(57)【要約】【課題】電縫管を製造するに際して、電縫溶接前の板の端部を適切な形状とすることによって、溶接品質を良好に保持することができる溶接部特性の良好な電縫管の製造方法を提供する。【解決手段】板１の電縫溶接直前のＶシェープ角度θを３°〜１０°とし、テーパ形状のテーパ角度αを２５°〜５０°、テーパ高さδを板厚の２０％〜４０％とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板を成形して端部を突き合わせて電縫溶接して管とする電縫管の製造方法において、板端部にテーパ形状を付与した後に、板の両端面同士が長手方向になすＶシェープ角度を３°以上として電縫溶接することを特徴とする溶接部特性の良好な電縫管の製造方法。
【請求項２】
板端部に付与するテーパ形状は、テーパの板厚方向に対する角度を２５°〜５０°とし、テーパの板厚方向の長さを板厚の２０％〜４０％とすることを特徴とする請求項１に記載の溶接部特性の良好な電縫管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油井のラインパイプ向けなど溶接部の靭性が要求される管あるいは油井のケーシングパイプなどの溶接部強度が要求される管における製造方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
通常、管は溶接管と継目無管に大別される。溶接管は、電縫鋼管を例とするように、板をロール成形等によって丸めて端部を突き合わせて溶接して製造し、継目無管は、材料の塊を高温で穿孔しマンドレルミル等で圧延して製造する。溶接管の場合、一般に溶接部の特性は母材より劣ると言われ、管の適用に当たって、用途ごとに溶接部の靭性や強度の保証が常に議論されて問題となってきた。
【０００３】
例えば、原油や天然ガスなどを輸送するラインパイプでは、管を寒冷地に敷設することが多いため低温靭性が重要であり、また、原油採掘の油井では採掘管を保護するためのケーシングパイプが必要とされ、管の強度が重要視される。
【０００４】
通常、管の母材となる熱延板（帯材）は、管製造後の母材特性を考慮して成分設計や熱処理等が行われて、母材の靭性や強度等の特性が確保される。
【０００５】
しかし、溶接部の特性は、母材の成分設計や熱処理等以上に、電縫溶接方法によって大きく左右されるため、溶接技術の開発が重要であった。
【０００６】
電縫溶接の不良原因としては、ペネトレータと呼ばれる溶接板材の端面に生成する酸化物が、電縫溶接時に溶鋼とともに端面から排出されずに残留し、この残留したペネトレータを原因として靭性が低下し強度不足になる例が多かった。
【０００７】
そこで、従来、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、溶接部の板端面から積極的に溶鋼を排出する技術が鋭意検討されてきた。例えば、特許文献１〜５などに、板端面の形状について検討した例が記載されている。すなわち、通常、板の端面はスリットや端面研削によってほぼ矩形を呈しているが、これをロール成形の前においてテーパ加工して、加工した端部形状によって溶接時の溶鋼排出を良好にすることを目的としている。
【特許文献１】特開昭５７−３１４８５号公報
【特許文献２】特開昭６３−３１７２１２号公報
【特許文献３】特開２００１−１７０７７９号公報
【特許文献４】特開２００１−２５９７３３号公報
【特許文献５】特開２００３−１６４９０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１〜５では、単にテーパ加工手段を羅列して紹介したのみであるため、それだけでは実際に電縫管製造工程に適用しても効果が充分でない場合があり、さらに詳細な検討が必要であった。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、電縫管を製造するに際して、電縫溶接前の板（帯材）の端部を適切な形状とすることによって、溶接品質を良好に保持することができる溶接部特性の良好な電縫管の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１１】
