JP2001287061A - マルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法 - Google Patents
マルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法Info
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- JP2001287061A JP2001287061A JP2001000075A JP2001000075A JP2001287061A JP 2001287061 A JP2001287061 A JP 2001287061A JP 2001000075 A JP2001000075 A JP 2001000075A JP 2001000075 A JP2001000075 A JP 2001000075A JP 2001287061 A JP2001287061 A JP 2001287061A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 生産性を低下させることなくブローホールや
溶込み不足等の溶接欠陥の発生を抑制することが可能
な、マルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法を
提供する。 【解決手段】 成形ロールで円筒状のオープンパイプ１
に成形してスクイズロール４でアプセット加圧しつつレ
ーザー溶接を行うマルテンサイト系ステンレス溶接鋼管
の製造方法において、オープンパイプ１の相対する両エ
ッジ部５，５を、高周波加熱法により予熱した後、スク
イズロール４の近傍の両エッジ部５，５がＶ字型に突き
合わされている部分で、予熱の大きさＥ・Ｉ、アプセッ
ト量Ｕ、および両エッジ部５，５のなす角度αにより決
定される位置に、レーザー照射を行うマルテンサイト系
ステンレス溶接鋼管の製造方法。さらに、Ｅ・Ｉ，Ｕ，
αにより決定される位置Ｘを所定の範囲内とするととも
に、スクイズロールで加圧後、内外ビードを切削する。
溶込み不足等の溶接欠陥の発生を抑制することが可能
な、マルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法を
提供する。 【解決手段】 成形ロールで円筒状のオープンパイプ１
に成形してスクイズロール４でアプセット加圧しつつレ
ーザー溶接を行うマルテンサイト系ステンレス溶接鋼管
の製造方法において、オープンパイプ１の相対する両エ
ッジ部５，５を、高周波加熱法により予熱した後、スク
イズロール４の近傍の両エッジ部５，５がＶ字型に突き
合わされている部分で、予熱の大きさＥ・Ｉ、アプセッ
ト量Ｕ、および両エッジ部５，５のなす角度αにより決
定される位置に、レーザー照射を行うマルテンサイト系
ステンレス溶接鋼管の製造方法。さらに、Ｅ・Ｉ，Ｕ，
αにより決定される位置Ｘを所定の範囲内とするととも
に、スクイズロールで加圧後、内外ビードを切削する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルテンサイト系
ステンレス鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプ
に成形してスクイズロールでアプセット加圧しつつレー
ザー溶接を行うマルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の
製造方法に関する。
ステンレス鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプ
に成形してスクイズロールでアプセット加圧しつつレー
ザー溶接を行うマルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザビーム等の高密度エネルギービー
ムの集中熱源による溶接鋼管の製造は、アーク溶接等の
エネルギー密度の低い溶接熱源に比べて高速溶接を行う
ことが可能であり、溶接入熱を少なくすることができる
という長所がある。その結果、溶接部の幅が狭く熱影響
による素管材質の劣化が少なく、品質の優れた鋼管の製
造が可能である。また、高速溶接により溶接鋼管の生産
性が向上する。しかし、この方法は、レーザビームを素
管の突合わせ部に照射して板厚を貫通溶接させる方法で
あるため、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が発生し
やすい。その結果、溶接部の靭性が低下する傾向があっ
た。
ムの集中熱源による溶接鋼管の製造は、アーク溶接等の
エネルギー密度の低い溶接熱源に比べて高速溶接を行う
ことが可能であり、溶接入熱を少なくすることができる
という長所がある。その結果、溶接部の幅が狭く熱影響
による素管材質の劣化が少なく、品質の優れた鋼管の製
造が可能である。また、高速溶接により溶接鋼管の生産
性が向上する。しかし、この方法は、レーザビームを素
管の突合わせ部に照射して板厚を貫通溶接させる方法で
あるため、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が発生し
やすい。その結果、溶接部の靭性が低下する傾向があっ
た。
【０００３】その対策として、例えば、特開平９−１６
８８７８号公報には、優れた靭性および耐食性を有する
２相ステンレス溶接鋼管を高生産性で製造する方法が提
案されている。この技術は、２相ステンレス鋼板をオー
プンパイプに成形し、鋼板の両エッジ部をそのままある
いは加熱してから、突き合わせてレーザー溶接し、溶接
部に管外面側または管内面側もしくは両側からアーク溶
接するというものである。
８８７８号公報には、優れた靭性および耐食性を有する
２相ステンレス溶接鋼管を高生産性で製造する方法が提
案されている。この技術は、２相ステンレス鋼板をオー
プンパイプに成形し、鋼板の両エッジ部をそのままある
いは加熱してから、突き合わせてレーザー溶接し、溶接
