专利名称：方形钢管的制造方法及圆形钢管的制造方法
技术领域：
本发明是关于在制造例如用作建筑柱材的正方体或长方体等大口径方钢管时所采用的方形钢管制造方法，及在制造同样用途的大口径圆钢管时所采用的圆形钢管制造方法。
在以往，用作建筑柱材等的大口径方钢管是用例如日本特公昭58-13245号公报中所见的制造方法制得的。即，在这种以往的方法中，是把一张厚壁钢板沿长度方向进行输送并在其两侧加工出坡口，用压力机弯曲相当于方形钢管四角的部分而使之成为近似的方形钢管，再使其通过多个系列的成形轧辊逐渐成为方形钢管的形状，将坡口对接面依次进行定位焊，通过自动焊接将其坡口部分的里外面焊好后，进行整直而得到大口径方钢管的。
用上述冷轧成形制造的大口径方形钢管，从例如图5的里面侧硬度分布曲线图与图6的外面侧硬度分布曲线图可知，其角部及焊缝的硬度远大于平板部(母材)的硬度值，因此，就会导致角部及焊缝部的屈服强度变大，延展性变低，而且在进行二次焊接等时有发生裂纹的危险，故需特殊的管理，又由于机械性质的不均匀而产生残余应力，故也不易进行切削加工等。
此外，作为以往的大口径方形钢管，从图7所示的拉伸应力—拉伸应变的曲线比较图中可见，其中角部、焊缝部及平板部虽未全部显露屈服点，但在经常发生局部应力分布的结构物中，最大屈服比超过80％时，就有使结构物的局部拉伸能力下降的危险。
进而在以往的大口径方钢管中，特别在其角部与焊缝部产生了接近屈服点的拉、压残余应力，使其压曲强度降低。从而，在进行焊接、切断加工或熔融镀锌处理等时，就会有产生随着这些残余应力的释放而发生裂纹或不能控制变形的危险。
于是，在采用以往的大口径方钢管时，例如从图8的转化曲线图可见，特别在角部，由于因弯曲加工而残留有较大的局部塑性变形，该部位显著地脆化，转化温度远远超过常温，在低温领域中会导致脆性破坏。
本发明的目的是提供一种使整个截面均质地软化，有良好拉伸性能，几乎不存在残余应力而且有足够韧性的方形钢管的制造方法及圆形钢管的制造方法。
本发明的目的还在于提供一种方形钢管制造方法，它以热成形方式成形，能减少加压成形次数，不需要端部弯曲加工机，且有良好的成品率，其角部曲率半径(R)不会被硬挤成规定值。
进而，本发明的目的还在于提供一种把原管热成形，以获得良好成品率的方形钢管的制造方法。
为了达到上述目的，本发明的方形钢管制造方法的特征是，使用与最终产品尺寸相称的规定直径、板厚、长度的圆形原管，在加热炉中将其加热，再用圆形钢管成形轧机将加热原管热成形为精制原管，然后在方形钢管成形轧机中将精制原管热成形为方形钢管，再使此方形钢管在冷却台上冷却。
采用上述的本发明的结构，在圆形钢管成形轧机上热成形，就能做出完成最后的方形钢管规定尺寸所要的直径的精制原管，再把精制原管在方形钢管成形轧机上热成形为方形钢管，这样地进行热成形就能得到在整个断面上均质地软化，有很好的拉伸性，几乎不存在残余应力从而得到高压曲强度，就能制造出二次焊接性优异、且有足够韧性的方形钢管，从而可提供特别适于用作建筑用柱材的方形钢管。
在本发明的第1最佳实施例中，其特征是，把平板坯料加压成形后进行焊接而形成多角形中空钢管，放在加热炉中加热，用方形钢管成形轧机热成形为方形钢管。
在此第1实施例中，用压力成形机成形的次数(压轧次数)为至少能得到多角中空管，这种成形能迅速(短时间)而经济地实现，还可以不使用端部弯曲加工机，使设备费用降低，同时由于不需要端部弯曲工序能使生产线结构简单、省事。
本发明的第2最佳实施例中，形成其宽度尺寸比最终产品尺寸更宽的多角中空钢管，并把在加热炉中加热后的多角中空钢管用方形钢管成形轧机一边进行拉深一边进行热成形。
在此第2实施例中，通过在方形钢管成形轧机中同时进行拉深与热成形，能制造出从前端到后端充分成形为规定尺寸的方形钢管，并能在后面工序中无需切去前端部与后端部，或只要切去较短的尺寸就可以了，而且有很好的成品率。
在本发明的第3个最佳实施例中，形成比最终产品尺寸的宽度更宽、角部曲率半径更大的多角中空钢管，并将在加热炉中加热后的多角中空钢管，用方形钢管成形轧机对其宽度尺寸及角部曲率半径同时进行拉深与热成形而成。
此第3实施例中用压力机使角部的曲率半径比最终产品的角部曲率半径更大地成形的，从而对平板坯材不必过度地压力成形就能容易地实现。这样，通过高温加热其材质(分子排列)复原的多角中空钢管就通过热拉深成形而使其宽度尺寸变窄、角部曲率半径变小，从而在不改变其材质的情况下可得到断面系数高的最终产品，即得到对角部曲率半径与宽度不进行强硬轧制的合乎规定尺寸的方形钢管。
本发明的第4个最佳实施例，其特征是，用方形钢管成形轧机冷轧成形圆形原管而形成比最终产品宽度尺寸大的多角形中空钢管，在加热炉中对此多角形中空钢管加热后，再用另外的方形钢管成形轧机一边拉深一边热成形而得到方形钢管。
在此第4实施例中，由于是把原管在方形钢管成形轧机上冷轧成形，从而能形成比最终产品的宽度尺寸大的多角中空钢管，通过将该多角中空钢管在加热炉中进行高温加热后，再用另外的方形钢管成形轧机一边拉深一边热成形，故能制造出从前端部到后端部都充分地形成为规定尺寸的方形钢管。从而，可以不用在后面工序中切除前端部与后端部，或切去较短尺寸即可，而且有良好的成品率。
