JP6662505B1 - リール工法用長尺鋼管及びその製造方法 - Google Patents

リール工法用長尺鋼管及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

耐座屈性に優れた、電縫鋼管製リール工法用長尺鋼管及びその製造方法を提供する。複数本の電縫鋼管の管長手方向端部同士を順次、突き合わせ、円周溶接により円周溶接部を形成し接合して、長尺の鋼管とする。管長手方向に順次接合されてなる複数本の電縫鋼管のうち隣り合う一方の電縫鋼管の管断面0時の位置または管断面6時の位置に、隣り合う他方の電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対するように、突き合わせて接合する。これにより、長尺鋼管をリール工法で、リールに巻付けた際に、高降伏比で低一様伸びの引張特性を有する、長尺鋼管の管断面0時の位置(シーム)または6時の位置が、リール巻付け内側(Intrados)あるいはリール巻付け外側(Extrados)となっても、局所的な座屈や破断が発生するような大きな軸方向歪が発生することはなく、座屈や破断が発生する惧れが少ない、耐座屈性に優れたリール工法用長尺鋼管及びその製造方法である。

Description

本発明は、海底パイプラインを敷設するリール工法用として好適な長尺鋼管に係り、とくに、耐座屈性に優れたリール工法用長尺鋼管及びその製造方法に関する。
最近では、海底パイプラインの敷設方法として、リール工法(以下、リールバージ法ともいう)が多用されている。リール工法は、北欧を中心に用いられている効率的な海底パイプライン敷設法である。リール工法では、陸上のスプールベース(基地)で、ラインパイプとなる鋼管の管長手方向端部同士を順次円周溶接し、長尺の鋼管(以下、長尺鋼管ともいう)とし、さらにコーティングなどを施したのち、前記長尺鋼管を、敷設船(バージ)のリールに巻き取り、海上の敷設箇所に運び、リールから巻き出し(巻き戻し)ながら、海底にパイプラインを敷設する。
このリール工法によるパイプラインの敷設においては、長尺鋼管をリールに巻き取る時、リールから巻き戻す時、さらにはアライナー通過時およびストレートナー通過時に、管長手方向に、曲げ−曲げ戻しによる繰返し応力(引張・圧縮)が作用する。長尺鋼管をリールに巻き付ける時には、長尺鋼管の内側(Intrados)に圧縮歪が、外側(Extrados)に引張歪が、それぞれ生じ、巻き付けられた長尺鋼管の内側(Intrados)には局所的な座屈が、外側(Extrados)には局所的な破断が生じることが懸念される。
このような局所的な破断、座屈を防止するため、リール工法用の鋼管としては、品質、強度の観点から、従来、継目無鋼管が多用されてきた。しかし、製造コストの削減という観点から、安価な電縫鋼管の利用が検討され、リール工法用として、溶接部靭性に優れた、安価な電縫鋼管が熱望されていた。
このような要望に対し、例えば、特許文献1には、「溶接部靭性に優れたラインパイプ向け電縫鋼管」が提案されている。
特許文献1に記載された電縫鋼管は、質量%で、C:0.01〜0.15%、Si:0.005〜0.9%、Mn:0.2〜1.45%、P:0.01%以下、S:0.01%以下、Al:0.1%以下、Ca:0.005%以下を含有する組成を有し、電縫溶接部の投影面内における最大長さ50μm未満の微小欠陥の面積分率が0.000006〜0.028%であり、試験温度:−40℃におけるVノッチシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが315J以上である、溶接部靭性に優れた電縫鋼管である。
特許文献1に記載された技術では、電縫溶接部に残留する微小欠陥の量を少なく調整することにより、電縫溶接部(シーム部)の靭性を向上させている。
このような電縫鋼管の品質向上にともなって、リール工法用として電縫鋼管あるいは電縫鋼管向け熱延鋼板が提案されている。
例えば、特許文献2には、「低温靭性に優れた低降伏比高強度熱延鋼板の製造方法」が提案されている。
特許文献2に記載された技術は、質量%で、C:0.03〜0.10%、Si:0.10〜0.50%、Mn:1.4〜2.2%、P:0.025%以下、S:0.005%以下、Al:0.005〜0.10%、Nb:0.02〜0.10%、Ti:0.001〜0.030%、Mo:0.05〜0.50%、Cr:0.05〜0.50%、Ni:0.001〜1.00%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を、加熱温度:1050〜1300℃に加熱したのち、前記鋼素材に粗圧延を施しシートバーとし、前記シートバーに、930℃以下の温度域での累積圧下率:50%以上となる仕上圧延を施し熱延鋼板とする熱延工程を施し、ついで仕上圧延終了後直ちに冷却を開始し、板厚中央部の平均冷却速度:5〜60℃/sで、冷却停止温度:Bs点〜450℃の温度域まで冷却する冷却工程と、コイル状に巻取り、60秒以上600秒未満保持した後、冷却する巻取工程とを施す低降伏比高強度熱延鋼板の製造方法である。
特許文献2に記載された技術によれば、微細なベイニティックフェライトを主相とし、第二相として塊状マルテンサイトを微細に分散させた組織を有し、リールバージ法で敷設されるパイプライン用電縫鋼管向けや、耐震性を要求されるパイプライン用電縫鋼管向けとして好適な、低温靭性に優れた低降伏比高強度熱延鋼板を容易に、かつ安価に製造できるとしている。
また、特許文献3には、「ラインパイプ向け低YR電縫鋼管の製造方法」が提案されている。特許文献3に記載された技術は、帯鋼を連続的に送りつつ、入側矯正を施した後、略円筒状のオープン管に成形し、前記オープン管の円周方向端部同士を電縫溶接して得た管に、回転矯正を施して外形寸法形状を整えるにあたり、入側矯正にて板厚方向平均で0.05〜7.0%の歪みを付与し、かつ回転矯正にて管長方向に0.2〜7.0%の圧縮歪みを付与する、低降伏比(低YR)電縫鋼管の製造方法である。
特許文献3に記載された技術では、帯鋼の基本の組成を、質量%で、C:0.02〜0.1%、Mn:0.6〜1.8%を含有し、好ましくはさらに、Si:0.01〜0.5%、P:0.01%以下、S:0.01%以下、Al:0.1%以下を含有し、炭素当量(Ceq)が0.44%未満を満足し、残部実質的にFeからなる組成として、鋼管の強度、降伏比、靭性を改善するためにさらに、Cu:0.5%以下、Ni:0.5%以下の中から選ばれる1種又は2種、Cr:0.5%以下、Mo:0.5%以下の中から選ばれる1種又は2種、Ca:0.005%以下、の中から選択して含有してもよいとしている。
特許文献3に記載された技術によれば、素材組成と、入側矯正条件及び回転矯正条件とを適正に組み合わせたことにより、設備の追加を必要とせず、また生産性の低下を伴うこともなく、ラインパイプ向け低降伏比(低YR)電縫鋼管を製造できるとしている。
また、特許文献4には、「塗装加熱後における降伏比の上昇が防止された電縫鋼管及びその製造方法」が提案されている。
特許文献4に記載された技術は、質量%で、C:0.03〜0.12%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.0%、P:0.03%以下、S:0.003%以下、Al:0.10%以下、Nb:0.003%以上0.02%未満、Ti:0.005〜0.03%、N:0.006%以下、をそれぞれ含有するとともに、Ti>3.4N、及び溶接割れ感受性組成Pcm(%)が0.21以下をそれぞれ満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼片を熱間圧延し、600℃以下で巻取り熱延鋼板としたのち、この熱延鋼板を管状に成形加工するとともに、その突合わせ面を電縫溶接することにより造管して電縫鋼管とし、この歪みを導入した後の電縫鋼管を加熱温度400〜720℃の範囲内に加熱して焼戻し、熱処理温度を250℃、熱処理時間を1hとして熱処理を施した場合、電縫鋼管の熱処理前後での降伏強度の差が30MPa以下である電縫鋼管の製造方法である。
