(57)【要約】【課題】主に、建築、自動車用の鋼管、角管などに使用される亜鉛系合金めっき電縫鋼管を製造する方法において、電縫溶接する際に発生しやすいめっき脆化割れを低減し、溶接欠陥のない溶接部品質に優れた亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法を提供する。【解決手段】亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法において、前記亜鉛系合金めっき鋼板を管状に成形加工し、その突合せ部を電縫溶接する際に、スクイーズロールの回転軸位置を基準とし、上流側に１００ｍｍ離れた位置から下流側に５０ｍｍ離れた位置の範囲で、かつ溶接ＨＡＺ部を含む溶接部表面に対して、１００ｍ／ｓｅｃ  以上のガス流速で圧縮空気或いは不活性ガスを吹きつけることを特徴とする溶接部の品質に優れた亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法において、前記亜鉛系合金めっき鋼板を管状に成形加工し、その突合せ部を電縫溶接する際に、スクイーズロールの回転軸位置を基準とし、上流側に１００ｍｍ離れた位置から下流側に５０ｍｍ離れた位置の範囲で、かつ溶接ＨＡＺ部を含む溶接部表面に対して、１００ｍ／ｓｅｃ  以上のガス流速で圧縮空気或いは不活性ガスを吹きつけることを特徴とする溶接部の品質に優れた亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、建築、自動車用の鋼管、角管などに使用される、表面に亜鉛系合金めっきが施された亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造する方法に関し、特に亜鉛系合金めっき鋼板を管状に成形加工してその突合せ部を電縫溶接する際に発生するめっき脆化割れを低減するための亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からＺｎめっき鋼板は、建築や自動車の構造部材の耐食性向上の点から幅広く用いられ、最近ではＺｎめっき中にＡｌ、ＭｇまたはＳｉなどを添加したＺｎ−Ａｌ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系などの亜鉛系合金めっきを鋼板表面に施された耐食性に優れた亜鉛系合金めっき鋼板が特許文献１および特許文献２で知られている。また、これらと同様の亜鉛系合金めっきを表面に施した亜鉛系合金めっき電縫鋼管も多く用いられている。
【０００３】
亜鉛系合金めっき電縫鋼管は、めっきのない鋼板を用いて鋼管を製造した後、高温の溶融めっき浴でめっき処理して製造する方法が従来の主流であったが、近年になって生産性の向上及びコスト削減の点から亜鉛系合金めっき鋼板を用いて鋼管を製造する方法が実用化されている。
【０００４】
一方、鋼管などの溶接構造物では、溶接による熱膨張・収縮の結果、その溶接部および溶接ＨＡＺ部（以下、溶接ＨＡＺ部ということもある）には、引っ張り応力は残留しやすい。このような溶接構造物を高温の溶融めっき浴でめっき処理する場合には、高温状態の液体金属が鋼材表面に接触し、かつその溶接部および溶接ＨＡＺ部の表面に残留応力または熱応力などの引張応力が作用し、鋼材表面に脆化域が形成され、それによる割れが発生することが知られている。このような現象は、一般に液体金属脆化割れ：ＬＭＥ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ）と称されている（例えば、非特許文献１など）。
【０００５】
鋼管などの溶接構造物を高温の溶融亜鉛めっき浴でめっき処理する際に発生する液体金属脆化割れ（以下、めっき脆化割れということもある）は、めっき浴の温度と溶接部および溶接ＨＡＺ部の残留引っ張り応力の大きさに支配されることが知られており、従来、めっき脆化割れを抑制するための方法として、鋼材成分の規定による組織制御が試みられている。例えば、アーク溶接法により溶接した溶接構造物を約５００℃の溶融亜鉛めっき浴中に浸漬してめっき処理する際には、鋼材成分の設計指標としてＪＩＳ  Ｇ  ３４７４−１９９５で規定されるＬＭＥ炭素当量を一定値以下とすることにより、脆化が進みやすい溶接ＨＡＺ部の組織の改善を行なわれている。
【０００６】
このようなめっき脆化割れは、亜鉛系合金めっき鋼板を用いて鋼管を製造する際にも発生することが知られている。
【０００７】
