JPH08141740A - 高強度クラッド鋼管のシーム溶接方法 - Google Patents

高強度クラッド鋼管のシーム溶接方法

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JPH08141740A
JPH08141740A JP28536894A JP28536894A JPH08141740A JP H08141740 A JPH08141740 A JP H08141740A JP 28536894 A JP28536894 A JP 28536894A JP 28536894 A JP28536894 A JP 28536894A JP H08141740 A JPH08141740 A JP H08141740A
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steel
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low
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JP28536894A
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Yoshio Terada
好男 寺田
Yoshinori Ogata
佳紀 尾形
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高能率で低合金母材の低温靭性が優れた高強
度クラッド鋼管のシーム溶接方法 【構成】 低C化した母材とステンレス鋼またはニッケ
ル基合金の合わせ材からなるクラッド鋼板を溶接してク
ラッド鋼管を製造するに際し、外面側より低合金溶接材
料を用いて溶接し、内面側より合わせ材部を高合金溶接
材料を用いて溶接する。 【効果】 低温靭性が優れたクラッド鋼管の製造が可能
となった。その結果、省エネルギー・省工程が可能にな
るとともに諸特性の向上によりパイプラインの安全性が
著しく向上した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はステンレス鋼またはニッ
ケル基合金などの高耐食材料の合わせ材と低合金鋼の母
材からなるクラッド鋼管(UOE鋼管、ベンディングロ
ール鋼管など)の高品質・高能率なシーム溶接方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】安全性、経済性の観点から腐食性物質
(H2 S、CO2 、Cl- )を多く含有する原油・天然
ガス輸送ラインパイプに、ステンレス鋼、ニッケル基合
金を合わせ材とする高合金クラッド鋼管の需要がますま
す増加する傾向にある。従来、このような鋼管は圧延で
製造したクラッド鋼板を成形、シーム溶接後、鋼管全体
を再加熱・水冷(溶体化処理)することにより製造され
ていたが、この方法は極めて生産性が低かった。そこで
最近、溶体化処理を省略し圧延ままで良好な諸特性を達
成できる技術(例えば特開昭60−216984号公
報、特開昭62−16892号公報、特開昭63−13
0283号公報)が発明され、クラッド鋼板の製造技術
は飛躍的に進歩した。
【0003】しかし、これらの技術で達成できる合わせ
材の耐食性、母材の低温靭性は必ずしも満足できるもの
ではなかった。一方、そのシーム溶接においては鋼管内
側の合わせ材の溶接法としてタングステン・イナートガ
ス(TIG)溶接法(例えば特開昭60−154875
号公報)が多く適用されていたが、この溶接法は溶接速
度が極めて遅く、クラッド鋼管の安定大量生産の大きな
障害となっていた。本発明者らは、これらの問題を解決
するため、新しいクラッド鋼管の製造方法を発明した
(特開平3−85585号公報)。しかし、これらの方
法も溶接金属の耐食性、健全性(耐高温割れ性)に問題
を有していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は鋼管の溶体化
処理なしで優れた合わせ材(溶接金属を含む)の耐食性
と母材の強度、低温靭性を同時に達成できる大径クラッ
ド鋼管のシーム溶接技術を提供するものである。とくに
本発明では高能率の潜弧溶接法がシーム溶接に適用さ
れ、高品質(優れた諸特性と健全性)に加えて高生産性
であるという特徴を有する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、ステン
レス鋼またはニッケル基合金の合わせ材とC含有量が
0.06wt%以下の低合金鋼からなるクラッド鋼板を合
わせ材が鋼管内側になるように冷間成形後、外面側より
低合金溶接材料を用いて溶接金属成分がC:0.005
〜0.035wt%、Ti:0.005〜0.02wt%、
B:0.0010wt%以下、O:0.01〜0.08wt
%を含有し、かつPCM=C+Si/30+(Mn+Cu
+Cr)/20+V/10+Mo/15+Ni/60+
5Bが0.12〜0.18wt%となるようにサブマージ
アーク溶接を行い、続いて内面側より合わせ材部を高合
金溶接材料を用いてサブマージアーク溶接することであ
る。
【0006】本発明のステンレス鋼とは、オーステナイ
ト系およびオーステナイト・フェライト2相系を意味
し、ニッケル基合金とはインコロイ825、インコネル
625などの耐食材料である。また母材は圧延方向と直
角方向において、強度がX52以上(API規格)、低
温靭性がシャルピー試験における−30℃の吸収エネル
ギー≧100J、破面遷移温度≦−40℃となるような
高強度、高靭性の低合金鋼である。
【0007】以下、本発明のクラッド鋼管シーム溶接方
法について詳細に説明する。本発明では、クラッド鋼板
の合わせ材を内側にして鋼管成形を行い、外面側より低
合金溶接材料を用いてサブマージーアーク溶接を行い、
続いて内面側より合わせ材部を高合金材料を用いてサブ
マージアーク溶接を実施する。クラッド鋼板は、例えば
特願平6−40153号などで開示されたサンドイッチ
スラブを組み立てて、熱間圧延により製造された鋼板、
あるいは爆着法で製造された鋼板、いずれのクラッド鋼
板も使用できる。本発明では、母材の強度・低温靭性の
確保および合わせ材の耐食性確保のため、母材のC量を
0.06%以下に限定する。この上限の値は、母材の優
れた低温靭性、現地溶接性を得るための限界値である。
母材のC量が高過ぎるとスラブ再加熱時Cが極低Cの合
わせ材へ拡散し、耐食性を劣化させるので、合わせ材の
耐食性の観点からもC量の上限の値を0.06%以下に
制限する必要がある。
【0008】図1は本発明におけるシーム溶接法の例を
