CN113474099B - 金属管以及金属管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不需要扩管后的管端部的切断，而具有高尺寸精度的外径为150～3000mm，且壁厚为2～50mm的金属管以及金属管的制造方法的技术。包含：管端部扩管工序，其对管坯(1)的两端的管端部(11)进行扩管；和内压加载工序，其在该管端部扩管工序后，对整个管坯(1)内部加载内压p，直到与表示对管坯(1)的两端的管最端部(12)的管轴方向的压入量的轴向压入量s(mm)的变化对应的内压p(MPa)成为预先设定的最大内压pmax(MPa)为止，由此对管坯(1)进行扩管，p以及s满足以下的式(2)。0.5×(p/pmax)×(a/200)×L0≤s≤(p/pmax)×(a/200)×L0…式(2)在式中，a为预先设定的扩管率(％)且满足0.30≤a≤5.0，L0为管坯的平均长度(mm)。

Description

金属管以及金属管的制造方法
技术领域
本发明涉及适用于管线管用金属管的遍及全长地具有较高的外径精度的金属管以及其制造方法。
背景技术
管线作为安全且高效地输送原油以及天然气的手段被广泛使用。近年来，为了提高输送效率，而推进管线管用钢管的大径化。
在管线的铺设中，总费用中现场施工费用所占的比例非常高，特别是海底铺设需要较多的人员、船舶以及设备，花费大量的费用。因此，从削减成本的观点出发，期望缩短现场施工周期。
在现场施工中，进行将管圆周焊接并沿长边方向连接的作业，但此时若管的正圆度较低，则在管端部彼此会产生错位，容易产生焊接缺陷。
因此，现状是在圆周焊接之前，需要将管沿周向转动来寻找最佳的对接位置、或研磨管端部等调整作业。
为了避免由上述调整作业引起的现场施工的长期化，对管线管用钢管要求较高的正圆度。
在专利文献1中，提出了一种钢管的管端内径矫正方法，是矫正钢管中的管端部的内径的方法，其特征在于，首先，在对管端部在冷条件下进行了缩径加工后，向该缩径加工后的管端部插入扩管夹具，仅对缩径加工后的部分以与缩径量相同的量进行扩管。
在专利文献2中，提出了一种钢管的管端内径矫正方法，是矫正钢管中的管端部的内径的方法，其特征在于，首先，在向管端部插入扩管夹具并在冷条件下进行扩管加工后，向该扩管加工后的管端部压入缩径夹具，仅对扩管加工后的部分以与扩管量相同的量进行缩径。
但是，在专利文献1以及专利文献2记载的技术中，在管端部附近的弯曲及弯曲复原部容易产生缩径、凹陷等形状不规则。因此，通过上述方法制造的管在被施加弯曲、压缩后容易压曲，不适合用作构造物，需要切断管端部附近。
在专利文献3中提出了一种高尺寸精度钢管，其特征在于，通过对原管的内表面或外表面施加液压，使其扩径或缩径至规定直径为止，具有较高的尺寸精度。
但是，在专利文献3记载的方法中，必须废弃不能得到充分的尺寸精度的管端部，生产率较差。
另外，作为扩管技术，以往公知有对管加载内压和管轴方向的轴向推力而成形的液压成形加工。关于该液压成形加工，例如，如专利文献4～6所记载的那样，公知有适当地控制管的内压以及轴向推压量，以便不产生压曲或破裂的方法。
但是，在专利文献4～6所记载的方法中，为了可靠地密封管端，如图5的加载路径D那样，进行初始轴向压入，因此管端部变粗使形状恶化，而产生废弃部分。另外，为了使材料流入变形部而需要较大的轴向推力，因此在以外径成为150mm以上的大径管作为对象的情况下，轴向推力变得非常大。
专利文献1：日本特许第2820043号公报
专利文献2：日本特许第2822896号公报
专利文献3：日本特开2002-235875公报
专利文献4：日本特开2005-262241公报
专利文献5：日本特许第5121040号公报
专利文献6：日本特许第4680652号公报
