CN103998153B - 带状金属板 - Google Patents

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Abstract

一种管用的带状金属板，该带状金属板确保容易成为结构上最弱部分的接合部的强度，并且能够减轻管的质量。带状金属板(L)是通过轧制形成的带状的轧制金属板，使作为长度方向两端部1的前端部1a及尾端部1b的板厚均比长度方向两端部1以外的中间部分的板厚厚。通过焊接串联连接该带状金属带，并且实施制管加工而制成管。

Description

带状金属板
技术领域
本发明涉及一种带状金属板，该带状金属板由适合制造管体及管的铁材、铝材等材料构成。
需要说明的是，在本说明书中，将两个以上的管体串联接合后，将其称为管。
背景技术
通常，热轧钢板是在一卷卷材(一片热轧板)内，以沿长度方向的板厚的变动尽可能小的方式进行轧制处理而制造的，从而成为长度方向的板厚一定且为带状的板。另外，根据需要，热轧钢板有时也在热轧后实施酸洗处理。另外，在以下说明中，将热轧钢板或将热轧钢板沿长度方向切割的钢板称为“带钢”。
作为这样的带钢的使用用途的一个例子，例如有油井清洗用管。油井清洗用管是将由上述带钢进行制管后的多个管体依次焊接接合而制造，或者，先焊接带钢彼此之间进行接合后，再实施制管加工而制造的。该油井清洗用管通常被制造成越朝向前端，直径变得越小且壁变得越薄。以这种方式制造的理由主要是为了减轻悬垂质量。此外，油井清洗用管以卷在卷轴的状态被搬送到现场，在现场进行适宜的反绕、卷绕。
在此，在由长度方向的板厚一定的带钢进行制管而制造多个管体，通过对接焊接该多个管体而制造长的油井清洗用管时，如果以越朝向油井清洗用管的前端，直径变得越小的方式设计，则在管体彼此的对接部形成台阶。在这样的油井清洗用管中，如果从卷在卷轴的状态反复进行反卷、卷绕，则容易以对接部的台阶作为起点产生裂纹，存在油井清洗用管的寿命短的问题。
另外，在对以板厚全部相同的带钢制管的多个钢管进行对接焊接而制造油井清洗用管的情况下，油井清洗用管的悬垂质量增大，因此需要例如使钢管材料改善提升来提高强度等应对措施。另外，在这种情况下，油井清洗用管整体的质量增大，因此产生不得不使油井清洗用管的长度缩短的问题。此外，根据搬送油井清洗用管的道路，存在装载质量的限制，从该点考虑也希望抑制油井清洗用管的质量增大。
作为针对这样的问题点的现有技术，例如已知有专利文献1所述的带钢。该专利文献1所述的带钢是长度方向的板厚以一定斜率变化的带钢。即，板厚从长度方向一端部朝向另一端部以一定的比值逐渐变薄的带钢。
在依次通过对接焊接利用专利文献1所述的带钢制管的钢管，从而制造由长的钢管构成的油井清洗用管的情况下，以第一钢管的尾端(小直径侧)与相接合的第二钢管的前端(大直径侧)的直径相等的方式分别制造各带钢，对接焊接该第一钢管的尾端与第二钢管的前端。然后，重复该步骤，就能够制造出长的钢管(油井清洗用管)。由此，能够制造出越朝向前端壁厚越薄，且在各连接部(对接焊接部)没有台阶的长的钢管。
需要说明的是，作为在长度方向上板厚不同的钢板，已知有专利文献2所述的钢板。然而，专利文献2所述的钢板是不卷成卷状的厚板钢板，不是作为卷材或带钢使用的钢板。即，与本发明作为前提的带状金属板不同。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开平7－51743号公报
专利文献2：日本国特开2003－320404号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在上述专利文献1所述的带钢中，板厚变化率是一定的，因此即使前端部(厚板侧)的板厚相同，根据轧制后的板的长度，尾端部(薄板侧)的板厚也会不同。而且，与第一钢管的壁厚相应地，需要预先设定所连接的第二钢管用带钢的前端部的板厚来进行制造，因此在通用性上有所欠缺。
