溶接部性能に優れるラインパイプ用電縫鋼管
マイティーシームの開発
岡 部 能 知豊 田 俊 介
松井1)
1)
伊木聡籔本哲3)
4)

穣
2)

れらを組み合わせた溶接部の信頼性の高い電縫鋼管「マイテ.

は じめにィーシーム」を開発することに成功した(3)(4)．実管を用いた評価試験により，開発鋼管はこれまで電縫鋼管が本格的に石油や天然ガスに代表されるエネルギー資源の採掘・運用いられていなかった，厳しい環境の極寒冷地や海底ライン搬・利用の分野で鋼管製品が広く用いられている．このうちパイプなどへの適用が可能であることを確認した．以下，開電縫鋼管は熱延コイルを高周波電流による発熱により溶接し発した鋼管の特長を QC(Quality Control)技術，QA(Qualityた鋼管で，優れた機械的特性，良好な寸法精度，高効率な製Assurance )技術， PE ( Performance Evaluation )技術の観点

造プロセスなどの特長から，外径 660 mm ，肉厚 25.4 mm

から紹介する．

までのラインパイプ，油井管に広く用いられている．近年，世界的なエネルギー需要の増大に伴い，油井やガス井の環境が苛酷化し，電縫鋼管に対しても，極寒冷地向けなどのこれまで以上に厳しい環境での信頼性が求められるようになって.

開発のコンセプトマイティーシームの QC 技術

きている．しかしながら，これらの苛酷な環境下では，電縫電縫鋼管は，鋼板を連続的に円弧状にロール成形したの溶接時に生じる微量の酸化物により溶接部の靭性が低下する

ち，帯端部に高周波電流を通電することにより，帯端部を加などが課題であった．

熱・溶融させて端面同士を加圧・溶接して製造される．極寒

これまでに，1970年代以降主流となった高周波溶接技術，冷地用途で必要とされる低温靭性を得るには，電縫溶接時に1980 年代以降開発・適用された入熱制御・監視技術(1) ，シ生成する酸化物を排出させ，電縫部に残さないことが重要でーム部のオンライン熱処理技術(2)等により電縫鋼管の性能はある．開発ではまず，電縫溶接部の酸化物の生成機構を明ら飛躍的に向上した．また，電縫鋼管溶接部の酸化を抑制するかにすることを目的に，溶接現象の直接観察による可視化を技術として， BOX 型のシールド技術，不活性ガスをブロー試みた．図に高速度カメラにより電縫溶接部を撮像した結する方向が開発されている．しかしながらこれらの技術では果を示す(5)．このように，電縫溶接部の加熱挙動と溶鋼の生電縫溶接部において設計温度－ 45 °C というような極低温靭成およびスパッタの発生現象について可視化し，その過程を性を確保するのは困難であった．

詳細に観察した．次いでその観察結果を基に，電縫溶接の挙こうした課題を解決するために，まず溶接時に発生する酸動を有限要素法による数値解析でモデル化した．図に電縫化物の形態や分布を制御する溶接技術を開発した．さらに溶溶接部の数値解析結果例として電縫溶接部の温度分布図を示

接部全長にわたり安定した品質を保証すべく，酸化物を連続的にリアルタイムで探傷する技術を開発した．この結果，こJFE スチール株式会社 スチール研究所
1)鋼管・鋳物研究部主任研究員 2)計測制御研究部主任研究員 3)接合・強度研究部主任研究員
4)東日本製鉄所 京浜商品技術部主任部員
Development of Advanced High Frequency Electric Resistance
Welded (HFW) Linepipe MightySeamwith a High Quality
Weld Seam Suitable for Extralowtemperature Services;
Takatoshi Okabe, Shunsuke Toyoda, Yutaka Matsui, Satoshi
Igi, and Satoru Yabumoto (JFE Steel Corpotation)
2013年10月31日受理[doi:10.2320/materia.53.104]



