CN116829862A - 压力配管用钢管及钢管坯料 - Google Patents

压力配管用钢管及钢管坯料 Download PDF

Info

Publication number
CN116829862A
CN116829862A CN202280013425.9A CN202280013425A CN116829862A CN 116829862 A CN116829862 A CN 116829862A CN 202280013425 A CN202280013425 A CN 202280013425A CN 116829862 A CN116829862 A CN 116829862A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel pipe
self
residual stress
tightening
sigma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280013425.9A
Other languages
English (en)
Inventor
牧野泰三
山崎正弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp filed Critical Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Publication of CN116829862A publication Critical patent/CN116829862A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/10—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars
    • C21D7/12—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars by expanding tubular bodies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/20—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/02—Rigid pipes of metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C21D1/10—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation by electric induction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
    • C21D7/06—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/10—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/10—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
    • C21D8/105—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C21D9/14—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes wear-resistant or pressure-resistant pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/80—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly
    • F02M2200/8053—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly involving mechanical deformation of the apparatus or parts thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/90—Selection of particular materials
    • F02M2200/9053—Metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Abstract

一种实施了自紧处理的压力配管用钢管，其外表层区域的平均硬度为内表层区域的平均硬度的1.20倍以上，将钢管的外径设为D、内径设为d、外表面的残留应力的实测值设为σo1、对半切割后的外表面的残留应力的实测值设为σo2、对半切割后的内表面的残留应力的实测值设为σi2时，由[σi1＝(‑σi2)/(A×(t/T)2‑1)]、[t/T＝((σo2‑σo1)/(A×(σo2‑σo1)‑C×σi2))1/2]、[A＝3.9829×exp(0.1071×(D/d)2)]、[C＝‑3.3966×exp(0.0452×(D/d)2)]求出的钢管的内表面的残留应力的推定值σi1为‑150MPa以下。

Description

压力配管用钢管及钢管坯料
技术领域
本发明涉及压力配管用钢管及钢管坯料。
背景技术
液压缸、气囊钢管、蓄压器、氢气用配管等的压力配管不仅要求高的强度，还要求优异的内压疲劳特性。
例如，专利文献1中公开了一种内压疲劳特性优异的缸筒用钢管的制造方法，其特征在于，在拉拔钢管而制造缸筒用钢管时，拉拔后在300～350℃下进行热处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4-183820号公报
非专利文献
非专利文献1：中山英介、宫原光雄、冈村一男、富士本博纪、福井清之，“基于超小型试验片的汽车用薄板点焊接头的疲劳强度予测”、材料、2004年10月、第53卷、第10号、p.1136-1142
非专利文献2：社团法人日本材料学会编、“X射线应力测定法标准(2002年版)-钢铁篇”、2002年3月
发明内容
发明要解决的问题
根据专利文献1，通过提高比例极限强度，能够得到内压疲劳特性优异的缸筒用钢管。但是，近年来，要求进一步提高内压疲劳特性，尚有改善的余地。
