(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電縫鋼管の製造方法において、鋼帯を管状体に成形しつつ該管状体の周方向両端部を加熱し突合せて電縫溶接するにあたり、燃焼して還元性ガスを生成する高分子材料を、前記加熱前の管状体の周方向両端部に予め造管方向の上流側上方から下流側下方への斜め方向を溶射方向とするガス溶射法で溶射して付着させた後、電縫溶接し、且つ、少なくとも電縫溶接中は前記管状体の周方向両端部の加熱起点から溶接点に至る加熱範囲を非酸化性ガスでシールドし、酸素濃度を０．０１〜１０ｖｏｌ.％の範囲にする工程と、溶接部の衝撃破壊試験による破面中の、劈開もしくは擬劈開領域以外のディンプル領域のうち、ディンプルの内側に酸化物等の異物を含む部分の面積率である溶接部の欠陥面積率を測定する工程とを有することを特徴とする、溶接部の欠陥面積率が５％以下の電縫鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記還元性ガスが、メタン、エチレン、アセチレン、エタンのうちいずれか１つ以上を含む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。
【請求項３】
前記高分子材料が、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱硬化型アクリル樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の電縫鋼管の製造方法。
【請求項４】
前記高分子材料の付着量を、付着厚みで１０〜１０００μｍと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。
【請求項５】
シールドに用いる非酸化性ガスが不活性ガスであ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。
【請求項６】
シールドに用いる非酸化性ガスはシールドボックス内に流すものとし、該シールドボックス内の非酸化性ガス流量を５０〜３０００ｌ/ｍｉｎと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。
【請求項７】
前記管状体の電縫溶接直後の外径は、１０〜７００ｍｍであ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。
【請求項８】
前記鋼帯の板厚は、０．５〜３０ｍｍであ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。
【請求項９】
電縫鋼管の製造方法において、鋼帯を管状体に成形しつつ該管状体の周方向両端部を加熱し突合せて電縫溶接するにあたり、燃焼して還元性ガスを生成する高分子材料を、前記加熱前の管状体の周方向両端部に予め造管方向の上流側上方から下流側下方への斜め方向を溶射方向とするガス溶射法で溶射して付着させた後、電縫溶接し、且つ、少なくとも電縫溶接中は前記管状体の周方向両端部の加熱起点から溶接点に至る加熱範囲を非酸化性ガスでシールドし、酸素濃度を０．０１〜１０ｖｏｌ.％の範囲にする工程と、溶接部の衝撃破壊試験による破面中の、劈開もしくは擬劈開領域以外のディンプル領域のうち、ディンプルの内側に酸化物等の異物を含む部分の面積率である溶接部の欠陥面積率を測定する工程と有し、
前記還元性ガスが、メタン、エチレン、アセチレン、エタンのうちいずれか１つ以上を含み、
前記高分子材料が、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱硬化型アクリル樹脂のいずれかであり、
前記高分子材料の付着量を、付着厚みで１０〜１０００μｍとし、
シールドに用いる非酸化性ガスが不活性ガスであり、
シールドに用いる非酸化性ガスはシールドボックス内に流すものとし、該シールドボックス内の非酸化性ガス流量を５０〜３０００ｌ/ｍｉｎとし、
前記管状体の電縫溶接直後の外径は、１０〜７００ｍｍであり、
前記鋼帯の板厚は、０．５〜３０ｍｍであることを特徴とする、
溶接部の欠陥面積率が５％以下の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、中でも特に、油井ラインパイプ向けや自動車用の部品などの、溶接部に高い機械的特性が要求される電縫鋼管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電縫鋼管は、鋼板（鋼帯の意、以下同じ）を払出しつつ幅を丸めて、丸めた幅の端部を融点以上まで高周波通電又は誘導加熱し突き合わせてアプセットして溶接する電縫溶接法により製造されるが、一般に溶接部の機械的特性は母材より劣ると云われ、電縫鋼管の適用に当たって、用途ごとに溶接部の靭性や強度や伸びなどの保証が常に問題となってきた。
