WO2020175343A1 - 金属管および金属管の製造方法 - Google Patents

金属管および金属管の製造方法 Download PDF

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WO2020175343A1
WO2020175343A1 PCT/JP2020/006960 JP2020006960W WO2020175343A1 WO 2020175343 A1 WO2020175343 A1 WO 2020175343A1 JP 2020006960 W JP2020006960 W JP 2020006960W WO 2020175343 A1 WO2020175343 A1 WO 2020175343A1
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tube
expanding
internal pressure
formula
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晃英 松本
昌士 松本
井手　信介
岡部　能知
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/041—Means for controlling fluid parameters, e.g. pressure or temperature
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    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
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    • B21D3/00—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts
    • B21D3/16—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts of specific articles made from metal rods, tubes, or profiles, e.g. crankshafts, by specially adapted methods or means

Definitions

  • the present invention relates to a metal pipe suitable for a metal pipe for a line pipe, having a high outer diameter accuracy over the entire length, and a method for manufacturing the same.
  • Pipelines are widely used as a means for safely and efficiently transporting crude oil and natural gas.
  • the diameter of steel pipes for line pipes has been increasing in order to improve transportation efficiency.
  • the pipes are welded circumferentially and connected in the longitudinal direction.However, if the roundness of the pipes is low at this time, the pipe ends will be misaligned and welding defects will occur. It will be easier.
  • Patent Document 1 describes a method of correcting the inner diameter of a pipe end portion of a steel pipe, which comprises first cold-reducing the pipe end portion and then expanding the pipe end portion to the reduced diameter processing pipe.
  • a method for straightening the inner diameter of a steel pipe has been proposed, which is characterized by inserting a tool and expanding only the diameter-reduced portion by the reduced diameter.
  • Patent Document 2 is a method of correcting the inner diameter of a pipe end portion of a steel pipe, which is obtained by first inserting a pipe expanding jig into the pipe end portion, cold expanding the pipe, and then expanding the pipe. ⁇ 0 2020/175 343 2 ⁇ (: 17 2020 /006960
  • a method of correcting the inner diameter of a steel pipe has been proposed, in which a diameter reducing jig is pushed into the end to reduce the diameter of the expanded portion only.
  • Patent Document 3 describes that a high dimension is obtained by applying a hydraulic pressure to the inner surface or the outer surface of the raw pipe to expand or reduce the diameter until a predetermined diameter is obtained, thereby providing high dimensional accuracy. Precision steel pipes have been proposed.
  • Patent Document 3 has poor productivity because it is necessary to discard the pipe end portion where sufficient dimensional accuracy cannot be obtained.
  • Patent Document 1 Patent No. 2820400
  • Patent Document 2 Patent No. 2 8 2 2 8 9 6 Publication
  • Patent Document 3 JP 20000 2 -2 3 5 8 7 5
  • Patent Document 4 JP 20000-5 -2 6 2 2 4 1
  • Patent Document 5 Patent No. 5 1 2 1 0 4 0 Publication
  • Patent Document 6 Patent No. 4 6 8 0 6 5 2 Publication ⁇ 0 2020/175343 3 ⁇ (: 17 2020/006960 Summary of invention
  • the present inventors have For large diameter pipes, it was found that the outer diameter accuracy of the pipe should be less than 0.15% over the entire length in order to prevent welding defects and buckling at the circumferential welds.
  • a manufacturing technique of a metal pipe that can obtain a desired outer diameter accuracy without cutting the pipe end portion after pipe expansion has not been established.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and has high dimensional accuracy without requiring cutting of the pipe end portion after pipe expansion, and has an outer diameter of 1 It is an object of the present invention to provide a metal pipe and a method for manufacturing the metal pipe having a wall thickness of not less than 3 0 0 0 01 01 and not more than 20 0!
  • high dimensional accuracy means that the maximum outer diameter () and the minimum outer diameter (111 111) in the entire pipe length satisfy the following equation (1).
  • the present invention has been completed based on the above findings, and its gist structure is as follows.
  • the wall thickness is not less than 2 01 01 and not more than 5 0 01 01, and the maximum outer diameter ( ⁇ 02020/175343 4 ⁇ (: 171?2020/006960
  • An outer diameter ( ⁇ is a manufacturing method of a metal pipe satisfying the following formula (1), and a pipe end expanding process of expanding pipe ends at both ends of a raw pipe,
  • the axial push-in amount 3 (0!0) corresponding to the change over time in the axial direction of the pipe at the outermost ends of both ends of the raw pipe is preset with the internal pressure (IV! 3).
  • 3 satisfies ⁇ . 30 £ 3 £ 5.
  • ⁇ a pipe expansion rate set in advance (%), 1_ 0 tube end expanding process average length before the base pipe () Is.
  • the average outer diameter is mouth. (111111) and the average wall thickness is 1:. (01111)
  • a tube expanding tool is inserted into the tube from the tube end side of the tube to the tube axis direction,
  • the outside diameter of the pipe expanding tool defined by the following equation (3) is the diameter! While the outer peripheral surface of the cylindrical portion () is in contact with the inner peripheral surface of the raw tube, the pipe end portion is expanded by the pressing force of the pipe expanding tool,
  • the axial pushing amount 3 (111111) is used to push the axial end of the pipe with the pipe expanding tool
  • a metal tube that satisfies (1) A metal tube that satisfies (1).
  • the average wall thickness is 1 in the axial direction from the end of either pipe. It can be obtained by averaging the wall thicknesses at 8 points measured at a pitch of 45 degrees in the pipe circumferential direction.
  • the average length of the blank pipe is obtained by averaging the pipe lengths at 8 locations measured at a pitch of 45 degrees in the circumferential direction.
  • a metal pipe having an outer diameter of 1 50111111 or more and 3000111111 or less and a wall thickness of 2111111 or more and 50111111 or less can be obtained.
  • Fig. 1 is a conceptual diagram for explaining a method for producing a metal tube 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a pipe expanding method in a pipe end expanding process of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining a pipe expanding method in an internal pressure loading step of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the pipe expanding tool 3.
  • FIG. 5 shows internal pressure uniaxial pushing load paths of the present invention example and the comparative example.
  • the method for producing a metal pipe of the present invention is a production method including a pipe end portion expanding process and an internal pressure loading process described below, wherein the outer diameter B is 150 or more and 3000 or less, and Maximum outer diameter at ( ⁇ !
  • the internal pressure (IV! 3) corresponding to the change over time of the axial push-in amount 3 (0101), which represents the push-in amount in the pipe axis direction with respect to the extreme end, is the preset maximum internal pressure. (IV! 3) including the internal pressure loading process in which the internal pipe is expanded by applying the internal pressure to the entire internal pipe until it becomes (IV! 3).
  • 0.001 5 on the right side of the above equation (1) is the expansion of the metal tube 1. ⁇ 02020/175343 7 ⁇ (: 171?2020/006960
  • 3 is a preset pipe expansion ratio (hereinafter, also referred to as the target pipe expansion ratio) (%), which satisfies ⁇ 0.30£3£5.0. Also 1_. Is the average length (01 111) of the base pipe 1 before the pipe end expansion process.
  • Fig. 1 is a conceptual diagram for explaining a method for manufacturing the metal tube 1 of the present invention.
  • 1 is the average outer diameter. And the average wall thickness is 1:. Is.
  • the pipe end 11 is a region formed by the cylindrical portion of the pipe expanding tool (see reference numeral 6 in Fig. 4). ..
  • the indentation in the pipe end expansion process is performed when the axial length of the pipe end 11 becomes equal to the axial length of the cylindrical part 6, that is, the cover of the pipe expanding tool 3 (symbol in Fig. 4). (See 5) ends when the pipe comes into contact with the end 12 of the pipe.
  • the indentation after the pipe end expansion process is the indentation in the pipe axial direction with respect to the outermost end 12 of the pipe, and is not performed until the internal pressure is applied to the entire inside of the pipe 1.
  • the indentation in the pipe end expanding process is intended to expand the pipe end 11 and is not intended to expand the pipe end 11 but to the pipe end 12 It is different from the initial shaft pushing for pushing in the pipe axis direction.
