(57)【要約】【課題】高い圧潰強度を有し且つ安価に製造することが可能な鋼管を提供する。【解決手段】ＵＯ成形で製造される鋼管であって、管軸方向と直交する断面形状が楕円であり、管軸方向と直交する断面において、シーム溶接部とその軸対称点とを結ぶ直線を直線Ａとしたときに、この直線Ａと直交する方向の直径を最大径とし、且つ真円度を１．４％以下とする。鋼管の圧縮降伏強度は、管周方向でシーム溶接部を起点とした９０度位置において最も高く、一方、鋼管に外圧が負荷された際には、最大径部の内面側の圧縮応力が最大となり、最初に降伏して圧潰に至ることから、前記９０度位置を最大径部とすることにより、高い圧潰強度が得られる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板をＵＯ成形した後、突き合わせ端部をシーム溶接して製造される鋼管であって、
管軸方向と直交する断面形状が楕円であり、管軸方向と直交する断面において、シーム溶接部とその軸対称点とを結ぶ直線を直線Ａとしたときに、この直線Ａと直交する方向（但し、当該直交する方向に対して、管周方向で±５°以内の方向を含む）における直径が最大径であり、真円度が１．４％以下であることを特徴とする圧潰特性に優れた鋼管。
【請求項２】
シーム溶接後に拡管矯正を施して製造された鋼管であることを特徴とする請求項１に記載の圧潰特性に優れた鋼管。
【請求項３】
シーム溶接後に縮管矯正を施して製造された鋼管であることを特徴とする請求項１に記載の圧潰特性に優れた鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はラインパイプ等に使用される圧潰特性に優れた鋼管に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、原油・天然ガスの長距離輸送に用いるパイプラインのなかでも、海洋を渡る海底パイプラインでは、水深１０００ｍを超える大深度のものが増加している。一般にパイプラインの設計では、流体輸送量により鋼管内径が決定され、続いて内圧負荷時の周方向応力が一定値に抑えられるようにするとともに、腐食減量や亀裂伝播特性を加味して肉厚、材質が決定される。さらに、深海パイプラインでは水圧が高まるため、その設計に圧潰強度が考慮される。圧潰強度は、鋼管の径が小さいほど、また肉厚が大きいほど高くなるため、圧潰強度を考慮した設計では、小径化による輸送量の低下や、厚肉化による鋼管コストの増加につながる。
【０００３】
圧潰は外圧により鋼管が潰れる現象であり、周方向圧縮応力により断面の一部が降伏すると、その部分に変形が集中するために生じる。すなわち、周方向の圧縮降伏強度が高い鋼管ほど、圧潰強度が高いことになる。一方、長距離輸送パイプラインに用いられる鋼管は大径であるため、鋼管を冷間で曲げた後、端部どうしを溶接して製造されるものが一般的である。鋼板に冷間で塑性ひずみを与えると、加工硬化により降伏強度は上昇するが、ひずみ付与方向を反転すると降伏強度が低下する、バウシンガー効果が発現することはよく知られている。このため、曲げ成形時のひずみ履歴により鋼管の周方向の圧縮強度と引張強度に差が生じ、最後に受ける周方向の塑性ひずみが引張方向である場合は、その圧縮強度の低下が著しい。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１〜３には、成形後の鋼管に熱処理を施すことによって、管周方向の圧縮降伏強度を回復させ、圧潰強度を向上させる方法が開示されている。また、特許文献４，５には、Ｏプレスでの圧縮率を大きくすることで管周方向の圧縮降伏強度の低下を抑制し、圧潰強度を向上させる方法が開示されている。さらに、特許文献６では、シーム溶接部とその軸対称部を端点とする直径が鋼管の最大径であり、且つ鋼管の真円度を限定した、圧潰強度に優れたＵＯＥ鋼管が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−４９０２５号公報
【特許文献２】特開２００３−３４２６３９号公報
【特許文献３】特開２００４−３５９２５号公報
【特許文献４】特開２００２−１０２９３１号公報
【特許文献５】特開２００３−３４０５１８号公報
【特許文献６】特開２００３−３４０５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１〜３に記載の熱処理による方法は、加熱工程が追加されるため、著しいコスト増を招くことになる。また、特許文献４，５に記載のＯプレスでの圧縮率を増加する方法は、Ｏプレス力量の制約下では適用可能な寸法や強度が制限される。
また、特許文献６は、溶接部の軸対称部の外表面側の位置を起点として圧潰が開始するというメカニズム（同文献の段落００１４）に基づいてなされた発明であるが、本発明者らによる試験の結果では、同文献に記載のような効果は認められなかった。
【０００７】
