JPH07314174A - ステンレスクラッド鋼管の造管溶接方法 - Google Patents
ステンレスクラッド鋼管の造管溶接方法Info
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- JPH07314174A JPH07314174A JP12993294A JP12993294A JPH07314174A JP H07314174 A JPH07314174 A JP H07314174A JP 12993294 A JP12993294 A JP 12993294A JP 12993294 A JP12993294 A JP 12993294A JP H07314174 A JPH07314174 A JP H07314174A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 内面側に耐食性の優れたオーステナイト系の
ステンレス鋼、外面側に強度の優れた低合金鋼を母材と
するクラッド鋼からＵＯＥなどの方法によってステンレ
スクラッド鋼管を製造する場合のシーム溶接部の溶接法
を提供する。 【構成】 内面側の開先深さが合わせ材厚みの８０〜１
３０％、角度６０〜８０°、ルート厚みが３〜５ｍｍ、
そして外面側の角度が６０〜８０°のＸ型の開先加工を
施し、外面側の開先部に低合金鋼用溶接ワイヤで仮付溶
接を行った後、内外面を１パスで潜弧溶接する。 【効果】 成分希釈に起因する欠陥のない内面溶接部が
得られる。
ステンレス鋼、外面側に強度の優れた低合金鋼を母材と
するクラッド鋼からＵＯＥなどの方法によってステンレ
スクラッド鋼管を製造する場合のシーム溶接部の溶接法
を提供する。 【構成】 内面側の開先深さが合わせ材厚みの８０〜１
３０％、角度６０〜８０°、ルート厚みが３〜５ｍｍ、
そして外面側の角度が６０〜８０°のＸ型の開先加工を
施し、外面側の開先部に低合金鋼用溶接ワイヤで仮付溶
接を行った後、内外面を１パスで潜弧溶接する。 【効果】 成分希釈に起因する欠陥のない内面溶接部が
得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内面側に耐食性の優れた
オーステナイト系のステンレス鋼、外面側に強度の優れ
た低合金鋼を母材とするクラッド鋼でＵＯＥなどの方法
によってステンレスクラッド鋼管を製造する場合のシー
ム溶接部の溶接法に関するものである。
オーステナイト系のステンレス鋼、外面側に強度の優れ
た低合金鋼を母材とするクラッド鋼でＵＯＥなどの方法
によってステンレスクラッド鋼管を製造する場合のシー
ム溶接部の溶接法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に化学工業、石油、ガス井などに使
用される鋼管材は優れた耐食性が要求され、特に腐食性
の強い石油、ガス搬送用に用いられる鋼管材には、従来
使用されている低合金鋼では寿命が短く、一部にはオー
ステナイト系ステンレス鋼や高Ｎｉ合金が用いられる。
しかし、これらの材料は非常に高価である一方、それ自
体は強度が低いために設計上肉厚を厚くしなければなら
ず、さらに高コストとなる。そのため、最近ではステン
レス鋼などとのクラッド鋼管が注目されつつある。該ク
ラッド鋼管は外面側が高強度、低温靱性の優れた低合金
の母材と内面側は耐食性の優れた厚み３ｍｍ程度のオー
ステナイト系ステンレス鋼（以下合わせ材という）から
構成されており、通常は圧延などによって製造されたク
ラッド鋼板が使用される。
用される鋼管材は優れた耐食性が要求され、特に腐食性
の強い石油、ガス搬送用に用いられる鋼管材には、従来
使用されている低合金鋼では寿命が短く、一部にはオー
ステナイト系ステンレス鋼や高Ｎｉ合金が用いられる。
しかし、これらの材料は非常に高価である一方、それ自
体は強度が低いために設計上肉厚を厚くしなければなら
ず、さらに高コストとなる。そのため、最近ではステン
レス鋼などとのクラッド鋼管が注目されつつある。該ク
ラッド鋼管は外面側が高強度、低温靱性の優れた低合金
の母材と内面側は耐食性の優れた厚み３ｍｍ程度のオー
ステナイト系ステンレス鋼（以下合わせ材という）から
構成されており、通常は圧延などによって製造されたク
ラッド鋼板が使用される。
【０００３】一方、そのクラッド鋼板をクラッド鋼管と
なすためには長手方向に開先加工がなされ、管体に成形
されたのちにその長手シーム方向の溶接、すなわち造管
溶接を行うことによって主要な製造工程を終える。しか
るに、もっとも一般に適用されるクラッド鋼の溶接方法
としてＳＵＳ３１６Ｌオーステナイト系ステンレスクラ
ッド鋼を例にとると、開先の突合せ形状は別として、ま
ず両面の母材部分の溶接を合わせ材を溶融しないように
母材と同成分系の溶接材料を用いることによって溶接を
行い、次に合わせ材の開先部分の溶接を行うが、この時
に使用する溶接材料の成分によっては溶接上種々欠陥が
発生するという問題がある。それはクラッド鋼の合わせ
