(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚0.3mm 以下の鋼板の表面に絶縁被膜を形成してなる被膜鋼板の積層体を絶縁ケース内に格納してなる溶接管製造用インピーダにおいて、前記鋼板が、質量％で、Cr：1.5 〜20％、Si：2.5 〜10％、Ｃ，Ｎの２種：合計100ppm以下を含有し、さらに、Al，Mn，Ｐの１種または２種以上をAlについては５％以下、Mn，Ｐについてはそれぞれ１％以下含有し、残部Feおよび不可避的不純物になる組成を有することを特徴とする溶接管製造用インピーダ。
【請求項２】
前記鋼板が比抵抗60μΩ・cm以上を有することを特徴とする請求項１記載のインピーダ。
【請求項３】
前記積層体が前記被膜鋼板を直接重ね合わせて積層されてなる請求項１または２に記載のインピーダ。
【請求項４】
前記積層体が絶縁ケース内に充填率３％以上で格納されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインピーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接管製造用インピーダに関し、詳しくは、帯状のスケルプを溶接部となるスケルプエッジが直線状またはスパイラル状をなすよう連続して管状に成形し、成形後のスケルプエッジを高周波誘導溶接法あるいは高周波抵抗溶接法により加熱・溶接する際に、溶接熱効率を向上させるために管内に装入使用される溶接管製造用インピーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接造管工程、例えば高周波誘導溶接造管工程では、図７（ａ）に示すように、帯状から管状に成形されたスケルプ１が、ワークコイル２に電流を流すことにより発生する誘導電流により加熱され、溶接ロール３で加圧され、対向する両スケルプエッジで形成させたＶ収束点（溶接点）のところで溶接される。
【０００３】
溶接熱効率を向上させる目的で管内に装入して使用されるインピーダは、絶縁材料のケース４および磁性材料のコア５からなり、マンドレル６につなぎこまれている。コア５は、溶接中、その性能を維持するために、マンドレル６から供給される冷却水によって冷却されている。インピーダ使用の目的は、ワークコイル２に流れる高周波電流でコア５を励磁して管内面側への誘導電流の回り込みを抑制することにより、溶接電流をスケルプエッジ経由で溶接点に集中させて溶接熱効率を向上させることにある。
【０００４】
したがって、インピーダのコアとしては、第１に透磁率が高く飽和磁束密度が高い、第２に使用時の発熱を防ぐため、比抵抗が大きく鉄損は小さくかつ冷却しやすい形状に加工できる、第３に使用時発熱により温度が上昇しても磁気特性の変化が小さく、キュリー温度が高いといった性能を備えたものが要求される。
従来、コアとしては、図７（ｂ）に示すようにフェライト粉末50を焼結した酸化物磁性材料であるフェライトコア５Ａが多く使用されている。なお、51はバインダである。
【０００５】
しかし、高周波溶接の場合、溶接電流が高いため、特に造管寸法が小径になるとフェライトコアの断面積も小さくなり、強い磁場に対し磁束密度が飽和に達しやすく溶接熱効率が低下する。さらに、フェライトコアは使用中鉄損により発熱すると、飽和磁束密度の低下が大きいという欠点をもっている。また、硬くて脆いので使用中割れやすいという欠点もある。
【０００６】
これらの欠点のために、フェライトコアを用いたインピーダは、管溶接での溶接熱効率を十分なレベルに高めることができず、かつ短寿命であるという問題がある。
これらの欠点を補うものとして、飽和磁束密度の高い珪素鋼などの金属磁性材料を、図８（ａ）に示すように薄肉狭幅の板71に加工し、絶縁接着剤72にて層状に貼り合わせて金属磁性材料積層体７とし、これを図８（ｂ）に示すように複数個、絶縁ケース４に格納してコアを形成したインピーダが知られている。
【０００７】
さらに、インピーダの発熱を抑える観点からは、極細径金属磁性線材を積層集束させるという技術（特公平７−14557 号公報）や、厚さ0.1mm 以下の極薄金属磁性材料を絶縁材により断面積50mm2 以下に積層した積層体をコアとして用いる技術（特公昭61−31959 号公報）が公知である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術は、いずれもある程度の溶接効率を確保しつつ、発熱量を減少させることに主眼をおくものである。
しかし、近年の鋼管の需要増加に伴い、鋼管の生産性をさらに高めることが急務となってきており、そのためには造管速度を上げる必要があるが、上記従来のインピーダでは、造管速度を上げた場合、溶接点に電流を十分に集中させることができない。高速造管を可能にするためには、高周波電源容量を大きくするという方法もあるが、この方法では、製造コストが高くなるばかりか、エネルギーを浪費してしまうことになる。
【０００９】
