管道钢管的应变硬化特性决定方法

摘要

提供一种能够确保安全性且能够降低成本的钢管应变硬化特性决定方法。并且提出使用该钢管的应变硬化特性决定方法的钢管的制造方法、以及通过该钢管的制造方法制造出的钢管和管道。本发明的钢管的应变硬化特性决定方法包括：钢管条件设定工序，设定钢管的直径D、管厚t、该钢管的要求压缩局部压曲应变εreq；应变硬化特性取得工序，求出满足在钢管条件设定工序中设定的条件的钢管的压曲点附近的应变硬化特性；和将所述应变硬化特性作为所述钢管的应力应变曲线所要满足的条件的工序。

权利要求

1.一种钢管的应变硬化特性决定方法，包括：

钢管条件设定工序，设定钢管的直径D、管厚t、该钢管的要求压缩局部压曲应变εreq；

应变硬化特性取得工序，求出钢管的压曲点附近的、满足在钢管条件设定工序中设定的条件的应变硬化特性；和将所述应变硬化特性作为所述钢管的应力应变曲线所要满足的条件的工序。

2.一种钢管的应变硬化特性决定方法，包括：

钢管条件设定工序，至少根据通过管道输送的加压流体的输送量和输送距离，暂时决定用于所述管道的钢管的直径D、管厚t以及输送压力；

最大压缩轴应变计算工序，对具有所述暂时决定的直径和管厚的钢管考虑铺设路线，对管道进行结构设计，求出在结构设计的管道上作用所述输送压力、地面位移和/或外力时在所述钢管上产生的最大压缩轴应变；

要求压缩局部压曲应变设定工序，根据所述最大压缩轴应变，设定要求压缩局部压曲应变εreq；

应变硬化特性取得工序，求出钢管的压曲点附近的、全部满足所述直径D、管厚t以及要求压缩局部压曲应变εreq的各条件的应变硬化特性；和将所述应变硬化特性作为所述钢管的应力应变曲线所要满足的条件的工序。

3.一种钢管的应变硬化特性决定方法，包括：

钢管条件设定工序，设定钢管的直径D、管厚t、该钢管的要求弯曲局部压曲应变；

局部压曲应变转换工序，根据弯曲局部压曲应变和压缩局部压曲应变的定量关系，将所述要求弯曲局部压曲应变转换成要求压缩局部压曲应变εreq；

应变硬化特性取得工序，求出钢管的压曲点附近的、全部满足所述直径D、管厚t以及要求压缩局部压曲应变εreq的各条件的应变硬化特性；和将所述应变硬化特性作为所述钢管的应力应变曲线所要满足的条件的工序。

4.一种钢管的应变硬化特性决定方法，包括：

钢管条件设定工序，至少根据通过管道输送的加压流体的输送量和输送距离，暂时决定用于所述管道的钢管的直径D、管厚t以及输送压力；

最大弯曲应变计算工序，对具有所述暂时决定的直径和管厚的钢管考虑铺设路线，对管道进行结构设计，求出在结构设计的管道上作用所述输送压力、地面位移和/或外力时在所述钢管上产生的最大弯曲应变；

局部压曲应变转换工序，根据该最大弯曲应变设定要求弯曲局部压曲应变，并且根据弯曲局部压曲应变和压缩局部压曲应变的定量关系，将要求弯曲局部压曲应变转换成要求压缩局部压曲应变εreq；

应变硬化特性取得工序，求出钢管的压曲点附近的、全部满足所述直径D、管厚t以及要求压缩局部压曲应变εreq的各条件的应变硬化特性；和将所述应变硬化特性作为所述钢管的应力应变曲线所要满足的条件的工序。

5.如权利要求1～4中任一项所述的钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，在应力应变坐标上假定了与要求压缩局部压曲应变εreq对应的假想压曲点时，将该假想压曲点上的应力应变曲线的切线的倾斜度作为基准而给出。

6.如权利要求5所述的钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，设应变硬化特性为H，切线倾斜度为ETreq时，应变硬化特性H满足下式：$H=\frac{E_{\mathrm{Treq}}}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge \frac{9}{16}{ϵ}_{\mathrm{req}}{\left(\frac{D}{t}\right)}^2$其中，σreq是在应力应变曲线上与εreq对应的点的应力。

7.如权利要求1～4中任一项所述的钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，应变硬化特性，在假定了与要求压缩局部压曲应变εreq对应的应力应变坐标上的假想压曲点、以及位于应变值离开该压曲点的位置上的1个以上的辅助点时，使用所述假想的压曲点和所述1个以上的辅助点，作为多个点之间的部分应力关系而给出。

8.如权利要求7所述的钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，多个点之间的部分应力关系满足下式：$H=\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge 1+\frac{9}{16}{ϵ}_{\mathrm{req}}({ϵ}_2-{ϵ}_{\mathrm{req}}){\left(\frac{D}{t}\right)}^2$其中，

εreq：要求压缩局部压曲应变

σreq：应力应变曲线上与εreq对应的点的应力

ε2：辅助点上的应变

σ2：应力应变曲线上与ε2对应的点的应力。

9.如权利要求7所述的钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，多个点之间的部分应力关系满足下式$H=\frac{{2\sigma }_{\mathrm{req}}+({\sigma }_2-{\sigma }_1)}{{2\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge \{1+\frac{9}{32}({ϵ}_2-{ϵ}_1){ϵ}_{\mathrm{req}}{\left(\frac{D}{t}\right)}^2\}$其中，

ε1、ε2：夹着压曲点的辅助点上的应变

σreq：应力应变曲线上与εreq对应的点的应力

σ1、σ2：应力应变曲线上与ε1、ε2对应的点的应力。

10.如权利要求7所述的钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，多个点之间的部分应力关系满足下式：$H=\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge \{1+\frac{9}{16}{\log }_e\left(\frac{{ϵ}_2}{{ϵ}_{\mathrm{req}}}\right){ϵ}_{\mathrm{req}}^2{\left(\frac{D}{t}\right)}^2\}$其中，

ε2：辅助点上的应变

σreq：应力应变曲线上与εreq对应的点的应力

σ2：应力应变曲线上与ε2对应的点的应力。

11.如权利要求7所述的钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，多个点之间的部分应力关系满足下式：$H=\frac{{\sigma }_2+{\sigma }_{\mathrm{req}}}{{{\sigma }_1+\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge \{1+\frac{9}{16}{\log }_e\left(\frac{{ϵ}_2+{ϵ}_{\mathrm{req}}}{{ϵ}_1+{ϵ}_{\mathrm{req}}}\right){ϵ}_{\mathrm{req}}^2{\left(\frac{D}{t}\right)}^2\}$其中，

ε1、ε2：夹着压曲点的辅助点上的应变

σreq：应力应变曲线上与εreq对应的点的应力

σ1、σ2：应力应变曲线上与ε1、ε2对应的点的应力。

12.如权利要求1～4中任一项所述的钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，在应变硬化特性之外，将根据材料规格或要求条件确定的屈服应力范围和拉伸应力范围作为钢管的应力应变曲线所要满足的条件。

13.如权利要求1～4中任一项所述的钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，包括判定工序，将在应变硬化特性取得工序取得的应变硬化特性作为钢管的应力应变曲线所要满足的条件时，判定是否能够制造具有满足该条件的应力应变曲线所表示的机械性质的钢管，在该判定工序中判定为能够进行制造的情况下，采用设定或暂时决定的所述钢管的直径和管厚，在判定为不能进行制造的情况下，从钢管条件设定工序重新开始进行。

14.如权利要求13所述的钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，判定工序包括：对通过原有的制造方法进行制造的情况的判定、对在原有的制造方法不适合的情况下改变材料的化学成分设计和/或工艺设计的制造方法的判定。

