JPH0999324A - 角形鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 丸形鋼管を原管とする製造方法において原管
は、厚肉鋼板に対するプレスの成形回数が多く、製作に
は時間と経費とがかかる。プレス成形のみで製作する際
には、端曲げ加工機を設備しなければならず、端曲げ工
程が必要になる。角形鋼管の先端部や後端部は長く切断
除去され、歩留まりが悪いものになる。 【解決手段】 プレス成形機12により平板素材１の複数
箇所をプレス成形し、シーム溶接を行うことで、最終製
品９の平板部の幅寸法Ｗよりも、その平板部の幅寸法Ｗ
₁ が広い多角中空鋼管８を形成する。多角中空鋼管８
を、加熱炉17で高温加熱Ａしたのち、角形鋼管成形機1
8，20において絞りながら熱間成形することで、先端部
から後端部まで十分に成形した所定寸法の角形鋼管９を
製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば建築用の
柱材に使用される正方体形状や直方体形状などの大径の
角形鋼管を製造する際に使用される角形鋼管の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、建築用の柱材などに使用される大
径の角形鋼管は、たとえば特公昭58−13245 号公報に見
られる製造方法で得られていた。すなわち、この従来方
法は、一枚の厚肉鋼板を長さ方向に移送して両側の開先
加工を行ったのち、プレスにて、角形鋼管の四隅に相当
する部分を曲げ加工して角形鋼管近似の形状に成形し、
次いで近似角形鋼管を複数段の成形ロールに通して角形
鋼管形状に成形しつつ、開先突き合わせ面を順次仮付け
溶接し、そして開先部の内外面を自動溶接によって溶接
したのち、歪み取りを行うことで、大径の角形鋼管を得
ている。

【０００３】しかし、上記した冷間成形により製造され
た角形鋼管は、角部およびシーム溶接部の硬さが平板部
（母材）に比べてかなり高い値となるため、角部および
シーム溶接部の降伏強さが増大し、延性の低下をきたす
ことになり、以て機械的性質が不均一で残留応力が発生
していることから、切削加工などを容易に行えない。

【０００４】そこで最近では、大径の角形鋼管に見合う
所定の径、板厚、長さの丸形鋼管を原管として、この原
管を加熱炉で加熱し、次いで加熱した原管を丸形鋼管成
形ミルで熱間成形して精製原管とし、そして精製原管を
角形鋼管成形ミルで熱間成形して角形鋼管を製造するこ
とが提供されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の丸形鋼
管を原管とする製造方法において、原管は、厚肉鋼板に
対して何度も繰り返してプレス成形しなければ得られ
ず、すなわち成形回数が多いことになって、その製作に
は時間と経費とがかかることになる。また、プレス成形
のみで製作した際には、そのシーム溶接を行う端部分が
外側に拡がった状態になる。これに対しては、端部分を
拡がり側とは反対側に予め曲げ加工すればよいが、この
場合、端曲げ加工機を設備しなければならず、また端曲
げ工程が必要になる。

【０００６】さらに角形鋼管成形ミルで熱間成形して取
り出される角形鋼管の先端部や後端部は完全に成形され
ず、かなりの長さ（300〜400mm ）に亘って変形されて
いる。すなわち、角形鋼管の先端部は各辺（四辺）が凹
み状に変形され、また後端部は各辺が膨らみ状に変形さ
れている。このために、先端部や後端部は切断除去され
ており、この切断除去される部分が長いことから歩留ま
りが悪いものになる。

【０００７】そこで本発明の請求項１の発明は、熱間成
形方式でありながら、プレス成形回数を少なくし得ると
ともに、端曲げ加工機を不要にし得、さらに歩留りを良
くし得る角形鋼管の製造方法を提供することを目的とし
たものである。

【０００８】また請求項２記載の発明は、角部（コーナ
部）の曲率半径（アール）を、無理なく所定にし得る角
形鋼管の製造方法を提供することを目的としたものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明の請求項１記載の角形鋼管の製造方法
は、平板素材をプレス成形したのちシーム溶接を行っ
て、最終製品寸法よりも幅寸法の広い多角中空鋼管を形
成し、この多角中空鋼管を、加熱炉にて加熱したのち、
角形鋼管成形機により絞りながら熱間成形して角形鋼管
を得ることを特徴としたものである。

