JP7341919B2 - 電縫鋼管の溶接ビード切削部の補修方法、及び電縫鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電縫鋼管の溶接ビード切削部の補修方法、及び電縫鋼管の製造方法に関する。

Ａｌめっき層、Ｚｎめっき層、又はＡｌ及びＺｎの少なくとも１種を含む合金めっき層を表面に有する電縫鋼管は、耐食性、耐候性及び耐熱性に優れていることから、建築材料、自動車部品、電気機器材料などにおいて広く用いられている。この電縫鋼管は、Ａｌめっき層、Ｚｎめっき層、又はＡｌ及びＺｎの少なくとも１種を含む合金めっき層を表面に形成した鋼帯の幅方向両端部を突き合わせて管状に成形した後、突き合せ部を電縫溶接することによって製造されている。電縫溶接では溶接ビードが形成されるため、溶接ビードを切削することが一般に行われている。溶接ビードを切削すると、めっき層が除去されるため、溶射によって切削部が補修されている。

切削部の補修方法としては、例えば、特許文献１には、切削部をアーク溶射によって補修する方法が提案されている。
しかしながら、アーク溶射は、一般に、切削部に形成される補修層（アーク溶射層）の厚みが長手方向でばらつき易い。そのため、特許文献１の方法は、補修層の厚みが小さい部分が腐食の起点となり易く、耐食性を十分に確保することができない。

また、特許文献２には、切削部に対してＡｌをガスフレーム溶射した後、Ｚｎ又はＺｎ－Ａｌ合金をガスフレーム溶射して補修する方法が提案されている。
しかしながら、ガスフレーム溶射は、一般に、補修層（ガスフレーム溶射層）の厚みを大きくすることが難しい。そのため、特許文献２の方法は、耐食性を確保するために、溶射時のラインスピードを低下させて補修層の厚みを確保する必要があり、電縫鋼管の生産性が低下し易い。

さらに、特許文献３には、切削部をガスフレーム溶射した後、アーク溶射して補修する方法が提案されている。

特開平５－２２２５０９号公報 特開平８－１２７８５５号公報 特開平４－５６７５７号公報

特許文献３の方法は、アーク溶射とガスフレーム溶射とを組み合わせることにより、各溶射方法の欠点を解消することができると考えられる。
しかしながら、ガスフレーム溶射を行った後にアーク溶射を行う特許文献３の方法は、ガスフレーム溶射によって形成される補修層（ガスフレーム溶射層）とアーク溶射によって形成される補修層（アーク溶射層）との密着性が悪く、その後の加工処理などで補修層が剥離し易い。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、アーク溶射層とガスフレーム溶射層との密着性が高く、且つ耐食性に優れる補修層を形成することが可能な電縫鋼管の溶接ビード切削部の補修方法、及び電縫鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記のような問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、所定のめっき層を表面に有する電縫鋼管の溶接ビード切削部に対して、アーク溶射を行ってアーク溶射層を形成した後にガスフレーム溶射を行ってガスフレーム溶射層を形成することにより、アーク溶射層とガスフレーム溶射層との密着性が高く、且つ耐食性に優れる補修層を形成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、Ａｌめっき層、Ｚｎめっき層、又はＡｌ及びＺｎの少なくとも１種を含む合金めっき層を表面に有する電縫鋼管の溶接ビード切削部上に、アーク溶射層及びガスフレーム溶射層から構成される２層構造の補修層を形成する電縫鋼管の溶接ビード切削部の補修方法であって、前記溶接ビード切削部に対して、アーク溶射を行って前記アーク溶射層を形成した後、前記アーク溶射層上にガスフレーム溶射を行って前記ガスフレーム溶射層を形成し、前記ガスフレーム溶射層の平均厚みが３～３０μｍである、電縫鋼管の溶接ビード切削部の補修方法である。

また、本発明は、前記補修方法を含む、電縫鋼管の製造方法である。

本発明によれば、アーク溶射層とガスフレーム溶射層との密着性が高く、且つ耐食性に優れる補修層を形成することが可能な電縫鋼管の溶接ビード切削部の補修方法、及び電縫鋼管の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

本発明の実施形態に係る電縫鋼管の溶接ビード切削部の補修方法（以下、「補修方法」と略すことがある）は、めっき層を有する電縫鋼管の溶接ビード切削部に対して、アーク溶射を行ってアーク溶射層を形成した後、アーク溶射層上にガスフレーム溶射を行ってガスフレーム溶射層を形成することを含む。

