WO2008108450A1

WO2008108450A1 - 電縫鋼管の製造方法および高Ｓｉまたは高Ｃｒ含有電縫鋼管

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Publication number: WO2008108450A1
Application number: PCT/JP2008/054100
Authority: WO
Inventors: Hideki Hamatani; Shinji Kodama; Nobuo Mizuhashi; Sunao Takeuchi; Tomohiro Nakaji; Takashi Miyakawa; Hitoshi Asahi; Michitoshi Tanimoto; Michimasa Mukai
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2008-09-12
Also published as: JP4890609B2; TW200900173A; KR101120124B1; RU2009136411A; CN101622084B; EP2133160A1; RU2429093C2; TWI330554B; US9050681B2; EP2133160A4; US20100104888A1; KR20090105969A; JPWO2008108450A1; CN101622084A

Abstract

本発明は、酸化物起因の溶接欠陥を、プラズマ照射により安定して低減でき、更に、プラズマジェット音も低減することができる電縫鋼管の製造方法を提供するものであり、鋼板１を管状に成形加工し、その突合せ端面４を電縫溶接する際に、溶接点９よりも溶接上流側で温度が６５０℃以上となる領域６のうち少なくとも突合せ端面４ａに対して、Ｈ2ガス：２～５０体積％含有し、残部がＡｒガス単独、又はＡｒガスにＮ2ガス、Ｈｅガス若しくはその両方が添加された混合ガスからなる還元性ガスに、電圧を印加することで生じた還元性高温（擬似）層流プラズマを吹き付ける。その際、印加電圧を１２０Ｖ超とし、下記（１）式を満たすプラズマ吹き付け条件とするのが好ましい。

Description

明細書電縫鋼管の製造方法および高 S i または高 C r含有電縫鋼管技術分野

本発明は、主として、石油又は天然ガス用ラインパイプ、油井管、並びに原子力用、地熱用、化学プラント用、機械構造用及び一般配管用の鋼管等、に使用される電縫鋼管の製造方法に関し、特に、 C r及び S i等の酸化物を生成しやすい元素を多く含有する鋼板を鋼管素材として使用する場合に好適な電縫鋼管の製造方法および高 S i または高 C r含有電縫鋼管に関する。背景技術

図 4は従来の電縫鋼管の製造方法を示す模式図である。図 4に示すように、従来の電縫鋼管の製造方法においては、一般に、帯状の鋼板 1 0 1 を、方向 1 1 0に向かって連続的に搬送しながら、多数のロール群（図示せず）により管状に成形し、その突合せ端面 1 0 4を高周波コイル 1 0 2による誘導加熱又はコンタク卜チップによる直接通電加熱により溶融すると共に、スクイズロール 1 0 3によりアップセッ卜を加えることで、突合せ端面 1 0 4に溶接シーム 1 0 5を形成して電縫鋼管としている。

このような従来の電縫鋼管の製造工程においては、電縫溶接時に突合せ端面 1 0 4が大気に曝されるため、その表面に酸化物が生成し、これがスクイズアウトされずに残留して、溶接部にベネトレー夕一と称される酸化物に起因する溶接欠陥が発生することがある。特に、 C r含有量が 2〜 1 1質量％の C r含有鋼、 C r含有量が 1 2質量％以上のステンレス鋼、フェライトーマルテンサイト複合組織鋼（D P鋼；第 2相のマルテンサイトの体積分率 5 %以上）及びフェライトーオーステナイト型複合組織鋼（TR I P型複合組織鋼；体積分率 5 %以上の残留オーステナィ卜の変態誘起塑性 [Trans f ormation Induced Plasticity] を利用した低合金高強度鋼）等のように C rや S i等の酸化物を生成しやすい元素を多く含有する鋼板を使用する場合は、溶接部にベネトレーターが発生しやすくなる。このような溶接欠陥は、鋼管の低温靭性、耐食性及び冷間加工性を低下させる原因となるため、従来、電縫鋼管の製造工程においては、電縫溶接時に不活性ガスシールドによって溶接部の雰囲気中の酸素量を低減することで、ベネトレーターの発生低減を図っている。しかしながら、不活性ガスシールドでは空気の巻き込み等が生じるため、電縫溶接部の雰囲気を安定して低酸素状態とすることは困難である。一方、電縫溶接部の低酸素状態を安定して維持するためには、大掛かりなシールド装置が必要となり、生産性が大きく低下する。

また、本発明者らは、鋼管の電縫溶接時に突合せ端面に 1 4 0 0 以上の還元性高温燃焼炎又は非酸化性高温プラズマを所定流速で吹き付けることにより、突合せ端面での酸化物生成を抑制し、かつ酸化物の排出を促進させる電縫鋼管の製造方法を提案している（特開 2 0 0 4— 2 9 8 9 6 1号公報参照）。この特開 2 0 0 4— 2 9 8 9 6 1号公報に記載の技術は、従来の方法に比べて、生産性を低下させることなく、電縫溶接部のベネトレーターを低減することができる。しかしながら、この方法は、溶接部のベネトレーターを更に少なくするために、高温燃焼炎又はプラズマの流速を増加させて熱流体のせん弾力を高めると、溶接部周囲の空気の巻き込みが顕著となり、却ってベネトレ一夕一が増加してしまうという問題がある。従って、特開 2 0 04— 2 9 8 9 6 1号公報に記載の技術では、ベネトレ一夕一の発生を十分に低減することができない。

そこで、本発明者らは、更に検討を重ね、所定の突合せ角度で、少なくとも溶接点から溶接上流側に 6 5 0 以上の温度となる全範囲にわたる突合せ面に対して不活性ガスを吹き付け、かつ少なくとも溶接点から溶接上流側に給電距離（給電距離：高周波コイルまたは給電チップから溶接点までの距離）の 1 / 5だけ離れた位置まで全範囲にわたる突合せ端面に対して、非酸化性雰囲気で、かつ 1 4 0 0で以上の温度を有する非酸化性高温プラズマを流速が 3 0〜 2 7 O mZ秒で吹き付ける電縫鋼管の製造方法を提案している（特開 2 0 0 6— 0 2 6 6 9 1号公報参照）。この特開 2 0 0 6— 0 2 6 6 9 1号公報に記載の電縫鋼管の製造方法では、生産性を低下させることなく、また、溶接条件の変動時に設定条件を変えることなく、溶接部における酸化物の生成に起因する溶接欠陥、及び局部的な入熱不足による冷接欠陥を低減することができる。

また、プラズマジェットによる溶接、切断、溶射、加熱などの高温加工の加工能率および精度を高くするために、サイドガス噴出方向を規定したプラズマトーチに関する発明が特開 2 0 0 4— 2 4 3 3 7 4号公報に開示されている。発明の開示

