JP2006334633A

JP2006334633A - 丸形鋼管の製造方法及び丸形鋼管の製造設備

Info

Publication number: JP2006334633A
Application number: JP2005162071A
Authority: JP
Inventors: Shin Nakajima; 伸中島; Norio Nakajima; 教雄中島; Hiroshi Nakajima; 拓中島; 功雄中島
Original assignee: Nakajima Steel Pipe Co Ltd
Current assignee: Nakajima Steel Pipe Co Ltd
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】薄肉や厚肉の丸形鋼管を能率良く得られる丸形鋼管の製造方法を提供する。
【解決手段】所定幅の鋼板１を、加熱手段１６によって所定温度、またはその近辺にまで全体加熱し、次いで加熱鋼板１Ａを長さ方向に搬送しながら熱間成形部２０に通して、複数段のロール式成形手段２１，２６，３１，３６，４１により円弧板状体１Ｂから丸形状鋼管１Ｃへと順次、段階的に熱間成形する。丸形状鋼管１Ｃを外周から拘束しながら、その遊端を相対向させた状態で溶接結合４して、丸形鋼管５を製造する。加熱鋼板を長さ方向に搬送しながら複数段のロール式成形手段により熱間成形することで、鋼板から丸形状鋼管への成形を流れ作業的に行うことができ、丸形状鋼管の遊端間を溶接結合することで、薄肉や厚肉の丸形鋼管を能率良く安価に製造できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば鉄骨構造物の鋼管柱（支柱）に使用される丸形鋼管の製造方法及び丸形鋼管の製造設備に関するものである。

従来、この種の丸形鋼管を得るに、鋼板を冷間成形したのち溶接結合することで丸形鋼管を製造し、そして丸形鋼管を加熱して事後熱処理（焼なましなど）する構成が提供されている。しかし、この従来構成によると、鋼板を冷間成形することから、厚肉の丸形鋼管は製造し難く、その板厚が最大で９ｍｍ程度の薄肉の丸形鋼管となる。

そこで厚肉の丸形鋼管を製造し得るものとして、次のような構成が提供されている。すなわち、半成形丸形鋼管は、鋼板をプレス成形したのち１箇所を突き合わせ溶接することで、少し大きめの直径として半成形（冷間成形）されている。この半成形丸形鋼管を加熱手段（加熱炉など）において加熱し、そして成形手段（成形ロール装置など）において外周形状を熱間成形（整形）する。これにより、所望の直径の丸形鋼管を得ている（たとえば、特許文献１参照。）。
特開２００１−３０３６６１号公報（第５頁、図１３）

しかし、上記した従来構成によると、たとえば板厚が５０ｍｍの厚肉の丸形鋼管を得るに好適であるが、成形手段による熱間成形は、厚肉の半成形丸形鋼管に対しての絞り成形であることから成形時間が長くなり、以て製造能率が悪いものとなる。

そこで本発明の請求項１記載の発明は、薄肉や厚肉の丸形鋼管を能率良く得られる丸形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。
また請求項５記載の発明は、全体を簡素に構成し得る丸形鋼管の製造設備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記載の丸形鋼管の製造方法は、所定幅の鋼板を、加熱手段によって所定温度、またはその近辺にまで全体加熱し、次いで加熱鋼板を長さ方向に搬送しながら熱間成形部に通して、複数段のロール式成形手段により円弧板状体から丸形状鋼管へと順次、段階的に熱間成形し、この丸形状鋼管を外周から拘束しながら、その遊端を相対向させた状態で溶接結合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、加熱鋼板を長さ方向に搬送しながら複数段のロール式成形手段により熱間成形することで、鋼板から丸形状鋼管への成形を流れ作業的に行え、そして丸形状鋼管の遊端間を溶接結合することで丸形鋼管を製造し得る。

また本発明の請求項２記載の丸形鋼管の製造方法は、上記した請求項１記載の構成において、各段のロール式成形手段は、ロール群により拘束しながら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２の発明によると、各段のロール式成形手段における熱間成形を、安定して精度よく行える。
そして本発明の請求項３記載の丸形鋼管の製造方法は、上記した請求項１または２記載の構成において、鋼板の長さが、梁材連結部に対応する長さであ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、梁材連結部用の丸形鋼管を能率良く製造し得る。
さらに本発明の請求項４記載の丸形鋼管の製造方法は、上記した請求項１または２記載の構成において、鋼板の長さが、鋼管柱に対応する長さであることを特徴としたものである。

