(57)【要約】【課題】熱間成形による効果を保ちながらも、耐力と靭性とを向上した角形鋼管を提供する。【解決手段】化学成分としてバナジウムＶを添加している鋼板１を折り曲げ加工したのち溶接して半成形角形鋼管５とし、半成形角形鋼管５をＡ３変態点の近辺に加熱して熱間成形したのち、冷却して得た。加熱した半成形角形鋼管を正規の寸法かつ形状に仕上がるように熱間成形でき、角形鋼管は、各コーナ部の形状、すなわち外周半径を均等状にかつシャープに形成できる。熱間成形によって角形鋼管は、残留応力が殆どなくて高い座屈強度を得、二次溶接性に優れたものにできる。バナジウムを添加している鋼板を使用したことで、耐力と靭性とを向上した角形鋼管にできる。建築に応じて充分な設計基準強度を得たものでありながら、その板厚が薄いもの、サイズの小さいものなどを採用でき、軽量化と、コストダウンとを図ることができる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分としてバナジウムを添加している鋼板を折り曲げ加工したのち溶接して半成形角形鋼管とし、この半成形角形鋼管をＡ３変態点の近辺に加熱して熱間成形したのち、冷却して得たことを特徴とする角形鋼管。
【請求項２】
化学成分としてバナジウムを添加して得た鋼板を折り曲げ加工したのち溶接して半成形角形鋼管とし、この半成形角形鋼管を加熱手段によってＡ３変態点の近辺に加熱したのち、成形手段によって熱間成形し、そして冷却することで角形鋼管を得ることを特徴とする角形鋼管の製造方法。
【請求項３】
重量％で０．０１〜０．１０％のバナジウムを添加することを特徴とする請求項２記載の角形鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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角形鋼管（正方体形状、直方体形状、五角形や六角形などの多角形状）、および角形鋼管を得るのに採用される角形鋼管の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の角形鋼管の製造方法としては、プレス成形機により平板素材（鋼板）の複数箇所をプレス成形し、シーム溶接を行うことで多角中空鋼管を形成する。そして多角中空鋼管を加熱炉内に搬入し、この加熱炉内での搬送中に高温加熱したのち、角形鋼管成形機に搬入して熱間成形を行っている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また鋼板としては、重量％で０．０１〜０．１０％のバナジウムを含有している鋼を熱間圧延して得、この鋼板を冷間で曲げ加工したのち、継ぎ目部を溶接して鋼管とし、この鋼管を再加熱し冷却することで焼鈍しを行っている（たとえば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−９９３２４号公報（第３頁、第１−４図）
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−１５０２４７号公報（第１頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１の角形鋼管によると、加熱した半成形角形鋼管を成形手段によって、正規の寸法かつ形状とした角形鋼管（最終製品）に仕上がるように熱間成形できる。その際に半成形角形鋼管は、全体がＡ３変態点の近辺に加熱されていることから、角形鋼管は、各コーナ部の形状、すなわち外周半径を均等状にかつシャープに形成できる。さらに熱間成形によって角形鋼管は、残留応力が殆どなくて高い座屈強度が得られるとともに、二次溶接性に優れ、かつ充分な靭性を有するものにできる、などの効果を期待できる。
【０００７】
