(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管端を円周溶接により接合して用いられる鋼管において、その鋼管の外径をＯＤ（ｍｍ）、肉厚をＷＴ（ｍｍ）および降伏応力をσｙ（Ｎ／ｍｍ2）としたとき、管端の開先加工時のルート面における（最大内径−最小内径）の値であるΔＩＤR（ｍｍ）が、下記（ａ）式を満足することを特徴とする現地溶接施工性に優れた鋼管。
ΔＩＤR  ≦｛  ＯＤ0.4／（  ＷＴ0.3×σｙ0.2）｝＋Ｋ  ・・・  （ａ）
ただし  Ｋは定数であり、０〜３とする
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油または天然ガス輸送用パイプライン等に用いられ、敷設場所で円周溶接によって接続する際に、現地溶接施工性に優れた特性を発揮する鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、エネルギー開発の進展にともない、石油または天然ガスのパイプライン輸送が大規模に行われるようになっている。通常、これらの輸送用として採用されるラインパイプ等の鋼管は、敷設場所において鋼管の管端を円周溶接によってパイプラインとして個々に接続するか、または、敷設場所を外れて、事前に複数本の鋼管を円周溶接して長尺鋼管として接続した後、現地で長尺の鋼管同士をさらに円周溶接してパイプラインとして敷設するようにしている。
【０００３】
いずれの場合も、パイプライン接続の仕上は敷設現場で行われることから、これらに用いられる鋼管には、現地での溶接施工性、すなわち、敷設場所での溶接作業性が確保でき、溶接欠陥が発生しにくいという特性が要求される。
【０００４】
従来から、このような溶接施工性に優れた鋼管の開発要請に対応するため、二方面からの取り組みが行われている。すなわち、一の方面としては鋼管が含有すべき適正な化学成分の検討であり、他の方面としては鋼管が具備すべき管端の開先形状や寸法に関する検討が取り上げられ、これらの両面からの対策が講じられている。
【０００５】
鋼管の化学成分に関しては、溶接金属と熱影響部の組織を改善するため、種々の成分配合やこれらを適切に関連づける炭素当量式が提案されている。これによって、溶接部の組織改善は十分に管理が可能であり、溶接施工性について所定の成果を発揮している。
【０００６】
これに対し、管端の開先形状や寸法に関しても、溶接される管端同士が可能な限り均一な形状であることが望ましいとの観点から、管端内径の真円度や、開先ルート面の厚み精度を管理する対策が種々提案されている。例えば、特開平７−144226号公報、特開平８−117855号公報、特開平８−300070号公報および特開平９−29309号公報等では、管端内径の真円度を向上させて、開先精度を改善する方法が開示されている。
【０００７】
特に、特開平７−144226号公報では、管端部の真円矯正方法として、固定された管端部内面の相対する少なくとも２点に矯正治具を設けて、回転によって生じる遠心力を管内面に負荷する方法が提案されている。また、特開平９−29309号公報では、マンネスマンプラグミル方式で鋼管を製造する際に、ロール開度を制御して両管端の肉厚を厚くし、管端内径が小さくなるように製管した後、管端にプラグを挿入して所定内径に成形する方法が提案されている。しかしながら、いずれの場合も優れた溶接施工性を確保するための限度について検討がなされていないため、実操業に採用できないという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した従来の問題点を解消し、現地での円周溶接に際して、優れた溶接施工性を発揮できるように、鋼管の寸法、機械的性質および曲がり、さらには管端部の形状に応じて、有効かつ簡便に開先加工を管理した鋼管を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
通常、ラインパイプ等の鋼管を敷設場所で円周溶接する場合には、外面側からの溶接作業となるため、管端部の開先加工も外面側にのみに開放したＶ形開先、またはＪ形開先が採用されている。
【００１０】
図１は管端部の開先形状を説明する図であり、同図(a)はＶ形開先の形状を、(b)はＪ形開先の形状を示している。円周溶接の施工において良好な溶接性を確保するには、均一なルート面ａを加工して、所定の開先深さｂを設けることが必要になる。実際のルート面加工に際しては、加工に伴って発生する返りの除去や、鋼管偏肉の影響を除外して、ルート面ａの厚みを均一にするために、一般的に、管端の内面側にもテーパー加工ｃが施されている。このようなテーパー加工は、API規格にも規定されているものである。
【００１１】
