JPH108191A

JPH108191A - スラリー輸送用溶接鋼管およびその製造方法

Info

Publication number: JPH108191A
Application number: JP15711196A
Authority: JP
Inventors: Sadayuki Abe; 貞至安部; Shigeru Endo; 茂遠藤
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1996-06-18
Publication date: 1998-01-13

Abstract

(57)【要約】【課題】健全な溶接部と良好な耐磨耗性を有する溶接
鋼管を提供する。【解決手段】主成分として重量％でＣ：０．２−０．
５，Ｓｉ：０．１５−０．９，Ｍｎ：０．４５−１．９
５を含む高炭素鋼からなるクラッドメタルにより内面側
の表面から少なくとも６mmまでの部分が構成されている
スラリー輸送用溶接鋼管。高炭素鋼からなるクラッドメ
タルを用いたクラッド鋼板を、冷間成形により高炭素鋼
側を内側にして円筒状に成形し、次いで突き合わせ部を
複数層盛り溶接法で溶接し、高炭素鋼側の溶接において
は溶接金属の少なくとも最上層を前記高炭素鋼と同等も
しくはそれ以上の炭素含有量である溶接材料で肉盛溶接
するスラリー輸送用溶接鋼管の製造方法。更に、肉盛溶
接後に内面側から焼入れを行う方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は石炭、鉱石をスラリ
ー状態にして輸送する場合等、スラリーの輸送用に用い
られる鋼管およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】

（１）従来技術１：スラリー輸送用鋼管は耐磨耗性が要
求される。そこで、高炭素鋼を素材としたスラリー鋼管
用の鋼板の製造方法が特開昭52-127428 号公報や特開昭
52-127429号公報に開示されている。しかし、このよう
な炭素含有量の高い鋼を用いて鋼管を製造する場合、溶
接方法によっては、溶接金属の高温割れや溶接熱影響部
の液化割れが生じることがある。この高温割れは溶接金
属のデンドライトに沿って発生する割れであり、液化割
れは溶接熱影響部の結晶粒界が溶接熱により溶解し、冷
却時の熱収縮により生じる割れである。

【０００３】溶接高温割れの防止方法として、溶接金属
の化学成分や組織を制御してこのような割れを防止する
方法が、特開昭58-53377号公報や特開昭61-9979 号公報
に開示されている。その他、溶接方法や溶接条件を制御
して割れを防止する方法もある。また、高温割れの原因
となる凝固収縮を機械的に緩和して割れを防ぐ方法もあ
り、特開平2-11269 号公報に開示されている。

【０００４】（２）従来技術２：複合鋼板を用いて表面
硬度を上昇させて耐磨耗性を確保し、鋼の加工性および
溶接性を内部の軟質材で確保するという鋼管も開発され
ており、特開平3-227233号公報、特開平4-41617 号公
報、特開平4-52026 号公報、特開平5-98351 号公報に開
示されている。また、加工性に優れたオーステナイトな
いし２相系のステンレス鋼を用いてスラリー鋼管を製造
する方法が、特開昭51-13361号公報に開示されている。

【０００５】（３）従来技術３：耐磨耗性に優れたクラ
ッド鋼管が、特開昭63-290616 号公報に開示されてい
る。ここでクラッド鋼管とは、クラッド鋼板を円筒形に
成形して得られる鋼管をいい、クラッド鋼板とは、成分
又は材質の異なる2 枚の鋼板を張り合わせて得られる鋼
板をいう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】高炭素鋼を素材とした
スラリー鋼管（従来技術１）は、電縫溶接鋼管を前提と
しており、鋼板の合わせ目（シ−ム部という）をアーク
溶接により接合する大径溶接鋼管には適用できない。こ
れら高炭素量の材料を用いて安価な鋼管を製造するに
は、鋼板を曲げ加工で製造することが適している。鋼板
の曲げ加工により鋼管を製造する場合、シ−ム部をアー
ク溶接する必要がある。

【０００７】しかし、高炭素鋼の溶接においては、溶接
熱影響部の液化割れについても考慮する必要がある。従
来技術では、高炭素鋼の溶接方法について、いずれも溶
接金属の高温割れの防止だけを考慮しており、溶接金属
の高温割れならびに溶接熱影響部の液化割れの双方を、
同時に防止する方法は開示されていない。

