JPH05375A - 鋼管のサブマージアーク溶接方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目 的】 吸湿性の高い高塩基性溶融型フラックスを
用いて強度が高く靭性に富んだ溶接金属を形成し得る鋼
管のサブマージアーク溶接を達成する。 【構 成】 酸化性雰囲気で 350〜600 ℃に加熱して表
面に付着している潤滑剤を除去した溶接ワイヤと、塩基
度が 0.4〜2.5 の範囲にあるCaO −CaF₂−SiO₂系溶融型
フラックスを用いて内外両面一層サブマージアーク溶接
を行う。 【効 果】 ワイヤの水素成分を低減できるので吸湿性
の高いフラックスと組み合わせても溶接金属中の拡散性
水素を十分に低下できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、使用環境が低温でかつ
サワー環境でラインパイプ等に用いられる高靱性鋼管の
サブマージアーク溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】サブマージアーク溶接は継手の表面に盛
上げた微細な粉状のフラックスの中に裸の溶接棒電極を
突込んでアーク溶接を行う方法である。極地において使
用される石油やガスのラインパイプに要求される仕様温
度は、−30℃もしくはそれ以下の低温の場合も多くみら
れる。このような極低温要求仕様を満足させるためにＵ
ＯＥ鋼管のシームサブマージアーク溶接金属の靱性改善
のために高塩基性フラックスによる溶接金属の低酸素化
と合金成分（Mo，Ti，Ｂ）の添加による焼入れ性の向上
がはかられる。一方、サワー仕様の場合、耐SSCC性の点
から鋼管サブマージアーク溶接金属にはＨ_V 248 以下
（Ｈ_R Ｃ22以下）を要求される場合が多いが、−30℃以
下での極低温靱性を要求された場合、前述のごとく靱性
向上のため合金成分が添加されるため、両面１層サブマ
ージアーク溶接において内面（バッキングサイド）溶接
金属は、外面（フィニッシングサイド）溶接により析出
温度域に再熱された部分では、母材からの希釈により溶
接金属にもたらされるNb、Ｖおよび溶接金属靱性の向上
のために添加されるMo、Ti等が析出硬化し、甚だしい場
合内面溶接金属の硬さがＨ_V 248 を越え、また析出脆化
により靱性低下をきたすため、極低温靱性と低硬度を両
立できるものは皆無であった。

【０００３】また高塩基性フラックスは溶接金属の酸素
量を低減させ、靱性向上に効果はあるがフラックスの吸
湿性が増し、繰り返し使用されるような場合溶接金属の
拡散性水素量の上昇が懸念される。溶接金属の低水素化
のための手段としてフラックスへのガス発生成分の添
加、炭酸塩やガス発生成分を含むフラックスコアードワ
イヤの併用、フラックスの使用前の高温乾燥等の手法が
提案されているがいずれも溶接作業性や工業的規模での
実現性に問題があった。フラックスの初期水素量を低レ
ベルにコントロールしてもワイヤからもたらされる水素
をコントロールしなければ溶接金属の水素量を低値にで
きない。

【０００４】すなわち通常用いられるワイヤは熱間圧延
の後 5.5mmφ程度の線径の素線を冷間伸線し最終的には
銅めっきしたワイヤが用いられている。しかし銅めっき
を施す場合電気化学的にめっきされる際に、ワイヤ表面
より水素がワイヤ中に侵入しワイヤ中の水素量が増加す
る恐れがある。またワイヤ表面にはめっき後の仕上げ伸
線時の潤滑剤が残存しており、この残存潤滑剤は水素源
として溶接金属の拡散性水素量を増加させることが考え
られる。

【０００５】また銅めっきを施さないいわゆるノーめっ
きワイヤでは特開昭58-81595号公報にみられるように防
錆性の点及び溶接作業性の点から潤滑剤を塗布すること
が一般的であり、これは前述のごとく溶接金属の拡散性
水素源となる。このようにワイヤからもたらされる水素
量はめっき条件、潤滑剤の塗布量及び組成にもよるが甚
だしい場合はワイヤから６cc/100ｇ程度の拡散性水素が
溶接金属にもたらされる。この水素量はフラックスから
もたらされるものと重畳され鋼管溶接部の水素割れ（遅
れ割れ）の危険性を増大させる。

