钢管的局部压曲性能评价方法、钢管的设计方法、钢管的制造方法和钢管技术

一种钢管的局部压曲特性评价方法，其特征在于，包括：第一步骤，取得在应力应变特性上具有屈服台阶的材料的应力应变特性；第二步骤，判定在该第一步骤中取得的应力应变特性中的应变硬化起始应变和该钢管的局部压曲应变之间的大小关系；和第三步骤，在第二步骤中判定为局部压曲应变大于应变硬化起始应变的情况下，评价为存在将该钢管应用于以塑性设计为前提的构造物的可能性，在第二步骤中判定为局部压曲应变在应变硬化起始应变以下的情况下，评价为不存在应用于以塑性设计为前提的构造物的可能性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在燃气、石油管线等中使用的钢管的局部压曲性能评价方法、钢管的设计方法、钢管的制造方法、钢管。
技术介绍
作为能源供给的中枢，正在加紧建设天然气管线、石油管线。近年来，特别是以天然气需求的增大作为背景，在远离消费地的地方开发天然气田的情况较多。因此，近年来的新管线呈现出长距离化的趋势，为了进行大量输送，大直径化、高压化的趋势变强。 在这种新管线中，应用高强度钢管时，即使是大口径也要求以薄的管厚经受住高内压。这是因为，通过使管厚变薄，能够减少现场中的焊接费、管线的运输费，并能够减少管线的建设和作业的总成本。 但是，钢管虽然相对于拉伸载荷使材料的延展性充分激活，但由于剖面形状为薄壁圆筒，因而相对于压缩载荷产生压曲。于是，相对于拉伸断裂应变为10％左右，压缩载荷引起的压曲应变为1～2％左右，在管线的塑性设计中，局部压曲应变成为支配因素的可能性较高。特别是在管厚薄的钢管中具有局部压曲应变变小的趋势，因而重要的是使局部压曲应变变大。 因此，为了增大局部压曲应变而提高压曲性能，提出如下所述的方案。 即，使用使试验片长度方向与钢管的轴方向一致而选取的拉伸试验片进行拉伸试验，根据在所得到的公称应力-公称应变曲线中，从屈服点开始到加载应变量达到5％的任意应变量处，与斜度为0或负的钢管相比，公称应力/公称应变的斜度为正的钢管引起局部压曲的极限外径/管厚比均明显变大，难以引起压曲应变，依据上述观点制成钢管，以在可通过轴方向的拉伸试验得到的公称应力-公称应变曲线中，从屈服点开始到加载应变量达到5％的任意应变处的公称应力/公称应变的斜度均为正(参照专利文献1)。 专利文献1特开平9-196243号公报 如上述专利文献1所示，以往，为了增大钢管的局部压曲应变，优选使用即使在屈服点以下也使公称应力/公称应变的斜度为正的钢材。公称应力/公称应变的斜度为正，是指钢材的应力应变曲线为所谓的连续硬化型(在后文中详细描述)的情况。 近年来，在管线业界普遍存在这种观点，认为相反地在非连续硬化型的具有屈服台阶的钢材中不能得到较大的局部压曲应变，从而认为这种材料不适合作管线用钢管。 在此，连续硬化型应力应变曲线是指如下曲线在材料的应力应变曲线上，超出弹性区域后不会产生屈服台阶，伴随应变的增加应力也增加，从而变得光滑(参照图12)。 并且，屈服台阶型应力应变曲线，是指在线性区域后不会产生屈服台阶的曲线(参照图12)。其中，将屈服台阶型应力应变曲线中的由直线表示的弹性区域称作线性区域，将应力不增加而应变增加的区域称作屈服台阶区域，将屈服台阶终点后的光滑的曲线区域称作应变硬化区域，将应变硬化区域开始的应变称作应变硬化起始应变(参照图13)。 一般公知的是，如上所述地具有屈服台阶型的应力应变曲线的钢管(屈服台阶模型钢管)的局部压曲应变小于具有连续硬化型的应力应变曲线的钢管(连续硬化模型钢管)。因此，目前，在为了建设管线而要得到压曲性能高的钢管的情况下，是根据工程学判断来自动排除屈服台阶模型的钢管的。 可通过控制钢管的化学成分或造管前的钢板的轧制条件，或者对造管过程中或造管后的钢管施行热处理或加工处理而得到连续硬化模型的钢管。 但是，即使在制造钢管的过程中维持连续硬化型，也存在例如涂敷工序一样因施加热处理而使材质发生变化的不能维持连续硬化型的情况。 在这种情况下，成为屈服台阶模型，如果按照以往的观点，这种钢管由于局部压曲性能低，从而认为不适合作为例如管线用钢管。 