  • the pipe end 11 is not particularly limited, but when the pipe expanding tool 3 is used in the pipe end expanding process, for example, the outer peripheral surface of the cylindrical portion 6 of the pipe expanding tool 3 and the pipe
  • the frictional force at the contact surface with the inner peripheral surface of 1 increases, the compressive force applied to the raw pipe 1 increases, and the shape near the pipe end 1 1 increases and the shape deteriorates.
  • the above-mentioned friction force is applied to the cylindrical portion 6 of the pipe expanding tool 3. ⁇ 02020/175343 8 ⁇ (: 171?2020/006960
  • the average inner diameter of the pipe end 11 is defined by the formula (3)! It is desirable to expand the pipe to ().
  • the pipe expanding tool 3 is inserted from the pipe outermost end 12 side in the pipe axial direction, and the pipe expanding tool 3 is inserted.
  • the outer diameter defined by the equation (3) has! () is a method of expanding the pipe end portion 11 by the pressing force of the pipe expanding tool 3 while bringing the outer peripheral surface of the cylindrical portion 6 and the inner peripheral surface of the raw pipe 1 into contact with each other.
  • 3 is a preset pipe expansion ratio (also referred to as the target pipe expansion ratio) (%), which satisfies 0.30 £ 3 £ 5.0.
  • the average outer diameter of the raw pipe 1 is defined by the equation (4).
  • 3 is a preset pipe expansion ratio (target pipe expansion ratio) (%), which is 0.30 £.
  • the metal pipe 1 obtained is And the wall thickness 1: is ⁇ ! ⁇ ! or more and 50 ⁇ ! ⁇ ! or less, and the maximum outer diameter ( ⁇ ! and the minimum outer diameter ( ⁇ satisfy the formula (1) in the entire pipe length.
  • the outer diameter b is preferably 300 Is.
  • the outer diameter (b) is preferably 1 000111111 or less.
  • the wall thickness is preferably 50,000 or more! Also, the wall thickness is preferably Is.
  • the obtained metal pipe 1 is a steel pipe.
  • steel pipes although not particularly limited, specific examples thereof include ERW steel pipes, spiral steel pipes, Ritsumi steel pipes, and shimless steel pipes.
  • the average outer diameter port 0 Is not particularly limited, but of the obtained metal tube 1.
  • ⁇ is preferably 1 or more.
  • the mouth ⁇ (111111) is preferably 299 1 01111 or less.
  • the average wall thickness 1; 0 ( ⁇ 101) is not particularly limited, but is not limited to the outside of the obtained metal pipe 1. Since it is below, it is preferable that 1: 0 (111111) is 5.11111 or more. Further, it is preferable that 1: 0 (111111) is 41.001 or less.
  • the pipe expansion ratio 3 (%) should be 0.30% or more and 5.0% or less.
  • the pipe expansion ratio 3 (%) is 1.0% or more.
  • the pipe expansion ratio 3 (%) is preferably 4.0% or less.
  • the shaft pushing amount 3 is "0.5 (0.05
  • the axial push-in amount 3 is less than the left-hand side, the axial push-in amount is insufficient with respect to the shrinkage amount of the blank tube 1.
  • the pipe end 11 separates from the cylindrical portion 6 of the pipe expanding tool 3. , The fluid injected into the pipe may leak out.
  • the shaft pushing amount is "0.5 X (8/200) X !_ ⁇ ” or above, X (8/200) 1_ 0 ” or less.
  • the internal pressure is applied to the base pipe 1 so that the circumferential stress generated in the base pipe 1 exceeds the yield stress of the base pipe 1.
  • the maximum internal pressure applied to element tube 1 (IV! 3) is preferably within the range given by the following formula (5).
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the tube expanding method in the tube end part tube expanding step of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the pipe expanding method in the internal pressure loading step of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining an example of the configuration of the pipe expanding tool 3 that can be used in the pipe end pipe expanding process and the internal pressure loading process.
  • the pipe ends 11 are expanded at both ends of the base pipe 1 in the pipe end expansion process by using the pipe expanding tool 3 from the pipe end end side at both ends of the base pipe 1.
  • the cylindrical portion 6 having an outer diameter of the pipe expanding tool 3 and the inner peripheral surface of the element pipe 1 are brought into contact with each other by the pressing force of the pipe expanding tool 3.
  • the cylindrical portion 6 of the pipe expanding tool 3 preferably has a perfect circular cross section.
  • the true circle means that the maximum value ⁇ mouth 018 X and the minimum value ⁇ mouth 01 ⁇ of the outer diameter measured at four locations with a pitch of 45 degrees in the circumferential direction satisfy equation (6).
  • the pipe expanding tool 3 expands the vicinity of the pipe end of the base pipe 1 to improve the outer diameter accuracy, and seals both ends of the base pipe 1 to prevent the fluid supplied to the inside of the base pipe 1 from flowing out. Good.
  • the tube 1 is continuously expanded using this tube expanding tool 3.
  • the pipe expanding tool 3 is used to push the end of the pipe 12 in the axial direction with the axial pushing amount 3 ( ⁇ ).
  • the axial push-in amount 3 means, as shown in Fig. 3, the axial push-in amount 3 at the time when the pipe end 11 is expanded by the pipe expanding tool 3 in the pipe end expanding process is ⁇ , and the pipe is This refers to the displacement of the pipe expanding tool 3 in the axial direction of the pipe after the end pipe expanding process (the amount of axial pushing into the pipe outermost end 12).
  • the pipe expanding tool 3 is not particularly limited as long as it has the cylindrical portion 6 having the outer diameter of the mouth 1. However, as shown in FIG.
  • the tapered portion 7 that can be gradually expanded the cylindrical portion 6, and the cylindrical portion 6 and the inner peripheral surface of the raw pipe 1 are in contact with each other, put a lid on the opening of the pipe end of the raw pipe 1.
  • the lid portion 5 that can be formed may be formed in this order.
  • the outer diameter of the lid portion 5 is preferably larger than the outer diameter of the cylindrical portion 6.
  • the pipe expanding tool 3 is formed so as to penetrate therethrough in the direction in which the tapered portion 7, the columnar portion 6, and the lid portion 5 are arranged, and is capable of moving the fluid from the lid portion 5 side to the tapered portion 7 side. It may have a supply hole 4. That is, the fluid supply hole 4 can supply the fluid from the outside of the raw pipe 1 to the inside of the raw pipe 1 when the pipe end portion 11 of the raw pipe 1 is covered with the pipe expanding tool 3.
  • the fluid supply hole 4 only needs to be present in either one of the expanding tools 3 inserted into both ends of the metal tube 1.
  • the internal pressure is applied to the raw pipe 1 through the fluid supply hole 4 provided in the pipe expanding tool 3.
  • the average outer diameter of the raw tube 1 is defined by equation (4). It is desirable to expand the pipe to (), and the base pipe 1 is installed in the mold 2 to form the mold 2 and the inner diameter is defined by the formula (4) (including the cross-sectional shape of ⁇ ! ⁇ ,
  • the outer peripheral surface of the raw pipe 1 is expanded until the raw pipe 1 comes into contact with the inner wall surface of the cylindrical accommodating portion that stores the raw pipe 1. That is, the outer peripheral surface of the raw pipe 1 extends along the inner peripheral surface of the mold 2. Expand tube 1 so that
  • the mold 2 preferably has an inner peripheral cross section of a perfect circle as the above-mentioned accommodating portion, and is used to improve the accuracy of the outer diameter of the metal tube 1.
  • the true circle is the maximum value of the inner diameter measured at four points with a pitch of 45 degrees in the circumferential direction.
  • water is used as the fluid supplied through the fluid supply hole 4 in FIG.
  • the wall thickness 1 is 2 01 01 or more and 5 0 01 01 or less, and a metal pipe that satisfies the maximum outer diameter (01 ⁇ ⁇ and the minimum outer diameter (where ⁇ ⁇ meets Formula (1)) is obtained.
  • the pipe is contracted in the pipe axial direction by the expansion, and the yield stress 3 in the axial direction of the pipe is reduced by the Bausinger effect compared to before expansion,
  • the yield stress 3 and the tensile strength 3 are determined by the following method.
