JPH0949025A - 耐コラプス性に優れたｕｏｅ鋼管の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＵＯＥ鋼管に拡管工程を行いながら経済的、
技術的にも適用可能なコラプス強度の向上技術を開発す
る。 【構成】 ＵＯＥ鋼管の拡管工程において通電加熱方式
により鋼材を150 ℃〜Ac₁ 点の温度範囲に加熱し、全厚
を通じて所望温度に達したことを確認してから、塑性変
形させそのまま５分以上保持し、温度を常温まで降下さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＵＯＥ鋼管の製造法、
特に耐コラプス性を改善したＵＯＥ鋼管の製造法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油資源の枯渇化に伴い、油井は
ますます辺境地に求められる傾向にある。最近では、海
底油田も深海化し、輸送パイプラインが深海ルートを採
ることも増えてきている。海底油田採掘基地 (TLP)や輸
送用パイプラインにはＵＯＥ鋼管が盛んに利用されてい
るが、上述のような近年の傾向から過酷な水圧によるコ
ラプス( 圧潰破壊) の発生が危惧されている。特に、パ
イプラインにおいては、パイプ敷設時には曲げや引張応
力が同時に負荷されておりコラプスが発生しやすい状況
になっている。

【０００３】コラプスが発生すると大変形部分から亀裂
が発生し、例えば海水がパイプ内に流入して敷設船を沈
没せしめるといった被害も予想されることから、このよ
うな箇所には、高いコラプス強度、つまり圧潰破壊に対
する十分な強さを確保した鋼管の利用が望まれている。

【０００４】従来、鋼管のコラプス現象に関する研究は
ケーシングとして使用される油井用継目無鋼管および電
縫管を対象に主になされてきた。したがって、これまで
の油井用鋼管に対するコラプス強度向上に寄与する製管
技術は、(1) 単純に耐力を高くとる方法、(2) 冷間縮管
による加工硬化を利用する方法、(3) 応力除去焼鈍(SR)
による方法、に大別される。

【０００５】例えば、特開昭53−60312 号公報が開示す
るのは、油井用鋼管に対して製管後応力除去焼鈍処理を
施すことによってコラプス強度を向上せしめる技術であ
る。なお、その他、特開昭56−93853 号公報および特開
昭58−77550 号公報には管内周面に引張応力を、外面に
圧縮応力を残留させることでコラプス強度を改善する技
術が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＵＯＥ
鋼管に関するコラプス強度向上技術はあまり開発されて
いないのが現状である。

【０００７】一般に、ＵＯＥ鋼管では冷間塑性加工後、
溶接を行い、さらに真円性を確保するために拡管を施し
ている。ところが、拡管によってパイプには周方向に引
張の塑性ひずみが導入されており、高水圧等外圧負荷
時、いわゆるバウシンガー効果により材料は低応力レベ
ルで降伏し早期にコラプスする結果となる。しかし、Ｕ
ＯＥ鋼管の場合、拡管を省略して真円度を無視したパイ
プは逆に甚大なコラプス強度低下を引き起こし、また、
パイプ同志でいわゆる目違い (パイプ穴径中心の不一
致) も生じることから現場周溶接施工上の問題も生じる
ため、拡管工程は不可欠といえる。

【０００８】また真円度向上のために冷間加工を行う
が、そのときに拡管の代わりに縮管を用いれば材料の加
工硬化現象によりコラプス強度の向上が期待できるが、
ＵＯＥ鋼管のような大形鋼管を縮管するにはかなり大形
の設備を必要とし設備コストの問題上実現可能とは言え
ない。

【０００９】つまり、現在解決すべき課題は、拡管工程
を残したままコラプス強度を向上させることにある。こ
の課題に対して従来の継目無鋼管・電縫管に効果のあっ
た応力除去焼鈍処理を施すことを考えるに至ったが、大
径長尺のＵＯＥ鋼管に対しては経済的観点から非現実的
に過ぎる。

【００１０】ここに、本発明の目的は、ＵＯＥ鋼管に対
して経済的にもまた技術的にも適用可能なコラプス強度
の向上技術を開発することである。より具体的には、Ｕ
ＯＥ鋼管の拡管加工を行いながら、なおかつコラプス強
度の向上を図ることのできる技術を開発することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために本発明者らは、種々検討を重ね、鋼材を150〜A
c₁ 点の温間領域で拡管加工を行うことに着目し、その
ための加熱手段として通電加熱を採用することで上述の
目的が達成されることを知り、本発明を完成した。