したがって本発明の目的は、高い圧潰強度を有し且つ安価に製造することが可能な鋼管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、冷間成形された鋼管の全断面における圧縮降伏強度について詳細に調査し、鋼管の圧縮降伏強度は、管周方向でシーム溶接部を起点とした９０度位置において最も高くなることを見出した。一方、鋼管に外圧が負荷された際には、最大径部の内面側の圧縮応力が最大となり、最初に降伏することが弾性力学的に明らかにされており、したがって、管断面形状が真円でない場合、前記９０度位置が最大径部となる楕円とすることにより、高い圧潰強度の鋼管が得られることが判った。
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
【０００９】
［1］鋼板をＵＯ成形した後、突き合わせ端部をシーム溶接して製造される鋼管であって、
管軸方向と直交する断面形状が楕円であり、管軸方向と直交する断面において、シーム溶接部とその軸対称点とを結ぶ直線を直線Ａとしたときに、この直線Ａと直交する方向（但し、当該直交する方向に対して、管周方向で±５°以内の方向を含む）における直径が最大径であり、真円度が１．４％以下であることを特徴とする圧潰特性に優れた鋼管。
［2］上記［1］の鋼管において、シーム溶接後に拡管矯正を施して製造された鋼管であることを特徴とする圧潰特性に優れた鋼管。
［3］上記［1］の鋼管において、シーム溶接後に縮管矯正を施して製造された鋼管であることを特徴とする圧潰特性に優れた鋼管。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の鋼管は、高い圧潰強度を有し、しかも最大径部の管周方向位置を選択するだけでよいため、安価に製造することが可能である。このため、特に圧潰強度の面から寸法が制約されてきた深海パイプラインにおいて、大径化による輸送量の増加を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】鋼管を製造するためのＵＯ成形工程を模式的に示す説明図
【図２】ＵＯ成形鋼管について、シーム溶接部を起点とした管周方向位置を示す説明図
【図３】ＵＯ成形鋼管について、シーム溶接部を起点とした各管周方向位置における圧縮降伏強度を示すグラフ（ここで、圧縮降伏強度は原板の降伏強度との比で示す）
【図４】拡管率を変えて製造した各種サイズのＵＯＥ鋼管について、管周方向でシーム溶接部を起点とした９０度位置と１８０度位置での圧縮降伏強度を、拡管率との関係で示すグラフ（ここで、圧縮降伏強度は原板の降伏強度との比で示す）
【図５】本発明の鋼管の管軸方向と直交する断面を示す説明図
【図６】管周方向でシーム溶接部を起点とした９０度位置を最大径部とする鋼管について、鋼管の真円度と圧潰強度との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の鋼管は、鋼板をＵＯ成形（冷間加工）した後、突き合わせ端部をシーム溶接して製造される鋼管であり、シーム溶接後に拡径矯正または縮径矯正が施されたものでもよい。
上記のようなＵＯ方式による鋼管の製造法は、ラインパイプの代表的な冷間製造法であり、その成形工程を図１に示す。この成形工程では、まず鋼板の幅端部をＣ成形で予め曲げた後、Ｕプレスで略Ｕ字形に曲げる。この際、その開き幅が次工程のＯプレスの金型開口幅より狭くなるように、その曲げ半径はＯプレス金型のＲより小さくする。次いで、外径相当のＲを有する半円形の金型によりＯプレスを実施する。このＯプレスでは、Ｕプレスで曲げられた部分のように曲げ戻し変形を受ける部分と、曲げ変形を受ける部分とが混在する。また、Ｏプレスでは管周方向の圧縮ひずみを付与し、除荷時の変形を抑えている。但し、鋼板と金型間で摩擦による拘束が働くため、圧縮ひずみは管周方向で一様ではない。Ｏプレス後、突き合わせ端部がシーム溶接され、さらに必要に応じて、プレス成形後の形状不良や溶接で生じた変形の矯正を目的とした拡管または縮管が施される。
【００１３】
このように管周方向各部で受けるひずみ履歴が異なるため、バウシンガー効果の影響が異なり、その降伏強度も一様でないと考えられる。そこで、ＵＯ成形後の鋼管の圧縮降伏強度を、図２に示すようにシーム溶接部から管周方向に４５度ピッチで調査した。その結果を図３に示す。なお、圧縮降伏強度は原板の降伏強度との比で示している。横軸はシーム溶接部を起点とした管周方向位置（角度）、縦軸は成形前の鋼板の圧縮強度との比率であり、内表面から１／４板厚の位置のものである。なお、以下の説明において、単に「何度位置」という場合は、管周方向でシーム溶接部を起点（０度）とした角度で表される鋼管部分の位置を示す。
【００１４】
図３によれば、鋼管の圧縮降伏強度は、Ｏプレス時の曲げ戻し変形を受ける１３５度位置、１８０度位置で低く、４５度位置、９０度位置で高い値を示している。このことから、圧縮降伏強度が高い４５度位置や９０度位置の部分が圧潰の起点となるようにすれば、鋼管の圧潰強度を高くすることが可能となる。
各種サイズのＵＯＥ鋼管を、拡管率を変えて製造した際の９０度位置、１８０度位置の圧縮降伏強度を調べた結果を図４に示す。なお、圧縮降伏強度は原板の降伏強度との比で示している。９０度位置の圧縮降伏強度が高く、特に拡管率が低い場合に１８０度位置との差は大きくなっている。
【００１５】
