JP5233389B2

JP5233389B2 - 電縫管溶接部の熱処理装置

Info

Publication number: JP5233389B2
Application number: JP2008113787A
Authority: JP
Inventors: 一仁剣持; 能知岡部; 泰康横山; 慎太郎熊澤; 智弘井上
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: JP2009263712A

Description

本発明は、電縫管溶接部の熱処理装置に関し、詳しくは、電縫管溶接部の靭性等を向上させるための熱処理の実施に用いる、電縫管溶接部の熱処理装置に関する。

通常、電縫管は、熱延帯板を連続的に通材しながら、ロール成形装置によりオープン管へと成形し、次いでオープン管の未溶接シーム部（オープン管の周方向両端部であり、帯板の幅方向両端部に相当する）を、電縫溶接機により、融点以上に加熱し、該加熱した未溶接シーム部を突き合わせて圧着するという方法で、溶接して管となすことにより製造される。電縫溶接装置は、未溶接シーム部に高周波電流を流してジュール熱を集中させる溶融加熱手段（誘導コイル等）と、加熱し溶融した未溶接シーム部を突き合わせて圧着するスクイズロールを有する。未溶接シーム部を電縫溶接装置で溶接してなる溶接部およびその周辺は、この溶接の際に急速加熱かつ急速冷却されたため、母材である熱延帯板に比較して組織、硬度、成分等が溶接のままの不均一な状態であり、加工性、靭性、耐食性等が低下する。

したがって、前記溶接部およびその周辺の溶接熱影響部（総称して電縫管溶接部）には、加工性、靭性、耐食性等を母材並みとするために熱処理を施す必要があり、前記スクイズロールの出側に誘導加熱式の熱処理装置を設置し、これを用いて、溶接直後の電縫管溶接部を熱処理するようにしている。
この熱処理装置は、従来、一般に電縫管溶接部の管外面側に誘導加熱スタンドを通材方向に沿って直列に複数スタンド配置し、これら誘導加熱スタンドにより磁束を発生させて、電縫管溶接部に誘導電流を生じさせ、その抵抗熱により熱処理を行う。

したがって、従来の熱処理装置では、管外面側からのみの加熱となるため、特に厚物を主体に肉厚全体を加熱することが困難であり、必然的に管外面側と管内面側とで温度差が生じていた。この温度差は管の肉厚が厚いほど増大し、厚肉になると管外面温度と管内面温度のいずれか一方が目標温度を外れて、問題となることが多かった。例えば、厚肉高靭性ラインパイプ用電縫管を製造する場合、管内面側まで充分焼準して靭性を向上させようとして、管外面側の誘導電流を増加させると、管外面温度が目標温度を超え、粗大なベイナイト組織が発生し、硬度が増加して靭性がさらに低下する。反面、粗大なベイナイト組織が発生しないように管外面側の誘導電流を減少させると、管内面側に溶接のままの未変態組織が残留し、ほとんど目標靭性が得られない。

そこで、これらの問題に対処すべく、誘導加熱した後に伝熱時間を充分確保して管外面側と管内面側の温度差を低減する手段が採られていた。すなわち、前記スタンドを数多く直列に配置した長尺設備を設置して徐々に加熱するなどの対策である。しかし、設備長が長くなる（スタンド数が多くなる）と設備投資コストだけでなく、投入電力が増大して多大なランニングコストが必要であり、また、造管時のトラブルにより停止した場合に熱処理不均一部分が増えて材料の大幅な歩留まり低下をきたす問題もある。

これらの問題の解決手段として、特許文献１や特許文献２に示されるとおり、Ａｃ_３変態点を超える特定の目標温度まで加熱した後、一旦冷却し、さらに加熱するという方法が知られている。
特開昭59-129729号公報特開平6-220547号公報

しかし、特許文献１や特許文献２に示される従来技術では、Ａｃ_３変態点を超える特定の目標温度までの加熱パターンは特に規定されておらず、また、加熱途中で冷却することから、それらの提案前と同様、熱処理装置の設備長が長くなり、多大な投入電力により多大なランニングコストがかかって、非効率的な電縫管製造を余儀なくされる課題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（請求項１）
帯材を連続的に通材しつつ、ロール成形してオープン管とし、該オープン管の未溶接シーム部を、インピーダ付きの電縫溶接装置で溶接してなる電縫管溶接部に対し、前記電縫溶接装置の出側で熱処理を施す電縫管溶接部の熱処理装置であって、管外面側に誘導加熱スタンドを通材方向に複数配置してなる外面側誘導加熱手段と、管内面側に磁束発生ユニットを前記インピーダの先端を延長した部分で保持して通材方向に複数配置してなる内面側誘導加熱手段とを有することを特徴とする電縫管溶接部の熱処理装置。

