JPH1071423A - 角形鋼管ならびに角形鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、知られている大径の角形鋼管のコーナ
ーＲ部（隅角部）よりも、よりシャープであって、肉厚
を増し、かつ、当該個所の鋼材質の靭性を改善するとと
もに残留応力を許容限度以下に抑えた均一なコーナーＲ
部を有する角形鋼管を提供する。 【解決手段】 製品よりも大きい粗成形角形鋼管１１の
全体を加熱したのち、正規の外径寸法かつコーナーＲ部
曲率半径に熱間絞り成形したことで、隅角部を、よりシ
ャープに、肉厚を増し、かつ鋼材質の靭性を改善すると
ともに残留応力を許容限度以下に抑えて均一とした角形
鋼管２０を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば大径角形
鋼管のコーナーＲ部材質の残留応力を除去すると共に、
鋼板材質の劣化を回復し、特に、当該鋼材の伸びの著し
い低下と降伏点比の上昇を改善する、精度の高い角形鋼
管ならびに角形鋼管の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄骨構造物のコラムとして需要が伸びて
いる厚肉大径の角形鋼管の量産方法には従来、ほぼ次の
ような工法が知られている。 第一の従来工法 一枚鋼板を、その長手軸方向に並行して複数回、冷間
プレス加工により、それぞれの四個所を、ほぼ９０°近
くに曲げ、前記鋼板の長手軸方向の直角断面を一部開口
したほぼ五角形近似形状に成形する。

【０００３】前記五角形近似鋼材を複数段よりなる角
形鋼管成形ロールに装入して、冷間加工により、その断
面を角形に成形しつつ、高周波、電孤溶接またはガス溶
接によって長手軸方向の継目を突合せ溶接し、規格寸法
どおりの断面角形のワン・シームン角形鋼管を成形し、
次に、軸方向の曲がりなどを矯正する。 第二の従来工法 一枚厚肉鋼板を、その長手軸方向に並行して複数回、
冷間プレス加工により、それぞれの個所を９０°曲げ、
同断面をほぼコ字形断面形状に成形する。

【０００４】前記コ字形断面鋼材を一対向き合わせで
四角形近似鋼管を形成し、相互の開先加工された脚端を
突合せ溶接して粗成形鋼管としてから、これを複数段の
角形成形ロールに装入し、冷間塑性加工により、その断
面を規格寸法どおりの角形鋼管形状に成形する。 第三の従来工法 帯状鋼板を複数段の成形ロールに通し冷間曲げ加工に
より、まず、円筒状に成形し、長手方向突合せ面を高周
波、電孤またはガス溶接してワン・シーム丸鋼管（電縫
管ともいう）を形成する。

【０００５】前記丸鋼管を複数段の角形成形ロールに
通し、それぞれの個所を冷間加工で９０°折曲げ、各辺
の平坦面を形成するようにし、その断面を規格寸法どお
りの各形形状に成形する。

【０００６】その後、鋼管を切断して、規格長の大径
角形鋼管を形成する。 上述した第一〜第三の従来の角形鋼管の成形工法におい
ては、いずれの場合にも鋼管コーナーＲ部成形のために
平坦な厚肉鋼板を冷間塑性加工によって折り曲げプレス
型および／または成形ロールなどの加工によるほぼ９０
°の曲げ工程が含まれている。ところで、厚肉鋼板を冷
間で、シャープにほぼ９０°曲げ加工をした場合には、
前記コーナーＲ部の鋼板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著しく塑性変形
が行われるため、変形個所、特にコーナーＲ部鋼材の機
械的特性が劣化し、同部分に脆性破壊が生じる条件が備
わる。