15.如权利要求1～4中任一项所述的钢管的应变硬化特性决定方法，在应变硬化特性之外，为连续硬化型也作为钢管的应力应变曲线所要满足的条件。

16.一种钢管的制造方法，包括：通过权利要求1～15中任一项所述的钢管的应变硬化特性决定方法进行钢管材质设计的材质设计工序；和根据通过该材质设计工序得到的钢管的应力应变曲线所要满足的条件，进行材料的化学成分设计和/或工艺设计的工序。

说明书

技术领域

本发明涉及用于天然气、石油管道等的钢管的应变硬化特性决定方法、钢管的制造方法、钢管(pipe)、管道(pipeline)。

背景技术

作为能源供给的中枢，正在加紧建设天然气管道、石油管道。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，管道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。
聚焦于上述管道设计的管道建设的流程图如图13所示。现有的管道设计大致分为(1)系统设计和(2)结构设计。在系统设计中，将表示项目规模的输送量和输送距离作为前提条件，暂时设定钢管的种类、管径、管厚、作业压力，以使管道的操作成本和建设成本变得最小。在结构设计中，从系统设计中暂时设定的钢管的强度、形状以及铺设地方的地形等，根据作为铺设时假定的管道形状的铺设路线，考虑到地震时产生的地面位移等，实施结构分析，进行容许应力核查、容许应变核查、局部压曲核查。
在系统设计中暂时设定的钢管的各元素不满足这些核查条件的情况下，再次返回到系统设计来重新设定钢管的各元素。当满足上述核查条件时，通过在该系统设计中暂时设定的各元素，确定钢管的规格，并向钢铁公司定购钢管的制造。接受订货的钢铁公司根据管道公司的订货规格，制造管道钢管并进行交付。
局部压曲核查，用于核查在系统设计中暂时设定的条件下的钢管，对于经受铺设该管道的条件下假定的最大压缩应变和最大弯曲应变，是否具有充分的局部压曲性能。具体而言，求出所设计的钢管的局部压曲应变，判断该局部压曲应变是否大于在管道上产生的最大应变。
所设计的该钢管的局部压曲应变的求解方法如下所述。钢管的压缩局部压曲应变一般表示成：压缩局部压曲应变＝系数(管厚/管径)指数。将实际钢管的压缩局部压曲实验数据如图14所示地进行描绘，包络实验数据的下限而描绘曲线，配合该下限包络曲线而求出上述关系式中的系数和指数。
根据上述实际钢管的压曲实验得出的局部压曲推定式如表1所示。
表1
其中，表1所示的现行的设计基准所规定的局部压曲应变推定式以X65(根据美国API(American Petroleum Institute)规格的强度级别)以下的钢管的实验数据为基准。在图13中将适用范围限定于X65以下管道钢管，正是因为这个原因。
除了在表1表示的以外，在“高压气体管道耐震设计指南(修改版)”(社团法人日本天然气协会发行，2000年3月，39页)公开了下述局部压曲应变推定式：
ε＝35(t/D)(％)
由于如上所述地根据实际钢管的压曲实验得到局部压曲应变推定式，因而在局部压曲核查中，根据该推定式求出压缩局部压曲应变，并判断该压缩局部压曲应变是否大于最大应变。在小于最大应变的情况下，返回系统设计而重新设定条件。作为此时的重新设定的方法，由于存在压缩局部压曲应变＝系数(管厚/管径)指数的关系，因而可通过增加管厚来增加钢管的局部压曲应变。
以上是关于取得局部压曲应变推定式的X65以下的管道钢管，在作为管道钢管采用不存在局部压曲应变推定式的X70以上的钢种时，如图15所示，试制样本管后实施局部压曲实验，从而取得该钢管的局部压曲应变。然后，判断所取得的钢管的局部压曲应变是否大于最大应变。在这种情况下，小于最大应变时，与X65以下的情况相同地，重新制造增加了管厚的样本管并进行核查。
如上所述，在现有的管道设计中，根据实验式进行局部压曲核查，在局部压曲核查中判断为不可以的情况下，通过增加管厚来使局部压曲应变增加。由此，存在以下问题：
(1)根据实验式进行局部压曲核查而引起的问题
如上所述，在现行的设计指南、设计基准等中，X65以下钢管的压曲应变推定式如表示成：压曲应变＝系数(管厚/管径)指数，“系数”、“指数”为在实际钢管的压曲试验中得到的安全范围内的值。并且，还可以从表1和图14了解到，实验结果和基于该实验结果的式子本身存在较大偏差。
这样，实验结果本身存在较大偏差，并且在通过基于安全范围内实验值的压曲应变推定式求出压缩局部压曲应变，并进行局部压曲核查时，根据情况，直到实际上允许，过分地侧重安全判断而不能进行正确的判断的可能性较高。在这种情况下，即使本来允许也判断为不可以，并且要求安全方面的规格，因而成为超规格，存在成本变高的问题。
(2)通过增加管厚使局部压曲应变增加时的问题
近年来的新管道呈现出远距离化趋势，为了进行大量输送，大直径化、高压化趋势变强。在这种新管道中，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、钢管的运输费，并能够减少管道的建设和管理的总成本。
由此虽然要求高强度的钢管，但是管道用钢管具有强度越高屈服比(Y/T：拉伸强度T和屈服应力Y之比)增加的趋势。
另一方面，如果将管径和管厚相同作为前提，由于屈服比变高时局部压曲应变减少，因而存在越是高强度的钢管，局部压曲应变越减少的趋势。因此，虽然需要增加钢管的局部压曲应变，但是为了满足该要求采取增加管厚的方法时，变成特意使用高强度的钢管，违背使管厚变薄而减少管道的建设和管理的总成本的宗旨的情况。
如上所述，在现有的管道的设计方法中，不适合进行局部压曲核查，并且作为使局部压曲应变增加的方法仅使用增加管厚的方法，因而导致管道的成本高昂。这种情况不限定于管道，也存在于使用钢管等的建筑资材中。
另外，以上涉及具有压曲应变推定式的X65以下的钢管，对于没有压曲应变推定式的X70以上的钢管而言，需要试制实际钢管，因而耗费劳力，并且为了增加局部压曲应变而增加管厚的方面也同样地，存在与X65以下的钢管情况相同的问题。
并且，在管道的结构设计中，除了钢管的压缩局部压曲应变以外，需要弯曲局部压曲应变。如上所述，压缩局部压曲应变已经求出基础式，弯曲局部压曲应变则未求出基础式。因此，也与上述X70以上的钢管同样地，根据基于实际钢管的实验值，在上述X70以上的钢管中也存在与上述说明相同的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题作出的，其目的在于得到确保安全性且能够减少成本的钢管的应变硬化特性决定方法。
并且，其目的在于，得到使用该钢管的应变硬化特性决定方法的钢管的制造方法、以及通过该钢管的制造方法制造出的钢管以及管道。
现有的钢管设计，以在系统设计中设定的管径和管厚作为基础，通过推定式等推定出局部压曲应变，当该推定值小于要求值时增加管厚。但是，在该方法中推定式本身是实验式，不一定是满足经济性和安全性双方的公式，将使用基于该实验值的推定式的局部压曲推定值作为基准时，不一定得到满足经济性和安全性双方的钢管设计。
因此，发明人从给出进行系统设计的管径和管厚而推定钢管的局部压曲应变这一推定钢管所要求的局部压曲应变的想法，转变为除了通过系统设计等求出的管径、管厚以外，还预先给出所要求的局部压曲应变，进行能够满足该条件的钢管的材质设计，这一给出所要求的局部压曲应变的想法，并且发现在该材质设计中，利用在现有的结构设计中未注意到的新参数是有效的。然后进一步进行研究，结果发现新参数是钢管的应变硬化特性对钢管的局部压曲性能产生重大影响的参数，从而完成了本发明。其中，应变硬化特性是表示相对于应力增加的应变增加程度或表示相对于应变增加的应力增加的程度得参数，例如给出压曲点上的应力应变曲线的切线的倾斜度，或使应力应变曲线中的压曲点和辅助点组合的多个点之间的应力关系。
(1)本发明的钢管的应变硬化特性决定方法，包括：钢管条件设定工序，设定钢管的直径D、管厚t、该钢管的要求压缩局部压曲应变εreq；应变硬化特性取得工序，求出满足在钢管条件设定工序中设定的条件的钢管的压曲点附近的应变硬化特性；和将上述应变硬化特性作为上述钢管的应力应变曲线所要满足的条件的工序。
