JPH07328715A - 角鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロール成形方式による角鋼管の製造方法にお
いて、低コストで角鋼管の切口変形を低減すること。 【構成】 丸鋼管１Ｂを複数段のロールスタンド（Ｒ１
〜Ｒ４）に通して角形成形する角鋼管の製造方法におい
て、角形成形工程の少なくとも２つの連続するロールス
タンド間で、角鋼管２の各辺部に、角鋼管２の降伏応力
の 2％以上に相当する長手方向の引張応力又は圧縮応力
を加えて角形成形するもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロール成形方式による角
鋼管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】角鋼管の製造方法の一つであるロール成
形方式は、素材としての鋼帯を複数段の丸形成形ロール
に通してオープンパイプ状に成形し、このオープンパイ
プの両エッジを電縫溶接して丸鋼管とし、更に、この丸
鋼管を複数段の角形成形ロール（図４のリシェーピング
スタンドＲ１〜Ｒ４）に通して角形成形し、角鋼管を得
るものである。

【０００３】然るに、ロール成形方式により製造された
角鋼管を切断すると、図１に示す如く、成形方向に沿っ
て特に切断位置の下流側で、切口の辺部が外方に凸状に
ふくらむ開口変形の現象を生ずる。

【０００４】このような切口変形は角鋼管の寸法精度を
悪化するものであり、角鋼管を建築用部材として用いる
場合、その加工、組立の工程で、本来角鋼管の高寸法精
度を前提として採用される自動溶接が不可能となり、手
動溶接等を余儀なくされ、生産能率が低下する。また、
２本の角鋼管を接続するとき、両角鋼管の突き合わせ部
の内面に裏当金を設けるとき、上述の切口変形は管内面
と裏当金との間に間隙を発生させるものとなり、接続強
度を低下させる。また、角鋼管の辺部が上述の切口変形
で外方に凸状にふくらむことにより、管コーナー部内面
に高い残留引張応力を生じ、冬期低温時に施す溶接加工
に伴う割れ、溶融亜鉛めっき施工時の割れ等を生ずる場
合があり、建築用部材としての性能確保に困難がある。

【０００５】そこで従来、角鋼管の切口変形の原因と考
えられる残留応力を低減する方法として、例えば特開平
5-23738 号公報に記載の如く、角形成形工程の一部又は
全部を熱間成形するもの、或いは特開平5-146821号公報
に記載の如く、角形成形後の管を全面加熱し、ＳＲ（ス
トレスレリーフ）するものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、従来技術
では、角鋼管の切口変形の原因と考えられる残留応力を
低減すべく、管を熱間成形もしくは熱処理するものであ
り、重油、ガス等の燃料或いは電力を使用するにせよ、
加熱エネルギを必要として高コストとなる。また、ＳＲ
に対してオフラインの加熱炉を使用する場合には生産性
の低下を招き更に一層の高コストになる。

【０００７】本発明は、ロール成形方式による角鋼管の
製造方法において、低コストで角鋼管の切口変形を低減
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、丸鋼管を複数
段のロールスタンドに通して角形成形する角鋼管の製造
方法において、角形成形工程の少なくとも２つの連続す
るロールスタンド間で、角鋼管の各辺部に、角鋼管の降
伏応力の 2％以上に相当する長手方向の引張応力又は圧
縮応力を加えて角形成形するようにしたものである。

【０００９】

【作用】本発明者らは角鋼管の切口変形の原因を調査
し、以下の知見を得た。角鋼管の切口変形の発生原因は
図２に示す通りである。即ち、ロール成形される材料の
ロールへの巻き付きによって生じた管長手方向の曲げ歪
（板厚の内面で引張、外面で圧縮）が、ロール成形終了
後に材料が直線的形状へもどるときに板厚の内面で圧
縮、外面で引張の曲げ残留応力となる。その後、管の切
断によってその残留応力が解放されると切口がロールへ
の巻き付きと同じ形状に、即ち辺部が長手方向で下に凸
に曲がるためである。従って、製品辺長Ｄが大きいほ
ど、製品板厚ｔが小さいほど、また製品の降伏強度が高
いほど、切口変形は大きくなる傾向がある。

【００１０】そこで本発明者らは切口変形を低減するた
め角形成形工程のスタンド間で被成形材の長手方向に作
用する力の効果について調査研究を行なった結果、成形
中の角鋼管の辺部に作用する長手方向応力の大きさが、
引張、圧縮にかかわらず角鋼管の降伏応力の 2％以上で
あれば切口変形の低減に有効であることを見出し、本発
明の成立に至った。

