(57)【要約】【課題】素材鋼板から鋼管の管軸方向の引張特性の推定に好適な、曲げ加工後に、曲げ加工方向と直交する方向の引張特性を鋼板の引張特性から精度よく推定する手法を提供する。【解決手段】鋼板の曲げ加工後における、加工方向と直交する方向の引張特性の推定方法であって、鋼板を曲げ加工後、加工方向と直交する方向から採取した引張試験片による応力−ひずみ関係をＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎで近似し、加工ひずみ量を変えた曲げ加工毎に求めた複数のＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎから、式における係数であるＣ：真ひずみが１のときの真応力、ｎ：加工硬化係数、およびδ：補正項の曲げ加工前後の変化を前記加工ひずみ量の関数として表し、任意の加工ひずみ量による曲げ加工後の、加工方向と直交する方向の引張特性を前記鋼板の引張特性から推定する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板の曲げ加工後における、加工方向と直交する方向の引張特性の推定方法であって、鋼板を曲げ加工後、加工方向と直交する方向から採取した引張試験片による応力−ひずみ関係をＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎで近似し、加工ひずみ量を変えた曲げ加工毎に求めた複数のＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎから、式における係数であるＣ：真ひずみが１のときの真応力、ｎ：加工硬化係数、およびδ：補正項の曲げ加工前後の変化を前記加工ひずみ量の関数として表し、任意の加工ひずみ量による曲げ加工後の、加工方向と直交する方向の引張特性を前記鋼板の引張特性から推定することを特徴とする鋼板の曲げ加工後における、加工方向と直交する方向の引張特性の推定方法。
【請求項２】
曲げ加工後のＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎにおけるＣ：真ひずみが１のときの真応力を（１）式、ｎ：加工硬化係数を（２）式、δ：補正項を（３）式で表すことを特徴とする請求項１記載の鋼板の曲げ加工後における、加工方向と直交する方向の引張特性の推定方法。
ｎ／ｎ０＝ａ＊λｐ＋ｂ                  （１）
Ｃ／Ｃ０＝ｃ＊（ｎ／ｎ０）＋ｄ          （２）
δ＝ｅ×ｅｘｐ（ｆ×λｐ）              （３）
各式においてλｐは加工時に導入したひずみ量、（１）、（２）式においてｎ０、Ｃ０は曲げ加工前のｎ，Ｃ、（１）〜（３）式においてａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは定数。
【請求項３】
鋼板がベイナイト主体の組織を有し、ＡＰＩＸ６５グレード以上であることを特徴とする特徴とする請求項１または２記載の鋼板の曲げ加工後における、加工方向と直交する方向の引張特性の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の曲げ加工前の引張特性より、曲げ加工後の、加工方向と直交する方向の引張特性を推定する方法に関し、ＵＯＥ鋼管の管軸方向引張特性の推定に用いて好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石油や天然ガスを高圧輸送する観点から周方向特性が重視されてきたが、近年では地震や、凍土地域の地盤変動による鋼管の変形などが考慮されるようになり、軸方向特性(特に変形特性、低YRなど)が要求されている。
【０００３】
鋼板を曲げ加工した場合、加工硬化やバウシンガー効果の影響を受けて成形前後で引張特性、特に降伏点が変化するため、建築物にプレスベンド鋼管を使用したり、ＵＯＥ鋼管を製造する場合に曲げ加工後の機械的性質を素材鋼板のものから推定することが検討されている。
【０００４】
