JPS6310095A - 高合金クラツド鋼管の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＵＯＥ法によって高合金クラッド鋼管を製造す
る方法に関するものである。ここに、ＵＯＥ法とは、所
定の寸法に切断した鋼板を縁切断加工し、ＵプレスでＵ
型に、０プレスで０型に成形する成型工程と、Ｏ型に成
型された鋼板の突合せ部の内側ならびに外側にそれぞれ
自動サブマージアーク溶接を施す溶接工程と、溶接され
た管体を水圧エキスパンダまたはメカニカルエキスパン
ダで拡管する拡管工程とからなる製管法であって、本発
明は特に、このＵＯＥ法の諸工程のうちの溶接工程の改
良に係る。

〔従来の技術〕

炭素鋼管の内側にステンレス鋼等の高合金をクラッドし
た鋼管（高合金クラッド鋼管）は、炭素鋼と高合金の長
所を兼ね備えた新しい耐食性鋼管として注目を集めてい
る。

従来から、炭素鋼に高合金をクラフトした鋼材の溶接に
ついて言われているのは、高合金側の溶接を行う場合に
溶接部の高合金が炭素鋼と溶融混合して、Ｎｉ、　Ｃｒ
等の合金元素が希釈されて高合金の組成を維持できなく
なるのを防止することである。このような点を考慮して
、高合金クラッド鋼の板材においては特別の溶接方法が
用いられる。

第３図（イ）〜（ニ）はこのような方法の一例を示す模
式図である。先ず、同図（イ）に示すように外側の炭素
！ｌ１ｉｌ　（１）に開先を設けた後、同図（ロ）に示
すように高合金を溶融させない程度の小人熱をもって、
上記開先を炭素鋼の溶接棒で多層溶接する０次に、同図
（ハ）に示すように内側の高合金（２）の突合せ部分に
いわゆる裏はつりを施した後、同図（ニ）に示すように
小人熱をもって高合金（２）を高合金の溶接棒により溶
接する。

しかしこのような方法は低能率であるので、高能率を要
求するＵＯＥ法による鋼管製造には通用できない。

ＵＯＥ法では高能率を維持するため、従来から内外面共
各々一層の大人熱溶接方法が採用され、能率面から考え
るなら、高合金クラッド鋼に対して第４図（イ）〜（ニ
）に示すような溶接方法が採られることになる。

即ち、同図（イ）に示すように、外側の炭素鋼（１）な
らびに内側の高合金（２）にまず開先を設けた後、同図
（ロ）に示すように外側の開先の底部を炭素鋼の溶接ワ
イヤで小人熱をもって仮付溶接する。

次に、同図（ハ）に示すように内側より高合金の溶接ワ
イヤをもって−Ｐ！ｉ溶接を施した後、同図（ニ）に示
すように外側より炭素鋼または高合金の溶接ワイヤをも
って一層溶接を施す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この方法では、内面側の高合金クラッド
層を高合金ワイヤで溶接する場合に、高合金溶接金属に
開先底部の炭素鋼が溶は混むことが避けられず、そのた
めに高合金中の炭素鋼による希釈が５０％以上になり、
内面側の溶接金属の組成をクラッド層の組成と同等に維
持することが困難となる。また、外面側を炭素鋼ワイヤ
で溶接した場合には、内面側のＮｉｑ　Ｃｒ等の合金元
素が溶接金属に入り、マルテンサイト組織が形成されて
、高温割れが発生し易くなる。なお、外面側からの溶接
に高合金ワイヤを使用した場合には、炭素謂母材と高合
金溶接金属との境界線で選択腐食が生じ易く、また、成
品どおしを接続する際の円周溶接が炭素鋼の溶接棒では
実施できない等の問題を生じる。

本発明の目的は、開先形状、溶接作業性等に実用上不利
な工夫を講じることなく、上記諸問題を解決することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

ところで、本出願人は上記目的を達成するための新規な
高合金クラッド鋼管の製造方法を先に出願した（特願昭
６０−６７９１６号および特願昭６０−１８６４７４号
）。

この先願発明の方法は、炭素鋼に高合金鋼を重層してな
るクラッド鋼板を高合金を内側として管状に成形した後
、相対向する端同志を突合せ、その突合せ部を溶接して
高合金クラフト鋼管を製造する方法において、第５図（
イ）〜（ハ）に示す如く、炭素［４（１）に開先を設け
る際に高合金（２）の突合せ部近傍を炭素！１！４（１
）の内側開先と干渉しない幅で削除しておいて（（イ）
図）、炭素鋼開先を炭素鋼ワイヤにて内側と外側よりそ
れぞれ溶接しく（ロ）図）、その内側溶接部ａυの上か
ら更に高合金削除部分に高合金ワイヤでサブマージアー
ク溶接により溶接部側を形成するというものである（（
ハ）図）。

