JPH04103721A - 歪の出ない角形鋼管の加熱炉および工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、大径角形鋼管の成形工法において、厚肉鋼板
を冷間塑性加工して角形鋼管の隅角部を成形する工程で
、折曲げ加工に基づく鋼板の局部材質の劣化、残留応力
の発生に対し、鋼管相当個所を、一定時間、所定温度に
加熱して調質し、冷間加工による鋼板材質の劣化を補修
するようにした、シームラインが隅角部以外の辺部分に
位置する大径角形鋼管コーナ一部の材質改善工法に関す
る。

〔従来の技術〕

建築物のコラムとして使用される、肉厚鋼板を折り曲げ
成形したワン・シームまたはツー・シーム大径角形鋼管
の量産方法は、従来、文献上はともかく、実用的には大
別して、 ■−枚板鋼板を、長手軸方向に平行し、かつ幅方向に重
複して、その隅角部相当個所を四個所折曲げ、断面を角
形鋼管近似の形状に成形し、鋼板の両側エツジ部を突合
わせ溶接して、断面角形のワン・シーム鋼管を成形する
。

■−枚板鋼板を、幅方向に沿って二個所折曲げて断面コ
字形に成形したものを、一対向い合わせて断面角形の鋼
材を構成し、その両脚エツジ部を突合わせ溶接して、ツ
ー・シーム角形鋼管を製造する。

■帯鋼板を長手軸方向に搬送し、これを丸鋼管成形ロー
ルスタンドに通して一旦、継目付き丸鋼管を製造し、次
に、前記丸鋼管の断面を角形に整形してワン・シームの
大径角形鋼管を形成する。

工法が、細部に亘っては、それぞれ若干工法上の差異が
あるにしても、広〈実施されている。

上述のように、従来、実施されている大径角形鋼管の経
済的な製造方法には、いずれの工法においても厚肉鋼板
の冷間塑性変形、すなわち、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。

ところで、平坦な厚肉鋼板に対して冷間で、略、９０°
の折曲げ加工を施した場合には、鋼板の折曲げ部に所要
のＲ（外周半径）を与えたにしろ、その隅角部鋼材断面
において、中立面の外側材料には引張り力が、内側には
圧縮力が働きなから冷間塑性変形が行われる結果、当該
個所の材質は伸びが小さく引っ張り強さと素材の降伏点
との比が非常に小さくなり、材質が劣化し、変形個所に
繰返し応力が加わると脆性破壊が生じるおそれなしとし
ない。

また、外力を取り去った後にも、冷間塑性加工に基づく
残留応力が生じている。

しかし、従来、この種の大径角形鋼管の仕様については
、もっばら、その形状・構造上の特徴、すなわち、 （１）同一単位重量の断面Ｈ形鋼コラムに比へ、重量当
りの断面２次モーメント、断面係数が大きく、曲げ、捩
り外力に対して強い。

（２）断面２次半径が大きく、座屈に対して丈夫である
。

（３）Ｘ＝　Ｙ方向の断面特性のバランスが良好。

（４）コラム断面積を比較的に小さくすることができ、
同一建坪に対する可使用面積比を大にすることができる
。

とか、 （５）断面がボックス形であるから材料を、そのまま露
出して使用しても美観を損わない。

（６）耐火被覆、塗装その他コラム回りの装飾・施工が
容易で経済的。

等々といった施工上の特徴に対しメリットが認められ需
要が伸びていたが、前記の加工状態から顧みるに、角形
鋼管に内在する材質的な弱点または不安定部分について
の客観的、技術的な分析・検討が充分なされてないまま
前記大径角形鋼管が市場に流通している傾向がある。

ところが近来、冷間折曲げ加工によって成形された大径
角形鋼管が建築物のコラムとして多用され、また、中・
高層建築物のコラムとしても使用されようとするに及ん
で鋼管成形時における前記冷間折曲げ加工に基づく材質
の劣化が、当該個所の脆性変化を促進するおそれがある
のではないかという問題に、需要者の関心または反省が
高まってきている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明工法は、それらユーザー等からの要望に応えて、
従来、公知の製法に基づき成形された大径角形鋼管にお
ける冷間塑性変形の隅角部付近鋼材を焼き鈍して当該個
所の鋼板材質の劣化を修復するための加熱炉または鋼板
の加熱方法を提供しようとするものである。

