JPS632588A

JPS632588A - 現地溶接性に優れる溶接鋼管

Info

Publication number: JPS632588A
Application number: JP14788086A
Authority: JP
Inventors: Fumimaru Kawabata; 文丸川端; Toshiya Matsuyama; 松山　隼也; Tadamasa Yamaguchi; 忠政山口
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1986-06-23
Filing date: 1986-06-23
Publication date: 1988-01-07

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】〈発明の目的〉産業上の利用分野本発明は現地溶接性に優れる溶接鋼管に係り、詳しくは
、極寒地かつサワー仕様で用いられるラインパイプやオ
フショア構造物用の鋼管に係る。

従　　来　　の　　技　　術従来から、極寒地仕様の溶接を対象としかつ高靭性な溶
接金属が得られる溶接材料は多く見出されている（例え
ば、特公昭５４−３６５８３号公報や特公昭５２−９０
６号公報ならびに持分１１Ｂ５１−８１０２号公報にこ
れら溶接材料の一例が示されている。）。

また、最近の仕様動向をみると、極寒地でかつサワーな
油、ガスの輸送を目的としたパイプが主流をしめて、と
くに、高靭性でかつ耐腐食性（耐ＳＣＣ性）に優れた鋼
管が要求されている。

口の二ｉズにはどうしても高靭性でかつ現地溶接時に溶
接部の溶接金属の硬さが低い所謂低硬度なパイプ特性が
要求されるようになってきている。

このような背景から加速冷却を利用した圧延法の実用化
が進められ、鋼管の素材たる厚鋼板の面では低合金で強
度靭性がすぐれたものが急用に供せるようになっている
。溶接鋼管の場合にも、溶接部に対して同様に高靭性、
低硬度の特性が求められている。

すなわち、鋼管、鋼板等は溶接時に低硬度と高靭性を兼
備した溶接金属が形成されることが求められ、更に、口
の要求は、例えば、ラインパイプの場合などでは、これ
まで問題視されてなかった現地溶接のときにもその円周
溶接部に低硬度と高靭性を具える溶接金属が形成される
ことが望まれている。しかし、この円周溶接部の溶接金
属には一般に言われる母材（鋼板）の熱彰響部のみなら
ず、例えばＵＯＥ溶接鋼管の場合などはストレートシー
ム部の溶接金属とクロスする部分が必ず存在する。この
ため、円周溶接部ではその一部を成すストレートシーム
部の溶接金属が再熱されるＣとも併せて考慮する必要が
ある。−方、このストレートシーム部の溶接金属は高度
の靭性が要求される。この要求に対して、従来の高靭性
指向のみの鋼管では、低硬度と高靭性の両特性は相反す
るものであり、先に挙げた溶接材料で得られる従来の溶
接鋼管では両特性兼備という点において十分満足できる
ものではなかった。

更に詳しく説明すると、−般には、溶接金属において低
硬度と高靭性を兼備させることは下記の理由で容易では
ない。

すなわち、低硬度化のためには溶接金属中の合金量を低
減することが不可決である。ところが、合金量の低減は
例えば溶接したまま（＾Ｓｗｅｌｄ）で靭性確保を余儀
なくされる所謂溶接金属のような場合、確実に靭性劣化
を招く。これは溶接金属が凝固、冷却過程で十分に焼き
が入らず、組織が粗大化してしまうためである。通常の
ままでは低硬度と高靭性の両立は困難である。

この相反律を打ち破るためには、低合金化による焼入れ
性の低下を補償する必要がある。つまり、極〈微母の合
金元素が有効に作用するような状況が必要である。

発明が解決しようとする問題点本発明者等はこの問題に取り組み、溶接金属中の酸素量
を適正にコントロールし、窒素日を低く維持するごとに
より両特性の両立が実現可能なことを見出した。

すなわち、本発明は上記知見事実の有効利用にもとすい
て成立したものであって、具体的には、上記欠点を改善
することを目的として比較的小人熱なＭＩＧ、　Ｓ７Ｖ
あるいはＳＭＡ′Ｐｊ接によって形成された溶接金属及
び再熱熱影響部においても耐食性を満足するに十分な低
硬度（Ｈｖ≦２４８）を有しかつ高靭性を兼備するバイ
ブを提供するものである。