【００１０】ここでは、主として大径の角形鋼管を製造
するが、これは中径や小径の角形鋼管も同様に製造し得
る。したがって請求項１の発明によると、プレス成形機
により平板素材の複数箇所をプレス成形したのち、シー
ム溶接を行うことで、最終製品の平板部の幅寸法より
も、その平板部の幅寸法が広い多角中空鋼管を形成し得
る。そして、この多角中空鋼管を、加熱炉において高温
加熱したのち、角形鋼管成形機において絞りながら熱間
成形することで、先端部から後端部まで十分に成形した
所定寸法の角形鋼管を製造し得る。

【００１１】また本発明の請求項２記載の角形鋼管の製
造方法は、平板素材をプレス成形したのちシーム溶接を
行って、最終製品よりも、幅寸法が広くかつ角部の曲率
半径が大きい多角中空鋼管を形成し、この多角中空鋼管
を、加熱炉にて加熱したのち、角形鋼管成形機により幅
寸法ならびに角部の曲率半径を絞りながら熱間成形して
角形鋼管を得ることを特徴としたものである。

【００１２】したがって請求項２の発明によると、プレ
スにより、角部の曲率半径が四角形鋼管（最終製品）の
角部の曲率半径よりも大きく成形することで、無理のな
いプレス成形を容易に行える。また高温加熱により、そ
の材質（分子配列）が元に戻っている多角中空鋼管を、
幅寸法を狭くかつ角部の曲率半径を小さくするように、
熱間で絞り成形することで、材質を変えることなく断面
係数の高い最終製品、すなわち四角形鋼管を得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図１
〜図３に基づいて説明する。たとえば大径の四角形鋼管
を製造するに当たり、この四角形鋼管（最終製品）に見
合う所定の板厚、長さで、かつ四角形鋼管の展開した幅
寸法よりも広い寸法幅の平板素材、すなわち鋼板１が、
多数枚を積み重ねた状態でストレージされる。これら鋼
板１群のうち、最上位の一枚の鋼板１が、たとえば磁石
付きのクレーンなどにより持ち上げられ、そしてコンベ
ヤ10に渡される。次いで鋼板１は、コンベヤ10によって
開先加工機11に搬入され、シーム溶接を行う一対の縁部
に開先２が形成される。

【００１４】なお、予め開先２の形成を行った鋼板１を
積み重ね状でストレージしておいてもよい。また鋼板１
は、コイル状に巻かれているものを巻き戻しながら切断
して得てもよい。

【００１５】開先２が形成された鋼板１は、コンベヤ10
によってプレス成形機12に搬入される。このプレス成形
機12において鋼板１は多角中空状鋼管３にプレス成形さ
れる。すなわち、たとえば四箇所を順にプレス成形する
ことで、一対の開先２間が広めに開放された四角形状の
多角中空状鋼管３がプレス成形される。その際に多角中
空状鋼管３は、最終の四角形鋼管を得たとき、シーム溶
接部を常に平板部の中央付近に存在させる位置となるよ
うにプレス成形される。

【００１６】この多角中空状鋼管３はコンベヤ10によっ
て仮付け溶接機13に搬入され、そして外圧を加えること
で開先２どうしを当接させたのち、仮付け溶接４が施工
される。次いで多角中空状鋼管３はコンベヤ10によって
内面溶接機14に搬入され、内面溶接５が施工される。さ
らに多角中空状鋼管３はコンベヤ10によって外面溶接機
15に搬入されて外面溶接６が施工され、以てシーム溶接
部７を有する正四角形状の多角中空鋼管８を製作し得
る。なお各溶接は、高周波溶接やアーク溶接などにより
施工される。

【００１７】このようにして製作された多角中空鋼管８
は、前述したように四角形鋼管の展開した幅寸法よりも
広い寸法幅の平板素材１が使用されていることから、そ
の各平板部８Ａの幅寸法Ｗ₁ は最終製品（後述する。）
の平板部の幅寸法よりも広い寸法となる。