ここで、本明細書において「アーク溶射」とは、溶射ガンから連続的に送給される２本の溶射材料（ワイヤ）の先端で直流アーク放電を発生させ、溶融した金属を圧縮空気などで吹き飛ばす溶射法を意味する。また、本明細書において「ガスフレーム溶射」とは、燃料と酸素ガスが充満した燃焼フレーム内に溶射ガンから溶射材料（ワイヤ）を連続的に供給し、フレーム内で溶融した材料を圧縮空気などで吹き飛ばす溶射法を意味する。

アーク溶射によって形成されるアーク溶射層は、ガスフレーム溶射によって形成されるガスフレーム溶射層に比べて、溶射された溶融金属の温度が高いため、溶接ビード切削部に対する密着強度が高い。そのため、溶接ビード切削部に対し、最初にアーク溶射を行ってアーク溶射層を形成することにより、溶接ビード切削部とアーク溶射層との密着性を高めることができる。
また、アーク溶射は、ガスフレーム溶射に比べて、溶射ワイヤを溶融させるためのエネルギー密度が高く、皮膜形成速度が速い。そのため、アーク溶射を行うことにより、厚みが大きいアーク溶射層（補修層）を形成し、補修層の耐食性を高めることができる。

一方、アーク溶射層では、溶射ワイヤの先端部での間欠的なアーク放電により溶融された金属が粒子となって基板表面に溶着するため、溶接ビード切削部の長手方向で厚みがばらつき易く、厚みが小さい部分が腐食の起点となって耐食性が低下する恐れがある。そこで、アーク溶射層上にガスフレーム溶射を行ってガスフレーム溶射層を形成することにより、溶接ビード切削部の長手方向におけるアーク溶射層の厚みのばらつきを少なくし、補修層全体としての耐食性を安定して高めることができる。
また、アーク溶射層は、ガスフレーム溶射層に比べて表面が粗い。そのため、アーク溶射層上にガスフレーム溶射層を形成することにより、アンカー効果によってアーク溶射層とガスフレーム溶射層との密着性を高めることもできる。

アーク溶射層の材質としては、特に限定されず、耐食性を有する各種金属を用いることができる。アーク溶射層の材質の例としては、Ａｌ、Ｚｎ、これらの元素を含む合金（Ｚｎ－Ａｌ合金など）などが挙げられる。その中でも、アーク溶射層は、Ａｌを含むことが好ましく、Ａｌ単体から形成されていることが好ましい。
アーク溶射層は、２本の溶射材料（ワイヤ）の種類を適宜選択することにより、各種材質のアーク溶射層を形成することができる。例えば、材質がＡｌのアーク溶射層を形成する場合、２本の溶射材料としてＡｌワイヤを選択すればよい。また、材質がＺｎ－Ａｌ合金のアーク溶射層を形成する場合、２本の溶射材料としてＺｎ－Ａｌ合金ワイヤを用いるか、又はＺｎワイヤとＡｌワイヤとを組み合わせて用いればよい。ただし、ＺｎワイヤとＡｌワイヤとを組み合わせて用いた場合、アーク溶射層でＺｎ及びＡｌが均一に分布し難く、所望の耐食性が得られ難いため、２本の溶射材料（ワイヤ）は同一成分であることが好ましい。

アーク溶射層の平均厚みは、特に限定されないが、好ましくは１０～８０μｍである。このような範囲に平均厚みを制御することにより、補修層全体としての厚みを十分に確保することができるため、補修層の耐食性を高めることができる。
ここで、本明細書において「アーク溶射層の平均厚み」とは、溶接ビード切削部に形成されたアーク溶射層及びガスフレーム溶射層の補修層断面の顕微鏡写真において、電縫鋼管の円周方向（Ｃ方向）で測定されたアーク溶射層の厚みの平均値を意味する。

アーク溶射の条件は、使用する溶射装置及び溶射材料の種類などに応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。
なお、アーク溶射を行う際に溶接ビード切削部を加熱してもよい。溶射材料の種類にもよるが、例えば、２００～３５０℃に溶接ビード切削部を加熱してアーク溶射を行うことにより、溶接ビード切削部とアーク溶射層との密着性を高めることができる。

ガスフレーム溶射層の材質としては、特に限定されないが、Ｚｎ及びＡｌを含むことが好ましい。ガスフレーム溶射層の材質の例としては、Ｚｎ－Ａｌ合金が挙げられる。
ガスフレーム溶射層は、１本の溶射材料（ワイヤ）の種類を適宜選択することにより、各種材質のガスフレーム溶射層を形成することができる。例えば、材質がＺｎ－Ａｌ合金のガスフレーム溶射層を形成する場合、１本の溶射材料としてＺｎ－Ａｌ合金ワイヤを用いればよい。

