JPH06262249A - 熱間成形材の冷却方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱間成形の大径角形鋼管を周方向および長手
軸方向とも、均一に冷却するようにして、鋼材の熱応力
歪に基づく長手軸方向撓み、歪の発生を防ぎ、また、鋼
材組織、機械的性質が、どの方向にも均等な大径角形鋼
管を成形する。 【構成】 緩く張架した第１エンドレスチェーンコンベ
ア１の上に高温度成形鋼管６を支承し、前記チェーンを
駆動して高温度鋼管を第一チェーンコンベア上で長手軸
を中心にして回転させると共に、第一チェーンコンベア
を軸架するフレーム２を第二のエンドレスチェーンコン
ベア９の上に装着して、前記高温度鋼管６を第一チェー
ンコンベア上で長手軸を中心にして回転さながら、第二
チェーンコンベアにより、その長手軸に直交して搬送さ
せるようにして鋼管６を冷却する大径角形鋼管の均等冷
却方法および、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、熱間成形により形成さ
れた細長鋼（管）材の均等冷却方法および装置に係り、
あわせて冷間折曲げ加工に基づく鋼板の局部材質の劣
化、残留応力に対し、前記鋼管の材質を一定時間、所定
温度に加熱・調質するようにした加熱鋼材の均等冷却・
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】建築物のコラムとして使用されている、
熱延鋼板を折曲げ成形したワン・シーム大径角形鋼管の
量産方法は、従来、 一枚板鋼板を、その長手軸方向に平行し、かつ、幅
方向に沿い重複して、隅角部相当個所を四個所冷間加工
により折曲げ、断面を角形鋼管近似の形状に成形した
後、鋼板の両側エッジ部を突合わせ溶接して断面角形の
ワン・シーム角形鋼管を成形する。 熱延鋼板を長手軸方向に搬送しながら、これを丸鋼
管成形ロールスタンドに通して冷間加工により断面丸形
に成形し、一旦、ガスまたは電気溶接により丸鋼管を製
造した後、前記丸鋼管の断面を冷間加工により角形に塑
性変形して、ワン・シームの大径角形鋼管を形成する。

【０００３】細部に亘っては工程上、それぞれ、若干の
差異があるにしても、上記またはに述べたような工
法が、広く実施されている。また、上述の大径丸鋼管の
成形工法には、冷間加工によるＵＯＥプレス工法なども
知られている。上述のように、従来、実施されている大
径丸鋼管または角形鋼管の経済的な製造方法には、いず
れの場合にも厚肉鋼板の冷間塑性変形、すなわち、鋼管
形成のため厚肉鋼板の冷間折曲げ、または角形鋼管隅角
部形成のため鋼板に対する略、90°の冷間折曲げ加工が
含まれている。

【０００４】ところで、平坦な厚肉鋼板に対し冷間加工
により、略、90°の折曲げ加工を施した場合、当該個所
の材質は靭性が劣化し、また、外力を取り去った後にも
冷間塑性変形に基づく残留応力が生じていて、同個所に
繰返し応力が加わると脆性破壊が生じるおそれがある。
さらに、寒冷地で溶接などを施すと、ひび割れが入るこ
とがある。

【０００５】従来、この種の大径丸鋼管または角形鋼管
については、もっぱら、その形状・構造上の特性、また
は施工上の特徴に対してメリットが認められ需要が伸び
ていたが、近来、鋼管成形時における前記冷間加工に基
づく局部材質の劣化が、鋼管素材に脆性をもたらすおそ
れがあることに、需要者の関心または反省が高まってき
ている。これらユーザー等からの要望に応え、最近、公
知の冷間塑性加工に基づき成形された大径丸鋼管を熱間
成形により角形断面鋼管に変形するとか、冷間塑性加工
により形成した大径角形鋼管を焼き鈍すことにより、当
該個所の鋼板材質の劣化を回復するよう熱処理を施すこ
とが考えられている。