其中，“压曲点附近的”的用意在于，如后文所述，利用为了计算假想的压曲点和切线系数ETcr而设在压曲点附近的辅助点求出多个点之间的部分应力关系，将该关系包含在在此所称的“应变硬化特性”中。
(2)一种钢管的应变硬化特性决定方法，包括：钢管条件设定工序，至少根据通过管道输送的加压流体的输送量和输送距离，暂时决定用于上述管道的钢管的直径D、管厚t以及输送压力；最大压缩轴应变计算工序，对具有暂时决定的上述直径和管厚的钢管考虑铺设路线，对管道进行结构设计，求出在结构设计的管道上作用上述输送压力、地面位移和/或外力时在上述钢管上产生的最大压缩轴应变；要求压缩局部压曲应变设定工序，根据上述最大压缩轴应变，设定要求压缩局部压曲应变εreq；应变硬化特性取得工序，求出全部满足上述直径D、管厚t以及要求压缩局部压曲应变εreq的各条件的钢管的压曲点附近的应变硬化特性；和将上述应变硬化特性作为上述钢管的应力应变曲线所要满足的条件的工序。
在管道受到弯曲变形的情况下，需要向管道提供相对于弯曲局部压曲的安全性。但是，用于计算钢管的弯曲局部压曲应变的解析解没有求出。因此，通过有限元分析等定量地求解钢管的压缩局部压曲应变和弯曲局部压曲应变的关系(比率)，使用该定量的比率，将要求弯曲局部压曲应变转换成要求压缩局部压曲应变，并根据该要求压缩局部压曲应变，通过使用上述方法，能够如下所述地进行管道受到弯曲变形的情况下的钢管的材质设计。图7是通过有限元分析分别求出钢管的压缩局部压曲应变和弯曲局部压曲应变，并在同一坐标上进行描绘的图。在该例子是相对于管径D和管厚t的比D/t分别为50、60，屈服比(Y/T)(拉伸强度T和屈服应力Y的比)为0.80、0.85、0.90、0.93的情况的解析例。从图7可知，在安全方面进行评价，压缩局部压曲应变和弯曲局部压曲应变具有1∶2的关系。
(3)管道受到弯曲变形时的钢管的应变硬化特性决定方法，包括：钢管条件设定工序，设定钢管的直径D、管厚t、该钢管的要求弯曲局部压曲应变；局部压曲应变转换工序，根据弯曲局部压曲应变和压缩局部压曲应变的定量关系，将上述要求弯曲局部压曲应变转换成要求压缩局部压曲应变εreq；应变硬化特性取得工序，求出全部满足上述直径D、管厚t以及要求压缩局部压曲应变εreq的各条件的钢管的压曲点附近的应变硬化特性；和将上述应变硬化特性作为上述钢管的应力应变曲线所要满足的条件的工序。
(4)一种钢管的应变硬化特性决定方法，包括：钢管条件设定工序，至少根据通过管道输送的加压流体的输送量和输送距离，暂时决定用于上述管道的钢管的直径D、管厚t以及输送压力；最大弯曲应变计算工序，对具有上述暂时决定的直径和管厚的钢管考虑铺设路线，对管道进行结构设计，求出在结构设计的管道上作用上述输送压力、地面位移和/或外力时在上述钢管上产生的最大弯曲应变；局部压曲应变转换工序，根据该最大弯曲应变设定要求弯曲局部压曲应变，并且根据弯曲局部压曲应变和压缩局部压曲应变的定量关系，将要求弯曲局部压曲应变转换成要求压缩局部压曲应变εreq；应变硬化特性取得工序，求出全部满足上述直径D、管厚t以及要求压缩局部压曲应变εreq的各条件的钢管的压曲点附近的应变硬化特性；和将上述应变硬化特性作为上述钢管的应力应变曲线所要满足的条件的工序。
(5)一种钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，上述(1)至(4)中的应变硬化特性，在假定了与要求压缩局部压曲应变εreq对应的应力应变坐标上的假想压曲点时，将该假想压曲点上的应力应变曲线的切线的倾斜度作为基准而给出。
(6)一种钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，设上述(5)中的应变硬化特性为H，切线倾斜度为ETreq时，应变硬化特性H满足下式：
$H=\frac{E_{\mathrm{Treq}}}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge \frac{9}{16}{ϵ}_{\mathrm{req}}{\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(1.1\right)$
其中，σreq是在应力应变曲线上与εreq对应的点的应力。
在此，对上述(6)的(1.1)式进行说明。
作为表示受到压缩力的钢管的压曲应变的基础式，具有下述(1.2)式：
${ϵ}_{\mathrm{cr}}=\frac{2}{\sqrt{3(1-v^2)}}\sqrt{\frac{E_{\mathrm{Tcr}}}{E_{\mathrm{Scr}}}}\frac{t}{D}---\left(1.2\right)$
在(1.2)式中，εcr表示压缩局部压曲应变，v表示泊松比，t表示钢管的厚度，D表示钢管的直径。并且，在表示连续硬化型应力应变曲线的图8中，Escr表示连接原点和压曲点的线的倾斜度(以下称为“割线系数”)，ETcr表示压曲点上的应力应变曲线的倾斜度(以下称为“切线系数”)。
在(1.2)式中，作为进行塑性变形时的泊松比v，代入0.5进行整理时成为下式(1.3)式：
${ϵ}_{\mathrm{cr}}=\frac{4}{3}\sqrt{\frac{E_{\mathrm{Tcr}}}{E_{\mathrm{Scr}}}}\frac{t}{D}---\left(1.3\right)$
对(1.3)式的两边进行平方，关于ETcr进行求解时得到下式(1.4)：
$E_{\mathrm{Tcr}}=\frac{9}{16}{E}_{\mathrm{Scr}}{{ϵ}_{\mathrm{cr}}}^2{\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(1.4\right)$
并且，将与应力应变曲线上的εcr对应的应力作为σcr时，由于Escr＝σcr/εcr，(参照图8)，(1.4)式可表示成下式：
$E_{\mathrm{Tcr}}=\frac{9}{16}{\sigma }_{\mathrm{cr}}{ϵ}_{\mathrm{cr}}{\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(1.5\right)$
其中，由于作为要求值而输入的要求局部压曲应变值成为局部压曲应变εcr以上的值，因而为了区别于局部压曲应变εcr，将要求局部压曲应变表示成εreq。并且，使用要求局部压曲应变εreq时，所求出的切线系数为满足要求条件的最小值。因此，在(1.5)式中加入这些条件时，作为应力应变曲线所要满足的条件的ETreq，成为下述(1.6)式：
$E_{\mathrm{Treq}}\ge \frac{9}{16}{\sigma }_{\mathrm{req}}{ϵ}_{\mathrm{req}}{\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(1.6\right)$
在(1.6)式中，σreq是应力应变曲线上的对应于εreq的点的应力。在(1.6)式的右边包含作为εreq的因变量的σreq。并且，将右边整理成暂时决定值以及要求值的函数，在左边配置因变量σreq和作为要求值的切线系数ETreq时成为(1.7)式，这就是上述(6)所表示的公式：
$H=\frac{E_{\mathrm{Treq}}}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge \frac{9}{16}{ϵ}_{\mathrm{req}}{\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(1.7\right)$
另外，在上述说明中，在(1.2)式中作为泊松比v代入0.5，并将(1.3)式的常数作为4/3，由于各种原因，作为泊松比v也可以代入0.5以外的数值，在这种情况下(1.3)式的常数4/3产生变化。因此，(1.3)式通常将A作为常数而表现成下述(1.8)式。同样地，(1.7)式、后述的(2.1)式、(4.1)式、(5.9)式的常数9/16可替换成1/A2，(3.9)式的常数9/32可替换成1/(2A2)。