本发明的第5个最佳实施例，是形成宽度尺寸较宽、角部曲率半径较大的多角中空钢管，将在加热炉中加热过的多角中空钢管用另外的方形钢管成形轧机对其宽度尺寸与角部曲率半径进行一边拉深一边热成形的。
在此第5实施例中，使角部的曲率半径形成为比最终产品的角部曲率半径大，可不强硬地容易地进行从原管到多角中空钢管的冷轧成形。把通过高温加热进行材质(分子排列)复原的多角中空钢管热拉深成形，使其宽度尺寸变窄，角部曲率半径变小，在不改变材质的情况下，就能得到断面系数高的最终产品，即不用硬轧角部的曲率半径与宽度而能得到合乎规定尺寸的方形钢管。
本发明的第6个最佳实施例，其特征是，使用与最终产品尺寸相称的有规定直径、板厚、长度的圆形原管，将此原管在加热炉中加热，再把加过热的原管在圆形钢管成形轧机上热成形为圆形钢管，在冷却台上把圆形钢管冷却后，再用切断装置切除其端部成形不良部分而成。
在这第6实施例中，把在加热炉加过热的原管在圆形钢管成形轧机上热成形，就能制造出规定直径、板厚与长度的圆形钢管。进行这样的热轧成形就能制造出整个断面上材质软化的、拉伸性能好，而且几乎没有残余应力从而得到高压曲强度，同时还具有二次焊接特性优良、具有足够韧性的圆形钢管，能提供特别适于作建筑用柱材的圆形钢管。
图1表示本发明的第1实施例，为方形钢管制造方法中到热成形为止的工序立体图。
图2是图1方形钢管制造方法的后处理工序立体图。
图3是图1方形钢管制造方法的冲洗工序立体图。
图4是用图1方形钢管制造方法所制造的方形钢管，A为成形后、B为冷却后的正面图。
图5是与过去产品比较的里面侧硬度分布曲线图。
图6是与过去产品比较的外面侧的硬度分布曲线图。
图7是与过去产品比较的拉伸应力—拉伸应变曲线比较图。
图8是与过去产品比较的转变曲线图。
图9表示本发明的第2实施例，为圆形钢管制造方法中至热成形工序为止的立体图。
图10表示本发明的第3实施例，为方形钢管制造方法的工序立体图。
图11是图10方形钢管制造方法的工序说明图。
图12是图10方形钢管制造方法的焊接说明图。
图13表示本发明第4实施例，是方形钢管制造方法工序说明图。
图14是图13方形钢管制造方法中焊接说明图。
图15表示本发明第5实施例，是方形钢管制造方法工序说明图。
图16表示本发明第6实施例，是方形钢管制造方法工序的立体图。
图17是图16方形钢管制造方法的工序说明图。
图18表示本发明第7实施例，是方形钢管制造方法工序说明图。
图19表示本发明第8实施例，是方形钢管制造方法工序立体图。
图20是图19方形钢管制造方法工序说明图。
图21表示本发明第9实施例，是方形钢管制造方法工序说明图。
图22表示本发明第10实施例，是方形钢管制造方法工序立体说明图。
图23是图22方形钢管制造方法中加热炉部分的纵剖侧面图。
图24是图22方形钢管制造方法中加热炉部分的纵剖正面图。
图25是图22方形钢管制造方法中加热炉的移入口部分纵剖侧面图。
图26是图22方形钢管制造方法中上升运动时的说明图。
图27是图22方形钢管制造方法中后退运动时的说明图。
图28是图22方形钢管制造方法中下降运动时的说明图。
图29表示本发明的第11实施例，为方形钢管制造方法中加热炉的移入口部分的纵剖侧面图。
在下列各实施例中虽是以大口径方形钢管与圆形钢管制造方法为主进行叙述的，但用它同样也可造得中口径或小口径方形或圆形钢管。
下面，根据图1～图8说明本发明的第1实施例。
图1中示出在制造大口径方形钢管时，在移入台10上备好与该方形钢管相称的有规定的直径、壁厚、长度的圆形钢管的原管(母管)1的情况。原管1是用高频焊接或电弧焊接等有焊缝部2状态制成的，也可以用无缝的原管1。移入台10为输送机形式，它把多根原管1相互平行地支持着，以相对于其长度方向成直角的方向进行输送。
输送到移入台10终端部的原管1转载到辊子输送机式加热部输送机11上，并沿管的长度方向输送。然后，把原管1送入加热炉12内，在此加热炉12内的输送过程中用723℃～950℃(A3相变点以上)的温度进行高温加热。原管1依次送入加热炉12，此时使原管1的端面之间保持间隔L，以防止因加热时原管1伸长或输送速度差异而使其端面相互接触(冲突)。间隔L过大时，效率会降低，因而应把间隔L控制在500mm以下。
把已加热到规定温度的原管1移出加热炉12，再移至焊缝位置调整装置15，该焊缝位置调整装置15是由支承辊16与压辊17等构成的，用这些辊子16、17使原管1绕管的轴线转动，而使焊缝部2的位置对齐在一定方向上，所谓此一定的方向，是在获得最终的方形钢管时通常总是使焊缝部2位于平面部中央附近。而在输送无缝原管1时则通过此焊缝位置调整装置15的部分，并在只使用无缝原管1的场合，则可以取消用焊缝位置调整装置15的工序。
来自焊缝位置调整装置15的原管1被送入圆形钢管成形轧机20中，在其中，通过多个精整辊21等对原管1进行拉深状热成形，把原管1精制为规定的直径，以使最终的方形钢管(最终制品)按规定的尺寸加工制成。此处的圆形钢管成形轧机20虽是前后配置成两级的，也可以是一级或两级以上。
