鋼管：はじめに
鋼管の歴史、製造、使用
鋼管は鋼で作られた円筒形の管であり、製造やインフラストラクチャでさまざまな方法で使用されます。これらは、鉄鋼業界で最も利用されている製品です。パイプの主な用途は、石油、ガス、水などの地下の液体またはガスの輸送です。ただし、さまざまなサイズのパイプが製造および建設全体で使用されます。一般的な家庭用製造の例は、冷蔵庫の冷却システムを実行する細い鋼管です。建設は、暖房と配管にパイプを使用します。構造物は、手すり、自転車ラック、パイプボラードなどのさまざまなサイズの鋼管を使用して構築できます。
ウィリアム・マードックは鋼管のパイオニアであると考えられています。 1815年、彼はマスケット銃の銃身を結合して、石炭ランプの燃焼システムをサポートしました。マードックは革新的な配管システムを使用して、ロンドンの路上で石炭ガスをランプに輸送しました。
1800年代以降、鋼管の技術は、製造方法の改善、使用用途の開発、認証を管理する規制や基準の確立など、大きな進歩を遂げてきました。
鋼管はどのように作られていますか？
原材料の溶解から成形や溶接まで、このユビキタスな建築材料は2つの主要なプロセスを通じて作成されます。
生の鋼をより使いやすい形に変換する
どちらのプロセスも、高品質の鋼を作ることから始めなければなりません。原料鋼は、鋳物工場で原料を炉で溶かして製造されます。正確な組成を得るために、溶融金属に元素を添加し、不純物を除去することができます。得られた溶鋼を型に流し込んでインゴットを作るか、連続鋳造機に移してスラブ、ビレット、ブルームを作ります。パイプは、スラブまたはビレットの2つの製品から作られています。
パイプ製造における鋼スラブと鋼スケルプ
スチールスケルプは、2,200°Fに加熱されたスラブから作られています。熱により表面にスケールが形成されますが、スケールブレーカーと高圧洗浄によって除去する必要があります。洗浄後、鋼スラブは熱間圧延されて、スケルプと呼ばれる薄くて細い鋼片になります。スケルプは硫酸で酸洗い（表面洗浄）され、水で洗浄され、パイプ製造の原料として大きなスプールに巻かれます。スケルプの幅によって、作成できるパイプの直径が決まります。
スケルプはスプールから巻き戻され、加熱され、溝付きローラーを通って転がされます。溝付きローラーは、スケルプの端を上向きに曲げます。このプロセスにより、2つのエッジが互いに接触するように曲げられて、長いシリンダーを形成する円筒形のチューブが生成されます。溶接プロセスがエッジを結合し、パイプをシールします。
- 連続溶接作業では、溶接ローラーがパイプの端を互いに押し付け、すでにスケルプに加えられた熱によって鍛接を形成します。溶接中に金属は追加されず、ファイナルローラーはパイプの直径と肉厚を仕様に合わせて縮小します。
- 電気抵抗溶接は、スケルプがパイプ形状に冷間圧延されることを除いて、連続溶接と同様のプロセスに従います。電流は回転する銅ディスクによってパイプのエッジに供給され、溶接温度までエッジを加熱します。溶接ローラーがパイプの端を結合して、鍛接を作成します。
- スパイラル溶接とダブルサブマージアーク溶接は、従来の溶接技術を使用し、溶接材料を追加して結合を形成します。
シームレスパイプ用鋼ビレット
鋼ビレットは、連続鋳造機から直接製造された、または圧延および延伸された鋳造インゴットから製造された二次製品として製造された長い正方形の鋼片です。これらのビレットを使用してシームレスパイプを作成できます。これは、溶接線がない場合の一部のアプリケーションでより安全です。
固体鋼ビレットは極端な温度に加熱する必要があり、白熱しますが、溶けません。機械はそれらを円筒形の固体になるように回転させます。まだ熱いうちに、弾丸型のピアサーを使用して、中空の中心をその寸法に応じて規則的にします。パイプを必要な仕様に適合させるために、一連のフライス盤操作が続きます。
終了手順
パイプは、最後にジョイントを取り付ける前に、最終プロセスステップとして矯正機に通すことができます。小口径の配管には通常、ねじ山付きのジョイントが取り付けられていますが、大口径の配管には通常、パイプの端に溶接されたフランジが取り付けられています。測定機は、完成したパイプの寸法をチェックし、品質管理の目的でパイプの側面に詳細を刻印します。
品質管理