図２は、Ｖ形開先加工において不具合が発生した状況を例示する図である。通常、上記の管端内面側のテーパー加工ｃは角度が小さく抑えられているため、これに起因して内径真円度、すなわち、（最大内径−最小内径）の値が大きく変わることは無いとして、テーパー加工ｃによる影響は無視されている。しかし、単に管端付近の内径真円度を管理するだけで、実際に溶接される管端のルート面における内径真円度を管理しない場合に、図２に示すような不具合が発生することがある。
【００１２】
具体的には、開先加工方法によっては、外径真円度、内径真円度およびルート面厚さが均一に加工されても、管端内面側のテーパー加工によって、実際の溶接部にオフセット（目違い）ｄを発生する場合がある。したがって、単に管端付近の内径真円度を管理するだけでなく、実際に溶接されるルート端面の内径真円度を十分に管理する必要がある。
【００１３】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の鋼管を要旨としている。管端を円周溶接により接合して用いられる鋼管において、その鋼管の外径をＯＤ（ｍｍ）、肉厚をＷＴ（ｍｍ）および降伏応力をσｙ（Ｎ／ｍｍ2）としたとき、管端の開先加工時のルート面における（最大内径−最小内径）の値であるΔＩＤR（ｍｍ）が、下記（ａ）式を満足することを特徴とする現地溶接施工性に優れた鋼管である。
【００１４】
ΔＩＤR  ≦｛  ＯＤ0.4／（  ＷＴ0.3×σｙ0.2）｝＋Ｋ  ・・・  （ａ）
ただし  Ｋは定数であり、０〜３とする。
【００１５】
上記で規定する（ａ）式は、実際の現地での溶接作業を十分に検討し、種々の溶接試験に基づく多数の実験データから導き出されたものである。これにより熟練した溶接作業者に限らず、一般の溶接作業者であっても、特別な配慮無しに、敷設現場において良好な円周溶接の施工条件を選択でき、しかも、（ａ）式は可能な限り簡易な計算式として表されている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明では、現地での溶接施工性に優れた施工条件を、鋼管の寸法、機械的性質および曲がり、さらには管端部の形状に応じて管理するため、簡易な計算式によって基準値を設けたことを特徴としている。すなわち、上述の（ａ）式によって、管端の開先加工時のルート面における内径真円度である、（最大内径−最小内径）の値ΔＩＤR（ｍｍ）に上限値の規定を設けている。
【００１８】
本発明において、開先加工時のルート面におけるΔIDRを基準値の対象としたのは、前述の通り、単に管端付近の内径真円度を管理するだけでは、開先加工方法によっては不具合を発生する場合があり、これを回避するため、実際に溶接されるルート端面の内径真円度を十分に管理する必要があるからである。しかしながら、敷設場所での管端開先の再加工等を想定する場合には、管端付近の内径真円度を管理しておくことが重要であることはいうまでもない。
【００１９】
そして、溶接施工性の判断基準としてΔIDRに上限値を設けることとしたのは、鋼管の寸法等に拘わらず、敷設現場においても簡便に溶接施工条件を選択できるようにするためである。このとき用いられる最大内径および最小内径は、内面テーパー加工を施す場合にあっては、加工後の内径とする。
【００２０】
対象となる鋼管の外径ＯＤおよび肉厚ＷＴについて、通常、溶接する管端を固定するために外面または内面から油圧クランプを用いることが多いが、このときのクランプ力によってある程度の真円度が修正される。外径ＯＤに比して肉厚ＷＴが薄いほど上限値が上昇し、ΔＩＤRの許容範囲が大きくなる。一方、鋼管の降伏応力σｙについては、高強度になるほどΔＩＤRの上限値が低下し、許容範囲が狭くなるのは、上記の油圧クランプによる作用に基づくものである。
【００２１】
常数Ｋは、溶接方法や作業条件に応じて選択することができる。まず、被覆アーク溶接法によって溶接施工する場合には、Ｋ＝３を用いることができる。次に、ＭＩＧ溶接やＭＡＧ溶接によって円周溶接する場合にはＫ＝２とし、ＴＩＧ溶接を適用する場合にはＫ＝１とし、さらにレーザー溶接や電子ビーム溶接を採用する場合にはＫ＝０とすることができる。このように、常数Ｋを選択することによって、各種の溶接方法に適用することができる。
【００２２】
作業条件に関して、現地施工に際してクランプを用いずに鋼管の円周溶接を行う場合には、いずれの溶接法であってもＫ＝０とする。このように、ΔIDRの上限値を低く制限することによって、溶接施工性を確保することとしている。
【００２３】