特許文献4に記載された技術によれば、焼戻し後も低降伏比が維持され、塗装加熱による降伏比の上昇を抑制でき、ラインパイプとして好適な優れた変形特性を有する電縫鋼管が得られるとしている。
また、特許文献5には、「熱延鋼板およびその製造方法」が提案されている。
特許文献5に記載された技術は、質量%で、C:0.03〜0.10%、Si:0.01〜0.50%、Mn:1.4〜2.2%、P:0.025%以下、S:0.005%以下、Al:0.005〜0.10%、Nb:0.02〜0.10%、Ti:0.001〜0.030%、Mo:0.01〜0.50%、Cr:0.01〜0.50%、Ni:0.01〜0.50%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、表層が、ベイニティックフェライト相またはベイニティックフェライト相と焼戻マルテンサイト相とからなり、前記ベイニティックフェライト相のラス間隔が0.2〜1.6μmであり、内層が、ベイニティックフェライト相を面積率で50%以上とし、第二相として、アスペクト比:5.0未満の塊状マルテンサイトを面積率で1.4〜15%含み、内層のベイニティックフェライト相のラス間隔が0.2〜1.6μmである組織と、を有する熱延鋼板である。
特許文献5に記載された技術によれば、低降伏比高強度熱延鋼板を特別な熱処理を施すこともなく、容易に製造でき、リールバージ法で敷設されるラインパイプ用の電縫鋼管を安価にかつ容易に製造できるとしている。
また、特許文献6には、「低温靭性に優れた低降伏比高強度熱延鋼板およびその製造方法」が提案されている。
特許文献6に記載された低降伏比高強度熱延鋼板は、質量%で、C:0.03〜0.11%、Si:0.01〜0.50%、Mn:1.0〜2.2%、P:0.025%以下、S:0.005%以下、Al:0.005〜0.10%、Nb:0.01〜0.10%、Ti:0.001〜0.05%、B:0.0005%以下を含み、さらにCr:0.01〜1.0%、Mo:0.01〜0.5%、Ni:0.01〜0.5%のうちから選ばれた1種または2種以上を、Mneq(%)=Mn+0.26Si+1.30Cr+2.67Mo+0.8Niで定義されるMneqが2.0〜4.0%の範囲を満足するように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、ベイニティックフェライトを主相とし、第二相として大きさが最大で10μm以下、平均で0.5〜5.0μmであり、かつ、少なくとも面積率で3.0%以上のマルテンサイトを含む組織とを有し、ベイニティックフェライトの平均粒径が10μm以下であり、圧延方向から30°方向の降伏強さが480MPa以上、破面遷移温度vTrsが−80℃以下、降伏比が85%以下である、低温靭性に優れた低降伏比高強度熱延鋼板である。
特許文献6に記載された技術によれば、低温靭性に優れた低降伏比高強度熱延鋼板を特別な熱処理を施すこともなく、容易に製造でき、リールバージ法で敷設されるラインパイプ用の電縫鋼管を安価にかつ容易に製造できるとしている。
また、特許文献7には、「低温靭性に優れた低降伏比高強度熱延鋼板およびその製造方法」が記載されている。
特許文献7に記載された低降伏比高強度熱延鋼板は、質量%で、C:0.03〜0.10%、Si:0.10〜0.50%、Mn:1.4〜2.2%、P:0.025%以下、S:0.005%以下、Al:0.005〜0.10%、Nb:0.02〜0.10%、Ti:0.001〜0.030%、Mo:0.05〜0.50%、Cr:0.05〜0.50%、Ni:0.01〜0.50%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、ベイニティックフェライトを主相とし、第二相として、アスペクト比:5.0未満の塊状マルテンサイトを面積率で1.4〜15%含む組織とを有し、ベイニティックフェライトの平均粒径が10μm以下である、低温靭性に優れた低降伏比高強度熱延鋼板である。
特許文献7に記載された技術によれば、低温靭性に優れた低降伏比高強度熱延鋼板を特別な熱処理を施すこともなく、容易に製造でき、リールバージ法で敷設されるラインパイプ用の電縫鋼管を安価にかつ容易に製造できるとしている。
また、特許文献8には、「ラインパイプ用電縫鋼管及びその製造方法」が提案されている。
特許文献8に記載された技術は、質量%で、C:0.03〜0.12%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.5〜2.0%、P:0.03%以下、S:0.003%以下、Al:0.10%以下、Nb:0.003%以上0.009%以下、Ti:0.005〜0.03%、N:0.006%以下、を含有するとともに、Ti>3.4N、及び溶接割れ感受性組成Pcm(%)が0.21以下、をそれぞれ満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼片を熱間圧延し、600℃以下で巻取り、熱延鋼板としたのち、この熱延鋼板を管状に成形加工するとともに、その突合わせ面を電縫溶接することにより造管して電縫鋼管とし、この歪みを導入した後の電縫鋼管を加熱温度400〜720℃の範囲内に加熱して焼戻す、ラインパイプ用電縫鋼管の製造方法である。
特許文献8に記載された技術によれば、焼戻し後も低降伏比が維持され、塗装加熱による降伏比の上昇を抑制でき、ラインパイプとして好適な優れた変形特性を有する電縫鋼管が得られるとしている。
また、特許文献9には、リールバージ敷設用として好適な、「高強度電縫鋼管およびその製造方法」が提案されている。
特許文献9に記載された高強度電縫鋼管は、質量%で、C:0.04〜0.15%、Si:0.10〜0.50%、Mn:1.0〜2.2%、P:0.050%以下、S:0.005%以下、Cr:0.2〜1.0%、Ti:0.005〜0.030%、Al:0.010〜0.050%を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成と、ポリゴナルフェライトを体積分率で70%以上とし、体積分率で3〜20%の残留オーステナイトと、残部がマルテンサイト、ベイナイトおよびパーライトのうちから選ばれた1種または2種以上からなり、ポリゴナルフェライトが、平均粒径:5μm以上、アスペクト比が1.40以下である組織と、を有する電縫鋼管である。
特許文献9に記載された技術によれば、X60級以上の高強度で曲げ特性に優れた高強度電縫鋼管を、管全体に対する熱処理を行うことなく、安価に製造できるとしている。
特許第5292830号公報 特開2017−214618号公報 特許第4442541号公報 特許第5316721号公報 特許第5605526号公報 特許第5679114号公報 特許第5776398号公報 特許第5886238号公報 特許第6004144号公報
しかしながら、特許文献2に記載された熱延鋼板を用いて、(板厚t)/(外径D)が高い電縫鋼管(以下、高(r/D)電縫鋼管ともいう)を製造する場合には、造管時の加工歪の導入によりとくに、降伏強さが増加し、管軸方向(管長手方向)の降伏比が高くなり、しかも一様伸びも低下した電縫鋼管となる。そして、リール工法における塗装加熱(加熱温度:約250℃)により、さらに降伏強さが増加し、更なる高降伏比で低一様伸びの電縫鋼管となることが予想される。このような高降伏比で低一様伸びの箇所を有する電縫鋼管をリール工法によるパイプラインの敷設に用いた場合には、リールに巻き付けられた状態の長尺鋼管に生じる圧縮歪や引張歪により、長尺鋼管の内側(Intrados)には座屈が、外側(Extrados)には破断が、局所的に生じやすくなることが懸念される。
また、特許文献3に記載された技術では、入側矯正条件及び回転矯正条件とを適正に組み合わせるために、板厚方向や管長手方向に適正量の歪を導入すべく、適正な能力を有する矯正設備を選定して配設する必要がある。さらに、特許文献3に記載された低降伏比(低YR)電縫鋼管では、リール工法における塗装加熱(加熱温度:約250℃)により、降伏強さが増加し、高降伏比で低一様伸びの電縫鋼管となることが懸念される。
