JP2014181551A - 窪み付き鋼管継手、接合鋼管及び鋼管の接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窪み付き鋼管の表面には連続的に凹みがあるので、窪み付き鋼管にネジ切り加工を施して継手用鋼管と接合するためには、窪み付き鋼管の鋼管厚みを厚くする必要があった。しかし、鋼管厚みを厚くすると、鋼管全体の重量が大きくなり、経済性の観点から課題があった。
【解決手段】継手用鋼管３と、鋼管表面に窪みが形成された窪み付き鋼管２とを摩擦圧接により接合する。継手用鋼管３と窪み付き鋼管２を接合した窪み付き鋼管継手１を用いれば、窪み付き鋼管２の厚さを厚くすることなく、他の鋼管を連結することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築構造物の基礎杭、地盤改良、山岳トンネルや擁壁の補強工事などに使用される窪み付き鋼管の機械式継手、その継手を用いて接合された接合鋼管及び鋼管の接合方法に関する。

建築構造物の基礎杭工事、地盤改良、山岳トンネルや擁壁の補強工事には、安価で、かつ信頼性の高い材料および工法が求められている。例えば、特許文献１には、地盤改良や土木建築構造物の基礎として用いられる杭の支持力を向上させる方法として、杭と地盤との間に生じる摩擦力を向上させるために、鋼管表面に窪みをつけた鋼管が開示されている。また、特許文献２には、山岳トンネル補強工事において、セメント系あるいはレジン系などの固結材を用いて地山との付着力を向上することを目的として、鋼管表面にらせん状の凹部を有する鋼管、縞状に凸部と凹部を有する鋼管を用いる工法が開示されている。

さらに、特許文献３には、複数の地山補強用鋼管を直列に連結させて打設して地山を補強する工法として、鋼管端部の外径が拡径され、かつその内周面に雌ねじ部が形成されるとともに、他端部の外周面に雄ねじ部が形成された継手を有する地山補強工法が開示されている。また、特許文献４には、鋼管端部の外径が縮径され、かつその外周面に雄ねじ部が形成されるとともに、他端部の内周面に雌ねじが形成された継手を有する地山補強工法が開示されている。

建築構造物の基礎杭工事、地盤改良、山岳トンネルや擁壁の補強工事における現場施工時の接合で適用される効率的な機械式継手には、上記に示したように鋼管に直接加工する方式や、あらかじめ加工した継手を溶接、摩擦圧接、液相拡散接合などにより、管本体に取り付ける方式がある。特許文献５に示すように、摩擦圧接は継手の信頼性が高いことから自動車部品などに使用されている。

日本国特許第５０８５８０９号 日本国特開２００９−１９７５７３号公報 日本国特開２０１２−１４９４５８号公報 日本国特開２０１２−１８８８３７号公報 日本国特開平４−１１６１２３号公報

上記特許文献１に記載の鋼管および複合杭においては、窪みにより固化部材に対する十分な付着力が確保される。ただし、現場施工において、機械式継手により窪み付き鋼管を効率的に連結する方法として、例えば、特許文献３、あるいは特許文献４に示すように、鋼管端部に、直接、ネジ切り加工する方法がある。しかしながら、窪み付き鋼管の表面には連続的に凹みがあるので、ネジ切り加工するためには窪み付き鋼管の鋼管厚みを厚くする必要があることから、継手を含む鋼管全体の重量が大きくなり、経済性の観点から課題があった。

一方、あらかじめ、ネジ切り加工した厚肉の鋼管を窪み付き鋼管と溶接する方法も考えられる。しかしながら、窪み付き鋼管は低コスト化の観点から、合金元素の添加量が少なくなっており、また、ネジ切り加工した鋼管よりも厚みが薄いため、アーク溶接時の溶接熱影響部の軟化が大きく、継手性能（引張強度、曲げ強度）が低下するという課題があった。

