JPS6210212A - ベンド管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、サブマージアーク溶接法により溶接し、誘
導加熱により曲げられる大径溶接鋼管等の製造方法に関
し、特に、優れた低温靭性及び強度を有するベンド管の
製造方法に関する。

［従来の技術］ 第３図に示すように、従来、サブマージアーク溶接法に
より溶接して得た大径溶接鋼管を誘導加熱しつつ曲げ加
工した後、ｍ管全体を焼入れし、次いで鋼管を焼戻すこ
とにより、ベンド管が製造されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この方法の場合は、鋼管の全長に亘り高
周波誘導加熱して焼入れるため、熱処理時間が長く、し
かも熱処理に際してダミー管を取付（プる必要があるた
め作業能率が悪い。このため、従来方法においては、ベ
ンド管を製造するために多大の時間及び工数が必要であ
るという問題点がある。

口問題点を解決するための手段］ この発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、
素管の曲部のみを焼入れし、次いで素管全体を焼戻しす
ることにより、熱処理時間を短縮し、作業能率を向上さ
せると共に、溶接部における低温靭性が優れた高強度の
ベンド管を製造することができるベンド管の製造方法を
提供することを目的とする。

この出願の第一の発明に係るベンド管の製造方法は、重
量％で、Ｃが０．０５乃至０．１５％、Ｓｌが０．５％
以下、Ｍｎが１．○乃至２．０％、Ｎ１が０．５乃至３
．０％、Ｃｕが０．０２乃至１．０％、Ｏが０．０３％
以下であり、更に、０．１％以下のＮｂ、’０．１％以
下のＶ、１．０％以下のＭｏ、及び０．０５％以下のＴ
ｉのうち一種類似上の成分を含有し、残部がＦｅ及び不
可避的不純物よりなる溶接金属で溶接された素管を、加
熱しつつ曲げ加工し、曲部を９００乃至１１００℃の温
度で焼入れし、その後、素管全体を５５明に係るベンド
管の製造方法は、重量％で、Ｃが０．０５乃至０．１５
％、Ｓｉが０．５％以下、Ｍｎが１．０乃至２．０％、
Ｎ１が０．５乃至３．０％、Ｃｕが０．０２乃至１．０
％、Ｔｉが０．００５乃至０．０５％、Ｂが０．０００
５乃至０．００５０％、Ｏが０．０３％以下であり、更
に、０．１％以下のＮｂ、０．１％以下のＶ、及び１．
０％以下のＭＯのうち一種類似上の成分を含有し、残部
がＦｅ及び不可避的不純物よりなる溶接金属で溶接され
た素管を、加熱しつつ曲げ加工し、曲部を９００乃至１
１００℃の温度で焼入れし、その後、素管全体を５５０
乃至７００℃の温度で５分以上加熱して焼き戻しするこ
とを特徴とする。

第２図に示すように、サブマージアーク溶接法によって
溶接して得た大径溶接木管を、誘導加熱によって曲げ加
工した後、曲部ＱＴのみを焼入れし、次いで素管全体を
ガス炉等で焼戻しする方法においては、直線部Ｔの焼入
れを省略することができるため、熱処理時間が短縮し、
ダミー管を取付ける必要がないため、作業能率が高い。

しかし、この曲部ＱＴのみを焼入れし、全体を焼戻す方
法においては、焼入れ焼戻しの熱履歴を受ける溶接金属
部分（ＱＴ）と焼戻しの熱履歴のみを受ける溶接金属部
分（Ｔ）とが共存するため、両部会の低温靭性及び強度
を満足させる必要がある。特に、ベンド管をアラスカ等
の寒冷地で使用する場合に、溶接金属の低温靭性が問題
となる。

本願発明者等は、上記方法において低温靭性及び強度を
向上させるべく種々検討を重ねた結果、溶接金属の組成
及び熱処理条件を適切に選択することにより、曲部及び
直線部の低温靭性及び強度を向上させ得ることを見出し
た。この発明は、このような知見に基いてなされたもの
であって、溶接金属の組成及び熱処理条件を、本発明に
て規定した範囲に調整することにより、−５０℃におけ
るシャルピー衝撃試験において１０ｏｆ　−ｍ以上の吸
収エネルギが得られ、　５０乃至７０ｋ（Ｉｆ／ｌｌＩ
２の強度が得られる。従って、この発明により、低温靭
性が優れた高強度のベンド管を製造することができる。