すなわち、冷開成形による丸鋼管の熱処理にしても、角
形鋼管材料の焼き鈍しにしても、その鋼材を所要温度で
所定時間、加熱するための加熱炉が必要である。

そしてコラムに使用できるような軸方向に長い丸鋼管ま
たは角形鋼管を全長にわり同時に加熱することができる
長大な炉に、鋼管を装入・加熱しようしても、鋼管を全
長にわたって均一に加熱することは不可能に近く、場所
によって温度差が生じることは免れ難い。

第７図に示す加熱炉１０は、第８図示のような複数本の
冷間塑性加工により成形された隅角部を有する規格長角
形鋼管鋼材の調質を行う、従来公知の炉および処理方法
を示すものである。

加熱炉１０は、装入口１１を、その一方に備え、規路長
角形鋼管を充分収容できる長さの内容積を持ち、その炉
容壁の所要部に複数台の加熱バーナを配置したもので、
装入口１１の前には、それぞれ重錘１３．１３により重
さを釣合わせた扉１２が掛かっている。なお、１４は、
扉１２と重錘１３とを結ぶワイヤーを釣るプーリである
。

扉Ｊ２を上昇させて炉１０の装入口１１を開放した後、
被処理材である規格長大径角形鋼管８を、同口１１を介
して炉内に装入する。

その際、軸方向に長い鋼管８を同時に加熱するため、そ
の全体を均一に加熱するのは不可能で、場所によって温
度差が生じ、鋼管８に大きな熱膨張歪が生ずる。

そして軸方向に長い鋼管に温度差が生じると、全体とし
て大きな歪が生じ、鋼管の均一的加熱が困難になると共
に、その後処理のために大型な歪矯正設備が必要であっ
た。

そこで本発明は、加熱炉内を、その長手軸方向に沿って
加熱する部分と加熱しない部分とに分け、それらを交互
に複数直列に連ねるように構成して、加熱炉内に装入し
た鋼材（管）を、その先端部分から加熱し、次に、加熱
しない炉の部分で前記鋼材の加熱温度を均一化して温度
差に基づく鋼材の歪を均等化し、次にまた、炉の加熱す
る部分で当該鋼材を加熱し直すといった工程を繰返すこ
とによって、徐々に鋼材の加熱温度を上昇させると共に
、加熱に基づく歪を放散させ、温度上昇に伴なって、被
処理材に全体として大きな歪が生じることの少ない、ま
たは、ない加熱炉または加熱工法を開発することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、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）加熱炉内を、被処理材の搬送方向に沿って複数区
画↓こ区分し、前記区画につき、その一区画おきに被処
理材の加熱装置を設置した加熱室としたことを特徴とす
る歪の出ない角形鋼管の加熱炉。

（２）軸方向に長い被処理材は、炉内を搬送されながら
、第一区画を通過する間、その先端部分から順次、加熱
され、次いで第二区画を通過する際、加熱されることな
く前記加熱温度を均一化し、また、第三区画を通過して
、再度より高温に加熱され、次ぎに第四区画で前記温度
を均一化するといった工程を、順次、繰返すことによっ
て、加熱に基づく前記被処理材の歪の発生を抑え、全体
を所要温度にまで加熱することを特徴とする歪の出ない
角形鋼管の加熱工法。

〔作　　　用〕

熱的に区画された加熱炉の中に軸方向に長い被処理材を
搬送、装入し、その先端表面部分から炉の第１加熱室で
加熱し、同加熱部分が次の第１非加熱室に搬入されてい
る間中、当該部分の加熱温度を熱伝導などの作用により
材質全部に均一化すると共に、不等加熱によって生じた
熱膨張歪を分散させる。