【０００６】このような溶接部の水素割れを防止する目
的で、フラックス入りワイヤではあるが、非酸化性ガス
又は密閉炉残存空気の雰囲気中で 400〜900 ℃の温度で
５分間以上加熱処理することにより、水素侵入の原因と
なるワイヤに付着している水分、油分または潤滑剤を焼
却させたフラックス入りワイヤの製造方法が提案されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たフラックス入りワイヤの製造方法は、加熱処理の条件
が非酸化性ガス又は密閉炉残存空気の雰囲気中でなけれ
ばならないこと、更にワイヤはフラックス入りであるこ
とからコストがかかるという問題がある。本発明は前記
従来技術の問題点を解消し、吸湿性の高い高塩基性溶融
型フラックスを用いても溶接金属の拡散性水素量が低減
されパイプ溶接部の水素割れを防止することができる鋼
管のサブマージアーク溶接方法およびそれに用いる溶接
装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】再熱を受けていない溶接
したままの溶接金属は、Mo, Nb, Ｖ，Ti等が固溶してい
る。次層の溶接パスにより500〜700 ℃の温度領域に再
熱されることによるMo，Nb，Ｖ，Ti等の炭化物、窒化物
による析出硬化及び脆化を改善するために鋭意研究を重
ねた結果、再熱を受ける内面溶接金属の化学成分を特に
その硬化性元素に注目して検討したところ図１に示すよ
うに下記パラメータＰＨＩＷおよびＰ_cm値と再熱内面溶
接金属の最高硬さに良好な相関があることを見いだし
た。

【０００９】 PHIW＝Mo＋５Ti＋10Nb＋20Ｖ＋200 Ｂ (wt％） Ｐ_cm＝Ｃ＋Si/30 ＋（Mn＋Cr＋Cu)/20＋Mo/15 ＋Ni/60 ＋Ｖ／10＋５Ｂ（wt％ ) すなわち、内面溶接金属における上記パラメータをＰＨ
ＩＷでは 1.5％以下、Ｐ_cmでは0.165 ％以下とすること
で、硬化性元素の低減による析出硬化の抑制と、靱性の
改善がはかられる。

【００１０】またワイヤ加熱時のワイヤ酸化膜の厚さを
５μｍ以下に抑制すればワイヤの通電性を阻害しないこ
とが明らかとなり、この知見に基づいて、フラックスと
して循環使用しているフラックスを用いるときには、最
終線径まで伸線したワイヤを350〜600 ℃において酸化
性雰囲気で加熱処理し、ワイヤの残存潤滑剤を除去しか
つワイヤ中に含まれている水素を低減させることにより
ワイヤからもたらされる拡散性水素を最小にすることが
可能となる。このため吸湿性の高い溶融型高塩基性フラ
ックスと組み合わせても溶接金属中の拡散性水素を十分
に低下させ得ることがわかった。

【００１１】また 350〜600 ℃に加熱することにより無
めっきワイヤの場合においても酸化被膜がワイヤ表面に
形成され耐発錆性及び溶接時の給電性を損なうことなく
安定した溶接作業性が得られる。前記目的を達成するた
めの本発明は、鋼管のサブマージアーク溶接を行うに際
し、重量％でＣ：0.02〜0.10、Si：0.30以下、Mn：0.70
〜2.50、Ｐ：0.015 以下、Ｓ：0.005 以下、Ni：0.10以
下、Mo：0.60以下、Cr：1.00以下、Ti: 0.10〜0.25、
Ｂ：0.0150以下、Ｎ：0.005 以下、Ｏ：0.005 以下を含
有し、残部が鉄及び不可避的不純物より成るワイヤと、
フラックスとして下記式で示される塩基度Ｂ _L が 0.4〜
2.5 の範囲である CaO−CaF₂−SiO₂系溶融型フラックス
を用いて、鋼管の内外両面を各々一層の溶接金属でサブ
マージアーク溶接することにより高強度、高靱性溶接金
属を得ることを特徴とする鋼管のサブマージアーク溶接
方法である。

