JP2005324255A - 丸鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例え厚肉、大径であったとしても、手作業による精整作業を行うことなく得られ、溶接部の品質も改善し得、残留応力がなく、十分な靱性を有する丸鋼管を容易に確実に製造し得る丸鋼管の製造方法を提供する。
【解決手段】幅方向の両端に開先２を形成した所定幅の鋼板１を、幅方向における中間複数箇所のプレス成形によって、幅方向における両端部分と中間の特定部分とに、それぞれ所望長さの直状部３ａ，３ｂが残存しかつ直状部間を円弧部３ｃとして曲げ形成した。曲げ形成体３を、開先の部分を相当接させた状態で溶接接合して半成形丸鋼管５を形成した。半成形丸鋼管の全体を加熱したのち、成形面２２，２５を最終半径に対応する半円状とした複数の成形ロール２１，２４間に通して熱間成形する。少ない回数のプレス成形と溶接接合により半成形丸鋼管を形成でき、複数の成形ロール間に通して熱間成形することで、丸鋼管を容易に確実にかつ能率良く製造できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば建築用の柱材に使用される大径で厚肉の丸鋼管を得るのに採用される丸鋼管の製造方法に関するものである。

従来、この種の丸鋼管は、次のような方法で製造していた。すなわち、所定の幅でかつ所定の長さのパイプ用原板を準備しておき、このパイプ用原板における幅方向の端部に対して、プレス加工により所定幅の端曲げを行う。次に、端曲げされたパイプ用原板のほぼ中央部をさらにプレス加工することにより、断面形状がほぼＵ字状になるように曲げ成形する。そして、半円状の成形面を有する一対の成形型からなるプレス加工手段によって、断面形状がほぼ円形になるように成形する。このとき、凹部と凸部が係合される。なお、断面形状がほぼ円形になるように成形したのち、端部間（継目部）を溶接接合する方法もある（たとえば、特許文献１参照。）。
特開平９−２３４５１１号公報（第３−５頁、図１、図２）

しかし、上記した従来方法によると、製造されたパイプは断面形状がほぼ円形で真円状にはなり難く、真円状にするためには手作業による精整作業を長時間に亘って行わなければならない。また、曲げ成形によって引張および圧縮残留応力が発生しており、座屈強度は低いものになり、したがって、溶接施工、切断加工あるいは溶融亜鉛メッキ処理などを実施する際に、これら残留応力の開放に伴って生じる割れやコントロールできないような変形を引き起こす恐れがある。さらに薄肉のパイプ製造はともかくとして、厚肉のパイプ製造の際には上述の問題点が顕著となる。

なお、たとえば厚肉の曲げ方式としては、幅方向の多数箇所（たとえば、直径が６００mmの場合には４０〜５０箇所）をプレス加工することで、ほぼ円形になるように成形する方法もある。この場合には、多数箇所のプレス加工によって製造時間が大になるとともに、真円状にするためには手作業による精整作業を長時間に亘って行わなければならない。

そこで本発明の請求項１記載の発明は、例え厚肉、大径であったとしても、手作業による精整作業を行うことなく得られるとともに、溶接部の品質も改善し得、しかも残留応力がなく、かつ十分な靱性を有する丸鋼管を容易に確実に製造し得る丸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。

前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の丸鋼管の製造方法は、幅方向の両端に開先を形成した所定幅の鋼板を、その幅方向における中間複数箇所のプレス成形によって、幅方向における両端部分と中間の特定部分とに、それぞれ所望長さの直状部が残存しかつ直状部間を円弧部として曲げ形成し、曲げ形成体を、その開先の部分を相当接させた状態で溶接接合して半成形丸鋼管を形成し、この半成形丸鋼管の全体を加熱したのち、その成形面を最終半径に対応する半円状とした複数の成形ロール間に通して熱間成形することを特徴としたものである。