但是，一律排除这种观点也不现实。虽然如此，由于以往只有一律排除屈服台阶模型的观点，因而不能判定到底哪种钢材能够用在管线上。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题提出的，其目的在于提供一种钢管的局部压曲性能评价方法，用于判定能否将屈服台阶模型的钢管用于管线之类的要求局部压曲性能优良的用途。 并且，其目的在于提供利用在上述钢管的局部压曲性能评价方法中使用的技术思想的钢管的设计方法、通过该钢管的设计方法制造钢管的方法以及通过上述钢管的局部压曲性能评价方法得到的钢管。 如上所述，在屈服台阶模型钢管的情况下，由于钢管的压曲性能低，因而认为该钢管不适合应用于要求较大变形性能的管线。 即，对现有的钢管的评价方法进行图示，如图14(a)所示，仅将是否为连续硬化模型作为判定基准，在连续硬化模型的情况下评价为存在应用于管线等的可能性，在不是连续硬化模型、即屈服台阶模型的情况下，评价为不存在应用于管线等的可能性。 但是，坚持这种观点时，原来是连续硬化模型的钢材因进行用于外表面涂敷的热处理等而变为屈服台阶模型的情况下，就不能用在管线上。 由此，专利技术人对现有的以二选一方式严格区别钢管的局部压曲性能是连续硬化模型还是屈服台阶模型产生疑问，如图14(b)所示，即使是屈服台阶模型，在满足规定的判定基准的情况下发挥与连续硬化模型相同的局部压曲性能时，是否也可以应用于管线等？据此，对屈服台阶模型中满足什么条件时可能发挥与连续硬化模型同等的局部压曲性能的问题进行了研究，并发现其判定方法，由此完成了本专利技术。 专利技术人首先研究了在屈服台阶模型的情况下局部压曲性能低的原因。 在屈服台阶模型钢管在屈服台阶区域压曲的情况下，由于在屈服台阶区域内是在应力不增加的状态下进行变形，因而在屈服台阶区域内压曲的钢管在刚进行屈服应变后，压曲波形立即成长。因此，在屈服台阶区域内压曲的钢管的局部压曲应变近似成为屈服应变。 这样，在屈服台阶区域内压曲的情况下，认为其压曲应变为屈服应变，该值变得很小(约0.1～0.2％)。由此得到如下结论这样一来，即使是具有屈服台阶的材料，要想成为可用于管线等的屈服性能优良的钢管，只要应力应变曲线上的屈服点在屈服台阶区域的终点(应变硬化区域的起点)以后就行，换句话说，只要局部压曲应变大于应变硬化起始应变就行。 因此，认为只要知道某种钢管的局部压曲应变是否大于应变硬化起始应变，就能够判断出该钢管是否具有压曲性能优良的可能性，由此完成了本专利技术。 (1)本专利技术的钢管的局部压曲特性评价方法，其包括第一步骤，取得在应力应变特性上具有屈服台阶的材料的应力应变特性；第二步骤，判定在该第一步骤中取得的应力应变特性中的应变硬化起始应变和该材料的钢管的局部压曲应变之间的大小关系；和第三步骤，在第二步骤中判定为局部压曲应变大于应变硬化起始应变的情况下，评价为存在将该材料应用于以塑性设计为前提的构造物的可能性，在第二步骤中判定为局部压曲应变在应变硬化起始应变以下的情况下，评价为不存在应用于以塑性设计为前提的构造物的可能性。 第一步骤是取得具有屈服台阶的钢材的应力应变特性的步骤。在此，应力应变特性例如是表示对该钢材进行拉伸试验时的应力和应变的关系的点列数据或基于该数据的应力应变曲线等，在此取得的应力应变曲线的一个例子如图15所示。 第二步骤是判定在该第一步骤中取得的应力应变特性中的应变硬化起始应变和该材料的钢管的局部压曲应变之间的大小关系的步骤。在此，无需求出钢管的局部压曲应变，只要知道应变硬化起始应变和局部压曲应变之间的大小关系即可。因此，例如试制钢管并进行试验，测试在施加产生相当于应变硬化起始应变的应变的载荷时试制钢管是否压曲，在压曲的情况下可判断为应变硬化起始应变大。 第三步骤，在第二步骤中判定为局部压曲应变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木信久，正村克身，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：