(57)【要約】【課題】主として、中径で中厚肉の梁材連結部用の角形鋼管を能率良く得られる梁材連結部用角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によって所定温度の近辺にまで全体加熱する。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２１，２４，２８，３２により熱間成形して、幅方向の中央部に長尺平板部３Ａが位置し、長尺平板部３Ａの両端にコーナ部３Ｂを介して短尺平板部３Ｃが直角状に位置する半割角形鋼管３とする。１対の半割角形鋼管３を、短尺平板部３Ｃの遊端を相対向させた状態で溶接結合４して梁材連結部用角形鋼管５とした。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、鋼板から半割角形鋼管への成形を流れ作業的に行うことができ、梁材連結部用角形鋼管を能率良く安価に製造できる。【選択図】図２
2006315015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定幅の鋼板を、加熱手段によって所定温度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複数段のロール式成形手段により熱間成形して、幅方向の中央部に長尺平板部が位置し、かつ長尺平板部の両端にコーナ部を介して短尺平板部が直角状に位置する半割角形鋼管とし、１対の半割角形鋼管を、その短尺平板部の遊端を相対向させた状態で溶接結合して梁材連結部用角形鋼管としたことを特徴とする梁材連結部用角形鋼管の製造方法。
【請求項２】
最終段のロール式成形手段は、長尺平板部を当てロールと受けロールとにより上下から挟持し、短尺平板部の遊端に押しロールを上方から当接させて押し下げ力を作用させ、両短尺平板部の外面に規制ロールを当接させた状態で熱間成形することを特徴とする請求項１記載の梁材連結部用角形鋼管の製造方法。
【請求項３】
鋼板の板厚が１６〜３５ｍｍであり、梁材連結部用角形鋼管の外寸が１８０〜３５０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載の梁材連結部用角形鋼管の製造方法。
【請求項４】
所定幅の鋼板を所定温度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、最終的に幅方向の中央部に長尺平板部が位置し、かつ長尺平板部の両端にコーナ部を介して短尺平板部が直角状に位置した半割角形鋼管とする複数段のロール式成形手段と、１対の半割角形鋼管を、その短尺平板部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梁材連結部用角形鋼管の製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば鉄骨構造物の鋼管柱（支柱）における梁材連結部（パネルゾーン）に使用される梁材連結部用角形鋼管の製造方法及びその製造設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の角形鋼管を得るに、次のような構成が提供されている。すなわち、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、梁材連結部を形成する長さの半成形短尺角形鋼管（原鋼管）を構成し、この半成形短尺角形鋼管を加熱手段（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する。これにより、長尺角形鋼管に対して、同様な外寸で、かつコーナが同様な曲率半径の短尺角形鋼管を得ている（たとえば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−３０３６６１号公報（第３−４頁、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記した従来構成によると、たとえば外寸が６００ｍｍ、板厚が５０ｍｍの大径で厚肉の短尺角形鋼管を得るに好適であるが、プレス成形装置と成形ロール装置とが必要であることから、設備が大掛かりになるとともに、プレス成形装置におけるプレス成形時間によって全体の成形時間が長くなり、以て製造能率が悪いものとなる。
【０００４】
そこで本発明の請求項１記載の発明は、主として、中径で中厚肉の梁材連結部用の角形鋼管を能率良く得られる梁材連結部用角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。
【０００５】