其中，作为提高内压疲劳特性的方法，可列举出进行自紧处理的方法。自紧处理是指通过使过大内压作用而使内表面附近局部发生塑性变形，产生压缩残留应力的处理。
如果钢管材料的强度变高，则自然能够提高对钢管的内侧施加的压力。但是，对钢管的内侧施加压力时，作为在钢管内表面不会发生由疲劳导致的破坏的极限的内压(以下，称为“极限内压”)不仅仅取决于钢管材料的强度。通过进行自紧处理，从而即使不使钢管的拉伸强度上升，也能够增加极限内压。
然而，在自紧处理中，若对钢管的内表面施加的压力过大，则破裂(burst)的风险提高，因此，从安全性的方面出发，通常设定得较低。其结果，在现有技术中，即使进行了自紧处理，也无法充分提高极限内压，尚有改善的余地。
而且，如果是薄壁的钢管，则存在管的内外表面的应力差变小，钢管整体存在发生屈服的风险，还存在难以仅使内表面附近局部发生塑性变形的问题。
本发明的目的在于，解决上述课题，提供具有高的极限内压的压力配管用钢管及钢管坯料。
用于解决问题的方案
本发明是为了解决上述课题而进行的，其以下述的压力配管用钢管及钢管坯料作为主旨。
(1)一种实施了自紧处理的压力配管用钢管，
所述钢管具有外表面和内表面，
自所述外表面至壁厚的1/4的深度位置的外表层区域的平均硬度为自所述内表面至壁厚的1/4的深度位置的内表层区域的平均硬度的1.20倍以上，
将所述钢管的外径设为D(mm)、内径设为d(mm)、自紧处理后的所述钢管的外表面的残留应力的实测值设为σo1(MPa)、自紧处理后且对半切割后的所述钢管的外表面的残留应力的实测值设为σo2(MPa)、自紧处理后且对半切割后的所述钢管的内表面的残留应力的实测值设为σi2(MPa)时，
由下述(i)式～(iv)式求出的自紧处理后的所述钢管的内表面的残留应力的推定值σi1(MPa)为-150MPa以下，
σi1＝(-σi2)/(A×(t/T)2-1)···(i)
t/T＝((σo2-σo1)/(A×(σo2-σo1)-C×σi2))1/2···(ii)
A＝3.9829×exp(0.1071×(D/d)2)···(iii)
C＝-3.3966×exp(0.0452×(D/d)2)···(iv)。
(2)根据上述(1)所述的压力配管用钢管，其中，D/d为2.0以下。
(3)一种用于实施自紧处理的用途的压力配管用钢管坯料，
所述钢管坯料具有外表面和内表面，
自所述外表面至壁厚的1/4的深度位置的外表层区域的平均硬度为自所述内表面至壁厚的1/4的深度位置的内表层区域的平均硬度的1.20倍以上，
实施了自紧处理时，
将自紧处理后的钢管的外径设为D(mm)、内径设为d(mm)、自紧处理后的所述钢管的外表面的残留应力的实测值设为σo1(MPa)、自紧处理后且对半切割后的所述钢管的外表面的残留应力的实测值设为σo2(MPa)、自紧处理后且对半切割后的所述钢管的内表面的残留应力的实测值设为σi2(MPa)时，
由下述(i)式～(iv)式求出的自紧处理后的所述钢管的内表面的残留应力的推定值σi1(MPa)为-150MPa以下。
σi1＝(-σi2)/(A×(t/T)2-1)···(i)
t/T＝((σo2-σo1)/(A×(σo2-σo1)-C×σi2))1/2···(ii)
A＝3.9829×exp(0.1071×(D/d)2)···(iii)
C＝-3.3966×exp(0.0452×(D/d)2)···(iv)
(4)根据上述(3)所述的压力配管用钢管坯料，其中，D/d为2.0以下。
发明的效果
根据本发明，能够稳定地获得具有高的极限内压的压力配管用钢管。
附图说明
图1是示出要利用推定装置来推定残留应力的自紧处理后的钢管的一例的图。
图2是用于对多变量函数的导出方法进行说明的图。
图3是用于对多变量函数的导出方法进行说明的图。
图4是用于对多变量函数的导出方法进行说明的图。
图5是用于对外表层区域与内表层区域的硬度比、和钢管的外径与内径之比的合适范围的研究方法进行说明的图。
图6是用于对外表层区域与内表层区域的硬度比、和钢管的外径与内径之比的合适范围的研究方法进行说明的图。
图7是用于对外表层区域与内表层区域的硬度比、和钢管的外径与内径之比的合适范围的研究方法进行说明的图。
图8是用于对外表层区域与内表层区域的硬度比、和钢管的外径与内径之比的合适的范围的研究方法进行说明的图。
图9是用于对外表层区域与内表层区域的硬度比、和钢管的外径与内径之比的合适范围的研究方法进行说明的图。
图10是用于对内压疲劳试验片的形状进行说明的图。
图11是用于对哑铃形状的小型试验片的采集位置和形状进行说明的图。
具体实施方式
在现有技术中，作为无法对用于充分提高极限内压的自紧处理压力进行优化的原因，可列举出尚未确立钢管的内表面的残留应力的计算方法。需要说明的是，在本申请说明书中，残留应力是指钢管的圆周方向上的残留应力。
以往，本发明人等通过将自紧处理后的钢管对半切断，并测定对半切割后的钢管的内表面的残留应力，从而相对性地评价了自紧处理后的钢管的内表面的残留应力。需要说明的是，对半切断是指：以从轴向来看钢管被二等分成两个圆弧状构件的方式将该钢管切断。
然而，为了优化自紧处理压力来充分提高极限内压，需要定量性地评价自紧处理后且对半切割前的钢管的内表面的残留应力。因而，本发明人等针对用于定量性地评价钢管的内表面的残留应力的方法进行了研究。在该研究中，本发明人等研究了：通过在对半切割后的钢管的内表面的残留应力的基础上，还考虑对半切割前后的钢管的外表面的残留应力，从而评价自紧处理后且对半切割前的钢管的内表面的残留应力。
本发明人等首先使用成为评价对象的钢管的分析模型，在各种条件下进行数值分析(FEM分析)，求出因自紧处理而在钢管的各部产生的残留应力(计算值)。具体而言，本发明人等首先通过数值分析而求出自紧处理后且对半切割前的钢管的外表面的残留应力σo1、自紧处理后且对半切割前的钢管的内表面的残留应力σi1、自紧处理后且对半切割后的钢管的外表面的残留应力σo2、和自紧处理后且对半切割后的钢管的内表面的残留应力σi2。
针对如上那样操作而得到的各残留应力进行了详细的研究，其结果，本发明人等发现：对半切割前的钢管的内表面的残留应力σi1可使用对半切割前的钢管的外表面的残留应力σo1、对半切割后的钢管的外表面的残留应力σo2、以及对半切割后的钢管的内表面的残留应力σi2来高精度地推定。
接着获得了如下见解：通过以对半切割前的钢管的内表面的残留应力的推定值σi1满足规定条件的方式调整自紧处理条件，从而能够稳定获得具有高的极限内压的钢管。