ガスフレーム溶射層の平均厚みは、特に限定されないが、好ましくは３～３０μｍである。このような範囲に平均厚みを制御することにより、アーク溶射層の厚みのばらつきを安定的に低減させることができる。
ここで、本明細書において「ガスフレーム溶射層の平均厚み」とは、溶接ビード切削部に形成されたアーク溶射層及びガスフレーム溶射層の補修層断面の顕微鏡写真において、電縫鋼管の円周方向（Ｃ方向）で測定されたガスフレーム溶射層の厚みの平均値を意味する。

ガスフレーム溶射の条件は、使用する溶射装置及び溶射材料の種類などに応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。

本発明の実施形態に係る補修方法は、各種めっき層を表面に有する電縫鋼管の溶接ビード切削部に適用することができるが、めっき層は、電縫鋼管の耐食性の観点から、Ａｌめっき層、Ｚｎめっき層、又はＡｌ及びＺｎの少なくとも１種を含む合金めっき層から選択される。その中でも、めっき層は、Ａｌ、Ｚｎ及びＭｇを含む合金めっき層であることが好ましい。

本発明の実施形態に係る電縫鋼管の製造方法は、上記の補修方法を含む。
補修方法以外の工程は、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。具体的には、次のようにして電縫鋼管を製造することができる。まず、Ａｌめっき層、Ｚｎめっき層、又はＡ１及びＺｎの少なくとも１種を含む合金めっき層を表面に有するめっき鋼帯の幅方向両端部を突き合わせて管状にロール成形した後、突き合せ部を電縫溶接する。次に、溶接ビードを切削し、溶接ビード切削部に上記の補修方法によって補修層を形成することにより、電縫鋼管を得ることができる。なお、電縫鋼管は、補修層の形成後に、サイジングロールを用いて所望のサイズに調整することができる。

以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。

（実施例１）
Ａｌ、Ｚｎ及びＭｇを含む合金めっき層を表面に有する電縫鋼管（外径４２．７ｍｍ×厚み２．３ｍｍ）の溶接ビード切削部に対して、Ａｌワイヤ（径１．４ｍｍ）２本を用いてアーク溶射（第１溶射工程）を行った後に、ＺｎＡｌワイヤ（径１．４ｍｍ）１本を用いてガスフレーム溶射（第２溶射工程）を行うことにより、溶接ビード切削部の補修を行った。溶射工程では、電縫鋼管の搬送速度を８０ｍ／分、アーク溶射ガンとガスフレーム溶射ガンとの間の距離を４００ｍｍとした。アーク溶射では、高速インバータドライブ溶射装置（ディーテック株式会社製ＡＲＣ－ＢＯＹ Ａ４００；以下の実施例及び比較例でも同じ装置を使用した）を用い、２本のワイヤの送給速度をいずれも１３ｍ／分、圧縮空気の圧力を０．５２ＭＰａ、電圧を２１．４Ｖ、電流を１７０Ａ、溶射ガンと溶接ビード切削部との間の距離を３０ｍｍとした。ガスフレーム溶射では、ガス式メタライジング溶射機（コーケン・テクノ株式会社製ＣＤ－３型ガス・フレーム式金属ワイヤー溶射機；以下の実施例及び比較例でも同じ装置を使用）を用い、ワイヤの送給速度を４．２ｍ／分、圧縮空気の圧力を０．４ＭＰａ、溶射ガンと溶接ビード切削部との間の距離を３０ｍｍとした。

（実施例２）
実施例１と同様の電縫鋼管の溶接ビード切削部に対して、Ａｌワイヤ（径１．４ｍｍ）２本を用いてアーク溶射（第１溶射工程）を行った後に、ＺｎＡｌワイヤ（径１．４ｍｍ）１本を用いてガスフレーム溶射（第２溶射工程）を行うことにより、溶接ビード切削部の補修を行った。溶射工程では、アーク溶接における２本のワイヤの送給速度をいずれも８ｍ／分としたこと以外は、実施例１と同様にした。

（比較例１）
実施例１と同様の電縫鋼管の溶接ビード切削部に対して、Ａｌワイヤ（径１．４ｍｍ）２本を用いてアーク溶射（第１溶射工程）を行うことにより、溶接ビード切削部の補修を行った。アーク溶射の条件は、実施例１と同様にした。また、溶射工程におけるその他の条件は実施例１と同様にした。

