接条件に準ずれ
ば、第１角形成形鋼管をＡ₃変態点まで加熱する際に大
容量の電力を必要とする。そこで、第１成形ロール工程
までの鋼管成形スピードと、加熱装置以下の成形ロール
工程スピードとの間に差を設け、熱処理工程以下のスピ
ードを分離することによって、経済的な加熱装置を設置
することが可能になり、また、互いに良好な溶接品質を
確保することができる。鋼管の加熱温度の上限が、たと
えば鋼材のＡ₁変態点付近までであっても、その温度管
理および均一加熱のために、鋼管の加熱装置は、電力エ
ネルギーによる加熱を利用することができるのは勿論で
ある。

【００２５】また、インラインで、鋼管全体をＡ₃変
態点まで加熱するために、化石燃料を用いた加熱炉のみ
では鋼管を所要温度まで加熱するのに前述のとおり長大
な加熱炉の設備が必要になって、生産ラインの立地条件
の選択が困難になるおそれがある場合には、上記の方
式を採用れば、化石燃料の加熱炉の場合にも、その設置
長さを適宜短縮することができる。鋼管全体または角形鋼管コーナーＲ部分の加熱手段と
して化石燃料による加熱装置のみならず電力エネルギー
を利用した高周波加熱装置をインラインで設備するよう
にすれば、比較的に狭いスペース内に大容量の複合加熱
装置を設置することができ、設備全長を大幅に短縮する
ことが可能である。それによって加熱設備の長大化を防
止することができるなど、立地条件の選択が比較的に容
易になる等々のメリットが得られる。

【００２６】たとえば、鋼管全体の加熱には化石燃料
による加熱を、コーナーＲ部の加熱には高周波加熱装置
を利用することにより、全体的な熱処理コストの低減を
図ることもできる。通常での丸鋼管を熱間塑性加工により角形鋼管に成形
する場合に較べ、第１成形工程と第２成形工程との中間
において、第１角形成形鋼管を加熱、冷却するようにし
たから、角形加工のための熱間成形ロール段が不用とな
り、角形成形ロール段のメンテナンスが容易になる。

【００２７】要するに、第１角形成形工程終了まで
に、鋼板に対し相当量の冷間塑性加工を施し半（第１）
成形鋼管材における加工硬化、残留応力、靭性低下など
の材質の劣化を熱処理によって除去した上、その後に加
える残りの加工量が僅少であるので、鋼管の四隅の鋼板
を略、90゜に曲げたことによって生じる鋼管コーナーＲ
部材質の加工硬化、残留応力、加工歪みなどが実用上、
完全に除去され、成形管材内に残留応力が存在するおそ
れがない。または、角形鋼管の材質の劣化は殆んどない
に等しい。したがって、本発明成形工法、装置によれ
ば、昨今問題視されている大径角形鋼管の隅角部冷間塑
性変形に基づく鋼管コーナーＲ部の材質劣化の欠陥を、
実用上差支えない程度に除去することができた。

【００２８】しかも、従来工法にみられるようなオフ
ラインにおいて、化石燃料を熱源とする焼鈍炉を設備す
るものに比べて、本発明工法の場合は生産性が高く、実
質的に鋼管鋼材を熱処理している割には、それによるコ
ストアップが少ない。また、インラインに施した従来工
法における加熱炉に比べ設備スペースが小さくて済み、
鋼材の加熱温度の管理および均一加熱の点で優れてお
り、さらに成形加工を高精度で施すことができるから、
結局、本発明工法および装置によれば、高品質かつ、均
一な大径角形鋼管を成形することができる。

【００２９】

【実施例】以下に、本発明成形工法および同工法を実施
するための大径角形鋼管の成形ラインの一実施例を図面
に沿って説明するが、同ラインを構成する各工程におけ
る設備の具体的構造は、本出願当時の当業界における公
知技術の範囲内で任意に部分的変形が可能であるから、
格別の理由を示すことなしに本実施例記載の具体的構造
のみに基づき本発明工法の構成要件を限定的に解釈する
ことは許されない。

