JPH09194995A

JPH09194995A - 高強度・高靱性溶接鋼管およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09194995A
Application number: JP8001723A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Iwasaki; 謙一岩崎; Yutaka Nagahama; 裕長浜; Akio Sato; 昭夫佐藤; Masaki Omura; 雅紀大村
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-01-09
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 1997-07-29

Abstract

(57)【要約】【課題】高能率で製造できる電縫溶接法の有する長所
を維持しつつ、溶接部の機械的特性が母材部に比較し遜
色のない高強度・高靭性溶接鋼管を製造する。【解決手段】重量％で、C:0.01〜0.13%, Si:0.5%以
下, Mn:0.5〜2%, Al:0.1%以下, N:0.01% 以下, P:0.02%
以下, S:0.01% 以下からなる鋼板を管状体に成形し、
次いで、管状体の突き合わされたエッジ部をレーザービ
ームの照射により溶融すると共にアプセットして溶接
し、溶接部が溶融凝固組織を有している高強度・高靭性
溶接鋼管とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パイプライン用、機
械構造部材用、各種プラント用等に使用される高強度・
高靱性溶接鋼管およびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】鋼管の用途は、パイプライン用、機械構
造部材用、熱交換器用、自動車部品用、機械構造部材
用、各種プラント用等、多岐にわたっており、その用途
またはサイズに応じて、各種の方法により製造された継
目無鋼管や溶接鋼管が使用されている。その中で、鋼帯
を連続的に管状に成形して管状体（オープンパイプ）と
なし、その相対する両エッジ部を高周波加熱または抵抗
加熱によって加熱しそして溶接することにより製管され
る電縫溶接鋼管は、その寸法精度が高く、他の製管方法
に比較して高能率に製造することができ、且つ、比較的
安価であるために、従来から多量に製造されそして使用
されている。

【０００３】しかしながら、電縫溶接鋼管を、高度の材
質特性や高い信頼性が要求される分野において使用する
場合には、その材質が問題とされることがある。他の溶
接鋼管と比較して電縫溶接鋼管の材質が劣る理由は、次
の通りである。１）電縫溶接部の入熱は、アーク溶接に比較して少ない
ために、電縫溶接時における電縫溶接部およびその近傍
の冷却速度は速い。従って、電縫溶接部およびその近傍
が硬化しやすく、品質が劣化しやすい。２）電縫溶接法によって溶接された溶接部は、アーク溶
接等の通常の溶融溶接と圧接との中間とも言える状態で
あり、その接合部に明瞭な溶融プールは形成されない。
従って、溶接時に酸化によって形成された介在物が、鋼
の内部から排出されにくく残存する。

【０００４】上記理由のうち、１）に対しては、熱処理
を施すことによる対応が可能である。たとえば、電縫溶
接管に対し、オンラインで焼きならし、または、焼き入
れ焼き戻しの熱処理を施すことにより、硬化した溶接部
の材質を改善することができ、たとえば、特開昭６２−
１５１５０９号公報には、硬化した溶接部に焼入れ焼き
戻しの熱処理を施す技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記理
由のうち、２）の介在物に起因する問題点の解決には、
別途の対策が必要であり、例えば、溶接時に鋼帯を管状
体にアプセットして、介在物等を可能な限り外部に排出
することが試みられている。ところが、その結果、溶接
部近傍のメタルフローが立ち上がり、言わば鋼の圧延時
の断面が管の内外表面に現れることになる。このような
メタルフローを有する鋼管には、疲労強度が劣ること
や、内圧がかかった場合の耐久性に問題が生ずる可能性
が危惧される。勿論アプセットを行なっても、介在物が
完全に排出されるわけではなく、相当量の介在物が残留
する結果、鋼管の機械的特性が劣化する問題が生ずる。

【０００６】上記問題を解決するための対策も検討され
ており、入熱を制御したり、または、特開昭６３−２４
１１１６号公報に開示されているような、非酸化性ガス
で電縫部をシールドして電縫溶接を行い、電縫部の酸化
物等を減少させる方法が知られている。しかしながら、
現実的には入熱の制御による改善には限界があり、ま
た、シールド性に優れ、かつ連続操業に耐え得るシール
ド装置も開発されていない。

【０００７】このようなことから、溶接部の強度や靱性
が母材部と遜色ない電縫溶接鋼管は、従来は製造し得な
いものとされていた。上述したように、従来の技術で製
造した電縫溶接鋼管の溶接部の強度や靱性は母材部に比
較して劣っており、このことが電縫溶接鋼管の用途を制
限する大きな原因となっていた。

