TWI535503B - 帶狀金屬板 - Google Patents

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Description

帶狀金屬板
本發明是有關於一種包含適於製造管體及管的鐵材或鋁(aluminum)材等材料的帶狀金屬板。
另外，於本說明書中，將串聯地接合兩個以上的管體而成者稱為管。
通常，熱軋鋼板是於一個卷材(coil)(一個熱軋板(hot rolled plate))內，以使沿長度方向的板厚的變動儘可能變小的方式進行輥軋(rolling)處理而製造，藉此成為長度方向的板厚固定且為帶狀的板。另外，熱軋鋼板亦存在於熱軋後根據需要而實施酸洗處理的情況。又，於以下說明中，將熱軋鋼板、或沿長度方向將熱軋鋼板切割成長條(slit)而得者稱為「帶鋼」。
作為此種帶鋼的用途的一例而有油井清洗用管。油井清洗用管是藉由將自上述帶鋼製管的多個管體依序焊接接合，或者藉由焊接而將帶鋼彼此接合後實施製管加工而製造。該油井清洗用管通常是製造成越向前端則直徑越小且越為薄壁。以此方式製造的理由主要是為了減輕懸垂質量。再者，油井清洗用管是在捲繞於卷盤(reel)上的狀態下被搬送至現場，並於現場適當進行倒卷、捲取。
此處，在對長度方向的板厚為固定的帶鋼進行製管而製造多個管體，並以對接焊接而接合該多個管體來製造長 條的油井清洗用管時，若設計為越向油井清洗用管的前端則直徑越小，則會於管體彼此的對接部形成階差。至於此種油井清洗用管存在如下問題，即若自捲繞於卷盤的狀態反覆實施倒卷、捲取，則對接部的階差會成為起點而易於發生斷裂(breakup)，從而油井清洗用管的壽命縮短。
又，於對均以相同板厚的帶鋼製管的多個鋼管進行對接焊接而製造油井清洗用管的情形時，由於油井清洗用管的懸垂質量增大，故而必需例如使鋼管材料高級化來提高強度等的對策。又，於此情形時，亦會產生如下問題，即由於油井清洗用管整體的質量增大，故而不得不縮短油井清洗用管的長度。再者，根據搬送油井清洗用管的道路而會有裝載質量的限制，就此方面而言亦需抑制油井清洗用管的質量增大。
作為應對該問題的現有技術，例如有專利文獻1中所記載的帶鋼。該專利文獻1中所記載的帶鋼是長度方向的板厚以固定梯度變化的帶鋼。即，記載有板厚以固定比率自長度方向一端部向另一端部逐漸變薄的帶鋼。
於藉由對接焊接而將使用專利文獻1中所記載的帶鋼製管的鋼管依序連接來製造由長條的鋼管形成的油井清洗用管的情形時，預先以使第1鋼管的末端(小直徑側)與所接合的第2鋼管的前端(大直徑側)的直徑相等的方式分別製造各帶鋼，且對該第1鋼管的末端與第2鋼管的前端進行對接焊接。而且，可藉由反覆進行該處理而製造長條的鋼管(油井清洗用管)。藉此，可製造作為越向前端 壁厚越薄的鋼管、且於各連接部(對接焊接部)無階差的長條的鋼管。
再者，作為於長度方向板厚不同的鋼板，亦有專利文獻2中所記載的鋼板。然而，專利文獻2中所記載的鋼板是並未捲繞成卷狀的厚板鋼板，且並非是作為卷材或帶鋼使用的鋼板。即，該鋼板與作為本案發明的前提的帶狀金屬板不同。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開平7-51743號公報
專利文獻2：日本專利特開2003-320404號公報
於上述專利文獻1所記載的帶鋼中，由於板厚變化率為固定，故而即便前端部(厚板側)的板厚相同，末端部(薄板側)的板厚亦會根據輥軋後的板的長度而不同。而且，需要根據第1鋼管的壁厚而預先設定所連接的第2鋼管用帶鋼的前端部的板厚來製造，從而欠缺通用性。
