JPH01176037A - 溶接鋼管の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＵＯＥ鋼管、スパイラル鋼管、板巻鋼管など
、一般に溶接余盛を有する溶接鋼管の熱処理方法に関し
、特に所定の加熱段階に従って制御した熱処理を行うこ
とにより、生産性を向上しつつ、真円度の良好な溶接鋼
管が得られるものである。

〔従来の技術〕

最近は、極めて過酷な腐食環境下で使用できる耐食性に
優れた大径のステンレス鋼管（２相ステンレス鋼管、オ
ーステナイトステンレス鋼管）や高合金鋼管の需要が高
まってきている。

これらの大径鋼管は、ＵＯＥ法、スパイラル法。

板巻法等で鋼板を円筒状に成形し、継目を溶接して形成
される。しかして、得られた鋼管の強度。

靭性或いは耐食性を改善するために、鋼管に焼入れ、焼
戻し或いは溶体化処理等の熱処理を施すことが一般に行
われている。

第４図は通常の大径鋼管の熱処理用の誘導加熱装置を示
すもので、４個の直列に並べた誘導加熱コイル２ａ〜２
ｄと、更にポンプ５で冷却水が送られる外面冷却装置３
又は内面冷却装置４を備えている。鋼管１は、図の左側
より一定速度で送られて、誘導加熱コイル２ａ〜２ｄに
より予め設定された温度まで加熱、保持された後、冷却
装置３又は４により冷却される。

第５図は、このようにして、２４〃φ×７鶴の薄肉の２
相ステンレスＵＯＥ鋼管を誘導加熱により加熱し、１０
５０℃で溶体化処理した場合の昇温カーブの一例を表し
たものである。溶接鋼管の溶接部は、管内外面から余盛
りされて、薄肉の母材よりかなり厚めになっており、そ
れゆえ加熱中の溶接部の温度は母材より低くなっている
。例えば昇温途中における母材と溶接余盛部との温度差
Δｔをみると、図から加熱温度６５０°Ｃ付近ではΔｔ
＝１０８°Ｃ１最高加熱温度の１０５０　”ＣでもΔｔ
＝６０°Ｃあることがわかる。ところで、この２相ステ
ンレス鋼の熱膨張率は８００〜１０００℃の間で２Ｘ１
０−’／ｄｅｇ程度である。それゆえ、ステンレス鋼の
剛性がほとんど失われている温度領域である８００°Ｃ
以上の範囲では、この場合、上記温度差Δｔに基づく膨
張量の差により母材と溶接余盛部との間で０．１２％の
長さ変化が生じる。その結果、鋼管１は第６図に示すよ
うに塑性変形し、その断面形状が溶接余盛Ｂを含む径φ
１方向に長く（縦長）なって真円度が劣化する。

この真円度劣化の現象は、鋼管の剛性が小さく、余盛比
（溶接部厚さ／母材部厚さ）の大きい薄肉管や大径管で
特に著しく、場合によっては加熱中にコイルや冷却装置
に鋼管が衝突して熱処理の続行が不可能になることさえ
ある。

そこで、このような不都合を解決するための大径溶接鋼
管の熱処理方法が特開昭６２−４８３０号公報に提案さ
れている。これは、大径溶接鋼管を主加熱器によって加
熱し、この後、ただちに、前記大径溶接鋼管を冷却手段
によって冷却することからなる、大径溶接鋼管の熱処理
方法において、前記大径溶接鋼管が、前記主加熱器によ
って加熱される直前および／または加熱された直後に、
前記大径溶接鋼管の溶接部を補助加熱器によって加熱し
、かくして、前記溶接部に、前記大径溶接鋼管の母材部
に比べてより高温度の下で熱処理を施すことを特徴とす
るものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の大径溶接鋼管の熱処理方法に
あっては、誘導加熱の前或いは後に、補助加熱器として
のビードヒータを付加して母材と溶接余盛部との均熱は
かっているが、溶接余盛部のビード高さ等の形状が不規
則になっている場合の加熱温度の制御が非常に困難であ
り、実用化することは難しかった。すなわち、主加熱器
での誘導加熱後にビードヒータで溶接部を加熱する方法
では、ビードヒータの制御性が悪いために、主加熱器に
よる加熱中に生じた真円度の悪化を防止することはでき
ない。又、主加熱器での誘導加熱前にビードヒータで溶
接部を予熱する方法では、母材と溶接部との間に逆に大
きな温度差をつけることになり、真円度の悪化を来たす
。