【０００８】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、高能率で製造できる電縫溶接法の有する長所
を維持しつつ、溶接部の機械的特性が母材部に比較して
遜色のない高強度・高靭性溶接鋼管およびその製造方法
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは電縫溶接部
の機械的特性が母材部に比較して劣る原因は、１）溶接部の熱履歴、２）溶接部の介在物、および、３）溶接部近傍のメタルフローにあり、特に１）および２）の影響が大きいことを見出
して、研究を重ねた結果、本発明を完成させた。

【００１０】この発明の基本は、適切な化学成分組成を
有する鋼帯を、多段ロールによって管状体に成形し、管
状体の突き合わされたエッジ部を適当な温度で予熱し、
ついで、予熱されたエッジ部にレーザービームを照射し
てこれを溶融すると共にアプセットして溶接することに
より、高強度・高靭性溶接鋼管とするものである。

【００１１】従って、従来の電縫溶接鋼管の製造方法に
よる場合と異なり、溶接部は、溶融凝固組織を有してい
る。勿論、凝固の過程で管状体がアプセットされるため
に、上記溶融凝固組織は、若干の加工が施された状態に
なる。

【００１２】なお、本発明の高強度・高靱性溶接鋼管に
おいて、高強度とは、引張強さが５０ｋｇｆ／ｍｍ²以
上をいい、また、高靱性とは、シャルピー衝撃試験にお
ける破面遷移温度（_VＴ_rs）が−５０℃以下をいう。

【００１３】請求項１に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いる高強度・高靱性溶接鋼管。

【００１４】請求項２に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、さらに、下記からなる群から選んだ少なくと
も１つの元素を下記の範囲で含有し、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｚｒ：０．００
５〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５
〜０．２％そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いる高強度・高靱性溶接鋼管。

【００１５】請求項３に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、さらに、下記からなる群から選んだ少なくと
も１つの元素を下記の範囲で含有し、Ｎｉ：０．０３〜１％Ｃｕ：０．０３
〜１％Ｃｒ：０．０３〜３％Ｍｏ：０．０３
〜１．５％Ｗ：０．０３〜１．５％Ｂ：０．０００
３〜０．００３％そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いる高強度・高靱性溶接鋼管。

【００１６】請求項４に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、さらに、下記からなる群から選んだ少なくと
も１つの元素を下記の範囲で含有し、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｍｇ：０．００
０５〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．１％そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いる高強度・高靱性溶接鋼管。

【００１７】請求項５に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの
元素を下記の範囲で含有し、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｚｒ：０．００
５〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５
〜０．２％さらに、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元
素を下記の範囲で含有し、Ｎｉ：０．０３〜１％、Ｃｕ：０．０３
〜１％、Ｃｒ：０．０３〜３％、Ｍｏ：０．０３
〜１．５％、Ｗ：０．０３〜１．５％、Ｂ：０．０００
３〜０．００３％そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いる高強度・高靱性溶接鋼管。

【００１８】請求項６に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの
元素を下記の範囲で含有し、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｚｒ：０．００
５〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５
〜０．２％さらに、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元
素を下記の範囲で含有し、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｍｇ：０．００
０５〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．１％、そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いる高強度・高靱性溶接鋼管。

【００１９】請求項７に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの
元素を下記の範囲で含有し、Ｎｉ：０．０３〜１％、Ｃｕ：０．０３
〜１％、Ｃｒ：０．０３〜３％、Ｍｏ：０．０３
〜１．５％、Ｗ：０．０３〜１．５％、Ｂ：０．０００
３〜０．００３％、さらに、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元
素を下記の範囲で含有し、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｍｇ：０．００
０５〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．１％、そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いる高強度・高靱性溶接鋼管。

【００２０】請求項８に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの
元素を下記の範囲で含有し、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｚｒ：０．００
５〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５
〜０．２％、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元素を下記
の範囲で含有し、Ｎｉ：０．０３〜１％、Ｃｕ：０．０３
〜１％、Ｃｒ：０．０３〜３％、Ｍｏ：０．０３
〜１．５％、Ｗ：０．０３〜１．５％、Ｂ：０．０００
３〜０．００３％、さらに、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元
素を下記の範囲で含有し、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｍｇ：０．００
０５〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．１％、そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いる高強度・高靱性溶接鋼管。

【００２１】請求項９に記載の発明は、下記を特徴とす
るものである。（ａ）請求項１〜８の何れか１の請求項に記載された化
学成分組成の鋼板を用意する工程、（ｂ）前記鋼板を管
状体に成形する工程、および、（ｃ）前記管状体の突き
合わされたエッジ部をレーザービームの照射により溶融
すると共にアプセットして溶接する工程からなる、高強
度・高靱性溶接鋼管の製造方法。