したがって請求項４の発明によると、丸形鋼管からなる鋼管柱を能率良く製造し得る。
しかも本発明の請求項５記載の丸形鋼管の製造設備は、鋼板を所定温度、またはその近辺にまで全体加熱する加熱手段と、加熱鋼板を長さ方向に搬送しながら段階的に熱間成形して、最終的に丸形状鋼管とする複数段のロール式成形手段からなる熱間成形部と、この丸形状鋼管を外周から拘束しながら、その遊端を相対向させた状態で溶接結合する溶接手段とからなることを特徴としたものである。

したがって請求項５の発明によると、請求項１〜請求項４の製造方法を実現し得る製造設備を、全体を簡素に構成して提供し得る。

上記した本発明の請求項１によると、加熱鋼板を長さ方向に搬送しながら複数段のロール式成形手段により熱間成形することで、鋼板から丸形状鋼管への成形を流れ作業的に行うことができ、そして丸形状鋼管の遊端間を溶接結合することで、薄肉や厚肉の丸形鋼管を能率良く安価に製造することができる。

また上記した本発明の請求項２によると、各段のロール式成形手段における熱間成形を、安定して精度よく行うことができる。
そして上記した本発明の請求項３によると、梁材連結部用の丸形鋼管を能率良く安価に製造することができる。

さらに上記した本発明の請求項４によると、丸形鋼管からなる鋼管柱を能率良く安価に製造することができる。
しかも上記した本発明の請求項５によると、請求項１〜請求項４の製造方法を実現できる製造設備を、全体を簡素に構成して提供できる。

［実施の形態］
以下に、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１に示すように、所定幅Ｗでかつ梁材連結部（パネルゾーン）を形成する所定長さＬの鋼板１が準備される。ここで鋼板１の板厚Ｔは９〜５０ｍｍであり、また所定幅Ｗは、外径が１８０〜６００ｍｍの梁材連結部用の丸形鋼管を得るに相当する長さに設定されている。

図２に示すように、前記鋼板１を長さ方向に搬送する搬送経路１０中には、上手から下手へと順に、トリミング開先加工機１５と、加熱熱手段１６と、熱間成形部２０と、ブラッシング部４６と、溶接手段５０とが設けられている。そして熱間成形部２０には、５段（複数段）のロール式成形手段２１，２６，３１，３６，４１が配設されている。

前記鋼板１を搬送経路１０上で搬送しながら、すなわち図３（ａ）に示すように、ローラコンベア１１により支持しかつ左右の幅決めロール１２群により幅決めをして搬送経路１０上で搬送しながら、まずトリミング開先加工機１５に通して、幅方向における両側縁に開先２を加工する。次いで鋼板１を、たとえば加熱炉に入れての燃焼加熱方式からなる加熱手段１６に通して、所定温度の一例であるＡ_３変態点（たとえば８５０〜１０５０℃）の近辺（前後）にまで全体加熱する。そして加熱鋼板１Ａを長さ方向に搬送しながら熱間成形部２０に通し、圧延形式のロール式成形手段２１，２６，３１，３６，４１群により熱間成形する。

すなわち図３（ｂ）に示すように、最始段（１段目）のロール式成形手段２１においては、下位の外側ロール２２と上位の内側ロール２３とにより加熱鋼板１Ａを上下から挟持することで、ロール２２，２３群により拘束しながら熱間成形する。その際に、外側ロール２２が、端ほど大径の凹円弧状成形面２２ａに形成されるとともに、内側ロール２３が、端ほど小径の凸円弧状成形面２３ａに形成されていることで、加熱鋼板１Ａは幅方向において、中央部に対して両端側が上向きの円弧状に熱間成形される。