【００１２】ここに、本発明は、Ｕ、Ｏ、Ｅプレスによ
る成形、溶接、そして拡管の各工程から成るＵＯＥ鋼管
の製造法において、拡管工程として通電加熱方式により
鋼材を150 ℃〜Ac₁ 点の温度範囲に加熱し、次いで塑性
変形後そのまま５分以上保持してから温度を常温まで降
下させることを特徴とする耐コラプス性に優れたＵＯＥ
鋼管の製造法である。

【００１３】

【作用】次に、本発明による作用についてさらに具体的
に説明する。図１は本発明にかかるＵＯＥ鋼管の製造方
法の工程図であり、通常10〜40mm程度の厚板をＣ、Ｕ、
Ｏプレスを順次経て管体に成形され、次いでその突合わ
せ面を溶接して製管する。その後、真円度を確保するた
めに、拡管工程に送られるが、本発明の場合には通電加
熱により昇温後温間加工を施すことでこの拡管が行われ
る。拡管加工の操作それ自体は従来のそれをそのまま繰
り返せばよい。このようにして拡管されてから各種検査
を経て出荷する。

【００１４】ここに、本発明では拡管時に通電加熱によ
り鋼材を150 ℃〜Ac₁ 点の温度に加熱し、次いで全厚を
通じて所望温度に達したことを確認してから温間加工に
よる塑性加工を行って拡管を施すことにより、従来のＵ
ＯＥ鋼管と比較して高いコラプス強度を確保するのであ
る。

【００１５】通電加熱方式を採用したのは、加熱方法を
誘導加熱方式にするとコイルなど設備上の問題から逆に
コスト高になるほか、昇温ムラも懸念されるためであ
る。本発明において、通電加熱に際して鋼管全体の昇温
ムラを回避し、また短時間で所定温度に昇温させるため
に、両管端の全周にリング状の電極を取り付けて通電す
るのが好ましい。なお、電極の先端はクリップ状に加工
しパイプに取り付け易くする。

【００１６】また、鋼材の加熱温度を150 ℃〜Ac₁ に限
定した理由は、加熱温度が150 ℃未満であると転位を分
散させるだけの熱的エネルギーに足りておらず、Ac₁ 点
超であると材料が変態による軟化を起こしコラプス圧は
低下するからである。好ましくは350 ℃以上、550 ℃以
下である。このような程度に加熱するには上述のような
通電態様ではパイプ１本当たり5000〜8000アンペア (Ａ
／パイプ) の電気量を鋼管に流がせば十分である。

【００１７】図２は、後述の実施例において得られた加
熱温度とコラプス圧との関係を示すグラフであり、加熱
温度が150 〜710 ℃の範囲でコラプス圧が最大値をとる
ことが分かる。本発明による製管法によればコラプス現
象に対して下記のような作用が発揮される。

【００１８】(1) 耐力の向上 (バウシンガー効果除去) 一般に耐力はコラプス強度に大きな影響を及ぼし、つま
り耐力が高いほどコラプス強度は高いという傾向にあ
る。従来の拡管の方法は材料に引張の塑性ひずみを冷間
で導入することにより成形しているので、外圧つまり材
料の圧縮方向の負荷に対して、バウシンガー効果を示
し、Ｓ−Ｓカーブは弾性域と塑性域の曖昧なまた、変形
抵抗の乏しい丸みを帯びたものとなり、結果として耐力
の低下につながっている。

【００１９】この点、本発明によれば、温度上昇に伴う
熱振動により、導入された塑性ひずみによる一方向に偏
集した転位群が除去・分散され、結果としてＳ−Ｓカー
ブは高降伏点を示すものとなる。かくして、本発明によ
れば、コラプス強度に優れた鋼管が得られるのである。

【００２０】(2) 材料定数の周方向不均一の是正 コラプス現象は不安定の問題、つまり座屈に起因するも
のであり、コラプス強度は管体の等厚真円性からの形状
的不完全性に敏感であると同時に材料定数の不均一さも
コラプス強度劣化につながる。