この方法によれば、炭素鋼ｆｉｌを溶接する際にその影
響が高合金（２）に及ぶのを大幅に回避でき、その結果
として炭素鋼［１）の溶接を高能率かつ容易に行うこと
ができる。

ところが、この先願発明の方法は、内面側の溶接が炭素
鋼と高合金とに対して２工程必要であることから、ＵＯ
Ｅ法で通常採用されている内１ｆｉｌパスの溶接ライン
では、直接実施できない難点があり、望ましくは内面側
も１パスで溶接できることが求められる。

また、最近ではコスト低減の観点から、高合金の厚さを
薄くした、いわゆる薄クラッドの必要性が高まっており
、この薄クラッドに対しても良好な溶接性を確保するこ
とが望まれる。

本発明は、先願発明の方法が本来的に合わせ持つ優位性
、すなわち高品質性、高能率性を減殺することなく、上
記要望に応えるもので、その要旨とするところは第１図
および第２図に示すように、ＵＯＥ法による高合金（２
）と炭素＠　ｉｌ＋のクラッド鋼管の製造において、あ
らかじめ外側に深さく８）が炭素鋼の厚さの４０〜７０
％で角度（Ａ）が６０〜９０’である開先を設け、内側
突合せ部の１０〜２０１）１幅（Ｃ）の部分の高合金を
削除して炭素鋼を露出させ、更に炭素鋼のこの内側露出
部分に深さ山）が炭素鋼の厚さの２０〜５０％で角度（
Ｂ）が６０〜９０°の角度の開先を設けた成形管に対し
、先ず外側の開先に炭素鋼ワイヤによる仮付溶接（６）
を施した後、内側突合せについてその炭素鋼開先を炭素
鋼ワイヤによるＭＩＧ溶接（７）を、また高合金削除部
分に高合金ワイヤによるサブマージアーク溶接（８）を
１ラン連Ｖｔ溶接で施し、その後、外側の開先に対し炭
素鋼ワイヤでサブマージアーク溶接θ１を行うことを特
徴とする高合金クラッド鋼管の製造方法にある。

〔作用〕

本発明の方法は、内側の炭素鋼に設けた開先と、高合金
を削除した炭素ｆｉｌ露出部分とを１パス連続溶接する
点に最大の特徴があり、この１パス連続溶接はＭＩＧ溶
接とサブマージアーク溶接との組合せでしか達成し得な
いものである。

すなわち、ＭＩＧ溶接はスラグがほとんど発生せず、そ
の上に引き続きサブマージアーク溶接を実施しても、何
ら問題を生じないばかりでなく、サブマージアーク溶接
は炭素Ｗ４露出部分の如き幅広部分に浅溶込みビードを
比較的高速で形成できるのである。

ちなみに、この組合せを他の組合せと比較すると、次の
とおりである。

いま仮に、ＭＩＧ溶接とＭＩＧ７＄接とを組合せるなら
ば、あとのＭＩＧ溶接では浅溶は込みとなって幅広のビ
ードを得ることが難しく、またスパッターも発生しやす
く、そのために高合金削除部分の溶接が不良となる。

また仮に、先行、後行ともサブマージアークｌ容接を採
用した場合には、内側の炭素鋼開先の溶着金属にスラグ
を生じ、あとのサブマージアーク溶接のときにアークが
不安定となって内側の溶着金属全体に欠陥を生じる。

また、先行溶接においてＭＩＧ？８接の代わりにＴＩＧ
溶接が採用されない理由は、ＴＩＧ溶接ではスパッター
が発生するおそれはないものの、溶接速度が権端に遅く
なってサブマージアーク溶接に溶接速度を合わせること
ができなくなる点にある。

また、本発明の方法はクラッド鋼の高合金が２゜０−−
以下の場合にも安定な溶接を行い得るが、その理由は次
のとおりである。

ＭＩＧ溶接とサブマージアーク溶接とでは溶接、速度を
合わせることが出来、溶着量を溶接電流や速度でコント
ロールすることによりクラッド鋼の高合金の厚さが薄い
場合にも対応可能である。