［１］板を成形して端部を突き合わせて電縫溶接して管とする電縫管の製造方法において、板端部にテーパ形状を付与した後に、板の両端面同士が長手方向になすＶシェープ角度を３°以上として電縫溶接することを特徴とする溶接部特性の良好な電縫管の製造方法。
【００１２】
［２］板端部に付与するテーパ形状は、テーパの板厚方向に対する角度を２５°〜５０°とし、テーパの板厚方向の長さを板厚の２０％〜４０％とすることを特徴とする前記［１］に記載の溶接部特性の良好な電縫管の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は著しく良好な靭性および溶接強度を備えた電縫管を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態について述べる。
【００１５】
前述したように、特許文献１〜５では、単にテーパ加工手段を羅列して紹介したのみであるため、それだけでは実際に電縫管製造工程に適用しても効果が充分でなく、電縫溶接後の溶接部の靭性または強度を充分に向上することが難しい場合があった。
【００１６】
この原因を詳細に調査すると、以下のようなことが分かった。
【００１７】
すなわち、電縫溶接前の板端部が加熱される過程において、溶接欠陥であるペネトレータの原因となる酸化物が板の端面に形成される。その後、端面の酸化物は電縫溶接時の溶鋼表面に浮いて、一部は溶鋼とともに排出される。この際に、板端面にテーパ形状が付与されていると、溶鋼が容易に排出されて、同時にペネトレータも有効に排出できるわけである。しかし、ペネトレータの元になる板端面の酸化物は、電縫溶接の加熱とともに順次生成してくるため、溶接条件によっては、板端部のテーパ形状のみで、溶接後の充分な靭性または強度を充分に向上できない場合が生じた。
【００１８】
そこで、上記の問題に対応するために、本発明者らは電縫溶接現象を詳細に観察し直した結果、電縫溶接直前において板の幅方向両端面同士が長手方向になすＶ字形状の頂角（Ｖシェープ角度）に着目した。すなわち、溶鋼とともにペネトレータを有効に排出するためには、板端部のテーパ形状だけではなく、Ｖシェープ角度も大きく影響することを見出した。
【００１９】
電縫溶接において、板端面同士のＶシェープ角度が変わると、溶鋼の排出状態が異なってくる。すなわち、通常の矩形端面の場合、電縫溶接直前の誘導加熱によって、板端面の上面側、下面側のコーナ（角部）に近い部分が優先的に加熱され、電縫溶接の端面が突き合わされるかなり手前から先に溶融が開始される。その結果、コーナのみが先に溶鋼が発生して蓋をしてしまい、板端面の内部が後から溶融して発生した溶鋼が押し出されにくくなる。その結果、ペネトレータが排出されにくくなって残留し、溶接部の靭性または強度を低下させていた。
【００２０】
そこで、本発明者らは、電縫溶接の突き合わせまでの時間を短くして、板端面のコーナに近い部分の加熱域をできるだけ短くする方法を検討した。すなわち、コーナに近い部分の加熱域が短くなると、コーナの溶鋼による蓋が形成さえる部分が少なくなり、端部の内部から発生した溶鋼が排出されやすくなって、ペネトレータが残留しにくくなるためである。
【００２１】
本発明者らは、以上の考えに基づき、電縫溶接のＶシェープ角度を適切な角度とすることにした。Ｖシェープ角度が大きくなると、電縫溶接の突き合わせ部分から手前の遠方になるに従って、誘導電流が急激に弱まって加熱されにくくなり、反面、突き合わせ部分に近づくほど誘導電流が強まって急激に加熱されやすくなる。その結果、コーナに近い部分の加熱域が短くなって、溶鋼が排出されやすくなりペネトレータが残留しにくくなるわけである。
【００２２】
そして、Ｖシェープ角度の最適な大きさを鋭意検討したところ、板端部のテーパ形状との組み合わせにおいて、３°以上あれば、良好な靭性または強度が得られることがわかった。しかし、Ｖシェープ角度が大きくなりすぎると管の成形が不安定となり、板端部同士の突き合わせ精度が不良となるため、できれば１０°以下にするとよい。
【００２３】
また、板端部に付与するテーパ形状について、その形状の最適化を図った結果、垂線からの角度（テーパの板厚方向に対する角度）を２５°〜５０°とし、テーパ開始位置から終了位置までの垂線の長さ（テーパの板厚方向の長さ）を板厚の２０％〜４０％とすると良いことを把握した。
【００２４】
