JPS6245480A - 高合金鋼クラツド鋼管の製造方法 - 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 本発明はＵＯＥ法によって高合金鋼クラッド鋼管を製造
する方法に関するものである。ここに、ＵＯＥ法とは、
所定の寸法に切断した鋼板を縁切断加工し、Ｕプレスで
Ｕ型に、Ｏプレスで０型に成形する成型工程と、０型に
成形された鋼板の突合せ部の内側ならびに外側にそれぞ
れ自動サブマージアーク溶接を施す溶接工程と、溶接さ
れた管体全水圧エキスパンダまたはメカニカルエキスパ
ンダで拡管する拡管工程とからなる製管法であって、本
発明は特に、このＵＯＥ法の諸工程のうちの溶接工程の
改良に係る。

従　　来　　の　　技　　術 炭素鋼管の内側にステンレス鋼等の高合金鋼をクラッド
した鋼管（高合金鋼クラッド鋼管）は、炭素鋼と高合金
鋼の長所を兼ね備えた新゛しい耐食性鋼管として注目を
集めている。このクラッド鋼管の代表的製造方法の１つ
として、上記したＵＯＥ法によるものがある。この方法
の特色は何んと言ってもＵＯＥ法特有のライン速度の高
さと、既設のＵＯＥラインを流用できることによる経済
性とである。

従来から、炭素鋼に高合金鋼をクラッドした鋼材の溶接
についてｎわれでいるのは、高合金鋼側の溶接を行う場
合に溶接部の高合金鋼が炭素鋼と溶融混合して、Ｎｉ、
Ｃｒ等の合金元素が稀釈されて高合金鋼の組成を維持で
きなくなるのを防止することである。このような点に鑑
みて、高合金鋼クラッド鋼板の溶接においては特別な方
法が用いられる。

第４図はこのような方法の一例を示す模式図である。即
ち、同図（イ）に示すように外側の炭素鋼（１）に開先
を設けた後、同図（ロ）に示すように内側の高合金鋼を
溶融させない程度の小入熱をもって、炭素鋼部分を炭素
鋼の溶接棒で多層溶接する。次に、同図Ｑ９に示すよう
に内＋ｆｉｌの高合金鋼（２）の突合せ部分にいわゆる
裏はつりを施した後、同図（＝）に示すように小人熱を
もって高合金鋼（２）を高合金鋼の溶接棒をもって溶接
する。

しかしこのような方法は低能率であるので、高能率を要
求されるＵＯＥ法による鋼管製造には適用できない。こ
のため、鋼管製造に適用するにあたっては、様々な工夫
が講じられる。

第３図はＵＯＥｗ４管製造方法に適用可能なりラッド鋼
板の溶接法の実施状態を示す模式図である。

即ち、同図（イ）に示すように、外側の炭素ｍ　ｆｉｌ
ならびに内側の高合金ｍ　（２１にまず開先を設けた後
、同図（ロ）に示すように外側の開先の底部を炭素鋼の
溶接ワイヤで小人熱をもって仮付溶接する。次に、同図
（ハ）に示すように内側より高合金鋼の溶接ワイヤをも
って一層溶接を施した後、同図（ニ）に示すように外側
より炭素ｉｍｍ、または高合金鋼の溶接ワイヤをもって
一層溶接を施す。

発明が解決しようとする問題点 上記のＵＯＥ法鋼管鋼管製造法用可能な方法においては
、開先形状や溶接諸条件に改良を加えたとしても、内側
より高合金鋼ワイヤで溶接した場合の、炭素鋼による高
合金鋼の稀釈率を５０％以下に抑えることは難しく、内
１＋ｍｍ、１の溶着金属の組成を高合金鋼の組成と同等
に維持すること々；困難である。また、外側から炭素鋼
の溶接ワイヤをもって溶接する場合には内側の高合金鋼
の溶着金属からＮｉ、Ｃｒ等の合金元素が外側の炭素鋼
の溶着金属内に入り、マルテンサイｌ−ｍｆｉが形成さ
れて高温割れが発生し易くなる。外側から高合金ｔＶ４
の溶接ワイヤで溶接する場合においては、溶接金属と炭
素鋼との境界部での選択腐食が生じやすく、また管と管
とを接続するときの管周の溶接を炭素鋼の溶接棒では実
施できないという問題がある。