特許文献１は、鋼板の曲げ加工における機械的性質に及ぼす加工度と焼戻し処理の影響を評価して、建物の設計要求性能値と比較する方法に関し、曲げ加工後の機械的特性を推定してＳＲ処理の必要性を判断し、更にＳＲ処理後の鋼板の機械的性質を推定するため、素材鋼板の機械的特性（０．２％耐力、引張強さ、降伏比）と炭素当量（Ｃｅｑ）、加工度（ｔ／Ｄ＝板厚／曲げ直径）およびＳＲ処理温度（℃）を鋼板の曲げ加工後およびＳＲ処理後の鋼板の機械的性質に及ぼす影響因子と位置づけて重回帰分析し、その結果より、曲げ加工後およびＳＲ処理後の鋼板の機械的性質を推定することが記載されている。
【０００５】
非特許文献１は、加工硬化やバウシンガー効果を考慮して鋼管の強度変化を精度良く推定するため、塑性挙動に及ぼす繰り返し加工の影響を明らかとすることを目的に、ＡＰＩＸ６０、６５の鋼から採取した棒状試験片を用いて降伏伸びより小さい逆方向予歪を与えた場合や、微小ひずみの引張と圧縮加工を交互に与えた場合の強度変化について検討した結果を述べている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、ＵＯＥ鋼管の製造においては、管周方向の他に管軸方向についても機械的特性の目標値が設定されるようになり、Ｕ、Ｏプレスによる曲げ加工後に、曲げ加工方向と直交する方向の材料特性を推定することが必要になっている。
【０００７】
しかしながら、曲げ加工による素材鋼板からの機械的特性の変化は、圧延方向と圧延直角方向で鋼板の機械的性質が相違するように、曲げ加工方向と曲げ加工直交方向で相違すると考えられ、曲げ加工後に、曲げ加工方向の材料特性を推定する特許文献１記載の影響評価方法では対応できないことが推察される。
【０００８】
また、特許文献１記載の影響評価方法では重回帰分析を用いていることから、推定値の変化は単調増加（または減少）であらわされることとなり、低ひずみ域におけるバウシンガー効果による応力低下を反映できず、推定精度の低下、特に降伏点の変化の推定精度が低下することが推察される。
【０００９】
そこで、本発明は、素材鋼板から鋼管の管軸方向の引張特性の推定に好適な、曲げ加工後に、曲げ加工方向と直交する方向の引張特性を鋼板の引張特性から精度よく推定する手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
１．鋼板の曲げ加工後における、加工方向と直交する方向の引張特性の推定方法であって、鋼板を曲げ加工後、加工方向と直交する方向から採取した引張試験片による応力−ひずみ関係をＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎで近似し、加工ひずみ量を変えた曲げ加工毎に求めた複数のＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎから、式における係数であるＣ：真ひずみが１のときの真応力、ｎ：加工硬化係数、およびδ：補正項の曲げ加工前後の変化を前記加工ひずみ量の関数として表し、任意の加工ひずみ量による曲げ加工後の、加工方向と直交する方向の引張特性を前記鋼板の引張特性から推定することを特徴とする鋼板の曲げ加工後における、加工方向と直交する方向の引張特性の推定方法。
２．曲げ加工後のＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎにおけるＣ：真ひずみが１のときの真応力を（１）式、ｎ：加工硬化係数を（２）式、δ：補正項を（３）式で表すことを特徴とする１記載の鋼板の曲げ加工後における、加工方向と直交する方向の引張特性の推定方法。
ｎ／ｎ０＝ａ＊λｐ＋ｂ                  （１）
Ｃ／Ｃ０＝ｃ＊（ｎ／ｎ０）＋ｄ          （２）
δ＝ｅ×ｅｘｐ（ｆ×λｐ）              （３）
各式においてλｐは加工時に導入したひずみ量、（１）、（２）式においてｎ０、Ｃ０は曲げ加工前のｎ，Ｃ、（１）〜（３）式においてａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは定数。