【００１２】 Ｂ_L ＝6.05（Ｎ_CaO ＋Ｎ_CaF2）＋ 4.8Ｎ_MnO ＋ 4.0Ｎ_MgO ＋ 3.4Ｎ_FeO −6.31 Ｎ_siO2−4.97Ｎ_TiO2− 0.2Ｎ_Al2O3 （ここでＮは各成分のモル分率） また、溶接される鋼管の成分組成としては通常、重量
％でＣ：0.02〜0.07、Si：0.40％以下、Mn：1.00〜2.0
0、Ni：0.30以下、Mo：0.30以下、Nb:0.08 以下、Ｖ：
0.06以下、Cu：0.30以下、Ti：0.03以下、Ｂ：0.001 以
下、Ｎ：0.005 以下、Ｐ：0.015 以下、Ｓ：0.002 以
下、Ｏ：0.005 以下を含有し、残部が鉄および不可避的
不純物からなる成分を有する鋼管が用いられる。

【００１３】また、内外両面の溶接金属の成分を重量％
でＯ：0.035以下、Ｎ：0.0050以下とし、内面（バッキ
ングサイド）溶接金属を下記（ａ）に示されるパラメー
タＰＨＩＷが1.5 ％以下で、下記（ｂ）に示されるパラ
メータＰ_cmを0.165 ％以下とし、また外面（フィニッシ
ングサイド）溶接金属を下記（ｂ）に示されるＰ_cmを0.
15〜0.21％となるようにするのが好適である。

【００１４】 （ａ）ＰＨＩＷ＝Mo＋５Ti＋10Nb＋20Ｖ＋ 200Ｂ （ｂ）Ｐ_cm＝Ｃ＋Si/30 ＋（Mn＋Cr＋Cu)/20＋Mo/15 ＋Ni/60 ＋Ｖ/10 ＋５Ｂ フラックスとして循環使用しているフラックスを用いる
ときには、ワイヤとして酸化性雰囲気で350 〜600 ℃に
加熱し潤滑剤を除去したワイヤを使用するのがよい。

【００１５】また本発明は前記鋼管のサブマージアーク
溶接方法に用いる溶接装置であって、溶接チップとワイ
ヤ供給リールとのワイヤ通路にワイヤを加熱するための
加熱手段を設置したことを特徴とする溶接装置である。

【００１６】

【作 用】次に前記範囲の限定理由を述べる。ワイヤ成
分としてＣは、溶接金属の焼き入れ性確保のために最も
基本的な成分であるが0.02％未満では溶接金属の焼き入
れ性が十分でなくしかも溶接時にアーク空洞中でのＣ＋
Ｏ→COなる反応が十分でなく大気中の窒素を取り込み溶
接金属中の窒素が上昇し溶接金属の靱性を損なうので0.
02％以上とする。また0.10％を越えて添加すると溶接高
温割れ発生が懸念されるので0.10％以下とする。

【００１７】Siは脱酸成分としてまた焼き入れ性元素と
して効果があるが0.30％を越えて添加すると靱性を損ね
るので0.30％以下とした。MnはSiと同様に脱酸及び焼き
入れ性に効果があるが0.70％未満では焼き入れ性及び脱
酸が不十分で靭性が低下するので0.70％以上とした。ま
た2.50％を超えて添加すると溶接金属の焼き入れ性が高
くなりすぎて溶接金属が硬化し低温割れの発生が懸念さ
れるため2.20％以下とした。

【００１８】Ｐ、Ｓは不純物として溶接金属の靱性を低
下させるためできるだけ低い方が好ましいが溶接金属の
靱性を損なわない範囲で工業的に達成可能なレベルとし
てＰ：0.015 ％以下、Ｓ：0.005 ％以下とした。Niは溶
接金属の靱性の向上に効果がある元素であるが耐硫化物
応力腐食割れ(SSCC)性の観点からは溶接金属中のNiは低
い方が好ましい。サワー環境で用いられる場合も考慮
し、Niは0.10％以下とした。