【００３０】図１は、本発明工法および同工法を実施す
る大形角形鋼管の成形装置の一実施例ラインを示す概略
ブロック図で、図２は、前記装置の各工程に対応する厚
肉鋼板の成形、加工状態を示すものである。図中、材料
の搬送方向に沿って直線的に、１は、アンコイラーで、
熱間圧延コイル11を巻き戻し、これをレベリングに掛け
て連続的に巻き取り歪みを矯正し、平面帯鋼板12を成形
する。２は、鋼板幅決め装置で、前記帯鋼板12の両側を
トリミングカッターによって切断し、所要幅に成形す
る。

【００３１】３は、丸鋼管成形ロール装置で、プリフォ
ーム、ブレークダウンロール、クラスター、フィンパス
ロールなどから成り、同工程および高周波溶接装置４、
スクイズロール等を通過する間に、前記帯鋼板12は、冷
間塑性加工により電縫丸鋼管14に成形される。上記丸鋼
管14は、直径が565 mmであって、板厚ｔは、22mmであつ
た。５は、第１角形成形ロール装置で、三ないし六段よ
り構成され、ここに、外面ビード切削機、プルアウトロ
ールなどを通して丸鋼管14が装入され、同装置のロール
段を通過する毎に、鋼管断面を順次、丸断面から角形近
似断面に、冷間塑性加工により変形させる。第１角形成
形ロール工程を経た第１（半）角形成形鋼管15断面は、
やや、コーナーＲ部が形成された外に凸の糸巻き形状を
成し、その断面上での上述コーナーＲ部、溶接継手の位
相は確定している。上記冷間塑性加工によって、丸鋼管
から角形鋼管に成形する全加工量の略、80〜90％方を施
し、最終製品の角形鋼管断面形状の基礎成形を終了す
る。

【００３２】第１角形成形ロール装置５の直後に連続し
て加熱装置が設置されてない場合には、同装置により成
形された第１角形成形鋼管15は、そのままの形で一時備
蓄テーブル上に搬送、収容される。その際の同鋼管長手
軸方向長さは、一応、熱延コイル一巻きの長さと同等、
たとえば、100 ｍないし150 ｍ、にすることが工程上、
好都合である。６は、加熱装置であって、本実施例では
複数段の高周波誘導加熱装置より成り、備蓄テーブル、
ガイドロール、プルアウトロールなどを通して第１角形
成形鋼管15を、順次、装入し、同加熱装置を通過する鋼
管の直角断面内では、鋼材内外面で、略、均一な温度分
布に加熱し、加熱装置最終段階での当該加熱温度は、前
記半成形鋼管材に残留応力が残らず、靭性を改善できる
程度の温度、たとえば、SS400 、SM490A、SM520B、非調
質高張力鋼60Kgなどの鋼材を対象にした場合に、略、50
0 ℃〜950 ℃の範囲で加熱される。

【００３３】上記装置が、高周波誘導加熱装置である場
合には、加熱コイルと鋼管表面との距離が、鋼管の周方
向の総てで同一でないと鋼管周面全体を均一温度に加熱
することが困難であるため、加熱装置に装着する高周波
コイルの形を前記鋼管断面に応じて整形する必要がある
かも知れない。もっとも、鋼管コーナーＲ部が加熱コイ
ルにより近接していれば、コーナーＲ部付近の鋼材が、
より加熱されるから、その現象を利用することにより、
コーナーＲ部材質の熱処理をより有効に施す手段とする
ことも考えられる。なお、高周波加熱コイルは、鋼管搬
送方向に沿って複数段にわたって設置される。

【００３４】もし、上記高周波誘導加熱装置に供給する
電力容量が、所望量だけ得られない場合、または加熱装
置の電力容量を大きくしたくないときには、化石燃料に
よる加熱手段を併設した複合加熱装置も採り得るが、別
に、電縫管成形工程、第１角形成形ロール工程までの加
工スピードと、後の加熱工程、第２角形成形ロール工程
以下の加工スピードとを分離することにより、高周波誘
導加熱装置の容量を電縫管成形スピードの拘束から開放
し、加熱装置の容量を縮小することもできる。ただし、
そのことは上記装置に化石燃料による加熱手段を併設す
ることを妨げるものではない。鋼材の板厚および搬送ス
ピードに対する加熱装置の容量の大小にもよるが、より
高温加熱の方が冷間塑性加工時における鋼材の加工硬化
および残留応力の除去、靭性の改善について実効がある
が、鋼材表面に対する肌あれの程度は、より低温加熱の
ほうが良好に保持できることは当然である。また、熱処
理コストも節減できる。