しかしながら、前述した特開 2 0 0 6— 0 2 6 6 9 1号公報に記載の電縫鋼管の製造方法は、プラズマジェット（プラズマガンから噴射されたプラズマ）が乱流であるため、その周囲に大気と遮断するためのシールドガスを配しても大気を巻き込んでしまうという問題がある。例えば、特開 2 0 0 4— 2 4 3 3 7 4号公報で提案されているシールドガスの照射角度や流量条件を用いても、プラズマジエツト内の酸素濃度が十分に低くならないことがある。このため、特開 2 0 0 6 - 0 2 6 6 9 1号公報に記載の電縫鋼管の製造方法では、溶接部の酸化物量を安定して低減することができず、欠陥数が目標とする値を超えてしまうことがある。更に、特開 2 0 0 6 — 0 2 6 6 9 1号公報に記載の電縫鋼管の製造方法は、プラズマジエツ卜が乱流でかつ高速であるため、突合せ部を溶接する際に大きなプラズマジエツト音が発生するという問題もある。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなさなれたものであつて、酸化物に起因する溶接欠陥の発生を安定して低減することができ、更に、溶接時に発生するプラズマジェット音も低減することができる電縫鋼管の製造方法および高 S 1 または高 C r含有電縫鋼管を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の要旨は、以下のとおりである

( 1 ) 鋼板を管状に成形加工し、その突合せ端面を電縫溶接する電縫鋼管の製造方法において、力ソードガス中で力ソードとァノード間に電圧を印加することで生成するプラズマガスにアノードガスを吹き付けてプラズマ作動ガスとしてプラズマ噴射するカスケード型プラズマガンから、前記プラズマ作動ガスの成分を、 H ₂ガス： 2体積％以上 5 0体積％未満を含有し、残部が A rガス及び不可避的不純物ガスからなるように、又は、残部が A r ガスに N ₂ガス、 H eガス若しくはその両方が添加された混合ガス及び不可避的不純物ガスからなるように調整することで還元性を付与した還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマを、前記電縫溶接の溶接点よりも溶接上流側で温度が 6 5 0 以上となる領域のうち少なくとも突合せ端面に対して、吹き付けることを特徴とする電縫鋼管の製造方法。

( 2 ) 前記プラズマガンの力ソードの先端から陽極発生可能な位置までの距離 Lを、 8 mm以上、かつアノード内径 Dの 1 0倍以下とし、前記プラズマガンの力ソードとアノード間に印加する電圧を 1 2 0 Vを超える電圧とするとともに、前記プラズマ作動ガスの標準状態での流量を Gi ( 1 Z分）、前記プラズマ作動ガスの相対分子量を Mi、アノード内径を D (m) 、 7 0 0 0 Kでの粘性係数を a_{Y e} τ . 7 0 0 0 ( k g Zm,秒）で表すとき、下記数式ぐ 1 >を満たすプラズマ吹き付け条件を採用して、前記ブラズマを層流または擬似層流とすることを特徴とする（ 1 ) に記載の鋼管の製造方法

前記プラズマガンのァノ内径 Dが 6 mm以上 3 0 mm以下であることを特徴とする ) または ( 2 ) に記載の電縫鋼管の製造方法。

(4 ) 前記ブラズマガンのァノード i面または前方外周に、中心軸からの距離が前記アノードの内半径の 1. 5〜 3. 5倍の位置で、向きがプラズマ中心軸方向から外側に 1 0〜 3 0 ° の範囲の軸対称方向に向いた噴射口を設け、この噴射口から、 A rガス、 N ₂ガス及び H eガスからなる群から選択された 1種または 2種以上の不活性ガス及び不可避的不純物ガスからなるサイドシ—ルドガスを、前記プラズマのガス流量の 1〜 3倍以内のガス流量で噴射することを特徴とする（ 1 ) 〜（ 3 ) のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法。

( 5 ) 前記ブラズマ作動ガスを構成する H₂ガスの一部または全部を C H₄ガス及び C₂ H₂ガスのうちの 1種又は 2種で置き換えて用いることを特徴とする（ 1 ) 〜（ 4 ) のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法。 ( 6 ) 平均粒径が 1 m以上 1 0 m以下のホウ化物の微粉末を、前記還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマに供給することを特徴とする（ 1 ) 〜（ 5 ) のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法。

( 7 ) 前記力ソードの先端部を半球形状とし、かっこの半球形状先端部の曲率半径を、アノード内径の 1ノ 2以下とすることを特徴とする上記（ 1 ) 〜（ 6 ) のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法。

( 8 ) 前記電縫鋼管の製造方法においてインビーダーを用い、このインピーダ一に用いられるインビーダーケース素材に、 J I S

C 2 1 4 1 に準拠した 3 0 0でにおける電気抵抗が 1 0 ^U〜 1 0¹³ Q c mで、水中投下法により求まる熱衝撃特性が 5 0 0 以上であるセラミックスを用いることを特徴とする（ 1 ) 〜（ 7 ) のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法。

( 9 ) 前記プラズマガンの先端と鋼管表面との距離を 1 5 0 mm 以上 3 0 0 mm以下とすることを'特徴とする（ 1 ) 〜（ 8 ) のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法。

( 1 0 ) 前記鋼板が、質量％で、 S i : 0. 5〜 2. 0 %を含有する S i含有鋼板、または、 C r : 0. 5〜 2 6 %を含有する〇含有鋼板からなり、電縫溶接部の欠陥率が 0. 0 1 %以下であることを特徴とする（ 1 ) 〜（ 9 ) のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法により製造された電縫鋼管。図面の簡単な説明

図 1 ( a ) は、本発明の電縫鋼管の製造方法を模式的に示す側面図である。

図 1 ( b ) は、本発明の電縫鋼管の製造方法を模式的に示す平面図である。

図 2は、図 1 ( a ) および図 1 ( b ) に示すプラズマガンの構成を模式的に示す断面図である。

図 3は、本発明が採用するプラズマガンのアノード内径の広径化およびプラズマ層流化の効果を概念的に説明する図である。

図 4は、従来の電縫鋼管の製造方法を模式的に示す斜視図である

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。

まず、（ 1 ) に記載の本発明の電縫鋼管の製造方法について、高周波コイルを使用して鋼板を加熱する場合を例にして説明する。図 1 ( a ) は本実施形態の電縫鋼管の製造方法を示す側面図であり、図 1 ( b ) はその平面図である。図 1 ( a ) 及び図 1 ( b ) に示すように、本実施形態の電縫鋼管の製造方法においては、例えば厚さが 1〜 2 2 m m程度の鋼板 1 を方向 1 0に向かって連続的に搬送しながら、多数のロール群（図示せず）により管状に成形し、その突合せ端面 4を高周波コイル 2により誘電加熱して溶融すると共に、スクイズロール 3 によりアップセットを加え、突合せ端面 4に溶接シーム 7を形成する。

その際、力ソードガス中で力ソードとアノード間に電圧を印加することで生成するプラズマガスにアノードガスを吹き付けてプラズマ作動ガスとしてプラズマ噴射するカスケード型プラズマガン 2 0 から、前記プラズマ作動ガスの成分を、 H ₂ガス： 2体積％以上 5 0体積％未満を含有し、残部が A rガス及び不可避的不純物ガスからなるように、又は、残部が A rガスに N ₂ガス、 H eガス若しくはその両方が添加された混合ガス及び不可避的不純物ガスからなるように調整することで還元性を付与した還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマ 5 を、前記電縫溶接の溶接点 9よりも溶接上流側で温度が 6 5 0で以上となる領域 6のうち少なくとも突合せ端面 4 aに対して吹き付ける。

