JP2001198678A

JP2001198678A - 現地溶接施工性に優れた鋼管

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Publication number: JP2001198678A
Application number: JP2000007560A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kobayashi; 純一小林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-01-17
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2001-07-24
Anticipated expiration: 2020-01-17
Also published as: JP3721914B2

Abstract

(57)【要約】【課題】パイプライン等に用いた場合に、優れた現地溶
接施工性を発揮する鋼管を製造することができる。【解決手段】(1) 管端を円周溶接により接合して用いら
れる鋼管において、その鋼管の外径をOD（mm）、肉厚を
WT（mm）および規定降伏応力をσy（N/mm²）としたと
き、管端の開先加工時のルート面における（最大内径−
最小内径）の値であるΔID_R（mm）が、下記（a）式を満
足することを特徴とする現地溶接施工性に優れた鋼管で
ある。 ΔID_R ≦｛ OD^0.4/（ WT^0.3×σy^0.2）｝＋Ｋ・・・ (a) ただしＫは定数であり、０〜３とする (2) 上記鋼管では、管端曲がりがある場合、または管端
面の直角度が劣る場合には、これらの影響に基づいて、
上記のΔID_Rの上限値を規定するのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石油または天然ガ
ス輸送用パイプライン等に用いられ、敷設場所で円周溶
接によって接続する際に、現地溶接施工性に優れた特性
を発揮する鋼管に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、エネルギー開発の進展にともない、
石油または天然ガスのパイプライン輸送が大規模に行わ
れるようになっている。通常、これらの輸送用として採
用されるラインパイプ等の鋼管は、敷設場所において鋼
管の管端を円周溶接によってパイプラインとして個々に
接続するか、または、敷設場所を外れて、事前に複数本
の鋼管を円周溶接して長尺鋼管として接続した後、現地
で長尺の鋼管同士をさらに円周溶接してパイプラインと
して敷設するようにしている。

【０００３】いずれの場合も、パイプライン接続の仕上
は敷設現場で行われることから、これらに用いられる鋼
管には、現地での溶接施工性、すなわち、敷設場所での
溶接作業性が確保でき、溶接欠陥が発生しにくいという
特性が要求される。

【０００４】従来から、このような溶接施工性に優れた
鋼管の開発要請に対応するため、二方面からの取り組み
が行われている。すなわち、一の方面としては鋼管が含
有すべき適正な化学成分の検討であり、他の方面として
は鋼管が具備すべき管端の開先形状や寸法に関する検討
が取り上げられ、これらの両面からの対策が講じられて
いる。

【０００５】鋼管の化学成分に関しては、溶接金属と熱
影響部の組織を改善するため、種々の成分配合やこれら
を適切に関連づける炭素当量式が提案されている。これ
によって、溶接部の組織改善は十分に管理が可能であ
り、溶接施工性について所定の成果を発揮している。

【０００６】これに対し、管端の開先形状や寸法に関し
ても、溶接される管端同士が可能な限り均一な形状であ
ることが望ましいとの観点から、管端内径の真円度や、
開先ルート面の厚み精度を管理する対策が種々提案され
ている。例えば、特開平７−144226号公報、特開平８−
117855号公報、特開平８−300070号公報および特開平９
−29309号公報等では、管端内径の真円度を向上させ
て、開先精度を改善する方法が開示されている。

【０００７】特に、特開平７−144226号公報では、管端
部の真円矯正方法として、固定された管端部内面の相対
する少なくとも２点に矯正治具を設けて、回転によって
生じる遠心力を管内面に負荷する方法が提案されてい
る。また、特開平９−29309号公報では、マンネスマン
プラグミル方式で鋼管を製造する際に、ロール開度を制
御して両管端の肉厚を厚くし、管端内径が小さくなるよ
うに製管した後、管端にプラグを挿入して所定内径に成
形する方法が提案されている。しかしながら、いずれの
場合も優れた溶接施工性を確保するための限度について
検討がなされていないため、実操業に採用できないとい
う問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した従
来の問題点を解消し、現地での円周溶接に際して、優れ
た溶接施工性を発揮できるように、鋼管の寸法、機械的
性質および曲がり、さらには管端部の形状に応じて、有
効かつ簡便に開先加工を管理した鋼管を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】通常、ラインパイプ等の
鋼管を敷設場所で円周溶接する場合には、外面側からの
溶接作業となるため、管端部の開先加工も外面側にのみ
に開放したＶ形開先、またはＪ形開先が採用されてい
る。

