JPH0814014B2 - 溶接鋼管 - Google Patents

溶接鋼管

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JPH0814014B2 JP26027189A JP26027189A JPH0814014B2 JP H0814014 B2 JPH0814014 B2 JP H0814014B2 JP 26027189 A JP26027189 A JP 26027189A JP 26027189 A JP26027189 A JP 26027189A JP H0814014 B2 JPH0814014 B2 JP H0814014B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、パイプラインにおいて使用される溶接鋼管
特に溶接金属の耐選択腐食性に優れた高強度及び高靱性
の溶接鋼管に関するものである。
[従来の技術] 従来、低合金鋼溶接部の選択腐食を防止することを目
的とした溶接鋼管に関する特許は数多く出願されてお
り、例えば特開昭52−113318号公報(登録No.1263605)
のAl、Sの低減とTi、Zr、Yの1成分以上を添加するも
のや、これにCuを0.2〜0.6%添加し、必要に応じて850
〜950℃で30分以下、局部熱処理を施すもの(特開昭52
−113319号公報)、あるいは0.005〜0.06%Tiを含有す
る鋼を溶接部のみ900〜1050℃で1秒〜5分間、局部加
熱を程すもの(特開昭62−202049号公報)などがある。
しかしながら、これらは、いずれも電気抵抗溶接を用
いた電縫鋼管に関するものであり、選択的に腐食する溶
接部は母材と同じ組成を有している。
一方、低合金鋼の選択腐食に関する公表文献中には、
電縫管のほかに、母材と異なる化学組成を持つ溶接金属
の選択腐食防止方法も数多く報告されており、例えば次
のようなものがある。
氷海での溶接継手部局部腐食に対して、母材と溶接
金属のNi添加量の差が影響を及ぼすとするもの(安部隆
ほか:鉄と鋼Vol.72,s1266 1988)同じく氷海域鋼の
溶接部局部腐食で、Niと Cuが影響を及ぼし、 3.8ΔCu+1.1ΔNi+0.3 (ΔCu,ΔNiは共に母材と溶接金属との差)が選択腐食
性を左右する。
(伊藤亀太郎ほか:鉄と鋼Vol.72,s1265 1989)炭素
鋼配管円周溶接部の選択腐食防止に、Cu及びNiを含む低
合金鋼溶接棒の使用が有効であるとするもの(幸英昭:
材料Vol.38,No.424 p62〜p.68 1989) 以上のように、溶接金属の選択腐食を改善する方法と
して、Ni及びCuを添加する方法が見出だされていたが、
Moの添加が有効であるとの知見は未だ得られていなかっ
た。
[発明が解決しようとする課題] 溶接鋼管を海水や工業用水に使用すると、溶接金属が
選択的に腐食する、いわゆる溶接部選択腐食を起す場合
がある。これは、溶接鋼管のように母材と溶接金属との
化学成分が異なることや、電縫管のように溶接熱履歴に
より、金属組織上の差が生ずることにより、この差に依
存して溶接金属部が電気化学的に卑になり、溶接金属部
が選択的に腐食するものである。
従来の溶接鋼管では、この選択腐食を考慮した製造法
は検討されていなかった。
しかしながら、実環境では、この種の選択腐食が問題
となることがしばしばあり、この検討が待たれている。
本願発明は、溶接金属部の化学成分を調整することに
より、溶接金属部の選択腐食を防止する為になされたも
のであり、溶接金属部の選択腐食の防止とともに、十分
な強度と靱性を備えた溶接鋼管を提供することを目的と
するものである。
[課題を解決するための手段] 本願発明は、本願発明者等が溶接金属の化学成分及び
その成分値を各種に変化させて、海水を含む腐食環境の
中での溶接部の選択腐食について、綿密な調査を重ねた
結果得られた知見に基づくものである。
即ち、本発明の第1は、 母材の化学成分組成(重量%)が C;0.03〜0.15% Si0.05〜0.50% Mn;0.50〜2.00% Al;0.005〜0.10% を含有し、残部がFe及び不可避不純物を含み、且つ溶接
金属の化学成分組成が、下記の式を満足することを特徴
とする溶接鋼管である。
ΔNi+7.5ΔMo≧0.1 但し ΔNi=溶接金属部重量% ΔMo=溶接金属部重量% 又、本発明の第2は、 母材の化学成分組成(重量%)が C;0.03〜0.15% Si;0.05〜0.50% Mn;0.50〜2.00% Al;0.005〜0.10% を含有し、下記成分の中から1種または2種以上 Cu;0.05〜2.0% Ni;0.05〜2.0% Cr;0.05〜2.0% Mo;0.05〜2.0% Nb;0.05〜0.20% V;0.005〜0.20% Ti;0.005〜0.20% B;0.0005〜0.0020% Ca;0.0005〜0.0050% を含有し、残部がFe及び不可避不純物を含み、且つ溶接