关于这一点，本发明人发现对于外径成为150mm以上3000mm以下的大径管，为了防止圆周焊接部的焊接缺陷以及压曲，只要将管的外径精度遍及全长地设为0.15％以即可。然而，在上述那样的以往的技术中，未确立在扩管后不切断管端部，就得到所希望的外径精度的金属管的制造技术。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的在于提供一种不需要扩管后的管端部的切断，而具有高尺寸精度的外径为150mm以上3000mm以下，且壁厚为2mm以上50mm以下的金属管以及金属管的制造方法。
这里，所谓高尺寸精度，是指管全长中的最大外径(mm)以及最小外径(mm)满足以下的式(1)的情况。
(最大外径-最小外径)/[(最大外径+最小外径)/2]≤0.0015…式(1)
本发明人为了解决上述课题而进行了专心研究，其结果发现为了使金属管遍及全长地实现高尺寸精度化，只要在通过具有正圆截面的工具等对两管端部进行了扩管后，在具有正圆的内周截面的模具内等加载内压来进行扩管即可。并且，本发明人进行了反复研究，其结果发现通过在内压加载的过程中适当地控制轴向压入量，从而即使在大径管中也不会使设备负荷过大，能够实现包含管端部在内的管全长的高尺寸精度化。
本发明是基于上述见解而完成的，其主旨构成如下。
[1]一种金属管的制造方法，是外径DX为150mm以上3000mm以下，且壁厚tX为2mm以上50mm以下，管全长中的最大外径(mm)以及最小外径(mm)满足以下的式(1)的金属管的制造方法，其中，
该金属管的制造方法包含：
管端部扩管工序，其对管坯的两端的管端部进行扩管；和
内压加载工序，其在该管端部扩管工序后，对整个上述管坯内部加载上述内压p，直到表示与对上述管坯的两端的管最端部的管轴方向的压入量的轴向压入量s(mm)的经时变化对应的内压p(MPa)成为预先设定的最大内压pmax(MPa)为止，由此对上述管坯进行扩管，
上述内压p以及上述轴向压入量s满足以下的式(2)，
(最大外径-最小外径)/[(最大外径+最小外径)/2]≤0.0015…式(1)
0.5×(p/pmax)×(a/200)×L0≤s≤(p/pmax)×(a/200)×L0…式(2)
这里，在式中，a为预先设定的扩管率(％)且满足0.30≤a≤5.0，L0为管端部扩管工序前的管坯的平均长度(mm)。
[2]根据上述[1]所述的金属管的制造方法，其中，
在上述管端部扩管工序中，
将扩管工具从平均外径为D0(mm)且平均壁厚为t0(mm)的上述管坯的上述管最端部侧，朝向上述管轴方向插入至上述管坯内，
边使上述扩管工具所具有的由以下的式(3)定义的外径为D1(mm)的圆柱状部的外周面与上述管坯的内周面抵接，边通过基于上述扩管工具产生的挤压力对上述管端部进行扩管，
在上述内压加载工序中，
以上述轴向压入量s(mm)进行基于上述扩管工具实现的对上述管最端部的轴向压入，并且
通过对设置于模具内的整个上述管坯的内部加载上述内压p，从而对上述管坯进行扩管，直到上述管坯的外周面、与形成于上述模具，且包含内径为由以下的式(4)定义的D2(mm)的截面形状，并收容上述管坯的圆筒状的收容部的内壁面抵接为止，
D1＝(1+a/100)×D0-2×(1-a/200)×t0…式(3)
D2＝(1+a/100)×D0…式(4)。
[3]根据上述[1]或[2]所述的金属管的制造方法，其中，
上述外径DX为300mm以上1000mm以下，且上述壁厚tx为5mm以上40mm以下。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的金属管的制造方法，其中，
上述金属管为钢管。
[5]一种金属管，其中，
外径DX为150mm以上3000mm以下，壁厚tX为2mm以上50mm以下，且管全长中的最大外径以及最小外径满足式(1)，
(最大外径-最小外径)/[(最大外径+最小外径)/2]≤0.0015…式(1)。
[6]根据上述[5]所述的金属管，其中，
上述外径DX为300mm以上1000mm以下，且壁厚tX为5mm以上40mm以下。
[7]根据上述[5]或[6]所述的金属管，其中，
上述金属管为钢管。
这里，平均外径通过对在沿管轴方向距任一个管最端部1mm的位置，沿管周向以45度间距测量到的4个部位的外径进行平均而得到。