また、開先形状や溶接諸条件に改良を加えることは、見
方によっては理想的条件からの離反を意味し、作業が頻
雑になったり条件管理が厳密になったりして、逆に実用
上の不利が生じる場合が多い。

本発明の目的は、開先形状や溶接諸条件に実用上不利な
工夫を講じなくても、上記諸問題を解決できる合理的な
高金属鋼クラッド鋼管の製造方法を提供することにある
。

問題点を解決するための手段および作用どこるで、本出
願人は上記目的を達成するだめの新規な高合金鋼クラッ
ド鋼管の製造方法を先に出願した（特願昭６０−６７９
１６号）。この先願発明の方法は、炭素鋼に高合金鋼を
重層してなるクラッド鋼板を高合金鋼を内側として管状
に成形１−だ後、相対向する端同志を突合せ、その突合
せ部を溶接して高合金鋼クラッド鋼管を製造する方法に
おいて、第１図（１′）〜Ｑ９に示す如く、炭素Ｗ４＋
ｍｍ、に開先を設ける際に高合金鋼（２）の突合せ部近
傍を炭素ｉ＊（ｍｍ、の内側開先と干渉ｌ〜ない巾で削
除しておくものである。この方法によれば、炭素鋼（１
）を溶接する際にその影響が高合金鋼（２）に及ぶのを
大巾に回避でき、その結果として炭素鋼（１）の溶接を
通常のゆるーやかな条件で高能率かつ容易に行うことが
できる０ どころか、この先願発明の方法では、高合金鋼（２）の
削除部分がｍｍ、１常の開先と比べて広巾であることか
ら、炭素鋼溶接後、削除部分を溶接する際に溶ｗ：？Ｊ
ｆｉ度の低下を余儀なくされ、この工程において既設ラ
インと速度が合わず、既設フィンの適用が困難になると
同時に、Ｕ　ＯＥ法特ａの高速ｆＩｔ：が阻害されるこ
とが判明１７た。

本発明ｌづ［−り合訃鋼の稀釈防止効果に悪影響を与え
ることなく、高合金鋼溶接時の連接速度を高めるもので
、内側突合せ部の高合金鋼削除部分を第２図に示すよう
な２ｔｌｆ、　Ｙサブマージアーク溶接により一層溶接
するものである。

すなわち、本発明の要旨とするところは、ＵＯＥ法によ
る高合金鋼クラッド鋼管のり造において、あらかじめ外
側に深さが炭素鋼の厚さの４０〜７０％で角度が６０〜
９０°である開先を設けるとともに、内側の突合せ部の
近傍１０〜２（）順の巾の高合金鋼を削除して炭素鋼を
露出させた後、炭素鋼のこの内側露出部分に深さが炭素
鋼の厚さの２０〜５０％で角度が６０〜９０°の角度の
開先を設けておき、前記炭素鋼に設けた外側の開先なら
びに内側の開先に大々炭素鋼の溶設ワイヤを用いて一層
溶接を雀した後、内側突合せ部の高合金鋼削除部分を下
記条件■〜（■の２′市極サブマーソアーク溶接により
一層溶接することを特徴とする高合金鋼クラッド鋼管の
製造方法にある。

■　先行″准序、後行電極とも外径４．０　ｍ以上の高
合金鋼コアードワイヤを用いる。

■　先行電極、後行電極ともボンドフラッグスを用いる
。

■　先行′置版の前進角を０〜１０°、後行電極の前進
角を２０〜３０°とする。

以下、本発明を第１図および第２図を参照しながら項目
別に詳しく説明する。

ａ、高合金鋼 本発明において高合金鋼とはＣｒとＮｉの少なくとも一
方が重量％で２０％以上含まれているものを８い、具体
的には２’；ｌ　Ｃｒ　−５Ｎ　ｉ系の２相ステンレス
ｍや２０Ｃｒ−４ＯＮ　ｉ系のインコロイ８２５等であ
る。

