JPWO2013094204A1 - 帯状金属板 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、本明細書では、2以上の管体を直列に接合したものを管と呼ぶ。
このような問題点に対する従来技術として、例えば特許文献1に記載の帯鋼がある。この特許文献1に記載の帯鋼は、長手方向の板厚が一定勾配で変化した帯鋼である。すなわち、長手方向一端部から他端部に向けて一定比率で徐々に板厚が薄くなる帯鋼が記載されている。
なお、長手方向で板厚が異なる鋼板としては、特許文献2に記載の鋼板もある。しかし、特許文献2に記載の鋼板は、コイル状に巻くことが無い厚板鋼板であって、コイルや帯鋼として使用される鋼板ではない。すなわち、本願発明が前提とする帯状金属板とは異なるものである。
また、上記鋼管は、接続部に段差が形成されず、長尺の鋼管の長手方向全体に亘って肉厚の変化の急峻部を無くすことは可能であるものの、同じ肉厚であっても接続部が構造的に強度が弱いことから、長尺の上記管に対し巻戻し・巻取り作業を繰り返し実施すると、接続部に段差が形成されている場合よりは長寿命ではあるが、やはり接続部からの割れが発生するといった課題があった。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、構造上最弱部となりやすい接合部に対する強度を確保しつつ、管の質量を軽減可能な管用の帯状金属板を提供することを目的としている。
[1]圧延で形成された帯状の圧延金属板であって、
長手方向両端部である先端部及び尾端部の板厚が、ともに長手方向両端部以外の中間部分の板厚に比べて厚い帯状金属板。
[2]前記帯状金属板は、長手方向両端部、その長手方向両端部の間に位置する長手方向中途部、及び長手方向の各端部と前記長手方向中途部とを接続する2つの傾斜部とから構成され、該2つの傾斜部は、長手方向端部から長手方向中途部に向けて板厚が連続的に単調減少する、[1]に記載した帯状金属板。
[3]前記帯状金属板の長手方向両端部を構成する2つの端部のうちの少なくとも一方の端部は、端面から前記接続する傾斜部に向けて板厚が連続的に単調減少し、該連続的に単調減少する長手方向に沿った変化率が前記傾斜部において板厚が単調減少する変化率よりも小さい、[2]に記載した帯状金属板。
[4]前記帯状金属板の長手方向に沿った板厚において、長手方向端部の最大板厚をA、長手方向中途部の最小板厚をBと定義したときに、((A−B)/A)の比率が、7%以上50%以下である、[2]又は[3]に記載した帯状金属板。
[5]前記傾斜部は、長手方向に沿った板厚の変化率が0.001[mm/m]以上0.1[mm/m]以下である、[2]〜[4]のいずれか1項に記載した帯状金属板。
[6]前記帯状金属板の長手方向に沿った板厚の最大偏差の板厚に対する比が5%以下である、[2]〜[5]のいずれか1項に記載した帯状金属板。
[7]前記帯状金属板が、熱間圧延によって成形される、[1]〜[6]のいずれか1項に記載した帯状金属板。
[8]前記帯状金属板が、板厚1.0〜8.0mm、板全長80〜1000mの帯状金属板である、[1]〜[7]のいずれか1項に記載した帯状金属板。
ここで、帯状金属板の材質は、特に限定は無いが、鋼材やアルミ材などが例示できる。
この結果、構造上最弱部となりやすい接合部の強度を確保しつつ、管の質量を軽減することが可能な帯状金属板を提供可能となる。
図1は、本実施形態の帯状金属板の例を示す模式的斜視図である。なお、いずれの図においても長手方向(圧延方向)の寸法を大幅に圧縮して図示している。
(帯状金属板の構成)
以下の説明では、帯状金属板の材質として鋼を例に挙げて説明する。但し、帯状金属板の材質は、鋼に限定されず、アルミ、銅など、熱間圧延が可能な金属材料であれば、本願発明は材料に制限は無い。
本実施形態の帯状金属板Lは、長手方向中途部2の板厚が、長手方向に沿って一定若しくは略一定に設定され、上記傾斜部3の板厚が、長手方向端部から長手方向中途部2の端部に向けて徐々に薄くなるように設定されて、上記圧延で製造された熱延鋼板である。なお、熱延後に酸洗処理が施されていても良い。
