JP2014155948A - 低温靭性に優れたラインパイプ用溶接鋼管並びにその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】管状に成形された鋼板の突き合せ部をサブマージアーク溶接で内外面それぞれ一層溶接する際、内面側の鋼板表層から内外面溶融線会合部までの板厚方向距離L1(mm)と、外面側の鋼板表層から内外面溶融線会合部までの板厚方向距離L2(mm)とが(1)式を満足するように設定する。0.1≦L2/L1≦1.0 ・・・ (1)
【選択図】図1
Description
近年、更なる輸送効率向上のために、ラインパイプ用溶接鋼管の内圧の高圧化が検討されており、これに伴い、API規格X70(以下、X70という)以上、更にはAPI規格X80(以下、X80という)以上の高強度ラインパイプ用溶接鋼管の厚肉化が要求されている。また、今後の原油および天然ガスの掘削域は、北極圏などの極寒地まで及ぶことが予想され、高強度厚肉ラインパイプ用溶接鋼管には−40℃以下での低温靭性保証が要求されると予想される。特に鋼管を製造する際には、厚鋼板をUO、JCO、ベンドロールのいずれかの工程によって管状に成形した後、端部同士を突き合わせて、アーク溶接によるシーム部の溶接を行うが、板厚が厚肉化すると溶接による入熱が大入熱となり、溶接熱影響部(HAZ)の粒径が粗大化するため、低温靭性の低下が重要な問題となる。
特許文献5〜8記載のサブマージアーク溶接方法では、板厚に対するビード幅、もしくは板厚に対するビード断面積については言及されているものの、内面側溶接部と外面側溶接部各々との相対的な形状関係については言及されておらず、さらに、主に溶接部全体の形状によって高靭性化を図っているため、特に外面溶接部では大幅な入熱低減効果が得られないという課題があった。
特に、本発明では、管状に成形された鋼板の突合せ部を内外面からサブマージアーク溶接するに際し、特に外面入熱を大幅に低減して外面溶接熱影響部の低温靭性を向上させ、内面溶接熱影響部の低温靭性を劣化させない範囲に内面入熱を制御することで、十分な溶け込みを得ながら内外面両方の溶接熱影響部で優れた低温靭性が得られるラインパイプ用溶接鋼管並びにその製造方法を提供することを目的とする。
その結果、内外面側それぞれの溶接金属における溶け込み深さの比を適正に制御することで、外面溶接熱影響部の低温靭性が向上し、かつ内面溶接熱影響部の低温靭性が劣化せず、十分な溶け込みを得ながら内外面両方の溶接熱影響部で優れた低温靭性が得られることを見出した。
本発明は、得られた知見を基に更に検討を加えてなされたもので、その要旨は以下の通りである。
0.1≦L2/L1≦1.0 ・・・ (1)
[2]前記鋼管の周方向を引張方向とした際、前記鋼板の引張強度が570〜825MPaであることを特徴とする上記[1]に記載の低温靭性に優れたラインパイプ用溶接鋼管。
[3]管状に成形された鋼板の突き合せ部をサブマージアーク溶接する際に、開先形状が、内面開先深さd1と外面開先深さd2が(2)式を満足するX開先となるよう加工を施し、得られた前記X開先をサブマージアーク溶接することを特徴とする上記[1]又は[2]に記載の低温靭性に優れたラインパイプ用溶接鋼管の製造方法。
d2/d1≦1.0 ・・・ (2)
[4]前記サブマージアーク溶接において、内面側の入熱λ1が3.5〜16.0kJ/mm、外面側の入熱λ2が2.5〜11.0kJ/mmであり、さらに、(3)式を満足することを特徴とする上記[3]に記載の低温靭性に優れたラインパイプ用溶接鋼管の製造方法。
0.1≦λ2/λ1≦2.5 ・・・ (3)
本発明に係るラインパイプ用溶接鋼管は、管状に成形された鋼板を溶接した溶接鋼管であって、管状に成形された前記鋼板の突き合せ部をサブマージアーク溶接で内外面それぞれ一層溶接され、溶接部において、内面側溶融線と外面側溶融線との会合部を内外面溶融線会合部とした際、内面側の前記鋼板表層から前記内外面溶融線会合部までの板厚方向距離L1(mm)と、外面側の前記鋼板表層から前記内外面溶融線会合部までの板厚方向距離L2(mm)とが(1)式を満足することを特徴とする。
0.1≦L2/L1≦1.0 ・・・ (1)
しかしながら、高靭性化を図るためには、溶接時に投入する入熱量の大幅な低減を達成しなければならないが、同時に、内外面それぞれの溶接金属が重なり、未溶融部が生じないように十分な溶け込み深さも確保しなければ健全な溶接継手と有する鋼管を得ることができなかった。
そこで本発明者らは、溶接鋼管の溶接部のうち外面側の溶接金属(外面側溶接金属)に着目し、内外面それぞれの溶接金属における溶け込み深さの比を適正に制御することにより、内外面両方の溶接熱影響部の低温靭性を向上させうることを見出した。