  • the pipe In the case of a welded pipe, the pipe is located at 30°, 90°, and 180° in the pipe circumferential direction from the weld, and in other cases, the pipe is placed at an arbitrary 0° position in the circumferential direction. From the longitudinal center of the pipe so that the pulling direction is parallel to the pipe axial direction at the circumferential directions of 30°, 90°, and 180°, sample No. 35 tensile test pieces. Using this test piece, perform a tensile test in accordance with the provisions of 3 I 2 2 4 1 and obtain the yield response force 3 and tensile strength 3. Yield stress 3 is 0.5% onset response.
  • the number of test pieces shall be two each, and the yield stress 3 and tensile strength 3 can be calculated by averaging the results.
  • the difference in yield ratio within the pipe cross section is calculated as the difference between the maximum and minimum yield ratios obtained at the positions of 30°, 90°, and 180° in the pipe circumferential direction.
  • a metal pipe having a yield ratio of 0.90 or less has a large work hardening after yielding and has a sufficiently high plastic deformability, and therefore local buckling is less likely to occur even when subjected to bending deformation. ..
  • metal pipes with a yield ratio difference of 0.08 or less in the circumferential cross section have uniform plastic deformability in the circumferential cross section, and local deformation due to external pressure does not easily occur. Excellent in
  • the pipe diameter of the raw pipe 1 having an average outer diameter (initial nominal outer diameter) port 0 ( ⁇ ! ⁇ and average wall thickness (initial nominal wall thickness) 1: 0 (01111)
  • the outer diameter of the cylindrical portion 6 is the mouth 1 () defined by the following equation (3). While the outer peripheral surface of the cylindrical portion 6 of the pipe expanding tool 3 and the inner peripheral surface of the raw pipe 1 are in contact with each other, the pipe end portions 1 1 at both ends of the raw pipe 1 are expanded by the pressing force of the axial pushing (pipe End pipe expansion process).
  • the pipe expanding tool 3 for expanding each steel pipe was adopted so that the axial length of the outer peripheral surface of the cylindrical portion 6 was 1.0% of the total pipe length before the pipe end expanding process. did.
  • the expanded pipe end 11 becomes the region from the pipe end end 12 to the axial length of 1.0% of the total pipe length. ⁇ 02020/175343 17 ⁇ (: 171?2020/006960
  • the axial end portion 1 of the pipe expanding tool 3 is adjusted by the axial pushing amount 3 ().
  • the shaft is pushed into 2 and the inside of the blank tube 1 installed in the mold 2 is changed over time into the entire inside of the blank tube 1 3 (0! Is the preset maximum internal pressure Tube 1 was expanded until (IV! 3).
  • internal pressure is applied to the entire inside of the blank tube 1 to form inside the mold 2, and the inner diameter is defined by the following equation (4).
  • the pipe 1 was expanded until the outer peripheral surface of the pipe 1 came into contact with the inner wall surface of the cylindrical housing portion containing the pipe 1 including the cross-sectional shape of () (internal pressure loading step).
  • the internal pressure rises linearly with time and the maximum internal pressure (Average wall thickness of pipe/average inner radius of pipe)
  • the internal pressure was maintained for 10 seconds or more with the maximum internal pressure of 013 fathers, and then depressurized.
  • Fig. 5 is a graph showing the internal pressure uniaxial pushing load paths of the example of the present invention and the comparative example. As shown in Fig. 5, the load path for the internal pressure and the axial push-in amount 3 was either 8, 8, M, or M.
  • Dashed line II and dashed line in Figure 5! -Indicates the upper and lower limits of the axial push-in amount 3 with respect to the internal pressure obtained from equation (4).
  • broken line II and broken line! -Indicates the internal pressure and the shaft pushing amount 3 respectively as follows.
  • the load path satisfies the equation (2), but the other load path M, O, and M do not satisfy the equation (2).
  • the load path port is widely used in conventional hydromorph processing.
  • Table 3 summarizes the slope ( ⁇ / eight 3) of initial axial pushing 3 0 and the load path in each example.
  • An optical distance meter was used for measuring the outer diameter of the tube.
  • Each of the 9 pipes at 10 positions from both ends of the pipe and 1/8, 2/8, 3/8, 4/8, 5/8, 6/8, 7/8 length positions from the pipe end The outer diameter was measured at a total of 72 points, with 8 points at a pitch of 22.5 degrees in the circumferential direction.
  • the maximum and minimum outer diameters measured above were taken as the maximum and minimum outer diameters of the pipe, respectively.
  • Table 4 shows the maximum outer diameter and the minimum outer diameter of each steel pipe after pipe expansion.
  • N 0.1, 7 to 12 are examples of the present invention, and 1 ⁇ 10 0.2 to 6 are comparative examples.
  • the expansion ratio is not less than 0.30% and not more than 5.0%, and the load path for the internal pressure and the shaft pushing is as shown in the load path passing between the broken line II and the broken line !_ in Fig. 5. It was becoming. Therefore, the maximum and minimum outer diameters after expansion satisfied Equation (1), and a tube with high outer diameter accuracy over the entire length was obtained.