溶接点 9よりも溶接上流側の突合せ端面 4のうち、加熱温度が 6 5 0で以上となる領域 6 は、高周波コイル 2、スクイズロール 3及びインピーダ一 8等の冷却水が飛散したり水蒸気雰囲気に曝されたりするため、加熱温度条件と相俟って酸化反応で生成した酸化物に起因する溶接欠陥、即ち、ベネトレー夕一の発生が顕著となる。そこで、本実施形態の電縫鋼管の製造方法においては、この領域 6 に還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマ 5 を吹き付げることにより、電縫溶接時の突合せ端面 4 a を還元性雰囲気とすると共に、突合せ端面から酸化物を高温の溶融状態で排出させる作用を促進し、酸化物に起因するベネトレ一夕一等の溶接欠陥の発生を抑制している。

本発明のカスケード型プラズマガンの一例を図 2 に示す。プラズマガン 2 0 として、アノード 2 2の内側（力ソード 2 1側）部分には、力ソード 2 1 の先端部を囲むように絶縁部 2 6が設けられ、更に、アノード 2 2の内部には、力ソードガス流路 2 3、アノードガス流路 2 4及びサイドシードガス流路 2 5が設けられたカスケード型プラズマ卜一チを使用する。また、このプラズマガン 2 0 におけるアノード 2 2の内面には、絶縁部 2 6 を挟んで、プラズマ上流側に力ソードガス流路 2 3 に連結した力ソードガス供給孔 2 3 aが形成され、下流側にアノードガス流路 2 4に連結したアノードガス噴出口 2 4 aが形成されている。更に、アノード 2 2の先端部には、サイドシールドガス流路 2 5 に連結したサイドシールドガス供給孔 2 5 aが形成されている。

更に、必要に応じて、アノード 2 2の先端部には、粉末供給ガス流路 2 7 に連結した粉末供給ガス供給孔 2 7 aが形成される

即ち、本実施形態の電縫鋼管の製造方法においては、カソ ―ド、ガス供給孔 2 3 a力、らカソード 2 1 に向かって供給されたカソ一 Fガス中で、力ソード 2 1 とァノ一 K 2 2間に電圧印加してブラズガスを発生させ、力ソード先端 2 1 aよりもプラズマ下流側においてプラズマ 5 に向かってアノードガスを噴射して、カソードガスとァノードガスからなるプラズマ作動ガスとして高温（擬似）層流プラズマ 5 を噴射する。ァノ一ドガスを、カソ一ド先端 2 1 aよ Ό ちプラズマ下流側において、プラズマ 5 に向かって噴射することにより

、陽極点をァノード内壁のブラズマ下流側に移動させることができる。

その結果、力ソ一ド先端 2 1 a と陽極点との距離が長くなるため

、電圧が高くな Ό、 (擬似）層流プラズマジエツ卜が形成しゃす < なる。カソ ― ドガスとァノーガスからなるプラズマ作動ガスには

、水素を含有させることで、高温 (擬似）層流プラズマ 5 に還元性を付与する。必要に応じて、ァノ一ド 2 2の先端部から、プラズ

5 を囲むようにサイドシ一ルガス 1 1 を噴射すると、この高温 ( 擬似）層流ブラズマ 5への酸素の混入を有利に阻止することがでさて好ましい。更に、必要に応じて、アノード 2 2の先端か商温 ( 擬似）層流プラズマ 5 にホウ化物の微粉末を供給することで、水素より高い還元性を得ることができ好ましい。

本実施形態の電縫鋼管の製造方法においては、プラズマジェットを層流又は擬似層流としているため、前述した特開 2 0 0 6— 0 2 6 6 9 1号公報に記載の技術に比べて、大気の巻き込みを大幅に低減することができる。その結果、溶接部の酸化物量を低減して、酸化物に起因する溶接欠陥の割合（溶接欠陥率）を 0 . 0 1 %以下とすることができると共に、溶接時に発生するプラズマジエツト音も低減することができる。

なお、ここでいう「溶接欠陥率」は、溶接面積に対するベネトレ一夕一（酸化物に起因する溶接欠陥）の面積率である。また、「擬似層流」とは、プラズマジェットのプラズマコア部は層流で、ブラズマ外側数 m mが乱流である状態をいい、鋼管内面よりも遠方（鋼管の突合せ端面 4よりも管内側）のプラズマジエツ卜が乱流であるか、（擬似）層流であるかは問わない。

本実施形態の電縫鋼管の製造方法で使用するプラズマ作動ガス中に含まれる H ₂ガスは、熱伝達係数を上げると共に還元性雰囲気とし、突合せ端面 4 aにおける酸化反応を抑制する効果がある。しかしながら、プラズマ作動ガス中の H ₂ガス含有量が 2体積％未満の場合、前述した効果が得られない。一方、プラズマ作動ガス中の H ₂ガス含有量が 5 0体積％以上となると、プラズマが不安定となる。よって、プラズマ作動ガス中の H ₂ガス含有量は 2体積％以上 5 0体積％未満とする。

また、このプラズマ作動ガスにおける H ₂ガス以外の成分は、 A r ガス単独及び不可避的不純物ガス、又は A r ガスに N ₂ガス、 H eガス若しくはその両方を添加した混合ガス及び不可避的不純物ガスである。プラズマの安定性を確保するためには A r ガスを主成分とすることが好ましいが、 N ₂ガス及び Z又は H eガスを適量添加することにより、プラズマの熱伝達係数を向上させて、鋼板 1 の突合せ端面 4 aにおける加熱能力を高めることができる。ただし、プラズマ作動ガス中の A r ガス比率が 5 0体積％以下の場合は、ブラズマが不安定になることがあるため、プラズマ作動ガスに N ₂ガス及び H eガスを添加する場合は、プラズマ作動ガス中の A r ガス比率が 5 0体積％を超えるように、即ち、プラズマ作動ガス中の N ₂ ガス、 H eガス及び H ₂ガス比率が合計で 5 0体積％未満となるようにすることが望ましい。

上述した還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流ブラズマ 5は、例えば、工業的に広く用いられている溶射用の直流ブラズマ発生装置を用いて生成することができる。これにより生成されたプラズマは、通常のガスバーナー等で生成される燃焼炎よりもガス温度が高く、高温域のプラズマ長さが 6 0 m m以上で、かつブラズマ径が 5 m m以上であるという特徴をもっため、電縫溶接時のシ —ム倣い性が良好で、シ一ム位置変化に比較的容易に追従できる熱源である。

また、上述した効果を十分に得るためには、還元性高温層流ブラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマ 5の温度を 1 4 0 O t 以上にすることが好ましい。特に、電縫鋼管の製造過程で生成しやすい M n - S i 一〇の複合酸化物の融点は 1 2 5 0〜 1 4 1 0 ：、 C r 酸化物の融点は 2 3 0 0でであることから、これらの酸化物を溶融させるためには、還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマ 5の温度を 2 4 0 0で以上にすることがより好ましい。