【０００７】たとえば、冷間曲げ加工によって形成した
鋼管コーナーＲ部は、当該材質の歪み硬化、靭性低下、
高い残留応力の存在等と相俟って、冬期低音時の溶接加
工に基づく溶接割れ、溶融亜鉛メッキ施工の際の割れな
どが発生する場合がある。また、これらの割れの存在、
その他母材の微小欠陥が原因で、低温で使用し大負荷が
加わったときに脆性破壊が発生する恐れがある。冷間成
形による厚肉大径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、 既製丸鋼管、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した加熱装置に
よって加熱し、複数段の圧縮機を通して熱間塑性加工に
より、角形断面にすることを提案した。上記工法による
ときは、製品の品質は良好であるが、加熱成形時の変形
加工量が大きく、鋼管の両端部が形状不良になり勝ちで
材料の歩留まりが悪いとか、加熱、冷却時に生じる歪み
を無視できないとか、鋼管を一本宛加工するので生産が
低いとか、いった問題点がある。

【０００８】別に成形済みの大径角形鋼管を焼鈍炉に
装入して、材質中の残留応力が、ほぼ除去される温度ま
で全体的に加熱し、コーナーＲ部の材質の靭性を改善し
た後、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。また、冷間加工時の塑性変
形量が大きく、加熱により材質改善の効果を生ずるのに
時間がかかり、経済的でない。

【０００９】あるいは、熱間圧延コイルを冷間塑性加
工により丸鋼管に成形した後、同鋼管を電気エネルギ
ー、ガスまたは油等の化石燃料を利用した加熱装置に装
入して加熱し、かつ、複数段の成形ロール装置を通し、
断面角形鋼管に熱間塑性成形した後、徐冷し、製品にす
る（たとえば、本出願人が、さきに出願した、特開平４
−７１７２０号参照のこと）ことも提案されている。

【００１０】上述工法の他、四枚の帯状厚肉鋼板を組み
合わせ断面角形に形成して、それぞれの隅角部を突合せ
溶接することにより、大径厚肉角形鋼管を製造する、四
面ボックス工法も知られているが、これには溶接工数、
資材および検査に人手が多くかかり、非能率であって経
済的とはいえない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した
「大径角形鋼管コーナーＲ部の材質改善工法」を、発展
的に改良したもので、同工法では、冷間塑性加工により
成形した丸鋼管を熱間成形して規格通りのシャープなコ
ーナーＲを備えた角形鋼管を製造するようにしているか
ら、熱間における鋼管断面の変形量が比較的に大きく加
工精度を高めることが困難であり、また鋼管端面の成形
が不安定になるなどの問題がある。さらに、冷間塑性加
工により成形したコーナーＲ部の加熱温度を維持するた
めシビァーな温度管理と加熱時間の制御が要求されてい
る。

【００１２】そこで本発明のうち請求項１記載の発明
は、従来、知られている大径の角形鋼管の隅角部より
も、よりシャープであって、肉厚を増し、かつ、当該個
所の鋼材質の靭性を改善するとともに残留応力を許容限
度以下に抑えた均一なコーナーＲ部を有する角形鋼管を
提供することを目的としたものである。

【００１３】また請求項２記載の発明は、角形鋼管の熱
間変形量を可及的に少なくして角形鋼管材質の靭性を改
善するとともに、残留応力を許容限度以下にし、コーナ
ー部の材質が劣化しない均一、かつ、安定化した高品質
の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。

【００１４】

【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、本発明のうちで請求項１記載の角形鋼管は、製
品よりも大きい粗成形角形鋼管の全体を加熱したのち、
正規の外径寸法かつコーナーＲ部曲率半径に熱間絞り成
形して得たことを特徴としたものである。

【００１５】したがって請求項１の発明によると、コー
ナーＲ部（隅角部）を、よりシャープに、肉厚を増し、
かつ鋼材質の靭性を改善するとともに残留応力を許容限
度以下に抑えて均一とした角形鋼管を提供し得る。