また請求項４記載の発明は、全体を簡素に構成し得る梁材連結部用角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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の梁材連結部用角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複数段のロール式成形手段により熱間成形して、幅方向の中央部に長尺平板部が位置し、かつ長尺平板部の両端にコーナ部を介して短尺平板部が直角状に位置する半割角形鋼管とし、１対の半割角形鋼管を、その短尺平板部の遊端を相対向させた状態で溶接結合して梁材連結部用角形鋼管としたことを特徴としたものである。
【０００７】
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、鋼板から半割角形鋼管への成形を流れ作業的に行えることになる。
【０００８】
また本発明の請求項２記載の梁材連結部用角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、最終段のロール式成形手段は、長尺平板部を当てロールと受けロールとにより上下から挟持し、短尺平板部の遊端に押しロールを上方から当接させて押し下げ力を作用させ、両短尺平板部の外面に規制ロールを当接させた状態で熱間成形することを特徴としたものである。
【０００９】
したがって請求項２の発明によると、当てロールと受けロールとにより長尺平板部を上下から挟持した状態で、規制ロールにより外面を規制した短尺平板部に対して、押しロールにより押し下げ力を作用させることによって、半割角形鋼管の熱間成形を安定して行える。
【００１０】
そして本発明の請求項３記載の梁材連結部用角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、鋼板の板厚が１６〜３５ｍｍであり、梁材連結部用角形鋼管の外寸が１８０〜３５０ｍｍであることを特徴としたものである。
【００１１】
したがって請求項３の発明によると、中径で中厚肉の梁材連結部用角形鋼管を能率良く製造し得る。
さらに本発明の請求項４記載の梁材連結部用角形鋼管の製造設備は、所定幅の鋼板を所定温度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、最終的に幅方向の中央部に長尺平板部が位置し、かつ長尺平板部の両端にコーナ部を介して短尺平板部が直角状に位置した半割角形鋼管とする複数段のロール式成形手段と、１対の半割角形鋼管を、その短尺平板部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。
【００１２】
したがって請求項４の発明によると、請求項１〜請求項３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。
【発明の効果】
【００１３】
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、鋼板から半割角形鋼管への成形を流れ作業的に行うことができ、梁材連結部用角形鋼管を能率良く安価に製造することができる。
【００１４】
また上記した本発明の請求項２によると、当てロールと受けロールとにより長尺平板部を上下から挟持した状態で、規制ロールにより外面を規制した短尺平板部に対して、押しロールにより押し下げ力を作用させることによって、半割角形鋼管の熱間成形を安定して精度よく行うことができる。
【００１５】
そして上記した本発明の請求項３によると、中径で中厚肉の梁材連結部用角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、請求項１〜請求項３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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［実施の形態１］
以下に、本発明の実施の形態１を、図１〜図６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）を形成する長さＬの鋼板１が準備される。ここで鋼板１の板厚Ｔは１６〜３５ｍｍの中厚肉であり、また所定幅Ｗは、外寸が１８０〜３５０ｍｍの中径の梁材連結部用角形鋼管を得るに相当する長さに設定されている。
【００１７】
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、放冷部３８と、溶接手段３９とが設けられている。そして熱間成形部２０には、４段（複数段）のロール式成形手段２１，２４，２８，３２が配設されている。
【００１８】
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の（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Ａ３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、ロール式成形手段２１，２４，２８，３２群により熱間成形する。
【００１９】