${ϵ}_{\mathrm{cr}}=A\sqrt{\frac{E_{\mathrm{Tcr}}}{E_{\mathrm{Scr}}}}\frac{t}{D}---\left(1.8\right)$
(7)本发明的另一钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，上述(1)至(4)中的应变硬化特性，在假定了与要求压缩局部压曲应变εreq对应的应力应变坐标上的假想压曲点、以及位于应变值离开该压曲点的位置上的1个以上的辅助点时，使用上述假想的压曲点和上述1个以上的辅助点，作为多个点之间的部分应力关系而给出。
作为多个点之间的部分应力关系给出应变硬化特性，易于判定例如通过原有的制造方法制造出的钢管是否满足所要求的应变硬化特性。即，由于通过原有制造方法制造出的钢管的应力应变关系作为点序列给出，因而作为多个点之间的部分应力关系给出所要求的应变硬化特性，与原有的数据的比较变得容易，能够简便地进行上述判定。
(8)一种钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，(7)中的多个点之间的部分应力关系满足下式：
$H=\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge 1+\frac{9}{16}{ϵ}_{\mathrm{req}}({ϵ}_2-{ϵ}_{\mathrm{req}}){\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(2.1\right)$
其中，
εreq：要求压缩局部压曲应变
σreq：应力应变曲线上的与εreq对应的点的应力
ε2：辅助点2上的应变
σ2：应力应变曲线上与ε2对应的点的应力(辅助点2上的应力)
在此，对上述(8)的(2.1)式进行说明。
假想的连续硬化型应力应变曲线如图9所示。图9的横轴表示钢管的压缩轴应变，纵轴表示压缩轴应力。横轴上的εcr是要求压缩局部压曲应变，ε2是在εcr的右侧以任意间隔设定的辅助点2的应变。对应于横轴上的εcr和ε2的应力应变曲线上的点分别称为压曲点C、辅助点2。压曲点C和辅助点2上的应力分别表示为σcr和σ2。用连接坐标原点和压曲点C的线段的斜度表示割线模数EScr。假定压曲点C和辅助点2的应力关系为线性关系时，切线系数和割线模数可表示成下式：
$E_{\mathrm{Tcr}}=\frac{{\sigma }_2-{\sigma }_{\mathrm{cr}}}{{ϵ}_2-{ϵ}_{\mathrm{cr}}}---\left(2.2\right)$
$E_{\mathrm{Scr}}=\frac{{\sigma }_{\mathrm{cr}}}{{ϵ}_{\mathrm{cr}}}---\left(2.3\right)$
如上所述，通过下式(2.4)式给出钢管的局部压曲应变：
${ϵ}_{\mathrm{cr}}=\frac{4}{3}\sqrt{\frac{E_{\mathrm{Tcr}}}{E_{\mathrm{Scr}}}}\frac{t}{D}---\left(2.4\right)$
在(2.4)式中代入(2.2)式和(2.3)式而进行整理，得到下式(2.5)式：
${ϵ}_{\mathrm{cr}}=\frac{16}{9{\sigma }_{\mathrm{cr}}}\frac{{\sigma }_2-{\sigma }_{\mathrm{cr}}}{{ϵ}_2-{ϵ}_{\mathrm{cr}}}{\left(\frac{t}{D}\right)}^2---\left(2.5\right)$
在此，与前述的(6)的情况相同地，作为要求值输入的要求局部压曲应变，为了区别于局部压曲应变εcr，表示成要求局部压曲应变εreq。并且，将应力应变曲线上的与要求局部压曲应变εreq对应的应力作为σreq，将(2.5)式的右边整理成暂时决定值以及要求值的函数，成为下述(2.6)式：
$\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}=1+\frac{9}{16}{ϵ}_{\mathrm{req}}({ϵ}_2-{ϵ}_{\mathrm{req}}){\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(2.6\right)$
由于(2.6)式用于表示最低值，结果，作为钢管的应力应变线图所要满足的条件的多个点之间的部分应力关系，成为下述(2.7)式，其与(2.1)式相同。
$H=\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge 1+\frac{9}{16}{ϵ}_{\mathrm{req}}({ϵ}_2-{ϵ}_{\mathrm{req}}){\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(2.7\right)$
(9)一种钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，上述(7)中的多个点之间的部分应力关系满足下述(3.1)式：
$H=\frac{2{\sigma }_{\mathrm{req}}+({\sigma }_2-{\sigma }_1)}{2{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge \{1+\frac{9}{32}({ϵ}_2-{ϵ}_1){ϵ}_{\mathrm{req}}{\left(\frac{D}{t}\right)}^2\}---\left(3.1\right)$
其中，
ε1、ε2：夹着压曲点的辅助点1和2的应变
σreq：应力应变曲线上的与εreq对应的压曲点的应力
σ1、σ2：应力应变曲线上与ε1、ε2对应的点的应力
(辅助点1和2上的应力)
在此，对上述(9)的(3.1)式进行说明。
假想的连续硬化型应力应变曲线如图10所示。图10的横轴表示钢管的压缩轴应变，纵轴表示压缩轴应力。横轴上的εcr是压缩局部压曲应变，ε1和ε2是在εcr的左右以任意间隔设定的辅助点1和2的应变。其中，εcr和ε1的间隔与εcr和ε2的间隔为相同间隔。
将与横轴上的εcr、ε1和ε2对应的应力应变曲线上的点分别称为压曲点C、辅助点1和辅助点2。分别将与压曲点C、辅助点1和辅助点2对应的纵轴的应力表示为σcr、σ1和σ2。并且，A点表示1点和C点的中点，B点表示C点和2点的中点。与A点和B点对应的横轴的应变表示为εA、εB，各值成为ε1和εcr、εcr和ε2的平均值。与该εA和εB对应的纵轴的应力分别为σA、σB。用公式表示这些关系时成为下述(3.2)式～(3.5)式。
${\sigma }_A=\frac{1}{2}({\sigma }_1+{\sigma }_{\mathrm{cr}})---\left(3.2\right)$
${\sigma }_B=\frac{1}{2}({\sigma }_{\mathrm{cr}}+{\sigma }_2)---\left(3.3\right)$
${ϵ}_A=\frac{1}{2}({ϵ}_1+{ϵ}_{\mathrm{cr}})---\left(3.4\right)$
${ϵ}_B=\frac{1}{2}({ϵ}_{\mathrm{cr}}+{ϵ}_2)---\left(3.5\right)$
压曲点(C点)上的切线系数ETcr和割线模数EScr可表示成下式：
$E_{\mathrm{Tcr}}=\frac{{\sigma }_B-{\sigma }_A}{{ϵ}_B-{ϵ}_A}=\frac{{\sigma }_2-{\sigma }_1}{{ϵ}_2-{ϵ}_1}---\left(3.6\right)$
$E_{\mathrm{Scr}}=\frac{{\sigma }_{\mathrm{cr}}}{{ϵ}_{\mathrm{cr}}}---\left(3.7\right)$