以下、この発明について具体的に説明する。

誘導加熱による焼入れでは、通常、加熱速度が１００乃
至５００℃／分、最高加熱温度における保持時間が１分
以内、冷却速度が１０乃至５０°Ｃ／秒であり、炉内焼
戻しにおいては、焼戻温度の保持時間が５乃至１２０分
であり、このようなベンド管の熱履歴は通常の熱処理方
法によるものとは異なる。

このような熱履歴を受ける溶接金属において、焼入れ焼
戻し処理を受けた部分（以下、焼入焼戻部という）と焼
戻しのみを受けた部分（以下、焼戻部という）との双方
について、低温靭性を満足させるためには、溶接金属の
組成は以下の如く規定される。

先ず、ニッケルＮｉ、銅Ｃｕ又はＮｔ、Ｃｕ。

チタンＴｉ、ボロンＢ等の添加が、焼入焼戻部と焼戻部
との双方の低温靭性を向上させる上で有効である。

Ｎ１含有量は０．５乃至３，０重量％である。

Ｎｉは、焼入れ時のオーステナイトを安定化して焼入れ
性を増し、焼戻し時には析出硬化を生じないため、焼入
焼戻部の低温靭性を向上させるために有効な成分である
。一方、焼戻し部においては、Ｎｉはフェライト地を強
化すると共に、焼戻しによっても析出硬化しないため、
その低温靭性を向上させる作用を有する。しかしながら
、サブマージアーク溶接の場合は、溶接金属にＮｉを３
％を超えて含有すると高温割れが発生するため、Ｎｉ含
有量は３％以下に制限する必要がある。一方、Ｎ１含有
量が０．５％より少ないと前述の低温靭性を高めるとい
う効果が得られない。第１図は、横軸にＮｉの含有量を
とり、縦軸にシャルピー衝撃試験（−５０℃）における
吸収エネルギをとって、Ｎｉの含有歯と、焼入焼戻部及
び焼戻部におけるシャルピー吸収エネルギとの関係を示
すグラフである。これによると、溶接金属の焼入焼戻部
と焼戻部との双方とも、Ｎｔが増加するに従い低温靭性
が増加していることがわかる。この第１図から明らかな
ように、焼入焼戻部及び焼戻部の双方について十分な低
温靭性を確保するためには、Ｎｉの含有量を０．５％以
上にする必要がある。

Ｃｕ含有量は０．０２乃至１．０重量％である。

Ｃｕの含有量が１％以下であると、焼入焼戻部及び焼戻
部の双方の低温靭性が向上する。しかし、Ｃｕ含有量が
０．０２％より低いとその効果が少ない。このため、Ｃ
ＬＩ含有量を０．０２乃至１．０％に規定する。

Ｔｉ含有量は０．００５乃至０．０５重量％である。Ｔ
ｉは溶接金属の組織を微細化し、溶接金属の焼戻部の靭
性を向上させる。しかし、溶接金属中にＴｉが０．０５
％を超えて含有すると、析出硬化によって靭性が低下す
る一方、０．００５％以下では組織の細粒化が十分では
ない。

Ｂ含有量は０．０００５乃至０．００５重量％である。

ＢはＴｉと共に複合添加することにより、溶接金属の組
織を微細化する効果があり、溶接金属の焼戻部の靭性を
増加させる。また、ペンド管曲部の焼入焼戻部のように
急速加熱及び急速冷部を受ける部分では、微量のＢによ
り靭性が向上する。しかし、Ｂ含有量が０．００５％を
超えると溶接金属の焼入焼戻部の靭性が低下し、０．０
００５％より少ないと前記効果を得ることができない。