つまり、本発明によれば、従来では困難とされていた外面側の溶接入熱の大幅な低減を実現させて外面側溶接熱影響部の低温靭性を向上させるとともに、内面側溶接熱影響部の低温靭性を劣化させない範囲に内面入熱を制御することで、十分な溶け込みを確保し、溶接欠陥を生じさせることなく優れた低温靭性を得ることか可能となる。
外面側の鋼板表層から内外面溶融線会合部までの板厚方向距離をL2(mm)、内面側の鋼板表層から内外面溶融線会合部までの板厚方向距離をL1(mm)とした際、L2をL1で除した値(L2/L1)が大きくなる、つまり、外面側の溶接金属の溶け込み深さが、内面側の溶接金属の溶け込み深さよりも相対的に大きくなると、外面入熱の大幅な低減効果が得られないため、L2/L1の上限を1.0とする。外面入熱の大幅な低減効果をより得るためには、上限を0.95とすることが好ましく、0.86とすることがさらに好ましい。
なおここで、上記内外面溶融線会合部とは、図1に示すように、内面側溶融線5aと外面側溶融線5bとの会合部のことを表す。
本発明の溶接鋼管の製造方法は、管状に成形された鋼板の突き合せ部をサブマージアーク溶接で内外面一層溶接する際、開先形状は、図2に示すようなX開先とする。X開先の形状は、内面開先深さd1と外面開先深さd2が下記(2)式を満足する形状とすることが好ましい。なお、内面開先深さとは内面側の鋼板表層から溶接会合部までの板厚方向距離であり、外面開先深さとは外面側の鋼板表層から溶接会合部までの板厚方向距離である。本発明では外面開先深さd2よりも内面開先深さd1を長くするために、X開先の形状において、内面開先深さd1と外面開先深さd2が(2)式を満足する形状を採用してもよい。
d2/d1≦1.0 ・・・ (2)
このように、外面開先深さd2よりも内面開先深さd1が長いX開先をサブマージアーク溶接することにより、上述したようなL2/L1の関係を満足する溶接部を有する溶接鋼管を製造することができる。
なお、d2/d1の下限値については特に限定しないが、0.2以上とすることが好ましい。
また、本発明における上記サブマージアーク溶接において、内面側の入熱を3.5〜16.0kJ/mm、外面側の入熱が2.5〜11.0kJ/mmとすることが好ましく、さらに下記式(3)を満たすことがより好ましい。
0.1≦λ2/λ1≦2.5 ・・・ (3)
次に、溶接する母材鋼板の突き合せ部に図2に示す開先形状の開先加工を施した後、管状に成形し、表2に示す溶接条件で内外面1層溶接の多電極サブマージアーク溶接を施して溶接継手を作製した。表1に開先寸法を示す。なお、管状に成形する際の工程は、UOE工程を採用した。
なお、表1中における母材鋼板の引張強度は、鋼管の周方向を引張方向とした際の引張強度である。製造No.1〜4いずれにおいても、引張強さ570〜625MPaであった。
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5
・・・(式3)
ここで、C、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、Vは各元素の含有量[質量%]である。
なお、内面入熱を大幅に増大させた際、外面溶接熱影響部の靭性ほど内面溶接熱影響部の靭性が低下しない理由は外面溶接時の焼きなましによるものと考えられる。
2 シャルピー衝撃試験片
3 ノッチ
4 溶接部
5 溶融線
Claims (4)
- 管状に成形された鋼板を溶接した溶接鋼管であって、
管状に成形された前記鋼板の突き合せ部をサブマージアーク溶接で内外面それぞれ一層溶接され、
溶接部において、内面側溶融線と外面側溶融線との会合部を内外面溶融線会合部とした際、内面側の前記鋼板表層から前記内外面溶融線会合部までの板厚方向距離L1(mm)と、外面側の前記鋼板表層から前記内外面溶融線会合部までの板厚方向距離L2(mm)とが(1)式を満足することを特徴とする低温靭性に優れたラインパイプ用溶接鋼管。
0.1≦L2/L1≦1.0 ・・・ (1) - 前記鋼管の周方向を引張方向とした際、前記鋼板の引張強度が570〜825MPaであることを特徴とする請求項1に記載の低温靭性に優れたラインパイプ用溶接鋼管。
- 管状に成形された鋼板の突き合せ部をサブマージアーク溶接する際に、開先形状が、内面開先深さd1と外面開先深さd2が(2)式を満足するX開先となるよう加工を施し、得られた前記X開先をサブマージアーク溶接することを特徴とする請求項1又は2に記載の低温靭性に優れたラインパイプ用溶接鋼管の製造方法。
d2/d1≦1.0 ・・・ (2) - 前記サブマージアーク溶接において、内面側の入熱λ1が3.5〜16.0kJ/mm、外面側の入熱λ2が2.5〜11.0kJ/mmであり、さらに、(3)式を満足することを特徴とする請求項3に記載の低温靭性に優れたラインパイプ用溶接鋼管の製造方法。
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