炭素鋼に高合金鋼をクラッドさせる方法としては圧延、
爆着等の常法を全て適用できる。

炭素鋼、高合金鋼の厚みは、必要とする鋼管の性質に応
じて適宜選択されるものである。

ｂ、外側突合せ部の炭素鋼開先 深さくａ）については、深さが炭素鋼の厚さの４０％未
満では、内側の高合金鋼側からの溶接の溶込み部と重な
らずに未溶接部が残ることになり、また逆に７０％を超
える場合には、外側の炭素鋼＋１ｌｌＩからの溶接時に
、内側への溶融炭素鋼の溶は落ちが生じやすくなるので
、炭素鋼の厚さの４０〜７０％とする。

開先角度（Ａ）については、６０’未満では、溶接ビー
ドが凸形となって高温割れの危険性があり、９０°を超
えると溶着金属の量が多くなり能率的でないので、６０
〜９０°とする。

Ｃ１内側突合せ部における高合金鋼削除目的は前述した
とおり、炭素鋼を溶接する際の影響が高合金鋼に及ぶの
を防止することである。

削除の巾（Ｃ）については１０ｍｍ未満では、内側の炭
素鋼の溶接ワイヤによる溶接ビードと高合金鋼とが接触
して溶融混合がおこり高合金鋼が稀釈される。２５簡を
超えると、溶着金属の量が多くなり一層溶接では盛り一
層げが困矯になるので、１０〜２０順とする。

言うまでもないが、この１０〜２０間は、突合せ線を中
心として両側にほぼ均等にふりわけられなければならな
い。

また、たとえ高合金鋼の削除巾と炭素鋼の内側開先巾と
がその数的条件範囲内であっても、高合金鋼の削除の目
的が炭素渭溶接時の熱影響が高合金鋼に及ぶのを抑止す
ることにある以上、削除巾は開先ｍｍ、］より人（１ｉ
ｊｌ〜は含まず）でなければならない５．換Ｓすれば、
高合金鋼の端面（第１図に３で示す）す；炭素鋼の内側
開先とＬ渉してはならず、両音の間にクリアランスが必
要である。

高合金鋼の端ｔｒｉ　（３１には図示のように削除部分
が管内ｍｍ、ｔ１へ向ってＭ　（［ｍｍ、広となる傾斜
を付与するのがよく、その角度θば２０〜４（）０が好
ましい。

θが２０″　未満で・）ま、高合金鋼削除部分のコーナ
一部にスラグ巻込へが生じやすく、４０°を超えると必
要溶着量が過大となり、能率的でなくなる。

ｄ、内側突合せ部の炭素鋼開先 開先深さ中）については、深さが炭素鋼の厚さの２０％
未満では外側の大素鋼からの溶は込み部と重ならずに未
溶接部が残ることになり、また５０％を超えると、あら
かじめ高合金鋼を削除すべき巾が広くなって能率的でな
いので、炭素鋼の厚さの２０〜５０％とする。

開先角度（Ｂ）につい（は、外側突合せ部の炭素鋼開先
の場合と同じ理由から、６０〜９０’の範囲とする。

ｅ、炭素鋼の溶接 外側の開先、内側の開先とも、一層溶接を行″ｍｍ、、
内側の突合せ部において高合金鋼を削除し、大素鋼を独
立的に溶接できるようにしであるため、この溶接に格別
の工夫はいらず、通常のｔＪ　Ｏピ広におけるのと同様
の手法で能率しく溶接を行うととができる。

ｆ、高合金鋼削除部分の溶接 この溶接においては、先に溶接をした大素鋼内側開先部
分からの稀釈を抑えることが重要である１、本発明では
、高合金鋼削除部分を溶接する１祭にｒ芥接部の稀釈率
が２０％以下に抑制される、炭素鋼への溶込み深さ２ｍ
ｍ、ｍｍ、１をこの溶接における一ｒ要［１標とした。