【００３５】７は、第１角形成形鋼管15の冷却装置で、
同装置の冷却ゾーンでは搬入された前記加熱鋼管を、同
一断面内では、略、均等に、かつ、順次、長手軸方向に
向かって素早く冷却することが求められている。同冷却
ゾーンにおいて、冷間塑性変形または熱処理加工中の加
熱、冷却操作の制御から外れた不均一な温度分布によっ
て、第１角形成形鋼管15中に、軸方向の曲がり、断面形
状の歪み、板厚方向に対る凹み、ゆがみ等が生じるとし
ても、その大きさは上述全加工量の略、５％程度と見て
よい。また、冷却装置７における鋼管15の冷却スピード
は、略、上述程度の鋼材の変形を許容する程度を前提と
し、結局、その鋼管温度を略、室温近くまで冷やす。こ
の段階において、鋼管材は全体として、母材に近い靭性
を回復し、残留応力は殆どない状態を保持している。

【００３６】８は、第２角形成形ロール装置で、ここで
は、実質上の最終成形段の冷間塑性加工が鋼管に対し施
され、その構成は、たとえば、一ないし三段より形成さ
れ、同成形ロール工程の鋼管断面に対する加工量（度）
は、前記全加工量の略、10〜20％であり、第２角形成形
ロールを通過した後の成形鋼管断面形状は、規格どおり
の角形断面を備える。勿論、その際は、10％を超えるか
超えない程度の加工量であっても、これを排除するもの
ではない。要するに、冷間成形によって再度鋼材、特に
鋼管コーナーＲ部材質の劣化が目立って生じない程度で
ある必要がある。

【００３７】この冷間加工によって、鋼管断面形状を規
格どおりの形状にに成形し、コーナーＲ材質の劣化を招
くことなく、当該部分をシャープに、たとえば、ｒ＝（２〜２．５）×ｔに成形する。ただし、ｒ＝外側曲率半径、ｔ＝鋼管素材の板厚かつ、冷却装置内において生じた熱応力に基づく角形鋼
管の捩じれ、断面変形、曲がりを自然に矯正する。同工
程における加工量は、上述角形鋼管の歪発生量をオーバ
ーするものであるが、その冷間変形により、再度、鋼管
材質の劣化を招くことはないし、また、それ以上の加工
量を要求するものではない。さらに、冷間加工により、
熱処理で軟化した鋼材の機械的強度、特に降伏点強さを
高める可能性なしとしない。

【００３８】９は、切断機であって、走間切断機構を備
え、連続成形される厚肉大径角形鋼管の搬送スピードに
合わせてミーリングを移動させながら、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20とする。
10は、製品搬出テーブルであって、前記規格長鋼管を収
容、保管する。要すれば、角形鋼管の溶接部、その他の
部分の探傷検査、歪矯正検査などを行った後、製品を市
場に出荷する。

【００３９】図２中、11は、熱間圧延コイル、12は、平
面を構成する厚肉帯鋼板、14は、丸鋼管、15は、第１角
形成形ロールにより冷間塑性加工された第１成形鋼管、
18は、第２角形成形ロールにより冷間塑性加工された第
２成形鋼管、20は、同型の最終製品を示している。以上
のとおりであって、本実施例における、その他の作用、
効果の詳細は、さきに述べた（作用）の項に詳説したと
おりであるから、省略する。

【００４０】

【発明の効果】本発明工法および装置は、以上述べたと
おりであるので、（１）冷間塑性加工により成形されている従来の大径角
形鋼管において問題視されている厚肉鋼管材質の加工硬
化、各コーナーＲ部材質、特に靭性の劣化を改善し、ま
た、鋼材に生じた残留応力を除去して許容量以下にする
と共に、全体的に高品質の大径角形鋼管を形成できる。（２）最終段で若干量の冷間成形加工を施すことによ
り、材質の劣化を伴なうことなくコーナーＲ部を可及的
にシャープにした角形鋼管を成形して、使い勝手を良好
にし、商品の見映えを良くする一方、同一鋼材を用い
て、より丈夫で商品価値の高い、かつ、品質の良い鋼管
を提供する。