又，上述鋼管於連接部未形成有階差，雖然可遍及長條鋼管的長度方向整體而消除壁厚的變化的急遽部，但即便為相同壁厚，在構造上連接部的強度亦會較弱，故而若對長條的上述管反覆實施倒卷、捲取作業，則雖然與於連接部形成有階差的情形相比壽命較長，但仍然存在自連接部產生斷裂的問題。
本發明是著眼於上述方面而完成者，其目的在於提供一種可確保對於在構造上易於成為最弱部的接合部的強度，並且減輕管的質量的管用帶狀金屬板。
本發明是基於上述知識見解而完成者，其主旨如下所述。
[1]一種帶狀金屬板，其是以輥軋形成的帶狀的輥軋金屬板，且作為長度方向兩端部的前端部及末端部的板厚均厚於除長度方向兩端部以外的中間部分的板厚。
[2]如[1]所述之帶狀金屬板，其中上述帶狀金屬板包括：長度方向兩端部；長度方向中途部，位於該長度方向兩端部之間；及兩個傾斜部，連接長度方向的各端部與上述長度方向中途部；且該兩個傾斜部的板厚自長度方向端部向長度方向中途部連續地單調減少。
[3]如[2]所述之帶狀金屬板，其中構成上述帶狀金屬板的長度方向兩端部的兩個端部中的至少一端部的板厚自端面向上述連接的傾斜部連續地單調減少，且該板厚沿長度方向連續地單調減少的變化率小於板厚在上述傾斜部單調減少的變化率。
[4]如[2]或[3]所述之帶狀金屬板，其中於上述帶狀金屬板沿長度方向的板厚中，在將長度方向端部的最大板厚定義為A，且將長度方向中途部的最小板厚定義為B時，((A-B)/A)的比率為大於等於7%且小於等於50%。
[5]如[2]至[4]中任一項所述之帶狀金屬板，其中上述傾斜部沿長度方向的板厚的變化率為大於等於0.001[mm/m]且小於等於0.1[mm/m]。
[6]如[2]至[5]中任一項所述之帶狀金屬板，其中上述帶狀金屬板沿長度方向的板厚的最大偏差相對於板厚的比為小於等於5%。
[7]如[1]至[6]中任一項所述之帶狀金屬板，其中上述帶狀金屬板是藉由熱軋而成形。
[8]如[1]至[7]中任一項所述之帶狀金屬板，其中上述帶狀金屬板是板厚1.0mm~8.0mm、板全長80m~1000m的帶狀金屬板。
此處，帶狀金屬板的材質並無特別限定，可例示鋼材或鋁材等。
根據本發明，若藉由使帶狀金屬板的兩端部形成為相對較厚、且使該帶狀金屬板的中間部分的板厚形成為相對較薄，而以該帶狀金屬板進行製管，則可實現管體整體的質量的輕量化，並且提高成為接合部的長度方向兩端部的強度。
其結果，可提供一種能確保在構造上易於成為最弱部的接合部的強度，並且能減輕管的質量的帶狀金屬板。
其次，一面參照圖式一面對本發明的實施形態進行說明。
圖1是表示本實施形態的帶狀金屬板的例子的模式性的立體圖。再者，於任一圖中均將長度方向(輥軋方向)的尺寸大幅度地壓縮而圖示。
(帶狀金屬板的構成)
於以下說明中，作為帶狀金屬板的材質而列舉鋼為例進行說明。但帶狀金屬板的材質並不限定於鋼，只要為鋁、銅等可進行熱軋的金屬材料，本案發明於材料方面就無限制。
如圖1所示，本實施形態的帶狀金屬板L包括：前端部1a及末端部1b，構成長度方向兩端部1；長度方向中途部2，位於長度方向兩端部1之間；及兩個傾斜部3，分別連接長度方向的前端部1a、末端部1b與長度方向中途部2。此處，帶狀金屬板L是藉由熱軋而使輪廓(profile)成形為作為目標的板厚形狀，並由捲取機(coiler)捲取而成為卷材。又，亦存在視需要而對輥軋後的卷材實施酸洗處理的情況。此種帶狀金屬板L的長度成為例如50m~2500m的範圍。