したがって請求項１の発明によると、少ない回数のプレス成形と溶接接合により半成形丸鋼管を形成し得、そして複数の成形ロール間に通して熱間成形することで丸鋼管を製造し得る。そして丸鋼管は、例え厚肉、大径であったとしても、手作業による精整作業を行うことなく得られるとともに、溶接部の品質も改善し得、しかも残留応力がなく、かつ十分な靱性を有するものとなる。

また本発明の請求項２記載の丸鋼管の製造方法は、上記した請求項１記載の構成において、半割丸鋼管に対応した幅の鋼板を、その幅方向における中間２箇所のプレス成形によって、幅方向における両端部分と中央部分とにそれぞれ所望長さの直状部が残存しかつ直状部間を円弧部としてＵ字状に曲げ成形し、一対のＵ字状体を、その開先の部分を相当接させた状態で溶接接合して半成形丸鋼管を形成することを特徴としたものである。

したがって請求項２の発明によると、４回のプレス成形と２箇所の溶接接合により半成形丸鋼管を形成し得、そして複数の成形ロール間に通して熱間成形することで丸鋼管を製造し得る。

そして本発明の請求項３記載の丸鋼管の製造方法は、上記した請求項１記載の構成において、丸鋼管に対応した幅の鋼板を、その幅方向における中間４箇所のプレス成形によって、幅方向における両端部分と中間３箇所とにそれぞれ所望長さの直状部が残存しかつ直状部間を円弧部としてほぼ円状に曲げ成形し、この円状体の開先の部分を相当接させた状態で溶接接合して半成形丸鋼管を形成することを特徴としたものである。

したがって請求項３の発明によると、４回のプレス成形と１箇所の溶接接合により半成形丸鋼管を形成し得、そして複数の成形ロール間に通して熱間成形することで丸鋼管を製造し得る。

上記した本発明の請求項１によると、少ない回数のプレス成形と溶接接合により半成形丸鋼管を形成でき、そして複数の成形ロール間に通して熱間成形することで、丸鋼管を容易に確実にかつ能率良く製造できる。そして丸鋼管は、例え厚肉、大径であったとしても、手作業による精整作業を行うことなく、短時間で能率良く得ることができる。さらに溶接部の品質を改善でき、しかも残留応力が殆どなくて高い座屈強度を得ることができるとともに、二次溶接性に優れ、かつ十分な靱性を有するものにでき、特に建築用の柱材として好適な丸鋼管を提供できる。

また上記した本発明の請求項２によると、４回のプレス成形と２箇所の溶接接合により半成形丸鋼管を形成でき、そして複数の成形ロール間に通して熱間成形することで、丸鋼管を容易に確実にかつ能率良く製造できる。

そして上記した本発明の請求項３によると、４回のプレス成形と１箇所の溶接接合により半成形丸鋼管を形成でき、そして複数の成形ロール間に通して熱間成形することで、丸鋼管を容易に確実にかつ能率良く製造できる。

［実施の形態１］
以下に、本発明の実施の形態１を、図１〜図４に基づいて説明する。
まず図１（ａ）に示すように、半割丸鋼管に対応した幅（所定幅の一例）Ｗでかつ所定長さの鋼板１を準備する。ここで、鋼板１における幅方向の両端部分には溶接用の開先２を形成している。次いで鋼板１を、プレス手段によるプレス成形によってＵ字状に曲げ形成する。図１（ｂ）に示すように、前記プレス手段３０は、固定された下型３１と、この下型３１に対して接近離間動自在な上型３３とからなる。そして、下型３１には上向きの凹成形面３２が形成され、また上型３３には下向きの凸成形面３４が形成されている。

したがって、図１（ｂ）に示すように、下型３１に対して上型３３を離間動させ、下型３１上に鋼板１の一端側をセットしたのち、下型３１に対して上型３３を接近動させることで、図１（ｃ）に示すように、プレス手段３０による１回目のプレス成形によって、鋼板１の一端側を曲げ形成し得る。次いで、下型３１に対して上型３３を離間動させ、下型３１上に鋼板１の他端側をセットしたのち、下型３１に対して上型３３を接近動させることで、図１（ｄ）に示すように、プレス手段３０による２回目のプレス成形によって、鋼板１の他端側を曲げ形成し得る。

