JP4496707B2 - Ｕプレス工具及びｕｏｅ鋼管の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＵＯＥ方式によって鋼管を製造する際に用いられるＵプレス工具及びそのＵプレス工具を用いたＵＯＥ鋼管の製造方法に関するものであり、具体的には、例えばＡＰＩ−５Ｌ規格のＸ８０グレード以上相当の高強度ＵＯＥ鋼管を製造する際に用いられるＵプレス工具と、そのＵプレス工具を用いたＵＯＥ鋼管の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油・天然ガスの輸送手段の一つにパイプラインを用いる方法があり、ＵＯＥ方式によって製造されたＵＯＥ鋼管が利用されている。
【０００３】
図１はＵＯＥ鋼管の成形工程の一例を示す模式図である。クリンピングプレス（Ｃプレス）にてＣプレス工具２１を用いて素板両端部に曲げ加工を施した鋼板１１を、ＵプレスにてＵプレス工具２２を用いて曲げを与え、徐荷後に左右の両辺がおおよそ垂直なＵ管１２に成形した後、ＯプレスにてＯプレス金型２３を用いてＵ管１２を丸め、おおよそ真円形状の素管１３を作製する。さらに、鋼板の突合せ部に溶接を行った後、拡管して寸法調整を行い、製品１４となる。
【０００４】
従来のラインパイプ用のＵＯＥ鋼管に要求される強度は例えばＡＰＩ−５Ｌ規格ではＸ６５グレード(降伏強度６５０００ｐｓｉ＝４４８Ｍｐａ以上、引張強度７７０００ｐｓｉ＝５３０Ｍｐａ以上)が主流であったが、昨今の活発なエネルギー需要を受け、エネルギー源の遠隔地化が進み、エネルギーを輸送するためのパイプラインも長距離化している。このような長距離パイプラインの建設コストを低減するために薄肉化による鋼材重量の低減や、高圧操業による運転コストの低減を図るために、Ｘ８０グレード(降伏強度８００００ｐｓｉ＝５５１Ｍｐａ以上、引張強度９００００ｐｓｉ＝６２０Ｍｐａ以上)を超えるような薄肉高強度管の需要が増加している。
【０００５】
鋼板の薄肉高強度化にともない、鋼板を曲げた後のスプリングバック量が大きくなるため、成形後に所望の形状が得にくくなり、ＵＯＥ鋼管の製造において次のような問題が生じる。
【０００６】
図２はその一例である。（ａ）に示すように、Ｕプレス工具２２によってＵ成形されたＵ管１２は、除荷後のスプリングバックによってＵ管１２’となるが、そのスプリングバック量が大きくなるため、Ｕ管１２’の最上部の幅Ｂ’が開きすぎ、（ｂ）に示すように、次工程のＯプレスにおける金型２３の幅Ｗｏよりも広くなりすぎると、Ｏプレス内へ搬送できず、製造が不可能となる。Ｕ管１２’の幅Ｂ’を狭めながらＯプレス内に搬送できるように、搬送装置を改造することも考えられるが、設備改造にともない大きな投資や長期の休止が発生するため、好ましくない。
【０００７】
また、図３は別の一例である。（ａ）に示すように、Ｕプレス工具２２のポンチ幅Ｗを小さくして、Ｕ管１２の全体幅を狭くすることで、Ｕ管最上部の幅の開きは小さくなり、（ｂ）に示すように、Ｏプレス内への搬送は可能となるが、（ｃ）に示すように、Ｏプレス後のスプリングバックで元のＵ管１２’の形状に戻ろうするため、Ｏプレス後の素管１３の横幅が小さくなり、全体に縦長形状となってしまう。この縦長形状が大きすぎると拡管工程でも、矯正しきれずに最終製品の真円度が確保できない。
【０００８】
これまでにも、Ｕプレス後のＵ管の形状を最適にするための発明が種々提案されている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
【０００９】
前記特許文献１には、Ｕプレス工具の底部１００〜１５０度の範囲において、Ｕプレス後にスプリングバックした後のＵ管の曲率半径が、Ｏプレス工具の内径に略相当した曲率半径となるような曲率半径を有し、この底部に連続した両側部における側部曲率半径が底部曲率半径よりも少なくとも３０%以上小さい値であるＵプレス工具を用いてＵプレスを行うことによってＵ管の形状を整え、その後のＯプレスや仮付け等の作業性を良好にして品質及び生産性をいずれも向上させる発明が提案されている。
【００１０】
また、前記特許文献２には、Ｕ管の頂部に隣接した第１の屈曲変形部を形成し、この第１の屈曲変形部とは異なる第２の屈曲変形部を形成することで、Ｘ８０グレード以上の高強度ＵＯＥ鋼管を製造するためのＵプレス工具が提案されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭５９−２０９４２５号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２００１−２５２７２２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、それぞれの発明には、次のような問題がある。
【００１４】
まず、特許文献１に開示された発明は、「・・・ＵＯＥ鋼管の降伏応力が・・・３０〜７０ｋｇ／ｍｍ2・・・」と記載されていることからも明らかなように、最高でもＸ７５グレードの鋼板を適用対象としており、例えばＸ８０グレード等、昨今要求されている高強度ＵＯＥ鋼管を対象とすると、Ｕ管最上部の幅が広くなりすぎ適用できない。
【００１５】
また、特許文献２に開示された発明は、Ｕ管の頂部に隣接した第１の屈曲変形部を約４分円(９０度)の範囲で形成し、それとは異なる第２の屈曲変形部を形成し、Ｕ管の側壁部の延設方向を、上部開口を狭める方向へ変更するとしている。しかし、除荷時のスプリングバックにより側壁部の延設方向は、屈曲変形時の角度よりも小さくなるため、上部開口が広がる方向となる。このとき、図４（ａ）に示すように、第２の屈曲変形が開始する位置の幅ＢＢ’が広くなりすぎ、図４（ｂ）に示すように、Ｏプレス金型２３の幅Ｗｏよりも大きくなると、Ｏプレス中に金型２３から外れてしまい、Ｏプレスができなくなる恐れがある。
