TW202039109A

TW202039109A - 無縫角形鋼管之製造方法

Info

Publication number: TW202039109A
Application number: TW109107583A
Authority: TW
Inventors: 吉田竜也
Original assignee: 日商杰富意鋼鐵股份有限公司（Ｊｆｅスチール株式会社）
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2020-11-01
Also published as: CN113543901B; WO2020189140A1; TWI731615B; KR102476860B1; KR20210127238A; CN113543901A

Abstract

本發明提供可得到一邊降低設備負荷一邊具有與習知同等之角部S值之無縫角形鋼管的無縫角形鋼管之製造方法。本發明之無縫角形鋼管之製造方法，係將鋼坯穿孔使其形成為圓筒狀素管，並利用具備有複數個方管成形架之定形輥軋機將上述圓筒狀素管加以熱軋而成形為方管者；其中，上述定形輥軋機之方管成形架之數量n為3以上，第1方管成形架之外徑縮徑比Δr1、第2方管成形架之外徑縮徑比Δr2、及所有方管成形架之外徑縮徑比R滿足下述之式(1)及式(2)。 (Δr1＋Δr2)/R≧0.70…(1) Δr2－0.01≦Δr1≦Δr2＋0.01…(2)

Description

無縫角形鋼管之製造方法

本發明係關於無縫角形鋼管(seamless square steel pipe or tube)之製造方法，尤其，關於可得到一邊降低設備負荷一邊具有與習知同等之角部S值之無縫角形鋼管的無縫角形鋼管之製造方法。

近年來，角形鋼管係於一般構造用、建築材料用等之各種用途中被使用。其中，無縫角形鋼管相較於角形熔接鋼管具有可實現厚壁化且可得到較高之強度的特徵。因此，無縫角形鋼管尤其作為建築材料用來使用。

作為製造無縫角形鋼管之方法，提案有利用熱軋無縫成形之方法。於該方法中，首先利用加熱爐將作為起始材料之鋼坯(billet)加熱後，藉由打孔器進行穿孔使其成為圓筒狀素管。然後，在將上述圓筒狀素管利用延伸軋管機(elongator mill)(擴管用)、芯棒軋管機(plug mill)(延伸用)、均整軋管機(reeler mill)(磨管用)等進行處理後，再利用加熱爐加以加熱，其次利用定形輥軋機(sizing mill)進行熱軋而使其成為無縫角形鋼管。

圖1係表示無縫角形鋼管之製造所使用之定形輥軋機10之輥軋支架構成之一例的示意圖。定形輥軋機10係將複數個輥軋支架加以串聯配置之輥軋機，且於定形輥軋機10之前段(上游側)及後段(下游側)，分別配置有具備具有圓形之測量器(caliber)(孔型)之輥的支架11及具備具有方形之測量器之輥的方管成形架12。而且，在以成為既定之外徑之圓形剖面之方式藉由前段之支架11進行輥軋之後，藉由後段之方管成形架12而被成形為角形剖面。再者，圖1所例示的定形輥軋機10係2個輥、8個支架構成，而後半的4個支架係方管成形架。

如此，由於藉由輥成形而自圓形剖面被形成為角形剖面，因此如圖2所示般，無縫角形鋼管之角部具有某種程度的弧度。而且，作為評價角部之弧度的一個指標，可使用在JIS G 3466中作為「角部之尺寸(corner dimension)」所規定的S值。

一般而言，就設計性與用於將樑與柱加以連接之榫口(連接處)之情形時之性能等的觀點而言，會要求無縫角形鋼管為銳利即S值較小之轉角形狀。因此，對於用以製造S值較小之無縫角形鋼管之方法進行研究。

例如，於專利文獻1中，提案有藉由以定形輥軋機之複數個方管成形架之外徑縮徑比(outside diameter reduction)滿足既定之關係的方式來控制輥軋條件，而得到角部之曲率較小且邊平坦之無縫角形鋼管的方法。

又，於專利文獻2中，提案有藉由以定形輥軋機之最初之方管成形架之周長減少率(perimeter reduction rate)、S值、及厚度t滿足既定之關係的方式來控制輥軋條件，而得到角部之曲率較小且邊平坦之無縫角形鋼管的方法。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開平11-104711號公報專利文獻2：日本專利特開平10-258303號公報

(發明所欲解決之問題)

根據如上述專利文獻1、2所提案之技術，可得到S值較小之無縫角形鋼管。然而，在以專利文獻1、2為首之習知的技術中，為了減小S值，必須使定形輥軋機之最初之(第1)方管成形架的減徑率(reduction in diameter)大幅地大於其他支架。