部に管外面側または管内面側もしくは両側からアーク溶
接するというものである。
【０００４】また、特開平８−２０６８６１号公報に
は、低Ｃマルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の製造方
法として、レーザ出力Ｐ、素材帯鋼肉厚ｈ、および素材
帯鋼エッジ部の予熱温度T0によりレーザー溶接の溶接速
度を決定する方法が提案されている。この技術では、溶
接速度を、V=1.35(P/h)×[1000/(1000-T0)]の式で計算
されるＶの値以上とするいうものである。
は、低Ｃマルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の製造方
法として、レーザ出力Ｐ、素材帯鋼肉厚ｈ、および素材
帯鋼エッジ部の予熱温度T0によりレーザー溶接の溶接速
度を決定する方法が提案されている。この技術では、溶
接速度を、V=1.35(P/h)×[1000/(1000-T0)]の式で計算
されるＶの値以上とするいうものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に、ブローホール
等の溶接欠陥は、溶接部靭性を低下させるのみならず、
溶接部溶接補修(TIG溶接等)の作業を必要とし、また製
品不適合品の増加につながる。例えば、ユーザー仕様等
で、ブローホールの許容寸法，単位長さ当りの許容数等
が規定され、仕様によりTIG溶接を行わなければオーダ
ー充当できない場合がある。仕様によっては、溶接補修
を認めず不合格（オーダー充当不可）となる場合もあ
る。また、溶接の際、溶込み不足となると、溶込み不足
は手直しできないため、製品不適合品となる。
等の溶接欠陥は、溶接部靭性を低下させるのみならず、
溶接部溶接補修(TIG溶接等)の作業を必要とし、また製
品不適合品の増加につながる。例えば、ユーザー仕様等
で、ブローホールの許容寸法，単位長さ当りの許容数等
が規定され、仕様によりTIG溶接を行わなければオーダ
ー充当できない場合がある。仕様によっては、溶接補修
を認めず不合格（オーダー充当不可）となる場合もあ
る。また、溶接の際、溶込み不足となると、溶込み不足
は手直しできないため、製品不適合品となる。
【０００６】しかし、従来技術においては、鋼板の突合
わせ部に対してのレーザー照射の位置や、レーザー照射
後のアプセット条件については開示されていない。その
ため、レーザー溶接の実施に当たっては、過去の経験に
頼る他ないという問題がある。
わせ部に対してのレーザー照射の位置や、レーザー照射
後のアプセット条件については開示されていない。その
ため、レーザー溶接の実施に当たっては、過去の経験に
頼る他ないという問題がある。
【０００７】また、特開平９−１６８８７８号公報記載
の技術は、２相ステンレス溶接鋼管を対象としており、
マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管を対象とした技術
ではない。即ち、ステンレス鋼帯自体の変形能およびレ
ーザ溶接後の溶融金属の物性の為に、適正な予熱の大き
さ、アップセット量、およびレーザ最適照射位置などが
大きく異なり、マルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の
製造技術に本技術は適用できない。さらにこの技術で
は、レーザー溶接後にアーク溶接するので、溶接部のア
ンダカットは解消されるが、装置が複雑となることが避
けられないという問題がある。
の技術は、２相ステンレス溶接鋼管を対象としており、
マルテンサイト系ステンレス鋼溶接管を対象とした技術
ではない。即ち、ステンレス鋼帯自体の変形能およびレ
ーザ溶接後の溶融金属の物性の為に、適正な予熱の大き
さ、アップセット量、およびレーザ最適照射位置などが
大きく異なり、マルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の
製造技術に本技術は適用できない。さらにこの技術で
は、レーザー溶接後にアーク溶接するので、溶接部のア
ンダカットは解消されるが、装置が複雑となることが避
けられないという問題がある。
【０００８】特開平８−２０６８６１号公報記載の技術
は、レーザー溶接については、溶接速度を帯鋼肉厚当た
りのレーザ出力に比例させ、昇温必要量（1000℃−予熱
温度）に反比例させるということである。しかし、これ
は溶接に必要以上の熱量を供給することを避けると言う
だけであり、これだけで、溶接欠陥の発生が防止できる
とは考えにくい。また、レーザー照射の位置およびアプ
セット条件については何ら記載されていないという問題
がある。
は、レーザー溶接については、溶接速度を帯鋼肉厚当た
りのレーザ出力に比例させ、昇温必要量（1000℃−予熱
温度）に反比例させるということである。しかし、これ
は溶接に必要以上の熱量を供給することを避けると言う
だけであり、これだけで、溶接欠陥の発生が防止できる
とは考えにくい。また、レーザー照射の位置およびアプ
セット条件については何ら記載されていないという問題
がある。
【０００９】本発明は以上の問題を解決し、生産性を低
下させることなくブローホールや溶込み不足等の溶接欠
陥の発生を抑制することが可能な、マルテンサイト系ス
テンレス溶接鋼管の製造方法を提供することを目的とす
る。
下させることなくブローホールや溶込み不足等の溶接欠
陥の発生を抑制することが可能な、マルテンサイト系ス
テンレス溶接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】上記の課題は次の発明に
より解決される。
より解決される。
【００１１】その発明は、マルテンサイト系ステンレス
鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形して
スクイズロールでアプセット加圧しつつレーザー溶接を
行うマルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法に