【０００３】
電縫溶接してなる溶接部の機械的特性が劣化する原因としては、ペネトレータと呼ばれる酸化物主体の溶接欠陥が、電縫溶接時に被溶接部（詳しくは、鋼帯を丸めてなるオープン管である素管の周方向両端面を突き合わせた部位である素管エッジ突合せ部）に生成して残留することが考えられ、この残留したペネトレータを原因として靭性が低下したり強度不足になったりする例が多かった。
【０００４】
そこで、従来技術として電縫溶接不良の主原因であるペネトレータを溶接部から除くため、被溶接部へのガス吹き付けにより被溶接部の酸化を防止するガスシールド溶接方法やアプセット等の手段により可能な限り外部に排出する方法が数多く提案されてきた。
【０００５】
例えば、特許文献１には、酸化物の生成を防止するため鋼帯の接合端部を非酸化性雰囲気中で加熱するとともに、接合不良を防止し、かつ、非金属介在物が溶接部の表面に現れるのを防止するためアプセット量を肉厚の２５〜１２５％として電縫溶接し、優れた溶接部の靭性、耐ＳＳＣ性を確保する技術が開示されている。雰囲気ガスとしては窒素、アルゴンを使用し、シールボックスを設けて溶接部を非酸化性に保つ旨記載されている。
【０００６】
又、特許文献２には、管状体の付き合わされたエッジ部をレーザービームの照射により溶融するとともにアプセットして溶接することで、溶接時に生成した酸化物を溶融した鋼の外部に排出し、溶接部の酸素量を２００ｐｐｍ以下にする技術が開示されている。
【０００７】
又、特許文献３には、電縫鋼管の製造に際し、溶接（圧接）時に溶接部をガスシールド・ボックスで覆いガス（例えばアルゴンガス、窒素ガス）を噴射してシールドし、酸素量を低下させ酸化物の発生量を低くするとともに、高周波加熱中の溶接部位に、レーザービームまたはプラズマアークを照射して加熱されている圧接されるべき端部をより高温にし、その端部の液状酸化物を排出しやすい状態にして、その後の加圧圧接により排出することで、溶接欠陥を著しく低減し、電縫溶接部の靭性、加工性を改善する技術が開示されている。
【０００８】
又、特許文献４には、オープン管の側端面に炭素、有機化合物又は有機ケイ素化合物を塗布した後、溶接することで、ペネトレータの発生を防止する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６３−２４１１１６号公報
【特許文献２】特開平９−１９４９９８号公報
【特許文献３】特開平５−２３８６７号公報
【特許文献４】特開昭５８−２３５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載のシールボックスまたは特許文献３に記載のガスシールド・ボックスを設置して溶接部を非酸化性ガスでガスシールドする方法は、充分にシールドができずに電縫溶接時に酸化物が生成し、溶接部に残留して溶接部の機械的性質を劣化する場合があった。
【００１１】
また、特許文献２に記載のレーザービームの照射によって、付き合わされたエッジ部を溶融し、アプセットして溶接することで溶接時に生成した酸化物を外部に排出する方法、または、特許文献３に記載のレーザービームまたはプラズマアークの照射によって、溶接部の温度を高温にし、液状酸化物を排出し易くする方法、または、特許文献４に記載の、オープン管の側端面に炭素、有機化合物又は有機ケイ素化合物を塗布した後、溶接することで、ペネトレータの発生を防止する方法のいずれも、溶接部に生成した酸化物が完全に排出されずに残存する場合があり、溶接部の強度や靭性などの機械的性質がばらつき、管全長に亘って溶接部の品質保証ができないという問題があった。
【００１２】
以上のように、これら従来技術では、電縫溶接時の被溶接部を確実に非酸化性雰囲気として酸化を抑制することができず、ペネトレータの生成を防止することができないという課題があった。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決し、電縫溶接時の酸化物の生成を確実に防止しうる電縫鋼管の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、前記課題を解決する為に鋭意検討し、その結果、燃焼して還元性ガスを生成する高分子材料を電縫溶接すべき端部に予め付着させた後、電縫溶接することに加え、電縫溶接中に特定のガスシールドを行うことで溶接部における酸化物の生成を防止できることを見出し、本発明を完成した。すなわち本発明は以下の通りである。
