JPH08164426A - 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】 複数段の角形成形スタンドを用いて、丸鋼管
を各スタンドのロールにより角形成形する角鋼管の製造
方法において、角形成形スタンドの少なくとも最終スタ
ンドを含む１以上のスタンドで、それらのスタンドの成
形方向をそれらのスタンドより前段スタンドの成形方向
に対して逆方向として角形成形するようにしたもの。

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】請求項１に記載の本発明
は、複数段の角形成形スタンドを用いて、丸鋼管を各ス
タンドのロールにより角形成形する角鋼管の製造方法に
おいて、角形成形スタンドの少なくとも最終スタンドを
含む１以上のスタンドで、それらのスタンドの成形方向
をそれらのスタンドより前段スタンドの成形方向に対し
て逆方向として角形成形するようにしたものである。

【０００９】請求項２に記載の本発明は、複数段の角形
成形スタンドを用いて、丸鋼管を各スタンドのロールに
より角形成形する角鋼管の製造方法において、角形成形
スタンドの最終スタンドの１段前のスタンドで、その成
形方向を丸鋼管の成形方向に対して逆転させて角形成形
し、引き続いて角形成形スタンドの最終スタンドで、そ
の成形方向を丸鋼管の成形方向と同方向にして角形成形
するようにしたものである。

【００１０】請求項３に記載の本発明は、複数段の角形
成形スタンドを用いて、丸鋼管を各スタンドのロールに
より角形成形する角鋼管の製造方法において、角形成形
スタンドの最終スタンドの１段前のスタンドを含む複数
の連続するスタンドで、そららの成形方向を丸鋼管の成
形方向に対して逆転させて角形成形し、引き続いて角形
成形スタンドの最終スタンドで、その成形方向を丸鋼管
の成形方向と同方向にして角形成形するようにしたもの
である。

【００１１】

【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。角鋼管の切口変形は図７に示す
ように以下の２種類の変形の合成により生じる。まず第
１は、ロール成形の際に材料のロールへの巻き付きによ
って発生した板厚の内面圧縮、外面引張の曲げ残留応力
が切断によって解放され、切口が下流側、上流側ともに
開口側に変形する開口変形である。第２は、ロール成形
の際にロールによる材料の押込みにより発生した剪断残
留応力が切断によって解放され、下流側が開口側に、上
流側が閉口側にそれぞれ変形する食違い変形である。

【００１２】一般的には、曲げによる開口変形の方が剪
断による食違い変形より変形量が大きいので、これらの
２つの変形が合成された実際の切口変形は下流側が上流
側より大きい開口変形となる。

【００１３】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。

【００１４】そこで本発明者らは、切口変形の発生機構
から考えて、角成形の途中で成形方向を逆転させれば剪
断残留応力による切口変形を抑制でき、全体として切口
変形を低減できるとの推測のもとに調査研究を行なった
結果、最終スタンドでの逆方向成形が切口変形の抑制に
有効であることを見出し、本発明の成立に至った。

【００１５】(1) まず、請求項１の本発明を実施する角
形成形スタンドは、最終スタンドより前段のスタンドと
最終スタンドを離して配置する。この場合、逆パス成形
を行なう最終スタンドは図１（Ａ）に示すように同一ラ
イン上或いは図１（Ｂ）に示すようにオフライン上どち
らでも良い。最終スタンドより前段のスタンドの出側で
角成形途中のパイプを切断し（この切断はパイプの取扱
い性向上のためのものであり、本発明の必須要件ではな
い）、パイプを反転或いは横方向に移動する等して、最
終スタンドに切断前（正パス）の成形方向と逆方向に送
り込み、逆パスを行なう。ここで、角形成形スタンドの
ロールスロート径が上下と左右で異なる場合には逆パス
成形時のパイプの上下面、左右面の方向は、正パス成形
時の上面が逆パス成形時の上面或いは下面となるように
することが望ましい。

【００１６】最終段で逆パス成形を行なったときの剪断
による切口変形の状態を図２、図３により説明する。逆
パス成形での径圧下率が 0％、即ち、逆パス成形を加え
ない状態では、通常通り正パスの成形方向に対して下流
側が開口側に、上流側が閉口側に変形する（ａの状
態）。ここで、逆パス成形での径圧下率を徐々に加えて
いくと、ある径圧下量となったところで剪断による切口
変形が０となる（ｂの状態）。これは正パス時の剪断ひ
ずみによる切口変形をちょうど相殺するような逆方向の
剪断ひずみが加わるためである。更に、逆パス成形での
径圧下率を増すと逆パス成形による影響が大きくなり通
常とは逆に、即ち正パスの成形方向に対して下流側が閉
口側に、上流側が開口側に変形する（ｃの状態）。

【００１７】尚、図１０に４スタンドで角形成形を行な
う場合の径圧下率の定義を示す。丸鋼管径をＤ、角鋼管
径をＨ、第ｉスタンド出側管径をｈｉ、第i-1 スタンド
出側管径をｈi-1 とするとき、第ｉスタンドの径圧下率
ｄｈｉは、下記式にて定義される。

