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【发明授权】钢管的变形性能评价方法、钢管的制造方法_杰富意钢铁株式会社_201780079036.5 

申请/专利权人:杰富意钢铁株式会社

申请日:2017-12-01

公开(公告)日:2020-11-27

公开(公告)号:CN110114157B

主分类号:B21C37/08(20060101)

分类号:B21C37/08(20060101);B21C51/00(20060101);B21D41/02(20060101)

优先权:["20161220 JP 2016-246605"]

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.11.27#授权;2019.09.03#实质审查的生效;2019.08.09#公开

摘要:提供一种无论扩管的间距大还是小都能够对其变形性能进行评价的钢管的评价方法、以及使用了该钢管的评价方法的钢管的制造方法。本发明的钢管的变形性能评价方法是经过了使用挤压模进行的扩管工序而制造的钢管的变形性能评价方法,其特征在于,具备:外形形状获取工序,其对钢管的外形进行测定而获取外形形状;功率谱获取工序,其从所获取的所述外形形状的波形获取功率谱;判定工序,其将所获取的功率谱针对规定的波长范围进行积分,基于该积分值对变形性能进行判定。

主权项:1.一种钢管的变形性能评价方法,其为经过了使用挤压模进行的扩管工序而制造的钢管的变形性能评价方法,该钢管的变形性能评价方法的特征在于,具备:外形形状获取工序,对钢管的外形进行测定而获取外形形状的波形;功率谱获取工序,从所获取的所述外形形状的波形获取功率谱;判定工序,其将所获取的功率谱针对规定的波长范围进行积分,基于该积分值对钢管的变形性能进行判定。