【００２２】請求項１０に記載の発明は、下記を特徴と
するものである。（ａ）請求項１〜８の何れか１の請求項に記載された化
学成分組成の鋼板を用意する工程、（ｂ）前記鋼板を管
状体に成形する工程、（ｃ）前記管状体の突き合わされ
たエッジ部を予熱する工程、（ｄ）前記管状体の前記予
熱されたエッジ部をレーザービームの照射により溶融す
ると共にアプセットして溶接する工程からなる、高強度
・高靱性溶接鋼管の製造方法。

【００２３】請求項１１に記載の発明は、下記を特徴と
するものである。（ａ）請求項１〜８の何れか１の請求項に記載された化
学成分組成の鋼板を用意する工程、（ｂ）前記鋼板を管
状体に成形する工程、（ｃ）前記管状体の突き合わされ
たエッジ部を、６００〜１３００℃の範囲内の温度に予
熱する工程、（ｄ）前記管状体の前記予熱されたエッジ
部を、レーザービームの照射により溶融すると共にアプ
セットして溶接する工程、および、（ｅ）前記溶接部を
Ａc₃＋２０℃〜１０００℃の温度域に加熱し次いで冷却
する工程からなる、高強度・高靱性溶接鋼管の製造方
法。

【００２４】請求項１２に記載の発明は、下記を特徴と
するものである。（ａ）請求項１〜８の何れか１の請求項に記載された化
学成分組成の鋼板を用意する工程、（ｂ）前記鋼板を管
状体に成形する工程、（ｃ）前記管状体の突き合わされ
たエッジ部を、６００〜１３００℃の範囲内の温度に予
熱する工程、（ｄ）前記管状体の前記予熱されたエッジ
部を、レーザービームの照射により溶融すると共にアプ
セットして溶接する工程、（ｅ）前記溶接部をＡc₃＋２
０℃〜１０００℃の温度域に加熱する工程、および、
（ｆ）次いで、５００℃〜Ａ_C1の範囲内の温度で焼き戻
す工程からなる、高強度・高靱性溶接鋼管の製造方法。

【００２５】

【発明の実施の形態】この発明の溶接鋼管の化学成分組
成を、上述したように限定した理由について以下に説明
する。

【００２６】Ｃは、鋼の強度を高める作用を有してい
る。しかしながら、Ｃ含有量が０．０１wt.%未満では強
度の確保が困難である。一方、Ｃ含有量が０．１３wt.%
を超えると、溶接性および靱性が劣化する。従って、Ｃ
含有量は、０．０１〜０．１３wt.%の範囲内に限定すべ
きである。

【００２７】Ｓｉは脱酸元素である。しかしながら、Ｓ
ｉ含有量が０．５wt.%を超えると、靱性が劣化する等の
悪影響が生ずる。従って、Ｓｉ含有量は、０．５wt.%以
下に限定すべきである。

【００２８】Ｍｎも、鋼の強度を高める作用を有してい
る。しかしながら、Ｍｎ含有量が０．５wt.%未満では十
分な強度が得られない。一方、Ｍｎ含有量が２wt.%を超
えると、溶接性および靱性が劣化する。従って、Ｍｎ含
有量は、０．５〜２wt.%の範囲内に限定すべきである。

【００２９】Ａｌも脱酸元素である。しかしながら、Ａ
ｌ含有量が０．１wt.%を超えると、靱性が劣化する等の
悪影響が生ずる。従って、Ａｌ含有量は、０．１wt.%以
下に限定すべきである。

【００３０】Ｎは、溶解時に大気中から不純物として鋼
中に混入する元素であるが、Ｃと同様に鋼の強度を高め
る作用も有している。しかしながら、Ｎ含有量が０．０
１wt.%を超えると、溶接性および靱性に悪影響が生ず
る。従って、Ｎ含有量は、０．０１wt.%以下に限定すべ
きである。

【００３１】Ｔｉ，Ｚｒ，ＮｂおよびＶは、鋼の強度を
高める作用を有しており、また、炭化物および窒化物を
形成してオーステナイト粒を微細化し、強度および靱性
を向上させる作用がある。従って、必要に応じて、上記
群から選ばれた少なくとも１つの元素を含有させる。し
かしながら、その含有量が０．００５wt.%未満では、所
望の効果が得られない。一方、その含有量が０．２wt.%
を超えると靱性が劣化する。従って、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ
およびＶからなる群から選んだ少なくとも１つの元素の
含有量は、０．００５〜０．２wt.%の範囲内に限定すべ
きである。

【００３２】Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｏ，ＷおよびＢは、
鋼の強度を高める作用を有している。従って、必要に応
じて、上記群から選ばれた少なくとも１つの元素を含有
させる。

【００３３】しかしながら、Ｃｒの含有量が０．０３w
t.%未満では、所望の効果が得られない。一方、その含
有量が３wt.%を超えると、溶接性および靱性が劣化す
る。従って、Ｃｒ含有量は、０．０３〜３wt.%の範囲内
に限定すべきである。

