(57)【要約】【課題】  成形ロールの径を新たに変更することなく、既存設備の微改造によって、コーナーＲｓ値の高精度化が可能な角形鋼管を製造する【解決手段】  丸形鋼管を、駆動される大径の上下ロールと、従動回転可能な小径のサイドロールを有する複数段の成形スタンドを通して角形断面に成形する際、小径のサイドロールを大径の上下ロールよりも鋼管の軸方向入側にオフセットさせた成形スタンドの、少なくとも１段を通す。  上下ロールとサイドロールがほとんど同時に被成形丸形鋼管に接触するため、上下左右ともほとんど同時に変形を起こして変形量も均等になるため、コーナーＲｓ値もほとんど均等になる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
丸形鋼管を、上下ロールと左右のサイドロールで径が異なる４つのロールを備えた複数の成形スタンドを通して角形断面に成形する際に、１段以上の成形スタンドにおいて、上下ロールとサイドロールのうち、径が小さい方のロールを、径が大きい方のロールよりも鋼管の軸方向入側にオフセットし、鋼管を前記複数の成形スタンドを通して角形断面に変形させることを特徴とする角形鋼管の製造方法。
【請求項２】
成形スタンドが、駆動される大径の上下ロールと従動回転可能な小径のサイドロールからなるものであって、小径のサイドロールを大径の上下ロールよりも鋼管の軸方向入側にオフセットさせる請求項１に記載の角形鋼管の製造方法。
【請求項３】
上下ロールと左右のサイドロールで径が異なる４つのロールを備えた成形スタンドであって、大径の上下ロールに駆動機構が連結されているとともに、従動回転可能な小径のサイドロールが大径の上下ロールよりも鋼管の軸方向入側にオフセットされた成形スタンドが１段以上組み込まれていることを特徴とする角形鋼管の製造装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電縫鋼管等の丸形鋼管をロール成形により角形断面に成形する角形鋼管を製造する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
角形鋼管はその断面形状・特性により建造物の柱等の構造材として広く使用されている。そして、このような用途では、柱材同士、あるいは梁，ブラケット等を柱材に溶接して取り付ける場合が多くなっている。特に溶接の作業性の観点から、柱材として使用される角形鋼管には厳しい寸法精度が要求されている。例えば、角形鋼管のコーナー部に溶接を施す場合、コーナーＲは溶接開先として機能することから，角形鋼管の各４面の両端の合計８箇所のコーナー寸法が均等であることが要求される。
【０００３】
ところで、角形鋼管は電縫鋼管等の丸形鋼管をロール成形によって角形断面に成形することにより製造される。一般的な丸形鋼管の造管ラインの出側に設置し、角形鋼管のロール成形に用いられる成形スタンドとしては、図１に示されるような、上下および左右にロールを配置した４方ロール成形スタンドが広く使用されている。
このような４方ロール成形スタンドは、上下ロールスタンドの軸受け間の左右にサイドロールを配置した構造となっており、サイドロールは上下ロール軸受け間の限られたスペースに配置されていることから、駆動ロールである上下ロールよりも小径の従動ロールとするのが一般的である。そしてこれらの４つのロールはそれぞれの回転軸が成形される鋼管の中心軸に垂直な同一面内に位置するように配置されている。
このような４方ロール成形スタンドを通常３〜５段設置し、丸形鋼管をロール成形して、図２に示すように、順次角形断面に変形して角形鋼管を得ている。
【０００４】
そして４方ロール成形スタンドを使用した角形鋼管のロール成形方法において、コーナーＲの寸法の均一化を図る技術が特許文献１で提案されている。この技術は、丸形鋼管の溶接部を含む面が溶接の熱履歴等により他の３つの面とは異なった機械的特性を有していることに起因して、溶接部を含む上面両側のコーナーＲの寸法が下側の２つのコーナーよりも大きく成形されるという課題に対して、丸形鋼管の電縫溶接部が存在する上面を成形する上ロールの径を、下面を成形する下ロール径の０．６〜０．９倍の小径にした異形ロールを用いて成形しようとするものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２３５４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、素材の材質あるいは板厚等により、溶接部を含む上面の機械的性質が他の３面とほぼ同等な場合においても、角形鋼管のコーナーＲの不均一が発生している。
ところで、角形鋼管のコーナーＲの寸法を表す指標として、平坦部とコーナー部の境界（Ｒ止り）と角形鋼管の外径寸法線（仮想線）との距離をＲ止りのコーナーＲｓとして用いる場合がある（図３参照）。この場合、角形鋼管の１断面について上下面のそれぞれ左右と、左右面のそれぞれの上下との８箇所にコーナーＲｓが存在することになる。