【０００６】ところで、熱間成形角形鋼管または冷管塑
性成形角形鋼管の焼き鈍し工程において、コラムに使用
されるような軸方向に長い加熱鋼管を自然放冷し、これ
を均等に冷却して常温まで戻すに要するスペースは、長
大な空間を必要とする上に、正確、かつ、各方向にわた
り均一な温度管理が必要で、その鋼管の冷却速さ、温度
が場所によって不均一になったり軸方向に温度差が生じ
ると、冷却後の鋼管に全体として熱応力歪の曲がり、捩
じれなど生じて材質が安定せず、処理鋼管の歪矯正のた
めに大型な設備が必要となる。

【０００７】すなわち、軸方向に長い高温大径鋼管を冷
却する際には、同鋼管を周方向または／および長手軸方
向に沿って均等に、また、均一速度で冷却しなければ、
鋼管が常温に戻った後、長手軸方向に対して曲がり、捩
じれなどが生じるおそれがある。そこで、高温鋼管に対
し比較的に緩やかに均等自然放冷をさせることが望まし
いが、鋼材冷却のため広大なスペースを割り当てること
も経済的とはいえない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明方法は、
軸方向に長い加熱鋼管、殊に断面角形鋼管の高温鋼管の
冷却工程において、鋼管の曲がり、捩れなどの変形が生
じない経済的な均等冷却方法を開発することを目的とす
る。また、長大な高温鋼管を連続的に均一冷却すること
ができる冷却装置を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明冷却方法および、
その装置は、上記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している。 （１） 熱間成形工程から排出される細長鋼材を、その
長手軸に直交する方向に張架された第一エンドレスチェ
ーンコンベアの中間を撓ませて、その上に受け取ると共
に、前記チェーンを駆動して、受け取った前記鋼材を、
その長手軸の回りに回転させながら、前記エンドレスチ
ェーンコンベアを支承した鋼材支承フレームを一定方向
に搬送することよりなる熱間成形材の冷却方法。

【００１０】（２） 熱間成形工程から排出される鋼材
の長手軸に直交する方向に軸受けされ一対のスプロケッ
トの間に緩く張架され、その中間で前記鋼材を受け取る
ようにした鋼材回転用の第一エンドレスチェーンコンベ
アと、前記チェーンコンベアを駆動する機構とを具備す
る鋼材支承フレーム、前記支承フレームをコンベアの長
手方向に等間隔に複数台載置し、前記第一エンドレスチ
ェーンコンベアの張架方向に沿って前記支承フレームを
搬送する鋼材移送用の第二エンドレスチェーンコンベ
ア、第二エンドレスチェーンコンベアを駆動する装置よ
りなる熱間成形材の冷却装置。

【００１１】

【作用】高温鋼管を空気中に放置し自然放冷により冷却
させる場合、その長手軸方向に直交する平面内におい
て、鋼管周壁からの輻射による熱エネルギーの損失は、
鋼管中心軸に対し360 °方向に対し均等だとしても、鋼
管周面に接触する空気への熱伝導、それに基づく対流に
よる鋼管の熱エネルギーの損失は、一般に、次のとおり
と考えられる。

【００１２】 鋼管断面の下側に面する周壁が接触空
気を加熱して上昇気流が生じ、前記壁面に対する接触空
気の交代が早く、新たな冷却空気が鋼管壁に接触する機
会が多いので、それだけ鋼管壁の熱エネルギー損失が大
きく、鋼管の冷却速さが大になる。 鋼管断面の上側から側面にかけては、空気の上昇流
が鋼管周面から剥離し易く、かつ、鋼管下側周面で温め
られた空気が上側周面に接触する機会が多いから、高温
鋼管表面から接触空気への熱エネルギーの伝達が比較的
に小さい。 すなわち、鋼管周壁に接触する空気は熱伝導によって鋼
管表面から熱エネルギーを奪い、加熱・膨張して自然に
上昇気流を生じ、かつ、新たな冷たい空気が、その隙間
を埋めて流入し高温度鋼管壁に接触して、上記同様の作
用を繰り返す。この空気流と対向する鋼管下面中央では
空気の渦が定常的に生じ、鋼管壁の放熱が、やや妨げら
れる。