【００３４】Ｃｕの含有量が０．０３wt.%未満では、所
望の効果が得られない。一方、その含有量が１wt.%を超
えると、熱間加工性が劣化する。したがって、Ｃｕの含
有量は、０３〜１wt.%の範囲内に限定すべきである。

【００３５】Ｎｉは、鋼の強度を高めるほか、Ｃｕの熱
間加工性に対する悪影響を低下させる作用も有してい
る。しかしながら、Ｎｉの含有量が０．０３wt.%未満で
は、所望の効果が得られない。一方、その含有量が１w
t.%を超えると、添加効果が飽和する。したがって、Ｎ
ｉの含有量は、０．０３〜１wt.%の範囲内に限定すべき
である。

【００３６】Ｍｏの含有量が０．０３wt.%未満では、所
望の効果が得られない。一方、その含有量が１．５wt.%
を超えると、添加効果が飽和する。したがって、Ｍｏの
含有量は、０．０３〜１．５wt.%の範囲内に限定すべき
である。

【００３７】Ｗの含有量が０．０３wt.%未満では、所望
の効果が得られない。一方、その含有量が１．５％を超
えると、添加効果が飽和する。したがって、Ｗの含有量
は、０．０３〜１．５wt.%の範囲内に限定すべきであ
る。

【００３８】Ｂの含有量が０．０００３wt.%未満では、
所望の効果が得られない。一方、その含有量が０．００
３wt.%を超えると、溶接部の靱性が劣化する。したがっ
て、Ｂの含有量は、０．０００３〜０．００３wt.%の範
囲内に限定すべきである。

【００３９】Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭは、Ｓと結びつい
て介在物を粒状化し、形態制御を通じて各種の腐食環境
における耐食性を向上させ、且つ、靱性値を高める作用
を有している。従って、必要に応じて、上記群から選ば
れた少なくとも１つの元素を含有させる。しかしなが
ら、Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭの少なくとも１つの元素の
含有量が０．０００５wt.%未満では、所望の効果が得ら
れない。一方、ＣａおよびＭｇの含有量が各々０．０１
wt.%を超え、また、ＲＥＭの含有量が０．１wt.%を超え
ると、鋼の靱性が劣化する。従って、ＣａおよびＭｇの
各含有量は０．００５〜０．０１wt.%の範囲内に限定
し、そして、ＲＥＭの含有量は０．０００５〜０．１w
t.%の範囲内に限定すべきである。

【００４０】不可避的不純物のＰおよびＳは、靱性に有
害である。従って、Ｐ含有量は０．０２wt.%以下に限定
し、そして、Ｓ含有量は０．０１wt.%以下に限定すべき
である。特に、Ｓ量を０．００５wt.%以下に限定する
と、一段と優れた靱性が得られる。

【００４１】次に、この発明の溶接鋼管の製造方法につ
いて説明する。図１は、この発明を実施するための製管
設備の一例を示す概略説明図、図２は、図１のＡ−Ａ線
矢視図である。図面に示すように、管状体１の移動方向
に沿って、コンタクトチップ２、トップロール４および
サイドロール５、第１高周波加熱装置６、水冷ゾーン７
および第２高周波加熱装置８が、この順序で配置されて
いる。

【００４２】鋼帯を、図示しない多段ロールによって管
状体１に成形し、次いで、コンタクトチップ２または高
周波誘導加熱により、管状体１の突き合わされたエッジ
部を予熱する。エッジ部の好ましい予熱温度は、６００
〜１３００℃の範囲内である。予熱温度が６００℃未満
では、予熱が不十分でありレーザービームの照射に対す
る負担が過大になる。一方、予熱温度が１３００℃を超
えて高くなると、レーザービームの照射に対する負担は
軽くなるが、鋼の酸化が進行し介在物量が増加する問題
が生ずる。なお、溶接部の清浄度を高く保つために、予
熱温度を１０００℃以下に制限することが好ましい。

【００４３】上記のようにして予熱された、管状体１の
突き合わされたエッジ部に対し、レーザービーム３を照
射してこれを溶融しそして溶接する。溶接時にトップロ
ール４によって突き合わされたエッジ部の形状をＩ型に
形成し、サイドロール５によってアプセットする。な
お、図１に示したように、複数個のトップロール４は、
斜め上方から管状体１を抑え、トップロール４間をレー
ザービーム３が通過するように配置されており、トップ
ロール４間を通過するレーザービーム３により溶接部は
加熱されて溶融する。なお、予熱は必須の条件ではな
く、レーザービームの照射のみによって電縫溶接するこ
とも可能である。

【００４４】このようにして、レーザービーム３により
溶融溶接が行なわれるために、溶接部が溶融凝固組織を
有しており、予熱時にエッジ部に形成された酸化物の大
部分は溶融プール外に排出され、清浄度の高い溶接部が
形成される。予熱時に形成される酸化物の量は、溶融直
下の温度にまで加熱する従来の電縫溶接鋼管の製造方法
に比較して大幅に少ないことは言うまでもない。