前記したような大径の上下駆動ロールと、上下ロールより小径の従動のサイドロールが組み込まれた４方ロール成形スタンドで丸形鋼管を角形鋼管に成形する場合、径の大きいロールで成形される上下面の両側のＲｓが小径のロールで成形される左右面の両側のＲｓよりも大きくなり、結果として角形鋼管のコーナーＲの大きさがコーナーの場所によって異なるという問題が発生する。
【０００７】
特許文献１で紹介されている上側ロールの径を下側ロールの径よりも小さくする方法は、このような１つのコーナー部に隣接する２箇所のコーナーＲｓ値をそれぞれ独立に調整することを目的とするものではない。さらに、上下の駆動ロールはその周速が同一スタンドの上下のロールはもとより、他のスタンドのロール周速とほぼ一致するように駆動されなければならず、ロール径を変更した場合には、それに応じてロールの回転速度を変更する必要がある。ロール以外にも、各スタンドの独立駆動化や減速比の変更等、大掛かりな設備改造を伴うと言う問題がある。
【０００８】
４つの成形ロールの径を等しくすればこのようなコーナーＲｓ値のバラツキは改善されると推測されるが、既存設備においてはロール径はスタンドの大きさ等の制約内で決まっていることから、大掛かりな設備改造を行わない限り、自由に変更することは困難である。また設備改造を伴わない設備新設の場合においても、４つのロールを同径とすることは小径ロールの大型化につながり、その結果としてスタンドも大型化する等、ロール経費および設備費の増大を招くという問題がある。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、成形ロールの径を新たに変更することなく、既存設備の微改造によって、コーナーＲｓ値の高精度化が可能な角形鋼管を製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の角形鋼管の製造方法は、その目的を達成するため、丸形鋼管を、上下ロールと左右のサイドロールで径が異なる４つのロールを備えた複数の成形スタンドを通して角形断面に成形する際に、１段以上の成形スタンドにおいて、上下ロールとサイドロールのうち、径が小さい方のロールを、径が大きい方のロールよりも鋼管の軸方向入側にオフセットし、鋼管を前記複数の成形スタンドを通して角形断面に変形させることを特徴とする。
上下ロールを大径かつ駆動ロールに、サイドロールを小径の従動ロールにして、小径のサイドロールを大径の上下ロールよりも鋼管の軸方向入側にオフセットすることが好ましい。
このような角形鋼管の製造方法に用いる装置は、上下ロールと左右のサイドロールで径が異なる４つのロールを備えた成形スタンドであって、大径の上下ロールに駆動機構が連結されているとともに、従動回転可能な小径のサイドロールが大径の上下ロールよりも鋼管の軸方向入側にオフセットされた成形スタンドが１段以上組み込まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、４方ロール成形スタンドの４つのロールのうち、上下ロールと左右のサイドロールの径を変え、小さい方のロールを大きい方のロールの鋼管軸方向入側にオフセットして配置することにより、８つのコーナーＲｓを均等にすることが可能となる。このため、従来はロール径等のロール成形スタンドの設備仕様に依存していた角形鋼管のコーナーＲｓの大きさを角形鋼管の各面ごとに独立して調整できるようになり、設備仕様にかかわらず比較的簡単な方法で角形鋼管のコーナーＲｓの精度を高めることができるようになった。また、コーナーＲｓのバラツキが小さくなったことにより、ライン立上げ時のコーナーＲｓ調整が容易になり、設備稼働率および材料歩留も向上した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
前記したように、従来の４方ロール成形スタンドは上下の駆動ロールと、上下ロールスタンドの軸受け間の左右にサイドロールを配置した構造となっており、サイドロールは上下ロールよりも小径の従動ロールとされている。そしてこれらの４つのロールはそれぞれの回転軸が成形される鋼管の中心軸に垂直な同一面内に位置するように配置されている（図１参照）。
このような角形鋼管成形スタンドでは、ロール径の大小によって被成形材料との接触開始位置が異なる。大径ロールの方が早く被成形材料と接触することになる。
【００１２】
大径ロールが被成形材料と接触を開始した断面位置では、小径ロールはまだ被成形材料とは接触していない。このため、大径ロールに噛み込まれて圧下されたときに、コーナー部の被成形材料はまだ接触されていない小径ロール側に逃げるような変形を起こすことになる。その後、小径ロール側に若干膨らんだ状態の被成形材料が小径ロールと接触を開始して圧下を受ける。小径ロールによる圧下は大径ロールによる圧下よりも実質的な圧下量が大きくなり、また接触弧長が短く接触面圧が高くなること等の理由により、小径ロールによる被成形材料の変形は大径ロールによる変形よりも大きくなるため、小径ロール側のコーナーＲｓが小さく変形されるものと推察される。