另外，平均壁厚通过对在沿轴向距任一个管最端部1mm的位置，沿管周向以45度间距测量到的8个部位的壁厚进行平均而得到。
另外，管坯的平均长度通过对沿管周向以45度间距测量到的8个部位的管长度进行平均而得到。
根据本发明，得到一种不需要扩管后的管端部的切断，而具有高尺寸精度的外径为150mm以上3000mm以下，且壁厚为2mm以上50mm以下的金属管。
附图说明
图1是用于说明本发明的金属管1的制造方法的示意图。
图2是用于说明本发明的管端部扩管工序中的扩管方法的图。
图3是用于说明本发明的内压加载工序中的扩管方法的图。
图4是用于说明扩管工具3的结构的剖视图。
图5是本发明例以及比较例的内压-轴向压入加载路径。
具体实施方式
参照附图对本发明进行说明。此外，本发明并不限定于该实施方式。
本发明的金属管的制造方法是包含后述的管端部扩管工序和内压加载工序在内的制造方法，且是外径DX为150mm以上3000mm以下，且壁厚tX为2mm以上50mm以下，管全长中的最大外径(mm)以及最小外径(mm)满足以下的式(1)的金属管的制造方法，该金属管的制造方法包含：管端部扩管工序，其对管坯的两端的管端部进行扩管；和内压加载工序，其在该管端部扩管工序后，直到与表示对上述管坯的两端的管最端部的管轴方向的压入量的轴向压入量s(mm)的经时变化对应的内压p(MPa)成为预先设定的最大内压pmax(MPa)为止，对整个管坯内部加载内压p，由此对管坯进行扩管，内压p以及轴向压入量s满足以下的式(2)。
(最大外径-最小外径)/[(最大外径+最小外径)/2]≤0.0015…式(1)
0.5×(p/pmax)×(a/200)×L0≤s≤(p/pmax)×(a/200)×L0…式(2)
这里，上述的(1)式中的右边的0.0015表示金属管1的扩管后的遍及全长的外径精度的上限值。
在式中，a为预先设定的扩管率(以下，也称为目标扩管率。)(％)，满足0.30≤a≤5.0。另外，L0为管端部扩管工序前的管坯1的平均长度(mm)。
图1是用于说明本发明的金属管1的制造方法的说明的示意图。
在图1的(a)中，表示扩管前的管坯1。在以下说明中，作为扩管前的管坯1，平均外径为D0(mm)，且平均壁厚为t0(mm)。
接下来，如图1的(b)所示，在管端部扩管工序中，通过由管轴方向的压入而产生的挤压力等，对管坯1的两端中的管端部11进行扩管。
在使用参照图2～4进行后述的扩管工具3的情况下，管端部11是通过扩管工具的圆柱状部(参照图4的附图标记6)扩管形成的区域。
管端部扩管工序中的压入在管端部11的轴向的长度与圆柱状部6的轴向的长度相等的时刻，即，在扩管工具3的盖部(参照图4的附图标记5)与管最端部12接触的时刻结束。管端部扩管工序之后的压入是进行对管最端部12的管轴方向的压入，直到对整个管坯1内部加载内压为止，不进行该压入。此外，在本发明中，管端部扩管工序中的压入是以管端部11的扩管为目的，与目的不在于管端部11的扩管而是用于进行对管最端部12的管轴方向的压入的初始轴向压入不同。
这里，管端部11不特别限定，但在管端部扩管工序中，当以使用扩管工具3的情况为例时，扩管工具3的圆柱状部6的外周面与管坯1的内周面的接触面中的摩擦力增加，施加到管坯1的压缩力变大，管端部11附近变粗而使形状恶化，因此优选为从管最端部12沿管轴方向直到管端部扩管工序前的管全长的1.0％以下的长度为止的区域。此外，扩管工具3的圆柱状部6的轴向长度越大，上述摩擦力越容易增加。
在管端部扩管工序中，首先通过对管坯1的管端部11进行扩管，从而在后述的内压加载工序，利用管端部11的塑性变形容易封闭管端，能够高效地加载内压。
在管端部扩管工序中，优选为将管端部11的平均内径扩管至由式(3)定义的D1(mm)为止，使用图2等，如后述那样，在本发明中，可列举如下方法，即，将扩管工具3从管最端部1两侧朝向管轴方向插入，边使扩管工具3所具有的由式(3)定义的外径为D1(mm)的圆柱状部6的外周面与管坯1的内周面抵接，边通过基于扩管工具3产生的挤压力对管端部11进行扩管。