在圆形钢管成形轧机20周围的必要位置(在圆形钢管成形轧机20的前后、或只在前，只在后、在机台之间等)设置所需数量的除鳞装置23。此除鳞装置23是向精制原管1A喷射带压力的水的装置，通过喷射水而除去轧制氧化皮等以得到良好的表面。
由这样的圆形钢管成形轧机20组精制成的精制原管1A，被送入方形钢管成形轧机25中。在这里，通过多个鼓形轧辊26等进行最后的热成形(成形温度A3在相变点以上)，此时，如图4A所示，把热成形后的方形钢管3的各平板部3a形成沿鼓形面的朝外的圆弧面。在此虽然是把方形钢管成形轧机25配置成前后两级的，但是也可以配置成一级或多于两级。
把这样热成形的方形钢管3从加热部输送机11送到冷却台28上。此冷却台28为输送机形式，平行地支承着许多方形钢管3，并在相对于管的长度方向的横方向上传送它们。方形钢管3在用冷却台28传送中以空冷方式被渐渐地冷却。即方形钢管3在同一包围气体温度下缓冷，故在冷却时的弯曲变形较小，通过缓冷，方形钢管3的各平板部收缩，使图4B中所示的圆弧面成为直的平面，且使角部3b的R变小，断面系数提高。
在冷却台28上传送的方形钢管3组，是以使相邻的方形钢管3彼此相隔的状态下或使相邻的方形钢管3相互接触成从两侧夹持的状态下传送。由此使方形钢管3在相同氛围温度下徐徐冷却，以减小冷却时的弯曲。
到达冷却台28终端的方形钢管3转到辊子输送机式的第1输送机29上，并沿管的长度方向传送。然后，把方形钢管3如图2中所示地送入矫正装置30，在此对冷却时所产生的长度方向的大弯曲即超过基准值以上的弯曲进行矫正。而对于未超过基准值的方形钢管3，可以从矫正装置30通过，也可以全部用矫正装置30进行矫正。
通过了矫正装置30的方形钢管3从第1输送机29转移到辊式输送机中间台32上，并在相对于管长度方向的横向上传送。到达该中间台32终端的方形钢管3由第2辊式输送机33接收，并沿管的长度方向传送。传送中的方形钢管3先由前端切断装置35切去在成形时所产生的前端(一端)成形不好的部分，再由后端切断装置36切去后端(另一端)成形不好部分，从而得到有规定尺寸且沿其全长精度良好的方形钢管(最终产品)3。
把这样成形的方形钢管3，如图3所示地，从第2输送机33移至输送机式的冲洗台38上，并在相对于管长度方向的横向上传送。传送中的方形钢管3，用冲洗装置40的外面冲洗喷嘴41与里面冲洗喷嘴42所喷出的冲洗水进行冲洗除去在各工序(加热、成形、冷却、矫正、切断等)中附着在其内外表面上的氧化皮、脏物、切屑等。
然后把方形钢管3从冲洗台38移到辊式输送机形式的第3输送机44上，并沿管的长度方向传送。传送中的方形钢管3通过防锈装置45进行防锈处理，以使其在保存或使用时不致生锈，然后把方形钢管3从第3输送机44移到辊式输送机式的输出台46上，在相对于管的长度方向的横向上进行传送的同时，使其密集排列。
上述的通过把圆管热成形为方管所制造出的大口径方形钢管3，即热成形的方形钢管，从例如图5中的内面侧硬度分布曲线图、图6中的外面侧硬度分布曲线图可知，其平板部3a、角部3b、焊缝部2等沿整个断面的机械性质几乎是均匀的。因而，由于角部36及焊缝部2的屈服强度变低，延展性增大，故无需进行二次焊接等特别处理，又由于机械性质均匀一致，使切削加工等也容易进行。
而且在使用热成形的方形钢管时，从例如图7的拉伸应力—应变曲线比较图中可见，其平板部3a、角部3b及焊缝部2全都出现屈服点，屈服比远低于标准值的80％，而且稳定，有足够的拉伸性能。从而，在用作经常发生局部应力分布的地方，例如建筑用柱材时，降低了脆性破坏的危险性，特别是具有作为所希望的耐震性的建筑用柱材的理想材料的特性。
进而当热成形方形钢管时，平板部3a、角部3b，焊缝部2等处几乎完全不存在拉伸及压缩残留应力，从而可以得到高的压曲强度。从而，在进行焊接加工、切断加工或熔融镀锌等工艺时，不会发生裂纹与不可控制的变形。
这样热成形的方形钢管，从例如图8的过渡曲线图可见，其平板部3a、角部3b、焊缝部2全部有和母板相同的过渡曲线，即使在低温区也具有足够的韧性。
图9示出了作为第1实施例变型的第2实施例。即与第1实施例的不同之处是，把在圆形钢管成形轧机20上热成形的精制原管作为圆形钢管(最终产品)5取出置于冷却台28上。然后在冷却台28上缓冷，并与第1实施例中同样地送入矫正装置30，中间台32、切断装置35、36、冲洗台38、冲洗装置40、防锈装置45中，并保存在输出台46上。这样热成形的大直径圆形钢管(最终产品)5具有和上述的方形钢管3相同的性能。
下面，按照图10～12说明第3个实施例。其中，与第1实施例相同的符号表示相同或相似的结构，并省略对其详细的说明。
例如，在制造大口径四角状方形钢管时，把与这种方形钢管相称的有规定板厚、长度、宽度的平板坯材，即钢板51堆放成多层叠置状态，这些钢板51垛中最上面的一张钢板51，用例如带磁铁的提升机等抓取并转移到输送机60上。然后用输送机60把钢板51送入坡口加工机61中，在要进行焊接的一对边缘部分上形成坡口52。
而且，预开坡口52的钢板51可以堆放成层叠状态。也可以把钢板51卷成卷状的带卷使其一边开卷一边进行切断。
