JPH03211255A - リールバージ敷設性に優れた高靭性電縫鋼管 - 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、リールバージ敷設性に優れた高靭性！縫鋼管
に関するものである。

［従来の技術Ｊ 従来、海底ラインパイプの敷設方法としては、第２図に
示すように、バージｌ上で手溶接、ＭＩＧ　（Ｍｅｔａ
ｌ　Ｉｎｅｒｔ　Ｇａ５１溶接またはＭ　Ａ　Ｇ　ｆＭ
ｅｔａｌＡｃｔｉｖｅ　Ｇａ５１溶接により円周溶接を
行い、接続したバイブ２を送り出して海底４に敷設する
方法が最も一般的である。しかし、この方法ではバージ
１上にて溶接、溶接部の検査、コーティング等を行う必
要があり、作業スペースが狭いために作業効率の点が劣
ること、あるいは天候の影響を大きく受けるために作業
能率が悪いことなどの点より問題があった。

このため、第３図（ａ）に示すように、陸上５で円周溶
接、検査、及びコーティング等を行い、できあがった長
尺のバイブ２を海上のバージｌのリール３上に巻き取り
、第３図（ｂ）に示すように目的とする海上においで、
リール３からバイブ２を巻き戻しながら海底４に敷設す
る。いわゆるリールバージ法が多用されつつある。

このリールバージ法では、非常に効率的に作業を行うこ
とができるものの、リール３に巻き取る時あるいは海底
に敷設するためにリール３から巻き戻す時に、バイブ２
の一部に引張及び圧縮の応力がかかり、第４図に示すよ
うにバイブ２の円周溶接７のトウ部に割れが生じやすい
という問題があった。

従来より、溶接部の靭性を改良する方法としては、特公
昭６０−３１８８８号あるいは特開昭５３−１２５７１
号がある。前者は、母材成分の炭素当量を規定しかつ溶
接後熱処理を行うものであり、後者は溶接時に被溶接材
料に超音波振動を付与して行うものである。これらは、
溶接部の靭性向上に効果はあるものの、前者では特に熱
処理工程の追加が必要である。後者は超音波を付与する
ための装置及び適当な振動数の調整が必要であり、また
振動数が不適当であると付与しないほうがかえって靭性
か優れるという問題がある。

［発明が解決しようとする課題１ 以上述べたように、リールバージ法により電縫鋼管を敷
設する場合、リールにバイブを巻き取る工程あるいは敷
設時にリールから巻き戻す工程があるため、バイブの一
部に引張及び圧縮の応力がかかり、円周溶接トウ部に割
れが生じやすいという問題点がある。

本発明は、上記の事情にかんがみて開発されたもので、
リールバージ敷設性に優れた高靭性電縫鋼管を提供する
ものである。

〔課題を解決するための手段１ 本発明者らは、電縫鋼管のリールバージ法への適用に当
り調査を重ねた結果、円周溶接トウ部の割れ発生には溶
接熱影響部の軟化が悪影響を及ぼしていることを見出し
、さらに研究を重ねたところ、溶接時の熱を受けても軟
化の程度が事実上問題のない高靭性電縫鋼管を用いるこ
とにより、トウ部の割れを有効に防止し得ることを知見
し、本発明をなすに至ったのである。

すなわち１本発明は下記の技術手段から成る電縫鋼管で
ある。

成分として、 Ｃ・０．０３〜０．２０重量％、 Ｍｎ　：　０．５０〜１．５重量％、 Ｓｉ：０．０５〜０．５０重量％、 Ａｊ２：０．００５〜０．０６０重量％の範囲内で含有
し、かつ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉについて、 Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ≦０．０４０重量％ を満足し、残部は実質的に鉄及び不可避的不純物よりな
る鋼で、かつ炭素当量Ｃｅｑ及び溶接割れ感受性Ｐｃｍ
が、 ０．２０≦Ｃｅｑ≦０．３６ Ｐｃｍ≦０．２５ を満足し、さらに、降伏比（＝降伏応力／引張り強さ）
が８５％以下であることを特徴とする溶接軟化部の少な
いリールバージ敷設に優れた高靭性電縫鋼管である。