  • Comparative example 1 ⁇ ! ⁇ 0.4 performs initial shaft indentation and serves as a load path port, which does not satisfy equation (2), so the shape of the pipe end becomes poor and a pipe that satisfies equation (1) is satisfied. Was not obtained.

Abstract

拡管後の管端部の切断を必要とせずに、高寸法精度を有する、外径が１５０～３０００ｍｍであり、且つ肉厚が２～５０ｍｍである金属管及び金属管の製造方法の技術の提供。　素管１の両端における管端部１１を拡管する管端部拡管工程と、該工程後、素管１の両端の管最端部１２に対する管軸方向の押込み量を表す軸押込み量ｓ（ｍｍ）の変化に応じた内圧ｐ（ＭＰａ）が予め設定される最大内圧ｐｍａｘ（ＭＰａ）になるまで、素管１内部全体に内圧ｐを負荷することで素管１を拡管する内圧負荷工程とを含み、ｐおよびｓが以下の式（２）を満たすようにする。　０．５×（ｐ／ｐｍａｘ）×（ａ／２００）×Ｌ０≦ｓ≦（ｐ／ｐｍａｘ）×（ａ／２００）×Ｌ０・・・式（２） 式中、ａは予め設定される拡管率（％）であって０．３０≦ａ≦５．０、Ｌ０は素管の平均長さ（ｍｍ）である。

Description

\¥0 2020/175343 1 卩（：17 2020 /006960 明 細 書
発明の名称 ： 金属管および金属管の製造方法
技術分野
[0001 ] 本発明は、 ラインパイプ用金属管に好適な、 全長にわたり高い外径精度を 有する金属管およびその製造方法に関する。
背景技術
[0002] パイプラインは、 原油および天然ガスを安全かつ効率的に輸送する手段と して広く用いられている。 近年では、 輸送効率を高めるためラインパイプ用 鋼管の大径化が進んでいる。
パイプラインの敷設において、 総費用のうち現地施工費用が占める割合は非 常に高く、 特に、 海底敷設には多くの人員、 船舶および機器が必要となり多 大な費用がかかる。 そのため、 コスト削減の観点から現地施工期間の短縮が 望まれている。
現地施工では、 管を円周溶接して長手方向に接続する作業が行われるが、 こ のとき管の真円度が低いと管端部同士で目違いが生じてしまい、 溶接欠陥が 発生しやすくなる。
そのため、 円周溶接の前に、 管を周方向に回して最適な突合せ位置を探すこ と、 あるいは管端部を研削すること等の調整作業が必要となっているのが現 状である。
これらの調整作業による現地施工の長期化を避けるために、 ラインパイプ用 鋼管には高い真円度が求められる。
[0003] 特許文献 1 には、 鋼管における管端部の内径を矯正する方法であって、 先 ず管端部を冷間で縮径加工した後、 この縮径加工した管端部に拡管治具を揷 入し、 縮径加工した部分のみを縮径分だけ拡管することを特徴とする鋼管の 管端内径矯正方法が提案されている。
[0004] 特許文献 2には、 鋼管における管端部の内径を矯正する方法であって、 先 ず管端部に拡管治具を挿入して冷間で拡管加工した後、 この拡管加工した管 \¥0 2020/175343 2 卩（：17 2020 /006960
端部に縮径治具を押し込んで拡管加工した部分のみを拡管した分だけ縮径す ることを特徴とする鋼管の管端内径矯正方法が提案されている。
[0005] しかし、 特許文献 1および特許文献 2に記載の技術では、 管端部近くの曲 げ 曲げ戻し部にくびれや凹み等の形状不整が生じやすい。 そのため、 これ らの方法で製造した管は、 曲げや圧縮が加わった際に座屈しやすく構造物と して用いるのに不向きであり、 管端部付近は切断する必要がある。
[0006] 特許文献 3には、 液圧を原管の内面あるいは外面に付与することにより所 定径となるまで拡径あるいは縮径させ、 高い寸法精度を持たせたことを特徴 とする高寸法精度鋼管が提案されている。
しかし、 特許文献 3に記載の方法では、 十分な寸法精度が得られない管端部 を廃棄しなければならず生産性が悪い。
[0007] また、 拡管技術として、 管に内圧と管軸方向の軸押し力を負荷して成形す るハイ ドロフォーム加工が従来知られている。 このハイ ドロフォーム加工に 関して、 例えば、 特許文献 4〜 6に記載のように、 座屈または破裂が生じな いように管の内圧および軸押し量を適切に制御する方法が知られている。 しかし、 特許文献 4〜 6に記載の方法では、 管端を確実にシールするため、 図 5の負荷経路〇のように、 初期軸押込みを行うので、 管端部が増肉して形 状が悪化し、 廃却部分が生じる。 また、 材料を変形部に流入させるために大 きな軸押し力を必要とするため、 外径が 1 5
Figure imgf000004_0001
以上となる大径管を対象 とする場合には、 軸押し力が非常に大きくなる。
先行技術文献
特許文献
[0008] 特許文献 1 :特許第 2 8 2 0 0 4 3号公報
特許文献 2 :特許第 2 8 2 2 8 9 6号公報
特許文献 3 :特開 2 0 0 2 - 2 3 5 8 7 5公報
特許文献 4 :特開 2 0 0 5 - 2 6 2 2 4 1公報
特許文献 5 :特許第 5 1 2 1 0 4 0号公報
特許文献 6 :特許第 4 6 8 0 6 5 2号公報 \¥0 2020/175343 3 卩（：17 2020 /006960 発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0009] この点、 本発明者らは、 外径が
Figure imgf000005_0001
となる大 径管について、 円周溶接部の溶接欠陥および座屈を防止するためには管の外 径精度を全長にわたり〇. 1 5 %以下とすればよいことを知見した。 しかし ながら、 前述したような従来の技術において、 拡管後に管端部を切断するこ となく、 所望の外径精度を得られる金属管の製造技術は確立されていなかっ た。
[0010] 本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、 拡管後の管端部の切断 を必要とせずに、 高寸法精度を有する、 外径が 1
Figure imgf000005_0002
以上 3 0 0 0 01 01 以下であり、 且つ肉厚が 2〇!〇!以上 5 0〇!〇!以下である金属管および金属管 の製造方法を提供することを目的とする。
[001 1 ] ここで、 高寸法精度とは、 管全長における最大外径 （ ） および最小外 径 （111 111） が以下の式 （ 1） を満たすことを言う。
（最大外径一最小外径） / [ （最大外径十最小外径） / 2 ] £〇. 0 0 1 5
- - 式 （1）
課題を解決するための手段
[0012] 本発明者らは、 上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、 金属管を全 長にわたり高寸法精度化するためには、 真円断面を有する工具等により両管 端部を拡管した後、 真円の内周断面を有する金型内等で内圧を負荷して拡管 すればよいことを見出した。 更に、 本発明者らは、 重ねて検討を行った結果 、 内圧負荷の過程で軸押込み量を適切に制御することで、 大径管においても 設備負荷を過大にすることなく管端部を含めた管全長の高寸法精度化が可能 となることを見出した。
[0013] 本発明は、 上記の知見に基づいて完成させたものであり、 その要旨構成は 以下のようになる。
Figure imgf000005_0003
以下であり、 且つ肉厚 が 2 01 01以上 5 0 01 01以下であり、 管全長における最大外径 （ 〇〇 および最小 \¥02020/175343 4 卩（：171?2020/006960
外径 （ 〇〇 が以下の式 （1） を満たす金属管の製造方法であって、 素管の両端における管端部を拡管する管端部拡管工程と、
該管端部拡管工程後、 前記素管の両端の管最端部に対する管軸方向の押込み 量を表す軸押込み量 3 （0!0〇 の経時変化に応じた内圧 （IV! 3） が予め 設定される最大内圧 1118 X （IV! 8） になるまで、 前記素管内部全体に前 記内圧 を負荷することで前記素管を拡管する内圧負荷工程と、
を含み、
前記内圧 および前記軸押込み量 3が以下の式 （2） を満たす金属管の製造 方法。
（最大外径一最小外径） / [ （最大外径十最小外径） /2] £〇. 001
5 式 （ 1）
〇. 5 X （ / 1113父） X （8/200） 1_0£ 3£ （ / 1113父） X （3/200） X 1_0 式 （2）
ここで、 式中、 3は予め設定される拡管率 （％） であって〇. 30£3£5 . 〇を満たし、 1_0は管端部拡管工程前の素管の平均長さ （ ） である。
[2] 前記管端部拡管工程では、
平均外径が口。 （111111） であり、 且つ平均肉厚が 1：。 （01111） である前記素管 の前記管最端部側から前記管軸方向に向けて拡管工具を前記素管内に揷入し て、
前記拡管工具が有する、 以下の式 （3） で定義される外径が口！ （ ） であ る円柱状部の外周面と、 前記素管の内周面とを当接させながら前記拡管工具 による押圧力により前記管端部を拡管し、
前記内圧負荷工程では、
前記軸押込み量 3 （111111） で前記拡管工具による前記管最端部に対する軸押 込みを行うと共に、
金型内に設置された前記素管の内部全体に、 前記内圧 を負荷することで、 前記金型に形成され、 且つ内径が以下の式 （4） で定義される
Figure imgf000006_0001
の 断面形状を含み、 前記素管を収容する円筒状の収容部の内壁面に、 前記素管 \¥02020/175343 5 卩（：171?2020/006960
の外周面が当接するまで前記素管を拡管する、
前記 ［ 1］ に記載の金属管の製造方法。
0 ! = （1 +3/1 00） X 0〇— 2 X （1 —3/200） X 1〇 式 （ 3）
02= （1 +3/1 00） X 0〇 式 （4）
［3］ 前記外径口
Figure imgf000007_0001
且つ前記肉厚 1: が 50101以上 400101以下である前記 ［1］ または ［2］ に記載の金属管 の製造方法。
［4］ 前記金属管が鋼管である前記 ［1］ 〜 ［3］ のいずれかに記載の金属 管の製造方法。
であり、 肉厚 が 2111111 以
Figure imgf000007_0002
、 大外径および最小外径が式
（1） を満足する金属管。
（最大外径一最小外径） / ［ （最大外径十最小外径） /2］ £〇. 001
5 式 （ 1）
且つ肉厚
Figure imgf000007_0003
［7］ 前記金属管が鋼管である前記 ［5］ または ［6］ に記載の金属管。 ［0014］ ここで、 平均外径は、 いずれか一方の管最端部から管軸方向に 1
Figure imgf000007_0004
置において、 管周方向に 45度ピッチで測定した 4箇所の外径を平均するこ とにより得られる。
また、 平均肉厚は、 いずれか一方の管最端部から軸方向に 1
Figure imgf000007_0005
の位置にお いて、 管周方向に 45度ピッチで測定した 8箇所の肉厚を平均することによ り得られる。
また、 素管の平均長さは、 管周方向に 45度ピッチで測定した 8箇所の管長 さを平均することにより得られる。
発明の効果
［0015］ 本発明によれば、 拡管後の管端部の切断を必要とせずに、 高寸法精度を有 \¥02020/175343 6 卩（：17 2020 /006960
する、 外径が 1 50111111以上 3000111111以下であり、 且つ肉厚が 2111111以 上 50111111以下である金属管が得られる。
図面の簡単な説明
［0016］ ［図 1］図 1は、 本発明の金属管 1の製造方法を説明するための概念図である。
［図 2］図 2は、 本発明の管端部拡管工程における拡管方法を説明するための図 である。
［図 3］図 3は、 本発明の内圧負荷工程における拡管方法を説明するための図で ある。
［図 4］図 4は、 拡管工具 3の構成を説明するための断面図である。
［図 5］図 5は、 本発明例および比較例の内圧一軸押込み負荷経路である。
発明を実施するための形態
［0017］ 本発明について、 図面を参照しながら説明する。 なお、 この実施形態によ って本発明が限定されるものではない。
［0018］ 本発明の金属管の製造方法は、 後述する管端部拡管工程と内圧負荷工程と を含む製造方法であり、 外径ロ が 1 50 以上 3000 以下であり、 以下であり、 管全長における最大外径 （〇!