【００４５】なお、従来の電縫溶接鋼管の製造時には、
大量に生成する酸化物を溶接部から排出するために強度
のアプセットをかけることが必要であったが、本発明の
方法による場合は、従来法に比較して極めて低いアプセ
ット量でよい。このことは、メタルフローの立ち上がり
による機械特性の劣化を少なくできるだけでなく、アプ
セット時に発生するバリの除去も容易であることを意味
している。溶接が終了した鋼管の溶接部に対して、必
要に応じ、焼きならし、焼入れ焼き戻し等の後熱処理を
施す。もちろん、鋼の成分組成や、使用目的によって
は、このような後熱処理を施す必要のない場合もある。

【００４６】焼きならしを施す場合には、例えば第１高
周波加熱装置６において、Ａc₃＋２０℃〜１０００℃の
温度域に加熱した後、冷却する。溶接部近傍の局部加熱
の場合は、鋼管の非加熱部に熱が吸収されるので、特別
な冷却は要しない場合もあるが、必要に応じて空冷を行
なう。もちろん、溶接部の近傍に限定せず、管全体に対
して熱処理を施してもよい。この場合は焼きならし部と
の境がなくなるので、より均一な材質の鋼管が得られ
る。加熱温度の下限は熱処理効果を挙げるために、Ａc₃
＋２０℃とし、その上限はオーステナイト結晶粒が粗大
化しない１０００℃とする。

【００４７】焼入れ焼き戻し処理を施す場合も、先ず第
１高周波加熱装置６により、Ａc₃＋２０℃〜１０００℃
の範囲内の温度に加熱し、冷却ゾーン７において、水
冷、ミスト冷却等により焼入れを行なう。このときの冷
却速度は３０℃／ｓｅｃ．以上とし、十分に焼きの入っ
た組織とする。冷却停止温度は４００℃以下にする必要
があり、水量や冷却ゾーンの長さを十分なものとする。

【００４８】焼入れ後、第２高周波加熱装置８において
行う焼き戻しは、５００℃〜Ａ_C1の温度範囲で行なう。
焼き戻し温度が５００℃未満では、焼き戻し効果が十分
に得られない。焼き戻し上限温度はＡc₁とするが、おお
よその目安は７６０℃である。

【００４９】

【実施例】次に、この発明を、実施例に基づいて比較例
と共に説明する。表１および表２に示す本発明の範囲内
の化学成分組成を有する鋼（以下、本発明鋼という）お
よび表３に示す本発明の範囲外の化学成分組成を有する
鋼（以下、比較鋼という）を溶製した。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】

【表３】

【００５３】表１に示す本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５、
Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１７、表２に示す本発明鋼Ｎｏ．２
１〜Ｎｏ．２６、及び、表３に示す比較鋼Ｎｏ．６〜Ｎ
ｏ．８を使用し、本発明の方法により表４に示した条件
で溶接し、次いで、表５に示した条件で焼入れおよび焼
戻し処理を施し、かくして、内径７６．３ｍｍφ、厚さ
７．５ｍｍの溶接鋼管を製造した。製造能率は従来の電
縫溶接法に比較して同等またはそれ以上であった。

【００５４】

【表４】

【００５５】

【表５】

【００５６】本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５を使用し、本
発明方法およびレーザービームを照射しない従来の電縫
溶接法によって溶接鋼管を製造し、その溶接部における
_VＴ _rsを調べ、これを図３にグラフにより比較して示
す。なお、本発明法の場合も従来法の場合も、ＱＴ（焼
入れ焼戻し）処理（焼戻し温度 650℃、冷却速度50℃/s
ec) を施した。

【００５７】図３から明らかなように、本発明の製造方
法による場合で、焼入れ温度が１０００℃以下の場合の
_VＴ_rsは十分に低いが、従来法により製造した場合の_V
Ｔ_rsは、鋼の成分組成が本発明の成分範囲内である場合
においても高かった。

【００５８】本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５からなる本発
明方法により製造した溶接鋼管に対し、ＱＴ処理（焼入
れ温度９５０℃、焼戻し温度６５０℃）を施したときに
おける、溶接部の_VＴ_rsに対する冷却速度の影響を図４
に示す。また、同じく本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５から
なる本発明方法により製造した溶接鋼管に対し、ＱＴ処
理（焼入れ温度９５０℃、冷却速度５０℃／ｓｅｃ）を
施したときにおける、溶接部の_VＴ_rsに対する焼戻し温
度の影響を図５に示す。図４および図５から明らかなよ
うに、冷却速度が３０℃／ｓｅｃ以上で、焼き戻し温度
が５００〜７５０℃の範囲の場合には、十分に低い_VＴ
_rsが得られた。