【００１９】Moは焼き入れ性向上に効果のある元素であ
るが0.60％を超えて添加すると焼き入れ性が高くなりす
ぎて溶接金属が硬化するので0.60％以下とした。Crは焼
き入れ性に効果のある元素でまた耐CO₂ 腐食性に対して
も効果があるが1.00％を超えて添加すると焼き入れ性が
高くなりすぎるため1.00％以下とした。Tiは脱酸及び脱
窒元素として効果がありまた溶接金属の靱性向上にも著
しい効果があるが靱性向上のためには0.10％以上は必要
である。また0.25％を超えて添加すると溶接金属中の固
溶Ti量が増し靱性を低下させるため0.25％以下とした。

【００２０】Ｂは溶接金属の焼き入れ性向上に著しく効
果がある。溶接金属において靱性向上には数ppm から十
分な効果があるが溶接金属のＢ量が高くなりすぎると溶
接金属に高温割れを生じたり焼き入れ性が上がりすぎる
ため溶接金属への歩留りも考慮して0.0150％以下とし
た。Ｏは介在物を生成し、溶接金属の靭性を損なうので
低い程好ましいが、工業的に実施可能なレベルとして
0.005％以下とした。

【００２１】Ｎは不純物元素であり溶接金属中の固溶Ｎ
が増加すると溶接金属の靭性が劣化する。またＢを有効
に活用し、溶接金属の靱性を向上させるためにも0.005
％以下とした。ＵＯＥ鋼管の内外両面における溶接金属
の化学成分は、鋼板および溶接ワイヤの化学成分と母材
の希釈率の影響を受ける。溶接金属の化学組成の50〜80
％は鋼板からもたらされるので、本発明が対象とするよ
うな溶接金属の極低温靱性と低硬度を満足させる鋼板
は、通常、Ｃ：0.02〜0.07％、Si：0.40以下、Mn：1.00
〜2.00％、Ｐ：0.015 ％以下、Ｓ:0.002％以下、Ni：0.
30％以下、Mo：0.30％以下、Nb：0.08％以下、Ｖ：0.06
％以下、Cu：0.30％以下、Ti：0.03％以下、Ｂ：0.001
％以下、Ｎ：0.005 ％以下、Ｏ：0.005 ％以下を含有
し、残部が鉄と不可避的不純物とからなっている。

【００２２】溶接金属の酸素量は低酸素化が望ましい
が、極低温での靱性を考える場合0.035 ％以下であるこ
とがほとんど不可欠である。また溶接金属の窒素は、と
くに固溶窒素が増加すると靱性を劣化させるのでできる
限り低い方が望ましい。極低温での靱性を考える場合0.
005 ％以下が必要である。外面（フィニッシングサイ
ド）溶接金属のパラメータＰ_cmは、極低温の靱性を考え
る場合焼入れ性確保のためすくなくとも0.15％以上は必
要となる。しかし、焼入れ性が高くなりすぎると低温割
れのおそれがあるため0.21％以下とする。

【００２３】内面（バッキングサイド）溶接金属のパラ
メータＰＨＩＷは、硬化性元素に注目しその各々の効果
を勘案したものであり、外面の溶接パスによる再熱での
析出硬化を抑制するには図１に示したごとく1.5 ％以下
であることが必要である。内面溶接金属のパラメータＰ
_cmは、溶融金属の焼き入れ性を表すパラメータと考えら
れるが、焼入れ性が高すぎると外面の溶接パスで硬化す
るおそれがあるので0.165 ％以下とする。なお、前記そ
れぞれのパラメータ式中の成分含有量は母材とワイヤの
各成分の希釈率を掛け算することによって求められる。
またこの希釈率は溶接条件によって異なる。

【００２４】溶融型フラックスとして大入熱溶接性及び
高速溶接性に優れた CaO−CaF₂−SiO₂系フラックスとし
て溶接金属の靱性向上のために酸素量を低減することが
効果的であるが、溶接金属の酸素量を 0.035％以下にす
るためにはフラックスの塩基度Ｂ_L を0.4 以上にするこ
とが必要である。しかし2.5 を超えるような高塩基性フ
ラックスではフラックスの吸湿性が大きくなり溶接金属
の水素量が高くなり水素割れの恐れがあるため2.5 以下
とした。

