(57)【要約】【課題】  本発明は低温靱性の優れた溶接部を持つ、引張強度が８００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成型した後、その鋼板の突き合わせ部を溶接により接合して製造する高強度ラインパイプ用のＵＯＥ鋼管を提供するものである。【解決手段】  引張強度が８００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成型した後、その鋼板の突き合わせ部を仮付け溶接等で固定した後に、サブマージアーク溶接によりシーム溶接して製造するＵＯＥ鋼管において、溶接金属の化学成分を規定することにより、強度と低温靱性に優れたシーム溶接金属を有する高強度ＵＯＥ鋼管を得ることができる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張強度が８００〜１１００ＭＰａの母材と、引張強度が８５０〜１１００ＭＰａのシーム溶接金属部からなるＵＯＥ鋼管において、
前記溶接金属が、質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．０９％、
Ｓｉ：０．０８〜０．５％、
Ｍｎ：１．４〜２．３％、
Ｐ：０．０１％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎｉ：１．３〜３．３％、
Ｃｒ：０．４〜１．３％、
Ｍｏ：０．５〜２．５％、
Ｃｒ及びＭｏの合計量：１〜２．５％、
Ｔｉ：０．００４〜０．０２％、
Ｏ：０．０１６〜０．０３５％
を含有し、
Ｎｂ：０．０１％未満に制限し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつ下記（１）式で定義されるＰｃｗ値が０．４５〜０．８を満足する成分組成であり、さらに、溶接組織がベイナイト組織であることを特徴とするのシーム溶接金属の低温靱性に優れた高強度ＵＯＥ鋼管。
Ｐｃｗ＝Ｃ＋０．０９×Ｓｉ＋０．０８×Ｍｎ＋０．０６×Ｎｉ＋０．１１×Ｃｒ＋０．０１４×Ｍｏ        （１）
ここで、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏは各元素の質量％である。
【請求項２】
前記母材中のＮｂを０．０２％以下に制限することを特徴とする請求項１記載のシーム溶接金属の低温靱性に優れた高強度ＵＯＥ鋼管。
【請求項３】
質量％で、
Ｃ：０．０４〜０．１％、
Ｎｉ：４〜６％、
Ｃｒ：１．８〜３％、
Ｍｏ：２〜３．５％、
Ｔｉ：０．０２〜０．０４％
を含有し、
Ｎｂ：０．０３％以下に制限し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる溶接ワイヤを用いてサブマージアーク溶接により前記溶接金属を形成したことを特徴とする、請求項１または２記載のシーム溶接金属の低温靱性に優れた高強度ＵＯＥ鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、８００ＭＰａ以上の引張強度を有する低温靭性に優れた高強度ラインパイプに関するものであり、主として天然ガスや石油の輸送に使用されるラインパイプ用のＵＯＥ（またはＵＯともいうことがある）鋼管に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、原油・天燃ガスの長距離輸送方法としてラインパイプの重要性が益々高まっている。現在、長距離輸送用の幹線ラインパイプとしては米国石油協会（ＡＰＩ）規格Ｘ６５が設計の基本になっているが、（１）高圧化による輸送効率の向上や、（２）ラインパイプの外径、肉厚、重量の低減による現地施工能率の向上のため、より高強度ラインパイプが要望されている。これまでに、Ｘ８０までのラインパイプが実用化されているが、さらに高強度のラインパイプのニーズが高まり、Ｘ１００（引張強度７６０ＭＰａ以上）超の高強度ラインパイプの要望も出始めている。
【０００３】
これらのラインパイプの製造には（１）強度と低温靭性のバランスのとれた鋼材と（２）同じく強度と低温靭性の優れた溶接部が必要となる。
【０００４】