上述帶狀金屬板L是以成為板厚為例如1.0mm~30.0mm的範圍的預先設定的板厚的方式進行輥軋而製造。此時，於本實施形態中，將長度方向兩端部1的板厚設定為均厚於長度方向中途部2及傾斜部3的板厚。再者，長度方向中途部2及傾斜部3成為除長度方向兩端部1以外的中間部分。
本實施形態的帶狀金屬板L是以上述輥軋而製造的 熱軋鋼板，其中該帶狀金屬板L的長度方向中途部2的板厚沿長度方向設定為固定或者大致固定，且上述傾斜部3的板厚設定為自長度方向端部向長度方向中途部2的端部逐漸變薄。再者，亦可於熱軋後實施酸洗處理。
而且，於將長度方向兩端部1的最大板厚設為A，且將長度方向中途部2的板厚設為B的情形時，以使((A-B)/A)的比率成為大於等於7%且小於等於50%的方式設定帶狀金屬板L的長度方向兩端部1及長度方向中途部2的板厚。再者，於本說明書中將上述((A-B)/A)的比率稱為板厚偏差。圖1中，由於將長度方向兩端部l的板厚設為固定，故而長度方向兩端部1的板厚本身成為A，但如圖2般，於長度方向兩端部1的板厚變化的情形時，將其最大板厚(圖2中為於端面的板厚)設為A。
再者，如圖3般，長度方向的前端部la及末端部lb的各最大板厚無需相同，長度方向的前端部la、末端部lb的最大板厚分別以滿足上述條件的方式設定。
此時，長度方向中途部2構成帶狀金屬板L的主體(body)、即製管加工的情形時的管體的主體。因此，長度方向中途部2的板厚以成為可確保於所使用的用途中所要求的強度的程度的強度方式，基於帶狀金屬板L的材質及管體的直徑等而設計。其後，例如，只要以如下方式設計該長度方向端部的最大板厚即可，即以該長度方向中途部2的強度為基準，使成為接合部的長度方向端部的接 合強度接近長度方向中途部2的強度、尤其是接近作為對象的長度方向端部附近的長度方向中途部2的強度。
此處，由於結構體的強度能夠以例如斷面二次矩(second moment of area)的值來進行評價，故而強度的提高是以厚度的平方實現。
將板厚偏差設為大於等於7%且小於等於50%的原因在於：若未達7%，則輕量化的效果低、且於連接部的接合強度的提高效果低，故而將板厚偏差的下限值設為大於等於7%。另一方面，若板厚偏差大於50%，則雖然可有助於輕量化，但於長度方向中途部2的強度與於連接部的接合強度的強度差變大，故而自防止屈曲(buckling)的觀點而言設為小於等於50%。板厚偏差較佳為大於等於10%且小於等於30%。再者，需將沿長度方向的強度變化抑制為較小。
又，將傾斜部3沿長度方向的厚度的變化量設定為大於等於0.001[mm/m]且小於等於0.1[mm/m]的範圍。
將傾斜部3的變化的上限設為0.1[mm/m]的原因在於：長度方向的變化量越大，則沿長度方向的強度變化越大，從而發生屈曲的危險性增大。就此觀點而言，只要變化為小於等於0.1[mm/m]，便可將該屈曲的危險性抑制為較小。
另一方面，將變化的下限設為0.001[mm/m]的原因在於：使變化量越小，則構成上述帶狀金屬板L及製管後的管體的主體的長度方向中途部2的長度越短，從而輕量 化的效果會相應地減小。因此，將下限值設為大於等於0.001[mm/m]。
此處，即便存在以熱軋僅使端部形成為較厚的情況，以酸洗、切割等將該變厚的端部除去的帶狀金屬板亦並非本案發明的帶狀金屬板。本案發明的帶狀金屬板是於產品階段中，長度方向端部變厚。
(關於管體及管)
將上述帶狀金屬板L直接、或者以成為目標寬度的長條的方式切斷而形成帶鋼。