ここで平板素材（鋼板）としては、通常、鉄（Ｆｅ）に複数の化学成分が、以下の重量％で添加されることで形成されている。すなわち、カーボン（Ｃ）が０．２０％以下、シリコン（Ｓｉ）が０．５５％以下、マンガン（Ｍｎ）が０．６０〜１．６０％、リン（Ｐ）が０．０３％以下、サルファ（Ｓ）が０．１５％以下として添加され、残りのほぼ全てが鉄（Ｆｅ）として形成されている。
【０００８】
しかし、このような平板素材を熱間成形して得た角形鋼管は、後述する機械的性質の比較からも明らかなように、その降伏点または耐力は２３５〜３５５（Ｎ／ｍｍ２）であり、したがって、建築に応じて充分な設計基準強度（Ｆ値）を得るためには、その板厚が厚いもの、サイズの大きいものなどを採用しなければならず、重量が大に、かつ高価となる。
【０００９】
また、特許文献２の鋼管によると、熱間成形を行わないことから、上述した熱間成形による効果は期待できない。
そこで本発明のうち請求項１記載の発明は、熱間成形による効果を保ちながらも、耐力と靭性とを向上し得る角形鋼管を提供することを目的としたものである。
【００１０】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の角形鋼管を容易に製造し得る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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の角形鋼管は、化学成分としてバナジウムを添加している鋼板を折り曲げ加工したのち溶接して半成形角形鋼管とし、この半成形角形鋼管をＡ３変態点の近辺に加熱して熱間成形したのち、冷却して得たことを特徴としたものである。
【００１２】
したがって請求項１の発明によると、加熱した半成形角形鋼管を正規の寸法かつ形状に仕上がるように熱間成形し得、その際に、半成形角形鋼管の全体をＡ３変態点の近辺に加熱していることから、角形鋼管は、各コーナ部の形状、すなわち外周半径を均等状にかつシャープに形成し得る。さらに熱間成形によって角形鋼管は、残留応力が殆どなくて高い座屈強度が得られるとともに、二次溶接性に優れたものとなる。しかも、化学成分としてバナジウムを添加している鋼板を使用したことで、耐力と靭性とを向上した角形鋼管とし得る。
【００１３】
また本発明の請求項２記載の角形鋼管の製造方法は、化学成分としてバナジウムを添加して得た鋼板を折り曲げ加工したのち溶接して半成形角形鋼管とし、この半成形角形鋼管を加熱手段によってＡ３変態点の近辺に加熱したのち、成形手段によって熱間成形し、そして冷却することで角形鋼管を得ることを特徴としたものである。
【００１４】
したがって請求項２の発明によると、加熱手段によってＡ３変態点の近辺に加熱した半成形角形鋼管を、成形手段によって正規の寸法かつ形状に仕上がるように熱間成形し得る。
【００１５】
そして本発明の請求項３記載の角形鋼管の製造方法は、上記した請求項２記載の構成において、重量％で０．０１〜０．１０％のバナジウムを添加することを特徴としたものである。
【００１６】
したがって請求項３の発明によると、バナジウムを最も好適に添加し得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。ここで、使用される鋼板１は、鉄（Ｆｅ）に複数の化学成分が、以下の重量％で添加されることで形成されている。すなわち、カーボン（Ｃ）が０．２０％以下、シリコン（Ｓｉ）が０．５５％以下、マンガン（Ｍｎ）が０．６０〜１．６０％、バナジウム（Ｖ）が０．０１〜０．１０％、リン（Ｐ）が０．０３％以下、サルファ（Ｓ）が０．１５％以下として添加され、残りのほぼ全てが鉄（Ｆｅ）として形成されている。
【００１８】
次に、上記した成分からなる鋼板１を採用して、大径、厚肉でかつ正方体形状の角形鋼管を得る実施の形態を、図１〜図５に基づいて説明する。