而且如上所述，如果是薄壁的钢管，还存在难以仅使内表面附近局部发生塑性变形的问题。本发明人等为了解决该问题进行了进一步研究，结果发现：通过事先使钢管的外表面侧的硬度相对于内表面侧的硬度提高，即使是薄壁的钢管，也可以仅使内表面附近屈服，从而赋予残留应力。
本发明是基于上述见解而进行的。以下，针对本发明的各特征进行详细说明。
1.压力配管用钢管及钢管坯料
本发明的一个实施方式涉及的钢管是实施了自紧处理的压力配管用钢管。压力配管包括液压缸、气囊钢管、蓄压器、氢气用配管、燃料喷射管等。另外，本发明的其它实施方式涉及的钢管坯料是成为上述压力配管用钢管的坯料的材料，用于要实施自紧处理的用途。即，通过对钢管坯料实施自紧处理，可得到压力配管用钢管。
并且，钢管坯料的外表层区域的平均硬度为内表层区域的平均硬度的1.20倍以上。关于这样规定的理由，将在后文叙述。此处，外表层区域是指自钢管坯料的外表面至壁厚的1/4的深度位置的区域，内表层区域是指自钢管坯料的内表面至壁厚的1/4的深度位置的区域。
通过使钢管坯料的外表层区域的平均硬度为内表层区域的平均硬度的1.20倍以上，在对钢管坯料实施自紧处理时，能够不使外表层区域屈服，而仅使内表层区域发生塑性变形，赋予压缩残留应力。钢管坯料的外表层区域的平均硬度优选为内表层区域的平均硬度的1.50倍以上，更优选为2.00倍以上。
此处，由于硬度不会因为自紧处理发生大幅度变化，因此即使对于自紧处理后的钢管，与钢管坯料同样的关系也成立。即，钢管的外表层区域的平均硬度为内表层区域的平均硬度的1.2倍以上，优选为1.5倍以上，更优选为2.0倍以上。此处，外表层区域是指自钢管的外表面至壁厚的1/4的深度位置的区域，内表层区域是指自钢管的内表面至壁厚的1/4的深度位置的区域。
需要说明的是，钢管坯料或钢管中的内表层区域和外表层区域的平均硬度如下测定。首先，按照JIS Z 2244：2009(维氏硬度试验-试验方法)测定钢管坯料或钢管的截面中的维氏硬度分布。上述截面可以是与钢管坯料或钢管的轴向垂直的截面，也可以是与轴向平行且通过中心轴的截面。
硬度试验机使用通用的显微维氏硬度计，试验力根据钢管的尺寸设为1～10N。对于测定部位，在进行了镜面研磨的观察面内，自内表面至外表面将壁厚的1/10～1/20的距离以径向间隔的形式隔开。在压痕彼此相邻的情况下，也可以在与径向垂直的方向上错开测定位置，而对交错状的位置进行测定。根据由此得到的硬度分布，通过对分别包含在内表层区域和外表层区域的硬度值进行平均化，可得到内表层区域和外表层区域的平均硬度。
另外，对于提高钢管坯料的外表层区域的平均硬度的方法(以下，也称为“硬化处理”)没有特别限制。例如，可列举出从钢管坯料的外表面侧进行高频淬火的方法。具体而言，通过高频加热，瞬间加热至外表面的温度达到900℃以上，立即进行水冷，由此能够仅增大外表层区域的硬度。对于进行了高频淬火后的钢管坯料，根据需要，也可以实施在100～300℃下保持30分钟以上后进行自然冷却的回火处理。
除此以外，也可以采用通过对钢管坯料的外表面实施喷丸处理或辊加工，而仅使外表层区域加工硬化的方法；对外表面实施渗碳处理、氮化处理或渗碳氮化处理的方法等。
在本发明中，钢管的尺寸没有特别限制。一般而言，为了耐受高的内压，理想的是钢管的内径越大，越相应地增大壁厚。如果钢管的内径是一定的，则随着壁厚变大，钢管的外径也变大。即，为了耐受高的内压，理想的是钢管的内径越大，钢管的外径也越大。然而，如上所述，本发明的效果在薄壁的钢管中发挥得更显著。因此，在本发明中，将钢管的外径设为D(mm)、内径设为d(mm)时，D/d可以为2.0以下、1.9以下、或1.8以下。
关于其它尺寸，只要根据用途进行选择即可，没有特别加以限制的必要。例如，将钢管用作液压缸时，为了确保活塞的输出(载荷)，与使用压力(内压)相符的内径通常选优从15～580mm的范围进行选择。另外，为了耐受反复的内压，优选壁厚从5～60mm的范围、外径从30～700mm的范围进行选定。内压疲劳强度越高，则越能够减薄壁厚，与之相应地外径也得以确定。
将钢管用作气囊充气器时，钢管的外径优选为20～100mm，更优选为20～60mm。钢管的壁厚优选为1～5mm，更优选为1～4mm。
将钢管用作蓄压器时，钢管的外径优选为25～500mm，更优选为50～400mm。钢管的壁厚优选为2～40mm，更优选为4～30mm。
另外，将钢管用作氢气配管或燃料喷射管时，为了减少使用时的内部的压力变动，需要一定程度的容量。因此，钢管的内径优选为2.5mm以上，更优选为3.0mm以上。另外，由于需要耐受高内压，因此，钢管的壁厚优选为1.5mm以上，更优选为2.0mm以上。另一方面，钢管的外径优选为20mm以下，更优选为15mm以下，进一步优选为10mm以下。
关于机械特性，也是只要根据用途进行选择即可，没有特别加以限制的必要。但是，为了用作压力配管，硬化处理前的钢管坯料的拉伸强度、或硬化处理及其后的自紧处理后的钢管的内表层区域的拉伸强度优选为500MPa以上，更优选为600MPa以上，进一步优选为700MPa以上。屈服应力优选为300MPa以上，更优选为360MPa以上，进一步优选为420MPa以上。
另外，对于硬化处理前的钢管坯料的硬度、或硬化处理及其后的自紧处理后的钢管的内表层区域的硬度，以维氏硬度计优选为150HV以上，更优选为180HV以上，进一步优选为220HV以上。需要说明的是，上述硬度没有设置上限值的必要，但特别是如果内表层区域的硬度过高时，通过自紧处理导入压缩残留应力将变得困难，因此，优选以维氏硬度计小于500HV。
屈服比优选为0.50～0.95，为了在更高压力下进行自紧处理，得到大的压缩残留应力，屈服比更优选为0.60以上，进一步优选为0.70以上。另外，为了在基于低压力的自紧处理中更高效地导入压缩残留应力，屈服比更优选为0.90以下，进一步优选为0.85以下。
在本发明中，关于钢管的内表层区域的机械特性，可以将非专利文献1所示那样的厚度为0.2mm左右的哑铃形状的小型试验片以与钢管的内表面接触的方式进行放电加工而切出，通过进行拉伸试验来测定。对于拉伸试验中的应变测定，可以按照非专利文献1所示的方法，通过拉伸试验机作动器位移(行程)和试验片的平行部长度换算而求出。