將該帶鋼製管而成為管體。然後以對接焊接而將多個管體的端部彼此依序連接而形成長條管。
或者，藉由一面依序以焊接接合上述帶鋼，一面製管為管體而製造長條管。該長條管的製造方法採用現有的製管方法即可。例如藉由輥軋成形(roll forming)，一面將成為卷材的帶鋼倒卷，一面依序藉由輥使帶鋼成形為U字狀進而成形為O字狀，並且連續地對寬度方向兩端部進行焊接而使其閉合為O字狀，從而連續地製造管。此時，藉由使前一卷材的末端部與下一卷材的前端部依序相接而焊接，從而製造長條管。
(作用效果)
圖4(a)是基於本實施形態而將上述板厚形狀的帶鋼依序焊接的情形時的模式性的側視圖。圖4(b)是使用使端部的板厚為與圖4(a)的帶鋼的端部相同的板厚、且於長度方向為相同板厚的帶鋼而依序以焊接進行接 合的情形時的比較例的圖。
此處，若使上述帶鋼成形為O字狀而形成管體，則雖然管徑由帶鋼的寬度決定，但管的壁厚由板厚決定。自圖4(a)與圖4(b)的比較可知：於本實施形態(參照圖4(a))中，在管體彼此的接合部，可確保與比較例相同的連接強度，並且可使管體的主體(長度方向中途部2)成為薄壁而實現輕量化。再者，此時，對於本實施形態的帶鋼，只要將長度方向中途部2的厚度設定為可確保作為對象的管所要求的強度的板厚即可。
又，於如油井清洗用管般形成長條管時，可藉由依序使所連接的長度方向中途部2的板厚變薄，而使壁厚向前端變薄、亦即越向前端變得越輕。即便於此情形時，只要使長度方向兩端部1的板厚為相同的板厚，則即便長度方向中途部2的厚度不同，亦可在無階差或階差較小的狀態下將帶鋼彼此對接焊接。當然，於本實施形態中，即便製造如油井清洗用管般的長條管，亦可使各管體輕量化，故而無需使長條管越向前端直徑越小。即，即便成為管體的各帶狀金屬板的形狀為相同形狀亦無問題。
藉此，亦包含利用焊接而形成的接合部在內，可將沿管的長度方向的強度變化抑制為較小，並且可實現管整體的輕量化。
(變形例)
此處，於上述實施形態中，雖然對長度方向中途部2沿長度方向的板厚為固定或者大致固定的情形進行了例 示，但長度方向中途部2沿長度方向的板厚無需為固定。關於長度方向中途部2，亦可例如圖5般，以使板厚自前端側向末端側例如以固定梯度逐漸變薄的方式而形成。於長度方向中途部2沿長度方向的板厚變化的情形時，沿長度方向的板厚的變化量較佳為小於等於0.1[mm/m]。其原因在於如上所述是為了抑制因沿長度方向的強度變化變大而引起的屈曲發生。
又，於上述實施形態中，雖然以藉由帶狀金屬板L製造長條管的情形為例進行了說明，但亦可將多個帶鋼的端部彼此焊接接合而形成長條樑(beam)等構造物。即便於此情形時，由於除焊接部以外的板厚較薄，故而可確保作為構造上的最弱部的焊接部的強度，並且可減輕結構體。但本發明尤其於提供長條管的情形時，會更有效地發揮效果。再者，長條管並不限定於油井清洗用管。亦可將長條管應用於樑或柱等。
實施例1
參照圖6對採用上述實施形態的實施例進行說明。
以API 5ST(熱鋼板的拉伸強度：相當於600MPa~700MPa)的材質製造帶狀金屬板A~帶狀金屬板I，並嘗試以如下尺寸進行製造。將帶狀金屬板的長度X設為100m，將板寬設為1000mm。
再者，本實施形態的各帶狀金屬板是以如下條件而製造。即，對下述組成的鋼進行熱軋而形成帶狀金屬板，此時，將熱精軋(hot finishing rolling)結束後的溫度設定 為820℃~920℃的範圍的溫度，且將捲取溫度設定為550℃~620℃的範圍的溫度。
