JPS6213524A - フエライト系ステンレス鋼溶接管の製造方法 - 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、溶接部内面の耐食性が優れたフェライト系
ステンレス鋼溶接管を能率良く製造する方法に関するも
のである。

〈従来技術並びにその問題点〉 一般に、フェライト系ステンレス鋼を溶接すると、溶接
部において冷却時にその結晶粒界にＣｒ炭化物（Ｃｒ２
５Ｃ６）が析出して該結晶粒界近傍の耐食性を劣化する
と言う所謂６鋭敏化現象”が起こりやすく、このため粒
界腐食に対する十分な防止策を施す必要のあることが知
られている。そして、この鋭敏化現象の原因は、結晶粒
界へのＣｒ炭化物析出によって近傍のＣｒ濃度が低下し
、耐食性に劣るＣｒ欠乏層が形成されるためであると解
明されている。

そこで、このように鋭敏化した材料の回復手段として、
従来、 （ａ）　　Ｃｒ炭化物が固溶する温度（１０１０℃以上
）に加熱してＣｒ炭化物を固溶させるとともに、Ｃｒ欠
乏層を消滅させる方法〔固溶化熱処理〕、（ｂ）　　Ｃ
ｒ炭化物が析出する温度（７５０〜９５０℃）に加熱し
てＣｒ炭化物を完全に析出させるとともに、形成される
Ｃｒ欠乏層に結晶粒内よりＣｒを拡散させて補う方法〔
焼なまし〕、 等の手段が採用されてきた。

一方、各分野において広い用途を誇る溶接鋼管は、通常
、所定幅に切断した冷延鋼板又は熱延鋼板を製管ロール
等で管状に成形した後、そのシーム部をガスシールドア
ーク溶接（例えばＴ工Ｇ溶接、プラズマ溶接、或いはＴ
工Ｇ溶接十プラズマ溶接等）で裏波溶接されて製造され
ている。

このため、フェライト系ステンレス鋼溶接管では、溶接
のままの状態であると前記鋭敏化現象のため溶接部の耐
食性が十分でない場合があり、溶接後、熱処理を施して
性能を回復させることが必要とされていた。

しかしながら、この熱処理は、溶接管の製造工程上余り
好ましくないものであり、できれば省略したいものだっ
たのである。

なぜなら、溶接管の製造工程で採用される熱処理は、製
造ライン上に設置された高周波誘導加熱炉によって連続
して高能率に熱処理する所謂”オンライン熱処理”が好
ましいが、オンライン熱処理では製造速度と炉長により
加熱保持時間が限定され、実際上は１分間程度の保持時
間しか確保できないと言う現実があり、例えば鋭敏化し
たフェライト系ステンレス鋼管溶接部等では、このよう
な短時間熱処理による十分な性能回復が望めず、どうし
てもパッチ炉等を使用した長時間の加熱処理を必要とし
、溶接管の製造能率を著しく害する原因となっていたか
らである。

しかも、鋼管に長時間の加熱処理を施すと該熱処理時に
鋼管が軟化して自重による変形を生じ、その真円度を保
つことが困難になるとの問題もあり、この点からも長時
間の加熱処理は好ましいものではなかった。

もちろん、鋼板又は銅帯を成形した後溶接して製造され
る溶接鋼管は、鋼板又は銅帯の段階で熱処理を施してお
いたとしても溶接部が鋭敏化するのを免れ得す、Ｃ４−
イオンを含む工業用水や海水等を取り扱う機会の多いフ
ェライト系ステンレス鋼弓接管等の鋭敏化した溶接部の
簡便な回復策、即ち耐食性回復策が切望されているのが
現状であった。

〈問題点を解決するだめの手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、腐食問題が取沙
汰されることの多いフェライト系ステンレス鋼管に関し
て、その溶接部内面における鋭敏化回復の簡単な手段を
見出し、内面の耐食性に優れたフェライト系ステンレス
鋼溶接管をオンライン生産にて安定製造すべく研究を行
った結界、以下（ａ）〜（ｄ）に示す如き知見を得たの
である。即ち、（ａ）　　オーステナイト系ステンレス
鋼ではそれほど著しくないが、特にフェライト系ステン
レス鋼の場合には、焼なまし等の加熱処理の前に特定量
の冷間加工を加えて冷間加工歪を蓄積しておくと、その
後の加熱処理時におけるＣｒやＣの拡散が非常に早くな
る上、再結晶が速かに行われ、鋭敏化した溶接部の性能
回復が急速に進行すること。