このため、Ｂ含有量を０．０００５乃至０．００５重量
％に設定する。

次に、炭素Ｃ及びマンガンＭｎは、焼入焼戻部及び焼戻
部の双方について、その低温靭性及び強度に大きな影響
を及ぼす。

Ｃ含有量は０．０５乃至０．１．５重量％である。

溶接金属の焼入焼戻部において、Ｃが０．０５％より少
ないと、十分な焼入れ効果を（憚ることができず、０．
１５％を超えると、焼戻しマルテンサイト組織を有する
が硬化してしまい、また溶接高温割れ等が発生ずる。焼
戻部では、Ｃが０．１０％程度の場合に微細な炭化物が
析出して最も高靭性となるが、０．０５乃至０．１５％
の範囲においても低温靭性が良好である。このため、Ｃ
含有量は０．００５乃至０．１５％に設定する。

Ｍｎ含有口は１．０乃至２．０重Ｍ％である。

Ｍｎ含有ａｈぐ１．０％より低い場合は、焼入れ性が低
下するため焼入焼戻部において十分な靭性を得ることが
できない。また、焼戻部においては、粗大なフェライト
が粒界に析出するため、低温靭性が劣化ｔ６゜一方、Ｍ
ｎが２．０％を超えると、強度は高くなるが、焼入れ焼
戻部の焼戻脆化感受性が高くなってしまう。また、焼戻
部においては、Ｍｎ含有足が２．０％を超えると、上部
ベイナイトが晶出するため、靭性が劣化する。従って、
焼入焼戻部及び焼戻部の双方について、十分な靭性を確
保するために、Ｍｎ含有量は１．０乃至２．０％である
ことが必要である。

珪素Ｓｉ含有量は０．５重口％以下にする必要がある。

Ｓｌは母材、溶接ワイヤ及びフラックスから溶接金属中
に入るが、Ｓｉが０．５％を超えると、焼入焼戻部及び
焼戻部いずれにおいても溶接金属の靭性が低下するから
である。

酸素Ｏ含有量は０．０３重型缶以下である。Ｏは溶接金
属の切欠靭性に影響を及ぼす。つまり、溶接金属中の０
はその殆んどが介在物とじてに存在しているが、○が減
少するとそれに伴い介在物が減少する。そして、介在物
が減少するとノツチ効果が低減するため、Ｏの減少によ
り、焼入焼戻部及び焼戻部の双方について切欠靭性が向
上する。

また、特に、焼入焼戻部では、Ｏを含有する介在物がフ
ェライトの核生成サイトとなり、これが焼入れ性を阻害
する。このため、焼入れ性を確保するためにも○の減少
は有効である。以上の理由から、焼入焼戻部及び焼戻部
の双方の低温靭性が優れたベンド管を得るために、０含
、有量を０．０３％以下にすることが必要である。

一方、ニオブＮｂ、バナジウムＶ、モリブデンＭｏ等の
成分は鋼材からの希釈によって溶接金属に入る。サブマ
ージアーク溶接では母材の希釈率が６０乃至７０％であ
るから、母材のＮｂ、Ｖ。

Ｍｏ等の含有向も溶接金属の焼入焼戻部及び焼戻部の靭
性に対して影響を与える。

Ｎｂ含有量は０．１０重量％以下である。Ｎｂが０．１
０％を超えると溶接金属で焼戻しによる析出硬化を起こ
して靭性が低下する。このため、Ｎｂ含有量は０．１０
％以下であることが必要である。しかし、鋼材の強度及
び靭性の確保のため、鋼材にはＮｂが添加されており、
このため溶接金属中にＮりが０．０１％以上混入してく
る。このような理由で、Ｎｂ含有量は、通常、０．０１
乃至０．１０％になる。

■含有量は０．１重量％以下である。ＶはＮｂと同様の
作用を有し、その含有量が０．１０％を超えると靭性が
低下するからである。

Ｍｏ含有量は１．０重量％以下である。Ｍｏは焼入焼戻
部の溶接金属の強度を高める成分であり、少量添加によ
り高強度の溶接金属を得ることができる。しかし、Ｍｏ
含有量が増加すると、靭性が低下するため、焼入焼戻部
の低温靭性を確保するために、Ｍｏ含有量を１．０％以
下にする必要がある。また、焼戻部においては、ＭＯの
添加によって組織が微細化されて低温靭性が向上するが
、過剰に添加すると上部ベイナイト組織が混在するよう
になって靭性が低下する。従って、Ｍｏが高価であるこ
とも考慮し、Ｍｏ含有量は１．０％以下にする。

