JPH08319517A - 電縫鋼管溶接部の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 厚肉電縫鋼管の溶接部の高強度、高靭性化を
図る。 【構成】 電縫鋼管の製造ラインで連続的に成形、溶接
された厚肉電縫鋼管溶接部に高周波誘導加熱装置によっ
て連続的に２回の熱処理を施す電縫鋼管溶接部の熱処理
方法において、前段高周波誘導加熱装置で溶接部外面を
Ａｃ₃点以上に加熱したのち、空冷により溶接部外面の
温度が（Ａｒ₁点−１００℃）〜Ａｒ₁点に降下した時点
で、引き続いて後段高周波誘導加熱装置で溶接部内面を
Ａｃ₃点以上に加熱して溶接部外内面の温度差を減少さ
せ、空冷によって溶接部温度が７００〜８５０℃に降下
した時点で、水冷によって外表面から強制冷却する。 【効果】 肉厚１０ｍｍ以上の電縫鋼管であっても、溶
接部の外内面温度差を低減して高靭性、高強度化を図る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、肉厚１０ｍｍ以上の
電縫鋼管溶接部の靭性および強度を高める電縫鋼管溶接
部の熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ラインパイプは、輸送能率向上な
らびにポンプステーションの減少の観点から高圧輸送お
よび安全性の観点から高強度で靭性の優れた高張力鋼管
が強く要望されている。通常、電縫鋼管の製造工程にお
いては、素材の帯状鋼帯を成形ロール群で連続的に管状
体に成形したのち、溶接すべき鋼帯両端を一対のコンタ
クトチップまたは誘導コイルによって溶接温度まで加熱
し、スクイズロールによりその両端を加圧溶接し、続い
て内外面の溶接ビードが切削される。

【０００３】電縫鋼管の溶接部は、溶接の際に急熱、急
冷されてベイナイト組織を呈することとなり、母材部と
異なり硬度が高く、靭性が非常に低くなっている。この
ため、通常は、溶接によって加熱、急冷され脆化した溶
接部の組織を改善するため、溶接後に溶接部を加熱する
ポストアニーラと称する複数台の高周波加熱装置が配置
されている。すなわち、溶接線に沿って配置した複数台
の高周波誘導加熱装置によって電縫鋼管の溶接部を局部
的にオーステナイト化温度まで加熱する。引続き空冷域
において溶接部が４００〜５００℃まで空冷されたの
ち、水冷され、直ちにサイザーによって所定の外径、真
円度に成形されて製品電縫鋼管となる。しかしながら、
通常のこの方法では、電縫溶接部の靭性は改善されるも
のの、熱処理部分が軟化されて逆に強度の低下を招き、
最近の高強度仕様に対して規格を下回ることが危惧され
る。

