JP5966441B2 - 耐圧潰性能および耐内圧破壊性能に優れた溶接鋼管およびその製造方法 - Google Patents
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Description
0.2≦S/E≦0.8 ・・・・・(2)
なお、Sは縮径率、E拡管率を表す。
さらに、鋼種の影響についても調査した結果、鋼管素材の応力−ひずみ曲線の形や異方性の強弱によって最適な造管条件が若干異なったが、式(2)の範囲内であれば、目標性能を満足できることも確認した。
0.8%≦E+S≦1.8% ・・・・・(1)
0.2≦S/E≦0.8 ・・・・・・・(2)
0.8%≦E+S≦1.8% ・・・・・(1)
0.2≦E/S≦0.8 ・・・・・・・(3)
なお、拡管率Eは、(拡管後の平均外径-拡管前の平均外径)/拡管前の平均外径×100%で表わす。縮径率Sは、(縮径前の平均外径-縮径後の平均外径)/縮径前の平均外径×100%で表わす。
管周方向の引張降伏応力CT、管周方向の圧縮降伏応力CC、管長方向の引張降伏応力LT:420MPa以上
鋼管の降伏応力は高いほど、高圧操業や高深海への敷設が可能となり、高深海に敷設する天然ガス用ラインパイプは、そのほとんどがDNV規格OS−F101で規定されるL420、L450、L485のいずれかの強度特性が適用される。また、低強度材ではバウシンガー効果の発生が小さいため、本発明の手法を用いずとも降伏応力の差は小さい。従って、L420の強度を確保するために、管周方向の引張降伏応力CT、管周方向の圧縮降伏応力CCおよび管長方向の引張降伏応力LTは420MPaを下限値とした。好ましくは、L450の下限を確保するために、450MPa以上とするのがよい。
管周方向の引張降伏応力CTは耐内圧破壊特性を、管周方向の圧縮降伏応力CCは耐圧潰性能を支配する。一般的なUOE鋼管では、管周方向の圧縮降伏応力CCの方が小さくなる傾向にあり、耐圧潰性能を確保するために管厚を厚くして対応し、内圧に対しては過度に安全側の設計となる。
鋼材を筒状に冷間加工
海底に敷設されるラインパイプは一般に厚肉25.4mmを超える厚肉であるため、鋼管素材は鋼材(厚鋼板もしくは板厚の厚い熱延鋼板)である必要がある。冷間加工の方法は、UO成形やJCO成形、プレスベンド成形などを選択できる。なお、UO成形では、曲げ加工に加えてOプレスの圧縮加工が加わるが、通常の製造条件では、最終特性に影響を与えないため、本発明では規定しない。
拡管は、一般的なメカニカル拡管および水圧拡管のいずれの方法を用いてもよい。
縮径は、Oプレスやそれと同様の装置による全長を同時に縮径する方法や、鋼管の矯正などに用いる縮径装置のような管長手方向に逐次縮径を行う方法のどちらの方法でも、得られる特性に差がないため、何れの方法を用いてもよい。
図1にUO成形後(Oプレス圧縮率は0.25%)に突合せ部を溶接し、拡管率1.15%の拡管を加えた後に、縮径率0.3〜1.3%の縮径を加えたときの、管周方向の圧縮および引張降伏応力と管長方向の引張降伏応力の関係を示す。
拡管は、鋼管の真円度を確保するために必要な工程である。拡管率Eが0.5%未満では、S/E:0.2〜0.8を満たす範囲内で真円度を得ることができないため、下限を0.5%とする。また、拡管率Eが1.5%超えでは、ダイスによる押し疵や過度な加工硬化による硬度上昇、靱性劣化が問題になるため、拡管率Eは0.5〜1.5%の範囲とする。
好ましくは、0.7〜0.12%の範囲である。
縮径は、主に強度特性を調整するために行い、拡管で十分でなかった真円度矯正を補助的に行う効果もある。縮径率Sが0.2%より小さくなると、管周方向圧縮降伏応力の上昇が十分でなく、0.7%を超えると管周方向引張降伏応力が低下し過ぎるため、縮径率Sは0.2〜0.7%の範囲とする。好ましくは、0.3〜0.6%の範囲である。
E+Sが0.8%未満では、真円度が十分に確保できず、また、強度特性の調整が十分に行えないため、下限を0.8%とする。一方、E+Sが1.8%を超えると加工硬化による硬度上昇や靱性劣化が顕著になるため、E+Sの合計は、0.8〜1.8%の範囲とする。好ましくは、1.0〜1.6%の範囲である。