【００５９】本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５、および、比
較鋼No. ６〜No. ８を使用した溶接鋼管の_VＴ_rsを図６
に示す。なお、溶接鋼管には、何れも焼入れおよび焼き
戻し処理（焼入れ温度 900〜1050℃、焼戻し温度 650
℃、冷却速度50℃/sec）を施した。図６から明らかなよ
うに、本発明鋼Ｎｏ．１〜No. ５を使用したる鋼管の_V
Ｔ_rsは、焼入れ温度が１０００℃以下の場合には十分に
低かった。これに対して比較鋼No. ６〜No. ８を使用し
たる鋼管の_VＴ_rsは、かなり高かった。

【００６０】本発明鋼Ｎｏ．２１〜Ｎｏ．２６を使用
し、本発明の方法により溶接鋼管とし、第１高周波加熱
装置により焼きならし処理を施した場合と、従来の電縫
溶接方法により電縫溶接鋼管とし、同様に焼きならし処
理を施した場合における_VＴ_rsを図７に示す。図７か
ら、本発明方法の場合には、焼きならし温度が１０００
℃以下のときに_VＴ_rsの低下することがわかる。なお、
焼きならし温度が１０００℃を超えると_VＴ_rsは上昇す
るが、本発明方法と従来方法との差は、焼きならし温度
が１０００℃以下の場合と同様である。

【００６１】本発明鋼No. １〜No. ５、No. ２１〜No.
２６、および、比較鋼No. ６〜８に対し、焼入れおよび
焼き戻し処理（焼入れ温度 950℃、焼戻し温度 650℃、
冷却速度50℃/sec) を施したときの_VＴ_rsを表６に示
す。なお、表６には、後述する実験溶解材の_VＴ_rsも併
記されている。

【００６２】

【表６】

【００６３】次に、本発明鋼Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１１、Ｎ
ｏ．１３〜Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１８〜Ｎｏ．２０、およ
び、比較鋼Ｎｏ．２７〜Ｎｏ．２８を、実験室で真空溶
解により溶製し、５０ｋｇのインゴットに鋳造した。

【００６４】次いで、これらのインゴットを１２００℃
に加熱し、板厚５０ｍｍに圧延して鋼板とした後、空冷
した。空冷後の鋼板から５０×１５０×４００ｍｍの板
を切り出し、加熱温度１２００℃、圧延終了温度８２０
℃で厚さ１２ｍｍまで圧延した。圧延終了直後にミスト
スプレーで、冷却速度約１０℃／ｓｅｃ．で５５０℃ま
で冷却した後、予め５５０℃に加熱されている電気炉に
装入し炉冷した。これらの工程は、熱間圧延による鋼帯
の製造条件をシミュレートしたものである。

【００６５】室温まで冷却された鋼板から、６×３５×
１０００ｍｍの試験片を切り出し、電縫溶接シミュレー
タを用いて電縫溶接した。電縫溶接シミュレータ装置
は、図８に概略斜視図で示すように、ガイドロール１０
により２枚の試験鋼帯９を送り込み、相対する鋼帯９の
エッジ部をコンタクトチップ２から供給される高周波電
流で加熱した後、スクイズロール１１で圧接するもの
で、エッジ接合部には炭酸ガスレーザービーム３が、鋼
帯９の垂直上方から突き合わされたエッジ部に焦点を合
わせて照射されるようになっている。

【００６６】溶接条件は下記の通りであり、焼入れ、焼
き戻しの熱処理は、表５に示した範囲の条件で実施し
た。溶接速度：１０ｍ／ｍｉｎ．、コンタクトチップからの投入電力：２００ｋｗ、レーザー出力：５ｋｗ、焦点位置でのビーム径：０．５ｍｍ上述した方法で製造した溶接鋼管の溶接部から、５ｍｍ
ｔのシャルピー衝撃試験片を採取し、その_VＴ_rsを求め
た。その結果を表６に併せて示す。表６から明らかなよ
うに、工場で製管した場合、および、実験溶解材を電縫
シミュレータを用いて溶接した場合のいずれにおいて
も、本発明鋼を使用し本発明の方法により製造した場合
の_VＴ_rsは−７０℃以下であり、極めて良好な靱性を示
した。なお、Ｓ量が低く且つ強化元素が比較的少ない鋼
の靱性はさらに優れていた。一方、比較鋼を使用した場
合には、本発明方法により製造しても、_VＴ_rsは−４０
℃以上であり、成分組成が_VＴ_rsに大きな影響を与える
ことが分かる。なお、比較鋼Ｎｏ．２７は、Ｃ量が低
く、引張強度が５０kgｆ/mm²以下であったが、他の鋼の
引張強度は５０kgｆ/mm²以上であった。