ラインパイプ用で比較的大型サイズの鋼管は一般にＵＯＥ鋼管またはＵＯ鋼管と称され、鋼板をＵ型プレス成形後、さらにＯ型プレス成形することによって管状に成形し、その鋼板の突合せ端部を仮付け溶接した後、内面シーム溶接及び外面シーム溶接により接合することにより製造される。この際、仮付け溶接には、主としてＭＡＧ溶接やＣＯ２溶接等のガスシールドアーク溶接方法が用いられ、また、最近ではレーザ溶接方等も用いられる。通常、仮付け溶接は、管状に成形された鋼板突合せ部の外面側から溶接される。また、シーム溶接は仮付け溶接後の本溶接として、一般には溶接効率と溶接品質の両面から優れる多電極のサブマージアーク溶接（以下、ＳＡＷ溶接法ともいう。）が主として用いられる。通常、シーム溶接は、仮付溶接された鋼管シーム部の内面側から内面シーム溶接した後、鋼管シーム部の外面側から外面シーム溶接が行なわれる。
【０００５】
従来のＵＯＥ鋼管の製造方法として、例えば、特許文献１等で開示されるように鋼材中の強化元素を限定してそのミクロ組織をマルテンサイトあるいはベイナイト等の低温変態組織主体として強度と靭性を確保している。一方、この鋼材のシーム溶接時に適用する溶接材料も、鋼材と同様にその成分組成を限定してシーム溶接部の溶接金属の強度と靭性を確保しようとする。しかし、シーム溶接部は、鋼材のように圧延条件と成分により比較的強度と靭性がコントロールし易いものとは異なり、溶接したままの溶接金属の特性は、溶接時の成分偏析や熱サイクルなどにより機械的特性、特に靭性のバラツキが大きくなる傾向がある。
【０００６】
特に、８５０ＭＰａ超の引張強度を有する高強度鋼管において、シーム溶接部の引張強度を維持しつつ低温靭性も安定して確保することは容易ではない。そのため、従来から、平均値では要求される値を満足するものの、各値では低い値が発生し安定しないことも多々ある。シーム溶接部の健全性を見ると、靭性値の平均のみでなく各値も重要であることは当然である。
【０００７】
シーム溶接部でも溶接熱影響部に関しては、例えば、特許文献２にあるように、母材の合金添加量を限定して溶接熱影響部の靭性を確保できるものの、溶接金属については高強度を確保するために合金添加量ゆえの高温割れに関しては配慮しているが靭性については特段積極的に配慮していない。
【０００８】
また、特許文献３においても同様に、溶接熱影響部に対しては靭性を確保するために硬度を調整しているが、やはり溶接金属の靭性に関しては、特段積極的に配慮していない。そのため、−２０℃での靭性を確保するにとどまっている。
【０００９】
また、特許文献４では溶接金属の成分を規定しているが組織がアシキュラーフェライト主体なので強度が最大でも８００ＭＰａ代で、さらなる高強度鋼に対しては強度不足である。また、靭性も−２０℃を指標でありさらなる低温靭性が要求される場合は困難が生じる。
溶接金属に関しては例えば、特許文献５では溶接金属の成分を規定して強度と靭性を確保しているが、これは溶接後に溶接金属を含めた鋼管を高温に加熱・冷却して熱処理を行っているが、溶接ままで使用するＵＯＥ鋼管では適用できない。
【００１０】
【特許文献１】特願平１１−００２０４２号公報
【特許文献２】特開２０００−１０９９５２号公報
【特許文献３】特開平１０−３０６３４７号公報
【特許文献４】特開平９−８２４２０３号公報
【特許文献５】特開平１１−１７２３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は低温靭性の優れた溶接部を持つ、引張強度が８００〜１１００ＭＰａの鋼板を円筒状に成型した後、その鋼板の突き合わせ部を溶接により接合して製造する高強度ラインパイプ用のＵＯＥ鋼管を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、引張強度が８００〜１１００ＭＰａのＵＯＥ鋼管において、溶接金属の化学組成や機械的特性を鋭意調査解析した結果、該高強度ＵＯＥ鋼管のシーム溶接金属部として満足する強度を有し、且つ安定した低温靭性を有する溶接金属を発明するに至った。
【００１３】
本発明の要旨は、以下の通りである。
【００１４】
（１）引張強度が８００〜１１００ＭＰａの母材と、引張強度が８５０〜１１００ＭＰａのシーム溶接金属部からなるＵＯＥ鋼管において、
前記溶接金属が、質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．０９％、
Ｓｉ：０．０８〜０．５％、
Ｍｎ：１．４〜２．３％、
Ｐ：０．０１％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎｉ：１．３〜３．３％、
Ｃｒ：０．４〜１．３％、
Ｍｏ：０．５〜２．５％、
Ｃｒ及びＭｏの合計量：１〜２．５％、