【０００８】また、本発明が目的とする高炭素鋼の場
合、溶接時に微細な割れが発生しやすい。このような割
れを発生させないように溶接するには、高温に予熱して
溶接し、その後も後熱（後処理）するなど著しい手間を
必要とし、製品が極めて高価なものになるという問題点
がある。

【０００９】割れを防ぐもう一つの手段は炭素含有量の
低い溶接ワイヤを用いて溶接する方法である。しかし、
炭素含有量の低い溶接ワイヤを用いて溶接すれば、割れ
は防止できるが溶接部の炭素含有量は低下し、その後こ
の鋼管を熱処理しても炭素含有量の低い溶接部は十分な
硬さが得られない。そのため、この鋼管をスラリー輸送
用に用いようとしても、溶接部分が著しく磨耗しスラリ
ー輸送用としての機能を果たしえないという問題点があ
る。

【００１０】複合鋼板やステンレス鋼を用いる技術（従
来技術２）については、いずれも合金含有量が高いた
め、製造コストが高いという問題点がある。また、溶接
性が劣ったりステンレス鋼のように特殊な溶接作業が必
要という問題もあった。

【００１１】クラッド鋼板を用いる技術（従来技術３）
については、従来技術ではいずれもクラッド鋼管の製造
方法には触れられているものの、材料の説明が主であっ
た。特に溶接方法に関しては、クラッド材と合わせ材の
材料の違いにより溶接に関して種々の問題が予想される
にもかかわらず、それらの点に関して開示がされていな
い。

【００１２】この発明は、以上の問題点を解決し、健全
な溶接部と良好な耐磨耗性を有するスラリー輸送用溶接
鋼管を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、主成
分として重量％でＣ：０．２〜０．５，Ｓｉ：０．１５
〜０．９，Ｍｎ：０．４５〜１．９５を含む高炭素鋼か
らなるクラッドメタルにより内面側の表面から少なくと
も６mmまでの部分が構成されているスラリー輸送用溶接
鋼管である。

【００１４】スラリー用鋼管において問題になるのは鋼
管内面側の硬さであり、この発明では、内面側に高炭素
鋼を配することにより内面側の高硬度が実現される。更
に、内面側の硬度を上昇させるため焼入れが行われる場
合が多いが、スラリー用の鋼管の場合、表面から６mmま
での部分に焼きが入れば十分であることがこの分野の常
識である。従って、表面から少なくとも６mmまでの部分
を高炭素鋼とすることにより、その部分について焼き入
れによる硬度上昇が得られ、スラリー用鋼管としての機
能を発揮することができる。

【００１５】次に、クラッドメタルとして用いる高炭素
鋼の化学成分の限定理由について、説明する。

【００１６】Ｃ：０．２−０．５％；上限値を超える
とクラッド鋼板の製造が困難となり、また鋼管成型時に
割れの発生が著しい。下限値未満では、焼入時に十分な
硬さ（Ｈｖ＝４００以上が望ましい）が得られない。

【００１７】Ｓｉ：０．１５−０．９％；脱酸元素と
して下限値以上添加する必要がある。上限値を超える
と、加工性を損ねる。

【００１８】Ｍｎ：０．４５−１．９５％；下限値未
満では、焼き入れ性が低下し十分な強度と靱性が得られ
ない。上限値を超えると、加工性を損ねる。

【００１９】請求項２の発明は、高炭素鋼からなるクラ
ッドメタルを用いたクラッド鋼板を、冷間成形により高
炭素鋼側を内側にして円筒状に成形し、次いで突き合わ
せ部を複数層盛り溶接法で溶接し、高炭素鋼側の溶接に
おいては溶接金属の少なくとも最上層を前記高炭素鋼と
同等もしくはそれ以上の炭素含有量である溶接材料で肉
盛溶接することを特徴とするスラリー輸送用溶接鋼管の
製造方法である。