圖3之實線係擷取專利文獻2之圖4中厚度t=20〜30 mm時之實驗結果者。此處圖3之橫軸，係第1方管成形架之外徑縮徑比Δr1，而縱軸(左側)係S值相對於厚度t之比(S/t)。S/t之值係Δr1越大便越低。亦即，上述實驗結果表示為了減小S值，必須使第1方管成形架之外徑縮徑比Δr1變高。

另一方面，圖3之虛線係表示在當下施加於輥軋支架之荷重比者。此處所謂荷重比，係指將Δr1為0.2時之荷重設為1之施加於輥軋支架之荷重的相對值。根據該曲線亦可清楚得知，雖然若提高Δr1便可降低S/t，但是施加於輥軋支架之荷重便會隨之大幅地增加。

此外，伴隨著使用用途的擴大，無縫角形鋼管會被要求進一步之大徑化及厚壁化。若鋼管之剖面面積(於剖面中鋼材所占部分的面積)藉由大徑化或厚壁化而增加，則輥軋所需要之荷重亦會增加相應於該剖面面積所增加的量。

因此，為了一邊回應上述之大徑化及厚壁化之需求一邊降低S值，而必須使輥軋荷重大幅地增加。然而，輥軋荷重之大幅增加由於導致對製造設備之負荷明顯地增大，因此於既有之製造設備並無法應對進一步之大徑化及厚壁化。又，為了應對如此之對製造設備之負荷的增大，必須將輥軋機之主機馬達更換為更大容量者，並搭配著將殼體更換為高強度者等大規模之設備投資。

本發明係鑒於上述實際情況所完成者，其目的在於提供即便為剖面面積較大之無縫角形鋼管，亦可不增加輥軋荷重地加以製造，且可達成充分小之S值之無縫角形鋼管之製造方法。 (解決問題之技術手段)

本案發明人為了解決上述課題，已對於定形輥軋機中輥軋排程對輥軋荷重及S值會造成的影響進行詳細的研究。而且，其結果發現，相對於藉由使Δr1極大化來降低S值之習知技術，藉由完全不同之想法來控制輥軋條件，可解決上述課題。亦即，本發明之主旨構成如以下所述。

1.一種無縫角形鋼管之製造方法，其係將鋼坯穿孔使其成為圓筒狀素管，並利用具備有複數個方管成形架之定形輥軋機將上述圓筒狀素管加以熱軋而成形為方管者；其中，上述定形輥軋機之方管成形架之數量n為3以上，第1方管成形架之外徑縮徑比Δr1、第2方管成形架之外徑縮徑比Δr2、及所有方管成形架之外徑縮徑比R滿足下述之式(1)及式(2)。 (Δr1＋Δr2)/R≧0.70…(1) Δr2－0.01≦Δr1≦Δr2＋0.01…(2)

2.如以上1所記載之無縫角形鋼管之製造方法，其於上述方管成形架中進行熱軋之期間，將被輥軋材之溫度設為600〜1100℃。 (對照先前技術之功效)

根據本發明，即便為剖面面積較大之無縫角形鋼管，亦可不增加輥軋荷重地加以製造，且可達成充分小之S值。由於可抑制輥軋荷重之增加，因此根據本發明之方法，可使用既有之設備來製造更大剖面面積且角部形狀良好之無縫角形鋼管，其產業上之意義極大。

其次，對實施本發明之方法具體地進行說明。再者，以下之說明係表示本發明較佳之實施樣態者，本發明並非受以下之說明任何之限定者。

於本發明中，藉由將鋼坯穿孔使其成為圓筒狀素管，並利用具備有複數個方管成形架之定形輥軋機將上述圓筒狀素管加以熱軋而成形為方管，來製造無縫角形鋼管。

關於將鋼坯穿孔來得到圓筒狀素管之方法，並未特別地限定，而可使用任意之方法。例如，可於利用加熱爐將鋼坯加熱後，藉由打孔器進行穿孔使其成為圓筒狀素管。於進行利用上述加熱爐之加熱之情形時，較佳係將加熱爐排出側溫度設為700〜1200℃。

較佳係於其次之利用定形輥軋機之熱軋之前，對上述圓筒狀素管任意地實施利用延伸軋管機所進行之擴管、利用芯棒軋管機所進行之延伸、及利用均整軋管機所進行之磨管。

其次，使用具備有複數個方管成形架之定形輥軋機，將圓筒狀素管加以熱軋而成形為方管。藉由上述熱軋，可得到具有最終之尺寸及剖面形狀之無縫角形鋼管。

作為上述定形輥軋機，只要為方管成形架之數量n為3以上者便可使用任意者。方管成形架之數量n的上限並未特別被限定。然而，通常較佳係將n設為3或4，且更佳係設為4。

每1個方管成形架之輥的數量並未特別被限定，而可設為任意之數量。然而，一般而言，較佳係設為2或3，且更佳係設為2。又，上述方管成形架之輥較佳係如圖1所示般，相對於相鄰之方管成形架之輥，在與通管方向垂直之面以旋轉90°之朝向來配置。