【００１３】
そこで、本発明は、４方ロール成形スタンドで丸形鋼管を角形に変形させる際に、ロール径の大小によってロールの接触開始位置が異なるために発生する問題点を、接触開始が遅れる小径ロールを大径ロールよりも若干入り側にオフセットして配置することにより、解消するものである。
すなわち、小径ロールを大径ロールよりも前方向に適量オフセット配置することにより、小径ロールと大径ロールがほとんど同時に被成形丸形鋼管に接触するため、上下左右ともほとんど同時に変形を起こして変形量も均等になるため、コーナーＲｓ値もほとんど均等になる。
【００１４】
図４に示すように、従動ロールである小径のサイドロールを駆動ロールである大径の上下ロールよりもライン入側方向にオフセットして配置することが好ましい。大径のサイドロールを駆動ロールとし、小径の上下ロールを従動ロールとした４方ロール成形スタンドでは、小径の上下ロールを大径の左右のサイドロールよりもライン入側方向にオフセットして配置してもよい。
溶接部の硬化の影響によって上下面のコーナーＲｓ値が異なるような場合には、上ロールと下ロールを硬い辺に当接するロールの方が出側になるように相対的にオフセットさせて配置し、かつ左右のサイドロールを上下ロールに対して上記したような径の関係を考慮したオフセット配置することも可能である。
【００１５】
丸形鋼管を成形ロールにより角形鋼管に成形する際に使用する４方ロール成形スタンドは、通常３〜５段で設置されている。すべてのスタンドのロールをオフセットしてもよいが、最終段付近の１段のロールのみをオフセットしても十分に効果は得られる。
どのスタンドでオフセットすることが効果的か、あるいはどの程度のオフセット量が最適であるかは、個々の角形鋼管のパススケジュールおよびロール径等によって異なるため、予備的な実験で求める必要がある。
なお、本発明の角形鋼管の製造方法は、４辺の長さが等しい正方形断面の角形鋼管のみでなく、長方形断面の矩形角形鋼管も対象としている。
【実施例】
【００１６】
板厚２ｍｍの４００Ｎ級の溶融亜鉛めっき鋼板をロール成形及び高周波溶接により、５４．０ｍｍφの丸形鋼管とした後、図２に示すパススケジュールの３段の４方ロール成形スタンドを用いて一辺が約４２．５ｍｍの角形鋼管に成形した。このとき、上下の駆動ロールとして、ロール幅方向中央部での直径が１６２ｍｍφの大径ロールを使用し、サイドロールとしてロール幅方向中央部での直径が１０７ｍｍφの小径ロールを使用した。サイドロールを大径の上下ロールよりも管の中心軸方向入側に３ｍｍオフセットして組み込んだ。
得られた角形鋼管のコーナーＲｓの大きさは、表１に示すように、最小２．８ｍｍから最大３．１ｍｍでバラツキの範囲は０．３ｍｍ、また上下面のコーナーＲｓの平均値と側面のコーナーＲｓの平均値の比は、０．９９：１．０と、ほぼ１：１であった。
【００１７】
比較例として、上記の成形条件のうち、小径のサイドロールのオフセット量を３ｍｍから０ｍｍに変更した従来条件で角形鋼管を成形した。
このとき、得られた角形鋼管のコーナーＲｓの大きさは、表１に示すように、最小２．６ｍｍから最大３．５ｍｍでバラツキの範囲は０．９ｍｍ、また上下面のコーナーＲｓの平均値と側面のコーナーＲｓの平均値の比は、１．２０：１．０であった。
また、参考例として、上下ロール及びサイドロールともに１６２ｍｍφのロールを使用し、同一平面内にオフセット０ｍｍで組み込んで角形鋼管を製造した。
このとき、得られた角形鋼管のコーナーＲｓの大きさは、表１に示すように、最小３．０ｍｍから最大３．２ｍｍで、バラツキの範囲は０．２ｍｍであった。また、上下面のコーナーＲｓの平均値と側面のコーナーＲｓの平均値の比は、１．０１：１．０と、ほぼ１：１であった。
【００１８】
これらの結果からもわかるように、大径の上下ロールと上下ロールよりも小径のサイドロールを組み込んだ４方ロール成形スタンドを使用して丸形鋼管を角形鋼管に成形する際に、小径のサイドロールを大径の上下ロールよりも入側にオフセット配置した状態でロール成形すると、コーナーＲｓ値が均一な角形鋼管が得られる。
４方のロール径を等しくし、接触開始を同時にした参考例と同等の精度の角形鋼管が得られている。
【００１９】
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【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一般的な４方ロール成形スタンドを示す図
【図２】ロール成形により、丸形鋼管を角形鋼管に成形するパススケジュールの一例を説明する図
【図３】角形鋼管のコーナーＲｓ寸法を説明する図
【図４】本発明で用いる４方ロール成形スタンドを示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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