〈発明の構成〉問題点を解決するための手段ならびにその作用すなわち、本発明に係る溶接鋼管は、その素材の鋼板が
下記（１）式で計算される値Ｐ。ｍが０．１６０以下の
化学組成であって、サブマージア−りその他のアーク溶
接により形成される溶接金属の化学組成が、Ｃ：Ｓ０．
０５５％、Ｍｎ：１，００〜１．５０％、　Ｓｉ　：　
５０．３％、　Ｍｏ　　二　０，０２〜０．０７　％、
　■ｉ　：０．０１０〜０．０３０％、Ｂ　：　０．０
００３〜０．００１５％、Ｎ：≦ｏ、　ｏｏ６ｏ％、０
　：　０．０２８０〜０．０３５０％で、しかも、Ｎｉ
、Ｃｕ％Ｏｒ％Ｖは下記（２）式により計算される値Ｐ
ＣＢが０．２００以下であることを特徴とする。

Ｐｃｍ＝Ｃ（％）＋Ｓｉｆ％）／３０＋　（Ｍｎ（％ｌ
＋ｃｕ（％）＋Ｃｒ（％））／２０＋Ｎｉ（％）／ＧＯ
＋Ｍｏ（％）／１５＋Ｖ（％）／１０＋５・Ｂ（％）・
・聞（１）Ｐｃｅ＝Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）／３０＋　（
Ｍｎ（％）＋Ｃｕ（％）＋Ｃｒ（％））／２０＋Ｎｉ　
（％）／６０＋Ｍｏ（％）／１５＋Ｖ（％）／１０＋５
０・Ｂｆ％）・・・・・・（２）そこで、これら手段た
る素材鋼板、溶接金属の化学組成について説明すると、
次の通りである。

まず、本発明に係る溶接鋼管は、サブマージアークその
他のアーク溶接によりストレートシーム部や円周溶接部
が溶接されるが、この鋼管の鋼板素材の化学成分は、上
記（１）式によって計算されるＰｃｍ値を０．１６０以
下に規制する。

このＰ。ｍなる指標は一般にも硬化特性を整理する有効
な手段として知られている。

すなわち、ＰＣｍ値が０．１６０をこえて合金量がふえ
ると、溶接部に形成される熱影響部の最高硬さがビッカ
ース硬さくＨｖ）で２４８を超える。このビッカース硬
さ１Ｉｖ＝２４８ｆロツクウエルＲｃ＝２２相当）なる
値は広く世界にも知られているＮＡＣＥが耐ＳＯＣ性割
れのために提唱する値であって、この値を超えることは
好ましくない。また、Ｐｃｍ　＞　０．１６０のときは
、その値が大きければ大きい程、後記の溶接金属の硬さ
目標を満足する口とが困難となる。何故ならば、溶接金
属のうちの５０〜８０％は母材の鋼板素材によって占め
られ、鋼板素材の硬度の、上昇は溶接金属の硬度の上昇
をもたらすからである。

次に、溶接金属は、耐ＳＣＣ性の上から上記のところと
同様にビッカース硬さくＨｖ＞がＨＶ≦２４８条件が有
効である。しかしながら、溶接金属の場合、母材の鋼板
素材に比較して酸素量が多（、固溶元素も多く、鋼板素
材と同等に取扱うことができない。とくに、Ｂは硬さに
対し極めて顕著に影響を与え、上記（１）式で示す評価
指標のＰＣｍでは表現することは困難である。口の点に
ついて本発明者等は研究したところ、Ｂは溶接金属にお
いて（１）式で示す評価の１０倍なる重みがある口とを
知見し、この値をｐｃａと称し、上記（２）式で示し、
更に、溶接金属のＰ。８は０．２００以下に規制する。

また、溶接金属の組成はＰＣＩＩＩを口のように規制す
るほか、その組成を次の通り限定する。

Ｃ：５０．０５５％Ｃは炭素当」の低下という見地に立ち少ないほど良い。

ところで、これが０．０５５％を超えると、他の合金量
との相互関係からＰＣＢを下げようとすれば溶接金属の
焼入れ性が不足してしまい、靭性の高位維持が困難とな
る。反対にＣ〉０、０５５％のまま靭性を満足ゆくレベ
ルに維持しようとすると、どうしてもＰＣＢが高くなり
硬さの点で問題となる。

Ｍｎ　：　１．００〜１．５０％Ｍｎは溶接金属の焼入れに欠くことのできない成分であ
り、その社が１．００％未満であると、焼入れ性が急激
に欠乏し、著しく靭性が劣化する。