（比較例２）
実施例１と同様の電縫鋼管の溶接ビード切削部に対して、Ａｌワイヤ（径１．４ｍｍ）２本を用いてアーク溶射（第１溶射工程）を行うことにより、溶接ビード切削部の補修を行った。アーク溶射の条件は、実施例２と同様にした。また、溶射工程におけるその他の条件は実施例１と同様にした。

（比較例３）
実施例１と同様の電縫鋼管の溶接ビード切削部に対して、ＺｎＡｌワイヤ（径１．４ｍｍ）１本を用いてガスフレーム溶射（第１溶射工程）を行った後に、Ａｌワイヤ（径１．４ｍｍ）２本を用いてアーク溶射（第２溶射工程）を行うことにより、溶接ビード切削部の補修を行った。ガスフレーム溶射では、ワイヤの送給速度を４．２ｍ／分、圧縮空気の圧力を０．４ＭＰａ、溶射ガンと溶接ビード切削部との間の距離を３０ｍｍとした。また、アーク溶射では、２本のワイヤの送給速度をいずれも１３ｍ／分、圧縮空気の圧力を０．５２ＭＰａ、電圧を２１．４Ｖ、電流を１７０Ａ、溶射ガンと溶接ビード切削部との間の距離を３０ｍｍとした。溶射工程におけるその他の条件は実施例１と同様にした。

（比較例４）
実施例１と同様の電縫鋼管の溶接ビード切削部に対して、ＺｎＡｌワイヤ（径１．４ｍｍ）１本を用いてガスフレーム溶射（第１溶射工程）を行った後に、Ａｌワイヤ（径１．４ｍｍ）２本を用いてアーク溶射（第２溶射工程）を行うことにより、溶接ビード切削部の補修を行った。溶射工程では、アーク溶接における２本のワイヤの送給速度をいずれも８ｍ／分としたこと以外は、比較例３と同様にした。

（比較例５）
実施例１と同様の電縫鋼管の溶接ビード切削部に対して、ＺｎＡｌワイヤ（径１．４ｍｍ）１本を用いてガスフレーム溶射（第１溶射工程）を行うことにより、溶接ビード切削部の補修を行った。ガスフレーム溶射の条件は、比較例３及び４と同様にした。溶射工程におけるその他の条件は実施例１と同様にした。

（比較例６）
実施例１と同様の電縫鋼管の溶接ビード切削部に対して、Ａｌワイヤ（径１．４ｍｍ）１本を用いてガスフレーム溶射（第１溶射工程）を行うことにより、溶接ビード切削部の補修を行った。ガスフレーム溶射では、ワイヤの送給速度を２．８ｍ／分、圧縮空気の圧力を０．４ＭＰａ、溶射ガンと溶接ビード切削部との間の距離を３０ｍｍとした。溶射工程におけるその他の条件は実施例１と同様にした。

（比較例７）
実施例１と同様の電縫鋼管の溶接ビード切削部に対して、Ａｌワイヤ（径１．４ｍｍ）１本を用いてガスフレーム溶射（第１溶射工程）を行った後に、ＺｎＡｌワイヤ（径１．４ｍｍ）１本を用いてガスフレーム溶射（第２溶射工程）を更に行うことより、溶接ビード切削部の補修を行った。溶射工程では、電縫鋼管の搬送速度を８０ｍ／分、２つのガスフレーム溶射ガンとの間の距離を４００ｍｍとした。最初のガスフレーム溶射では、ワイヤの送給速度を２．８ｍ／分、圧縮空気の圧力を０．４ＭＰａ、溶射ガンと溶接ビード切削部との間の距離を３０ｍｍとした。また、後のガスフレーム溶射では、ワイヤの送給速度を４．２ｍ／分、圧縮空気の圧力を０．４ＭＰａ、溶射ガンと溶接ビード切削部との間の距離を３０ｍｍとした。
なお、上記の実施例及び比較例における主要な溶射条件を表１に示す。

上記の実施例及び比較例で補修した電縫鋼管について、以下の評価を行った。

（補修層（溶射層）の厚み）
電縫鋼管の補修層が形成された位置を切断した。切断方向は、電縫鋼管の円周方向（Ｃ方向）とした。切断面について顕微鏡観察（４００倍）を行い、顕微鏡写真において、任意の１０点で補修層の厚みを測定し、その平均を平均厚みとした。
なお、この評価において、第１溶射工程で得られた層を第１溶射層、第２溶射工程で得られた層を第２溶射層と表す。

