JPH0677774B2 - 溶接ビ−ド切削部が補修されたアルミニウム系被覆電縫鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルミニウム系被覆鋼帯を素材として連続的
に電縫鋼管を製造するに際して、特定条件下でその溶接
ビート切削部に融点が被覆金属のそれよりも低い補修用
被覆金属を溶融状態を付着させて補修することにより、
溶融補修用被覆金属付着のタイミングに多少のずれがあ
つても補修を良好に行うことのできる溶接ビード切削部
が補修されたアルミニウム系被覆電縫鋼管の製造方法に
関するものである。

〔従来の技術と問題点〕

Al或はZn−Al合金などで被覆されたアルミニウム系被覆
鋼管は、耐食性，耐候性，耐熱性などに優れていること
から、建築材料，自動車部品，電気機器材料などに広く
用いられている。このアルミニウム系被覆鋼管は、以前
は溶接或は引抜きによつて造られた管材料に熱間浸漬め
つき或は電気めつきなどを施することによつて製造され
てきた。

しかし、最近では一部の用途向けのものを除いて製造コ
スト節減の点から予めAl,Zn−Al合金などのアルミニウ
ム系被覆金属をめつき或はクラツドされた鋼帯を素材と
して用い、これをフオーミングロール群により幅方向に
曲げ両側縁を突き合せて管状に成形し、突合せ部を溶接
縫合することによつて電縫鋼管を製造する方法が主流と
なつている。この方法では、素材のアルミニウム系被覆
層の溶接ビードの近傍部分が破壊されるため、その部分
においては本来の耐食性や耐熱性などの特性が損なわれ
るし、また電縫鋼管表面の一部を形成することになる溶
接ビードには元来このような特性を有するめつき層は存
在しない。

そこで従来、このような特性を有しない溶接ビードとそ
の近傍（以下、これらを総合して溶接ビード部と言う）
に耐食性や耐熱性などの特性を持たせるための一つの方
法として、溶接後に溶接ビード部の肉盛りを切削除去
し、その切削部分（以下、溶接ビード切削部と言う）に
素材のアルミニウム系被覆層と同一ないしは類似の組成
の金属又は他種の金属（以下、これらの金属を補修用被
覆金属と言う）を溶射して被覆層を形成せしめる方法が
実施されている。しかしながらこのようにして形成され
る補修用被覆層は、本質的に鋼素地と冶金学的に均質に
反応した層ではなく、当然素材のアルミニウム系被覆層
とは構造を異にしている。すなわち、この溶射による補
修用被覆層は投錨効果によつて溶接ビード切削部に付着
したものであるため鋼素地との密着性が悪く、また溶射
が酸化性雰囲気下で行われるため補修用被覆層そのもの
が酸化物を巻き込んだ多孔質なものとなり、耐食性や耐
熱性などの性能が素材のアルミニウム系被覆層よりも劣
る問題点があつた。この問題点については、溶射技術の
改良或は補修用被覆金属の組成の再検討によつて補修用
被覆層と鋼素地との結合強化や均質化を図つたり、フラ
ツクスを混合した補修用被覆金属粉末を溶接ビード切削
部に塗布して加熱することによつて補修用被覆層を形成
させる試みがなされているが、このようにして形成され
る補修用被覆層がいずれも造管前の素材が有している良
好なアルミニウム系被覆層のようには形成し得ないので
未だ問題点は解決されていない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、上記従来技術の問題点を解決し、溶接ビ
ード切削部に形成させた補修用被覆層が、素材のアルミ
ニウム系被覆層と同様に鋼素地との密着性が良く耐食性
に優れているアルミニウム系被覆電縫鋼管の製造方法を
提供することを目的として検討を重ねた結果、電縫溶接
後の未だ高温のうちに溶接ビード切削部への溶融状態の
補修用被覆金属（以下、溶融補修用被覆金属と略称する
ことがある）の付着を非酸化性雰囲気下で行うことによ
り非常に優れた効果が得られた。この方法は、一つには
溶接ビード切削部と補修用被覆金属とを短時間で一気に
両者を金属学的に反応させようとするものであり、その
ためには両者の温度が共に少なくとも補修用被覆金属の
融点以上であることが不可欠である。更に、溶接ビード
切削部については素材鋼帯の電縫溶接後の未だ高温であ
るときを利用するものである。