【００６７】本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５、Ｎｏ．１
２、Ｎｏ．１７、Ｎｏ．２１〜Ｎｏ．２６、及び、比較
鋼Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８およびＮｏ．２７を使用し、従来
の電縫溶接法によって電縫溶接鋼管を製造し、電縫溶接
後に上記と同様の条件で焼入れ焼き戻し処理を施したと
ころ、その_VＴ_rsは何れも−５０℃を超えていた。

【００６８】本発明鋼No. ２１〜No. ２６に対し、溶接
後に焼きならし処理を施したときの _VＴ_rsを表７に示
す。表７から明らかなように、溶接後に焼きならし処理
を施した場合においても良好な靱性が得られた。

【００６９】

【表７】

【００７０】一般に、焼きならし処理を施した場合の_V
Ｔ_rsは、焼入れ焼き戻し処理を施した場合に比較して高
くなるが、本発明鋼を使用した場合の溶接部の_VＴ_rsは
−５０℃以下であった。これに対して、従来法により製
管した場合の_VＴ_rsは、−３０℃程度であった。

【００７１】なお、表１中の本発明鋼Ｎｏ．１１〜Ｎ
ｏ．１２、Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１５、Ｎｏ．１７および
Ｎｏ．１９は、一定量のＣａおよび／またはＭｇを含有
しており、高強度・高靱性であると同時に、耐ＨＩＣ
（水素誘起割れ）性、耐ＳＳＣＣ性（硫化物応力腐食割
れ）性も兼ね備えている。

【００７２】本発明鋼を使用し、本発明の方法により溶
接鋼管とした場合と、従来方法により電縫溶接鋼管とし
た場合における、溶接部の酸素濃度の比較を図９に示
す。図９から明らかなように、本発明の方法により製造
した場合の溶接部の酸素量は、従来法により製造した場
合に比較して、大幅に低かった。

【００７３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
高能率で製造できる電縫溶接法の有する長所を維持しつ
つ、溶接部の機械的特性が母材部に比較して遜色がな
く、母材および溶接部が共に高強度・高靱性である、機
械構造用、各種プラント用、ラインパイプ用等として最
適の溶接鋼管が得られる。なお、各種の腐食環境に使用
する場合には、必要に応じて成分組成を選択することに
より、耐食性を有する高強度・高靱性鋼管が得られるこ
とは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施するための製管設備の一例を示
す概略説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。

【図３】本発明方法および従来方法により製造した溶接
鋼管に対し焼入れ焼き戻し処理を施した後の溶接部の_V
Ｔ_rsの比較を示す図である。

【図４】本発明方法におけるＱＴ処理時の冷却速度と溶
接部の_VＴ_rsとの関係を示す図である。

【図５】本発明方法におけるＱＴ処理時の焼戻し温度と
溶接部の_VＴ_rsとの関係を示す図である。

【図６】本発明鋼および比較鋼の_VＴ_rsを示す図であ
る。

【図７】本発明方法および従来方法により製造した溶接
鋼管に対し焼きならし処理を施した後の溶接部の_VＴ_rs
の比較を示す図である。

【図８】電縫溶接シミュレータ装置を示す概略斜視図で
ある。

【図９】本発明鋼を使用し、本発明方法により溶接鋼管
とした場合と、従来法により電縫溶接鋼管とした場合に
おける、溶接部の酸素濃度の比較を示す図である。

【符号の説明】

１管状体２コンタクトチップ３レーザービーム４トップロール５サイドロール６第１高周波加熱装置７水冷ゾーン８第２高周波加熱装置９鋼帯 10 ガイドロール 11 スクイズロール