材開先部分の溶接では合わせ材と同時に母材およびその
溶接部も溶融するいわゆる異材溶接となり、その溶接金
属の成分は使用する溶接材料の成分とは大部異なったも
のとなるからである。
なすためには長手方向に開先加工がなされ、管体に成形
されたのちにその長手シーム方向の溶接、すなわち造管
溶接を行うことによって主要な製造工程を終える。しか
るに、もっとも一般に適用されるクラッド鋼の溶接方法
としてＳＵＳ３１６Ｌオーステナイト系ステンレスクラ
ッド鋼を例にとると、開先の突合せ形状は別として、ま
ず両面の母材部分の溶接を合わせ材を溶融しないように
母材と同成分系の溶接材料を用いることによって溶接を
行い、次に合わせ材の開先部分の溶接を行うが、この時
に使用する溶接材料の成分によっては溶接上種々欠陥が
発生するという問題がある。それはクラッド鋼の合わせ
材開先部分の溶接では合わせ材と同時に母材およびその
溶接部も溶融するいわゆる異材溶接となり、その溶接金
属の成分は使用する溶接材料の成分とは大部異なったも
のとなるからである。
【０００４】図２は合わせ材としてＳＵＳ３１６Ｌオー
ステナイト系ステンレス鋼、母材およびその溶接部が低
合金鋼で、その溶接にＪＩＳ Ｚ３２２１規格のＤ３０
９Ｍｏ被覆アーク溶接棒を用いて異材溶接した場合のシ
ェフラー線図による溶接金属の化学成分の推定方法を示
す。合わせ材開先部分の溶接において、仮に合わせ材と
低合金およびその溶接部を同じ割合で溶融したとする
と、この溶接では線図中のａ点の成分を有する材料を溶
接した場合と同じとなる（溶込率１：１）。したがって
この材料を上記の溶接棒で溶接したときの溶接金属の成
分は点３０９Ｍｏとａ点を結ぶ直線上にあり、その点は
溶接時の希釈率によって決まる。ちなみにここで溶接金
属がフェライトを含有しないことによる高温割れの危険
性を回避するためには希釈率を４５％以下にする必要が
ある（図２において希釈率４５％の点より右側）。
ステナイト系ステンレス鋼、母材およびその溶接部が低
合金鋼で、その溶接にＪＩＳ Ｚ３２２１規格のＤ３０
９Ｍｏ被覆アーク溶接棒を用いて異材溶接した場合のシ
ェフラー線図による溶接金属の化学成分の推定方法を示
す。合わせ材開先部分の溶接において、仮に合わせ材と
低合金およびその溶接部を同じ割合で溶融したとする
と、この溶接では線図中のａ点の成分を有する材料を溶
接した場合と同じとなる（溶込率１：１）。したがって
この材料を上記の溶接棒で溶接したときの溶接金属の成
分は点３０９Ｍｏとａ点を結ぶ直線上にあり、その点は
溶接時の希釈率によって決まる。ちなみにここで溶接金
属がフェライトを含有しないことによる高温割れの危険
性を回避するためには希釈率を４５％以下にする必要が
ある（図２において希釈率４５％の点より右側）。
【０００５】しかし、実際の溶接においては合わせ材と
低合金鋼部の溶込率は必ずしも同じとは限らず、この溶
込率は開先形状、および溶接層数によっても異なり、ま
た溶接希釈率は溶接方法によって大幅に異なることが知
られている。上記の例のようにＳＵＳ３１６Ｌクラッド
鋼の合わせ材の溶接にＤ３０９Ｍｏ被覆アーク溶接棒を
用いて希釈率を４５％以下とすることによって問題のな
い溶接が可能であるが、被覆アーク溶接では生産性が極
端に低いという欠点がある。
低合金鋼部の溶込率は必ずしも同じとは限らず、この溶
込率は開先形状、および溶接層数によっても異なり、ま
た溶接希釈率は溶接方法によって大幅に異なることが知
られている。上記の例のようにＳＵＳ３１６Ｌクラッド
鋼の合わせ材の溶接にＤ３０９Ｍｏ被覆アーク溶接棒を
用いて希釈率を４５％以下とすることによって問題のな
い溶接が可能であるが、被覆アーク溶接では生産性が極
端に低いという欠点がある。
【０００６】そこで、クラッド鋼管のごとく比較的大量
の受注生産用として高能率な潜弧溶接法の適用が検討さ
れている。たとえば、特開昭６０−３０５８５号公報で
は、ステンレスクラッド鋼管の内面側の溶接において、
合わせ材の開先深さを３ｍｍ以下とし、かつ合わせ材と
同程度の溶接部が得られるように選定した溶接ワイヤを
用いて２電極の潜弧溶接を実施することが提案され、合
わせ材の成分および該法での溶接金属の分析結果も提示
がなされている。クラッド鋼管は、その使用目的が腐食
環境で使用される場合が多く、最近では耐孔食性の指標
として溶接金属にも、「ＰＩ値（Ｐｉｔｔｉｎｇ Ｉｎ
ｄｅｘ）≧合わせ材のＰＩ値」が要求されるようになっ
てきており、その観点から上記の公報をみるかぎり必ず
しも満足できる結果となっていない。
の受注生産用として高能率な潜弧溶接法の適用が検討さ
れている。たとえば、特開昭６０−３０５８５号公報で
は、ステンレスクラッド鋼管の内面側の溶接において、
合わせ材の開先深さを３ｍｍ以下とし、かつ合わせ材と
同程度の溶接部が得られるように選定した溶接ワイヤを
用いて２電極の潜弧溶接を実施することが提案され、合
わせ材の成分および該法での溶接金属の分析結果も提示
がなされている。クラッド鋼管は、その使用目的が腐食