このように、鋼板１の幅方向における中間２箇所（２回）のプレス成形によって、鋼板１をＵ字状体（曲げ形成体の一例）３とし得る。このようにしてプレス成形を行うとき、下型３１上に鋼板１をセットする際に、両端部分をプレス成形範囲から外れさせておくことで、Ｕ字状体３は、幅方向の両端部分に所望長さの直状部３ｂが残存することになる。また鋼板１に対して２回のプレス成形を行ったとき、鋼板１の中央部分にプレス成形されない範囲が生じるように、鋼板１の幅Ｗに対してプレス幅を調整することで、Ｕ字状体３は、中央部分に所望長さの直状部３ａが残存することになる。そして、直状部３ａと両直状部３ｂとの間（特定部分の一例）に円弧部３ｃが曲げ形成された状態となる。ここで円弧部３ｃは、最終半径（丸鋼管の径）Ｒよりも小さい半径ｒとして曲げ形成されるもので、凹成形面３２や凸成形面３４はそれに対応して形成されている。

そして図１（ｅ）に示すように、一対のＵ字状体３の端部分、すなわち開先２の部分を相当接させたのち、開先２間に溶接手段（図示せず。）を作用させることで、図１（ｆ）に示すように、開先２間を溶接４により接合して半成形丸鋼管５を形成する。ここで半成形丸鋼管５は、図１（ｆ）、図３の仮想線に示すように、溶接４間に位置した一対の直状部５ａと、溶接４を挟んで位置した一対の直状部５ｂと、直状部５ａ，５ｂ間に位置した合計４箇所の円弧部５ｃとにより形成された状態となる。なお各円弧部５ｃは、図４に示す丸鋼管６の半径Ｒよりも小さい半径ｒとなっている。

次いで図２に示すように、半成形丸鋼管５を加熱炉（加熱手段の一例）１８に入れて加熱する。この加熱炉１８は、高周波、ガス、油などによる加熱形式であり、以て全体を６００〜１０００℃（Ａ_３変態点を含む。）に加熱する。

そして半成形丸鋼管５を加熱炉１８から出し、成形手段２０により熱間成形する。この成形手段２０はロール成形方式であって、たとえば上下一対の成形ロール２１，２４により構成されている。両成形ロール２１，２４は、図３に示すように、その成形面２２，２５を最終半径Ｒに対応する半円状としており、駆動装置（図示せず。）によってロール軸心２３，２６の周りで互いに逆方向に駆動回転可能に構成されている。その際に両成形ロール２１，２４は、相対向された直状部５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂの外面間距離Ｌに成形面２２，２５間の距離を同等状として形成しかつ配置しており、以て各円弧部５ｃの外面は、成形面２２，２５に対して外側に突出した状態になる。

したがって、加熱した半成形丸鋼管５を成形ロール２１，２４間に通すことで、この半成形丸鋼管５は、両成形面２２，２５によって、直状部５ａ，５ｂを円弧状としかつ円弧部５ｃを押し込む状態で熱間成形し得る。これにより図４に示すように、成形手段２０によって、２箇所を溶接４しかつ所定の半径Ｒ、所定の長さの丸鋼管６を熱間成形し得る。

以上によって、たとえば厚さが２５〜１２０mm、直径が１２００mm以上、長さが７０００mm以上の丸鋼管６、すなわち大径で極厚肉の丸鋼管６であっても好適に製造し得る。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２を、図２〜図４、図５、図６に基づいて説明する。

まず図５（ａ）に示すように、丸鋼管に対応した幅（所定幅の一例）ＷＡでかつ所定長さの鋼板１を準備する。ここで、鋼板１における幅方向の両端部分には溶接用の開先２を形成している。次いで鋼板１を、前述した実施の形態１と同様のプレス手段３０によるプレス成形によってほぼ円状に曲げ形成する。