おいて、オープンパイプの相対する両エッジ部を、高周
波加熱法により予熱した後、スクイズロールの近傍の前
記両エッジ部がＶ字型に突き合わされている部分で、予
熱の大きさ、アプセット量、および前記両エッジ部のな
す角度により決定される位置に、レーザー照射を行うこ
とを特徴とするマルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の
製造方法である。
鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形して
スクイズロールでアプセット加圧しつつレーザー溶接を
行うマルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法に
おいて、オープンパイプの相対する両エッジ部を、高周
波加熱法により予熱した後、スクイズロールの近傍の前
記両エッジ部がＶ字型に突き合わされている部分で、予
熱の大きさ、アプセット量、および前記両エッジ部のな
す角度により決定される位置に、レーザー照射を行うこ
とを特徴とするマルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の
製造方法である。
【００１２】この発明は、マルテンサイト系ステンレス
溶接鋼管の製管プロセスについて鋭意検討する中でなさ
れた。その過程で、スクイズロールの近傍のレーザを照
射する位置により、溶接部の品質が大幅に変化すること
に着目した。レーザを照射する位置が適切であれば、溶
接部の品質が向上することが可能であり、以下、このよ
うなレーザの照射位置を（レーザー照射の）最適位置と
呼ぶ。
溶接鋼管の製管プロセスについて鋭意検討する中でなさ
れた。その過程で、スクイズロールの近傍のレーザを照
射する位置により、溶接部の品質が大幅に変化すること
に着目した。レーザを照射する位置が適切であれば、溶
接部の品質が向上することが可能であり、以下、このよ
うなレーザの照射位置を（レーザー照射の）最適位置と
呼ぶ。
【００１３】引き続き検討の結果、レーザー照射の最適
位置は、固定的なものではなく、製造条件により種々変
化することがわかった。さらに、レーザー照射の最適位
置は、予熱の大きさ、アプセット量、および両エッジ部
のなす角度により決定されることを見出した。
位置は、固定的なものではなく、製造条件により種々変
化することがわかった。さらに、レーザー照射の最適位
置は、予熱の大きさ、アプセット量、および両エッジ部
のなす角度により決定されることを見出した。
【００１４】種々の検討結果をまとめて、実験式として
表すと次のようになる。
表すと次のようになる。
【００１５】Xa = f（EI,U）・g（α） (i) ここで、Xaはレーザー照射の最適照射位置、EIは予熱の
大きさであり、高周波加熱装置の消費電力(kW)を用いれ
ばよく、Uはアプセット量(mm)でありその数値を用い
る。また、αは、スクイズロールの近傍でＶ字型に突き
合わされた両エッジ部のなす角度である。
大きさであり、高周波加熱装置の消費電力(kW)を用いれ
ばよく、Uはアプセット量(mm)でありその数値を用い
る。また、αは、スクイズロールの近傍でＶ字型に突き
合わされた両エッジ部のなす角度である。
【００１６】この式のf（EI,U）は、予熱の大きさEIと
アプセット量 U(mm)が、いずれも最適照射位置Xaに対し
て、単調増加の関係が見られるので、簡単のため、EIと
Uの1次式とすればよい。
アプセット量 U(mm)が、いずれも最適照射位置Xaに対し
て、単調増加の関係が見られるので、簡単のため、EIと
Uの1次式とすればよい。
【００１７】f（EI,U）＝a・EI＋b・U＋c (ii) ここで、a,b,cは係数で、実験等により予め求めてお
く。
く。
【００１８】一方、g（α）については、αを通常の角
度より大きくすると最適照射位置が大幅に変化するのに
対して、αを小さくする場合は殆ど変化しないので、そ
のような挙動を示す関数とする。このような関数とし
て、例えば、指数関数を用いると次のようになる g（α）＝h・exp(k・α) (iii) ここで、h,kは係数で、これも実験等により予め求めて
おく。
度より大きくすると最適照射位置が大幅に変化するのに
対して、αを小さくする場合は殆ど変化しないので、そ
のような挙動を示す関数とする。このような関数とし
て、例えば、指数関数を用いると次のようになる g（α）＝h・exp(k・α) (iii) ここで、h,kは係数で、これも実験等により予め求めて
おく。
【００１９】上記の発明に基づき、さらに、予熱の大き
さＥ・Ｉ、アプセット量Ｕ、および前記両エッジ部のな
す角度αにより決定される位置Ｘを次の不等式で表され
る範囲内とするとともに、スクイズロールで加圧後、内
外ビードを切削することを特徴とするレーザー溶接マル
テンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法とすること
もできる。
さＥ・Ｉ、アプセット量Ｕ、および前記両エッジ部のな
す角度αにより決定される位置Ｘを次の不等式で表され
る範囲内とするとともに、スクイズロールで加圧後、内
外ビードを切削することを特徴とするレーザー溶接マル
テンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法とすること
もできる。
【００２０】 ９０≦Ｅ・Ｉ≦２５０ (1) ０．１≦Ｕ≦１．０ (2) Ｘa＝（３０＋Ｅ・Ｉ/１５＋１０Ｕ）／exp(０．２α) (3) ０．８Ｘa ≦Ｘ≦１．２Ｘa (4) ｖ≧０．１７Ｘ (5) ０．５≦Ｐ・exp｛(２５０＋Ｅ・Ｉ)／５００｝／(ｖ・ｔ) (6) ここで、 Ｘa ：レーザー照射最適位置(mm) (スクイズロール中心点から上流側への距離)Ｅ：高周波
加熱電圧(ｋＶ) Ｉ：高周波加熱電流(Ａ) Ｕ：スクイズロールでのアプセット量(mm) α：Ｖ角(°)(予熱前のスクイズ点より４０mm以内での