従つて溶融補修用被覆金属の付着は、電縫溶接及び溶接
ビード部の切削に続いてこの切削部が未だ高温のうちに
後述するノズルを用いて溶接ビード切削部と溶融補修用
被覆金属とを金属学的に反応させるタイミングを逸せず
一気に行う必要があり、この金属学的に反応させるタイ
ミングが不適当でない限り上記の如く優れた効果が得ら
れたのである（特開昭61−124559号，特開昭62−13561
号，特開昭62−109958号の各公報参照）。

しかしながら、この溶接ビード切削部と溶融補修用被覆
金属とを金属学的に反応させるタイミングはすなわち造
管速度と溶融補修用被覆金属の付着位置との関係であ
り、そして素材鋼帯の厚さ，鋼種，管径等の種々な条件
によつて電縫溶接後の高温時間を異にする。従つてアル
ミニウム系被覆電縫鋼管の製造工程における上記の金属
学的に反応させるタイミングが或る条件下で適切であつ
ても他の条件下では必ずしも適切ではなく溶接ビード切
削部の温度が充分高くない状態が生じる。一般に素材鋼
帯が薄く管径が小さい場合に造管速度は速くなり、逆に
素材鋼帯が厚く管径が大きい場合に造管速度は遅くなる
が、熱の保持量は前者が小さく後者の場合大きい。従つ
て、素材鋼帯の厚さや管径の大小により、電縫溶接後に
ビード切削を経て溶融補修用被覆金属との接触までの時
間差により余熱温度が低下して、所定の高温（余熱）が
得られない場合が生じる。そのためそこに付着した溶融
補修用被覆金属が鋼素地と金属学的に反応することなく
凝固して補修用被覆層と溶接ビード切削部の鋼素地との
密着性が全く得られなくなる。そしてこのような溶接ビ
ード切削部の鋼素地と補修用被覆金属層との密着性に問
題があるばかりでなく、素材のアルミニウム系被覆層と
の境界における密着性にも類似の問題点があつたのであ
る。この傾向は、補修用被覆金属の融点が高い（従つて
凝固温度が高い）場合、例えばアルミニウム系被覆鋼帯
を素材としてアルミニウムを補修用被覆金属とするよう
な場合に、特に甚だしかつた。そのため、このような場
合には造管条件が変わる毎に金属学的に反応させるタイ
ミングを設定し直す必要があり、また設定し直しても時
には多少のずれのために失敗する等の問題点があつた。
そこで非酸化性雰囲気下で溶接ビード切削部の鋼素地に
補修用被覆金属を付着させて酸化物を巻き込んだ多孔質
なアルミニウム系補修用補修層の形成は防止できても、
上記のタイミングの不適切（多少のずれによる）から生
ずる溶接ビード切削部の鋼素地と補修用被覆層との密着
性のみならず耐食性も劣ることがあるので、本発明者等
は更に検討を重ねた結果、本発明を完成したのである。

すなわち本発明は、アルミニウム系被覆鋼帯を素材鋼帯
としてこれを水平に移動せしめながら管状成形，両側縁
の突合せ部の電縫溶接，溶接ビード部の切削，溶融状態
の補修用被覆金属の付着による溶接ビード切削部の補修
及び冷却から主として成る連続工程により電縫鋼管を製
造するに際して、溶接ビード部の切削及び溶接ビード切
削部の補修を非酸化性雰囲気下で行い且つ補修用被覆金
属として素材鋼帯のアルミニウム系被覆金属よりも低い
融点を有しAlの含有量が５〜70％でSiを1.0〜3.0％含む
ことがあり残りが不可避的に混入する不純物を含むZnで
あるZn−Al合金を使用することを特徴とする溶接ビード
切削部が補修されたアルミニウム系被覆電縫鋼管の製造
方法に関するものである。