また、特許文献4に記載された技術によれば、造管し、電縫溶接後に焼戻処理を施すことにより、塗装加熱による降伏比の上昇を抑制できるとしているが、しかし、特許文献4には、管長手方向端部同士を突き合わせて溶接接合した溶接部(円周溶接部)の焼戻処理については、言及されていない。円周溶接部においても低降伏比化を実現するためには、円周溶接部の焼戻処理を施す必要があるが、リール工法における円周溶接時に、円周溶接部の焼戻処理を施すことは非現実的である。
また、特許文献5、6、7に記載された熱延鋼板を用いて、(板厚t)/(外径D)が高い電縫鋼管(以下、高(r/D)電縫鋼管ともいう)を製造する場合には、造管時の加工歪の導入によりとくに、降伏強さが増加し、管長手方向の降伏比が高くなり、しかも一様伸びも低下した電縫鋼管となる。しかも、リール工法における塗装加熱(加熱温度:約250℃)により、さらに降伏強さが増加し、更なる高降伏比で低一様伸びの電縫鋼管となることが予想される。このような高降伏比で低一様伸びの電縫鋼管では、長尺鋼管に生じる圧縮歪や引張歪により、長尺鋼管の内側(Intrados)には座屈が、外側(Extrados)には破断が、局所的に生じやすくなることが懸念される。
また、特許文献8に記載された技術によれば、造管し、電縫溶接後に焼戻処理を施して、その後の塗装加熱による降伏比の上昇を抑制できるとしている。しかし、特許文献8には、管長手方向端部同士を突き合わせて溶接接合した溶接部(周溶接部)の焼戻処理については、言及されていない。しかも、円周溶接部においても低降伏比化を実現するためには、円周溶接部の焼戻処理を施す必要があるが、リール工法における円周溶接時に、円周溶接部の焼戻処理を施すことは非現実的である。
また、特許文献9に記載された技術により製造された曲げ特性に優れた高強度電縫鋼管では、リール工法における塗装加熱(加熱温度:約250℃)により、さらに降伏強さが増加し、更なる高降伏比で低一様伸びの電縫鋼管となることが予想される。このような高降伏比で低一様伸びの引張特性を有する電縫鋼管では、リール巻付け時に長尺鋼管に生じる圧縮歪や引張歪により、局所的に、長尺鋼管の内側(Intrados)には座屈が、外側(Extrados)には破断が、生じやすくなることが懸念される。
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、電縫鋼管を接合してなる、耐座屈性に優れたリール工法用長尺鋼管及びその製造方法を提案することを目的とする。
なお、ここでいう「長尺鋼管」とは、複数の鋼管の管長手方向端部同士を順次円周溶接し、長尺の鋼管としたものをいう。
本発明にかかるリール工法用長尺鋼管は、複数本の電縫鋼管を管長手方向に円周溶接部を介して接合されてなるリール工法用長尺鋼管であって、前記電縫鋼管のシーム位置を管断面0時の位置として、前記電縫鋼管の管断面を管軸周りに12等分してそれぞれを時計回りに順に管断面0時から11時の各位置と表示され、前記管長手方向に順次接合されてなる複数本の電縫鋼管のうち隣り合う一方の電縫鋼管の管断面0時の位置に、隣り合う他方の電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対して接合されてなることを特徴とする、リール工法用長尺鋼管及びその製造方法である。
本発明者らは、上記した目的を達成するため、まず、外径323.9mm×肉厚15.9mmの引張強さ:510MPa級電縫鋼管について、図1に示す円周方向各位置における引張特性を調査した。図1に示す管断面(パイプ断面)の各位置(シーム位置:0時)から、管長手方向が引張方向となるように引張試験片(全厚、GL:50.8mm)を採取し、引張試験を実施して、管断面(パイプ断面)各位置の引張特性(降伏強さYS(0.5%耐力)、引張強さTS、均一伸びuEl)を測定した。なお、電縫鋼管の引張特性は、造管ままの場合と、造管ままの電縫鋼管にさらに、塗装加熱を模した熱処理(250℃×1h)を施した場合と、について調査した。その結果を表1に示す。なお、強度が高い鋼管(ストロングパイプと称する)の場合についても同様に調査して、表2に示す。
Figure 0006662505
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表1から、当該電縫鋼管は、管断面0時(シーム部)の位置および管断面6時の位置で、YS/TS(以下、降伏比、またはY/Tともいう)が0.98と高く、一様伸びuElが2.1〜2.3%と低い、高Y/Tで低uElの引張特性を示す、電縫鋼管であることがわかる。一方、管断面2時の位置および管断面4時の位置は、Y/Tが0.82〜0.83と低く、uElが11%を超えて高い、低Y/Tで高uElの引張特性を示す。管断面8時の位置および管断面10時の位置においても同様に、低Y/Tで高uElの引張特性を示す。なお、管断面1時、5時、7時、11時の各位置では、隣り合う各位置の遷移領域となっている。このような各位置における引張特性は、当該電縫鋼管の造管方法(製造方法)に依存している。
なお、上記した電縫鋼管では、電縫鋼管の一般的な製造方法である、所定寸法の熱延鋼板を素材とし、該素材に幅方向に曲げ加工を施しオープン管となし、該オープン管の幅方向端部同士を突き合わせ、電縫溶接してシーム部を形成したのち、外径調整して製品(電縫鋼管)としたものである。
上記した、造管ままの電縫鋼管にさらに、塗装加熱を模した熱処理(250℃×1h)を施したのちの引張特性を表1に併記して示す。熱処理後の引張特性は、同位置の造管ままの同位置に比べて、YS(0.5%耐力)が増加したため、Y/Tがさらに高い、高Y/Tで、uElが低い引張特性を有する鋼管となっている。
なお、表2に示す強度が高い鋼管(ストロングパイプ)の場合も、強度が高い以外は、円周方向各位置で、表1に示す強度が低い鋼管の場合と同じ傾向の引張特性を示している。
リール工法では、電縫鋼管を複数本用いて、管長手方向の端部同士を順次、円周溶接して接合し、長尺の鋼管とする。上記したような管断面各位置(円周方向各位置)で引張特性が変化する電縫鋼管を用いる場合には、端部同士の突き合わせ位置によっては、リールに巻き付けた長尺鋼管に座屈、あるいは破断が生じるおそれがあることに、本発明者らは思い至った。
まず、本発明の基礎となった検討結果について説明する。
長尺鋼管(パイプ)1をリールに巻き付けた際に、パイプに発生する管長手方向(軸方向)の歪を、有限要素法を用いて解析した。
この解析では、図2に示すように、半径:8250mmのリーリングフォーマー2に、11500mm長さの長尺鋼管1を巻き付ける場合を想定し、荷重を負荷し長尺鋼管1をリーリングフォーマー2に巻き付けるように曲げ変形させて、長尺鋼管1のリール巻付け外側(Extrados)またはリール巻付け内側(Intrados)に発生する管長手方向(軸方向)の歪、真円度を算出した。なお、解析は、図2Bに示すように、長尺鋼管1がリーリングフォーマー2の外径に密着する最終段階まで行った。ここで、リーリングフォーマー2の半径:8250mmは、一般的なリール敷設船のリール半径である。また、巻付ける長尺鋼管1は、長さ:6500mmの電縫鋼管11を挟んで両側に、長さ:2500mmの電縫鋼管12を管長手方向端部同士で突き合わせ、円周溶接により円周溶接部を形成して接合したものとした。なお、ここで、長さ:2500mmの電縫鋼管12は、長さ:6500mmの電縫鋼管11より強度が高い鋼管(以下、ストロングパイプ(strong pipe)ともいう)とし、長さ:6500mmの電縫鋼管11はウィークパイプ(weak pipe)と称する。
ここで、実操業に近い状態で、解析する必要から、長さ:6500mmの電縫鋼管(ウィークパイプ)11を挟んで両側に、長さ:2500mmの電縫鋼管(ストロングパイプ)12を管長手方向端部同士を突き合わせて、円周溶接により円周溶接部を形成して接合し、長尺鋼管とした。リール工法の実操業においては、隣り合うように接合された電縫鋼管同士で、強度が異なる場合があり、その場合、長尺鋼管1をリールに巻き付けた際に、電縫鋼管(ウィークパイプ)側の円周溶接部近傍で、とくに大きな軸方向歪が発生し、局所的な座屈、破断が発生する場合が考えられる。
なお、隣り合う電縫鋼管11、12の管長手方向端部同士を突き合わせて円周溶接するに際し、隣り合う電縫鋼管11、12の相対する管断面位置を、表3に示すような種々の組み合わせで、突き合わせて、円周溶接した場合を想定して、解析した。