鋼板エッジ部開口部角度) Ｘ：レーザー照射位置適正範囲(mm)(スクイズロール中
心点から上流側への距離) Ｐ：レーザー出力(ｋＷ) ｖ：溶接速度(m/min) ｔ：鋼板厚(mm) である。
加熱電圧(ｋＶ) Ｉ：高周波加熱電流(Ａ) Ｕ：スクイズロールでのアプセット量(mm) α：Ｖ角(°)(予熱前のスクイズ点より４０mm以内での
鋼板エッジ部開口部角度) Ｘ：レーザー照射位置適正範囲(mm)(スクイズロール中
心点から上流側への距離) Ｐ：レーザー出力(ｋＷ) ｖ：溶接速度(m/min) ｔ：鋼板厚(mm) である。
【００２１】この発明は、前述の実験式(i)〜(iii)の係
数について具体的な数値を求めたもので、式(1)〜(2)
により予熱の大きさＥ・Ｉとアプセット量Ｕを決定する
と、式(3)〜(4) からレーザー照射位置Ｘが決まる。そ
の後、式(5)〜(6) から、使用する鋼板の厚みｔ(mm)に
応じて、必要なレーザー出力Ｐ(ｋＷ)と溶接速度ｖ(m/m
in)を求める。その際、溶接速度は式(5)を満たす値以上
であればよく、生産性をよくするために少しでも早い溶
接速度の条件を求めるためには、保有しているレーザー
発振装置の最大出力を式(6)に代入すれば、溶接品質上
問題が無い最大速度を求めることができる。以上の数式
(1)〜(6)については、「発明の実施の形態」の項で詳細
に説明する。
数について具体的な数値を求めたもので、式(1)〜(2)
により予熱の大きさＥ・Ｉとアプセット量Ｕを決定する
と、式(3)〜(4) からレーザー照射位置Ｘが決まる。そ
の後、式(5)〜(6) から、使用する鋼板の厚みｔ(mm)に
応じて、必要なレーザー出力Ｐ(ｋＷ)と溶接速度ｖ(m/m
in)を求める。その際、溶接速度は式(5)を満たす値以上
であればよく、生産性をよくするために少しでも早い溶
接速度の条件を求めるためには、保有しているレーザー
発振装置の最大出力を式(6)に代入すれば、溶接品質上
問題が無い最大速度を求めることができる。以上の数式
(1)〜(6)については、「発明の実施の形態」の項で詳細
に説明する。
【００２２】最後に内・外面のビードに関しては、溶融
金属中に残存しているガスがスクイズロールでのアプセ
ットによりビードの中にブローホールとして残る恐れが
あるので、内外ビードを切削する。
金属中に残存しているガスがスクイズロールでのアプセ
ットによりビードの中にブローホールとして残る恐れが
あるので、内外ビードを切削する。
【００２３】このようにして、適切な溶接位置および溶
接条件でレーザー溶接することにより、ブローホール等
の溶接欠陥が抑止されて靭性が向上するのみならず、溶
込み不足等も抑止される。その結果、溶接部溶接補修(T
IG溶接等)の作業が削減でき、製品不適合品も低減する
ことができる。
接条件でレーザー溶接することにより、ブローホール等
の溶接欠陥が抑止されて靭性が向上するのみならず、溶
込み不足等も抑止される。その結果、溶接部溶接補修(T
IG溶接等)の作業が削減でき、製品不適合品も低減する
ことができる。
【００２４】これらの発明において、さらに、溶接後の
鋼管の溶接部をAc1点以上830℃以下の温度に加熱した
後、空冷又はそれ以上の冷却速度で150℃以下の温度ま
で冷却し、再び550℃以上Ac1点以下の温度に加熱するこ
とを特徴とするレーザー溶接マルテンサイト系ステンレ
ス溶接鋼管の製造方法としてもよい。
鋼管の溶接部をAc1点以上830℃以下の温度に加熱した
後、空冷又はそれ以上の冷却速度で150℃以下の温度ま
で冷却し、再び550℃以上Ac1点以下の温度に加熱するこ
とを特徴とするレーザー溶接マルテンサイト系ステンレ
ス溶接鋼管の製造方法としてもよい。
【００２５】この発明は、オンラインでの短時間熱処理
により、溶接部の靭性を向上させるための高温焼戻し処
理を施す。最初の加熱では、Ac1点以上に加熱すること
で部分的にオーステナイト化させ、空冷ないしそれ以上
の冷却速度で150℃以下の温度まで冷却することによ
り、完全なマルテンサイト組織に変態させる。
により、溶接部の靭性を向上させるための高温焼戻し処
理を施す。最初の加熱では、Ac1点以上に加熱すること
で部分的にオーステナイト化させ、空冷ないしそれ以上
の冷却速度で150℃以下の温度まで冷却することによ
り、完全なマルテンサイト組織に変態させる。
【００２６】その後の２度目の加熱は焼戻し処理であ
る。この焼戻し処理の処理条件については、加熱温度が
550℃未満では十分な焼戻しが行われず、Ac1点を超える
と再度部分的にオーステナイト化され、その後の冷却で
焼入ままのマルテンサイト組織が生成し靭性を著しく劣
化させる。従って、焼戻し温度は、550℃以上Ac1点以下
の温度とする。
る。この焼戻し処理の処理条件については、加熱温度が
550℃未満では十分な焼戻しが行われず、Ac1点を超える
と再度部分的にオーステナイト化され、その後の冷却で
焼入ままのマルテンサイト組織が生成し靭性を著しく劣
化させる。従って、焼戻し温度は、550℃以上Ac1点以下
の温度とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】発明の実施に当たっては、マルテ
ン発明の実施サイト系ステンレス鋼板を、ブレイクダウ
ンロール群やケージロール群、フィンパスロール群等に
通してオープンパイプ状に連続的に成形し、オープンパ
イプの両エッジ部を誘導加熱コイルあるいはコンタクト
チップを用いた高周波加熱法により加熱する。その後、
上方よりレーザービームを照射し、スクイズロールにて
アプセットを加え、内・外面ビードを切削する。この製
造工程において、生産性が良くかつ健全な溶接部を得る
ためには、多くの実験結果から、前述の(1)〜(6)式の条
件を満足する必要がある。以下にその理由を述べる。
ン発明の実施サイト系ステンレス鋼板を、ブレイクダウ
ンロール群やケージロール群、フィンパスロール群等に
通してオープンパイプ状に連続的に成形し、オープンパ
イプの両エッジ部を誘導加熱コイルあるいはコンタクト
チップを用いた高周波加熱法により加熱する。その後、
