JPH09194998A

JPH09194998A - 溶接鋼管およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09194998A
Application number: JP8001726A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Iwasaki; 謙一岩崎; Yutaka Nagahama; 裕長浜; Akio Sato; 昭夫佐藤; Masaki Omura; 雅紀大村
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-01-09
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 1997-07-29

Abstract

(57)【要約】【課題】高能率で製造できる電縫溶接法の有する長所
を維持しつつ、溶接部の酸素量が少なく、その機械的特
性が母材部に比較し遜色のない溶接鋼管を製造する。【解決手段】重量％で、C:0.01〜0.5%, Mn:0.5〜2%を
含有し、更に、Si:1.0%以下, Al:0.2% 以下, N:0.01%
以下, Ti:0.2% 以下, Zr:0.2% 以下, Nb:0.2% 以下, V:
0.2%以下, Ni:1.5% 以下, Cu:1.5% 以下, Cr:3.0% 以
下, Mo:1.5% 以下,W:1.5%以下, B:0.005%以下, Ca:0.01
%以下, Mg:0.01%以下, REM:0.1%以下, P:0.02% 以下,
S:0.03% 以下を含有（いずれも０を含む）した成分組成
からなる鋼板を管状体に成形し、次いで、管状体の突き
合わされたエッジ部をレーザービームの照射により溶融
すると共にアプセットして溶接し、溶接部の酸素量が20
0ppm以下の溶接鋼管とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パイプライン用、機
械構造部材用、各種プラント用等に使用される溶接鋼管
およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼管の用途は、パイプライン用、機械構
造部材用、熱交換器用、自動車部品用、機械構造部材
用、各種プラント用等、多岐にわたっており、その用途
またはサイズに応じて、各種の方法により製造された継
目無鋼管や溶接鋼管が使用されている。その中で、鋼帯
を連続的に管状に成形して管状体（オープンパイプ）と
なし、その相対する両エッジ部を高周波加熱または抵抗
加熱によって加熱しそして溶接することにより製管され
る電縫溶接鋼管は、その寸法精度が高く、他の製管方法
に比較して高能率に製造することができ、且つ、比較的
安価であるために、従来から多量に製造されそして使用
されている。

【０００３】しかしながら、電縫溶接鋼管を、高度の材
質特性や高い信頼性が要求される分野において使用する
場合には、その材質が問題とされることがある。他の溶
接鋼管と比較して電縫溶接鋼管の材質が劣る理由は、次
の通りである。１）電縫溶接部の入熱は、アーク溶接に比較して少ない
ために、電縫溶接時における電縫溶接部およびその近傍
の冷却速度は速い。従って、電縫溶接部およびその近傍
が硬化しやすく、その品質が劣化しやすい。２）電縫溶接法によって溶接された溶接部は、アーク溶
接等の通常の溶融溶接と圧接との中間とも言える状態で
あり、その接合部に明瞭な溶融プールは形成されない。
一方、溶接時に酸化によって相当量の酸化物が形成され
るが、それらの酸化物が鋼の内部から排出されにくく、
酸素含有量の多い溶接部となる結果、機械的特性が劣化
する。

【０００４】上記理由のうち、１）に対しては、熱処理
を施すことによる対応が可能である。たとえば、電縫溶
接管に対し、オンラインで焼きならし、または、焼き入
れ焼き戻しの熱処理を施すことにより、硬化した溶接部
の材質を改善することができ、例えば、特開昭６２−１
５１５０９号公報には、硬化した溶接部に焼入れ焼き戻
しの熱処理を施す技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記理
由のうち、２）の酸化に起因する問題点の解決には、別
途の対策が必要であり、例えば、溶接時に鋼帯を管状体
にアプセットして、介在物等を可能な限り外部に排出す
ることが試みられている。ところが、その結果、溶接部
近傍のメタルフローが立ち上がり、言わば鋼の圧延時の
断面が管の内外表面に現れることになる。このようなメ
タルフローを有する鋼管には、疲労強度が劣ることや、
内圧がかかった場合の耐久性に問題の生ずる可能性が危
惧される。勿論アプセットを行なっても、介在物等が完
全に排出されるわけではなく、相当量の介在物が残留す
ることも知られており、その結果、鋼中の酸素量が多く
なる。

【０００６】上記問題を解決するための対策も検討され
ており、入熱を制御したり、または、特開昭６３−２４
１１１６号公報に開示されているような、非酸化性ガス
で電縫部をシールドして電縫溶接を行い、電縫溶接部の
酸素量や介在物量を減少させる方法が知られている。し
かしながら、現実的には入熱の制御による改善には限界
があり、また、シールド性に優れ、かつ連続操業に耐え
得るシールド装置も開発されていない。