【００１０】図１は管端部の開先形状を説明する図であ
り、同図(a)はＶ形開先の形状を、(b)はＪ形開先の形状
を示している。円周溶接の施工において良好な溶接性を
確保するには、均一なルート面ａを加工して、所定の開
先深さｂを設けることが必要になる。実際のルート面加
工に際しては、加工に伴って発生する返りの除去や、鋼
管偏肉の影響を除外して、ルート面ａの厚みを均一にす
るために、一般的に、管端の内面側にもテーパー加工ｃ
が施されている。このようなテーパー加工は、API規格
にも規定されているものである。

【００１１】図２は、Ｖ形開先加工において不具合が発
生した状況を例示する図である。通常、上記の管端内面
側のテーパー加工ｃは角度が小さく抑えられているた
め、これに起因して内径真円度、すなわち、（最大内径
−最小内径）の値が大きく変わることは無いとして、テ
ーパー加工ｃによる影響は無視されている。しかし、単
に管端付近の内径真円度を管理するだけで、実際に溶接
される管端のルート面における内径真円度を管理しない
場合に、図２に示すような不具合が発生することがあ
る。

【００１２】具体的には、開先加工方法によっては、外
径真円度、内径真円度およびルート面厚さが均一に加工
されても、管端内面側のテーパー加工によって、実際の
溶接部にオフセット（目違い）ｄを発生する場合があ
る。したがって、単に管端付近の内径真円度を管理する
だけでなく、実際に溶接されるルート端面の内径真円度
を十分に管理する必要がある。

【００１３】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものであり、下記(1)〜(3)の鋼管を要旨としている。 (1) 管端を円周溶接により接合して用いられる鋼管にお
いて、その鋼管の外径をOD（mm）、肉厚をWT（mm）およ
び規定降伏応力をσy（N/mm²）としたとき、管端の開先
加工時のルート面における（最大内径−最小内径）の値
であるΔID_R（mm）が、下記（a）式を満足することを特
徴とする現地溶接施工性に優れた鋼管である。

【００１４】 ΔID_R ≦｛ OD^0.4/（ WT^0.3×σy^0.2）｝＋Ｋ・・・ (a) ただしＫは定数であり、０〜３とする (2) 上記(1)の鋼管では、さらに管端付近での単位長さ
あたりの鋼管曲がりをＢとしたとき、管端の開先加工時
のルート面における内径真円度ΔID_R（mm）が、下記
（b）式を満足するようにするのが望ましい。 ΔID_R≦[｛ OD^0.4/( WT^0.3×σy^0.2)｝＋Ｋ］×（１−50×Ｂ）・・・ (b) (3) 上記(2)の鋼管では、さらに管端面の直角度を管軸
に直行する面に対する偏差Ｓとして表したとき、管端の
開先加工時のルート面における内径真円度ΔID_R（mm）
が、下記（c）式を満足するようにするのが望ましい。

【００１５】 ΔID_R≦［｛ OD^0.4/（ WT^0.3×σy^0.2）｝＋Ｋ］ ×（１−50×Ｂ）×（１−Ｓ/10）・・・ (c) 上記で規定する(a)〜(c)式は、実際の現地での溶接作業
を十分に検討し、種々の溶接試験に基づく多数の実験デ
ータから導き出されたものである。これにより熟練した
溶接作業者に限らず、一般の溶接作業者であっても、特
別な配慮無しに、敷設現場において良好な円周溶接の施
工条件を選択でき、しかも、(a)〜(c)式は可能な限り簡
易な計算式として表されている。

【００１６】図３は、本発明で規定する管端面の直角度
を説明する図である。同図に示すように、管端の開先加
工を施した鋼管１に直角ゲージ２を合わせた場合、管端
部の直角度が確保されていないと、管軸に直行する面に
対する偏差Ｓが生ずることになる。そして、直角度の悪
化状態は偏差Ｓと相関する。そこで、本発明で規定する
管端面の直角度は、上記偏差Ｓとして表すこととした。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明では、現地での溶接施工性
に優れた施工条件を、鋼管の寸法、機械的性質および曲
がり、さらには管端部の形状に応じて管理するため、簡
易な計算式によって基準値を設けたことを特徴としてい
る。すなわち、上述の(a)〜(c)式によって、管端の開先
加工時のルート面における内径真円度である、（最大内
径−最小内径）の値ΔID_R（mm）に上限値の規定を設け
ている。

【００１８】本発明において、開先加工時のルート面に
おけるΔID_Rを基準値の対象としたのは、前述の通り、
単に管端付近の内径真円度を管理するだけでは、開先加
工方法によっては不具合を発生する場合があり、これを
回避するため、実際に溶接されるルート端面の内径真円
度を十分に管理する必要があるからである。しかしなが
ら、敷設場所での管端開先の再加工等を想定する場合に
は、管端付近の内径真円度を管理しておくことが重要で
あることはいうまでもない。