Ｔｉ：０．００４〜０．０２％、
Ｏ：０．０１６〜０．０３５％
を含有し、
Ｎｂ：０．０１％未満に制限し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつ下記（１）式で定義されるＰｃｗ値が０．４５〜０．８を満足する成分組成であり、さらに、溶接組織がベイナイト組織であることを特徴とするのシーム溶接金属の低温靭性に優れた高強度ＵＯＥ鋼管。
Ｐｃｗ＝Ｃ＋０．０９×Ｓｉ＋０．０８×Ｍｎ＋０．０６×Ｎｉ＋０．１１×Ｃｒ＋０．０１４×Ｍｏ        （１）
ここで、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏは各元素の質量％である。
【００１５】
（２）前記母材中に、Ｎｂ：０．０２％以下に制限することを特徴とする前記（１）記載のシーム溶接金属の低温靭性に優れた高強度ＵＯＥ鋼管。
【００１６】
（３）質量％で、
Ｃ：０．０４〜０．１％、
Ｎｉ：４〜６％、
Ｃｒ：１．８〜３％、
Ｍｏ：２〜３．５％、
Ｔｉ：０．０２〜０．０４％
を含有し、
Ｎｂ：０．０３％以下に制限し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる溶接ワイヤを用いてサブマージアーク溶接により前記溶接金属を形成したことを特徴とする、前記（１）または（２）記載のシーム溶接金属の低温靭性に優れた高強度ＵＯＥ鋼管。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
一般に、高強度ＵＯＥ鋼は、引張強度が８００Ｍｐａ以上の高強度鋼板をＵ型プレスし、さらにＯ型プレスした突合せ端部を仮付け溶接後、管内面側及び外面側からそれぞれシーム溶接（以下、内外面シーム溶接とする。）が行なわれ接合される。シーム溶接には、通常の溶接効率及び品質の点から優れた多電極サブマージアーク溶接を用いて、管内面側及び管外面側をそれぞれ１層の溶接が行なわれる。内面シーム溶接金属が形成された後、外面シーム溶接をする際には、溶接入熱により内面シーム溶接金属は一部溶融しその周囲に熱影響部が形成される。
【００１９】
本発明者らは、高強度ＵＯＥ鋼のシーム溶接金属の靭性を低下させる原因について、母材鋼板及び溶接材料、溶接条件などを変えた実験を行い、特に溶接金属の成分組成と靭性との関係を調査検討した結果、特にＮｂ含有量が高い溶接金属の場合に靭性が低下することを見出した。
【００２０】
一般に、母材鋼板中のＮｂは、鋼板の製造時にＮｂ炭窒化物として析出し組織を微細化するとともに、析出硬化や焼き入れ性を向上させる作用を有するため、引張強度が８００ＭＰａ以上の高強度鋼板に多く用いられる。通常のシーム溶接に用いられるサブマージアーク溶接は母材鋼板の溶融量が多いため、Ｎｂ含有量の高い鋼板をシーム溶接して形成された溶接金属中のＮｂ量は高くなる傾向にある。
【００２１】
一方、シーム溶接により溶融、凝固して形成された溶接金属中のＮｂは、凝固後の冷却速度が速いためにほとんど炭窒物として析出せずに、固溶Ｎｂとして存在し溶接金属の強度向上に寄与することが知られている。このため、８００ＭＰａ以上の高強度鋼板をシーム溶接する場合に、溶接金属を母材並に向上させるために溶接時に用いる溶接材料中のＮｂ含有量を多くし、溶接金属の固溶Ｎｂによる強度向上が行なわれている。
本発明者らは、シーム溶接部の衝撃試験後の溶接金属破面を走査型電子顕微鏡により詳細観察した結果、シーム溶接金属の靭性低下の原因が、内面シーム溶接金属の熱影響部に多く存在するＮｂ炭化物が破壊の起点になって靭性を低下させることが判った。これは、外面シーム溶接時に、その入熱により高温に加熱、冷却された内面シーム溶接金属の熱影響部において、固溶していたＮｂが加熱、冷却過程でＮｂ炭化物として多く析出されたためであると考える。
【００２２】
本発明は、以上の知見を基になされたものであり、引張強度が８００ＭＰａ以上の高強度ＵＯＥ鋼管を製造する際に、母材鋼材及び溶接金属の強化元素として多く用いられていたＮｂを極力低減し、シーム溶接金属のＮｂを除く成分組成及び組織の適正化により母材と同等以上の引張強度を維持しつつ、シーム溶接金属中のＮｂ炭化物に起因する靭性低下を防止し、従来以上に低温靭性を向上させることを技術思想とする。
【００２３】