【００１６】また本発明の請求項２記載の角形鋼管の製
造方法は、製品となる正規外径寸法よりも大径でかつ正
規コーナーＲ部曲率半径よりもコーナーＲ部曲率半径の
大きい粗成形角形鋼管を、加熱炉に入れて全体を加熱し
たのち、熱間成形ロールに通して、正規外径寸法でかつ
正規コーナーＲ部曲率半径の角形鋼管に熱間絞り成形す
ることを特徴としたものである。

【００１７】したがって請求項２の発明によると、粗成
形角形鋼管を加熱炉に挿入して、全体を可及的に均一に
加熱することにより、著しい冷間塑性変形に基づく鋼材
の残留応力、材質の劣化を回復し得るとともに、溶接継
手付近の鋼材料の熱による残留歪を解消し得る。さら
に、この加熱状態の粗成形角形鋼管を熱間成形ロールに
通して、正規外径寸法でかつ正規コーナーＲ部曲率半径
の角形鋼管を熱間絞り成形することで、施工後に応力が
集中するコーナーＲ部の鋼板厚を増肉させて、鋼管の機
械的強度、特に降伏比を向上させ得る。

【００１８】そして本発明の請求項３記載の角形鋼管の
製造方法は、上記した請求項２記載の構成において、加
熱した粗成形角形鋼管の温度が、Ａ₃変態点以下に冷え
ない間に熱間成形ロールに通すことを特徴としたもので
ある。

【００１９】したがって請求項３の発明によると、粗成
形角形鋼管がＡ₃変態点以下に冷える前に熱間成形する
ことにより、熱間による加工量を最小限に止め、熱間加
工程を可及的に短くし鋼管断面の精度を高め得、そして
熱処理により粗成形鋼管に生じる歪み、捩じり、曲がり
などを矯正し得る。

【００２０】さらに本発明の請求項４記載の角形鋼管の
製造方法は、上記した請求項２または３記載の構成にお
いて、粗成形角形鋼管は、丸鋼管を角形成形ロールに通
して成形したことを特徴としたものである。

【００２１】したがって請求項４の発明によると、プレ
スなどによる折り曲げを行なうことなく、角形鋼管を製
造し得る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
大径角形鋼管の製造ラインに採用した状態として図に基
づいて説明するが、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、本実施の形態に記載の具体
的構造のみに基づいて、本発明製造方法の構成要件を限
定的に解釈することは許されない。

【００２３】図１は、本発明製造方法の一実施の形態の
プロセスを示す概略説明図で、図２は、前記の各プロセ
スに対応する厚肉鋼板の成形状態を示すものである。本
実施の形態は、ＳＳ４００またはＳＭ４９０で肉厚ｔ３
５ｍｍの鋼材を用い、図中、左から 一枚の厚肉鋼板１を搬送装置２により搬送しながら、
その両側縁を幅決めして開先加工機３により加工を施
す。

【００２４】上記厚肉鋼板１を成形プレス４にかけ、
長手方向に並行し冷間塑性加工して、順次、四回折り曲
げ、周面の一部に、曲げ型を抜き出すことができる最狭
の隙間を有する五角形近似の断面鋼板５を形成する。そ
のときの、鋼板肩部コーナーのアングルは、ほぼ９２
°、底面両側コーナーのアングルは、ほぼ１１５°が、
標準とされている。しかし、各コーナーＲ部の外側曲率
半径は、鋼板肉厚ｔの３〜６倍程度の丸みを形成するよ
うにして、厚肉鋼板１の冷間曲げ加工によって生ずる局
部材質の靭性の劣化、降伏比の悪化、加工硬化などを可
及的に防止する。