縮径率/拡管率は、管周方向引張降伏応力と管周方向圧縮降伏応力のバランスを支配し、S/Eが0.2未満では、管周方向の圧縮降伏応力が小さくなり、敷設時の外圧による破壊に対する抵抗力が下がる等の問題が生じる。一方、S/Eが0.8を越えると管周方向引張降伏応力が小さくなり、操業時の内圧による破壊に対する抵抗力が小さくなる等の問題が生じる。よって、S/Eは0.2〜0.8の範囲とする。好ましくは、0.3〜0.7の範囲である。
次に、縮径後に拡管を行う場合について説明する。拡管と縮径の順番を逆にした本項においても、後述の実施例(縮径率は1.15%)のように拡管後に縮径を行う場合と同様の効果が得られる。
縮径は、鋼管の真円度を確保するために必要な工程である。縮径率Sが0.5%未満では、E/S:0.2〜0.8を満たす範囲内で真円度を得ることができないため、下限を0.5%とする。また、縮径率Sが1.5%を超えるとダイスによる押し疵や過度な加工硬化による硬度上昇、靱性劣化が問題になるため、縮径率Sは0.5〜1.5%の範囲とする。好ましくは、0.7〜0.12%の範囲である。
拡管は、主に強度特性を調整するために行い、縮径で十分でなかった真円矯正を補助的に行う効果もある。拡管率Eが0.2%未満では、圧縮降伏応力の上昇が十分でなく、拡管率Eが0.7%を超えると引張降伏応力が低下し過ぎるため、拡管率Eは0.2〜0.7%の範囲とする。好ましくは、0.3〜0.6%の範囲である。
E+Sが0.8%未満では、真円度が十分に確保できず、また、強度特性の調整が十分に行えないため、下限を0.8%とする。また、E+Sの合計が1.8%を超えると加工硬化による硬度上昇や靱性劣化が顕著になるため、拡管率Eと縮径率Sの合計を0.8〜1.8%の範囲とする。好ましくは、1.0〜1.6%の範囲である。
E/Sは、管周方向の引張降伏応力と管周方向圧縮降伏応力のバランスを支配し、E/Sが0.2未満では、管周方向の圧縮降伏応力が小さくなり、敷設時の外圧による破壊に対する抵抗力が下がる等の問題が生じる。一方、E/Sが0.8を越えると管周方向引張降伏応力が小さくなり、操業時の内圧による破壊に対する抵抗力が小さくなる等の問題が生じる。このため、E/Sは0.2〜0.8の範囲とする。好ましくは、0.3〜0.7の範囲である。
鋼材の特性は特には規定しないが、420MPa以上の降伏応力を確保するために490MPa以上の引張強度があることが望ましい。好ましくは、520MPa以上である。
真円度=(Dmax−Dmin)/D ・・・(4)
D:公称外径、Dmax:測定最大外径、Dmin:測定最小外径
表3に各種造管条件で造管した際の試験結果を示す。
Claims (3)
- 溶接シーム部を有する溶接鋼管であって、管周方向の引張降伏応力CTと管周方向の圧縮降伏応力CCおよび管長方向の引張降伏応力LTがすべて420MPa以上であり、前記CT、CCおよびLT相互の差が50MPa以下であることを特徴とする耐圧潰性能および耐内圧破壊性能に優れた海底に敷設されるラインパイプに用いられる溶接鋼管。
- 請求項1に記載の耐圧潰性能および耐内圧破壊性能に優れた海底に敷設されるラインパイプに用いられる溶接鋼管の製造方法であって、
鋼材を筒状に冷間加工し、その突合せ部を溶接し、拡管、縮径の順番に冷間成形され、前記拡管での拡管率Eを0.5〜1.5%、前記縮径での縮径率Sを0.3〜0.7%とし、下記式(1)および式(2)を満たすことを特徴とする耐圧潰性能および耐内圧破壊性能に優れた海底に敷設されるラインパイプに用いられる溶接鋼管の製造方法。
0.8%≦E+S≦1.8% ・・・・・(1)
0.2≦S/E≦0.8 ・・・・・・・(2) - 請求項1に記載の耐圧潰性能および耐内圧破壊性能に優れた海底に敷設されるラインパイプに用いられる溶接鋼管の製造方法であって、
鋼材を筒状に冷間加工し、その突合せ部を溶接し、縮径、拡管の順番に冷間成形され、前記縮径での縮径率Sを0.5〜1.5%、前記拡管での拡管率Eを0.2〜0.7%とし、下記式(1)および式(3)を満たすことを特徴とする耐圧潰性能および耐内圧破壊性能に優れた海底に敷設されるラインパイプに用いられる溶接鋼管の製造方法。
0.8%≦E+S≦1.8% ・・・・・(1)
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