(57)【要約】【課題】電縫管を製造するに際して、電縫溶接前の板（帯材）の端部にテーパ形状を適切に付与することによって、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】フィンパス成形により板端部にテーパ形状を付与した後に、板垂直端面の突き合わせ角度を±１°以内にして電縫溶接する。【選択図】図１
2007330983.tif 000002
【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、フィンパス成形により板端部にテーパ形状を付与した後に、板端部の垂直面の突き合わせ角度を±１°以内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）の端部にテーパ形状を適切に付与することによって、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、フィンパス成形により板端部にテーパ形状を付与した後に、板端部の垂直面の突き合わせ角度を±１°以内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】
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い場合があり、さらに詳細な検討が必要であった。
【００１５】
そこで、本発明者らは、電縫溶接前の板端部に所望のテーパ形状を適切に付与する方法について鋭意検討し、その結果、電縫溶接前の板の端部にテーパ形状を適切に付与する所望のテーパ形状を得るために、フィンパス成形を活用することにした。フィンパス成形では、フィンパスロールに板の円周方向全周が充満しなくとも、板がロールに装入される際に、板端部がフィンに強圧されて、板端部がフィンに充分に密着することを把握したからである。すなわち、板がフィンパスロールに装入される場合、フィンに接触した板端部およびそのほぼ１８０°反対側に位置する板底の部分（板中央部）とが梁撓みの状態となって、断面を円弧形状に曲げようとする板の反力が大きく作用し、たとえ帯材がフィンパスロールに充満しなくとも板端部には円周方向に大きな圧縮力が作用し、その結果、板端部はフィンに強圧されてフィンの形状がそのまま板端部に転写されることを把握した。
【００１６】
そして、本発明者らは板端部がフィンに強圧されることに着目して、この現象を積極的に活用する手段を検討し、その結果、フィンに２段階以上のテーパを付与することにした。こうしておけば、フィンパス成形でのアプセット量が小さくとも板端部にはテーパ形状を適切に付与できて、板端部に所望とするテーパ形状を充分付与できるわけである。
【００１７】
その際、管の内面側になる側の板端部か管の外面側になる側の板端部のいずれか片側にテーパ形状を付与する場合は、フィン形状を２段階とすればよい。
【００１８】
また、管の内面側になる側の板端部と管の外面側になる側の板端部の両方に同時にテーパ形状を付与する場合は、３段階の角度を有するフィン形状とすればよい。ただし、これらのフィンのいずれかの角度がフィンパスロールの垂直方向より大きな角度になると、板端部がフィンにより削り取られて、「ひげ」と称する余肉材が発生することがあり、フィンパス成形時に傷を発生させるとともに、電縫溶接のスパークの原因となるので、フィンの角度は垂直方向以下にしておくとよい。
【００１９】
なお、可能であれば、フィンパス成形の最終スタンドで、上記の板端部の片側もしくは両側にテーパ形状を付与すると、その直後に電縫溶接が行われるため、良好なテーパ形状を保持したまま電縫溶接が可能である。ただし、フィンパス成形の開始スタンドや途中スタンドでテーパ形状を付与した場合でも、一旦テーパ形状が付与された板端面は強圧によって著しく加工硬化するため、その後のフィンパス成形ではテーパ形状は比較的潰れにくくなっており、フィンパス成形後もテーパ形状を付与した状態が保持できる。
【００２０】
また、２スタンド以上のフィンパス成形が可能である場合は、１つのスタンドのフィンに２段階のテーパを付与して一方の板端部（例えば、管の外面側）にテーパ形状を付与し、別のスタンドのフィンに前記と異なる形状の２段階のテーパを付与して他方の板端部（例えば、管の外面側）にテーパ形状を付与するとよい。１つのスタンドで板端部の一方の側にテーパ形状を付与すると、その部分は強圧によって著しく加工硬化するため、さらに別のスタンドで他方の板端部にテーパ形状を付与しても、前段スタンドで付与したテーパ形状は比較的潰れにくく、フィンパス成形後の板端部には管内面側および管外面側とも所望のテーパ形状を付与することができる。