例えば、加熱処理温度が７５０〜９５０℃の場合では、
加工を加えてないときの鋭敏化回復に３分／　ｍｍ程度
の加熱保持時間が必要であるのに対して、十分な冷間加
工を施したものは０．５分／　ｍ１！程度の保持で十分
である。更に、１０１０℃以上の固溶化温度では２０秒
／　ｍｍ程度の加熱にて十分な鋭敏化回復がなされる。

（ｂ）　　ところで、溶接管の溶接部では、第１図に示
す如くに溶接金属１が母材２，２間に形成され、その内
面及び外面に余盛ができるが、外面の余盛は一般に低く
、また通常は研削によって除去されるのに対して、その
まま放置される内面の余盛は幅が狭く高さも大きい。

従って、フェライト系ステンレス溶接管において、上記
内面に形成された余盛をロール加工等の冷間加工にて所
定高さだけ潰し、溶接の内面側に冷間加工歪を蓄積して
おくとともに、その後適度な温度に加熱すると、鋭敏化
した溶接部内面の性能が極めて短かい時間で回復し、該
箇所の耐食性が十分に確保されるようになること。

（ｅ）　　この場合、加熱処理が短時間で済むので、鋼
管全体を加熱処理しても変形が少なく、真円度が劣化し
ないこと。

（ｄ）　　また、溶接部内面の性能回復が短時間の加熱
処理で済むことから、製管オンラインでの熱処理が可能
となること。

この発明は、上記知見に基づいてなされたもので、 フェライト系ステンレス鋼溶接管の製造に際して、その
溶接工程で内面ビードの余盛り高さを０、１　朋以上と
した後、冷間加工によって該余盛り高さの８０％以上を
圧潰し、続いて鋼管の少くとも溶接部を７５０〜１１０
０℃に加熱処理することにより、溶接部内面の耐食性が
優れた製品鋼管を高能率で生産し得るようにした点 に特徴を有するものである。

なお、ここで言う　“フェライト系ステンレス鋼”とは
、その成分組成が格別に制限されるものではなく、例え
ばＣｒ：１５〜３０チ（以下、成分割合は重量％とする
）、ＭＯ＝５チ以下、Ｎ１：５チ以下を含有してフェラ
イト組織を呈するもの等の総てが対象となる。

また、溶接条件自体にも格別な制限はないが、この方法
は、例えば外径が１５．９〜６０．３ｓｍφで厚さが１
．２〜５．０朋のフェライト系ステンレス鋼管を入熱量
：１０００〜２００００Ｊ／ｃＩｎのＴ工Ｇ溶接、プラ
ズマ溶接或いは〔ＴＩＧ＋プラズマ〕溶接で実施する場
合等に好適である。

次いで、この発明の方法において、溶接内面ビードの余
盛り高さ、冷間加工による余盛り高さの圧潰量、並びに
加熱処理温度を前記のように数値限定した理由を説明す
る。

ａ）溶接内面ビードの余盛り高さ 該余盛り高さがｏ：　１　ｍｍ未満では、余盛り高さの
全部を圧潰しても十分な冷間加工性を蓄積することがで
きず、その後の短時間加熱処理では所望の耐食性回復が
望めないことから、溶接内面ビードの余盛り高さを０．
１ｍｍ以上と定めた。

ｂ）冷間加工による余盛り高さの圧潰量余盛り高さの圧
潰量が８０％未満では、やはり十分な冷間加工歪を蓄積
することができず、鋼管溶接部内面に所望の耐食性を確
保できなくなることから、余盛り高さの圧潰量を８０チ
以上と定めた。

なお、第２図は、第３図に示したフェライト系ステンレ
ス鋼溶接１（４ｓ、６φＸ３．７ｔの寸法で１プラズマ
溶接、Ｔ工Ｇ溶接及びレーザ溶接にて製管したもの）の
溶接内面ビードの余盛り高さ〔ｈ〕及びその冷間潰し量
〔ｈ′〕との関係で粒界腐食の発生状況を調べたグラフ
であり、第１表は適用したフェライト系ステンレス鋼の
成分組成（ＡＳＴＭＡ２６８に規定されるＳ　４４７３
５材であシ＼、Ｃｒ：２９チ、ＭＯ：４％の高Ｃｒ　−
Ｍｏ系材）を示している。

第　　１　　表 １　　　　化　学　成　分　（重量％）ここで、粒界腐
食の発生状況は、Ｊ工５ＧＯ５７２に規定されるステン
レス鋼の硫酸・硫酸第二鉄腐食試験方法に準じたストラ
イカ−試験によって調査したもので、溶接後、内面ビー
ドの余盛シを所定高さまで冷間圧潰してから　“１００
０℃で１分間保持した後水冷″　の熱処理を施したもの
を試験に供し、溶接内面における粒界腐食の有無を顕微
鏡にて判定した。