Figure imgf000008_0001
下の式 （1） を満たす金属管の製造方法で あって、 素管の両端における管端部を拡管する管端部拡管工程と、 該管端部 拡管工程後、 前記素管の両端の管最端部に対する管軸方向の押込み量を表す 軸押込み量 3 （0101） の経時変化に応じた内圧 （IV! 3） が予め設定され る最大内圧
Figure imgf000008_0002
（IV! 3） になるまで、 素管内部全体に内圧 を負荷す ることで素管を拡管していく内圧負荷工程と、 を含み、 内圧 および軸押込 み量 3が以下の式 （2） を満たす。
［0019］ （最大外径一最小外径） / ［ （最大外径十最小外径） /2］ £〇. 001
5 式 （ 1）
〇. 5 X （ / 1113父） X （8/200） 1_0£ 3£ （ / 1113父） X （3/200） X 1_0 式 （2）
ここで、 上記の （1） 式における右辺の〇. 001 5は、 金属管 1の拡管 \¥02020/175343 7 卩（：171?2020/006960
後の全長にわたる外径精度の上限値を表す。
[0020] 式中、 3は予め設定される拡管率 （以下、 狙い拡管率とも記す。 ） （％） であって〇. 3 0 £ 3 £ 5 . 0を満たす。 また、 1_。は、 管端部拡管工程前の 素管 1の平均長さ （01 111） である。
[0021 ] 図 1は、 本発明の金属管 1の製造方法を説明するための概念図である。
[0022] 図 1 （3） では、 拡管前の素管 1 を示す。 以下の説明では、 拡管前の素管
1 としては、 平均外径が口。
Figure imgf000009_0001
であり、 且つ平均肉厚が 1:。
Figure imgf000009_0002
で ある。
[0023] 次に、 図 1 （匕） に示すように、 管端部拡管工程において、 管軸方向の押 込みにより生じる押圧力等により、 素管 1の両端における管端部 1 1 を拡管 する。
[0024] 管端部 1 1は、 図 2〜 4を参照しながら後述する拡管工具 3を用いる場合 、 拡管工具の円柱状部 （図 4の符号 6参照） により拡管形成される領域であ る。
管端部拡管工程における押込みは、 管端部 1 1の軸方向の長さが円柱状部 6 の軸方向の長さに等しくなった時点、 すなわち拡管工具 3の蓋部 （図 4の符 号 5参照） が管最端部 1 2に接触した時点で終了する。 管端部拡管工程の後 の押込みは、 管最端部 1 2に対する管軸方向の押込みを行うものであり、 素 管 1内部全体に内圧を負荷するまでは行わない。 なお、 本発明では、 管端部 拡管工程における押込みは、 管端部 1 1の拡管を目的とするものであり、 管 端部 1 1の拡管は目的とせずに、 管最端部 1 2に対する管軸方向の押込みを 行うための初期軸押込みとは異なるものとする。
[0025] ここで、 管端部 1 1は、 特に限定されないが、 管端部拡管工程において拡 管工具 3を用いる場合を例にすると、 拡管工具 3の円柱状部 6の外周面と素 管 1の内周面との接触面における摩擦力が増加して、 素管 1 に加わる圧縮力 が大きくなり、 管端部 1 1近傍が増肉して形状が悪化するため、 管最端部 1 2から管軸方向に管端部拡管工程前の管全長の 1 . 0 %以下の長さまでの領 域とすることが好ましい。 なお、 上記の摩擦力は、 拡管工具 3の円柱状部 6 \¥02020/175343 8 卩（：171?2020/006960
の軸方向長さが大きい程、 増加しやすくなる。
[0026] 管端部拡管工程において、 まず素管 1の管端部 1 1 を拡管しておくことで 、 後述の内圧負荷工程で、 管端部 1 1の塑性変形を利用して管端を封じやす く し、 内圧を効率的に負荷することができる。
[0027] 管端部拡管工程では、 管端部 1 1の平均内径を式 （3） で定義される口！ （ ） まで拡管することが望ましく、 図 2等を用いて後述するように、 本発 明では、 拡管工具 3を管最端部 1 2側から管軸方向に向けて挿入し、 拡管エ 具 3が有する式 （3） で定義される外径が口！ （ ） である円柱状部 6の外 周面と素管 1の内周面とを当接させながら、 拡管工具 3による押圧力により 管端部 1 1 を拡管する方法が挙げられる。
0 ! = （1 + 3 / 1 0 0） X 0〇- 2 X （1 - 3 / 2 0 0） X I〇 式 （3
）
式中、 3は予め設定される拡管率 （狙い拡管率とも記す。 ） （％） であって 〇. 3 0 £ 3 £ 5 . 0を満たす。
[0028] 次に、 図 1 （〇） に示すように、 内圧負荷工程では、 管端部拡管工程後の 管両端の管最端部 1 2に対する管軸方向の押込み量を表す軸押込み量 3 （0! ） の経時変化に応じた内圧 （IV! 3） が、 予め設定される最大内圧 01 3 X （IV! 3） になるまで、 素管 1内部全体に内圧 を負荷することで素管 1 を拡管していく。
[0029] 内圧負荷工程では、 素管 1の平均外径を式 （4） で定義される
Figure imgf000010_0001
まで拡管することが望ましく、 図 3等を用いて後述するように、 引き続き、 拡管工具 3の円柱状部 6と素管 1の内周面とを当接させながら、 軸押込み量 3 （ ） で拡管工具 3による管最端部 1 2に対する軸押込みを行う。 そし て、 この軸押込みと共に、 金型 2内に設置された素管 1内部全体に、 軸押込 み量 3 （01 111） に応じた上記の内圧 を負荷する。 更に、 金型 2が有し、 且 つ内径が以下の式 （4） で定義される
Figure imgf000010_0002
（ ） の断面形状を含み、 素管 1 を収容する円筒状の収容部の内壁面に、 素管 1の外周面が当接するまで素管 1 を拡管する。 \¥02020/175343 9 卩（：171?2020/006960
02= （1 +3/1 00） X 0〇 式 （4）
式中、 3は予め設定される拡管率 （狙い拡管率） （％） であって〇. 30£
3 £ 5. 0を満たす。
[0030] 図 1 （ ） に示すように、 上記の管端部拡管工程および内圧負荷工程の後 、 得られる金属管 1は、
Figure imgf000011_0001
であり、 且つ肉厚 1: が 〇!〇!以上 50〇!〇!以下であり、 管全長における最大外径 （〇! および最小外径 （ 〇〇 が式 （1） を満たす。
（最大外径一最小外径） / [ （最大外径十最小外径） /2] £〇. 001 5 - - 式 （1）
外径ロ は、 好ましくは 300
Figure imgf000011_0002
である。 また、 外径ロ は、 好まし くは 1 000111111以下である。 肉厚 は、 好ましくは 5〇!〇!以上である。 ま た、 肉厚 は、 好ましくは
Figure imgf000011_0003
である。
[0031] また、 好ましくは、 得られる金属管 1は鋼管である。 また、 鋼管である場 合、 特に限定されないが、 具体的には、 電縫鋼管、 スパイラル鋼管、 リ〇巳 鋼管、 シ _ムレス鋼管が挙げられる。
[0032] なお、 平均外径口0
Figure imgf000011_0004
は、 特に限定されないが、 得られる金属管 1の
Figure imgf000011_0005
（ 〇〇 は、 1 以上であることが好ましい。 また、 口〇 （111111） は 299 1 01111以下 であることが好ましい。
また、 平均肉厚 1; 0 （〇1〇1） も、 特に限定されないが、 得られる金属管 1の外
Figure imgf000011_0006
下であるため、 1: 0 （111111） は、 5. 1 01111以 上であることが好ましい。 また、 1: 0 （111111） は 4 1. 0 01以下であること が好ましい。
[0033] （狙い拡管率 3 （%） について）
式 （2） 、 （3） 、 （4） において、 予め設定される拡管率 （狙い拡管率
） 3 （%） は、 前述しているように、 〇. 30%以上 5. 0%以下とする。 拡管率 3を〇. 30%未満として、 所望の金属管 1 を得ようとする場合、 素 管 1が塑性変形しないために、 あるいは素管 1 に付与される塑性ひずみ量が \¥02020/175343 10 卩（：171?2020/006960
非常に小さいために、 素管 1が式 （2） を満足しなくなる。 一方、 3が 5 .