本発明において、ＵＯＥ鋼管の母材鋼板を引張強度が８００〜１１００ＭＰａとすることを前提とする。鋼板引張強度を８００ＭＰａ以上とする理由は、この鋼板強度でＵＯＥ鋼管シーム溶接金属のＮｂ炭化物起因の靭性低下が顕著となるからである。また、鋼板引張強度が１１００ＭＰａを超える場合は、溶接金属の引張強度を鋼板と同等以上の引張強度を確保するために溶接金属の靭性低下が非常に大きくなる。この引張強度レベルでは、本発明によっても溶接金属の靭性を十分に向上することができなくなるため、好ましい条件として鋼板引張強度の上限を１１００ＭＰａとした。
【００２４】
本発明は、母材鋼板の引張強度が８００〜１１００ＭＰａであるＵＯＥ鋼管のシーム溶接金属の靭性を向上するために、シーム溶接金属の組成、組織および引張強度を適正に規定する必要がある。
【００２５】
以下に本発明において規定するシーム溶接金属の成分組成について説明する。なお、以下に示される「％」は、特に説明がない限り、「質量％」を意味する。
【００２６】
本発明のシーム溶接金属の成分組成は、Ｎｂ含有量を極力少なく規制し、かつ引張強度が８００〜１１００ＭＰａの鋼板強度との強度・靭性バランスを維持するために必要な溶接金属の引張強度８５０〜１１００ＭＰａ、−３０℃での靭性１３０Ｊ以上の溶接金属特性を維持するために規定する必要がある。
【００２７】
Ｃは、溶接金属組織中のベイナイト組織の生成とベイナイト組織の強度を向上させるために有効な元素である。溶接金属の引張強度を充分に向上するために、その含有量を０．０３％以上とした。しかし、Ｃを過剰に添加すると溶接金属の硬度が高くなり過ぎて充分な靭性が得られず、また、低温割れが発生する危険性も高くなる。そのため、その含有量の上限を０．０９％とした。
【００２８】
Ｓｉは、シーム溶接時のブローホールの発生を抑制する作用を有し、この作用を充分に発揮しブローホールを充分防止するために、その含有量を０．０８％以上とした。しかし、Ｓｉを過剰に添加すると、シーム溶接金属の靭性を低下させるためその含有量の上限を０．５％とした。
【００２９】
Ｍｎは、シーム溶接金属の引張強度を確保する上で重要な元素である。溶接金属の引張強度を充分に向上するために、その含有量を１．４％以上とした。しかし、過度の添加は、溶接金属の靭性低下を招くため、その含有量の上限を２．３％とした。
【００３０】
Ｐは、シーム溶接金属において靭性等の機械的特性を低下させるため、極力低減させることが望ましい。溶接金属中の一部のＰは、シーム溶接時に母材に含有するＰの混入によってたらされる。本発明は、母材からの持込を考慮し、溶接金属の靭性低下を抑制する観点からその含有量を０．０１％以下に制限する。
【００３１】
Ｓは、Ｐと同様に溶接金属の靭性等の機械的特性を低下させるため、母材からの混入も考慮し、溶接金属の靭性低下を抑制する観点からその含有量を０．０１％以下に制限した。
【００３２】
Ｎｉは、シーム溶接金属の焼き入れ性を向上させ、溶接金属をベイナイト組織とし強度を向上させるとともに、靭性も向上させるために有効な元素である。溶接金属の強度と靭性を充分に向上させるために、その含有量を１．３％以上とした。しかし、Ｎｉを過剰に添加すると、溶接金属で高温割れを起こしやすくなるため、その含有量の上限を３．３％とした。
【００３３】
Ｃｒは、焼き入れ性を向上させ、溶接金属をベイナイト組織とし強度を向上させるために有効な元素である。溶接金属の強度を充分に向上させるためにその含有量を０．４％以上とした。しかし、Ｃｒを過剰に添加すると靭性低下を招くため、その含有量の上限を１．３％とした。
【００３４】
Ｍｏは、Ｃｒと同様に焼き入れ性を向上させ、溶接金属をベイナイト組織とし強度を向上するために必要な元素であり、この効果を十分にえるためにその含有量を０．５％以上とした。しかし、Ｍｏの過剰な添加は、溶接金属強度を必要以上に高くない、靭性を低下させるめその含有量の上限を２．５％、好ましくは２．０％とした。
【００３５】
上記のＣｒとＭｏは、同じような作用効果を生じるため、適度な強度を有するベイナイトを生成するために、これらの総量を規定する必要がある。焼き入れ性効果による強度向上と、過剰強度向上による靭性低下を制御するために、Ｃｒ及びＭｏの合計量を１〜２．５％の範囲に規定した。
【００３６】
Ｔｉは、シーム溶接時に溶接ワイヤから添加され、その一部は酸化されて、Ｔｉ酸化物として溶接金属中に存在し、その他は固溶Ｔｉとして溶接金属中に存在する。Ｔｉ酸化物は、溶接金属組織の微細化に寄与し、靭性向上作用があり、また、固溶Ｔｉは微量でも溶接金属の強度向上に寄与する。本発明では、固溶Ｔｉにより強度向上効果を十分に得るために、その含有量を０．００４％以上とした。しかし、その含有量が０．０２％を超えると、固溶Ｔｉが過剰となり、逆に靭性が低下する。溶接金属中の酸素と結合して過不足無く、Ｔｉ酸化物を生成させ、溶接金属組織を微細化させるために、Ｔｉ含有量の上限を０．０２％とした。