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ここで、使用した管断面0時の位置(シーム)の引張特性は、電縫鋼管11(ウィークパイプ)では、表1に示す熱処理(250℃×1h)後の引張特性を参考にし、表3に示すように、uEl:2.00%、YS:505MPa、TS:510MPa、Y/T:0.989で代表される引張特性(高Y/Tで低uEl引張特性)とし、また電縫鋼管12(ストロングパイプ)では、表2に示した熱処理(250℃×1h)を行った後の引張特性を参考にし、表3に示すように、uEl:2.01%、YS:578MPa、TS:585MPa、Y/T:0.988で代表される引張特性(高Y/Tで低uEl引張特性)とした。
なお、管断面0時の位置(シーム)の引張特性として、Y/T:1.000となるように設定した、とくに高Y/Tで低uElである引張特性の場合を想定し、同様に解析した。このような管断面0時の位置(シーム)の引張特性は、電縫鋼管11(ウィークパイプ)では、表3に示すように、uEl:0.25%、YS:510MPa、TS:510MPa、Y/T:1.000で代表される引張特性(高Y/Tで低uEl引張特性)とし、電縫鋼管12(ストロングパイプ)では、表3に示すように、uEl:0.29%、YS:585MPa、TS:585MPa、Y/T:1.000で代表される引張特性(高Y/Tで低uEl引張特性)とした。
また、管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲の引張特性は、表1、2に示す熱処理(250℃×1h)後の特性を参照して、電縫鋼管11(ウィークパイプ)では、表3に示すように、uEl:10.00%、YS:422MPa、TS:510MPa、Y/T:0.827で代表される引張特性(低Y/Tで高uEl引張特性)を有し、電縫鋼管12(ストロングパイプ)では、表3に示すように、uEl:10.04%、YS:481MPa、TS:585MPa、Y/T:0.822で代表される引張特性(低Y/Tで高uEl引張特性)を有するものとした。
なお、解析に使用する公称応力−公称歪曲線は、上記した引張特性に基づき、Swiftの式を用いて作成した。解析に使用した公称応力−公称歪曲線の例をまとめて、図3に示す。図3Aは鋼管11(ウィークパイプ)、図3Bは鋼管12(ストロングパイプ)の場合の例である。
また、円周溶接部の公称応力−公称歪曲線は、電縫鋼管12のそれに対してオーバーマッチングとなるように設定した。なお、解析にあたっては、表3に示す電縫鋼管11(ウィークパイプ)の想定断面位置がリール巻付け内側(Intrados)、あるいはリール巻付け外側(Extrados)となるように設定した。
ここで、長尺鋼管1のリール巻付け内側に発生する軸方向歪をIntrados軸方向歪、リール巻付け外側に発生する軸方向歪をExtrados軸方向歪、と称する。また、真円度(DNV ovality)は、{(Dmax−Dmin)/Dnominal}を用いて算出した。
得られた結果を、図4〜図6にそれぞれ示す。
図4〜図6から、荷重を負荷して長尺鋼管をリールに巻き付けるような変形条件では、固定端側の円周溶接部近傍の電縫鋼管11(ウィークパイプ)に、軸方向の歪が集中することがわかる。またその場合には、固定端側の円周溶接部近傍の電縫鋼管11(ウィークパイプ)で、真円度も大きく変化している。
すなわち、電縫鋼管11(ウィークパイプ)のシーム位置と、電縫鋼管12(ストロングパイプ)のシーム位置とを、相対して接合した場合には、電縫鋼管11(ウィークパイプ)のシーム位置が、巻付け内側(Intrados)、あるいは巻付け外側(Extrados)となる場合に、とくに固定端側の円周溶接部近傍の電縫鋼管11(ウィークパイプ)に、大きなIntrados軸方向歪あるいはExtrados軸方向歪が発生し、座屈あるいは破断が生じる惧れが大きくなる。
例えば、図4A〜Cに示すCase 1の場合には、固定端側円周溶接部近傍の電縫鋼管11(ウィークパイプ)の、リール巻付け内側でIntrados軸方向歪は約−10%(圧縮歪)、リール巻付け外側でExtrados軸方向歪は約10%(引張歪)、と大きな軸方向歪が発生している。Case 1は、引張特性が、Y/T:1.00となるように設定した高Y/Tでかつ一様伸びuElが0.25あるいは0.29と低い、極端に高Y/Tでかつ低uElの引張特性を有するシーム位置同士を相対して接合した場合であり、このような長尺鋼管では、リールに巻き付けた際に発生するIntrados軸方向歪、Extrados軸方向歪が大きくなり、局所的な座屈、破断が発生する惧れが大きくなる。
また、図4A〜Cに示すCase 2の場合(なお、Case 2のみの場合を図7A及びBに示す)には、固定端側の円周溶接部近傍の電縫鋼管11(ウィークパイプ)の、リール巻付け内側でIntrados軸方向歪が約−6%(圧縮歪)、リール巻付け外側でExtrados軸方向歪が約6%(引張歪)、と高い軸方向歪が発生している。Case 2は、引張特性がY/T:0.988〜0.989でuEl:2.00〜2.01%の高Y/Tでかつ低uElの引張特性を有するシーム位置(管断面0時の位置)同士を相対するように管長手方向端部同士を接合した場合である。このような長尺鋼管では、Case 1に比べて発生する軸方向歪は多少低くなるが、依然として高い軸方向歪が発生することがわかる。
なお、電縫鋼管12(ストロングパイプ)の管断面0時の位置(シーム)を、Y/T:0.988でuEl:2.01%の高Y/Tで低uElの引張特性に代えて、Y/T:1.00となるように設定した高Y/Tでかつ一様伸びuElが低い、極端に高Y/Tでかつ低uElの引張特性を有するシーム位置とした図5A〜Cに示すCase 4の場合でも、固定端側の円周溶接部近傍の電縫鋼管11(ウィークパイプ)で、発生するIntrados軸方向歪は、約−6%(圧縮歪)、Extrados軸方向歪は約6%(引張歪)程度で、Case 2と同程度である。
また、図5A〜Cに示すCase 6の場合には、Case 1の場合と同様に、固定端側円周溶接部近傍の電縫鋼管11(ウィークパイプ)の、リール巻付け内側でIntrados軸方向歪が約−10%(圧縮歪)、リール巻付け外側でExtrados軸方向歪が約10%(引張歪)、と大きな軸方向歪が発生している。Case 6は、電縫鋼管11(ウィークパイプ)のシーム位置の引張特性を、Y/T:1.00となるように設定した高Y/Tでかつ一様伸びuElが低い、極端に高Y/Tでかつ低uElの引張特性とし、電縫鋼管12(ストロングパイプ)の管断面0時の位置(シーム)の引張特性を、Y/T:0.988でuEl:2.01%の高Y/Tで低uElの引張特性として、それらのシーム位置が相対するように、管長手方向端部同士を突き合わせて接合した場合である。このような長尺鋼管では、長尺鋼管をリールに巻き付けた際に発生するIntrados軸方向歪、Extrados軸方向歪は大きく、局所的な座屈、破断が発生する惧れが大きくなる。
一方、電縫鋼管11(ウィークパイプ)のシーム位置に、電縫鋼管12(ストロングパイプ)の管断面3時の位置を相対させて、端部同士を突き合わせたのち、円周溶接を行い、長尺鋼管1とした場合を想定した、図6A〜Cに示すCase 9の場合では、長尺鋼管1をリールに巻付けた際に発生する軸方向歪は、固定端側円周溶接部近傍の電縫鋼管11(ウィークパイプ)で、Intrados軸方向歪が約−3%(圧縮歪)、Extrados軸方向歪が約3%(引張歪)、程度となっており、発生する軸方向歪が、Case 2やCase 4に比べて顕著に少なくなっている。なお、Case 9のみの場合を図8A及びBに示す。
Case 9では、リールに巻き付ける長尺鋼管1として、6500mm長さの電縫鋼管11(ウィークパイプ)の管長手方向端部の両側でそれぞれ、管断面0時の位置(シーム)に、2500mm長さの電縫鋼管12(ストロングパイプ)の管断面3時の位置を相対させて、端部同士を突き合わせた。その後、円周溶接を行い、長尺鋼管1とした場合を想定している。