【００１６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ＡＰＩ−５Ｌ規格Ｘ８０グレード以上相当の高強度ＵＯＥ鋼管を製造するに際し、大規模な設備改造をともなうことなく、Ｏプレス工具内へ確実に搬送できるように、スプリングバックによるＵ管の幅広がりを抑制できるＵプレス工具及びこのＵプレス工具を用いたＵＯＥ鋼管の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を下記決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１８】
［１］鋼板をＵＯＥ方式で曲げ成形してＸ８０グレード以上相当の鋼管を得る際に、ＵプレスによってＵ管を得るために用いられるＵプレス工具であって、鋼板表面が降伏ひずみに達する曲げ曲率κｅの５倍以上の曲げ曲率κ２を鋼板に付与する部分の角度θ２が、下式を満足することを特徴とするＵプレス工具。
【００１９】
【数４】
【００２０】
ここで、
θｃｒ：Ｏプレスへ装入可能なＵ管側壁の角度の最小値
なお、κｅ＝２×σｙ／（Ｅ×ｔ） （σｙ：鋼板の降伏強度、Ｅ：鋼板のヤング率、ｔ：鋼板の板厚）である。
［２］Ｕ管底部に付与する曲げ曲率κｏが、鋼板表面が降伏ひずみに達する曲げ曲率κｅ以上であることを特徴とする前記［１］に記載のＵプレス工具。
【００２１】
［３］鋼板表面が降伏ひずみに達する曲げ曲率κeの５倍以上の曲げ曲率κ2を鋼板に付与する部分の角度θ2が、下式を満足することを特徴とする前記［１］または［２］に記載のＵプレス工具。
【００２２】
【数５】
【００２３】
ここで、
θu ：Ｕ成形終了時のＵ管側壁の曲げ角度
Ｗcr：Ｏプレス後の拡管で適切な真円度が得られるパンチ幅の最小値
［４］鋼板に付与する曲げ曲率の最大値κmaxが下式を満足することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載のＵプレス工具。
【００２４】
【数６】
【００２５】
ここで、
ｕＥＬ：鋼板の一様伸び
ｔ ：鋼板の板厚
［５］鋼板にＵプレスを行ってＵ管を製造した後、Ｕ管にＯプレスを行ってＸ８０グレード以上相当の鋼管を製造するＵＯＥ鋼管の製造方法において、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のＵプレス工具を使用してＵ管を製造することを特徴とするＵＯＥ鋼管の製造方法。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について述べる。
【００２７】
まず、本発明の一実施形態に係るＵプレス工具の全体的形状について説明する。
一般的に、鋼板を純粋曲げした場合、図５に示すように、負荷時の鋼板３０とスプリングバック後の鋼板３０’の長さ変化がないので、下記（１）式の関係が成り立つ。
【００２８】
【数７】
【００２９】
ここで、曲げ角度をθ、曲げ曲率をκで表し、負荷時の状態を添え字なし、スプリングバック後の状態を上付き’で表し、スプリングバックによる変化量にΔをつけている。（以下の説明においても同様である。）
Ｕプレス時に問題になる角度変化量Δθは（１）式を変形することで、
【００３０】
【数８】
【００３１】
となる。
【００３２】
すなわち、スプリングバック量Δθを制御するためには、Δκ/κを制御すればよいことが分かる。（以下、Δκ/κをスプリングバック指標と呼ぶ）
一方、スプリングバックによる曲率変化量Δκは、負荷時の曲げモーメントＭ及び鋼板の曲げ剛性Ｉ（断面２次モーメント）に依存し、鋼板が弾完全塑性体の場合、
【００３３】
【数９】
【００３４】
と表されるので、スプリングバック指標Δκ/κは次式となる。
【００３５】
【数１０】
【００３６】
ここで、ｂは鋼板の板幅、ｔは鋼板の板厚、Ｅは鋼板のヤング率、σyは鋼板の降伏強度である。また、κeは鋼板表面が降伏ひずみに達する曲げ曲率であり、次式で与えられる。
【００３７】
κe＝２*σy／(Ｅ*ｔ) ……（５）
図６は、（４）式のκ/κeとΔκ/κの関係を表したものであり、曲げ曲率κを大きくするほど、スプリングバック指標Δκ/κが小さくなっており、曲げ曲率κを大きくするとよいことが分かる。
【００３８】
しかし、曲げ曲率κが大きくなってもスプリングバック指標Δκ/κはそれほど減少しなくなり、特にκ/κeが５を超えると曲げ曲率κの増加影響が小さくなる。
【００３９】
したがって、Ｕプレス後のスプリングバックを効率的に抑制するためには、曲げ曲率κが、
κ＞５κe ……（６）
を満足していることが必要となる。
【００４０】
ただし、実際の鋼板では加工硬化を示すものがほとんどであり、図６に比べてスプリングバック指標は大きくなる傾向を有しており、鋼板の加工硬化特性によっては補正が必要となる。
【００４１】
上記のような関係を考慮して、図２に示したようなＵ管の上部が開きすぎ、Ｏプレスへの装入が不可能となってしまうことを防止する方法について述べる。
【００４２】
それは、スプリングバック後のＵ管１２’の上部開き量Ｂ’を制限して、Ｏプレスの金型幅Ｗｏに対応できるようにするために、Ｏプレスに装入可能な角度θcrよりも大きくなるようにＵ成形すればよいということである。すなわち、
θu’≧θcr ……（７）
を満足するようにすればよい。
【００４３】
ここで、最小装入可能角度θcrは、Ｏプレスへの搬送装置の幅狭め力やＵＯＥ鋼管のサイズによって変わる側壁部の長さで決められるものであり、設備や個々の製品によって変わるが、８５度以上とするとほぼ問題なくＯプレス装入可能となる。
【００４４】
以下に、図９に示すような、連続的な２つの異なるパンチ曲率半径Ｒ1、Ｒ2を有するＵプレス工具を用いて、連続的な２つの異なる曲率κ1、κ2を有するＵ管１２を成形する場合について説明する。
【００４５】
ここで、鋼板の曲げ曲率κとパンチ曲率半径Ｒとの関係は、板厚ｔを用いて、
κ＝１／(Ｒ＋ｔ／２) ……（８）
で表される。
【００４６】
そして、Ｕ管底部に近い側の曲率をκ1、Ｕ管側壁に近い側の曲率κ2とすると、
κ2＞κ1 ……（９）
κ2＞５κe ……（１０）
の関係を満たすようにしている。
【００４７】