そこで、上記事情に鑑み、本発明の目的は、窪み付き鋼管の鋼管厚みを厚くすることなく、優れた継手強度を発揮出来る窪み付き鋼管継手を提供することにある。

本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）継手用鋼管と、鋼管表面に窪みが形成された窪み付き鋼管とを摩擦圧接により接合したことを特徴とする窪み付き鋼管継手。
（２）前記継手用鋼管の肉厚が前記窪み付き鋼管の肉厚よりも大きいことを特徴とする（１）記載の窪み付き鋼管継手。
（３）前記継手用鋼管の外径と前記窪み付き鋼管の外径が同じであることを特徴とする（２）記載の窪み付き鋼管継手。
（４）前記窪み付き鋼管における摩擦圧接部近傍の最軟化部の硬度と、当該窪み付き鋼管の母材硬度との硬度差が１５％以下であることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の窪み付き鋼管継手。
（５）前記窪み付き鋼管が、質量％で、Ｃ
：０．０５〜０．２０、Ｓｉ：０．６以下、Ｍｎ：０．５〜２．０、Ｐ：０．０３以下、Ｓ：０．０３以下、Ａｌ：０．０５以下、Ｎ：０．００１〜０．００６、Ｏ：０．００６以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、下記（式１）で定義されるＣＥ値が０．１５〜０．４５、かつ、引張強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の窪み付き鋼管継手。
ＣＥ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４・・・（式１）
（６）前記窪み付き鋼管が、質量％で、さらに、Ｎｂ：０．００３〜０．０５、
Ｔｉ：０．００３〜０．０３０、Ｃｒ：０．０５〜０．２０のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする（５）記載の窪み付き鋼管継手。
（７）前記窪み付き鋼管が、ディンプル鋼管あるいは段付き鋼管であることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の窪み付き鋼管継手。
（８）（１）乃至（７）のいずれかに記載の窪み付き鋼管継手の継手用鋼管と、表面に窪みが形成されていない他の鋼管とを機械加工により接合したことを特徴とする接合鋼管。
（９）（１）乃至（７）のいずれかに記載の窪み付き鋼管継手を少なくとも２本有し、前記窪み付き鋼管継手の継手用鋼管同士を機械加工により接合したことを特徴とする接合鋼管。
（１０）継手用鋼管の一端部に機械加工を施し、当該継手用鋼管の他端に窪み付き鋼管を摩擦圧接により接合し、その後、前記機械加工を施した側に、予め機械加工を施した、表面に窪みが形成されていない他の鋼管を接合することを特徴とする鋼管の接合方法。
（１１）継手用鋼管の一端部に機械加工を施し、当該継手用鋼管の他端に窪み付き鋼管を摩擦圧接により接合した窪み付き鋼管継手を少なくとも２本製造し、その後、各接合鋼管の前記継手用鋼管の機械加工を施した側の端部同士を接合することを特徴とする鋼管の接合方法。
（１２）前記窪み付き鋼管が、質量％で、
Ｃ ：０．０５〜０．２０、Ｓｉ：０．６以下、Ｍｎ：０．５〜２．０、Ｐ：０．０３以下、Ｓ：０．０３以下、Ａｌ：０．０５以下、Ｎ：０．００１〜０．００６、Ｏ：０．００６以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、下記（式１）で定義されるＣＥ値が０．１５〜０．４５の範囲にある鋼板を９００℃以上に加熱した後、管状に成形し、さらに鋼管表面に連続的に凹みを成形し、７００℃以上で成形工程を終了させて前記窪み付き鋼管を製造することを特徴とする（１０）乃至（１１）のいずれかに記載の鋼管の接合方法。
ＣＥ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４・・・（式１）
（１３）前記窪み付き鋼管が、質量％で、さらに、Ｎｂ：０．００３〜０．０５、
Ｔｉ：０．００３〜０．０３０、Ｃｒ：０．０５〜０．２０のうち一種または二種以上を含有したことを特徴とする（１２）記載の鋼管の接合方法。

なお、本発明における「窪み付き鋼管継手」とは、継手用鋼管と窪み付き鋼管が接合されたものを指す。この「窪み付き鋼管継手」には、窪み付き鋼管の一端に継手用鋼管が接合されたものだけでなく、両端に継手用鋼管が接合されたものも含まれる。また、本発明における「接合鋼管」とは、窪み付き鋼管継手と他の鋼管とが接合された鋼管や、窪み付き鋼管継手同士が接合された鋼管を指す。

本発明によれば、建築構造物の基礎杭、地盤改良、山岳トンネルや擁壁の補強工事などに使用される窪み付き鋼管の厚さを厚くすることなく、他の鋼管を連結することができる。これにより、安価でかつ、優れた継手性能を得ることができる。その結果、建築土木構造物の安全性が向上する。