D1＝(1+a/100)×D0-2×(1-a/200)×t0…式(3)
在式中，a为预先设定的扩管率(也称为目标扩管率。)(％)，满足0.30≤a≤5.0。
接下来，如图1的(c)所示，在内压加载工序中，对整个管坯1内部加载内压p，直到与表示对管端部扩管工序后的管两端的管最端部12的管轴方向的压入量的轴向压入量s(mm)的经时变化对应的内压p(MPa)成为预先设定的最大内压pmax(MPa)为止，由此对管坯1进行扩管。
在内压加载工序中，优选为将管坯1的平均外径扩管至由式(4)定义的D2(mm)为止，使用图3等如后述那样，继续边使扩管工具3的圆柱状部6与管坯1的内周面抵接，边以轴向压入量s(mm)进行基于扩管工具3实现的对管最端部12的轴向压入。而且，与该轴向压入一起，对设置于模具2内的整个管坯1内部加载与轴向压入量s(mm)对应的上述的内压p。并且，对管坯1进行扩管直到管坯1的外周面与模具2具有且包含内径为由以下的式(4)定义的D2(mm)的截面形状，并收容管坯1的圆筒状的收容部的内壁面抵接为止。
D2＝(1+a/100)×D0…式(4)
在式中，a为预先设定的扩管率(目标扩管率)(％)，且满足0.30≤a≤5.0。
如图1的(d)所示，在上述的管端部扩管工序以及内压加载工序后，得到的金属管1构成为，外径DX为150mm以上3000mm以下，且壁厚tX为2mm以上50mm以下，管全长中的最大外径(mm)以及最小外径(mm)满足式(1)。
(最大外径-最小外径)/[(最大外径+最小外径)/2]≤0.0015…式(1)
外径DX优选为300mm以上。另外，外径DX优选为1000mm以下。壁厚tX优选为5mm以上。另外，壁厚tX优选为40mm以下
(最大外径-最小外径)/[(最大外径+最小外径)/2]≤0.0015…式(1)
外径DX优选为300mm以上。另外，外径DX优选为1000mm以下。壁厚tX优选为5mm以上。另外，壁厚tX优选为40mm以下。
另外，优选为，得到的金属管1为钢管。另外，在钢管的情况下，不特别限定，具体而言，可列举电缝钢管、螺旋钢管、UOE钢管以及无缝钢管。
此外，平均外径D0(mm)不特别限定，但由于得到的金属管1的外径DX为150mm以上3000mm以下，因此D0(mm)优选为143mm以上。另外，D0(mm)优选为2991mm以下。
另外，平均壁厚t0(mm)也不特别限定，但由于得到的金属管1的外径tX为5mm以上40mm以下，因此t0(mm)优选为5.1mm以上。另外，t0(mm)优选为41.0mm以下。
另外，平均壁厚t0(mm)也不特别限定，但由于得到的金属管1的外径tX为5mm以上40mm以下，因此t0(mm)优选为5.1mm以上。另外，t0(mm)优选为41.0mm以下。
(关于目标扩管率a(％))
在式(2)、(3)、(4)中，预先设定的扩管率(目标扩管率)a(％)如上述那样，设为0.30％以上5.0％以下。在将扩管率a设为小于0.30％，而欲得到所希望的金属管1的情况下，由于管坯1不塑性变形、或施加到管坯1的塑性变形量非常小，所以管坯1不满足式(2)。另一方面，在a超过5.0％的情况下，由后述的扩管工具3引起的管端部附近的弯曲变形量变大，而成为缩径、凹陷等形状不规则的原因。另外，存在管坯1断裂的可能性。因此，扩管率a(％)设为0.30％以上5.0％以下。优选为，扩管率a(％)为1.0％以上。另外，优选为，扩管率a(％)为4.0％以下。
(轴向压入量s(mm))
本发明中所述的轴向压入量s是指，管端部扩管工序中的扩管完成的时刻的轴向压入量s＝0mm，由该管端部扩管工序后的挤压力引起的对管最端部12的轴向压入量的大小。
在本发明中，如式(2)中说明的那样，轴向压入量s设为「0.5×(p/pmax)×(a/200)×L0」(以下，也称为左边)以上，「(p/pmax)×(a/200)×L0」(以下，也称为右边)以下。