２電極サブマーンアークによる一層溶接とする理由は、
高合金鋼の削除部分は通常の開先とは性質を異にし、通
常の開先より広巾に形成されるため、高能率なサブマー
ジアーク溶接を用い、かつ溶接条件に改良を加えたとし
ても、単電甑ではＵＯＥ法を満足させる溶接能率が得ら
れず、逆に３電極では高電流、高速度の条件となるため
、高合金鋼の炭素鋼からの稀釈を抑えることが困雉にな
ることである。

溶接ワイヤを直径４．０　ｍ以上のコアードワイヤとし
たのは、高合金鋼削除部分の溶接は溶は込みの浅い広巾
の溶接ビードとして炭素鋼の溶融混合による高合金鋼の
稀釈を極小に抑えるためのいわゆるアークのソフト化を
目的としたものであって、直径４．０＋ａ未満ではその
効果が小さく、ソリッドワイヤではアークが集中し、溶
込みが深くなることによる。

フラックスをポンドフラックスとしたのケ、該フラック
スを用いて溶接する場合は、溶融フラックスを用いて溶
接する場合に比べて、溶込みの浅い溶接ビードが得られ
るとともに、合金元素の添加が可能であるところから高
合金鋼の稀釈ないしは成分の回復が可能であり、また、
高アーク電圧でのアーク安定性が良好であることによる
。

先行電極（第２図に４で示す）の前進角を０〜１０°と
したのは、０°未満ではいわゆる後退角となって溶込み
深さが過大となり、ｌＯｏを超えるとフラックスの吹上
げが生じ、作業性を悪化させることによる。また、後行
電極（第２図に５で示す）の前進角を２０〜３０°とし
たのは、２０゜未満では溶込み深さの増大による当該溶
接部の怖釈が問題となり、３０°を超えるとアークの不
安定を生じることによる。

他の条件について好ましい範囲を挙げると次のとおりで
ある。

溶接電流については、先行電極、後行電極とも４００Ａ
未満では、溶接ビードの巾が不足し、６００Ａを超える
と溶込みが過大となるので、４００〜６００Ａが好まし
い。ただし、先行電極は後行電極よりも溶込みに与える
影響が大きいので、５００Ａ以下に抑えることが推奨さ
れる。

アーク電圧については、高アーク電圧が詩合金鋼の稀釈
防止には望ましいが、５０Ｖを超えるとアークが不安定
となるので、４０Ｖ〜５０Ｖが最適である。

溶接速度については、３０１／分未満では、溶接ビード
の溶込みが深くなるので、高合金鋼の稀釈防止が困難と
なり、能率も悪い。逆に１００ｃｍ／分を超えると溶接
ビードが不安定になる。したがって、３０〜ｍｍ、００
Ｃｌ／分が好ましい。

電極間距離（第２図にｌで示す）については、１５ｍ未
満では先行と後行のアークが接近しすぎ、互いのアーク
が干渉により不安定となり、３０間を超えると逆にアー
クが分離してしまい、スラグ巻込みが発生し易くなるの
で、１５〜３０調が好ましい。

チツフ゛高さく第２図にｈで示す）については、ｊ（０
１未満ではアークでチップが溶落する危険性を牛し、４
０順を超えるとアークが不安定になり、ビード外観を懇
化させるので、３０〜４０　ｍが好ましい。

コアードワイヤについては、Ｎｉを５０％以上含有し厚
さが０．２５〜０．５０調の一フープを持つのが好適で
ある。ここに、Ｎ１５Ｑ％以上を含有するフープとした
のは、内蔵フラックスにＮｉ粉を添加する方法では、溶
接ワイヤ全体として１０％以上のＮｉを含有させること
が困矯であり、一方、フープのＮｉ含有量が５０％未満
である場合も、Ｎｉ量が不足することによる。フープの
厚さを（）。

２５〜０．５０１としたのは、０．２５ｍｍ未満では強
度が度が不足し、０．５０ａ＋を超えると可焼性が不足
するとともに内蔵フラックスの量が制限されることによ
る。

実　　　施　　　例　（１） 第１表に成分組成を示す供試クラッド材を本発明法、即
ち第１図に模式的に示しだ方法と、ＵＯＥ法に適用可能
な従来法、即ち第２図に模式的に示した方法（以下、比
較法という）とで溶接した。