すなわち、まず図５（ｂ）の仮想線に示すように、下型３１に対して上型３３を離間動させ、下型３１上に鋼板１の一端側をセットしたのち、下型３１に対して上型３３を接近動させることで、図５（ｂ）の実線に示すように、プレス手段３０による１回目のプレス成形によって、鋼板１の一端側を曲げ形成し得る。次いで、下型３１に対して上型３３を離間動させ、下型３１上に鋼板１の一端側寄りの中間部をセットしたのち、下型３１に対して上型３３を接近動させることで、図５（ｃ）に示すように、プレス手段３０による２回目のプレス成形によって、鋼板１の一端側寄りの中間部を曲げ形成し得る。

そして、下型３１に対して上型３３を離間動させ、下型３１上に鋼板１の他端側をセットしたのち、下型３１に対して上型３３を接近動させることで、図６（ａ）に示すように、プレス手段３０による３回目のプレス成形によって、鋼板１の他端側を曲げ形成し得る。次いで、下型３１に対して上型３３を離間動させ、下型３１上に鋼板１の他端側寄りの中間部をセットしたのち、下型３１に対して上型３３を接近動させることで、図６（ｂ）に示すように、プレス手段３０による４回目のプレス成形によって、鋼板１の他端側寄りの中間部を曲げ形成し得る。

このようにプレス手段３０により、鋼板１の幅方向における中間４箇所（４回）のプレス成形によって、鋼板１をほぼ円状に曲げ成形し、以て円状体（曲げ形成体の一例）８とし得る。

このようにしてプレス成形を行うとき、下型３１上に鋼板１の両端側をセットする際に、両端部分をプレス成形範囲から外れさせておくことで、円状体８は、幅方向の両端部分に所望長さの直状部８ｂが残存することになる。また鋼板１に対して４回のプレス成形を行ったとき、鋼板１の中間３箇所にプレス成形されない範囲が生じるように、鋼板１の幅ＷＡに対してプレス幅を調整することで、円状体８は、中間３箇所に所望長さの直状部８ａが残存することになる。そして、直状部８ａと直状部８ｂとの間（特定部分の一例）や、直状部８ａ，８ａ間（特定部分の一例）など合計４箇所に円弧部８ｃが曲げ形成された状態となる。ここで円弧部８ｃは、最終半径（丸鋼管の径）Ｒよりも小さい半径ｒとしてほぼ円状に曲げ形成されるもので、凹成形面３２や凸成形面３４はそれに対応して形成されている。

そして図６（ｃ）に示すように、円状体８に対して外側から加圧力を作用させて、一対の端部分（両端部分）、すなわち開先２の部分を相当接させたのち、開先２間に溶接手段（図示せず。）を作用させることで、図６（ｄ）に示すように、開先２間を溶接４により接合して半成形丸鋼管５を形成する。ここで半成形丸鋼管５は、前述した実施の形態１が２箇所を溶接（ツーシーム）したのに対して、１箇所を溶接（ワンシーム）した点を除いて、実施の形態１と同様の構成であって、この実施の形態１と同様にして、すなわち図２〜図４と同様にして、加熱炉１８にて加熱され、成形手段２０によって、１箇所を溶接４しかつ所定の半径Ｒ、所定の長さの丸鋼管６に熱間成形される。

上記した実施の形態では、成形手段２０として、一対の成形ロール２１，２４からなる１段成形方式が示されているが、これは複数段成形方式により徐々に熱間成形してもよい。

上記した実施の形態では、成形手段２０として、一対の成形ロール２１，２４からなる形式が示されているが、これは３個の成形ロールからなる形式や４個の成形ロールからなる形式などであってもよい。

上記した実施の形態では、成形手段２０における一対の成形ロール２１，２４の隙間に、直状部５ｂが対向される状態で半成形丸鋼管５が熱間成形されているが、これは隙間に直状部５ａが対向される状態で熱間成形されてもよい。また、隙間に円弧部５ｃが対向される状態で熱間成形されてもよい。