在轴向压入量s小于左边的情况下，相对于管坯1的收缩量，轴向压入量不足。例如，在将使用后述的图2～4进行说明的扩管工具3插入至管端部而对管坯1进行扩管的情况下，管端部11从扩管工具3的圆柱状部6离开，存在注入到管内部的流体漏出到外部的担忧。
另一方面，在轴向压入量s超过右边的情况下，管端部11附近因基于扩管工具3的盖部5(参照后述的图2～4)进行的压缩而变粗，导致形状恶化，因此必须废弃管端部。并且，在轴向压入量s超过右边的情况下，由于积极地进行管坯1的压缩，而使轴向推力(轴向压入量s中的管轴方向的载荷)变得过大。特别是，如本发明那样，在大径管中，相对于内压的轴向推力较大，因此若进一步施加由管坯1的轴向压缩引起的轴向推力，则设备负荷变得非常大。另外，在轴向压入量s超过右边的情况下，若采用通过密封填料等密封管端部11的管内表面或外表面的方式，则在管端部11产生被称为管端盲区的未被施加内压的未被扩管的部分，这成为形状不规则的原因，因此成为管端部11的废弃的重要因素。
因此，轴向压入量s设为「0.5×(p/pmax)×(a/200)×L0」以上，「(p/pmax)×(a/200)×L0」以下。
这里，为了使管坯1的塑性变形充分地进行，而优选为对管坯1加载内压，使得在管坯1产生的周向应力超过管坯1的屈服应力。另一方面，存在当内压过高时设备的加载增大的情况。因此，加载到管坯1的最大内压pmax(MPa)优选为由以下的式(5)给出的范围内。
(管坯1的管端部扩管工序前的平均壁厚(mm)/管坯1的管端部扩管工序前的平均内半径(mm))×管坯1的屈服应力(MPa)＜pmax＜(管坯1的管端部扩管工序前的平均壁厚(mm)/管坯1的管端部扩管工序前的平均内半径(mm))×管坯1的屈服应力(MPa)×1.5…(5)
接下来，参照图2～4，对在本发明的管端部扩管工序和内压加载工序进行的制造条件更详细地进行说明。
图2是用于说明本发明的管端部扩管工序中的扩管方法的一个例子的图。图3是用于说明本发明的内压加载工序中的扩管方法的一个例子的图。
另外，图4是用于说明能够在管端部扩管工序以及内压加载工序中使用的扩管工具3的结构的一个例子的剖视图。
如图2、4所示，管端部扩管工序中的管坯1的两端的管端部11的扩管通过将扩管工具3从管坯1的两端中的管最端部侧朝向管轴方向插入，使扩管工具3所具有的外径为D1的圆柱状部6与管坯1的内周面抵接而产生的扩管工具3的挤压力来进行。优选为扩管工具3的圆柱状部6具有正圆截面。这里所述的正圆是指沿周向在45度间距的4个部位测量到的外径中的最大值ODmax和最小值ODmin满足式(6)的情况。
(ODmax-ODmin)/[(ODmax+ODmin)/2]≤0.0010…式(6)
扩管工具3也可以对管坯1的管端部附近进行扩管来提高外径精度，并且密封管坯1的两端部，来防止供给至管坯1的内部的流体的流出。
另外，如图3所示，在管端部扩管工序后的内压加载工序中，也使用该扩管工具3继续对管坯1进行扩管。在内压加载工序中，通过扩管工具3，对管最端部12以管轴方向的轴向压入量s(mm)进行轴向压入。
此时，所谓轴向压入量s，如图3所示，是指将管端部扩管工序中的基于扩管工具3进行的管端部11的扩管完成的时刻的轴向压入量s设为0mm，扩管工序后的扩管工具3朝向该管端部管轴方向的位移(相对于管最端部12的轴向压入量的大小)。
扩管工具3如上述那样只要具有外径为D1的圆柱状部6即可，不特别限定，如图4所示，也可以构成为依次形成能够使管坯1的管端部逐渐扩大的锥形部7、圆柱状部6、以及在圆柱状部6与管坯1的内周面抵接时能够盖住管坯1的管端部的开口部的盖部5。盖部5的外径优选为大于圆柱状部6的外径。通过盖部5的上述结构，在管端部扩管工序中的基于扩管工具3进行的管端部11的扩管后，在内压加载工序中，不需要从扩管工具3向其他工具3的更换作业等，利用同一扩管工具3，盖部5挤压管最端部12，由此能够以轴向压入量s(mm)对管最端部12进行轴向压入。