溶接を施すにあたっては、第２表に示す開先等を明細力
の７’ｊ’　、！Ｓ’　（内゛３に変更なし）供試材に
もうけ、＄３麦に示す溶接条件を設定した。＃、３表に
おいて本発明法の内側−１目とは炭素鋼の内側にもうけ
た開先部の炭素鋼ワイヤを用いて行う溶接、内側＝１目
とけ内側の高合金鋼削除部を高合金鋼の溶接ワイヤを用
いて行う溶接をいう。溶接４序は内側一層目、外側、内
側二層目とした。使用した溶接ワイヤの化学成分は＠４
表の通りであって、本発明法については、内側一層目お
よび外（ＩＩには同表の炭１Ａ≧Ａの溶接ワイヤを、内
側二層目には同表の高合金鋼の溶接ワイヤを用いた。比
較法については、内イー１、外側とも同表の高合金鋼の
ｒ８接ワイヤを用いた。

第　　１　　友 明細書の１争１シフ（内容に変更なし）第２表 ４　　３　　　表 明細−Ｙのｉ’ｉｌ：’３　（内、［ンに変更なし）第
４表 溶按煉の内側の溶接金属の化学成分を４査した結果を第
５表に示す。同表から明かなように、本発明法によって
溶接を施した場合の内側の溶接金属の化学成分は、供試
クラッド材の高合金−の化学成分に近いものが得られた
が、比較法によって溶接を施した場合の内ｆｍの溶接金
属の化学成分は、供試クラッド材の高合金鋼の化学成分
とは−Ｎｕ＜異なり、供試材クラッド材の合金元素が著
しく稀釈されたものとなった。

また、内側＝１目溶接、すなわち高合金鋼削除部分の溶
接は５０Ｃｍｍ、／分の速変で実施したにもかかわらず
、ビード不良等はなく、艮好な溶接部が得られた。

＊　施　例（２） 第６表に成分ｍ或を示す供試クラッド材に対し、本舶明
法の手頑により噌々の開先部形状について溶接を行った
。溶接条件は第３表の本発明法、溶接ワイヤは第４表に
それぞれ示すとおりである。

第７表に開先部形状と、各形状について溶接を行ったと
舞の作業性との関係を示すが、開先部形状が本発明〜曲
内のものはいずれも溶接炸裂性が良好である。

１　６　　層 （１４％　） 明細ｉ）の浄ｎ（内容に変更なし） 喀　　　７　　　表　　　　　　　　　　　　８、ｔ １子 、パ 夾　施　例（３） 第６表に夜分組成を示す供試クラッド材に対し、明ａＩ
暑の乙゛：３（内容に変更なし）号８表に示す本発明範
囲内の形状の開先部を形成７、第３表の本発明法に示す
条件で内側一層目お：び外側溶接、すなわち炭素鋼の溶
接を行った後、歌々の条件で高合金鋼＃１＃部分の溶接
を行った。

ヒ用した溶接ワイヤは博４表に示すものである。

高合金鋼削除部分の溶接における溶接条件と、を接作業
性との関係をｆｓ９表に示しておく。

喀　　８　　表 （以下空白） また、第９表の本発明例のうち、２番目のものについて
高合金鋼ワイヤ径のみを３．２咽に変更したところ溶込
み深さが４項と大きくなり、フラックスのみをボンドフ
ラックスから溶融型フラックスに変更したところ同様に
溶込み深さが過大となり、ワイヤフープの厚みのみを０
．３０Ｍから０．２０順に変更したところワイヤ強度が
不足のため変形し送給不良が生じた。

効　　　　　　　　果 以北の如く本発明の高合金鋼クラッド鋼管の製造法によ
れば、高合金鋼クラッド鋼板を、高合金鋼を内ｍｍ、ｍ
ｍ、として管状に成形した後、相対向する端同志を突合
せ、その突合せ部を溶接するに際して、溶接部の高合金
鋼が炭素鋼と溶融混合して、Ｎｉ。