【００２５】またワイヤの熱処理は、まず第一に溶接金
属の拡散性水素源となる伸線潤滑剤もしくは表面に残存
する水素源を除去することにある。通常伸線潤滑剤は石
灰石鹸等が用いられるがこれらを高温で分解除去させる
ためには 350℃以上は必要である。また 350℃以上にす
ることによりワイヤ中に含まれている水素を減じる効果
も同時に得られる。

【００２６】一方熱処理温度が 600℃を超えると５μｍ
を超えるような酸化スケールがワイヤ表面に生じ給電性
が問題となる。すなわち 350〜600 ℃においてワイヤを
熱処理することにより伸線時の潤滑剤を除去しかつワイ
ヤ中に含まれる水素量を減じさらに表面に安定した酸化
被膜を形成することができサブマージアーク溶接時の溶
接金属中の拡散性水素量を低値にコントロールできる。
しかも保管時の錆発生防止にも効果が得られる。なお熱
処理時の雰囲気は酸化性雰囲気であれば本発明の効果は
十分得られる。

【００２７】このように酸化性雰囲気で加熱できること
から、その加熱のやり方は種々考えられる。例えば溶接
時ワイヤを通電加熱することもできる。また 350〜600
℃の液体金属例えば溶融鉛浴中に浸漬し大気中で放冷さ
せることによっても同様の効果が得られることはいうま
でもない。またワイヤはめっき付きであっても、無めっ
きワイヤであっても本発明の熱処理は効果があることは
いうまでもない。ワイヤの熱処理はバッチ処理でも連続
処理でもその効果は変わらないが工業的規模での生産性
を考慮すると連続処理することが望ましい。

【００２８】

【実施例】以下本発明を具体的に実施例を用いて説明す
る。実施例１ 表１に示す成分を有する線材を 5.5mmφまで熱間加工に
より伸線した素線を用い最終線径である 4.0及び 4.8mm
φまで石灰石鹸系の潤滑材で伸線後、表２に示す熱処理
条件で熱処理を行った。被溶接供試鋼板の成分を表３に
示す。溶接条件は表４に示す条件で単電極サブマージア
ーク溶接を行い、溶接金属の水素試験をＪＩＳ法（JIS
Z 3113）により行った。フラックスは表５に示す成分を
有するフラックスを用いた。なおフラックスの循環使用
における吸湿を模擬するため30℃、80％の環境下で暴露
しその曝露時間を変化させたフラックスを用いた。表６
に水素試験結果を示す。なお溶接金属の拡散性水素量は
鋼管溶接時の低温割れを考慮して８cc／100ｇＷＭ以下
を良好と判定した。

【００２９】表６において、No. １及びNo. ２はフラッ
クスを循環させていない受け入れたままの場合であり吸
湿していないためこの場合はワイヤを熱処理をしなくて
も水素量は低い。またフラックスを30℃、80％で１時間
程度の暴露したNo. ３の場合でも８cc／ 100ｇＷＭ以下
である。しかしながら暴露時間を12時間以上にし本発明
範囲の熱処理条件を施さないワイヤではNo. ４、No. ５
に示すように溶接金属中の拡散性水素量は８cc／ 100ｇ
ＷＭを超えてしまう。

【００３０】本発明では吸湿性の高い高塩基性フラック
スを循環使用した場合においても溶接金属の拡散性水素
を低値とするところにあるため30℃、80％の環境で24時
間放置し吸湿させたフラックスで本発明の熱処理の効果
を判定した。No. ６〜No. 10はいずれも本発明のフラッ
クスを用い、本発明範囲の熱処理を施したものでいずれ
も溶接金属中の拡散性水素は低い。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】

【表６】

【００３７】図５は、表６におけるNo. ６の本発明例に
ついて大気中で通電加熱するための溶接装置の概略を示
したものである。本溶接装置は通常の溶接用電源１から
ワイヤ送給筒２の下端に設けられた溶接チップ３を介し
てワイヤ４に給電される。一方、ワイヤリール５から巻
戻されたワイヤ４は送給電動機７によりワイヤ送給筒２
を介して自動的に送給され、溶接チップ３から供試鋼板
８の溶接線の周囲を覆うフラックス９の中に突込まれて
アーク溶接される。

