(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉ、Ｎｂを単独又は複合で０重量％より多くかつ１重量％以下含有するフェライト系ステンレス鋼帯をオープンパイプに成形し、突合せ部をレーザ溶接した後、溶接部のビッカース硬さＨＶＷと母材部のビッカース硬さＨＶＢとの硬度差ΔＨＶ（＝ＨＶＷ−ＨＶＢ）が７０以下の範囲になるように、１５０℃以下で且つ素材の耐力が常温耐力の８０％以上となる温度域で溶接後の矯正ロールスタンドを通過させることを特徴とする加工性の良好なフェライト系ステンレス鋼溶接管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、拡管，曲げ等の加工時に溶接部に割れが発生しない加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼溶接管を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト系ステンレス鋼溶接管は、ステンレス鋼帯を幅方向に曲げ加工してオープンパイプを成形し、幅方向両端部を溶接することにより製造されている。幅方向の曲げ加工には、成形ロールを多段配置した従来のロールフォーミング法や本発明者等が開発したロールレスフォーミング法が採用されている。
たとえば、ロールレスフォーミング法に従った造管ラインでは、図１に示すように鋼帯Ｓに曲げ・曲げ戻しロール１で予歪みを与え、サイドロール２で案内しながら鋼帯Ｓを幅方向にカールさせてオープンパイプに成形する。シームガイドロール３を経てオープンパイプをスクイズロール４に送り込み、レーザヘッド５に設けた溶接機で幅方向両端部をレーザ溶接する。なお、高温に加熱された溶接部の酸化や窒化を防止するため、スクイズロール４を適宜シールドボックス６に収容する。幅方向両端部の溶接で得られた溶接管Ｐは、溶接部に形成されているビードを研磨砥石７等で切削して平滑面にした後、サイジングロール８，曲取りロール９等の矯正ロールスタンドを経て送り出され、製品管に定寸切断される。
【０００３】
ロールレスフォーミング法とレーザ溶接法とを組み合わせた溶接管の製造に関し、本発明者等は、溶接部及び母材部の硬さをバランスさせるとき溶接管の加工性が改善されることを特開平７−２６５９４１号公報で紹介した。具体的には、荷重３００ｇで測定した溶接部のビッカース硬さＨＶW と母材部のビッカース硬さＨＶB との硬度差ΔＨＶ（ＨＶW −ＨＶB ）が１０〜８０の範囲に維持されるように、レーザ出力及び造管速度を制御している。製造された溶接管に拡管等の加工を施すと、溶接部における割れの発生が抑制され、良好な形状をもつ製品が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
厳密な真円度が要求されない極薄肉溶接管を対象とする場合、溶接部と母材部との間で硬さバランスを図るだけで溶接管の加工性が改善される。しかし、寸法精度が要求される溶接管の製造では、溶接管の真円度及び真直度を出すために溶接工程に引き続いて矯正ロールを用いた加工が施されている。
ところで、レーザ溶接法で製造された溶接管は、入熱量が小さいものの溶接時に加熱域が極めて狭い範囲に限られるため、溶接直後においては溶接部と母材部との間の温度差が大きくなる。大きな温度差は、温度上昇に伴って素材の耐力が低下することから、母材部に比較してレーザ溶接部の強度が低いことを意味する。母材部と溶接部との間に強度差がある溶接直後の高温状態のまま、真円度及び真直度を出すために矯正ロールを通過させると、矯正ロールで溶接管に加えられる周方向の歪みが耐力の低い溶接部に集中する。その結果、母材部に比較して溶接部の加工度が大きくなり、溶接部の加工硬化が促進される。
【０００５】