【０００４】上記電縫鋼管の溶接部の脆化した組織を改
善する熱処理方法としては、溶接後の鋼管溶接部に加熱
焼鈍を施し、該溶接部が７００℃以上の温度を有する間
に強制冷却を行う方法（特開昭５１−２１５５８号公
報）、製管後焼鈍され７００℃以上の温度を有する鋼管
溶接部を該焼鈍に引続き、鋼管溶接部の焼鈍の連続冷却
変態線図（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｔ
ｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉａｇｒａｍ、ＣＣＴ
線図ともいう）から求まるＡｒ₃変態点温度以下３５０
℃以上の温度範囲の所定温度まで１０℃／ｓｅｃ〜３０
℃／ｓｅｃで強制冷却し、引続きその温度から０．５℃
／ｓｅｃ〜４℃／ｓｅｃの冷却速度で徐冷する方法（特
開昭５２−７１３２９号公報）、厚肉鋼管溶接部に高周
波誘導加熱装置で連続的に溶接部外面の温度が（Ａｃ₃
点＋１００℃）〜（Ａｃ₃点＋３００℃）の範囲となる
ように加熱して行う第１回目の焼ならしと、引続いて前
記溶接部外面の温度がＡｒ₁点以下に降下した時点で実
施するＡｃ₁点〜（Ａｃ₁点＋１００℃）の温度範囲とな
るように加熱して行う第２回目の焼ならし・焼なましと
で構成した熱処理を行う方法（特開昭５９−１２９７２
９号公報）等が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭５１−２１
５５８号公報、特開昭５２−７１３２９号公報に開示の
熱処理方法は、肉厚１０ｍｍ以上の鋼管に対して限られ
た台数の高周波誘導加熱装置による加熱では、鋼管の内
外面で大きな温度差が生じることは避けられず、特に内
面までＡｃ₃変態させてベイナイト組織を完全にオース
テナイト化させようとすると、内面のＡｃ₃点以上の加
熱に伴う外面側の高温化は避けられない。このため、鋼
管の外面側は、空冷で内面が７００℃になった時点でも
まだかなりの高温であり、この時点で強制冷却を外表面
から行えば、外表面にベイナイト組織が生成されて硬度
が上昇する。したがって、特開昭５１−２１５５８号公
報に開示の熱処理方法は、大きな靭性向上につながらな
い。また、空冷時間を延長して外面温度をベイナイト組
織の生成しない温度領域まで降下させて強制冷却を行う
のは、内面温度が７００℃を大きく下回って低下してし
まい、内面部が軟化して通常の焼準空冷による熱処理と
大差のない状態なり、強度低下を招くこととなる。ま
た、特開昭５９−１２９７２９号公報に開示の方法は、
肉厚１０ｍｍ以上の鋼管において靭性を低下させること
なく内面までの焼準は可能であるが、高強度仕様に適応
した強度まで高めることは期待できないという欠点を有
している。

【０００６】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、高強度仕様に適応した強度まで電縫鋼管の溶接
部の強度を高めることができると共に、溶接部の靭性を
高めることができる電縫鋼管溶接部の熱処理方法を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を重ねた。その結果、溶接後
の電縫鋼管溶接部を焼鈍または焼準し、所定の温度まで
空冷したのち、再度焼準し、空冷によって所定温度まで
低下させた時点で、外表面から水冷による強制冷却を施
すことによって、溶接部の靭性および強度を高めること
ができることを究明し、この発明に到達した。

【０００８】すなわちこの発明は、電縫鋼管の製造ライ
ンで連続的に成形、溶接された厚肉電縫鋼管溶接部に高
周波誘導加熱装置によって連続的に２回の熱処理を施す
電縫鋼管溶接部の熱処理方法において、前段高周波誘導
加熱装置で溶接部外面をＡｃ ₃点以上に加熱したのち、
空冷により溶接部外面の温度が（Ａｒ₁点−１００℃）
〜Ａｒ₁点に降下した時点で、引き続いて後段高周波誘
導加熱装置で溶接部内面をＡｃ₃点以上に加熱して溶接
部外内面の温度差を減少させ、空冷によって溶接部温度
が７００〜８５０℃に降下した時点で、水冷によって外
表面から強制冷却することを特徴とする電縫鋼管溶接部
の熱処理方法である。

【０００９】

【作用】この発明においては、前段高周波誘導加熱装置
で溶接部外面をＡｃ₃点以上に加熱したのち、空冷によ
り溶接部外面の温度が（Ａｒ₁点−１００℃）〜Ａｒ₁点
に降下した時点で、引き続いて後段高周波誘導加熱装置
で溶接部内面をＡｃ₃点以上に加熱することによって、
後段高周波誘導加熱装置による加熱においては溶接部は
既に外面温度で（Ａｒ₁点−１００℃）〜Ａｒ₁点である
ため、比較的低出力で内面までＡｃ₃点以上に加熱する
ことができ、外面温度を従来法に比較して低く抑制で
き、溶接部外内面温度差を小さくすることができる結
果、溶接部の外内面部を均一なオーステナイト組織とす
ることができる。また、空冷によって溶接部温度が７０
０〜８５０℃に降下した時点で、水冷によって外表面か
ら強制冷却することによって、溶接部の外内面部が既に
均一なフェライト組織への変態を完了しており、外表面
温度をベイナイト組織の生成しない温度領域まで空冷さ
せても、後段高周波誘導加熱装置の効果で外内面温度差
は小さいので、内面温度は７００℃以上確保されてい
る。したがって、外表面にベイナイト組織が生成するこ
とが防止でき、ベイナイト組織のない全体的に均一なフ
ェライト組織が得られ、高靭性、高強度の溶接部を得る
ことができる。