金属の化学成分組成が、下記の式を満足することを特徴
とする溶接鋼管である。
ΔNi+7.5ΔMo≧0.1 但し ΔNi=Ni(溶接金属部重量%)−Ni(母材重量%) ΔMo=Mo(溶接金属部重量%)−Mo(母材重量%) [作用] 本発明は、以上の如く、母材の化学成分及びその組成
を限定し、さらに前述の如き式を満足する溶接金属の耐
選択腐食性に富む高強度及び高靱性の溶接鋼管である。
次に、鋼中の夫々の化学成分の限定理由について述べ
る。
C:鋼中の炭素は、鋼の強度を上昇させる上で有効な元
素であるが、過度の添加は靱性の劣化を招くので好まし
くない。従って、強度並びに靱生とも良好な鋼管を得る
ためには、炭素量の上限は0.15%とする。炭素量の低減
は靱性を向上させるが、0.03%以下になると靱性は劣化
する。また、安定したNb,V,Tiなどの析出硬化を有効に
利用するためにも0.03%以上の炭素は必要となるので、
これ等を考慮して炭素量の下限を0.03%と定めた。
Si:鋼中のSiは、脱酸のため必要であるが過多に添加す
ると靱性は劣化させるので、下限を0.05%、上限を0.5
%とした。
Mn:鋼中のMnは、Siと同様に脱酸のため0.5%以上必要で
あるが、2.0%を越えると溶接性を劣化させるので上限
を2.0%とした。
Al:鋼中のAlは、Si及びMnと同様に脱酸のため必要であ
るが、0.005%未満では脱酸が不十分となるので下限を
0.005%とした。一方、0.1%を越えると鋼の清浄並びに
熱影響部(HAZ;Heat Affected Zone)靱性を劣化させる
ので、上限を0.1%とした。
次に、第2発明においては、上記成分の他、さらに前
述のような選択成分及びその組成を限定する。そして第
3発明においては、上記成分の他NiおよびMo、さらに前
述のような選択成分及びその組成を限定する。
Cu,Ni:Cu並びにNiは、HAZ靱性に悪影響を及ぼすことな
く母材の強度靱性を改善させるが、2.0%を超えるとHAZ
の硬化性並びに靱性に影響を及ぼすので、上限を2.0%
とする。
Ci:Crは、母材及び溶接部の強度を高めるが、2.0%を超
えるとHAZの硬化性並びに靱性を劣化させるので、上限
を2.0%とする。
Mo:Moは、母材の強度並びに靱性を向上させるが、2.0%
を超えるとHAZの焼入れを増して溶接性を劣化させるの
で、上限を2.0%とする。
以上のCu,Ni,Cr及びMoの元素添加量の下限は、材質上
の効果が得られる最小必要量とし、0.05%とする。
Ti:Tiは、0.005%以上の添加により、スラブ加熱時のオ
ーステナイトの粗大化を防止する効果を有するので、下
限を0.005%とし、過度に添加すると溶接部の靱性を劣
化させるので、上限を0.20%とした。
Nb,V:Nb並びにVは、強度及び靱性に効果が認められる
が、0.20%を超えると、母材及び溶接部の靱性を劣化さ
せるので、上限を0.20%とした。下限は材質上の向上の
認められる0.005%以上とした。
B:Bは、母材の強度上昇に有効であるが、過度の添加
は、溶接性並びにHAZの靱性の劣化を招くので、上限は
0.0020%とし、下限は強度の上昇に効果が認められる0.
0005%とした。
Ca:Caの添加は、耐水素誘起割れ性を改善し、下限は効
果の認められる0.0005%とする。過度の添加は酸化物を
形成して有害であるので、上限を0.0050%とする。
さらに、海水環境などの腐食環境にあって、溶接金属
部の選択腐食は、腐食環境にさらされた溶接金属部のNi
及びMo量(重量%)、または溶接金属部と母材の鋼のNi
及びMoの夫々の差、 ΔNi=溶接金属部重量%、またはNi(溶接金属部重量
%)−Ni(母材重量%) ΔMo=溶接金属部重量%、またはMo(溶接金属部重量
%)−Mo(母材重量%) に大きく影響され、第1図に示すように、溶接部の選択
腐食に及ぼすΔNiとΔMoの係数を検討した結果、溶接部
の選択腐食性と(ΔNi+7.5ΔMo)との間に良い相関が
認められ、この値が0.1未満では溶接部が選択的に腐食
することを見知した。
従ってこの式の値を、溶接部の選択腐食性のパラメー
ターとしてPCW(preferential corrosion of welded)
値とし、本願発明の溶接金属は、このPCW値が下記条件
を満足することを要するものである。
PCW=ΔNi+7.5ΔMo≧0.1 次に本発明の実施例について述べる。
[実施例] 第1表に供試母材の化学成分値(重量%)を示す。
第1表に示すA〜G鋼(但しG鋼は比較鋼)を用い
て、降伏強さが35〜56kgf/cm2において、外径38インチ
×全長12mの各種の溶接鋼管を試作して、強度、靱性、
海水環境(CO2ガスバブリング)での選択腐食速度をそ
れぞれ測定した。
第2表に、強度、靱性及び選択腐食速度の試験成績を
示す。
強度YSはASTM全厚引張り試験法、靱性はJIS Z3128 4
号試験片、選択腐食の測定は、全長50cm鋼管の内部に、