【００１８】前述したようにして製作された多角中空鋼
管８は、コンベヤ10から搬入床16上に搬入される。ここ
で搬入床16はコンベヤ形式であって、複数本の多角中空
鋼管８を平行させて支持し、そして長さ方向に対して横
方向へと搬送させる。搬入床16の終端部に搬送された多
角中空鋼管８は、加熱炉17に搬入され、この加熱炉17に
おいて長さ方向に搬送されて、その搬送中に高温加熱Ａ
される。

【００１９】所定の温度に加熱された多角中空鋼管８
は、加熱炉17から搬出され、そして前段角形鋼管成形機
（角形鋼管成形ミル）18に搬入される。この前段角形鋼
管成形機18では、複数のつづみ形ロール19などを介して
熱間成形（成形温度、Ａ₃ 変態点以上）を行うもので、
多角中空鋼管８に対して前段の絞り成形が行われる。次
いで多角中空鋼管８は、後段角形鋼管成形機20に搬入さ
れる。この後段角形鋼管成形機20では、複数の平形ロー
ル21などを介して熱間成形（成形温度、Ａ₃ 変態点以
上）を行うもので、多角中空鋼管８に対して後段（最終
段）の絞り成形が行われ、以て所定寸法の大径の四角形
鋼管（角形鋼管）９が熱間成形される。

【００２０】この四角形鋼管９は最終製品であって、そ
の平板部９Ａの幅寸法Ｗは二段（複数段）の絞り成形に
よって、前述した多角中空鋼管８の幅寸法Ｗ₁ に対して
狭く、すなわちＷ＜Ｗ₁ となる。そして熱間の絞り成形
によって、四角形鋼管９の先端部から後端部まで完全ま
たはほぼ完全に成形されることになり、したがって後工
程における先端部や後端部の切断除去は不要になり、ま
たは短い寸法で行われ、以て歩留まりが良いものにな
る。

【００２１】また熱間成形直後の四角形鋼管９は、各平
板部９Ａが直状面となり、さらに角部のＲはシャープと
なって、断面係数が高くなる。なお多角中空鋼管８が正
四角形状であることから、コンベヤ10による搬送は一つ
の平板部分を利用して常に一定の向きで行え、以て角形
鋼管成形機18，20での熱間成形は、常にシーム溶接部７
の位置を一定の方向に揃えて、すなわちシーム溶接部７
を常に平板部９Ａの中央付近に存在させる位置として行
える。

【００２２】なお角形鋼管成形機18，20の周辺で、必要
する箇所（前段角形鋼管成形機18の前、両角形鋼管成形
機18，20の間、後段角形鋼管成形機20の後などの単数ま
たは複数箇所）には、必要とする数のデスケーラー装置
22が設けられている。このデスケーラー装置22は、四角
形鋼管９などに対して水圧をかけた水を噴射するもの
で、この水噴射によりミルスケールなどを除去し、表面
肌を良くし得る。

【００２３】次いで熱間成形された四角形鋼管９は冷却
床23に受け取られる。この冷却床23はコンベヤ形式であ
って、複数本の四角形鋼管９を平行させて支持し、そし
て長さ方向に対して横方向へと搬送させる。この冷却床
23での搬送中に、四角形鋼管９は空冷形式で放熱Ｂ、す
なわち徐冷される。

【００２４】冷却床23での四角形鋼管９群の搬送は、隣
接した四角形鋼管９の間を離した状態で、または隣接し
た四角形鋼管９どうしを接触させ両側よりクランプした
状態で行われる。これにより四角形鋼管９は、同じ雰囲
気温度下で徐冷されることになり、以て冷却時の曲がり
を少なくし得る。冷却床23の終端に達した四角形鋼管９
は、図示していない先端切断装置、後端切断装置、洗浄
装置、防錆装置へと搬送され、それぞれで処理されたの
ち、製品としてストレージされる。

【００２５】上記した実施の形態では、前段角形鋼管成
形機18と後段角形鋼管成形機20とにより、前後二段で絞
りながら熱間成形しているが、これは一方のみにより絞
りながら熱間成形してもよく、また二段以上の多数段で
絞りながら熱間成形してもよい。