形成坡口52的钢板51用输送机60送入压力成形机62。在此压力成形机62中，把钢板51加压成形为多角中空钢管53。即，例如，通过对7处进行压力成形，压力成形为在一对坡口52之间有大开口的8角形多角中空钢管53。此时的多角中空钢管53是被压力成形为在成为最终的方形钢管时总是使其焊缝部处于平板部的中央附近的位置上的。
用输送机60把这种多角中空钢管53送至定位焊机63，然后施加外部压力使坡口52相互对接并进行定位焊接54。然后用输送机60把多角中空钢管53送入里面焊接机64中进行里面焊接55，再把多角中空钢管53送入外面焊接机65中进行外面焊接56，由此而制成有焊缝部57的正八角形多角中空管58，其各部的焊接可以通过高频焊或电弧焊实现。
把这样制成的多角中空钢管58，从输送机60传送到输入台66上。传送到输入台66终端的多角中空钢管58被送入加热炉12中，在传送中对其进行高温加热H使其处于A3相变点以上。加热至规定温度的多角中空钢管58从加热炉12中搬出，再送至方形钢管成形轧机25。
在此方形钢管成形轧机25中，通过多个鼓形轧辊26等进行最后的热成形而使多角中空钢管58的各角部分成为平面，同时在其平板部分形成新的角部，于是就热成形出大口径四角形的方形钢管59。
此时热成形后的方形钢管59虽然其各平板部59a沿鼓形面形成朝外的圆弧面，但在其后，方形钢管59的各平面部59a收缩，圆弧面也就变直，而且角部R变得尖锐，提高了断面系数。由于多角中空钢管58为正8角形，在用输送机60进行传送时是以其中一个平板部分总是朝一定的方向进行的，所以在方形钢管成形轧机25中的热成形总是使焊缝部57朝向一定的方向，即总是使焊缝部分57位于平板部59a中央位置附近进行的。在冷却台28上的方形钢管59以空冷方式散热I，也就是缓冷。
下面，根据图13、14来说明作为第3实施例变型的第4实施例。
即通过压力成形机62对多角中空钢管53的压力成形是使焊缝部57位于多角中空钢管53的一个角部上实现的。于是，在得到最终的方形钢管59时，为了使焊缝部57总是处于平板部59a的中央附近位置上，就要用例如焊缝位置调整装置(图中未示)对送入方形钢管成形轧机25前的多角中空钢管58进行方向调整与规范。
图15中示出了作为第3实施例的另外变型的第5实施例。
即，在制成有焊缝57的正8角形多角中空钢管58后，使此多角中空钢管58通过圆管成形轧机(图中未示)而冷轧成形为圆管68，然后把圆管68送入加热炉12，进行高温加热H，再送入方形钢管成形轧机25轧成四角形的方形钢管59。
在此第5实施例中，从多角中空钢管58冷轧成形为圆管68容易进行，而且从圆管68热轧成方形钢管59也容易实现高精度，进而还可以在把多角中空钢管58送入加热炉12进行高温加热H之后使之通过圆管成形机热成形为圆管68。
在上述的第3～第5实施例中虽是制造断面为正四角形的四角形钢管59的，但它也可以同样地制出长方形的方形钢管59。进而，通过变更方形钢管成形轧机25的轧辊配置等还可以实现5角形钢管或6角形钢管等多角形钢管59的热成形。
在上述第3～第5实施例中，虽是对7处压力成形而压力成形为8角形的多角中空管53的，但是只要改变施压位置数目就能把多角中空钢管53即多角中空钢管58的角的形状任意地调整为6角形，10角形等形状。
而且，施压位置数越多，就越能得到弯折角度为钝角的近于圆形的多角形中空钢管53，更有利于方形钢管59的成形。此时，其施压位置虽然增多，但与过去的圆管成形的施压次数相比仍然少得多。
在上述第3～第5实施例中，虽然是把有一处开口的8角形多角中空钢管53加以焊接而形成多角中空钢管58的，但也可以把一对断面为C形的部件(多个分割的成形部件)合在一起进行焊接而形成有两处(多处)焊缝部57的多角中空钢管58。
下面，根据图16、图17说明第6个实施例。其中与第1或第3实施例相同的符号表示相同或基本相同的结构物，并省略其详细的说明。
例如在制造大口径四角形方形钢管时，把与该方形钢管(最终产品)相称的有规定的板厚，长度而且比方形钢管的展开宽度尺寸更宽的平板坯材即钢板51堆放成多层叠置状态。
在坡口加工机61中形成坡口52的钢板51，由压力成形机62依次地对例如4处进行压力成形而压制出一对坡口52之间张开的四角形多角中空钢管53A。此时的多角中空钢管53A则被压制成在得到最终的方形钢管时使焊缝始终保持在平板部中央附近位置的状态。
对此多角中空钢管53A，先用定位焊机63进行定位焊54，再由里面焊接机64进行里面焊接55，继而由外面焊接机65进行外面焊接56，从而制成有焊缝部57的正四角形多角中空钢管58A。
这样制成的多角中空钢管58A，如前所述，由于使用了比四角形方形钢管的展开宽度尺寸更宽的钢板51，其各平板部58a的宽度尺寸W1就会比最终产品(后述)的平板部尺寸更宽。
如前所述制成的多角中空钢管58A，从输送机60送入输入台66，然后从输入台终端部分送入加热炉12，并在此加热炉12内的输送中进行高温加热H。