〇 %超である場合、 後述の拡管工具 3による管端部近くの曲げ変形量が大き くなり、 くびれや凹み等の形状不整の原因となる。 また、 素管 1が破断する 可能性がある。 よって、 拡管率 3 （%） は、 0 . 3 0 %以上 5 . 0 %以下と する。 好ましくは、 拡管率 3 （%） は 1 . 0 %以上である。 また、 好ましく は、 拡管率 3 （%） は 4 . 0 %以下である。
[0034] （軸押込み量 3 （01 111） について）
本発明でいう軸押込み量 3とは、 管端部拡管工程における拡管が完了した 時点での軸押込み量 3 = 0 として、 その管端部拡管工程後の押圧力によ る管最端部 1 2に対する軸押込み量の大きさのことを指す。
[0035] 本発明では、 式 （2） で説明したように、 軸押込み量 3は、 「0 . 5 （
X （8 / 2 0 0） 1_ 0」 （以下、 左辺とも記す） 以上、 「 （
Figure imgf000012_0001
X （8 / 2 0 0） 1_ 0」 （以下、 右辺とも記す） 以下とする 軸押込み量 3が左辺未満である場合、 素管 1の縮み量に対して軸押込み量が 不足する。 例えば、 後述の図 2〜 4を用いて説明する拡管工具 3を管端部に 挿入して素管 1 を拡管する場合、 管端部 1 1が拡管工具 3の円柱状部 6から 離れてしまい、 管内部に注入された流体が外に漏れ出すおそれがある。
_方、 軸押込み量 3が右辺を超える場合、 管端部 1 1近傍が拡管工具 3の蓋 部 5 （後述の図 2〜 4参照） による圧縮で増肉して形状が悪化するために、 管端部を廃棄しなければならなくなる。 さらに、 軸押込み量 3が右辺を超え る場合、 素管 1の圧縮を積極的に行うため、 軸押し力 （軸押込み量 3におけ る管軸方向の荷重） が過大となる。 特に、 本発明のように大径管では内圧に 対する軸押し力が大きいため、 素管 1の軸方向圧縮による軸押し力がさらに 加わると、 設備負荷が非常に大きくなる。 また、 軸押込み量 3が右辺を超え る場合、 管端部 1 1の管内面または外面をパッキン等でシールする方式を採 用すると、 管端不感帯と呼ばれる内圧がかからず拡管されない部分が管端部 1 1 に生じてしまい、 これが形状不整の元になるため管端部 1 1の廃棄の要 \¥02020/175343 11 卩（：171? 2020 /006960
因となる。
よって、 軸押込み量 は、 「0. 5
Figure imgf000013_0001
X （8/200） X !_〇」 以上、 「
Figure imgf000013_0002
X （8/200） 1_0」 以下とする。
[0036] ここで、 素管 1の塑性変形を十分に進行させるためには、 素管 1 に発生す る周方向応力が素管 1の降伏応力を超えるように、 素管 1 に内圧を負荷する ことが好ましい。 一方で、 内圧が高すぎると設備の負荷が増大する場合があ る。 そのため、 素管 1 に負荷する最大内圧
Figure imgf000013_0003
（IV! 3） は、 以下の式 （5） で与えられる範囲内とすることが好ましい。
（素管 1の管端部拡管工程前の平均肉厚 （ 〇〇 /素管 1の管端部拡管工程 前の平均内半径 （〇!0〇 ） X素管 1の降伏応力 （IV! 3）
Figure imgf000013_0004
（素 管 1の管端部拡管工程前の平均肉厚 （111111） /素管 1の管端部拡管工程前の 平均内半径
Figure imgf000013_0005
） X素管 1の降伏応力 （IV! 3） X I . 5 （5） 次に、 図 2〜 4を参照しながら、 本発明の管端部拡管工程と内圧負荷工程 で行う製造条件をより詳細に説明する。
[0037] 図 2は、 本発明の管端部拡管工程における拡管方法の一例を説明するため の図である。 図 3は、 本発明の内圧負荷工程における拡管方法の一例を説明 するための図である。
また、 図 4は、 管端部拡管工程および内圧負荷工程において用いることがで きる拡管工具 3の構成の一例を説明するための断面図である。
[0038] 図 2、 4に示すように、 管端部拡管工程における素管 1の両端における管 端部 1 1の拡管は、 拡管工具 3を素管 1の両端における管最端部側から管軸 方向に向けて挿入し、 拡管工具 3が有する外径が である円柱状部 6と、 素 管 1の内周面とを、 当接させることにより生じる拡管工具 3の押圧力により 行う。 拡管工具 3の円柱状部 6は、 真円断面を有することが好ましい。 ここ でいう、 真円とは、 周方向 45度ピッチの 4箇所で測定した外径のうちの最 大値〇口 018 Xと最小値〇口 01 丨 が、 式 （6） を満足することをいう。
Figure imgf000013_0006
. 001 0 - - 式 （6） \¥02020/175343 12 卩（：171?2020/006960
拡管工具 3は、 素管 1の管端部近傍を拡管して外径精度を高めるとともに、 素管 1の両端部をシールして、 素管 1の内部に供給される流体の流出を防い でもよい。
[0040] また、 図 3に示すように、 管端部拡管工程後の内圧負荷工程においても、 この拡管工具 3を用いて引き続き素管 1 を拡管する。 内圧負荷工程では、 拡 管工具 3により、 管最端部 1 2に対して管軸方向の軸押込み量 3 （ 〇〇 で 軸押込みを行う。
このとき、 軸押込み量 3とは、 図 3に示すように、 管端部拡管工程における 拡管工具 3による管端部 1 1の拡管が完了した時点での軸押込み量 3を〇 として、 その管端部拡管工程後の管軸方向に向けた拡管工具 3の変位 （管 最端部 1 2に対する軸押込み量の大きさ） のことを指す。
[0041 ] 拡管工具 3は、 前述したように、 外径が口 1である円柱状部 6を有していれ ば特に限定されないが、 図 4に示すように、 素管 1の管端部を徐々に拡げる ことができるテーパー部 7と、 円柱状部 6と、 円柱状部 6と素管 1の内周面 とが当接している際に素管 1の管端部の開口部に蓋をすることが可能な蓋部 5とがこの順に形成される構成であつてよい。 蓋部 5の外径は、 円柱状部 6 の外径よりも大きいことが好ましい。 蓋部 5のこの構成により、 管端部拡管 工程における拡管工具 3による管端部 1 1の拡管後、 内圧負荷工程において 、 拡管工具 3から他の工具 3への取替作業等を必要とせず、 同一の拡管工具 3により、 蓋部 5が管最端部 1 2を押圧することにより、 管最端部 1 2に対 して軸押込み量 3 （01 01） での軸押込みを行うことができる。