本発明の実施形態に係る窪み付き鋼管継手の概略図である。 窪み付き鋼管継手と他の鋼管とを接合した接合鋼管を示す概略断面図である。 窪み付き鋼管継手と他の鋼管とを接合した接合鋼管の変形例を示す概略断面図である。 窪み付き鋼管継手と他の鋼管とを接合した接合鋼管の変形例を示す概略断面図である。 窪み付き鋼管継手同士を接合した接合鋼管を示す概略断面図である。 窪み付き鋼管継手を用いて種々の鋼管を接合した接合鋼管を示す概略断面図である。

以下に、本発明の窪み付き鋼管継手について詳細に説明する。

現場施工において、窪み付き鋼管を効率的に連結するために、あらかじめ、ネジ切り加工した厚肉の継手用鋼管と窪み付き鋼管とを溶接する方法がある。しかしながら、窪み付き鋼管は低コスト化の観点から、合金元素の添加量が少なくなっており、また、ネジ切り加工した継手用鋼管よりも厚みが薄いため、アーク溶接で接合した場合、溶接熱影響部の軟化が大きくなり、継手性能が低下する。すなわち、施工後に継手用鋼管を含む窪み付き鋼管に荷重が作用した場合、鋼管厚みの薄い、窪み付き鋼管側の軟化部にひずみが集中することにより、窪み付き鋼管の軟化部から容易に破断し、継手性能が低下する。

そこで、本願発明者らは、図１に示す通り、窪み付き鋼管２と継手用鋼管３を接合する際に摩擦圧接することを見出した。摩擦圧接であれば、アーク溶接に比較して短時間で接合することが可能となり、接合時に発生する熱もアーク溶接に比較して低くすることができる。このため、摩擦圧接部ＦＷＰの周囲の熱影響部の軟化を小さくすることができ、継手性能の低下を防ぐことが可能となる。

すなわち、本発明によれば、窪み付き鋼管２にネジ切り加工を施さずに継手用鋼管３を接合することが可能となるため、窪み付き鋼管２の鋼管厚みを厚くすることなく、優れた継手強度を有する窪み付き鋼管継手１を得ることができる。なお、図面では、窪み付き鋼管２の一例としてディンプル鋼管を図示している。ただし、窪み付き鋼管２は、ディンプル鋼管に限定されるものではなく、例えば段付き鋼管であっても良い。

窪み付き鋼管継手１に鋼管表面に窪みが形成されていない他の鋼管４を接合する場合には、図２に示す通り、継手用鋼管３の肉厚を窪み付き鋼管２の肉厚よりも大きくしておくことが好ましい。そうすれば、窪み付き鋼管継手１の継手用鋼管３の一端部にネジ切り加工をすることが可能となり、同様にネジ切り加工された他の鋼管４を接合することができる。なお、継手用鋼管３と他の鋼管４を接合するためのネジ切り加工は、加工例の一例であって、鋼管同士を接合できれば他の機械加工を施しても良い。

このとき、継手用鋼管３と窪み付き鋼管２が同じ外径を有していることが好ましい。そうすれば、窪み付き鋼管継手１を用いて接合された接合鋼管に段差が生じないため、接合鋼管をスムーズに地盤に挿入することができる。これにより、建築構造物の基礎杭工事、地盤改良、山岳トンネルや擁壁の補強工事を効率的に行うことができる。

ただし、継手用鋼管３の肉厚が厚い場合には、摩擦圧接時に生ずる摩擦熱による温度上昇が緩やかになり、鋼管の溶融温度に到達するまでに時間がかかってしまう。この場合、鋼管が溶融温度に到達するまで摩擦圧接を続けるか、あるいは継手用鋼管３の回転速度を上げて温度上昇を促すことが必要となる。しかしながら、いずれにしても通常の摩擦圧接時よりも多くのエネルギーを投入することになるため、エネルギー効率が悪化してしまう。そのような場合には、図３に示す削り部５のように、摩擦圧接部ＦＷＰ近傍の継手用鋼管３の内周面を窪み付き鋼管２の肉厚に合わせて削ることが好ましい。そうすれば、エネルギー効率を落とすことなく、窪み付き鋼管２と継手用鋼管３を摩擦圧接により接合することができ、かつ、継手用鋼管３の摩擦圧接部ＦＷＰの反対側の端部にネジ切り加工等の機械加工を施すことができる。