一方、外圧負荷時の厚肉円筒に作用する応力は、その最大径部の内面で最大になることが弾性力学的に明らかにされている。つまり、鋼管に外圧が負荷した際には、最大径部の内面側の圧縮応力が最大となり、最初に降伏して圧潰に至る。したがって、管周方向において、圧縮降伏強度が最も高い部分と最大径部を一致させれば、圧潰強度が高い鋼管とすることができる。ここで、上述したように、図３によれば圧縮降伏強度は４５度位置、９０度位置で高い値を示しているが、４５度位置と対向する１３５度位置は圧縮降伏強度が低いため、４５度位置と１３５度位置を最大径部と一致させた場合、１３５度位置を起点に圧潰が生じてしまう。これに対して、対向する９０度位置はいずれも圧縮降伏強度が高いため、この９０度位置を最大径部とすれば、圧潰強度が最も高い鋼管とすることができる。
【００１６】
このため本発明では、管軸方向と直交する断面形状を楕円とするとともに、９０度位置（管周方向でシーム溶接部を起点とした９０度位置）を最大径部とする。すなわち、図５に示すように、管軸方向と直交する断面において、シーム溶接部ｗとその軸対称点ｐとを結ぶ直線を直線Ａとしたときに、この直線Ａと直交する方向の直径を最大径とする。但し、この最大径部は厳密に９０度位置でなくてもよく、管周方向で９０度位置±５°以内の位置であれば、十分な効果が得られることが確認された。したがって、本発明において「直線Ａと直交する方向」とは、当該直交する方向に対して、管周方向で±５°以内の方向を含む意味とする。したがって、この角度範囲での直径が最大径であればよい。
【００１７】
図６は、強度Ｘ６５相当、外径６０９．６ｍｍ、管厚３１．８ｍｍで、９０度位置を最大径部とする鋼管について、鋼管の真円度と圧潰強度との関係を調べた結果を示している。ここで、真円度とは、鋼管の最大径と最小径の差を平均径で除した値であり、圧潰強度は最も高い真円度０．０％の場合との比率である。図６によれば、真円度が大きくなるにつれて、圧潰強度は低くなっており、真円度が１．４％を超えると、真円度０．０％の鋼管の８０％以下となるため、真円度は１．４％以下とする。なお、真円度０．０％の場合の９０％以上を確保できる、真円度が０．６％以下であれば、より望ましい。
【００１８】
鋼管は、鋼板をＵＯ成形（冷間加工）した後、突き合わせ端部をシーム溶接し、さらに必要に応じて拡径矯正または縮径矯正を施す一連の工程で製造されるが、本発明の鋼管は、Ｏプレスの金型の形状を選択することにより、製造することができる。
【実施例】
【００１９】
［実施例１］
強度Ｘ６５相当、内径７００ｍｍ、管厚３６．６ｍｍの鋼管をＵＯ成形により製造した。Ｏプレス時の圧縮率は０．２％であり、金型の形状を変えることで、シーム溶接部を起点とした管周方向での最大径部の位置を制御した。製造された鋼管の周長を２４等分して対向する位置間で直径を測定し、管周方向での最大径部の位置と真円度を求めた。また、鋼管の圧潰強度を単軸圧潰試験によって測定した。それらの結果を表１に示す。これによれば、最大径部が９０度位置であるNo.１の鋼管の圧潰強度が最も高い。
【００２０】
【表１】
2012006069.tif 000003
【００２１】
［実施例２］
強度Ｘ６５相当、内径７００ｍｍ、管厚３６．６ｍｍの鋼管をＵＯ成形により製造した。この実施例では、Ｏプレス時の圧縮率０．２％でＵＯ成形した後、縮管矯正を行った。縮管率は１．０％とし、Ｏプレス時の金型の形状を変えることで、シーム溶接部を起点とした管周方向での最大径部の位置を制御した。製造された鋼管の周長を２４等分して対向する位置間で直径を測定し、管周方向での最大径部の位置と真円度を求めた。また、鋼管の圧潰強度を単軸圧潰試験によって測定した。それらの結果を表２に示す。これによれば、最大径部が９０度位置であるNo.４の鋼管の圧潰強度が最も高く、且つその圧潰強度は表１のNo.１の鋼管よりも高い。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
［実施例３］
強度Ｘ６５相当、内径７００ｍｍ、管厚３６．６ｍｍの鋼管をＵＯ成形により製造した。この実施例では、Ｏプレス時の圧縮率０．２％でＵＯ成形した後、拡管矯正を行った。拡管率は１．０％とし、Ｏプレス時の金型の形状を変えることで、シーム溶接部を起点とした管周方向での最大径部の位置を制御した。製造された鋼管の周長を２４等分して対向する位置間で直径を測定し、管周方向での最大径部の位置と真円度を求めた。また、鋼管の圧潰強度を単軸圧潰試験によって測定した。それらの結果を表３に示す。これによれば、真円度が約０．６％のNo.７〜９の鋼管では、最大径部が９０度位置であるNo.７の鋼管の圧潰強度が、また、真円度が約１．０％のNo.１０〜１２の鋼管では、最大径部が９０度位置であるNo.１０の鋼管の圧潰強度が、それぞれ最も高くなっている。
【００２４】
【表３】
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【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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