鋼的組成：具有如下組成，即以質量%計為含有C：0.13%、Si：0.2%、Mn：0.7%、P：小於等於0.02%、S：小於等於0.005%、SoL.Al：0.01%~0.07%、Cr：0.5%、Cu：0.2%、Ni：0.2%、Mo：0.1%、Nb：0.02%、Ti：0.01%、N：小於等於0.005%，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質。
帶狀金屬板A
長度方向端部
長度x1：1.0m
板厚t1：5.18mm
長度方向中途部
長度x2：78m
板厚t2：4.45mm
傾斜部3
長度x3：10m
帶狀金屬板B
長度方向端部
長度x1：1.0m
板厚t1：5.18mm
長度方向中途部
長度x2：78m
板厚t2：4.93mm
傾斜部3
長度x3：10m
帶狀金屬板C
長度方向端部
長度x1：1.0m
板厚t1：5.18mm
長度方向中途部
長度x2：84m
板厚t2：4.45mm
傾斜部3
長度x3：7m
帶狀金屬板G
長度方向端部
長度x1：0.0m
板厚t1：5.18mm
長度方向中途部
長度x2：80m
板厚t2：4.45mm
傾斜部3
長度x3：10m
帶狀金屬板H
長度方向端部
長度x1：0.0m
板厚t1：5.18mm
長度方向中途部
長度x2：80m
板厚t2：4.93mm
傾斜部3
長度x3：10m
帶狀金屬板I
長度方向端部
長度x1：0.0m
板厚t1：5.18mm
長度方向中途部2
長度x2：86m
板厚t2：4.45mm
傾斜部3
長度x3：7m
又，另行以與上述相同的材料製造帶狀金屬板D、帶狀金屬板E、帶狀金屬板F來作為長度方向的板厚無變化的比較例的帶狀金屬板。該各帶狀金屬板的板厚如下所述。
帶狀金屬板D：4.45mm
帶狀金屬板E：4.93mm
帶狀金屬板F：5.18mm
此處，帶狀金屬板A、帶狀金屬板G為(5.18-4.45)/5.18=0.14，即長度方向的板厚偏差為14%。又，傾斜部3的長度方向變化量為(5.18-4.45)/10= 0.073[mm/m]。
又，帶狀金屬板B、帶狀金屬板H為(5.18-4.93)/5.18=0.048，即長度方向的板厚偏差為4.8%。另一方面，傾斜部3的長度方向變化量為(5.18-4.93)/10=0.025mm/m。
帶狀金屬板C、帶狀金屬板I為(5.18-4.45)/5.18=0.14，即長度方向的板厚偏差為14%。另一方面，傾斜部3的長度方向變化量為(5.18-4.45)/7=0.104mm/m。
而且，針對上述各帶狀金屬板A~帶狀金屬板I，分別將四個相同的帶狀金屬板以焊接而串聯地連接。
繼而，切取焊接接合部及板厚變化部作為試驗片(test piece)，並對該試驗片實施拉伸試驗(tensile test)。此時，分別針對試驗片依據日本工業標準(Japanese Industrial Standards，JIS)5號，且針對試驗方法依據JIS Z2201而實施試驗。
一般而言，拉伸強度是與材料的疲勞強度(endurance strength)具有關聯。因此，可將拉伸強度比視為疲勞強度比。
將其結果示於表1。
自表1可知：於使用基於本發明的帶狀金屬板A、帶狀金屬板G的情形時，可確保與帶狀金屬板F相同的拉伸強度比，並且可實現較帶狀金屬板F輕量化有12%。
另一方面，於使用帶狀金屬板B、帶狀金屬板H的情形時，雖然可確保與帶狀金屬板F相同的拉伸強度比，但無法實現與帶狀金屬板A、帶狀金屬板G相當的輕量化。