燐Ｐ及びイオウＳは、母材及び溶接材料から不純物とし
て入ってくる成分であり、溶接高温割れ等の溶接欠陥を
生じやすくするため、できるだ（プ少ないほうがよい。

次に、熱処理条件の限定理由について説明する。

この発明においては、ベンド管曲部の焼入温度を９００
乃至１１００℃の温度範囲にする。これは、焼入温度が
９００℃より低い場合は、十分に焼きが入らないため溶
接金属の強度が低下し、１０００℃を超えると溶接金属
の強度は十分であるが靭性が劣化するからである。

曲部及び直線部の焼戻温度は５５０乃至７００℃である
。これは、焼戻温度が５５０℃より低い場合は、焼戻し
効果が十分でなく低靭性となり、７００℃を超えると、
２相域に入るため靭性が８激に低下するからである。

上記焼戻温度における保持時間は５分以上であることが
必要である。これは、焼戻し保持時間が５分未満である
と、十分な焼戻し効果を得ることができないからである
。

［実施例］ 以下、この発明の実施例について説明する。

試験例　１ イスレも’ｔｌＦ１％２０ｍｍの０．０９Ｇ−１，５０
Ｍｎ−０，０２Ｎｂ−０，２５Ｍｏ系ＵＯＥ鋼管（Ａ）
と、０．１００−１．５０Ｍ’ｎ−０．０２Ｎｂ−０．
０３Ｖ系ＵＯＥｔＭ管（Ｂ）とをサブマージアーク溶接
により両面一層溶接した。溶接条件は、内面側について
は、先行が９４０Ａ−３６Ｖ、後行が７４０Ａ−４０Ｖ
、溶接速度が８０　ｃｍ／分、溶接入熱が４７　Ｋ　Ｊ
　／　ｃｔｎであり、外面側にツイテハ、先行が９６０
Ａ−３８Ｖ、後行が７０ＯＡ−４４Ｖ、溶接速度が７５
ｃｍ１分、溶接入熱が５４　Ｋ　Ｊ　／　ｃａｒである
。

第１表は、鋼管（Ａ）（Ｂ）を溶接するときの溶接金属
の化学組成と熱処理後の溶接金属の機械的性質を示す。

熱処理条件については、鋼管曲部を加熱し９５０℃に５
秒保持した後、２０℃／秒（８００℃から４００℃まで
の速度）の冷却速度で焼入れし、鋼管の全体を加熱し６
５０℃に３０分保持して焼戻した。表中ＱＴとあるのは
焼入焼戻部を、王とあるのは焼戻部を示す。

第１表中、実施例１〜４は本願発明にて規定した組成範
囲内のもの、比較例１〜４はその範囲から外れるもので
ある。実施例１〜４はいずれも、溶接金属の焼入焼戻部
と焼戻部との双方とも一５０℃においてシャルピー吸収
エネルギが１０１０７（・ｍ以上である。また、各実施
例は十分な引張強度を有している。これに対し、比較例
１はＮｉが０．５％未満であり、比較例２．４はＴｉが
０．０５％を超えており、比較例３はＮｉが０．５％未
満で且つＣｕが１．０％を超えており、いずれもこの発
明にて規定した組成の範囲外であるため、−５０℃にお
いて、シャルピー衝撃試験における吸収エネルギが、焼
入焼戻部又は焼戻部で１０Ｋｙｆ−ｙｒｔより低い値と
なっている。

試験例２ 第２表は、第１表の実施例１及び４に示す組成の溶接金
属で溶接したＵＯＥ鋼管において、熱処理条件を変化さ
せた場合の焼入れ焼戻部（ＱＴ）及び焼戻部（Ｔ）の機
械的特性を示す。