１．５０％を超えると、Ｐｃｅの上昇を招き、靭性と硬
さとの両立ができなくなる。

Ｓｉ：５０．３％ＳｉもＭｎ同様主要な焼入れ元素であり、１１牲面から
見れば必要であるが、むしろ脱酸元素としての効果が強
いと考えられ、Ｍｎのように少量故に急激な靭性劣化を
引き起こさない。この理由からＳｉの不足分は他元素で
補いうるとの見地から上限のみ限定した。すなわち、上
限設定理由はＰ。８を低く抑えることにあり、他元素と
のバランスを考えた場合、これ以上では靭性−硬さの両
立が難しいからである。

Ｍｏ　：　０．０２〜０．０７％ＭＯは微」でかつフェライト変態を抑制しマトリックス
の像線化に効果が高い元素であるが、その使い方が極め
て重要である。すなわち、本発明者等の詳細な検討によ
れば、ＭＯが０，０２％未満であるとその効果が観察さ
れなかった。ＭＯの効果は添加路に比例して増すが、０
．０１％を坦えると再熱時に罎めて悪影響を与えること
が明らかとなった。例えば、応力除去焼鈍等の熱処理を
施した場合、０．０７％を超えるＭＯでは大きな靭性の
劣化が観察されたのである。

Ｂ　：　０．０００３〜０．００１５％Ｂは本発明にお
いてＮ、０とならんで重要な成分である。Ｂはオーステ
ナイト粒界に偏析し。

効果的に焼入れ性を高め粗大組織の出現を抑制して靭性
を飛躍的に向上させることはよく知られているが、反面
、Ｂを含む金属の急熱、急冷では硬さを極めて上昇させ
、割れやさらには耐ＳＣＣ性を考慮すると、その雨のコ
ン［・ロールがポイントである。さて、Ｂの硬さへの影
響はＰＣｍ等の指標のなかで８項によって評価されてい
るが、これはＮ、０が低い鋼板への適用を主眼としてお
り、とくに、上記の如く、Ｏが高い溶接金属ではその評
価が必ずしも妥当とは言えない。

そこで、本発明者等は詳細な検討を行ない、Ｂに対して
は５０倍の評価が必要であることを見出し、ＰＣｍの修
正指標としてＰＣＢなる指標を導出した。

すなわち、第１図は入熱５にＪ／ｃｍのアーク溶接を行
なったときに得られる溶接金属の最高硬さとＰｅａとの
関係を示すグラフであって、第１図に示す知見を勘案し
てＢの聞を考えると、ｐｃｅを所期範囲内に入れるため
には、他の成分とのバランスを考慮すると０．００１５
％以下となる。しかしながら、ＢｔｆＯ，０Ｏ０３％に
満たないと、Ｂによる靭性の向上効果は認められない。

Ｎ：≦０．００６０％、Ｏ：　０．０２８０〜０．０３
５０％Ｎならびに０の両成分は溶接金属の焼入れ性に強
い影響力を持つ。とくに、前述のＢさらには他元素１ｓ
ｉ、Ｍｎ等）との結合力が強く間接的に靭性と硬さを大
きく左右する。その影響を調べたとごろ、第２図に示す
結果が得られた。すなわち、第２図はＢ　：　０，００
’０８〜０．００１２％、Ｐｃｅ　：　０．１８５〜０
．１９８の条件のもとての結果であって、第２図におい
て靭性値としてｖＴｒｓ≦−２５℃、硬さとしＴＨｖ≦
２４８ヲ満足させルニハ、Ｎ　≦０．００６０％、０、
０２８０≦０≦０．０３５０％の範囲に両元素量をコン
トロールする必要があることがわかる。

なお、上記成分のほかに、ＴｉもＯ等との結合により硬
度、靭性と関連し、この面からは０．０１０〜０．０３
０％が好ましい。

実施例まず、種々組成の鋼板素材と溶接材料・溶接条件と組合
せて第３図に示す仕様の開先（符号１は試験片、２は板
厚、Ｄ　１．ｌｔｍｌ先深さ１を形成し、この開先をサ
ブマージアーク溶接し、口の際の溶接金属について衝撃
試験および硬さ試験を行なった。

ここでの要さの試験は、現実施工を考慮して、５にＪ／
Ｃ１ｌのＭＩＧ溶接によって第４図に示すようにＳＡＷ
溶接金属２上に２パス（１層目は符号３．２層目は符号
４として示す。）おき、１パス目の底部、つまり、１層
目３の底部の硬度を矢印５の方向に沿って硬さ測定し、
最高硬さで評価した。