なお、熱処理による真円度劣化は、このような加熱中の
母材と溶接部との熱膨張差によるものの他に、冷却時の
冷却ムラにより生じるものがある。

例えば第７図は、６０９．６φ×７■ｔの薄肉２相ステ
ンレス溶接鋼管の溶接余盛高さを、人為的に調整したも
のを被検体とし、母材と溶接部に種々の温度差ΔＴを発
生させるようにして、１０５０°Ｃ溶体化処理を行った
後、冷却した場合の真円度の変化を表したものであり、
縦軸に溶接部を含む径（縦）とこれに直交する径（横）
との差ΔＤとして表した真円度をとり、横軸に鋼の降伏
応力が急激に低下しはじめる７００″Ｃ以上での母材と
溶接部の温度差ΔＴをとっている。図中、Ｏ印は１０５
０℃に加熱後に空冷したもの、Δ印は同温度に加熱後に
３０°Ｃ／秒の速い冷却速度で水冷したものである。

図において、加熱後空冷したちの（○印）の真円度劣化
は、冷却速度の遅い空冷中ではなく１０５０°Ｃの溶体
化処理加熱中に既に生じたものと考えられ、このことか
らも薄肉管で溶接余盛が比較的大きい場合は加熱中の真
円度劣化が極めて大きいといえる。

なお、溶接鋼管の内外面の溶接余盛を研削等の手段で完
全に除去すれば、母材と溶接部との温度差は発生せず、
したがって真円度の劣化は生じないが、余盛の除去に多
大な時間と労力を要するという問題点がある。

また、溶接鋼管加熱の昇温速度を十分遅くすれば、母材
と溶接部との温度差をある程度まで小さくできるが、生
産性が低下するという問題点がある。

そこで本発明の目的とするところは、加熱段階を所定の
パターンに制御した熱処理を行うことにより、生産性を
低下させることなく、真円度の良好な薄肉の溶接鋼管が
得られる溶接鋼管の熱処理方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成する本発明の第一の発明は、溶接鋼管
を長手方向に移送しながら誘導加熱コイルによって加熱
した後に冷却する溶接鋼管の熱処理方法において、前記
誘導加熱コイルにより鋼管母材温度が４００°Ｃないし
７００°Ｃの温度域になるまで急速加熱を行い、前記温
度領域の均熱帯により母材部と溶接部の温度をほぼ均一
とし、その後所定の温度まで緩昇温してから冷却する。

また本発明の第二の発明は、溶接鋼管を長手方向に移送
しながら誘導加熱コイルによって加熱した後に冷却する
溶接鋼管の熱処理方法において、溶接ビード外表面を光
沢面とした後に前記誘導加熱コイルにより鋼管母材温度
が４００°Ｃないし７００°Ｃの温度域になるまで急速
加熱を行い、前記温度領域の均熱帯により母材部と溶接
部の温度をほぼ均一とし、その後所定の温度まで緩昇温
してから冷却する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図とともに説明する。

なお、図中、従来と同一または相当部分には同一符号を
付しである。

第１図は、本発明に用いる熱処理装置示し、誘導加熱コ
イル２ａと２ｂとの間に均熱帯６が設けである。

２４〃φ×７鶴の薄肉のステンレス溶接鋼管１は、この
熱処理装置内を図の左から右へ一定の送り速度で搬送さ
れつつ熱処理される。そのとき、誘導加熱コイル２ａで
は鋼管１の母材温度が４００″Ｃ〜７００℃の温度域に
なるまで急速加熱を行う。次に、上記と同温度領域であ
る４００°Ｃ〜７００℃（この実施例では５９０″Ｃ〜
６５０″Ｃ）に保つガス燃焼炉からなる均熱帯６により
、母材部と溶接部の温度を略均−とする。その後、誘導
加熱コイル２ｂ〜２ｄで、目標温度５例えば溶体化処理
温度１０５０°Ｃまで緩い昇温速度で緩昇温してから冷
却装置３，４により強制的に水冷するか、又は自然に放
冷するゆ 第２図に前記の熱処理における昇温カーブを示す。昇温
開始から２分間は誘導加熱コイル２ａによる急速加熱領
域であるが、立ち上がりの１分間はみるべき昇温はなく
、実質的には約１分間で６９０°Ｃまで昇温しでいる。

このとき鋼管の母材部と溶接部との間には約１００°Ｃ
の温度差が発生している。

ここで、急速加熱温度の上限を７００　’Ｃとした理由
は、ステンレス鋼管の温度が７００℃を越えると、鋼管
の降伏応力が著しく低下して次の均熱帯中で変形を起こ
し、真円度の劣化が生じるためである。第３図は、２４
〃φ×７ｆｌの２相ステンレス溶接鋼管の熱処理におい
て、均熱帯入口温度を変えた場合の真円度の変化を示し
たもので、７００°Ｃを越えると真円度が大きく劣化す
る。

一方、急速加熱温度の下限を４００″Ｃとした理由は、
炭素鋼鋼板の場合の熱伝導率は温度の低下とともに高（
なるが、４００°Ｃ以下では均熱帯以降の鋼管温度の昇
温割合が大きくなるから、生産性が低下することとなり
好ましくないためである。