また、窪み付き鋼管２の肉厚と継手用鋼管３の肉厚が異なる場合であって、かつ、外径も異なる場合には、図４に示す削り部６のように、継手用鋼管３の摩擦圧接部ＦＷＰ近傍の継手用鋼管３の外周面を窪み付き鋼管２の肉厚に合わせて削っても良い。この場合も、エネルギー効率の悪化を防ぐことができる。

上記の窪み付き鋼管継手１の説明では、窪み付き鋼管継手１に鋼管表面に窪みが形成されていない他の鋼管４を接合することとしたが、接合対象はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、窪み付き鋼管継手１を少なくとも２本製造し、窪み付き鋼管継手１同士を接合しても良い。この場合には、継手用鋼管３のネジ切り加工等の機械加工を施した側の端部同士を接合する。これにより、窪み付き鋼管２の鋼管厚みを厚くすることなく、継手用鋼管３を介して窪み付き鋼管２同士を接合することができる。

以上に示した窪み付き鋼管継手１を用いれば、鋼管の表面形状に関わらず、複数の鋼管を連結することができる。例えば、図６に示すように、窪みが形成されていない他の鋼管４と窪み付き鋼管継手１を連結し、その窪み付き鋼管継手１と他の窪み付き鋼管継手１を連結することも可能である。このように窪み付き鋼管継手１を用いれば、様々な鋼管を連結することができ、連結の組み合わせは無数に存在する。

また、本願発明者らは、窪み付き鋼管継手の継手性能をさらに向上させることについて鋭意検討した。

通常、摩擦圧接により接合された鋼管においては、熱影響部にある程度の軟化が生じる。軟化対策として、例えば、特許文献５には、ＮｂとＭｏを複合添加することにより、自動車部品に使用される高強度鋼管の熱影響部の軟化を抑制する製造方法が開示されている。

しかしながら、窪み付き鋼管継手の摩擦圧接部において、窪み付き鋼管側は厚みが薄いので、摩擦圧接時に投入された熱量が窪み付き鋼管側に滞留し、軟化しやすくなる。また、薄肉の窪み付き鋼管にＮｂとＭｏを複合添加した場合、摩擦圧接部で1300℃以上の高温に加熱された部分の硬さが著しく上昇し、割れが発生しやすくなるとともに継手のコストが増加する。そこで、本願発明者らは安価で、かつ摩擦圧接部の継手性能を向上させるためには、摩擦圧接部の最高硬さの上昇を抑制しつつ、窪み付き鋼管側の最軟化部と窪み付き鋼管母材との平均硬さの差を１５％以内にすることが好ましいことを見出した。

また、熱影響部の軟化を抑制するために合金添加量を増加させると、摩擦圧接後の硬さが著しく増加し、割れが発生しやすくなるとともに継手の鋼管のコストが増加してしまう。そこで、本願発明者らは、窪み付き鋼管の炭素当量および合金元素添加量を抑制し、かつ鋼管の製造において、鋼を９００℃以上１３５０℃以下に加熱した後、管状に成形し、さらに鋼管表面に連続的に凹みを成形し、７００℃以上で成形工程を終了して製造される４００Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強度を有する窪み付き鋼管を摩擦圧接することにより、摩擦圧接部の熱影響部の軟化が抑制され、優れた性能を有する継手が得られることを見出した。

また、本願発明者らは、窪み付き鋼管の化学成分を調整することや、一定条件下で窪み付き鋼管を製造することにより、窪み付き鋼管継手の継手性能をさらに向上させることが可能なことを見出した。以下、窪み付き鋼管の化学成分の限定理由について述べる。

Ｃの下限０．０５％は、強度の確保ならびにＮｂ添加による析出硬化、結晶粒の微細化効果を発揮させるための最小量である。しかしＣ量が多過ぎると摩擦圧接部の硬さが著しく上昇し、割れが発生するので、上限を０．２０％とした。

Ｓｉは脱酸や強度向上のため添加する元素であるが、多く添加すると摩擦圧接部の硬さが上昇し割れが発生するので、上限を０．６％とした。

Ｍｎは強度を確保する上で不可欠な元素であり、その下限は０．５％である。しかし、Ｍｎが多すぎると鋼の焼入性が増加して溶接性を低下させるので、上限を２．０％とした。

本発明において、不可避的不純物であるＰ量を０．０３％以下とする。この主たる理由は、摩擦圧接部の性能をより一層向上させるためである。Ｐ量の低減は、連続鋳造スラブの中心偏析を低減させて、粒界破壊を防止させる。またＳ量を０．０３％以下とする。Ｓ量の低減は、延伸化したＭｎＳを低減して延靱性を向上させる効果がある。