【００３７】
Ｏは、シーム溶接時に溶接ワイヤ及び大気から溶接金属中に混入するが、上記Ｔｉの脱酸作用により、その量は規定される。溶接金属中のＯ含有量が０．０１６％未満の場合では、溶接金属に存在するＴｉ酸化物が減少し、過剰のＴｉは固溶Ｔｉとして存在するため強度が高くなり、靭性が低下するめ、その含有量を０．０１６％以上とした。しかし、その含有量が０．０３５％を超えると、逆に、溶接金属中のＴｉ酸化物の量が多くなり、組織微細化に寄与しない粗大酸化物が形成されやすくなり、靭性が低下する。
【００３８】
Ｎｂは、上述したように、外面シーム溶接時に内面シーム溶接金属の熱影響部でＮｂ炭化物として析出し、破壊の起点になって靭性を低減するため、本発明においては極力その含有量を低減する必要がある。本発明では、内面溶接金属の熱影響部でのＮｂ炭化物の析出の抑制により靭性を充分向上させるために溶接金属中のＮｂ含有量を０．０１％未満に制限する。これ以上、含有量が高くなるとシーム溶接金属の靭性を安定して向上することができず、特に内面シーム溶接金属部の靭性が低下する。
【００３９】
また、本発明では、溶接金属の引張強度を母材強度とのバランスを考慮し、８５０〜１１００ＭＰａの引張強度を確保するとともに靭性を向上させるために、上記溶接金属の各成分組成の規定に加えて、下記の（１）式で定義されるＰｃｗ値が０．４５〜０．８を満足するように成分組成を規定する必要がある。これにより溶接金属組織を強度及び靭性に優れたベイナイト組織主体組織とすることが可能となる。
Ｐｃｗ＝Ｃ＋０．０９×Ｓｉ＋０．０８×Ｍｎ＋０．０６×Ｎｉ＋０．１１×Ｃｒ＋０．０１４×Ｍｏ        （１）
ここで、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏは各元素の質量％である。
【００４０】
図１は、シーム溶接金属のＰｃｗ値と引張強度及び靭性との関係を示す図である。
【００４１】
シーム溶接金属のＰｃｗ値が０．４５未満の場合には、溶接金属組織中のフェライト生成量が増加するため、母材強度とのバランスから必要となる８５０ＭＰａ以上の引張強度を確保できない。一方、シーム溶接金属のＰｃｗ値が０．８０を超える場合は、シーム溶接金属の引張強度が高すぎることになり、溶接金属の充分な靭性（好ましくは、−３０℃でも靭性が１３０Ｊ以上）が得られない。したがって、本発明では、溶接金属組織をベイナイト主体とし、その引張強度を８５０〜１１００ＭＰａの範囲とし、シーム溶接金属の十分な引張強度と靭性を確保するために、上記（１）で定義されるＰｃｗ値を０．４５〜０．８の範囲になるように溶接金属の成分組成を規定した。
【００４２】
また、本発明のシーム溶接金属組織は、強度と靭性に優れたベイナイト組織主体とする必要がある。溶接金属組織がフェライト組織主体となると、溶接金属の強度が低下し、８５０ＭＰａ以上の引張強度を確保できない。また、溶接金属組織がマルテンサイト組織主体となると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靭性が低下し、溶接金属の好ましい靭性（−３０℃でも靭性が１３０Ｊ以上）が得られない。
【００４３】
シーム溶接金属をベイナイト主体組織とするためには、シーム溶接金属の成分組成を上記規定範囲内になるように調整することで可能となる。
以上のようにシーム溶接金属中のＮｂ含有量を極力少なく規制しつつその他の成分組成を調整し、ベイナイト主体組織とすることにより、引張強度が８５０〜１１００ＭＰａで、かつ−３０℃での靭性が１３０Ｊ以上である強度及び靭性に優れた溶接金属を得ることが可能となる。
【００４４】
シーム溶接中のＮｂ含有量を上記のように極力低減する方法は、母材鋼板またはシーム溶接時に使用する溶接材料中のＮｂ含有量を制限することにより行なわれる。
【００４５】
シーム溶接時に使用する溶接材料中のＮｂ含有量が不可避的不純物量である場合には、溶接金属中のＮｂ含有量は母材鋼材中のＮｂ含有量と溶接入熱に影響される母材鋼材成分の溶込量により決まる。そのため、シーム溶接時の入熱量を小さくするか、母材鋼板の溶け混みを浅くする条件で溶接することにより母材からのＮｂ混入量を少なくするのが好ましい。
【００４６】