また、鋼板素材の組成ならびにＰＣｍは第１表に示す通
りであり、これら各鋼板素材に第２表に示すワイヤと第
３表に示すフラックスとを用いてアーク溶接を行なって
第１表に示す溶接金属を得た。

これらのところから、本発明に係る鋼管以外は硬さの低
下と高靭性の両立が不可能であることがわかる。

第１表第２表　供試ワイヤーの化学組成　　　（ｗｔ％）第３
表　供試フラックスの化学組成　　　　（ｖｔ％）また
、ＰＣＩＴ＋＝　０．１５５の鋼板素材を第２表ならび
に第３表に示すワイヤならびにフラックスを用いて溶接
したときの溶接金属の組成と性能を示すと、第４図の通
りであった。

このときは、Ｎｊ１〜５が本発明に属し、取６〜１Ｇが
比較例であって、この場合も本発明に属さない場合は低
硬度高靭性は得られないことがわかる。

また、第５表は５Ｒｆ６００℃で１時間待つｓｔｒｅｓ
ｓＲｅｌ：ｅｆ＋熱処理後とＡＷｆＡｓ　Ｗｅ　ｌ　ｄ
ｌとの場合を対比して示し、Ｎ１１７ならびに１８は本
発明、Ｎｉ１９〜２１は比較例を示す。第５表から本発
明のものはＳＲＩ！においても比較例に比べ良好な靭性
を有し〈発明の効果〉以上詳しく説明した通り、本発明に係る溶接鋼管は、そ
の鋼板素材をＰ。、、、Ｏ，ＩＧＯ以下に規制し、溶接
金属は鋼板素材と異なって０を含むことから、化学組成
をＣ：≦０．０５５％、！Ｊｎ　：　１．００〜１．５
０％、Ｓｉ：６０．３％、ＭＯ：　０．０２〜０．０７
％、■１：０．０１０〜０．０３０９６、Ｂ　：　０．
０００３〜ｏ、ｏｏｉｓ％、Ｎ：≦０、００（１０％、
０　：　０．０２８０〜０．０３５０％にする一方、新
たにＢを１０倍に評価したＰＣＢ値を規定して、このｐ
ｃ日が０．２００以下であるごとに規制したものである
。

従って、本発明よりＣれまで困難視され実現されていな
かった低硬度でかつ高靭性溶接部を有する鋼管を提供で
きる。

口れは極寒、腐食環境下での鋼構造物やバイブライン等
に適用された場合、溶接作業の能率向上、溶接部の信頼
性の向上等、期待される有用性は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接金属のＰＣＩＩＩ値と最高硬さの関係を示
すグラフ、第２図は溶接金属中の酸素量と窒素口が靭性
と硬さに及ぼす影響を示すグラフ、第３図は溶接試験に
供した試片の形状を示す説明図、第４図は実施例の硬さ
試験方法を示す説明図である。符号１・・・・・・溶接試片　　　２・・・・・・溶接
ビード３・−・・・・硬さ試験ビードの１層目４・・・
・・・硬さ試験ビードの２＠目５・・・・・・硬さ試験
位置

Claims

【特許請求の範囲】アーク溶接鋼管において、その鋼管素材が下記（１）式
で計算される値Ｐ＿ｃ＿ｍが０．１６０以下の化学組成
から成り、溶接金属の化学組成が、Ｃ：≦０．０５５％
、Ｍｎ：１．００〜１．５０％、Ｓｉ：≦０．３％、Ｍ
ｏ：０．０２〜０．０７％、Ｔｉ：０．０１０〜０．０
３０％、Ｂ：０．０００３〜０．００１５％、Ｎ：≦０
．００６０％、Ｏ：０．０２８０〜０．０３５０％でし
かも下記（２）式により計算される値Ｐ＿Ｃ＿Ｂが０．
２００以下であることを特徴とする現地溶接性に優れる
溶接鋼管。Ｐ＿ｃ＿ｍ＝Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）／３０＋（Ｍｎ（％
）＋Ｃｕ（％）＋Ｃｒ（％））／２０＋Ｎｉ（％）／６
０＋Ｍｏ（％）／１５＋Ｖ（％）／１０＋５・Ｂ（％）
……（１）Ｐ＿Ｃ＿Ｂ＝Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）／３０＋
（Ｍｎ（％）＋Ｃｕ（％）＋Ｃｒ（％））／２０＋Ｎｉ
（％）／６０＋Ｍｏ（％）／１５＋Ｖ（％）／１０＋５
０・Ｂ（％）……（２）