Ｎｂは結晶粒の微細化や析出硬化に寄与し、鋼の強靱化および熱影響部の軟化抑制の作用を有する。この効果を発揮させるための最小量として、その下限を０．００３％とした。しかし、Ｎｂ量が０．０５０％超えると、摩擦圧接部で割れが発生するので、その上限を０．０５０％とした。

Ａｌは通常脱酸剤として鋼に含まれる元素で、組織の微細化にも効果を有する。しかしＡｌ量が０．０６％を超えるとＡｌ系非金属介在物が増加して割れが発生するので、その上限を０．０６％とした。

ＮはＴｉＮを形成してスラブ再加熱時および熱影響部のオ−ステナイト粒の粗大化を抑制して低温靱性を向上させる。しかし、多過ぎるとスラブ表面疵の原因となるので、その上限を０．００６％以下とした。

Ｏ量の低減は鋼中の酸化物を少なくして、延靱性の改善に効果があるので、その上限を０．００６％以下とした。

さらにＴｉ、Ｃｒを添加する理由について説明する。基本成分にさらにこれらの元素を添加する主たる目的は、本発明鋼の特徴を損なうことなく、強度・低温靭性などの特性の向上をはかるためである。したがって、その添加量は自ら制限されるべき性質のものである。

Ｔｉ添加は微細なＴｉＮを形成し、スラブ再加熱時および摩擦圧接部のオ−ステナイト粒の粗大化を抑制してミクロ組織を微細化し、低温靱性を改善する。このようなＴｉＮの効果を発現させるためには、最低０．００３％のＴｉ添加が必要である。しかしＴｉ量が多過ぎると、ＴｉＮの粗大化やＴｉＣによる析出硬化が生じ、低温靱性が低下するので、その上限を０．０３０％とした。

Ｃｒは母材の強度増加や熱影響部の軟化抑制をさせる効果があり、この効果を発揮させるためには０．０５％以上の添加が必要である。しかし、多過ぎると摩擦圧接部の最高硬さが著しく上昇し、割れを発生させる。このためＣｒ量の上限は０．２％である。

さらに、下記（式１）で定義されるＣＥ値を０．１５〜０．４５の範囲に限定する。ＣＥ値が０．１５未満では十分な強度が得られない。またＣＥ値が０．４５を超えると、溶接性が低下し、割れが発生する。
ＣＥ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４・・・（式１）

つぎに、窪み付き鋼管の製造条件の限定理由について説明する。

本発明では、上記の成分を有する鋼を９００℃以上１３５０℃以下に加熱した後、管状に成形し、さらに鋼管表面に連続的に凹みを成形し、７００℃以上で成形工程を終了して窪み付き鋼管を製造する。このように製造した窪み付き鋼管は、摩擦圧接時の軟化部の低下度合いが少なく、優れた継手性能が得られる。

鋼の加熱温度を９００℃以上とする理由は、オ−ステナイト域で合金元素を十分に溶体化させ、強度を向上させるためである。しかし加熱温度が１３５０℃を超えると、鋼板強度が著しく低下し、鋼管の成形ができなくなる。このため、加熱温度の上限は１３５０℃とした。

さらに、鋼管表面に連続的に凹みを成形する際、７００℃以上で成形工程を終了する必要がある。凹みの成形を含めた鋼管の成形を７００℃以上で終了する理由は、摩擦圧接時の軟化を抑制するためである。７００℃未満で成形した場合、鋼管の強度が上昇し、窪み付き鋼管側の最軟化部と窪み付き鋼管母材の平均硬さの差が大きくなり、継手の性能が低下するためである。

なお、本実施形に係る窪み付き鋼管は、例えば、（１）成形ロールユニットにおいて、加熱された鋼板を丸めて管状に成形するとともに鋼板の端部同士を接合することにより鋼管を成形する方法、（２）加熱された丸ビレットを穿孔して管状に成形し、成形ロールで鋼管を定形する方法、において、突起部を表面に有する鋼管造形用ロールを鋼管の外表面に押圧することにより窪みを付与することにより製造される。