需要说明的是，如果有硬化处理前的钢管坯料，则其机械特性通过切出钢管的直管部，夹紧距离其两端面为一定长度的区域(以下，称为“夹持部”)，在夹持部之间的平行部安装伸长率计，并进行拉伸试验来求出。夹紧通过使用液压、螺栓连接或楔形工具向夹持部按压设置有比钢管外半径小的V槽或R槽的接触片来进行。夹持部的长度只要以不使试验钢管在试验中打滑的方式考虑按压压力和试验载荷决定即可。另外，平行部的长度只要确保至能够安装伸长率计，且即将断裂之前的缩径变形不会因夹具而受到影响的程度即可。需要说明的是，钢管不具有充分长度的直管部时，可以切出非专利文献1所示那样的薄壁哑铃形状的小型试验片来进行拉伸试验。
另外，本发明涉及的压力配管用钢管优选具有满足下述(I)式的极限内压。
IP≥0.44×TS×α···(I)
α＝[(D/d)2-1]/[0.776×(D/d)2]···(II)
其中，上述(I)式中的IP是指钢管的极限内压(MPa)，TS是指钢管的内表层区域或钢管坯料的拉伸强度(MPa)，α为上述(II)式所示的值。另外，上述(II)式中的D为钢管的外径(mm)，d为内径(mm)。α为对因管的外径与内径之比而导致内压与管内表面的产生应力的关系发生变化进行校正的系数。
需要说明的是，在本发明中，极限内压是指：在内压疲劳试验中，将最低内压设为18MPa，施加相对于时间呈现正弦波的反复内压变动，即使反复次数达到107次也不发生破损(泄露)的最高内压(MPa)。具体而言，将在纵轴为最大内压、横轴为破损反复次数的S-N线图上发生破损的最大内压的最小值与即使达到107次也不发生破损的最大值的中间值作为极限内压。
2.残留应力推定模型
对用于推定对半切割前的钢管的内表面的残留应力σi1的模型进行详细说明。图1是表示要利用该模型来推定残留应力的自紧处理后的钢管的一例的图。在图1中，(a)为实施了自紧处理的钢管20的左侧视图，(b)为(a)中示出的钢管20的主视图，(c)为将(a)中示出的钢管20对半切断而得到的对半切割试样22的左侧视图，(d)为(c)中示出的对半切割试样22的主视图。需要说明的是，本说明书中，对半切割后的钢管是指将自紧处理后的钢管对半切断而得到的对半切割试样。
在该模型中，使用自紧处理后的钢管20的外表面20a的残留应力σo1、对半切割试样22的外表面22a的残留应力σo2、和对半切割试样22的内表面22b的残留应力σi2的实测值。需要说明的是，如上所述的那样，残留应力是指钢管20的圆周方向上的残留应力。
参照图1，测定残留应力时的钢管20的长度L优选设为钢管20的外径D的3倍以上，例如可以设为30mm左右。若将钢管20对半切断时与切断相伴的放热过量，则会对内表面的残留应力产生影响。因此，需要采用尽量不放热的切断方法，优选通过金属丝切割放电加工来进行对半切断。此时，进行控制，使得在对半切割试样22的侧面视图中，半切割试样22的切割面22c与外表面22a的中心的距离X(与切割面22c垂直的方向上的距离)处于钢管20的半径r的±5％以内的范围。
残留应力的测定在利用电解研磨将钢管20的外表面20a和对半切割试样22的内表面22b的表层去除10μm以下的范围后再进行。作为测定方法，可以使用基于X射线衍射的sin2ψ法，可以按照非专利文献2来进行。
通过以利用上述方法而实测到的残留应力σo1、σo2、σi2、以及外径D和内径d作为变量的多变量函数，从而计算残留应力σi1的推定值。
具体而言，如图2的(a)所示的那样，制作利用二维平面应变元素对钢管20的横截面(与管轴方向垂直的截面)进行模型化而得到的圆弧状的分析模型40(1/4模型)。虽然省略了图示，但分析模型40被分割成多个元素(mesh)。分析模型40的物性值设为弹性体。
首先，为了对钢管20进行模拟，如图2的(b)所示的那样，以限制分析模型40的圆周方向上的两个端部40a、40b的朝着圆周方向的移动的方式设定约束条件。其后，作为初始状态，设定对自紧处理时的钢管20的状态进行模拟的体积力。具体而言，在初始状态下，对分析模型40的内表面40c施加圆周方向的压缩残留应力(-100MPa)。
另外，在初始状态下，使得在从内表面40c朝着分析模型40的径向偏离的位置P(用圆弧状的虚线表示的位置)与外表面40d之间的区域内不产生应力。进而，在初始状态下，将内表面40c与位置P之间的区域的应力分布以压缩应力从内表面40c朝着位置P逐渐降低的方式设为线性分布。需要说明的是，图2的(b)以及后述图3和图4中示出了端部40b的应力状态。以下，将在端部40b上的压缩应力成为0的点P1与内表面40c在径向上的距离记为距离t，将分析模型40的厚度记为厚度T。需要说明的是，在端部40b上存在多个压缩应力成为0的点时，将靠近内表面40c的一点设为P1。
在如上所述地设置体积力后，实施弹性分析，对应力进行再分配。由此，例如如图3所示的那样，分析模型40的应力状态发生变化。需要说明的是，在图3中，用虚线示出应力成为0的位置。在比虚线靠内侧的区域中，产生圆周方向的压缩应力，在比虚线更靠外侧的区域中，产生圆周方向的拉伸应力。在图3所示的状态下，分析模型40整体的应力分布的积分值成为0。图3所示的应力状态对应于自紧处理后的钢管20的应力状态。并且，在图3所示的状态下，获取内表面40c与端部40b的交点的应力来作为自紧处理后的钢管20的内表面20b的残留应力σi1，获得外表面40d与端部40b的交点的应力来作为自紧处理后的钢管20的外表面20a的残留应力σo1。
接着，为了模拟对半切割试样22(对半切割后的钢管20)，如图4所示的那样，解除端部40a的约束，实施弹性分析。由此，分析模型40的应力状态进一步发生变化。需要说明的是，在图4中，用虚线示出应力成为0的位置。在图4所示的例子中，对于分析模型40而言，在径向的中央部产生圆周方向的拉伸应力，在沿着内表面40c的圆弧状的区域和沿着外表面40d的圆弧状的区域产生圆周方向的压缩应力。
另外，在图4所示的分析模型40中，端部40a对应于对半切割试样22的切割面22c(参照图1)，端部40b对应于对半切割试样22的圆周方向上的中心部22d(参照图1)。并且，在图4所示的状态下，获取内表面40c与端部40b的交点的应力来作为对半切割试样22的内表面22b的残留应力σi2，获取外表面40d与端部40b的交点的应力来作为对半切割试样22的外表面22a的残留应力σo2。
针对任意尺寸的钢管20，使初始状态下的距离t发生各种变化(即，变更图2的(b)中压缩应力成为0的点P1的位置)来进行图2的(b)、图3和图4中说明的上述分析。
本发明人等进行各种研究的结果可知：钢管20的厚度T、以及如上那样操作而求出的自紧处理后的钢管20中的距离t(参照图3)、钢管20的外表面20a的残留应力σo1(参照图3)、钢管20的内表面20b的残留应力σi1(参照图3)、对半切割试样22的外表面22a的残留应力σo2(参照图4)、以及对半切割试样22的内表面22b的残留应力σi2(参照图4)之间存在一定的关系。