一方、還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマ 5の温度が高温になる程、既に生成していた酸化物を高温状態で突合せ端面から溶融 · 排出させる作用は促進され、溶接欠陥が低減するため、還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流ブラズマ 5の温度の上限は、特に限定する必要はない。

次に、（ 2 ) に記載の本発明の電縫鋼管の製造方法においては、前記プラズマガン 2 0の力ソードの先端 2 1 aから陽極発生可能な位置までの距離 Lを、 8 m m以上、かつアノード内径 Dの 1 0倍以下とし、前記プラズマガンの力ソード 2 1 とアノード 2 2間に印加する電圧を 1 2 0 Vを超える電圧とするとともに、前記プラズマ作動ガスの標準状態での流量を G i ( 1 分）、前記プラズマ作動ガスの相対分子量を Mi、アノード内径を D (m) 、 7 0 0 0 Kでの粘性係数を _{a v e}. _{T = 7()()()} (k gZmZ秒）で表すとき、下記数式ぐ

1〉を満たすプラズマ吹き付け条件を採用して、前記プラズマを層流または擬似層流とするのが好ましい。

なお、数式ぐ 1〉において、 Gj、 Mi、 D、の単位換算上、 {

4 X (∑ G j Mj ) } / { 7t XD X _{a v e T = 7000} } に（ 1 2 2 . 4

) X ( 1 / 6 0 ) を乗ずるものとする。

4x(V G- .)

150 < —— ^ ' ¹， < 400 …… <1> 本実施形態の電縫鋼管の製造方法においては、還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマ 5を、溶接点 9よりも溶接上流側で温度が 6 5 0 以上となる領域 6のうち少なくとも突合せ端面 4 aに対して吹き付けるが、その際の条件が、上記数式ぐ 1 >から外れていると、即ち、 { 4 X (∑ G j Mj ) } / { π Χ Ό Χ β _ave, _{τ = 7000} } が 4 0 0以上の場合、プラズマジェットが乱流となるため、大気の巻き込みが発生しやすく、溶接部における酸化物量が増加しやすくなる。その結果、酸化物に起因する溶接欠陥を安定して低減することができなくなると共に、溶接時に発生するプラズマジェット音が大きくなる。

また、 { 4 Χ (∑ G j Mj ) } / { 7t XD X _{a v e I = 7000}} が 1 5 0以下では、ガス流量が不足し、溶接点近傍の水を排除できないため、酸化物に起因する溶接欠陥を安定して低減することができなくなりやすい。よって、還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマ 5を吹き付ける際は、上記数式 < 1 >を満たすようにするのが好ましい。ただし、上記数式 < 1 >を満たしていても、プラズマ作動ガスに印加する電圧が 1 2 0 V以下の場合、陰極点と陽極点との間におけるプラズマ半径方向のガス速度が速くなるため、プラズマトーチ先端でプラズマジェットが発散しやすくなり、乱流となりやすい。このため、プラズマ作動ガスに印加する印加電圧は、 1 2 0 Vよりも高くするのが好ましい。

また、本実施形態の電縫鋼管の製造方法で使用するプラズマガン

2 0 は、力ソード先 2 1 aから陽極発生可能な位置までの距離 L が、 8 m m以上かつァノド 2 2の内径 Dの 1 0倍以下であることが望ましい。この力ソ ― ド先端 2 1 aから陽極発生可能な位置までの距離 Lにより、プラズマガン 2 0 に付加される電圧が変化する。プラズマガン 2 0 に付加される電圧は、プラズマ作動ガスの流量及び組成によつても変化するが、プラズマ作動ガスとして H ₂ガスを 2体積％以上 5 0体積％未満含有する還元性ガスを使用する場合、力ソード先端 2 l aから陽極発生可能な位置までの距離 Lが 8 m m未満では、 1 2 0 V超の電圧をプラズマガン 2 0に付加することができなくなる。一方、カスケド型プラズマガン等を使用する場合、カソード先端 2 1 aから陽極発生可能な位置までの距離 L力アノード 2 2の内径 Dの 1 0倍を超えると、プラズマ 5 を維持することが困難となる。よって、距離 Lは、 8 m m≤ L≤ 1 0 X Dとすることが望ましい。

次に、（ 3 ) に記載の本発明の電縫鋼管の製造方法においては、電縫溶接時の給電距離（給電距離：高周波コイル 2 または給電チップから溶接点 9 までの距離）が 1 0 0 m mを超えるときは、シールド範囲 1 2 {プラズマでシールされる突合せ端面の範囲。サイドシールドガスを適用する場合はサイドシ —ルドガスでシールドされる範囲を含む（図 1 ( a ) 参照 } を確保するために、ブラズマガン 2 0のアノード内径が 1 6 m m以上であることが好ましい。但し、アノード内径が 3 0 m mを超えるとプラズマが不安定になるので、アノード内径は 3 O m m以下にする必要がある。

ここで、本発明が採用するプラズマガン 2 0のアノード内径の広径化と、プラズマの（擬似）層流化の効果について、図 3により説明する。

プラズマを照射しない一般的な電縫鋼管の溶接では、入熱が最適値より低いと溶融不足による欠陥が、また、高いときは酸化物（ぺネトレ一夕一）が発生する。この時、最適入熱であっても、溶接機周辺の冷却水や大気による酸化があるため、酸化物を生成しやすい鋼の溶接時には欠陥率は必ずしも十分低いとはいえない（図中、曲線 A参照。）。これに対し、還元性の乱流プラズマを照射すると、プラズマジェットによる水排除、還元作用、あるいは表面酸化物の溶融などによって酸化物欠陥率が低減する（図中、曲線 B参照。）。但し、プラズマ径が小さい場合、シールド範囲 1 2が狭いため、プラズマ照射位置が 1 0 m mずれるとプラズマ照射の効果は消失してしまう（図中、曲線 C参照。）。ここでプラズマを広径化すると、シールド範囲 1 2が拡大するため、プラズマ照射位置が土 1 0 m mずれてもプラズマの欠陥低減効果は損なわれない（図中、曲線 D 参照。）。さらに、プラズマを（擬似）層流化するとプラズマの還元能力が高く、かつプラズマの高温フレームでシールドができるため（層流化することによりプラズマジェットが長くなる）、電縫溶接の入熱が最適値条件での欠陥率が低減するだけでなく、同入熱が最適範囲からある程度外れても、シールド効果と補助熱源効果が複合し、高品位な溶接部が安定して得られる（図中、曲線 E参照。）なお、このとき、電縫溶接の入熱が最適値から大きくずれると溶接点近傍のスリット（溶接点 9の下流に生成される溶融状態のスリット状の隙間）長さが長くなり、溶融部がプラズマシールド範囲外になるため欠陥が発生し始める。