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、下位の受けロール２２と上位の押しロール２３とにより加熱鋼板１Ａを上下から挟持して熱間成形する。その際に受けロール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、押しロール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。
【００２０】
次いで２段目のロール式成形手段２４においては、図３の（ｃ）に示すように、下位の受けロール２５と上位の押しロール２６とにより加熱鋼板１Ａの中央部を上下から挟持するとともに、左右一対の規制ロール２７により両側部を下側から受け止め規制して熱間成形する。その際に、受けロール２５の凹円弧状成形面２５ａや押しロール２６の凸円弧状成形面２６ａが、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熱間成形される。
【００２１】
そして３段目のロール式成形手段２８においては、図４の（ａ）に示すように、下位の受けロール２９と上位の押しロール３０とにより加熱鋼板１Ａの中央部を上下から挟持するとともに、左右一対の規制ロール３１により両側部を下側から受け止め規制して熱間成形する。その際に、受けロール２９の凹円弧状成形面２９ａや押しロール３０の凸円弧状成形面３０ａが、前述した２段目のロール式成形手段２４における凹円弧状成形面２５ａや凸円弧状成形面２６ａに対して、円弧状成形面の形状を変化させることで、これら凹円弧状成形面２９ａと凸円弧状成形面３０ａとによる挟持によって、加熱鋼板１ＡはＵ字状に熱間成形される。
【００２２】
そして図４（ｂ）に示すように、最終段（４段目）のロール式成形手段３２において、幅方向の中央部に長尺平板部３Ａが位置し、かつ長尺平板部３Ａの両端にコーナ部３Ｂを介して短尺平板部３Ｃが直角状に位置する半割角形鋼管３として熱間成形する。その際に最終段のロール式成形手段３２においては、下位の直状の受けロール３３と中間位の直状の当てロール３４とにより長尺平板部３Ａを上下から挟持するとともに、上位の左右一対で直状の押しロール３５を両短尺平板部３Ｃの遊端に上方から当接させて押し下げ力Ｐを作用させ、さらに両短尺平板部３Ｃの外面に上下方向向きで直状の規制ロール３６を当接させた状態で熱間成形している。すなわち、受けロール３３と当てロール３４とにより長尺平板部３Ａを上下から挟持した状態で、規制ロール３６により外面を規制した短尺平板部３Ｃに対して、押しロール３５により押し下げ力Ｐを作用させることで、半割角形鋼管３の熱間成形を安定して精度よく行える。
【００２３】
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２１，２４，２８，３２群によって折り曲げ状に熱間成形され、このとき熱間成形は、複数段のロール式成形手段２１，２４，２８，３２によって徐々（段階的）に曲げ状に行われる。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２１，２４，２８，３２により熱間成形することで、鋼板１から半割角形鋼管３への成形を流れ作業的に行えることになる。
【００２４】
このようにして熱間成形された半割角形鋼管３は、図２に示すように、放冷部（冷却床）３８に受け取られる。この放冷部３８は、たとえばローラコンベヤ形式であって、半割角形鋼管３を搬送しながら放冷し、以て常温状（大気温度、若しくは大気温度よりも少し高い温度）とする。これにより半割角形鋼管３は、同じ雰囲気温度下で徐冷されることになり、以て冷却時の曲がりを少なくし得る。なお搬送中に、半割角形鋼管３を空冷形式で徐冷してもよい。これにより常温状となった半割角形鋼管３の開先２に対して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。
【００２５】
そして常温状とした１対の半割角形鋼管３を、その短尺平板部３Ｃの遊端を相対向させた状態で溶接手段３９に搬入し、開先２を利用した溶接結合４を行うことで、図４（ｃ）に示すように、長尺角形鋼管（後述する。）に対して同様な外寸Ｓでかつコーナ部３Ｂが同様な曲率半径Ｒであり、さらに梁材連結部を形成する長さＬの梁材連結部用角形鋼管（最終製品）５を製造し得る。なお、溶接手段３９の箇所から取り出した梁材連結部用角形鋼管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。
【００２６】