上方よりレーザービームを照射し、スクイズロールにて
アプセットを加え、内・外面ビードを切削する。この製
造工程において、生産性が良くかつ健全な溶接部を得る
ためには、多くの実験結果から、前述の(1)〜(6)式の条
件を満足する必要がある。以下にその理由を述べる。
【００２８】 ９０≦Ｅ・Ｉ≦２５０ (1) この式は高周波加熱の適正範囲を規定したもので、Ｅ・
Ｉすなわち予熱の電力(ｋＷ)が９０ｋＷ未満では、予熱
の効果が非常に少なく、溶接速度が遅くなるため生産性
が悪い。予熱の電力が２５０ｋＷを越えるとオーバー入
熱となり、予熱を受けた突合わせエッジ面が著しく酸化
を受け、溶接品質を損ないかつエッジ表面の溶融等が発
生する。そのため、適切なエッジ面形状が維持できなく
なり、安定したレーザー溶接ができなくなる。
Ｉすなわち予熱の電力(ｋＷ)が９０ｋＷ未満では、予熱
の効果が非常に少なく、溶接速度が遅くなるため生産性
が悪い。予熱の電力が２５０ｋＷを越えるとオーバー入
熱となり、予熱を受けた突合わせエッジ面が著しく酸化
を受け、溶接品質を損ないかつエッジ表面の溶融等が発
生する。そのため、適切なエッジ面形状が維持できなく
なり、安定したレーザー溶接ができなくなる。
【００２９】 ０．２≦Ｕ≦１．０ (2) この式はスクイズロールでの適正アプセット量を規定し
たもので、０．２mm未満のアプセット量では、レーザー
照射された溶融金属中にブローホールが残存する恐れが
ある上ビード切削部にアンダーカットを生じ易い。一
方、１．０mmを越えてアプセットを加えると、メタルフ
ローの立上り角度が大きくなり、ビード切削後、フック
クラック等の欠陥が生じ易くなる。
たもので、０．２mm未満のアプセット量では、レーザー
照射された溶融金属中にブローホールが残存する恐れが
ある上ビード切削部にアンダーカットを生じ易い。一
方、１．０mmを越えてアプセットを加えると、メタルフ
ローの立上り角度が大きくなり、ビード切削後、フック
クラック等の欠陥が生じ易くなる。
【００３０】 Ｘa＝（３０＋Ｅ・Ｉ/１５＋１０Ｕ）／exp(０．２α) (3) この式は、前述の一般式の具体例であり、レーザーを照
射する最適な突き合せエッジ部のスクイズロール中心か
らの距離Ｘa (mm)を示したものである。一般にレーザー
溶接においては、突き合せ位置にレーザーを照射すると
表現されているが、その明確な位置は規定されていな
い。そこで最適な照射位置の定量化を図るべく繰返し実
験を行った。まず、マルテンサイト鋼板を成形ロールで
成形しスクイズロールまで通した時に、スクイズロール
上流側の突き合せエッジ部がＶ字型の形状(Ｖシェープ)
を呈する。このエッジ部のなす角をＶ角(α°) と呼
ぶ。
射する最適な突き合せエッジ部のスクイズロール中心か
らの距離Ｘa (mm)を示したものである。一般にレーザー
溶接においては、突き合せ位置にレーザーを照射すると
表現されているが、その明確な位置は規定されていな
い。そこで最適な照射位置の定量化を図るべく繰返し実
験を行った。まず、マルテンサイト鋼板を成形ロールで
成形しスクイズロールまで通した時に、スクイズロール
上流側の突き合せエッジ部がＶ字型の形状(Ｖシェープ)
を呈する。このエッジ部のなす角をＶ角(α°) と呼
ぶ。
【００３１】但し、ここで言うαは、一般に電縫鋼管で
用いているＶ角が、主としてロール等の幾何学的位置関
係により定義されていたのに対して、スクイズロール中
心から上流側４０mm以内でのエッジ開口角とする。な
お、従来技術におけるＶ角とは、フィンパスロールもし
くはシームガイドロールカリバー、フィンパスロールも
しくはシームガイドロールフィン、スクイズロール胴
径、及びフィンパスロールもしくはシームガイドロール
中心とスクイズロール中心もしくはＶ収束点の距離によ
り決まる角度である。
用いているＶ角が、主としてロール等の幾何学的位置関
係により定義されていたのに対して、スクイズロール中
心から上流側４０mm以内でのエッジ開口角とする。な
お、従来技術におけるＶ角とは、フィンパスロールもし
くはシームガイドロールカリバー、フィンパスロールも
しくはシームガイドロールフィン、スクイズロール胴
径、及びフィンパスロールもしくはシームガイドロール
中心とスクイズロール中心もしくはＶ収束点の距離によ
り決まる角度である。
【００３２】この際、スクイズロールでの突き合せ形状
はＩ型がよい。レーザー照射位置としては、実験結果か
らエッジ突き合せ部に僅かなギャップがある位置が最適
である。また、この最適位置は、高周波予熱による入熱
とスクイズロールによるアプセットの影響により変化す
る。つまり、高周波予熱による入熱電力を上げるとギャ
ップは狭まり、アプセット量を増やすとギャップは狭ま
る。よって、最適なレーザー照射位置はＥ・Ｉ，Ｕ，α
の関係式で整理することができ、多くの実験結果から式
(3)を得た。
はＩ型がよい。レーザー照射位置としては、実験結果か
らエッジ突き合せ部に僅かなギャップがある位置が最適
である。また、この最適位置は、高周波予熱による入熱
とスクイズロールによるアプセットの影響により変化す
る。つまり、高周波予熱による入熱電力を上げるとギャ
ップは狭まり、アプセット量を増やすとギャップは狭ま
る。よって、最適なレーザー照射位置はＥ・Ｉ，Ｕ，α
の関係式で整理することができ、多くの実験結果から式
(3)を得た。
【００３３】 ０．８Ｘa ≦Ｘ≦１．２Ｘa (4) 上記の式(3)の説明において、レーザー照射位置Ｘａと
しては、実験結果からエッジ突き合せ部に僅かなギャッ
プがある位置が最適であると述べたが、その前後の許容
範囲を示したのが式(4)である。まず、スクイズロール
中心点から１．２Ｘａ(mm)より離れた位置にレーザーを
照射すると、突き合せ部のギャップが広過ぎ、レーザー
ビームでのエッジ溶融が不十分な部分が発生したり、レ
ーザーが突き抜けてしまうことがあり、溶接欠陥を生じ
易い。
しては、実験結果からエッジ突き合せ部に僅かなギャッ
プがある位置が最適であると述べたが、その前後の許容