本発明において、シーム溶接時の溶接材料の成分組成および溶接条件を必要以上に制限せずに溶接金属中のＮｂ含有量を極力低減するために、引張強度が８００〜１１００ＭＰａの母材鋼板中に含有するＮｂ含有量を０．０２％以下に制限することが好ましい。母材鋼板中に含有するＮｂは、シーム溶接時に鋼板が一部溶融する際に溶接金属中に混入するが、そのＮｂは一部酸化されることにより消費され、スラグとして溶接金属外に排出される。本発明では、シーム溶接時の母材溶込割合と酸化割合に影響される溶接金属中のＮｂ歩留を考慮し、上記好ましいＮｂ含有量の上限を０．０２％とした。
【００４７】
シーム溶接として、通常用いられるサブマージアーク溶接を行なう場合は、溶接材料は、溶接ワイヤとフラックスを使用するが、このうち、溶接金属の成分組成は溶接ワイヤの成分組成により決まる。
【００４８】
この際の溶接ワイヤの成分組成は、本発明で規定した溶接金属の成分組成及び組織が得られように、母材鋼板の成分組成、シーム溶接時の溶接入熱、溶け込み量の条件に応じてワイヤ成分を調整することで可能であり、特に限定する必要はない。なお、通常のシーム溶接では溶接効率及び品質面で優れる多電極ワイヤを用いる多電極サブマージ溶接を用いるため、各電極の電流比や溶接条件を考慮して溶接ワイヤの成分組成を調整することが好ましい。
【００４９】
ただし、上述した本発明の溶接金属の強度及び靭性の機械的特性を安定して確保するためには、シーム溶接時の母材鋼板成分の溶込や酸化による溶接金属中の成分歩留を考慮し、溶接ワイヤ中の成分組成のうち、以下の成分を規定することがより好ましい。
【００５０】
溶接ワイヤ中のＣ含有量は、上述した溶接金属のＣ含有量の範囲：０．０３〜０．０９％を安定して得るために、シーム溶接時の母材鋼板中Ｃの溶込による希釈を考慮して、その含有量を０．０４〜０．１％に限定するのが好ましい。
【００５１】
溶接ワイヤ中のＮｉ含有量は、鋼板中のＮｉ含有量を過度に高くすることを避けるために、シーム溶接時の母材鋼板中Ｃの溶込による希釈を考慮して、その含有量の下限を４．０％とするのが好ましい。一方、溶接ワイヤ中のＮｉ含有量が６％を超えると、溶接金属中のＮｉ量が過剰となり高温割れ等の欠陥を生じるようなるため、その上限を６％とするのが好ましい。
【００５２】
溶接ワイヤ中のＣｒも、Ｎｉと同様に、溶接ワイヤから主に溶接金属中に添加することにより上述の溶接金属中Ｃｒ含有量の範囲とすることが好ましい。そのため、溶接ワイヤ中のＣｒ含有量の下限を１．８％とするのが好ましい。一方、溶接ワイヤ中のＣｒ含有量が３％を超えると、上述の溶接金属中Ｃｒ含有量の上限を超えて靭性が低下するようになるため、その含有量の上限を３％とするのが好ましい。
【００５３】
溶接ワイヤ中のＭｏも、ＮｉやＣｒと同様に、溶接ワイヤから主に溶接金属中に添加することにより上述の溶接金属中Ｍｏ含有量の範囲とすることが好ましい。そのため、溶接ワイヤ中のＭｏ含有量の下限を２％とするのが好ましい。一方、溶接ワイヤ中のＣｒ含有量が３．５％を超えると、上述の溶接金属中Ｍｏ含有量の上限を超えて靭性が低下するようになるため、その含有量の上限を３．５％とするのが好ましい。
溶接ワイヤ中のＴｉは、溶接時の酸化消耗による溶接金属中のＴｉ歩留量を考慮し、上述の溶接金属中Ｔｉ含有量を安定して得るために、その含有量を０．０２〜０．０４％とするのが好ましい。
【００５４】
溶接ワイヤ中のＮｂは、上述の溶接金属中のＮｂ含有量とするために極力低減するのが好ましい。母材鋼板中のＮｂは組織制御のためにある程度添加される場合があること、溶接時の酸化消耗による溶接金属中のＮｂ歩留量を考慮し、溶接ワイヤ中のＮｂ含有量の上限を０．０３％以下とすることが好ましい。これにより、母材鋼材中のＮｂ含有量を過度に制限せずに、上述の溶接金属中のＮｂ量：０．０１％未満にすることができる。
【実施例】
【００５５】
次に、以下の実施例により本発明の効果を説明する。
【００５６】
表２に示す引張強度が及び成分組成を有する鋼板を管状にＵＯプレス成形し、ＭＡＧ溶接により仮付け溶接を行った後、シーム溶接は、３電極のサブマージアーク溶接を用いて行い、表１示す成分組成を有する溶接ワイヤを表３に示すように組み合せて、表３に示す２．０〜３．２ｋＪ／ｍｍの入熱条件で溶接することによって表３に示す成分組成を有するシーム溶接金属を形成した。表４に溶接金属の特性を示した。
【００５７】
なお、サブマージ溶接用フラックスとしては溶融型フラックスを用いた。
【００５８】