【０００７】このようなことから、溶接部の強度や靱性
等の機械的性質が母材部と遜色ない電縫溶接鋼管は、従
来は製造し得ないものとされていた。上述したように、
従来の技術で製造した電縫溶接鋼管の溶接部の強度や靭
性等の機械的性質は、母材部に比較して劣っており、こ
のことが電縫溶接鋼管の用途を制限する大きな原因とな
っていた。

【０００８】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、高能率で製造できる電縫溶接法の有する長所
を維持しつつ、溶接部の酸素量が少なく、その機械的特
性が母材部に比較して遜色のない溶接鋼管およびその製
造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは電縫溶接部
の機械的特性が母材部に比較して劣る原因は、１）溶接部の酸素量、介在物量、２）溶接部の熱履歴、および、３）溶接部近傍のメタルフローにあり、特に１）および２）の影響が大きいことを見出
して研究を重ねた結果、本発明を完成させた。

【００１０】この発明の基本は、適切な化学成分組成を
有する鋼帯を、多段ロールによって管状体に成形し、得
られた管状体の突き合わされたエッジ部を適当な温度で
予熱し、ついで、予熱されたエッジ部にレーザービーム
を照射してこれを溶融すると共にアプセットして溶接す
ることにより、溶接鋼管とするものである。

【００１１】従って、従来の電縫溶接鋼管の製造方法に
よる場合と異なり、溶接部は、溶融凝固組織を有するも
のとなり、鋼の溶融が生ずるため、酸化によって生成し
た酸化物の大部分は、溶融した鋼より排出される。その
結果、溶接部の酸素量は、従来の電縫溶接鋼管の溶接部
に比較して大幅に減少し、溶接部の強度等の機械的特性
が母材部に比較して低下する程度を最小にすることがで
きる。勿論、鋼の成分組成が適切ではない場合には、最
適条件下でレーザービームを照射し、溶接鋼管を製造し
た場合においても、溶接部の機械的特性は十分なものと
はならない。

【００１２】請求項１に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。重量％で、Ｃ：０．０１〜０．５％、および、Ｍｎ：０．５〜２
％、を含有し、さらに、Ｓｉ：１．０％以下、Ａｌ：０．２％以
下、Ｎ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．２％以
下、Ｚｒ：０．２％以下、Ｎｂ：０．２％以
下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｉ：１．５％以
下、Ｃｕ：１．５％以下、Ｃｒ：３．０％以
下、Ｍｏ：１．５％以下、Ｗ：１．５％以
下、Ｂ：０．００５％以下、Ｃａ：０．０１％以
下、Ｍｇ：０．０１％以下、ＲＥＭ：０．１％以
下、Ｐ：０．０５％以下、および、Ｓ：０．０３％以
下、を含有（いずれも０を含む）した鋼よりなり、溶接部の
酸素量が２００ｐｐｍ以下である溶接鋼管。

【００１３】請求項２に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。（ａ）請求項１に記載された化学成分組成の鋼板を用意
する工程、（ｂ）前記鋼板を管状体に成形する工程、お
よび、（ｃ）前記管状体の突き合わされたエッジ部を、
レーザービームの照射により溶融すると共にアプセット
して溶接する工程からなる溶接鋼管の製造方法。

【００１４】請求項３に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。（ａ）請求項１に記載された化学成分組成の鋼板を用意
する工程、（ｂ）前記鋼板を管状体に成形する工程、
（ｃ）前記管状体の突き合わされたエッジ部を予熱する
工程、および、（ｄ）前記管状体の前記予熱されたエッ
ジ部を、レーザービームの照射により溶融すると共にア
プセットして溶接する工程からなる溶接鋼管の製造方
法。

【００１５】請求項４に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。（ａ）請求項１に記載された化学成分組成の鋼板を用意
する工程、（ｂ）前記鋼板を管状体に成形する工程、
（ｃ）前記管状体の突き合わされたエッジ部を、６００
〜１３００℃の範囲内の温度に予熱する工程、および、
（ｄ）前記管状体の前記予熱されたエッジ部を、レーザ
ービームの照射により溶融すると共にアプセットして溶
接する工程、および、（ｅ）前記溶接部をＡc₃＋２０℃
〜１０００℃の温度域に加熱し次いで冷却する工程から
なる溶接鋼管の製造方法。