亜鉛系合金めっき鋼板を用いて鋼管を製造する場合は、亜鉛系合金めっき鋼板を管状に成形し、その突合せ部を高周波誘導溶接および高周波抵抗溶接（以下、電縫溶接という。）等の方法により溶接される。電縫溶接によって形成される溶接ＨＡＺ部では、溶接入熱により結晶粒界が成長し粗大な結晶粒の組織となりやすく、また、鋼板表面に施された亜鉛系合金めっきが完全に蒸発、離散されずに表面に溶融状態のまま残留しやすい。さらに、溶接入熱により鋼材は加熱膨張された後、室温までの冷却過程で熱収縮されるため、この熱収縮により鋼材表面には引っ張り応力が発生し、表面の溶融めっきが鋼材の結晶粒界へ侵入する作用を助長し、粒界脆化が促進される。また、鋼管を管状に成形加工する際には、大きなスプリングバック（加工反力）が働くため、電縫溶接時の溶接部および溶接ＨＡＺ部には熱収縮による引っ張り応力に加えて、スプリングバック力も粒界脆化を促進させ、めっき脆化割れを発生する原因となる。
【０００８】
亜鉛系合金めっき鋼板を用いて鋼管を製造する場合に発生するめっき脆化割れは、鋼管などの溶接構造物を溶融めっき処理する際に発生する温度、つまり、めっき浴の温度に比べて遥かに高い溶接ピーク温度から亜鉛系合金めっきの融点までの幅広い温度域（約１５００℃〜約４５０℃）かつ大きな引っ張り応力が作用する状態で発生する。
【０００９】
特に、近年、自動車分野などで多く用いられる亜鉛系合金めっき鋼板として、車体の軽量化による燃費向上、排ガス低減などの地球環境維持のために、従来の加工性が良好なＩＦ鋼などの軟質低炭鋼に替わって、Ｃや合金元素などの焼き入れ成分を含有する高強度鋼を母材とし、その表面に、従来のＺｎめっきよりも耐食性を向上させるために、亜鉛にＡｌ、ＭｇおよびＳｉなどを１種または２種以上の含有した亜鉛系合金めっきを施したものが用いられるようになった。それに伴い、従来はめっき脆化割れが発生しなかった溶接条件でも、割れが発生することが多くなってきた。
【００１０】
亜鉛系合金めっき鋼板を用いて鋼管を製造する場合に発生するめっき脆化割れは、鋼管などの溶接構造物を溶融めっき処理する際に発生するめっき脆化割れを抑制するための上記のＬＭＥ炭素当量による鋼材の組織制御の方法をそのまま適用しても割れの発生条件およびメカニズムが異なるため、抑制することは困難である。
【００１１】
亜鉛系合金めっき電縫鋼管を製造する際のめっき脆化割れを抑制する方法として、特許文献３では、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板を管状に成形加工してその突合せ部を溶接する際のアップセット量を制御し、溶接止端部の形状を応力集中を低減するようになだらかにすることにより、めっき脆化割れを抑制する方法が開示されている。しかし、アップセット量を制御することにより応力集中を低減できる条件が、一部の鋼管サイズや鋼種に限定されるため、幅広い製造条件で安定してめっき脆化割れを低減することは困難である。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−２２６８６５号公報
【特許文献２】
特開２０００−６４０６１号公報
【特許文献３】
特開２００２−１１５７９３号公報
【非特許文献１】
Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌｓ  （１９１４）  ｐ．１０８．  （Ａ．Ｋ．  Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の実情を鑑みて、本発明は、亜鉛めっき、さらには、Ｚｎ−Ａｌ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系などの亜鉛系合金めっきが表面に施された亜鉛系合金めっき鋼管の製造方法において、亜鉛系合金めっき鋼板を管状に成形加工してその突合せ部を電縫溶接する際に発生する亜鉛系合金めっきに起因した液体金属脆化割れ（めっき脆化割れ）を低減し、よって、溶接部品質に優れた亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は、亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法において、前記亜鉛系合金めっき鋼板を管状に成形加工し、その突合せ部を電縫溶接する際に、スクイーズロールの回転軸位置を基準とし、上流側に１００ｍｍ離れた位置から下流側に５０ｍｍ離れた位置の範囲で、かつ溶接ＨＡＺ部を含む溶接部表面に対して、１００ｍ／ｓｅｃ  以上のガス流速で圧縮空気或いは不活性ガスを吹きつけることを特徴とする溶接部の品質に優れた亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法、である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