全文数据:钢管的变形性能评价方法、钢管的制造方法技术领域本发明涉及UOE钢管那样在制造过程中经过了使用挤压模进行的扩管工序而制造的钢管的变形性能评价方法以及使用了该钢管的变形性能评价方法的钢管的制造方法。背景技术近年来,出于天然气、石油等能源的需求高涨,盛行气田、油田的开发。由此将管线铺设在地震地带、冻土地带的情况变多。在地震地带和冻土地带尤其是不连续的冻土地带,大地会由于液化、断层位移或冻胀、融化而大幅变形,伴随于此,存在所埋设的管线受到大地大幅变形的影响而变形的可能。在发生大的变形的环境下,管线在塑性化之后仍会受到大的变形作用。在作用了过大的变形的情况下,钢管发生弯曲,在压缩侧压弯,之后在拉伸侧断裂。如果管线断裂,则会造成气体等泄漏的事故,因此对于为了不产生这样的断裂地构成管线的钢管来说,对变形性能有所要求。在上述这样的管线中使用的UOE钢管由于通过挤压模向外径方向进行扩管的工序的影响,钢管的外形成为波形形状。由于该波形形状的影响,钢管的弯曲刚性并不是一定的,而是存在偏差。因此,在一部分的容易弯曲的部位先发生弯曲应变,在该部分发生屈曲。为了不使钢管屈曲地弯曲,即为了得到变形性能优异的钢管,需要在材质和形状这两方面进行改善。在这一点,在形状方面,理想的是钢管的形状为正圆并且板厚没有偏差而是一定的,另外希望钢管的径向形状也不存在偏差。原本在工业上就不能以完全的正圆制造出不存在偏差的形状的钢管,需要将产品的形状特性控制在一定的制造公差之内。在这一点,在专利文献1中定义波浪波长比D,使该波浪波长比D的值为0.8以下,如果为0.8以下能够使耐屈曲性即变形性能提高。需要说明的是,在专利文献1中,以波形形状的振幅为一定值、具体地说0.73mm=0.06%OD进行评价。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特许5447461号公报发明内容发明所要解决的技术问题在专利文献1中,以振幅在所有“波浪”中相同为前提进行了计算,对于振幅如何影响耐屈曲性则没有明确地说明。并且,假定波形形状的频率相同,并不是假定多个波长的波或无规波。如上所述,在专利文献1中,对于所扩管的钢管的形状,假定其外形具有单一频率的钢管形状而进行设计和评价。然而,钢管的外形根据扩管控制方法、例如扩管间距等的差异而波形形状发生变化。例如在以小的间距进行扩管的情况下成为短周期小振幅,在以大的间距进行扩管的情况下成为长周期大振幅。在这里,在扩管工序中一般使用比钢管长度短的挤压模这一工具,将挤压模设置在钢管的内径侧并且向外径侧对钢管进行施力使其扩大,在完成钢管部分的扩管后,移动到下一扩管位置而进行同样的扩管处理。在本发明中,扩管间距是指在通过上述扩管处理使挤压模移动到扩管位置时其每一次的移动量。而且,实际上,在使扩管间距为大的间距、例如450mm的间距进行扩管的情况下,如图10所示,钢管的外形成为接近正弦曲线的形状,但在使扩管间距为小的间距例如80mm的间距进行扩管的情况下,如图11所示,由于波形重叠而成为无规则的波形而非单纯的正弦曲线。需要说明的是,在图10、图11中,横轴为测量位置mm,纵轴为外径方向不均mm。在这里,外径方向不均表示与对钢管的外形形状进行测量而求出的平均径的偏差量。由此,仅基于钢管的外形的振幅或波形不能对其变形性能进行评价。本发明是为了解决上述技术问题而做出的,其目的在于,提供一种对于经过使用了挤压模进行的扩管工序而制造的钢管,无论扩管的间距大还是小都能够对其变形性能进行评价的钢管的评价方法以及使用了该钢管的评价方法的钢管的制造方法。用于解决技术问题的技术方案发明者将通过钢管的外形形状的振幅或波形不能进行评价的实际的钢管形状作为对象,对评价钢管的变形性能的方法进行了锐意研究。其结果是,着眼于即使是钢管的外形形状是具有无规则的波形的形状,也成为在每个周期都具有功率的复合波的这一点,对钢管的外形形状进行频谱分析而得到该功率谱与钢管的变形性能之间存在相关关系这一见解从而完成本发明。在这里,功率谱表示的是各波长波数处的实际的信号强度分布,将信号的功率针对一定的频率带域进行分割,以频率的函数表示各带域中的每一个功率。本发明具体地说包含以下构成。