但し、Ｃｅｑ及びＰｃｍは次式で与えられる。

Ｃｅ　ｑ　＝　Ｃ＋　Ｍ　ｎ　／　６　＋　Ｃｕ　／　
１５＋　Ｎ　ｉ　／　１５　＋　Ｃｒ　／　５＋　Ｍ　
ｏ　／　５　＋　Ｖ　／　５ Ｐ　ｃ　ｍ　＝　Ｃ＋　Ｓ　ｉ　／　３０　＋　Ｍ　ｎ
　／　２０＋　Ｃｕ　／　２０　＋　Ｎ　ｉ　／　６０
＋Ｃｒ／　２０＋Ｍｏ／　１５ ＋Ｖ／ＩＯ＋５Ｂ また、上記鋼に成分として （ａ）Ｎｉ：０．５０重量％以下、 Ｃｕ：０．５０重量％以下、 Ｃａ：０．００５重量％以下、 Ｃｒ：０．３重量％以下、 のうちかう選ばれた１種もしくは２種以上または／およ
び （ｂ）Ｍｏ・０．３０重量％以下 Ｂ：０．００２重量％以下 のうち一種または二種 を含有させることによって、リールバージ敷設にさらに
優れた高靭性電縫鋼管を得ることができる。

［作用１ 以下に本発明の詳細な説明する。

本発明者らは、上記した円周溶接トウ部の割れについて
、ＡＰＩｌ１０４に従って円周溶接部から試験片ｌＯを
取り出し、第５図に示すように曲げ試験ｉｌｌを用いて
繰り返し曲げ試験（歪量５％）により再現試験を実施し
検討した結果、第４図に典型例にみられるように割れ６
が円周溶接７のトウ部より発生していることを確認する
ことができた。また、この割れは溶接熱影響部の軟化の
程度が大きい時に発生する傾向が大きく、溶接熱影響部
の軟化を小さくすれば有効に防止し得ることが明らかと
なった。

この種の割れは第６図のグラフに示した硬さＨｖの分布
の模式図から解るように、溶接部７による溶接熱影響部
８と母材９の硬度の不連続に起因するものであり、巻き
取り巻き戻し時に溶接熱影響部８と母材９で塑性変形の
不均一が生しるために発生すると考えられる。すなわち
、割れの発生は、軟化域をもつ溶接熱影響部８に変形が
集中し、局部的に加工硬化し脆化することにより起ると
考えられる。

また、第６図に示すように溶接熱影響部８が母材９に比
較して軟化する理由は、一般に電縫鋼管用鋼板は高強度
・高靭性を得るためにＣＲ（コンドロールド・ローリン
グ）法が採用されているが、溶接時の熱によりＡＣ３点
以上に加熱され、ＣＲの効果がなくなるためと考えられ
る。特に、電縫鋼管では巻き取り巻き戻し時の応力状態
より見て、問題となるのはシーム溶接部よりも円周溶接
部における軟化である。

上記した検討結果より溶接熱影響部の軟化の程度を減少
させるために、種々の成分系について軟化の度合（△Ｈ
ｖ）を調査し、ある特定の成分系にすれば軟化の度合を
非常に小さく抑えることができることを発見し、本発明
に至った。

それは、第１図に示すように、Ｎｂ、Ｖ及びＴｉの合計
量とＣｅｑ　（炭素当量）の値を規制することである。

第１図は、Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉの量を０、０４０重量％以下
及び０．０４０重量％超にした場合の軟化の度合（△Ｈ
ｖ）とＣｅｑの関係を示したものであり、定性的に、Ｃ
ｅｑを増加させれば△Ｈｖを減することができることが
わかる。定量的には、Ｃｅｑを０．２０重量％以上にす
ればΔＨＶを８以下に抑えることができる。ΔＨｖが８
以下では第５図に示した繰り返し曲げ試験より円周溶接
トウ部からの割れはほとんど皆無である。