図１に示すように、所定長さの鋼板１を長さ方向１Ａに搬送し、トリミング開先加工機１０に通して幅方向１Ｂにおける両側縁に開先２を加工する。次いで、鋼板１を前段成形プレス１１に入れて、下金型１２に対する上金型１３の昇降動により、側縁寄りの二箇所に直角状（９０度またはほぼ９０度）のコーナ部３，３を折り曲げ成形する。その後、後段成形プレス１４に入れて、下金型１５に対する上金型１６の昇降動により、中間の二箇所に鈍角（約１０５度）のコーナ部４，４を折り曲げ成形する。
【００１９】
そして図２に示すように、仮付け溶接機１７の部分で、四辺をロール１８群（またはシリンダー）により外側から加圧することで、鈍角のコーナ部４，４を直角状のコーナ部６に成形しながら開先２どうしを突き合わせして、半成形角形鋼管５としながら、突き合わせ部に対して仮付け溶接７ａを施工する。次いで、半成形角形鋼管５を内面溶接機１９に移して内面溶接７ｂを施工する。さらに、半成形角形鋼管５を外面溶接機２０に移して外面溶接７ｃを施工し、以て一辺に突き合わせ溶接部（シーム溶接部）７を有し、かつ各コーナ部６が直角状の大径で厚肉の半成形角形鋼管５を造管し得る。
【００２０】
ここで半成形角形鋼管５は、後述する角形鋼管（最終製品）よりも寸法や形状を大きくして造管している。すなわち、対向された辺の外面間の寸法ＬＬや各コーナ部６の外周半径ＬＲを大きくして造管されている（図４参照）。
【００２１】
この半成形角形鋼管５は、図３〜図５に示すように、搬入床２３に渡されて搬送される。この搬入床２３の終端部に搬送された半成形角形鋼管５は、ローラコンベヤ（搬送手段の一例。）２４に渡され、このローラコンベヤ２４により形成される搬送経路２５上で搬送される。
【００２２】
この搬送経路２５中には、前記半成形角形鋼管５をＡ３変態点（たとえば８５０〜１０５０℃）の近辺（前後）にまで全体加熱する加熱手段３１と、加熱された半成形角形鋼管５を正規の寸法かつ形状に熱間成形する成形手段４１とが配設されている。
【００２３】
すなわち加熱手段３１は、半成形角形鋼管５を加熱炉３２に入れての燃焼加熱方式であって、その加熱炉３２における前後方向の両端には、貫通孔により搬入口や搬出口が形成され、そして搬入口や搬出口には、それぞれ開閉扉３３が設けられている。前記加熱炉３２の一側下部でかつローラコンベヤ２４のローラ間の中間位置に下部加熱バーナー３４が配設され、そして、加熱炉３２の他側上部でかつ前記下部加熱バーナー３４に対して千鳥状に対峙する位置には、上部加熱バーナー３５が配設されている。以上の３２〜３５などにより、前記半成形角形鋼管５をＡ３変態点の近辺にまで全体加熱する加熱手段３１の一例が構成される。
【００２４】
前述したように、搬入床２３の終端部に搬送された半成形角形鋼管５は、ローラコンベヤ２４に渡され、このローラコンベヤ２４により第１加熱手段３１の加熱炉３２に搬入される。この半成形角形鋼管５は、加熱炉３２内にて搬送経路２５上で搬送されながら、各バーナー３４，３５の燃焼熱によって徐々に均一的に加熱Ｈされ（図４参照）、そして８５０〜１０５０℃（Ａ３変態点の近辺）の高温を維持しながら、かつ周方向ならびに長さ方向において均一温度でかつ曲げなど生じることなく加熱Ｈされることになる。
【００２５】
このようにしてＡ３変態点の近辺の温度に加熱された半成形角形鋼管５を、開閉扉３３を開動させることで、搬出口を通して加熱炉３２から成形手段４１へと搬出し得る。そして半成形角形鋼管５の終端が完全に搬出されたときに、搬出口の開閉扉３３が閉動される。
【００２６】
上述したように、加熱手段３１によって加熱された半成形角形鋼管５は成形手段４１に搬送され、この成形手段４１によって正規の寸法かつ形状に熱間成形される。すなわち成形手段４１は、図３、図５に示すように、前後４段（単数段または複数段）に設けられている。そして各成形手段４１は、機枠４２側に対して位置調整自在に、または交換自在に設けられた上下一対ならびに左右一対の成形ロール４３などを介して、半成形角形鋼管５を絞り状に熱間成形させるものである。