另外，虽然上述钢管在连接部不形成台阶，能够在长的钢管的长度方向整体消除壁厚的变化的陡峭部，但是即使是相同的壁厚，由于连接部在结构上的强度较弱，因此，如果对长的上述管反复实施反卷、卷绕作业，则虽然比在连接部形成台阶的情况寿命长，但还是存在从连接部产生裂纹的问题。
本发明是着眼于上述各点而做出的，目的在于提供一种管用带状金属板，该管用带状金属板确保容易成为结构上最弱部分的接合部的强度，并且能够减轻管的质量。
用于解决技术问题的技术方案
本发明是基于上述情况而完成的，其主旨如下。
[1]一种带状金属板，是通过轧制形成的带状的轧制金属板，其特征在于，
作为长度方向两端部的前端部及尾端部的板厚，均比长度方向两端部以外的中间部分的板厚厚。
[2]如[1]所述的带状金属板，其特征在于，所述带状金属板由长度方向两端部、位于该长度方向两端部之间的长度方向中途部、以及连接长度方向的各端部与所述长度方向中途部的两个倾斜部构成，该两个倾斜部从长度方向端部朝向长度方向中途部板厚连续地单调减少。
[3]如[2]所述的带状金属板，其特征在于，构成所述带状金属板的长度方向两端部的两个端部中的至少一方的端部，从端面朝向所述连接着的倾斜部板厚连续地单调减少，该连续地单调减少的沿长度方向的变化率比在所述倾斜部上板厚单调减少的变化率小。
[4]如[2]或[3]所述的带状金属板，其特征在于，对于所述带状金属板的沿长度方向的板厚，在将长度方向端部的最大板厚定义为A，将长度方向中途部的最小板厚定义为B时，((A－B)/A)的比值在7％以上50％以下。
[5]如[2]～[4]中任一项所述的带状金属板，其特征在于，所述倾斜部沿长度方向的板厚的变化率在0.001[mm/m]以上0.1[mm/m]以下。
[6]如[2]～[5]中任一项所述的带状金属板，其特征在于，沿所述带状金属板的长度方向的板厚的最大偏差相对于板厚的比在5％以下。
[7]如[1]～[6]中任一项所述的带状金属板，其特征在于，所述带状金属板通过热轧成形。
[8]如[1]～[7]中任一项所述的带状金属板，其特征在于，所述带状金属板是板厚为1.0～8.0mm、板全长为80～1000m的带状金属板。
在此，带状金属板的材质没有特别的限制，可以以钢材或铝材等举例说明。
发明的效果
根据本发明，相对较厚地形成带状金属板的两端部，并且，相对较薄地形成该带状金属板的中间部分的板厚，如果利用该带状金属板进行制管，能够实现管体整体的质量的减轻化，并且，能够使成为接合部的长度方向两端部的强度提高。
其结果是，能够提供一种带状金属板，起能够确保容易成为结构上最弱部分的接合部的强度，并且减轻管的质量。
附图说明
图1是对基于本发明实施方式的带状金属板进行说明的示意立体图。
图2是表示带状金属板的变形例的示意侧视图。
图3是表示带状金属板的变形例的示意侧视图。
图4是连接多个带状金属板的示意侧视图，其中，(a)是使用基于本发明的带状金属板的图，(b)是比较例的图。
图5是表示带状金属板的变形例的示意侧视图。
图6是用于说明实施例的带状金属板的侧视图。
具体实施方式
接着，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本实施方式的带状金属板的例子的示意立体图。需要说明的是，任一附图均是将长度方向(轧制方向)的尺寸大幅压缩而图示的。
(带状金属板的构成)
在以下的说明中，作为带状金属板的材质，以钢为例进行说明。但是，带状金属板的材质不限于钢，还可以是铝、铜等，只要是能够热轧的金属材料，本发明对材料没有限制。
如图1所示，本实施方式的带状金属板L由构成长度方向两端部1的前端部1a及尾端部1b、位于长度方向两端部1之间的长度方向中途部2、分别连接长度方向的各端部1a、1b与长度方向中途部2的两个倾斜部3构成。在此，带状金属板L的轮廓通过热轧(热轧)而成形为目标板厚形状，且被成卷机卷绕而成为卷材。另外，根据需要，有时对轧制后的卷材进行酸洗处理。这样的带状金属板L的长度例如在50m～2500m的范围。