このようにして得られた梁材連結部用角形鋼管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５、図６に示すように、鉄骨構造物４０は、鋼管柱４１と、この鋼管柱４１の梁材連結部（パネルゾーン）に連結した梁材４５などで構成される。そして鋼管柱４１は、長尺角形鋼管（長尺の支柱）４２と梁材連結部用角形鋼管（コラム）５とによって構成され、以て鋼管柱４１は、その長さ方向において長尺角形鋼管４２群と梁材連結部用角形鋼管５群とに切断（分断）されている。ここで長尺角形鋼管４２は冷間成形されており、その板厚ｔは６〜１２ｍｍで、梁材連結部用角形鋼管５の板厚Ｔに対して薄く、つまりｔ＜Ｔとされている。そして長尺角形鋼管４２の外寸やコーナ部の曲率半径に対して、前述したように梁材連結部用角形鋼管５が、同様な外寸Ｓでかつコーナ部３Ｂが同様な曲率半径Ｒに熱間成形されている。
【００２７】
そして下部の長尺角形鋼管４２の上端に、梁材連結部用角形鋼管５の下端が突き合せ溶接４３されるとともに、梁材連結部用角形鋼管５の上端に、上部の長尺角形鋼管４２の下端が突き合せ溶接４３される。なお、突き合せ溶接４３を行う際に、長尺角形鋼管４２の内面側に裏当て材４４が介在される。このようにして形成された鋼管柱４１に対する梁材（主にＨ形鋼材）４５の連結は、この梁材４５の遊端を梁材連結部用角形鋼管５に溶接４６することで行われ、この溶接４６を行う際にも裏当て材４７が介在される。
【００２８】
このように構成された鉄骨構造物４０は、鋼管柱４１の一部、すなわち梁材連結部用角形鋼管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４０を大幅なコストダウンで構成し得ることになる。なお、梁材連結部用角形鋼管５として熱間成形鋼管を使用し、長尺角形鋼管４２として冷間成形鋼管を使用しているが、この長尺角形鋼管４２としては、熱処理鋼管や熱間成形鋼管を使用してもよい。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２を、図７に基づいて説明する。
【００２９】
すなわち図７（ａ）に示すように、最始段（１段目）のロール式成形手段５１においては、下位の受けロール５２と上位の押しロール５３とにより加熱鋼板１Ａを上下から挟持して熱間成形する。その際に受けロール５２の両端が、端ほど大径に傾斜した拡径成形面５２ａに形成されるとともに、押しロール５３の両端が、端ほど小径に傾斜した縮径成形面５３ａに形成されていることで、加熱鋼板１Ａは幅方向において、中央部に対して両側部が小さい角度で上向き傾斜状となるように熱間成形される。
【００３０】
次いで２段目のロール式成形手段においては、前述した最始段のロール式成形手段５１と同様（拡径成形面と縮径成形面の傾斜角度が異なる。）のロール群によって、中央部に対して両側部が、最始段のロール式成形手段５１における角度よりも少し大きい角度（鋭角状）で上向き傾斜状となるように熱間成形される。すなわち、最始段のロール式成形手段５１による小さい角度と、後述する３段目のロール式成形手段５４による大きい角度との中間の角度となるように熱間成形される。
【００３１】
そして図７（ｂ）に示すように、３段目のロール式成形手段５４においては、下位の受けロール５５と上位の押しロール５６とにより加熱鋼板１Ａを上下から挟持するとともに、左右一対の規制ロール５７により両側部を外側から受け止め規制して熱間成形する。その際に受けロール５５の両端が、端ほど大径の凹円弧状成形面５５ａに形成されるとともに、押しロール５６の両端が、端ほど小径の凸円弧状成形面５６ａに形成されていることで、加熱鋼板１Ａは幅方向において、中央部に対して両側部が大きい角度で上向き傾斜状となりかつ中央部と両側部との境界部がＲ状コーナ部となるように熱間成形される。
【００３２】
その後に、図４（ｂ）に示されるところの、前述した実施の形態１の最終段（４段目）のロール式成形手段３２において、幅方向の中央部に長尺平板部３Ａが位置し、かつ長尺平板部３Ａの両端にコーナ部３Ｂを介して短尺平板部３Ｃが直角状に位置する半割角形鋼管３として熱間成形される。
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３を、図８に基づいて説明する。
【００３３】
すなわち、最終段（５段目）のロール式成形手段６０であって、長尺平板部３Ａの外面に下方から当接させる下位の直状の受けロール６１は長尺に構成され、この受けロール６１とにより長尺平板部３Ａを上下から挟持する当てロール６２は上下動Ｘ自在に構成され、両短尺平板部３Ｃの遊端に上方から当接させて押し下げ力Ｐを作用させる左右一対の押しロール６３は上下動Ｘ自在にかつ左右動Ｙ自在に構成され、両短尺平板部３Ｃの外面に当接させる規制ロール６４は左右動Ｙ自在に構成されている。
【００３４】
この実施の形態３によると、当てロール６２を上下動Ｘさせ、押しロール６３を上下動Ｘさせるとともに左右動Ｙさせ、規制ロール６４を左右動Ｙさせて位置調整することで、最終段のロール式成形手段６０を、板厚Ｔや外寸Ｓの異なる複数種の半割角形鋼管３の熱間成形に兼用し得、各種の半割角形鋼管３の熱間成形を安定して精度よく行える。
【００３５】