【００２７】
なお、成形手段４１の周辺で、必要する箇所（成形手段４１の前後、前のみ、後ろのみ、スタンド間など）には、必要とする数のデスケーラー装置４５が設けられている。このデスケーラー装置４５は、半成形角形鋼管５に対して水圧をかけた水を噴射するもので、この水噴射によりミルスケールなどを除去し、表面肌を良くし得る。
【００２８】
したがって、加熱されて成形手段４１に搬入された半成形角形鋼管５は、成形ロール４３群によって絞り状に熱間成形され、このとき熱間成形は、複数段の成形手段４１によって徐々（段階的）に絞り状に行われる。これにより半成形角形鋼管５は、正規の外面間の寸法Ｌでかつ正規の外周半径Ｒのコーナ部９とした角形鋼管（最終製品）８に仕上がるように熱間成形される。
【００２９】
このようにして熱間成形された角形鋼管８は、冷却床４８に受け取られる。この冷却床４８はコンベヤ形式であって複数本の角形鋼管８を平行させて支持し、そして長さ方向に対して横方向へと搬送させる。この冷却床４８での搬送中に、角形鋼管８は空冷形式で徐冷される。冷却床４８での角形鋼管８群の搬送は、隣接した角形鋼管８の間を離した状態で、または隣接した角形鋼管８どうしを接触させ両側よりクランプした状態で搬送される。これにより角形鋼管８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。冷却床４８の終端に達した角形鋼管８は、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。
【００３０】
このようにして得られる角形鋼管（最終製品）８は、加熱した半成形角形鋼管５を成形手段４１によって、正規の寸法かつ形状に仕上がるように熱間成形し得る。その際に、半成形角形鋼管５の全体を８５０〜１０５０℃（Ａ３変態点の近辺）に加熱していることから、角形鋼管８は、各コーナ部の形状、すなわち外周半径を均等状にかつシャープに形成し得る。さらに熱間成形によって角形鋼管８は、残留応力が殆どなくて高い座屈強度が得られるとともに、二次溶接性に優れたものとなる。
【００３１】
さらに角形鋼管８は、このような熱間成形による効果を保ちながらも、耐力と靭性とを向上し得る。なお以下において、従来品は、比較例品Ａ、比較例品Ｂと称し、本願発明に基づく例品は、比較例品Ａと同種のものを発明例品ＡＶ、比較例品Ｂと同種のものを発明例品ＢＶと称す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
【表２】
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すなわち表１は従来品の機械的性質を示すもので、その降伏点または耐力（ＹＰ）は、比較例品Ａは２３５〜３５５（Ｎ／ｍｍ２）、比較例品Ｂは３２５〜４４５（Ｎ／ｍｍ２）である。また、シャルピー吸収エネルギー（ＶＥＯ）は、比較例品Ａおよび比較例品Ｂは［板厚ｔ＞１２］において下限２７（Ｊ）である。
【００３４】
これに対して、化学成分としてバナジウム（Ｖ）を添加した鋼板１を折り曲げ加工したのち溶接して半成形角形鋼管５とし、この半成形角形鋼管５をＡ３変態点の近辺に加熱して熱間成形したのち、冷却して得た角形鋼管８、つまり発明例品によると、表２の機械的性質に示すように、引張強さ（ＴＳ）、降伏比（ＹＲ）、伸び（ＥＩ）は従来例品Ａ，Ｂと同等の高いスペックを保ったまま、設計基準強度（Ｆ値）やシャルピー吸収エネルギー（ＶＥＯ）を向上し得る。
【００３５】
すなわち降伏点または耐力は、発明例品ＡＶは２７５〜３９５（Ｎ／ｍｍ２）、発明例品ＢＶは３５５〜４７５（Ｎ／ｍｍ２）であり、その下限ならびに上限を上げており、以て引張強さ（ＴＳ）、降伏比（ＹＲ）、伸び（ＥＩ）は従来例品Ａ，Ｂと同等の高いスペックを保ったまま、設計基準強度（Ｆ値）を向上し得、以て耐力を向上し得る。