〔構成の説明〕

以下、本発明に係る溶接ビード切削部が補修されたアル
ミニウム系被覆電縫鋼管の製造方法を詳細に説明する。

本発明方法によりアルミニウム系被覆鋼帯を素材鋼帯と
して電縫鋼管を連続製造する基本工程は、次の通りであ
る。

すなわち、素材鋼帯を水平に移動せしめながら造管機の
フオーミングロールにより幅方向に湾曲させて両側縁を
突き合せる管状成形、次いでスクイズロールで上記突合
せ部を圧着保持させながら溶接して溶接ビード部を形成
せしめる電縫溶接、次いで切削用バイトを使用する溶接
ビード部の切削、次いで溶融補修用被覆金属の付着によ
る溶接ビード切削部の補修、次いで冷却、最後にロール
による矯正の各工程を連続的に実施するものである。

ところで本発明においては、上記製造に際して溶接ビー
ド部の切削及び溶接ビード切削部の補修を非酸化性雰囲
気下で行い且つ補修用被覆金属として素材鋼帯のアルミ
ニウム系被覆金属よりも低い融点を有する金属を使用す
るのである。溶接ビード切削部の補修は溶接ビード部を
形成せしめる電縫溶接及びそれに続く溶接ビード部の切
削を連続して行うから、溶接ビード切削部が未だ高温で
あるうちに溶融補修用被覆金属を付着させることにな
る。

補修用付着金属としては、実用的にAlの含有量が５〜70
％でSiを1.0〜3.0％含むことがあり残りが不可避的に混
入する不純物を含むZnであるZn−Al合金を使用する。純
アルミニウムの融点が660℃であるが、補修用被覆金属
であるZn−Al合金はZnの含有率が高くなるに従いその融
点は最低390℃にまで低下するから、素材鋼帯のアルミ
ニウム系被覆金属の融点よりも低い融点を有するZn−Al
合金を容易に選定することができる。このような補修用
被覆金属を用いることにより、補修された被覆層として
鋼素地との密着性が良く耐食性にも優れた製品が得られ
るのである。補修用被覆金属の選定に当つては、要求さ
れる他の性質も得られるように考慮するのが好ましい。
例えば、補修作業を行い易くするにはAlの含有率が５〜
50％程度のZn−Al合金が好ましく、また耐熱性を必要と
する電縫鋼管の場合にはAlの含有率がほぼ50〜70％程度
のZn−Al合金が好ましい。なお、Alの含有率が10％以上
のZn−Al合金を補修用被覆金属として使用すると、溶接
ビード切削部の鋼素地と必要以上に金属反応が生じて鋼
素地との境界面に厚い合金層を生成し、補修用被覆層の
加工性を低下させることがあるから、この合金層の成長
を抑制するために1.5〜2.5％程度のSiを添加することが
好ましい。

補修用被覆金属を均一な厚さで溶接ビード切削部へ付着
させるには次の方法が好ましい。すなわち、溶接ビード
切削部が管の頂部になるように水平に移動せしめ、下方
に開口するノズルを溶接ビード切削部へ近接する位置
（溶融補修用被覆金属のメニスカスを形成させる位置）
に設置しておき、ノズルの開口部よりも高い一定のレベ
ルの溶融補修用金属の液面と所定温度とに溶融補修用被
覆金属が維持された溶融補修用被覆金属タンクと上記ノ
ズルとを底管又はサイフオンで接続してヘツド差により
ノズルに所定温度の溶融補修用被覆金属を供給してノズ
ルから流出させながら溶接ビート切削部へ付着させる。
付着量（めつき厚さ）は造管速度に応じてヘツド差によ
つて行う。また、非酸化性雰囲気状態にするには、溶接
ビード部の切削及び溶接ビード切削部への溶融補修用被
覆金属の付着を行う部位を含むシールボツクスを設け、
この中にN₂ガス,Arガス等の非酸化性ガスを充満させれ
ば良い。この非酸化性ガスの使用量を節約するにはシー
ルボツクスをできるだけ小さくすることが好ましい。本
発明方法を実施するには、以上の如き溶融補修用被覆金
属付着用の装着及び上記の非酸化性雰囲気状態用シール
ボツクスから主として成る補修用被覆装置を備えた造管
機によるものが良い（前記３公報参照）。

