簡介 CNS及ASTM 鋼管規範

劉澤山 技師

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]

表2  CNS4435及7141鋼管之機械性質[1][2]

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]

表4  無縫鋼管之壓扁值計算例

表5  ASTM鋼管之化學成分[4]~[8]

圖1  壓扁試驗示意圖例