品質管理の手順には、特に溶接部に沿って、X線装置を使用してパイプの欠陥をチェックすることが含まれます。もう1つの手法は、パイプに水を満たして圧力テストを行い、指定された時間圧力をかけてパイプを使用する前に、壊滅的な障害を引き起こす可能性のある欠陥を明らかにすることです。
鋼管はどのように使用されますか？
パイプは、構造物、輸送、製造に使用されます。それらは外径に応じたサイズであり、内径は壁の厚さに基づいて変化します。パイプが管理しなければならない力に応じて、一部のアプリケーションは他のアプリケーションよりも厚い壁を必要とします。
構造的使用
構造用途は一般的な建物と建設です。これらの業界では、建築材料は一般に鋼管と呼ばれています。
建設杭
鋼管は、杭打ちと呼ばれるプロセスで基礎に強度を提供します。これらのアプリケーションでは、基礎が敷設される前に、チューブが地球の奥深くまで打ち込まれます。安全ではない地上の高層ビルや建設に安定性を提供します。
杭基礎には2つの基本的なタイプがあります：
- エンドベアリングパイル 特に強い土や岩の層の上に下端を置きます。建物の荷重は、杭を介して強力な層に伝達されます。
- 摩擦の山 摩擦により、建物の荷重を杭の全高にわたって土に伝達します。杭の表面全体が力を土に伝達するのに役立ちます。
足場ポール
足場ポールは、建設作業員が地上の高い場所にアクセスできるようにするケージ内の鋼管をリンクすることによって作られています。
製造用途
ガードレール
ガードレールも鋼管でできており、階段やバルコニーに見た目に美しい安全機能を備えています。
ボラード
セキュリティボラードは、人、建物、またはインフラストラクチャを保護するために、車両の通行からエリアを封鎖するために使用されます。
自転車ラック
多くの商用自転車ラックは、鋼管を曲げることによって形成されています。鋼の丈夫な材料特性により、泥棒に対して安全になります。
交通機関の利用
鋼管の最も一般的な用途は、製品の輸送です。これは、鋼管が長期間の設置に適しているためです。丈夫で壊れにくいため、地下に埋めることができます。
低圧用途では、パイプは大きな応力にさらされないため、高強度である必要はありません。肉厚が狭いため、製造コストが低くなります。石油およびガス産業で使用されるパイプなど、より特殊なアプリケーションでは、より厳しい仕様が必要です。輸送される製品の危険な性質、およびラインへの圧力の増加の可能性は、高い強度、したがってより厚い壁の厚さを要求します。これは一般的に関連するより高いコストをもたらします。これらのアプリケーションでは品質管理が重要です。
鋼管はどのように指定されていますか？
これらの材料の指定方法、およびパイプの正確な特性に対する意味について混乱が生じる可能性があります。 American Society for Testing and Materials（ASTM）、American Society of Mechanical Engineers（ASME）、American Petroleum Institute（API）は、北米で最も参照されている配管仕様の組織です。
仕様は、主に3つのカテゴリに分類できます。
公称パイプサイズ
パイプサイズは「公称パイプサイズ」またはNPSとして引用されています。小さいパイプ（
鋼管スケジュールは、パイプの壁の厚さを説明する方法です。これは、パイプの強度と特定のアプリケーションへの適合性に直接関係するため、重要なパラメータです。パイプスケジュールは無次元数であり、設計圧力と許容応力を考慮して、壁の厚さの設計式に基づいて計算されます。
スケジュール番号の例は次のとおりです。5、5S、10、20、30、40、50、60、80、100、120、140、160、STD、XS、およびXXS-最も一般的なのはスケジュール40および80です。 。スケジュール番号が増えると、パイプの壁の厚さが増します。したがって、ODはNPS番号によって固定されるため、パイプのスケジュール番号によって内径が定義されます。
パイプの重量は、外径を定義するNPSと、壁の厚さを定義するスケジュールに基づいて計算できます。この式では、1インチの厚さあたり1平方フィートあたり40.8ポンドの鋼の理論重量を使用して、定数を決定します。
W =10.69 x t（OD – t）
場所：
W =重量（ポンド/フィート）