〔実施の態様〕

以下、本発明の実施の態様を第１図および第２図を参照
しながら項目別に詳しく説明する。

ａ、高合金鋼 本発明において高合金とはＣｒとＮｉの少なくとも一方
が重量％で２０％以上を含まれているものを言い、具体
的には２２Ｃｒ　−６Ｎｉ系の２相ステンレス鋼や２０
Ｃｒ　　４ＯＮｉ系のアロイ８２５等である。

炭素鋼に高合金をクラフトさせる方法としては圧延、爆
着等の常法を全て適用できる。

ｂ、外側突合せ部の炭素鋼開先 深さくａｌについては、深さが炭素鋼の厚さの４０％未
満では、内側からの溶接の溶込み部と重ならずに未溶接
部が残ることになり、また逆に７０％を超える場合には
、外側の溶接時に、内側への溶は落ちが生じやす（なる
ので、炭素鋼の厚さ４０〜７０％とする。

開先角度（Ａ）については、６０”未満では、溶接ビー
ドが凸形となって高温割れの危険性があり、９０’を超
えると溶着金属の量が多くなり能率的でないので、６０
〜９０°とする。

Ｃ０内側突合せ部における高合金鋼削除目的は前述した
とおり、炭素鋼を溶接する際の影響が高合金に及ぶのを
防止することである。

削除の輻（Ｃ）については１０１）未満では、内側の炭
素鋼の溶接ワイヤによる溶接ビードと高合金とが接触し
て溶融混合がおこり高合金が希釈される。

２５０を超えると、必要溶着量が増加し、一層溶接では
盛り上げが困難になるので、１０〜２０−１とする。

言うまでもないが、この１０〜２０ｍ−は、突合せ線を
中心として両側にほぼ均等にふりわけられなけれ°ばな
らない。

また、たとえ高合金鋼の削除幅と炭素鋼の内側開先幅と
がその数的条件範囲であうでも、削除幅は開先幅より大
（同一は含まず）でなければならない、換言すれば、高
合金の端面（３）が炭素鋼の内側開先と干渉してはなら
ず、両者の間にクリアランスが必要である。

高合金の端面（３）には傾斜を付与するのがよく、その
角度θは２０〜４０°が好ましい、θが２０°未満では
、高合金削除部分のコーナ一部にスラグ巻込みが生じや
すく、４０“を超えると必要溶ＭＷが過大となり、一層
溶接では盛り土げが困難となる。

ｄ、内側突合せ部の炭素鋼開先 開先深さくｂｌについては、深さが炭素鋼の厚さの２０
％未満では外側の炭素鋼からの溶は込み部と重ならず未
溶接部が残ることになり、また５０％を超えると、あら
かじめ高合金を削除すべき幅が広くなって能率的でない
ので、炭素鋼の厚さの２０〜５０％とする。

開先角度（Ｂ）については、外側突合せ部の炭素鋼開先
の場合と同じ理由から、６０〜９０°の範囲とする。

ｅ、外側炭素鋼の仮付）８接 第１図（イ）に示すように仮付溶接部（６）は、通常の
炭素鋼ワイヤを使った炭酸ガス溶接で能率よく形成する
ことができる。

ｒ、内側突合せ部の溶接 この溶接については、炭素鋼開先をＭＩＧ溶接で、また
、高合金削除部分をサブマージアーク溶接で１ラン連続
溶接する。この連続溶接とは、第２図に示す通り、ＭＩ
Ｇ）−チ（４）を先行、サブマージアーク溶接トーチ（
５）を後行にタンデム配置し、両者に同時にアークを発
生させて、１ランで炭素鋼溶接部（７）と高合金溶接部
（８）（第２図（ロ））とを得る方法である。

炭素鋼開先の炭素鋼ワイヤによるＭＵＧ溶接は、開先を
炭素鋼で完全に埋めきることが重要であり、溶着量が少
なすぎても多すぎても後続の高合金ワイヤによるサブマ
ージアーク溶接に悪影響を及ぼすので、後述するように
主にこの観点から諸条件が設定される。

なお本来、ＭＩＧ溶接とはシールドガスにアルゴンのみ
を使用するものを指すが本発明の方法ではアークの安定
化等、作業性を増すために２０％以下の炭酸ガスを含む
シールドガスを使用する溶接もＭＴＧ溶接の筒中として
いる。