また、曲げ曲率κ1の部分の曲げ角度をθ1、曲げ曲率κ2の部分の曲げ角度をθ2とし、Ｕ成形終了時のＵ管側壁の曲げ角度をθuとしている。
【００４８】
上記のような前提のもとに、Ｕプレスによる成形を行ったＵ管１２について、Ｕプレス除荷後のＵ管１２’がＯプレスに装入可能となるためには、前記（７）式を満たせばよい。すなわち、
【００４９】
【数１１】
【００５０】
そして、鋼板が弾完全塑性体で、曲げ曲率κ2の部分への塑性曲げを主としてスプリングバック量を制御するとすると、Δκ1／κ1＝１（θ1の部分は全てスプリングバックしてしまう）となるので、（１１）式は次のように標記される。
【００５１】
【数１２】
【００５２】
さらに、θu−θ1＝θ2なので、次式のようになる。
【００５３】
【数１３】
【００５４】
今、（１０）式よりκ2＞５κe なので、（１３）式の大括弧内は常に正となる。したがって、下式を満足する曲げ角度θ2をＵ成形時に付与することにより、Ｏプレス装入可能なＵ管を得ることができる。
【００５５】
【数１４】
【００５６】
次に、Ｕ管１２の底部の曲げ曲率κoについて述べる。
【００５７】
図７はＯプレス中の変形様式を模式的に示したものであり、（ａ）に示すようにＵ管１２を金型２３で上方からプレスした場合、Ｕ管１２の底部１２ａでは周方向の圧縮力が作用する。その際に、（ｂ）に示すように、圧縮力によりＵ管底部１２ａが上方に座屈変形をしてしまうと、Ｏプレス後にもこれが残存してしまい、所定の鋼管形状にはならない。
【００５８】
そこで、初期に下に凸の形状を付与しておくことで座屈による変形を下方へ向けることができる。つまり、Ｕ管底部１２ａに下に凸の塑性曲げを付与しておけばよく、その曲げ曲率κoは鋼板表面が降伏する曲率κe以上の曲率とすればよい。なお、図９に示す形状の場合には、κo＝κ1なので、κ1≧κeとすればよい。
【００５９】
次に、Ｕ成形において鋼板に与える最大曲げ曲率の制限について述べる。
【００６０】
鋼板に付与される曲げひずみ分布は図８のように、曲げ外面で引張のひずみ、曲げ内面で圧縮のひずみが発生し、その大きさは板表層に近づくほど大きくなる。このとき、板外面表層に発生する曲げひずみの大きさは、εmax＝κ＊ｔ／２となる。
【００６１】
一方、成形前の鋼板（素材鋼板）の引張試験等では、その引張ひずみが大きくなると、くびれが生じその断面積が減少する現象が見られ、このくびれが生じる限界のひずみは一様伸びｕＥＬと呼ばれている。曲げひずみが、この一様伸びｕＥＬを超えると、板厚減少が生じる恐れがあり、鋼管品質を損なうこととなる。
【００６２】
このため，鋼板に付与する曲率の最大値κmaxを、
【００６３】
【数１５】
【００６４】
とすることで、鋼管品質を確保できる。
【００６５】
なお、図９に示す形状の場合には、κmax＝κ2なので、κ2≦２＊ｕＥＬ／ｔとすればよい。
【００６６】
次に、図３に示したＯプレス後の真円度不良を防止する手法を説明する。
【００６７】
まず、Ｏプレス後の真円度とＵプレス工具幅Ｗの関係を調査した結果では、Ｕプレス工具の幅Ｗを広くすればＯプレス後の真円度が改善するが、拡管後の真円度を製品寸法公差内に収めるための下限となる限界パンチ幅Ｗcrが存在しており、その限界パンチ幅Ｗcrは管の外径の０.３５程度がひとつの目安となる。ただし、限界パンチ幅ＷcrはＯプレス力により異なっており、拡管での矯正能力と合わせて、製造設備によって異なってくるため、適宜修正しても問題ない。
【００６８】
そして、図９に示したように、連続的な２つの異なるパンチ曲率半径Ｒ1、Ｒ2を有するＵプレス工具を用いて、連続的な２つの異なる曲率κ1、κ2を有するＵ管１２を成形する場合で、スプリングバック制御を曲率κ2によって行う場合について、この限界パンチ幅Ｗcr を満たす条件が以下のように導出される。
【００６９】
パンチ幅Ｗが限界パンチ幅Ｗcr以上となるということから、
【００７０】
【数１６】
【００７１】
そして、（１４）式を満たすようにθ2を大きくしているので、θ1は小さくなり、sinθ1≒θ1＝θu−θ2となる。また、κ1が小さい方がパンチ幅Ｗは大きくなるが、Ｕ管底部の上方への座屈防止のために塑性曲げを付与する必要があるので、κ1の最小値はκeとなる。これらを（１６）式に代入して、次の関係式となる。
【００７２】
【数１７】
【００７３】
この結果、曲げ角度θ2を下式を満たすように定めることで製品の真円度を確保することが可能となる。
【００７４】
【数１８】
【００７５】
このようにして、この実施形態においては、素材鋼板の板厚及び降伏応力等の材料特性に応じて、Ｏプレスに装入可能で真円度を確保できるＵプレス工具のパンチ形状を定めることができる。
【００７６】
なお、ここまでは、図９に示すような連続的な２つの異なる曲率半径を有するパンチ形状のＵプレス工具の場合について説明したが、連続的な３個以上の曲率半径を有する場合や直線部を含め曲率半径が順次変わっていくにも、前述の各式を積分形で表示することで同様に導出することができ、２つの曲率半径を有する場合に限定されるものではない。
【００７７】
例えば、曲率半径が角度の関数としてＲ(θ)の形で表される場合は、下式のような形で等価なθ2、κ2を用いて評価できる。
【００７８】
【数１９】
【００７９】
【数２０】
【００８０】
ただし、α(θ)は、１／Ｒ(θ)≧５のとき１で、それ以外は０となる。
【００８１】
また、この実施形態では、鋼板を弾完全塑性体と仮定した場合を示したが、直線硬化型やｎ乗硬化型の材料等においても、スプリングバック特性式を変更するだけで、同様に導出可能であり、その特性に限定されるものではない。
【００８２】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。
【００８３】
ここでは、ＡＰＩ−５Ｌ−Ｘ８０グレードで外径３６ｉｎｃｈ、肉厚１２．７ｍｍ、１４．３ｍｍ、１５．９ｍｍの３種類のＵＯＥ鋼管を製造した。使用したＵプレス工具はＡ〜Ｅの５種類であり、いずれも図９に示すような連続的な２つの異なる曲率半径を有しており、その寸法を表１に示す。また、素材鋼板の特性を表２に示す。