（補修層の密着性）
補修層の密着性は、直管の（曲げ加工していない）電縫鋼管及び曲げ加工した後の電縫鋼管の両方において評価した。
直管の電縫鋼管における補修層の密着性は、電縫鋼管の補修層の表面に市販のセロテープ（登録商標）を貼り、セロテープ（登録商標）を剥がした時の補修層の剥離の有無を評価した。
曲げ加工した電縫鋼管における補修層の密着性は、電縫鋼管を二次元曲げ加工した後、曲げ部の補修層の表面に市販のセロテープ（登録商標）を貼り、セロテープ（登録商標）を剥がした時の補修層の剥離の有無を評価した。
これらの評価において、補修層の剥離がなかったものを〇、補修層の一部の剥離があったものを×と表す。

（補修層の耐食性）
１．ＣＣＴ試験（塩乾湿複合サイクル試験）
ＣＣＴ試験は、補修した電縫鋼管を所定の長さに切断した試験片で行った。
ＣＣＴ試験は以下の（１）～（３）を１サイクルとして、６６０サイクル繰り返した。
（１）塩水噴霧（３５℃、５％ＮａＣｌ、１５分）
（２）乾燥（６０℃、３０％ＲＨ、６０分）
（３）湿潤（５０℃、９５％ＲＨ、３時間）
ＣＣＴ試験の評価において、溶射部に赤錆がないものを〇、赤錆が発生したものを×と表す。

２．ＢＢＴ試験（湿潤試験）
ＢＢＴ試験は、補修した電縫鋼管を所定の長さに切断した試験片で行った。
ＢＢＴ試験は、温度５０℃、湿度９８％ＲＨの環境下で３５００時間放置することによって行った。
ＢＢＴ試験の評価において、表面に赤錆が発生していないものを〇、赤錆が発生したものを×と表す。

上記の各評価結果を表２に示す。

表２に示されるように、アーク溶射を行った後にガスフレーム溶射を行うことで補修層を形成した実施例１及び２の電縫鋼管は密着性が良好であり、実施例１の電縫鋼管は耐食性も良好であった。
これに対して比較例１及び５～７の電縫鋼管は、密着性は良好であったものの、耐食性が十分でなかった。例えば、アーク溶射のみで補修層を形成した比較例１の電縫鋼管は、補修層（溶射層）の厚みは大きかったものの、その厚みのバラツキが大きく、耐食性が十分でなかった。特に、厚みが小さい箇所で赤錆の発生が確認された。また、ガスフレーム溶射のみで補修層を形成した比較例５及び６の電縫鋼管は、補修層の厚みが小さく、耐食性が十分でなかった。さらに、異なる溶射材でガスフレーム溶射を２回行うことで補修層を形成した比較例７の電縫鋼管は、補修層の厚みが依然として十分でなく、耐食性が十分でなかった。
ガスフレーム溶射を行った後にアーク溶射を行うことで補修層を形成した比較例３及び４の電縫鋼管は、曲げ加工後の補修層の密着性が不十分であり、補修層の部分的な剥離が観察された。剥離した部分について分析した結果、第１溶射層（ガスフレーム溶射層）と第２溶射層（アーク溶射層）との間で剥離していることが確認された。

以上の結果からわかるように、本発明によれば、アーク溶射層とガスフレーム溶射層との密着性が高く、且つ耐食性に優れる補修層を形成することが可能な電縫鋼管の溶接ビード切削部の補修方法、及び電縫鋼管の製造方法を提供することができる。

Claims (6)

1. Ａｌめっき層、Ｚｎめっき層、又はＡｌ及びＺｎの少なくとも１種を含む合金めっき層を表面に有する電縫鋼管の溶接ビード切削部上に、アーク溶射層及びガスフレーム溶射層から構成される２層構造の補修層を形成する電縫鋼管の溶接ビード切削部の補修方法であって、
   前記溶接ビード切削部に対して、アーク溶射を行って前記アーク溶射層を形成した後、前記アーク溶射層上にガスフレーム溶射を行って前記ガスフレーム溶射層を形成し、
   前記ガスフレーム溶射層の平均厚みが３～３０μｍである、電縫鋼管の溶接ビード切削部の補修方法。
2. 前記アーク溶射層がＡｌを含む、請求項１に記載の補修方法。
3. 前記ガスフレーム溶射層がＡｌ及びＺｎを含む、請求項１又は２に記載の補修方法。
4. 前記アーク溶射層の平均厚みが１０～８０μｍである、請求項１～３のいずれか一項に記載の補修方法。
5. 前記電縫鋼管が、Ａｌ、Ｚｎ及びＭｇを含む合金めっき層を表面に有する電縫鋼管である、請求項１～４のいずれか一項に記載の補修方法。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の補修方法を含む、電縫鋼管の製造方法。