【数１】

【００１８】上記の説明から明らかなように、最終段逆
パス成形での径圧下率を適正に調整すれば剪断による切
口変形が０となり、全体として切口変形を低減すること
が可能となる。

【００１９】ここで、切口変形の発生機構から考えて、
剪断による切口変形が０となった場合、正パスの成形方
向に対して上流側は切口変形が通常と比べて増加し下流
側と同程度になる。然しながら、切口変形による弊害の
度合は上流、下流のうちの大きい方によって決まるの
で、剪断による切口変形を０とすることにより通常切口
変形の大きい下流側を減少させ、全体として切口変形を
低減することにより、効果を有するものである。

【００２０】ここで、剪断による切口変形を０にするよ
うな逆パス成形における適正圧下率は通常の最終スタン
ドの径圧下率である10〜30％に比べて小さく、 2〜10％
程度である。

【００２１】(2) 次に、請求項２、３の本発明を実施す
る角形成形スタンドは、前段スタンド群、最終スタンド
より１段前のスタンド、最終スタンドの３つを離して配
置する。この場合、逆パス成形を行なう最終スタンドよ
り１段前のスタンド及び正パス成形を行なう最終スタン
ドは図４（Ａ）に示すように同一ライン上或いは図４
（Ｂ）に示すようにオフライン上、又は両者の組合わせ
のいずれでも良い。前段スタンド群の出側で角形成形途
中のパイプを切断し（この切断はパイプの取扱い性向上
のためのものであり、本発明の必須要件ではない）、パ
イプを反転或いは横方向に移動する等して、最終スタン
ドより１段前のスタンドに切断前（正パス）の成形方向
と逆方向に送り込み、逆パス成形を行なう。その後さら
にパイプを反転或いは横方向に移動する等して、最終ス
タンドに切断前（正パス）の成形方向と同方向に送り込
み、正パス成形を行なう。ここで、角形成形スタンドの
ロールスロート径が上下と左右で異なる場合には最終ス
タンドより１段前の逆パス成形時及び最終段正パス成形
時のパイプの上下面、左右面の方向は、切断前正パスの
成形時の上面が逆パス成形時及び最終段正パス成形時の
上面或いは下面となるようにすることが望ましい。

【００２２】最終段手前での逆パス成形と最終段での正
パス成形の組合わせを行なったときの剪断による切口変
形の状態を図５、図６により説明する。最終段正パス成
形での径圧下率が 0％、即ち最終段正パス成形を加えな
い状態では、切口変形は最終段手前での逆パス成形の影
響を受け、正パスの成形方向に対して下流側が閉口側
に、上流側が開口側に変形する（ａの状態）。ここで、
最終段正パス成形での径圧下率を徐々に加えていくと、
ある径圧下量となったところで剪断による切口変形が０
となる（ｂの状態）。これは逆パス時の剪断ひずみによ
る切口変形をちょうど相殺するような逆方向の剪断ひず
みが加わるためである。更に最終段正パス成形での径圧
下率を増すと最終段正パス成形による影響が大きくな
り、正パスの成形方向に対して下流側が開口側に、上流
側が閉口側に変形する（ｃの状態）。

【００２３】上記の説明から明らかなように、最終段手
前での逆パス成形と最終段での正パス成形の組合わせに
おいて、最終段正パス成形での径圧下率を適正に調整す
れば剪断による切口変形が０となり、全体として切口変
形を低減することが可能である。

【００２４】ここで切口変形の発生機構から考えて、剪
断による切口変形が０となった場合正パスの成形方向に
対して上流側は切口変形が通常と比べて増加し下流側と
同程度になる。然しながら、切口変形による弊害の度合
は上流、下流のうちの大きい方によって決まるので、剪
断による切口変形を０とすることにより通常切口変形の
大きい下流側を減少させ、全体として切口変形を低減す
ることになり、効果を有するものである。

【００２５】ここで、剪断による切口変形を０にするよ
うな最終段正パス成形における適正圧下率は通常の最終
スタンドの径圧下率である10〜30％に比べて小さく、 2
〜10％程度である。

【００２６】

【実施例】図１は本発明による角鋼管成形ラインを示す
模式図、図２は最終段逆パス径圧下率と切口変形率との
関係を示す線図、図３は剪断残留応力による切口変形を
示す模式図、図４は本発明による他の角鋼管成形ライン
を示す模式図、図５は最終段正パス径圧下率と切口変形
率との関係を示す線図、図６は剪断残留応力による切口
変形を示す模式図、図７は角鋼管の切口変形発生機構を
示す模式図、図８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９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１０は径圧下率の定義
を示す模式図である。

【００２７】図８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。

【００２８】そして、丸鋼管１Ｂは引き続き図９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９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。