【００８４】
【表１】
【００８５】
【表２】
【００８６】
そして、肉厚１５．９ｍｍ材の製造結果を表３に、肉厚１４．３ｍｍ材の製造結果を表４に、肉厚１２．７ｍｍ材の製造結果を表５に示す。
【００８７】
なお、表３〜表５において、「評価」の欄に、Ｏプレスへの装入状況（Ｏ装入）、Ｏプレスでの成形状況（Ｏ成形）、Ｏプレス後の真円度（真円度）、Ｕ成形後の板厚精度（板厚）及びそれらの総合評価（総合）を、非常に良好は◎、良好は〇、不良は×で示してある。
【００８８】
また、「評価指標」の欄において、θ2minは（１４）式の右辺の値、κeは鋼板表面が降伏する曲げ曲率、θ2maxは（１８）式の右辺の値、κ2maxは（１５）式の右辺の値を示している。したがって、Ｏプレスへ装入可能とする条件はθ2≧θ2min、Ｕ管底部の上方座屈を防止する条件はκ1（＝κo）≧κe、Ｏプレス後の真円度を確保する条件はθ2≦θ2max 、Ｕ成形後の板厚減少を抑止する条件はκ2≦κ2maxとなり、その条件を満たしている場合には、「評価指標」の欄の数値に下線を引いて示している。
【００８９】
まず、表３に示す１５．９ｍｍ材の製造結果について述べる。
【００９０】
工具Ａ〜Ｃ及びＥでは、θ2≧θ2minを満足しており、成形したＵ管側壁の曲げ角度θu’は最小装入可能角度θcrより大きくなり、Ｏプレスへの装入は問題なかった。
【００９１】
しかし、工具Ｄでは、上記の条件を満足していないことから、成形したＵ管側壁の曲げ角度θu’が８６度で最小装入可能角度θcrの８８．６度に満たず、Ｏプレスへ装入できなかった。
【００９２】
Ｏプレスへ装入できたものは以降の工程を進めたが、工具Ｅを用いたものは、θ2≦θ2maxを満たしていないため、Ｏ成形後に非常に縦長なパイプとなり、Ｏ成形後の素管が搬送時にうまく転がらず能率が低下した。さらに、拡管を行っても真円度が矯正しきれず、矯正工程を必要とした。したがって、効率的な生産を行うには、θ2≦θ2maxを満たすことが望ましい。
【００９３】
一方、工具Ａ、Ｂを用いたものは、κ2≦κ2maxを満たしていないことから、Ｕ成形において、κ2の曲げ曲率に曲げた部分に若干の板厚減少が生じていた。今回の試験材は許容公差内であったが、大量製造では素材鋼板特性の若干のばらつきは不可避なため、公差外れを防止するためには、κ2≦κ2maxを満足する方が望ましい。
【００９４】
【表３】
【００９５】
次に、表４に示す１４．３ｍｍ材の製造結果について述べる。なお、１５．９ｍｍ材に比べてスプリングバックが大きくなることが予想されたので、工具Ｄを用いた試験は実施していない。
【００９６】
工具Ａ〜Ｃを用いたものは、θ2≧θ2min、κ1≧κe、θ2≦θ2max 、κ2≦κ2maxの全てを満たしており、問題なく寸法公差を満たす製品が得られた。
【００９７】
一方、工具Ｅはθ2≧θ2minを満たしていないことから、成形したＵ管側壁の曲げ角度θu’が８４度となり、最小装入可能角度θcrの８７．２度に満たず、Ｕ管の上部の開き量が大きくなってＯプレス内へ装入することができなかった。
【００９８】
【表４】
【００９９】
そして、表５に示す最も板厚が薄い１２．７ｍｍ材の製造結果について述べる。なお、工具Ｄ、Ｅを用いた試験は実施していない。
【０１００】
工具Ａ、Ｂはθ2≧θ2minを満たしており、Ｏプレスへ問題なく装入できたが、工具Ｃでは、θ2≧θ2minを満たしていないことから、成形したＵ管側壁の曲げ角度θu’が８６度となり、最小装入可能角度θcrの９０．１度に満たず、Ｏプレスへ装入できなかった。
【０１０１】
Ｏプレスへ装入できたものは以降の工程を進めたが、工具Ｂを用いた場合は、κ1≧κeを満足していないため、Ｏ成形時に座屈が発生し、内折れが生じた。この部分は拡管前に矯正したため、最終真円度は問題なかったが、効率的な生産には、κ1≧κeを満たすことが望ましい。
【０１０２】
【表５】
【０１０３】
このように、この実施例においては、素材鋼板の特性に応じた適切な形状のＵプレス工具を用いることにより、高強度ＵＯＥ鋼管を精度良く効率的に製造できることが示されている。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明は、ＡＰＩ−５Ｌ規格Ｘ８０グレード以上相当の高強度ＵＯＥ鋼管を製造するに際し、スプリングバックによるＵ管の幅広がりを抑制できるように、Ｕプレス工具の形状を素材鋼板の特性に対応して適正化しているので、大規模な設備改造をともなうことなく、高強度ＵＯＥ鋼管を精度良く効率的に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＵＯＥ鋼管の成形過程の模式図である。
【図２】高強度材のＵ成形時の状況を示す模式図である。
【図３】高強度材のＵ成形時の状況を示す他の模式図である。
【図４】高強度材のＵ成形時の状況を示す他の模式図である。
【図５】純曲げ成形時のスプリングバック特性の説明図である。
【図６】スプリングバック量と曲げ曲率の関係を示す図である。
【図７】Ｏ成形中のＵ管底部の座屈発生状況を示す模式図である。
【図８】曲げ成形時の板厚方向ひずみ分布を示す図である。
【図９】Ｕプレス工具のパンチ形状を示す図である。
【符号の説明】
１１ 鋼板
１２ Ｕ管
１２’ スプリングバック後のＵ管
１２ａ Ｕ管底部
１３ 素管
１４ 製品
２１ Ｃプレス工具
２２ Ｕプレス工具
２３ Ｏプレス金型
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＵＯＥ方式によって鋼管を製造する際に用いられるＵプレス工具及びそのＵプレス工具を用いたＵＯＥ鋼管の製造方法に関するものであり、具体的には、例えばＡＰＩ−５Ｌ規格のＸ８０グレード以上相当の高強度ＵＯＥ鋼管を製造する際に用いられるＵプレス工具と、そのＵプレス工具を用いたＵＯＥ鋼管の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油・天然ガスの輸送手段の一つにパイプラインを用いる方法があり、ＵＯＥ方式によって製造されたＵＯＥ鋼管が利用されている。
