(57)【要約】【課題】電源の容量を大幅に増加させることなく、安定的に厚肉電縫鋼管の溶接欠陥の発生を抑制することが可能な、溶接部性状に優れる厚肉電縫鋼管の製造方法を提供する。【解決手段】肉厚ｔが１５．４ｍｍ以上の厚肉の鋼板又は鋼帯の側部の端面に、開先深さα［ｍｍ］と肉厚との比α／ｔが０．０３以上、開先テーパー角θ［°］が４〜８６°である開先を設け、肉厚ｔ、開先深さα及び開先テーパー角θが、α／ｔ  ＜  ３．４３／θを満足することを特徴とする溶接部性状に優れる厚肉電縫鋼管の製造方法。開先テーパー角θ［°］は、６０°未満であることが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電縫鋼管の製造方法において、肉厚ｔが１５．４ｍｍ以上の厚肉の鋼板又は鋼帯の側部の端面に、該鋼板又は鋼帯の肉厚ｔ［ｍｍ］に対する開先深さα［ｍｍ］の比α／ｔが０．０３以上、開先テーパー角θ［°］が４〜８６°である開先を設け、前記肉厚ｔに対する開先深さαの比α／ｔと、前記開先テーパー角θとが、下記（式１）を満足することを特徴とする溶接部性状に優れる厚肉電縫鋼管の製造方法。
α／ｔ  ＜  ３．４３／θ  ・・・  （式１）
【請求項２】
前記開先テーパー角θ［°］が６０°未満であることを特徴とする請求項１に記載の溶接部性状に優れる電縫鋼管の製造方法。
【請求項３】
鋼板又は鋼帯の肉厚ｔが１９．１ｍｍ超であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接部性状に優れる電縫鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電縫鋼管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電縫鋼管は、素材である鋼板又は鋼帯（以下、総称して鋼板という。）をロール成形により管状に成形し、端部同士を突合せて、加圧しながら誘導加熱や通電加熱によって溶接し、製造される。鋼板の端部は、スクイズロールの直前で近接し、例えば、通電加熱によって鋼板の端面を溶融させ、スクイズロールで加圧し、溶接後、冷却される。
【０００３】
鋼板を、例えば、コンタクトチップで通電加熱すると、端面の角部が優先的に加熱されるものの、通常、電縫鋼管を製造する際には、肉厚の中央部分の温度も上昇する。そのため、端面同士を衝合して応力を加えた際に、酸化物等が溶接部から押し出され、溶接欠陥を生じることはない。
【０００４】
しかし、鋼板の肉厚が増加すると、肉厚の中央部の加熱が不十分になり、溶接部に未溶着部が残存し易くなる。また、端面同士を衝接する際に酸化物等が溶接部から十分に排出できず、ペネトレータと呼ばれる欠陥が残存するという問題が生じる。
【０００５】
このような問題に対して、鋼板の側部の角部を面取し、テーパー形状の開先を設ける方法が提案されている（例えば、特許文献１〜５）。この方法は、酸化物を溶接部から排出するために有効である。しかし、特に、肉厚を厚くした場合には、酸化物や未溶着部が残存し、溶接部の清浄度が十分ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１６４９０９号公報
【特許文献２】特開２００７−１６０３８２号公報
【特許文献３】特開２００７−８７４号公報
【特許文献４】特開２００７−３０７５６６号公報
【特許文献５】特開２００８−１００２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
鋼板を通電加熱すると、端面の角部が優先的に加熱されるため、肉厚が１５．４ｍｍ以上になると、電縫鋼管を製造する際に、溶接の安定性が低下する。更には、肉厚が１９．１ｍｍを超える電縫鋼管を製造する際には、肉厚の中央部の近傍に溶接欠陥が生じやすくなる。そのため、鋼板の端部の加熱温度を高めるために、電源の容量を大きくすることが必要になる。しかし、交流通電加熱の場合には逆起電力が発生するため、電源の容量を非常に大きくしなければならない。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、鋼板の側面の端部に適正な形状の開先を設け、電源の容量を大幅に増加させることなく、厚肉電縫鋼管の溶接欠陥の発生を抑制することが可能な、溶接部性状に優れる厚肉電縫鋼管の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、特に、鋼板を管状に成形し、端面を突合せて通電加熱する際に、鋼板の肉厚の中央部の近傍も加熱されるように、適正な形状の開先を設け、端面全体の温度を上昇させ、溶接欠陥の発生を抑制する方法であり、その要旨は以下のとおりである。