なお、図3のように、長手方向の先端部1a及び尾端部1bの各最大板厚は同一である必要はなく、長手方向の各端部1a、1bの最大板厚がそれぞれ上記条件を満足するように設定する。
ここで、構造体の強度は、例えば断面二次モーメントの値で評価できるので、強度の向上は、厚さの二乗で効いてくる。
傾斜部3の変化の上限を0.1[mm/m]としたのは次の理由である。長手方向の変化量が大きくなるほど、長手方向に沿った強度変化が大きくなり、座屈が発生する危険性が増大する。この観点から、変化が0.1[mm/m]以下であれば、その座屈の危険性を小さく抑えられるからである。
ここで、熱間圧延で端部のみ厚く形成することがあっても、酸洗、スリット等でその厚くした端部を除去した帯状金属板は、本願発明の帯状金属板では無い。本願発明の帯状金属板は、製品の段階で、長手方向端部が厚くなっている。
上記帯状金属板Lをそのまま、若しくは目的の幅のスリットとなるように切断して帯鋼とする。
その帯鋼を製管して管体とする。そして複数の管体の端部同士を突合せ溶接にて順次接続して長尺の管とする。
または、上記帯鋼を順次、溶接にて接合しつつ管体に製管することで、長尺の管を製造する。この長尺の管の製造方法は、従来の製管方法を採用すればよい。例えばロールフォーミングによって、コイルになっている帯鋼を巻き戻しながら、順次ロールによって、U字状更にはO字状に成型し、且つ幅方向両端部を連続的に溶接してO字状に閉じて、連続的に管を製造する。このとき先行のコイルの尾端部と次のコイルの先端部とを順次継ぎ足し溶接することで、長尺の管を製造する。
図4(a)は、本実施形態に基づき、上記板厚形状の帯鋼を順次溶接した場合の模式的側面図である。図4(b)は、端部の板厚が図4(a)の帯鋼の端部と同じ板厚として、長手方向で同一板厚の帯鋼を使用して順次溶接で接合した場合の比較例の図である。
ここで、上記帯鋼をO字状に成型して管体とすると、帯鋼の幅で管径が決定されるものの、板厚で管の肉厚が決定される。図4の(a)と(b)との比較から分かるように、本実施形態(図4(a)参照)では、管体同士の接合部では、比較例と同様の接続強度を確保しつつ、管体の本体(長手方向中途部2)が薄肉になって軽量化が図れることが分かる。なおこのとき、本実施形態の帯鋼にあっては、長手方向中途部2の厚さを、対象とする管に要求される強度を確保可能な板厚に設定すればよい。
これによって溶接による接合部も含め、管の長手方向に沿った強度変化を小さく抑えつつ管全体の軽量化を図ることが可能となる。
ここで、上記実施形態では、長手方向中途部2の長手方向に沿った板厚が一定若しくは略一定の場合を例示したが、長手方向中途部2の長手方向に沿った板厚は一定である必要はない。長手方向中途部2について、例えば図5のように、先端側から尾端側に向けて徐々、例えば一定勾配で板厚が薄くなるよう形成されていても良い。長手方向中途部2の長手方向に沿った板厚が変化する場合、長手方向に沿った板厚の変化量は、0.1[mm/m]以下が好ましい。これは、上述のように、長手方向に沿った強度変化が大きくなることによる、座屈発生を抑えるためである。
帯状金属板A〜Iを、AP1 5ST(熱鋼板での引張強度:600〜700MPa相当)の材質で製造して、次の寸法で製造してみた。帯状金属板の長さXを100mとし、板幅を1000mmとした。
なお、本実施形態の各帯状金属板は、次の条件で製造したものである。すなわち、下記組成の鋼を熱間圧延して帯状金属板とし、その際に、熱間仕上圧延終了後温度を820〜920℃の範囲の温度に設定し、かつ巻取り温度を550〜620℃の範囲の温度に設定した。
長手方向端部
長さx1:1.0m
板厚t1:5.18mm
長手方向中途部
長さx2:78m
板厚t2:4.45mm
傾斜部3
長さx3:10m
帯状金属板B
長手方向端部
長さx1:1.0m
板厚t1:5.18mm
長手方向中途部
長さx2:78m
板厚t2:4.93mm
傾斜部3
長さx3:10m
長手方向端部
長さx1:1.0m
板厚t1:5.18mm
長手方向中途部
長さx2:84m
板厚t2:4.45mm
傾斜部3
長さx3: 7m
帯状金属板G
長手方向端部