プラズマ径アノード径）は、プラズマ照射角度が水平方向の場合は、板厚以上必要となるが、実際には水平方向から 1 5 ° 以上 3 0 ° 以下で照射するので、プラズマ径は板厚の 8割以上とすることが必須となる。更に、シールド範囲 1 2 を確保するためには極力照射角度を浅くすることが好ましいが、実際には 1 5 ° より小さい照射角度では鋼管表面と接触する。この時、シールド範囲 1 2 を給電距離の 1 3以上確保するにはプラズマ径を 1 6 m m以上にすることがより好ましい。なお、照射角度 1 5 ° は、プラズマガンと鋼管とが物理的にぶっかる角度で電縫溶接の溶接機周りの構成によつて変わる。照射角度が 3 0 ° 以上となるとシールド範囲 1 2が不足するため好ましくない

これらにより、ブラズマ照射範囲を拡大すると共に、コイル継ぎ' 目の凹凸とプラズマガンとの接触事故を防止することができる。次に、（ 4 ) に記載の本発明の電縫鋼管の製造方法においては、前記プラズマガンのァノード刖面または前方外周に、中心軸からの距離が前記ァノードの内半径の 1 • 5〜 3 . 5倍の位置で、向きがプラズマ中心軸方向から外側に 1 0 〜 3 0 ° の範囲の軸対称方向に向いた噴射口を設け、この噴射口から、 A r ガス、 N ₂ガス及び H eガスからなる群から選択された 1種または 2種以上の不活性ガス及び不可避的不純物ガスからなるサイドシールドガス 1 1 を、前記プラズマのガス流量の 1 〜 3倍以内のガス流量で、鋼板 1 における加熱温度が 6 5 0で以上となる領域 6 に向けて噴射することが望ましい。このように、プラズマジェットの外周部に不活性ガスを噴射することにより、プラズマへの大気の巻き込みを抑制して、プラズマ中の酸素濃度を低下させ、水素分圧水分圧を高めることができる。なお、プラズマ中の水素分圧 Z水分圧は、例えば、レーザー吸収法及びレーザー誘起蛍光法等により求めた水素分子及び水分子の温度と、熱平衡及び大気圧と仮定したガス圧力とから水素濃度及び水濃度を求め、これらの値の比から算出することができる。上述したサイドシールドガス 1 1 の噴射は、特に、給電距離が長い場合に有効である。

このとき、サイドシールドガス 1 1 の噴射位置が、プラズマガンのアノード内径の 1 . 5倍未満である場合、プラズマ上流に冷たいガスが混入してプラズマ温度が低下する。一方、サイドシールドガス 1 1 の噴射位置が、プラズマガンのアノード内径の 3 . 5倍を超えると、不活性ガスにより大気を遮断する効果が得られなくなる。また、サイドシールドガス 1 1 の流量が、プラズマガス流量の 1倍未満であると、大気を遮断する効果が得られなくなる。一方、サイドシールドガス 1 1 の流量が、プラズマガス流量の 3倍を超えると、プラズマ温度が大幅に低下する。

なお、サイドシールドガス 1 1 の噴射方向は、プラズマ中心軸方向から外側に 1 0〜 3 0 ° の範囲の軸対称方向とすることが好ましい。 3 0 ° 超ではサイドシールドの効果が小さくて大気酸素のブラズマへの拡散を抑制できない。一方、 1 0 ° 未満では、冷たいサイドシールドガス 1 1がプラズマを急激に冷やしてしまう。

次に、（ 5 ) に記載の本発明の電縫鋼管の製造方法においては、前記プラズマ作動ガスを構成する H ₂ガスの一部または全部を H ₂ガス、 C H ₄ガス及び C ₂ H ₂ガスのうちの 1種又は 2種で置き換えて用いることができる。すなわち、プラズマ作動ガスとして、 H ₂ガス、 C H ₄ガス及び C ₂ H ₂ガスのうち 1種又は 2種以上のガスと、 A rガスとを含有し、 A r含有量が 5 0体積％超である混合ガスを使用することもできる。このような混合ガスを使用すると、ガス、 C H₄ガス及び C₂H₂ガスにより突合せ端面 4 aにおける還元性を高めることができるため、上述した陽極点をアノード内壁のプラズマ下流側に移動させて、層流プラズマジエツトを形成しやすくする作用効果に加えて、酸化物の生成を抑制する効果も得られる。さらに、溶接金属部に脱窒素、脱炭素がある場合は、プラズマ作動ガスよりこれらの元素を添加することも可能である。但し、過剰な水素が吸収されると水素脆化割れが発生する場合があるので、これを抑制するには溶接後シ一ムノルマ処理を行うことが好ましい。次に、（ 6 ) に記載の本発明の電縫鋼管の製造方法においては、還元性の高い層流プラズマを形成するために、より還元性の高いホゥ化物の、平均粒径が 1 以上 1 0 m以下の微粉末を、前記還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマ 5に供給する。このホウ化物の微粒子は、 A rガスまたは窒素ガスを粉末供給ガスとして使用することが望ましい。ホウ化物の微粉末を含む A rガスを粉末供給ガスとして使用する場合は、例えば、粉末供給機を使用し、 A rガスをキャリアガスとして、平均粒径が l m以上 1 以下のホウ化物の微粉末を粉末供給ガスの供給位置からプラズマ 5に向かって噴射する。なお、ホウ化物の微粉末の平均粒径が 1 m未満では、凝集により粉末を安定して供給できないため、また、 1 0 z m超では、溶融または分解しきれずに溶接欠陥になる可能性があるため、ホウ化物の微粉末の平均粒径は 1 z m以上 1 0 i m以下とするのが好ましい。

次に、（ 7 ) に記載の本発明の電縫鋼管の製造方法においては、メタル夕ツチ又はパイロットプラズマを使用せずに、高周波スター卜する場合は、力ソード先端部を半球形状とし、力ソード先端 2 1 aの曲率半径を、アノード内径の 1 / 2以下とすることが望ましい。力ソード先端 2 1 aの曲率半径が小さい程、力ソード先端 2 1 a ヒおける電磁場強度が増し、プラズマが着火しやすくなるが、カソード先端 2 1 aの曲率半径が、アノード内径の 1 2 を超えると、カソード先端空間の電磁場が弱ぐなり、高周波スタートしにくくなる。ただし、高周波スタート以外の着火方式であるメタル夕ツチ又はパイロットプラズマを使用する場合は、力ソード先端空間の電磁場強度が着火に無関係となるため、この限りではない。