【００１０】この発明において、前段高周波誘導加熱装
置での溶接部外面の加熱温度をＡｃ₃点以上としたの
は、溶接部外面の加熱温度がＡｃ₃点未満では溶接部内
面部の加熱が不足し、溶接部の外内面温度差が大きすぎ
て後段高周波誘導加熱装置による加熱によっても溶接部
の外内面温度差の減少が見込まれなくなるからである。
また、後段高周波誘導加熱装置入側の溶接部の外面温度
を（Ａｒ₁点−１００℃）〜Ａｒ₁点としたのは、Ａｒ₁
点以下に降下させることによって、溶接部のＡ ₁変態を
一旦完了させ、後段高周波誘導加熱装置による加熱によ
る組織の粗大化を防止するためである。また、（Ａｒ₁
点−１００℃）を下回る温度まで低下させると、後段高
周波誘導加熱装置は高出力側へと移行し、溶接部の外内
面温度差の減少の効果が小さくなるからである。

【００１１】さらに、後段高周波誘導加熱装置での溶接
部内面の加熱温度をＡｃ₃点以上としたのは、溶接部内
面の加熱温度がＡｃ₃点未満では外面部分はＡ₃変態し、
内面部分はＡ₃変態しないので外内面組織が不均一とな
り、溶接部全体が均一なオーステナイト組織とならない
からである。特に前段高周波誘導加熱装置で内面側がＡ
ｃ₃点まで昇温されていなかった場合、内面に未変態組
織が残存し、後段高周波誘導加熱装置で内面をＡｃ₃点
以上に加熱して溶接部を完全にオーステナイト化させな
いと、この内面未変態組織はそのまま残存することにな
る。水冷による強制冷却前の溶接部温度を７００〜８５
０℃としたのは、後段高周波誘導加熱装置の加熱効果に
より溶接部の外内面温度差は１５０℃以内に収まってい
るが、外面８５０℃（Ａ₃点近傍）を超える温度から水
冷により強制冷却すると、外面部にベイナイト様組織の
生成を招き、また、空冷時間を長く取り過ぎて内面７０
０℃を下回る温度まで降下させると、溶接部の内面部の
軟化に伴う強度低下を招くこととなるからである。

【００１２】

【実施例】

実施例１ 以下にこの発明の詳細を実施の一例を示す図１ないし図
４に基づいて説明する。図１はこの発明の電縫鋼管製造
ラインにおける熱処理工程を示す概略図、図２は熱処理
工程における電縫鋼管溶接部の外内面の温度差を示すも
ので、（ａ）図はこの発明法の場合、（ｂ）図は従来法
の場合、図３は電縫鋼管溶接部の前段高周波誘導加熱装
置による加熱時の溶接部の外面温度と溶接部の外内面温
度差との関係を示すグラフ、図４は後段高周波誘導加熱
装置入側の溶接部の外面温度の影響を示す模式図であ
る。図１において、１は素材の帯鋼を連続成形したオー
プンパイプ、２は一対のコンタクトチップまたは誘導コ
イルによって溶接温度まで加熱されたオーブンパイプ１
の両端を加圧溶接するスクイズロール、３はスクイズロ
ール２により加圧溶接されたのちバイト等で内外面ビー
ドが切削された電縫鋼管４の溶接部を外面温度Ａｃ₃点
以上に加熱する前段高周波誘導加熱装置である。

【００１３】５は後段高周波誘導加熱装置で、前段高周
波誘導加熱装置３で溶接部が外面温度Ａｃ₃点以上に加
熱されたのち、空冷により溶接部温度を（Ａｒ₁点−１
００℃）〜Ａｒ₁点に降下させた電縫鋼管４の溶接部内
面温度をＡｃ₃点以上に加熱し、溶接部組織を完全にＡ₃
変態させ、溶接後に生成したベイナイト組織を完全にオ
ーステナイト組織に改善し、溶接部を外内均一なオース
テナイト組織にする。６は水冷シャワーで、後段高周波
誘導加熱装置５により溶接部を外内均一なオーステナイ
ト組織としたのち、空冷により溶接部温度を７００〜８
５０℃に降下させた電縫鋼管４を外表面から強制冷却す
るよう構成されている。