[0042] また、 拡管工具 3は、 テーパー部 7、 円柱状部 6、 蓋部 5が並ぶ方向に貫 通形成され、 蓋部 5側からテーパー部 7側に流体を移動させることが可能な 流体供給孔 4を有していてもよい。 すなわち、 流体供給孔 4は、 拡管工具 3 により素管 1の管端部 1 1 に蓋をしている場合に、 素管 1外部から素管 1内 部に流体を供給することができる。
[0043] 図 2と図 3では、 素管 1の両端夫々の拡管工具 3に流体供給孔 4が存在す るが、 内圧負荷工程において、 素管 1外部から、 素管 1内部に流体を供給で \¥02020/175343 13 卩（：171?2020/006960
きればよいため、 流体供給孔 4は金属管 1の両端部内に揷入された拡管工具 3のうちどちらか一方だけに存在していればよい。
[0044] 次に、 図 3に戻り、 内圧負荷工程において用いることができる金型 2の構 成及びその機能について説明する。 図 3に示すように、 拡管工具 3に設けら れた流体供給孔 4を通して素管 1 に内圧を負荷する。 このとき、 素管 1の平 均外径を式 （4） で定義される
Figure imgf000015_0001
（ ） まで拡管することが望ましく、 素 管 1 を金型 2内に設置し、 金型 2に形成され、 且つ内径が式 （4） で定義さ れる （〇!〇〇 の断面形状を含み、 素管 1 を収容する円筒状の収容部の内壁 面に素管 1が当接するまで素管 1の外周面を拡管する。 すなわち、 素管 1の 外周面を金型 2の内周面に沿わせるように素管 1 を拡管する。
[0045] 0 2 = （1 + 3 / 1 0 0） X 0〇 式 （4）
金型 2は、 上記の収容部として真円の内周断面を有していることが好まし く、 金属管 1の外径精度を高めるために用いられる。 ここでいう、 真円とは 、 周方向 4 5度ピッチの 4箇所で測定した内径のうちの最大値
Figure imgf000015_0002
最小値 I 0〇! I nが、 式 （5） を満足することをいう。
Figure imgf000015_0003
. 0 0 1 0 - - 式 （5）
なお、 図 3において流体供給孔 4を通して供給される流体には、 例えば水 が用いられる。
[0047] 以上説明した本発明の金属管の製造方法によれば、 管端部拡管工程および 内圧負荷工程の後、
Figure imgf000015_0004
であり、 且つ 肉厚 1： /が2 01 01以上 5 0 01 01以下であり、 管全長における最大外径 （01〇〇 および最小外径 （ 〇〇 が式 （1） を満たす金属管が得られる。
[0048] （最大外径一最小外径） / [ （最大外径十最小外径） / 2 ] £〇. 0 0 1
5 式 （ 1）
また、 本発明の金属管の製造方法により得られる金属管は、 拡管により管 が管軸方向に縮み、 バウシンガー効果により管の軸方向の降伏応力丫 3が拡 管前よりも低下するが、 管の軸方向の丫 3および長手方向の引張強さ丁 3に \¥02020/175343 14 卩（：171?2020/006960
より定義される降伏比 （=丫3 /丁3） を、 下記で定義する 3 0度、 9 0度 、 1 8 0度の位置において〇. 9 0以下とすることができる。 さらに、 管周 断面内の降伏比の差八丫 を 0 . 0 8以下とすることができる。
ここで、 降伏応力丫3および引張強さ丁3は、 以下の方法により決定する。 溶接管の場合には溶接部から管周方向 3 0度、 9 0度、 1 8 0度の位置にお いて、 それ以外の場合には周方向任意の位置を 0度位置としたときの管周方 向 3 0度、 9 0度、 1 8 0度の位置において、 引張方向が管軸方向と平行に なるように管長手中央部から」 丨 3 5号引張試験片を採取する。 この試験片 を用いて」 丨 3 I 2 2 4 1の規定に準拠して引張試験を実施し、 降伏応 力丫3および引張強さ丁3を求める。 降伏応力丫3は〇. 5 %オンセッ ト応 力とする。 なお、 試験片本数は各 2本とし、 それらの結果を加算平均して降 伏応力丫3および引張強さ丁3を算出することができる。 また、 管周断面内 の降伏比の差八丫 は、 管周方向 3 0、 9 0、 1 8 0度の位置において求め た降伏比の最大値と最小値の差として求められる。
[0049] 上記のように、 降伏比が〇. 9 0以下である金属管は、 降伏後の加工硬化 が大きく塑性変形能が十分に高いため、 曲げ変形を受けても局部座屈が生じ にくい。 例えば、 海底にパイプラインを敷設する際に、 管の曲げ変形による 局部座屈を防止することができる。 また、 周断面内における降伏比の差が 0 . 0 8以下である金属管は、 周断面内の塑性変形能が均一であり、 外圧によ る局所的な変形が生じにくいため、 耐圧壊性に優れる。
実施例
[0050] 以下、 実施例に基づき、 本発明についてさらに説明する。
表 1 に示す寸法の種々の鋼管を、 表 2に示す寸法の拡管工具と金型を用いて 拡管した。 拡管工具には図 4に示すような形状を有する拡管工具 3を用いた 。 内圧を負荷するための流体には水を用いた。
[0051 ] $ 〔¾二
Figure imgf000017_0001
\¥02020/175343 16 卩（：17 2020 /006960
[表 2]
Figure imgf000018_0001
下線は、本発明の範囲外であることを表す。
[0053] 具体的には、 まず、 平均外径 （初期公称外径） 口 0 （〇!〇〇 及び平均肉厚 （ 初期公称肉厚） 1： 0 （01111） を有する素管 1の管最端部 1 2から管軸方向に、 円柱状部 6の外径が以下の式 （3） で定義される口 1 （ ） である拡管工具 3を、 図 2に示すように揷入することで、 拡管工具 3が有する円柱状部 6の 外周面と素管 1の内周面とを当接させながら、 軸押込みによる押圧力により 素管 1の両端における管端部 1 1 を拡管した （管端部拡管工程） 。
[0054] 0 ! = （1 +3/1 00） X 0〇- 2 X （1 -3/200） X I〇 式 （
3）
なお、 このとき、 円柱状部 6の外周面の軸方向の長さが、 管端部拡管工程 前の管全長の 1. 〇%の長さとなるように各鋼管の拡管における拡管工具 3 を採用した。 これにより、 管端部拡管工程において、 拡管された管端部 1 1 は、 管最端部 1 2から管軸方向に管全長の 1. 0%の長さまでの領域となっ \¥02020/175343 17 卩（：171?2020/006960
た。
[0055] 次に、 引き続き、 拡管工具 3の円柱状部 6の外周面と素管 1の内周面とを 当接させながら、 軸押込み量 3 （ ） で拡管工具 3による管最端部 1 2に 対する軸押込みを行うと共に、 金型 2内に設置した素管 1内部全体に、 経時 変化する軸押込み量 3 （0!0〇 に応じた上記の内圧 （IV!
