最近10年來，為輸送天然氣，開展了在海底（dǐ）鋪設管道管的深水研究項目。在天然氣的（de）遠距離輸送中，要求管道在深海下具有抵抗（kàng）外部水壓的抗壓強度，因此一（yī）般使用UOE鋼管。UOE鋼管的製造方法為冷衝壓成形法，鋼管強度各向（xiàng）異性。為預測UOE鋼管（guǎn）的抗壓（yā）強度和弄（nòng）清（qīng）鋼管的壓壞機理，新日鐵進（jìn）行了鋼管成形（xíng）－性能評價一體化的（de）數值解析模擬。數值解析模擬由鋼管的二維成形模型和反映（yìng）成形形狀（zhuàng）及殘留應力的鋼管（guǎn）三維壓壞模型構成。通過實驗，對鋼（gāng）管的壁厚、圓周方向位置（zhì）中的強度各向異性進行了測定，同時對殘留應力進行了測定，根據鋼管的實際抗壓強度，對數值解析模型的妥（tuǒ）當性進行了評（píng）價。 1．UOE鋼管的強度各（gè）向異性（xìng）和殘留應力（lì） 眾所周知，影（yǐng）響鋼（gāng）管（guǎn）抗壓強（qiáng）度的（de）因素有形狀不良(鋼管的正圓度和壁厚不均)、屈服強度(YS)和殘留應力。圓周方向的壓縮屈服強度和殘留應力有很（hěn）大的（de）相互關係。圓棒和圓柱試樣(直徑都是（shì）6mm)測定的壁厚斷（duàn）麵（miàn）的屈服強度分布表明，鋼管外部圓周方向壓縮屈（qū）服強度（dù）的下降特別（bié）明顯。對壁厚位置中的（de）S－S曲線比較表明（míng），從壁（bì）厚中心開始出現在外部因彈性變形的鮑（bào）辛格效應而產生的（de）圓形的S－S曲線。根據UOE鋼管和油井（jǐng）用無縫鋼管的比較可知，兩種鋼管的殘留應力（lì）都趨於內麵壓縮（suō），但UOE鋼管殘留應力值小。 2．數值（zhí）解析模擬 在數（shù）值解析過（guò）程中，使用了綜合模型對UOE鋼管的成形－抗壓（yā）強度進行（háng）了評估。在（zài）UOE鋼管的成形模型(二維平麵變形要（yào）素)中（zhōng），使用了板材的S－S曲線，並將殘留應力應用於壓（yā）壞模型(三維固體（tǐ）要素)。由（yóu）於隻進行數值解析（xī）模擬（nǐ）難以精確預測對從板材到鋼管的S－S曲線（xiàn）變化（huà），因此采用半實驗（yàn）的方法(模擬（nǐ）變形試驗)預測S－S曲線（xiàn）。即，把計算的等效塑性應變滯後作用於從板材取樣（yàng）的圓棒（bàng）試樣，然後對每個（gè）壁厚位（wèi）置所得的壓縮S－S曲線進行定義。 3．結果和（hé）研究 3．1壓壞模（mó）型的妥當性 預測（cè）精度（dù）受模型的要素（sù）組合數、壓力增量值、收斂判斷值的支（zhī）配，如果對這些影響因（yīn）素進行校正，估計本模型的預測誤差在5％左右，通過校正誤差，可以進（jìn）一步提高預測精度。 在對（duì）給出相同（tóng）正圓（yuán）度時的綜合模型和（hé）橢圓近似（sì）模型（xíng）的（de）壓壞值進（jìn）行比較後發現兩者沒（méi）有比（bǐ）較大平均差，由此可知，通過將取決於最大（dà）外徑和最小內徑（jìng）的正圓度做（zuò）成近（jìn）似於（yú）橢圓的參數，就可以將局（jú）部曲率變化的UOE鋼管的外徑分布用模型表示。對用橢圓模型預測的壓壞值和預測（cè）UOE鋼管抗壓強度的普通公式的計算值進行了比較，發現不同D／t(外徑／壁厚（hòu）)和正圓度的預測值與普通公式（shì）預測（cè）值相同，由此推定采用成形－壓壞綜合模型也能獲得相同（tóng）的結（jié）果（guǒ）。因此，可以說綜合模型能解析壓壞機理，可以應用於成形條件對抗壓強度影響的量化。 3．2UOE鋼管的壓壞機理 調查了采用圓棒試樣（yàng）模（mó）擬UOE鋼管（guǎn）生產過程中（zhōng）預測的（de）等效塑性應變滯後時的應力－應（yīng）變關（guān）係，並對預測的S－S曲（qǔ）線和模擬曲線（xiàn）進行了比較，結果可知預測的S－S曲線與（yǔ）實際鋼管的S－S曲線較一致，即使是受到（dào）不同應變滯（zhì）後作（zuò）用的壁（bì）厚斷（duàn）麵，其YS也（yě）與實測值相同。在此次成形條件下的應變滯（zhì）後中壁厚外部YS的下降受U衝壓時的拉伸應變負荷所支配。另外，在（zài）鋼管（guǎn）內側幾乎看不到因彈性變形的（de）鮑格辛（xīn）效應而產生的壓縮YS下（xià）降。采用以上提出的模擬應變試驗，能更加精確預（yù）測實際鋼管圓周方向的強度（dù）。 4．結束語 根據UOE鋼管的強度分布、強度各向異性和殘留應力實測值，通過數值解析（xī），求出（chū）了這些因素（sù）對鋼（gāng）管外部壓壞特（tè）性的影響（xiǎng）。結果明確了UOE鋼管特有的現（xiàn）象，即由於圓周方向壓縮YS的（de）下（xià）降，因此抗壓強度比均質材低（dī），壓壞的起點和殘留應力的效果與均質材不同等。另外，還提出了用板材進行（háng）鋼管（guǎn）成形時預測機械特性能變化（huà）的有（yǒu）效方（fāng）法