【００２１】
ただし、上記のようにして電縫溶接前の板端部にテーパ形状を付与した場合でも、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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端面に形成される。その後、板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、板端部にテーパ形状を付与するのみでは、溶接後の靭性または強度を充分に向上できない場合が生じていた。
【００２４】
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、電縫溶接における板の幅方向両端部同士の突き合わせ角度（板幅方向両端部の垂直面同士の角度）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、テーパ形状が付与されていない垂直面同士の突き合わせ角度も大きく影響することを見出した。
【００２５】
電縫溶接において、板端部の垂直面（板垂直端面）の突き合わせ角度が変わると、溶鋼の排出状態が異なってくる。すなわち、管外面側に開くように突き合わせ角度が設定されると、テーパ形状を付与した板端面は、管内面側が優先的に加熱されて先に溶鋼が発生し、その溶鋼が電縫溶接中の板端面の突き合わせとともに、管外面側に押し出されてくる。また、管内面側に開くように突き合わせ角度が設定されると、テーパ形状を付与した板端面は、管外面側が優先的に加熱されて先に溶鋼が発生し、その溶鋼が電縫溶接中に板端面の突き合わせとともに、管内面側に押し出されてくる。
【００２６】
この際、例えば、管外面側に開くような突き合わせ角度を正、管内面側に開くような突き合わせ角度を負とすると、突き合わせ角度が±１°を超えて大きい場合には、一方の側の板端面が優先的に溶融して反対側の板端面に流れる溶鋼の量が著しく多くなるため、突き合わせが完了するまでの溶接時間の間に充分排出できなくなり、溶鋼が途中で板内部に閉じこめられたまま、電縫溶接が完了してしまう。その結果、溶鋼中あるいはその表面に凝集してくるペネトレータが板内部に留まって、電縫溶接部の靭性または強度を大幅に低下させてしまうことになる。上記のことから、電縫溶接時の板端部垂直面の突き合わせ角度については、±１°以内（−１°〜＋１°）とする必要がある。
【００２７】
なお、その際に、板端部にテーパ形状を付与しておくと、その体積減少分だけ先に溶融する一方の端部の溶融量が減少し、かつ、テーパ形状に沿って溶融して、さらに溶鋼が減少するため、突き合わせ角度とテーパ形状の双方の効果で、電縫溶接部のペネトレータを充分排出することができて、靭性および強度が著しく向上するわけである。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
上記のような本発明の一実施形態を以下に述べる。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態において用いる電縫管製造ラインを示す図である。この電縫管製造ラインは、板（帯材）１０を、アンコイラ１から払い出し、レベラー２で平坦に矯正し、ロール成形機４で帯材１０を徐々に丸めていき、丸めて管状になった帯材２０の左右両幅端部を、誘導加熱部５とスクイズロール（電縫溶接部）６からなる電縫溶接機で電縫溶接して管３０となし、管３０の溶接ビード部をビード部切削機７で切削し、切削後の管３０をサイザー８にて外径調整した後、管切断機９で所定長さに切断するという基本構成を有している。
【００３２】
そして、この実施形態においては、ロール成形機４は最後段に複数スタンド（例えば、３スタンド）からなるフィンパス成形スタンド３を備えており、前述したように、各スタンドのフィンを適切な形状とすることによって、板端部の上面側（管の内面側）または／および板端部の下面側（管の外面側）に所定のテーパ形状を付与できるようになっている。
【００３３】
例えば、図２（ａ）に断面図を示し、図２（ｂ）にその部分詳細図を示すように、フィンパス成形スタンド３の任意のスタンドが、所定の２段テーパ（２段目のテーパ傾斜角度α、２段目の傾斜部垂直長さβ）となったフィン形状を備えている。そのフィン形状を帯材１０の幅端部に転写することによって、帯材１０の下面側（管の外面側）の左右両端部に、テーパ角度がαでテーパ高さがβのテーパ形状を付与する。