【００１１】即ち、複数段をなす各スタンド毎に駆動系
が独立している一連の角形成形ロールスタンドを用いて
丸鋼管を角形成形する場合、各スタンドの速度を調節す
ることにより隣接する２つのスタンド間で成形中の角鋼
管に長手方向の引張力或いは圧縮力を付与することがで
きる。一般に各スタンドの速度はロール径とロール回転
数から算出されるロール周速で表わされ、ｎ＋1 番スタ
ンドとｎ番スタンドのロール周速の比を速度倍率とい
う。図５に速度倍率とスタンド間の材料に加わる長手方
向の力の関係の一例を示す。図５から、ある速度倍率の
範囲では、速度倍率とスタンド間の材料に加わる長手方
向の力の間にほぼ直線関係が成り立っている。速度倍率
がある値以下或いは以上になるとロールと材料の間でス
リップが発生し、材料に加わる長手方向の力は一定値以
上にはならない。従って、速度倍率と材料に加わる長手
方向の力の間に直線関係がある範囲内で、個々のスタン
ドの速度、即ちロールを駆動するモータの回転数を調節
することによって隣接する２つのスタンド間で成形中の
角鋼管に長手方向の所定の力を与えることができる。

【００１２】尚、四角鋼管ための各ロールスタンドは、
管の４辺のそれぞれに対応する上下左右の４ロールを有
する。このとき、上下ロールを駆動ロールとし、左右ロ
ールをアイドルロールとする場合、上下ロールは被成形
材の上下辺に直接的に長手方向の力を及ぼすと同時に、
左右辺にも間接的に長手方向の力を及ぼすものとなる。
もちろん、上下左右ロールのすべてを駆動ロールとする
こともできる。

【００１３】図６に２スタンド間（例えば第１スタンド
と第２スタンドの間）における角鋼管の各辺部に加わる
長手方向応力（σ）が材料の降伏応力（ＹＳ）に対して
なす割合（σ／ＹＳ）と、製品管の切口変形量（ｄｃ）
が製品辺長Ｈに対してなす比（ｄｃ／Ｈ）の関係を示
す。ここで、辺部に加わる長手方向応力（σ）は引張応
力でも圧縮応力でも、ともに同様の傾向を示した。製品
管板厚ｔと辺長Ｈの比ｔ／Ｈによって切口変形量は異な
るが、いずれのｔ／Ｈにおいてもσ／ＹＳが 2％以上に
なると、切口変形量は辺部に応力が加わらない場合の約
半分以下になり、然もσ／ＹＳが増加するのに伴って切
口変形量は減少しており、切口変形低減の効果が表われ
る。

【００１４】この現象の基本的な原理は、角鋼管の辺部
に長手方向応力を加えることによって、切口変形の主原
因である板厚内の長手方向残留応力の分布（図８
（Ａ））に更に同軸方向の応力が加わり、板厚方向に材
料の降伏が促進され、図８（Ｂ）、、（Ｃ）に示すよう
に切口変形の主原因である板厚内の長手方向曲げ残留応
力が小さくなるためである。

【００１５】角形成形は通常３〜４段のスタンドを用い
て行なわれる場合が多い。図７に、２スタンド間のみ、
３スタンド間、４スタンド間のそれぞれにおいて角鋼管
の各辺部に同じ大きさの長手方向応力を加えた場合のσ
／ＹＳとｄｃ／Ｈの関係を示す。スタンド間で角鋼管の
辺部に加わる長手方向応力が鋼管の降伏応力の 2％に満
たない場合はいずれの場合も切口変形低減の効果が認め
られないが、それが鋼管の降伏応力の 2％以上になると
２スタンド間のみで加える場合に比べて、より多数のス
タンド間で加える方が切口変形低減の効果が大きい。

【００１６】従って、３以上のスタンド間、特に角形成
形工程の全部のスタンド間で角鋼管の辺部に角鋼管の降
伏応力の 2％以上の長手方向応力を加えれば、これを２
つのスタンド間のみにおいて加える場合に比べ、より一
層効果的に切口変形の低減を図ることができる。この場
合各スタンド間で材料に加える各応力は、それぞれ鋼管
の降伏応力の 2％以上であれば大きさ及び方向が異なっ
ていても良いこと（例えば、第１スタンドと第２スタン
ドの間では引張応力、第２スタンドと第３スタンドの間
では圧縮応力、第３スタンドと第４スタンドの間では引
張応力）はいうまでもない。