被処理材の当該部分が炉の第２加熱室に搬入されると、
同部分は、第１加熱室の加熱温度よりも、若干高い温度
に迄、再加熱される。

同部分が、さらに第２非加熱室まで搬送されると、前記
同様、被処理材の加熱温度の均等化と熱膨張歪の分散が
行われる。

このような工程を順次繰返して、結局、成る時間内に外
見上さしたる歪なしに被処理材の全部にわたって、同材
を所要の加熱温度にまで高め、要すれば、所要時間、同
温度を維持するようにして素材の焼き鈍しを完了させる
。

上述のような被処理材焼き鈍しのための加熱炉または加
熱工法は、大径角形鋼管隅角部、溶接継手、溶接個所等
の鋼材部分の調質は勿論、軸方向に長大な丸鋼管、棒鋼
等を対象とする熱処理に利用することもできる。

また、丸鋼管または角形鋼管等被処理材は、加熱炉に装
入する場合に単列または複列に並へて一斉に処理するこ
とができる。

上記加熱室に装備する加熱手段としては、ガスバーす、
ＬＰＧ、ＬＮＧ、軽油、灯油、重油等のバーナ、電熱、
誘導加熱等の電気的加熱手段が公知であり、利用するこ
とができる。

本発明によれば、 （Ｉ）軸方向に長い被処理材を長手軸に沿って短い部分
に分割して徐々に加熱するために軸直角方向に現われる
熱膨張歪が少ない。

（２）細長被処理材を連続的に加熱することができる。

要するに、熱処理手段を鋼管等の製造ライン内に組込む
ことも可能である。

（３）加熱による被処理材の歪が少ないため、加熱炉を
小さくすることができる。

（４）被処理材の歪が少ないので、同材の炉内における
ガイドの構造を簡単にすることができる。

（５）被処理材に生じる歪が少ないため、処理後に残る
鋼材の歪矯正設備を簡単にすることができる。

（６）素材の冷間加工に基づく局所材質の脆性化、劣化
を解消または修復でき、高品質の製品を提供することが
できる。

〔実　施　例〕

以下に、本発明方法および同方法を実施する加熱炉の実
施例について、図面に沿って説明するが、開切の詳細は
、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
明の構成要件を限定解釈すべきではない。

（その１） 第１図（ａ）は、連続した丸鋼管の母材を調質する加熱
炉の概略側面図で、同図（ｂ）は、前記加熱炉内で搬送
される丸鋼管母材の加熱温度およびそれに対応する炉内
温度を示すものである。そして第２図は、第１図（ａ）
の正面図である。

第１図（ａ）中、１は、加熱炉本体で、その軸方向長さ
は、たとえば２３ｍ、２は、被処理材であって軸方向に
連続した丸鋼管で、そのサイズは、径２１６φＩ、板厚
１０．７ｍｍある。３□、３□、３３・・は加熱炉１の
一部を構成する第１、第２、第３・・加熱室で、同室に
は、その長手軸に対し直角方向断面において、搬送され
る丸鋼管中心軸の対称位置に、ガスバーナ５が設けてあ
り、同バーナの燃料噴射方向は、略、当該室内で搬送さ
れている鋼管壁面に沿い回動し、可能な限り前記壁面を
均一に加熱するよう配置されている。

本実施例の場合には、一つの加熱室に対して計４個の加
熱バーナが装備され（第２図参照）、炉壁に穿設したバ
ーナ噴射孔を通して室内の丸鋼管周壁に対し、噴射炎が
届くように方向付けられている。加熱室内温度はすべて
略、１０７０°〜１１００℃に保持されている。

加熱室内の燃焼ガスは、格別の排気手段により加熱室か
ら排気され、最終的に一つにまとめられて排出すること
が好ましい。

炉室の断面容積は、丸鋼管２が一本通るのに余裕がある
程度の大きさである。

４□、４□、４３・・・は、加熱炉１の他の一部を構成
する第１、第２、第３・・・非加熱室で、同室は、加熱
室と交互に、かつ、一つ宛順番に長手軸方向に並入で連
結され、全体として一つの加熱炉１を構成している。