【００３４】
そして、上記のようにして、外面側にテーパ角度αでテーパ高さβのテーパ形状が付与され、内面側にテーパ角度γでテーパ高さδのテーパ形状が付与された管状の帯材２０を、図３に示すように、板端部の垂直面の突き合わせ角度θが±１°以内となるようにして、電縫溶接を行なうようになっている。
【００３５】
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】
【００３６】
以下、実施例に基づいて説明する。
【００３７】
ここでは、板幅１９２０ｍｍ×１９．１ｔｍｍの帯材（鋼帯）を用いて、φ６００の電縫管を製造した。
【００３８】
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。
【００３９】
（本発明例１）本発明例１として、前述の実施形態に基づいて上記の電縫管を製造した。その際、３スタンドからなるフィンパス成形スタンドの第３スタンドにおいて、帯材１０の上面側（管２０の内面側）に、テーパ角度γが２５°でテーパ高さδが４ｍｍ（板厚の２１％）のほぼ直線上のテーパ形状を付与し、電縫溶接直前の板垂直端面の突き合わせ角度θについて、管外面側に０．３°開くようにロール成形を調整して、電縫溶接を行なった。
【００４０】
（本発明例２）本発明例２として、２スタンドからなるフィンパス成形スタンドの第１スタンドにおいて、帯材１０の上面側（管２０の内面側）に、テーパ角度γが４５°でテーパ高さδが７ｍｍ（板厚の３７％）のほぼ直線上のテーパ形状を付与し、フィンパス成形スタンドの第２スタンドにおいて、帯材１０の下面側（管２０の外面側）に、テーパ角度αが４５°でテーパ高さβが７ｍｍ（板厚の３７％）のほぼ直線上のテーパ形状を付与し、電縫溶接直前の板垂直端面の突き合わせ角度θについて、管内面側に０．２°開くようにロール成形を調整して、電縫溶接を行なった。
【００４１】
（比較例）比較例として、３スタンドからなるフィンパス成形の第１スタンドにおいて、帯材１０の下面側（管２０の外面側）に、テーパ角度αが２０°でテーパ高さβが３ｍｍ（板厚の１６％）のほぼ直線上のテーパ形状を、帯材１０の上面側（管２０の内面側）に、テーパ角度γが２０°でテーパ高さδが３ｍｍ（板厚の１６％）のほぼ直線上のテーパ形状を付与し、電縫溶接直前の板垂直端面の突き合わせ角度θについて、管外面側に１．１°開くようにロール成形を調整して、電縫溶接を行なった。
【００４２】
（従来例）従来例として、板端面をほぼ矩形として、図４に示す電縫溶接直前の板垂直端面の突き合わせ角度θについて、管外径側に１．１°開くようにロール成形を調整して、電縫溶接を行なった。
【００４３】
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。
【００４４】
【表１】
2007330983.tif 000003
【００４５】
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。
【００４６】
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】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態における電縫管製造ラインを示す図である。
【図２】２段テーパを備えたフィン形状のフィンパス圧延スタンドを示す図である。
【図３】テーパ形状を付与した板の電縫溶接直前の突き合わせ状態を示す図である。
【図４】従来の矩形端面の板の電縫溶接直前の突き合わせ状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  アンコイラ
２  レベラー
３  フィンパス成形スタンド
４  ロール成形機
５  誘導加熱装置（コンタクトチップ）
６  スクイズロール（電縫溶接部）
７  ビード部切削機
８  サイザー
９  管切断機
１０  帯材（板）
２０  管状に成形された板
３０  管
【図１】
2007330983.tif 000004
【図２】
2007330983.tif 000005
【図３】
2007330983.tif 000006
【図４】
2007330983.tif 000007