範囲を示したのが式(4)である。まず、スクイズロール
中心点から１．２Ｘａ(mm)より離れた位置にレーザーを
照射すると、突き合せ部のギャップが広過ぎ、レーザー
ビームでのエッジ溶融が不十分な部分が発生したり、レ
ーザーが突き抜けてしまうことがあり、溶接欠陥を生じ
易い。
【００３４】その反対に、スクイズロール中心点から
０．８Ｘａ(mm)までの位置では、ギャップが狭すぎる状
態の上、予熱及びスクイズアプセットの影響でエッジ部
近傍の増肉が大きく、内面側の溶融が不十分なところが
発生する。
０．８Ｘａ(mm)までの位置では、ギャップが狭すぎる状
態の上、予熱及びスクイズアプセットの影響でエッジ部
近傍の増肉が大きく、内面側の溶融が不十分なところが
発生する。
【００３５】 ｖ≧０．１７Ｘ (5) マルテンサイト系ステンレス鋼のレーザー溶接部凝固割
れを防止するためには、レーザー照射からスクイズロー
ルでアプセットを加えるまでの時間を０．３５sec以内
にする必要がある。そのためには、照射位置は決まって
いるので、溶接速度を式(5)の速度以上で溶接する必要
がある。
れを防止するためには、レーザー照射からスクイズロー
ルでアプセットを加えるまでの時間を０．３５sec以内
にする必要がある。そのためには、照射位置は決まって
いるので、溶接速度を式(5)の速度以上で溶接する必要
がある。
【００３６】 ０．５≦Ｐ・exp｛(２５０＋Ｅ・Ｉ)／５００｝／(ｖ・ｔ) (6) これは、レーザー出力、予熱電力、溶接速度、鋼板厚の
関係を多くの実験より求めたものである。式(6)の右辺
の値が０．５未満の時には、溶け込み不足を生じる。ま
た、式(6)の右辺の値の上限値を規定していないのは、
レーザー出力は設備能力の最大値まで上げても一向に差
し支えなく、また、溶接速度の下限値は式(5)で規定さ
れているからである。
関係を多くの実験より求めたものである。式(6)の右辺
の値が０．５未満の時には、溶け込み不足を生じる。ま
た、式(6)の右辺の値の上限値を規定していないのは、
レーザー出力は設備能力の最大値まで上げても一向に差
し支えなく、また、溶接速度の下限値は式(5)で規定さ
れているからである。
【００３７】このようにして、適切な溶接位置および溶
接条件でレーザー溶接することにより、ブローホール等
の溶接欠陥が抑止されて靭性が向上するのみならず、溶
込み不足等も抑止される。その結果、溶接部溶接補修(T
IG溶接等)の作業が削減でき、製品不適合品も低減する
ことができる。
接条件でレーザー溶接することにより、ブローホール等
の溶接欠陥が抑止されて靭性が向上するのみならず、溶
込み不足等も抑止される。その結果、溶接部溶接補修(T
IG溶接等)の作業が削減でき、製品不適合品も低減する
ことができる。
【００３８】さらに、上述した方法で製造されたマルテ
ンサイト系ステンレス溶接鋼管を、Ａｃ1点以上８３０
℃以下で熱処理した後、空冷以上の速さで１５０℃以下
まで冷却し、再び５５０℃以上Ａｃ1点以下に熱処理し
てもよい。これは、オンラインでの短時間熱処理で溶接
部の靭性を向上させる高温焼戻し処理であり、１回目の
熱処理でＡｃ1点以上８３０℃以下に昇温後空冷以上の
速さで１５０℃以下まで冷却するのは、部分的にオース
テナイト化させてから完全なマルテンサイト組織を生成
させるためである。
ンサイト系ステンレス溶接鋼管を、Ａｃ1点以上８３０
℃以下で熱処理した後、空冷以上の速さで１５０℃以下
まで冷却し、再び５５０℃以上Ａｃ1点以下に熱処理し
てもよい。これは、オンラインでの短時間熱処理で溶接
部の靭性を向上させる高温焼戻し処理であり、１回目の
熱処理でＡｃ1点以上８３０℃以下に昇温後空冷以上の
速さで１５０℃以下まで冷却するのは、部分的にオース
テナイト化させてから完全なマルテンサイト組織を生成
させるためである。
【００３９】その後５５０℃以上Ａｃ1点以下に昇温さ
せるのは、焼戻しによる靭性向上のためである。Ａｃ1
点を超えると部分的にオーステナイト化され、その後の
冷却で焼戻し不十分のマルテンサイトが生成し、靭性が
著しく劣化する。一方、５５０℃未満では十分な焼戻し
が行われず靭性の向上が図れないため、５５０℃以上Ａ
ｃ1点以下とする。
せるのは、焼戻しによる靭性向上のためである。Ａｃ1
点を超えると部分的にオーステナイト化され、その後の
冷却で焼戻し不十分のマルテンサイトが生成し、靭性が
著しく劣化する。一方、５５０℃未満では十分な焼戻し
が行われず靭性の向上が図れないため、５５０℃以上Ａ
ｃ1点以下とする。
【００４０】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。表
１に示す化学成分の熱延鋼板を用いて、外径273.0mm×
管厚5.0 mm、外径323.8 mm×管厚6.0 mm、外径406.4 mm
×管厚9.5mmの３種類の鋼管を製造した。
１に示す化学成分の熱延鋼板を用いて、外径273.0mm×
管厚5.0 mm、外径323.8 mm×管厚6.0 mm、外径406.4 mm
×管厚9.5mmの３種類の鋼管を製造した。
【００４１】
【表１】
【００４２】表２にレーザー溶接の溶接条件を示す。こ
の表で、No.１〜７は本発明の条件を満たす発明例であ
り、No.８〜１４は比較例である。比較例No.８は、照射
位置がスクイズロールに近すぎ、X/Xaが0.76で下限の0.
8より小さくなっている。比較例No.９は溶接の入熱量が
少なく前述の式(6)の右辺の値が下限0.5以下、比較例N
o. １０はアプセット量が上限1.0mm超となっている。比
較例No.１１は予熱電力が上限250kW超、比較例No.１２
は溶接の入熱量が少ない（式(6)の右辺の値＜0.5）。比
較例No.１３は溶接速度が遅すぎ(式(5)ｖ≧０．１７Ｘ
を満たさず) 、比較例No.１４はアプセット量が0で下限
0.1mm未満となっている。
の表で、No.１〜７は本発明の条件を満たす発明例であ
り、No.８〜１４は比較例である。比較例No.８は、照射
位置がスクイズロールに近すぎ、X/Xaが0.76で下限の0.