【０００３】
図１はＵＯＥ鋼管の成形工程の一例を示す模式図である。クリンピングプレス（Ｃプレス）にてＣプレス工具２１を用いて素板両端部に曲げ加工を施した鋼板１１を、ＵプレスにてＵプレス工具２２を用いて曲げを与え、徐荷後に左右の両辺がおおよそ垂直なＵ管１２に成形した後、ＯプレスにてＯプレス金型２３を用いてＵ管１２を丸め、おおよそ真円形状の素管１３を作製する。さらに、鋼板の突合せ部に溶接を行った後、拡管して寸法調整を行い、製品１４となる。
【０００４】
従来のラインパイプ用のＵＯＥ鋼管に要求される強度は例えばＡＰＩ−５Ｌ規格ではＸ６５グレード(降伏強度６５０００ｐｓｉ＝４４８Ｍｐａ以上、引張強度７７０００ｐｓｉ＝５３０Ｍｐａ以上)が主流であったが、昨今の活発なエネルギー需要を受け、エネルギー源の遠隔地化が進み、エネルギーを輸送するためのパイプラインも長距離化している。このような長距離パイプラインの建設コストを低減するために薄肉化による鋼材重量の低減や、高圧操業による運転コストの低減を図るために、Ｘ８０グレード(降伏強度８００００ｐｓｉ＝５５１Ｍｐａ以上、引張強度９００００ｐｓｉ＝６２０Ｍｐａ以上)を超えるような薄肉高強度管の需要が増加している。
【０００５】
鋼板の薄肉高強度化にともない、鋼板を曲げた後のスプリングバック量が大きくなるため、成形後に所望の形状が得にくくなり、ＵＯＥ鋼管の製造において次のような問題が生じる。
【０００６】
図２はその一例である。（ａ）に示すように、Ｕプレス工具２２によってＵ成形されたＵ管１２は、除荷後のスプリングバックによってＵ管１２’となるが、そのスプリングバック量が大きくなるため、Ｕ管１２’の最上部の幅Ｂ’が開きすぎ、（ｂ）に示すように、次工程のＯプレスにおける金型２３の幅Ｗｏよりも広くなりすぎると、Ｏプレス内へ搬送できず、製造が不可能となる。Ｕ管１２’の幅Ｂ’を狭めながらＯプレス内に搬送できるように、搬送装置を改造することも考えられるが、設備改造にともない大きな投資や長期の休止が発生するため、好ましくない。
【０００７】
また、図３は別の一例である。（ａ）に示すように、Ｕプレス工具２２のポンチ幅Ｗを小さくして、Ｕ管１２の全体幅を狭くすることで、Ｕ管最上部の幅の開きは小さくなり、（ｂ）に示すように、Ｏプレス内への搬送は可能となるが、（ｃ）に示すように、Ｏプレス後のスプリングバックで元のＵ管１２’の形状に戻ろうするため、Ｏプレス後の素管１３の横幅が小さくなり、全体に縦長形状となってしまう。この縦長形状が大きすぎると拡管工程でも、矯正しきれずに最終製品の真円度が確保できない。
【０００８】
これまでにも、Ｕプレス後のＵ管の形状を最適にするための発明が種々提案されている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
【０００９】
前記特許文献１には、Ｕプレス工具の底部１００〜１５０度の範囲において、Ｕプレス後にスプリングバックした後のＵ管の曲率半径が、Ｏプレス工具の内径に略相当した曲率半径となるような曲率半径を有し、この底部に連続した両側部における側部曲率半径が底部曲率半径よりも少なくとも３０%以上小さい値であるＵプレス工具を用いてＵプレスを行うことによってＵ管の形状を整え、その後のＯプレスや仮付け等の作業性を良好にして品質及び生産性をいずれも向上させる発明が提案されている。
【００１０】
また、前記特許文献２には、Ｕ管の頂部に隣接した第１の屈曲変形部を形成し、この第１の屈曲変形部とは異なる第２の屈曲変形部を形成することで、Ｘ８０グレード以上の高強度ＵＯＥ鋼管を製造するためのＵプレス工具が提案されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭５９−２０９４２５号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２００１−２５２７２２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、それぞれの発明には、次のような問題がある。
【００１４】
まず、特許文献１に開示された発明は、「・・・ＵＯＥ鋼管の降伏応力が・・・３０〜７０ｋｇ／ｍｍ2・・・」と記載されていることからも明らかなように、最高でもＸ７５グレードの鋼板を適用対象としており、例えばＸ８０グレード等、昨今要求されている高強度ＵＯＥ鋼管を対象とすると、Ｕ管最上部の幅が広くなりすぎ適用できない。
【００１５】
また、特許文献２に開示された発明は、Ｕ管の頂部に隣接した第１の屈曲変形部を約４分円(９０度)の範囲で形成し、それとは異なる第２の屈曲変形部を形成し、Ｕ管の側壁部の延設方向を、上部開口を狭める方向へ変更するとしている。しかし、除荷時のスプリングバックにより側壁部の延設方向は、屈曲変形時の角度よりも小さくなるため、上部開口が広がる方向となる。このとき、図４（ａ）に示すように、第２の屈曲変形が開始する位置の幅ＢＢ’が広くなりすぎ、図４（ｂ）に示すように、Ｏプレス金型２３の幅Ｗｏよりも大きくなると、Ｏプレス中に金型２３から外れてしまい、Ｏプレスができなくなる恐れがある。
【００１６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ＡＰＩ−５Ｌ規格Ｘ８０グレード以上相当の高強度ＵＯＥ鋼管を製造するに際し、大規模な設備改造をともなうことなく、Ｏプレス工具内へ確実に搬送できるように、スプリングバックによるＵ管の幅広がりを抑制できるＵプレス工具及びこのＵプレス工具を用いたＵＯＥ鋼管の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を下記決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１８】
［１］鋼板をＵＯＥ方式で曲げ成形してＸ８０グレード以上相当の鋼管を得る際に、ＵプレスによってＵ管を得るために用いられるＵプレス工具であって、鋼板表面が降伏ひずみに達する曲げ曲率κｅの５倍以上の曲げ曲率κ２を鋼板に付与する部分の角度θ２が、下式を満足することを特徴とするＵプレス工具。