シーム溶接後、全長１２ｍｍのシーム溶接部についてＸ線による非破壊検査を実施し、欠陥の有無を判定した。
【００５９】
また、シーム溶接部の機械試験として、外面溶接金属の引張試験と衝撃試験を行った。
【００６０】
衝撃試験片は、図２（ａ）に示すように、鋼管外表面から板厚方向に板厚の１／２にある内面シーム溶接金属２と外面シーム溶接金属３との会合部にノッチ４を入れた衝撃試験片１（以後、板厚１／２会合部と記す）と、図２（ｂ）に示すように、内面シーム溶接金属２の中央部（以後、内面溶接金属と記す）にノッチ４を入れた衝撃試験片１との２種類を作成した。会合部取りは１０ｍｍのフルサイズの衝撃試験片を、内面溶接金属は５ｍｍのサブサイズの衝撃試験片を用いた。衝撃試験は、試験温度を−３０℃とし、６本採取した衝撃試験片について繰り返し行い、平均値を求めた。
【００６１】
表２中の鋼板ＥおよびＦは、鋼板中のＮｂ添加量が本発明のより好ましい範囲０．０２％以下を満足する低Ｎｂ鋼板であり、鋼板Ａ〜Ｄは、発明のより好ましい範囲から外れた鋼板である。また、表１中の溶接ワイヤｅ〜ｇは、本発明のより好ましい成分範囲の溶接ワイヤであり、溶接ワイヤａ〜ｄは、これから外れた溶接ワイヤである。
【００６２】
表３にシーム溶接金属の化学組成及び引張強度、表４にシーム溶接部の引張強度、靭性および溶接性の評価結果を示す。
【００６３】
発明例１〜６は、シーム溶接金属の各成分及びＰｃｗ値が本発明で規定する範囲内にあるため、溶接金属の引張強度が８８０ＭＰａ以上の高強度を維持しつつ、板厚１／２会合部における３０℃での靭性は平均１３６Ｊ以上、内面溶接金属における３０℃での靭性は平均５３Ｊ以上という優れた低温靭性を得ることができた。また、シーム靭性値を見てもシーム溶接部の溶接線で６本採取した試験片でばらつきが少なく安定していて高い靭性が得られた。
【００６４】
これらの発明例の中で、発明例５及び６は、母材鋼板の成分組成が本発明のより好ましいＮｂ含有量に制限したため、シーム溶接時に母材からのＮｂ量の溶込量が少なく、溶接金属の靭性値はより安定して改善できた。
【００６５】
一方、比較例１〜１０は、シーム溶接金属の各成分及びＰｃｗ値が本発明で規定する範囲から外れた実施例である。その結果、溶接金属の引張強度、板厚１／２会合部における３０℃での靭性、内面溶接金属における３０℃での靭性の何れかが本発明例に比べて低い結果であった。
【００６６】
比較例１は、溶接金属のＮｂ含有量が本発明の規定範囲から高く外れているため、板厚１／２会合部及び内面溶接金属の何れも３０℃での靭性の平均値は低く、また、６本の試験片の各値にばらつきが大きく非常に低い靭性値が測定された。
【００６７】
比較例２は、溶接金属のＳｉ、Ｐ、Ｓ及びＮｂの各含有量、ＣｒとＭｏの含有量の合計、Ｐｃｗ値がそれぞれ本発明で規定する範囲を高く外れている。その結果、シーム溶接金属の引張強度が高くなりすぎ、板厚１／２会合部及び内面溶接金属の何れも３０℃での靭性の平均値は低く、また、６本の試験片の各値にばらつきが大きく非常に低い靭性値が測定された。
【００６８】
比較例３は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＮｂの各含有量、ＣｒとＭｏの含有量の合計、Ｐｃｗ値がそれぞれ本発明で規定する範囲を高く外れている。その結果、シーム溶接金属の引張強度が高くなりすぎ、板厚１／２会合部及び内面溶接金属の何れも３０℃での靭性の平均値は低く、また、６本の試験片の各値にばらつきが大きく非常に低い靭性値が測定された。また、溶接金属中のＮｉ量が多いために、高温割れが発生した。
【００６９】
比較例４は、シーム溶接金属のＣ、Ｐ、Ｓ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＮｂの各含有量、ＣｒとＭｏの含有量の合計、Ｐｃｗ値がそれぞれ本発明で規定する範囲を高く外れ、Ｔｉ及びＯの各含有量が本発明で規定する範囲を低く外れている。その結果、シーム溶接金属の引張強度が高くなりすぎ、板厚１／２会合部及び内面溶接金属の何れも３０℃での靭性の平均値は低く、また、６本の試験片の各値にばらつきが大きく非常に低い靭性値が測定された。また、溶接金属中のＮｉ量が多いために、高温割れが発生した。
【００７０】
比較例５は、シーム溶接金属のＣｒ及びＮｂの各含有量、ＣｒとＭｏの含有量の合計、Ｐｃｗ値がそれぞれ本発明で規定する範囲を高く外れている。その結果、シーム溶接金属の引張強度が高くなりすぎ、板厚１／２会合部及び内面溶接金属の何れも３０℃での靭性の平均値は低く、また、６本の試験片の各値にばらつきが大きく非常に低い靭性値が測定された。