環境で使用される場合が多く、最近では耐孔食性の指標
として溶接金属にも、「ＰＩ値（Ｐｉｔｔｉｎｇ Ｉｎ
ｄｅｘ）≧合わせ材のＰＩ値」が要求されるようになっ
てきており、その観点から上記の公報をみるかぎり必ず
しも満足できる結果となっていない。
【０００７】また特公平１−３８５９７号公報ではＳＵ
Ｓ３１６Ｌクラッド鋼管の内面側の開先形状を２段開先
とし、合わせ材開先部分の溶接に１０〜５０ｍｍ幅のＳ
ＵＳ３１６Ｌ成分の帯状電極を用いて潜弧溶接すること
で健全な溶接部の得られることが開示されている。しか
し、該法では内面側に２段の開先加工が必要なため、通
常のＵＯ工程では開先加工機の組替えが必要になるため
生産性の低下が懸念されること、さらに帯状電極の使用
によって７〜１５％の低希釈率溶接が可能とされるもの
の、溶接金属成分の分析結果が記述されておらず健全性
が不明である。
Ｓ３１６Ｌクラッド鋼管の内面側の開先形状を２段開先
とし、合わせ材開先部分の溶接に１０〜５０ｍｍ幅のＳ
ＵＳ３１６Ｌ成分の帯状電極を用いて潜弧溶接すること
で健全な溶接部の得られることが開示されている。しか
し、該法では内面側に２段の開先加工が必要なため、通
常のＵＯ工程では開先加工機の組替えが必要になるため
生産性の低下が懸念されること、さらに帯状電極の使用
によって７〜１５％の低希釈率溶接が可能とされるもの
の、溶接金属成分の分析結果が記述されておらず健全性
が不明である。
【０００８】一方、本発明者らも溶接金属の健全性およ
び能率の観点から、ステンレスクラッド鋼管の溶接法と
して、内外面にステンレス鋼以上の成分を有するワイヤ
を適用して溶接する両面１パスＳＡＷ法を提案してき
た。しかし、その溶接金属の成分系が完全オーステナイ
ト系であるため、高温割れ感受性（特に低合金鋼のＳ、
Ｐなどの影響）や溶接ワイヤが高価格であるという観点
から見直しが必要となった。
び能率の観点から、ステンレスクラッド鋼管の溶接法と
して、内外面にステンレス鋼以上の成分を有するワイヤ
を適用して溶接する両面１パスＳＡＷ法を提案してき
た。しかし、その溶接金属の成分系が完全オーステナイ
ト系であるため、高温割れ感受性（特に低合金鋼のＳ、
Ｐなどの影響）や溶接ワイヤが高価格であるという観点
から見直しが必要となった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解消すべくなされたものであって、オーステ
ナイト系ステンレス鋼と低合金鋼とのクラッド鋼を鋼管
に製造するに際し、特にＵＯＥ法で成形した管体長手方
向のシーム部突き合わせ溶接をするにあたって、特に内
面側の開先形状とその溶接方法を規制し、健全でかつ耐
食性の良好な溶接金属を有するステンレスクラッド鋼管
の製造方法を提供することを目的とする。
の問題点を解消すべくなされたものであって、オーステ
ナイト系ステンレス鋼と低合金鋼とのクラッド鋼を鋼管
に製造するに際し、特にＵＯＥ法で成形した管体長手方
向のシーム部突き合わせ溶接をするにあたって、特に内
面側の開先形状とその溶接方法を規制し、健全でかつ耐
食性の良好な溶接金属を有するステンレスクラッド鋼管
の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、以下の構成を要旨とする。 （１）外面側の低合金鋼と内面側のオーステナイト系の
ステンレス鋼からなるクラッド鋼管の造管溶接におい
て、長手シーム方向の突合せ開先形状として、内面側の
開先深さが合わせ材厚みの８０〜１３０％、角度６０〜
８０°、ルート厚みが３〜５ｍｍ、そして外面側の角度
が６０〜８０°のＸ型の開先加工を施し、外面側の開先
部に低合金鋼用溶接ワイヤで仮付溶接を行った後、内外
面を１パスで潜弧溶接することを特徴とするステンレス
クラッド鋼管の造管溶接方法。
成するために、以下の構成を要旨とする。 （１）外面側の低合金鋼と内面側のオーステナイト系の
ステンレス鋼からなるクラッド鋼管の造管溶接におい
て、長手シーム方向の突合せ開先形状として、内面側の
開先深さが合わせ材厚みの８０〜１３０％、角度６０〜
８０°、ルート厚みが３〜５ｍｍ、そして外面側の角度
が６０〜８０°のＸ型の開先加工を施し、外面側の開先
部に低合金鋼用溶接ワイヤで仮付溶接を行った後、内外
面を１パスで潜弧溶接することを特徴とするステンレス
クラッド鋼管の造管溶接方法。
【００１１】（２）上記の内面側の溶接において、溶接
電極数が２電極以上で、その各々の電極間隔を１０〜３
０ｍｍとし、かつそれぞれの電極に成分の異なるワイヤ
を用いて溶接することを特徴とするステンレスクラッド
鋼管の造管溶接方法。
電極数が２電極以上で、その各々の電極間隔を１０〜３
０ｍｍとし、かつそれぞれの電極に成分の異なるワイヤ
を用いて溶接することを特徴とするステンレスクラッド
鋼管の造管溶接方法。
【００１２】さらに本発明においては、内面側の合わせ
材の開先部分を潜弧溶接するにあたって次の条件を採用
することが望ましい。すなわち、 （１）溶接ワイヤは溶接アークの安定性から２．４〜