Ｎｂ、Ｖ及びＴｉの合計量の制限が軟化抑制に効果があ
るのは、これらは、単体あるいはそれらの複合により、
母材の強度を上げる、すなわちＣＲの効果を上げる元素
であり、これらの元素を限定することにより、ＣＲの効
果を減少することができるためと考えられる。さらに、
Ｃｅｑの上昇が軟化抑制に効果があるのは、基本的にＣ
Ｒの効果を減らすためと考えられ、円周溶接時の熱によ
る軟化の程度が少なくなり均一変形が行なわれ、曲げ延
性の改善には寄与すると考えられる。

Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉを０．０４０重量％以下に規制するのは
、溶接熱影響部の軟化を、実際上問題のない程度まで抑
えるために、また降伏比を８５％以下にするために、Ｎ
ｂ＋Ｖ＋Ｔｉが０．０４０重量％以下であることか必要
である。よって、０．０４０重量％以下の範囲とした。

また、Ｃｅｑの範囲については０．２０重量％未満では
、その効果がなく、０．３６重量％を越えると、Ｃｅｑ
の上昇の効果が飽和するだけでなく、著しい靭性の劣イ
ヒが起る。よって、０．２０重量％以上０．３６重量％
以下の範囲とした。

その他、本発明の鋼における各成分の限定理由について
説明する。

Ｃは必要な強度を得るために、０．０３重量％以上の含
有が必須であるが、０．２０重量％を越えると、溶接割
れ感受性が増大するため０．０３〜０６２０重量％の範
囲とした。

Ｓｉは脱酸剤とじてまた強度を確保する目的で０、０５
重量％以上の添加が必要であるが、０．５０重量％を越
えると、低温靭性の劣化及び、溶接割れ感受性を高める
ので、０．０５〜０．５０重量％の範囲とした。

Ｍｎは強度を確保するために、０．５０重量％以上の添
加が必要であるが、１．５重量％を越えると、溶接割れ
感受性が増大しラインパイプ敷設時に必要な曲げ延性の
劣化を招くため、０．５０〜１．５重量％の範囲とした
。

Ａｌ１は強力な脱酸元素であるが、０．００５重量％未
満ではその効果がなく、一方ａ　０６０重量％を越える
と、効果はほぼ飽和に達するだけでなく非金属介在物の
増加をもたらす。よって、０．００５〜０．０６０重量
％の範囲とした。

Ｎｉは強度及び耐ＨＩＣ性を向上させ、さらに母材及び
溶接熱影響部の靭性を著しく改善するため有効であるが
、０．５０重量％を越えるとスケルきずの発生が著しく
なり、鋼板の表面性状を害するので、０．５０重量％以
下の範囲とした。

ＣｕはｐＨが高い環境下で鋼表面に安定な皮膜を生成し
て、耐蝕性を向上させると共に、耐ＨＩＣ性向上にも効
果を示す。しかしながら、Ｃｕ添加量が０．５０重量％
を越えれば熱間加工性を損なうので０．５０重量％以下
の範囲とした。

Ｃａは硫化物系介在物の形状を球状化して、硫化物系介
在物がＨＩＣの起点となることを抑制し、これにより耐
ＨＩＣ性を確保するに有効な元素であるが、Ｏ，ＯＯ５
重量％を越えるＣａの添加は大型介在物を増加させて耐
ＨＩＣ性及び耐水素ふくれ性を低下させるおそれがある
から、０、００５重量％以下の範囲とした。

Ｃｒは鋼の耐蝕性を向上させて鋼中への水素侵入を低下
させると共に、Ｎｉ添加に伴う耐ＳＳＣ性の劣化を防ぐ
効果がある。しかし、０．３０重量％を越えれば特に溶
接部の靭性が劣化するため、０．３０重量％以下の範囲
とした。

Ｍｏ、Ｂ： Ｍｏ、Ｂはともに強度を高めるために添加する。しかし
Ｍｏは０．３０重量％を越えて添加しても効果が飽和し
経済的でなく、またＢは０．００２重量％を越えると靭
性が劣化するのでＭｏは０．３０％重量以下、ＢはＯ，
ＯＯ２重量％以下にそれぞれ限定する。