具体而言，本发明人等发现：自紧处理后的钢管20的(t/T)2的值与(σi2/-σi1)的值之间存在一定的关系。于是，通过利用最小二乘法对(t/T)2的值与(σi2/-σi1)的值的关系进行线性近似，从而求出下述(1)式。需要说明的是，在下述(1)式中，A和B为系数。
σi2/(-σi1)＝A×(t/T)2-B···(1)
针对σi1对上述(1)式进行整理，得到下述(i)式。需要说明的是，在本发明中，A设为下述(iii)式所示的值，B设为1。
σi1＝(-σi2)/(A×(t/T)2-1)···(i)
A＝3.9829×exp(0.1071×(D/d)2)···(iii)
另外，本发明人等发现自紧处理后的钢管20中的(t/T)2的值与((σo2-σo1)/(-σi1))的值之间也存在一定的关系。于是，通过利用最小二乘法对(t/T)2的值与((σo2-σo1)/(-σi1))的值的关系进行线性近似，从而求出下述(2)式。需要说明的是，下述(2)式中，C和E为系数。
(σo2-σo1)/(-σi1)＝-C×(t/T)2-E···(2)
根据上述(1)式和(2)式，(t/T)可以用下述(3)式来表示。
t/T＝((B×(σo2-σo1)-E×σi2)/(A×(σo2-σo1)-C×σi2))1/2···(3)
进而，在本发明中，B设为1，E设为0，从而得到下述(ii)式。另外，C设为下述(iv)式所示的值。
t/T＝((σo2-σo1)/(A×(σo2-σo1)-C×σi2))1/2···(ii)
C＝-3.3966×exp(0.0452×(D/d)2)···(iv)
利用由上述推定模型得到的(i)式～(iv)式，可以算出自紧处理后的钢管20的内表面20b的残留应力的推定值σi1。
并且，本发明涉及的钢管的σi1的值为-150MPa以下。压缩残留应力大于-150MPa、即残留应力的绝对值小于150MPa时，如后述的实施例所示，无法得到提高极限内压的效果。通过自紧处理，将σi1设为-150MPa以下，可以得到高的极限内压。
3.对外表层区域/内表层区域的硬度比、钢管的外径/内径比的合适范围的研究
如上所述的那样，在本发明中，将钢管坯料的外表层区域的平均硬度Hvo与内表层区域的平均硬度Hvi之比Hvo/Hvi为1.20以上、钢管坯料的外径D与内径d之比D/d为2.0以下作为合适范围。其依据为基于如下所示的FEM分析的数值计算。
分析对象是图1所示的钢管形状，将基于图5的(a)中所示的三维六面体二阶元素的1/4圆筒形状的分析模型用于FEM分析中。分析模型使用了将D/d设为1.2、1.5、1.8和2.0的4种形状。
模型的物性值设为弹塑性体。将弹性区域的杨氏模量设为205.8GPa、泊松比设为0.3，在弹塑性区域中，使用在图6中示出一例的基于真应力与真塑性应变的应力-应变曲线。图中的应力-应变曲线根据维氏硬度存在多个。其是基于用改变了硬度水平的碳钢进行了预备试验的结果，对应力-应变曲线的硬度依赖性进行近似而得到的。弹塑性区域的硬化定律采用了移动硬化定律。在分析模型内，如图7所示的那样，根据半径向位置，设定了与硬度分布对应的不同的应力-应变曲线。作为Hvo/Hvi，具有1.00、1.20和1.75这3种类型。
为了分析使内压作用的状态，如图5的(b)所示的那样，向模型的内表面施加与内压P相当的半径方向应力σr，同时向模型横截面施加轴向应力σax。σr和σax使用内径d通过下式求出。
σr＝-P···(4)
σax＝P×d2/(D2-d2)···(5)
此处，上述(5)式是涉及圆筒容器的基础式，其基于下述的构思。假设分析对象为闭合截面构件，则通过内压作用于模型的内截面，产生轴向载荷P×πd2/4。由于该轴向载荷作用于模型横截面，因此，轴向应力σax可以通过将上述轴向载荷除以模型横截面的截面积π(D2-d2)/4而得到。
最初进行了再现破裂试验的分析。首先，从0开始线性地逐渐对模型增加并赋予上述(4)和(5)式的σr和σax。接着，在模型整体发生塑性变形、分析达到不收敛的极限后，结束分析。将该极限的内压作为通过分析而得到的破裂强度。确认到在预备试验中通过实验得到的破裂强度与通过分析得到的破裂强度相对应。
接着，为了再现自紧处理，使对应于破裂强度的0.60倍、0.70倍和0.85倍的内压的σr和σax作用于模型并卸载。输出卸荷后的内表面的圆周方向残留应力，将其最小值(由于基本上为压缩残留应力，因此绝对值为最大值)作为通过自紧处理而导入的残留应力的代表值。
对于由此得到的基于自紧处理的残留应力，将其与Hvo/Hvi的关系示于图8中，将其与D/d的关系示于图9中。图8中，在D/d为1.2的情况下，Hvo/Hvi为1.20以上，且内表面的压缩残留应力为-150MPa以上。另外可知，在D/d为1.8的情况下，Hvo/Hvi为1.20以上，压缩残留应力不发生变化。
图9中，在Hvo/Hvi为1.20的情况下，D/d为1.2以上且内表面的压缩残留应力为-150MPa以上。虽然D/d增大的同时，压缩残留应力增大，但在Hvo/Hvi为1.75的情况下，D/d为1.5以上时未增大，饱和为一定值。在Hvo/Hvi为1.20的情况下，D/d达到1.8以上时，与Hvo/Hvi为1.75的压缩残留应力的饱和值相同。D/d从1.8进一步增大时，Hvo/Hvi为1.00的压缩残留应力与Hvo/Hvi为1.20以上的压缩残留应力之差变小。并且，D/d为2.0时，Hvo/Hvi为1.00的压缩残留应力与Hvo/Hvi为1.20以上的压缩残留应力之差变得微小，可以认为在D/d大于2.0区域中，基于硬化处理的自紧处理后的压缩残留应力降低效果小。
综上，将硬化处理钢管坯料的外表层区域的平均硬度Hvo与内表层区域的平均硬度Hvi之比Hvo/Hvi为1.20倍以上、钢管坯料的外径D与内径d之比D/d为2.0以下作为合适范围。
3.制造方法
关于本发明涉及的压力配管用钢管的制造方法，没有特别限定，例如可以对外表层区域的平均硬度为内表层区域的平均硬度的1.20倍以上的多个钢管坯料在各种条件下进行自紧处理，针对得到的各钢管，利用上述方法求出σi1，进行筛选-150MPa以下的钢管的工序，由此制造。
需要说明的是，关于自紧处理条件，例如，通过控制自紧处理压和/或自紧处理时间，从而能够以σi1为-150MPa以下的方式进行调整。如上所述的那样，通过准确推定自紧处理后且对半切割前的钢管的内表面的残留应力，从而能够优化自紧处理条件，能够稳定地获得具有高的极限内压的钢管。