【００１６】請求項５に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。（ａ）請求項１に記載された化学成分組成の鋼板を用意
する工程、（ｂ）前記鋼板を管状体に成形する工程、
（ｃ）前記管状体の突き合わされたエッジ部を、６００
〜１３００℃の範囲内の温度に予熱する工程、（ｄ）前
記管状体の前記予熱されたエッジ部をレーザービームの
照射により溶融すると共にアプセットして溶接する工
程、（ｅ）前記溶接された溶接部をＡc₃＋２０℃〜１０
００℃の範囲内の温度に加熱する工程、および、（ｆ）
次いで、１００℃〜Ａ_C1の範囲内の温度（ただし、３０
０〜４００℃を除く）で焼き戻す工程からなる溶接鋼管
の製造方法。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、この発明を実施するため
の製管設備の一例を示す概略説明図、図２は、図１のＡ
−Ａ線矢視図である。図面に示すように、管状体１の移
動方向に沿って、コンタクトチップ２、トップロール４
およびサイドロール５、第１高周波加熱装置６、水冷ゾ
ーン７および第２高周波加熱装置８が、この順序で配置
されている。

【００１８】鋼帯を、図示しない多段ロールによって管
状体１に成形し、次いで、コンタクトチップ２または高
周波誘導加熱装置により、管状体１の突き合わされたエ
ッジ部を予熱する。次いで、管状体１の予熱されたエッ
ジ部に対しレーザービーム３を照射してこれを溶融する
と共にアプセットして溶接する。次いで、鋼管の使用目
的等に応じ、第１高周波加熱装置６、水冷ゾーン７およ
び第２高周波加熱装置８において、焼きならし、また
は、焼入れ焼戻し等の後熱処理を施す。

【００１９】この発明の基本は、レーザービームの照射
によって、管状体１の突き合わされたエッジ部を溶融し
そして溶接して、溶接時に生成した酸化物を鋼の外部に
排出し、溶接部の酸素量を２００ｐｐｍ以下にする。そ
の結果、鋼の酸素量の大部分を占める酸化物は、鋼管の
外部に排出される。

【００２０】十分に脱酸された鋼の酸素量は、通常１０
０ｐｐｍを超えることはない。これに対し、従来の方法
により製造された電縫溶接鋼管の溶接部の酸素量は、２
００ｐｐｍ超〜３００ｐｐｍの範囲である。

【００２１】図３は、後述する表１のNo. １〜No. ５の
成分組成を有する鋼帯を使用し、内径７６．３mmφ、厚
さ７．５mmの溶接鋼管を、予熱温度７００℃、レーザー
出力５ｋｗ，溶接速度３ｍ／分の条件で本発明方法によ
り製造したときの溶接部の酸素量と、従来の電縫溶接法
により製造したときの電縫溶接部の酸素量とを比較して
示す図である。図３から明らかなように、本発明の溶接
鋼管の溶接部の酸素量は約１５０ｐｐｍであるの対し、
従来の電縫溶接鋼管の溶接部の酸素量は約２５０ｐｐｍ
であった。

【００２２】溶接部の酸素量は、予熱条件の影響を受け
る。即ち、予熱温度を高くすると、溶接に対するレーザ
ー照射の負荷が小さくなって製造能率は向上する。その
反面、予熱時に生成する酸化物の量が多くなるために、
結果として酸化物量が増加し酸素量も高くなって機械的
特性が劣化する。なお、介在物量、酸化物量および酸素
量はほぼ比例関係にある。

【００２３】一方、予熱温度を低くすると、溶接に対す
るレーザー照射の負荷が大になって製造能率が低下し、
または、大容量のレーザー照射設備が必要になってコス
ト高になる。その反面、予熱時に生成する酸化物の量が
少なくなる結果、介在物量が減少し、酸素量が少なくな
って機械的特性が向上する。

【００２４】なお、本発明において溶接部とは、レーザ
ービームの照射による溶接部を含め、母材部に対してミ
クロ組織（メタルフロー、エッチング感受性が異なる部
分等）が異なる部分を含んだ総称である。

【００２５】図４は、靭性に対する予熱温度の影響を示
した図である。上記図３に関し説明したと同じ溶接鋼管
を使用し、焼入れ焼戻し処理（焼入れ温度950 ℃、焼戻
し温度 650℃、冷却速度50℃/sec) を施した鋼管につい
て、その予熱温度とシャルピー試験における破面遷移温
度 (_vTrs)との関係を調べた。図４から明らかなよう
に、予熱温度が高くなると酸素量が増加し_vTrs が上昇
して靭性が低下する。

【００２６】高靭性の目安である、−５０℃以下の_vTr
s を確保するためには、予熱温度を１０００℃以下にす
る必要があり、更に、−７０℃以下の_vTrs を確保する
ためには予熱温度を７５０℃以下にする必要がある。な
お、予熱温度が１０００℃の場合の酸素量は１５０〜１
９０ｐｐｍであり、予熱温度が７００℃の場合の酸素量
は１２０〜１５０ｐｐｍ程度である。

