(57)【要約】【課題】高速溶接を行っても溶接部の酸素量が増加せず、溶接部のオーバーラップの発生を防止できるとともに、溶接部の衝撃性能の低下を防止することができるスパイラル溶接鋼管の製造方法を提供する。【解決手段】表面にミルスケールが存在する鋼帯（熱延コイル）１を螺旋状に成形しながら、鋼帯１の幅方向端部同士をサブマージアーク溶接法により溶接し、スパイラル溶接鋼管を製造する方法であって、鋼帯１の両端部のミルスケールを除去した後、高速で溶接する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にミルスケールが存在する鋼帯を螺旋状に成形しながら、前記鋼帯の幅方向端部同士をサブマージアーク溶接法により溶接し、スパイラル溶接鋼管を製造する方法であって、
前記鋼帯の両端部のミルスケールを除去した後、高速で溶接することを特徴とするスパイラル溶接鋼管の製造方法。
【請求項２】
表面にミルスケールが存在する鋼帯を螺旋状に成形しながら、前記鋼帯の幅方向端部同士をサブマージアーク溶接法により溶接し、スパイラル溶接鋼管を製造する方法であって、
前記鋼帯の両端部のミルスケールを除去した後、３以上の電極を用いて前記サブマージアーク溶接法による溶接を行うことを特徴とするスパイラル溶接鋼管の製造方法。
【請求項３】
表面にミルスケールが存在する鋼帯を螺旋状に成形しながら、前記鋼帯の幅方向端部同士をサブマージアーク溶接法により溶接し、スパイラル溶接鋼管を製造する方法であって、
前記鋼帯の両端部のミルスケールを除去した後、直流電流が２０００アンペア超である直流サブマージアーク溶接法による溶接と交流サブマージアーク溶接法による溶接とを併用する２電極溶接法によるサブマージアーク溶接法による溶接を行うことを特徴とするスパイラル溶接鋼管の製造方法。
【請求項４】
前記鋼帯のスケール除去が、鋼帯の両端部のみに施されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスパイラル溶接鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパイラル溶接鋼管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、熱延コイルを螺旋状に成形しながら、合わせ部分となる端部同士をサブマージアーク溶接法により溶接して、スパイラル溶接鋼管を製造することが行われている。
このサブマージアーク溶接によるスパイラル溶接鋼管の製造において、生産性を高めるために溶接速度を速くすると、溶接部への入熱が不足して溶け込み不足が発生するので、これに対処するために、電流値を高くすることや、あるいは電極数を増やすことが一般に行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような方法では、入熱不足を解消することはできても、溶接速度が速くなることにより、溶接金属中の酸素量が増加して、オーバーラップと呼ばれる欠陥を生じたり、衝撃性能が低下するという問題がある。
【０００４】
すなわち、熱延コイル表面に生成しているミルスケール（酸化鉄）が溶接時の熱で熱分解して酸素を発生し、その酸素が溶接金属中に溶解する。その溶解した酸素は、溶接速度がさほど速くないときには、フラックスによる脱酸反応に十分な時間を取ることができ、脱酸されるので問題とならないが、溶接速度が速くなると、フラックスによる脱酸反応に必要な時間が不十分になって脱酸されにくくなり、酸素量が増加する。
図２は、「溶鉄・溶宰の物性値便覧」（日本鉄鋼協会発行）に示された図である。酸素量の異なる溶融金属を毛細管に入れて落下させるための引力について、横軸を酸素量Ｏ（ｗｔ％）、縦軸を表面張力γ（ｄｙｎｅ／ｃｍ）としてまとめられた図であり、溶鉄が１５７０℃の場合（図中▲１▼）と１５５０℃の場合について２例（図中▲２▼と▲３▼）が示されている。酸素量が多くなると、表面張力が低下することが分る。
表面張力が低下すると、溶接ビートの両端部に図３に示すようなオーバーラップが発生するとともに、溶接部の衝撃性能が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、高速溶接を行っても溶接部の酸素量が増加せず、溶接部のオーバーラップの発生を防止できるとともに、溶接部の衝撃性能の低下を防止することができるスパイラル溶接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、請求項１に記載のスパイラル溶接鋼管の製造方法は、表面にミルスケールが存在する鋼帯を螺旋状に成形しながら、前記鋼帯の幅方向端部同士をサブマージアーク溶接法により溶接し、スパイラル溶接鋼管を製造する方法であって、前記鋼帯の両端部のミルスケールを除去した後、高速で溶接することを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明においては、溶接前に、熱延コイルに不可避的に発生するミルスケールのうち、溶接部およびその近傍となる鋼帯の両端部のミルスケールを除去する。これにより、溶接時にミルスケールが熱分解して酸素が溶接金属中に溶解することがない。したがって、溶接速度を速くしても、酸素量の増加を防止することができるので、溶接部のオーバーラップの発生を防止できるとともに、溶接部の衝撃性能の低下を防止することができる。
「高速で溶接する」とは、通常の２電極溶接法（例えば、１電極目の直流サブマージアーク溶接として２０００アンペア以下の溶接電流を用いる溶接法）では入力が不足して溶け込み不足が発生するような速度で溶接することをいい、この速度は、材料の板厚や製造される鋼管径などにより相違する。