示したものである。ここで1は鋼管外側の低合金鋼母
材、2は鋼管内側の合わせ材(ステンレス鋼または高合
金)、3は鋼管内側の開先、4は鋼管外側の開先、5は
鋼管外側から溶接した仮付け溶接ビード、6は鋼管内側
の潜弧溶接ビード(内面溶接金属)、7は鋼管外側の潜
弧溶接ビード(外面溶接金属)である。
【0009】図1において、まず低合金鋼母材の開先内
4に低合金鋼溶接ワイヤを使用して仮付け溶接を行う
(5)。この溶接法に関してはとくに限定しないが、通
常UOE工場では炭酸ガスアーク溶接法が適用される。
仮付け溶接後、母材側の開先3に潜弧溶接を行い、外面
溶接金属6を形成する。ついで合わせ材側の開先4に潜
弧溶接7を行い、内面溶接金属を形成する。鋼管内外面
の潜弧溶接における電極数については、とくに限定しな
いが、1〜3電極が望ましい。
【0010】上記の溶接において外面溶接金属は低合金
材料を用いてサブマージアーク溶接し、溶接金属成分が
C:0.005〜0.035wt%、Ti:0.005〜
0.02wt%、B:0.0010wt%以下、O:0.0
1〜0.08wt%を含有し、かつPCM=C+Si/30
+(Mn+Cu+Cr)/20+V/10+Mo/15
+Ni/60+5Bが0.12〜0.18wt%とする必
要がある。つぎに内面の潜弧溶接は、溶接時の希釈を考
慮し高合金材料を使用して実施することにより、内面溶
接金属において、優れた耐食性が得られる。
【0011】外面溶接金属の低温靭性を確保するために
は、低C化と溶接金属組織の微細化が必要である。組織
の微細化を図るためには、溶接金属のオーステナイト
(γ)粒界に生成する粒界フェライト(α)を抑制し、
粒内変態フェライトを活用する必要がある。まず、硬
さの上昇を抑制して低温靭性を確保するためには低C化
が必須である。このためC量の上限を0.035%とし
た。ただし、C量が低過ぎると強度不足となるため、そ
の下限を0.005%とした。
【0012】Bはγ−α変態時にγ粒界から生成する初
析フェライトの抑制に有効であるが、B量が多過ぎると
Fe23(CB)6 などの析出物が生成し、低温靭性が劣
化する。このためB量の上限を0.0010%とした。
このときたとえB量が適正であっても、PCMを適正な範
囲に制御しないと良好な低温靭性は得られない。PCM
小さ過ぎる場合には、鋼の焼入性が不足し、γ粒界から
初析フェライトが生成し、低温靭性が劣化する。このた
めPCMの下限を0.12%とした。またPCMが高過ぎる
と鋼の焼入性が高くなり、硬さが上昇し低温靭性が劣化
する。このためPCMの上限を0.18%とした。
【0013】Ti、Oはγ−α変態時にγ粒内から粒内
変態フェライトが生成する際の変態核(Ti2 3
ど)を形成する。このような変態核(Ti2 3 など)
を形成するためのTiおよびO量の必要最小量はそれぞ
れ、0.005%、0.01%である。しかしながら、
Ti量が多過ぎると、TiCの析出などにより低温靭性
が劣化するため、その上限を0.02%とした。またO
量が多過ぎると清浄度が劣化して低温靭性が劣化するた
めに、その上限を0.08%とした。
【0014】
【実施例】つぎに実施例について述べる。転炉−連続鋳
造法で種々の鋼成分の母材スラブ(厚み240mm)を製
造した。このスラブを所定の厚みに圧延した後、片表面
を機械加工、所定の厚みのSUS316Lまたはインコ
ロイ825合わせ材(圧延後のクラッド鋼板の合わせ材
厚みが3mmになるように調整)と重ね合わせて、四周を
真空引きを行いながらシール溶接した。さらに、このよ
うにして製造したスラブを分離材を介して2枚重ね合わ
せ、四周を溶接してサンドイッチスラブを組み立てた。
なお、低合金鋼と合わせ材の接着面はすべて機械加工で
平滑にし、洗浄・脱脂を行った。
【0015】サンドイッチスラブを圧延してクラッド鋼
板を製造し、溶接材料を変えて外径508mmのUOE鋼
管およびベンディングロール鋼管を製造して、諸性質を
調査した。母材の機械的性質は圧延と直角な方向で、合
わせ材の耐食性は孔食試験(試験条件:10%FeCl
3 ・6H2 O溶液に、SUS316Lは15℃で48時
間、インコロイ825は30℃で48時間浸漬)で評価
した。
【0016】実施例を表1に示す。本発明にしたがって
製造したクラッド鋼管は低合金母材において優れた強度
・低温靭性を有し、かつ合わせ材において優れた耐食性
を有する。これに対して比較鋼は母材の化学成分または
外面溶接金属の化学成分が適切でなく、いずれかの特性
が劣る。
【0017】鋼5は低合金鋼母材のC量が多過ぎるため
に、母材の低温靭性および合わせ材の耐食性が悪い。鋼
6は外面側溶接金属のC量が多過ぎるために、低温靭性
が劣る。鋼7は外面側溶接金属のC量が少な過ぎるため
に、強度が低下している。鋼8は外面側溶接金属のTi
量が多過ぎるために、低温靭性が劣化する。鋼9は外面
側溶接金属のTi量が少な過ぎるために、粒内フェライ
トの変態核となるTi酸化物の生成量が少なく、低温靭
性が劣化する。鋼10は外面側溶接金属のB量が多過ぎ
るために、Fe23(CB)6 析出物が生成し、低温靭性
が劣化する。鋼11は外面側溶接金属のB量が少な過ぎ
るために、粒界フェライトの生成が抑制されず、低温靭
性が劣化する。鋼12は外面側溶接金属のO量が多過ぎ
るために、清浄度が悪く、低温靭性が劣化する。鋼13
は外面側溶接金属のO量が少な過ぎるために、粒内フェ
ライトの変態核となるTi酸化物の生成量が少なく、低
温靭性が劣化する。鋼14は外面側溶接金属のPCMが多
過ぎるために、硬さが上昇し、低温靭性が劣化する。鋼
15は外面側溶接金属のPCMが少な過ぎるために、粒界
フェライトの生成が抑制されず、低温靭性が劣化する。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】
【発明の効果】本発明により高品質の大径クラッド鋼管
が製造できるようになった。その結果、省エネルギー・
省工程が可能になるとともに、諸特性の向上によりパイ
プラインの安全性が著しく向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかわるクラッド鋼管のシーム溶接部
の断面を示す図である。
【符号の説明】
1 鋼管外側の低合金鋼母材 2 鋼管内側の合わせ材 3 低合金鋼母材側の開先 4 合わせ材側の開先 5 低合金鋼母材側の開先内の仮付け溶接ビード 6 低合金母材側の潜弧溶接ビード(外面溶接金属) 7 合わせ材側の潜弧溶接ビード(内面溶接金属)
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/00 301 B 302 Z 38/14