【００２７】次に、この発明の溶接鋼管の化学成分組成
を、上述したように限定した理由について以下に説明す
る。Ｃは、鋼の強度を高める作用を有している。しかし
ながら、Ｃ含有量が０．０１wt.%未満では強度の確保が
困難である。一方、Ｃ含有量が０．５wt.%を超えると、
熱間加工性、溶接性および靱性が劣化する。従って、Ｃ
含有量は、０．０１〜０．５wt.%の範囲内に限定すべき
である。

【００２８】Ｍｎも、鋼の強度を高める作用を有してい
る。しかしながら、Ｍｎ含有量が０．０５wt.%未満では
十分な強度が得られない。一方、Ｍｎ含有量が２wt.%を
超えると、溶接性および靱性が劣化する。従って、Ｍｎ
含有量は、０．０５〜２wt.%の範囲内に限定すべきであ
る。

【００２９】Ｓｉは脱酸元素であるが、その含有量が
１．０wt.%を超えると、溶接性および靱性が劣化する等
の悪影響が生ずる。従って、Ｓｉ含有量の上限値を１．
０wt.%とする。なお、Ｓｉを脱酸剤として添加する場合
には、０．０５wt.%以上の添加が好ましい。

【００３０】Ａｌも脱酸元素であるが、その含有量が
０．２wt.%を超えると、靱性が劣化する等の悪影響が生
ずる。従って、Ａｌ含有量の上限値を０．２wt.%とす
る。なお、Ａｌを脱酸剤として添加する場合には、０．
０００５wt.%以上の添加が好ましい。

【００３１】Ｎは、溶解時に大気中から不純物として鋼
中に混入する元素であるが、その含有量が０．０１wt.%
を超えると、溶接性および靱性に悪影響が生ずる。従っ
て、Ｎ含有量の上限値を０．０１wt.%とする。なお、Ｎ
は、Ｃと同様に鋼の強度を高める作用も有しており、そ
の効果は０．００１wt.%程度の含有によって認められ
る。従って、Ｎの強化作用を利用する場合には、０．０
０１wt.%以上の添加が好ましい。

【００３２】Ｔｉ，Ｚｒ，ＮｂおよびＶは、鋼の強度を
高め、且つ、炭化物および窒化物を形成してオーステナ
イト粒を微細化し、強度および靱性を向上させる作用を
有している。従って、必要に応じて、上記群から選ばれ
た少なくとも１つの元素を含有させる。しかしながら、
その含有量が０．２wt.%を超えると靱性が劣化する。従
って、Ｔｉ、Ｚｒ、ＮｂおよびＶからなる群から選んだ
少なくとも１つの元素を含有させる場合には、その上限
値を０．２wt.%とする。なお、その含有量が０．００５
wt.%未満では効果が少ないので、これを含有させる場合
には、０．００５wt.%以上とすることが好ましい。

【００３３】Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｏ，ＷおよびＢは、
鋼の強度を高める作用を有している。従って、必要に応
じて、上記の群から選ばれた少なくとも１つの元素を含
有させる。しかしながら、Ｃｒ含有量が３wt.%を超える
と、溶接性および靱性が劣化し、Ｃｕ含有量が１．５w
t.%を超えると熱間加工性、溶接性および靭性が劣化
し、Ｎｉ，ＭｏおよびＷの各含有量が１．５wt.%を超え
ると添加効果が飽和し、そして、Ｂ含有量が０．００５
wt.%を超えると、溶接部の靱性が劣化する。従って、上
記の群から選ばれた少なくとも１つの元素を含有させる
場合の各元素の上限値を、Ｃｒは３wt.%、Ｃｕは１．５
wt.%、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗの各々は１．５wt.%、Ｂは０．０
０５wt.%とする。なお、上記各元素がその効果を発揮さ
せるための好ましい下限値は、Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍ
ｏ，Ｗの各々が０．０３wt.%、Ｂが０．０００１wt.%で
ある。

【００３４】Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭは、Ｓと結びつい
て介在物を粒状化し、形態制御を通じて各種の腐食環境
における耐食性を向上させ、且つ、靱性値を高める作用
を有している。従って、必要に応じて、上記群から選ば
れた少なくとも１つの元素を含有させる。しかしなが
ら、ＣａおよびＭｇの含有量が各々０．０１wt.%を超
え、ＲＥＭの含有量が０．１wt.%を超えると、鋼の靱性
が劣化する。従って、上記の群から選ばれた少なくとも
１つの元素を含有させる場合の各元素の上限値を、Ｃａ
およびＭｇは０．０１wt.%とし、ＲＥＭは０．１wt.%と
する。なお、上記各元素がその効果を発揮させるための
好ましい下限値は０．０００５wt.%である。