1本发明的钢管的变形性能评价方法是经过了使用挤压模进行的扩管工序而制造的钢管的变形性能评价方法,具备:外形形状获取工序,对钢管的外形进行测定而获取外形形状的波形;功率谱获取工序,从所获取的所述外形形状的波形获取功率谱;判定工序,其将所获取的功率谱针对规定的波长范围进行积分,基于该积分值对变形性能进行判定。2并且,在上述1所述的钢管的变形性能评价方法中,所述判定工序在所述积分值为预先决定的规定的值以下的情况下判定为满足规定的变形性能。3本发明的钢管的制造方法是基于上述1或2所述的钢管的变形性能评价方法来制造钢管的钢管的制造方法,在所述变形性能评价方法的判定工序中判定为变形性能不满足规定的变形性能的情况下,减小使用挤压模进行的扩管工序中的扩管间距。发明的效果在本发明中,具有对钢管的外形进行测定而获取钢管的外形形状的外形形状获取工序、从所获取的外形形状的波形获取功率谱的功率谱获取工序、将所获取的功率谱针对规定的波长范围进行积分而基于该积分值对变形性能进行判定的判定工序,由此无论扩管的间距大还是小都能够可靠地对其变形性能进行评价。附图说明图1是本发明实施方式的钢管的变形性能评价方法的说明图。图2是成为本发明的对象的经过了使用挤压模进行的扩管工序而制造的钢管的外形的示意图。图3是表示扩管间距为450mm的情况下的功率谱的图。图4是表示扩管间距为125mm的情况下的功率谱的图。图5是表示扩管间距为80mm的情况下的功率谱的图。图6是表示用于对功率谱进行归一化的无规波的图。图7是表示图6所示的无规波的功率谱的图。图8a是表示对无规波形的功率谱进行积分的面积的图,图8b是表示对扩管间距为450mm的外形形状的波形的功率谱进行积分的面积的图,图8c是表示对扩管间距为125mm的外形形状的波形的功率谱进行积分的面积的图,图8d是表示对扩管间距为80mm的外形形状的波形的功率谱进行积分的面积的图。图9表示实施例中的实验结果,是表示归一化的功率谱的积分值与屈曲时的弯曲角度deg的关系的曲线图。图10是表示扩管间距为450mm的钢管的外形形状的波形的图。图11是表示扩管间距为80mm的钢管的外形形状的波形的图。具体实施方式本发明一实施方式的钢管的变形性能评价方法以经过了使用挤压模进行的扩管工序而制造的钢管为对象,如图1所示,具备获取钢管的外形形状的波形的外形形状获取工序、从所获取的外形形状的波形获取功率谱的功率谱获取工序以及判定钢管的变形性能的判定工序。例如,执行本发明的钢管的变形性能评价方法的变形性能评价装置具有外形形状获取部、功率谱获取部以及判定部。图1所示的钢管的变形性能评价处理在相对于变形性能评价装置存在表示波形的获取的信号输入的时刻开始,并且进入后述外形形状获取工序的处理。以下,对各工序详细地进行说明。<外形形状获取工序>外形形状获取工序是例如通过激光跟踪装置或扫描装置对钢管的外形进行测量、或者对钢管的外形拍照而使用该拍摄的图像对钢管的外形进行测量,从而获取钢管的外形形状的工序。在这里,外形形状的波形是指在钢管的管轴方向上测定的波形。在经过了使用挤压模进行的扩管工序而制造的钢管的情况下,如图2所示,存在在钢管1的外形中出现波长和振幅的波形的情况。这是图10所示的、例如以450mm间距进行扩管的情况。在图10的例子中,钢管的外径Φ为609mm,板厚t为17.5mm。另一方面,在将与图10相同的钢管尺寸例如以80mm间距进行扩管的情况下,如图11所示,波形发生重叠而不成为特定的振幅和波长的波形而是成为无规则的波形。<功率谱获取工序>功率谱获取工序是从在外形形状获取工序中获取的钢管的外形形状的波形获取功率谱的工序。功率谱能够通过以下方法获取。以数据数为N,以复数傅里叶系数fz为按平均值为0归一化的形状数据。离散傅里叶变换通过下式表示。[式1]各频率在这里为波长的振幅z方向的不均值的大小Px能够通过以下所示的功率谱表述。[式2]Px=|Fx|2通过上式求出的功率谱如图3~图5所示。图3是扩管间距为450mm的情况下的功率谱的曲线图,图4是扩管间距为125mm的情况下的功率谱的曲线图,图5是扩管间距为80mm的情况下的功率谱的曲线图。需要说明的是,图3~图5均为例如钢管的外径Φ为609mm、板厚t为17.5mm时的功率谱的曲线图。