另外，扩管工具3也可以具有流体供给孔4，该流体供给孔4沿锥形部7、圆柱状部6以及盖部5排列的方向贯通形成，使流体能够从盖部5侧向锥形部7侧移动。即，流体供给孔4在通过扩管工具3盖住管坯1的管端部11的情况下，能够从管坯1外部向管坯1内部供给流体。
在图2和图3中，在管坯1的两端的各自的扩管工具3存在流体供给孔4，但在内压加载工序中，只要能够将流体从管坯1外部供给至管坯1内部即可，因此流体供给孔4只要仅存在于插入至金属管1的两端部内的扩管工具3中的任一个即可。
接下来，返回到图3，对能够在内压加载工序中使用的模具2的结构及其功能进行说明。如图3所示，通过设置于扩管工具3的流体供给孔4，对管坯1加载内压。此时，优选为将管坯1的平均外径扩管至由式(4)定义的D2(mm)为止，将管坯1设置于模具2内，直到管坯1与形成于模具2，且包含内径为由式(4)定义的D2(mm)的截面形状，并收容管坯1的圆筒状的收容部的内壁面抵接为止，对管坯1的外周面进行扩管。即，对管坯1进行扩管，使得管坯1的外周面沿着模具2的内周面。
D2＝(1+a/100)×D0…式(4)
模具2优选为具有正圆的内周截面作为上述的收容部，用于提高金属管1的外径精度。这里所述的正圆是指，沿周向在45度间距的4个部位测量到的内径中的最大值IDmax和最小值IDmin满足式(5)的情况。
(IDmax-IDmin)/[(IDmax+IDmin)/2]≤0.0010…式(5)
此外，在图3中，通过流体供给孔4供给的流体例如使用水。
根据以上说明的发明的金属管的制造方法，在管端部扩管工序以及内压加载工序后，可得到外径Dx为150mm以上3000mm以下，且壁厚t x为2mm以上50mm以下，管全长中的最大外径(mm)以及最小外径(mm)满足式(1)的金属管。
(最大外径-最小外径)/[(最大外径+最小外径)/2]≤0.0015…式(1)
另外，对于通过本发明的金属管的制造方法得到的金属管而言，虽然管由于扩管而沿管轴方向收缩，管的轴向的屈服应力YS由于包申格效应而比扩管前降低，但能够将由管的轴向的YS以及长边方向的拉伸强度TS定义的屈服比(＝YS/TS)在下述定义的30度、90度、180度的位置中设为0.90以下。并且，能够将管周截面内的屈服比的差ΔYR设为0.08以下。
这里，屈服应力YS以及拉伸强度TS通过以下方法确定。在焊接管的情况下，在从焊接部起的管周向30度、90度、180度的位置，在除此以外的情况下将周向任意的位置设为0度位置时的管周向30度、90度、180度的位置，以拉伸方向与管轴方向平行的方式，从管长边中央部采取JIS5号拉伸试件。使用该试件，按照JIS Z 2241的规定，实施拉伸试验，求出屈服应力YS以及拉伸强度TS。屈服应力YS为0.5％起始应力(onset stress)。此外，试件的根数为各2根，将它们的结果相加并进行平均，能够计算屈服应力YS以及拉伸强度TS。另外，管周截面内的屈服比的差ΔYR，作为在管周向30、90、180度的位置中求出的屈服比的最大值与最小值的差而求出。
如上述那样，屈服比为0.90以下的金属管由于屈服后的加工硬化较大且塑性变形能力足够高，所以即使受到弯曲变形也不易产生局部压曲。例如，在海底铺设管线时，能够防止由管的弯曲变形引起的局部压曲。另外，周截面内的屈服比的差为0.08以下的金属管由于周截面内的塑性变形能力均匀，且不易产生由外压引起的局部的变形，所以耐压坏性优异。
实施例
以下，基于实施例，对本发明进一步进行说明。
使用表2所示的尺寸的扩管工具和模具，对表1所示的尺寸的各种钢管进行了扩管。扩管工具使用具有如图4所示那样的形状的扩管工具3。用于加载内压的流体使用水。
Figure BDA0003231307480000131
[表2]
Figure BDA0003231307480000141
·下划线表示处于本发明的范围外。
具体而言，首先，如图2所示，从具有平均外径(初始公称外径)D0(mm)以及平均壁厚(初始公称壁厚)t0(mm)的管坯1的管最端部12向管轴方向插入圆柱状部6的外径为由以下的式(3)定义的D1(mm)的扩管工具3，由此边使扩管工具3所具有的圆柱状部6的外周面与管坯1的内周面抵接，边通过由轴向压入产生的挤压力对管坯1的两端的管端部11进行扩管(管端部扩管工序)。