また、溶接管の製管サイズは多種あり、製管サイズ毎にインピーダの適合サイズが異なるので、製管サイズ変更に応じてそれに適合したサイズのインピーダに交換し、交換したものは次の使用チャンスまで保管するが、この保管時に絶縁ケース内に残った冷却水によりコアをなす磁性金属が腐食され、インピーダが再使用に耐えなくなることが少なくない。
【００１０】
上記のような従来技術の問題に鑑み、本発明は、溶接効率を飛躍的に向上させることができ、しかも寿命が長く、耐食性にも優れる溶接管製造用インピーダおよび溶接管の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、積層鋼板の集合体をコアとするインピーダの耐食性、溶接効率、寿命を向上させる手段について鋭意実験・研究した。その結果、鋼板のCr量（含有量の意、以下同じ）を1.5 ％以上とすると、例えば図２に示すように、コアの耐食性が格段に向上して繰り返し使用が可能となることを発見した。
【００１２】
さらに、鋼板のCr量を1.5 ％以上、Si量を2.5 ％以上、（Ｃ＋Ｎ）量を100ppm以下とすると、例えば図３に示すように、溶接の効率（造管速度で評価）が飛躍的に向上するという知見を得た。
さらに、鋼板の比抵抗を60μΩ・cm以上にすると、コアの誘導電流が効果的に低減し、ジュール熱発生量が減少して熱による劣化の進行が遅くなる結果、例えば図４に示すように、長時間の寿命を呈するようになることが明らかとなった。
【００１３】
また、従来、鋼板を積層する際にエポキシ系樹脂等からなる接着剤が使用されているが、これら接着剤は、耐食性を劣化させるだけでなく、鋼板の発熱を助長して寿命を低下させるという知見を得た。
本発明は、これらの知見に基づきさらに検討を重ねて完成されたものであり、その要旨は以下の通りである。
【００１４】
（１）板厚0.3mm 以下の鋼板の表面に絶縁被膜を形成してなる被膜鋼板の積層体を絶縁ケース内に格納してなる溶接管製造用インピーダにおいて、前記鋼板が、質量％で、Cr：1.5 〜20％、Si：2.5 〜10％、Ｃ，Ｎの２種：合計100ppm以下を含有し、さらに、Al,Mn,Ｐの１種または２種以上をAlについては５％以下、Mn，Ｐについてはそれぞれ１％以下含有し、残部Feおよび不可避的不純物になる組成を有することを特徴とする溶接管製造用インピーダ。
【００１５】
（２）前記鋼板が比抵抗60μΩ・cm以上を有することを特徴とする（１）記載のインピーダ。
（３）前記積層体が前記被膜鋼板を直接重ね合わせて積層されてなる（１）または（２）に記載のインピーダ。
（４）前記積層体が絶縁ケース内に充填率３％以上で格納されたことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のインピーダ。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のインピーダの構造例を示す断面図である。図１において、10は被膜鋼板８を積層してなる積層体であり、この積層体10が絶縁ケース４内に複数個格納されてコアを形成する。積層体10は、図示のようにロッド９の回りにほぼ均等に配置するのが好ましい。配置形態は放射状（図１（ａ））、平行状（図１（ｂ））のいずれでもよい。
【００１７】
本発明では、鋼板（被膜鋼板の被膜を除いた部分）の組成を上記のように限定するが、その理由を以下に述べる。なお、組成に係る％は質量％、ppm は質量ppm である。
Cr：1.5 〜20％
Crは耐食性および靱性を向上させる元素であり、その効果はCr量1.5 ％以上で現れること、またCr量を20％を超えて増量してもその効果は飽和することから1.5 〜20％とした。
【００１８】
Si：2.5 〜10％、
Siは電磁特性を向上させる元素であり、本発明ではSi量2.5 ％以上で溶接効率が顕著に向上する（図３）。一方、Si量10％超では、硬過ぎて圧延困難となり鋼板製造コストが高くなる。
Ｃ，Ｎの２種：合計100ppm以下
Ｃ，Ｎは、Cr、Siと結合して炭化物、窒化物を形成し、Crの耐食性向上効果やSiの電磁特性向上効果を低減させる。この負の作用は（Ｃ＋Ｎ）量100ppm超で顕著になる。なお、下限は特に限定されない。
【００１９】
Al,Mn,Ｐの１種または２種以上：Alについては５％以下、Mn，Ｐについては各々１％以下
Alは電磁特性を向上させる元素であり、0.005 ％以上の含有が好ましい。しかし、Al量５％超では、鋼の靱性が悪くなるので、Al量５％以下とする。
Mn，Ｐは電磁特性の向上に寄与する元素であり、必要に応じて含有させるが、各含有量１％超ではコストが上昇するため１％を上限とする。
【００２０】
上記以外の残部はFeおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物のうち、Ｏは靱性確保の観点から50ppm 以下、Ｓも靱性確保の観点から20ppm 以下に低減するのが好ましい。