在图3~图5中,纵轴为功率谱,横轴为波长mm。观察图3,在波长为450mm处出现非常大的功率谱。这是由于在450mm具有明显的周期。观察图4,在波长为125mm处出现大的频谱。另一方面,450mm的波长的频谱变小,但并不是完全没有,450mm的波长与其附近的波长成分相比显现出高的功率谱。这是由于挤压模的有效长度为450mm,即使扩管间距为125mm,也要反复进行450mm的塑性加工,通过反复挤压并不能实现125mm的单波长,而是在具有450mm的波长的同时将其抑制为不明显的程度。观察图5,与图4的扩管间距为125mm的情况相同,450mm的波长的频谱变小。并且,与图4的扩管间距为125mm的情况相比,峰值在短波长横轴右侧上移动而成为更短的波长,并且功率谱小。即,在图5中,由于振幅小而成为平坦的钢管。需要说明的是,450mm的波长的功率谱在某种程度上大,按功率谱的峰值来说,该波长也被称之为最大。也就是说,在图5的扩管间距为80mm的情况下,与图4的扩管间距为125mm的情况相同,虽然具有450mm的波长,但能够将其抑制为不支配形状的程度。<判定工序>判定工序是针对在功率谱获取工序中获取的功率谱的规定的波长范围进行积分,基于该积分值对钢管的变形性能进行判定的工序。在这里,对于规定的波长范围,其上限值为8λ约1000mm,下限值为λ约125mm。需要说明的是,如上所述,括号内的数值是例如钢管的外径Φ为609mm、板厚t为17.5mm时的值。在这里λ为铁木辛柯屈曲半波长,以λ=1.72√rt此处r为半径、t为板厚表示。功率谱的积分值I通过下式赋予。[式3]在图3~图5中,以灰色表示功率谱的积分范围。使上限值为8λ是由于考虑到通常通过使用挤压模进行扩管而在钢管外形上产生的波长不会超过8λ。需要说明的是,目前制造的需要扩管的钢管的尺寸主要为16~56英寸,从一般使用的挤压模能够进行扩管的幅度的观点出发,例如在24英寸、板厚t为17mm的钢管的情况下,上限值8λ为1000mm。并且,使下限值为λ是由于考虑到如果在该波长以下则波形形状对发生屈曲的影响小。优选下限值为2λ。需要说明的是,从铁木辛柯屈曲波形的观点出发,例如在24英寸、板厚t为17mm的钢管的情况下,下限值λ为125mm,在所制造的钢管尺寸中的最小径、板厚级别为16英寸,板厚t为5mm的钢管的情况下,下限值λ为55mm。此外,在通过钢管的外形的波形形状所表示的功率谱的积分值进行判定时,例如如图6所示,优选生成不具有固有振幅的无规波,求出该无规波的功率谱I0,如图7所示地以II0归一化。在这里I是指钢管的波形所表示的功率谱。在图8中,a表示无规波的功率谱的积分范围的积分值,b表示扩管间距为450mm的功率谱的积分范围的积分值,c表示扩管间距为125mm的功率谱的积分范围的积分值,d表示扩管间距为80mm的功率谱的积分范围的积分值。判定工序通过将该积分范围归一化而得到的积分值对钢管的弯曲性能进行判定,所得到的积分值越小,能够评价为钢管的变形性能越为优异。这一点将在后述实施例中进行验证。需要说明的是,具体地说,在所得到的积分值为预先设定的规定的值以下的情况下,认为钢管的变形性能优异,相反在所得到的积分值比所述规定的值大的情况下高于的情况下,判定为不满足所要求的钢管的变形性能。这样,根据本实施方式,在成为无规波那样的、扩管间距小且钢管的外形形状的波形成为重叠波形的情况下也能够准确地判定钢管的变形性能。接着,对基于本发明的钢管的变形性能评价方法制造钢管的钢管的制造方法进行说明。本发明的钢管的制造方法在上述变形性能评价方法的判定工序中判定为变形性能不满足规定的变形性能的情况下,减小使用挤压模进行的扩管工序中的扩管间距。例如,通过成型工序,使钢板的宽度方向端部彼此相对而使用在前端部具有剖面圆弧状的外周面的凸模下压钢板的压弯方式将钢板成型为圆筒形状,接着通过焊接工序,使钢板的宽度方向端部彼此对接而进行焊接,接着,通过扩管工序,使用在圆周方向上配置有具有剖面为圆弧状的外周面的多个扩管挤压模的扩管机从钢管的内侧进行扩管而得到钢管。之后,通过上述变形性能评价装置,进行获取钢管的外形形状的波形的外形形状获取工序,接着,进行从所获取的外形形状的波形获取功率谱的功率谱获取工序,接着进行对钢管的变形性能进行判定的判定工序。