上述带状金属板L以板厚达到例如1.0mm～30.0mm的范围的预先设定的板厚的方式被轧制制造。此时，在本实施方式中，将长度方向两端部1的板厚设定成均比长度方向中途部2及倾斜部3的板厚厚。此外，长度方向中途部2及倾斜部3成为长度方向两端部1以外的中间部分。
本实施方式的带状金属板L是通过上述轧制制造的热轧钢板，其长度方向中途部2的板厚被设定为沿长度方向一定或大致一定，上述倾斜部3的板厚从长度方向端部朝向长度方向中途部2的端部逐渐变薄。此外，也可以在热轧后实施酸洗处理。
而且，在以长度方向两端部1的最大板厚为A，长度方向中途部2的板厚为B的情况下，设定带状金属板L的长度方向两端部1及长度方向中途部2的板厚的板厚，以使((A－B)/A)的比值在7％以上50％以下。需要说明的是，上述((A－B)/A)的比值在本说明书中称为板厚偏差。在图1中，由于使长度方向两端部1的板厚一定，因此长度方向两端部1的板厚本身为A，但是，如图2所示，在长度方向两端部1的板厚变化的情况下，以其最大板厚(在图2中端面处的板厚)为A。
此外，如图3所示，不需要使长度方向的前端部1a及尾端部1b的各最大板厚相同，设定长度方向的各端部1a、1b的最大板厚，使其分别满足上述条件。
此时，长度方向中途部2构成带状金属板L的主体(板体)，即，制管加工时的管体的主体。因此，基于带状金属板L的材质、管体的直径等设计长度方向中途部2的板厚，以使强度尽可能达到使用用途所要求的强度。然后，例如，以其长度方向中途部2的强度为基准，设计该长度方向端部的最大板厚，以使成为接合部的长度方向端部的接合强度接近长度方向中途部2的强度，尤其接近成为对象的长度方向端部附近的长度方向中途部2的强度。
在此，结构体的强度例如能够以截面二次力矩的值来评价，因此厚度的平方对强度的提高是有效的。
使板厚偏差在7％以上50％以下，是由于在不超过7％时，轻量化的效果低，且连接部处的接合强度的提高效果低，因此，使板厚偏差的下限值在7％以上。另一方面，如果比50％大，虽然可能有助于轻量化，但是长度方向中途部2处的强度与连接部处的接合强度的强度差变大，因此，从防止压弯的观点考虑，使其在50％以下。优选地，板厚偏差在10％以上30％以下。此外，希望将沿长度方向的强度变化抑制得较小。
另外，将沿倾斜部3的长度方向的厚度的变化量设定在0.001[mm/m]以上0.1[mm/m]以下的范围。
将倾斜部3的变化的上限设为0.1[mm/m]的理由如下。长度方向的变化量越大，沿长度方向的强度变化就会变大，发生压弯的危险性增大。从该观点考虑，只要变化在0.1[mm/m]以下，就能够将该压弯的危险性抑制得较小。
另一方面，使变化的下限为0.001[mm/m]是由于，使变化量越小，构成上述带状金属板L及制管后的管体的主体的长度方向中途部2的长度就会越短，轻量化的效果相应地变小。因此，使下限值在0.001[mm/m]以上。
在此，即使通过热轧仅将端部较厚地形成，但通过酸洗、切割等除去该厚的端部的带状金属板不是本发明的带状金属板。本发明的带状金属板，长度方向端部是在产品的阶段变厚的。
(对于管体及管)
将上述带状金属板L直接，或者切割为达到目标宽度的切片，从而形成带钢。
由该带钢进行制管而形成管体。然后，通过对接焊接依次连接多个管体的端部彼此，从而形成长的管。
或者，通过焊接依次接合上述带钢并且制管成管体，从而制造长的管。该长的管的制造方法采用现有的制管方法即可。通过例如辊轧成型，对成为卷材的带钢进行反卷，并且通过依次辊轧，成型为U状，进而成型为O状，并且连续地焊接宽度方向两端部而封闭为O状，从而连续地制造管。此时，通过依次接续焊接前一个卷材的尾端部与下一个卷材的前端部，制造长的管。
(作用效果)
图4(a)是基于本实施方式，依次焊接上述板厚形状的带钢时的示意侧视图。图4(b)是使用端部的板厚与图4(a)的带钢的端部为相同板厚，在长度方向上板厚相同的带钢，通过依次焊接而接合的情况下的比较例的图。