すなわち、垂線からの角度（テーパ角度）を２５°未満とすると、板厚中央部からの溶鋼排出が不充分となってペネトレータが残留して不良となり、電縫溶接後の靭性や強度が低下し、垂線からの角度（テーパ角度）が５０°を超えると、電縫溶接後にもそのテーパ形状が製品の管の傷として残留し問題である。さらに、テーパ開始位置から終了位置までの垂線の長さ（テーパ高さ）について、板厚の２０％未満であると板厚中央部の溶鋼排出が不充分となってペネトレータが残留しやすくなり、板厚の４０％を超えると電縫溶接後にもそのテーパ形状が製品の管の傷として残留し問題である。
【００２５】
上記のようにして、本発明の実施形態においては、図１に示すような、管状に成形された板１の電縫溶接直前のＶシェープ角度θを３°〜１０°とし、テーパ形状のテーパ角度αを２５°〜５０°、テーパ高さδを板厚の２０％〜４０％とするようにしている。
【００２６】
これによって、電縫溶接部のペネトレータを充分排出することができ、著しく良好な靭性および溶接強度を備えた電縫管を得ることができる。
【実施例１】
【００２７】
以下、実施例に基づいて説明する。
【００２８】
ここでは、アンコイラー、レベラー、ロール成形機、電縫溶接機、サイザーを備えた造管機によって、板幅１９２０ｍｍ×１９．１ｔｍｍの帯材（鋼帯）を用いて、φ６００の電縫管を製造した。
【００２９】
そして、製造した電縫管の溶接部から試験片を切り出してシャルピー試験を行い、性能を評価した。シャルピー試験片は、管長手方向の相違する１０点から１本ずつ、試験片長さ方向を管円周方向に平行にし、ノッチ長さ中心を溶接部肉厚中心位置として採取し、ＪＩＳ５号の２ｍｍＶノッチ衝撃試験片として、−４６℃での衝撃試験を行い、吸収エネルギー、脆性破面率を測定した。なお、吸収エネルギーは１２５Ｊ以上、脆性破面率が３５％以下を性能許容範囲とした。
【００３０】
（本発明例１）本発明例１として、前述した本発明の実施形態に基づいて上記の電縫管を製造した。その際、ロール成形機でのフィンパス圧延を活用して、板端部上下面にテーパ角度α＝２５°、テーパ高さδ＝４ｍｍ（板厚の２１％）のテーパ形状を付与するとともに、板端面のＶシェープ角度θ＝３°となるようにロール成形機を調整して電縫溶接を行った。
【００３１】
（本発明例２）本発明例２として、前述した本発明の実施形態に基づいて上記の電縫管を製造した。その際、ロール成形機前に設置した孔型ロールを活用して、板端部上下面にテーパ角度α＝４５°、テーパ高さδ＝７ｍｍ（板厚の３７％）のテーパ形状を付与した後、板端面のＶシェープ角度θ＝８°となるようにロール成形機を調整して電縫溶接を行った。
【００３２】
（比較例）比較例として、ロール成形機前に設置した切削バイトを用いて、板端部上下面にテーパ角度α＝２０°、テーパ高さδ＝３ｍｍ（板厚の１６％）のテーパ形状を付与した後、板端面のＶシェープ角度θ＝２．５°となるようにロール成形機を調整して電縫溶接を行った。
【００３３】
（従来例）従来例として、図２に示すように、板端面をほぼ矩形として、Ｖシェープ角度θ＝２．５°となるようにロール成形機を調整して、電縫溶接を行なった。
【００３４】
これらにより製造した電縫管の溶接部におけるシャルピー衝撃値と脆性破面率を測定した結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１より、本発明例１、２による電縫管は、溶接部の衝撃強度が高く脆性破面率が小さくて、靭性が良好であって、製品の信頼性が高い。これに対して、比較例および従来例による電縫管は、溶接部の衝撃強度が低く脆性破面率が大きくて、靭性が低下しており、製品の信頼性に乏しい。
【００３７】
これにより、本発明によって溶接部特性の良好な電縫管を製造できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明例における電縫溶接直前の状態を示す図である。
【図２】従来例における電縫溶接直前の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  管状に成形された板
【図１】
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【図２】
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