３．鋼板がベイナイト主体の組織を有し、ＡＰＩＸ６５グレード以上であることを特徴とする特徴とする１または２記載の鋼板の曲げ加工後における、加工方向と直交する方向の引張特性の推定方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、曲げ加工後の応力−ひずみ関係をＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎで近似し、近似式の係数を加工ひずみ量の関数として定式化するので、任意の加工ひずみ量に対する引張特性を精度良く推定でき、ＵＯＥ鋼管の生産効率が向上し、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】４点曲げ試験方法を説明する図。
【図２】曲げ試験片から引張試験片の採取要領を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図。
【図３】予ひずみ量λｐとｎ／ｎ０（ｎ０：予ひずみ前の加工硬化係数、ｎ：予ひずみ後の加工硬化係数）の関係を示す図。
【図４】ｎ／ｎ０と真ひずみが１のときの応力比（Ｃ／Ｃ０）の関係を示す図。
【図５】補正項δと予ひずみ量λｐの関係を示す図。
【図６】Ｘ７０グレード鋼管を対象に、鋼管の管軸方向引張特性（ＹＳ実測値）と、同鋼管用鋼板のＬ方向の引張特性を基に本発明により推定した管軸方向引張特性（ＹＳ推定値）の相関を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、素材鋼板を曲げ加工後、加工方向と直交する方向から採取した引張試験片による応力−ひずみ関係をＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎで近似し、加工ひずみ量（ｐｒｅ−ｓｔｒａｉｎ、予ひずみ量とも言う）を変えた曲げ加工毎に求めた複数のＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎから、式における係数であるＣ：真ひずみが１のときの真応力、ｎ：加工硬化係数、およびδ：補正項の曲げ加工前後の変化を加工ひずみ量の関数として表して、任意の加工ひずみ量の曲げ加工後の引張特性を素材鋼板の引張特性から高い精度で推定することを特徴とする。
【００１４】
以下、具体的に説明する。
【００１５】
［ＳＴＥＰ１］
素材鋼板のＣ方向を長手として採取した曲げ試験片に４点曲げ試験で加工ひずみを導入した後、曲げ加工方向の直交方向（素材鋼板のＬ方向）から採取した引張試験片を用いた引張試験で、曲げ加工後の応力−ひずみ関係を求める。引張試験は、加工ひずみ量を変えた曲げ加工毎に行い、それぞれについて応力―ひずみ関係を求める。
【００１６】
図１は４点曲げ試験を説明する図で、上下面にひずみゲージ３ａ〜３ｃを貼った曲げ試験片１の上方に支点２ａ、２ｂ、下方に支点２ｃ、２ｄを配置し、支点２ａ、２ｂまたは支点２ｃ、２ｄを昇降させて曲げ加工を行って、任意の加工ひずみ量に達した時点で除荷する。
【００１７】
図２に引張試験片の採取位置を示す。曲げ加工時、内面側では周方向に圧縮、外面側では引張ひずみを生じており、ひずみ方向の違いによる特性変化を調査するため、曲げ加工後の曲げ試験片１から、曲げ加工方向と直交するように６ｍｍφの引張試験片４ａ〜４ｄを１／４ｔ（ｔは板厚（ｍｍ））、３／４ｔ（ｔは板厚（ｍｍ））位置より各２本採取した。引張試験片４ａ、４ｃは曲げ加工により引張側（外面側）となる位置から、引張試験片４ｂ、４ｄは曲げ加工により圧縮側（内面側）となる位置から採取した。
【００１８】
また、素材鋼板のＬ方向から採取した引張試験片を用いて、引張試験で予ひずみ前の応力‐ひずみ関係を求めておく。なお、曲げ加工前後の引張試験は常温で行う。
【００１９】
［ＳＴＥＰ２］
素材鋼板および加工ひずみ量毎に求めた応力−ひずみ関係のそれぞれをＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎで近似し、式の係数Ｃ、ｎ、δを算出し、各係数と加工ひずみ量の関係を定式化する。Ｓｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎにおいて、Ｃ：真ひずみが１のときの真応力、ｎ：加工硬化係数、δ：補正項とする。
【００２０】
ｎ乗硬化式（σ＝Ｃε＾ｎ）の場合、ベイナイト鋼のような加工硬化係数の小さい鋼材に対しては、低ひずみ域での応力−ひずみ曲線との整合性が悪くなることから、補正項δにより低ひずみ域での精度の向上を図る。