【００２０】本発明の鋼管は、クラッド鋼板から成形す
るので、万一、高炭素鋼部に割れが発生しても、合わせ
材（通常の炭素鋼等、靱性に富む材料でできた部分）で
割れが止まる。従って、成形する過程で厚み全体を割れ
が貫通することがなく、鋼管に成形することが可能であ
る。クラッド鋼板を用いるのは、鋼管素材が全厚みにわ
たって高炭素鋼であれば、鋼管に成形する時に発生した
割れが、全厚みにわたって伝播し鋼管に成形できないか
らである。

【００２１】本発明における溶接は複数層盛り溶接法で
行うので、合わせ材部分とクラッドメタル部分の溶接ワ
イヤを使い分けることが可能となる。合わせ材の溶接に
おいては溶接の容易な比較的炭素含有量の低いワイヤを
使い、クラッドメタル部分についてのみ炭素含有量の高
いワイヤで溶接することにより、全厚みを炭素含有量の
高いワイヤで溶接する場合に比べて溶接は著しく容易に
なる。特に高炭素含有量のワイヤによる溶接に特有の溶
接部の割れに対し著しく有利である。

【００２２】また、高炭素鋼側の溶接においては、高炭
素鋼と同等もしくはそれ以上の炭素含有量である溶接材
料で肉盛溶接するので、十分な硬度が得られる。これ
は、溶接材料の炭素含有量をクラッドメタルと同等以上
とすることにより、溶接部の炭素含有量についてもクラ
ッドメタルと同等以上となり、焼入れ後の硬度が確保さ
れるからである。

【００２３】請求項３の発明は、肉盛溶接後に内面側か
ら焼入れすることを特徴とする請求項２記載のスラリー
輸送用溶接鋼管の製造方法である。

【００２４】肉盛溶接後に内面側から焼入れすることに
より、スラリーと接する内面側の肉盛溶接部にも、高炭
素鋼からなるクラッド鋼と同様に焼きが入る。その結
果、硬さが上昇するので、溶接部の磨耗を低減できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の鋼管は、クラッドメタル
として高炭素鋼を用い、合わせ材は通常の炭素鋼を用い
たクラッド鋼板により製造する。合わせ材の成分は、例
えばアメリカ石油協会規格５Ｌに規定された鋼材、ＪＩ
Ｓに規定された構造用圧延鋼材、又はこれらに相当する
材質のものが適用可能である。

【００２６】クラッドメタルについては、Ｃ、Ｓｉ、Ｍ
ｎが発明の範囲内であればよく、その他、微量添加元素
としてよく用いられるＮｂ，Ｖ，Ｍｏ、Ｂなどを少量添
加しても差し支えない。

【００２７】本鋼管はＵＯＥ法で製造されているが、ほ
かにプレスベンド法、ベンデイングロ−ル法などでも製
造が可能である。

【００２８】本鋼管のシ−ム溶接は種々の手順で実施で
きるが、例えば次のように行ってもよい。まず、合わせ
材部分をＳＡＷで溶接し、次いでクラッドメタル側の溶
接部を高炭素含有量の溶接ワイヤを用いて肉盛り溶接す
る。肉盛り溶接の方法としては、低入熱の単電極ＳＡ
Ｗ、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＳＭＡＷなどが適用可能
である。

【００２９】ここで本発明のポイントは、クラッドメタ
ル側の溶接において、最終層を溶接する際に高炭素含有
量の溶接ワイヤを用いて肉盛り溶接することである。溶
接順序としては、合わせ材内面−合わせ材外面−クラッ
ドメタル、合わせ材内面−クラッドメタル−合わせ材外
面、等々の順序とすることが可能である。

【００３０】なお、推奨するクラッドメタル部の溶接条
件ならびに溶接金属の化学成分は、下記のとおりであ
る。

【００３１】クラッドメタルとクラッドメタル部の溶接
金属のＣ量の差、Ｃ（母材部）−Ｃ（溶接部）が０．２
５％以下で、かつ溶接金属のＣ量０．２％以上であり、
溶接条件は、溶接入熱（HI,kJ/cm）と溶接速度（WS,cm/
min ）が次の式（１）を満足し、溶接電流は１０００Ａ
以下とする。 WS ≦ −１．５HI＋９５（１）