加热到规定温度的多角中空管58A，从加热炉12中运出，然后送入前段方形钢管成形轧机70。在该前段方形钢管成形轧机70中，通过多个鼓形轧辊71等进行热成形(成形温度在A3相变点以上)，对多角中空钢管58A进行前段的拉深成形。然后把多角中空钢管58A送入后段方形钢管成形轧机72，在这后段方形钢管成形轧机72中，通过多个平轧辊73等进行热成形(成形温度在A3相变点以上)，对多角中空钢管58A进行后段(最终端)的拉深成形，从而热成形为规定尺寸的大口径四角形方形钢管59。
此方形钢管59为最终产品，其平板部59a的宽度尺寸W由两级(多级)拉深成形，比前述的多角中空钢管58A的平板部58a的宽度尺寸W1窄，即W＜W1，通过热态拉深成形使其从方形钢管59的前端到后端完全或基本完全成形，因此，在后面工序中不需切除其前端部与后端部，或切去较短的尺寸，从而使成品率提高。
热成形后的方形钢管59已成为其各平板部59a为平面，角部R变尖，断面系数高的制品。然后把热成形的方形钢管59放在冷却台28上并在传送中进行空冷散热I，即渐渐冷却。
在上述第6实施例中，虽然是用前段方形钢管成形轧机70与后段方形钢管成形轧机72在前后两级拉深的同时热成形的，但也可以只在一级拉深的同时热成形，或在两级以上的多级拉深的同时热成形。
下面，根据图18来说明作为第6实施例变型的第7实施例。
在压力成形机62中的厚壁钢板51被压力成形为多角形中空钢管53A，然后在点焊机63上对该多角形中空钢管53A进行定位焊54，并在里面焊机64上进行里面焊接55之后，在外面焊机65上进行外面焊接56，于是就制成了有焊缝部57的正四角形的多角中空钢管58A。
此时，多角中空钢管58A在压力成形时，是使用比四角形方形钢管(最终产品)的展开宽度尺寸更宽尺寸的钢板(平板坯材)51的，于是所形成的各平板部58a的宽度尺寸W1就比最终产品的平板部的宽度尺寸大，而且其角部58b的曲率半径R1也比最终产品的角部曲率半径大。
如上所述制成的多角中空钢管58A，从输送机60运入输入台66，然后从其终端部送入加热炉12，在该加热炉12中一边传送一边进行高温加热H。
加热到规定温度的多角中空钢管58A，从加热炉12中运出，并运至前段方形钢管成形轧机70，在前段方形钢管成形轧机70中，通过多个鼓形轧辊71等进行热成形(成形温度在A3相变点以上)，实现对多角中空钢管58A的前段拉深成形。然后把多角中空钢管58A送至后段方形钢管成形轧机72。在此后段方形钢管成形轧机72中，用多个平轧辊73等进行热成形(成形温度在A3相变点之上)，实现对多角中空钢管58A的后段(最终级)的拉深成形。
这样，借助于前段方形钢管成形轧机70与后段方形钢管成形轧机72对多角中空钢管58A进行多级拉深成形(或单级拉深成形)就制成了作为最终产品的方形钢管59。此时，通过上述的拉深成形形成的方形钢管59的平板部59a的宽度尺寸W比多角中空钢管58A的宽度尺寸W1窄，即W＜W1，而且所形成的角部59b的曲率半径R比多角中空钢管58A的角部58b的曲率半径R1小，即R＜R1。
如前所述，通过压制使角部58b的曲率半径R1大于方形钢管(最终产品)59的角部59b的曲率半径R，能容易地，不强硬地进行压力成形，又通过高温加热H，对材质(分子排列)复原的多角中空钢管58A进行热拉深成形，以使其宽度尺寸W窄而且角部59b的曲率半径R变小，能得到不改变材质的、断面系数高的最终产品，即方形钢管59。
在上述第6、第7实施例中，是在对多角中空钢管53A进行定位焊54，再进行里面焊接55之后，进行外面焊接56而制成多角中空钢管58A的，但也可先进行外面焊接56，再进行里面焊接，或者是里外焊接55、56同时进行的焊接方式，进而还可以省去定位焊54的焊接方式。
下面，依据图19、20说明第8实施例。
例如，在制造大口径四角形方形钢管时，把与该方形钢管(最终产品)相称的规定板厚、长度的坯材即钢板81作成卷(辊)状。钢板81在用由夹送辊等构成的开卷装置90开卷后，由调平装置91矫正为平板，然后用切断装置92只切去钢板81的开卷的前端部分。
如前所述地连续地开卷出来的钢板81由修边装置93切去两侧部分，形成比方形钢管(最终产品)的展开宽度尺寸更宽的宽度，然后把钢板81用预成形装置94形成缓弯曲的R状，再由粗轧装置95慢慢轧成为U字形。
U字形钢板81在中间轧机组96中将其上部的一对垂直部弯向内侧，然后由精轧装置(フインパス)97逐渐成形为圆管状，从而压制形成一对侧缘相接的圆形中空钢管82，在把此中空圆管82送入高频电阻焊机98中进行加热熔焊之后，用切削装置99切削外面焊道，制成有焊缝部83的圆形中空钢管(原管)84。
这样制成的中空钢管84被送入多台(二台)校形装置100，通过多个鼓形轧辊101等成形(矫正)为接近正圆的形状，然后，把中空钢管84送入方形钢管成形轧机(成方机)102中。这种方形钢管成形轧机102为多台(5台)，分别通过多个鼓形轧辊103等逐步进行冷轧成形而形成四角形多角中空钢管85。
此时的多角中空钢管85，在得到最后的方形钢管时，总是以保持焊缝部83位于平板部的中央附近的位置上的方式冷轧成形。冷轧成形的多角中空钢管85使用的是如前所述的比方形钢管展开宽度尺寸更宽的钢板81，于是各平板部85a的宽度尺寸W1就成为比最终产品(后述)的平板部尺寸更宽的尺寸，这种多角中空钢管85在弯曲矫正装置(十字形辊模)104中校直后，用铣削式行走切断装置105切成规定长度。