Ｃｒ等の合金元素が稀釈されることを少くすることがで
きるので、管の機械的性質および化学的性質を溶接部近
傍で劣化させることなく、すぐれた高合金鋼クラッド鋼
管を製造することができるのみならず、 内側突合せ部において高合金鋼を削除しであることによ
り炭素鋼を独立的に溶接し得、通常のＵＯＥ法における
溶接速度および作業性を確保でき、更に、高合金鋼削除
部分の溶接においても２電極の採用と溶接条件の規定と
により高能率を確保し、 全体として既設のＵＯＥ法裂管ラインへの適用を可能に
して、製管コストの低減に大きな効果を発揮するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明方法の実施状！島を示す模
式図、第３図はＵＯＥ鋼管製造法に適用可能なりラッド
鋼板の溶接法の実施状態を示す模式図、第４図はクラッ
ド鋼板溶接法の実施状況を示す模式図である。 図中、１：炭素鋼、２：高合金鋼、３：端面、４：先行
電極、５：後行電極。 （イ） （ハ） 第　３　図 （イ） （ニ） 第４図 （ニ） 手続補正書（方式） ％式％ 高合金列クラッド鋼管の製造方法 をする者 件との関係　特許出願人 住　所　　大阪市東区北浜５丁目１５番地名　称（２ｍ
ｍ、）住友金属工業株式会社代表者　熊谷典文 埋入 命令の日付 昭和°°年”月°”　　　　、”　Ｏ７，７，ａ　　。 （書類発送日　昭和６０λｍｍ、月２６　　日入６、補
正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 ７、　補正の内容 （１）明細書の第１７頁から第２３頁まで全別紙の通り
差し換えます。（但し各表の枠線の加筆のみで内容に変
更あシません。）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］炭素鋼に高合金鋼を重層してなるクラッド鋼板を
   高合金鋼を内側として管状に成形した後、相対向する端
   同志を突合せ、その突合せ部を溶接して高合金鋼クラッ
   ド鋼管を製造する方法において、あらかじめ外側に深さ
   が炭素鋼の厚さの４０〜７０％で角度が６０〜９０°で
   ある開先を設けるとともに、内側の突合せ部の近傍１０
   〜２０ｍｍの巾の高合金鋼を削除して炭素鋼を露出させ
   た後、炭素鋼のこの内側露出部分に深さが炭素鋼の厚さ
   の２０〜５０％で角度が６０〜９０°の角度の開先を設
   けておき、前記炭素鋼に設けた外側の開先ならびに内側
   の開先に夫々炭素鋼の溶接ワイヤを用いて一層溶接を施
   した後、内側突合せ部の高合金鋼削除部分を下記条件（
   １）〜（３）の２電極サブマージアーク溶接により一層
   溶接することを特徴とする高合金鋼クラッド鋼管の製造
   方法。 （１）先行電極、後行電極とも外径４．０ｍｍ以上の高
   合金鋼コアードワイヤを用いる。 （２）先行電極、後行電極ともボンドフラックスを用い
   る。 （３）先行電極の前進角を０〜１０°、後行電極の前進
   角を２０〜３０°とする。 ［２］２電極サブマージアーク溶接を先行電極、後電極
   とも溶接電流４００〜６００Ａ、アーク電圧４０〜５０
   Ｖ、溶接速度３０〜１００ｃｍ／ｍｍの条件で行うこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の高合金鋼ク
   ラッド鋼管の製造方法。 ［３］２電極サブマージアーク溶接における電極間距離
   が１５〜３０ｍｍ、チップ高さが３０〜４０ｍｍである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
   記載の高合金鋼クラッド鋼管の製造方法。 ［４］２電極サブマージアーク溶接に使用するコアード
   ワイヤのフープが、Ｎｉを５０％以上含有し厚さ０．２
   ５〜０．５０ｍｍであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の高合金鋼クラッ
   ド鋼管の製造方法。