【００３８】本溶接装置では通常の溶接用電源およびワ
イヤ送給装置に加え加熱用直流電源10を設け溶接チップ
３とワイヤリール５間のワイヤ通路にワイヤ加熱装置11
を設けてワイヤ４に通電加熱すると共に、ワイヤ加熱装
置11の直後に温度センサ12を設けてある。かくしてワイ
ヤ加熱装置11により通電直後の位置で温度センサ12によ
りワイヤ４の温度を測定し電源にフィードバックし加熱
用電源10の出力を調整し、ワイヤ温度を所定の温度にコ
ントロールできる機能を持っており、また加熱後にワイ
ヤ４の表面に残存する潤滑油、油脂等の残渣をスチール
ウールを内蔵するワイピング装置６により除去するよう
になっている。なお加熱装置はここでは直接通電による
例を示しているが他の加熱方法としては高周波、加熱雰
囲気内の通線等が適宜使用可能である。

【００３９】表６においてNo. 11は熱処理温度が 600℃
を超えるもので表面に強固な酸化膜が形成されるためア
ークが不安定となった。No. 12はフラックスの塩基度Ｂ
_L が 2.5を超えるものでありワイヤに熱処理を施しても
フラックスの吸湿性が大きいために溶接金属の拡散性水
素量は高いことがわかる。実施例２ 表１に示すワイヤ、表３に示す供試鋼板を用い、表５に
示すフラックスを用いて図２の供試鋼板８の開先すなわ
ち第１パス側90°、第２パス側60°、及び表７の条件で
両面１層の４電極サブマージアーク溶接を行った。用い
たフラックスはいずれも30℃、80％の環境中で24時間暴
露したものを用いた。またいずれのワイヤも表２に示す
熱処理条件のうちのＨＴ−３を施したものを用いた。

【００４０】溶接金属の特性は本発明が高靭性高強度鋼
管の溶接方法を提案するものであり特に低温靭性を重視
し、図３に示す溶接金属ルート部から採取した試片13の
−30℃における２mmＶノッチシャルピー衝撃試験での吸
収エネルギーの平均値が10kgfm以上のものを良好と判定
した。また現地溶接施工時の円周溶接部の低温割れ防止
の観点から、図４（ａ）に示すサブマージアーク溶接金
属14に５kJ／cmの入熱でオンビードＴＩＧ溶接15を行い
その断面のボンド部16の硬さの平均値がＨ_V 300 以下の
ものを良好と判定した。表８に実施例を示す。

【００４１】No.13 〜15は本発明範囲内のものであり良
好な靭性と低い硬さが得られている。No.16 はフラック
スの塩基度Ｂ_Lが 0.4以下のものであり溶接金属中の酸
素量が高くなり溶接金属の靭性が低下している。No.17
はワイヤ中のＣ量が低い場合であり溶接金属の窒素量が
増加し靭性が低下している。

【００４２】No.18 は溶接ワイヤ中のＣ量が高すぎる場
合であり溶接金属のＴＩＧ溶接ＨＡＺ断面硬さが高くな
った。 No.19 は溶接ワイヤ中のSi量が高すぎる場合で、溶接金
属の靭性が低下した。 No.20 はワイヤ中のMn量が低すぎる場合であり焼き入れ
性が不足し溶接金属の靭性が低下した。

【００４３】No.21 はワイヤ中のMn量が高すぎる場合で
あり溶接金属のＴＩＧ溶接ＨＡＺ断面硬さが高くなっ
た。 No.22 はワイヤ中のMo量が高すぎる場合であり溶接金属
のＴＩＧ溶接ＨＡＺ断面硬さが高くなった。 No.23 はワイヤ中のTi量が低すぎる場合であり溶接金属
の靭性が低下した。

【００４４】No.24 はワイヤ中のTi量が高すぎる場合で
あり、溶接金属中の固溶Tiが増加し靭性が低下した。 No.25 はワイヤ中のＢ量が高すぎる場合であり溶接金属
の高温割れが発生した。 No.26 はワイヤ中のＮ量が高すぎる場合であり溶接金属
の靭性が低下した。