【００１４】図２（ｂ）に示すとおり、従来法では溶接
部内面までＡｃ₃点以上に加熱する際、肉厚１０ｍｍ以
上の電縫鋼管を溶接部内面までＡｃ₃点以上に加熱する
には、高周波誘導加熱装置を高出力にする必要があり、
これに伴って溶接部外面温度が高温となり、電縫鋼管の
溶接部外内面で大きな温度差が生じることとなる。この
発明においては、上記のとおり構成したことによって、
図２（ａ）に示すとおり、後段高周波誘導加熱装置５の
入側で電縫鋼管４の溶接部は、既に外面温度で（Ａｒ₁
点−１００℃）〜Ａｒ₁点の温度であり、比較的低出力
で電縫鋼管４を溶接部内面までＡｃ₃点以上に加熱する
ことができ、外面温度は図２（ｂ）の従来法に比較して
低く抑制でき、溶接部外内面温度差を小さくすることが
できる。

【００１５】また、この発明においては、図３に示すと
おり、前段高周波誘導加熱装置３で電縫鋼管４の溶接部
の外面温度をＡｃ₃点以上に加熱することが必要で、溶
接部の外面温度Ａｃ₃点未満の加熱では、溶接部の内面
部の加熱が不足し、溶接部外内面温度差が大きくなり、
後段高周波誘導加熱装置５による加熱によっても溶接部
外内面温度差の減少は見込まれなくなる。さらに、この
発明においては、後段高周波誘導加熱装置５の入側の電
縫鋼管４の溶接部外面温度を（Ａｒ₁点−１００℃）〜
Ａｒ₁点とし、図４に示すとおり、溶接部のＡ₁変態を一
旦完了させることによって、後段高周波誘導加熱装置５
の加熱による組織の粗大化が防止される。また、溶接部
外面温度を（Ａｒ₁点−１００℃）以下に降下させる
と、後段高周波誘導加熱装置５は高出力側へと移行し、
溶接部外内面温度差の減少効果が小さくなる。さらにま
た、この発明においては、水冷シャワー６の入側の電縫
鋼管４の溶接部温度を７００〜８５０℃としたから、溶
接部外面部へのベイナイト様組織の生成を防止できると
共に、溶接部内面部の軟化に伴う強度低下を防止でき、
ベイナイト様組織のない全体に均一なフェライト組織が
形成され、高靭性、高強度の溶接部を得ることができ
る。

【００１６】実施例２ 表１に示す化学成分のアメリカ石油協会（ＡＰＩ）規格
５Ｌ−Ｘ６５相当の熱間圧延鋼帯を用いて製造した外径
４０６．４ｍｍ、肉厚１２．７ｍｍの電縫鋼管を、実施
例１に示す方法により熱処理した本発明の供試材と、従
来法および通常の焼準空冷法により熱処理した供試材の
それぞれについて、ＡＳＴＭ Ａ３７０金属材料衝撃試
験片に規定のＦｕｌｌ Ｓｉｚｅ試験片を用い、ＡＳＴ
Ｍ Ａ３７０の金属材料衝撃試験方法に準じて衝撃試験
を実施し、−４６℃における吸収エネルギーを求めた。
その結果を図５に示す。また、各供試材のそれぞれにつ
いて、図６下部に示す肉厚方向各位置からＡＳＴＭ Ａ
３７０金属材料衝撃試験片に規定のＳｕｂ Ｓｉｚｅ
（１／２Ｓｉｚｅ１０ ｂｙ ５ｍｍ）試験片を採取
し、ＡＳＴＭ Ａ３７０の金属材料衝撃試験方法に準じ
て衝撃試験を実施し、−４６℃における吸収エネルギー
を求めた。その結果を図６に示す。さらに、各供試材の
それぞれについて、ＡＳＴＭ Ａ３７０の金属材料引張
試験片に規定の試験片（Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ Ｔｅ
ｎｓｉｏｎ Ｔｅｓｔ Ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ Ｐｌａｔ
ｅ−Ｔｙｐｅ、１１／２−ｉｎ．Ｗｉｄｅ）を用い、Ａ
ＳＴＭ Ａ３７０の金属材料引張試験方法に準じて引張
試験を行った。その結果を図７に示す。さらにまた、各
供試材のそれぞれについて、溶接部の外（外表面より１
ｍｍ）、中（肉厚中央）、内（内表面より１ｍｍ）の硬
度をＪＩＳ Ｚ２２４４のビッカース硬さ試験方法に準
じ、試験荷重４９．０３Ｎで実施した。その結果を図８
に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】従来法により熱処理した供試材は、図５に
示すとおり、衝撃値が低く、しかもバラツキが大きい。
また、図６に示すとおり、溶接部外面部の衝撃値が低い
値となっている。これは、従来法による熱処理時の外面
の高温化と急冷により生成したベイナイト様組織の生成
に伴い、溶接部外面部の硬度の上昇による影響である。
また、通常の焼準空冷法により熱処理した供試材は、図
８に示すとおり、溶接部の硬度が低下しており、これに
伴って図７に示すとおり、引張強さの低下が見られる。