また、Y/T:1.00となるように設定した高Y/Tでかつ一様伸びuElが0.25%と、極端に高Y/Tでかつ低uElの引張特性とした、電縫鋼管11(ウィークパイプ)の管断面0時の位置(シーム)に、電縫鋼管12(ストロングパイプ)の管断面3時の位置が相対するように、管長手方向端部同士を突き合わせた。その後、円周溶接を行い、長尺鋼管1とした図6A〜Cに示すCase 8の場合も、Case 9と同様に、固定端側円周溶接部近傍の電縫鋼管11(ウィークパイプ)で発生するIntrados軸方向歪は約−3%(圧縮歪)、Extrados軸方向歪は約3%(引張歪)であり、座屈及び破断の発生の惧れが少ない。
Case 8の場合は、電縫鋼管11(ウィークパイプ)の管断面0時の位置(シーム)の引張特性は、Case 9よりY/Tが高く、高Y/Tで低uElの引張特性としている。しかし、管断面0時の位置(シーム)の引張特性がこのような高Y/Tで低uElの引張特性である場合でも、電縫鋼管11(ウィークパイプ)のシーム位置に、電縫鋼管12(ストロングパイプ)の管断面3時の位置が相対するように、管長手方向端部同士を突き合わせて接合することにより、発生する軸方向歪は、Case 9と同程度となっている。
また、図5A〜Cに示すCase 5および図6A〜Cに示すCase 7の場合には、いずれも、電縫鋼管11(ウィークパイプ)の管断面3時の位置に、電縫鋼管12(ストロングパイプ)のシーム位置(管断面0時の位置)を相対させて、接合しており、固定端側円周溶接部近傍の電縫鋼管11(ウィークパイプ)の、リール巻付け内側でIntrados軸方向歪は約−5%(圧縮歪)、リール巻付け外側でExtrados軸方向歪は約5%(引張歪)程度である。このような長尺鋼管では、リールに巻き付けた際に、局所的な座屈、破断の発生の惧れが小さい、といえる。
なお、本発明者らは、別の検討から、軸方向歪が−6%(圧縮歪)〜6%(引張歪)の範囲であれば、座屈あるいは破断する惧れが小さいことを、知見している。
このようなことから、本発明者らは、複数本の電縫鋼管を用いて、管長手方向端部同士を順次円周溶接して、長尺の鋼管とするに当り、電縫鋼管のシーム位置に、それに隣り合う電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対するように、隣り合う電縫鋼管の管長手方向端部同士を突き合わせて円周溶接を行うことにより、リール巻付け時のIntrados軸方向歪(圧縮歪)あるいはExtrados軸方向歪(引張歪)が低下し、座屈あるいは破断のおそれがなくなり、リール巻付け時の耐座屈性(耐破断性)が顕著に向上すること、を知見した。
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
[1] 複数本の電縫鋼管が管長手方向に円周溶接部を介して接合されてなるリール工法用長尺鋼管であって、前記複数本の電縫鋼管のうち隣り合う一方の電縫鋼管のシーム位置を管断面0時の位置として、隣り合う他方の電縫鋼管の管断面が管軸周りに12等分されてそれぞれを時計回りに順に管断面0時から11時の各位置とし、前記複数本の電縫鋼管のうち隣り合う一方の電縫鋼管の管断面0時の位置に、前記隣り合う他方の電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対して接合されてなることを特徴とする、リール工法用長尺鋼管。
[2] 複数本の電縫鋼管が管長手方向に円周溶接部を介して接合されてなるリール工法用長尺鋼管であって、前記複数本の電縫鋼管のうち隣り合う一方の電縫鋼管のシーム位置を管断面0時の位置として、隣り合う他方の電縫鋼管の管断面が管軸周りに12等分されてそれぞれを時計回りに順に管断面0時から11時の各位置とし、前記複数本の電縫鋼管のうち隣り合う一方の電縫鋼管の管断面6時の位置に、前記隣り合う他方の電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対して接合されてなることを特徴とする、リール工法用長尺鋼管。
[3] 隣り合う一方の電縫鋼管の引張強さが413MPa〜850MPaであり、隣り合う他方の電縫鋼管の引張強さが413MPa〜787MPaである、[1]又は[2]に記載のリール工法用長尺鋼管。
[4] 前記隣り合う他方の電縫鋼管を、前記隣り合う一方の電縫鋼管に比べ、管断面3時の位置で比較して、引張強さが30MPa以上高い電縫鋼管とすることを特徴とする、[3]に記載のリール工法用長尺鋼管。
[5] 長尺の鋼管とする請求項1に記載のリール工法用長尺鋼管の製造方法であって、複数本の電縫鋼管の管長手方向端部同士を順次、突き合わせ円周溶接により接合し、前記電縫鋼管のシーム位置を管断面0時の位置とし、管断面を管軸周りに12等分してそれぞれを時計回りに順に管断面0時から管断面11時の各位置とし、前記突き合わせ円周溶接時に隣り合う一方の電縫鋼管の管断面0時の位置に、隣り合う他方の電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対するように、隣り合う電縫鋼管の管長手方向端部同士を突き合わせて、前記接合を行うこと、を特徴とするリール工法用長尺鋼管の製造方法。
[6] 長尺の鋼管とする請求項2に記載のリール工法用長尺鋼管の製造方法であって、複数本の電縫鋼管の管長手方向端部同士を順次、突き合わせ円周溶接により接合し、前記電縫鋼管のシーム位置を管断面0時の位置とし、管断面を管軸周りに12等分してそれぞれを時計回りに順に管断面0時から管断面11時の各位置とし、前記突き合わせ円周溶接時に隣り合う一方の電縫鋼管の管断面6時の位置に、隣り合う他方の電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対するように、隣り合う電縫鋼管の管長手方向端部同士を突き合わせて、前記接合を行うこと、を特徴とするリール工法用長尺鋼管の製造方法。
[7] 隣り合う一方の電縫鋼管の引張強さを413MPa〜850MPaとし、隣り合う他方の電縫鋼管の引張強さを413MPa〜787MPaとする、請求項5又6に記載のリール工法用長尺鋼管の製造方法。
[8] 前記隣り合う他方の電縫鋼管を、前記隣り合う一方の鋼管に比べ、管断面3時の位置で比較して、引張強さが30MPa以上高い電縫鋼管とすることを特徴とする[7]に記載のリール工法用長尺鋼管の製造方法。
本発明によれば、特別な設備を必要とすることもなく、また特別な熱処理を施すこともなく、電縫鋼管製の、耐座屈性に優れたリール工法用長尺鋼管を容易に製造でき、産業上格段な効果を奏する。特に、本発明によれば、電縫鋼管の高Y/Tで低uElとなる位置(管断面0時(シーム部)の位置、管断面6時の位置)が、リール巻付け時にリール巻付け内側(Intrados)またはリール巻付け外側(Extrados)に位置しても、発生する軸方向歪が小さく、座屈や、破断を生じる惧れが小さくなる、という顕著な効果を奏する。
図1は、パイプ(管)断面の円周方向各位置を定義する説明図である。 図2Aは、リール巻付け時に長尺鋼管に発生する歪を解析する解析モデルの説明図である。 図2Bは、リール巻付け時に長尺鋼管に発生する歪を解析する解析モデルの説明図である。 図3Aは、解析に使用した公称応力−公称歪曲線を示すグラフである。 図3Bは、解析に使用した公称応力−公称歪曲線を示すグラフである。 図4Aは、リール巻付け時に長尺鋼管に発生するIntrados軸方向歪の分布状況を示すグラフである(Case 1〜Case 3)。 図4Bは、リール巻付け時に長尺鋼管に発生するExtrados軸方向歪軸方向歪の分布状況を示すグラフである(Case 1〜Case 3)。 図4Cは、リール巻取り時に長尺鋼管に発生する真円度の分布状況を示すグラフである(Case 1〜Case 3)。 図5Aは、リール巻付け時に長尺鋼管に発生するIntrados軸方向歪の分布状況を示すグラフである(Case 4〜Case 6)。 図5Bは、リール巻付け時に長尺鋼管に発生するExtrados軸方向歪軸方向歪の分布状況を示すグラフである(Case 4〜Case 6)。 図5Cは、リール巻取り時に長尺鋼管に発生する真円度の分布状況を示すグラフである(Case 4〜Case 6)。 図6Aは、リール巻付け時に長尺鋼管に発生するIntrados軸方向歪の分布状況を示すグラフである(Case 7〜Case 9)。 図6Bは、リール巻付け時に長尺鋼管に発生するExtrados軸方向歪軸方向歪の分布状況を示すグラフである(Case 7〜Case 9)。 図6Cは、リール巻取り時に長尺鋼管に発生する真円度の分布状況を示すグラフである(Case 7〜Case 9)。 図7Aは、リール巻付け時に長尺鋼管に発生するIntrados軸方向歪の分布状況を示すグラフである(Case 2の場合)。 図7Bは、リール巻付け時に長尺鋼管に発生するExtrados軸方向歪軸方向歪の分布状況を示すグラフである(Case 2の場合)。 図8Aは、リール巻付け時に長尺鋼管に発生するIntrados軸方向歪の分布状況を示すグラフである(Case 9の場合)。 図8Bは、リール巻付け時に長尺鋼管に発生するExtrados軸方向歪の分布状況を示すグラフである(Case 9の場合)。