この第２図に示される結果からも、余盛り高さの８０チ
以上を冷間圧潰することで良好な耐粒界腐食性能を確保
できることが明らかである。

ただ、前記余盛シ高さが０．１　ｍ、の場合には、でき
れば圧潰量：０．１ｍｍを確保することが好ましい。

Ｃ）加熱処理温度 溶接内面ビードの余盛りを圧潰した後の加熱処理温度が
７５０℃未満では、鋭敏化した溶接部内面の性能回復に
長時間の熱処理が必要となって製管オンラインでの処理
が困難となる。一方、加熱処理温度が１１００℃以上で
は結に粒の粗粒化が著しくなって脆化を来たす恐れがで
てくる。従つて、加熱処理温度は７５０−１１００℃の
範囲と定めた。

なお、溶接内面ビードの余盛りを冷間で圧潰した後７５
０−１１００℃に加熱すると、ＣｒやＣの拡散が速かに
行われるとともに、再結晶により新しい微細な結晶粒が
生成し、溶接のままにおいて鋭敏化していた旧粒界は消
失してしまって耐食性の回復が急速に進行するのである
。

第４図は、前記と同様なフェライト系ステンレス鋼溶接
管について、溶接内面ビードの余盛り高さ：０．３ｍｍ
、潰し量：０．３ｍｔｔｉの場合の加熱処理条件とスト
ライカ−試験結果の関係を示すグラフであるが、この第
４図からも、加熱処理温度が７５０〜１１００℃になる
と比較的短時間の加熱でも粒界腐食が発生しなくなり、
特に１０００℃付近に加熱すると保持時間２０秒以上を
確保しさえすれば粒界腐食の危険が無くなることが明ら
かであり、従って“オンライン熱処理″の適用が可能な
こともわかる。

次に、この発明を、他の成分組成のフェライト系ステン
レス鋼啓接管の製造に適用した例によって説明する。

まず、第２表に示される如き成分組成のフェライト系ス
テンレス鋼板Ａ（ＡＳＴＭ　Ａ２６Ｂの８４３０００材
）及びＢ（同じ（Ｓ　４４４００材）を用意し、これを
製管ロールによって４８．６φＸ２．３ｔの管に成形し
た後、シーム部の内面余盛りが０．２朋となるようにＴ
工Ｇ溶接して溶接管とした。

続いて、該溶接管の内面余盛りを冷間ロール加工によっ
て０．２龍圧潰し、材質Ａの鋼管については８００℃×
１分の、また材質Ｂの鋼管については９５０℃×１分の
加熱処理を施した。

次いで、これら各溶接鋼管をＪ　Ｉ　１３　００５７５
に規定されるステンレス鋼の硫酸・硫酸銅腐食試験方法
に準じたストラウス試験に供し、その溶接部内面の耐食
性を評価した。

この結果を第３表に示す。

第３表に示される結果からも、本発明の方法によると溶
接部内面の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼溶
接管が得られるのに対して、溶接内面ビードの余盛シを
圧潰しなかった場合ては、溶接部内面の耐食性が劣化し
た鋼管しか得られないことが明瞭である。

く総括的な効果〉 以上に説明した如く、この発明によれば、溶接部内面の
耐食性が十分に優れ、内部に腐食性流体を流すような用
途に好適なフェライト系ステンレス鋼溶接管を高能率で
製造することができ、製管オンラインでの処理のみで信
頼性の高い耐食性ステンレス溶接鋼管を得ることが可能
となるなど、産業上極めて有用な効果がもたらされるの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、溶接鋼管溶接部の断面を示す概略模式図、 第２図は、溶接鋼管溶接部内面のストライカ−試験結果
を示すグラフ、 第３図は、溶接鋼管における溶接内面ビードの余盛を冷
間圧潰加工する状況の概略説明図、第４図は、溶接鋼管
溶接部内面のストライカ−試験結果と熱処理条件との関
係を示すグラフである。 図面において、 １・・・溶接金属、　　　　２・・・母材。 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　富　１）和　夫　ほか２名 竿１図 ７２図 第３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶接鋼管を製造するに当り、その溶接工程で内面ビード
   の余盛り高さを０．１ｍｍ以上とした後、冷間加工によ
   つて該余盛り高さの８０％以上を圧潰し、続いて鋼管の
   少くとも溶接部を７５０〜１１００℃に加熱処理するこ
   とを特徴とする、フェライト系ステンレス鋼溶接管の製
   造方法。