４．８ｍｍの範囲が好ましい。 （２）溶接ワイヤの種類はソリッドワイヤおよびソリッ
ドワイヤとフラックス入りワイヤあるいはメタルコアー
ドワイヤの組合せでも特に問題はないが、その場合に
は、溶込深さを確保する必要がある場合には先行電極に
ソリッドワイヤを適用することが好ましい。 （３）溶接フラックスは溶接金属の微妙な成分調整が可
能なボンドタイプフラックスの適用が好ましい。 （４）溶接の順序は、内側の潜弧溶接後に外側の潜弧溶
接を行うことが、ＵＯ工程を有効活用する点から好まし
いが、逆の溶接順序であっても特に問題ない。
材の開先部分を潜弧溶接するにあたって次の条件を採用
することが望ましい。すなわち、 （１）溶接ワイヤは溶接アークの安定性から２．４〜
４．８ｍｍの範囲が好ましい。 （２）溶接ワイヤの種類はソリッドワイヤおよびソリッ
ドワイヤとフラックス入りワイヤあるいはメタルコアー
ドワイヤの組合せでも特に問題はないが、その場合に
は、溶込深さを確保する必要がある場合には先行電極に
ソリッドワイヤを適用することが好ましい。 （３）溶接フラックスは溶接金属の微妙な成分調整が可
能なボンドタイプフラックスの適用が好ましい。 （４）溶接の順序は、内側の潜弧溶接後に外側の潜弧溶
接を行うことが、ＵＯ工程を有効活用する点から好まし
いが、逆の溶接順序であっても特に問題ない。
【００１３】
【作用】以下本発明を詳細に説明する。図１に本発明の
開先形状を示す。外面側の低合金鋼１と内面側のオース
テナイト系ステンレス鋼の合わせ材２からなるクラッド
鋼のシーム部３に対して、内面側の合わせ材２に深さｈ
1 が合わせ材厚みｔの８０〜１３０％、角度θ1 が６０
〜８０°なる開先４を、またシーム突き合わせ部のルー
ト厚みｈ2 を３〜５ｍｍ、さらに外面側の低合金鋼１に
角度が６０〜８０°の開先５を形成する。本発明では、
内面側の開先形状を上記のように設けることを第１の特
徴とする。
開先形状を示す。外面側の低合金鋼１と内面側のオース
テナイト系ステンレス鋼の合わせ材２からなるクラッド
鋼のシーム部３に対して、内面側の合わせ材２に深さｈ
1 が合わせ材厚みｔの８０〜１３０％、角度θ1 が６０
〜８０°なる開先４を、またシーム突き合わせ部のルー
ト厚みｈ2 を３〜５ｍｍ、さらに外面側の低合金鋼１に
角度が６０〜８０°の開先５を形成する。本発明では、
内面側の開先形状を上記のように設けることを第１の特
徴とする。
【００１４】その理由は、１層盛りの潜弧溶接でも健全
な該溶接部を得るためにほかならない。内面側の開先深
さｈ1 を合わせ材厚みｔの８０〜１３０％とした理由
は、開先深さｈ1 が合わせ材厚みｔの８０％未満では幅
広で平滑な潜弧溶接ビードが得にくいこと、また通常の
ＵＯ工程ではその開先を溶接電極の倣い溝としてある程
度の深さが必要とされるからである。また、逆に１３０
％超では合わせ材下の低合金鋼部に溶接アークが直接作
用しやすくなるために低合金鋼の溶込率と希釈率が増加
し、溶接金属の成分が合わせ材よりも低品位となり耐食
性や溶接性（特にマルテンサイト割れなど）の劣化が懸
念されるためである。一方、開先角度θ1を６０〜８０
°とした理由は、θ1 が６０°未満では前記の開先深さ
ｈ1 の下限を設定した場合と同じであり、またθ1 が８
０°超になると開先深さｈ1 が上記の上限を超えた場合
と同じとなるからである。
な該溶接部を得るためにほかならない。内面側の開先深
さｈ1 を合わせ材厚みｔの８０〜１３０％とした理由
は、開先深さｈ1 が合わせ材厚みｔの８０％未満では幅
広で平滑な潜弧溶接ビードが得にくいこと、また通常の
ＵＯ工程ではその開先を溶接電極の倣い溝としてある程
度の深さが必要とされるからである。また、逆に１３０
％超では合わせ材下の低合金鋼部に溶接アークが直接作
用しやすくなるために低合金鋼の溶込率と希釈率が増加
し、溶接金属の成分が合わせ材よりも低品位となり耐食
性や溶接性（特にマルテンサイト割れなど）の劣化が懸
念されるためである。一方、開先角度θ1を６０〜８０
°とした理由は、θ1 が６０°未満では前記の開先深さ
ｈ1 の下限を設定した場合と同じであり、またθ1 が８
０°超になると開先深さｈ1 が上記の上限を超えた場合
と同じとなるからである。
【００１５】次に、シーム突合せ部のルート厚みｈ2 は
３〜５ｍｍの範囲とした。図３は本発明者らによる溶接
工程を示すものであり、図３（ａ）は外面側の低合金鋼
部１の開先５に対する仮付け溶接ビード６、（ｂ）は内
面側の合わせ材２の開先４に対する潜弧溶接ビード７、
（ｃ）は外面側の低合金鋼１の開先５に対する潜弧溶接
ビード８を示したものであるが、ｈ2 が３ｍｍ未満にな
ると、低合金鋼１の開先５の仮付け溶接６において、シ
ーム突合せ部９に隙間が少しでも生じた場合には裏側に
アークの突き抜ける溶け落ちの発生する危険が増加する
からである。逆にｈ2 が５ｍｍ超になると、仮付けビー
ド６と内面潜弧ビード７のメタルタッチが不十分とな
り、極端な場合には外面側の潜弧溶接ビード８の溶込深
さが内面潜弧溶接ビードまで達することができず、シー