熱処理条件としては、焼入れ温度（Ｑ）を８００乃至１
２００℃の範囲で変化させ、焼戻し温度（Ｔ）を５００
乃至８００℃の範囲で変化させた。

なお、焼入れ処理における冷却速度は２０℃／秒（８０
０℃から４００℃までの速度）、焼戻し処理の保持時間
は３０分である。第２表中、実施例５〜７は本願発明に
て規定した範囲内の熱処理条件のもの、比較例５〜６は
その範囲から外れるものである。実施例５〜７において
は、いずれも焼入れ温度が９００乃至１１００℃、焼戻
し温度が５５０乃至７００℃の範囲内である。溶接金属
の焼入焼戻部と焼戻部のいずれも、−５０℃におけるシ
ャルピー衝撃試験における吸収エネルギが１０Ｋｙｆ−
ｍ以上となり靭性が高い。。これに対し、比較例５は焼
入れ温度が８５０℃、比較例６は焼入れ温度が１１５０
℃であるから、いずれもこの発明に規定した熱処理条件
の範囲外であるため、焼入焼戻部における一５０℃のシ
ャルピー衝撃試験の吸収エネルギが１（１！９ｆ−７７
Ｌ未満となり、靭性が低い。

［発明の効果］ この発明によると、ベンド管の製造工程が極めて簡略化
され、ベンド管の生産性が著しく向上すると共に、優れ
た低温靭性及び強度を有するベンド管を得ることができ
る。このため、この発明は工業的価値が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接金属の靭性に対するＮｉ含有量の影響を示
すグラフ図、第２図はこの発明に８けるベンド管の熱処
理方法を示す模式図、第３図は従来のベンド管の熱処理
方法を示す模式図である。 ＱＴ：曲部、Ｔ；直線部。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第　１　図 手続補正書 □、６へ９・ブ。 特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿 ■、事件の表示 特願昭６０−１４９４６７号 ２、発明の名称 ベンド管の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （４１２）　　日本鋼管株式会社 （ほか１名） ４、代理人 ５、自発補正 ６、補正の対象 願書 ７、補正の内容 （１）願書の標題に「特許法第３８条ただし書の規定に
よる特許出願」を加入する。 （２）願書の発明の名称の欄の次に、新たに「特許請求
の範囲に記載された発明の数」の欄を設けるとともに、
発明の数「２」を加入する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）重量％で、Ｃが０．０５乃至０．１５％、Ｓｉが
   ０．５％以下、Ｍｎが１．０乃至２．０％、Ｎｉが０．
   ５乃至３．０％、Ｃｕが０．０２乃至１．０％、Ｏが０
   ．０３％以下であり、更に、０．１％以下のＮｂ、０．
   １％以下のＶ、１．０％以下のＭｏ、及び０．０５％以
   下のＴｉのうち一種類以上の成分を含有し、残部がＦｅ
   及び不可避的不純物よりなる溶接金属で溶接された素管
   を、加熱しつつ曲げ加工し、曲部を９００乃至１１００
   ℃の温度で焼入れし、その後、素管全体を５５０乃至７
   ００℃の温度で５分以上加熱して焼き戻しすることを特
   徴とするベンド管の製造方法。 （２）重量％で、Ｃが０．０５乃至０．１５％、Ｓｉが
   ０．５％以下、Ｍｎが１．０乃至２．０％、Ｎｉが０．
   ５乃至３．０％、Ｃｕが０．０２乃至１．０％、Ｔｉが
   ０．００５乃至０．０５％、Ｂが０．０００５乃至０．
   ００５０％、Ｏが ０．０３％以下であり、更に、０．１％以下のＮｂ、０
   ．１％以下のり、及び１．０％以下のＭｏのうち一種類
   似上の成分を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よ
   りなる溶接金属で溶接された素管を、加熱しつつ曲げ加
   工し、曲部を９００乃至１１００℃の温度で焼入れし、
   その後、素管全体を５５０乃至７００℃の温度で５分以
   上加熱して焼き戻しすることを特徴とするベンド管の製
   造方法。