２分間後から４分過ぎまでの間は均熱帯６の領域である
。均熱帯の目的は母材と溶接部との温度の均一化にあり
、４００〜７００°Ｃの範囲内であれば均熱帯内で鋼管
の温度が低下してもかまわない。鋼管の鋼種を勘案すれ
ば、望ましくは均熱帯の温度は炭素鋼の場合４００〜６
００°Ｃ、ステンレス鋼の場合５００〜７００℃がよい
。

均熱保持時間については特に範囲を定めないが、溶接ビ
ード高さ等に応じて必要とされる熱処理後の真円度の補
正程度を勘案して決定すればよい。

均熱帯以後の約１．５分間は緩昇温領域であり、この間
で溶体化処理温度である１０５０°Ｃに昇温される。

表１は、この発明による熱処理方法と他の熱処理方法と
の結果を比較して示したものである。

表中、隘１〜隘４は２相ステンレス鋼管、患５〜Ｎ［Ｌ
７はオーステナイト系ステンレス鋼管（ＳＵＳ３１６Ｌ
）、ｒｋ８−［１１はＡＰＩ　　５ＬＸ７０相当の炭素
鋼であり、Ｎ１１．２．５．６，８゜１０が本発明によ
る均熱を行ったものである。

なお熱処理前の鋼管母材表面は圧延のまま、或いは溶体
化処理のままのスケール付の面である。

又、溶接ビードの外表面を光沢面とした場合の効果をみ
るため、１ｌｋ２．　４．　６は溶接ビードの外表面を
グラインダで研磨した後、熱処理を施しである。

又、加熱後の冷却は、Ｎ１１０．１１の規準処理（ＮＯ
ＲＵＭＡ）を除き、水冷で行っている。

２相ステンレス鋼管の場合、均熱処理を行わなかった嵐
３では、誘導加熱コイル２ｂ出口での母材と溶接部の温
度差は８６°Ｃに達し、熱処理後の真円度は４８鶴の縦
長に劣化した。一方、誘導加熱コイル２ａ、２ｂの間に
均熱帯を設けて６９０°Ｃで均熱を行った！１ｍｌは、
加熱コイル２ｂ出口での温度差が２７°Ｃと約１／３に
なり、熱処理後の真円度も１６鶴と改善された。均熱に
加えて溶接ビード表面をグラインダで研磨した患２では
、母材と溶接部の温度差は１１°Ｃと著しく小さくなり
、熱処理後の真円度も１２鶴と良好である。又、均熱を
行わず溶接と一ド表面をグラインダで研磨したｌｌ！［
Ｌ４では、温度差４５°Ｃ２真円度２８鶴と、比較例の
嵐３に比べ改善されている。

以上のような真円度の改善は、其の他の鋼種である５Ｕ
Ｓ３１６Ｌ（磁５〜７）や炭素鋼（患８〜１１）につい
ても同様に認められる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、均熱帯までの
急速昇温→４００〜７００°Ｃ温度領域での均熱→所定
の熱処理温度までの緩昇温の如くに加熱段階を制御する
ものとし、更には上記加熱段階以前に溶接ビード外表面
を光沢面とするものとした。そのため、大径の薄肉溶接
鋼管であっても、溶接余盛部と母材との間の熱膨張量の
差が無くなり、生産性を向上させつつ、真円度の良好な
鋼管を提供できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における熱処理装置の側面図、第２図は
本発明の熱処理方法における加熱パターンの一例を示す
グラフ、第３図は本発明の熱処理方法における均熱帯温
度と被熱処理鋼管の真円度の関係を示すグラフ、第４図
は従来の熱処理装置の側面図、第５図は従来の熱処理方
法における加熱パターンの一例を示すグラフ、第６図は
真円度の劣化を説明する模式図、第７図は冷却方法と真
円度との関係を示すグラフである。 図において、１は溶接鋼管、２ａ、　　２ｂ、２Ｃ。 ２ｄは誘導加熱コイル、３．４は冷却装置である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接鋼管を長手方向に移送しながら誘導加熱コイ
   ルによって加熱した後に冷却する溶接鋼管の熱処理方法
   において、前記誘導加熱コイルにより鋼管母材温度が４
   ００℃ないし７００℃の温度域になるまで急速加熱を行
   い、前記温度領域の均熱帯により母材部と溶接部の温度
   をほぼ均一とし、その後所定の温度まで緩昇温してから
   冷却することを特徴とする溶接鋼管の熱処理方法。
2. （２）溶接鋼管を長手方向に移送しながら誘導加熱コイ
   ルによって加熱した後に冷却する溶接鋼管の熱処理方法
   において、溶接ビード外表面を光沢面とした後に前記誘
   導加熱コイルにより鋼管母材温度が４００℃ないし７０
   ０℃の温度域になるまで急速加熱を行い、前記温度領域
   の均熱帯により母材部と溶接部の温度をほぼ均一とし、
   その後所定の温度まで緩昇温してから冷却することを特
   徴とする溶接鋼管の熱処理方法。