JP2584919B2 - パイプのガスシールドアーク溶接ワイヤ - Google Patents

パイプのガスシールドアーク溶接ワイヤ

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JP2584919B2 JP3248249A JP24824991A JP2584919B2 JP 2584919 B2 JP2584919 B2 JP 2584919B2 JP 3248249 A JP3248249 A JP 3248249A JP 24824991 A JP24824991 A JP 24824991A JP 2584919 B2 JP2584919 B2 JP 2584919B2
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welding
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中野利彦
茂 遠藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CO2を含んだ石油及
び天然ガス、又はCO2を輸送するラインパイプの円周
溶接に適するガスシールドアーク溶接ワイヤに関し、特
に溶接金属の耐選択腐食性や低温靭性、耐割れ性に優れ
たガスシールドアーク溶接ワイヤに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、低合金鋼の溶接部選択腐食に関し
ては、次のような文献が公表され、その改善策が提案さ
れている。 (1)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(阿
部隆ほか、「鉄と鋼」Vol.72(1988)、p.126
6)。 (2)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、3.8×Cu+1.1×Ni+0.3の量
が選択腐食性を左右するとするもの(伊藤亀太郎ほか、
「鉄と鋼」Vol.72(1989)、p.1265)。 (3)炭素鋼配管円周溶接部の選択腐食防止にCu及び
Niを含む低合金溶接棒の使用が有効であるとするもの
(幸英明、「材料」Vol.38(1989)、No.42
4、p.62〜68)。 (4)溶接鋼管縦シーム溶接部の選択腐食防止にNi及
びMoの添加が有効であるとするもの(須賀ほか、特願
平1−206985号)。
【0003】以上のように、氷海等の酸素を含む腐食環
境中で溶接金属の選択腐食を改善する方法として、Ni
及びCuを溶接金属に添加する方法や、溶接鋼管縦シー
ムの耐選択腐食特性の改善にNi及びMoを添加する方法
が提案されている。
【0004】しかし、CO2を含む腐食環境下で使用さ
れるラインパイプ円周溶接部の選択腐食抑制に、Ni及
びMo添加が有効であるとの知見や、溶接金属の硬さや
耐割れ性などを考慮したガスシールド溶接用ワイヤは開
発されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】溶接鋼管或いはシーム
レス鋼管を、CO2を含んだ石油及び天然ガス又はCO2
の輸送に使用すると、円周溶接金属が選択に腐食する、
いわゆる溶接部選択腐食を起こす場合がある。これは、
溶接金属と母材部との化学成分や組織が異なり、溶接金
属部が電気化学的に卑になり、溶接金属分野が選択的に
腐食するものである。
【0006】従来、このような環境で使用されるライン
パイプの円周溶接において、この選択腐食を考慮した円
周溶接用ガスシールドアーク溶接ワイヤは開発されてい
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
ているのが実情である。
【0007】すなわち、CO2を含む腐食環境で使用さ
れるラインパイプをガスシールドアーク溶接により円周
溶接するには、円周溶接部の選択腐食を抑制し得る溶接
ワイヤが必要である。更には、溶接金属の硬さや耐割れ
性などの実用性を考慮する必要がある。しかるに、従
来、これらの諸特性を満足し得る溶接材料は開発されて
いなかった。
【0008】本発明は、かゝる要請に応えるべくなされ
たものであって、その目的とするところは、特に円周溶
接金属部の選択腐食の防止と共に、充分な強度と靭性及
び耐割れ性を備えた円周溶接金属が得られるガスシール
ドアーク溶接ワイヤを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明者らは、ガスシールドアーク溶接ワイヤの化
学成分及びその成分値を各種に変化させて、CO2と海
水を含む腐食環境中での溶接部の耐選択腐食特性とその
機械的性質、耐割れ性等について綿密な調査を重ねた結
果、Ni、Moの添加等々によって溶接金属部の化学成分
を調整することにより、円周溶接金属部の選択腐食を効
果的に防止し得るガスシールドアーク溶接ワイヤを見い
出したものである。
【0010】即ち、本発明は、CO 2 を含む流体を輸送
するラインパイプの円周溶接用であるガスシールドアー
ク溶接ワイヤにおいて、C:0.01〜0.15%、S
i:0.20〜1.20%、Mn:0.60〜2.50
%、Cu≦3.00%、Ni:0.50〜3.00%を
含有し、必要に応じ更にMo<0.30%及びTi≦
0.30%のうちの1種又は2種を含有し、残部がFe
及び不可避的不純物からなり、かつ、不可避的不純物の