上記した実施の形態１では、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Ａ３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。
【００３６】
上記した実施の形態１〜３では、熱間成形部２０に、４段（複数段）のロール式成形手段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。
【００３７】
上記した実施の形態１〜３では、鋼板１の板厚Ｔが１６〜３５ｍｍ、梁材連結部用角形鋼管５の外寸Ｓが１８０〜３５０ｍｍとされているが、これは板厚Ｔが１６〜７０ｍｍ、外寸Ｓが１８０〜５００ｍｍの場合も同様に製造し得るものである。
【００３８】
上記した実施の形態１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角形鋼管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角形鋼管を製造したのち、この長尺の角形鋼管を、梁材連結部を形成する長さＬに切断して梁材連結部用角形鋼管５を得るようにしてもよい。
【００３９】
上記した実施の形態１では、前記鋼板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２を加工しない形式であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１を示し、梁材連結部用角形鋼管の製造に使用される鋼板の斜視図である。
【図２】同梁材連結部用角形鋼管の製造方法及びその製造設備における工程を示す概略説明図である。
【図３】同梁材連結部用角形鋼管の製造方法及びその製造設備において、（ａ）は鋼板の正面図、（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。
【図４】同梁材連結部用角形鋼管の製造方法及びその製造設備において、（ａ）は２段目のロール式成形手段部分の正面図、（ｂ）は最終段のロール式成形手段部分の正面図、（ｃ）は梁材連結部用角形鋼管の正面図である。
【図５】同製造した梁材連結部用角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。
【図６】同製造した梁材連結部用角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。
【図７】本発明の実施の形態２を示し、梁材連結部用角形鋼管の製造方法及びその製造設備において、（ａ）は最始段のロール式成形手段部分の正面図、（ｂ）は３段目のロール式成形手段部分の正面図である。
【図８】本発明の実施の形態３を示し、梁材連結部用角形鋼管の製造方法及びその製造設備における最終段のロール式成形手段部分の正面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１      鋼板
１Ａ    加熱鋼板
３      半割角形鋼管
３Ａ    長尺平板部
３Ｂ    コーナ部
３Ｃ    短尺平板部
４      溶接結合
５      梁材連結部用角形鋼管
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    最始段のロール式成形手段
２２    受けロール
２３    押しロール
２４    ２段目のロール式成形手段
２５    受けロール
２６    押しロール
２７    規制ロール
２８    ３段目のロール式成形手段
２９    受けロール
３０    押しロール
３１    規制ロール
３２    最終段のロール式成形手段
３３    受けロール
３４    当てロール
３５    押しロール
３６    規制ロール
３８    放冷部
３９    溶接手段
４０    鉄骨構造物
４１    鋼管柱
４２    長尺角形鋼管
４５    梁材
５１    最始段のロール式成形手段
５２    受けロール
５３    押しロール
５４    ３段目のロール式成形手段
５５    受けロール
５６    押しロール
５７    規制ロール
６０    最終段のロール式成形手段
６１    受けロール
６２    当てロール
６３    押しロール
６４    規制ロール
Ｗ      所定幅
Ｌ      梁材連結部を形成する長さ
Ｔ      鋼板１及び梁材連結部用角形鋼管５の板厚
Ｐ      押し下げ力
Ｓ      外寸
Ｒ      コーナ部３Ｂの曲率半径
【図１】
2006315015.tif 000003
【図２】
2006315015.tif 000004
【図３】
2006315015.tif 000005
【図４】
2006315015.tif 000006
【図５】
2006315015.tif 000007
【図６】
2006315015.tif 000008
【図７】
2006315015.tif 000009
【図８】
2006315015.tif 000010