本発明では、上記した鋼板の組成要件に加え、鋼板の比抵抗60μΩ・cm以上を要件とする。比抵抗が60μΩ・cm未満では使用時のジュール熱発生量が大きくて寿命が短いが、比抵抗が60μΩ・cmから80μΩ・cmに増加するに伴い寿命が急激に延び、比抵抗80μΩ・cm超えで寿命が高位で安定する（図４）。よって、比抵抗は寿命の延びが顕著になる60μΩ・cm以上の範囲とする。より好ましくは寿命が高位で安定する比抵抗80μΩ・cm以上の範囲である。また、比抵抗に上限を設ける必要はとくにない。
【００２１】
また、鋼板の板厚が0.3mm を超えると溶接効率向上効果が低減するため、鋼板の板厚は0.3mm 以下に制限される。
また、積層体内の鋼板間に十分な絶縁性を持たせるために、積層される鋼板の表面に、好ましくは800 ℃以上での耐熱性を有する、絶縁材料をコーティングして、絶縁被膜を形成してなる被膜鋼板を積層する。絶縁被膜の厚さが薄すぎると、積層体内の鋼板間の絶縁が不十分となってコアが短命化する。
【００２２】
絶縁材料としては、無機系のもの（リン酸マグネシウム、アルミナ、カルシウムなど）が好ましく用いうる。有機系のもの（エポキシ樹脂、アクリル、メタクリンなど）は、耐食性を劣化させたり発熱を助長したりするものがあるので、その使用には注意を要する。
また、板を積層する際、通常は板間にエポキシ系樹脂等からなる接着剤を適用して積層体の形状を固定することが行われるが、前記したようにこの固定方法は好ましくない。そこで、本発明では、前記被膜鋼板を、板間に接着剤を適用せずに、直接重ね合わせて積層することが好ましい。その場合、積層体の形状固定方法は、例えば図５に示すように、被膜鋼板８を直接重ね合わせて形成した積層体10の端部を糸、テープ等の結束子11で結束する方法が好ましい。結束子の材質は、絶縁性、耐熱性に優れたもの（例えば、セラミックス、耐熱性の樹脂など）が望ましい。
【００２３】
また、積層体を絶縁ケース内に格納するときの充填率（定義：絶縁ケース内スペース断面積に対するコア断面積の比率）は、３％以上とするのがよい。充填率が３％に満たないと、溶接効率の向上が期待できない。なお、充填率が高いほど溶接効率は向上するが、より好ましくは充填率70％以上である。
なお、（１）または（２）記載の本発明インピーダを用いて溶接管を製造する際には、例えば図６に示すように、製造される管20の断面寸法に応じて、インピーダ内の積層体10の全部が、管内面との最短距離300mm 以下の点全体からなる管内領域内に収まる構造を有するインピーダを用いることが好ましい。これにより、さらなる溶接効率の向上が期待できる。
【００２４】
【実施例】
0.07％Ｃ−0.1 ％Si−0.6 ％Mn鋼からなる厚さ5.0mm のスケルプを、高周波誘導溶接法（周波数70kHz 、出力700kW ）により電縫溶接し、表１に示す管外径の溶接管を製造する際に、表１に示す仕様になるインピーダを管内に装入して絶縁ケース内に冷却水を通流しながら電縫溶接を行い、造管速度（溶接効率に比例）、およびインピーダの反復使用回数と寿命を調査した。
【００２５】
【表１】
0004491889.tif 000002
【００２６】
表１より、本発明の実施例では、造管速度、反復耐用回数、寿命の３項目ともすべて良好である。一方、比較例では、これら３項目の１つ以上、とくに反復耐用回数と寿命の点で実施例よりも劣っている。
【００２７】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、溶接管の製造においてインピーダが格段に長寿命化し、繰り返し使用可能回数が増大し、溶接効率が飛躍的に向上するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインピーダの構造例を示す断面図である。
【図２】インピーダの繰り返し使用可能な回数とインピーダコア内鋼板のCr量との関係を示すグラフである。
【図３】インピーダ使用下での造管速度とインピーダコア内鋼板のSi量との関係を示すグラフである。
【図４】インピーダの寿命とインピーダコア内鋼板の比抵抗との関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係る積層体の好ましい形状固定方法を示す説明図である。
【図６】本発明（３）の骨子説明図である。
【図７】（ａ）はインピーダを使用する高周波誘導溶接造管工程を示す模式図、（ｂ）は従来のフェライトコアを示す（ａ）のＡＡ断面図である。
【図８】（ａ）は従来の金属磁性材料積層体を示す模式図、（ｂ）は従来の金属材料積層体コアを示す図４（ａ）のＡＡ断面図である。
【符号の説明】
１  スケルプ
２  ワークコイル
３  溶接ロール
４  ケース（絶縁ケース）
５  コア
５Ａ  フェライトコア
６  マンドレル
７  金属磁性材料積層体
８  被膜鋼板
９  ロッド
10  積層体
11  結束子（糸、テープ等）
20  管
21  円
71  板
72  絶縁接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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