例如如圖1所示，上述定形輥軋機亦可於方管成形架之上游側具備支架，該支架具備具有圓形之測量器(孔型)之輥(圓形測量器輥)。具備有上述圓形測量器輥之支架的數量並未特別被限定。然而，通常較佳係設為3或4，且更佳係設為4。

於本發明中，重要的在於以第1方管成形架中外徑縮徑比Δr1、第2方管成形架之外徑縮徑比Δr2、及所有方管成形架之外徑縮徑比R滿足下述之式(1)及式(2)之方式來控制輥軋條件。 (Δr1＋Δr2)/R≧0.70…(1) Δr2－0.01≦Δr1≦Δr2＋0.01…(2)

此處，外徑縮徑比Δr1、Δr2、及R之定義係如以下所述。 Δr1=(D0－D1)/D0 Δr2=(D1－D2)/D1 R=(D0－Dn)/D0 ・D0：第1方管成形架之輥軋前之管的外徑・D1：第1方管成形架之輥軋後之管的外徑・D2：第2方管成形架之輥軋後之管的外徑・Dn：最終方管成形架之輥軋後之管的外徑

再者，所謂方管成形架之輥軋前之管的外徑，係指該支架之進入側之管的外徑。同樣地，所謂方管成形架之輥軋後之管的外徑，係指該支架之排出側之管的外徑。因此，如圖1所示，D0與實施方管成形之前之圓筒狀素管之外徑相等。又，Dn係設為角形鋼管之剖面中對向之平坦部之外表面間的距離。同樣地，D1、D2係設為成形中途之鋼管之剖面中對向之平坦部之外表面間的距離。

藉由滿足上述式(1)及式(2)之關係，可不增加S值地降低輥軋荷重。再者，(Δr1＋Δr2)/R較佳係設為0.75以上。另一方面，(Δr1＋Δr2)/R之上限雖未特別被限定，但較佳係設為0.85以下，且更佳係設為0.83以下。

本發明並未特別被限定，而可利用於任意之外徑及厚度之無縫角形鋼管的製造上。然而，如前所述般，對設備之負荷之問題會變得深刻，係在於剖面面積較大之情形時。因此，本發明可特佳地應用於剖面面積較大之無縫角形鋼管的製造上。具體而言，較佳係將所要製造之無縫角形鋼管之外徑設為250 mm以上。又，較佳係將所要製造之無縫角形鋼管之厚度設為25 mm以上。另一方面，關於無縫角形鋼管之外徑及厚度之上限雖亦未特別被限定，但無縫角形鋼管之外徑較佳係設為360 mm以下。又，無縫角形鋼管之厚度較佳係設為40 mm以下。

於上述方管成形架之熱軋之期間，被輥軋材之溫度並未特別被限定，而可設為任意之溫度。然而，若上述溫度為600℃以上，便可抑制因冷加工所導致之應變的殘留。因此，就材料特性之觀點而言，較佳係將作為熱軋之期間之被輥軋材之鋼管的溫度設為600℃以上。另一方面，關於上述溫度之上限雖亦未不特別被限定，但若上述溫度為1100℃以下，便可抑制鋼管之外表面之鱗片(Scale)的產生。而且，其結果可防止因方管成形時鱗片被壓入所導致傷痕的發生。因此，就提升外觀品質的觀點而言，較佳係將上述溫度設為1100℃以下。

再者，此處所謂被輥軋材之溫度，係指被輥軋材(鋼管)之表面溫度。 [實施例]

以下，藉由實施例對本發明更詳細地進行說明。

按照以下所述之順序來製造無縫角形鋼管。首先，將鋼坯穿孔使其成為圓筒狀素管。於利用加熱爐將上述圓筒狀素管加熱後，利用具備有複數個方管成形架之定形輥軋機加以熱軋而成形為方管，從而形成為無縫角形鋼管。於上述加熱中，將加熱爐排出側溫度設為1000℃。

作為上述定形輥軋機，使用具備有2台雙輥型之方管成形架。將上述2個方管成形架中之上游側者設為第1支架，並將下游側者設為第2支架。

上述方管成形架之成形條件(外徑縮徑比)係如表1所示。而且，測定當下之第1支架及第2支架之輥軋荷重、及最終可得到之無縫角形鋼管之角部尺寸(S值)。將測定結果一併記載於表1。再者，方管成形架中之熱軋之期間之被輥軋材之溫度為1000〜900℃。