非加熱室内には、丸鋼管２のガイド兼搬送手段６を設置
する。さらに非加熱室の長手軸方向長さは、搬送中の丸
鋼管周壁の加熱温度を均一化させるため、適宜長さとす
る。

また、鋼管２または各加熱室からの輻射、伝導作用など
により、非加熱室に熱エネルギーが集積・滞留して、非
加熱室がそれぞれの所定温度を維持できない状態になら
ないように、必要に応じて非加熱室の周壁に熱エネルギ
ー放散フィンまたは熱エネルギー吸収のため熱媒体を流
通させるジャケットを設けて、非加熱室の室内温度をコ
ントロールすることができる。

第１図（ｂ）において、連続した丸鋼管２は、外気１５
℃（母材温度）で加熱炉１内に送り、速さ６ｍ／ｍｉｎ
で装入されると、まず第１加熱室３□を通過する間に加
熱されて、管周壁が略２００°に温度上昇するが、当該
部分が次の第１非加熱室４□を通過する間に、前記鋼管
の不均等加熱温度が伝導によって均一化すると共に、輻
射熱が失われて全体的に１５０℃程度に温度降下する。

このため当該部分の加熱膨張による素材の歪も中心軸に
対して均等になり外部的な歪の形では現れない。

前記鋼管は、引き続いて第２加熱室３□に搬入され、当
該個所が再度加熱されて管壁温度が約４００°Ｃに上昇
するが、その後工程で第２非加熱室４□を通過する際に
、加熱温度が均等化され、かつ若干、温度降下が生じる
。このため、前工程の第２加熱室３□で加熱された鋼管
２に不均等熱膨張歪が生したとしても、次の第２非加熱
室４□内を前記鋼管が搬送される間に、その歪が均一化
して外部的には現われないことになる。

以上、第１図（ｂ）に示すような工程を繰返しながら丸
鋼管の特定部分は、加熱炉１内を約４分かかって通過す
る間に、約９５０°Ｃ程度まで加熱され、その後、炉外
に搬送され、そこで空冷して、鋼材の焼き鈍しが完了す
る。

なお、加熱炉１内での鋼管周壁の加熱状態その他の作用
については前述〔作用〕の項の説明も参照されたい。

（その２） 第３図（ａ）は、規格長の大径角形鋼管母材を調質する
加熱炉の概略側面図、同図（ｂ）は、上記加熱炉内で搬
送される角形鋼管母材の位置とその加熱状態および、こ
れに対応する炉内温度を示している。

第４図は、上述加熱炉の正面図で、その形状は、被処理
材が断面角形の大径鋼管７であって、そわに伴なって鋼
管の搬送・案内装置８の構造が若干相違する以外は、前
記加熱炉の大略構造は、実施例（その１）に説明したも
のと大差がない。

第３図（ｂ）において、炉の加熱（室）温度は、すべて
略、１０７０°〜１００℃程度で、規格長の大径角形鋼
管７が、常温１５°Ｃの状態で、炉内に装入・搬送され
ると、順次、図示のように加熱室を通過する間に加熱さ
れ、当該個所が非加熱室内にあるときには輻射、伝導作
用により均熱化し熱膨張歪が軸対称に生じる、といった
工程を繰返えして順次、全体的に高温度に加熱される。

かくして、厚肉鋼板を冷間加工によって塑性変形し、略
９０°折曲げて成形したことによる角形鋼管の各隅角部
付近の材質の脆性化、劣化を熱処理によって調質し、当
該個所の鋼材について、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すことが
できる。

本実施例は、被処理材が規格長の角形鋼管であって、加
熱炉に対して被処理材を連続的でなく。

間欠的装入ではあるが、鋼管隅角部付近の材料の焼き鈍
し状態は、実施例（その上）と殆んど相違はない。

（その３） 第５図（ａ）は、規格長の丸鋼管を複数本同時に装入・
調質する加熱炉の概略側面図を示し、同図（ｂ）は、上
記加熱炉内で搬送される丸鋼管母材位置およびその加熱
温度ならびに、これに対応する炉内温度を示すものであ
る。