【００２１】
素材鋼板のＬ方向（造管後の管軸方向）における応力−ひずみ関係を表す式を（１）式とし、曲げ加工後の管軸方向の応力−ひずみ関係を加工ひずみ量毎に（２）式で表す。
σ＝Ｃ０（ε＋δ）＾ｎ０                      （１）
σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎ                （２）
（１）式の係数Ｃ０は、初期引張特性において、リューダース伸びがある場合はリューダース伸び終了後のひずみから６％ひずみの間における任意の４点について、真応力−真ひずみ関係をプロットした場合の真ひずみが１のときの真応力で求められる。（２）式の加工後の係数Ｃについても同様の手法で求められる。
【００２２】
（１）式の係数ｎ０は、初期引張特性において、リューダース伸びがある場合はリューダース伸び終了後のひずみから６％ひずみの間における任意の４点について、予ひずみ量の対数に対するそのときの応力の対数の関係をプロットした場合の直線の傾きにより求められる。（２）式の加工後の係数ｎについても同様の手法で求められる。
【００２３】
図３〜５に、ベイナイト主体の組織となるＸ６５グレード級鋼板について、加工ひずみ量を変えた場合の応力−ひずみ関係式の係数変化を求めた結果を示す。供試鋼は表１に素材鋼板の引張特性を示すｓａｍｐｌｅＡ〜Ｅとした。ｓａｍｐｌｅＡ〜Ｅはベイナイト主体の組織のため、ｎ０＜０．１５である。ｓａｍｐｌｅＦ，Ｇは、ｓａｍｐｌｅＡ〜Ｅについて求めた結果を組織の異なる（ｎ０が大きく異なる）鋼に適用した場合の推定精度を検討するためのもので、ベイナイトが９０％未満のフェライト‐ベイナイト組織のｎ０  ＞０．１５の鋼である。本発明でベイナイト主体の組織とは、ベイナイトが９０％以上で、残部組織は特に規定しない。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
図３は、ｎ／ｎ０（ｎ０：予歪前の加工硬化係数、ｎ：予歪後の加工硬化係数）と予ひずみ量λｐの関係を示し、採取位置の区別なくｎ／ｎ０＝−１１．５２９λｐ＋０．９９２９で整理される。図４は、真ひずみが１のときの応力比（Ｃ／Ｃ０）とｎ／ｎ０の関係を示し、Ｃ／Ｃ０＝０．１３９４（ｎ／ｎ０）＋０．８５８６で整理される。
【００２６】
図５に補正項δの加工ひずみ量λｐに対する関係を示す。加工ひずみ量λｐの増加にともないδの値がゼロに収束する傾向を示すことから、加工ひずみ量λｐに対するδの関係を（３）式で近似する。
δ＝ｅ×ｅｘｐ（ｆ×λｐ）          （３）
図より、（３）式の係数はｅ＝０．０１０６、ｆ＝−９５．４となる。
【００２７】
以上の結果より、表１の供試鋼（ｓａｍｐｌｅＡ〜Ｅ）の０．５％ＹＳを加工ひずみ量λｐに応じて推定する式は（４）式で表せる。
σ＝  Ｃ｛ｌｎ（１＋０．００５）＋δ｝＾ｎ
＝［Ｃ０｛０．１３９（−１１．５２９λｐ＋０．９９２９）＋０．８５８６｝］｛ｌｎ（１＋０．００５）＋０．０１０６ｅｘｐ（−９５．４λｐ）｝＾｛ｎ０（−１１．５２９λｐ  ＋０．９９２９）｝                  （４）
上記計算式における推定精度は±２０ＭＰａと高い精度を有する。
【００２８】
なお、表１のｓａｍｐｌｅＦ，Gは、フェライト‐ベイナイト組織でｎ０＞０．１５のため、上記計算式を適用すると、低応力で塑性域に達した後に大きな加工硬化を示す特性上、低ひずみ域での整合性が悪くなり約３０〜４０ＭＰａ高めに推定されることとなる。本発明は、引張特性をＳｗｉｆｔの式：σ＝Ｃ（ε＋δ）＾ｎで表すので、加工硬化指数が一定の範囲内にある場合、すなわち主組織が同じ場合に推定精度が向上する。
【００２９】
ｓａｍｐｌｅＦのように、フェライト−ベーナイト組織でn０＞０．１５となる鋼板の場合、補正項δ＝０として、応力−ひずみ関係をｎ乗硬化式（σ＝Ｃε＾ｎ）であらわすと推定精度が向上する。
【００３０】
本発明を適用して、任意の曲げ加工により製造されたＵＯＥ鋼管の管軸方向の引張特性を素材鋼板の引張特性から推定する場合について、具体的に説明する。
【００３１】
本発明により、ＵＯＥ鋼管成形前後での管軸方向引張特性の推定を行う場合、鋼管成形で受けるひずみ量を管の内面側、外面側で規定する。