这样制成的多角中空钢管85直接连续地或运到别的存储场地后再送到输送机式输入台106上。送到输入台106终端部的多角中空钢管85送入加热炉107并在长度方向上传送，在传送中高温加热H至A3相变点以上。
加热至规定温度的多角中空钢管85，从加热炉107中运出，然后送入前段方形钢管成形轧机108中，在此前段方形钢管成形轧机108中，通过多个鼓形轧辊109等进行热成形(成型温度在A3相变点以上)，对多角中空钢管85进行前段的拉深成形。然后将多角中空钢管85运至后段方形钢管成形轧机110。在此后段方形钢管成形轧机110中，通过多个平轧辊111等进行热成形(成形温度在A3相变点以上)，对多角中空钢管85进行后级(最终级)的拉深成形，从而热成形为有规定尺寸的大口径四角形方形钢管86。
此方形钢管86为最终产品，其平板部86a的尺寸W是经两级(多级)拉深而成，使得它相对于上述的多角中空钢管85的平板部85a的宽度尺寸W1较窄，即W＜W1。而且由热态拉深成形而从方形钢管的前端部到后端部完全或近于完全成形，从而对后面工序的前端部与后端部的切断去除成为不需要或只切去较短尺寸即可，成品率高。此外，热成形后的方形钢管86即成为各平板部86a成直平面、角部R变尖的断面系数高的钢管。
在前后方形钢管成形轧机108、120的周围，由去氧化皮装置112对方形钢管86喷射压力水，以除去氧化皮等，使表面状态良好。热成形的方形钢管86送至冷却台113上空冷散热I，即在相同的氛围气温度下渐渐冷却，使冷却时的弯曲减少。
在上述第8实施例中，从中空钢管84到多角中空钢管85的冷轧成形是在一级方形钢管成形轧机102中实现的，但也可以在多级方形钢管成形轧机102上进行。而且，上述是借助前段方形钢管成形轧机108与后段方形钢管成形轧机110对前后两段一边拉深一边热成形，也可以只由其中一方一边拉深一边热成形，或对两级以上的多级一边拉深一边热成形。
在上述第8实施例中，虽是对一处开放的圆形中空钢管82进行焊接而成形为中空钢管84的，也可以把一对半圆形截面的部件(多段分割的弧段状部件)合起来，进行两处(多处)焊接而形成焊缝部83的中空钢管4。
下面，根据图21说明第8实施例变形的第9实施例。
在校形装置100中通过鼓形轧辊101等成形(矫正)为接近正圆的中空钢管84被送入方形钢管成形轧机102中，通过多个鼓形轧辊103等逐步冷轧成形而形成为四角形多角中空钢管85。
此时，多角中空钢管85，由于在修边装置93中切去其两侧部分时，形成比方形钢管的展开宽度尺寸更宽的钢板81，其各平板部85a的宽度尺寸W1形成比最终产品平板部的宽度尺寸宽，而且角部85b的曲率半径R1也比最终产品角部的曲率半径大。
这样制成的多角中空钢管85，沿长度方向送入加热炉107中，并在传送中进行高温加热H。然后把多角中空钢管85送入前段方形钢管成形轧机108中，用多个鼓形轧辊109等热成形(成形温度在A3相变点以上)，即进行前段拉深成形，然后通过除鳞装置112喷射压力水以除去轧制氧化皮，再送入后段方形钢管成形轧机110，通过多个平轧辊111等进行热成形(成形温度在A3相变点以上)即进行后段(最终段)的拉深成形。
对于这种多角中空钢管85，是通过在前段方形钢管成形轧机108与后段方形钢管成形轧机110进行多级拉深成形(或单级拉深成形)而制成作为最终产品的方形钢管86的。此时，通过上述的拉深成形，其方形钢管86的平板部86a的宽度尺寸W比多角中空钢管85的平板部85a的宽度尺寸W1窄，即成形为W＜W1状态，而且角部86b的曲率半径R比多角中空钢管85的角部85b的曲率半径R1小，即成形为R＜R1状态。
如前所述地，由于在方形钢管成形轧机102中使角部85b的曲率半径R1成形为比方形钢管(最终产品)86的角部86b的曲率半径R大，故从中空钢管84向多角中空钢管85无需强硬地进行冷轧成形，冷轧较易进行，而借助于高温加热H，把材质(分子排列)复原的多角中空钢管85热态拉深成形使之宽度尺寸W变窄，角部86b的曲率半径R变小，就能得到材质不变化、断面系数高的最终产品，即方形钢管86。
在上述各实施例中，是沿长度方向把原管1送入加热炉12中一边传送一边加热的，而在图22～图28的第10实施例中，则是采用将原管1沿与长度方向垂直的横向上一边传送一边加热的方式的。其中，与第1及第3实施例等相同的符号表示相同或大体相同的结构，在此对其详细说明略去。
如图22中所示，例如在制造大口径四角状方形钢管3时，把圆形原管1在输入台120上准备好，此输入台120是设置在台121上的输送机结构，平行地支持着多根原管1，然后以垂直于管长度方向A的横向B方向传送。传送到输入台120终端部的原管1送入加热炉130中，在加热炉130中，一边沿与管的长度方向A垂直的横方向B传送，一边高温加热H至A3相变点以上。