（１）  電縫鋼管の製造方法において、肉厚ｔが１５．４ｍｍ以上の厚肉の鋼板又は鋼帯の側部の端面に、該鋼板又は鋼帯の肉厚ｔ［ｍｍ］に対する開先深さα［ｍｍ］の比α／ｔが０．０３以上、開先テーパー角θ［°］が４〜８６°である開先を設け、前記肉厚ｔに対する開先深さαの比α／ｔと、前記開先テーパー角θとが、下記（式１）を満足することを特徴とする溶接部性状に優れる厚肉電縫鋼管の製造方法。
α／ｔ  ＜  ３．４３／θ  ・・・  （式１）
（２）  前記開先テーパー角θ［°］が６０°未満であることを特徴とする上記（１）に記載の溶接部性状に優れる電縫鋼管の製造方法。
（３）  鋼板又は鋼帯の肉厚ｔが１９．１ｍｍ超であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の溶接部性状に優れる電縫鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安定的に、電源の容量を大幅に増加させることなく、溶接部性状に優れる厚肉電縫鋼管の製造方法を提供することが可能になり、産業上の貢献が極めて顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の鋼板の端部の開先形状を示す図である。
【図２】肉厚ｔ、開先深さα及び開先テーパー角θと溶接部性状との関係を示す図である。
【図３】肉厚ｔ、開先深さα及び開先テーパー角θと溶接部性状との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に、本発明の厚肉電縫鋼管の素材である鋼板の端部の模式図を示す。図１に示したように、鋼板の角部にテーパー１を設ける。本発明の最大の特徴は、開先テーパー角θと開先深さαとの関係を、鋼板の肉厚に応じて、制御することである。
【００１３】
開先深さαが肉厚ｔに対して小さすぎると、中央部２が長くなり、特に肉厚の中心では温度が上昇せず、溶接欠陥が生じる。本発明者らは、α／ｔが０．０３未満になると、表皮効果による電流の集中が得られず、テーパーが無い場合と同等であることを見出した。したがって、肉厚ｔに対する開先深さαの比α／ｔを０．０３以上とする。一方、開先深さαが肉厚ｔに対して小さすぎると、中央部２が短くなり、スクイズロールの直前で鋼板同士の端面を精度良く突合せることが難しくなる。
【００１４】
また、開先テーパー角θが小さすぎると、端面の角部に電流が集中する。開先テーパー角θが４°未満では、肉厚の中心の温度上昇が不十分になり、溶接欠陥が生じる。一方、開先テーパー角θが大きすぎると、テーパー１が長くなり、溶接時に、鋼板の中央部２に電流が集中する。開先テーパー角θが８６°を超えると、鋼板の外面角部３の温度が上昇しなくなり、鋼管の外面に窪みを生じることがある。したがって、開先テーパー角θを４〜８６°とする。
【００１５】
次に、本発明者らは、角度を９０〜１８０°（１８０°は直線状）とした鋼板の角部への電流密度を調査した。その結果、角度が大きくなると電流密度は減少し、角度が１５０°以上になると、１８０°、即ち、平坦である場合とほぼ同等になることがわかった。鋼板の外面角部３の角度は、９０＋θであるから、開先テーパー角θが６０°以上になると、外面角部３は１５０°以上になる。したがって、テーパーの外面側の電流密度を高めて、温度を上昇させるには、開先テーパー角θを６０°未満にすることが好ましい。
【００１６】
また、開先テーパー角θ及び開先深さαの両者を大きくすると、テーパー１が長くなり、外面角部３の加熱が不十分になり、鋼管の外面に窪みが生じることがある。一方、開先テーパー角θ及び開先深さαの両者を小さくすると、テーパー１の効果が著しく小さくなる。したがって、開先深さαと開先テーパー角θとの積、α×θは、溶接性状に極めて重大な影響を及ぼすと考えられる。
【００１７】
そこで、本発明者らは、肉厚ｔが、４、８、１２、１６、２０、２２ｍｍである鋼板の端部に、開先深さα［ｍｍ］及び開先テーパー角θ［°］を変化させ、切削加工して開先を設け、電縫鋼管製造試験を実施した。各鋼板について、３回の試験を行い、そのうち、１つでも未溶接部や外面の窪みが確認された場合は、不合格とした。
【００１８】
なお、未溶接部は、溶接線に沿って破断させるために、低温でシャルピー試験を行い、破断面を顕微鏡で観察して評価を行った。破断面の空孔の断面積の合計を画像解析によって測定し、破断面の断面積に対して、空孔の合計の断面積が０．１％を超えた場合に、未溶接部が発生したと判断した。外面の窪みの有無は、目視で判断した。
【００１９】