【００３５】不可避的不純物のＰおよびＳは、通常鋼に
含まれる程度の量即ちＰは０．０５wt.%以下、Ｓは０．
０３wt.%以下は許容される。しかしながら、ＰおよびＳ
は、靱性に有害であるから、靭性の要求が高い場合に
は、Ｐは０．０２wt.%以下、Ｓは０．０１wt.%以下とす
ることが好ましい。特に、Ｓ量を０．００５wt.%以下に
制限すれば、一段と優れた靭性が得られる。

【００３６】次に、この発明の溶接鋼管の製造方法につ
いて説明する。図１および図２に示した設備を使用し、
コンタクトチップ２または高周波誘導加熱により、管状
体１の突き合わされたエッジ部を予熱する。エッジ部の
好ましい予熱温度は、６００〜１３００℃の範囲内であ
る。予熱温度が６００℃未満では、予熱が不十分であり
レーザービームの照射に対する負担が過大になる。一
方、予熱温度が１３００℃を超えて高くなると、レーザ
ービームの照射に対する負担は軽くなるが、鋼の酸化が
進行して酸化物量が増加する結果、酸素量が増加する。
なお、溶接部の酸素量を２００ｐｐｍ以下に保ために
は、予熱温度を１０００℃以下に制限することが好まし
い。

【００３７】上記のようにして予熱された、管状体１の
突き合わされたエッジ部に対し、レーザービーム３を照
射してこれを溶融しそして溶接する。溶接時にトップロ
ール４によって突き合わされたエッジ部の形状をＩ型に
形成し、サイドロール５によってアプセットする。な
お、図１に示したように、複数個のトップロール４は、
斜め上方から管状体１を抑え、トップロール４間をレー
ザービーム３が通過するように配置されており、トップ
ロール４間を通過するレーザービーム３により溶接部は
加熱されて溶融する。なお、予熱は必須の条件ではな
く、レーザービームの照射のみによって電縫溶接するこ
とも可能である。

【００３８】このようにして、レーザービーム３により
溶融溶接が行なわれるために、予熱時にエッジ部に形成
された酸化物の大部分は溶融プール外に排出され、酸素
量の少ない溶接部が形成される。予熱時に形成される酸
化物の量は、溶融直下の温度にまで加熱する従来の電縫
溶接鋼管の製造方法に比較して大幅に少ないことは言う
までもない。

【００３９】なお、従来の電縫溶接鋼管の製造時には、
大量に生成する酸化物を溶接部から排出するために強度
のアプセットをかけることが必要であったが、本発明の
方法による場合は、従来法に比較して極めて低いアプセ
ット量でよい。このことは、メタルフローの立ち上がり
による機械特性の劣化を少なくできるだけでなく、アプ
セット時に発生するバリの除去も容易であることを意味
している。

【００４０】溶接が終了した鋼管の溶接部に対して、必
要に応じ、焼きならし、焼入れ焼き戻し等の後熱処理を
施す。もちろん、鋼の成分組成や、使用目的によって
は、このような後熱処理を施す必要のない場合もある。

【００４１】焼きならし処理を施す場合には、例えば第
１高周波加熱装置６において、Ａc₃＋２０℃〜１０００
℃の温度域に加熱した後、冷却する。溶接部近傍の局部
加熱の場合は、鋼管の非加熱部に熱が吸収されるので、
特別な冷却は要しない場合もあるが、必要に応じて空冷
を行なう。もちろん、溶接部の近傍に限定せず、管全体
に対して熱処理を施してもよい。この場合は、焼きなら
し部との境がなくなるので、より均一な材質の鋼管が得
られる。加熱温度の下限は熱処理効果を挙げるために、
Ａc₃＋２０℃とし、その上限はオーステナイト結晶粒が
粗大化しない１０００℃とする。

【００４２】焼入れ焼き戻し処理を施す場合も、先ず第
１高周波加熱装置６により、Ａc₃＋２０℃〜１０００℃
の温度範囲に加熱し、冷却ゾーン７において、水冷、ミ
スト冷却等により焼入れを行なう。このときの冷却速度
は３０℃／ｓｅｃ．以上とし、十分に焼きの入った組織
とする。冷却停止温度は４００℃以下にする必要があ
り、十分な水量または十分な長さの冷却ゾーンによって
行う。