含有量を、P≦0.030%、S≦0.030%、Al
≦0.05%、N≦0.01%、Nb≦0.02%、V
≦0.02%、Cr<0.03%、Zr≦0.05%、
O≦0.02%、B≦0.002%に規制したことを特
徴とするガスシールドアーク溶接ワイヤを要旨とするも
のである。
【0011】以下に本発明を更に詳細に説明する。
【0012】
【作用】
【0013】本発明のガスシールドアーク溶接ワイヤに
おける化学成分の限定理由は以下のとおりである。
【0014】(C:0.01〜0.15%)Cは良好な作
業性及び溶接金属の機械的性質を得るためにワイヤ中に
添加する。しかし、0.01%未満では、溶滴移行が不
安定となり、スパッタ量が増加する。また、溶接金属中
のフェライト粒が粗大化するため強度及び靭性が低下
し、機械的性能が母材に対して不充分となる。一方、
0.15%を超えると、溶滴中に発生するCO2ガスの爆
発によりスパッタ量が増加する。また、溶接金属の強度
が母材に対して過大となり、それによる靭性不足が生じ
る。更に、硬さが上昇するため、溶接割れや応力腐食割
れ感受性が増大する。よって、C量は0.01〜0.15
%の範囲とし、好ましくは0.03〜0.08%の範囲で
ある。
【0015】(Si:0.20〜1.20%)Siは良好な
作業性及び溶接金属の機械的性質を得るためにワイヤ中
に添加する。しかし、0.20%未満では、母材に対す
る溶融金属のなじみが低下するためにビード形状が不良
となり、融合不良等の欠陥の原因となる。特に含有量が
極端に少ない場合には、脱酸不足となり、ブローホール
が発生する。また、機械的性能では、溶接金属の強度が
母材に対して不足する。一方、1.20%を超えると、
溶接金属の強度が母材に対して過大となり、それにより
靭性不足が生じる。また、硬さが上昇するため、溶接割
れや応力腐食割れ感受性が増大する。よって、Si量は
0.20〜1.20%の範囲とし、好ましくは0.30〜
0.70%の範囲である。
【0016】(Mn:0.60〜2.50%)Mnは良好な
作業性と溶接金属の機械的性質を得るためにワイヤ中に
添加する。しかし、0.60%未満では、Mn/Siの値
が1に近づくほど或いは1を下回るほどスラグ量(面
積)が増加し、スラグ巻込み等の原因となる。特に含有
量が極端に少ない場合には、脱酸不足によるブローホー
ルが発生する。また、機械的性能に関しては、溶接金属
の強度が母材に対して不足したり、焼入れ性が低下する
ために靭性が劣化する。一方、2.50%を超えて溶接
ワイヤに添加すると、溶接金属の強度が母材に対して過
大となり、それによる靭性不足が生じる。また、硬さが
上昇するため、溶接割れや応力腐食割れ感受性が増大す
る。よって、Mn量は0.60〜2.50%の範囲とし、
好ましくは1.30〜1.80%の範囲である。
【0017】(Cu≦3.00%、Ni≦0.50〜3.0
0%)Cu及びNiは溶接金属の靭性改善と耐選択腐食特
性を向上させるためにワイヤ中に添加する。Cuは溶接
金属の耐選択腐食特性を向上させる効果を有するもの
の、3.00%を超えると高温割れに対する感受性が増
大する。また、Niも耐選択腐食特性向上に効果を有す
るが、Cu無添加の場合、Ni添加で良好な耐選択腐食特
性を得るためには0.50%以上が必要である。しか
し、Ni量が3.00%を超えると溶接金属の強度が母材
に対して過大となり、それによる靭性不足が生じる。ま
た、硬さが上昇するため、溶接割れや応力腐食割れ感受
性が増大する。よって、Cu量は3.00%以下、Ni量
は0.50〜3.00%の範囲とする。なお、ワイヤへの
Cu及びNiの添加方法としては、メッキ、溶融のいずれ
でもよい。
【0018】なお、より良好な耐選択腐食特性を得るに
は、図1に示すように、CuとNiの溶接金属と母材との
含有量の差(Δ(Cu+Ni))が0.5%以上であることが
望ましい。図1は、母材と溶接金属との間に流れた選択
腐食電流(μA)とΔ(Cu+Ni)との関係を示しており、
選択腐食電流がプラスの時、溶接金属の選択腐食は起こ
らない。Δ(Cu+Ni)が0.5%以上になると選択腐食
電流はプラスに転じている。
【0019】以上の成分を必須成分として含有するが、
必要に応じて、以下の成分の1種又は2種を適量にて含
有させることができる。
【0020】(Mo≦1.10%)Moは溶接金属の選択
腐食を防止するために、必要に応じてワイヤ中に添加す
ることができる。添加する場合、1.10%を超えると
溶接金属の硬さが増加し、溶接低温割れや応力腐食割れ
感受性を増大させるので、Mo量は1.10%以下とす
る。
【0021】(Ti≦0.30%)Tiは、初析フェライ
トの微細化による溶接金属の靭性向上を目的として、必
要に応じてワイヤ中に添加することができる。添加する
場合、0.30%を超えるとスラグ量が増加し、スラグ
巻込み等の欠陥の原因となる。また、溶接金属の強度が
母材に対して過大となり、それによる靭性不足が生じ
る。また、硬さが上昇するため、溶接割れや応力腐食割
れ感受性が増大する。よって、Ti量は0.30%以下と
する。
【0022】(不可避的不純物)不可避的不純物の量は
可及的に少ないのが望ましく、特に、P≦0.030
%、S≦0.030%、Al≦0.05%、N≦0.01
%、Nb≦0.02%、V≦0.02%、Cr≦0.05
%、Zr≦0.05%、O≦0.02%、B≦0.002%
の範囲内であれば、溶接金属の耐選択腐食特性及び機械