【００７１】
比較例６は、シーム溶接金属のＮｂ及びＴｉの各含有量がそれぞれ本発明で規定する範囲を高く外れ、Ｎｉ含有量及びＰｃｗ値が本発明で規定する範囲を低く外れている。その結果、シーム溶接金属の引張強度が低く、板厚１／２会合部及び内面溶接金属の何れも３０℃での靭性の平均値は低く、また、６本の試験片の各値にばらつきが大きく非常に低い靭性値が測定された。
【００７２】
比較例７は、シーム溶接金属のＣ、Ｎｉ及びＣｒの各含有量、Ｐｃｗ値がそれぞれ本発明で規定する範囲を低く外れ、Ｎｂ含有量が本発明で規定する範囲を高く外れている。その結果、シーム溶接金属の引張強度が低なり、板厚１／２会合部及び内面溶接金属の何れも３０℃での靭性の平均値は低く、また、６本の試験片の各値にばらつきが大きく低い靭性値が測定された。
【００７３】
比較例８は、シーム溶接金属のＳｉ、Ｍｎ、ＭｏおよびＯの各含有量、Ｐｃｗ値ががそれぞれ本発明で規定する範囲を低く外れ、Ｎｂ含有量が本発明で規定する範囲を高く外れている。その結果、シーム溶接金属の引張強度が低く、この引張強度が低い理由で、板厚１／２会合部及び内面溶接金属の何れも３０℃での靭性の平均値は高い値が得られたが、Ｎｂ含有量が高いため、６本の試験片の各値にばらつきが大きく非常に低い靭性値が測定された。また、Ｓｉ量が低いことに起因してシーム溶接部のＸ線非破壊検査でブローホールが観察された。
【００７４】
比較例９は、シーム溶接金属のＮｉ及びＯの各含有量が本発明で規定する範囲を高く外れ、Ｔｉ含有量が本発明で規定する範囲を低く外れている。その結果、シーム溶接金属の引張強度が高くなりすぎ、溶接金属中の酸化物が多くことにより板厚１／２会合部及び内面溶接金属の何れも３０℃での靭性の平均値が低く、６本の試験片の各値にばらつきが大きく非常に低い靭性値が測定された。
【００７５】
比較例１０は、シーム溶接金属のＣｒとＭｏ含有量の合計値、Ｐｃｗ値がそれぞれ本発明で規定する範囲を高く外れている。その結果、シーム溶接金属の引張強度が高くなりすぎ、溶接金属中の酸化物が多くことにより板厚１／２会合部及び内面溶接金属の何れも３０℃での靭性の平均値が低く、６本の試験片の各値にばらつきが大きく非常に低い靭性値が測定された。
【００７６】
なお、図２〜５には、表４に示した発明例１〜６及び比較例１〜１０について６本の試験片の衝撃試験による板厚１／２会合部及び内面溶接金属の３０℃での靭性の測定値を示す。これらの発明例１〜６と比較例１〜９と比較しても、本発明例は、板厚１／２会合部及び内面溶接金属の何れも３０℃での靭性の平均値が高く、かつ６本の試験片の各値のばらつきが小さく、安定して低温靭性に優れたシーム溶接金属が得られることは明らかである。
【００７７】
【表１】
2005272900.tif 000002
【００７８】
【表２】
2005272900.tif 000003
【００７９】
【表３】
2005272900.tif 000004
【００８０】
【表４】
2005272900.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明により、低温靭性が安定して得られるシーム溶接部を持つ高強度ＵＯ鋼管を容易に製造することができ、産業上貢献するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】Ｐｃｗと溶接金属の引張強度および靭性の関係を示す図である。
【図２】溶接部衝撃試験のノッチ位置を示す図である。
【図３】本発明実施例の板厚１／２会合部の靭性を示す図である。
【図４】本発明実施例の内面溶接金属の靭性を示す図である。
【図５】比較例の板厚１／２会合部の靭性を示す図である。
【図６】比較例の内面溶接金属の靭性を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  衝撃試験片
２  内面シーム溶接金属
３  外面シーム溶接金属
４  ノッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005272900.tif 000008
【図４】
2005272900.tif 000009
【図５】
2005272900.tif 000010
【図６】
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