本発明では、図1に示すように、管断面における位置について、電縫鋼管のシーム位置を管断面0時の位置として、管断面を管軸周りに12等分して、それぞれを時計回りに、管断面0時の位置(シーム)から管断面11時の位置と表示する。
本発明の長尺鋼管は、リール工法用で、複数本の電縫鋼管を管長手方向に順次、円周溶接部を介して接合してなる電縫鋼管製の長尺の鋼管であり、電縫鋼管の管長手方向端部同士を突き合わせ、順次、円周溶接により円周溶接部を形成して接合される。
本発明で使用する電縫鋼管としては、管の造管方法(製造方法)に依存して、例えば、後述するような、円周方向各位置での管長手方向の引張特性を有する電縫鋼管を想定している。すなわち、管断面0時(シーム部)の位置および管断面6時の位置では、熱処理(塗装加熱)後で、降伏比(Y/T)が0.98と高く、一様伸びuElが約2%と低い、高Y/Tで低uElの引張特性を示し、一方、管断面2時の位置から管断面4時の位置の各位置ではいずれも、Y/Tが0.82〜0.83と低く、uElが11%を超えて高く、低Y/Tで高uElの引張特性を示す。また、管断面8時の位置から管断面10時の位置の各位置でも同様に、低Y/Tで高uElの引張特性を示す。なお、管断面1時、5時、7時、11時の各位置では、隣り合う各位置の遷移領域となっている。
このような電縫鋼管を接合して製造された長尺鋼管をリールに巻き付けて巻取る際に、リール巻付け内側(Intrados)に長尺鋼管のシームが位置する場合には、シーム部が高Y/Tで低uElの引張特性を有するため、とくに、隣り合う電縫鋼管のシーム位置同士が相対して接合されている場合に、鋼管に局所的な座屈が発生することが懸念される。なお、この場合、リール巻付け外側(Extrados)には長尺鋼管の管断面6時の位置が位置することになるが、管断面6時の位置も高Y/Tで低uElの引張特性を有するため、鋼管に局所的な破断が発生することが懸念される。
そこで、本発明の長尺鋼管では、電縫鋼管を管長手方向に順次接合する際に、管長手方向に隣り合う一方の電縫鋼管の管断面0時の位置(シーム)に、隣り合う他方の電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対するように順次突き合わせる。
本発明では、隣り合う電縫鋼管11、12の管長手方向端部同士を突き合わせて接合するに際し、電縫鋼管11の、高Y/T、低uElの領域である管断面0時の位置に、隣り合う電縫鋼管12の、低Y/T、高uElの領域である管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対するように管長手方向端部同士を突き合わせて、円周溶接により円周溶接部を形成して接合する。これにより、電縫鋼管11の管断面0時の位置(シーム)が、リール巻付け時にリール巻付け内側(Intrados)、またリール巻付け外側(Extrados)となっても、座屈、破断が発生するような大きな軸方向歪の発生は認められず、耐座屈性に優れた長尺鋼管1となる。電縫鋼管11の管断面0時の位置(シーム)が、リール巻付け時にリール巻付け内側(Intrados)、またリール巻付け外側(Extrados)となっても、固定端側円周溶接部近傍の電縫鋼管11に発生するIntrados軸方向歪(圧縮歪)の下限値が−6.00%以下であり、Extrados軸方向歪(引張歪)の上限値が6.00%以下である。
耐座屈性は、Intrados軸方向歪(圧縮歪)が、?6.00以上?1.00%以下であることが好ましく、?5.00%以上?1.00%以下であることがより好ましく、?4.00%以上?1.00%以下であることが更に好ましい。Intrados軸方向歪(圧縮歪)が、?6.00以上?1.00%以下であると、耐座屈性に優れ、リール曲げ特性に優れた鋼管であるという格別な効果を発揮する。
また、Extrados軸方向歪(引張歪)が、1.00%以上6.00%以下であることが好ましく、1.00%以上5.00%以下であることがより好ましく、1.00%以上4.00%以下であることが更に好ましい。
Extrados軸方向歪(引張歪)が、1.00%以上6.00%以下であると、耐座屈性に優れ、リール曲げ特性に優れた鋼管であるという格別な効果を発揮する。
上記した長尺鋼管の例として、表3に示すCase 9が例示できる。
Case 9は、管長手方向端部同士を接合する際に、uEl:2.00%、YS:505MPa、TS:510MPa、Y/T:0.989である高Y/Tで低uElの引張特性を有する電縫鋼管11の管断面0時の位置(シーム)に、隣り合う電縫鋼管12の管断面3時の位置を相対するように突き合わせて、円周溶接により接合し長尺鋼管1とした例である。電縫鋼管12の管断面3時の位置は、uEl:10.04%、YS:481MPa、TS:585MPa、Y/T:0.822である低Y/Tで高uElの引張特性を有する。
Case 9の例では、高Y/Tで低uElである引張特性を有する、電縫鋼管11の管断面0時の位置(シーム)が、リール巻付け時にリール巻付け内側(Intrados)、またリール巻付け外側(Extrados)となっても、固定端側円周溶接部近傍の電縫鋼管11に発生する軸方向の歪は、図8に示すように、Intrados軸方向歪で−3%程度、Extrados軸方向歪で3%程度と、大きな軸方向歪の発生は認められず、座屈、破断のおそれはなくなり、耐座屈性に優れた長尺鋼管となる。
また、本発明では、電縫鋼管11のシーム部が、1.00となるように設定した高Y/Tでかつ一様伸びuElが0.25%と極端に小さい、高Y/Tでかつ低uElの引張特性を有すると想定した場合でも、シーム位置(管断面0時の位置)に相対するように、隣り合う電縫鋼管12の、低Y/T、高uEl領域である管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲を突き合わせて、円周溶接で接合する。これにより、電縫鋼管11のシーム部が、リール巻付け時にリール巻付け内側(Intrados)、またリール巻付け外側(Extrados)となっても、固定端側円周溶接部近傍の電縫鋼管11に発生する軸方向の歪は、座屈、破断のおそれがない程度に小さくすることができる。
上記した長尺鋼管の例として、表3に示すCase 8が例示できる。Case 8は、管長手方向端部同士を接合する際に、uEl:0.25%、YS:510MPa、TS:510MPa、Y/T:1.000である、とくに高Y/Tで低uElの引張特性を有する電縫鋼管11の管断面0時の位置(シーム)に、uEl:10.04%、YS:481MPa、TS:585MPa、Y/T:0.822である低Y/Tで高uElの引張特性を有する、隣り合う電縫鋼管12の管断面3時の位置が相対するように突き合わせ、円周溶接で接合し長尺鋼管1とした例である。Case 8の例では、特に高Y/Tで低uElである引張特性を有する、電縫鋼管11の管断面0時の位置(シーム)が、リール巻付け時にリール巻付け内側(Intrados)、またリール巻付け外側(Extrados)となっても、固定端側円周溶接部近傍の電縫鋼管11に発生する軸方向の歪は、図6A〜Cに示すように、Intrados軸方向歪で−3%程度、Extrados軸方向歪で3%程度と、大きな軸方向歪の発生は認められず、座屈、破断のおそれはなくなり、耐座屈性に優れた長尺鋼管となる。