ム突合せ部９に溶接欠陥を発生させるからである。
３〜５ｍｍの範囲とした。図３は本発明者らによる溶接
工程を示すものであり、図３（ａ）は外面側の低合金鋼
部１の開先５に対する仮付け溶接ビード６、（ｂ）は内
面側の合わせ材２の開先４に対する潜弧溶接ビード７、
（ｃ）は外面側の低合金鋼１の開先５に対する潜弧溶接
ビード８を示したものであるが、ｈ2 が３ｍｍ未満にな
ると、低合金鋼１の開先５の仮付け溶接６において、シ
ーム突合せ部９に隙間が少しでも生じた場合には裏側に
アークの突き抜ける溶け落ちの発生する危険が増加する
からである。逆にｈ2 が５ｍｍ超になると、仮付けビー
ド６と内面潜弧ビード７のメタルタッチが不十分とな
り、極端な場合には外面側の潜弧溶接ビード８の溶込深
さが内面潜弧溶接ビードまで達することができず、シー
ム突合せ部９に溶接欠陥を発生させるからである。
【００１６】また、外面側の低合金鋼１の開先開度θ2
を上記の範囲とした理由は、θ2 が６０°未満ではビー
ド形状が梨型形状となりやすく高温割れの発生する危険
性があるからであり、また上限を８０°とした理由は、
８０°超になると開先断面積が大きくなり過ぎるために
高溶接入熱となり、外面側潜弧溶接ビード８の材質など
が損なわれるためである。
を上記の範囲とした理由は、θ2 が６０°未満ではビー
ド形状が梨型形状となりやすく高温割れの発生する危険
性があるからであり、また上限を８０°とした理由は、
８０°超になると開先断面積が大きくなり過ぎるために
高溶接入熱となり、外面側潜弧溶接ビード８の材質など
が損なわれるためである。
【００１７】一方、本発明では特にオーステナイト系ス
テンレスクラッド鋼管の内面側（合わせ材の開先）の潜
弧溶接において、溶接電極数が２電極以上で、その各々
の電極間隔を１０〜３０ｍｍとし、かつそれぞれの電極
に成分の異なる溶接ワイヤを用いて溶接することを第２
の特徴とする。図４（ａ）は従来法の多電極潜弧溶接に
おける各電極に対する溶接ワイヤの適用例、（ｂ）は本
発明による各電極に対する溶接ワイヤの適用例を模式的
に示す図である。
テンレスクラッド鋼管の内面側（合わせ材の開先）の潜
弧溶接において、溶接電極数が２電極以上で、その各々
の電極間隔を１０〜３０ｍｍとし、かつそれぞれの電極
に成分の異なる溶接ワイヤを用いて溶接することを第２
の特徴とする。図４（ａ）は従来法の多電極潜弧溶接に
おける各電極に対する溶接ワイヤの適用例、（ｂ）は本
発明による各電極に対する溶接ワイヤの適用例を模式的
に示す図である。
【００１８】従来法でもオーステナイト系ステンレス鋼
を対象とした溶接材料は種々開発がなされ実用に供され
てはいるが、クラッド鋼を対象とした汎用的な溶接材料
は必ずしも現状では製品化がなされていない。そのよう
な状況下でクラッド鋼の多電極潜弧溶接に既存の同一成
分同士の溶接ワイヤを適用した場合、以下のような問題
点が生ずる。すなわち、前述したように溶接方法の選択
によって溶込率が変化し、さらに使用する溶接材料とそ
の希釈率によって溶接金属の成分は溶接材料の成分とは
大幅に異なったものとなる。一方、溶接金属には合わせ
材と同等の耐食性も要求されることからＮｉｅｑ、Ｃｒ
ｅｑ、ＰＩ値（Ｃｒ＋３．３Ｍｏ）の適正化、さらにフ
ェライト量の適量確保も重要である。しかるに、それら
をすべて満足できる溶接ワイヤの製造は、成分系によっ
て製造過程におけるσ相の生成（Ｎｉ量がさほど多くな
く、特に高Ｍｏ系でσ相が生成）によって製造が困難な
場合があり、それぞれの合わせ材成分に適応した溶接材
料の確保は困難な状況にあるといえる。
を対象とした溶接材料は種々開発がなされ実用に供され
てはいるが、クラッド鋼を対象とした汎用的な溶接材料
は必ずしも現状では製品化がなされていない。そのよう
な状況下でクラッド鋼の多電極潜弧溶接に既存の同一成
分同士の溶接ワイヤを適用した場合、以下のような問題
点が生ずる。すなわち、前述したように溶接方法の選択
によって溶込率が変化し、さらに使用する溶接材料とそ
の希釈率によって溶接金属の成分は溶接材料の成分とは
大幅に異なったものとなる。一方、溶接金属には合わせ
材と同等の耐食性も要求されることからＮｉｅｑ、Ｃｒ
ｅｑ、ＰＩ値（Ｃｒ＋３．３Ｍｏ）の適正化、さらにフ
ェライト量の適量確保も重要である。しかるに、それら
をすべて満足できる溶接ワイヤの製造は、成分系によっ
て製造過程におけるσ相の生成（Ｎｉ量がさほど多くな
く、特に高Ｍｏ系でσ相が生成）によって製造が困難な
場合があり、それぞれの合わせ材成分に適応した溶接材
料の確保は困難な状況にあるといえる。
【００１９】そのための手段としてオーステナイト系ス
テンレスクラッド鋼管の溶接用として、合わせ材よりも
高品位なインコネル系のワイヤを適用する場合もある
が、このワイヤ成分系では溶接金属が完全オーステナイ
ト系となるため高温割れの発生が懸念される。その点、
図４（ｂ）の本発明法のように、種々異なる成分の溶接
ワイヤを組み合わせることによって溶接金属の成分を耐