一般に、鋼材同士を溶接する場合、溶接部は、溶接入熱により溶融された後、溶接金属は凝固し室温までの冷却過程で熱収縮が生じるが、この際に溶接金属部及びその周囲の溶接ＨＡＺ部において引っ張り応力が発生し、室温で引っ張り応力が残留する（以下、この溶接部に残留した引っ張り応力を残留引っ張り応力という）。
【００１６】
亜鉛系合金めっき鋼板を管状成形後、その突合せ部を電縫溶接して鋼管を製造する場合も同様に、溶接部に熱収縮による引っ張り応力が発生するが、これに加えて、管状成形によるスプリングバック（加工反力）も引っ張り応力として作用する。
【００１７】
この引っ張り応力は、鋼材の高温強度に依存し、溶接直後の高温状態では引っ張り応力は小さいが、冷却されるにとともに鋼材の高温強度は回復し、亜鉛系合金めっきの融点に相当する低温域（約４００〜５００℃）では、溶接部、特に溶接ＨＡＺ部の引っ張り応力は大きくなると考えられる。また、鋼材の高温強度は、鋼中に炭素及び合金成分などの焼き入れ成分を多く含有する高強度鋼材ほど高くなるため、熱収縮に起因して発生する引っ張り応力も鋼材強度（引っ張り強度）が高いほど大きいと考えられる。
【００１８】
一方、亜鉛系合金めっき鋼板を電縫溶接する場合は、溶接入熱により特に温度が高くなる溶接金属とその近傍はめっきが蒸発、離散されて鋼板表面には残らないが、それよりも温度が低い溶接ＨＡＺ部では、めっきは溶融した状態で鋼板表面に残留される可能性がある。めっきが蒸発、離散するか、残存するかは、めっきの融点に依存すると考えられるが、近年の亜鉛めっき中にＡｌ、ＭｇおよびＳｉを１種または２種以上添加したＺｎ−Ａｌ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系などの亜鉛系合金めっきは、従来の亜鉛めっきに比べて融点が高いため、これらのめっきを施した鋼板を電縫溶接する場合に、溶接ＨＡＺ部に残存する溶融めっきが増加すると考えられる。
【００１９】
以上から、近年、比較的強度の高い鋼板の表面にＺｎ−Ａｌ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系などの比較的融点の高い亜鉛系合金めっき層を有する亜鉛系合金めっき鋼板を用いて鋼管を製造する際に、溶融めっき割れの発生が顕著になった原因として、主として、電縫溶接において特に溶接ＨＡＺ部で発生する引っ張り応力の増大と、溶接ＨＡＺ部に残留する溶融めっき量の増加により、溶融めっきが鋼板の結晶粒界に浸入し粒界脆化を助長させ、その結果、めっき脆化割れの発明が顕著になったためと考えられる。
【００２０】
本発明者らは、これらの考察を踏まえ、亜鉛系合金めっき鋼板を用いた鋼管の製造おいて、めっき脆化割れの発生を抑制するために、その一要因である電縫溶接時に溶接ＨＡＺ部に残存する溶融めっきを除去する方法を検討し、その結果を基に本発明をなしたものである。
【００２１】
以下に図面を参照して本発明の詳細について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法を説明するための模式図である。
【００２３】
本発明において、亜鉛系合金めっき鋼板と用い、電縫溶接時の鋼板表面に残留する溶融めっきを除去する方法以外は、特に限定するものではなく、通常の電縫鋼管を製造する方法が本発明でも適用される。
【００２４】
つまり、通常の電縫鋼管を製造する方法として、本発明でもロールフォーミング法、またはロールレスフォーミング法などの製管方法を用いて、亜鉛系合金めっき鋼板１を通材（通材方向１５）しながら管状に成形し、その突合せ部４を高周波コイル２より給電加熱し溶融すると共に、スクイーズロール３よりアップセットを加えて突合せ部４に溶接シーム５を形成（電縫溶接）することにより電縫鋼管は製造される。
【００２５】
本発明では、この電縫鋼管の製造方法において、亜鉛系合金めっき鋼板１を用い、これを電縫溶接する際に、通材方向の高周波コイル２下流側の所定範囲で、突合せ部４（溶接部）の直上にガスブロー管６を配置し、これを用いて圧縮空気或いは不活性ガス７を溶接ＨＡＺ部を含む溶接部表面に所定流速で吹き付けることにより溶接ＨＡＺ部に残留する溶融めっきを除去する。
【００２６】
ガスブロー管６としては、ガス導入本管下部に２本の分岐ノズルを有し、少なくとも溶接ＨＡＺ部を含む溶接線両側の領域に対してガスを吹き付けられる構造のものが用いられる。
【００２７】