【００１９】
【数４】
ここで、
θｃｒ：Ｏプレスへ装入可能なＵ管側壁の角度の最小値
なお、κｅ＝２×σｙ／（Ｅ×ｔ） （σｙ：鋼板の降伏強度、Ｅ：鋼板のヤング率、ｔ：鋼板の板厚）である。
［２］Ｕ管底部に付与する曲げ曲率κｏが、鋼板表面が降伏ひずみに達する曲げ曲率κｅ以上であることを特徴とする前記［１］に記載のＵプレス工具。
【００２１】
［３］鋼板表面が降伏ひずみに達する曲げ曲率κeの５倍以上の曲げ曲率κ2を鋼板に付与する部分の角度θ2が、下式を満足することを特徴とする前記［１］または［２］に記載のＵプレス工具。
【００２２】
【数５】
ここで、
θu ：Ｕ成形終了時のＵ管側壁の曲げ角度
Ｗcr：Ｏプレス後の拡管で適切な真円度が得られるパンチ幅の最小値
［４］鋼板に付与する曲げ曲率の最大値κmaxが下式を満足することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載のＵプレス工具。
【００２４】
【数６】
ここで、
ｕＥＬ：鋼板の一様伸び
ｔ ：鋼板の板厚
［５］鋼板にＵプレスを行ってＵ管を製造した後、Ｕ管にＯプレスを行ってＸ８０グレード以上相当の鋼管を製造するＵＯＥ鋼管の製造方法において、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のＵプレス工具を使用してＵ管を製造することを特徴とするＵＯＥ鋼管の製造方法。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について述べる。
【００２７】
まず、本発明の一実施形態に係るＵプレス工具の全体的形状について説明する。
一般的に、鋼板を純粋曲げした場合、図５に示すように、負荷時の鋼板３０とスプリングバック後の鋼板３０’の長さ変化がないので、下記（１）式の関係が成り立つ。
【００２８】
【数７】
ここで、曲げ角度をθ、曲げ曲率をκで表し、負荷時の状態を添え字なし、スプリングバック後の状態を上付き’で表し、スプリングバックによる変化量にΔをつけている。（以下の説明においても同様である。）
Ｕプレス時に問題になる角度変化量Δθは（１）式を変形することで、
【００３０】
【数８】
となる。
【００３２】
すなわち、スプリングバック量Δθを制御するためには、Δκ/κを制御すればよいことが分かる。（以下、Δκ/κをスプリングバック指標と呼ぶ）
一方、スプリングバックによる曲率変化量Δκは、負荷時の曲げモーメントＭ及び鋼板の曲げ剛性Ｉ（断面２次モーメント）に依存し、鋼板が弾完全塑性体の場合、
【００３３】
【数９】
と表されるので、スプリングバック指標Δκ/κは次式となる。
【００３５】
【数１０】
ここで、ｂは鋼板の板幅、ｔは鋼板の板厚、Ｅは鋼板のヤング率、σyは鋼板の降伏強度である。また、κeは鋼板表面が降伏ひずみに達する曲げ曲率であり、次式で与えられる。
【００３７】
κe＝２*σy／(Ｅ*ｔ) ……（５）
図６は、（４）式のκ/κeとΔκ/κの関係を表したものであり、曲げ曲率κを大きくするほど、スプリングバック指標Δκ/κが小さくなっており、曲げ曲率κを大きくするとよいことが分かる。
【００３８】
しかし、曲げ曲率κが大きくなってもスプリングバック指標Δκ/κはそれほど減少しなくなり、特にκ/κeが５を超えると曲げ曲率κの増加影響が小さくなる。
【００３９】
したがって、Ｕプレス後のスプリングバックを効率的に抑制するためには、曲げ曲率κが、
κ＞５κe ……（６）
を満足していることが必要となる。
【００４０】
ただし、実際の鋼板では加工硬化を示すものがほとんどであり、図６に比べてスプリングバック指標は大きくなる傾向を有しており、鋼板の加工硬化特性によっては補正が必要となる。
【００４１】
上記のような関係を考慮して、図２に示したようなＵ管の上部が開きすぎ、Ｏプレスへの装入が不可能となってしまうことを防止する方法について述べる。
【００４２】
それは、スプリングバック後のＵ管１２’の上部開き量Ｂ’を制限して、Ｏプレスの金型幅Ｗｏに対応できるようにするために、Ｏプレスに装入可能な角度θcrよりも大きくなるようにＵ成形すればよいということである。すなわち、
θu’≧θcr ……（７）
を満足するようにすればよい。
【００４３】
ここで、最小装入可能角度θcrは、Ｏプレスへの搬送装置の幅狭め力やＵＯＥ鋼管のサイズによって変わる側壁部の長さで決められるものであり、設備や個々の製品によって変わるが、８５度以上とするとほぼ問題なくＯプレス装入可能となる。
【００４４】
以下に、図９に示すような、連続的な２つの異なるパンチ曲率半径Ｒ1、Ｒ2を有するＵプレス工具を用いて、連続的な２つの異なる曲率κ1、κ2を有するＵ管１２を成形する場合について説明する。
【００４５】
ここで、鋼板の曲げ曲率κとパンチ曲率半径Ｒとの関係は、板厚ｔを用いて、
κ＝１／(Ｒ＋ｔ／２) ……（８）
で表される。
【００４６】
そして、Ｕ管底部に近い側の曲率をκ1、Ｕ管側壁に近い側の曲率κ2とすると、
κ2＞κ1 ……（９）
κ2＞５κe ……（１０）
の関係を満たすようにしている。
【００４７】
また、曲げ曲率κ1の部分の曲げ角度をθ1、曲げ曲率κ2の部分の曲げ角度をθ2とし、Ｕ成形終了時のＵ管側壁の曲げ角度をθuとしている。
【００４８】
上記のような前提のもとに、Ｕプレスによる成形を行ったＵ管１２について、Ｕプレス除荷後のＵ管１２’がＯプレスに装入可能となるためには、前記（７）式を満たせばよい。すなわち、
【００４９】
【数１１】
そして、鋼板が弾完全塑性体で、曲げ曲率κ2の部分への塑性曲げを主としてスプリングバック量を制御するとすると、Δκ1／κ1＝１（θ1の部分は全てスプリングバックしてしまう）となるので、（１１）式は次のように標記される。
【００５１】
【数１２】
さらに、θu−θ1＝θ2なので、次式のようになる。
【００５３】
【数１３】
今、（１０）式よりκ2＞５κe なので、（１３）式の大括弧内は常に正となる。したがって、下式を満足する曲げ角度θ2をＵ成形時に付与することにより、Ｏプレス装入可能なＵ管を得ることができる。