次いで２段目のロール式成形手段２６においては、図３（ｃ）に示すように、それぞれ左右方向で３列（複数列）の下位の外側ロール２７群と上位の内側ロール２８群とにより加熱鋼板１Ａを上下から挟持することで、ロール２７，２８群により拘束しながら熱間成形する。その際に、外側ロール２７群の凹円弧状成形面２７ａや内側ロール２８の凸円弧状成形面２８ａを、前述した最始段のロール式成形手段２１における凹円弧状成形面２２ａや凸円弧状成形面２３ａに対して、円弧状成形面の形状を変化させることで、深い円弧状となるように、すなわち、円弧板状体１Ｂに熱間成形される。

そして３段目のロール式成形手段３１においては、図４（ａ）に示すように、それぞれ左右方向で３列（複数列）の外側ロール３２群と内側ロール３３群とにより円弧板状体１Ｂを上下から挟持することで、ロール３２，３３群により拘束しながら熱間成形する。その際に、外側ロール３２群の凹円弧状成形面３２ａや内側ロール３３群の凸円弧状成形面３３ａを、前述した２段目のロール式成形手段２６における凹円弧状成形面２７ａや凸円弧状成形面２８ａに対して、円弧状成形面の形状を変化させることで、より深い円弧板状体１Ｂとなるように熱間成形される。

次いで４段目のロール式成形手段３６においては、図４（ｂ）に示すように、左右方向で３列（複数列）、すなわち下位と左右両側の外側ロール３７群により円弧板状体１Ｂを外側から当接することで、ロール３７群により拘束しながら熱間成形する。その際に、外側ロール３７群の凹円弧状成形面３７ａを、前述した３段目のロール式成形手段３１における凹円弧状成形面３２ａに対して、円弧状成形面の形状を変化させることで、円弧板状体１Ｂは丸形状となるように熱間成形される。

そして最終段（５段目）のロール式成形手段４１においては、図５（ａ）に示すように、４列（複数列）、すなわち上下と左右との外側ロール４２群により丸形状の円弧板状体１Ｂを外側から当接することで、ロール４２群により拘束しながら熱間成形する。その際に、外側ロール４２群の凹円弧状成形面４２ａを、前述した４段目のロール式成形手段３６における凹円弧状成形面３７ａに対して、円弧状成形面の形状を変化させることで、丸形状の円弧板状体１Ｂは丸形状鋼管１Ｃとなるように熱間成形される。なお、上位の外側ロール４２における中央部分には大径円盤状の規制ロール部４２Ａが形成されており、この規制ロール部４２Ａの左右側面に両側縁部（エッジ）が当接して拘束されることで、丸形状鋼管１Ｃは真円に近づく状態に安定して精度よく熱間成形される。

このように、加熱されて熱間成形部２０に搬入された加熱鋼板１Ａは、ロール式成形手段２１，２６，３１，３６，４１群によって、円弧板状体１Ｂから丸形状鋼管１Ｃへと順次、段階的に熱間成形され、このとき熱間成形は、複数段のロール式成形手段２１，２６，３１，３６，４１によって徐々（段階的）に圧延状で行われる。すなわち、加熱鋼板１Ａを長さ方向に搬送しながら複数段のロール式成形手段２１，２６，３１，３６，４１により熱間成形することで、鋼板１から丸形状鋼管１Ｃへの成形を流れ作業的に行えることになる。

そして熱間成形された丸形状鋼管１Ｃを、図２に示すように、ブラッシング部４６に搬入し、その開先２に対して、図５（ｂ）に示すように、ブラッシングなどを行い、以てミルスケールの除去などを行う。すなわち、ブラッシング部４６では、上下と左右との４列（複数列）の外側ロール４７群により丸形状鋼管１Ｃを外側から当接することで、ロール４７群により拘束しながらブラッシングする。その際に、外側ロール４７群の凹円弧状成形面４７ａは、前述した最終段のロール式成形手段４１における凹円弧状成形面４２ａと同等状にされている。また、上位の外側ロール４７における中央部分にはブラシ４８が設けられており、このブラシ４８が丸形状鋼管１Ｃの開先２に摺接されることで、開先２に対するブラッシングが行われる。