【００１９】そして、溶接施工性の判断基準としてΔID
_Rに上限値を設けることとしたのは、鋼管の寸法等に拘
わらず、敷設現場においても簡便に溶接施工条件を選択
できるようにするためである。このとき用いられる最大
内径および最小内径は、内面テーパー加工を施す場合に
あっては、加工後の内径とする。

【００２０】対象となる鋼管の外径ODおよび肉厚WTにつ
いて、通常、溶接する管端を固定するために外面または
内面から油圧クランプを用いることが多いが、このとき
のクランプ力によってある程度の真円度が修正される。
外径ODに比して肉厚WTが薄いほど上限値が上昇し、ΔID
_Rの許容範囲が大きくなる。一方、鋼管の規定降伏応力
σyについては、高強度になるほどΔID_Rの上限値が低下
し、許容範囲が狭くなるのは、上記の油圧クランプによ
る作用に基づくものである。

【００２１】常数Ｋは、溶接方法や作業条件に応じて選
択することができる。まず、被覆アーク溶接法によって
溶接施工する場合には、Ｋ＝３を用いることができる。
次に、ＭＩＧ溶接やＭＡＧ溶接によって円周溶接する場
合にはＫ＝２とし、ＴＩＧ溶接を適用する場合にはＫ＝
１とし、さらにレーザー溶接や電子ビーム溶接を採用す
る場合にはＫ＝０とすることができる。このように、常
数Ｋを選択することによって、各種の溶接方法に適用す
ることができる。

【００２２】作業条件に関して、現地施工に際してクラ
ンプを用いずに鋼管の円周溶接を行う場合には、いずれ
の溶接法であってもＫ＝０とする。このように、ΔID_R
の上限値を低く制限することによって、溶接施工性を確
保することとしている。

【００２３】上記(a)式に基づいて、鋼管の寸法および
機械的性質に応じてΔID_Rの上限値を管理すれば、溶接
部には有害な欠陥はほとんど発生することがない。しか
し、鋼管に管端曲がりが発生している場合や、管端面の
直角度が充分に確保されていない場合には、これらも溶
接施工性に影響を及ぼすことがある。したがって、さら
に高度の溶接施工性が要求される場合には、鋼管の管端
付近での単位長さあたりの曲がりや管端面の直角度をも
考慮して管理するのが望ましい。

【００２４】本発明で規定する(b)式は、(a)式に加えて
鋼管の管端曲がりの影響を考慮したものであり、管端付
近での単位長さあたりの曲がりが大きくなるほどΔID_R
の上限値を制限し、許容範囲を狭く管理するようにして
いる。一方、(c)式は、管端面の直角度を考慮したもの
であり、管端面の直角度が悪化するほどΔID_Rの許容範
囲を狭く規定している。

【００２５】管端の開先加工時には、内面倣い型、外面
倣い型、または独立型等の様々な加工方法があるが、ル
ート面厚さを均一にし、ルート面における内径真円度も
同時に改善させるには、開先加工および内面テーパーと
も外面倣いにより加工することが望ましい。しかし、本
発明の鋼管においては外面倣い型に限定されるものでは
なく、装置の工夫と開先加工時の管理によって、他の方
法によっても十分な精度を得ることが可能である。

【００２６】

【実施例】本発明の効果を実施例に基づいて説明する。
まず、各製法による鋼管の現地溶接での施工性を確認す
るため、被覆アーク溶接法によって現地で円周溶接を行
った場合の溶接欠陥の発生状況を調査した。供試した鋼
管のうち、ルート面における内径真円度であるΔID_R（m
m）が、本発明で規定する(a)〜(c)式を満足する場合を
本発明例（No.１〜32）とし、満足しない場合を比較例
（No.33〜37）とした。

【００２７】表１および表２に、供試した鋼管の諸元お
よび被覆アーク溶接の結果を示す。表中の溶接結果は、
欠陥無し：○、有害でない程度の欠陥発生：△、および
有害な欠陥発生：×として示している。なお、(a)〜(c)
式に用いる常数は、被覆アーク溶接法による施工である
ことから、Ｋ＝３とした。

【００２８】

【表１】

【表２】表１、表２の結果から、本発明例では、シームレス、Ｅ
ＲＷ、またはＵＯＥの製法の如何に拘わらず、いずれも
有害な欠陥発生が見られず、優れた現地溶接施工性が確
保されていることが分かる。特に、管端部に曲がりが生
じたり、管端面の直角度が劣る場合であっても、(c)式
で規定する範囲を具備することによって、優れた溶接結
果を示している（例えば、No.21、No.29）。