【００４３】焼入れ後、第２高周波加熱装置８において
行う焼き戻しは、１００℃〜Ａ_C1の温度範囲で行なう。
焼き戻し温度が１００℃未満では、焼き戻し効果が十分
に得られない。なお、３００〜４００℃の範囲内の温度
で焼戻しを行うと脆化するため、上記範囲内の温度は除
くものとする。焼き戻し上限温度はＡc₁とするが、おお
よその目安は７６０℃である。

【００４４】

【実施例】次に、この発明を、実施例に基づいて比較例
と共に説明する。表１および表２に示す本発明の範囲内
の化学成分組成を有する鋼（以下、本発明鋼という）お
よび表３に示す本発明の範囲外の化学成分組成を有する
鋼（以下、比較鋼という）を溶製した。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】

【表３】

【００４８】表１に示す本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５、
Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１７、表２に示す本発明鋼Ｎｏ．２
１〜Ｎｏ．２８を使用し、本発明の方法により表４に示
した条件で溶接し、次いで、表５に示した条件で焼入れ
および焼戻し処理を施し、かくして、内径７６．３ｍｍ
φ、厚さ７．５ｍｍの溶接鋼管を製造した。製造能率は
従来の電縫溶接法に比較して同等またはそれ以上であっ
た。

【００４９】

【表４】

【００５０】

【表５】

【００５１】本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５からなる本発
明方法により製造した溶接鋼管に対し、ＱＴ処理（焼入
温度 950℃、焼戻し温度 650℃）を施した場合の、溶接
部の _VＴ_rsに対する冷却速度の影響を図５に示し、同じ
く上記溶接鋼管に対し、ＱＴ処理（焼入温度 950℃、冷
却速度50℃/sec）を施した場合の、溶接部の_VＴ_rsに対
する焼戻し温度の影響を図６に示す。図５および図６か
ら明らかなように、冷却速度が３０℃／ｓｅｃ以上で、
焼き戻し温度が５００℃以上の場合には、十分に低い_V
Ｔ_rsが得られた。

【００５２】本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５を使用し、本
発明方法およびレーザービームを照射しない従来の電縫
溶接法によって製造した溶接鋼管に対し、ＱＴ処理（焼
戻し温度 650℃、冷却速度50℃/sec) を施した場合にお
ける、溶接部の_VＴ_rsを、焼入れ温度との関係において
図７に示す。図７から明らかなように、本発明の製造方
法による場合には、焼入れ温度が１０００℃以下の_VＴ
_rsは十分に低いが、従来法により製造した場合の上記_V
Ｔ_rsは、鋼の成分組成が本発明の範囲内であっても高か
った。

【００５３】本発明鋼Ｎｏ．２１〜Ｎｏ．２６を使用
し、本発明方法およびレーザービームを照射しない従来
の電縫溶接法によって製造した溶接鋼管に対し、焼きな
らし処理を施した場合における、溶接部の_VＴ_rsを、加
熱温度との関係において図８に示す。図８から、本発明
方法の場合には、焼きならし温度が１０００℃以下のと
きに_VＴ_rsは低い。なお、焼きならし温度が１０００℃
を超えると_VＴ_rsは上昇するが、本発明方法と従来方法
との差は、焼きならし温度が１０００℃以下の場合と同
様である。

【００５４】次に、本発明鋼Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１１、Ｎ
ｏ．１３〜Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１８〜Ｎｏ．２０、Ｎ
ｏ．２９、Ｎｏ．３０、および、比較鋼Ｎｏ．３１〜Ｎ
ｏ．３８を、実験室で真空溶解により溶製し、５０ｋｇ
のインゴットに鋳造した。

【００５５】次いで、これらのインゴットを１２００℃
に加熱し、板厚５０ｍｍに熱間圧延して鋼板とした後、
空冷した。空冷後の鋼板から５０×１５０×４００ｍｍ
の板を切り出し、加熱温度１２００℃、圧延終了温度８
２０℃で厚さ１２ｍｍまで圧延した。圧延終了直後にミ
ストスプレーで、冷却速度約１０℃／ｓｅｃ．で５５０
℃まで冷却した後、予め５５０℃に加熱されている電気
炉に装入し炉冷した。これらの工程は、熱間圧延による
鋼帯の製造条件をシミュレートしたものである。

【００５６】室温まで冷却された鋼板から、６×３５×
１０００ｍｍの試験片を切り出し、電縫溶接シミュレー
タを用いて溶接した。電縫溶接シミュレータ装置は、図
９に概略斜視図で示すように、ガイドロール１０により
２枚の試験鋼帯９を送り込み、相対する鋼帯９のエッジ
部をコンタクトチップ２から供給される高周波電流で予
熱した後、スクイズロール１１で圧接するもので、エッ
ジ接合部には炭酸ガスレーザービーム３が、鋼帯９の垂
直上方から突き合わされたエッジ部に焦点を合わせて照
射されるようになっている。