【００４１】（３）10〜20％程度の最終段の冷間塑性加
工によって、熱処理鋼管に生じた各種の歪みを矯正する
と共に、鋼材を加工硬化させ、その機械的強度を高め
る。（４）その他、前述（作用）の項において述べた各効果
を奏する。等々、従来、公知の工法および装置には期待
することができない、格別の作用、効果を奏するものと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明工法を実施する大径角形鋼管成形装置の
一実施例ラインのブロック図。

【図２】前記装置中の各工程に対応する鋼管、鋼材の断
面形状図。

【符号の説明】

１アンコイラー２鋼板幅決め装置３丸鋼管成形ロール装置４高周波溶接装置５第１角形成形ロール装置(冷間) ６加熱装置７冷却装置８第２角形成形ロール装置(冷間) ９切断機 10 製品搬出テーブル 11 熱間圧延コイル 12 帯鋼板 14 丸鋼管 15 第１角形成形鋼管 18 第２角形成形鋼管 20 製品。

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【手続補正書】

【提出日】平成３年１１月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】７は、第１角形成形鋼管１５の冷却装置
で、同装置の冷却ゾーンでは搬入された前記加熱鋼管
を、同一断面内では、略、均等に、かつ、順次、長手軸
方向に向かって素早く冷却することが求められている。
加熱鋼管の冷却には、もっぱら冷却空気を鋼管四面に均
等に吹き付ける冷却工法を採用することによって、徐々
に空冷し熱処理歪みの発生を防止することが望ましい。
必要に応じ、冷却水（霧）を噴射する工法を実施しても
良いが、冷却工程のすべてを冷却水に頼るとすると、こ
の場合には大量の冷却水を消費すること、使用済み汚水
の再処理、冷却装置の設備を必要とし、大規模な施設と
なるおそれがある。同冷却ゾーンにおいて、冷間塑性変
形または熱処理加工中の加熱、冷却操作の制御から外れ
た不均一な温度分布によって、第１角形成形鋼管１５中
に、軸方向の曲がり、端面形状の歪み、板厚方向に対す
る凹み、ゆがみ等が生じるとしても、その大きさは上述
全加工量の略、５％程度と見てよい。また、冷却装置７
における鋼管１５の冷却スピードは、略、上述程度の鋼
材の変形を許容する程度を前提とし、結局、その鋼管温
度を略、室温近くまで冷す。この段階において、鋼管材
は全体として、母材に近い靭性を回復し、残留応力は殆
どない状態を保持している。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼帯または鋼板を長手軸方向に直角断面
で丸形に成形し、その両側縁継目を突合わせ溶接して形
成した丸鋼管を、複数段よりなる角形成形ロール装置に
搬送し、丸鋼管断面を順次角形に成形する工程におい
て、前記複数段よりなる角形成形ロール工程を、第１成
形工程および第２成形工程に二分し、第１成形工程と第
２成形工程との中間に、冷間塑性加工を施した第１角形
成形鋼管を加熱する加熱装置および同加熱鋼管を冷却す
る冷却装置を設備して前記成形鋼管を所定温度に加熱し
た後に、徐冷または強制冷却して、略、常温まで冷えた
同鋼管を第２成形工程に搬入し、若干の冷間塑性変形を
施し、規格断面を有する角形鋼管を形成することを特徴
とする熱処理加工を含む大径角形鋼管成形工法。
【請求項２】鋼帯または鋼板を長手軸方向に直角断面
で丸形に成形し、その両側縁継目を突合わせ溶接して形
成する丸鋼管成形装置、前記丸鋼管断面を順次、角形に
塑性加工する第１角形成形ロール装置、前記第１角形成
形ロール装置により変形された角形近似断面の第１角形
成形鋼管を所定温度に加熱する加熱装置、前記加熱成形
鋼管を均等に冷却する冷却装置および同成形鋼管断面を
規格どおりの角形形状に冷間塑性加工を施す第２角形成
形ロール装置とよりなる熱処理加工を含む大径角形鋼管
成形装置。