上記した実施の形態では４回のプレス成形を行っているが、プレス手段３０の成形面形状によっては、３回のプレス成形や５回以上で少ない回数のプレス成形を行うことも可能である。

上記した実施の形態ではプレス手段３０として押し切り形式が示されているが、プレス手段としてはエヤーベンド形式などであってもよい。
上記した実施の形態では、鋼板１をプレス成形により曲げ形成したのち、相当接させた端部分間を溶接接合することで、端部分と特定部分とに直状部５ａ，５ｂが残存しかつ円弧部５ｃが最終半径Ｒよりも小さい半径ｒの半成形丸鋼管５を形成しているが、これは端部分と特定部分とに直状部５ａ，５ｂが残存しかつ直状部間の円弧部５ｃが最終半径Ｒよりも少し大きい半径の半成形丸鋼管を形成し、この半成形丸鋼管を成形手段２０によって、全周（全域）を軽く押し込むように熱間成形して丸鋼管６を得るようにしてもよい。

本発明の実施の形態１を示し、鋼板から半成形丸鋼管を製造する説明図である。 同半成形丸鋼管から丸鋼管を製造する説明図である。 同成形手段における成形前の正面図である。 同成形手段における成形時の正面図である。 本発明の実施の形態２を示し、鋼板から半成形丸鋼管を製造する前段工程の説明図である。 同鋼板から半成形丸鋼管を製造する後段工程の説明図である。

符号の説明

１ 鋼板
２ 開先（端部分）
３ Ｕ字状体（曲げ形成体）
３ａ 直状部
３ｂ 直状部
３ｃ 円弧部
４ 溶接
５ 半成形丸鋼管
５ａ 直状部
５ｂ 直状部
５ｃ 円弧部
６ 丸鋼管
８ 円状体（曲げ形成体）
８ａ 直状部
８ｂ 直状部
８ｃ 円弧部
１８ 加熱炉（加熱手段）
２０ 成形手段
２１ 成形ロール
２２ 成形面
２４ 成形ロール
２５ 成形面
３０ プレス手段
３１ 下型
３２ 凹成形面
３３ 上型
３４ 凸成形面
Ｗ 鋼板１の幅（所定幅）
ＷＡ 鋼板１の幅（所定幅）
Ｒ 丸鋼管の半径（最終半径）
ｒ 小さい半径
Ｌ 直状部の外面間距離

Claims (3)

1. 幅方向の両端に開先を形成した所定幅の鋼板を、その幅方向における中間複数箇所のプレス成形によって、幅方向における両端部分と中間の特定部分とに、それぞれ所望長さの直状部が残存しかつ直状部間を円弧部として曲げ形成し、曲げ形成体を、その開先の部分を相当接させた状態で溶接接合して半成形丸鋼管を形成し、この半成形丸鋼管の全体を加熱したのち、その成形面を最終半径に対応する半円状とした複数の成形ロール間に通して熱間成形することを特徴とする丸鋼管の製造方法。
2. 半割丸鋼管に対応した幅の鋼板を、その幅方向における中間２箇所のプレス成形によって、幅方向における両端部分と中央部分とにそれぞれ所望長さの直状部が残存しかつ直状部間を円弧部としてＵ字状に曲げ成形し、一対のＵ字状体を、その開先の部分を相当接させた状態で溶接接合して半成形丸鋼管を形成することを特徴とする請求項１記載の丸鋼管の製造方法。
3. 丸鋼管に対応した幅の鋼板を、その幅方向における中間４箇所のプレス成形によって、幅方向における両端部分と中間３箇所とにそれぞれ所望長さの直状部が残存しかつ直状部間を円弧部としてほぼ円状に曲げ成形し、この円状体の開先の部分を相当接させた状態で溶接接合して半成形丸鋼管を形成することを特徴とする請求項１記載の丸鋼管の製造方法。
   

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