このように、開先２に対してブラッシングを行った丸形状鋼管１Ｃを溶接手段５０に搬入し、この丸形状鋼管１Ｃを外周から拘束しながら、その開先（遊端）２を相対向させた状態で溶接結合を行う。この溶接手段５０は、上手の仮付け溶接部５１と下手の本溶接部５６とからなる。ここで仮付け溶接部５１や本溶接部５６では、図６（ａ）に示すように、下位と左右との３列（複数列）の外側ロール５２群により丸形状鋼管１Ｃを外周から拘束して、その開先（遊端）２を相当接させた状態で仮付け溶接や本溶接を行う。その際に、外側ロール５２群の凹円弧状成形面５２ａは、前述したブラッシング部４６における凹円弧状成形面４７ａと同等状にされている。

すなわち、仮付け溶接部５１では、外側ロール５２群により丸形状鋼管１Ｃを外周から拘束して、その開先（遊端）２を相当接させた状態で仮付け溶接４Ａする。次いで本溶接部５６では、外側ロール５２群により丸形状鋼管１Ｃを外周から拘束して溶接結合４する。このように、開先２を利用した溶接結合４を行うことで、図６（ｂ）に示すように、
長尺角形鋼管（後述する。）に対して同様な外径Φでかつ梁材連結部を形成する長さＬの丸形鋼管（最終製品）５を製造し得る。なお、溶接手段５０の箇所から取り出した丸形鋼管５は、必要に応じて、図示していない矯正装置、先端切断装置、後端切断装置、洗浄装置、防錆装置へと搬送され、それぞれで処理されたのち、製品としてストレージされる。

このようにして得られた梁材連結部用の丸形鋼管５は鉄骨構造物における鋼管柱の一部として使用される。すなわち図７、図８に示すように、鉄骨構造物６０は、鋼管柱６１と、この鋼管柱６１の梁材連結部（パネルゾーン）に連結した梁材６５などで構成される。そして鋼管柱６１は、長尺丸形鋼管（長尺の支柱）６２と梁材連結部用の丸形鋼管（コラム）５とによって構成され、以て鋼管柱６１は、その長さ方向において長尺丸形鋼管６２群と梁材連結部用の丸形鋼管５群とに切断（分断）されている。ここで長尺丸形鋼管６２は冷間成形されており、その板厚ｔは６〜２２ｍｍで、丸形鋼管５の板厚Ｔに対して薄く、つまりｔ＜Ｔとされている。そして長尺丸形鋼管６２の外径に対して、前述したように丸形鋼管５が同様な外径Φに熱間成形されている。

そして下部の長尺丸形鋼管６２の上端に、丸形鋼管５の下端が突き合せ溶接６３されるとともに、丸形鋼管５の上端に、上部の長尺丸形鋼管６２の下端が突き合せ溶接６３される。なお、突き合せ溶接６３を行う際に、長尺丸形鋼管６２の内面側に裏当て材６４が介在される。このようにして形成された鋼管柱６１に対する梁材（主にＨ形鋼材）６５の連結は、この梁材６５の遊端を梁材連結部用の丸形鋼管５に溶接６６することで行われ、この溶接６６を行う際にも裏当て材６７が介在される。

このように構成された鉄骨構造物６０は、鋼管柱６１の一部、すなわち梁材連結部用の丸形鋼管５に、残留応力の除去と靭性の回復とを図り、捩れ、曲がり、変形が殆ど生じない均質の熱間成形鋼管を採用し得るとともに、この熱間成形鋼管は能率よく安価に得られ、以て鉄骨構造物６０を大幅なコストダウンで構成し得ることになる。なお、梁材連結部用の丸形鋼管５として熱間成形鋼管を使用し、長尺丸形鋼管６２として冷間成形鋼管を使用しているが、この長尺丸形鋼管６２としては、熱処理鋼管や熱間成形鋼管を使用してもよい。

上記した実施の形態では、熱間成形前における加熱手段１６に通しての全体加熱を、所定温度の一例であるＡ_３変態点（たとえば８５０〜１０５０℃）の近辺（前後）としているが、加熱手段１６による加熱温度は任意に設定されるものである。

上記した実施の形態では、熱間成形部２０に５段（複数段）のロール式成形手段２１，２６，３１，３６，４１が配設された形式が示されているが、ロール式成形手段の段数は任意に設定されるものである。また各段のロール式成形手段におけるロール群の配置、ロールの数、ロール形状などは任意に決定されるものである。

