はじめに: 四角形中空セクションの多用途性
角形鋼管は角形中空セクション (SHS) としても知られ、現代の金属製造において最も汎用性の高い構造プロファイルの 1 つです。これらのプロファイルは、等しい側の中空断面を特徴としており、高い強度対重量比と、すっきりとした美しさと接続の容易さを兼ね備えています。閉断面形状により、I ビームやチャネルなどの開いた形状よりも大幅に優れた優れたねじり剛性が得られ、ねじり力に対する耐性が必要な用途に最適です。平らで平行な表面により、溶接、ボルト締め、ブラケット、プレート、その他のコンポーネントの取り付けが簡素化され、角形鋼管は建設、機械工学、輸送、農業分野で好まれる材料となっています。
標準寸法範囲とグローバル仕様
角形鋼管は、さまざまな構造的および機械的要件に対応するために、幅広いサイズで製造されています。メートル法では、一般的な外形寸法は 10mm × 10mm から最大 400mm × 400mm までの範囲にあり、壁の厚さは通常 0.5mm から 20mm の範囲です。家具や装飾構造物などの軽負荷の用途では、通常、より薄い壁 (0.5mm ～ 3mm) を備えた小さなセクション (13mm ～ 50mm) が指定されます。肉厚 3mm ～ 8mm の中型セクション (50mm ～ 150mm) は、一般的な構造フレーム、機械ベース、および支柱の主力製品として機能します。重荷重に耐える用途では、150 mm を超える大きなセクション (多くの場合、肉厚が 12 mm 以上になる) が使用されます。標準の長さは通常、6 メートル、12 メートル、またはカスタムの長さとして供給されます。
ASTM A500: 構造チューブに関する米国規格
北米で最も広く使用されている角形鋼管の規格は ASTM A500 で、これは橋や建物の溶接、リベット、またはボルト締め構造用の冷間成形溶接およびシームレス炭素鋼構造管を対象としています。 ASTM A500 では、グレード C が主な材料であり、最小降伏強度 50 ksi (345 MPa) と引張強度 62 ksi (427 MPa) を提供します。この規格には、最大合計周長が 88 インチまでのチューブが含まれます。つまり、正方形 HSS の最大サイズは 22 インチ × 22 インチで、壁の厚さは公称 1 インチまでです。たとえば、ASTM A500 に基づく一般的な正方形 HSS の指定は HSS50x50x3 と表され、外形寸法が 50mm × 50mm、肉厚が 3mm であることを示します。一般的なインペリアル サイズの範囲は、壁厚 0.063 インチの 1/2 インチ × 1/2 インチから、壁厚 0.250 インチ (1/4 インチ) の 8 インチ × 8 インチまでです。
EN 10210 および EN 10219: 熱間成形および冷間成形セクションに関する欧州規格
ヨーロッパでは、四角形中空セクションは 2 つの主要な規格によって管理されています。熱間仕上げ構造中空セクションに関する EN 10210 と、冷間成形溶接構造中空セクションに関する EN 10219 です。 EN 10219 は、最大 40 mm の壁厚で製造された冷間成形溶接された円形、正方形、および長方形の構造中空セクションをカバーしており、正方形セクションは最大 500 mm × 500 mm の外形寸法が利用可能です。一般的な EN 10219 正方形セクションの範囲は、壁厚 2.0 mm の 20 mm × 20 mm から、壁厚 12.5 mm 以上の最大 300 mm × 300 mm までです。この規格では、寸法公差、断面特性、マーキング要件が規定されており、標準長さは 6、8、12 メートルです。コーナー半径も指定されています。20mm × 20mm × 2.0mm のセクションの場合、外側コーナー半径は 4mm、内側コーナー半径は 2mm です。
JIS G3466およびその他の国際規格
日本工業規格 JIS G 3466 は、土木、建築、その他の構造物に使用される炭素鋼の角管および角管の要求事項を定めています。 JIS G3466 に基づく寸法公差では、辺の長さが 100mm 未満の場合、公差は ±1.5mm であることが要求されます。辺の長さが 100mm を超える場合、公差は ±1.5% です。肉厚公差は±10%、重量公差は±10%です。中国規格 GB/T 6728 は、通常 20mm × 20mm から 600mm × 600mm の範囲の冷間成形鋼中空セクションをカバーしており、Q235B や Q345B などの一般的な材料グレードを備えています。これらの規格に共通する材料グレードには、ASTM A500 グレード B および C、S235JR、S355J0H、Q235B、および Q345B が含まれます。
角管の製造工程：コイルから完成形まで
角形鋼管の製造は、平鋼コイルを精密な中空セクションに変換する体系的な製造ワークフローに従います。このプロセスは原材料の準備から始まり、鋼ストリップ (通常は Q195、Q235、または Q345 などのグレードの熱間圧延または冷間圧延コイル) の表面欠陥が検査され、錆、油、その他の不純物を除去するために洗浄されます。次に、コイルを解き、レベリングマシンに通してストリップを平らにし、内部応力を緩和します。エッジトリミングでは、鋼帯を角管製造に必要な幅に切断します。
成形段階ではプログレッシブロール成形プロセスが採用されています。成形機はストリップを徐々に曲げて円管にし、次に円管を正方形または長方形の断面に変形させるサイジングミルまたは正方形再成形ユニットを通過させます。次に、高周波電気抵抗溶接 (ERW) を適用して継ぎ目を溶融し、続いてスカーフィング ツールを使用して内部および外部の溶接バリを除去します。次に、チューブは複数のサイジング ローラーを通過して最終寸法を固定し、必要に応じて鋭い角を形成します。アニーリングなどのオプションのオンライン熱処理を溶接シームに適用して、品質と全体的な機械的性能を向上させることができます。次に、フライングソーまたは固定長カッターで連続チューブを希望の長さに切断します。最後に、切断されたチューブは曲がりやねじれを取り除くために真っ直ぐにされ、端面の研磨または面取りが実行される場合があります。品質検査には、目視検査、寸法確認、超音波検査やX線検査などによる溶接検査が行われ、防錆処理（注油など）が行われ、保管・出荷時に梱包されます。
二次加工：切断・曲げ・溶接
角管は一次生産の後、特定の用途要件を満たすためにさまざまな二次加工操作を受けます。 切断は 、汎用的な長さの切断にはソーイング、高精度で複雑な形状にはレーザー切断、中厚管にはプラズマ切断を使用して実行できます。チューブレーザー切断では、高出力ファイバーレーザービームを使用してチューブ材料を局所的に溶融または蒸発させ、優れたエッジ品質を備えた非接触の高エネルギー密度加工を実現します。 曲げることにより 、直線のチューブがフレーム、手すり、建築要素の曲線コンポーネントに変換されます。 CNC チューブ ベンダーは、マンドレルとワイパー ダイを使用して、壁を崩さずに角形チューブを滑らかな半径に成形します。 溶接では、 ガスメタル アーク溶接 (MIG) またはガス タングステン アーク溶接 (TIG) を使用して、個々のチューブ コンポーネントをより大きな構造に組み立てます。溶接の品質には不可欠な適切な接合部の準備と取り付けが必要です。追加の二次加工には、パンチング、溝加工、穴あけ、および亜鉛メッキ、塗装、粉体塗装などの表面仕上げが含まれます。