【００２９】（第１実施例）（図１、表１） 本発明例（表１の本発明例１〜１０）として、角形成形
スタンド（Ｒ１〜Ｒ４）の最終スタンド（Ｒ４）で、そ
の成形方向を前段スタンド（Ｒ１〜Ｒ３）の成形方向
（丸鋼管の成形方向と同じ）に対して逆方向（逆パス）
とし角形成形した。

【００３０】また、比較例（表１の比較例１１〜２０）
として、角形成形スタンド（Ｒ１〜Ｒ４）の全スタンド
で、それらの成形方向を互いに同一方向（丸鋼管の成形
方向と同じ）とする正方向（正パス）とし角形成形し
た。

【００３１】本発明例と比較例において、最終段径圧下
率と切口変形量を調査し、表１を得た。表１によれば、
本発明方法により、切口変形の格段に小さい角鋼管を製
造できることが認められる。

【表１】

【００３２】（第２実施例）（図４、表２） 本発明例（表２の本発明例１〜３、７、８）として、角
形成形スタンド（Ｒ１〜Ｒ４、又はＲ１〜Ｒ５）の最終
スタンドの１段前のスタンド（Ｒ３又はＲ４）で、その
成形方向を丸鋼管の成形方向に対して逆転（逆パス）さ
せて角形成形し、引き続いて最終スタンド（Ｒ４又はＲ
５）で、その成形方向を丸鋼管の成形方向と同方向（正
パス）にして角形成形した。

【００３３】本発明例（表２の本発明例４〜６、９〜１
２）として、角形成形スタンド（Ｒ１〜Ｒ４、又はＲ１
〜Ｒ５）の最終スタンドの１段前のスタンドを含む複数
の連続するスタンド（Ｒ２とＲ３、Ｒ１〜Ｒ３、Ｒ３と
Ｒ４、Ｒ２〜Ｒ４、又はＲ１〜Ｒ４）で、その成形方向
を丸鋼管の成形方向に対して逆転（逆パス）させて角形
成形し、引き続いて最終スタンド（Ｒ４又はＲ５）で、
その成形方向を丸鋼管の成形方向と同方向（正パス）に
して角形成形した。

【００３４】また、比較例１（表２の比較例１３〜２
４）として、角形成形スタンド（Ｒ１〜Ｒ４、又はＲ１
〜Ｒ５）の全スタンドで、それらの成形方向を互いに同
一方向（丸鋼管の成形方向と同じ）とする正方向（正パ
ス）とし角形成形した。

【００３５】本発明例と比較例において、最終段径圧下
率と切口変形量を調査し、表２を得た。表２によれば、
本発明方法により、切口変形の格段に小さい角鋼管を製
造できることが認められる。

【表２】

【００３６】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。

【００３７】

【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は本発明による角鋼管成形ラインを示す模
式図である。

【図２】図２は最終段逆パス径圧下率と切口変形率との
関係を示す線図である。

【図３】図３は剪断残留応力による切口変形を示す模式
図である。

【図４】図４は本発明による他の角鋼管成形ラインを示
す模式図である。

【図５】図５は最終段正パス径圧下率と切口変形率との
関係を示す線図である。

【図６】図６は剪断残留応力による切口変形を示す模式
図である。

【図７】図７は角鋼管の切口変形発生機構を示す模式図
である。

【図８】図８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９】図９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１０】図１０は径圧下率の定義を示す模式図であ
る。

【符号の説明】 Ｒ１〜Ｒ４ 角形成形スタンド １Ｂ 丸鋼管 ２ 角鋼管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数段の角形成形スタンドを用いて、丸
   鋼管を各スタンドのロールにより角形成形する角鋼管の
   製造方法において、 角形成形スタンドの少なくとも最終スタンドを含む１以
   上のスタンドで、それらのスタンドの成形方向をそれら
   のスタンドより前段スタンドの成形方向に対して逆方向
   として角形成形することを特徴とする角鋼管の製造方
   法。
2. 【請求項２】 複数段の角形成形スタンドを用いて、丸
   鋼管を各スタンドのロールにより角形成形する角鋼管の
   製造方法において、 角形成形スタンドの最終スタンドの１段前のスタンド
   で、その成形方向を丸鋼管の成形方向に対して逆転させ
   て角形成形し、 引き続いて角形成形スタンドの最終スタンドで、その成
   形方向を丸鋼管の成形方向と同方向にして角形成形する
   ことを特徴とする角鋼管の製造方法。
3. 【請求項３】 複数段の角形成形スタンドを用いて、丸
   鋼管を各スタンドのロールにより角形成形する角鋼管の
   製造方法において、 角形成形スタンドの最終スタンドの１段前のスタンドを
   含む複数の連続するスタンドで、そららの成形方向を丸
   鋼管の成形方向に対して逆転させて角形成形し、 引き続いて角形成形スタンドの最終スタンドで、その成
   形方向を丸鋼管の成形方向と同方向にして角形成形する
   ことを特徴とする角鋼管の製造方法。