ＵＯＥ鋼管の成形過程はＵプレス、Ｏプレス、縮管、拡管からなり、繰り返し変形を受ける。ＵＯＥ鋼管の管軸方向特性を評価する際、試験片採取位置は溶接線から３時の位置であるため、Ｕプレスの影響は受けない。また、本発明では簡略化のため、縮管は非常に小さいひずみ量であるため無視してもよいと仮定する。
【００３２】
上記の仮定を適用した場合、鋼管成形までに受けるひずみ量は、λＯをＯプレスまでに導入されるひずみ量（＝管径／管厚比）、λＥを拡管ひずみとした場合、管の内面側は（５）式、外面側は（６）式であらわせる。
内面側のひずみ量＝−λＯ＋λＥ      （５）
外面側のひずみ量＝λＯ＋λＥ          （６）
従って、管外面側の引張特性はひずみ量の和をλｐとすることであらわせる。一方、内側ではひずみ方向が変化することからバウシンガー効果を考慮しなければならない。任意の予ひずみ量に対して逆方向予ひずみを付与した際のバウシンガー効果はいくつか報告されており（例えば、非特許文献２）、これらの値を参考にして特定のバウシンガー効果係数Ｂを見積もることができる。
【００３３】
管内面の引張特性は、バウシンガー効果係数Ｂを用いて、（７）式により推定できる。
σ＝Ｃ｛ｌｎ（１＋０．００５）＋δ｝＾ｎ
＝Ｂ［Ｃ０｛０．１３９（−１１．５２９λｐ＋０．９９２９）＋０．８５８６｝］｛ｌｎ（１＋０．００５）＋０．０１０６ｅｘｐ（−９５．４λｐ）｝＾｛ｎ０（−１１．５２９λｐ  ＋０．９９２９）｝              （７）
このときλｐ＝λＯである。
【００３４】
図６に、主組織が同じで、強度レベルがＸ７０グレード内で異なる鋼管を対象に、鋼管の管軸方向引張特性（ＹＳ実測値）と、同鋼管用鋼板のＬ方向の引張特性を基に（７）式により推定した管軸方向引張特性（ＹＳ推定値）を比較した結果を示す。ＵＯＥ鋼管の場合、素材鋼板のＬ方向が鋼管の管軸方向となる。
【００３５】
Ｘ７０グレードの鋼管の製造時に、各工程において導入されるひずみ量はλＯ＝０．０２５、λＥ＝０．０１とする。このときのバウシンガー効果係数Ｂは、非特許文献１よりおよそ０．９となる。
【００３６】
図６より、推定精度は−３０〜＋２０ＭＰａで、特許文献１の推定手法におけるＹＳ推定精度（±５０ＭＰａ）と比較して高い精度を有し、主組織が同じであれば、異なる強度レベルの鋼材においても、高い精度で管軸方向引張特性の推定が可能である。
【００３７】
本発明によれば、ベイナイトを主組織とするＵＯＥ鋼管用鋼板（素材鋼板）を対象として、造管時の各工程におけるひずみ量と、鋼管用鋼板の引張特性より、ＵＯＥ鋼管成形後の管軸方向引張特性を精度よく推定することが可能である。また、鋼管製造前後の引張特性変化が精度良く推定できるので、素材鋼板への要求特性が明確となり、適切な製造条件を選択することが可能となる。
【符号の説明】
【００３８】
１                        曲げ試験片
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ    支点
３ａ、３ｂ、３ｃ          ひずみゲージ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ    引張試験片
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】特許第３７２１５１７号
【非特許文献】
【００４０】
【非特許文献１】高田、杉江、「ラインパイプ用鋼板の塑性挙動におよぼす繰り返し加工の影響について」川崎製鉄技報、Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９７４  ｐ．１４−２２
【非特許文献２】Ｔ．Ｔａｋｅｄａ、Ｙ．Ｎａｓｕ、Ｅ．Ｓｈｉｒａｔｏｒｉ：Ｂｕｌｌ．Ｏｆ  Ｙａｍａｇａｔａ  Ｕｎｉｖ．、Ｅｎｇ．、Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．１、１９８２
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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