对(1.2)式的两边进行平方，并代入(3.6)式和(3.7)式而进行整理时，得到(3.8)式：
$\frac{2{\sigma }_{\mathrm{cr}}+({\sigma }_2-{\sigma }_1)}{2{\sigma }_{\mathrm{cr}}}=1+\frac{9}{32}({ϵ}_2-{ϵ}_1){ϵ}_{\mathrm{cr}}{\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(3.8\right)$
在此，与前述的(6)的情况相同地，作为要求值而输入的要求局部压曲应变，为了区别于局部压曲应变εcr，表示成要求局部压曲应变εreq。并且，将与应力应变曲线上的要求局部压曲应变εreq对应的应力作为σreq。由于(3.8)式用于表示最低值，结果，作为钢管的应力应变曲线所要满足的多个点之间的部分应力关系，成为下述(3.9)式，其与上述(3.1)式相同。
$H=\frac{2{\sigma }_{\mathrm{req}}+({\sigma }_2-{\sigma }_1)}{2{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge 1+\frac{9}{32}({ϵ}_2-{ϵ}_1){ϵ}_{\mathrm{req}}{\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(3.9\right)$
(10)并且，本发明的另一钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，上述(7)中的多个点之间的部分应力关系满足下述(4.1)式：
$H=\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge \{1+\frac{9}{16}{\log }_e\left(\frac{{ϵ}_2}{{ϵ}_{\mathrm{req}}}\right){ϵ}_{\mathrm{req}}^2{\left(\frac{D}{t}\right)}^2\}---\left(4.1\right)$
其中，
εreq：要求压缩局部压曲应变
σreq：应力应变曲线上的与εreq对应的压曲点的应力
ε2：辅助点2上的应变
σ2：应力应变曲线上与ε2对应的点的应力
(辅助点2上的应力)
对(4.1)式进行说明。
用单一的乘方函数表示整个应力应变曲线时，成为下述(4.2)式。
σ＝Aεn---------------------------------(4.2)
其中，σ是应力，ε是应变，A是系数，n是应变硬化指数。
利用乘方硬化定律如(4.2)式一样表示钢管的应力应变关系时，切线系数ET和割线模数ES分别表示成下式：
σ＝Aεn-------------------------------------(4.3)
$E_T=\frac{\mathrm{d\sigma }}{\mathrm{dϵ}}=\mathrm{An}{ϵ}^{n-1}---\left(4.4\right)$
$E_S=\frac{\sigma }{ϵ}=\frac{A{ϵ}^n}{ϵ}=A{ϵ}^{n-1}---\left(4.5\right)$
因此，表示钢管的压曲应变的基础式(1.3)式的根号可表示成下式：
$\sqrt{\frac{E_T}{E_S}}=\sqrt{\frac{\mathrm{An}{ϵ}^{n-1}}{A{ϵ}^{n-1}}}=\sqrt{n}---\left(4.6\right)$
将(4.6)式代入(1.2)式时，如下式得到压曲应变：
${ϵ}_{\mathrm{cr}}=\frac{4}{3}\sqrt{\frac{E_{\mathrm{Tcr}}}{E_{\mathrm{Scr}}}}\frac{t}{D}=\frac{4}{3}\sqrt{n}\frac{t}{D}---\left(4.7\right)$
在用上述(4.2)式表示应力应变关系的情况下，如图11所示，在双对数轴上描绘应力应变关系，并在点εcr的右侧设置ε2(辅助点2)时，可通过下式计算应变硬化指数n。
$n_{\mathrm{cr}}=\frac{\log {\sigma }_2-\log {\sigma }_{\mathrm{cr}}}{\log {ϵ}_2-\log {ϵ}_{\mathrm{cr}}}=\frac{\log ({\sigma }_2/{\sigma }_{\mathrm{cr}})}{\log ({ϵ}_2/{ϵ}_{\mathrm{cr}})}---\left(4.8\right)$
在此，应力应变关系是单调递增函数，在本说明书中研究的塑性区域中的局部压曲的情况下，上式右边分子的二点的应力关系成为下式(4.9)。
$1.0\le \frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{cr}}}\approx 1.0---\left(4.9\right)$
并且，在对数函数中，x为正数，能够相对于接近0的微小量x如以下(4.10)所示地进行近似：
$\log (1+x)\cong x---\left(4.10\right)$
因此，(4.8)式中的右边分子如下式一样地进行近似：
$\log \frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{cr}}}=\log (1+(\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{cr}}}-1))\cong \frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{cr}}}-1---\left(4.11\right)$
将(4.11)式代入(4.8)式时：
$n_{\mathrm{cr}}\cong \frac{1}{\log ({ϵ}_2/{ϵ}_{\mathrm{cr}})}(\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{cr}}}-1)---\left(4.12\right)$
将上式代入(4.7)后对两边进行平方，得到下式：
${{ϵ}_{\mathrm{cr}}}^2=\frac{16}{9}{n}_{\mathrm{cr}}{\left(\frac{t}{D}\right)}^2=\frac{16}{9}\frac{1}{\log ({ϵ}_2/{ϵ}_{\mathrm{cr}})}(\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{cr}}}-1){\left(\frac{t}{D}\right)}^2---\left(4.13\right)$
进一步进行整理时：
$\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{cr}}}=1+\frac{16}{9}\log \left(\frac{{ϵ}_2}{{ϵ}_{\mathrm{cr}}}\right){{ϵ}_{\mathrm{cr}}}^2{\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(4.14\right)$
在此，与前述的(6)的情况相同地，作为要求值而输入的要求局部压曲应变，为了区别于局部压曲应变εcr，表示成要求局部压曲应变εreq。并且，将与应力应变曲线上的要求局部压曲应变εreq对应的应力作为σreq。由于(4.14)式用于表示最低值，结果，作为钢管的应力应变曲线所要满足的多个点之间的部分应力关系，成为下述(4.15)式，其与上述(4.1)式相同。