次に、（ 8 ) に記載の本発明の電縫鋼管の製造方法においては、前記電縫鋼管の製造方法においてィンピ一ダーを用い、このインピーダ一に用いられるインピーダ一ケース素材に、 J I S C 2 1 4 1 に準拠した 3 0 0でにおける電気抵抗が 1 (^ '〜丄 O ^{l 3} Q c mで、水中投下法により求まる熱衝撃特性が 5 0 0で以上であるセラミックスを用いる。電縫鋼管の製造方法においては、電流が表皮効果と近接効果によって溶接衝合面に集中して流れるが、この電流の集中を高効率にするために、インピーダ一が溶接点近傍に設置されていることが多い。溶接時にはこのィンビーダーに流れる渦電流による加熱を抑制するため、インピーダ一をインビーダーケース（従来は、エポキシ樹脂製）で覆い、ケース内に配置したインビーダーを水冷することがある。プラズマ照射しながら電縫溶接を行う場合、このエポキシ樹脂製（耐熱温度 2 0 0で以下）のインピーダーケ一スに直接高温（ 1 5 0 0で以上）のプラズマジェットが被るので、エポキシ樹脂製の素材が溶損してしまいインピーダ一ケースには使用できない。ここに使用できる素材としては、溶損を回避するために融点が 1 5 0 0で以上である必要がある。また、 J I S C 2 1 4 1 に準拠した 3 0 0でにおける電気抵抗が 1 0 ^U〜 1 0 ^{l 3} Q c m 以上でないとインピーグーケースに渦電流が流れ加熱 · 損傷してしまう。さらに、水中投下法により求まる熱衝撃特性が 5 0 0で以上でないと外面からのプラズマ加熱と内面からの水冷却などによる熱衝撃に耐えられない。例えば、 S i ₃ N₄ゃB Nは、この条件を満たすセラミックスである。

次に、（ 9 ) に記載の本発明の電縫鋼管の製造方法においては、コイル継ぎ目の凹凸とプラズマガンとの接触事故を防止するために、継ぎ目部がプラズマガン設置付近を通過するときにガンを退避させてもよい。しかし、退避による鋼管の歩留まり低減を回避するためには、プラズマガン先端と鋼管表面との距離は 1 5 0 mm以上にすることが好ましい。また、この距離を 3 0 0 mm超にするとシ一ルド効果が低下するので 3 0 0 mm以内にする必要がある。

次に、（ 1 0 ) に記載の本発明の電縫鋼管は、質量％で、 S 1 ： 0. 5〜 2. 0 %を含有する S i含有鋼板、または、 C r : 0. 5 〜 2 6 %を含有する C r含有鋼板を鋼管素材として、（ 1 ) 〜（ 9 ) のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法により製造される。

( 1 ) 〜（ 9 ) のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法では、特にプラズマ照射により、電縫溶接部の欠陥率向上の効果がある。鋼管母材部（鋼板）の S i量が 0. 5 %未満の場合、プラズマ照射しなくても欠陥率が 0. 0 1 %以下であるので、製造コスト増になる本製造方法は必要ない。一方、鋼管母材部（鋼板）の S i 量が 2. 0 %を越えると、プラズマ照射の効果だけでは欠陥率を 0. 0 1 %以下にすることができない。

また、鋼管母材部（鋼板）の C r量については、 C r量が 0. 5 %未満ではプラズマ照射しなくても欠陥率が 0. 0 1 %以下であるので、製造コスト増になる本製造方法は必要ない。一方、鋼管母材部（鋼板）の C r量が 2 6 %を越えると、プラズマ照射の効果だけでは欠陥率を 0. 0 1 %以下にすることができない。従って、製造コストおよび欠陥率を 0. 0 1 %以下にするために鋼管母材部（鋼板）の成分は、質量％で、 S i : 0 . 5〜 2 . 0 %、または、 C r ： 2 〜 2 6 %にするのが好ましい。

なお、本発明では、鋼管母材部（鋼板）のその他の成分については、特に限定しない。その他のベネトレ一夕一の生成に関与する成分としては、 M n、 A l 、 T i等があるが、これらの成分は、 M n については M n S i 比を 7 〜 9にすることが好ましいがこの範囲外でも 2 %以下で、また、 A 1 については 0 . 0 5 %以下で、 T i については 0 . 0 3 %以下であれば特に問題とはならないからである。

上述の如く、本実施形態の電縫鋼管の製造方法においては、鋼板 1 を管状に成形加工してその突合せ部を電縫溶接する際、プラズマガン 2 0の構成及びプラズマ 5の生成条件を最適化し、プラズマジエツトを層流又は擬似層流としているため、酸化物に起因する溶接欠陥を安定して低減することができる。また、還元性高温プラズマ 5の吹き付けにより、溶接時にスパッタリングの発生等で溶接部に飛び込んでくるスパッ夕、スケール及びダスト等の溶接欠陥因子を、高温プラズマ流体のせん断力やプラズマ加熱によって高温溶融状態で排出又は溶融することもできる。更に、この還元性高温プラズマ 5の吹き付けによって、突合せ端面 4のバリもある程度溶融することが可能であり、このような非定常の溶接時に発生する欠陥低減にも効果がある。

さらに、本実施形態の電縫鋼管の製造方法においては、プラズマジエツトを層流又は擬似層流としているため、溶接時に発生するプラズマジエツト音も低減することができる。

なお、本実施形態においては、高周波コイル 2により鋼板 1 を誘電加熱する場合を例にして説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、コンタクトチップにより直接通電加熱することもできる。

実施例 1

以下、本発明の実施例及び本発明の範囲から外れる比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、表 1 に示す鋼成分を有する、板厚 5. 3 mm、 1 1 mm、または 1 9 mmの鋼板を使用し、還元性プラズマ作動ガスとして、 ^1₂ガスと A rガスと窒素ガスの混合ガスを使用して、前述した図 1 に示す方法で電縫鋼管を製造し、その溶接部の溶接欠陥の発生率及び溶接時のプラズマジエツト音の大きさを調査した。

その際の電縫溶接条件は、板厚 5. 3 mm時は、溶接速度 3 3 m Z分、溶接入力 5 7 0 kW、給電距離（高周波コイル 2から溶接点 9までの距離） 1 6 0 mm、ァプセット量 3 mm、平均アベックス角（図 1 ( b) 中の符号 1 3 ) 4 ° とした。また、板厚 1 1 mm時は、溶接速度 1 8mZ分、溶接入力 9 0 0 kW、給電距離 2 0 0 m m、アブセット量 6 mm、平均アベックス角 6 ° とした。また、板厚 1 9 mm時は、溶接速度 1 8 m 分、溶接入力 1 2 0 0 kW、給電距離 2 0 0 mm、ァプセット量 1 0 mm、平均アベックス角 7 ° とした。また、板厚、アノード内径、 A rガス及び H₂ガスの流量

、 { 4 X (∑ G; M_;) } / { 7C X D X a v e , Τ = 7000 } の値、電流及び電圧を表 2、表 3に示す。なお、本実施例において、ガス流量はいずれも標準状態での流量であり、以下、実施例 2、 3でも同様である。また、表 2、表 3における下線は、本発明の範囲外または本発明の好ましい範囲外であることを示す。

また、溶接欠陥は、溶接後の電縫鋼管の溶接部からシャルピ一衝撃試験片を切り出して、その溶接突合せ部に先端半径 0. 2 5 mm 、深さ 0. 5 mmのノッチを形成し、シャルビ一衝撃試験を実施した後、延性破断した部分の破面観察を行い、溶接面積に対するベネトレー夕一（酸化物に起因する溶接欠陥）の面積率を測定し、その値を溶接欠陥率として評価した。そして、溶接欠陥率が 0. 0 1 % 以下のものを良好、 0. 0 1 %を超えるものを不良とした。