在此，如果将上述带钢成型为O状而形成管体，则通过带钢的宽度决定管径，但是通过板厚决定管的壁厚。从图4(a)与图4(b)的比较可知，在本实施方式(参照图4(a))中，在管体彼此的接合部，能够确保与比较例同样的连接强度，并且能够使管体的主体(长度方向中途部2)的壁变薄而实现轻量化。需要说明的是，此时，对于本实施方式的带钢，将长度方向中途部2的厚度设定为能够确保成为对象的管所要求的强度的板厚即可。
另外，在制造油井清洗用管那样的长的管时，通过依次使连接的长度方向中途部2的板厚变薄，能够使壁厚朝向前端变薄，即，越朝向前端越变轻。在这种情况下，如果使长度方向两端部1的板厚成为相同板厚，则即使长度方向中途部2的厚度不同，也能够以没有台阶或台阶很小状态对接焊接带钢彼此。所以，在本实施方式中，即使制造油井清洗用管那样的长的管，也能够使各管体轻量化，因此不需要使长的管越朝向前端直径越小。也就是说，成为管体的各带状金属板的形状即使是同一形状也没有问题。
由此，包括焊接的接合部在内，能够将沿管的长度方向的强度变化抑制得较小，并且实现管整体的轻量化。
(变形例)
在此，在上述实施方式中，举例说明了长度方向中途部2的沿长度方向的板厚一定或大致一定的情况，但是不需要使长度方向中途部2的沿长度方向的板厚一定。对于长度方向中途部2，例如如图5所示，可以以板厚从前端侧朝向尾端侧以例如一定斜率逐渐变薄的方式形成。在长度方向中途部2的沿长度方向的板厚变化的情况下，优选沿长度方向的板厚的变化量在0.1[mm/m]以下。如上所述，这是为了抑制由沿长度方向的强度变化变大而导致的压弯的产生。
另外，在上述实施方式中，对利用带状金属板L制造长的管的情况进行了举例说明，但是也可以对多个带钢的端部彼此进行焊接接合，形成长的梁等结构物。即使在这种情况下，由于焊接部以外板厚较薄，因此能够确保结构上最弱部分，即，焊接部强度，并且减轻结构体。其中，本发明尤其在提供长的管的情况下，发挥更有效的效果。需要说明的是，长的管不限于油井清洗用管。也可以将长的管适用于梁或柱等。
实施例1
参照图6对采用上述实施方式的实施例进行说明。
以AP15ST(热钢板处的拉伸强度：相当于600～700MPa)的材质按照以下尺寸制造带状金属板A～I。带状金属板的长度X为100m，板宽度为1000mm。
需要说明的是，本实施方式的各带状金属板是以如下条件制造的。即，将下述组成的钢热轧为带状金属板，此时，将热加工轧制结束后的温度设定为820～920℃的范围的温度，并且将卷绕温度设定为550～620℃的范围的温度。
钢的组成：按质量％包括C：0.13％、Si：0.2％、Mn：0.7％、P：0.02％以下、S：0.005％以下、Sol.Al：0.01～0.07％、Cr：0.5％、Cu：0.2％、Ni：0.2％、Mo：0.1％、Nb：0.02％、Ti：0.01％、N：0.005％以下，剩余部分具有由Fe及不可避免的杂质构成的组成。
带状金属板A
长度方向端部
长度x1：1.0m
板厚t1：5.18mm
长度方向中途部
长度x2：78m
板厚t2：4.45mm
倾斜部3
长度x3：10m
带状金属板B
长度方向端部
长度x1：1.0m
板厚t1：5.18mm
长度方向中途部
长度x2：78m
板厚t2：4.93mm
倾斜部3
长度x3：10m
带状金属板C
长度方向端部
长度x1：1.0m
板厚t1：5.18mm
长度方向中途部
长度x2：84m
板厚t2：4.45mm
倾斜部3
长度x3：7m
带状金属板G
长度方向端部
长度x1：0.0m
板厚t1：5.18mm
长度方向中途部
长度x2：80m
板厚t2：4.45mm
倾斜部3
长度x3：10m
带状金属板H
长度方向端部
长度x1：0.0m
板厚t1：5.18mm
长度方向中途部
长度x2：80m
板厚t2：4.93mm
倾斜部3
长度x3：10m
带状金属板I
长度方向端部
长度x1：0.0m
板厚t1：5.18mm
长度方向中途部2
长度x2：86m
板厚t2：4.45mm
倾斜部3
长度x3：7m
另外，作为长度方向的板厚不变化的比较例的带状金属板，以与上述金属板相同的材料制造了带状金属板D、E、F。该各带状金属板的板厚如下。