【００１３】鋼管周壁上側における冷却空気の作用も上
記同様であるが、その上昇気流のあとを埋めるよう流入
する空気は、すでに鋼管下周面で温められているので、
管壁の温度と、これに接触する冷却空気の温度との開き
が小さく、したがって鋼管周壁上側の放熱量は、鋼管下
周側壁のそれよりも少ない。加えて、管周壁上側中央部
には、空気の渦が定常的に生じるので管周壁上側におけ
る放熱作用を妨げる。上述のような事情から、加熱鋼管
を水平に保持し自然放冷させる場合には、鋼管周面の下
半分側が、上半分よりも冷却速さが大で、そのまま徐冷
させると鋼管周壁には長手方向軸に対し上下に熱処理歪
が残るおそれがある。

【００１４】上記の作用が生じるのを妨げ、鋼管全周面
を均等な冷却速さで均等に冷すように、高温度鋼管を、
その長手軸に直交する第一チェーンコンベアにより受け
入れたときに、前記チェーンを撓ませて鋼管周面とチェ
ーンとの間に生じる摩擦力を大きくすると共に、チェー
ンコンベアを駆動することにより、チェーン上に受け入
れた高温鋼管を、その長手中心軸の回りに緩く回転させ
て鋼管周壁面の上、下側を順次、逆転させ、冷却空気に
対する鋼管周壁の放熱条件を均一にする。

【００１５】一方、鋼管回転用の前記第一チェーンコン
ベアを支承しているフレームを載せた第二のエンドレス
チェーンコンベアを前記高温鋼管の長手軸に対し、ほ
ぼ、直角方向に向けて搬送させることにより、高温鋼管
の排出位置に対して排出サイクル毎に、新たに、次の空
いた鋼管回転用第一チェーンコンベアを支承するフレー
ムを持ち来し、空いた第一チェーンコンベアによる、次
に排出される高温鋼管の受入れ体勢を整える。

【００１６】同時に、第一チェーンコンベアにより受け
入れた高温鋼管を、その長手軸の回りに回転させなが
ら、これを長手軸方向に直交して水平移動させ、高温鋼
管周壁の自然放熱条件を均等化し、不均等冷却による歪
が生じないように、または可及的に生じないようにして
長大な加熱厚肉鋼管を全体的に均等に放冷する。このよ
うな工程を経て、徐々に鋼管の加熱温度を低下させ、結
局、排出された高温鋼管が、或る時間内に冷却装置の鋼
管搬出口を通過するとき迄に、素材温度を略、常温また
は常温に近い温度まで持ち来たし、外見上さしたる歪な
しに、被処理材の全長の冷却を完了する。

【００１７】上述のような冷却方法および装置は、熱間
成形による厚肉大径角形鋼管、冷間塑性加工による大径
角形鋼管隅角部、溶接継手または溶接個所等の鋼材の調
質のための熱処理後の素材冷却工程のために利用可能で
あることは勿論のこと、軸方向に長大な厚肉大径丸鋼
管、棒鋼、型鋼等を対象とする高温加熱鋼材の冷却工程
に利用することもできる。特に、大径角形鋼管について
は、角形断面を中心軸の回りに回転させながら冷却装置
中を移動させるようにしているから、鋼管全周壁の冷却
状態、長手軸方向の冷却状態を可及的に均一にすること
ができ、かつ、能率良く冷却できる。