結果を図２に示す。図２の横軸は、肉厚であり、縦軸は「α×θ」（開先深さα［ｍｍ］と開先テーパー角θ［°］との積）である。図２の「○」は未溶接部及び外面の窪みが発生せず、溶接部性状が良好であることを意味する。一方、「▲」は、鋼管の外面に窪みが発生したこと、「■」は、未溶接部が発生したことを意味する。
【００２０】
図２に示したように、「α×θ」と肉厚ｔとは比例関係にあり、
α×θ  ＜  ３．４３ｔ  ・・・  （式２）
を満足すると、未溶接部及び外面の窪みが発生しないことがわかった。上記（式２）を、肉厚ｔに対する開先深さαの比α／ｔと、開先テーパー角θの関係に整理すると、
α／ｔ  ＜  ３．４３／θ  ・・・  （式１）
となる。
【００２１】
図３に示したように、肉厚ｔに対する開先深さαの比α／ｔと、開先テーパー角θの関係が、上記（式１）を満足し、α／ｔが０．０３以上、θが４〜８６°の範囲内であると、良好な溶接部性状が得られる。なお、図３に示したように、α／ｔが０．５を超えると、未溶着部が発生し易くなるため、肉厚ｔに対する開先深さαの比α／ｔは、０．５以下が好ましい上限である。
【００２２】
本発明の電縫鋼管の製造方法は、鋼種や用途を問わず、鋼板の成分、組織、特性及び製造方法は規定しない。鋼板の端部の開先は、切削加工又は研削加工によって設けることができる。
【００２３】
電縫溶接の方法は特に規定せず、コンタクトチップ方式、ワークコイル方式を採用することができる。
【実施例１】
【００２４】
以下、実施例に基づいて、本発明について具体的に説明する。
【００２５】
Ｃ量が０．２４質量％であり、引張強度が６２０ＭＰａ、肉厚が１９．２ｍｍ及び２２．５ｍｍの鋼板を素材とし、ロール成形及び通電加熱によって、電縫鋼管を製造した。鋼帯の端面には、表１に示したように、開先深さα［ｍｍ］及び開先テーパー角θ［°］を変えて開先を切削加工によって設けた。
【００２６】
電縫鋼管の全長は１ｍであり、長さ方向の両端から０．４ｍの部位、長さ方向の中央部の３箇所から試料を採取し、未溶接部の空孔面積率を測定した。なお、未溶接部は、溶接線に沿って破断させるために、低温でシャルピー試験を行い、破断面を顕微鏡で観察して評価を行った。破断面の空孔の断面積の合計を画像解析によって測定し、破断面の断面積に対する空孔の合計の断面積の割合（空孔面積率）が０．１％を超えた場合に、未溶接部が発生したと判断する。
【００２７】
結果を表１に示す。表１に示したように、本発明によって、未溶接の発生が防止され、溶接性状に優れた厚肉電縫鋼管を製造することができる。
【００２８】
【表１】
2010240721.tif 000003
【実施例２】
【００２９】
Ｃ量が０．２４質量％であり、引張強度が６２０ＭＰａ、肉厚が１５．４ｍｍの鋼板を素材とし、ロール成形及び通電加熱によって、電縫鋼管を製造した。鋼帯の端面には、表１に示したように、開先深さα［ｍｍ］及び開先テーパー角θ［°］を変えて開先を切削加工によって設けた。
【００３０】
電縫鋼管の全長は１ｍであり、長さ方向の両端から０．４ｍの部位、長さ方向の中央部の３箇所から試料を採取し、実施例１と同様、未溶接部の空孔面積率を測定した。
【００３１】
結果を表２に示す。表２に示したように、本発明によって、未溶接の発生が防止され、溶接性状に優れた厚肉電縫鋼管を製造することができる。
【００３２】
【表２】
2010240721.tif 000004
【実施例３】
【００３３】
Ｃ量が０．２４質量％であり、引張強度が６２０ＭＰａ、肉厚が１５．４ｍｍ、１９．２ｍｍ、２２．６ｍｍの鋼板を素材とし、ロール成形及び通電加熱によって、電縫鋼管を製造した。鋼帯の端面には、表１に示したように、開先深さα［ｍｍ］及び開先テーパー角θ［°］を変えて開先を切削加工によって設けた。
【００３４】
電縫鋼管の全長は１ｍであり、長さ方向の両端から０．４ｍの部位、長さ方向の中央部の３箇所から試料を採取し、窪みの発生の有無を目視で確認した。
【００３５】
結果を表３に示す。表３に示したように、本発明によって、窪みの発生が防止され、溶接性状に優れた厚肉電縫鋼管を製造することができる。
【００３６】
【表３】
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【符号の説明】
【００３７】
１  テーパー
２  中央部
３  外面角部
４  鋼板
ｔ  肉厚
α  開先深さ
θ  開先テーパー角
【図１】
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【図２】
2010240721.tif 000007
【図３】
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