食性および溶接性の観点から調整が可能となり、その適
用範囲は大幅に広がるといえる。
テンレスクラッド鋼管の溶接用として、合わせ材よりも
高品位なインコネル系のワイヤを適用する場合もある
が、このワイヤ成分系では溶接金属が完全オーステナイ
ト系となるため高温割れの発生が懸念される。その点、
図４（ｂ）の本発明法のように、種々異なる成分の溶接
ワイヤを組み合わせることによって溶接金属の成分を耐
食性および溶接性の観点から調整が可能となり、その適
用範囲は大幅に広がるといえる。
【００２０】そのためには、各々の電極間隔は１０〜３
０ｍｍの範囲にする必要がある。その理由は、間隔が１
０ｍｍ未満では電極間隔が近すぎるために互いに接触す
る危険性があるためで、逆に３０ｍｍを超えて離れすぎ
る場合は、１プール溶接を確保することが難しくなり、
それぞれ成分の異なるワイヤ同士が均一に混じり合わな
くなるからである。なお、発明において多電極に配置す
る成分の異なる溶接ワイヤとは、市販品同士はもちろん
のこと、市販品と成分調整した溶接ワイヤとの組合せも
含むことを意味する。
０ｍｍの範囲にする必要がある。その理由は、間隔が１
０ｍｍ未満では電極間隔が近すぎるために互いに接触す
る危険性があるためで、逆に３０ｍｍを超えて離れすぎ
る場合は、１プール溶接を確保することが難しくなり、
それぞれ成分の異なるワイヤ同士が均一に混じり合わな
くなるからである。なお、発明において多電極に配置す
る成分の異なる溶接ワイヤとは、市販品同士はもちろん
のこと、市販品と成分調整した溶接ワイヤとの組合せも
含むことを意味する。
【００２１】
【実施例】本発明による実施例について説明すると以下
の通りである。表１に示すような低合金鋼１５ｍｍｔ
と、合わせ材として３ｍｍｔのオーステナイト系ステン
レス鋼からなる成分の全厚みが１８ｍｍｔの２種類のク
ラッド鋼に表２に示すような開先加工をした試験片を用
いてクラッド鋼管の溶接を想定した溶接試験を行った。
溶接材料としては表３に示す市販のワイヤ径が４ｍｍ、
ＪＩＳ Ｚ３３２４規格のステンレス鋼用溶接ワイヤ成
分系を４種類、またＪＩＳ Ｚ３３３４規格の高ニッケ
ル合金鋼用溶接ワイヤ成分系を１種類、また潜弧溶接フ
ラックスとして内面用に市販のステンレス鋼用ボンドタ
イプフラックスＢＦ−３００Ｆ（日鐡溶接工業（株）
製）、外面用として試作したボンドタイプフラックスを
準備した。
の通りである。表１に示すような低合金鋼１５ｍｍｔ
と、合わせ材として３ｍｍｔのオーステナイト系ステン
レス鋼からなる成分の全厚みが１８ｍｍｔの２種類のク
ラッド鋼に表２に示すような開先加工をした試験片を用
いてクラッド鋼管の溶接を想定した溶接試験を行った。
溶接材料としては表３に示す市販のワイヤ径が４ｍｍ、
ＪＩＳ Ｚ３３２４規格のステンレス鋼用溶接ワイヤ成
分系を４種類、またＪＩＳ Ｚ３３３４規格の高ニッケ
ル合金鋼用溶接ワイヤ成分系を１種類、また潜弧溶接フ
ラックスとして内面用に市販のステンレス鋼用ボンドタ
イプフラックスＢＦ−３００Ｆ（日鐡溶接工業（株）
製）、外面用として試作したボンドタイプフラックスを
準備した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】溶接は、まず図１に示す開先突合せ部３の
低合金鋼１の開先５に対してＣＯ2溶接による仮付け溶
接を行った。次に開先突合せ部の合わせ材２の開先４に
対して潜弧溶接を行った。ここでは溶接電極数は２電極
とし、溶接ワイヤの組合せは、本発明法として第１電極
にＪＩＳ Ｚ３３２４規格のステンレス鋼用ＹＳ３０９
ＭｏＬワイヤを、第２電極にはＪＩＳ Ｚ３３３４規格
の高ニッケル合金鋼用ＹＮｉＣｒＭｏ−３を適用した。
また、従来法として第１、第２電極にそれぞれ同種類の
ワイヤを適用して比較試験も実施した。さらに、開先突
合せ部の低合金鋼１の開先５に対して３電極の潜弧溶接
をＪＩＳ Ｚ３３２４規格のＹＳ３１２溶接ワイヤと試
作フラックスとの組合せで２種のクラッド鋼の溶接を終
了した。その溶接条件は表４に示す通りである。
低合金鋼１の開先５に対してＣＯ2溶接による仮付け溶
接を行った。次に開先突合せ部の合わせ材２の開先４に
対して潜弧溶接を行った。ここでは溶接電極数は２電極
とし、溶接ワイヤの組合せは、本発明法として第１電極
にＪＩＳ Ｚ３３２４規格のステンレス鋼用ＹＳ３０９
ＭｏＬワイヤを、第２電極にはＪＩＳ Ｚ３３３４規格
の高ニッケル合金鋼用ＹＮｉＣｒＭｏ−３を適用した。
また、従来法として第１、第２電極にそれぞれ同種類の
ワイヤを適用して比較試験も実施した。さらに、開先突
合せ部の低合金鋼１の開先５に対して３電極の潜弧溶接
をＪＩＳ Ｚ３３２４規格のＹＳ３１２溶接ワイヤと試
作フラックスとの組合せで２種のクラッド鋼の溶接を終
了した。その溶接条件は表４に示す通りである。
【００２６】
【表４】
【００２７】次に上記の条件で溶接して得られた合わせ
材側の溶接部から分析試料、曲げ試験片５本、腐食試験
片３本を採取し、諸特性を調査した。その結果を表５に
