(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：0.01〜0.30％，Si：0.10〜1.00％，Mn：0.10〜1.50％，Ｐ：0.015 ％以下，Ｓ：0.0005〜0.005 ％，Al：0.01〜0.10％，Cu：0.03〜0.15％，Ca：0.0010〜0.0050％を含み、残部はFeおよび不可避的不純物よりなる鋼を、η＝Ep・Ｉp/（v ・ｔ）（Ep：高周波発振機のプレート電圧（ｋＶ），Ip：高周波発振機のプレート電流（Ａ），ｖ：溶接速度（m/min ），ｔ：板厚（mm））で定義されるヒート係数ηが 5.0〜10.0および周波数が50〜100kHzの電気抵抗溶接条件で電縫溶接することを特徴とする耐溝食性に優れた電縫鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電気抵抗溶接した鋼管（以下、「電縫鋼管」という。）の溶接部に生じる溝状腐食（以下、「溝食」という。）の抵抗性に優れた電縫鋼管に係わり、特に冷却水、給排水配管に使用して好適な、耐溝食性に優れた電縫鋼管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電縫鋼管は、近年、製造技術の向上と製品の低価格化とがあいまって需要が増大し、その使用分野も拡大されつつある。このため、一般配管用電縫鋼管も多量に使用されるようになり、それに応じて使用環境も多彩となって、例えば海水，河川水，水道水，ブラインあるいは酸性水等、種々の腐食環境で使用されるようになっている。しかしながらこのような環境においては、電縫溶接部は溝食を受けやすくついには漏洩に至るために、母材部の腐食減量から予想される耐用年数よりはるかに短い期間しか、電縫鋼管が使用できないという問題がある。
【０００３】
例えば、海水を使用した給排水配管あるいは冷却水配管においては、電縫鋼管は２年以内で溝食により穿孔し、その漏水事故が多く発生する。
このため耐溝食性を備えた鋼種や溶接法が開発され、提案実施されているが、十分に満足すべきものは見当たらない。
すなわち、従来では低Ｓ化された鋼種、耐溝食性元素を添加した鋼種、電縫溶接後の溶接部の熱処理等であるが、まず、現行の鋼種に対して単に低Ｓ化処理した鋼種では、溝食防止は困難であり、厳しい腐食環境下では一般工程材とほぼ同程度の溝食が生じる。
【０００４】
また、溶接後の熱処理は、現工程では焼準２分以内程度のシームアニールであり、これでは不十分であり、耐溝食性を付与するにはどうしても高温、長時間の焼準によって電縫溶接組織を改善することが望まれる。しかし、このような熱処理は、現工程に適合せず、経済的な熱処理条件は現段階では確立されていない。また、耐溝食性を付与する合金元素添加による鋼種としては、すでにＣａ添加系（特開昭５６−１２３３４９号公報），Ｃａ＋Ｃｕ添加系（特開昭５６−９８４５１  号公報），Ｃｕ＋Ｔｉ系，Ｃｕ＋Ｔｉ＋Ｃｒ系（特開昭４９−３１５２０  号公報），Ｃｕ＋Ｔｉ＋Ｃｅ系（特開昭４９−３１５２１  号公報）あるいは低Ｓ＋Ｎｉ＋Ｃｕ系（特開昭５３−１００１２０号公報）が耐溝食性電縫鋼管として知られている。しかし、これらの鋼種は耐溝食性が不十分であったり、耐溝食性には優れても高級化し、経済性で問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記欠点の解決を目的とし、鋼素材において低Ｓ化のもとで、比較的安価なＣｕおよびＣａを、しかも微量に添加するにとどめ、かつ通常の電気抵抗溶接における溶接条件を適性化することで、溶接のままの状態でも電縫溶接部において耐溝食性に優れた電縫鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の耐溝食性に優れた電縫鋼管の製造方法は、Ｃ：0.01〜0.30％，Si：0.10〜1.00％，Mn：0.10〜1.50％，Ｐ：0.015 ％以下，Ｓ：0.0005〜0.005 ％，Al：0.01〜0.10％，Cu：0.03〜0.15％，Ca：0.0010〜0.0050％を含み、残部はFeおよび不可避的不純物よりなる鋼を、η＝Ep・Ｉp/（v ・ｔ）（Ep：高周波発振機のプレート電圧（ｋＶ），Ip：高周波発振機のプレート電流（Ａ），ｖ：溶接速度（m/min ），ｔ：板厚（mm））で定義されるヒート係数ηが 5.0〜10.0および周波数が50〜100kHzの電気抵抗溶接条件で電縫溶接することを特徴とするものである。なお、％はmass％を意味する。
【０００７】
【作用】
まず本発明を構成するに至った経緯を述べる。
上記問題点を解決するために、本発明者らは溝食の発生機構を考察し、その結果、溝食は次の機構で生じることを解明した。すなわち、電縫溶接時、鋼はその融点まで瞬時に加熱され、電縫溶接部に存在するＭｎＳ  も低融点のため溶融し、続く冷却過程でＭｎＳ  は再析出する。しかし、冷却速度が大きいために完全に析出せず、その周りに固溶Ｓの濃化部が形成される。固溶Ｓの濃化部はＭｎＳ  に対しアノードとなってミクロガルバニックセルが構成されるとともに、組織的に不均一な電縫溶接部（アノード）と母材部との間にもマクロガルバニックセルが構成され、電縫溶接部が加速的に腐食される。この現象が溝食である。つまり、溝食は直接的には固溶Ｓの濃化部の存在に起因することがわかった。この知見から本発明者らは、低Ｓ化するとともにＣｕおよびＣａを微量添加した鋼素材において、電気抵抗溶接条件を制御して溶接部の冷却速度を小さくすることにより、固溶Ｓの濃化部の発生を防止できるか否かを鋭意実験して試みた。その結果、ＣｕおよびＣａの含有量を適正に規定した鋼素材を、前記のように定義されるヒート係数ηおよび周波数を適正に制御しながら電縫溶接することにより、耐溝食性が大幅に向上することを発見し、本発明を完成するに至ったのである。
【０００８】
次に本発明鋼の組成の限定理由について説明する。
Ｃ：Ｃは鋼の溶接性、靱性および耐食性に影響を与える元素であり、そのためには少なくとも０．０１％を必要とするが、０．３０％を超えて過多となると溶接性、靱性および耐食性を低下せしめることから０．３０％を上限とし、０．０１〜０．３０％の範囲に限定した。
【０００９】
Ｓｉ：Ｓｉは脱酸のために添加され、かつ強度を高める作用があり、そのためには少なくとも０．１０％を必要とするが、１．００％を超えて過多となると靱性の劣化をきたすので上限を１．００％とし、０．１０〜１．００％の範囲に限定した。
Ｍｎ：ＭｎはＳｉと同様、脱酸作用があり、かつ強度および靱性を高める作用があるが、０．１０％未満ではこの作用効果が得られず、また１．５０％を超えて過多となると靱性の低下をきたすようになるので上限を１．５０％とし、０．１０〜１．５０％の範囲に限定した。
【００１０】
Ｐ：Ｐは鋼中に不可避的に随伴される不純物であり、少ないほどよいが、特にその含有量が  ０．０１５％を超すと靱性を低下させるので  ０．０１５％を上限とした。
Ｓ：ＳもＰ同様、鋼中に不可避的に随伴される不純物であり、特に本発明の主目的である耐溝食性の向上には少ないほどよいが、特にその含有量が  ０．００５％を超すと後述の溶接方法によっても固溶Ｓの濃化部の発生を防止することができず、耐溝食性の低下を防止できない。一方、０．０００５％未満の低減はコストの著しい増加を招く。したがってＳは、０．０００５〜  ０．００５％の範囲に限定した。
【００１１】
Ａｌ：Ａｌは脱酸作用があり、結晶粒を微細化して靱性を高める作用が大きいが、その含有量が０．０１％未満では上記効果を得ることができず、他方、０．１０％を超して過多となると介在物の増加を招き、ひいては靱性および耐食性の低下をきたすので上限を０．１０％とし、０．０１〜０．１０％の範囲に限定した。