【００５７】溶接条件は下記の通りであり、焼入れ、焼
き戻しの熱処理は、表５に示した範囲の条件で実施し
た。溶接部の酸素量は１４０〜１５０ｐｐｍであった。予熱温度：７００℃、溶接速度：１０ｍ／ｍｉｎ．、コンタクトチップからの投入電力：２００ｋｗ、レーザー出力：５ｋｗ、焦点位置でのビーム径：０．５ｍｍ。

【００５８】上述した方法で製造した溶接鋼管の溶接部
から、５ｍｍｔのシャルピー衝撃試験片を採取し、その
_VＴ_rsを求めた。表１および表２に示した本発明鋼なら
びに表３に示した比較鋼を使用し、本発明方法によって
溶接鋼管を製造したときの鋼帯の製造性およびレーザー
照射溶接性、ならびに、上記電縫溶接シミュレータを用
いて溶接した溶接鋼管の溶接部の靭性（_VＴ_rs）を調
べ、これを下記によって評価し表６に示す。

【００５９】製造性良：熱間圧延時に割れが発生しな
かった場合、製造性可：熱間圧延時に割れが発生したが、疵取りに
より次工程（溶接）を行うことが可能な場合、製造性不良：熱間圧延時の割れが大きく、除去が不可能
な場合、溶接性良：レーザー照射溶接部に酸化物等が認められ
なかった場合、溶接性可：レーザー照射溶接部に酸化物等が認められ
たが、溶接が可能な場合、溶接性不良：レーザー照射溶接部に酸化物等が多く、実
質的に溶接が不可能な場合、靭性良：溶接部の_VＴ_rsが−３０℃以下の場合、靭性不良：溶接部の_VＴ_rsが−３０℃を超えた場合。

【００６０】

【表６】

【００６１】表６から明らかなように、比較鋼Ｎｏ．３
１、Ｎｏ．３３、Ｎｏ．３４およびＮｏ．３８は、製造
性が不良で熱間圧延時に大幅な割れが発生したため、溶
接を中止した。比較鋼Ｎｏ. ３２、Ｎｏ. ３５〜Ｎｏ.
３７は、何れもレーザー照射溶接性が不良であり、ま
た、溶接部の_VＴ_rsは−３０℃を超え不良であった。こ
のことより、成分組成が_VＴ_rsに大きな影響を与えてい
ることが分かる。

【００６２】これに対し、本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．
５、Ｎｏ．９〜Ｎｏ．２７は、何れも鋼帯の製造性およ
びレーザー照射溶接性が良好であった。本発明鋼Ｎｏ．
２８〜Ｎｏ．３０は、鋼板端部に微細な割れ疵が発生し
たが、疵を除去することより溶接を行うことができた。

【００６３】また、工場で電縫溶接鋼管に製管した場
合、および、試験溶解材を電縫シミュレータを使用して
溶接した場合のいずれにおいても、本発明鋼を使用し本
発明方法により製造した場合の_VＴ_rsは、予熱温度が７
００℃の場合に−３０℃以下であり、極めて良好な靭性
を示した。なお、Ｓ量が低く且つ強化元素が比較的少な
い鋼の靱性はさらに優れていた。

【００６４】また、溶接後に焼きならし処理を施した場
合も、良好な靭性が得られた。焼きならし処理を施した
場合には、焼入れ焼戻し処理を施した場合に比較して_V
Ｔ_rsは高くなるが、本発明鋼を使用した場合の溶接部の
_VＴ_rsは、予熱温度が９００℃の場合でも、−２０℃以
下であった。

【００６５】なお、表１中の本発明鋼Ｎｏ．１１〜Ｎ
ｏ．１２、Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１５、Ｎｏ．１７および
Ｎｏ．１９は、所定量のＣａおよび／またはＭｇを含有
しているので、耐ＨＩＣ（水素誘起割れ）性および耐Ｓ
ＳＣＣ性（硫化物応力腐食割れ）も兼ね備えていた。

【００６６】

【発明の効果】以上述べたように、この本発明によれ
ば、高能率で製造できる電縫溶接法の有する長所を維持
しつつ、溶接部の酸素量が少なく、その機械的特性が母
材部に比較して遜色がない、機械構造用、各種プラント
用、ラインパイプ用等として最適の溶接鋼管が得られ
る。なお、各種の腐食環境に使用する場合には、必要に
応じて成分組成を選択することにより、耐食性を有する
高強度・高靱性鋼管が得られることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施するための製管設備の一例を示
す概略説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。