なかでも、Ｔｉ，Ｎｂ等の安定化元素を添加したフェライト系ステンレス鋼にあっては、素材段階ではＣ，Ｎ等の元素を安定化元素で固定することにより固溶量を低減しているが、急熱・急冷の熱サイクルを受けるレーザ溶接部では安定化元素による固定化作用が十分に発揮されない。そのため、Ｃ，Ｎ等の元素が固溶状態のまま維持される傾向にある。多量の固溶元素を含む溶接部を高温状態でロール加工すると、固溶元素及び加工歪みによって歪み時効現象が促進される。これによっても、レーザ溶接部の硬さが著しく上昇する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、溶接工程から矯正工程に送られる溶接管の温度を適正に管理することにより、レーザ溶接部の加工硬化や歪み時効を抑制し、レーザ溶接部と母材部との間の硬さバランスを改善し、加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼溶接管を製造することを目的とする。
本発明の製造方法は、その目的を達成するため、Ｔｉ、Ｎｂを単独又は複合で０重量％より多くかつ１重量％以下含有するフェライト系ステンレス鋼帯をオープンパイプに成形し、突合せ部をレーザ溶接した後、溶接部のビッカース硬さＨＶＷと母材部のビッカース硬さＨＶＢとの硬度差ΔＨＶ（＝ＨＶＷ−ＨＶＢ）が７０以下の範囲になるように、１５０℃以下で且つ素材の耐力が常温耐力の８０％以上となる温度域で溶接後の矯正ロールスタンドを通過させることを特徴とする。
【０００７】
【実施の形態】
溶接部の硬質化は、大別すると、溶接後の矯正工程で母材部に比較して耐力が低い溶接部に歪みが集中すること、矯正加工で導入された加工歪み及び固溶元素の相互作用により歪み時効が溶接部で優先的に進行することに原因がある。
各原因が溶接部の硬さに及ぼす影響を調査した結果、使用する素材の耐力が常温耐力の８０％以上となる温度域では顕著な歪み集中による硬化が生じないことを見出した。なお、素材としては、Ｃ，Ｎ等を固定するためにＴｉ，Ｎｂの１種又は２種以上を１重量％以下含むフェライト系ステンレス鋼が使用される。
具体的には、使用素材である鋼帯Ｓを温間引張試験して各試験温度における引張強さ及び０．２％耐力を求め、溶接ビードが各試験温度となる位置に矯正スタンドのサイジングロール８を配置し、溶接管Ｐを矯正加工した。矯正加工後に溶接部の硬さを測定し、サイジングロール８が配置された位置における溶接管Ｐの温度との関係を調査した。鋼帯Ｓとして表１の鋼種Ａを用いた図２の調査結果にみられるように、鋼帯Ｓの耐力が常温耐力の８０％以上となる温度域で矯正加工するとき、顕著な歪み集中がなく溶接部が硬化しないことが判った。
【０００８】
歪み時効に関しては、レーザ溶接した引張試験試験片を種々の試験温度で１５％の引張歪みを与え、冷却後に溶接部の硬さを調査した。試験片としては、表１の鋼種Ａを用い、引張方向と平行にレーザ照射してビードオンプレート溶接した試験片を用意した。溶接部の硬さと引張り歪み付与時の温度との関係を示す図３にみられるように、２００℃以上の温度で溶接部を加工したときには硬さが顕著に上昇するが、１５０℃以下に加工温度を下げると歪み時効が進行しないことが判った。
【０００９】
以上の結果から、スクイズロール４からサイジングロール８に溶接管Ｐを送る間に、サイジングロール８の位置における溶接ビードの温度が溶接管Ｐの耐力が常温耐力の８０％以上で且つ１５０℃以下の温度域に入るように溶接管Ｐを冷却するとき、溶接部の硬質化が抑制され、製品溶接管の加工性が改善されることが予測される。しかし、当該温度域で矯正加工しても、加工を受けた溶接ビードは若干硬化する。この点では、矯正加工で上昇する硬化分を考慮し、溶接条件を調整して矯正加工前の溶接ビードの硬さを低くすることが好ましい。たとえば、溶接速度Ｖ（ｍ／分）に対するレーザパワーＰ（ｋｗ）の比として表わされるレーザ溶接時の入熱Ｐ／Ｖは図４（鋼種：Ａ）に示すように溶接部の硬さに影響を及ぼすことが判っているので、溶接ビードの硬さが低くなるように入熱Ｐ／Ｖを制御する。