【００４５】No.27 は溶接金属中のCr量が高すぎる場合
であり、溶接金属のＴＩＧ溶接ＨＡＺ断面硬さが高くな
った。

【００４６】

【表７】

【００４７】

【表８】

【００４８】実施例３ 表９に示すワイヤ、表３に示す鋼板を用い、表５に示す
フラックスを用いて図２の開先及び表４の条件で両面１
層の４電極サブマージアーク溶接を行った。用いたフラ
ックスはいずれも30℃、80％の環境中で24時間暴露した
ものを用いた。またいずれのワイヤも表２に示す熱処理
条件のうちのＨＴ−３を施したものを用いた。

【００４９】溶接金属の特性は本発明が低硬度高靱性仕
様ＵＯＥ鋼管の溶接方法を提案するものであり、特に低
温靱性を重視し図３に示す溶接部の外面側溶接金属およ
びルート中央部（外面溶接金属と内面溶接金属との境界
域）での−45℃における２mmＶノッチシャルピー試験で
の吸収エネルギーの平均値が10kgfm以上のものを良好と
判断した。

【００５０】また溶接金属の硬さは図１に示すように溶
接金属の断面硬さをビッカース硬さ計で荷重５kgf で、
外面溶接金属及び内面溶接金属の最高値を測定し、耐サ
ワー特性の観点からＨ_V 248 以下のものを良好と判定し
た。表10、表11に実施例の結果を示す。溶接金属の化学
成分は外面溶接金属側および内面溶接金属側からそれぞ
れ採取した。

【００５１】No.1〜3 は本発明範囲のもので外面の靱性
が良好であり、またルート部の靱性も脆化はほとんど無
く良好である。内面溶接金属の最高硬さも低く本発明に
より折出硬化が抑制されていることがわかる。 No.4の外面はワイヤ中のＣ量が低い場合であり、溶接金
属の窒素量が増加し、靱性が低下している。またNo.4の
内面は溶接ワイヤのＣ量が高すぎる場合であり、Ｐ_cm値
が0.165 ％を越え、内面溶接金属の断面最高硬さが高く
なった。

【００５２】No.5の内面はワイヤ中のTi量が高すぎる場
合であり、ＰＨＩＷが1.5 ％を越え、溶接金属中の固溶
Tiが増加し、靭性が低下した。 No.6の外面はワイヤ中のMn量が低すぎる場合であり、焼
き入れ性が不足し、溶接金属の靱性が低下した。No.6の
内面はワイヤ中のMn量が高すぎる場合であり、Ｐ_cmが0.
165 ％を越え、内面溶接金属の断面最高硬さが高くなっ
た。

【００５３】No.7の外面はワイヤ中のTi量が低すぎる場
合であり溶接金属の靱性が低下した。またNo.7の内面は
ワイヤ中のMo量が高すぎる場合であり、ＰＨＩＷ値およ
びＰ _cm値がともに本発明範囲を越え、内面溶接金属の断
面最高硬さが高くなった。 No.8の外面は溶接ワイヤ中のSi量が高すぎる場合であ
り、溶接金属の靱性が低下した。No.8の内面はワイヤ中
のＢ量が高すぎる場合であり、溶接金属に高温割れが発
生した。

【００５４】No.9の外面はワイヤ中のＮ量が高すぎる場
合であり、溶接金属の靱性が低下した。No.9の内面は溶
接金属中のCr量が高すぎる場合であり、Ｐ_cm値が0.165
％を越えており、内面溶接金属の断面最高硬さが高くな
った。

【００５５】

【表９】

【００５６】

【表10】

【００５７】

【表11】

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば吸湿
性の高い高塩基性溶融型フラックスを用いて高強度、高
靭性を有する溶接金属が得られるので低温割れの発生が
ない鋼管を高速度で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は内面溶接金属のＰＨＩＷとＨ_Vmaxの関
係を示す線図であり、（ｂ）は内面溶接金属のＰ_cmとＨ
_Vmaxの関係を示す線図である。