的性能を阻害しない。これらの各成分が上記範囲を超え
る場合には、溶接作業性の低下(Al)、溶接欠陥の発生
(P、S、B、N)、機械的性能の劣化(Al、Cr、Nb、
V、O、N)等の不具合が生じる。
【0023】なお、ガスシールドアーク溶接に用いられ
るシールドガスの種類、ワイヤ径等々の溶接条件は特に
制限されない。また、ガスシールドアーク溶接の適用鋼
種についても、この種の用途に供し得るものであれば適
宜材質のものが可能である。
【0024】次に本発明の実施例を示す。
【実施例】
【0025】表1に示す化学成分の供試鋼を用いて外径
38in×全長12mの溶接鋼管を製造した後、表2に
示す化学成分の溶接鋼ワイヤを用いてガスシールドアー
ク溶接で円周溶接を行なった。ワイヤ径は1.2mmを
使用し、シールドガスには80%Ar+20%CO
2(初層と最終層)とCO2(初層と最終層を除く層)を
用い、溶接電流200〜240Aで溶接した。溶接作業
性、溶接金属の強度(降伏強さ)、靭性、溶接割れ、海
水環境(CO2バブリング)での選択腐食速度をそれぞ
れ調べた。それらの結果を表3に示す。
【表1】
【表2】
【表3】
【0026】降伏強さはJIS Z 2201 3号試験
片(6mmφ)を用いて評価し、靭性はJIS Z 3128
4号試験片を用いてO℃での吸収エネルギーで評価し
た。溶接割れ発生の有無は溶接後5断面の観察により判
定した。選択腐食速度は、円周溶接部を含む全長50cm
の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各板厚の差を求めること
により測定した値であり、溶接金属部が選択的に腐食し
ない場合を「0.0」で表示した。
【0027】表3に示すように、本発明のガスシールド
アーク溶接ワイヤで溶接した円周溶接部は、降伏強さが
350N/mm2以上、靭性が50J以上で、耐選択腐食
特性に優れ、また溶接作業性及び耐割れ性にも優れた円
周溶接部であることが確認された。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のガスシー
ルドアーク溶接ワイヤを用いて溶接すれば、高強度と高
靭性を有し、かつ耐溶接割れ性と耐選択腐食性に優れて
いる溶接金属部が得られる。特に、腐食性に富む石油及
び天然ガスを輸送するラインパイプの溶接用に適してお
り、母材に対して選択的に腐食され難い円周溶接金属部
が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】母材と溶接金属との間に流れた選択腐食電流
(μA)と、CuとNiの溶接金属と母材との含有量の差
(Δ(Cu+Ni))との関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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一丁目1番2号日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 長江守康 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 伊藤元清 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 (56)参考文献 特開 昭60−158995(JP,A) 特開 平4−22596(JP,A) 特開 平3−221294(JP,A) 特公 昭45−27450(JP,B1)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CO を含む流体を輸送するラインパイ
    プの円周溶接用であるガスシールドアーク溶接ワイヤに
    おいて、重量%で(以下、同じ)、 C:0.01〜0.15%、 Si:0.20〜1.20%、 Mn:0.60〜2.50%、 Cu≦3.00%、 Ni:0.50〜3.00% を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、か
    つ、不可避的不純物の含有量を、P≦0.030%、S
    ≦0.030%、Al≦0.05%、N≦0.01%、
    Nb≦0.02%、V≦0.02%、Cr<0.03
    、Zr≦0.05%、O≦0.02%、B≦0.00
    2%に規制したことを特徴とするガスシールドアーク溶
    接ワイヤ。
  2. 【請求項2】 上記化学成分に加えて、更に、Mo<
    0.30%及びTi≦0.30%のうちの1種又は2種
    を含有していることを特徴とする請求項1に記載のガス
    シールドアーク溶接ワイヤ。
JP3248249A 1991-08-30 1991-09-02 パイプのガスシールドアーク溶接ワイヤ Expired - Lifetime JP2584919B2 (ja)

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GB9217614A GB2259881B (en) 1991-08-30 1992-08-19 Method for gas-shield arc welding of a pipe and weld wire for use in the welding method
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