〔実施例１〜4,比較例１〜２〕 以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。

板厚1.6mm,板幅170mmの溶融アルミニウムめつき鋼板
（めつき層の組成がAl90％＋Si9％＋Fe1％で、融点が60
5℃で、めつき付着量が片面90g/m²，）を前記説明の補
修用被覆装置を備えた造管機に通し、電縫溶接した直後
にArガスから成る非酸化性雰囲気中で溶接ビード部を切
削し、続いて同じ非酸化性雰囲気中で未だ高温状態の溶
接ビード切削部にノズルから供給される後記する種々の
溶融補修用被覆金属を付着させて補修用被覆層を形成さ
せた。造管速度を60m/分とし、これに対し溶接ビード切
削部の温度は350〜450℃，溶接ビード切削部の幅は4mm
とし、補修用被覆層の幅もこれと同一になるようにノズ
ルの開口部が幅4mm,長さ4mmのものを選定し、更に補修
用被覆層の厚さが30μｍになるように溶融補修用被覆金
属供給圧力を設定し、ノズルと補修対象面とのクリアラ
ンスを0.5mmと適正に調整した。

各実施例，比較例を通じて補修用被覆金属の組成及び温
度以外の製造条件はすべて一定とした。補修用被覆金属
として、第１表に示すように、本発明の規定範囲内の４
種類のZn−Al系合金（実施例１〜４）と規定範囲外の２
種類のアルミニウム系補修用被覆金属（実施例１〜２）
とを採用し、第１表に示す各温度に溶融して使用した。

このように製造して得られた種々のアルミニウム系被覆
電縫鋼管の補修用被覆管の補修部についてそれぞれの溶
接ビード切削部の鋼素地と補修用被覆層、素材のアルミ
ニウム系被覆層と補修用被覆層の境界部との密着性及び
耐食性，耐熱性等の性能とを調査した。

密着性は、補修用被覆層の部分を外側にして半径150mm
の曲げ加工後、加工部の補修用被覆層表面にセロハンテ
ープを貼り付けた後に一気に引き剥がして剥離したした
ときのセロハンテープへの補修用被覆層の付着量により
調べ、境界部は光学顕微鏡によつて観察した。

補修用被覆層の耐食性は、長さ150mmに切断した補修被
覆鋼管をJISZ2371に準拠した塩水噴霧試験に1000時間供
した後の補修用被覆層とその周辺の腐食状態を肉眼によ
つて観察した。

補修用被覆層の耐熱性は、長さ150mmに切断した補修被
覆鋼管を炉内温度を400,500,600℃にそれぞれ保持され
た自動温度調節機能を有する電気炉中に500時間放置
し、自然冷却後に補修用被覆層に接する鋼素地の酸化程
度を光学顕微鏡による断面組織の観察によつて調査し
た。

これらの結果を第２表に示す。

１）．密着性と耐食性 第１図は本発明方法によつて製造したアルミニウム系被
覆電縫鋼管の補修用被覆層を光学顕微鏡により観察した
断面状態を示す図であり、溶接ビード切削部に形成され
た被覆層ｃは30μｍの厚さで均一な被覆層を形成してい
ると共に溶接部ａと金属学的に反応した均一な被覆層で
あり、めつき層ｂとの境界面が消失した被覆層であるこ
とが確認できると共に、溶接部ａとの境界部に形成され
ている合金層ｅはその厚さが非常に薄いことが確認され
た。