【００１８】本発明によれば、 （１）軸方向に長い成形鋼材を、その長手軸を中心にし
て回転させながら長手軸に直交する方向に移送するため
に全体的に均一に冷却することができ、鋼管素料の組
織、機械的性質などが均一化される。 （２）軸方向に長い高温成形鋼材を均一的に冷却するこ
とができ、不均等冷却に基づいて生じる成形鋼材の長手
軸方向の曲がり、捩じれ歪が少ない。 （３）鋼材を回転移送する際、その長手軸を傾斜させる
ようにすれば、鋼管内の冷却空気の排出流速を早め、よ
り短時間のうちに鋼管材の冷却を可能にする。

【００１９】（４）成形鋼の曲がり、捩じれ歪が少ない
ため、冷却工程後の歪の矯正設備が簡単になる。 （５）冷却工程に基づく歪が少ないため、少しの矯正加
工で最終製品が得られ、品質が向上する。 （６）冷間加工に基づく局部材質の脆性化、劣化を解消
または回復し、被処理材の材質を均一にして、高品質の
製品を提供することができる。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明冷却方法および同方法を実施
する装置の大略実施例を図面に沿って説明するが、同装
置の細部構造は、本出願当時の当業界における公知の技
術レベルの範囲内で適宜変形が可能、かつ、容易である
から、格別の理由が見当らない限り、この実施例の具体
的構造のみに基づいて本発明方法の構成要件を限定解釈
すべきではない。

【００２１】図１は、第一チェーンコンベアまたは鋼材
の支承フレームの詳細側面図、図２は、その平面図、図
３は、本発明方法を実施する冷却装置の全体側面図、図
４は、その平面図を示すもので、図１中、１は、鋼管回
転用の第一エンドレスチェーンコンベアで、前記エンド
レスチェーンは、一対の支承フレーム２の上部および底
面に、それぞれ水平方向に軸受けされた各一対のスプロ
ケット３，３および４，４の周りを回って緩く張架され
ている。そのチェーンコンベアの全長は、上記４個のス
プロケットの周りを緩みなく張設する長さよりも、より
長く、余裕を持たせて架設してある。

【００２２】スプロケット３，３および４，４の間で第
一チェーンコンベア１がスプロケットの歯から外れるこ
とがないように、上側のスプロケット３，３の間を除き
各スプロケットに沿って隙間なくチェーンガイド５を連
設し、これによってチェーンコンベア１の緩み部分が、
すべてスプロケット３，３の間に集中するようにしてい
る。そこで、熱間加工装置からスプロケット３，３の間
に張架されたチェーンコンベア１の上に、重量がある、
たとえば大径角形鋼管６が不均一に排出・落下したとき
にも、

【００２３】 張架されたチェーンコンベア１の張力
が、鋼管６の落下のショックを緩和する。 チェーンコンベア１が深く撓んで鋼管６の外周面に
沿って曲がり、広い接触により鋼管を支承する。 鋼管外周面とチェーンコンベア１との接触面積を広
げて相互の摩擦面を大きくすると共に、チェーンコンベ
ア１を、その長手方向に移動させることにより、チェー
ンに支承した鋼管６の下周面をチェーンコンベアの移動
方向に沿って変位させ、結局、スプロケット３，３の中
間位置でチェーン１により鋼管を吊り下げたまま、位置
を替えることなしに鋼管６を、中心軸の周りに回転させ
る。

【００２４】 これにより、自然放冷時において、高
温鋼管６の周りに生じる冷却空気の対流につき、鋼管周
面の放冷条件を均等化して鋼管の均一冷却を保証する。 高温鋼管６に接触しているチェーン１の位置を順
次、換えることによりチェーンコンベアの加熱を防ぎ、
かつ、冷却時間を与える。 第一チェーンコンベア支承フレーム２は、その底部を搬
送用の第二エンドレスチェーンコンベア９上に固着して
いるので、前記第二チェーンコンベアの移動に伴ない、
鋼管６は、その長手軸の周りに回転しながら、同軸に対
し直角方向に移送される。第二エンドレスチェーンコン
ベア９の両側には、前記第二チェーンのガイドローラ10
が、複数個設けてある。