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｃ２１Ｄ 9/08 Ｃ２１Ｄ 9/08 Ｆ 9/50 １０１ 9/50 １０１ＡＣ２２Ｃ 38/04 Ｃ２２Ｃ 38/04 38/38 38/38 (72)発明者大村雅紀東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いることを特徴とする、高強度・高靱性溶接鋼管。
【請求項２】重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、さらに、下記からなる群から選んだ少なくと
も１つの元素を下記の範囲で含有し、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｚｒ：０．００
５〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５
〜０．２％そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いることを特徴とする、高強度・高靱性溶接鋼管。
【請求項３】重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、さらに、下記からなる群から選んだ少なくと
も１つの元素を下記の範囲で含有し、Ｎｉ：０．０３〜１％、Ｃｕ：０．０３
〜１％、Ｃｒ：０．０３〜３％、Ｍｏ：０．０３
〜１．５％、Ｗ：０．０３〜１．５％、Ｂ：０．０００
３〜０．００３％そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いることを特徴とする、高強度・高靱性溶接鋼管。
【請求項４】重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、さらに、下記からなる群から選んだ少なくと
も１つの元素を下記の範囲で含有し、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｍｇ：０．００
０５〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．１％そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部に溶融凝固組織を有して
いることを特徴とする、高強度・高靱性溶接鋼管。
【請求項５】重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの
元素を下記の範囲で含有し、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｚｒ：０．００
５〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５
〜０．２％、さらに、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元
素を下記の範囲で含有し、Ｎｉ：０．０３〜１％、Ｃｕ：０．０３
〜１％、Ｃｒ：０．０３〜３％、Ｍｏ：０．０３
〜１．５％、Ｗ：０．０３〜１．５％、Ｂ：０．０００
３〜０．００３％そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いることを特徴とする、高強度・高靱性溶接鋼管。
【請求項６】重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの
元素を下記の範囲で含有し、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｚｒ：０．００
５〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５
〜０．２％さらに、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元
素を下記の範囲で含有し、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｍｇ：０．００
０５〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．１％そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いることを特徴とする、高強度・高靱性溶接鋼管。
【請求項７】重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの
元素を下記の範囲で含有し、Ｎｉ：０．０３〜１％、Ｃｕ：０．０３
〜１％、Ｃｒ：０．０３〜３％、Ｍｏ：０．０３
〜１．５％、Ｗ：０．０３〜１．５％、Ｂ：０．０００
３〜０．００３％、さらに、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元
素を下記の範囲で含有し、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｍｇ：０．００
０５〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．１％そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量をＰ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いることを特徴とする、高強度・高靱性溶接鋼管。
【請求項８】重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１３％、Ｓｉ：０．５％
以下、Ｍｎ：０．５〜２％、Ａｌ：０．１％
以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの
元素を下記の範囲で含有し、Ｔｉ：０．００５〜０．２％、Ｚｒ：０．００
５〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５
〜０．２％、且つ、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元素
を下記の範囲で含有し、Ｎｉ：０．０３〜１％、Ｃｕ：０．０３
〜１％、Ｃｒ：０．０３〜３％、Ｍｏ：０．０３
〜１．５％、Ｗ：０．０３〜１．５％、Ｂ：０．０００
３〜０．００３％さらに、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元
素を下記の範囲で含有し、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｍｇ：０．００
０５〜０．０１％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．１％そして、不可避的不純物のＰおよびＳの含有量を、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％
以下、に限定した鋼よりなり、溶接部が溶融凝固組織を有して
いることを特徴とする、高強度・高靱性溶接鋼管。
【請求項９】下記工程からなることを特徴とする、高
強度・高靱性溶接鋼管の製造方法。（ａ）請求項１〜８のうちの何れか１つの請求項に記載
された化学成分組成の鋼板を用意する工程、（ｂ）前記鋼板を管状体に成形する工程、および、（ｃ）前記管状体の突き合わされたエッジ部を、レーザ
ービームの照射により溶融すると共にアプセットして溶
接する工程。
【請求項１０】下記工程からなることを特徴とする、
高強度・高靱性溶接鋼管の製造方法。（ａ）請求項１〜８のうちの何れか１つの請求項に記載
された化学成分組成の鋼板を用意する工程、（ｂ）前記鋼板を管状体に成形する工程、（ｃ）前記管状体の突き合わされたエッジ部を予熱する
工程、および、（ｄ）前記管状体の予熱されたエッジ部を、レーザービ
ームの照射により溶融すると共にアプセットして溶接す
る工程。
【請求項１１】下記工程からなることを特徴とする、
高強度・高靱性溶接鋼管の製造方法。（ａ）請求項１〜８のうちの何れか１つの請求項に記載
された化学成分組成の鋼板を用意する工程、（ｂ）前記鋼板を管状体に成形する工程、（ｃ）前記管状体の突き合わされたエッジ部を、６００
〜１３００℃の範囲内の温度に予熱する工程、（ｄ）前記管状体の前記予熱されたエッジ部を、レーザ
ービームの照射により溶融すると共にアプセットして溶
接する工程、および、（ｅ）前記溶接部を、Ａc₃＋２０℃〜１０００℃の温度
域に加熱し次いで冷却する工程。
【請求項１２】下記工程からなることを特徴とする、
高強度・高靱性溶接鋼管の製造方法。（ａ）請求項１〜８のうちの何れか１つの請求項に記載
された化学成分組成の鋼板を用意する工程、（ｂ）前記鋼板を管状体に成形する工程、（ｃ）前記管状体の突き合わされたエッジ部を、６００
〜１３００℃の範囲内の温度に予熱する工程、（ｄ）前記管状体の前記予熱されたエッジ部を、レーザ
ービームの照射により溶融すると共にアプセットして溶
接する工程、（ｅ）前記溶接部を、Ａc₃＋２０℃〜１０００℃の温度
域に加熱する工程、および、（ｆ）次いで、５００℃〜Ａ_C1の範囲内の温度で焼き戻
す工程。