$H=\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge 1+\frac{16}{9}\log \left(\frac{{ϵ}_2}{{ϵ}_{\mathrm{req}}}\right){{ϵ}_{\mathrm{req}}}^2{\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(4.15\right)$
(11)并且，本发明的另一钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，(7)中的多个点之间的部分应力关系满足下述(5.1)式：
$\frac{{\sigma }_2+{\sigma }_{\mathrm{req}}}{{\sigma }_1+{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge \{1+\frac{9}{16}{\log }_e\left(\frac{{ϵ}_2+{ϵ}_{\mathrm{req}}}{{ϵ}_1+{ϵ}_{\mathrm{req}}}\right){ϵ}_{\mathrm{req}}^2{\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(5.1\right)$
其中，
ε1、ε2：夹着压曲点的辅助点1和2上的应变
σreq：应力应变曲线上的与εreq对应的点的应力
σ1、σ2：应力应变曲线上与ε1、ε2对应的点的应力
(辅助点1和2上的应力)
在此，对上述(11)的(5.1)式进行说明。
假想的连续硬化型应力应变曲线如图12所示。图12的横轴表示钢管的压缩轴应变，纵轴表示压缩轴应力。
在用乘方函数表示应力应变关系的情况下，与用上述线性关系表示的情况相同地，将与横轴上(应变轴上)的εcr、ε1以及ε2对应的应力应变曲线上的点和应力分别作为压曲点C(σcr)、辅助点1(σ1)以及辅助点2(σ2)时，得到下式的关系：
${\sigma }_A=\frac{1}{2}({\sigma }_1+{\sigma }_{\mathrm{cr}})---\left(5.2\right)$
${\sigma }_B=\frac{1}{2}({\sigma }_{\mathrm{cr}}+{\sigma }_2)---\left(5.3\right)$
${ϵ}_A=\frac{1}{2}({ϵ}_1+{ϵ}_{\mathrm{cr}})---\left(5.4\right)$
${ϵ}_B=\frac{1}{2}({ϵ}_{\mathrm{cr}}+{ϵ}_2)---\left(5.5\right)$
应变硬化指数与两点表示的情况相同地采用近似式，可表示成下式：
$n_{\mathrm{cr}}=\frac{\log ({\sigma }_B/{\sigma }_A)}{\log ({ϵ}_B/{ϵ}_A)}\cong (\frac{{\sigma }_B}{{\sigma }_A}-1)\frac{1}{\log ({ϵ}_B/{ϵ}_A)}=\frac{({\sigma }_{\mathrm{cr}}+{\sigma }_2)/({\sigma }_1+{\sigma }_{\mathrm{cr}})-1}{\log \{({ϵ}_{\mathrm{cr}}+{ϵ}_2)/({ϵ}_1+{ϵ}_{\mathrm{cr}})\}}---\left(5.6\right)$
将(5.6)式代入(4.7)式并对两边进行平方时，得到下式：
${{ϵ}_{\mathrm{cr}}}^2=\frac{16}{9}{n}_{\mathrm{cr}}{\left(\frac{t}{D}\right)}^2=\frac{16}{9}\frac{({\sigma }_{\mathrm{cr}}+{\sigma }_2)/({\sigma }_1+{\sigma }_{\mathrm{cr}})-1}{\log \{({ϵ}_{\mathrm{cr}}+{ϵ}_2)/({ϵ}_1+{ϵ}_{\mathrm{cr}})\}}---\left(5.7\right)$
进一步进行整理时得到下式：
$\frac{{\sigma }_{\mathrm{cr}}+{\sigma }_2}{{\sigma }_1+{\sigma }_{\mathrm{cr}}}=1+\frac{9}{16}\log \left(\frac{{ϵ}_{\mathrm{cr}}+{ϵ}_2}{{ϵ}_2+{ϵ}_{\mathrm{cr}}}\right){{ϵ}_{\mathrm{cr}}}^2{\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(5.8\right)$
在此，与前述的(6)的情况相同地，作为要求值而输入的要求局部压曲应变，为了区别于局部压曲应变εcr，表示成要求局部压曲应变εreq。并且，将与应力应变曲线上的要求局部压曲应变εreq对应的应力作为σreq。由于(5.8)式用于表示最低值，结果，作为钢管的应力应变曲线所要满足的多个点之间的部分应力关系，成为下述(5.9)式，其与上述(5.1)式相同。
$H=\frac{{\sigma }_{\mathrm{req}}+{\sigma }_2}{{\sigma }_1+{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge 1+\frac{9}{16}\log \left(\frac{{ϵ}_{\mathrm{req}}+{ϵ}_2}{{ϵ}_1+{ϵ}_{\mathrm{req}}}\right){{ϵ}_{\mathrm{req}}}^2{\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(5.9\right)$
(12)并且，本发明的另一钢管的应变硬化特性决定方法，在上述(1)～(11)中，其特征在于，在应变硬化特性之外，将根据材料规格或要求条件确定的屈服应力范围和拉伸应力范围作为钢管的应力应变曲线所要满足的条件。
如上所述，通过将屈服应力范围和拉伸应力范围作为条件，从通过原有的制造方法制造出的钢管中，选择满足设计条件的钢管时，由于在研究应变硬化特性之前，可以通过屈服应力范围和拉伸应力范围进行缩窄，因而钢管的选择变得容易。并且，在根据材质设计新制造钢管的情况下，同样地，通过将屈服应力范围和拉伸应力范围作为条件，能够使制造方法变窄。
(13)并且，一种钢管的应变硬化特性决定方法，在上述(1)～(12)中，其特征在于，包括：判定工序，将在应变硬化特性取得工序取得的应变硬化特性作为钢管的应力应变曲线所要满足的条件时，判定是否能够制造具有满足该条件的应力应变曲线所表示的机械性质的钢管；和在该判定工序中判定为能够进行制造的情况下，采用设定或暂时决定的上述钢管的直径和管厚，在判定为不能进行制造的情况下，从钢管条件设定工序重新进行的工序。
(14)并且，一种钢管的应变硬化特性决定方法，其特征在于，上述(13)中的判定工序包括：对通过原有的制造方法进行制造的情况的判定、对在原有的制造方法不适合的情况下改变材料的化学成分设计和/或工艺设计的制造方法的判定。
(15)并且，一种钢管的应变硬化特性决定方法，在上述(1)～(14)中，在应变硬化特性之外，为连续硬化型也作为钢管的应力应变曲线所要满足的条件。
(16)并且，本发明的钢管的制造方法，包括：通过上述(1)至(14)中任一项所述的钢管的应变硬化特性决定方法进行钢管材质设计的材质设计工序；和根据通过该材质设计工序得到的钢管的应力应变曲线所要满足的条件，进行材料的化学成分设计和/或工艺设计的工序。
(17)并且，本发明的钢管，其特征在于，通过上述(16)所述的钢管的制造方法进行制造。
(18)并且，本发明的管道，其特征在于，连接上述(17)所述的钢管而构成。
在本发明中，由于除了管径、管厚以外，还预先给出所要求的局部压曲应变，并进行能够满足该条件的钢管的材质设计，因而能够进行满足经济性和安全性双方的钢管的材质设计。
通过使用该钢管的应变硬化特性决定方法，能够实现满足经济性和安全性双方的钢管的制造方法。
并且，通过该制造方法制造出的钢管和连接该钢管而构成的管道能够满足经济性和安全性。