【００２５】図２を参照して、上記支承フレーム２に
は、第一エンドレスチェーンコンベア１を駆動するため
の回転モータ７を設備し、その出力軸を減速機構８を介
してスプロケット４の回転軸に連動させてある。回転モ
ータ７の出力が、減速機構８を介してフレーム底部側の
スプロケット４に入力しているのは、鋼管６の落下衝撃
の影響をチェーンを通して緩衝し、その衝撃が直接、回
転モータ７に伝達されないように配慮されている。支承
フレーム２の重心位置を低くして装置の安定性を良くす
る。ことにある。

【００２６】回転モータ７に対する給電方法は、給電線
を第二チェーンコンベア９に並行して設置し、これに対
する給電子を、高温鋼管が第一チェーンコンベア１の上
に支承されている間だけ、接触するようにして設ければ
よい。回転モータ７の回転数は、第二エンドレスチェー
ンコンベア９上での、支承フレーム２の位置に応じて、
変動させても良い。たとえば、始めは高速で、徐々に回
転数を落すようにすることもできる。第一エンドレスチ
ェーンコンベア１の駆動方法には、その外、第二チェー
ンコンベア９に並行してラックを設置し、支承フレーム
２側に軸受したピニオン−前記ピニオンの回転により第
一エンドレスチェーンコンベア１を駆動するよう、両者
の間に伝導機構が設けてある−を、高温鋼管が第一チェ
ーン１の上に支承されている間だけ、前記ラックに噛み
合わせるようにする機構もある。

【００２７】図３は、本発明を実施する装置全体の側面
図を示し、図４は、その平面図である。図中、図１およ
び図２において付した符号と同一の符号を付した部材
は、図１，２で説明した部材と同一である。前記チェー
ン支承フレーム２は、搬送用第二チェーン９に沿って等
間隔に、各チェーンコンベア素子当たり一台当てに、前
記第二チェーンコンベア上に直列に複数台、装着してあ
る。

【００２８】第二エンドレスチェーンコンベア９は、そ
の両端のスプロケット11，11により張架され、鋼管６を
図で、右方向に搬送するように駆動される。その際、搬
送用第二チェーンコンベア９の両側に取付けたガイドロ
ーラ10（図２参照）が、コンベアの上側チェーンの下側
に配設したチェーンガイドレール12に載って案内され、
これにより第二のチェーンコンベア９に掛かるチェーン
支承用フレーム２関係機構の一切および高温角形鋼管６
の重量を、チェーンガイドレール12により支持する。

【００２９】図４において、13は、スプロケット13を取
り付けた回転軸、14は、その軸受、15は、減速機構、16
は、搬送用モータである。第二チェーンコンベア９の搬
送方向は、図３において、必ず、高温度鋼管６を右方向
に搬送させること、すなわち高温鋼管を、その排出側か
ら離れる方向に移送させることを要するが、その間、第
一チェーンコンベア１の移動方向については制約がな
い。要するに、鋼管を右回転させても、左回転させて
も、同効である。

【００３０】そのまま、高温鋼管６を第二チェーンコン
ベア９の搬送方向に沿って移動させれば、鋼管は全体的
に均一に放冷し、熱応力歪に基づく周方向及び長手軸方
向の変形を可及的に発生させること無く冷却することが
できる。かくして、第二チェーンコンベア９の終端に近
づくにつれ、高温鋼管６は、その断面方向にも、長手軸
方向にも常温近くまで均等に冷却されて、鋼材支承フレ
ーム２に設けた第一チェーンコンベア１上から、送出さ
れる。

【００３１】本実施例では、図４に見られるように、軸
方向に長い鋼管に対し、並行して複数台、第二チェーン
コンベア９を設備して、総てのコンベア９を同期して駆
動すると共に、前記コンベア上に装着した鋼材支承フレ
ーム２の位置を、総ての第二チェーンコンベア上で横並
びに同位相にして置く必要があるので、搬送モータ16に
より駆動する一つの回転軸13に、並列的に第二チェーン
コンベア９のスプロケット11……を、それぞれ軸支し
て、すべての第二チェーンコンベアが一斉に搬送される
ように調整する。横並びの各第二チェーンコンベアの間
隔は、高温鋼管の軸方向の支持幅に関係するが、あまり
間隔を置き過ぎると鋼管の重さが一つのチェーンに掛か
り過ぎることになり、好ましくない。