Ｃｕ：Ｃｕは本発明の主目的である耐溝食性の向上に重要な元素である。Ｃｕは溝食内に溶出したＳイオンをＣｕ２Ｓとして固定し、保護性の皮膜を形成させることにより溝食を抑制する作用がある。そのためにはＣｕは少なくとも０．０３％以上必要であるが、他方、後述の溶接条件下では０．１５％を超えるとその効果が飽和し、経済的に不利になるので０．０３〜０．１５％の範囲に限定した。
【００１２】
Ｃａ：Ｃａは本発明の主目的である耐溝食性の向上に重要な元素である。Ｃａは耐溝食性を低下させるＭｎＳ  に代わり、ＳをＣａＳ  として優先析出させる作用があり、その目的のためには少なくとも０．００１０％以上必要であり、一方、０．００５０％を超えるとクラスター状のＣａＯ  の増加を招き、耐食性を低下させるので０．００１０〜０．００５０％の範囲に限定した。
【００１３】
次に本発明の電気抵抗溶接方法の限定理由について説明する。
ヒート係数ηは高周波発振機のプレート電圧（Ep：ｋＶ），高周波発振機のプレート電流（Ｉp ：Ａ），溶接速度（ｖ：m/min ），板厚（ｔ：mm）によって決定され、溶接部の冷却速度を決定する指標になる。このヒート係数ηは 5.0未満では冷却速度が大きく、MnS の周囲に固溶Ｓの濃化部の発生を招き、一方、10.0を超えると高周波発振機に過多な負荷がかかり、エネルギー損失による経済的な不利が生じることから 5.0〜10.0の範囲に限定した。
【００１４】
周波数は５０ｋＨｚ  未満では昇温速度が遅く、溶接速度に遅延をきたし生産性を阻害する。一方、１００ｋＨｚを超えると昇温速度が早すぎ、結果的に冷却速度が大きく、ＭｎＳ  の周囲に固溶Ｓの濃化部の発生を招くことから、周波数は５０〜１００ｋＨｚの範囲に限定した。
本発明の要件に係る以外の製造条件は常法によって行えばよいので特に限定の必要はないが、例えば次のごとく行うことが望ましい。すなわち、本発明の成分組成の鋼を溶製し、常法により脱ガスを十分に行ったのち、ガス吸収を抑制して、造塊・分塊圧延または連続鋳造によりスラブとし、さらに熱間圧延で熱延鋼帯とした後、本発明に係る電気抵抗溶接により所定の寸法の電縫鋼管とする。
【００１５】
【実施例】
まず、表１に示される通りの、本発明に係る６種の化学組成の熱延鋼帯（鋼Ｎｏ．  ５〜１０）および従来化学組成の４種の熱延鋼帯（鋼Ｎｏ．  １〜４）を種々の条件で電気抵抗溶接し、電縫鋼管を準備した。
次に、これらの電縫鋼管の電縫溶接部の腐食試験を実施したところ、耐溝食性につき、表１に示される通りの結果が得られた。
【００１６】
この腐食試験は、各電縫鋼管から切り出した  １００Ａ×幅５０ｍｍの試験片を試験材として、温度４０℃，空気雰囲気（溶存酸素濃度：約５ｐｐｍ  ）の人工海水（ＡＳＴＭＤ  −１１４１−５２）で周速度２５ｍ／ｍｉｎ  の回転浸漬型腐食試験機を用いて１年間の試験期間で行った。
【００１７】
【表１】
0003591067.tif 000002
【００１８】
表１に示される結果から明らかな通り、本発明の化学組成鋼かつ溶接条件で製造された電縫鋼管は、化学組成や溶接条件が本発明の範囲外で製造された電縫鋼管よりも、電縫溶接部の耐溝食性が優れていた。さらに、上記各電縫鋼管につき酸性水，河川水および水道水中において耐溝食性試験をしたところ、海水中におけるものと同様に、本発明の方法によって製造された電縫鋼管の方が優れていた。また、本発明鋼の溶接性および機械的性質についても、一般工程材と同様に良好なものであった。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、通常の電気抵抗溶接を行った溶接まま状態でも、溶接部における耐溝食性に優れた電縫鋼管が得られるという格別の効果を奏する。