附图说明

图1是说明本发明的实施方式1的流程图。
图2是本发明的实施方式1中的地面的侧方流动分布的说明图。
图3是表示本发明实施方式1的有限元分析结果的图表。
图4是用于说明本发明的实施方式1中的判定工序的流程图。
图5是本发明的实施方式2中的地面的横移断层的说明图。
图6是表示本发明实施方式2的有限元分析结果的图表。
图7是用于说明钢管的压缩局部压曲应变和弯曲局部压曲应变的关系的说明图。
图8是连续硬化型应力应变曲线中的局部压曲的概念的说明图。
图9是本发明中的应力应变坐标上的多个点之间的应力关系的说明图(其一)。
图10是本发明中的应力应变坐标上的多个点之间的应力关系的说明图(其二)。
图11是本发明中的应力应变坐标上的多个点之间的应力关系的说明图(其三)。
图12是本发明中的应力应变坐标上的多个点之间的应力关系的说明图(其四)。
图13是用于说明普通的天然气管道建设的处理流程的流程图(其一)。
图14是与局部压曲应变有关的实验数据和设计式的关系的说明图。
图15是用于说明普通的天然气管道建设的处理流程的流程图(其二)。

具体实施方式

实施方式1
图1是用于说明本发明的一个实施方式的钢管的应变硬化特性决定方法的流程图。本实施方式，如图1所示，包括：钢管条件设定工序(S3)，至少根据通过由项目规模决定的管道输送的加压流体的输送量和输送距离(S1)，暂时决定用于上述管道的钢管的直径D、管厚t以及输送压力；最大压缩轴应变计算工序(S5)，对具有暂时决定的上述直径和管厚的钢管考虑铺设路线，对管道进行结构设计，求出在结构设计的管道上作用上述输送压力、地面位移以及外力时在上述钢管上产生的最大压缩轴应变；要求压缩局部压曲应变设定工序(S7)，根据上述最大压缩轴应变，设定要求压缩局部压曲应变εreq；应变硬化特性取得工序(S9)，求出全部满足上述直径D、管厚t以及要求压缩局部压曲应变εreq的条件的钢管的压曲点附近的应变硬化特性；将上述应变硬化特性作为上述钢管的应力应变曲线的条件的工序(S11)；和判定工序(S13)，当将在应变硬化特性取得工序中取得的应变硬化特性作为钢管的应力应变曲线的条件时，判定是否能够制造具有满足该条件的应力应变曲线所表示的机械性质的钢管。
下面，对各工序进行详细说明。
钢管条件设定工序
以用管道输送的加压流体的输送量和输送距离作为前提，暂时决定钢管的直径D、管厚t以及输送压力，以最大限度地减少操作成本和建设成本。
操作成本是运转压力P、管径D的函数，并且，运转压力是输送量Q、管径D、输送距离L的函数。并且，管径D是输送量Q、运转压力P、输送距离L的函数。建设成本是管径D、管厚t、材料级别TS(屈服强度)的函数，管厚t是输送压力P、材料级别TS的函数。因此，需要调整相互关联的参数来决定直径D、管厚t以及输送压力，以得到最低成本。
在该例子中，暂时决定外径D＝610.0mm，管厚t＝12.2mm，材料级别TS：API 5L X80，设计内压＝10MPa。另外，API 5L X80，其规格最小屈服点为(YSmin)551MPa，拉伸强度的容许范围TSmin＝620MPa、TSmax＝827MPa。
最大压缩轴应变计算工序
在本例子中，以相对于地面的侧方流动，求出避免弯曲局部压曲的应变硬化特性的情况为例。发生侧方流动时应该考虑的地面的位移分布如图2所示。并且，在该图中，表示因侧方流动而变形的埋设管道的一般概念。基于侧方流动的地面的位移分布，能够用侧方流动的宽度W和最大位移量δmax进行表示。在实际抗震设计中，由于很难推定液体化的宽度W，因而在此，将W处理成变量，计算在管道上产生的弯曲应变最大的W后，求解要求应变硬化特性。在该试算例中，设δmax为2.0m。
根据在钢管条件设定工序中暂时决定的管径D、管厚t、材料级别TS、输送压力P的条件，用壳元素对图2所示的管道模型化，通过有限元分析程序计算最大压缩弯曲应变和最大拉伸弯曲应变。另外，根据天然气钢管液化抗震设计指南(2003)设定地面的弹簧特性。并且，在该阶段，暂时决定材料的应力应变曲线，以满足通过API规格规定的规格最小屈服应力(SMYS)和规格最小耐力(SMTS)。
有限元分析程序计算的结果中，将管道的最大压缩弯曲应变(正号)和最大拉伸弯曲应变(负号)表示在图3。如图3所示，在该管道上产生的最大弯曲应变在侧方流动宽度W为30m时表示出极大值。对于研究局部压曲很重要的最大压缩弯曲应变也在W为30m时成为最大，其值大约为2％。由于弯曲局部压曲应变和压缩局部压曲应变具有压缩弯曲应变的1/2为压缩局部应变的定量关系(参照图7)，在这种情况下的最大压缩轴应变大约为1％。
要求压缩局部压曲应变设定工序
计算出最大压缩轴应变时，接着决定要求压缩局部压曲应变。要求压曲应变在最大压缩轴应变以上，考虑到规定的安全率而决定，在该例子中，为与最大压缩轴应变大致相同的1％(S7)。
应变硬化特性取得工序
在本实施方式中，作为取得应变硬化特性的方法，在暂时决定与要求压缩局部压曲应变εreq对应的应力应变坐标上的假想压曲点、以及位于应变值离开该压曲点的位置上的1个辅助点时，使用假想的压曲点和上述1个辅助点，作为多个点之间的部分应力关系而给出。具体而言，根据如下所示的上述(2.1)式给出应变硬化特性。
$H=\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge 1+\frac{9}{16}{ϵ}_{\mathrm{req}}({ϵ}_2-{ϵ}_{\mathrm{req}}){\left(\frac{D}{t}\right)}^2---\left(2.1\right)$
代入上式右边的εreq：0.010、ε2：0.015(辅助点2在要求压曲应变1.0％上增加0.5％而设定为1.5％)、t：12.2mm、D：610.0mm时：
$H=\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge 1+\frac{9}{16}0.010(0.015-0.010){\left(\frac{610.0}{12.2}\right)}^2=1.07$
将应变硬化特性作为钢管的应力应变曲线的条件的工序
由于应变硬化特性H＝σ2/σreq≥1.07，因而在应力应变曲线中，当1％应变中的应力和1.5％应变中的应力的比为1.07以上时，外径610.0mm、管厚12.2mm的钢管的压缩局部压曲应变成为1％以上。
判定工序
图4是用于说明判定工序的流程图。下面，根据图4对判定工序进行说明。在钢管条件设定工序(S3)中设定的材料级别为API 5L X80，所要制造的钢管需要满足API 5L X80的规格最小屈服点(YSmin)551MPa、拉伸强度的容许范围TSmin＝620MPa、TSmax＝827MPa，并且需要使上述应变硬化特性满足H≥1.07。因此，从现有的制造实绩，选择作为候补的制造方法A、B、C、D、E、F(S51)，从各自的应力应变曲线读取与要求压曲应变εreq(1.0％)对应的应力σ1.0％，与应变(1.5％)对应的应力σ1.5％，计算H(1.0-1.5)。此时，将对应每个制造方法求出的H(1.0-1.5)的值表示在表2。
表2根据X80的制造实绩的制造方法判定是否能够进行制造  A   602   620   1.03   ×   B   769   800   1.04   ×   C   640   730   1.14   ○   D   681   715   1.05   ×   E   633   690   1.09   ○   F   590   625   1.06   ×   容许值   YSmin551   TS  611～827   Hreq  ≥1.07  
根据表2，判定是否存在所求出的H(1.0-1.5)的值大于上述应变硬化特性H的制造方法(S53)。所求出的制造方法存在的情况下，通过选择该制造方法，能够使外径610.0mm、管厚12.2mm的钢管的局部压曲应变成为1％以上。在该例子中，如表2所示，可知的是，通过制造方法A、B、D、F不能进行制造，通过制造方法C和E能够进行制造。如上所述，在可选择多个制造方法的情况下，能够选择更加适合的方法，例如能够选择提高制造稳定性、减少制造成本或提高耐压曲性能的方法。在这种情况下，选择H值大的方法C，以使局部压曲应变变得更大(S55)，然后进入图1的S15。此时，根据所选择的制造方法C，得到满足相对于侧方流动所要求的要求压缩局部应变的钢管，满足安全性。并且，此时的管厚t是在钢管条件设定工序中考虑到成本而决定的，从而经济性也很好。