【００５５】
【数１４】
次に、Ｕ管１２の底部の曲げ曲率κoについて述べる。
【００５７】
図７はＯプレス中の変形様式を模式的に示したものであり、（ａ）に示すようにＵ管１２を金型２３で上方からプレスした場合、Ｕ管１２の底部１２ａでは周方向の圧縮力が作用する。その際に、（ｂ）に示すように、圧縮力によりＵ管底部１２ａが上方に座屈変形をしてしまうと、Ｏプレス後にもこれが残存してしまい、所定の鋼管形状にはならない。
【００５８】
そこで、初期に下に凸の形状を付与しておくことで座屈による変形を下方へ向けることができる。つまり、Ｕ管底部１２ａに下に凸の塑性曲げを付与しておけばよく、その曲げ曲率κoは鋼板表面が降伏する曲率κe以上の曲率とすればよい。なお、図９に示す形状の場合には、κo＝κ1なので、κ1≧κeとすればよい。
【００５９】
次に、Ｕ成形において鋼板に与える最大曲げ曲率の制限について述べる。
【００６０】
鋼板に付与される曲げひずみ分布は図８のように、曲げ外面で引張のひずみ、曲げ内面で圧縮のひずみが発生し、その大きさは板表層に近づくほど大きくなる。このとき、板外面表層に発生する曲げひずみの大きさは、εmax＝κ＊ｔ／２となる。
【００６１】
一方、成形前の鋼板（素材鋼板）の引張試験等では、その引張ひずみが大きくなると、くびれが生じその断面積が減少する現象が見られ、このくびれが生じる限界のひずみは一様伸びｕＥＬと呼ばれている。曲げひずみが、この一様伸びｕＥＬを超えると、板厚減少が生じる恐れがあり、鋼管品質を損なうこととなる。
【００６２】
このため，鋼板に付与する曲率の最大値κmaxを、
【００６３】
【数１５】
とすることで、鋼管品質を確保できる。
【００６５】
なお、図９に示す形状の場合には、κmax＝κ2なので、κ2≦２＊ｕＥＬ／ｔとすればよい。
【００６６】
次に、図３に示したＯプレス後の真円度不良を防止する手法を説明する。
【００６７】
まず、Ｏプレス後の真円度とＵプレス工具幅Ｗの関係を調査した結果では、Ｕプレス工具の幅Ｗを広くすればＯプレス後の真円度が改善するが、拡管後の真円度を製品寸法公差内に収めるための下限となる限界パンチ幅Ｗcrが存在しており、その限界パンチ幅Ｗcrは管の外径の０.３５程度がひとつの目安となる。ただし、限界パンチ幅ＷcrはＯプレス力により異なっており、拡管での矯正能力と合わせて、製造設備によって異なってくるため、適宜修正しても問題ない。
【００６８】
そして、図９に示したように、連続的な２つの異なるパンチ曲率半径Ｒ1、Ｒ2を有するＵプレス工具を用いて、連続的な２つの異なる曲率κ1、κ2を有するＵ管１２を成形する場合で、スプリングバック制御を曲率κ2によって行う場合について、この限界パンチ幅Ｗcr を満たす条件が以下のように導出される。
【００６９】
パンチ幅Ｗが限界パンチ幅Ｗcr以上となるということから、
【００７０】
【数１６】
そして、（１４）式を満たすようにθ2を大きくしているので、θ1は小さくなり、sinθ1≒θ1＝θu−θ2となる。また、κ1が小さい方がパンチ幅Ｗは大きくなるが、Ｕ管底部の上方への座屈防止のために塑性曲げを付与する必要があるので、κ1の最小値はκeとなる。これらを（１６）式に代入して、次の関係式となる。
【００７２】
【数１７】
この結果、曲げ角度θ2を下式を満たすように定めることで製品の真円度を確保することが可能となる。
【００７４】
【数１８】
このようにして、この実施形態においては、素材鋼板の板厚及び降伏応力等の材料特性に応じて、Ｏプレスに装入可能で真円度を確保できるＵプレス工具のパンチ形状を定めることができる。
【００７６】
なお、ここまでは、図９に示すような連続的な２つの異なる曲率半径を有するパンチ形状のＵプレス工具の場合について説明したが、連続的な３個以上の曲率半径を有する場合や直線部を含め曲率半径が順次変わっていくにも、前述の各式を積分形で表示することで同様に導出することができ、２つの曲率半径を有する場合に限定されるものではない。
【００７７】
例えば、曲率半径が角度の関数としてＲ(θ)の形で表される場合は、下式のような形で等価なθ2、κ2を用いて評価できる。
【００７８】
【数１９】
【数２０】
ただし、α(θ)は、１／Ｒ(θ)≧５のとき１で、それ以外は０となる。
【００８１】
また、この実施形態では、鋼板を弾完全塑性体と仮定した場合を示したが、直線硬化型やｎ乗硬化型の材料等においても、スプリングバック特性式を変更するだけで、同様に導出可能であり、その特性に限定されるものではない。
【００８２】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。
【００８３】
ここでは、ＡＰＩ−５Ｌ−Ｘ８０グレードで外径３６ｉｎｃｈ、肉厚１２．７ｍｍ、１４．３ｍｍ、１５．９ｍｍの３種類のＵＯＥ鋼管を製造した。使用したＵプレス工具はＡ〜Ｅの５種類であり、いずれも図９に示すような連続的な２つの異なる曲率半径を有しており、その寸法を表１に示す。また、素材鋼板の特性を表２に示す。
【００８４】
【表１】
【表２】
そして、肉厚１５．９ｍｍ材の製造結果を表３に、肉厚１４．３ｍｍ材の製造結果を表４に、肉厚１２．７ｍｍ材の製造結果を表５に示す。
【００８７】
なお、表３〜表５において、「評価」の欄に、Ｏプレスへの装入状況（Ｏ装入）、Ｏプレスでの成形状況（Ｏ成形）、Ｏプレス後の真円度（真円度）、Ｕ成形後の板厚精度（板厚）及びそれらの総合評価（総合）を、非常に良好は◎、良好は〇、不良は×で示してある。
【００８８】
また、「評価指標」の欄において、θ2minは（１４）式の右辺の値、κeは鋼板表面が降伏する曲げ曲率、θ2maxは（１８）式の右辺の値、κ2maxは（１５）式の右辺の値を示している。したがって、Ｏプレスへ装入可能とする条件はθ2≧θ2min、Ｕ管底部の上方座屈を防止する条件はκ1（＝κo）≧κe、Ｏプレス後の真円度を確保する条件はθ2≦θ2max 、Ｕ成形後の板厚減少を抑止する条件はκ2≦κ2maxとなり、その条件を満たしている場合には、「評価指標」の欄の数値に下線を引いて示している。