上記(a)式に基づいて、鋼管の寸法および機械的性質に応じてΔIDRの上限値を管理すれば、溶接部には有害な欠陥はほとんど発生することがない。しかし、鋼管に管端曲がりが発生している場合や、管端面の直角度が充分に確保されていない場合には、これらも溶接施工性に影響を及ぼすことがある。したがって、さらに高度の溶接施工性が要求される場合には、鋼管の管端付近での単位長さあたりの曲がりや管端面の直角度をも考慮して管理するのが望ましい。
【００２５】
管端の開先加工時には、内面倣い型、外面倣い型、または独立型等の様々な加工方法があるが、ルート面厚さを均一にし、ルート面における内径真円度も同時に改善させるには、開先加工および内面テーパーとも外面倣いにより加工することが望ましい。しかし、本発明の鋼管においては外面倣い型に限定されるものではなく、装置の工夫と開先加工時の管理によって、他の方法によっても十分な精度を得ることが可能である。
【００２６】
【実施例】
本発明の効果を実施例に基づいて説明する。まず、各製法による鋼管の現地溶接での施工性を確認するため、被覆アーク溶接法によって現地で円周溶接を行った場合の溶接欠陥の発生状況を調査した。供試した鋼管のうち、ルート面における内径真円度であるΔＩＤR（ｍｍ）が、本発明で規定する（ａ）式を満足する場合を本発明例（Ｎｏ．１〜３２）とし、満足しない場合を比較例（Ｎｏ．３３〜３７）とした。
【００２７】
表１および表２に、供試した鋼管の諸元および被覆アーク溶接の結果を示す。表中の溶接結果は、欠陥無し：○、有害でない程度の欠陥発生：△、および有害な欠陥発生：×として示している。なお、(a)〜(c)式に用いる常数は、被覆アーク溶接法による施工であることから、Ｋ＝３とした。
【００２８】
【表１】
0003721914.tif 000002
【表２】
0003721914.tif 000003
表１、表２の結果から、本発明例では、シームレス、ＥＲＷ、またはＵＯＥの製法の如何に拘わらず、いずれも有害な欠陥発生が見られず、優れた現地溶接施工性が確保されていることが分かる。
【００２９】
これに対し、比較例では、いずれの場合も有害な欠陥発生が見られ、現地での円周溶接に適用できないことが明らかである。
【００３０】
次に、供試鋼管は各製法による鋼管とし、溶接方法としてＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接およびレーザー溶接を採用して、現地で円周溶接を行った場合の溶接欠陥の発生状況を調査した。各製法の供試鋼管とも外径114.3mmおよび219.1mmは、外面クランプを用いて鋼管を固定し、それ以外の外径406.4mmを超えるものは内面クランプを用いて鋼管を固定した。
【００３１】
表３〜表５に、供試した鋼管の諸元および各種溶接による結果を示す。表中の溶接結果は、欠陥無し：○、有害でない程度の欠陥発生：△、および有害な欠陥発生：×として示している。明らかに有害な欠陥発生が予想される場合には、溶接は実施せず、表中では−で示している。
【００３２】
なお、（ａ）式に用いる常数は、ＭＩＧ溶接の場合にはＫ＝２とし、ＴＩＧ溶接の場合にはＫ＝１とし、さらにレーザー溶接の場合にはＫ＝０とした。
【００３３】
【表３】
0003721914.tif 000004
【表４】
0003721914.tif 000005
【表５】
0003721914.tif 000006
シームレス製管による供試鋼管（Ｎｏ．４１〜５６）、ＥＲＷ製管による供試鋼管（Ｎｏ．５７〜６７）、またはＵＯＥ製管による供試鋼管（Ｎｏ．６８〜７７）のいずれであっても、溶接法の如何に拘わらず、ΔＩＤRが（ａ）式を満足する場合には、溶接結果は良好である。また、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、さらにレーザー溶接を採用するにしたがって、ΔＩＤRの上限値が制限されることが分かる（例えば、Ｎｏ．４９、Ｎｏ．６５、Ｎｏ．６８等）。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の鋼管によれば、円周溶接を前提として、鋼管の寸法、機械的性質および溶接方法に応じて、さらに必要ある場合には鋼管の曲がり、管端部の直角度に応じて、内径真円度を管理しているので、パイプライン等に用いて、敷設場所で接続溶接する際に、優れた現地溶接施工性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  管端部の開先形状を説明する図であり、同図（ａ）はＶ形開先の形状を、（ｂ）はＪ形開先の形状を示している。
【図２】  Ｖ形開先加工において不具合が発生した状況を例示する図である。
【符号の説明】
ａ：ルート面（厚さ）、  ｂ：開先深さ
ｃ：内面テーパー加工、  ｄ：オフセット（目違い）
【図１】
0003721914.tif 000007
【図２】
0003721914.tif 000008