【０００８】
請求項２に記載のスパイラル溶接鋼管の製造方法は、表面にミルスケールが存在する鋼帯を螺旋状に成形しながら、前記鋼帯の幅方向端部同士をサブマージアーク溶接法により溶接し、スパイラル溶接鋼管を製造する方法であって、前記鋼帯の両端部のミルスケールを除去した後、３以上の電極を用いて前記サブマージアーク溶接法による溶接を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明においては、電極数が増えることにより、溶接部への入熱を増加させることができる。その結果、溶接速度を速くしても溶け込み不足を防止することができるので、高速溶接が可能となり、生産性を高めることができる。
【００１０】
請求項３に記載のスパイラル溶接鋼管の製造方法は、表面にミルスケールが存在する鋼帯を螺旋状に成形しながら、前記鋼帯の幅方向端部同士をサブマージアーク溶接法により溶接し、スパイラル溶接鋼管を製造する方法であって、前記鋼帯の両端部のミルスケールを除去した後、直流電流が２０００アンペア超である直流サブマージアーク溶接法による溶接と交流サブマージアーク溶接法による溶接とを併用する２電極溶接法によるサブマージアーク溶接法による溶接を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明においては、直流サブマージアーク溶接に用いる直流電流を２０００アンペア超にすることにより、溶接部への入熱を増加させることができる。その結果、溶接速度を速くしても溶け込み不足を防止することができるので、高速溶接が可能となり、生産性を高めることができる。
【００１２】
請求項４に記載のスパイラル溶接鋼管の製造方法は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記鋼帯のスケール除去が、鋼帯の両端部のみに施されることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明においては、溶接をするのに必要な鋼帯の両端部のみのミルスケールを除去しているので、ミルスケール除去作業が容易になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るスパイラル溶接鋼管の製造方法を、図１を参照しつつ説明する。
まず、熱延コイル（鋼帯）１を巻き戻して、ロール（移動装置）により水平移動させる。鋼帯１を水平移動させる途中で、コイル継溶接２を行い、２つの鋼帯１の先端部と後端部を継なぎ合わせる。
【００１５】
次いで、レベラー３を通過させた後、鋼帯１を水平移動させながら、スケール除去装置４により、鋼帯１の両端部の表裏のミルスケールを除去する。スケール除去装置４は、例えば、グラインダーや回転式ワイヤブラシ等で構成され、鋼帯１の両端部の表面側および裏面側にそれぞれ配置され、水平移動してくる鋼帯１の両端部の表裏に接触しつつ回転し、鋼帯１の両端部の表裏のミルスケールを連続的に剥離する。剥離したミルスケールは、スケール除去装置４の両側に配置された集塵機５により吸引する。
このスケール除去装置４によるミルスケールの除去は、後の工程において、鋼帯１の端部同士がサブマージアーク溶接される際に、溶接部および溶接部近傍となる部分のミルスケールが除去される。
なお、鋼帯１の幅方向端部は、サイドトリマーなど（図示せず）でトリミングすることにより側面に新生面が生成されるので、トリミング工程を伴う場合は幅方向側面のスケールの除去を行う必要はない。
【００１６】
次いで、成形ロール６で鋼帯１を螺旋状に成形しながら、鋼帯１の合わせ部分となる端部同士を内面および外面からサブマージアーク溶接法により順次溶接していく。内面および外面のサブマージアーク溶接７，８はそれぞれ、通常、１電極目が直流サブマージアーク法による溶接で、２電極目が交流サブマージアーク溶接による溶接である２電極溶接法が用いられる。
この２電極溶接法による溶接において、直流サブマージアーク溶接に用いる直流電流は２０００アンペア超であることが望ましい。この直流電流を２０００アンペア超にすることにより、溶接部への入熱を増加させることができるので、溶接速度を早めても所要の溶け込み深さを確保することができる。したがって、高速溶接が可能となり、生産性を高めることができる。
【００１７】
なお、このような２電極法による溶接でなくても、３以上の電極を用いてサブマージアーク溶接を行うと、溶接部への入熱を増加させることができるので、溶接速度を早めても所要の溶け込み深さを確保することができ、したがって高速溶接が可能となり、生産性を高めることができる。
【００１８】
次いで、溶接により鋼管となったものを、切り出し装置９により所定の長さの鋼管に切断する。
【００１９】
このようなスパイラル溶接鋼管の製造方法にあっては、溶接前に、スケール除去装置４により鋼帯１の両端部の表裏のミルスケールを除去する。そのため、溶接時にミルスケールが熱分解して酸素が溶接金属中に溶解することがなく、したがって溶接速度を速くしても、酸素量の増加を防止することができるので、溶接部のオーバーラップの発生を防止できるとともに、溶接部の衝撃性能の低下を防止することができる。また、鋼帯１を水平移動させながら、スケール除去装置４により、鋼帯１の両端部の表裏のミルスケールを除去するので、ミルスケール除去作業が容易であるとともに、除去作業の高速化を図ることができて、生産性を高めることができる。スケールの除去装置４、集塵装置５等の位置は適宜決定すればよい。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
図１に示すスパイラル溶接鋼管の製造方法によりスパイラル鋼管を製造した。