以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不限定于这些实施例。
实施例
将具有表1所示的化学组成钢熔炼后，进行热锻，得到直径50mm的圆棒。进而，进行将该圆棒加热至880℃的正火处理，得到试验片的坯料。试验片坯料的屈服应力为382MPa，拉伸强度为621MPa。
[表1]
接着，针对上述试验片坯料进行粗机械加工、热处理、精加工，采集多个如图10所示的形状的内压疲劳试验片。此处，对于粗机械加工后的形状，其为与图10的精加工后的形状相比外径大1mm、内径小1mm的形状。需要说明的是，图10中记载的长度的单位为mm。
在得到的内压疲劳试验片(试验No.1～7)中，对于试验No.1～3直接使用(正火品)，对于试验No.4～7，进一步进行如下的高频淬火回火处理(淬火品)：通过高频加热而将外表面瞬间加热至1000℃后立即骤冷，接着加热至150℃并保持1小时后进行自然冷却。然后，进行最终精加工，在试验部的内外表面上进行研磨精加工。需要说明的是，在图10的试验片形状中，试验No.1、2和4～6的外径为9.0mm(D/d：1.5)，试验No.3和7的外径为13.2mm(D/d：2.2)。
进而，针对试验No.2、3和5～7的试验片，在表2所示的压力下实施自紧处理。自紧处理如下进行：对图10的内压疲劳试验片的单侧端面进行密封，从另1个单侧端面向试验片内部封入作为压力介质的工作油，控制封入部的内压。自紧处理通过使封入部的内压上升至自紧处理压力并卸荷来进行。
[表2]
针对各试验No.各制作6个试验片，使用其中的1个试验片，进行外表层区域和内表层区域的平均硬度的测定、和内表层区域的拉伸试验。在硬度测定中，从试验片试验部切出相对于试验片的轴向通过中心轴的平行截面，以该截面成为观察面的方式埋入树脂，进行基于砂纸进而抛光轮的镜面研磨。硬度试验机使用通用的显微维氏硬度计，将试验力设为3N。在上述观察面内，自内表面至外表面在半径方向上以0.1mm的间距进行测定。即，测定部位在试验No.1、2和4～6中共计14处，在试验No.3和7中共计35处，向该位置导入维氏压痕。根据由此得到的硬度分布，通过对内表层区域的3处和外表层区域的3处的硬度数据进行平均化，从而得到内表层区域和外表层区域的平均硬度。
如表2所示的那样，试验No.1～3的外表层和内表层区域的硬度、以及试验No.4～7的内表层区域的硬度在196～205HV的范围内，未确认到由于硬化处理的有无、自紧处理的有无而引起的变化。试验No.4～7的外表层区域的硬度为433～445HV，Hvo/Hvi为2.17～2.24。
关于拉伸试验，如图11所示的那样，以与内压疲劳试验片试验部的内表面接触的方式通过放电加工而从内压疲劳试验片试验部的内表层区域切出2片0.2mm左右的厚度的哑铃形状的小型试验片，使用其进行试验。拉伸试验机采用MTS公司制Tytron250。关于应变测定，按照非专利文献1所示的方法，根据拉伸试验机作动器位移(行程)和试验片平行部长度换算而求出。在由此得到的应力-应变曲线中，将0.2％屈服强度作为屈服应力、将最大应力作为拉伸强度、将2片小型试验片的平均值作为测定值。
如表2所示的那样，在试验No.1～7的内表层区域中，拉伸强度为621～632MPa，屈服应力为382～391MPa，屈服比为0.61～0.62，未确认到由硬化处理和自紧处理引起的变化。
另外，对于另1个试验片，将其供于残留应力测定。首先，通过电解研磨而将试验片的长度方向中央位置外表面的表层去除10μm以下的范围后，测定圆周方向残留应力σo1。作为测定方法，使用基于X射线衍射的sin2ψ法，按照非专利文献2来进行。详细的测定条件如下所示。
·扫描法：侧倾法、η恒定法(PSPC法)
·X射线应力测定装置：理学公司制的PSPC-RSF
·特性X射线：Crkα
·测定衍射面：α-Fe211
·入射狭缝：单准直器、直径0.3mm
·入射角(ψ)：0°，12.9°，18.5°，22.8°，26.6°，30.0°，33.3°，36.3°，39.3°
·入射角(ψ)：ψP轴揺动±3°
·衍射角确定法：半值宽度法
·应力常数(K)：-318MPa/°
需要说明的是，关于以下所示的残留应力测定条件，也全部如上所述。
接着，利用金属丝切割放电加工，将测定了外表面的残留应力的试验片沿着管轴方向进行对半切断。在将上述外表面残留应力测定位置设为圆周方向0°的情况下，切断位置设为±90°附近。对半切割后的各试样的切割面与长度方向中央位置的外表面的厚度t设为D/2±0.2mm的范围。
接着，在对半切割后的试样中，在上述对半切割前外表面残留应力测定位置处再次测定圆周方向残留应力σo2。进而，通过对半切割后的电解研磨将试验片长度方向中央位置内表面的表层去除10μm以下的范围后，测定管内表面的中央位置的圆周方向残留应力σi2。
将如此得到的残留应力测定值σo1、σo2、σi2示于表2中。将它们代入至(i)式～(iv)式中，得到自紧处理后对半切割前的内表面残留应力的推定值σi1。
进而，针对剩余的试验片进行内压疲劳试验，明确了极限内压。在内压疲劳试验中，在最大内压至最小18MPa的范围内，以相对于时间呈现正弦波的方式使其反复变动。将内压变动的频率设为8Hz。作为内压疲劳试验的结果，将即使反复次数达到107次也不发生破损(泄露)的最大内压评价为极限内压。将其结果一并示于表2中。
由表2的结果可以明确：比较正火品的试验No.1与试验No.2时，在试验No.2中，由于未进行硬化处理，未使硬度比为1.20以上，因此即使实施了自紧处理，也未赋予充分的压缩应力，相对于未实施自紧处理的试验No.1，未能提高极限内压。
与此相对，比较淬火品的试验No.4与试验No.5和6时，由于提高了外表层区域的硬度，因此通过自紧处理充分赋予了残留应力，得到了极限内压提高的结果。
需要说明的是，试验No.3虽然是硬度比不满足本发明的规定的比较例，但由于D/d高达2.2，因此通过自紧处理充分赋予了残留应力，得到了极限内压提高的结果。另外，试验No.7中，与试验No.3的D/d相同，提高了外表层区域的硬度，通过自紧处理充分赋予了残留应力，但其值与试验No.3的值相同。因此，对于极限内压，试验No.7和试验No.3也相同。
产业上的利用可能性
根据本发明，能够稳定地获得具有高的极限内压的压力配管用钢管。因此，本发明涉及的压力配管用钢管可特别适合地用作液压缸、气囊钢管、蓄压器、氢气用配管、燃料喷射管等。
附图标记说明
20 钢管