【００２１】前述の図１にも示すようにＵＯＥ鋼管の製
造法におけるＣ、Ｕ、Ｏプレスは、鋼管の周方向の一部
分に曲げ・圧縮荷重を集中させ、鋼管の周方向に歪の不
均一さを残留させる工程である。

【００２２】さらに、拡管工程は微視的視点で見ると、
図３に模式的に示すように、白抜き矢印の方向に拡管加
工が行われると、管内壁10と拡管ダイス12の中央部との
接触点と端部との接触点ではそれぞれひずみの量に大き
な隔たりがある。図中、向かって右側に高ひずみ部とし
て両端部における接触点を示している。

【００２３】図４に外部歪の分布を示すように、従来の
拡管加工の結果としてＵＯＥのプレス工程を経て製管さ
れた鋼管には多大な材料特性のバラツキが残留してお
り、このバラツキはコラプス強度に対して悪影響を及ぼ
すと考えられる。

【００２４】しかしながら、後述する実施例で得られた
図５に示すように、本発明の温間加工により、(1) と同
様転位の除去・分散作用により、この拡管加工によるバ
ラツキは改善される。

【００２５】(3) 残留応力の効果 鋼管の内面側に引張残留応力を若干量残留させると、見
かけの耐力が残留応力の分だけ向上することによりコラ
プス強度を向上させることができる。

【００２６】したがって、本発明によれば温間加工後温
度降下時に材料の熱収縮により鋼管の内面側に引張の弾
性応力を残留させることができ、それによってコラプス
強度がさらに改善されるのである。

【００２７】大径、長尺の鋼管に対してＳＲ処理をする
ことは経済的に困難であるが、本発明の通電加熱方式
は、安価に実施することができるのであって、実用性、
経済性という点からも本発明の意義は大きい。

【００２８】

【実施例】表１に示す鋼組成のＸ70の鋼管 (外径914 m
m、肉厚33.8mm、長さ6000mm) について、図１に示す工
程図にしたがってＵＯＥ鋼管を製造した。両管にリング
状電極を設け通電量が5000〜8000Ａ／パイプの通電加熱
方式を採用した点を除いて製造条件は慣用のそれに準じ
て行った。

【００２９】通電加熱時の昇温条件を種々変えたときに
それぞれ得られるコラプス圧との関係を図２にグラフに
まとめて示す。

【００３０】拡管を500 ℃で温間加工を行ったとき、得
られたＵＯＥ拡管の0.2 ％YSの分布を図５にまとめて示
す。また、従来のＳＲ処理をそのままＵＯＥ鋼管に適用
したときと本発明とのコストおよびコラプス圧の比較を
グラフにまとめ図６に、そして誘導加熱と通電加熱の設
備費、ランニングコストの比較をSR処理でのそれらを１
として図７にそれぞれ示す。本発明によればコラプス圧
が大きく改善されるばかりでなく、大幅な低減が可能と
なるなど実用上も大きな利点がみられる。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】本発明によって深海ラインパイプおよび
テンドンパイプ向けに製造されるＵＯＥ鋼管に耐コラプ
ス性を安価に付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるＵＯＥ鋼管製造法の工程図であ
る。

【図２】実施例に示すパイプのコラプス圧と温間加工の
有無、昇温温度との関係を示すグラフである。

【図３】拡管工程におけるひずみの不均一さの生じる機
構の模式的説明図である。

【図４】拡管後の周方向ひずみ分布を示すグラフであ
る。

【図５】本発明により製造されるＵＯＥ鋼管に見られる
外部歪のバラツキを示すグラフである。

【図６】ＳＲ処理材とのコラプス圧の比較を示すグラフ
である。

【図７】ＳＲ処理を基準として通電加熱、誘導加熱の各
加熱方式をコスト面で比較したグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｕ、Ｏ、Ｅプレスによる成形、溶接、そ
   して拡管の各工程から成るＵＯＥ鋼管の製造法におい
   て、拡管工程として通電加熱方式により鋼材を150 ℃〜
   Ac₁ 点の温度範囲に加熱し、次いで塑性変形後そのまま
   ５分以上保持してから温度を常温まで降下させることを
   特徴とする耐コラプス性に優れたＵＯＥ鋼管の製造法。