【００１０】
【実施例】
溶接管用素材としては、表１に示した組成をもち、板厚０．６ｍｍ、板幅１１７．６ｍｍのフェライト系ステンレス鋼帯を使用した。
【００１１】
0004223140.tif 000002
【００１２】
ロールレスフォーミングによる造管ライン（図１）で鋼帯Ｓを外径３８．１ｍｍのオープンパイプに成形し、鋼帯幅方向両端部をレーザ溶接した。レーザ溶接に際しては、溶接部と母材部との硬度差ΔＨＶを変化させるため種々の溶接条件を採用した。また、スクイズロール４から出た溶接管Ｐがサイジングロール８を通過するときの温度Ｔ（℃）が異なるように、スクイズロール４からサイジングロール８までの間における溶接管Ｐに対する冷却条件を種々変更した。
製造された溶接管Ｐから試験用鋼管を切り出し、拡管試験に供した。拡管試験では、６分割の拡管工具を油圧シリンダで拡管するサイザー拡管機を用い、溶接部を工具の隙間に位置させた状態で拡管する条件を採用し、割れが発生しない限界拡管率，発生した割れの個所及び形態によって加工性を評価した。
【００１３】
調査結果を、サイジングロール８を溶接管Ｐが通過するときの温度Ｔ（℃）及び溶接部と母材部との硬度差ΔＨＶとの関係で表２に示す。
表２から明らかなように、通過温度Ｔ及び硬度差ΔＨＶが本発明で規定した範囲にある試験番号１，５の溶接管は、限界拡管率が２５％を超え、割れも母材部の延性破断であることから、加工性に優れていることが判る。これに対し、通過温度Ｔ及び硬度差ΔＨＶが本発明で規定した範囲より高い試験番号２，硬度差ΔＨＶが本発明で規定した範囲より高い試験番号３，通過温度Ｔが本発明で規定した範囲より高い試験番号４，Ｔｉ，Ｎｂ無添加のステンレス鋼Ｄを使用した試験番号６は、何れも１４％以下の低い限界拡管率を示し、割れも溶接部の脆性破断であった。
【００１４】
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【００１５】
以上の実施例においては、ロールレスフォーミング法による造管を説明したが、通常のロールフォーミングで成形したオープンパイプをレーザ溶接して造管する場合にも、同様に通過温度Ｔ及び硬度差ΔＨＶを制御することにより加工性に優れた溶接管が製造される。
【００１６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明では、Ｔｉ，Ｎｂを添加したフェライト系ステンレス鋼管をレーザ溶接にて製造する際に、レーザ溶接された溶接管が矯正ロールを通過するときの温度及び溶接部と母材部との硬度差を適正に管理している。これにより、過酷な拡管，曲げ等の加工を受けた場合でも割れの発生が抑えられ、加工性に優れた溶接管が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ロールレスフォーミング法を組み込んだ造管ライン
【図２】  引張強さ，０．２％耐力及び矯正加工を受けた溶接部の硬さが試験温度に応じて変わることを示したグラフ
【図３】  レーザ溶接後に引張歪み１５％を与えた試験片の溶接部の硬さが試験温度に応じて変わることを示したグラフ
【図４】  溶接速度に対するレーザパワーの比として表わされるレーザ溶接時の入熱が溶接部の硬さに及ぼす影響を表わしたグラフ
【符号の説明】
１：曲げ・曲げ戻しロール    ２：サイドロール    ３：シームガイドロール
４：スクイズロール    ５：レーザヘッド    ６：シールドボックス    ７：研磨砥石    ８：サイジングロール    ９：曲取りロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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