金属带状板D：4.45mm
金属带状板E：4.93mm
金属带状板F：5.18mm
在此，对于带状金属板A、G，(5.18－4.45)/5.18＝0.14，即，长度方向的板厚偏差为14％。此外，倾斜部3的长度方向变化量为(5.18－4.45)/10＝0.073[mm/m]。
另外，对于带状金属板B、H，(5.18－4.93)/5.18＝0.048，即，长度方向的板厚偏差为4.8％。另一方面，倾斜部3的长度方向变化量为(5.18－4.93)/10＝0.025mm/m。
对于带状金属板C、I，(5.18－4.45)/5.18＝0.14，即，长度方向的板厚偏差为14％。另一方面，倾斜部3的长度方向变化量为(5.18－4.45)/7＝0.104mm/m。
然后，对于上述各带状金属板A～I，焊接四根相同的带状金属板，进行串联连接。
然后，切出焊接接合部及板厚变化部作为试验片，对该试验片实施拉伸试验。此时，对于试验片根据JIS5号，对于试验方法根据JISZ2201，实施试验。
通常，拉伸强度与材料的疲劳强度相关。因此，能够将拉伸强度比视为疲劳强度比。
其结果如表1所示。
[表1]
拉伸强度比(以F为1.0) 轻量化率
A、G 1.0 12
B、H 1.0 4
C、I 0.9 13
D 0.8 14
E 0.9 5
F 1.0 0
从表1可知，在使用基于本发明的带状金属板A、G的情况下，能够确保与带状金属板F相同的拉伸强度比，并且相比于带状金属板F能够实现12％的轻量化。
另一方面，在使用带状金属带B、H的情况下，虽然能够确保与带状金属板F相同的拉伸强度比，但是不能实现带状金属板A、G那样的轻量化。
另外，在使用带状金属带C、I的情况下，虽然能够实现与带状金属板A、G相同程度的轻量化，但是拉伸强度比比带状金属带A、G，F低，也就是说疲劳强度比变低。
此外，由带状体金属带D、E、F可知，带状体金属带整体的板厚越薄，轻量化率越高，但是拉伸强度比变小，即，疲劳强度比变小。即，通常，拉伸强度比(疲劳强度比)与轻量化率处于权衡关系。与此相对，基于本发明的带状金属板A、G，能够不使拉伸强度比(疲劳强度比)降低，而显著地实现轻量化。
如上所述，如果以满足本发明的范围的带状金属板L形成长的管，能够实现轻量化，并且实现寿命的提高。
附图标记说明
1长度方向两端部
1a前端部
1b尾端部
2长度方向中途部
3倾斜部
L带状金属板

Claims (6)

1.一种带状金属板，是通过轧制形成的带状的轧制金属板，其特征在于，
作为长度方向两端部的前端部及尾端部的板厚，均比长度方向两端部以外的中间部分的板厚厚，
所述带状金属板由长度方向两端部、位于该长度方向两端部之间的长度方向中途部、以及连接长度方向的两端部与所述长度方向中途部的两个倾斜部构成，该两个倾斜部从长度方向两端部朝向长度方向中途部板厚连续地单调减少，
构成所述带状金属板的长度方向两端部的两个端部中的至少一方的端部，从端面朝向连接着的所述倾斜部板厚连续地单调减少，该连续地单调减少的沿长度方向的变化率比在所述倾斜部板厚单调减少的变化率小。
2.根据权利要求1所述的带状金属板，其特征在于，对于所述带状金属板的沿长度方向的板厚，在将长度方向两端部的最大板厚定义为A，将长度方向中途部的最小板厚定义为B时，((A－B)/A)的比值在7％以上50％以下。
3.根据权利要求1或2所述的带状金属板，其特征在于，所述倾斜部沿长度方向的板厚的变化率在0.001[mm/m]以上0.1[mm/m]以下。
4.根据权利要求1或2所述的带状金属板，其特征在于，所述带状金属板的沿长度方向的板厚的最大偏差相对于板厚的比在5％以下。
5.根据权利要求1或2所述的带状金属板，其特征在于，所述带状金属板通过热轧成形。
6.根据权利要求1或2所述的带状金属板，其特征在于，所述带状金属板是板厚为1.0～8.0mm、板全长为80～1000m的带状金属板。
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