在S53的判定中，在关于原有制造方法的全部，H(1.0-1.5)小于应变硬化特性H时，将认为最好的原有制造方法作为基础，研究进行制造条件(轧制温度、冷却温度)的调整或化学成分的调整等，是否满足所要求的应变硬化特性H(S57)。在通过制造条件的调整等H(1.0-1.5)的值大于所要求的上述应变硬化特性H的情况下，选择该制造方法，然后进入图1的S15。
另外，作为S57中的制造条件的调整方法，当没有屈服台阶且局部压曲应变较大的钢由铁素体和硬质相(贝氏体、马氏体等)的2相组织构成时，通过改变热轧结束后的冷却开始温度和/或冷却速度以及冷却停止温度，改变硬质相的组织、硬质相百分比，能够改变应变硬化特性。并且，作为化学成分的调整方法的例子，例如通过改变碳(C)、锰(Mn)的量，也能够改变硬质相的组织、硬质相百分比。
在通过原有的制造方法不能满足应变硬化特性H的条件，并且即使进行制造条件的调整或化学成分的调整等也不能满足应变硬化特性H的条件的情况下，判定为不能进行制造，重新返回到钢管条件设定工序(S3)，重新设定钢管的各元素后重复进行相同的处理。
在通过判定工序(S13)判定为能够进行制造的情况下，将所决定的制造方法和钢管各元素提供给订货者并取得确认(S15)。订货者确认并了解钢管各元素等，向制造者进行定购，接受订货的制造者遵守所确定的上述制造方法进行制造(S17)。制造出的钢管交付给订货者后开始进行管道施工(S19)，施工后开始进行操作(S21)。
实施方式2
本实施方式涉及相对于横移断层不发生局部压曲的应变硬化特性决定方法。由于本实施方式的处理流程基本上与实施方式1相同，因而对重复的部分简略说明，对不同的部分进行详细说明。
钢管条件设定工序
与实施方式1相同地，以用管道输送的加压流体的输送量和输送距离作为前提，暂时决定钢管的直径D、管厚t以及输送压力，以最大限度地减少操作成本和建设成本。
在本实施方式中暂时决定的钢管各元素与实施方式1相同，暂时决定外径D＝610.0mm，管厚t＝12.2mm，材料级别TS：API 5L X80，设计内压＝10MPa。另外，API 5L X80，其规格最小屈服点(YSmin)为551MPa，拉伸强度的容许范围为TSmin＝620MPa、TSmax＝827MPa。
最大压缩轴应变计算工序
本实施方式涉及平移断层，图5表示因平移断层而变形的埋设管道的一般概念。在该试算例中，与实施方式相同地，设最大位移量δmax为2.0m，并且，地面的弹簧特性也与实施方式1相同地进行设定。
有限元分析程序计算的结果中，将管道的最大压缩弯曲应变(正号)和最大拉伸弯曲应变(负号)表示在图6。如图6所示，在该管道上产生的最大弯曲应变，在距离断层面大约5m的地方产生，对研究局部压曲很重要的最大压缩弯曲应变大约为2.4％。由于压缩弯曲应变的1/2为压缩局部应变，因而最大压缩轴应变大约为1.2％。
要求压缩局部压曲应变设定工序
计算出最大压缩轴应变后，接着决定要求压缩局部压曲应变。在该例子中，安全率考虑为1.25，将要求局部压曲应变εreq决定为1.5％。
应变硬化特性取得工序
在本实施方式中，与实施方式1相同地，根据(2.1)式取得应变硬化特性。关于辅助点，与实施方式1相同地，在要求压曲应变(1.5％)上追加0.5％而设定为2.0％。在(2.1)式中输入必要的数值后进行计算时，成为如下：
$H=\frac{{\sigma }_2}{{\sigma }_{\mathrm{req}}}\ge 1+\frac{9}{16}{ϵ}_{\mathrm{req}}({ϵ}_2-{ϵ}_{\mathrm{req}}){\left(\frac{D}{t}\right)}^2=1+\frac{9}{16}0.015(0.020-0.015){\left(\frac{610.0}{12.2}\right)}^2=1.11$
将应变硬化特性作为钢管的应力应变曲线的条件的工序
由于H＝σ2/σreq≥1.11，因而在应力应变曲线中，当1.5％应变中的应力和2.0％应变中的应力的比为1.11以上时，外径610.0mm、管厚12.2mm的钢管的压缩局部压曲应变成为1.5％以上。
判定工序
所要制造的钢管需要满足材料级别API 5L X80的规格最小屈服点(YSmin)551MPa、拉伸强度的容许范围TSmin＝620MPa、TSmax＝827MPa，并且需要使上述应变硬化特性H≥1.11。与实施方式1相同地，从现有的制造实绩，选择作为候补的制造方法A、B、C、D、E、F，从各自的应力应变曲线读取与要求压曲应变εreq(1.5％)对应的压曲应力σreq和与参照应变(2.0％)对应的应力(σ2)，并计算H(1.5-2.0)。此时，将对应每个制造方法求出的H(1.5-2.0)的值表示在表3。
表3根据X80的制造实绩判定是否能够进行制造  制造方法  (制造实绩)   σ1.0％(MPa)   σ1.5％(MPa)   H(1.0-1.5)  判定   制造方法  (制造实绩)   σ1.5％(MPa)   σ2.0％(MPa)   H(1.0-1.5)  判定   A   620   626   1.01   ×   B   800   816   1.02   ×   C   730   825   1.13   ○   D   715   744   1.04   ×   E   690   745   1.08   ×   F   625   656   1.05   ×   容许值   Ysmin  551   TS  611～827   Hreq  ≥1.11  
如表3所示，存在所求出的H(1.5-2.0)的值大于上述应变硬化特性H的制造方法时，通过选择该制造方法，能够使外径610.0mm、管厚12.2mm的钢管的压缩局部压曲应变成为1.5％以上。如表3所示，可知不能通过制造方法A、B、D、E、F进行制造，能够通过制造方法C进行制造。根据该制造方法C，得到满足相对于平移断层所要求的要求压缩局部应变的钢管，满足安全性。并且，此时的管厚t是在钢管条件设定工序中考虑到成本而决定的，从而经济性也很好。
关于以后的处理，与实施方式1相同。
如上所述，根据本实施方式1、2，能够尽可能采用在钢管条件设定工序中考虑成本而决定的管厚，能够实现满足安全性的同时经济性也良好的钢管的材质设计。
另外，形成在上述实施方式1、2中例举的连续硬化型的应力应变曲线的材料的情况下，得到能够任意指定要求压曲应变的效果。即，在成为屈服台阶型的应力应变曲线的材料的情况下，必须以应变硬化区域以下的值来指定要求压曲应变，与此相反，在形成连续硬化型的应力应变曲线的材料的情况下，由于没有这种限制而能够以任意的值指定，因而材质设计变得简便。
并且，在本实施方式中，通过提出如图1的要求压缩局部压曲应变设定工序(S7)～判定工序(S13)所示的现有的管道公司所不知道的材质设计的概念，从管道公司方面也可以向制造厂商要求能够更加有利于施工成本的钢管，相反地，作为制造厂商，也可以制造出在满足管道公司方面条件的范围内控制制造成本的管道钢管。
另外，在上述实施方式1、2中，举例说明了钢管条件设定工序中，作为要求条件而给出弯曲局部压曲应变，从弯曲局部压曲应变和压缩局部压曲应变的定量关系将弯曲局部压曲应变转换为压缩局部压曲应变的情况，但在作为要求条件而给出压缩局部压曲应变的情况下，也可以没有上述转换工序，其他进行与上述实施方式1、2相同的处理。
并且，在上述实施方式1、2中，表示了作为多个点之间的部分应力关系给出应变硬化特性的例子，本发明并不限定于此，当假定了与要求压缩局部压曲应变εreq对应的应力压曲坐标上的假想压曲点时，也能够作为该假想压曲点上的应力应变曲线的切线的倾斜度而给出。
并且，在上述实施方式1、2中，表示了在钢管条件设定工序中，作为钢管所要满足的条件，采用材料级别(材料规格)的例子，本发明并不限定于此，也可以将管道公司等的要求条件(YS、TS的范围等)用作钢管条件设定工序中钢管所要满足的条件。
并且，在上述实施方式1、2中，如图1的流程图所示，举出管道公司根据输送量和输送距离进行钢管条件设定工序(S1、S3)和最大压缩轴应变计算工序(S5)，钢铁公司进行要求压缩局部压曲应变设定工序(S7)～判定工序(S13)的例子。但是，除了管道公司以外，例如也可以由钢铁公司或咨询公司根据输送量和输送距离进行钢管条件设定工序(S1、S3)和最大压缩轴应变计算工序(S5)。并且，除了钢铁公司以外，例如也可以由管道公司或咨询公司进行要求压缩局部压曲应变设定工序(S7)～判定工序(S13)。
如上所述，能够根据贸易状况，完全自由地选择由谁来进行图1的流程图所示的各工序。