また、第２図は比較例でAlの含有率が70％を超え且つ金
属層の抑制材であるSiが３％を超えた場合の補修用被覆
層を光学顕微鏡により観察した断面状態を示す図であ
り、溶接ビード切削部に形成された被覆層ｃはAlの含有
量が高いのでその融点がめつき層ｂよりも高いためめつ
き層ｂと融合ができずに凝固して鱗片状に積層した多孔
質層ｄとなり、更に溶接部ａとの境界部に合金層ｅが必
要以上に成長していて、密着性，耐食性に劣ることが確
認された。

２）．耐熱性 耐熱性は第２表から、Alの含有率が55％で400℃,70％の
場合には実に600℃に耐える性能を有しているこれは補
修用被覆層の密着性が優れているためにAl自体の耐熱性
が発揮されていることを示したものである。また実施例
1,2のように密着性には優れているが、Alの含有率が低
いため耐熱性においては例えば自動車の排気管等の部材
には充分とは言い難い。従つて補修用被覆層中のAlの含
有率が高い 場合は融点の上昇と共に溶接ビード切削部の鋼素地の酸
化を防止するのに充分な性能を有し、Alの含有率が低い
場合の耐熱性は必ずしも充分ではないため本発明の方法
によるアルミニウム系被覆電縫鋼管の補修用被覆層はど
の程度の耐熱性を要求するかによつてAlの含有率を選定
する必要がある。

〔発明の効果〕

以上に詳述した如く本発明方法によれば、アルミニウム
系被覆鋼帯を素材として電縫鋼管を連続的に製造するに
際して、溶接ビード部の切削及び溶接ビード切削部への
溶融補修用被覆金属の付着を非酸化性雰囲気中で行い且
つAlの含有量が５〜70％でSiを1.0〜3.0％含むことがあ
り残りが不可避的に混入する不純物を含むZnであるZn−
Al合金から成る素材鋼帯のアルミニウム系被覆金属より
も融点の低い補修用被覆金属を使用することにより、補
修された被覆層が多孔質となつて耐食性の劣ることを防
止すると共に、溶接ビード切削部への溶融補修用被覆金
属の付着すなわち溶接ビード切削部の鋼素地と金属学的
に反応させるタイミングが多少ずれても素材鋼帯のアル
ミニウム系被覆金属よりも融点の低い金属を使用してい
るので溶接ビード切削部の温度がやや低い温度になつて
いる場合でも溶融補修用被覆金属が直ちに凝固すること
なく溶接ビード切削部の鋼素地や素材のアルミニウム系
被覆層との境界部も金属学的に反応して溶接ビード切削
部と補修用被覆金属層との間に良好な密着性を有する補
修用被覆層を形成させることができ、耐食性、耐熱性に
優れ且つ素材鋼帯のアルミニウム系被覆金属よりも融点
の低い金属を使用しているので熱源使用量の低減ができ
る等の優れた利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により溶接ビード切削部が補修され
たアルミニウム系被覆電縫鋼管の溶接ビードの断面状態
を示す図であり、第２図はAlの含有率が70％を超え且つ
合金層の抑制材としてのSiが３％を超えた場合のアルミ
ニウム系被覆電縫鋼管の溶接ビードの断面状態を示す図
である。 ａ……溶接部 ｂ……素材のめつき層 ｃ……補修用被覆層 ｄ……多孔質層 ｅ……合金層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウム系被覆鋼帯を素材鋼帯として
   これを水平に移動せしめながら管状成形，両側縁の突合
   せ部の電縫溶接，溶接ビード部の切削，溶融状態の補修
   用被覆金属の付着による溶接ビード切削部の補修及び冷
   却から主として成る連続工程により電縫鋼管を製造する
   に際して、溶接ビード部の切削及び溶接ビード切削部の
   補修を非酸化性雰囲気下で行い且つ補修用被覆金属とし
   て素材鋼帯のアルミニウム系被覆金属よりも低い融点を
   有しAlの含有量が５〜70％でSiを1.0〜3.0％含むことが
   あり残りが不可避的に混入する不純物を含むZnであるZn
   −Al合金を使用することを特徴とする溶接ビード切削部
   が補修されたアルミニウム系被覆電縫鋼管の製造方法。