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステンレス鋼またはニッケル基合金の合
    わせ材とC含有量が0.06wt%以下の低合金鋼からな
    るクラッド鋼板を合わせ材が鋼管内側になるように冷間
    成形後、外面側より低合金溶接材料を用いて溶接金属成
    分がC:0.005〜0.035wt%、Ti:0.00
    5〜0.02wt%、B:0.0010wt%以下、O:
    0.01〜0.08wt%を含有し、かつPCM=C+Si
    /30+(Mn+Cu+Cr)/20+V/10+Mo
    /15+Ni/60+5Bが0.12〜0.18wt%と
    なるようにサブマージアーク溶接を行い、続いて内面側
    より合わせ材部を高合金溶接材料を用いてサブマージア
    ーク溶接することを特徴とする高強度クラッド鋼管のシ
    ーム溶接方法。
JP28536894A 1994-11-18 1994-11-18 高強度クラッド鋼管のシーム溶接方法 Withdrawn JPH08141740A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006115754A3 (en) * 2005-04-26 2007-01-18 Exxonmobil Upstream Res Co Apparatus and methods of improving riser weld fatigue
CN103639574A (zh) * 2013-11-26 2014-03-19 中油吉林化建工程有限公司 T2与16MnR复合板的焊接工艺方法

Cited By (3)

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Effective date: 20020205