又，上述無縫角形鋼管之尺寸係設為外徑(邊長)：300 mm，厚度t：30 mm。又，圓筒狀素管之外徑D0係設為418 mm。

關於荷重，根據以下之基準來進行判定，並將其結果一併記載於表1。・第1支架之荷重：未滿150 tonf：〇・第1支架之荷重：150 tonf以上、未滿160 tonf：△ ・第1支架之荷重：160 tonf以上：×

關於S值，亦根據以下之基準來進行判定，並將其結果一併記載於表1。・S值：未滿30.0 mm：◎ ・S值：30.0 mm以上、37.5 mm以下：〇・S值：超過37.5 mm：×

此處所謂37.5 mm，係指厚度t：30 mm之鋼管中將標準S值設為0.75，並將尺寸容許差設為0.5 t時之S值的容許範圍。再者，如圖2所示，相對於角形鋼管之1個角部存在有2個S值。因此，上述判定係使用可得到之無縫角形鋼管之4個角之S值、合計共8個算術平均值。

[表1]

表1
No.	外徑縮徑比	荷重	角部尺寸	綜合判定	備註
Δr1	Δr2	(Δr1＋Δr2)/R	第1支架 (tonf)	判定	第2支架 (tonf)	判定	S值(mm)	判定
1	0.19	0.07	0.79	170	×	90	〇	25	◎	×	比較例
2	0.16	0.10	0.79	159	△	112	〇	29	◎	△	比較例
3	0.14	0.13	0.79	140	〇	128	〇	27	◎	〇	本發明例
4	0.13	0.14	0.79	135	〇	133	〇	28	◎	〇	本發明例
5	0.13	0.13	0.79	136	〇	130	〇	28	◎	〇	本發明例
6	0.08	0.08	0.70	117	〇	118	〇	37	〇	〇	本發明例
7	0.08	0.07	0.68	117	〇	115	〇	39	×	×	比較例

比較例No.1係採用藉由使Δr1極大來謀求S值之降低之習知之輥軋條件者。於該No.1中，S值雖然為合格判定，但由於未滿足式(2)之條件，因此輥軋荷重極大。亦即，於根據習知的想法而以S值變低之方式來選擇輥軋條件之情形時，輥軋荷重會過大，而對生產設備施加明顯之負荷。

又，比較例No.2相較於No.1係減輕Δr1者。於該No.2中，與No.1同樣地S值雖然為合格判定，但由於未滿足式(2)之條件，因此輥軋荷重依然很大。

相對於此，於滿足本發明之條件之發明例No.3中，相較於比較例No.1，可將第1支架之荷重大幅地降低至約31%。此外，雖然使第1支架之外徑縮徑比大幅地降低，但與習知技術之知識見解相反地，S值之增加被充分地抑制而為合格水準。

又，比較例No.4係使Δr1較No.3進一步降低的例子。No.4雖滿足式(2)之條件，但未滿足式(1)之條件。其結果，第1支架中之荷重雖變低，但S值大幅地增加。由該結果可得知，僅單純地使Δr1變小來降低荷重，並無法實現良好之角部形狀。亦即，為了得到一邊降低設備負荷一邊具有與習知同等之角部S值之無縫角形鋼管，就必須滿足式(1)、式(2)之條件雙方。

如此，根據本發明之技術，克服習知之技術性偏見，根據與既有之技術完全不同之技術性思想來控制輥軋條件，藉此可滿足S值之降低與輥軋荷重之抑制之相反的要求。

1:圓筒狀素管 2:無縫角形鋼管 10:定形輥軋機 11:具備有圓形測量器的支架 12:方管成形架

圖1係表示無縫角形鋼管之製造所使用之定形輥軋機之輥軋支架構成之一例的示意圖。圖2係表示無縫角形鋼管之角部形狀與S值之定義之示意圖。圖3係表示S值相對於厚度t之比(S/t)、及荷重比與第1方管成形架之外徑縮徑比Δr1之關係的曲線圖。

1:圓筒狀素管

2:無縫角形鋼管

10:定形輥軋機

11:具備有圓形測量器的支架

12:方管成形架

Claims

一種無縫角形鋼管之製造方法，係將鋼坯穿孔使其成為圓筒狀素管，並利用具備有複數個方管成形架之定形輥軋機將上述圓筒狀素管加以熱軋而成形為方管者；其中，上述定形輥軋機之方管成形架之數量n為3以上，第1方管成形架之外徑縮徑比Δr1、第2方管成形架之外徑縮徑比Δr2、及所有方管成形架之外徑縮徑比R滿足下述之式(1)及式(2)， (Δr1＋Δr2)/R≧0.70…(1) Δr2－0.01≦Δr1≦Δr2＋0.01…(2)。
如請求項1之無縫角形鋼管之製造方法，其中，於上述方管成形架中進行熱軋之期間，將被輥軋材之溫度設為600〜1100℃。