【００２９】これに対し、比較例では、いずれの場合も
有害な欠陥発生が見られ、現地での円周溶接に適用でき
ないことが明らかである。

【００３０】次に、供試鋼管は各製法による鋼管とし、
溶接方法としてＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接およびレーザー
溶接を採用して、現地で円周溶接を行った場合の溶接欠
陥の発生状況を調査した。各製法の供試鋼管とも外径11
4.3mmおよび219.1mmは、外面クランプを用いて鋼管を固
定し、それ以外の外径406.4mmを超えるものは内面クラ
ンプを用いて鋼管を固定した。

【００３１】表３〜表５に、供試した鋼管の諸元および
各種溶接による結果を示す。表中の溶接結果は、欠陥無
し：○、有害でない程度の欠陥発生：△、および有害な
欠陥発生：×として示している。明らかに有害な欠陥発
生が予想される場合には、溶接は実施せず、表中では−
で示している。

【００３２】なお、(a)〜(c)式に用いる常数は、ＭＩＧ
溶接の場合にはＫ＝２とし、ＴＩＧ溶接の場合にはＫ＝
１とし、さらにレーザー溶接の場合にはＫ＝０とした。

【００３３】

【表３】

【表４】

【表５】シームレス製管による供試鋼管（No.41〜56）、ＥＲＷ
製管による供試鋼管（No.57〜67）、またはＵＯＥ製管
による供試鋼管（No.68〜77）のいずれであっても、溶
接法の如何に拘わらず、ΔID_Rが(a)〜(c)式を満足する
場合には、溶接結果は良好である。また、ＭＩＧ溶接、
ＴＩＧ溶接、さらにレーザー溶接を採用するにしたがっ
て、ΔID_Rの上限値が制限されることが分かる（例え
ば、No.49、No.65、No.68等）。

【００３４】

【発明の効果】本発明の鋼管によれば、円周溶接を前提
として、鋼管の寸法、機械的性質および溶接方法に応じ
て、さらに必要ある場合には鋼管の曲がり、管端部の直
角度に応じて、内径真円度を管理しているので、パイプ
ライン等に用いて、敷設場所で接続溶接する際に、優れ
た現地溶接施工性を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】管端部の開先形状を説明する図であり、同図
(a)はＶ形開先の形状を、(b)はＪ形開先の形状を示して
いる。

【図２】Ｖ形開先加工において不具合が発生した状況を
例示する図である。

【図３】本発明で規定する管端面の直角度を説明する図
である。

【符号の説明】

１：鋼管、２：直角ゲージａ：ルート面（厚さ）、ｂ：開先深さｃ：内面テーパー加工、ｓ：直角度を示す偏差

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管端を円周溶接により接合して用いられる
鋼管において、その鋼管の外径をOD（mm）、肉厚をWT
（mm）および規定降伏応力をσy（N/mm²）としたとき、
管端の開先加工時のルート面における（最大内径−最小
内径）の値であるΔID_R（mm）が、下記（a）式を満足す
ることを特徴とする現地溶接施工性に優れた鋼管。 ΔID_R ≦｛ OD^0.4/（ WT^0.3×σy^0.2）｝＋Ｋ・・・ (a) ただしＫは定数であり、０〜３とする
【請求項２】さらに、上記鋼管の管端付近での単位長さ
あたりの鋼管曲がりをＢとしたとき、管端の開先加工時
のルート面における（最大内径−最小内径）の値である
ΔID _R（mm）が、下記（b）式を満足することを特徴とす
る請求項１記載の現地溶接施工性に優れた鋼管。 ΔID_R≦[｛ OD^0.4/( WT^0.3×σy^0.2)｝＋Ｋ］×（１−50×Ｂ）・・・ (b) ただしＫは定数であり、０〜３とする
【請求項３】さらに、上記鋼管の管端面の直角度を管軸
に直行する面に対する偏差Ｓとして表したとき、管端の
開先加工時のルート面における（最大内径−最小内径）
の値であるΔID_R（mm）が、下記（c）式を満足すること
を特徴とする請求項２記載の現地溶接施工性に優れた鋼
管。 ΔID_R≦［｛ OD^0.4/（ WT^0.3×σy^0.2）｝＋Ｋ］ ×（１−50×Ｂ）×（１−Ｓ/10）・・・ (c) ただしＫは定数であり、０〜３とする