又，於使用帶狀金屬板C、帶狀金屬板I的情形時，雖然可實現與帶狀金屬板A、帶狀金屬板G相同程度的輕量化，但拉伸強度比低於帶狀金屬板A、帶狀金屬板G、帶狀金屬板F，亦即疲勞強度比變低。
再者，自帶狀金屬板D、帶狀金屬板E、帶狀金屬板F可知：帶狀金屬板整體的板厚越薄，輕量化率越提高，但拉伸強度比亦即疲勞強度比越小。即，一般而言，拉伸強度比(疲勞強度比)與輕量化率存在取捨(trade-off)的關係。與此相對，基於本發明的帶狀金屬板A、帶狀金屬板G不降低拉伸強度比(疲勞強度比)便可有效地達 成輕量化。
如上所述，可知：若以滿足本發明的範圍的帶狀金屬板L形成長條管，則可實現輕量化，並且可實現壽命的提高。
1‧‧‧長度方向兩端部
1a‧‧‧前端部
1b‧‧‧末端部
2‧‧‧長度方向中途部
3‧‧‧傾斜部
L‧‧‧帶狀金屬板
t1、t2‧‧‧板厚
x、x1、x2、x3‧‧‧長度
圖1是說明基於本發明的實施形態的帶狀金屬板的模式性的立體圖。
圖2是表示帶狀金屬板的變形例的模式性的側視圖。
圖3是表示帶狀金屬板的變形例的模式性的側視圖。
圖4(a)及圖4(b)是連接多個帶狀金屬板的模式性的側視圖，圖4(a)是使用基於本發明的帶狀金屬板的圖，圖4(b)是比較例的圖。
圖5是表示帶狀金屬板的變形例的模式性的側視圖。
圖6是用以說明實施例的帶狀金屬板的側視圖。
1‧‧‧長度方向兩端部
1a‧‧‧前端部
1b‧‧‧末端部
2‧‧‧長度方向中途部
3‧‧‧傾斜部
L‧‧‧帶狀金屬板

Claims (6)

  1. 一種帶狀金屬板，其是用於管的製造，以輥軋形成並捲取成卷材狀的帶狀的輥軋金屬板，且作為長度方向兩端部的前端部及末端部的板厚均厚於除長度方向兩端部以外的中間部分的板厚，其中上述帶狀金屬板包括：上述長度方向兩端部；長度方向中途部，位於上述長度方向兩端部之間；及兩個傾斜部，連接長度方向的各端部與上述長度方向中途部，上述傾斜部沿上述長度方向的板厚的變化率為大於等於0.001[mm/m]且小於等於0.1[mm/m]。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之帶狀金屬板，上述兩個傾斜部的板厚自長度方向端部向上述長度方向中途部連續地單調減少。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之帶狀金屬板，其中構成上述帶狀金屬板的上述長度方向兩端部的兩個端部中的至少一端部的板厚自端面向連接的傾斜部連續地單調減少，且板厚沿上述長度方向連續地單調減少的變化率小於板厚在上述傾斜部單調減少的變化率。
  4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之帶狀金屬板，其中於上述帶狀金屬板沿上述長度方向的板厚中，在將上述長度方向端部的最大板厚定義為A，且將上述長度方向中途部的最小板厚定義為B時，((A-B)/A)的比率為大於等於7%且小於等於50%。
  5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之 帶狀金屬板，其中上述帶狀金屬板是藉由熱軋而成形。
  6. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之帶狀金屬板，其中上述帶狀金屬板是板厚1.0mm~8.0mm、板全長80m~1000m的帶狀金屬板。
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