【００２６】上記した実施の形態では、大径の四角形鋼
管９を製造しているが、これは中径や小径の四角形鋼管
９も同様に製造し得るものである。また上記した実施の
形態では断面で正四角形の四角形鋼管９を製造している
が、これは断面で長方形の四角形鋼管９も同様に製造し
得るものである。さらに両角形鋼管成形機18，20のロー
ラ配置を変更するなどして、五角形鋼管や六角形鋼管な
ど多角形鋼管の熱間成形を行えるものである。

【００２７】上記した実施の形態では、四箇所をプレス
成形することで四角形状の多角中空状鋼管３をプレス成
形しているが、これはプレス箇所の数を変化させること
で、多角中空状鋼管３、すなわち多角中空鋼管８の角形
状は、六角形状、八角形状、十角形状など任意に調整し
得ることになる。

【００２８】なお、プレス箇所の数を多くすればするほ
ど、曲げ角度を鈍角として多角中空状鋼管３を円状に近
付け得、角形鋼管の成形をより好適に行える。その際
に、プレス箇所の数を多くなったとしも、従来の丸管成
形のプレス回数に比べれば、はるかに少ないものにな
る。

【００２９】上記した実施の形態では、一箇所が開放さ
れた四角形状の多角中空状鋼管３に対して溶接施工する
ことで多角中空鋼管８を成形しているが、これは一対の
段面Ｃ形状部材（複数の分割成形部材）を合わせ、二箇
所（複数箇所）にシーム溶接部７が存在するように溶接
施工することで、多角中空鋼管８を成形してもよい。

【００３０】次に、本発明の別の実施の形態を図４に基
づいて説明する。プレス成形機12において厚肉の鋼板１
は多角中空状鋼管３にプレス成形され、そして多角中空
状鋼管３は、仮付け溶接機13で仮付け溶接４が施工さ
れ、次いで内面溶接機14で内面溶接５が施工されたの
ち、外面溶接機15で外面溶接６が施工され、以てシーム
溶接部７を有する正四角形状の多角中空鋼管８を製作し
得る。

【００３１】その際に、多角中空鋼管８は、プレス成形
時において、四角形鋼管の展開した幅寸法よりも広い寸
法幅の鋼鈑（平板素材）１が使用されていることから、
その各平板部８Ａの幅寸法Ｗ₁ は最終製品の平板部の幅
寸法よりも広い寸法に成形され、また角部８Ｂの曲率半
径Ｒ₁ は最終製品の角部の曲率半径よりも大きく成形さ
れる。

【００３２】このようにして製作された多角中空鋼管８
は、加熱炉17において長さ方向に搬送されて、その搬送
中に高温加熱Ａされる。そして多角中空鋼管８は、前段
角形鋼管成形機18に搬入されて、複数のつづみ形ロール
19などを介して熱間成形（成形温度、Ａ₃ 変態点以
上）、すなわち前段の絞り成形が行われ、次いでデスケ
ーラー装置22による水圧をかけた水噴射によりミルスケ
ールなどが除去されたのち、後段角形鋼管成形機20に搬
入されて、複数の平形ロール21などを介して熱間成形
（成形温度、Ａ₃ 変態点以上）、すなわち後段（最終
段）の絞り成形が行われる。

【００３３】このように多角中空鋼管８に対して、前段
角形鋼管成形機18や後段角形鋼管成形機20による複数段
の絞り成形（または単数段の絞り成形）を行うことによ
り、最終製品である四角形鋼管９を製作し得る。その際
に、前述した絞り成形によって、四角形鋼管９における
平板部９Ａの幅寸法Ｗは、多角中空鋼管８の幅寸法Ｗ ₁
に対して狭く、すなわちＷ＜Ｗ₁ となるように成形さ
れ、また角部９Ｂの曲率半径Ｒは、多角中空鋼管８の角
部８Ｂの曲率半径Ｒ₁ に対して小さく、すなわちＲ＜Ｒ
₁ となるように成形される。

【００３４】前述したように、プレスにより、角部８Ｂ
の曲率半径Ｒ₁ が四角形鋼管（最終製品）９の角部９Ｂ
の曲率半径Ｒよりも大きい寸法に成形されることで、無
理のないプレス成形を容易に行える。また高温加熱Ａに
より、その材質（分子配列）が元に戻っている多角中空
鋼管８を、幅寸法Ｗを狭くかつ角部９Ｂの曲率半径Ｒを
小さくするように、熱間で絞り成形することで、材質を
変えることなく断面係数の高い最終製品、すなわち四角
形鋼管９が得られる。