【００８９】
まず、表３に示す１５．９ｍｍ材の製造結果について述べる。
【００９０】
工具Ａ〜Ｃ及びＥでは、θ2≧θ2minを満足しており、成形したＵ管側壁の曲げ角度θu’は最小装入可能角度θcrより大きくなり、Ｏプレスへの装入は問題なかった。
【００９１】
しかし、工具Ｄでは、上記の条件を満足していないことから、成形したＵ管側壁の曲げ角度θu’が８６度で最小装入可能角度θcrの８８．６度に満たず、Ｏプレスへ装入できなかった。
【００９２】
Ｏプレスへ装入できたものは以降の工程を進めたが、工具Ｅを用いたものは、θ2≦θ2maxを満たしていないため、Ｏ成形後に非常に縦長なパイプとなり、Ｏ成形後の素管が搬送時にうまく転がらず能率が低下した。さらに、拡管を行っても真円度が矯正しきれず、矯正工程を必要とした。したがって、効率的な生産を行うには、θ2≦θ2maxを満たすことが望ましい。
【００９３】
一方、工具Ａ、Ｂを用いたものは、κ2≦κ2maxを満たしていないことから、Ｕ成形において、κ2の曲げ曲率に曲げた部分に若干の板厚減少が生じていた。今回の試験材は許容公差内であったが、大量製造では素材鋼板特性の若干のばらつきは不可避なため、公差外れを防止するためには、κ2≦κ2maxを満足する方が望ましい。
【００９４】
【表３】
次に、表４に示す１４．３ｍｍ材の製造結果について述べる。なお、１５．９ｍｍ材に比べてスプリングバックが大きくなることが予想されたので、工具Ｄを用いた試験は実施していない。
【００９６】
工具Ａ〜Ｃを用いたものは、θ2≧θ2min、κ1≧κe、θ2≦θ2max 、κ2≦κ2maxの全てを満たしており、問題なく寸法公差を満たす製品が得られた。
【００９７】
一方、工具Ｅはθ2≧θ2minを満たしていないことから、成形したＵ管側壁の曲げ角度θu’が８４度となり、最小装入可能角度θcrの８７．２度に満たず、Ｕ管の上部の開き量が大きくなってＯプレス内へ装入することができなかった。
【００９８】
【表４】
そして、表５に示す最も板厚が薄い１２．７ｍｍ材の製造結果について述べる。なお、工具Ｄ、Ｅを用いた試験は実施していない。
【０１００】
工具Ａ、Ｂはθ2≧θ2minを満たしており、Ｏプレスへ問題なく装入できたが、工具Ｃでは、θ2≧θ2minを満たしていないことから、成形したＵ管側壁の曲げ角度θu’が８６度となり、最小装入可能角度θcrの９０．１度に満たず、Ｏプレスへ装入できなかった。
【０１０１】
Ｏプレスへ装入できたものは以降の工程を進めたが、工具Ｂを用いた場合は、κ1≧κeを満足していないため、Ｏ成形時に座屈が発生し、内折れが生じた。この部分は拡管前に矯正したため、最終真円度は問題なかったが、効率的な生産には、κ1≧κeを満たすことが望ましい。
【０１０２】
【表５】
このように、この実施例においては、素材鋼板の特性に応じた適切な形状のＵプレス工具を用いることにより、高強度ＵＯＥ鋼管を精度良く効率的に製造できることが示されている。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明は、ＡＰＩ−５Ｌ規格Ｘ８０グレード以上相当の高強度ＵＯＥ鋼管を製造するに際し、スプリングバックによるＵ管の幅広がりを抑制できるように、Ｕプレス工具の形状を素材鋼板の特性に対応して適正化しているので、大規模な設備改造をともなうことなく、高強度ＵＯＥ鋼管を精度良く効率的に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＵＯＥ鋼管の成形過程の模式図である。
【図２】高強度材のＵ成形時の状況を示す模式図である。
【図３】高強度材のＵ成形時の状況を示す他の模式図である。
【図４】高強度材のＵ成形時の状況を示す他の模式図である。
【図５】純曲げ成形時のスプリングバック特性の説明図である。
【図６】スプリングバック量と曲げ曲率の関係を示す図である。
【図７】Ｏ成形中のＵ管底部の座屈発生状況を示す模式図である。
【図８】曲げ成形時の板厚方向ひずみ分布を示す図である。
【図９】Ｕプレス工具のパンチ形状を示す図である。
【符号の説明】
１１ 鋼板
１２ Ｕ管
１２’ スプリングバック後のＵ管
１２ａ Ｕ管底部
１３ 素管
１４ 製品
２１ Ｃプレス工具
２２ Ｕプレス工具
２３ Ｏプレス金型
Claims (5)
- 鋼板をＵＯＥ方式で曲げ成形してＸ８０グレード以上相当の鋼管を得る際に、ＵプレスによってＵ管を得るために用いられるＵプレス工具であって、鋼板表面が降伏ひずみに達する曲げ曲率κｅの５倍以上の曲げ曲率κ２を鋼板に付与する部分の角度θ２が、下式を満足することを特徴とするＵプレス工具。
θｃｒ：Ｏプレスへ装入可能なＵ管側壁の角度の最小値
なお、κｅ＝２×σｙ／（Ｅ×ｔ） （σｙ：鋼板の降伏強度、Ｅ：鋼板のヤング率、ｔ：鋼板の板厚）である。 - Ｕ管底部に付与する曲げ曲率κoが、鋼板表面が降伏ひずみに達する曲げ曲率κe以上であることを特徴とする請求項１に記載のＵプレス工具。
- 鋼板表面が降伏ひずみに達する曲げ曲率κeの５倍以上の曲げ曲率κ2を鋼板に付与する部分の角度θ2が、下式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のＵプレス工具。
θu ：Ｕ成形終了時のＵ管側壁の曲げ角度
Ｗcr：Ｏプレス後の拡管で適切な真円度が得られるパンチ幅の最小値 - 鋼板に付与する曲げ曲率の最大値κmaxが下式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＵプレス工具。
ｕＥＬ：鋼板の一様伸び
ｔ ：鋼板の板厚 - 鋼板にＵプレスを行ってＵ管を製造した後、Ｕ管にＯプレスを行って鋼管を製造するＸ８０グレード以上相当のＵＯＥ鋼管の製造方法において、請求項１〜４のいずれかに記載のＵプレス工具を使用してＵ管を製造することを特徴とするＵＯＥ鋼管の製造方法。
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