Figure imgf000019_0001
が予め設定 される最大内圧
Figure imgf000019_0002
（IV! 3） になるまで素管 1 を拡管した。 具体的に は、 素管 1内部全体に内圧 を負荷し、 金型 2内に形成され、 且つ内径が以 下の式 （4） で定義される
Figure imgf000019_0003
（ ） の断面形状を含み、 素管 1 を収容する 円筒状の収容部の内壁面に、 素管 1の外周面が当接するまで素管 1 を拡管し た （内圧負荷工程） 。
[0056] 02= （1 +3/1 00） X 0〇 式 （4）
内圧 は時間に対して線形的に上昇させ、 最大内圧
Figure imgf000019_0004
（管の平均 肉厚/管の平均内半径） X管の降伏応力 X I . 3に到達したところで、 内圧 を最大内圧 〇13父のまま 1 0秒以上保持した後、 除圧した。
[0057] 図 5は、 本発明例および比較例の内圧一軸押込み負荷経路を示すグラフで ある。 図 5に示すように、 内圧 と軸押込み量 3の負荷経路は、 八、 巳、 〇 、 口のいずれかとした。
図 5における破線 IIおよび破線！-は、 それぞれ式 （4） から得られた内圧 に対する軸押込み量 3の上下限である。
すなわち、 破線 IIと破線！-は、 それぞれ、 内圧 と軸押込み量 3とが以下の ように表される。
破線 !_は、 「3 = 0. 5 X
Figure imgf000019_0005
X （8/200） 1_0」 である すなわち、 図 5のグラフに対応した記載として、 破線！-は、 「 = 3 〇1 3 X X 40〇/ （3X1-0） 」 である。
また、 破線リは 「3 =
Figure imgf000019_0006
X （8/200） XI- 0」 である。 すなわち、 図 5のグラフに対応した記載として、 破線 IIは、 「 = 3 〇1 3 X X 20〇/ （3X1-0） 」 である。 \¥02020/175343 18 卩（：171?2020/006960 原点を通り傾き （△ /八3） が II以上！-以下となる経路を八とし、 1_超とな る経路を巳とし、 II未満となる経路を（3とした。
また、 初期軸押込み 3 0 （内圧 = 0 1\/1 ? 3の状態での管最端部 1 2に対する 押込み量 3〇） を与えた後に、 傾き （△ /八3） が II以上！-以下となるよう に内圧 と軸押し量 3を負荷する経路を口とした。
[0058] すなわち、 負荷経路 は、 式 （2） を満足するが、 他の負荷経路巳、 〇、 口は、 式 （2） を満足しないということになる。 また、 負荷経路口は従来の ハイ ドロフオーム加工に広く用いられる。
[0059]
1
Figure imgf000021_0001
下線は、本発明の範囲外であることを表す。
\¥02020/175343 20 卩（：171? 2020 /006960
[0060] 表 3は各実施例における初期軸押込み 30および負荷経路の傾き （△ /八3 ） をまとめたものである。
[0061] 管の外径測定には光波距離計を使用した。 管両端部から 1 〇!位置および 管端部から 1 /8、 2/8、 3/8、 4/8、 5/8、 6/8、 7/8長さ 位置の 9箇所において、 それぞれ管周方向に 22. 5度ピッチで 8箇所ずつ 、 計 72箇所で外径を測定した。 前記で測定した外径の最大値、 最小値をそ れぞれ管の最大外径、 最小外径とした。
[0062]
〔 -
Figure imgf000023_0001
下線よ、本発明の範囲外であることを表す。
\¥0 2020/175343 22 卩（：171? 2020 /006960
[0063] 表 4に各鋼管の拡管後の最大外径及び最小外径を示す。
[0064] 表 4中、 N 0 . 1、 7〜 1 2は本発明例、 1\1〇 . 2〜 6は比較例である。 本 発明例はいずれも拡管率が〇. 3 0 %以上 5 . 0 %以下であり、 内圧と軸押 込みの負荷経路が図 5の破線 IIと破線 !_の間を通る負荷経路 のようになっ ていた。 そのため、 拡管後の最大外径と最小外径が式 （1） を満足し、 全長 にわたり高い外径精度を有する管が得られた。
[0065] 比較例の 1\1〇. 2は負荷経路の傾き （△ /八3） が！-超であり、 式 （2） を満足しないため、 軸押込み量 3が不足して水漏れが生じ十分に拡管するこ とができず、 式 （1） を満足する管が得られなかった。
[0066] 比較例の 1\1〇. 3は負荷経路の傾き （△ /八3） が II未満であり、 式 （2 ） を満足しないため、 軸押込み量 3が過剰となって端部の形状が悪くなり、 式 （1） を満足する管が得られなかった。
[0067] 比較例の 1\!〇. 4は初期軸押込みを行い、 負荷経路口となり、 式 （2） を満 足しないため、 管端部の形状が悪くなり式 （1） を満足する管が得られなか った。
[0068] 比較例の 1\!〇. 5は拡管率が本発明の範囲を下回っていたため、 管を十分に 成形できず、 式 （1） を満足する管が得られなかった。
[0069] 比較例の 1\!〇. 6は拡管率が本発明の範囲を上回っていたため、 管端部の形 状が悪くなり、 式 （1） を満足する管が得られなかった。
[0070] 以上から、 管の端部を拡管工具等で拡管し、 続けて金型内部で管を拡管さ せる工程において、 拡管率および内圧と軸押込み負荷経路を適切に制御する ことにより、 切削加工を行うことなく、 全長にわたり高い外径精度を有する 高寸法精度金属管を製造することが可能となることが分かった。
符号の説明
[0071 ] 1 金属管 （素管）
2 金型
3 拡管工具 \¥02020/175343 23 卩（：171?2020/006960
4 流体供給孔
5 蓋部
6 円柱状部
7 テーパー部
1 1 管端部
1 2 管最端部
八 本発明における適切な負荷経路
巳 軸押込みが不足となる負荷経路
〇 軸押込みが過剰となる負荷経路
〇 初期軸押込みを与える負荷経路
リ 式 （2） の右辺から得られた内圧 に対する軸押込み量 3の上限 !_ 式 （2） の左辺から得られた内圧 に対する軸押込み量 3の下限 01 8 X 最大内圧
£〇 初期軸押し量

Claims

\¥02020/175343 24 卩（：17 2020 /006960 請求の範囲
[請求項 1]
Figure imgf000026_0001
以下であり、 且つ肉厚 1: が
Figure imgf000026_0002
以下であり、 管全長における最大外径 （〇!〇〇 お よび最小外径 （ 〇〇 が以下の式 （1） を満たす金属管の製造方法で ぁって、
素管の両端における管端部を拡管する管端部拡管工程と、
該管端部拡管工程後、 前記素管の両端の管最端部に対する管軸方向の 押込み量を表す軸押込み量 3 （01111） の経時変化に応じた内圧 （IV! 8） が予め設定される最大内圧 018 X （IV! 8） になるまで、 前 記素管内部全体に前記内圧 を負荷することで前記素管を拡管する内 圧負荷工程と、
を含み、
前記内圧 および前記軸押込み量 3が以下の式 （2） を満たす金属管 の製造方法。
（最大外径一最小外径） / [ （最大外径十最小外径） /2] £〇.
001 5 · · 式 （ 1）
Figure imgf000026_0003
〇^父） X （8/200） 1_0 · 式 （2）
ここで、 式中、 3は予め設定される拡管率 （％） であって〇. 30£ 3£5. 0を満たし、 1_0は管端部拡管工程前の素管の平均長さ （ 111） である。
[請求項 2] 前記管端部拡管工程では、
平均外径が口〇 （111111） であり、 且つ平均肉厚が 1：。 （01111） である 前記素管の前記管最端部側から前記管軸方向に向けて拡管工具を前記 素管内に挿入して、
前記拡管工具が有する、 以下の式 （3） で定義される外径が口！ （0!
Figure imgf000026_0004
である円柱状部の外周面と、 前記素管の内周面とを当接させなが ら前記拡管工具による押圧力により前記管端部を拡管し、 \¥02020/175343 25 卩（：171?2020/006960
前記内圧負荷工程では、
前記軸押込み量 3 （111111） で前記拡管工具による前記管最端部に対す る軸押込みを行うと共に、
金型内に設置された前記素管の内部全体に、 前記内圧 を負荷するこ とで、 前記金型に形成され、 且つ内径が以下の式 （4） で定義される 〇2 （ 〇〇 の断面形状を含み、 前記素管を収容する円筒状の収容部 の内壁面に、 前記素管の外周面が当接するまで前記素管を拡管する、 請求項 1 に記載の金属管の製造方法。
0 ! = （1 +3/1 00） \Do-2X （1 -3/200） · 式 （ 3）
02= （1 +3/1 00） X 0〇 式 （4）
[請求項 3]
Figure imgf000027_0001
以下であり、 且つ前記肉 厚 1: が 5〇!〇!以上 40〇!〇!以下である請求項 1 または 2に記載の金 属管の製造方法。
[請求項 4] 前記金属管が鋼管である請求項 1〜 3のいずれかに記載の金属管の製 造方法。
[請求項 5]
Figure imgf000027_0002
以下であり、 肉厚 が 2〇1
Figure imgf000027_0003
以下であり、 且つ管全長における最大外径および最小 外径が式 （1） を満足する金属管。
（最大外径一最小外径） / [ （最大外径十最小外径） /2] £〇.
001 5 · · 式 （ 1）
[請求項 6]
Figure imgf000027_0004
以下であり、 且つ肉厚 が5〇!〇!以上 40〇!〇!以下である請求項 5に記載の金属管。
[請求項 7] 前記金属管が鋼管である請求項 5または 6に記載の金属管。
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