なお、本発明の長尺鋼管では、高Y/T、低uEl領域である管断面6時の位置に相対するように、低Y/T、高uEl領域である管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲を突き合わせて、円周溶接で円周溶接部を形成し接合してもよい。これにより、鋼管の管断面6時の位置が、リール巻付け時にリール巻付け内側(Intrados)、またリール巻付け外側(Extrados)となっても、大きな軸方向歪の発生は認められず、座屈、破断のおそれはなくなる。
本発明の長尺鋼管では、使用する複数本の電縫鋼管の特性、外径、肉厚等については、とくに規定されないが、敷設するパイプラインの環境に適合した強度・靭性を有する、常用の電縫鋼管がいずれも適用できることは言うまでもない。
本発明の長尺鋼管の材質は、質量%で、C:0.01%〜1.00%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材であるが、それに限定されるものではない。
なお、本発明の長尺鋼管では、隣り合う電縫鋼管同士の強度については、とくに限定する必要がないが、隣り合う電縫鋼管で強度に差がある場合には、低い強度を有する電縫鋼管11のシーム位置が、リール巻付け時にリール巻付け内側(Intrados)、またリール巻付け外側(Extrados)となると、固定端側円周溶接部近傍の電縫鋼管11に発生する軸方向の歪が大きくなるリスクがある。そのため、隣り合う電縫鋼管で強度に差がある場合にはとくに、低い強度を有する電縫鋼管11のシーム位置に、高い強度を有する電縫鋼管12の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対するように、管長手方向端部同士を突き合わせて、接合することが重要になる。
上記した図4〜図6に示した例では、強度が低い電縫鋼管(ウィークパイプ;weak pipe)11と強度が高い電縫鋼管(ストロングパイプ;strong pipe)12との強度差(管断面3時の位置の引張強さTS)は75MPaであった。なお、同様の解析を、強度差(管断面3時の位置の引張強さTS)が30MPaある場合についても行ったが、同様の結果を得ている。例えば、YS510MPa−uEl 0.27%−Y/T 1.000−TS510MPaの高Y/Tで低uElである引張特性を有する領域(シーム位置)とYS540MPa−uEl 0.28%−Y/T 1.000−TS540MPaの高Y/Tで低uElである引張特性を有する領域(シーム位置)とが相対するように管長手方向端部同士を突き合わせて接合した長尺鋼管では、長尺鋼管をリールに巻付けた場合に、固定端側周溶接近傍の強度が低い電縫鋼管(ウィークパイプ;weak pipe)で発生するIntrados軸方向ひずみが約−10%を示し、座屈が発生する惧れがあることを確認している。
このようなことから、強度差が30MPa以上ある電縫鋼管を、円周溶接で接合して長尺の鋼管とする場合にはとくに、隣り合う電縫鋼管のシーム位置同士が相対しないように、管長手方向端部同士を突き合わせて接合することが肝要となる。すなわち、強度が低い電縫鋼管(ウィークパイプ;weak pipe)11のシーム位置に、強度が高い電縫鋼管(ストロングパイプ;strong pipe)12の管断面2時の位置から管断面4時の位置を相対するように、管長手方向端部同士を突き合わせて接合した長尺鋼管とすることが肝要となる。
尚、強度差が30〜100MPaが好ましく、30〜95MPaがより好ましく、30〜90MPaが更に好ましい。強度差が30〜100MPaであると、リール曲げ特性に優れた鋼管という効果を発揮する。
尚、本発明のストロングパイプの引張特性(造管まま)における、降伏強さ(YS)は、289MPa〜725MPaが好ましく、289MPa〜705MPaがより好ましく、289MPa〜691MPaが更に好ましい。降伏強さ(YS)が、289MPa〜725MPaであると、リール曲げ特性に優れた鋼管という格別な効果を発揮する。
そして、引張強さ(TS)は、413MPa〜850MPaが好ましく、413MPa〜825MPaがより好ましく、413MPa〜810MPaが更に好ましい。引張強さ(TS)が、413MPa〜850MPaの範囲であると、リール曲げ特性に優れた鋼管という格別な効果を発揮する。
また、uEL(%)は、0.29%〜15.2%が好ましく、0.29%〜13.2%がより好ましく、0.29%〜12.1%が更に好ましい。uEL(%)が、0.29%〜15.2%の範囲であると、リール曲げ特性に優れた鋼管という格別な効果を発揮する。
降伏比(Y/T)は、0.822〜1.000が好ましく、0.822〜0.988がより好ましく、0.822〜0.883が更に好ましい。降伏比(Y/T)が、0.822〜1.000の範囲であると、リール曲げ特性に優れた鋼管という格別な効果を発揮する。
尚、本発明のウィークパイプの引張特性(造管まま)における、降伏強さ(YS)は、289MPa〜778MPaが好ましく、289MPa〜721MPaがより好ましく、289MPa〜681MPaが更に好ましい。降伏強さ(YS)が、289MPa〜778MPaであると、リール曲げ特性に優れた鋼管という格別な効果を発揮する。
そして、引張強さ(TS)は、413MPa〜787MPaが好ましく、413MPa〜781MPaがより好ましく、413MPa〜756MPaが更に好ましい。引張強さ(TS)が、413MPa〜787MPaの範囲であると、リール曲げ特性に優れた鋼管という格別な効果を発揮する。
また、uEL(%)は、0.25%〜12.6%が好ましく、0.25%〜11.7%がより好ましく、0.25%〜11.5%が更に好ましい。uEL(%)が、0.25%〜12.6%の範囲であると、リール曲げ特性に優れた鋼管という格別な効果を発揮する。
降伏比(Y/T)は、0.82〜1.000が好ましく、0.82〜0.998がより好ましく、0.82〜0.995が更に好ましい。降伏比(Y/T)が、0.82〜1.000の範囲であると、リール曲げ特性に優れた鋼管という格別な効果を発揮する。
本発明の電縫鋼管は、複数本の電縫鋼管を管長手方向に順次、円周溶接部を介して接合してなる長尺の鋼管である。本発明長尺鋼管の好ましい製造方法について説明する。
まず、目的とする長尺鋼管の必要長さに応じて、同一寸法の電縫鋼管を複数本用意する。そして、用意した複数本の電縫鋼管を管長手方向に順次、管長手方向端部同士を突き合わせる。そして、電縫鋼管の管長手方向端部同士を突き合わせるに際しては、隣り合う一方の電縫鋼管の管断面0時の位置に、隣り合う他方の電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置または管断面8時の位置から管断面10時の位置が相対するように、突き合わせる。突き合わせたのち、円周溶接により円周溶接部を形成して接合する。なお、使用する円周溶接方法は、特に限定されないが、手溶接、MAG溶接、サブマージアーク溶接等の常用の溶接方法がいずれも適用できる。
このような突き合わせや接合を繰返し行い、複数本の電縫鋼管からなる所望の長さの長尺鋼管とする。なお、複数本の電縫鋼管に強度差が認められる場合には、強度の低い鋼管を挟むように、強度の高い鋼管を突き合わせて接合する。
これにより、長尺鋼管をリールに巻き付けた際に、管断面0時の位置(または管断面6時の位置)が、リール巻付け内側(Intrados)、またリール巻付け外側(Extrados)となったとしても、発生する軸方向歪は、局所的な座屈、破断を発生させるに十分な、軸方向歪量に到達することはない。
以下、さらに実施例に基づき、さらに本発明について説明する。
(電縫鋼管の管断面の各位置の引張特性)
表4に示す寸法(サイズ)の電縫鋼管(造管まま)を用意し、これら鋼管に、塗装加熱を模した熱処理(250℃×1hr)を施した。なお、同一寸法で、熱処理後の引張強さが異なる鋼管が得られるように、電縫鋼管を選択した。
そして、予め、図1に示す管断面の各位置(シーム位置:0時)から、管長手方向が引張方向となるように引張試験片(全厚、GL:50.8mm)を採取し、引張試験を実施し、電縫鋼管の管断面の各位置の引張特性を求めた。表4に、得られた管断面各位置の引張特性(降伏強さYS(0.5%耐力)、引張強さTS、均一伸びuEl、降伏比Y/T)を併記して示す。