20a 外表面
20b 内表面
22 对半切割试样
22a 外表面
22b 内表面
22c 切割面
22d 中心部
40 分析模型
40a，40b 端部
40c 内表面
40d 外表面

Claims (4)

1.一种实施了自紧处理的压力配管用钢管，
所述钢管具有外表面和内表面，
自所述外表面至壁厚的1/4的深度位置的外表层区域的平均硬度为自所述内表面至壁厚的1/4的深度位置的内表层区域的平均硬度的1.20倍以上，
将所述钢管的外径设为D(mm)、内径设为d(mm)、自紧处理后的所述钢管的外表面的残留应力的实测值设为σo1(MPa)、自紧处理后且对半切割后的所述钢管的外表面的残留应力的实测值设为σo2(MPa)、自紧处理后且对半切割后的所述钢管的内表面的残留应力的实测值设为σi2(MPa)时，
由下述(i)式～(iv)式求出的自紧处理后的所述钢管的内表面的残留应力的推定值σi1(MPa)为-150MPa以下，
σi1＝(-σi2)/(A×(t/T)2-1)···(i)
t/T＝((σo2-σo1)/(A×(σo2-σo1)-C×σi2))1/2···(ii)
A＝3.9829×exp(0.1071×(D/d)2)···(iii)
C＝-3.3966×exp(0.0452×(D/d)2)···(iv)。
2.根据权利要求1所述的压力配管用钢管，其中，D/d为2.0以下。
3.一种用于实施自紧处理的用途的压力配管用钢管坯料，
所述钢管坯料具有外表面和内表面，
自所述外表面至壁厚的1/4的深度位置的外表层区域的平均硬度为自所述内表面至壁厚的1/4的深度位置的内表层区域的平均硬度的1.20倍以上，
实施了自紧处理时，
将自紧处理后的钢管的外径设为D(mm)、内径设为d(mm)、自紧处理后的所述钢管的外表面的残留应力的实测值设为σo1(MPa)、自紧处理后且对半切割后的所述钢管的外表面的残留应力的实测值设为σo2(MPa)、自紧处理后且对半切割后的所述钢管的内表面的残留应力的实测值设为σi2(MPa)时，
由下述(i)式～(iv)式求出的自紧处理后的所述钢管的内表面的残留应力的推定值σi1(MPa)为-150MPa以下，
σi1＝(-σi2)/(A×(t/T)2-1)···(i)
t/T＝((σo2-σo1)/(A×(σo2-σo1)-C×σi2))1/2···(ii)
A＝3.9829×exp(0.1071×(D/d)2)···(iii)
C＝-3.3966×exp(0.0452×(D/d)2)···(iv)。
4.根据权利要求3所述的压力配管用钢管坯料，其中，D/d为2.0以下。
CN202280013425.9A 2021-02-04 2022-01-07 压力配管用钢管及钢管坯料 Pending CN116829862A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021016940 2021-02-04
JP2021-016940 2021-02-04
PCT/JP2022/000422 WO2022168530A1 (ja) 2021-02-04 2022-01-07 圧力配管用鋼管および鋼管素材

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116829862A true CN116829862A (zh) 2023-09-29

Family

ID=82742328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280013425.9A Pending CN116829862A (zh) 2021-02-04 2022-01-07 压力配管用钢管及钢管坯料

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240093324A1 (zh)
EP (1) EP4290107A1 (zh)
JP (1) JPWO2022168530A1 (zh)
KR (1) KR20230119233A (zh)
CN (1) CN116829862A (zh)
WO (1) WO2022168530A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021206034A1 (zh) * 2020-04-07 2021-10-14

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61283415A (ja) * 1985-06-07 1986-12-13 Kawasaki Heavy Ind Ltd 耐摩耗二重管の製造方法
JPH04183820A (ja) 1990-11-19 1992-06-30 Nippon Steel Corp 内圧疲労特性の優れたシリンダーチューブ用鋼管の製造方法
JP2004092551A (ja) * 2002-09-02 2004-03-25 Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd ディーゼルエンジン用コモンレール
JP2005201254A (ja) * 2003-12-16 2005-07-28 Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd ディーゼルエンジン用高圧燃料配管
US9375771B2 (en) * 2009-08-17 2016-06-28 Ati Properties, Inc. Method of producing cold-worked centrifugal cast tubular products
CN107735506B (zh) * 2015-06-17 2019-10-22 臼井国际产业株式会社 燃料喷射管用钢管及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20240093324A1 (en) 2024-03-21
JPWO2022168530A1 (zh) 2022-08-11
EP4290107A1 (en) 2023-12-13
KR20230119233A (ko) 2023-08-16