摩擦圧接により窪み付き鋼管継手を製造する場合、窪み付き鋼管より厚みが厚く、かつ、機械加工を施した継手用鋼管を摩擦圧接により接合し、窪み付き鋼管側の最軟化部と窪み付き鋼管母材との平均硬さの差を１５％以内とする必要がある。機械加工した継手用鋼管を窪み付き鋼管よりも厚くする理由は、機械加工として例えばネジ切り加工を施した後の肉厚を確保するためである。また、窪み付き鋼管側の最軟化部と窪み付き鋼管母材の平均硬さの差がビッカース硬さで１５％以内とする理由は、摩擦圧接部の引張強度および曲げ強度を母材のそれと同等以上にするためである。

本発明の実施例について述べる。種々の成分を有する、厚さ３．２ｍｍ厚の鋼板を種々の条件で加熱、成形した後、直径（外径）７６．３ｍｍの４００Ｎ／ｍｍ^２級以上の引張強度を有する窪み付き鋼管を製造した。また、ネジ切り加工を施した厚さ５．５ｍｍ、外径７６．３ｍｍの継手用鋼管と窪み付き鋼管を摩擦圧接して窪み付き鋼管継手を作成し、その性能を評価した。摩擦圧接部の硬さは、摩擦圧接部を含むサンプルを切り出した後、板厚中心において、窪み付き鋼管継手の長手方向にビッカース硬度計を用いて測定した。測定データは５点の平均値をとり代表データとした。

本発明が規定する化学成分組成を有する本発明鋼Ｎｏ．１〜８、および、本発明の範囲から外れた条件を有する比較鋼Ｎｏ．９〜２３の化学成分組成、製造条件、継手引張強度を、それぞれ表１に示す。また、表１にそれぞれの母材からなる窪み付き鋼管の製造時の鋼板加熱温度、成形終了温度および諸性質を示す。なお、表１において、本発明の範囲から外れている条件または性質を示す欄に下線を引いた。

表１に示すように、本発明鋼であるＮｏ．１〜８の窪み付き鋼管継手は、優れた特性を有していた。これに対して、比較鋼Ｎｏ．９〜２３は、窪み付き鋼管の成分組成、鋼管の製造条件あるいは摩擦圧接部の最軟化部の硬さが適切でなく、いずれかの特性が劣っていた。

Ｎｏ．９は窪み付き鋼管母材のＣ量が多いため、摩擦圧接部の硬さが著しく上昇し、割れが発生した。Ｎｏ．１０は窪み付き鋼管母材のＣ量が少ないため、摩擦圧接部の引張強度が低い。Ｎｏ．１１は窪み付き鋼管母材のＳｉ量が多いため、摩擦圧接部の硬さが著しく上昇し、割れが発生した。Ｎｏ．１２は窪み付き鋼管母材のＭｎ量が多いため、摩擦圧接部の硬さが著しく上昇し、割れが発生した。Ｎｏ．１３は窪み付き鋼管母材のＮｂ量が多すぎるため、摩擦圧接部で割れが発生した。Ｎｏ．１４は窪み付き鋼管母材のＡｌ量が多いため、鋼管母材部に割れが発生した。Ｎｏ．１５は窪み付き鋼管母材のＯ量が多いため、摩擦圧接部に割れが発生した。Ｎｏ．１６は窪み付き鋼管母材のＴｉ量が多すぎるため、摩擦圧接部で割れが発生した。Ｎｏ．１７は窪み付き鋼管母材のＣｒ量が多すぎるため、摩擦圧接部の最高硬さが高く、割れが発生した。

Ｎｏ．１８はＣＥ値が大きいため、摩擦圧接部の最高硬さが高く、割れが発生した。Ｎｏ．１９はＣＥ値が低いため、十分な摩擦圧接部の引張強度が得られない。Ｎｏ．２０は鋼管製造時の鋼板の加熱温度が低いため、十分な強度が得られない。Ｎｏ．２１は鋼管製造時の鋼板の加熱温度が高いため、鋼管の成形ができない。Ｎｏ．２２は鋼管製造時の成形終了温度が低いため、鋼管母材の強度が著しく上昇し、窪み付き鋼管側の最軟化部と窪み付き鋼管母材の平均硬さの差が大きくなり、継手強度が低い。Ｎｏ．２３は窪み付き鋼管側の最軟化部と窪み付き鋼管母材の平均硬さの差が１５％を超えるため、引張強度が低い。