上記した実施の形態では、鋼板１を搬送経路１０上で搬送しながら、トリミング開先加工機１５に通して開先２を加工しているが、これは開先を加工しない形式であってもよい。

上記した実施の形態では、梁材連結部（パネルゾーン）を形成する長さＬの鋼板１を使用して梁材連結部用の丸形鋼管５を製造しているが、これは長尺の鋼板を使用して長尺の丸形鋼管を製造したのち、この長尺の丸形鋼管を、梁材連結部を形成する長さＬに切断して梁材連結部用の丸形鋼管５を得るようにしてもよい。また鋼管柱に対応する長さの丸形鋼管を製造し、この丸形鋼管を鋼管柱に使用するようにしてもよい。

本発明の実施の形態１を示し、丸形鋼管の製造に使用される鋼板の斜視図である。同丸形鋼管の製造方法及び製造設備における工程を示す概略説明図である。同丸形鋼管の製造方法及び製造設備において、（ａ）は鋼板の搬送時の正面図、（ｂ）は最始段のロール式成形手段部分の正面図、（ｃ）は２段目のロール式成形手段部分の正面図である。同丸形鋼管の製造方法及び製造設備において、（ａ）は３段目のロール式成形手段部分の正面図、（ｂ）は４段目のロール式成形手段部分の正面図である。同丸形鋼管の製造方法及び製造設備において、（ａ）は最終段のロール式成形手段部分の正面図、（ｂ）はブラッシング部分の正面図である。同丸形鋼管の製造方法及び製造設備において、（ａ）は溶接手段部分の正面図、（ｂ）は製造した丸形鋼管の正面図である。同製造した梁材連結部用の丸形鋼管を使用した鉄骨構造物の一部切り欠き斜視図である。同製造した梁材連結部用の丸形鋼管を使用した鉄骨構造物の要部の縦断正面図である。

符号の説明

１鋼板
１Ａ加熱鋼板
１Ｂ円弧板状体
１Ｃ丸形状鋼管
２開先
４溶接結合
５梁材連結部用の丸形鋼管
１０搬送経路
１５トリミング開先加工機
１６加熱手段
２０熱間成形部
２１最始段（１段目）のロール式成形手段
２２外側ロール
２３内側ロール
２６２段目のロール式成形手段
２７外側ロール
２８内側ロール
３１３段目のロール式成形手段
３２外側ロール
３３内側ロール
３６４段目のロール式成形手段
３７外側ロール
４１最終段（５段目）のロール式成形手段
４２外側ロール
４２Ａ規制ロール部
４６ブラッシング部
４７外側ロール
４８ブラシ
５０溶接手段
５１仮付け溶接部
５２外側ロール
５６本溶接部
６０鉄骨構造物
６１鋼管柱
６２長尺丸形鋼管
６５梁材
Ｗ鋼板１の所定幅
Ｌ梁材連結部に対応する長さ
Ｔ鋼板１及び丸形鋼管５の板厚
ｔ長尺丸形鋼管６２の板厚
Φ 外径

Claims

所定幅の鋼板を、加熱手段によって所定温度、またはその近辺にまで全体加熱し、次いで加熱鋼板を長さ方向に搬送しながら熱間成形部に通して、複数段のロール式成形手段により円弧板状体から丸形状鋼管へと順次、段階的に熱間成形し、この丸形状鋼管を外周から拘束しながら、その遊端を相対向させた状態で溶接結合することを特徴とする丸形鋼管の製造方法。
各段のロール式成形手段は、ロール群により拘束しながら熱間成形することを特徴とする請求項１記載の丸形鋼管の製造方法。
鋼板の長さが、梁材連結部に対応する長さであることを特徴とする請求項１または２記載の丸形鋼管の製造方法。
鋼板の長さが、鋼管柱に対応する長さであることを特徴とする請求項１または２記載の丸形鋼管の製造方法。
鋼板を所定温度、またはその近辺にまで全体加熱する加熱手段と、加熱鋼板を長さ方向に搬送しながら段階的に熱間成形して、最終的に丸形状鋼管とする複数段のロール式成形手段からなる熱間成形部と、この丸形状鋼管を外周から拘束しながら、その遊端を相対向させた状態で溶接結合する溶接手段とからなることを特徴とする丸形鋼管の製造設備。