D1＝(1+a/100)×D0-2×(1-a/200)×t0…式(3)
此外，此时，采用了各钢管的扩管中的扩管工具3，使得圆柱状部6的外周面的轴向的长度成为管端部扩管工序前的管全长的1.0％的长度。由此，在管端部扩管工序中，被扩管的管端部11成为从管最端部12沿管轴方向直到管全长的1.0％的长度为止的区域。
接下来，继续边使扩管工具3的圆柱状部6的外周面与管坯1的内周面抵接，边以轴向压入量s(mm)进行基于扩管工具3实现的对管最端部12的轴向压入，并且在设置于模具2内的整个管坯1内部，对管坯1进行扩管，直到与经时变化的轴向压入量s(mm)对应的上述的内压p(MPa)成为预先设定的最大内压pmax(MPa)为止。具体而言，对整个管坯1内部加载内压p，直到管坯1的外周面、与形成于模具2内，且包含内径为由以下的式(4)定义的D2(mm)的截面形状并收容管坯1的圆筒状的收容部的内壁面抵接为止，对管坯1进行扩管(内压加载工序)。
D2＝(1+a/100)×D0…式(4)
内压p相对于时间线形上升，在到达最大内压pmax＝(管的平均壁厚/管的平均内半径)×管的屈服应力×1.3时，使内压p保持在最大内压pmax10秒以上之后，进行除压。
图5是表示本发明例以及比较例的内压-轴向压入加载路径的图表。如图5所示，内压p和轴向压入量s的加载路径为A、B、C、D中的任一个。
图5中的虚线U以及虚线L分别为相对于由式(4)得到的内压p的轴向压入量s的上下限。
即，虚线U和虚线L分别如以下这样表示内压p和轴向压入量s。
虚线L为「s＝0.5×(p/pmax)×(a/200)×L0」。
即，作为与图5的图表对应的记载，虚线L为「p＝s×pmax×400/(a×L0)」。
另外，虚线U为「s＝(p/pmax)×(a/200)×L0」。
即，作为与图5的图表对应的记载，虚线U为「p＝s×pmax×200/(a×L0)」。
将通过原点且斜率(Δp/Δs)成为U以上L以下的路径设为A，将超过L的路径设为B，将小于U的路径设为C。
另外，将在施加初始轴向压入s0(内压p＝0MPa的状态下的对管最端部12的压入量s0)后，以斜率(Δp/Δs)成为U以上L以下的方式加载内压p和轴向推压量s的路径设为D。
即，虽然加载路径A满足式(2)，但其他加载路径B、C、D不满足式(2)。另外，加载路径D广泛用于以往的液压成形加工。
Figure BDA0003231307480000161
表3总结了各实施例中的初始轴向压入s0以及加载路径的斜率(Δp/Δs)。
管的外径测量使用了光波距离计。在距管两端部1mm位置、以及距管端部1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8长度位置的9个部位中，分别对沿管周向以22.5度的间距在8个部位逐一，共计72个部位测量了外径。将上述测量到的外径的最大值、最小值分别设为管的最大外径、最小外径。
Figure BDA0003231307480000181
表4中表示各钢管的扩管后的最大外径以及最小外径。
在表4中，No.1、7～12是本发明例，No.2～6是比较例。在本发明例中，扩管率均为0.30％以上5.0％以下，内压和轴向压入的加载路径成为通过图5的虚线U与虚线L之间的加载路径A。因此，扩管后的最大外径和最小外径满足式(1)，得到遍及全长地具有较高的外径精度的管。
在比较例的No.2中，加载路径的斜率(Δp/Δs)超过L，不满足式(2)，因此轴向压入量s不足而产生漏水，不能充分地进行扩管，得不到满足式(1)的管。
在比较例的No.3中，加载路径的斜率(Δp/Δs)小于U，不满足式(2)，因此轴向压入量s过量，端部的形状变差，得不到满足式(1)的管。
在比较例的No.4中，进行初始轴向压入，成为加载路径D，不满足式(2)，因此管端部的形状变差，得不到满足式(1)的管。