Engineering Toolboxの次の表は、さまざまなNPSのパイプのOD、壁の厚さ、および重量の測定値を示しています。スケジュール40とスケジュール80の両方の測定値が表示されます。
スケジュール40 1/8 0.405 0.270 0.070 0.240 0.220 0.100 0.310 1/4 0.540 0.360 0.090 0.420 0.300 0.120 0.540 3/8 0.675 0.490 0.090 0.570 0.420 0.130 0.740 1/2 0.840 0.620 0.110 0.850 0.550 0.150 1.000 3/4 1.050 0.820 0.110 1.130 0.740 0.150 1.470 1 1.315 1.050 0.130 1.680 0.960 0.180 2.170 1-1 / 4 1.660 1.380 0.140 2.270 1.280 0.190 3.000 1-1 / 2 1.900 1.610 0.150 2.720 1.500 0.200 3.650 2 2.375 2.070 0.150 3.650 1.940 0.220 5.020 2-1 / 2 2.875 2.470 0.200 5.790 2.320 0.280 7.660 3 3.500 3.070 0.220 7.580 2.900 0.300 10.300 3-1 / 2 4.000 3.550 0.230 9.110 3.360 0.320 12.500 4 4.500 4.030 0.240 10.790 3.830 0.340 14.900 5 5.563 5.050 0.260 14.610 4.810 0.380 20.800 6 6.625 6.070 0.280 18.970 5.760 0.430 28.600 8 8.625 7.980 0.320 28.550 7.630 0.500 43.400 10 10.750 10.020 0.370 40.480 9.560 0.590 64.400 12 12.750 11.940 0.410 53.600 11.380 0.690 88.600 14 14.000 13.130 0.440 63.000 12.500 0.750 107.000 16 16.000 15.000 0.500 78.000 14.310 0.840 137.000 18 18.000 16.880 0.560 105.000 16.130 0.940 171.000 20 20.000 18.810 0.590 123.000 17.940 1.030 209.000 24 24.000 22.630 0.690 171.000 21.560 1.220 297.000 ASTM A53に基づく-パイプ、鋼、黒、溶融亜鉛めっき、亜鉛コーティング、溶接、シームレスの標準仕様。
メーカーは、製品が化学分析および機械的特性の仕様を満たしていることを検証するために、材料テストレポートまたはミルテストレポートを発行します。 MTRには、製品に関連するすべてのデータが含まれ、製品のライフサイクルを通じて付随します。
以下は、MTRに記録される可能性のある一般的なパラメータです。
鋼製ボラードの場合、引用される最も一般的な仕様はASTMA53およびASTMA500です。
リライアンスファウンドリは、鋼管から作られたパイプボラードを供給しています。ボラードは、人、建物、および周囲のインフラストラクチャを車両の衝突から保護するために地面に設置される垂直パイプの長さです。
鋼管ボラードは、車両の衝突の衝撃に耐えるのに十分な強度を確保するために、安全仕様に準拠する必要があります。スケジュール40およびスケジュール80の鋼は、用途に応じて鋼管ボラードの製造に使用できます。
鋼管ボラードは、美的魅力を高め、鋼管を腐食から保護するために、ステンレス鋼、プラスチック、またはその他の金属装飾カバーで覆われていることがよくあります。スケジュール
パイプの重量
OD=外径
t=厚さ
スケジュール80
公称
直径
直径
公称厚さ
重量
直径
公称厚さ
重量
パイプサイズ
（in）
（in）
（in）
（in）
（in）
（in）
外部
内部
lb/ft
内部
lb/ ft 認証
リライアンスファウンドリは鋼管をどのように使用していますか？
金属