Ｐｃｍは、溶接割れ感受性の指標であり、該成分系では
０．２５を越えると著しく溶接割れ感受性が高まり、円
周溶接部の曲げ延性が劣化する。

よって、０．２５以下の範囲とした。

降伏比（降伏点／引張強さ）が８５％以下の規定は以下
の理由による。一般に、第７図に示す応力−歪曲線中の
曲線Ａで示す降伏比が高い材料は、応力が０１を越える
と歪がεｌを突破し、小さい応力で歪が著しく増加する
ことになる。特に円周溶接熱影響部に軟化部が生じ易い
材料（局部的に弱い部分をもつ材料）では、わずかな応
力の増加であっても歪が軟化部に集中し、トウ部に割れ
が発生し易く、最終的には第８図に示すように局部座屈
１３を起し易い傾向にある。しかし、第７図の曲ＩｓＢ
で示す降伏比が低い材料では、第９図に示すパイプの中
央部に最大の曲げ応力がかかったとき、中央部が加工硬
化し、中央部から端の方向へ変形域が拡がるだけで均一
変形１４を起し、トウ部に割れは発生しにくく、さらに
局部座屈には至らない。このような数多くの実験事実よ
り、少なくとも降伏比が８５％以下であることが必要で
ある。

この考え方でわかるように、母材と継手の強度の均一性
は非常に大事であり、円周溶接の熱で局部的に弱い部分
ができるということは絶対に避けなければならない。

電縫鋼管の製造工程の概略を第１０図によって説明する
。

一般に電縫鋼管は、コイル状に巻かれた帯板をアンコイ
ラによって巻戻し、レベラで平坦化した後、帯扱両サイ
ドをトリミング装置によって、所定の帯幅に加工すると
共に帯板継目エツジ部端面の仕上加工をするいわゆる前
処理を行う。

さらにブレークダウンロールフォーミング方式では、第
１０図に示す如く、所要の幅にトリミングされた鋼帯２
０の両エツジ部２１を、先ずエツジフォーミンクロール
３１によって所要の曲率に曲げ成形し、次いで数段のブ
レークダウンロール３２、及びサイドロール３３によっ
て、はぼ断面円形の素管２２に成形し、成形された素管
２２の継目エツジ部２３の角度コントロール、仕上げ成
形、センタリングを数段のフィンバスロール３４によっ
て行い、数段のフィンバスロール３４の出側において、
図示してないコンタクトチップにより素管２２の継目エ
ツジ部２３を加熱し、加熱された素管２２の継目エツジ
部２３をスクイズロール３５により圧着接合するもので
ある。

この圧着接合、により生じた溶鋼ビードをスクイズロー
ル３５の後流側に設置したビード切削装置により切削除
去する一連の工程によって製造される。

〔実施例］ 次に、本発明の実施例について説明する。

第１表に示す組成のパイプ（外径２７３．１ｍｍ肉厚１
２．７ｍｍ）を素材に、被覆アーク溶接にてセルロース
系の溶接棒を用いて６層６パスで円周溶接を行い、ＡＰ
Ｉ１１０４に従って円周溶接部を含んで１２．７ｍｍＸ
幅２５．４　ｍ　ｍ　Ｘ長さ２３０ｍｍの試験片（ｎ＝
ｌｏｏ）を採取し、第５図に示すように、歪量が５％の
繰返し曲げ試験を行い合計１０回曲げ後、溶接部近傍の
われ発生の有無を調査した。結果を第２表に示した。

第１表において、本発明に基いた成分系Ｎｏ、８〜Ｎｏ
、３３は、はとんど割れの発生が見られなかった。これ
に対し、比較例Ｎｏ、ｌは、母材のＣ量及び溶接割れ感
受性式（Ｐｃｍ）の上限をはずれる場合であり、割れ発
生率は高い。比較例Ｎｏ。

２は溶接割れ感受性式（Ｐｃｍ）の値は０．０９９と小
さいものの、炭素当量（Ｃｅｑ）の値が下限をはずれ、
溶接熱影響部の軟化部発生により３４％の割れ発生率と
なっている。比較例Ｎｏ、３及びＮｏ、４はそれぞれ、
Ｃｅｑ及びＰｃｍが上限値を越えているため、高い発生
率になっている。比較例Ｎｏ、５は、Ｐｃｍ、Ｃｅｑ及
び降伏比（ＹＲ）が規定値を満足しているものの、Ｎｂ
＋Ｖ＋Ｔ　ｉの含有量が規定値を越えているため割れの
発生率が高い、さらに比較例Ｎｏ、６及びＮｏ、７では
。