以上のように、本発明で規定する条件のうち、いずれかの条件から外れると、優れた性能を有する窪み付き鋼管継手が得られないのに対し、本発明で規定する条件を満たすことにより、優れた継手性能を有する窪み付き鋼管継手が安定して製造できた。

本発明は、建築構造物の基礎杭、地盤改良、山岳トンネルや擁壁の補強工事などに使用される窪み付き鋼管継手に適用できる。その結果、建築土木構造物の安全性が向上する。

１ 溶接鋼管継手
２ 窪み付き鋼管
３ 継手用鋼管
４ 鋼管
５ 削り部
６ 削り部
ＦＷＰ 摩擦圧接部

Claims (13)

1. 継手用鋼管と、鋼管表面に窪みが形成された窪み付き鋼管とを摩擦圧接により接合したことを特徴とする窪み付き鋼管継手。
2. 前記継手用鋼管の肉厚が前記窪み付き鋼管の肉厚よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の窪み付き鋼管継手。
3. 前記継手用鋼管の外径と前記窪み付き鋼管の外径が同じであることを特徴とする請求項２記載の窪み付き鋼管継手。
4. 前記窪み付き鋼管における摩擦圧接部近傍の最軟化部の硬度と、当該窪み付き鋼管の母材硬度との硬度差が１５％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の窪み付き鋼管継手。
5. 前記窪み付き鋼管が、
   質量％で、Ｃ ：０．０５〜０．２０、Ｓｉ：０．６以下、Ｍｎ：０．５〜２．０、Ｐ：０．０３以下、Ｓ：０．０３以下、Ａｌ：０．０５以下、Ｎ：０．００１〜０．００６、Ｏ：０．００６以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、下記（式１）で定義されるＣＥ値が０．１５〜０．４５、かつ、引張強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の窪み付き鋼管継手。
   ＣＥ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４・・・（式１）
6. 前記窪み付き鋼管が、質量％で、さらに、Ｎｂ：０．００３〜０．０５、
   Ｔｉ：０．００３〜０．０３０、Ｃｒ：０．０５〜０．２０のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項５に記載の窪み付き鋼管継手。
7. 前記窪み付き鋼管が、ディンプル鋼管あるいは段付き鋼管であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の窪み付き鋼管継手。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の窪み付き鋼管継手の継手用鋼管と、表面に窪みが形成されていない他の鋼管とを機械加工により接合したことを特徴とする接合鋼管。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載の窪み付き鋼管継手を少なくとも２本有し、前記窪み付き鋼管継手の継手用鋼管同士を機械加工により接合したことを特徴とする接合鋼管。
10. 継手用鋼管の一端部に機械加工を施し、
    当該継手用鋼管の他端に窪み付き鋼管を摩擦圧接により接合し、
    その後、前記機械加工を施した側に、予め機械加工を施した、表面に窪みが形成されていない他の鋼管を接合することを特徴とする鋼管の接合方法。
11. 継手用鋼管の一端部に機械加工を施し、
    当該継手用鋼管の他端に窪み付き鋼管を摩擦圧接により接合した窪み付き鋼管継手を少なくとも２本製造し、
    その後、各接合鋼管の前記継手用鋼管の機械加工を施した側の端部同士を接合することを特徴とする鋼管の接合方法。
12. 前記窪み付き鋼管が、
    質量％で、 Ｃ ：０．０５〜０．２０、Ｓｉ：０．６以下、Ｍｎ：０．５〜２．０、Ｐ：０．０３以下、Ｓ：０．０３以下、Ａｌ：０．０５以下、Ｎ：０．００１〜０．００６、Ｏ：０．００６以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつ、下記（式１）で定義されるＣＥ値が０．１５〜０．４５の範囲にある鋼板を９００℃以上に加熱した後、管状に成形し、さらに鋼管表面に連続的に凹みを成形し、７００℃以上で成形工程を終了させて前記窪み付き鋼管を製造することを特徴とする請求項１０乃至１１のいずれかに記載の鋼管の接合方法。
    ＣＥ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４・・・（式１）
13. 前記窪み付き鋼管が、質量％で、さらに、Ｎｂ：０．００３〜０．０５、
    Ｔｉ：０．００３〜０．０３０、Ｃｒ：０．０５〜０．２０のうち一種または二種以上を含有したことを特徴とする請求項１２記載の鋼管の接合方法。
    
    
    

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