【図３】本発明方法および従来方法により製造した電縫
溶接鋼管の溶接部の酸素濃度の比較を示す図である。

【図４】本発明方法により製造した溶接鋼管の予熱温度
と_VＴ_rsとの関係を示す図である。

【図５】本発明方法におけるＱＴ処理時の冷却速度と溶
接部の_VＴ_rsとの関係を示す図である。

【図６】本発明方法におけるＱＴ処理時の焼戻し温度と
溶接部の_VＴ_rsとの関係を示す図である。

【図７】本発明鋼および比較鋼を使用し、本発明方法に
より製造した溶接鋼管のＱＴ処理時における焼入れ温度
と_VＴ_rsとの関係を示す図である。

【図８】本発明方法および従来方法により製造した溶接
鋼管に対し焼きならし処理を施したときの焼きならし温
度と溶接部の_VＴ_rsとの関係を示す図である。

【図９】電縫溶接シミュレータ装置を示す概略斜視図で
ある。

【符号の説明】

１管状体２コンタクトチップ３レーザービーム４トップロール５サイドロール６第１高周波加熱装置７水冷ゾーン８第２高周波加熱装置９鋼帯 10 ガイドロール 11 スクイズロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２１Ｄ 9/50 １０１Ｃ２１Ｄ 9/50 １０１ＡＣ２２Ｃ 38/04 Ｃ２２Ｃ 38/04 38/58 38/58 (72)発明者大村雅紀東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０１〜０．５％、および、Ｍｎ：０．５〜２
％、を含有し、さらに、Ｓｉ：１．０％以下、Ａｌ：０．２％以
下、Ｎ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．２％以
下、Ｚｒ：０．２％以下、Ｎｂ：０．２％以
下、Ｖ：０．２％以下、Ｎｉ：１．５％以
下、Ｃｕ：１．５％以下、Ｃｒ：３．０％以
下、Ｍｏ：１．５％以下、Ｗ：１．５％以
下、Ｂ：０．００５％以下、Ｃａ：０．０１％以
下、Ｍｇ：０．０１％以下、ＲＥＭ：０．１％以
下、Ｐ：０．０５％以下、および、Ｓ：０．０３％以
下、を含有（いずれも０を含む）した鋼よりなり、溶接部の
酸素量が２００ｐｐｍ以下であることを特徴とする溶接
鋼管。
【請求項２】下記工程からなることを特徴とする、溶
接鋼管の製造方法。（ａ）請求項１に記載された化学成分組成の鋼板を用意
する工程、（ｂ）前記鋼板を管状体に成形する工程、および、（ｃ）前記管状体の突き合わされたエッジ部を、レーザ
ービームの照射により溶融すると共にアプセットして溶
接する工程。
【請求項３】下記工程からなることを特徴とする、溶
接鋼管の製造方法。（ａ）請求項１に記載された化学成分組成の鋼板を用意
する工程、（ｂ）前記鋼板を管状体に成形する工程、（ｃ）前記管状体の突き合わされたエッジ部を予熱する
工程、および、（ｄ）前記管状体の前記予熱されたエッジ部を、レーザ
ービームの照射により溶融すると共にアプセットして溶
接する工程。
【請求項４】下記工程からなることを特徴とする、溶
接鋼管の製造方法。（ａ）請求項１に記載された化学成分組成の鋼板を用意
する工程、（ｂ）前記鋼板を管状体に成形する工程、（ｃ）前記管状体の突き合わされたエッジ部を、６００
〜１３００℃の範囲内の温度に予熱する工程、（ｄ）前記管状体の前記予熱されたエッジ部を、レーザ
ービームの照射により溶融すると共にアプセットして溶
接する工程、および、（ｅ）前記溶接部を、Ａc₃＋２０℃〜１０００℃の温度
域に加熱し次いで冷却する工程。
【請求項５】下記工程からなることを特徴とする、溶
接鋼管の製造方法。（ａ）請求項１に記載された化学成分組成の鋼板を用意
する工程、（ｂ）前記鋼板を管状体に成形する工程、（ｃ）前記管状体の突き合わされたエッジ部を、６００
〜１３００℃の範囲内の温度に予熱する工程、（ｄ）前記管状体の前記予熱されたエッジ部を、レーザ
ービームの照射により溶融すると共にアプセットして溶
接する工程、（ｅ）前記溶接部を、Ａc₃＋２０℃〜１０００℃の温度
域に加熱する工程、および、（ｆ）次いで、１００℃〜Ａ_C1の範囲内の温度（ただ
し、３００〜４００℃を除く）で焼き戻す工程。