【００１７】尚、スタンド間で材料に応力を加える場
合、応力なしの場合に比べロールを駆動するモータの消
費電力は上昇するが、上昇費用は最大でも20％増程度に
とどまるため、従来技術の熱処理を伴うものに比べて格
段に低コストで切口変形の少ない角鋼管を製造できる。

【００１８】

【実施例】図１は角鋼管の切口変形を示す模式図、図２
は角鋼管の切口変形原因を示す模式図、図３は本発明の
一実施例における丸鋼管成形過程を示す模式図、図４は
本発明の一実施例における角鋼管成形過程を示す模式
図、図５はスタンド間の速度倍率とスタンド間力の関係
を示す線図、図６はスタンド間力が切口変形低減効果に
及ぼす影響を示す線図、図７はスタンド間力が切口変形
低減効果に及ぼす影響を示す他の線図、図８は本発明に
よる切口変形低減原理を示す模式図である。

【００１９】図３は、丸鋼管成形過程であり、丸形成形
ロール群によりオープンパイプ状に丸形成形されたオー
プンパイプ１Ａを、丸形成形ロール群の最終ロールであ
るフィンパスロール１１に通した後、オープンパイプ１
Ａの両エッジ部に２個のコンタクトチップ１２を接触さ
せて高周波電流を流し、これによって加熱されたエッジ
をスクイズロール１３によって加圧溶接（電縫溶接）
し、丸形電縫鋼管（丸鋼管１Ｂ）を得るものである。そ
して、この丸鋼管１Ｂの溶接ビードは、外面ビード切削
バイト１４及び内面ビード切削バイト（不図示）により
切削除去される。

【００２０】そして、丸鋼管１Ｂは引き続き図４の角形
成形ロール群に通されて角形成形され、角鋼管２とな
る。図４において、１６は丸鋼管１Ｂのためのサイジン
グロール、１７Ａ〜１７Ｄは角鋼管２を角形成形するた
めのリシェーピングロールである。

【００２１】然るに、本実施例では、角形成形工程の少
なくとも２つの連続するロールスタンド間で、それらの
スタンドのロール駆動モータの回転数を調節することに
より、それらのスタンド間の速度倍率を調整した。これ
により、それらのロールスタンドを通って角形成形され
る角鋼管２の各辺部に、角鋼管２の降伏応力の 2％以上
に相当する長手方向の引張応力又は圧縮応力を加えて角
形成形した。

【００２２】表１は、各種寸法の角鋼管の製造に際し、
連続するロールスタンド間で速度倍率を調整し、角鋼管
の各辺部に引張応力又は圧縮応力（σ）を加え、角鋼管
の降伏応力ＹＳに対する応力σの比（σ／ＹＳ）と、切
口変形量ｄｃとを調査した結果である。表１において、
例えば応力付与スタンドＲ１−Ｒ２は、第１スタンドと
第２スタンドの２スタンド間で応力を付与したことを意
味する。

【００２３】表１によれば、本発明方法により、切口変
形の小さい角鋼管を製造できることが認められる。

【００２４】

【表１】

【００２５】以上、本発明の実施例を図面により詳述し
たが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明は四
角鋼管に限らず、三角、五角等の如何なる角鋼管にも適
用できる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ロール成
形方式による角鋼管の製造方法において、低コストで角
鋼管の切口変形を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は角鋼管の切口変形を示す模式図である。

【図２】図２は角鋼管の切口変形原因を示す模式図であ
る。

【図３】図３は本発明の一実施例における丸鋼管成形過
程を示す模式図である。

【図４】図４は本発明の一実施例における角鋼管成形過
程を示す模式図である。

【図５】図５はスタンド間の速度倍率とスタンド間力の
関係を示す線図である。

【図６】図６はスタンド間力が切口変形低減効果に及ぼ
す影響を示す線図である。

【図７】図７はスタンド間力が切口変形低減効果に及ぼ
す影響を示す他の線図である。

【図８】図８は本発明による切口変形低減原理を示す模
式図である。

【符号の説明】

１Ｂ 丸鋼管 ２ 角鋼管 １７Ａ〜１７Ｄ ロール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 丸鋼管を複数段のロールスタンドに通し
   て角形成形する角鋼管の製造方法において、 角形成形工程の少なくとも２つの連続するロールスタン
   ド間で、角鋼管の各辺部に、角鋼管の降伏応力の 2％以
   上に相当する長手方向の引張応力又は圧縮応力を加えて
   角形成形することを特徴とする角鋼管の製造方法。