図２にガスブローをしない従来法による亜鉛系合金めっき電縫鋼管のシーム部の垂直断面拡大図を示す。
【００２８】
既に説明したように、亜鉛系合金めっき鋼板１を管状成形後にその突合せ部４を電縫溶接する場合、溶接金属に相当する溶接シーム５とその周囲の溶接ＨＡＺ部１１は熱収縮とスプリングバック（加工反力）に起因する引っ張り応力が発生する。この際、溶接シーム５から溶接ＨＡＺ部１１に接続する繋ぎ目に相当する溶接止端部１３は、電縫溶接時のアップセットの付加により急峻な切欠形状となりやすいため特に溶接止端部１３に引っ張り応力が集中しやすい。
【００２９】
また、電縫溶接時の溶接ＨＡＺ部１１の温度は約９００〜１，０００℃であり、温度域はめっき脆化を受け易い粗大粒径のオーステナイトを形成するために充分な温度である一方、亜鉛系合金めっき１２を完全に蒸発、離散させるためには温度が低いため亜鉛系合金めっき１２は溶融状態のまま鋼板表面に残留しめっき溜り１４を形成する。その結果、熱収縮及びスプリングバックに起因する引っ張り応力の発生と溶融めっきの残留との相乗作用で溶融した亜鉛系合金めっき１２が鋼板の結晶粒界へ浸入し粒界脆化の形成を促進させ、特に溶接ＨＡＺ部でめっき脆化割れ１６が発生する。
【００３０】
本発明では、図２に示すめっき溜まりを図１に示すガスブロー管６を通して圧縮空気或いは不活性ガス７を少なくとも溶接ＨＡＺ部に吹き付けることにより、鋼板と非接触の状態、つまり鋼板表面を何ら損傷することなく除去する。
【００３１】
本発明において、溶融めっきの残留と、熱収縮およびスプリングバックに起因する引っ張り応力の発生との相乗作用によって発生するめっき脆化割れを低減するためには、特に、ガスブロー位置と、ガス流速を適正な範囲に規定することがその効果を充分に発揮する上で重要となる。
【００３２】
本発明者らは、高周波コイル２からスクイーズロール３の方向の所定範囲にガスブロー管６を配置し種々の条件で実験を行なうことにより、ガスブロー位置及びガス流速とめっき脆化割れの発生との関係を明らかにし、これを基にガスブロー位置及びガス流速を以下のように規定した。
【００３３】
図３に１１％Ａｌ−３％Ｍｇ−０．２％Ｓｉ−残部Ｚｎの溶融亜鉛系合金めっき鋼板を用い、圧縮空気でブローしながら電縫溶接した場合のブロー位置とめっき脆化割れ深さとの関係、図４に同様にガス流速とめっき脆化割れ深さとの関係を示す。
【００３４】
なお、図３ではガス流速を３００ｍ／ｓ一定とし、図４ではブロー位置を＋５０ｍｍ（アップセットを与えるスクイーズロールの回転軸位置を基準（原点）とし、＋側を上流側（通材方向と反対方向）とし、−側を下流（通材方向）とする）に固定した。また、めっき脆化割れは、電縫溶接部の垂直断面を観察し、板厚方向の割れ深さを測定し、板厚に対する割れ深さの比で評価した。
【００３５】
図３から電縫溶接時のブロー位置は＋１００ｍｍ〜−５０ｍｍの範囲、つまり、スクイーズロールの回転軸の位置を基準（原点）とし、上流側（通材方向と反対方向）に１００ｍｍ離れた位置から下流側（通材方向）に５０ｍｍ離れた位置の範囲、図４からガス流速は１００ｍ／ｓｅｃ  以上で、それぞれめっき脆化割れは殆ど皆無になる。
【００３６】
本発明では、亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法において、亜鉛系合金めっきに起因するめっき脆化割れを充分に低減するために、電縫溶接時のブロー位置を、スクイーズロールの回転軸の位置を基準（原点）とし、上流側（高周波コイル方向）に１００ｍｍ離れた位置から下流側（高周波コイルと反対方向）に５０ｍｍ離れた位置の範囲に規定するとともに、ガス流速を１００ｍ／ｓｅｃ  以上に規定する。
【００３７】
電縫溶接時のブロー位置及びガス流速の何れか一方でも上記範囲から外れると、熱収縮及びスプリングバックに起因する引っ張り応力の発生と、溶融めっきの残留との相乗作用で発生するめっき脆化割れを充分に抑制することはできない。
【００３８】
なお、ガス流速の上限は、めっき脆化割れを抑制する観点からは、特に限定する必要はないが、ガス流速を過度に増加させると効果が飽和するだけでなく、設備能力またはランニングコストの点から好ましくない。その上限は１，０００ｍ／ｓｅｃ以下とすることが好ましい。
【００３９】
ガスブロー用のガスの種類は、特に限定する必要はなく、例えば、工業的に広く用いられている圧縮空気または不活性ガスが用いられる。
【００４０】
但し、ブロー用のガスとして酸素ガスまたは酸素を過度（５０％を超える程度）に含有するガスは、溶接部の酸化などにより電縫溶接部の品質を著しく低下させる原因となるため好ましくない。
【００４１】