長さx1:0.0m
板厚t1:5.18mm
長手方向中途部
長さx2:80m
板厚t2:4.45mm
傾斜部3
長さx3: 10m
長手方向端部
長さx1:0.0m
板厚t1:5.18mm
長手方向中途部
長さx2:80m
板厚t2:4.93mm
傾斜部3
長さx3:10m
帯状金属板I
長手方向端部
長さx1:0.0m
板厚t1:5.18mm
長手方向中途部2
長さx2:86m
板厚t2:4.45mm
傾斜部3
長さx3: 7m
金属帯状板D:4.45mm
金属帯状板E:4.93mm
金属帯状板F:5.18mm
ここで、帯状金属板A、Gは、(5.18−4.45)/5.18=0.14すなわち、長手方向の板厚偏差は14%である。また、傾斜部3の長手方向変化量は(5.18−4.45)/10=0.073[mm/m]となっている。
帯状金属板C、Iは、(5.18−4.45)/5.18=0.14すなわち、長手方向の板厚偏差は14%である。一方、傾斜部3の長手方向変化量は(5.18−4.45)/7=0.104mm/mとなっている。
そして、溶接接合部及び板厚変化部を切出して試験片とし、その試験片に対し引張試験を実施した。このとき、試験片についてはJIS5号、試験方法についてはJISZ2201にそれぞれ準拠して、試験を実施した。
一般的に、引張強度は材料の疲労強度と相関がある。このため、引張強度比を疲労強度比とみなすことが出来る。
その結果を、表1に示す。
一方、帯状金属帯B、Hを使用した場合には、帯状金属板Fと同じ引張強度比を確保できるものの、帯状金属板A、Gほどの軽量化を図ることが出来ない。
また、帯状金属帯C,Iを使用した場合には、帯状金属板A、Gと同程度の軽量化を図ることが出来るものの、帯状金属帯A,G,Fよりも引張強度比が低い、つまり疲労強度比が低くなってしまう。
以上のように、本発明の範囲を満足する帯状金属板Lで長尺の管を形成すると、軽量化を図りつつ、寿命の向上を図ることが可能となることが分かる。
1a 先端部
1b 尾端部
2 長手方向中途部
3 傾斜部
L 帯状金属板
Claims (8)
- 圧延で形成された帯状の圧延金属板であって、
長手方向両端部である先端部及び尾端部の板厚が、ともに長手方向両端部以外の中間部分の板厚に比べて厚い帯状金属板。 - 前記帯状金属板は、長手方向両端部、その長手方向両端部の間に位置する長手方向中途部、及び長手方向の各端部と前記長手方向中途部とを接続する2つの傾斜部とから構成され、該2つの傾斜部は、長手方向端部から長手方向中途部に向けて板厚が連続的に単調減少する、請求項1に記載した帯状金属板。
- 前記帯状金属板の長手方向両端部を構成する2つの端部のうちの少なくとも一方の端部は、端面から前記接続する傾斜部に向けて板厚が連続的に単調減少し、該連続的に単調減少する長手方向に沿った変化率が前記傾斜部において板厚が単調減少する変化率よりも小さい、請求項2に記載した帯状金属板。
- 前記帯状金属板の長手方向に沿った板厚において、長手方向端部の最大板厚をA、長手方向中途部の最小板厚をBと定義したときに、((A−B)/A)の比率が、7%以上50%以下である、請求項2又は請求項3に記載した帯状金属板。
- 前記傾斜部は、長手方向に沿った板厚の変化率が0.001[mm/m]以上0.1[mm/m]以下である、請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載した帯状金属板。
- 前記帯状金属板の長手方向に沿った板厚の最大偏差の板厚に対する比が5%以下である、請求項2〜請求項5のいずれか1項に記載した帯状金属板。
- 前記帯状金属板が、熱間圧延によって成形される、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載した帯状金属板。
- 前記帯状金属板が、板厚1.0〜8.0mm、板全長80〜1000mの帯状金属板である、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載した帯状金属板。
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