Figure 0006662505
そして、図2Aに示すように、6500mm長さの電縫鋼管11の管長手方向の両端部に、2500mm長さの電縫鋼管12の管長手方向端部をそれぞれ、突き合わせ円周溶接により接合して、長尺鋼管1を作製した。円周溶接は、MAG溶接法を用いた。なお、2500mm長さの電縫鋼管12は、6500mm長さの電縫鋼管11に比べ、強度が高い鋼管(ストロングパイプ)を配置した。6500mm長さの電縫鋼管11はウィークパイプと称する。なお、管長手方向端部同士を突き合わせるに際して、表4に示すように、電縫鋼管(ウィークパイプ)11のシーム位置(管断面0時の位置)または管断面6時の位置に、電縫鋼管(ストロングパイプ)12の管断面の各位置が相対するように、突き合わせた。
得られた長尺鋼管1を、図2Aに示すように、荷重を負荷し、リーリングフォーマー(半径:8250mm)2に巻き付け、図2Bに示すような最終位置まで巻き付けることを想定した。そしてその際に、長尺鋼管1の巻付け内側(Intrados)に発生する管長手方向(軸方向)の歪を、有限要素法を用いて解析した。なお、解析にあたっては、電縫鋼管11(ウィークパイプ)の0時の位置(シーム)または管断面6時の位置が巻付け内側(Intrados)となるようにした。また、有限要素法による解析を行うにあたり、使用した電縫鋼管11、12の管断面の各位置の引張特性は、塗装加熱を模した熱処理(250℃×1h)を施したのちの、表4に示す、uEl、YS、TS、Y/Tで代表される公称応力−公称歪曲線を用いた。なお、公称応力−公称歪曲線は、Swiftの式を用いて作成した。また、円周溶接部の公称応力−公称歪曲線は、電縫鋼管12のそれに対してオーバーマッチングとなるように設定した。
得られた結果を表5に示す。
Figure 0006662505
本発明例(試験鋼管No.1〜No.20)は、高Y/Tで低uElの引張特性を有する鋼管(ウィークパイプ)11のシーム位置(管断面0時の位置)または管断面6時の位置に、低Y/Tで高uElの引張特性を有する鋼管(ストロングパイプ)12の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲のいずれかの位置が、相対するように管長手方向の端面同士を突き合わせて円周溶接して接合した場合(長尺鋼管)である。
一方、比較例(試験鋼管No.21〜No.30)は、高Y/Tで低uElの引張特性を有する鋼管(ウィークパイプ)11のシーム位置(管断面0時の位置)に、高Y/Tで低uElの引張特性を有する鋼管(ストロングパイプ)12の管断面0時、1時、5時、7時、11時の位置のいずれかが、相対するように管長手方向の端面同士を突き合わせて円周溶接して接合した場合(長尺鋼管)である。
本発明例ではいずれも、鋼管11の固定端側円周溶接部近傍に発生する軸方向の歪(Intrados軸方向歪)は、−1.62%(試験鋼管No.4)〜−3.33%(試験鋼管No.19)であり、いずれの場合も、座屈の発生が懸念される領域の圧縮軸方向ひずみ(Intrados軸方向歪)が−6%に達しておらず、本発明例は耐座屈性に優れた長尺鋼管であるといえる。
一方、本発明範囲を外れる比較例(試験鋼管No.21〜No.30)では、固定端側円周溶接部近傍の鋼管11に発生する圧縮軸方向ひずみ(Intrados軸方向歪)は、−9.22(試験鋼管No.25)〜−10.90(試験鋼管No.22)であり、圧縮歪で−6%を超えて座屈の発生が懸念される。本発明の範囲を外れる比較例は、耐座屈性に優れた長尺鋼管であるとはいえない。
本発明によれば、特別な設備を必要とすることもなく、また特別な熱処理を施すこともなく、電縫鋼管製の、耐座屈性に優れたリール工法用長尺鋼管を容易に製造でき、特に、電縫鋼管の高Y/Tで低uElとなる位置(管断面0時(シーム部)の位置、管断面6時の位置)が、リール巻付け時にリール巻付け内側(Intrados)またはリール巻付け外側(Extrados)に位置しても、発生する軸方向歪が小さく、座屈や、破断を生じる惧れが低下するリール工法用長尺鋼管及びその製造方法を提供することが可能である。
1 長尺鋼管
2 リーリングフォーマー(リール)
11 鋼管(ウィークパイプ)
12 鋼管(ストロングパイプ)

Claims (8)

  1. 複数本の電縫鋼管が管長手方向に円周溶接部を介して接合されてなるリール工法用長尺鋼管であって、前記複数本の電縫鋼管のうち隣り合う一方の電縫鋼管のシーム位置を管断面0時の位置として、隣り合う他方の電縫鋼管の管断面が管軸周りに12等分されてそれぞれを時計回りに順に管断面0時から11時の各位置とし、前記複数本の電縫鋼管のうち隣り合う一方の電縫鋼管の管断面0時の位置に、前記隣り合う他方の電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対して接合されてなることを特徴とする、リール工法用長尺鋼管。
  2. 複数本の電縫鋼管が管長手方向に円周溶接部を介して接合されてなるリール工法用長尺鋼管であって、前記複数本の電縫鋼管のうち隣り合う一方の電縫鋼管のシーム位置を管断面0時の位置として、隣り合う他方の電縫鋼管の管断面が管軸周りに12等分されてそれぞれを時計回りに順に管断面0時から11時の各位置とし、前記複数本の電縫鋼管のうち隣り合う一方の電縫鋼管の管断面6時の位置に、前記隣り合う他方の電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対して接合されてなることを特徴とする、リール工法用長尺鋼管。
  3. 隣り合う一方の電縫鋼管の引張強さが413MPa〜850MPaであり、隣り合う他方の電縫鋼管の引張強さが413MPa〜787MPaである、請求項1又は2に記載のリール工法用長尺鋼管。
  4. 前記隣り合う他方の電縫鋼管を、前記隣り合う一方の電縫鋼管に比べ、管断面3時の位置で比較して、引張強さが30MPa以上高い電縫鋼管とすることを特徴とする、請求項3に記載のリール工法用長尺鋼管。
  5. 長尺の鋼管とする請求項1に記載のリール工法用長尺鋼管の製造方法であって、
    複数本の電縫鋼管の管長手方向端部同士を順次、突き合わせ円周溶接により接合し、
    前記電縫鋼管のシーム位置を管断面0時の位置とし、
    管断面を管軸周りに12等分してそれぞれを時計回りに順に管断面0時から管断面11時の各位置とし、
    前記突き合わせ円周溶接時に隣り合う一方の電縫鋼管の管断面0時の位置に、隣り合う他方の電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対するように、隣り合う電縫鋼管の管長手方向端部同士を突き合わせて、前記接合を行うこと、を特徴とするリール工法用長尺鋼管の製造方法。
  6. 長尺の鋼管とする請求項2に記載のリール工法用長尺鋼管の製造方法であって、
    複数本の電縫鋼管の管長手方向端部同士を順次、突き合わせ円周溶接により接合し、
    前記電縫鋼管のシーム位置を管断面0時の位置とし、
    管断面を管軸周りに12等分してそれぞれを時計回りに順に管断面0時から管断面11時の各位置とし、
    前記突き合わせ円周溶接時に隣り合う一方の電縫鋼管の管断面6時の位置に、隣り合う他方の電縫鋼管の管断面2時の位置から管断面4時の位置の範囲または管断面8時の位置から管断面10時の位置の範囲が相対するように、隣り合う電縫鋼管の管長手方向端部同士を突き合わせて、前記接合を行うこと、を特徴とするリール工法用長尺鋼管の製造方法。
  7. 隣り合う一方の電縫鋼管の引張強さを413MPa〜850MPaとし、隣り合う他方の電縫鋼管の引張強さを413MPa〜787MPaとする、請求項5又6に記載のリール工法用長尺鋼管の製造方法。
  8. 前記隣り合う他方の電縫鋼管を、前記隣り合う一方の鋼管に比べ、管断面3時の位置で比較して、引張強さが30MPa以上高い電縫鋼管とすることを特徴とする請求項7に記載のリール工法用長尺鋼管の製造方法。
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