（１）  電縫鋼管の製造方法において、鋼帯を管状体に成形しつつ該管状体の周方向両端部を加熱し突合せて電縫溶接するにあたり、燃焼して還元性ガスを生成する高分子材料を、前記加熱前の管状体の周方向両端部に予め付着させた後、電縫溶接し、且つ、少なくとも電縫溶接中は前記管状体の周方向両端部の加熱起点から溶接点に至る加熱範囲を非酸化性ガスでシールドし、酸素濃度を０．０１〜１０ｖｏｌ.％の範囲にすることを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
（２）  前記（１）において、前記還元性ガスが、メタン、エチレン、アセチレン、エタンのうちいずれか１つ以上を含むことを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
（３）  前記（２）において、前記高分子材料が、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱硬化型アクリル樹脂のいずれかであることを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
（４）  前記（１）〜（３）のいずれか１つにおいて、前記高分子材料の付着量を、付着厚みで１０〜１０００μｍとすることを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
（５）  前記（１）〜（４）のいずれか１つにおいて、シールドに用いる非酸化性ガスが不活性ガスであることを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
（６）  前記（１）〜（５）のいずれか１つにおいて、シールドに用いる非酸化性ガスはシールドボックス内に流すものとし、該シールドボックス内の非酸化性ガス流量を５０〜３０００ｌ/ｍｉｎとすることを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
（７）  前記（１）〜（６）のいずれか１つにおいて、前記管状体の電縫溶接直後の外径は、１０〜７００ｍｍであることを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
（８）  前記（１）〜（７）のいずれか１つにおいて、前記鋼帯の板厚は、０．５〜３０ｍｍであることを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電縫溶接部の酸化物の生成量を十分低いレベルに維持でき、電縫鋼管の溶接部特性を確実に従来レベルよりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態を示す概略図である。
【図２】ガス溶射法による高分子材料の塗布方法（一例）を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態を示す概略図である。鋼管素材である鋼帯を図示しないアンコイラーで連続的に払出し、図示しないレベラーで矯正し、造管方向２０に送りつつ、図示しないロール成形機で鋼帯の幅を丸めて管状体である素管（オープン管）１０となし、該素管１０の周方向両端部を突合せてなる素管エッジ突合せ部である被溶接部１１を電縫溶接機（図示しないエッジ部加熱用給電手段と、図示した圧接用スクイズロール１６とで構成されている）により、電縫溶接して、電縫鋼管１５を得る。ここで、採用される鋼帯の板厚は、０．５〜３０ｍｍである。また、管状体の電縫溶接直後の外径は、１０〜７００ｍｍである。なお、鋼帯の鋼種としては、低炭素低合金鋼、機械構造用鋼、溶接構造用鋼、ボイラ・熱交換器用鋼、配管用ステンレス鋼などが挙げられる。
【００１８】
１２は素管エッジ部加熱起点、１３は前記圧接により被溶接部１１が接合する通管方向位置を指す溶接点である。尚、素管１０乃至電縫鋼管１５の管内面側には、図示しないインピーダを配置する場合もある。電縫溶接機を出た電縫鋼管１５は図示しないサイザーで外径調整をされる。
【００１９】
本発明では、素管エッジ部加熱起点１２よりも上流側の位置（図示しないフィンパスロールの出側の位置が望ましい。）において、高分子材料塗布装置１により両端部に高分子材料２を塗布する（付着させる）。高分子材料２は、燃焼する際に、燃焼生成物としてメタン、エチレン、アセチレン、エタンなどの還元性ガスを生成する高分子材料が望ましい。但し、環境安全面より燃焼生成物に塩化水素、シアン化水素、アンモニア、硫化水素などの有毒物質が少ない高分子材料が望ましい。具体的には、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱硬化型アクリル樹脂などが好適である。