本発明によれば、少ないスタンド数で電縫管溶接部の熱処理が可能であり、溶接部の靭性等に優れる電縫管を効率良く製造することが可能である。

従来、電縫管の製造ラインにおいて、電縫溶接装置出側の熱処理装置では、長尺の設備とせざるを得ず、多大なランニングコストがかかることが課題となっていた。この原因は、従来の熱処理装置の加熱手段が管外面側のみに設置され、管外面側からのみ加熱しているため、肉厚全体を均一に加熱することが困難であり、必然的に管内外面間に温度差が生じるためであり、また、この温度差は間の肉厚が厚いほど増大して、厚肉になると管内外面の一方が目標温度から外れやすくなる、長尺の設備にして加熱を徐々に行って加熱時間を長くとり、熱伝導により内面温度を上昇させる必要があるという点にあった。

そこで、発明者らは加熱手段に着目し、検討した結果、設備が短くとも充分な加熱が可能であって、管外面側を過加熱させず、管内面側の加熱不足を防ぐには、管外面側のみならず管内面側にも誘導加熱手段を設置して、それらを用いて電縫管溶接部を加熱することが有効であることを把握した。
すなわち、従来の管外面側のみの加熱手段では、目標となるＡｃ_３変態点＋αの温度域に加熱する際、特に、肉厚が厚くなるほど、管外面側が目標温度に到達した場合でも管内面側の温度は目標温度にならない場合が多かった。そのため管外面側に設置した誘導加熱手段の設備長さを長くして熱伝導を利用しながら徐々に加熱せざるを得ず、非効率的な電縫管製造がなされていたわけである。

そこで、効率良く加熱する装置として、管外面側のみならず管内面側にも誘導加熱手段を設置して、管外面側、管内面側の双方から加熱すれば、肉厚が厚い場合でもその約１/２を加熱すればよいことになり、効率良く加熱できるわけである。
電縫溶接装置は、インピーダ付きの電縫溶接装置とする。インピーダは、電磁鋼板を束ねた棒状の装置である。これを、誘導コイルとスクイズロールの配設位置を含む所定の通材方向区間のオープン管内面側ないし管内面側に装入することで、誘導コイルによる誘導電流の未溶接シーム部への集中度を高め、溶接電流効率を向上させることができる。そして、インピーダは、本発明の熱処理装置において、管内面側に配置する誘導加熱手段を保持するために活用される。

管外面側の誘導加熱手段（外面側誘導加熱手段）は、従来の誘導加熱スタンドを用いて構成できるが、本発明ではそのスタンド数を従来よりも少なくすることができるのである。
管内面側の誘導加熱手段（内面側誘導加熱手段）は、管内面側に磁束発生ユニットを前記インピーダの先端を延長した部分で保持して通材方向に複数配置して構成される。磁束発生ユニットをインピーダの先端を延長した部分で保持することで、磁束発生ユニットをより安定的に保持でき、磁束発生ユニットの設置に必要な管内面側の空間も確保できる。

磁束発生ユニットは、管内面側に装入できて、電縫管溶接部の管内面側に誘導電流を効率良く発生させることが可能な磁束の発生源として機能するものである限りにおいて、その構成材料や、構造、形状、寸法は特に限定されない。

以下、実施例に基づいて説明する。
（本発明例）
図１は、本発明の１例を示す模式図である。電縫溶接装置１は、連続的に通材されるオープン管20の未溶接シーム部21を融点以上に加熱する誘導コイル15、および該加熱された未溶接シーム部21を圧着して電縫管溶接部を形成させるスクイズロール16を有する。なお、オープン管20は、フィンパススタンド９を最下流側のスタンドとするロール成形装置により、帯材を連続的に通材しつつロール成形して形成されたものである。この電縫溶接装置１に付随してインピーダ６がオープン管20内側ないし電縫管５内側に配設されている。

電縫溶接装置１の出側、好ましくは、図示のように、溶接ビード切削用の切削バイト12の出側に、本発明の１例とした電縫管溶接部の熱処理装置が設置されている。この熱処理装置は、管外面側に誘導加熱スタンド13を通材方向に４スタンド配置してなる外面側誘導加熱手段２と、管内面側に磁束発生ユニット４を、インピーダ６の先端を延長した部分７で保持して、通材方向に４ユニット配置してなる内面側誘導加熱手段３とを有する。インピーダ６およびインピーダ６の先端を延長した部分７はそれらの長手方向に貫通した中空の部分を有し、その中空内には管内面側の磁束発生ユニット４へ通電する通電板10が装入され、該通電板10は、フィンパススタンド９，９間における未溶接シーム部21の相互対面間隙を通って、管外面側に置かれた給電手段８と接続し、この給電手段８から給電される。したがって、管外面側の給電手段８から通電板10を介して管内面側の磁束発生ユニット４への給電が可能である。