8より小さくなっている。比較例No.９は溶接の入熱量が
少なく前述の式(6)の右辺の値が下限0.5以下、比較例N
o. １０はアプセット量が上限1.0mm超となっている。比
較例No.１１は予熱電力が上限250kW超、比較例No.１２
は溶接の入熱量が少ない（式(6)の右辺の値＜0.5）。比
較例No.１３は溶接速度が遅すぎ(式(5)ｖ≧０．１７Ｘ
を満たさず) 、比較例No.１４はアプセット量が0で下限
0.1mm未満となっている。
【００４３】
【表２】
【００４４】これらの鋼管について、各溶接条件による
溶接部２０ｍ分全長にわたり、ＪＩＳ規格Ｚ３１０４に
従い放射線透過試験を、またＪＩＳ規格Ｇ０５８２に従
い超音波探傷試験を実施した。
溶接部２０ｍ分全長にわたり、ＪＩＳ規格Ｚ３１０４に
従い放射線透過試験を、またＪＩＳ規格Ｇ０５８２に従
い超音波探傷試験を実施した。
【００４５】表２では、試験結果の評価方法として、放
射線透過試験については、φ0.4mm以下のブローホール
が５個未満のものを◎、φ0.4mm以下のブローホールが
５個以上１０個未満またはφ0.8mm以下のブローホール
が５個未満のものを○、φ0.4mm以下のブローホールが
１０個以上またはφ0.8mm以下のブローホールが５個以
上１０個未満のものを△で表し、φ0.8mm以下のブロー
ホールが１０個以上もしくはφ0.8mm越えのブローホー
ルがあるもの、割れがあるもの、または溶け込み不足の
いずれかがあるものを×で表す。
射線透過試験については、φ0.4mm以下のブローホール
が５個未満のものを◎、φ0.4mm以下のブローホールが
５個以上１０個未満またはφ0.8mm以下のブローホール
が５個未満のものを○、φ0.4mm以下のブローホールが
１０個以上またはφ0.8mm以下のブローホールが５個以
上１０個未満のものを△で表し、φ0.8mm以下のブロー
ホールが１０個以上もしくはφ0.8mm越えのブローホー
ルがあるもの、割れがあるもの、または溶け込み不足の
いずれかがあるものを×で表す。
【００４６】また、超音波探傷試験に関しては、φ1.6
ドリルホールの人工欠陥に対し、ピーク指示高さが、１
０％以下のものを◎、２０％以下のものを○、４０％以
下のものを△、４０％越えものを×で表す。試験結果は
表２に併せて示す。表２から、本発明により製造された
鋼管の溶接部品質は、非常に優れていることが明白であ
る。
ドリルホールの人工欠陥に対し、ピーク指示高さが、１
０％以下のものを◎、２０％以下のものを○、４０％以
下のものを△、４０％越えものを×で表す。試験結果は
表２に併せて示す。表２から、本発明により製造された
鋼管の溶接部品質は、非常に優れていることが明白であ
る。
【００４７】また、この発明の製法で製造した鋼管を、
種々条件で熱処理し、ＪＩＳ規格Ｚ２２０２に従い、5m
mサブサイズ試験片に加工し、ＪＩＳ規格Ｚ２２４２に
従い、衝撃試験を実施した。試験温度は-60℃とし、試
験片の数は3本とした。熱処理条件およびその結果を表
３に示す。
種々条件で熱処理し、ＪＩＳ規格Ｚ２２０２に従い、5m
mサブサイズ試験片に加工し、ＪＩＳ規格Ｚ２２４２に
従い、衝撃試験を実施した。試験温度は-60℃とし、試
験片の数は3本とした。熱処理条件およびその結果を表
３に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】ここで、No.２１〜２４は本発明の条件を
満たす発明例であり、No.２５〜２８は比較例である。
比較例No.２５と２６は1回目の熱処理温度がそれぞれ発
明の下限Ac1 点未満と上限温度830℃超であり、比較例N
o.２７と２８は２回目の熱処理温度がそれぞれ下限温度
550℃未満と上限Ac1 点超である。表３から、本発明に
より熱処理された鋼管の溶接部靭性は、非常に優れてい
ることが明白である。
満たす発明例であり、No.２５〜２８は比較例である。
比較例No.２５と２６は1回目の熱処理温度がそれぞれ発
明の下限Ac1 点未満と上限温度830℃超であり、比較例N
o.２７と２８は２回目の熱処理温度がそれぞれ下限温度
550℃未満と上限Ac1 点超である。表３から、本発明に
より熱処理された鋼管の溶接部靭性は、非常に優れてい
ることが明白である。
【００５０】
【発明の効果】この発明は、マルテンサイト系ステンレ
ス溶接鋼管の製造において、スクイズロールの近傍でレ
ーザを照射する位置を、予熱の大きさ、アプセット量、
および両エッジ部のなす角度により決定される最適位置
とすることにより、ブローホール等の溶接欠陥の発生を
大幅に抑制し、溶接部靭性を向上させることができる。
その結果、品質向上とともに、溶接補修の低減、不合格
材の低減による歩留・生産性向上が可能であり、産業の
発展に寄与するところ大である。
ス溶接鋼管の製造において、スクイズロールの近傍でレ
ーザを照射する位置を、予熱の大きさ、アプセット量、
および両エッジ部のなす角度により決定される最適位置
とすることにより、ブローホール等の溶接欠陥の発生を
大幅に抑制し、溶接部靭性を向上させることができる。
その結果、品質向上とともに、溶接補修の低減、不合格
材の低減による歩留・生産性向上が可能であり、産業の
発展に寄与するところ大である。
【図１】 発明の実施の形態の１例を示す図。
１ オープンパイプ ２ 予熱用高周波電源 ３ レーザービーム ４ スクイズロール ５ 突合わせエッジ部 ６ Ｖ角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２１Ｃ 37/30 Ｂ２１Ｃ 37/30 Ｃ２１Ｄ 9/08 Ｃ２１Ｄ 9/08 Ｆ 9/50 １０１ 9/50 １０１Ａ // Ｂ２３Ｋ 101:06 Ｂ２３Ｋ 101:06 103:04 103:04 (72)発明者 関根 幸夫 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 (72)発明者 岩崎 謙一 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 (72)発明者 大石 邦保 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 (72)発明者 上井 清史 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 (3)
- 【請求項１】 マルテンサイト系ステンレス鋼板を成形
ロールで円筒状のオープンパイプに成形してスクイズロ
ールでアプセット加圧しつつレーザー溶接を行うマルテ
ンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法において、オ
ープンパイプの相対する両エッジ部を、高周波加熱法に
より予熱した後、スクイズロールの近傍の前記両エッジ
部がＶ字型に突き合わされている部分で、予熱の大き
さ、アプセット量、および前記両エッジ部のなす角度に
より決定される位置に、レーザー照射を行うことを特徴
とするマルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方