【００３６】
また発明例品ＡＶおよび発明例品ＢＶのシャルピー吸収エネルギー（ＶＥＯ）は［板厚ｔ＞１２］において下限１００（Ｊ）で、その下限を上げており、したがって、引張強さ（ＴＳ）、降伏比（ＹＲ）、伸び（ＥＩ）は従来例品Ａ，Ｂと同等の高いスペックを保ったまま、シャルピー吸収エネルギー（ＶＥＯ）を向上し得、以て靭性を向上し得る。
【００３７】
次に発明例品ＡＶ、ＢＶに対応する実験結果を説明する。
【００３８】
【表３】
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すなわち、表３の鋼種別化学成分値において、Ａ−１〜Ａ−４は発明例品ＡＶに対応するものであり、またＢ−１〜Ｂ−４は発明例品ＢＶに対応するものである。ここで、たとえばＡ−３は、辺の長さが６００ｍｍの四角かつ厚さが２５ｍｍであり、そしてカーボン（Ｃ）が０．１６％、シリコン（Ｓｉ）が０．２１％、マンガン（Ｍｎ）が０．６７％、バナジウム（Ｖ）が０．０３％、リン（Ｐ）が０．０１８％、サルファ（Ｓ）が０．０４％として添加され、残りのほぼ全てが鉄（Ｆｅ）として形成された鋼板１を示している。
【００３９】
そして機械的性質、すなわち上記鋼板１を折り曲げ加工したのち溶接して半成形角形鋼管５とし、この半成形角形鋼管５をＡ３変態点の近辺に加熱して熱間成形したのち、冷却して得た角形鋼管８の機械的性質が表４に示されている。
【００４０】
【表４】
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ここで降伏点又は耐力（ＹＰ）を見ると、Ａ−１は３１５（Ｎ／ｍｍ２）、Ａ−２は３０８（Ｎ／ｍｍ２）、Ａ−３は２８８（Ｎ／ｍｍ２）、Ａ−４は２９５（Ｎ／ｍｍ２）であり、いずれも２７５〜３９５（Ｎ／ｍｍ２）に納まっており、またＢ−１は３８４（Ｎ／ｍｍ２）、Ｂ−２は３６０（Ｎ／ｍｍ２）、Ｂ−３は４００（Ｎ／ｍｍ２）、Ｂ−４は３６６（Ｎ／ｍｍ２）であり、いずれも３５５〜４７５（Ｎ／ｍｍ２）に納まっている。
【００４１】
またシャルピー吸収エネルギー（ＶＥＯ）を見ると、Ａ−２は１８１（Ｊ）、Ａ−３は１３０（Ｊ）、Ａ−４は１４８（Ｊ）であり、いずれも１００（Ｊ）以上であり、またＢ−１は２２９（Ｊ）、Ｂ−２は２０５（Ｊ）、Ｂ−４は２６４（Ｊ）であり、いずれも１００（Ｊ）以上である。
【００４２】
次に、本発明の別の実施の形態を図６に基づいて説明する。
すなわち、上述した実施の形態では、一枚の鋼板１を使用し、一辺に突き合わせ溶接部７を有する大径で厚肉の角形鋼管（最終製品）８を製造しているが、これは図６の（ａ）に示すように、二枚の鋼板を使用し、二辺に突き合わせ溶接部７を有する大径で厚肉の角形鋼管８を製造してもよい。
【００４３】
また、上述した実施の形態では、正方体形状の角形鋼管８を製造しているが、これは直方体形状の角形鋼管８を製造してもよく、さらに図６の（ｂ）に示すような五角形形状の角形鋼管８や、図６の（ｃ）に示すような六角形形状の角形鋼管８など、各種の多角形状の角形鋼管８を製造してもよい。
【００４４】
このような別の実施の形態においても、上述した実施の形態と同様に、引張強さ（ＴＳ）、降伏比（ＹＲ）、伸び（ＥＩ）は従来例品Ａ，Ｂと同等の高いスペックを保ったまま、設計基準強度（Ｆ値）やシャルピー吸収エネルギー（ＶＥＯ）を向上し得るものである。
【００４５】
上記した実施の形態では、加熱手段３１として、半成形角形鋼管５を加熱炉３２に入れての燃焼加熱方式が採用されているが、この加熱手段としては、高周波誘導加熱方式などであってもよい。
【００４６】
上記した実施の形態で示すように、成形手段４１での熱間成形は、複数段で徐々に絞り成形するのが好ましいが、その段数は任意であり、場合によっては単数段でもよい。特に半成形角形鋼管５が薄肉の場合には、単数段、少数段での熱間成形が可能となる。
【００４７】