【００３２】本実施例では、もっぱら、角形鋼管を例示
して作用の説明を試みたが、本実施例装置は、軸方向に
長い高温丸鋼管、型鋼材などの、均等放冷にも極めて優
良な効果が期待できる。また、厚肉鋼板を冷間加工によ
って塑性変形し、成形した角形鋼管素材の残留応力、材
質の脆性化、劣化を熱処理によって調質した後の当該鋼
管の冷却に当っても、均等放冷が可能で、熱応力に基づ
く歪、撓みが発生せず、外力に対し材質の伸びが大き
く、引張り強さと降伏点の比を旧に近いように戻った鋼
管を形成することができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明冷却方法および装置は、以上述べ
たとおり、 （１）軸方向に長い断面異形の高温鋼管を、回転しなが
ら自然冷却をするようにしているから、断面周方向に対
し冷却条件が均一で、冷却に基づく軸方向の熱応力歪が
出にくい。 （２）回転冷却により均一な温度分布のまま冷すことが
でき、材料の組織、機械的特性を均等にし、隅角部材質
の脆性劣化を防止することができる。 （３）被処理材に生じる歪、捩じれ量が少ないため、冷
却工程終了後の歪矯正設備が簡単で良い。

【００３４】（４）冷間塑性加工に基づく鋼管材料の劣
化、脆性化を回復し、高品質の製品を提供する。 等々、従来公知の鋼材熱処理手段、装置では期待するこ
とができない格別の作用および効果を奏する。なお、本
発明冷却方法は被処理材として、丸鋼管、型鋼等の材料
の調質も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明冷却方法を実施する装置の一実施例の角
形鋼管回転用のチェーン支承フレームの拡大詳細側面図
である。

【図２】上記回転用のチェーン支承フレームの拡大詳細
平面図を示す。

【図３】本発明冷却方法を実施する装置の一実施例の全
体側面図である。

【図４】本発明冷却方法を実施する装置の一実施例の全
体平面図を示す。

【符号の説明】

１ 角形鋼管回転用の第一エンドレスチェーンコンベア ２ 鋼材（チェーン）支承フレーム ３，４，11 スプロケット ５ チェーンガイド ６ 角形鋼管 ７ 回転モータ ８，15 減速機 ９ 搬送用第二エンドレスチェーンコンベア 10 ガイドローラ 12 チェーンガイドレール 13 回転軸 14 軸受 16 搬送用モータ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱間成形工程から排出される細長鋼材
   を、その長手軸に直交する方向に張架された第一エンド
   レスチェーンコンベアの中間を撓ませて、その上に受け
   取ると共に、前記チェーンを駆動して、受け取った前記
   鋼材を、その長手軸の回りに回転させながら、前記エン
   ドレスチェーンコンベアを支承した鋼材支承フレームを
   一定方向に搬送することよりなる熱間成形材の冷却方
   法。
2. 【請求項２】 熱間成形工程から排出される鋼材の長手
   軸に直交する方向に軸受けされ一対のスプロケットの間
   に緩く張架され、その中間で前記鋼材を受け取るように
   した鋼材回転用の第一エンドレスチェーンコンベアと、
   前記チェーンコンベアを駆動する機構とを具備する鋼材
   支承フレーム、前記支承フレームをコンベアの長手方向
   に等間隔に複数台載置し、前記第一エンドレスチェーン
   コンベアの張架方向に沿って前記支承フレームを搬送す
   る鋼材移送用の第二エンドレスチェーンコンベア、第二
   エンドレスチェーンコンベアを駆動する装置よりなる熱
   間成形材の冷却装置。