ＹＲが上限をはずれるために極めて高い割れ発生率であ
る。

すなわち１本発明の電縫鋼管を用いることにより、溶接
部の曲げ延性が改善され、リールバージ敷設用電縫鋼管
として極めて有効であることが実証された。

なお、電縫鋼管用鋼板の製造については、鋼片を１１８
０〜１２６０℃の温度に加熱し、その後の圧延にあたっ
て９６０℃以上で累積圧下率を５０％以上とし、仕上が
り温度を８００℃以下にした。

電縫鋼管は、ブレークタウンロールフォーミング方式に
よって製造した。製造装置は、ブレークタウンロール４
段、サイドロール３段、フィンバスロール３段、エツジ
フォーミングロール及びスクイズロールは共に１段であ
る。この装置を用いて鋼板を逐次円筒形状に成形し、外
径２７３．１　ｍｍに仕上げた後、高周波溶接を行い、
さらにボストアニーリングを施して所要の電縫鋼管を得
た。

〔発明の効果１ 以上説明したように、本発明の電縫鋼管は、すぐれた円
周溶接部の靭性な有し、リールバージ敷設用電縫鋼管と
して利用できるので、工業的に極めて利用価値の高いも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は軟化の度合い（ΔＨｖ）とＣｅｑの関係を示す
グラフ、第２図は一般的な海底ラインパイプの施工方法
の説明図、第３図はリールバージ法の説明図、第４図は
円周溶接トウ部に見られる典型的な割れを示す溶接部断
面図、第５図は繰返し曲げ試験方法の説明図、第６図は
ＣＲ材での硬さ分布を示す模式図、第７図は応力−歪曲
線、第８図は局部的に弱い部分をもち、かつ降伏比が高
いパイプの変形状態を示す斜視図、第９図は降伏比が低
いパイプの変形状態を示す斜視図、第１０図は電縫鋼管
の製造工程の平面図である。 １・・・バージ　　　　　２・・・電縫鋼管３・・・リ
ール　　　　　４・・−海底５・・・陸上　　　　　　
６・・・割れ７・・・溶接部 ９・・・母材 １１・・・曲げ試験機 ２１・・・エツジ部 ２３・・・継目エツジ部 ３１・・・エツジフォーミングロール ３２・・・ブレークダウンロール ３３・・・サイドロール ３４・・・フィンパスロール ３５・・・スクイズロール ８・・・熱影響部 １０・・・試験片 ２０・・・鋼帯 ２２・・・素管

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｃ：０．０３〜０．２０重量％、 Ｍｎ：０．５０〜１．５重量％、 Ｓｉ：０．０５〜０．５０重量％、 Ａｌ：０．００５〜０．０６０重量％ の範囲内で含有し、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉが、 Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ≦０．０４０重量％ を満足し、残部は実質的に鉄及び不可避的不純物よりな
   り、かつ下記で与えられる炭素当量Ｃｅｑが０．２０以
   上０．３６以下、及び溶接割れ感受性Ｐｃｍが０．２５
   以下であることを特徴とする降伏比が８５％以下で、溶
   接軟化部の少ない、リールバージ敷設性に優れた高靭性
   電縫鋼管。 Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｃｕ／１５ ＋Ｎｉ／１５＋Ｃｒ／５ ＋Ｍｏ／５＋Ｖ／５ Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０ ＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０ ＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５ ＋Ｖ／１０＋５Ｂ ２　前記の成分に加えて、 Ｎｉ：０．５０重量％以下、 Ｃｕ：０．５０重量％以下、 Ｃａ：０．００５重量％以下、 Ｃｒ：０．３重量％以下、 のうちから選ばれた１種もしくは２種以上を含有する請
   求項１記載のリールバージ敷設性に優れた高靭性電縫鋼
   管。 ３　前記の成分に加えて、 Ｍｏ：０．３０重量％以下、 Ｂ：０．００２重量％以下、 のうち１種又は２種を含む請求項１または２記載のリー
   ルバージ敷設性に優れた高靭性電縫鋼管。