図1

電縫溶接部の高速度カメラ映像(5)．

新技術・新製品

マイティーシームの耐サワー特性(10)．

表1

1
耐 HIC 特性2
耐 SSC 特性

試 験
結 果

母材部

電縫部

電縫部

ノークラックノークラックノークラック406.4 mmq, 15.9 mmt
1NACE TM
0284，溶液A(100硫化水素)
2四点曲げ，NACE TM0177
96，溶液A(100硫化水素)，応力90実 YS

図2

電縫溶接部の温度分布計算例(6)．

図5

点集束ビームタンデム探傷法(11)．

た(8)(9) ． シ ャ ル ピ ー 破 面 遷 移 温 度 が 従 来 電 縫 鋼 管 で は－ 37°
C であったのに対し，マイティーシーム技術を適用し
図3

電縫溶接部端面の加熱・溶融状況(7)．

た鋼管では－ 90 °C と極低温まで高い吸収エネルギーを示している．こうした電縫部の酸化物の低減は，耐サワー特性の向上にも寄与し(表)，マイティーシームはサワー環境用途のラインパイプにも適用されている(10)．


マイティーシームの QA 技術

さらに，電縫溶接部の機械的特性に影響を及ぼす微小酸化物量を非破壊・オンラインで全長計測する技術を新たに開発した．図に，開発した溶接部の超音波探傷技術の原理を示す(11) ．フェーズドアレイ超音波探傷技術を発展させた点集束ビームタンデム探傷法技術により，従来比 10 倍以上の高感度で酸化物等を検出することができる．この結果，従来は検出限界以下であった微小酸化物からの微弱なエコーを感度
図4

電縫溶接部の低温靭性(8)．

良く検出し，酸化物の分布状況を全長に渡り検査することが可能となった．このように，低温靭性と対応関係のある電縫す(6)．管の内部の加熱・溶融・溶接挙動を詳細に調査した結溶接部の酸化物量を，全長詳細に監視しているという安心

果，従来の電縫鋼管は肉厚の中心部の温度が最も低くなるとは，顧客から高く評価されている．の知見を得た．このように電磁界解析と伝熱解析と構造解析を組み合わせることにより，電縫溶接部の加熱溶融溶接挙動を明らかにした．
これらの知見をもとに，電縫溶接条件を最適化し，電縫溶.

開発鋼管の諸特性

マイティーシームの PE 技術とその特性接時に発生する酸化物の形態や分布状態を制御した．即ち，ラインパイプは敷設から実供用まで，長期間にわたり安全溶接部を板厚方向に均一な温度で加熱して溶融するという最にその機能を発揮することが求められる．このため実管フル適技術を世界で初めて開発した．図に，溶接中の加熱状態サイズでの変形・破壊挙動の特性データが大変重要であり，を調査した結果を示す(7)．従来の電縫鋼管は，端面の外面側こうしたデータが使用環境・操業条件に応じた最適な製品のと内面側が顕著に加熱しており，板厚方向に不均一に加熱さ採用と健全性確保を支えている．開発鋼管が低温環境でも脆れている．一方，マイティーシームでは，板厚方向に均一性破壊を起こさないことを確認するために，電縫溶接部に人に加熱・溶融されていた．この結果，溶接部に生じる酸化物工切欠きを付与した実管を用いて低温バースト試験を行っが容易に排出されるようになり，電縫溶接部の酸化物が低減た．図に結果を示す(9) ．図中の 2 本の線は従来より用いされ，図に示すように電縫部の低温靭性が大きく向上しられている UOE 鋼管をベースとした破壊限界内圧の Bat-

ま て り あ 第53巻 第 3 号(2014)
Materia Japan表2

マイティーシームの適用例(8)．

用途グレード外径×肉厚(mm)

極低温パイプライン(－45°C)

X60

406.4×14.3
406.4×7.1

極低温用構造管(－46°C)

X65

219.1×12.7

オフショアパイプライン(リール工法)DNV415PD
DNV360PD

273.1×15.9
219.1×12.7

オフショアパイプライン
(サワー)

X65

406.4×15.9
323.9×15.9

オフショアパイプライン
(サワー)

X65

273.1×12.7

オフショアパイプライン

X60

323.9×12.7

開発した．表にマイティーシームの適用例を示す(8)．極低温パイプライン，海底パイプライン，耐サワーパイプライ
ンなど様々な厳しい環境で適用されている．本報で述べた
QC ・ QA ・ PE 技術を軸として，今後，マイティーシーム

図6

実管低温バースト試験結果(9)．のさらなる適用の拡大が期待される．

.