また、本発明で使用する亜鉛系合金めっき鋼板のめっきの種類も特に限定する必要はなく、例えば、亜鉛めっきの他に、特許文献１に記載されているようなＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系、特許文献２に記載されているようなＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、或いはＺｎ−Ａｌ系の亜鉛系合金めっきが挙げられる。
【００４２】
因みに、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっきでは、Ａｌ：０．１８〜５％を含有し、さらに、Ｍｇ：０．０１〜０．５％、Ｌａ：０．００１〜０．５％、および、Ｃｅ：０．００１〜０．５％のうちのいずれか１種または２種以上を含有し、残部がＺｎからなり、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきでは、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：０．５〜１０％、残部Ｚｎからなるめっきからなり、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金めっきでは、Ａｌ：２〜１９％、Ｍｇ：０．５〜１０％、Ｓｉ：０．０１〜２％、残部Ｚｎからなるめっきからなる。
【００４３】
【実施例】
板厚が４．５ｍｍで、Ｃ：０．１５質量％、Ｓｉ：０．２５質量％、Ｍｎ：０．５質量％を含有し残部Ｆｅからなる低炭素鋼板の表面に、目付量片面が９０ｇ／ｍ２で、Ａｌ：１１％、Ｍｇ：３％、Ｓｉ：０．２％を含有し、残部Ｚｎからなる溶融亜鉛合金めっきを施した亜鉛系合金めっき鋼板を用いて、これを管状に成形し、その突合せ部を表１に示す条件で溶接ＨＡＺ部を含む溶接部を圧縮空気を用いてブローしながら、溶接速度：３０ｍ／ｍｉｎ、高周波パワー：４５０ｋＷ、アプセット量：３ｍｍの条件で電縫溶接し、外径３５５ｍｍの電縫鋼管を製造した。
【００４４】
なお、ガスブロー管は、図１に示すようなガス導入本管下部に内径２ｍｍφの２本の分岐ノズルを有するものを用い、溶接ＨＡＺ部を含む溶接線両側の領域に対して、下流側（通材方向）の方向にガスを吹き付けた。
【００４５】
めっき脆化割れは、電縫溶接部の垂直断面を光学顕微鏡（ｘ１５倍）で観察し、板厚方向の割れ深さを測定し、板厚に対する割れ深さの比で評価した。その評価結果を表１に示す。
【００４６】
なお、表１におけるブロー位置は、アップセットを与えるスクイーズロールの回転軸位置を基準（原点）とし、＋側を上流側（通材方向と反対方向）とし、−側を下流（通材方向）とする。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
表１から分かるように、エアーブロー位置を、スクイーズロールの回転軸位置を基準（原点）とし、＋１００〜−５０ｍｍの範囲とし、かつ、ガス流速を１００ｍ／ｓｅｃ  以上とすることによりめっき脆化割れをほとんど皆無とすることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、亜鉛系合金めっき鋼管の製造方法において、亜鉛系合金めっき鋼板を管状に成形加工してその突合せ部を電縫溶接する際に発生する亜鉛系合金めっきに起因した液体金属脆化割れ（めっき脆化割れ）を低減し、よって、溶接部品質に優れた亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の亜鉛系合金めっき電縫鋼管の製造方法を説明するための模式図。
【図２】従来法の亜鉛系合金めっき電縫鋼管のシーム部の垂直断面拡大図。
【図３】電縫溶接時のブロー位置とめっき脆化割れ深さとの関係を示すグラフ。
【図４】電縫溶接時のガス流速とめっき脆化割れ深さとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…亜鉛系合金めっき鋼板
２…高周波コイル
３…スクイーズロール
４…突合せ部
５…溶接シーム
６…ガスブロー管
７…圧縮空気或いは不活性ガス
８…スクイーズロールの回転軸の位置
９…上流側（＋）
１０…下流側（−）
１１…溶接ＨＡＺ部
１２…亜鉛系合金めっき層
１３…溶接止端部
１４…めっき溜まり
１５…通材方向
１６…めっき脆化割れ
１７…鋼板母材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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