最近10年來，為輸送天然氣，開展了（le）在海底（dǐ）鋪設管道管的深水研究項目。在天然氣的遠距離輸送中，要求管道在深海下具有抵抗外部水壓的抗壓強度（dù），因此一般使用UOE鋼管。UOE鋼管的製造方法（fǎ）為冷衝壓成形（xíng）法，鋼管強度各向異（yì）性。為預測UOE鋼管（guǎn）的抗壓（yā）強度和弄清鋼管的壓壞機理，新日鐵進行了鋼管（guǎn）成形－性能評（píng）價一體化的（de）數值解析模擬。數值解析模擬由（yóu）鋼管的二（èr）維成形模型和反映成（chéng）形形狀及殘留（liú）應力的（de）鋼管三維（wéi）壓壞模型構成。通過實（shí）驗（yàn），對鋼管的壁厚、圓（yuán）周方向位置中的（de）強度各向異性進行了測定（dìng），同時對殘留應力進行了測定，根據鋼管的實際抗（kàng）壓強度，對數值解析模型的妥當性進行了（le）評價。 1．UOE鋼（gāng）管的強度各向（xiàng）異（yì）性和殘留應力 眾所周知，影響鋼管（guǎn）抗壓強度的因素有形狀不良(鋼（gāng）管的（de）正圓度和壁厚不均（jun1）)、屈服強度(YS)和（hé）殘留應（yīng）力。圓周方向的壓（yā）縮屈服強度和殘留應（yīng）力有很大的相互關係。圓棒和圓柱試樣(直徑都是6mm)測定（dìng）的壁厚斷麵的屈服強度（dù）分布表明，鋼管外部圓周方向壓縮屈服強度的下降特別明顯。對壁（bì）厚位置中（zhōng）的S－S曲線比較（jiào）表明，從壁厚（hòu）中心（xīn）開始出現在外部因彈性（xìng）變形的鮑辛格效應而（ér）產生的（de）圓形的S－S曲線。根據UOE鋼管和油井用無縫鋼管的比較可知，兩種（zhǒng）鋼（gāng）管的殘留應（yīng）力都趨於內麵壓縮，但UOE鋼管殘留（liú）應力值小。 2．數值解析模擬 在數值解析過程中，使用了綜合模型對UOE鋼管的成形－抗壓強度進行了評估。在UOE鋼管的成形模型(二維平麵變形要素)中，使用了板材的S－S曲線，並將殘留應力應用於壓壞模型（xíng）(三維固（gù）體要（yào）素)。由於（yú）隻進行數值解析模擬難以精確預測對從板（bǎn）材到鋼管的S－S曲線變（biàn）化，因此采用半實驗的方（fāng）法(模擬變形（xíng）試驗)預測S－S曲（qǔ）線。即，把計算的等效塑性應（yīng）變滯後作用於從板材取樣（yàng）的圓棒試樣，然後對每個壁厚（hòu）位置所得（dé）的壓縮S－S曲線進行定義。 3．結（jié）果和（hé）研究 3．1壓（yā）壞模型（xíng）的妥當性 預測精度受模型的要素（sù）組合數、壓力（lì）增量值、收斂判斷值的支配，如（rú）果對這些影響因素進行校正，估計本模型的預測誤差在5％左右，通（tōng）過校正誤差，可以進一步提高預測精度。 在對給出相同正圓度時的綜（zōng）合模型和橢圓近似模型的壓壞值進行比較後發（fā）現兩者沒有比較（jiào）大平均差，由此可知（zhī），通過將取決於最大外徑和最小內徑的正圓度（dù）做成近似於橢圓的參數，就可以將局部曲率變化的UOE鋼管的外徑分布用（yòng）模型表示。對（duì）用橢（tuǒ）圓模型預測的壓壞值和（hé）預測（cè）UOE鋼（gāng）管抗壓強度的普通公式的計算值進行了比較（jiào），發現（xiàn）不（bú）同（tóng）D／t(外徑／壁厚)和正（zhèng）圓度的預測值與普通（tōng）公式預（yù）測值相同，由此推定采用成形－壓壞綜合模型也能獲（huò）得相同的結果。因此，可以（yǐ）說綜（zōng）合模型能解析壓（yā）壞機理，可（kě）以應用於成（chéng）形條件對抗壓強度影響的量（liàng）化。 3．2UOE鋼管（guǎn）的（de）壓壞機理 調查了采用圓棒試樣模擬（nǐ）UOE鋼（gāng）管生（shēng）產過程中預測（cè）的等效塑（sù）性應變滯後時的應力－應變關係，並對預測的S－S曲線和模擬曲（qǔ）線（xiàn）進（jìn）行了比較，結果可知預測（cè）的S－S曲線與實（shí）際鋼管的S－S曲線較一致，即使是受到不同應變滯後作用的壁厚斷麵（miàn），其YS也與實測值相同。在此次成形條件下的應變滯後中壁（bì）厚外部YS的下降受U衝壓時的拉伸應變負荷所支配。另外，在鋼管內側幾乎看（kàn）不到因彈性（xìng）變形的鮑（bào）格辛效應而產（chǎn）生的壓縮YS下降（jiàng）。采用以上提出的模擬應變試驗，能更加精確預測實際鋼管圓周方向的強度。 4．結束語 根據UOE鋼管的強度分布、強度各（gè）向異性和殘留應力實測值，通過數（shù）值解析，求出了（le）這些因素對鋼管外部壓壞特性的影響。結果明確了UOE鋼管特有的現象，即由於（yú）圓（yuán）周方（fāng）向壓縮YS的下降（jiàng），因此抗壓強度比均質（zhì）材低，壓壞的起點和殘留應力（lì）的效果與均質材不同等。另外，還（hái）提出了用板材進行鋼管成形時預測機械特（tè）性能變化的（de）有效方法