【図２】本発明の実施例に係る供試材の開先状況を示す
説明図である。

【図３】本発明の実施例に係る溶接金属部の試片採取位
置を示す説明図である。

【図４】本発明の実施例に係る溶接金属部の硬さ測定部
を示す説明図である。

【図５】本発明のワイヤ加熱装置を具備する溶接装置を
示す概略説明図である。

【符号の説明】

１ 溶接電源 ２ ワイヤ送給筒 ３ 溶接チップ ４ ワイヤ ５ ワイヤリール ６ ワイピング装置 ７ 送給電動機 ８ 供試鋼板 ９ フラックス 10 加熱用直流電源 11 ワイヤ加熱装置 12 温度センサ 13 試片 14 サブマージ溶接金属 15 ＴＩＧ溶接 16 ボンド部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼管のサブマージアーク溶接を行うに際
   し、重量％でＣ：0.02〜0.10、Si：0.30以下、Mn：0.70
   〜2.50、Ｐ： 0.015以下、Ｓ： 0.005以下、Ni：0.10以
   下、Mo：0.60以下、Cr：1.00以下、Ti：0.10〜0.25、
   Ｂ：0.0150以下、Ｎ： 0.005以下、Ｏ：0.005 以下を含
   有し、残部が鉄及び不可避的不純物より成るワイヤと、
   フラックスとして下記式で示される塩基度Ｂ_L が 0.4〜
   2.5 の範囲である CaO−CaF₂−SiO₂系溶融型フラックス
   を用いて鋼管の内外両面を各々一層の溶接金属でサブマ
   ージアーク溶接することにより高強度、高靭性溶接金属
   を得ることを特徴とする鋼管のサブマージアーク溶接方
   法。 Ｂ_L ＝6.05（Ｎ_CaO ＋Ｎ_CaF2）＋ 4.8Ｎ_MnO ＋ 4.0Ｎ
   _MgO ＋ 3.4Ｎ_FeO −6.31Ｎ_siO2−4.97Ｎ_TiO2− 0.2Ｎ
   _Al2O3 （ここでＮは各成分のモル分率）
2. 【請求項２】 重量％でＣ：0.02〜0.07、Si：0.40％以
   下、Mn：1.00〜2.00、Ni：0.30以下、Mo：0.30以下、N
   b：0.08以下、Ｖ：0.06以下、Cu：0.30以下、Ti：0.03
   以下、Ｂ：0.001 以下、Ｎ：0.005 以下、Ｐ：0.015 以
   下、Ｓ：0.002以下、Ｏ：0.005 以下を含有し、残部が
   鉄および不可避的不純物からなる成分を有する鋼管をサ
   ブマージアーク溶接する請求項１記載の鋼管のサブマー
   ジアーク溶接方法。
3. 【請求項３】 内外両面の溶接金属の成分を重量％で
   Ｏ：0.035 以下、Ｎ：0.0050以下とし、内面（バッキン
   グサイド）溶接金属を下記（ａ）に示されるパラメータ
   ＰＨＩＷが 1.5％以下で、下記（ｂ）に示されるパラメ
   ータＰ_cmを0.165 ％以下とし、また外面（フィニッシン
   グサイド）溶接金属を下記（ｂ）に示されるＰ_cmを0.15
   〜0.21％となるようにする請求項１記載の鋼管のサブマ
   ージアーク溶接方法。 （ａ）ＰＨＩＷ＝Mo＋５Ti＋10Nb＋20Ｖ＋ 200Ｂ （ｂ）Ｐ_cm＝Ｃ＋Si/30 ＋（Mn＋Cr＋Cu)/20＋Mo/15 ＋Ni/60 ＋Ｖ/10 ＋５Ｂ
4. 【請求項４】 フラックスとして循環使用しているフラ
   ックスを用いるときには、ワイヤとして酸化性雰囲気で
   350〜600 ℃に加熱し潤滑剤を除去したワイヤを使用す
   る請求項１または３記載の鋼管のサブマージアーク溶接
   方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４記載の鋼管のサブマー
   ジアーク溶接方法に用いる溶接装置であって、溶接チッ
   プとワイヤ供給リールとのワイヤ通路にワイヤを加熱す
   る手段を設置したことを特徴とする溶接装置。