上述加热炉130，如图23～图25所示，是由其上面形成支持面131a的底部炉壁131、从该底部炉壁131左右两端立设的侧部炉壁132、从前述底部炉壁131的前端立设的前部炉壁133、立设在上述底部炉壁131后端的后部炉壁134、以及设在侧部炉壁132与前部炉壁133及后部炉壁134的上端之间的顶部炉壁135等构成，形成盒体形状，而且，加热炉130通过支持架122支持在台121的侧面。
前部炉壁133上形成输入口136，后部炉壁134上形成输出口137，并在这些输入口136与输出口137上分别形成开闭门138、139。此处，输入口136与输出口137形成为，可使进行加热的最大口径与长度的原管1能沿与管的长度方向A的垂直方向B通过的、最小限度的尺寸与形状。在各炉壁132～135等的规定位置上配置规定数量的加热用燃烧器140。而且在与上述顶部炉壁135的邻接上述输出口137的部分上形成上下方向的排烟口141。
在上述底部炉壁131上设置可上下运动与前后运动的可动炉体142。即，在底部炉壁131左右方向的几个位置(在此实施例中为4个)上沿前后方向的基本为全部长度上形成左右方向宽度的滑槽143，可动炉体142则可以自由升降以及前后运动地嵌合在各滑槽143中。在可动炉体142的上面，以与后述的规定间距相当的间距形成有凹入圆弧状的提升面142a。
进而还在底部炉壁131的支持面131a一侧，在规定的单个或多个位置上设置转动用突起144，此转动用突起144，先由支持面131a挡住作下降动作(后述)的原管1，使该原管1以错位状自动地旋转(自转)，形成加热炉130的前端侧在上位而后端侧在下位的倾斜面。加热炉130是由上述的131～134等构成的。
在上述输入口136的外侧设置输入装置145，在上述输出口137的外侧设置输出装置146。这些输入装置145与输出装置146是夹持器或提升器式等的结构，但可以利用输入台120的输送机的输送力等而不用这些结构。
送入上述加热炉130中的原管1，借助进行可动炉体142的升降运动与前后运动的间歇依次送进装置150，使沿与管的长度方向A垂直的横向B的方向上向后端侧一面间歇地输送，一面进行高温加热H，即，在底部炉壁131下方的台121侧形成凹处123，在这些凹处123中的底部上设置基框151。从这基框151上立置多根支杆152，由这些支杆152的上端支撑着底部炉壁131的底面一侧。
可动体153配置成能避开上述支杆152群并可以升降与前后运动，此可动体153由下部框体154、从该下部框体154的左右方向的多个部位(在此实施例中为四处)的前后多个部位上设立的支持杆155及设在各部位前后支持杆155上端间的支持板156等构成，上述可动炉体142固定在这些支持板156的上面。
使上述可动体153升降运动的升降装置157是由下列装置构成的在前后方向的多个位置上通过横销158可在前后方向上自由摇动地设置在基框151侧的多个杆件159，连接在这些杆件159下端的前后方向的推拉杆160，连接在此推拉杆160一端的升降用油压缸161，铰接在各杆159上端并与可动体153的下部框体154的下面相接的辊子162等。升降运动装置157以左右一对为一组地设置，此时两升降运动用油压缸161同步地动作。
使上述可动体153作前后运动的前后运动用油压缸163设置在从下部框架154向前连设的杆体164与上述基框151之间。其前后运动用油压缸163与上述升降运动用油压缸161对应于相应的连接部件可相对自由摇动地连接着。通过上述的151～164而构成了间歇依次送进装置150。进而，通过可动炉体142的动作在滑槽143部分中变化而形成的间隙，则用密封装置(图中未示出)等适当地予以封闭。
如前所述，运至输入台120终端的原管1，由打开开闭门138后的输入装置145的动作，而沿与管的长度方向A垂直的横向B上输送，通过输入口136送入加热炉130内。此时，可动炉体142下降运动并朝输入口136一侧前进。送入的原管1支持在如图25所示的底部炉壁131的支持面131a上，并在送入后关闭开闭门138。
在此状态下，升降运动用油缸161收缩使杆件159组摇摆，通过向上移动的辊子162组而使可动体153上升，从而通过此可动体153使可动炉体142群在滑槽143中作上升运动D，从而如图26所示地，通过提升面142a使支持在支持面131a上的原管1提升。然后，前后运动用油缸163伸长，支持在辊子162组上的可动体153后退，从而通过此可动体153使可动炉体142群在滑槽143中作后退运动E，于是就如图27所示地，把由提升面142a提升并支持的原管1向后端侧传送规定的间距。
由于升降运动用油缸161的伸长，使杆件159组摇摆，通过向下摆动的辊子162组而使可动体153下降，通过此可动体153使可动炉体142群在滑槽143内作下降运动F，于是如图28所示，使支持在提升面142a上的原管1过渡到支持面131a上。其后，通过前后运动用油缸163的收缩，使由辊子162组支持的可动体153前进，借助此可动体153使可动炉体142群在滑槽143内作前进运动G，于是就如图25所示，使空的提升面142a向前端侧返回规定的间距。