示す。表中、溶接金属の組成パラメータはＮｉｅｑ（＝
％Ｎｉ＋３０×％Ｃ＋０．５×％Ｍｎ）、Ｃｒｅｑ（＝
％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋１．５×％Ｓｉ＋０．５×Ｎｂ）、Ｐ
Ｉ（＝％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ）での計算値、また耐曲
げ性はＡＰＩのクラッド鋼溶接部のＧｕｉｄｅｄ Ｂｅ
ｎｄ試験法（Ｒｏｏｔ Ｂｅｎｄ Ｔｅｓｔ）で実施
し、溶接金属部に欠陥なしのものはＯＫ、また５本中１
本でも開口部の生じたものはＮＯとした。さらに耐孔食
性はＡＳＴＭ Ｇ４８（４８ｈｒｓ）に準拠、試験温度
はＳＵＳ３１６Ｌクラッド鋼の溶接部は１５℃、ＳＵＳ
３１７Ｌクラッド鋼の溶接部は２０℃で試験を行い、孔
食の発生がなかったものはＯＫ、３本中１本でも孔食の
発生が認められたものについてはＮＯで評価した。
材側の溶接部から分析試料、曲げ試験片５本、腐食試験
片３本を採取し、諸特性を調査した。その結果を表５に
示す。表中、溶接金属の組成パラメータはＮｉｅｑ（＝
％Ｎｉ＋３０×％Ｃ＋０．５×％Ｍｎ）、Ｃｒｅｑ（＝
％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋１．５×％Ｓｉ＋０．５×Ｎｂ）、Ｐ
Ｉ（＝％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ）での計算値、また耐曲
げ性はＡＰＩのクラッド鋼溶接部のＧｕｉｄｅｄ Ｂｅ
ｎｄ試験法（Ｒｏｏｔ Ｂｅｎｄ Ｔｅｓｔ）で実施
し、溶接金属部に欠陥なしのものはＯＫ、また５本中１
本でも開口部の生じたものはＮＯとした。さらに耐孔食
性はＡＳＴＭ Ｇ４８（４８ｈｒｓ）に準拠、試験温度
はＳＵＳ３１６Ｌクラッド鋼の溶接部は１５℃、ＳＵＳ
３１７Ｌクラッド鋼の溶接部は２０℃で試験を行い、孔
食の発生がなかったものはＯＫ、３本中１本でも孔食の
発生が認められたものについてはＮＯで評価した。
【００２８】
【表５】
【００２９】第１、第２電極にＪＩＳ Ｚ３３２４規格
のステンレス鋼用溶接ワイヤを適用した記号６Ｃ、６
Ｄ、６Ｅ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅの比較法では、合わせ材の
成分系にかかわらず溶接金属に孔食が発生した。これ
は、溶接金属が希釈によって薄められ、その成分が各々
の合わせ材成分よりも低品位となったことが原因であ
る。またこれらの耐曲げ性は記号６Ｃ、６Ｄ、７Ｃ、７
Ｄ材は良好な特性を示したが、記号６Ｅおよび７Ｅ材は
微少な開口部が観察された。これは、溶接ワイヤのＮｉ
量が他の溶接ワイヤに比較して少なく、溶接金属のフェ
ライト量が増加し、延性低下を招いたことが起因したと
推定される。
のステンレス鋼用溶接ワイヤを適用した記号６Ｃ、６
Ｄ、６Ｅ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅの比較法では、合わせ材の
成分系にかかわらず溶接金属に孔食が発生した。これ
は、溶接金属が希釈によって薄められ、その成分が各々
の合わせ材成分よりも低品位となったことが原因であ
る。またこれらの耐曲げ性は記号６Ｃ、６Ｄ、７Ｃ、７
Ｄ材は良好な特性を示したが、記号６Ｅおよび７Ｅ材は
微少な開口部が観察された。これは、溶接ワイヤのＮｉ
量が他の溶接ワイヤに比較して少なく、溶接金属のフェ
ライト量が増加し、延性低下を招いたことが起因したと
推定される。
【００３０】さらに、各電極にＪＩＳ Ｚ３３３４規格
の高ニッケル合金用のＹＮｉＣｒＭｏ−３ワイヤを適用
した記号６Ｆおよび７Ｆ材は、耐孔食性は良好な結果を
示したが、曲げ試験において微少な開口部が観察され
た。これは、溶接金属の成分が完全オーステナイト系と
なったことによって、オーステナイトの粒界にＰ、Ｓな
どの不純物が濃縮し粒界脆化が起因したと推測される。
の高ニッケル合金用のＹＮｉＣｒＭｏ−３ワイヤを適用
した記号６Ｆおよび７Ｆ材は、耐孔食性は良好な結果を
示したが、曲げ試験において微少な開口部が観察され
た。これは、溶接金属の成分が完全オーステナイト系と
なったことによって、オーステナイトの粒界にＰ、Ｓな
どの不純物が濃縮し粒界脆化が起因したと推測される。
【００３１】一方、第１電極にＪＩＳ Ｚ３３２４規格
のステンレス鋼用ＹＳ３０９ＭｏＬとＹＳ３１２溶接ワ
イヤを適用、かつ第２電極にＪＩＳ Ｚ３３３４規格の
高ニッケル合金用ワイヤを用いた本発明法による記号６
Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂ材は、耐曲げ性および耐孔食性と
もに良好な結果が得られた。これは、表５からもわかる
ように、ステンレス鋼用と高ニッケル合金用のワイヤの
組合せによって、溶接金属の成分のＮｉｅｑ、Ｃｒｅｑ
およびＰＩ値が合わせ材に対して適正であることを示し
ている。
のステンレス鋼用ＹＳ３０９ＭｏＬとＹＳ３１２溶接ワ