特許

国内特許3680788, 4544240, 4613777, 4682779, 4682780,4687268, 4720479, 4720480, 4816015, 4910770, 5076984,5292830 な ど 65 件 ． 海 外 特 許 ， 米 国 7779694,8296932,8328957，欧州1931501，韓国1004237, 1169237他．

文図7

リール工法による海底ラインパイプの敷設(13)．

telle 予測式(12) を示す．マイティーシームの破壊圧力は予測式に比べ十分に高く，また切欠き底から延性き裂が発生・貫通する Leak before break モードを示すことから， UOE鋼管と同様，低温での使用においても大規模な破壊を起こさないことを確認した．


リール工法海底ラインパイプへの採用

北海およびノルウェー海で展開するプロジェクト向けのリール工法海底ラインパイプとして，マイティーシームがSTATOIL 社より採用された．図に示すように，リール工法とは鋼管を陸上で事前に溶接し，特殊な敷設船に巻き付け海底ラインパイプを敷設方法である(13)．なお，リール工法への適用に際しては，敷設時に加わる歪履歴を考慮した安全性評価データが重要となる．

.

今後の展開

寒冷地やリール工法など厳格用途への適用可能な，溶接部

献( 1 ) 居城三郎，榎本洋一，高木郁夫，小峰 勇，三原 豊，鈴木孝司日本鋼管技報，No. 113(1986), 1927.
( 2 ) 下村隆良，高村登志博，居城三郎，菅昌徹朗，長浜 裕，矢沢恒治日本鋼管技報，No. 116(1987), 2532.
( 3 ) 荒川武和，横山泰康，飯塚幸理，井上智弘配管技術， 53(2011), 7982.
( 4 ) 井上智弘，鈴木雅仁，岡部能知，松井 穣 JFE 技報， 29(2012), 1721.
( 5 ) T. Okabe, K. Yasuda, T. Kodama, S. Goto, M. Aratani, S.
Toyoda, Y. Kato, K. Iwazaki and K. Nakata: Proc. of 66th IIW.,(2013), Doc. XII213013.
( 6 ) T. Okabe, M. Aratani, Y. Yokoyama, S. Toyoda, H. Kimura,M. Egi and A. Kawanishi: Steel Res. Int., 10th ICTP2011,(2011), 662
666.
( 7 ) 横山泰康，岡部能知，豊田俊介，木村秀途，鈴木雅仁，江木基明CAMPISIJ, 23(2010), 1084.
( 8 ) 正村克身，籔本 哲，井上智弘，豊田俊介，松井 穣配管技術研究協会誌，秋季号(2012), 1419.
( 9 ) S. Toyoda, S. Goto, T. Okabe, H. Kimura, S. Igi, Y. Matsui, S.
Yabumoto, A. Sato, M. Suzuki and T. Inoue: Proc. of IPC(2012), IPC201290448.
(10) S. Toyoda, S. Goto, T. Okabe, H. Kimura, S. Sato, S. Kumazawa, S. Yabumoto, A. Sato and T. Inoue: Proc. of OMAE
(2013), OMAE201310412.
(11) Y. Matsui, Y. Iizuka, M. Suzuki, E. Urahata, T. Inoue, S.
Kumazawa and M. Oka: Proc. of IPC (2012), IPC201290213.
(12) J. F. Kiefner, W. A. Maxey, R. J. Eiber and A. R. Duffy:
ASTM STP, (1973) 536, 461481.
(13) JFE スチールニュースリリース，(2011), 0927.

性能に優れたラインパイプ用電縫鋼管マイティーシームを

新技術・新製品