プラズマジエツ卜の流れは、レーザ一ドップラー法により測定した。また、溶接時のプラズマジェット音の大きさは、デジタル騒音計により測定し、 8 5 d B以下を合格とした。以上の結果を、総合評価として表 2、表 3に併せて示す。なお、合格を〇印、不合格を Xで印で示した。

OAVv:/ifcl£ oosso800

τ拏

下デ *

表 2

線：本発明の（好ましい）範囲を超える条件

： Themal Plasmaz, M. Boulos ら、 Plenum Press 出版の Appendixテーターを引用、または参考にした値。窒素を含む場合は、同一夕一からの平均値とした。

* ：平均粒径 3 mのホウ化物 B,0₃ を含む A rガスを粉末供給ガスとして 15 1/min の供給速度で供給することで、ホウ化物 0₃ を 10 g/m の供給速度で供給

3

下線：本発明の（好ましい）範囲を超える条件

* ： Themal Plasmaz, M. Boulos ら、 Plenum Press 出版の Appendixデーターを引用，または参考にした値。窒素を含む場合は、同データーからの平均値とした。

* * ：平均粒径 3 x mのホウ化物 B ₂0₃ を含む A rガスを粉末供給ガスとして 15 1/min の供給速度で供給することで、ホウ化物 B₂0₃ を 10 g/minの供給速度で供

表 2、表 3に示すように、上記数式ぐ 1〉の条件を満足せず、更に印加電圧が 1 2 0 V以下であった比較例 1及び比較例 2は、ブラズマジェットの流れが乱流となり、溶接欠陥率が 0. 0 1 %を超え、溶接時のプラズマジェット音も基準とする 8 5 d Bより高い 1 0 O d B以上と大きかった。

比較例 3は、プラズマガンの力ソードの先端から陽極発生可能な位置までの距離が 6 mm、また、比較例 4は同距離がアノード内径 Dの 1 1倍であり、ともにプラズマガンの力ソードの先端から陽極発生可能な位置までの距離 Lを、 8 mm以上、かつアノード内径 D の 1 0倍以下の範囲外であり、騒音やプラズマの不安定化が生じていた。

比較例 5は、上記数式 < 1 >の条件は満たしているが、印加電圧が 1 2 0 V以下であり、プラズマジェッ卜の流れが擬似層流であり、騒音も低かったが、板厚に比べてアノード内径が小さく、シールド不十分であったために溶接欠陥率が 0. 0 1 %を超えていた。比較例 6は、プラズマガンのアノード前方外周に、中心軸からの距離が前記アノードの内半径が 1. 3倍の位置に、また、比較例 7 は、同 4. 1倍に位置にサイドシールドガス噴射スリットを設けており、これは前記の 1. 5〜 3. 5倍の範囲外であり、サイドシ一ルドガス 1 1の効果が得られず、欠陥率が 0. 0 1 %を越えていた比較例 8では、サイドシールドガス 1 1の噴射向きがプラズマ中心軸方向から外側に 4 0 ° 、また、比較例 9では、同一 2 0 ° (内側に 2 0 ° ) に A rガスと N₂ガスの混合ガスを供給しており、これらは本発明範囲 1 0〜 3 0 ° の範囲外であり、サイドシールドガス 1 1の効果が得られず、欠陥率が 0. 0 1 %を越えていた。

比較例 1 0は、サイドシールドガス流量ノプラズマ作動ガス流量が 0. 6倍、比較例 1 1 は、同 3. 5倍であり、本発明の流量比率 1〜 3倍の範囲外でありサイドシールドガス 1 1の効果が得られず、欠陥率が 0. 0 1 %を越えていた。

比較例 1 2は力ソードの球形先端部の曲率半径が 1 0 mmとァノ — ド内径の 1 Z 2以上であり、本発明範囲外であり、プラズマが不安定となった。

比較例 1 3はプラズマ作動ガスに水素を含んでおらず、本発明の範囲外であるため還元力がなく溶接欠陥率が 0. 0 1 %を越えていた。また、比較例 1 4はプラズマ作動ガス中に水素体積比率が 5 7 %であり、本発明の H₂ガス 5 0体積％未満の範囲外であり、ブラズマが不安定であった。

比較例 1 5はプラズマ作動ガスのアルゴン一水素一窒素の混合ガスを用いた場合であるが、上記数式 < 1 >の条件を満足せず、ブラズマジェットの流れが乱流となり、溶接欠陥率が 0. 0 1 %ではあるが、溶接時のプラズマジエツト音が 9 0 d Bと大きかった。

一方、本発明の例を発明例 1〜発明例 1 1 に示す。いずれも上記数式 < 1 >を満たしている。発明例 1では、アノード径は 9 mmではあるが、板厚がアノード径よりも小さいため、本発明範囲となる。発明例 2〜 6は、プラズマ作動ガスにアルゴン一水素混合ガスを用いた場合の例であり、同ガス流量とともに電流電圧を最適化している。また、発明例 7では、プラズマ作動ガスにアルゴン—水素一窒素混合ガスを用いた例である。また、発明例 8では、プラズマジエツ卜にホウ化物（平均粒径 3 mの B ₂0₃ ) を粉末供給アルゴンガス（流量 l O l Zm i n ) で供給することにより還元力をさらに高めている。発明例 9は、板厚が 1 9 mmのラインパイプ用鋼管の製造例であり、アノード径が 2 5 mmと他の発明例よりも大きいァノードを用いている。発明例 1 0 と 1 1は、サイドシールドガス 1 1 にアルゴン—窒素混合ガス、あるいは窒素ガスを用いた例である実施例 2

次に、本発明による電縫鋼管の実施例及び本発明の範囲から外れる比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、表 4に示す鋼成分を有する、板厚 6. 0 mm, 幅 3 2 mmのラボ溶解、ラボ圧延したフープ材を使用し、還元性ブラズマ作動ガスとして、 H₂ガスと A rガスとの混合ガスを使用して、電縫溶接試験体をラボ溶接機で製作し、その溶接部の溶接欠陥の発生率を調査した（水噴射量は 1 I Zm i n ) 。

その際の電縫溶接条件は、溶接速度 3 3 mZ分、溶接入力 3 2 0 kW、給電距離 1 5 0 mm、ァプセット量 6 mm、平均アベックス角 4 ° とした。アノード内径、 A rガス及び H₂ガスの流量、 { 4 X (∑ G j Mi ) } / { π XD X _{a e}, T = 7 O O O } の値、電流及び電圧は表 2、表 3の発明例 1 の条件を用いた。その結果を表 4に示す。

表 4

比較例 2 1の鋼板は、 0 . 1 5 %の 3 1 と 0 %の。 1" を含んでぉり、プラズマを照射することによって欠陥率は改善するが、通常の溶接（プラズマ照射無し）でも溶接欠陥は 0 . 0 1 %以下であった。但し、表面スケールが溶接部に嚙みこんだ時に生成する "飛び込みスケール" については、ここでの溶接欠陥に含めていないが、表面スケールがある場合にはプラズマ照射の効果は認められた。