第６図は、上記加熱炉の正面図であって、装入される被
処理材が複数本の丸鋼管であるため、その断面積間口の
横幅が広いものとなっている。

被処理材の搬送・ガイド部材９は、これに応じて、鋼管
径の複数倍の長さを備えた水平ローラと、その両端位置
に回転自在に軸支した縦方向ローラとより構成され、勿
論、それらは非加熱室内に配置されている。

ここで加熱炉の全長は約２３ｍ、被処理材である個々の
丸鋼管のサイズは、径は２１６φ、鋼材肉厚１０　、７
ｍｍ、長さは１２ｍで、案内ローラ９の被処理材の送り
速さは６ｍ／ｍｉｎであった。

炉内温度は第１図（ｂ）に示すように、加熱室温度が被
処理材の搬出口近くになるに従って若干低く設定しても
良い。

被処理材の母材温度は、加熱炉内を通過する間に、最高
６５０°〜７００℃程度まで加熱し、炉外に搬出した後
は、空冷することによって焼き鈍しを行うものとする。

本実施例では、規格長の丸鋼管を並へて６本、−度に加
熱炉に装入するようにしているが、角形鋼管を対象にし
てもよいことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明は、以上述べたとおりであるから、（１）軸方向
に長い被処理材を長さ方向に短い部分に分割して、それ
らを徐々に、かつ順次に加熱するようにしたから、軸直
角方向の熱膨張歪が出にくい。

（２）連続した被処理材の熱処理が可能である。

（３）被処理材の歪が出にくいため、炉の断面容積を小
さくできる。

（４）シたがって、炉内に設ける被処理材のガイドを簡
単にすることができる。

（５）処理後に被処理材に生じる歪が少ないため歪矯正
設備が簡単で良い。

（６）冷間塑性加工に基づく材料の劣化、脆性化を防止
または回復し、高品質の製品を提供する。

（７）可及的に短時間、低コストで熱処理加工を施し、
コストアップ要因を少なくする。

等々、従来公知の鋼材熱処理手段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、本発明装置および工法は被処理材として角形鋼管
はいうに及ばず、丸鋼管、棒鋼等の材質の調質も可能で
ある。

また、連続的素材の処理でも、規格長材料の焼き鈍しで
も、羊水であっても、複数本同時であっても可である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、第３図（、）および第５図（ａ）は、そ
れぞれ、本発明加熱方法を実施する加熱炉の概略側面図
、第１図（ｂ）、第３図（ｂ）および第５図（ｂ）は、
それぞれ、前記加熱炉内で搬送される鋼管母材の位置お
よび加熱温度ならびに、それｋｍ対応する炉内温度を示
す。 第２図、第４図および第６図は、それぞれ本発明加熱炉
の正面図、第７図は、従来公知のカロ熱炉の斜視図、第
８図は、被処理材である大径角形鋼管列の斜視図である
。 １．１０・・・加熱炉、 ３・・・加熱室、 ５・・・加熱バーナー ７・・・規格長の角形鋼管、 １２・・・扉、 １４・・プーリ。 ２・・連続丸鋼管、 ４・・・非加熱室、 ６．８．９・・ガイドローラ、 １１・・・装入口、 ］３・・・重錘、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱炉内を、被処理材の搬送方向に沿って複数区
   画に区分し、前記区画につき、その一区画おきに被処理
   材の加熱装置を設置した加熱室としたことを特徴とする
   歪の出ない角形鋼管の加熱炉。
2. （２）軸方向に長い被処理材は、炉内を搬送されながら
   、第一区画を通過する間、その先端部分から順次、加熱
   され、次いで第二区画を通過する際、加熱されることな
   く前記加熱温度を均一化し、また、第三区画を通過して
   、再度より高温に加熱され、次ぎに第四区画で前記温度
   を均一化するといった工程を、順次、繰返すことによっ
   て、加熱に基づく前記被処理材の歪の発生を抑え、全体
   を所要温度にまで加熱することを特徴とする歪の出ない
   角形鋼管の加熱工法。