人工海水を入れ、これにCO2ガスを吹き込んで、母材と
溶接金属部の板厚の減量の差を求めることにより、測定
した値である。
第1図は前述の如く、CO2ガスをバブリングした人工
海水中において、 試料面積は、母材:溶接金属=3.1とし、腐食環境に
さらされた溶接金属部のNi及びMo量(重量%)、または
溶接金属部と母材の鋼のNi及びMoの夫々の差、 ΔNi=溶接金属部重量%、またはNi(溶接金属部重量
%)−Ni(母材重量%) ΔMo=溶接金属部重量%、またはMo(溶接金属部重量
%)−Mo(母材重量%) とした場合の母材と溶接金属部の間に流れた選択腐食電
流(μA/cm2)とΔNi+7.5ΔMo(PCW)との関係グラフ
である。
図中、○印は溶接部;陰極(健全)、●印は溶接部;
陽極(選択腐食)を夫々示す。
第2表並びに第1図に示すように、母材の化学成分組
成(重量%)が、C;0.03〜0.15%,Si;0.05〜0.50%,Mn;
0.50〜2.00%,Al;0.005〜0.10%を含有し、残部がFe及
び不可避不純物を含み、且つ溶接金属の化学成分組成
が、下記条件を満足する溶接鋼管は、強度、靱性(5kg
f.m以上)、選択腐食速度(溶接部が選択的に腐食しな
い、表2中−符号の場合)に優れた溶接鋼管であること
が確認された。
PCW=ΔNi+7.5Mo≧0.1 また、母材の化学成分組成(重量%)が、C;0.03〜0.
15%,Si;0.05〜0.50%,Mn;0.50〜2.00%,Al;0.005〜0.1
0%を含有し、残部がFe及び不可避不純物を含み、さら
に、下記成分の中から、 Cu;0.05〜2.0%,Ni;0.05〜2.0%,Cr;0.05〜2.0%,Mo;
0.05〜2.0%,Nb;0.005〜0.20%,V;0.005〜0.20%,Ti;0.
005〜0.20%,B;0.0005〜0.0020%,Ca;0.0005〜0.0050%
の1種または2種以上を含有し、且つ溶接金属の化学成
分組成が、前記溶接金属部と母材とのNi及びMo量(量重
%)の差によって決められるPCW値が、下記条件を満足
する溶接鋼管は、強度、靱性(5kgf.m以上)、選択腐食
速度(溶接部が選択的に腐食しない、表2中−符号の場
合)に優れた溶接鋼管であることが確認された。
PCW=ΔNi+7.5ΔMo≧0.1 [発明の効果] 溶接金属部の化学成分及びその組成を調整し、海水環
境などの腐食環境にさらされた溶接金属部の選択腐食に
おいて、溶接金属部のNi及びMo量(量重%)、または溶
接金属部と母材のNi及びMoの夫々のΔNiとΔMo差より新
たにPCW値を求め、このPCW値を前述のように特定するこ
とにより、本発明の溶接鋼管は、高強度と高靱性を有
し、かつ溶接金属部において選択腐食を生じないもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例における母材と溶接金属部の間に流れ
た選択腐食電流(μA/cm2)とΔNi+7.5ΔMo(PCW)と
の関係グラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 茂 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 当麻 英夫 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 日下 修一 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】母材の化学成分組成(重量%)が C;0.03〜0.15% Si;0.05〜0.50% Mn;0.50〜2.00% Al;0.005〜0.10% を含有し、残部がFe及び不可避不純物を含み、且つ溶接
    金属の化学成分組成が、下記の式を満足することを特徴
    とする溶接鋼管。 ΔNi+7.5ΔMo≧0.1 但し ΔNi=溶接金属部重量% ΔMo=溶接金属部重量%
  2. 【請求項2】母材の化学成分組成(重量%)が C;0.03〜0.15% Si;0.05〜0.50% Mn;0.50〜2.00% Al;0.005〜0.10% を含有し、下記成分の中から1種または2種以上 Cu;0.05〜2.0% Ni;0.05〜2.0% Cr;0.05〜2.0% Mo;0.05〜2.0% Nb;0.005〜0.20% V;0.005〜0.20% Ti:0.005〜0.20% B;0.0005〜0.0020% Ca;0.0005〜0.0050% を含有し、残部がFe及び不可避不純物を含み、且つ溶接
    金属の化学成分組成が、下記の式を満足することを特徴
    とする溶接鋼管。 ΔNi+7.5ΔMo≧0.1 但し ΔNi=Ni(溶接金属部重量%)−Ni(母材重量%) ΔMo=Mo(溶接金属部重量%)−Mo(母材重量%)
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