比較例 2 2の鋼材は、 2 . 9 %の S i を含んでおり、本発明の適応範囲 S i : 0 . 5〜 2 . 0 %を外れており、プラズマ照射の効果が不十分で、溶接欠陥率が 0 . 0 1 %を超えていた。

比較例 2 3の鋼材は、 3 0 %の C r を含んでおり、本発明の適応範囲 C r : 0 . 5〜 2 6 を外れており、プラズマ照射の効果が不十分で、溶接欠陥率が 0 . 0 1 %を超えていた。

一方、発明例 2 1 と 2 2は S i 量が高い鋼材の場合、また、発明例 2 3〜 2 7は C r量が高い鋼材の場合で、何れもその成分が本発明範囲であるのでプラズマ照射によって溶接欠陥率が低減し、かつ欠陥率が 0 . 0 1以下であった。

実施例 3

次に、本発明で鋼管を製造する場合のィンビーダーケース素材を変えた場合の実施例及び本発明の範囲から外れる比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、板厚 5 . 3 mm, 幅 2 7 3 mmの鋼板（表 1 の D ) を使用し、還元性プラズマ作動ガスとして、 H₂ガスと A rガスとの混合ガスを使用して、電縫鋼管を製造する際、インピーダ一ケースの損傷を調査した。アノード内径、 A rガス及び H₂ガスの流量、 { 4 X (∑ G j M i ) } / { 7t XD X z _{a v e T = 7000} } の値、電流及び電圧は表 2、表 3の発明例 1の条件を用いた。その結果を表 5に示す。なお総合評価として合格を〇印不合格を X印で示した。表 5

インビーダーケースにエポキシ樹脂を使用した場合、 2 0 0 0 K を超えるプラズマジエツ卜にさらされるため、内水冷していてもェポキシ樹脂は溶損した。また、 S 1 Cを用いた場合、 S i Cの電気抵抗は 1 0 ⁴ Ω c mと本発明の範囲外であり、渦電流がインピーダ一ケースにながれるためこのジュール熱によって S i Cの温度上昇が生じた。さらにインビーダーケースに A 1 N、 A l ₂〇₃、 Z r 〇 ₂などを用いた場合は、電気抵抗は本発明範囲であっても、耐熱衝撃性が何れも 5 0 0 未満の材料であるためにインビーダーケースが破損した。

一方、 B Nや S i ₃ N ₄の場合は、電気抵抗および熱衝撃特性が本発明範囲であるため、インビーダーケースは損傷を受けなかった。産業上の利用可能性

本発明によれば、鋼板を管状に成形加工してその突合せ部を電縫溶接する際のプラズマ吹き付け条件を適正化し、プラズマジエツトを層流又は擬似層流（プラズマコア部は層流で、プラズマ外側数 m mが乱流）としているため、酸化物に起因する溶接欠陥を安定して低減することができると共に、溶接時に発生するプラズマジェット音も低減することができることから、その産業上の効果は計り知れない。

Claims

1 . 鋼板を管状に成形加工し、その突合せ端面を電縫溶接する電縫鋼管の製造方法において、力ソードガス中で力ソードとアノード間に電圧を印加することで生成するプラズマガスにアノードガスを吹き付けてプラズマ作動ガスとしてプラズマ噴射するカスケード型請

プラズマガンから、前記プラズマ作動ガスの成分を、 H ₂ガス： 2 体積％以上 5 0体積％未満を含有し、残部が A rガス及び不可避的不純物ガスからなるように、又はの、残部が A rガスに N ₂ガス、 H eガス若しくはその両方が添加された範混合ガス及び不可避的不純物ガスからなるように調整することで還元性囲を付与した還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマを、前記電縫溶接の溶接点よりも溶接上流側で温度が 6 5 0で以上となる領域のうち少なくとも突合せ端面に対して吹き付けることを特徴とする電縫鋼管の製造方法。

2. 前記プラズマガンの力ソードの先端から陽極発生可能な位置までの距離 Lを、 8 mm以上、かつアノード内径 Dの 1 0倍以下とし、前記プラズマガンの力ソードとアノード間に印加する電圧を 1 2 0 Vを超える電圧とするとともに、前記プラズマ作動ガスの標準状態での流量を Gi ( 1 分）、前記プラズマ作動ガスの相対分子量を Mi、アノード内径を D (m) 、 7 0 0 O Kでの粘性係数を _a _{v e}, _{T = 70}oo (k gZmZ秒）で表すとき、下記'数式 < 1 >を満たすプラズマ吹き付け条件を採用して、前記プラズマを層流または擬似層流とすることを特徴とする請求項 1 に記載の電縫鋼管の製造方法

4 X (Y G M , )

150 < ^—— - < 400 < 1 >

π^X ^ ^X ave ,Τ = 7000

3. 前記プラズマガンのアノード内径 Dが、 1 6 mm以上 3 0 m m以下であることを特徴とする、請求項 1 または 2に記載の電縫鋼管の製造方法。

4. 前記プラズマガンのアノード前面または前方外周に、中心軸からの距離が前記アノードの内半径の 1. 5〜 3. 5倍の位置で、向きがプラズマ中心軸方向から外側に 1 0〜 3 0 ° の範囲の軸対称方向に向いた噴射口を設け、この噴射口から A rガス、 N₂ガス及び H eガスからなる群から選択された 1種または 2種以上の不活性ガス及び不可避的不純物ガスからなるサイドシールドガスを、前記プラズマのガス流量の 1〜 3倍のガス流量で噴射することを特徴とする請求項 1〜 3のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法。

5. 前記プラズマ作動ガスを構成する H₂ガスの一部または全部を C H₄ガス及び C₂H₂ガスのうちの 1種又は 2種で置き換えて用いることを特徴とする、請求項 1〜 4のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法。

6. 平均粒径が 1 m以上 1 0 z m以下のホウ化物の微粉末を、前記還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマに供給することを特徴とする請求項 1〜 5のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法。

7. 前記力ソードの先端部を半球形状とし、かつ、この半球形状先端部の曲率半径を、アノード内径の 1 2以下とすることを特徴とする請求項 1〜 6のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法。

8. 前記電縫鋼管の製造方法においてインピーダ一を用い、このインピーダ一に用いられるインビーダーケース素材に、 J I S C 2 1 4 1 に準拠した 3 0 0でにおける電気抵抗が 1 0 ^U〜 1 0¹³ Ω c mで、水中投下法により求まる熱衝撃特性が 5 0 O t:以上であるセラミックスを用いることを特徴とする請求項 1〜 7のいずれか 1 項に記載の電縫鋼管の製造方法。

9. 前記プラズマガンの先端と鋼管表面との距離を 1 5 0 mm以上 3 0 0 mm以下とすることを特徴とする請求項 1〜 8のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法。

1 0. 前記鋼板が、質量％で、 S i : 0. 5〜 2. 0 %を含有する S i含有鋼板、または、 C r ： 0. 5〜 2 6 %を含有する C r含有鋼板からなり、電縫溶接部の欠陥率が 0. 0 1 %以下であることを特徴とする請求項 1〜 9のいずれか 1項に記載の電縫鋼管の製造方法により製造された電縫鋼管。