【００１９】これに対し本発明法により熱処理した供試
材は、図５に示すとおり、衝撃値が高く安定しており、
また、図６に示すとおり、溶接部外面部の衝撃値も高い
値を示している。これは、この発明の溶接部加熱特性で
ある外内面温度差の減少の効果によって、通常の焼準空
冷法と同じフェライト組織で、しかも全体に粒度の均一
な溶接部組織を得ることができたからである。しかも、
本発明法により熱処理した供試材は、図８に示すとお
り、通常の焼準空冷法で見られた極端な溶接部の軟化あ
るいは従来法に見られたベイナイト様組織による硬度の
上昇はなく、母材に極めて近い硬度が得られ、図７に示
すとおり、従来法と同等な引張強さを得ることができ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明方法によれ
ば、肉厚１０ｍｍ以上の電縫鋼管であっても、溶接部の
外内面温度差を低減して高靭性、高強度化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の電縫鋼管製造ラインにおける熱処理
工程を示す概略図である。

【図２】熱処理工程における電縫鋼管溶接部の外内面の
温度差を示すもので、（ａ）図はこの発明法の場合を、
（ｂ）図は従来法の場合を示す。

【図３】電縫鋼管溶接部の前段高周波誘導加熱装置によ
る加熱時の溶接部の外面温度と溶接部の外内面温度差と
の関係を示すグラフである。

【図４】後段高周波誘導加熱装置入側の溶接部の外面温
度の影響を示す模式図である。

【図５】実施例２における各供試材の衝撃値を示すグラ
フである。

【図６】実施例２における各供試材の溶接部の外、中、
内の衝撃値を示すグラフである。

【図７】実施例２における各供試材の溶接部の引張強さ
を示すグラフである。

【図８】実施例２における各供試材の溶接部の外、中、
内の溶接線からの距離と硬度との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ オープンパイプ ２ スクイズロール ３ 前段高周波誘導加熱装置 ４ 電縫鋼管 ５ 後段高周波誘導加熱装置 ６ 水冷シャワー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電縫鋼管の製造ラインで連続的に成形、
   溶接された厚肉電縫鋼管溶接部に高周波誘導加熱装置に
   よって連続的に２回の熱処理を施す電縫鋼管溶接部の熱
   処理方法において、前段高周波誘導加熱装置で溶接部外
   面をＡｃ₃点以上に加熱したのち、空冷により溶接部外
   面の温度が（Ａｒ₁点−１００℃）〜Ａｒ₁点に降下した
   時点で、引き続いて後段高周波誘導加熱装置で溶接部内
   面をＡｃ₃点以上に加熱して溶接部外内面の温度差を減
   少させ、空冷によって溶接部温度が７００〜８５０℃に
   降下した時点で、水冷によって外表面から強制冷却する
   ことを特徴とする電縫鋼管溶接部の熱処理方法。