【００２０】
高分子材料の塗布方法としては、溶射法（ガス溶射、プラズマ溶射など）、熱圧着法、溶着法などが挙げられる。高分子材料塗布装置１は、上記塗布方法の実施に適した装置とすればよい。
【００２１】
また、高分子材料の塗布厚み（付着厚み）は、過大であると溶接不具合を招き、過小であると酸化物生成抑制効果に乏しいため、１０〜１０００μｍが好ましい。より好ましくは５０〜５００μｍである。
【００２２】
次に、素管エッジ部加熱起点１２から溶接点１３までの通管方向範囲の全域、或いは当該範囲内の、被溶接部に酸化物が生成し易い区域（この区域は予備調査により特定できる）をシールド範囲とし、溶接施工中、非酸化性ガスでシールドすることが好ましい。なお、シールドボックス３を設置することが望ましい。また、非酸化性ガスとしては、アルゴンガス、窒素ガスなどの不活性ガスが好ましい。非酸化性ガスの酸素濃度は、０．０１〜１０ｖｏｌ.％の範囲が好ましい。酸素濃度が０．０１ｖｏｌ.％未満では、燃焼しないままの高分子材料が溶接部に残存し、溶接部の強度が低下するため、酸素濃度は０．０１ｖｏｌ.％以上が好ましい。逆に１０ｖｏｌ.％を超えると、溶接部に酸化物が生成し、溶接部の強度が低下するため１０ｖｏｌ.％以下が好ましい。
【００２３】
なお、前記シールドボックス３内の非酸化性ガス流量は、過小であると酸素濃度が１０ｖｏｌ.％を超え、電縫溶接部の溶接欠陥が増加する。また、過大であると燃焼しないままの高分子材料が溶接部に残存しやすくなる。よって、５０〜３０００ｌ/ｍｉｎとするのが好ましい。
【実施例】
【００２４】
鋼帯を、アンコイラー、レベラー、ロール成形機、電縫溶接機、サイザーをこの順に配置して構成された造管設備に通して、外径１５２．４ｍｍ、肉厚６．４ｍｍの低炭素低合金鋼の電縫鋼管を製造する工程において、電縫溶接時に図１に示した実施形態において表１に示す条件で造管し、高分子材料を両エッジ（被溶接部の突合せする両端部）に塗布して製造した鋼管（本発明例）、および、高分子材料を両エッジに塗布せず製造した鋼管（比較例）について、溶接部の欠陥面積率（酸化物および介在物等の面積率）の測定を行った。
【００２５】
高分子材料は、目標塗布厚みを２００μｍとし、次の方法で塗布した。すなわち、加熱起点１２前の両エッジ端面にガス溶射法（図２に概略図を示す。）により塗布した。ガス溶射はプロパンと酸素の燃焼炎を用いた。予め８０℃に予熱された平均粒径：０．１ｍｍの高分子材料の粉末を、搬送ガス（ここでは空気を使用した。）で搬送することにより供給量：５０ｇ/ｍｉｎにて供給し、プロパン流量：２０ｌ/ｍｉｎ、プロパン圧力：０．４ＭＰａ、酸素流量：５５ｌ/ｍｉｎ、酸素圧力：０．４ＭＰａの条件にて溶射した。また、シールドガス（シールドに用いた非酸化性ガス）を用いたときのシールドガス流量は、８００ｌ/ｍｉｎとした。
【００２６】
ここで、溶接部の欠陥面積率とは、衝撃破壊試験による破面中の、劈開もしくは擬劈開領域以外のディンプル領域のうち、ディンプルの内側に酸化物等の異物を含む部分の面積率を意味する。この欠陥面積率は、次の方法にて求めた。すなわち、電縫溶接部（被溶接部が溶接結合したその結合界面であり管周方向にほぼ直交している）が破面となるようにノッチを設けたシャルピー試験により脆性破面率（肉眼判定）が１００％になる試験温度域の上限付近の温度で破断させてなる破面を、走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)で、倍率５００倍以上で少なくとも１０視野観察し、破面内のディンプル領域から酸化物等の異物を含んだディンプルを選別して該酸化物等の異物を含んだディンプルの総面積を測定し、これの、視野総面積に対する百分率［＝酸化物等の異物を含んだディンプルの総面積/視野総面積×１００（％）］を欠陥面積率とした。尚、被溶接端面の開先形状は、ストレート形状とした。その結果を表１に示す。
【００２７】
表１に示されるとおり、本発明例では、比較例と比べて溶接部の欠陥面積率が格段に低減し、優れた強度、靭性を有する溶接部が得られた。溶接部の欠陥面積率が５％以下、好ましくは２％以下であれば強度、靭性に優れる。
【００２８】
【表１】
0006485463.tif 000002
【符号の説明】
【００２９】
１    高分子材料塗布装置
２    高分子材料
３    シールドボックス
１０  素管（オープン管）
１１  被溶接部（素管エッジ突合せ部）
１２  素管エッジ部加熱起点
１３  溶接点
１５  電縫鋼管
１６  スクイズロール
２０  造管方向
【図１】
0006485463.tif 000003
【図２】
0006485463.tif 000004