借此而使原管1通过短时间打开的输入口136送入加热炉130中。然后，在加热炉130中，原管1通过几乎不受热影响的可动炉体142，在间歇依次送进装置150的动作下，沿与其长度方向A垂直的横向B方向上从前端向后端以规定的间距间歇地依次送进。在加热炉130内的传送过程中，利用加热燃烧器140的火焰高温加热H到相变点A3以上。
此时，在加热炉130内，多根原管1可同时地间歇依次送进。依次送进传送是使原管1基本以静止状态实现的，故能实现不致产生传送损伤的加热传送。而在规定位置处，作下降运动F的原管1与转动用突起144的斜面相接触，借助于在此斜面上的转动，错位状自动旋转后，由支持面131a接住。借此使原管1在加热中一次或多次转动而改变其被支持面，可以做到均质地加热。
这样进行加热并传送至输出口137附近的原管1，在上述下降运动F时，通过适时地在短时间内打开的输出口137，借助于输出装置146的动作，而沿与其长度方向A垂直的横向B上传送，从加热炉130送到输送机165上。在其输出之后，开闭门139关闭。
如上所述地在加热炉130中加热到规定温度并输出的原管1，如图22中所示，向焊缝位置调整装置15上输送，使焊缝部2的位置对准在一定方向上。再把原管1送入圆形钢管成形轧机20，通过多个校形辊21等热成形而制成精制原管1A。然后把精制原管1A送入方形钢管成形轧机25中，用鼓形轧辊26等热成形，以热成形出具有规定尺寸的作为最终产品的大口径四角状方形钢管3。
下面，根据图29说明作为第10实施例变型的第11实施例。
即，在制造例如大口径四角形方形钢管3时，以与这种方形钢管3相称的有规定口径、板厚与长度的正方形钢管(或长方形钢管)1B作为原管在输入台120上准备好。然后把送至输入台120终端部的正方形钢管1B送入加热炉130，在加热炉130内沿与管的长度方向A垂直的横方向B进行传送，并高温加热H至A3相变点以上。
此时，在可动炉体142的上面形成扁平状的提升面142b。而从加热炉130中送出的正方形钢管1B并不通过圆形钢管成形轧机20，而是通过输送机165进入方形钢管成形轧机25进行热成形。
在上述第10实施例与第11实施例中，在把原管1、1B送入加热炉130的前端、从后端送出之时，输入口136与输出口137的开放时间可以缩短，能减少从加热燃烧器140喷向输入口136与输出口137的火焰流，提高其热效率。而且借助于间歇依次传送装置150可使可动炉体142作升降运动与前后运动，在加热炉130中，原管1、1B通过几乎不受热影响的可动炉体142能够从前端侧向后端侧间歇地依次以规定间距传送。此时其依次送进基本上能使原管1、1B为静止状态不产生输送致伤地进行，而且，即使是大载荷厚壁大口径原管1、1B也不致损伤间歇依次送进装置150，能经常稳定地进行传送。
权利要求
1.一种方形钢管的制造方法，其特征在于，使用与最终产品尺寸相称的有规定直径、板厚与长度的圆形原管，在加热炉中将此原管加热，再用圆形钢管成形轧机把加热后原管热成形为精制原管，然后用方形钢管成形轧机将精制原管热成形为方形钢管，再将此方形钢管在冷却台上冷却。
2.一种方形钢管的制造方法，其特征在于，把平板坯材加压成形后进行焊接而形成的多角中空钢管放入加热炉中加热后，再用方形钢管成形轧机热成形为方形钢管。
3.如权利要求2所述的方形钢管的制造方法，其特征在于，形成其宽度尺寸形成为比最终产品尺寸更宽的多角中空钢管，并将在加热炉中加热后的多角中空钢管用方形钢管成形轧机边拉深边热成形。
4.如权利要求2所述的方形钢管的制造方法，其特征在于，形成比最终产品尺寸的宽度更宽、角部曲率半径更大的多角中空钢管，并将在加热炉中加热后的多角中空钢管，用方形钢管成形轧机对其宽度尺寸及角部曲率半径同时进行拉深与热成形。
5.一种方形钢管的制造方法，其特征在于，用方形钢管成形轧机对圆形原管冷轧成形，形成比最终产品宽度尺寸大的多角形中空钢管，在加热炉中对此多角形中空钢管加热后，再用另外的方形钢管成形轧机边拉深边热成形而得到方形钢管。
6.如权利要求5所述的方形钢管的制造方法，其特征在于，形成宽度尺寸较宽、角部曲率半径较大的多角中空钢管，将在加热炉中加热过的多角中空钢管用另外的方形钢管成形轧机对其宽度尺寸与角部曲率半径进行边拉深边热成形。
7.一种圆形钢管的制造方法，其特征在于，使用与最终产品尺寸相称的有规定直径、板厚、长度的圆形原管，将此原管在加热炉中加热，再把加热过的圆管在圆形钢管成形轧机上热成形为圆形钢管，在冷却台上把圆形钢管冷却后，再用切断装置切除其端部成形不良部分而形成的。
全文摘要
一种方形钢管和圆形钢管的制造方法。现有技术的冷轧成型制造出的方形钢管，其角部与焊缝部硬度比平板部高，而且不出现屈服点，在角部与焊缝部产生接近屈服点的拉伸及压缩残余应力而使压曲强度降低，角部由于弯曲加工而残留有局部大的韧性变形，使其显著变脆，为此而采用本发明时，由于是用方形钢管成型轧机热成型制造方形钢管的，在整个断面上材质均匀软化，拉伸性能好，而且能得到几乎无残余应力的高压曲强度，同时能制出二次焊接性能优良且有足够韧性的方形钢管。
文档编号B21C37/30GK1154880SQ9611334
公开日1997年7月23日 申请日期1996年7月26日 优先权日1995年7月28日
发明者中岛拓, 中岛教雄 申请人:中岛钢管株式会社