实施例为了对在上述实施方式中进行了说明的通过功率谱的积分值I能够判定钢管的变形性能这一说法进行验证而进行了实验,以下对其进行说明。作为实验,进行改变了扩管间距和外形形状的振幅的多种扩管方法,对各扩管方法中的归一化的积分值与屈曲时的弯曲角度的关系进行了调查。扩管方法和调查结果如下表所示。[表1]表1所示的No.1~No.8中,当前实际进行的扩管方法为No.3、4、7。其他扩管方法是为了对No.3、4、7之间进行填补而改变振幅而模拟出的。需要说明的是,表1中的屈曲时的弯曲角度为60%,是在SMYS额定最小屈服强度;specifiedminimumyieldstrengthX70的内压状况下模拟使钢管弯曲而屈曲的实验的分析结果。表1所示的屈曲时的弯曲角度与归一化的功率谱的积分值的关系如图9的曲线图所示。观察图9的曲线图,“屈曲时的弯曲角度”与归一化的“功率谱的积分值”的关系在No.2与No.8之间反转,但除了这一点之外,大致处于反比例的关系,以归一化的功率谱的积分值为指标,通过功率谱的积分值变小能够判定为钢管的变形性能优异。于是,观察No.3和No.8的振幅,虽然同为±0.2mm,但No.8的积分值小,屈曲时的弯曲角度大。由此可以看出,即使钢管的外形形状的振幅相同,在钢管的变形性能上也存在差异,虽然仅凭借现有的外形形状不能进行判定,但根据本发明能够进行判定。如前所述,No.4的扩管间距为80mm、No.7的扩管间距为125mm的外形形状虽然具有450mm波长的成分但将其抑制为不支配形状的程度。这表示即使具有450mm的波长,只要减少450mm的波长的振幅成分或者将其分为其他频率成分,就能够使钢管的变形性能提高。现有的变形性能屈曲性能的改善方法是基于不具有特定的波长或者不在管端设置特定的最小径与最大径的差的想法来实现的,但是在这样的思路中,不能规定扩管间距为80mm、125mm的外形形状那样的具有复杂波形的钢管的性能。而且,由于一般的钢管在制造时会在宽频带域分别具有振幅,在现有的思路中,对于这样一般的钢管不能使其性能提高、对其进行性能评价。然而,如上所述,得到了即使具有特定的波长也能够通过减少该特定的波长的振幅成分或者将特定的波长分为其他频率成分而使钢管的变形性能提高这一见解。由此,根据本发明,在上述一般的钢管中也能够使性能提高、对性能进行评价。此外,根据该实施例的结果可知,扩管间距小到125mm左右即可,或者对挤压模进行改善使扩管后的外形形状的振幅为±0.1mm以下,由此能够提高钢管的变形性能。这样,通过使用本发明的判定方法,不仅是钢管的变形性能的判定,对于使用挤压模进行的扩管方法,也能够得到用于使钢管的变形性能提高的改善方法。并且,所制造的钢管的外形形状能够如上所述地利用激光跟踪装置或扫描装置等进行线上测量来获取,在制造时对其进行逐次测量,基于测量结果来实施本发明的判定方法,将判定结果反馈到扩管控制中而随时制造变形性能优异的钢管。由此,也能够实现产品成品率的提高。需要说明的是,作为反馈的具体例,在判定为不满足规定的钢管的变形性能的情况下,减小使用挤压模进行的扩管工序中的扩管间距即可。附图标记说明1钢管。

权利要求:1.一种钢管的变形性能评价方法,其为经过了使用挤压模进行的扩管工序而制造的钢管的变形性能评价方法,该钢管的变形性能评价方法的特征在于,具备:外形形状获取工序,对钢管的外形进行测定而获取外形形状的波形;功率谱获取工序,从所获取的所述外形形状的波形获取功率谱;判定工序,其将所获取的功率谱针对规定的波长范围进行积分,基于该积分值对钢管的变形性能进行判定。2.根据权利要求1所述的钢管的变形性能评价方法,其中,所述判定工序在所述积分值为预先决定的规定的值以下的情况下判定为满足规定的变形性能。3.一种钢管的制造方法,基于权利要求1或2所述的钢管的变形性能评价方法制造钢管,该钢管的制造方法的特征在于,在所述变形性能评价方法的判定工序中判定为变形性能不满足规定的变形性能的情况下,减小使用挤压模进行的扩管工序中的扩管间距。

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