WO2022168530A1 (ja) 2022-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pyttel et al. Fatigue behaviour of helical compression springs at a very high number of cycles–Investigation of various influences
Leu et al. Springback prediction of the vee bending process for high-strength steel sheets
US4472207A (en) Method for manufacturing blank material suitable for oil drilling non-magnetic stabilizer
CN116829862A (zh) 压力配管用钢管及钢管坯料
Trzepiecinski et al. Experimental and numerical analysis of industrial warm forming of stainless steel sheet
Jiang et al. Constitutive modelling of AISI 9310 alloy steel and numerical calculation of residual stress after shot peening
Djavanroodi et al. Formability characterization of titanium alloy sheets
Freborg et al. Modeling heat treatment for characterizing distortion, residual stress, loading response and fracture in a vacuum carburized and gas quenched steel coupon
Bruni et al. A study of techniques in the evaluation of springback and residual stress in hydroforming
Clausmeyer et al. Prediction of ductile damage in the process chain of caliber rolling and forward rod extrusion
Burns et al. Paper 28: Effect of Mean Shear Stress on the Fatigue Behaviour of Thick-Walled Cylinders
Meya et al. Stress State Control by a novel bending process and its effect on damage evolution
EP4134578A1 (en) Steel pipe for pressure piping
Necpal et al. Evaluation of material deformation during process of precise carbon steel tube cold draw forming
Galdos et al. Influence of roll levelling on material properties and postforming springback
Merklein et al. Characterization of the flow behavior of deep drawing steel grades in dependency of the stress state and its impact on FEA
Frohn-Sörensen et al. A Critical Evaluation of Forming Limit Curves Regarding Layout of Bending Processes
Karanjule et al. Determination of the optimal reduction ratio for least springback during cold drawing of seamless tubes
Rodak et al. Mechanical and microstructural aspects of severe plastic deformation of austenitic steel
Kivivuori Simulation of cold formability for cold forming processes
Chongbunwatana et al. Evolution of a forming limit curve for non-linear strain paths induced on advanced high-strength sheet steel with its proven applicability to a complex deep-drawing process
Hajavifard et al. Characterisation of phase transformation and induced residual stresses in incrementally formed disc springs: an experimental and numerical study
Tudor et al. Finite element modelling of cold rolling by flat wedge of circular grooves
Milutinovic et al. EFFECTS OF MATERIAL PROPERTIES AND BLANK HOLDER PRESSURE ON FORMING LOAD IN DEEP DRAWING OF BOX LIKE COMPONENTS
Soares Investigation and analysis of the pre-straightening influences in AISI 1045 steel drawn bars

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination