JPH04313468A - ステンレスクラッド鋼管の溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内側にＮｉ，Ｃｒなどを
基調とするステンレス鋼、母材として炭素鋼あるいは低
合金鋼（以下低合金鋼という）を使用するステンレスク
ラッド鋼を、ＵＯＥなどの方法によって鋼管を製造する
場合のシーム溶接法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油資源などの開発環境がより厳
しくなりつつあり、敷設されるラインパイプにも優れた
耐食性が要求され、特に腐食性の強いラインパイプ材に
は、従来から使用されている低合金鋼ではその寿命が極
端に短くなり、ステンレス鋼もしくはステンレス鋼以上
に貴な成分を有する高合金鋼が用いられる傾向がある。 しかしながら、ステンレス鋼や高合金鋼のみでラインパ
イプを敷設するとその費用は莫大なものとなるため、耐
食性が要求される鋼管の内側のみステンレス鋼や高合金
鋼とし、外側に低合金鋼を使用したクラッド鋼管が注目
されてきている。この種クラッド鋼管は、ステンレス鋼
や高合金鋼と低合金鋼を圧延によってクラッドしたあと
、通常ＵＯＥ法によって管体に成形し、管体長手方向の
シーム部を突き合わせ溶接して製造される。

【０００３】しかしながら、このシーム部の突き合わせ
溶接部、特に鋼管の内側の溶接部に欠陥が発生するとい
う問題がある。それは内側にクラッドされたステンレス
鋼もしくは高合金鋼部分が溶接によって溶融するととも
に低合金鋼部分も溶融され、希釈混合によって溶接部の
成分がクラッドされたステンレス鋼もしくは高合金鋼よ
りも卑な成分となるため、溶接部の耐食性などその特性
が維持できなくなるからである。

【０００４】そのような溶接部の欠陥を防止するため特
公平１−３８５９７号公報では、特にステンレスクラッ
ド鋼管の溶接において、突き合わせ部をＸ開先とし、内
側を二段開先とすることによって、ビード幅を広げて潜
孤溶接時のスラグ浮上を容易とすると共に、内側ステン
レス鋼部分に帯状電極を用いてバンドアーク溶接を行っ
て希釈率を低下させることを開示している。しかし、帯
状電極を用いたアーク溶接では、帯幅にわたってアーク
が均一にならず健全な溶接部が得られないことがある。

【０００５】一方、特開昭６３−１００９５号公報には
、Ｘ開先の深さ、角度を指定し、内側低合金部分をＭＩ
Ｇ溶接、高合金削除部を潜孤溶接で１ラン溶接を可能に
することが開示されている。すなわち該公報には、高合
金突き合わせ部に低合金鋼の内側開先と干渉しない幅を
削除することで潜孤溶接時の希釈率を低く抑えられるこ
とを開示している。

【０００６】しかし、いずれも二種類の溶接方法が必要
であり、特に前者では低合金鋼部分の潜孤溶接を終了し
たあと、更に帯状電極でステンレス鋼部分の潜孤溶接を
行なう必要があり、一旦低合金鋼部分のビード表面のス
ラグを除去しなければならず、全体の溶接時間が長くな
り生産性が低くなること、また、両者とも低合金鋼部分
の溶接用には低合金鋼用の溶接材料の適用を前提として
おり、その溶接時にステンレス鋼部分を溶融させないこ
とが必須条件と成っている。しかし実際のＵＯ工程にお
けるシーム溶接部の開先断面は必ずしも一定とは限らな
いため、ステンレス鋼部分の溶融希釈による該溶接金属
部の割れ発生に対する問題が残っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解消すべくなされたものであって、ステンレ
ス鋼と低合金鋼とのクラッド鋼を鋼管に製造するに際し
、特にＵＯＥ法で成形した管体長手方向のシーム部突き
合わせ溶接をするにあたって、内側の開先形状とその溶
接条件を抑制して溶接欠陥のない、且つ簡便なステンレ
スクラッド鋼管の製造方法を提供することを目的とする
。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、以下の構成を要旨とする。 （１）　　低合金鋼とステンレス鋼からなるクラッド鋼
板を内側がステンレス鋼となる如く管状に成形し、その
突き合わせ部にＸ型の開先加工をほどこして該Ｘ型開先
部をシーム溶接してクラッド鋼管を製造するにあたり、
内側の開先深さがステンレス鋼厚みの８０〜１００％と
し、角度２０〜１２０°となる開先を設け、外側開先部
を仮付溶接した後、内側ステンレス鋼開先部を溶接電流
が４００〜８００Ａの範囲で、内側および外側ともステ
ンレス鋼以上の成分を有する溶接ワイヤーを用い、それ
ぞれ１層の潜孤溶接することを特徴とするステンレスク
ラッド鋼管の溶接方法。 （２）　　内側ステンレス鋼の厚さが２〜４ｍｍである
ことを特徴とする上記１項記載のステンレスクラッド鋼
管の溶接方法。

【０００９】さらに本発明においては、内側ステンレス
鋼部の潜孤溶接するにあたって次の条件を採用すること
が望ましい。すなわち、◎■溶接ワイヤーは溶接アーク
の安定性から２．４〜４．８ｍｍの範囲が好ましい。■
溶接電極数は内側用として１〜２電極、外側用として２
〜３電極の範囲とすることが好ましい。■溶接の順序は
、内側の潜孤溶接後に外側の潜孤溶接を行なうことが、
ＵＯ工程を有効活用する点から好ましいが、逆の溶接順
序であっても特に問題ない。■潜孤溶接用のフラックス
はメルト及びボンドタイプのいずれでもよい。

【００１０】以下本発明を詳細に説明する。本発明の対
象とするステンレスクラッド鋼は、低合金鋼などを母材
とし、その表面にステンレス、例えばＳＵＳ３０４やＳ
ＵＳ３１６などを合わせ材として接着させたもので、こ
のクラッド鋼自体は従来の方法によって製造されるもの
である。ステンレスクラッド鋼（板）はＵＯ工程で管状
に成形され、シーム溶接部となる両端部に開先が設けら
れている。開先形状は一般的な突き合わせ用の各種形状
を使用できるが、ＵＯ工程ではＸ型の開先形状が通常用
いられる。

【００１１】図１に本発明の開先形状の一例を示す。外
側低合金鋼１と内側ステンレス鋼２からなるクラッド鋼
は、シーム突き合わせ部３で外側低合金鋼１に対し、該
鋼厚さｔに対し深さｈ１　が０．６〜０．８ｔの範囲で
かつθ１　＝６０〜８０°の角度になるように開先５を
設ける。一方、内側のステンレス鋼にも該ステンレス鋼
厚さｔに対して深さｈ２　が０．８〜１．０ｔの範囲で
角度２０〜１２０°の開先５を形成する。

【００１２】本発明では、この内側ステンレス鋼部の開
先形状を上記のように設けることを第一の特徴としてい
る。その理由は、１層潜孤溶接によって健全な内側の溶
接部を得るためである。内側の開先深さｈ２　を０．８
〜１．０ｔに定めた理由は、０．８ｔ以下では幅広で平
滑なビードを得ることが難しい。一方、１．０ｔ以上で
はステンレス鋼の下の低合金鋼部分に溶接アークが直接
作用し、溶接金属部に占める低合金鋼の希釈率が大きく
なり健全な溶接部が得られなくなるためである。また角
度を２０〜１２０°に定めた理由は、２０°以下では開
先断面積が小さくなりすぎ、幅広で平滑な溶接ビードが
得られない。一方、１２０°を超えるとステンレス鋼の
下の低合金鋼部分に直接溶接アークが作用し、その希釈
率が増加するため健全な溶接部が得られないからである
。

【００１３】通常の低合金鋼のみを用いたＵＯ鋼管の製
造では、その低合金鋼の希釈率は６０〜７０％程度にな
ると考えられている。そのため、ステンレスクラッド鋼
管の内側１層による潜孤溶接は困難とされている。その
理由は低合金鋼部の希釈率が６０％もあれば潜孤溶接用
ワイヤーとして、ステンレス鋼以上の成分を有する溶接
ワイヤーを使用してもＮｉ，Ｃｒなどの成分が希釈され
、溶接金属に必要なＮｉ，Ｃｒ成分が確保できないばか
りか、溶接金属にマルテンサイト組織が生成して高温割
れが発生するからである。その点、本発明はステンレス
クラッド鋼管の特に内側の１層潜孤溶接における、低合
金鋼の希釈率を低く抑え健全な溶接部の得られる開先形
状としたところに特徴がある。なお、外側の開先形状を
上記の範囲にするのは、高合金鋼用の溶接ワイヤー（後
述）を用いて溶接ビード形状、溶接部を適正にするため
である。

【００１４】図２は本発明の溶接工程を示すもので、ま
ず外側開先４に低合金鋼用溶接ワイヤーを炭酸ガス溶接
法で仮付溶接６し（図ａ）、次いで内側開先５にステン
レス鋼以上の成分を有する溶接ワイヤーを用いて１層の
潜孤溶接を行なう（図ｂ）が、本発明はこの内側ステン
レス鋼部の開先形状以外に潜孤溶接電流範囲を設けたこ
とに特徴がある。すなわち内側の潜孤溶接電流範囲は４
００〜８００Ａとする必要があり、この溶接電流範囲の
みにおいて溶接欠陥のない低希釈な１層潜孤溶接が可能
である。すなわち、この条件範囲外の高電流側では前記
した内側の開先形状においても低合金鋼部の溶込深さが
深くなり、希釈率が増大して好ましくない。一方、逆に
低電流側では希釈率は小さいが適正な溶接金属量を得る
ために溶接速度を極端に遅くしなければならず非能率と
なる。なお本発明では該内側１層潜孤溶接において、特
にその溶接電極数は１電極に限定せず、２電極であって
も各電極の使用電流範囲を上記の範囲内とすることによ
って、さらに高能率な潜孤溶接法となることは云うまで
もない。

【００１５】次に内側潜孤溶接後、外側の低合金鋼部を
図２（ｃ）のように１層潜孤溶接８を行なうが、本発明
はこの外側低合金鋼部の潜孤溶接用ワイヤーとしてステ
ンレス鋼以上の成分を有する溶接ワイヤーを使用する方
法に特徴がある。すなわち、本発明者らの検討によれば
、外側の低合金鋼にステンレス鋼以上の成分を有する溶
接ワイヤーを適用した場合のみ本発明溶接法が可能であ
った。その理由は、内側の溶接用にステンレス鋼以上の
成分を有する溶接ワイヤーを適用し、外側の低合金鋼部
に低合金鋼用の溶接ワイヤーを適用した場合、特に外側
潜孤溶接金属８に溶接欠陥が発生した。この溶接欠陥は
外側の溶接金属中に、内側溶接金属のＮｉ，Ｃｒ成分が
希釈によって混ざり合った結果、マルテンサイト組織を
生成したことが原因であり、外側にステンレス鋼以上の
成分を有する溶接ワイヤーを適用することによって、溶
接欠陥の発生しない１層潜孤溶接が可能である。

【００１６】

【実施例】表１に示す全厚み２０ｍｍ、そのなかに３ｍ
ｍのＳＵＳ３１６ステンレス鋼をクラッドしたステンレ
スクラッド鋼管に、表２に示すごとき本発明開先および
比較法として従来法の開先形状を作製し、表３に示す溶
接ワイヤーによって、表４に示す溶接条件で溶接部を形
成した。同表にはそれぞれ内側１電極で外側が２電極、
および内側２電極で外側が３電極での実施例を示し、溶
接ワイヤーはすべて表３の通りで、またフラックスはボ
ンドタイプを用いた。

【００１７】上記の溶接を行なった後、内側の溶接金属
の化学成分を調査した結果を表５に示す。表中の各末尾
にはシェフラー組織図によるＮｉ，Ｃｒ当量計算結果も
あわせて示す。同表からも明らかなように、本発明法に
よって潜孤溶接を行なった場合の内側の溶接金属の化学
成分はＮｉおよびＣｒ当量とも供試クラッド鋼板のクラ
ッド材と同等、もしくはそれ以上に貴な組成を示したが
、比較法によって潜孤溶接を行なった場合の内側の溶接
金属の化学成分は、供試クラッド鋼板のクラッド材の化
学成分よりも著しく異なった、すなわちクラッド材より
も卑な組成となった。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】

【表５】

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明法によれば
ステンレスクラッド鋼管のシーム部の突き合わせ溶接に
際し、成分希釈などに起因する欠陥のないステンレス鋼
溶接部を得ることができ、ＵＯＥ法などの造管に即した
安定且つ能率的な生産をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステンレスクラッド鋼の開先を示す、

【図２】
本発明の溶接工程および溶接例を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　外側低合金鋼　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２　　　　内側ステンレス鋼 ３　　　　シーム突き合わせ部　　　　　　　　　　　
　　　４　　　　外側開先 ５　　　　内側開先　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　６　　　　仮付溶接部 ７　　　　内側潜孤溶接部　　　　　　　　　　　　　
　　　　　８　　　　外側潜孤溶接部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　低合金鋼とステンレス鋼からなるクラ
   ッド鋼板を内側がステンレス鋼となる如く管状に成形し
   、その突き合わせ部にＸ型の開先加工をほどこして該Ｘ
   型開先部をシーム溶接してクラッド鋼管を製造するにあ
   たり、内側の開先深さがステンレス鋼厚みの８０〜１０
   ０％とし、角度２０〜１２０°となる開先を設け、外側
   開先部を仮付溶接した後、内側ステンレス鋼開先部を溶
   接電流が４００〜８００Ａの範囲で、内側および外側と
   もステンレス鋼以上の成分を有する溶接ワイヤーを用い
   、それぞれ１層の潜孤溶接することを特徴とするステン
   レスクラッド鋼管の溶接方法。
2. 【請求項２】　　内側ステンレス鋼の厚さが２〜４ｍｍ
   であることを特徴とする請求項１記載のステンレスクラ
   ッド鋼管の溶接方法。