【００３５】上記した両実施の形態では、多角中空状鋼
管３に対して、仮付け溶接４が施工され、次いで内面溶
接５が施工されたのち、外面溶接６が施工されることで
多角中空鋼管８を製作しているが、これは外面溶接６が
施工されたのち内面溶接５が施工される溶接方式でもよ
く、また内外の溶接５，６を同時に施工する溶接方式で
もよく、さらには仮付け溶接４を省略した溶接方式でも
よい。

【００３６】

【発明の効果】上記した本発明の請求項１によると、プ
レス成形機により平板素材の複数箇所をプレス成形した
のち、シーム溶接を行うことで、最終製品の平板部の幅
寸法よりも、その平板部の幅寸法が広い多角中空鋼管を
形成でき、この多角中空鋼管を、加熱炉において高温加
熱したのち、角形鋼管成形機において絞りながら熱間成
形することで、先端部から後端部まで十分に成形した所
定寸法の角形鋼管を製造することができる。

【００３７】したがって、プレス成形機による成形回数
（プレス回数）は多角中空状鋼管を得るだけの少ないも
のにでき、その成形は迅速（短時間）にかつ安い経費で
行うことができる。また端曲げ加工機を不要にできて、
設備費を安くできるとともに、端曲げ工程が不要になっ
てライン構成を簡素化でき、省力化できる。しかも後工
程における先端部や後端部の切断除去は不要にでき、ま
たは短い寸法で良く、以て歩留まりの良いものにでき
る。

【００３８】また上記した本発明の請求項２によると、
プレスにより、角部の曲率半径を最終製品の角部の曲率
半径よりも大きく成形することで、平板素材に対して無
理のないプレス成形を容易に行うことができる。そして
高温加熱により材質（分子配列）が元に戻っている多角
中空鋼管を、幅寸法を狭くかつ角部の曲率半径を小さく
するように熱間で絞り成形することで、材質を変えるこ
となく断面係数の高い最終製品、すなわち角部の曲率半
径や幅を、無理なく所定寸法とした角形鋼管を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示し、角形鋼管の製造方
法における工程斜視図である。

【図２】同角形鋼管の製造方法における工程説明図であ
る。

【図３】同角形鋼管の製造方法における溶接説明図であ
る。

【図４】本発明の別の実施の形態を示し、角形鋼管の製
造方法における要部の工程説明図である。

【符号の説明】

１ 鋼板（平板素材） ３ 多角中空状鋼管 ７ シーム溶接部 ８ 多角中空鋼管 ８Ａ 平板部 ８Ｂ 角部 ９ 四角形鋼管（角形鋼管） ９Ａ 平板部 ９Ｂ 角部 12 プレス成形機 13 仮付け溶接機 14 内面溶接機 15 外面溶接機 17 加熱炉 18 前段角形鋼管成形機 20 後段角形鋼管成形機 22 デスケーラー装置 23 冷却床 Ａ 高温加熱 Ｂ 放熱 Ｗ 四角形鋼管９の平板部９Ａの幅寸法 Ｗ₁ 多角中空鋼管８の平板部８Ａの幅寸法 Ｒ 四角形鋼管９の角部９Ｂの曲率半径 Ｒ₁ 多角中空鋼管８の角部８Ｂの曲率半径

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【手続補正書】

【提出日】平成８年２月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板素材をプレス成形したのちシーム溶
   接を行って、最終製品寸法よりも幅寸法の広い多角中空
   鋼管を形成し、この多角中空鋼管を、加熱炉にて加熱し
   たのち、角形鋼管成形機により絞りながら熱間成形して
   角形鋼管を得ることを特徴とする角形鋼管の製造方法。
2. 【請求項２】 平板素材をプレス成形したのちシーム溶
   接を行って、最終製品よりも、幅寸法が広くかつ角部の
   曲率半径が大きい多角中空鋼管を形成し、この多角中空
   鋼管を、加熱炉にて加熱したのち、角形鋼管成形機によ
   り幅寸法ならびに角部の曲率半径を絞りながら熱間成形
   して角形鋼管を得ることを特徴とする角形鋼管の製造方
   法。