すなわち、まず、材質が一般構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫ４００（ＪＩＳ　Ｇ　３４４４）用の熱延コイル（鋼帯）１を巻き戻して、ロールにより水平移動させ、次いで、レベラー３を通過させた後、鋼帯１を水平移動させながら、グラインダー（スケール除去装置）４により、鋼帯１の表裏において、両端部２０ｍｍずつの範囲で、ミルスケールを除去した。
【００２１】
次いで、成形ロール６で鋼帯１を螺旋状に成形しながら、鋼帯１の合わせ部分となる端部同士を内面および外面からサブマージアーク溶接法により順次溶接し、製管寸法が外径１２００ｍｍφ、板厚１６ｍｍ、長さ１ｍのスパイラル溶接鋼管を製造した。
内面および外面のサブマージアーク溶接７，８はそれぞれ、１電極目が直流サブマージアーク法による溶接で、２電極目が交流サブマージアーク溶接による溶接である２電極溶接法を用いた。
内面および外面のサブマージアーク溶接７，８の各溶接の溶接速度を変え、また溶接速度が速くなるにつれて溶接電流を高くして、５種類のスパイラル溶接鋼管を製造した。表１において、Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０がこれらの溶接鋼管である。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
比較例として、ミルスケールを除去しない以外は、上記と同様にしてスパイラル溶接鋼管を製造した。表１において、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５がこれらのスパイラル溶接鋼管である。
【００２４】
このようにして製造した各スパイラル溶接鋼管について、溶接金属（溶金）中の酸素量、溶接部のオーバーラップの有無、およびシャルピー衝撃試験により溶接部（溶接金属）中央部の０℃における衝撃値をそれぞれ調査した。この結果を表１に示した。
なお、シャルピー衝撃試験は、製造したスパイラル溶接鋼管からＪＩＳＺ２２０２に規定されたＶノッチ試験片を作製して、ＪＩＳＺ２２４２の金属材料衝撃試験方法に従って行った。
【００２５】
表１から分かるように、比較例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５では、熱延コイル（鋼帯）のミルスケールを除去せずに、溶接速度を２．６〜３．５Ｍ／分にすると、溶接金属中の酸素量が７１０〜９４０ｐｐｍであった。このうち、溶接速度が３．０〜３．５Ｍ／分の比較例Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５では、溶接金属中の酸素量が７８０〜９４０ｐｐｍであり、溶接部にオーバーラップが発生した。
これに対し、実施例Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０では、熱延コイルの両端部表裏（溶接部およびその近傍）のミルスケールを除去しており、溶接速度を２．６〜３．５Ｍ／分にしても、溶接金属中の酸素量が５３０〜６７０ｐｐｍと低く、すべての実施例で溶接部にオーバーラップが発生しなかった。
【００２６】
また、比較例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５では、溶接速度を２．６〜３．５Ｍ／分にすると、溶接部中央部の０℃における衝撃値が３０〜１５Ｊに低下した。
これに対し、実施例Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０では、溶接速度を２．６〜３．５Ｍ／分にしても、溶接部中央部の０℃における衝撃値が６１〜３７Ｊであり、溶接部の衝撃性能の低下を防止することができた。
【００２７】
また、実施例Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０はいずれも、２電極溶接法による溶接において、直流サブマージアーク溶接の直流電流をおよそ２０００アンペア超として、溶接部への入熱を増加させて溶け込み不足を防止し、これにより溶接速度が２．６〜３．５Ｍ／分の高速溶接を可能にしている。
【００２８】
このように、熱延コイルの両端部表裏（溶接部およびその近傍）のミルスケールを除去してから、サブマージアーク溶接を行うことにより、高速で溶接しても溶接金属中の酸素量をおよそ７００ｐｐｍ以下にすることができる。したがって、高速で溶接しても、オーバーラップの発生を防止することができ、かつ溶接部中央部の０℃における衝撃値をおよそ３０Ｊ以上とすることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスパイラル溶接鋼管の製造方法によれば、高速溶接を行っても溶接部の酸素量が増加せず、溶接部のオーバーラップの発生を防止できるとともに、溶接部の衝撃性能の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るスパイラル溶接鋼管の製造方法を説明するための図である。
【図２】溶鉄の表面張力に及ぼす酸素の影響を示すグラフである。
【図３】オーバーラップを説明するための図である。
【符号の説明】
１　　鋼帯
４　　スケール除去装置
６　　成形ロール
７，８　　サブマージアーク溶接
【図１】
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【図２】
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【図３】
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