【００２５】上記断面鋼板５を仮付け溶接機６に装入
し、複数段の成形ロールを通して順次、断面鋼板５を角
形形状に近付け、最終段で開先加工面の目違いを整え、
メタルタッチにして突合わせ部を仮付け溶接し、粗成形
角形鋼管７を形成する。その際に、仮付け溶接した粗成
形角形鋼管７の外径は、正規外径寸法５００×５００ｍ
ｍよりも僅かに大径（たとえば、５１０×５１０ｍｍ〜
５２５×５２５ｍｍ）に成形する。仮付け溶接は、突合
わせ溝面をガイドにして、連続的であっても非連続であ
っても良い。仮付け溶接が粗成形角形鋼管７の両端面と
交叉する部分に、それぞれ、タブ板を取付ける。

【００２６】上記仮付け溶接した粗成形角形鋼管７
を、長手軸を中心にして１８０°回転して内面溶接機８
に装入し、メタルタッチの突合わせ仮付け溶接部を内側
から適用する。溶接方法は、本出願当時、周知の技術を
適用する。

【００２７】上記の内面本溶接を施した粗成形角形鋼
管９を、長手軸を中心にして１８０°回転して外面溶接
機１０に装入し、メタルタッチの突合わせ部を外側から
本溶接して、内外面本溶接を施した粗成形角形鋼管１１
とする。

【００２８】同粗成形角形鋼管１１を加熱炉１２に装
入して、その全体をほぼ７５０°Ｃ〜９５０°Ｃまで均
一に加熱することにより、鋼管成形時の冷間加工に基づ
く材質の劣化を回復し溶接歪を解消する。前記加熱炉１
２の熱源には、灯油、ガス、電気等を利用することがで
きる。

【００２９】加熱した粗成形角形鋼管の温度がＡ₃変
態点以下に冷える前に、熱間成形ロール１４において、
複数段の成形ロールに掛けて、順次、鋼管断面を正規寸
法に近付けて絞り成形し、最終段ロールにより、コーナ
ーＲ部の外側曲率半径を、正規の１．５ｔ〜３．０ｔ前
後に、かつ、外径が正規外径寸法５００×５００ｍｍに
なるようロール成形する。たとえば、粗成形角形鋼管７
のコーナーＲ部の外側曲率半径が、板厚ｔの４〜６倍程
度であったときは、熱間成形角形鋼管１５における同部
の外側曲率半径を２．０ｔ〜３．０ｔ前後に絞ることが
好ましい。

【００３０】熱間成形後、冷却床１６において常温ま
で冷却し、そして鋼管に生じた曲がりを矯正機（矯正ロ
ールまたはプレス）１７にて矯正し、以って搬出装置１
９により製品（角形鋼管）２０として搬出する。

【００３１】上述した実施の形態の〜工程、すなわ
ち、加熱炉１２に装入する前工程については、他にも、 （ａ）一枚の厚肉鋼板、たとえば板厚ｔ５０ｍｍ程度の
厚肉鋼板を、幅決め開先加工して長手方向に並行に二個
所、冷間塑性加工により折り曲げて断面コの字状鋼材と
し、この断面コの字状鋼材を一対向き合わせた状態で両
脚縁相互を突合せ溶接して、ツー・シームの粗成形角形
鋼管７を形成する工法。

【００３２】（ｂ）熱延コイル、たとえば板厚ｔ９ｍｍ
〜２５ｍｍの帯鋼板を引き延ばして、成形ロールにか
け、その断面を冷間加工で丸めて突合わせ面を溶接し、
ワン・シーム丸鋼管を成形した後、さらに角形成形ロー
ルを通して粗成形角形鋼管７を形成する工法。 など、各種の成形工法が知られているが、いずれにして
も粗成形角形鋼管７の断面形状は、正規外径寸法に対し
て、１０ｍｍ〜２５ｍｍ程度大径に成形し、また、各コ
ーナーＲ部の外側曲率半径を、その板厚ｔの３〜６倍程
度の大きさに形成して、一つには、冷間加工に基づく鋼
材の変形量を少なくし、後熱処理により容易に回復でき
る程度の鋼材の劣化を許容すると共に、粗成形角形鋼管
７から製品２０を成形するのに熱間加工による鋼材の変
形量を可及的に少なくして、熱間成形による形状の不安
定要素を排除したものである。