法。 - 【請求項２】 予熱の大きさＥ・Ｉ、アプセット量Ｕ、
および前記両エッジ部のなす角度αにより決定される位
置Ｘを次の不等式で表される範囲内とするとともに、ス
クイズロールで加圧後、内外ビードを切削することを特
徴とする請求項１記載のマルテンサイト系ステンレス溶
接鋼管の製造方法。 ９０≦Ｅ・Ｉ≦２５０ (1) ０．１≦Ｕ≦１．０ (2) Ｘa＝（３０＋Ｅ・Ｉ/１５＋１０Ｕ）／exp(０．２α) (3) ０．８Ｘa ≦Ｘ≦１．２Ｘa (4) ｖ≧０．１７Ｘ (5) ０．５≦Ｐ・exp｛(２５０＋Ｅ・Ｉ)／５００｝／(ｖ・ｔ) (6) ここで、 Ｘa ：レーザー照射最適位置(mm)(スクイズロール中心
点から上流側への距離) Ｅ：高周波加熱電圧(ｋＶ) Ｉ：高周波加熱電流(Ａ) Ｕ：スクイズロールでのアプセット量(mm) α：Ｖ角(°)(予熱前のスクイズ点より４０mm以内での
鋼板エッジ部開口部角度) Ｘ：レーザー照射位置適正範囲(mm)(スクイズロール中
心点から上流側への距離) Ｐ：レーザー出力(ｋＷ) ｖ：溶接速度(m/min) ｔ：鋼板厚(mm) - 【請求項３】 溶接後の鋼管の溶接部をAc1点以上830℃
以下の温度に加熱した後、空冷又はそれ以上の冷却速度
で150℃以下の温度まで冷却し、再び550℃以上Ac1点以
下の温度に加熱することを特徴とする請求項１又は２記
載のマルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001000075A JP3797105B2 (ja) | 2000-02-04 | 2001-01-04 | マルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-28119 | 2000-02-04 | ||
| JP2000028119 | 2000-02-04 | ||
| JP2001000075A JP3797105B2 (ja) | 2000-02-04 | 2001-01-04 | マルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001287061A true JP2001287061A (ja) | 2001-10-16 |
| JP3797105B2 JP3797105B2 (ja) | 2006-07-12 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP3797105B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010052040A (ja) * | 2008-03-31 | 2010-03-11 | Jfe Steel Corp | 高密度エネルギービームで接合した溶接鋼管およびその製造方法 |
| JP2011168867A (ja) * | 2010-02-22 | 2011-09-01 | Nippon Steel Corp | マルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管の溶接部の熱処理方法及びマルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管の製造方法 |
| WO2011111634A1 (ja) | 2010-03-08 | 2011-09-15 | 株式会社神戸製鋼所 | レーザー・アーク複合溶接方法及び該溶接方法による溶接部材の製造方法 |
| CN102615135A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-08-01 | 上海飞轮有色新材料股份有限公司 | 一种冷媒制冷铜管的制备方法 |
| CN115415736A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-12-02 | 桐庐忠朝水暖器材有限公司 | 一种不锈钢管的制作方法 |
| KR102591212B1 (ko) * | 2023-05-24 | 2023-10-19 | 넥스틸 주식회사 | 용접부 저온 인성이 우수한 라인파이프용 강관 및 그 제조 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| CN107127586A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-05 | 宁波百德满不锈钢有限公司 | 一种用于生产空调消音管的不锈钢管生产方法 |
-
2001
- 2001-01-04 JP JP2001000075A patent/JP3797105B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010052040A (ja) * | 2008-03-31 | 2010-03-11 | Jfe Steel Corp | 高密度エネルギービームで接合した溶接鋼管およびその製造方法 |
| US9677692B2 (en) | 2008-03-31 | 2017-06-13 | Jfe Steel Corporation | Welded steel pipe joined with high-energy-density beam and method for producing the same |
| JP2011168867A (ja) * | 2010-02-22 | 2011-09-01 | Nippon Steel Corp | マルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管の溶接部の熱処理方法及びマルテンサイト系高Ｃｒ電縫鋼管の製造方法 |
| WO2011111634A1 (ja) | 2010-03-08 | 2011-09-15 | 株式会社神戸製鋼所 | レーザー・アーク複合溶接方法及び該溶接方法による溶接部材の製造方法 |
| US9061374B2 (en) | 2010-03-08 | 2015-06-23 | Kobe Steel, Ltd. | Laser/arc hybrid welding method and method for producing welded member using same |
| CN102615135A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-08-01 | 上海飞轮有色新材料股份有限公司 | 一种冷媒制冷铜管的制备方法 |
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| KR102591212B1 (ko) * | 2023-05-24 | 2023-10-19 | 넥스틸 주식회사 | 용접부 저온 인성이 우수한 라인파이프용 강관 및 그 제조 방법 |
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