簡介 CNS及ASTM 鋼管規範

ASTM的鋼管常見的有A53、冷軋和無縫的A500、熱軋和無縫的方鋼管A501、由高強度(50ksi及以上降伏強度)鋼材焊接而成的方鋼管A1065,以及冷軋中空斷面(HSS)的A1085,其基本機械性質規定,如表1所示。

CNS對於結構使用的碳鋼鋼管,則有:CNS4435的圓鋼管(一般結構用碳鋼鋼管)、方鋼管的CNS7141(一般結構用正方形及矩形碳鋼鋼管),及專門為耐震結構用的CNS15727(建築結構用碳鋼鋼管)等三種,其基本機械性質,如表2、表3所示。

比較表1~表3,可以發現CNS與ASTM規範的檢驗標準,除了ASTM A53有特別非破壞檢測(UT)的規定、Type E針對銲道的規定、TypeS可以用針對鋼管本身檢測來代替水壓試驗之外,比較不一樣的大概是壓扁試驗了。CNS只做一階段的壓扁,而ASTM則做三階段。

壓扁試驗,如圖1所示,將鋼管置於兩平板中間,銲道置於90度的地方,做壓扁試驗。ASTM規範,各階段兩平板間的距離H,如表4所示。第一階段為3/4D~2/3D間(D為鋼管直徑),其目的在看銲道的韌性(ductility)是否足夠;第二階段進一步減少間距至1/3D(或5倍板厚)到0.6D間,目的在看母材,是否產生有龜裂或其他瑕疵;第三階段則壓至兩壁母材接觸或是母材斷裂,其目的是看健全性(soundness),例如母材的夾層、間斷或銲道的不連續等。但是如果管壁厚度t較厚者,在平板接觸點會有異常大的變形現象(壓扁後略呈葫蘆型),因此規定D/t小於10者,在該處之破斷是可接受的。

但,ASTM對於無縫鋼管,只做一階段的壓扁。兩加壓板的間距H須以公式H=(1+e)t/(e+t/D)來計算。其中e為強度等級的係數,Grade A為0.09,依序B、C為0.07及0.06。依公式計算之H值試算,如表4所示。從表中可知,強度越高或厚度較厚者,H值較大,也就是壓扁的量可以較少。ASTMA500或A1085之無縫鋼管,需施作上式計算之壓扁試驗;但,A53規定只要證明能達到上式計算之壓扁量即可。至於CNS,對於有縫或無縫鋼管,其壓扁試驗並無分別的規定。因此,無縫鋼管如以壓扁量來說,ASTM的規定略為嚴格。

至於使用有縫或無縫鋼管,其差別一般人並不十分清楚。在製程上來說,無縫管是用實心管坯經穿孔後軋製,管身週邊沒有銲接縫的鋼管。又細分為熱軋管、冷軋管、冷拔管、擠壓管等;有縫管是管身週邊有銲接縫的鋼管。以銲接方法分,有電弧銲管(SAW、FCAW或GMAW)、電阻銲管(高頻、低頻)、氣銲管等;以銲縫形狀分,有直縫銲管、螺旋銲管。

在用途上的差別,無縫管使用的壓力較高,如輸送液體鋼管、鍋爐鋼管、鑽探鋼管、液壓和氣壓缸用精密內徑鋼管、耐腐蝕鋼管和高強度結構件鋼管;有縫管則是在低壓,較無安全顧慮的環境下使用。如輸水管道、煤氣管道、暖氣管道等,或大口徑(一般公稱直徑600mm以上),無縫管無法生產的尺寸。最後無縫管單價較高,一般土木結構,如無特殊考量,使用有縫管應該很足夠了。

參考資料

〔1〕「一般結構用碳鋼鋼管」CNS 4435,107年

〔2〕「一般結構用正方形及矩形碳鋼鋼管」CNS 7141,107年

〔3〕「建築結構用碳鋼鋼管」CNS 15727,103年

〔4〕「Standard Specification for Pipe, Steel,Black and Hot-Dipped, Zinc-Coated, Welded and Seamless」ASTM A53/53M,2012

〔5〕「Standard Specification for Cold-Formed Welded and Seamless Carbon Steel Structural Tubing in Rounds and Shapes」ASTM A500/A500M,2013

〔6〕「Standard Specification for Hot-Formed Welded and Seamless Carbon Steel Structural Tubing」ASTM A501,2017

〔7〕「Standard Specification for Cold-Formed Electric-Fusion (ARC) Welded High-Strength Low-Alloy Structural Tubing in Shapes, with 50 ksi [345 MPa] Minimum Yield Point」A1065/1065M,2009

〔8〕「Standard Specification for Cold-Formed Welded Carbon Steel Hollow Strucyural Sections (HSS)」ASTM A1085,2013

表1 ASTM鋼管之機械性質[4]~[8]

1205-2-1

 

表2 CNS4435及7141鋼管之機械性質[1][2]

種類
  符號

抗拉強度
  N/mm2

降伏強度
  N/mm2

銲接部位抗拉強度
  N/mm2

壓扁性

彎曲性

平鈑間距離(H)

彎曲角度

內側半徑

適用外徑

所有尺寸

所有尺寸

所有尺寸

所有尺寸

50mm以下

STK290

290以上

 

290以上

2/3D

900

6D

STK400

400以上

235以上

400以上

2/3D

900

6D

STK490

490以上

315以上

490以上

2/3D

900

6D

STK500

500以上

355以上

500以上

7/8D

900

8D

STK540

540以上

390以上

540以上

7/8D

900

6D

STKR310

310以上

270以上

銲接部位彎曲性
  由買賣方協議

STKR400

400以上

235以上

STKR490

490以上

325以上

 

註:伸長率規定較複雜,請直接查CNS規範

 

表3 CNS15727鋼管之機械性質[3]

種類符號

鋼管厚度 mm

抗拉強度
  N/mm2

降伏強度
  N/mm2

降伏比
  %

伸長率
  %

沙丕試驗(0)
  J

壓扁試驗平鈑間距離(H)

銲接部位抗拉強度
  N/mm2

製管方法

無縫電阻銲對接銲或自動電弧銲

無縫電阻銲或對接銲

自動電弧銲接

STKN400W

100以下

290以上

235以上

23以上

2/3D

400以上

STKN400B

未滿12

400以上
  540
以下

235以上

23以上

27以上

2/3D

400以上

12以上
  40
以下

235以上
  385
以下

80以下

超過40
  100
以下

215以上
  365
以下

STKN490B

未滿12

490以上
  640
以下

325以上

23以上

27以上

7/8D

490以上

12以上
  40
以下

325以上
  475
以下

80以下

超過40
  100
以下

295以上
  445
以下

 

 

表4 無縫鋼管之壓扁值計算例

1205-2-4

 

表5 ASTM鋼管之化學成分[4]~[8]

1205-2-2

 

 

1205-2-3

圖1 壓扁試驗示意圖例

 

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