イヤを適用、かつ第２電極にＪＩＳ Ｚ３３３４規格の
高ニッケル合金用ワイヤを用いた本発明法による記号６
Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂ材は、耐曲げ性および耐孔食性と
もに良好な結果が得られた。これは、表５からもわかる
ように、ステンレス鋼用と高ニッケル合金用のワイヤの
組合せによって、溶接金属の成分のＮｉｅｑ、Ｃｒｅｑ
およびＰＩ値が合わせ材に対して適正であることを示し
ている。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればオ
ーステナイト系ステンレスクラッド鋼管のシーム部の溶
接に際し、成分希釈などに起因する欠陥のない内面側合
わせ材開先部分の溶接部を得ることができ、ＵＯＥ法な
どの造管に即した安定かつ迅速な生産をすることができ
る。
ーステナイト系ステンレスクラッド鋼管のシーム部の溶
接に際し、成分希釈などに起因する欠陥のない内面側合
わせ材開先部分の溶接部を得ることができ、ＵＯＥ法な
どの造管に即した安定かつ迅速な生産をすることができ
る。
【図１】本発明の溶接方法における開先形状
【図２】クラッド鋼の異材溶接における溶接金属成分の
推定方法を示すグラフ
推定方法を示すグラフ
【図３】溶接工程の例を示す溶接部断面図で（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）は工程順を示す
（ｂ）、（ｃ）は工程順を示す
【図４】電極と溶接ワイヤの適用例を示す図で（ａ）は
従来法、（ｂ）は本発明を示す
従来法、（ｂ）は本発明を示す
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 聰之 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内
Claims (2)
- 【請求項１】 外面側の低合金鋼と内面側のオーステナ
イト系のステンレス鋼からなるクラッド鋼管の造管溶接
において、長手シーム方向の突合せ開先形状として、内
面側の開先深さが合わせ材厚みの８０〜１３０％、角度
６０〜８０°、ルート厚みが３〜５ｍｍ、そして外面側
の角度が６０〜８０°のＸ型の開先加工を施し、外面側
の開先部に低合金鋼用溶接ワイヤで仮付溶接を行った
後、内外面を１パスで潜弧溶接することを特徴とするス
テンレスクラッド鋼管の造管溶接方法。 - 【請求項２】 内面側の溶接において、溶接電極数が２
電極以上で、その各々の電極間隔を１０〜３０ｍｍと
し、かつそれぞれの電極に成分の異なるワイヤを用いて
溶接することを特徴とする請求項１記載のステンレスク
ラッド鋼管の造管溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12993294A JPH07314174A (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | ステンレスクラッド鋼管の造管溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12993294A JPH07314174A (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | ステンレスクラッド鋼管の造管溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07314174A true JPH07314174A (ja) | 1995-12-05 |
Family
ID=15021993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12993294A Withdrawn JPH07314174A (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | ステンレスクラッド鋼管の造管溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07314174A (ja) |
Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005009662A1 (en) | 2003-07-21 | 2005-02-03 | Grant Prideco, L.P. | Pipe/connector weld joint, and methods of welding same |
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-
1994
- 1994-05-20 JP JP12993294A patent/JPH07314174A/ja not_active Withdrawn
Cited By (35)
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