【００３２】また、肉盛溶接後は、少なくとも内面側か
ら焼入れすることにより、肉盛溶接部にも焼きがはいり
硬さが上昇する。内面側から焼入れするのは、スラリー
と接触し磨耗するのを低減するためであるが、十分な耐
磨耗性を持たせるためには、その硬さはビッカース硬さ
で４００以上とすることが望ましい。

【００３３】

【実施例】（実施例１）表１にクラッドメタルの化学組成とその厚
さ（ｔ）を示す。この鋼管を用い、リン鉱石スラリーの
循環試験を行った。その時の耐用期間（クラッドメタル
が磨耗により消失するに要する期間）を表中に示す。

【００３４】発明品（鋼管Ａ，Ｂ，Ｃ）では６ヶ月以上
の耐用期間を有しているが、化学組成や厚さが本発明の
範囲を満足しない比較品（鋼管Ｄ，Ｅ，Ｆ）では耐用期
間が６ヶ月に満たない。なお、Ｍｎ量が本発明の範囲を
超えるクラッドメタルを用いた場合、鋼管製造過程でク
ラッドメタルに割れが発生した。

【００３５】

【表１】

【００３６】（実施例２）表１の鋼管Ｃの化学組成を有
するクラッドメタルを持つ鋼管を用いて、種々の溶接条
件でクラッドメタル部の溶接を行い、割れの有無などの
溶接部の健全性を調査した。

【００３７】溶接条件および溶接部の調査結果を表２に
示す。また、溶接部の耐磨耗性を調査した結果も併せて
示す。クラッドメタルの化学組成と溶接条件が発明範囲
にある鋼管Ｃ１，Ｃ２では健全な溶接部と良好な耐磨耗
性が得られた。溶接条件が発明範囲にない鋼管Ｃ３では
溶接割れが認められた。クラッドメタルの化学組成と溶
接条件が発明範囲にない鋼管Ｃ４では溶接割れが認めら
れ、溶接部の耐磨耗性も不良であった。

【００３８】

【表２】

【００３９】（実施例３）種々の化学組成を有するクラ
ッドメタルを持った鋼管を、内面、外面、又は内外面側
から水冷して焼き入れた。クラッドメタルの化学組成と
焼入れ後の硬さを、表３に示す。

【００４０】本発明の化学組成を有するクラッドメタル
を持った発明品（鋼管Ｇ１，Ｇ２，Ｈ，Ｉ）は、内面又
は内外面焼き入れによりビッカース硬さ４００以上の値
が得られている。一方、本発明の化学組成を有するクラ
ッドメタルを持った鋼管でも、外面のみから焼き入れた
場合（鋼管Ｇ３）は、ビッカース硬さ４００以上の硬さ
が得られていない。本発明の化学組成を有していないク
ラッドメタルを持った比較品（鋼管Ｊ，Ｋ）では、いず
れの焼き入れ方法によってもビッカース硬さ４００以上
の硬さが得られなかった。

【００４１】

【表３】

【００４２】

【発明の効果】本発明により、化学成分を限定した高炭
素鋼からなるクラッドメタルで鋼管の内面側の所定の部
分を構成することにより、健全な溶接部と良好な耐磨耗
性を有するスラリー輸送用溶接鋼管が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主成分として重量％でＣ：０．２〜０．
５，Ｓｉ：０．１５〜０．９，Ｍｎ：０．４５〜１．９
５を含む高炭素鋼からなるクラッドメタルにより、内面
側の表面から少なくとも６mmまでの部分が構成されてい
るスラリー輸送用溶接鋼管。
【請求項２】高炭素鋼からなるクラッドメタルを用い
たクラッド鋼板を、冷間成形により高炭素鋼側を内側に
して円筒状に成形し、次いで突き合わせ部を複数層盛り
溶接法で溶接し、高炭素鋼側の溶接においては溶接金属
の少なくとも最上層を前記高炭素鋼と同等もしくはそれ
以上の炭素含有量である溶接材料で肉盛溶接することを
特徴とするスラリー輸送用溶接鋼管の製造方法。
【請求項３】肉盛溶接後に内面側から焼入れすること
を特徴とする請求項２記載のスラリー輸送用溶接鋼管の
製造方法。