また、外面側誘導加熱手段２の各誘導加熱スタンド13および内面側誘導加熱手段３の各磁束発生ユニット４の出側にそれぞれ温度計11を配置し、各温度計11の計測値に基く各誘導加熱スタンド13および/または各磁束発生ユニット４への給電量調整による電縫管溶接部の管外面側と管内面側の双方の温度制御を可能としている。
質量％で０．０５％Ｃ−０．２％Ｓｉ−１．４％Ｍｎを含有する組成の鋼（Ａｃ_３変態点が８６０℃）の帯材を、通材させつつ、レベラでの平坦化矯正に続きロール成形装置でオープン管に成形し、該オープン管の未溶接シーム部を電縫溶接装置で溶接して、外径６００ｍｍ、肉厚１９．１ｍｍの電縫管とし、引続いて図１に示した熱処理装置を用いて電縫管溶接部を熱処理した。該熱処理後の電縫管溶接部について、次の試験を行った。
１）組織試験：肉厚断面の組織を光学顕微鏡で調べた。
２）シャルピー試験：JIS Z 2242の規定に準拠して、衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取した。試験片の採取位置は、管長手方向の異なる10箇所で、試験片長さ方向を管周接線方向に平行とし、試験片ノッチ位置を電縫管溶接部の幅（管周方向での延在範囲）中心位置に合わせて、電縫管溶接部の肉厚中心部位から採取した。これら試験片を用いて、JIS Z 2242の規定に準拠して、試験温度：−４６℃でシャルピー衝撃試験を実施し、吸収エネルギーおよび脆性破面率を求めた。
（従来例）
従来例の熱処理装置は、図１の熱処理装置において、内面側誘導加熱手段３を削除し、外面側誘導加熱手段２のスタンド数を４から７に増やして構成された。

本発明例で用いたのと同様の帯材を、電縫溶接までは同様の工程で、同様のサイズの電縫管とし、引続いて前記従来例の熱処理装置を用いて電縫管溶接部を熱処理した。該熱処理後の電縫管溶接部について、本発明例と同様の試験を行った。
組織試験の結果によると、本発明例による電縫管では、電縫管溶接部の肉厚断面全体にほぼ均一なフェライト−パーライト組織が観察され、Ａｃ_３変態点超の目標温度に達して充分焼準されたことを示した。一方、従来例による電縫管では、管内面側にＡｃ_３変態点超の目標温度にかろうじて達したことを示す組織が観察され、管外面側には靭性を低下させる粗大ベイナイト組織の発達が観察された。

シャルピー試験の結果を表１に示す。表１より、本発明例による電縫管では、電縫管溶接部の熱処理装置のスタンド数が少ないにもかかわらず、溶接部の吸収エネルギーが高く脆性破面率が小さくて、靭性が良好であって製品の信頼性が高い。これに対し、従来例による電縫管では、電縫管溶接部の熱処理装置のスタンド数が多いのに、溶接部の吸収エネルギーが低く脆性破面率が大きくて、靭性が低下しており製品の信頼性に乏しい。

本発明の１例を示す模式図である。

符号の説明

１電縫溶接装置
２外面側誘導加熱手段
３内面側誘導加熱手段
４磁束発生ユニット
５電縫管
６インピーダ
７インピーダの先端を延長した部分
８給電手段
９フィンパススタンド
10 通電板
11 温度計
12 切削バイト
13 誘導加熱スタンド
15 誘導コイル
16 スクイズロール
20 オープン管
21 未溶接シーム部

Claims

帯材を連続的に通材しつつ、ロール成形してオープン管とし、該オープン管の未溶接シーム部を、インピーダ付きの電縫溶接装置で溶接してなる電縫管溶接部に対し、前記電縫溶接装置の出側で熱処理を施す電縫管溶接部の熱処理装置であって、管外面側に誘導加熱スタンドを通材方向に複数配置してなる外面側誘導加熱手段と、管内面側に磁束発生ユニットを前記インピーダの先端を延長した部分で保持して通材方向に複数配置してなる内面側誘導加熱手段とを有することを特徴とする電縫管溶接部の熱処理装置。