在比较例的No.5中，扩管率低于本发明的范围，因此不能将管充分地成形，得不到满足式(1)的管。
在比较例的No.6中，扩管率超过了本发明的范围，因此管端部的形状变差，得不到满足式(1)的管。
由以上可知，在用扩管工具等对管的端部进行扩管，接着在模具内部使管扩管的工序中，通过适当地控制扩管率以及内压和轴向压入加载路径，从而不进行切削加工，就能够制造遍及全长地具有较高的外径精度的高尺寸精度金属管。
附图标记说明
1...金属管(管坯)；2...模具；3...扩管工具；4...流体供给孔；5...盖部；6...圆柱状部；7...锥形部；11...管端部；12...管最端部；A...本发明中的适当的加载路径；B...轴向压入不足的加载路径；C...轴向压入过度的加载路径；D...施加初始轴向压入的加载路径；U...从式(2)的右边得到的相对于内压p的轴向压入量s的上限；L...从式(2)的左边得到的相对于内压p的轴向压入量s的下限；pmax...最大内压；s0...初始轴向推压量。

Claims (8)

1.一种金属管的制造方法，是外径D X为150mm以上3000mm以下，且壁厚t X为2mm以上50mm以下，管全长中的最大外径(mm)以及最小外径(mm)满足以下的式(1)的金属管的制造方法，其中，
所述金属管的制造方法包含：
管端部扩管工序，其对管坯的两端的管端部进行扩管；和
内压加载工序，其在该管端部扩管工序后，对整个所述管坯内部加载所述内压p，直到与表示对所述管坯的两端的管最端部的管轴方向的压入量的轴向压入量s(mm)的经时变化对应的内压p(MPa)成为预先设定的最大内压pmax(MPa)为止，由此对所述管坯进行扩管，
所述内压p以及所述轴向压入量s满足以下的式(2)，
(最大外径-最小外径)/[(最大外径+最小外径)/2]≤0.0015…式(1)
0.5×(p/pmax)×(a/200)×L 0≤s≤(p/pmax)×(a/200)×L 0…式(2)
这里，在式中，a为预先设定的扩管率(％)且满足0.30≤a≤5.0，L0为管端部扩管工序前的管坯的平均长度(mm)。
2.根据权利要求1所述的金属管的制造方法，其中，
在所述管端部扩管工序中，
将扩管工具从平均外径为D 0(mm)且平均壁厚为t 0(mm)的所述管坯的所述管最端部侧，朝向所述管轴方向插入至所述管坯内，
边使所述扩管工具所具有的由以下的式(3)定义的外径为D1(mm)的圆柱状部的外周面与所述管坯的内周面抵接，边通过基于所述扩管工具产生的挤压力对所述管端部进行扩管，
在所述内压加载工序中，
以所述轴向压入量s(mm)进行基于所述扩管工具实现的对所述管最端部的轴向压入，并且
通过对设置于模具内的整个所述管坯的内部加载所述内压p，从而对所述管坯进行扩管，直到所述管坯的外周面、与形成于所述模具，且包含内径为由以下的式(4)定义的D 2(mm)的截面形状，并收容所述管坯的圆筒状的收容部的内壁面抵接为止，
D 1＝(1+a/100)×D 0-2×(1-a/200)×t 0…式(3)
D 2＝(1+a/100)×D 0…式(4)。
3.根据权利要求1或2所述的金属管的制造方法，其中，
所述外径D X为300mm以上1000mm以下，且所述壁厚t X为5mm以上40mm以下。
4.根据权利要求1或2所述的金属管的制造方法，其中，
所述金属管为钢管。
5.根据权利要求3所述的金属管的制造方法，其中，
所述金属管为钢管。
6.一种金属管，其中，
外径D X为150mm以上3000mm以下，壁厚t X为2mm以上50mm以下，且管全长中的最大外径以及最小外径满足式(1)，
(最大外径-最小外径)/[(最大外径+最小外径)/2]≤0.0015…式(1)。
7.根据权利要求6所述的金属管，其中，
所述外径D X为300mm以上1000mm以下，且壁厚t X为5mm以上40mm以下。
8.根据权利要求6或7所述的金属管，其中，
所述金属管为钢管。
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