【００３３】以上のとおりであって、本実施の態様に関
する、その他の作用、効果の詳細は、前述したとおりで
ある。

【００３４】

【発明の効果】上記した本発明の請求項１によると、コ
ーナーＲ部を、よりシャープに、肉厚を増し、かつ鋼材
質の靭性を改善するとともに残留応力を許容限度以下に
抑えて均一とした角形鋼管を提供できる。このように、
コーナーＲ部を材質劣化を伴なうことなくシャープに形
成できることから、角形鋼管の使い勝手を良好にし、見
映えを良好にして商品価値を高め、同一鋼材を用いた場
合に、より断面係数を大にできる。さらに鋼材の板厚に
関係なく、コーナーＲ部の曲率半径を同一にすることが
でき、施工上、有利である。

【００３５】また上記した本発明の請求項２によると、
粗成形角形鋼管を加熱炉に挿入して、全体を可及的に均
一に加熱することにより、著しい冷間塑性変形に基づく
鋼材の残留応力、材質の劣化を回復できるとともに、溶
接継手付近の鋼材料の熱による残留歪を解消できる。さ
らに、この加熱状態の粗成形角形鋼管を熱間成形ロール
に通して、正規外径寸法でかつ正規コーナーＲ部曲率半
径の角形鋼管を熱間絞り成形することで、施工後に応力
が集中するコーナーＲ部の鋼板厚を増肉して強度を増す
ことができるとともに、角形鋼管の機械的強度、特に降
伏比を向上させることができる。しかも熱間ロール成形
のため、角形鋼管の四辺の平坦度、大曲りおよび捩じれ
を、容易に除去できる。

【００３６】そして上記した本発明の請求項３による
と、粗成形角形鋼管がＡ₃変態点以下に冷える前に熱間
成形することで、熱間による加工量を最小限に止め、熱
間加工程を可及的に短くし鋼管断面の精度を高めること
ができ、そして熱処理により粗成形鋼管に生じる歪み、
捩じり、曲がりなどを矯正できる。

【００３７】さらに上記した本発明の請求項４による
と、プレスなどによる折り曲げを行なうことなく、角形
鋼管を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示し、角形鋼管の
製造方法におけるラインのブロック図である。

【図２】同各工程に対応する鋼管素材の断面形状図であ
る。

【符号の説明】

１ 厚肉鋼板 ２ 搬送装置 ３ 開先加工機 ４ 成形プレス ６ 仮付け溶接機 ８ 内面溶接機 １０ 外面溶接機 １１ 粗成形角形鋼管 １２ 加熱炉 １４ 熱間成形ロール １５ 熱間成形角形鋼管 １６ 冷却床 １７ 矯正機 ２０ 製品（角形鋼管）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 製品よりも大きい粗成形角形鋼管の全体
   を加熱したのち、正規の外径寸法かつコーナーＲ部曲率
   半径に熱間絞り成形して得たことを特徴とする角形鋼
   管。
2. 【請求項２】 製品となる正規外径寸法よりも大径でか
   つ正規コーナーＲ部曲率半径よりもコーナーＲ部曲率半
   径の大きい粗成形角形鋼管を、加熱炉に入れて全体を加
   熱したのち、熱間成形ロールに通して、正規外径寸法で
   かつ正規コーナーＲ部曲率半径の角形鋼管に熱間絞り成
   形することを特徴とする角形鋼管の製造方法。
3. 【請求項３】 加熱した粗成形角形鋼管の温度が、Ａ₃
   変態点以下に冷えない間に熱間成形ロールに通すことを
   特徴とする請求項２記載の角形鋼管の製造方法。
4. 【請求項４】 粗成形角形鋼管は、丸鋼管を角形成形ロ
   ールに通して成形したことを特徴とする請求項２または
   ３記載の角形鋼管の製造方法。