上記した実施の形態では、大径で厚肉の角形鋼管８を製造しているが、これは大径で薄肉の角形鋼管、小径で厚肉の角形鋼管、小径で薄肉の角形鋼管などの製造であってもよい。たとえば、正規の外面間の寸法Ｌが３００〜７００ｍｍ、厚さｔが９〜７０ｍｍの角形鋼管８を得るものであり、その際に半成形角形鋼管５におけるコーナ部６の大きい外周半径ＬＲは厚さｔの３．５〜７．０倍であり、これが角形鋼管８におけるコーナ部９の正規の外周半径Ｒが厚さｔの１．０〜３．０倍となるようにシャープに形成される。
【００４８】
上記した実施の形態では、前段成形プレス１１や後段成形プレス１４などプレス方式で鋼板１の成形を行っているが、これはロール方式で鋼板１の成形を行ってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
上記した本発明の請求項１によると、加熱した半成形角形鋼管を正規の寸法かつ形状に仕上がるように熱間成形でき、その際に、半成形角形鋼管の全体をＡ３変態点の近辺に加熱していることから、角形鋼管は、各コーナ部の形状、すなわち外周半径を均等状にかつシャープに形成できる。さらに熱間成形によって角形鋼管は、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、二次溶接性に優れたものにできる。しかも、化学成分としてバナジウムを添加している鋼板を使用したことで、耐力と靭性とを向上した角形鋼管にできる。したがって、建築に応じて充分な設計基準強度を得たものでありながら、その板厚が薄いもの、サイズの小さいものなどを採用でき、以て軽量化と、コストダウンとを図ることができる。
【００５０】
また上記した本発明の請求項２によると、加熱手段によってＡ３変態点の近辺に加熱した半成形角形鋼管を、成形手段によって正規の寸法かつ形状に仕上がるように熱間成形でき、以て請求項１記載の角形鋼管を容易に製造できる。
【００５１】
そして上記した本発明の請求項３によると、バナジウムを最も好適に添加できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示し、角形鋼管の製造方法における鋼板成形工程までの説明図である。
【図２】同角形鋼管の製造方法における半成形角形鋼管の造管工程までの説明図である。
【図３】同角形鋼管の製造方法における加熱から熱間成形を含む工程斜視図である。
【図４】同角形鋼管の製造方法における加熱手段部分の正面図である。
【図５】同角形鋼管の製造方法における熱間成形工程の正面図である。
【図６】本発明の別の実施の形態を示し、（ａ）は二枚の鋼板を使用した角形鋼管の正面図、（ｂ）は五角形形状の角形鋼管の正面図、（ｃ）は六角形形状の角形鋼管の正面図である。
【符号の説明】
１    鋼板
２    開先
５    半成形角形鋼管
７    突き合わせ溶接部（シーム溶接部）
８    角形鋼管（最終製品）
９    コーナ部
１０    トリミング開先加工機
１１    前段成形プレス
１４    後段成形プレス
１７    仮付け溶接機
１９    内面溶接機
２０    外面溶接機
２３    搬入床
２４    ローラコンベヤ（搬送手段）
２５    搬送経路
３１    加熱手段
３２    加熱炉
４１    成形手段
４３    成形ロール
４５    デスケーラー装置
４８    冷却床
ＬＬ    大きい外面間の寸法
Ｌ    正規の外面間の寸法
ＬＲ    大きい外周半径
Ｒ    正規の外周半径
Ｈ    加熱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004330222.tif 000010
【図５】
2004330222.tif 000011
【図６】
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