ＭＩＧ溶接の炭素鋼ワイヤ径は１．６〜３．２■量が好
ましい、　　１．６■−未満では溶接電流を十分に上げ
られず、溶込量、溶ｆＦ！ともに不足し、３．２ｍｍを
超えるとワイヤの送給速度が遅（なりすぎ、溶接速度を
十分に高めることが困難になる。

ＭＩＧ溶接の電流は２５０〜５００Ａが好ましい。

２５０Ａ未満ではＰａ着量が不足し、５００Ａを超える
と逆に溶着量が増加し、溶着金属が高合金属と接触する
危険を生じる。

ＭＩＧ溶接の電圧の２０Ｖから３５Ｖが好ましい。

２０Ｖ未満では短絡が生じ易くなり、３５■を超えると
溶接ビードにハンピング現象が生じ易くなる。

本発明の方法では炭素鋼のＭＩＧ溶接に引き続いて高合
金のサブマージアーク溶接を行うが、このサブマージア
ーク溶接における要点は炭素鋼をいかに希釈せずに高合
金の溶接を行うかという点にある０本発明の方法では高
合金溶接時の希釈率（高合金中に炭素鋼が溶解する割合
）を２０％以下に抑制し、かつ炭素鋼への熔込み深さを
２１■程度にすることを目標にした。

このサブマージアーク溶接においては、高合金属の厚さ
が２ｆｌ以下のクラッド鋼板の場合、溶着量、溶接速度
、希釈率の関係を考慮しても単電極一層溶接で十分であ
る。

サブマージアーク溶接の溶接ワイヤは直径３．２〜４．
ＯＨの高合金コアードワイヤ又はソリッドワイヤが好ま
しい、ワイヤ直径が３．２ｆｉ未満ではアークが集中し
易くなって溶込み量が増加し、４．０鴎を超えると後述
の通り低電流域でアークが不安定になり、スラグ巻込み
が発生し易くなる。

ワイヤの種類についてはコアードワイヤの方がアークが
軟らかく溶込み量に対して適応性があるが、ソリッドワ
イヤの使用でも低電流域の溶接において２０％以下の希
釈率を満足させることができる。

フラックスはボンドフラックスが好ましい、ボンドフラ
ックスを用いて溶接する場合は、溶融型フラックスを使
用する場合に比べて溶込みの浅い溶接ビードが得られる
とともに、合金元素の添加が可能であることがら溶着金
属の成分調整が容易であり、しかも高アーク電化でのア
ーク安定性が良好である。

サブマージアーク溶接の電極は前進角０〜３０’が好ま
しい。０°未満ではいわゆる後退角となって溶込み深さ
が過大となり、３０°を超えるとアークが不安定になる
ことがある。

サブマージアーク溶接の溶接電流は３００〜６００Ａが
好ましい、　　３００Ａ未満では溶接ビード輻、溶接ビ
ード輻、溶着量が不足し、６００　Ａを超えると溶込み
が過大となる。

ＭＩＧｉ接とサブマージアーク溶接における電極間距離
は３０ＩＩｍ以上が好ましい、３０１ｓ未満では両者の
アークに干渉が生してアーク不安定を生じる。

上限については、溶接ヘッドをコンパクト化する意味か
ら、３００ｗ程度が好ましい。

両溶接の速度は、３０〜６０ｃ＋ａ／ｎ＋ｉｎが好まし
い。

３Ｑｃｍ／ｍｉｎ未満では溶接ビードの溶込みが深くな
ると同時に能率を悪くする。逆に６０ｃ＋ｍ／ｓｉｎを
超えると溶接ビードが不安定となる。

ｇ、外側炭素鋼の溶接 外側の炭素鋼開先に炭素鋼ワイヤでサブマージアーク溶
接を行うものであり、第１図（ハ）に示すとおり、仮付
溶接部（６）を溶かし、内側炭素鋼溶接部（７）とビー
ドを重ねて外側炭素ｍ溶接部Ｑｌを形成する０手法的に
は通常のＵＯＥ法と同様でよい。

〔実施例〕

実施例１゜ 第１表に成分組成および肉厚を示す供試クラッド材を本
発明法、即ち第１図に模式的に示した方法と、ＵＯＥ法
で通常行われている方法、即ち第４図に模式的に示した
方法（以下、比較法という）とで溶接した。溶接にあた
っては第２表に示す開先を供試材に設け、第３表に示す
溶接条件を設定した。また、使用した溶接ワイヤは化学
組成が第４表のとおりであって、本発明法については内
側ＭＵＧ溶接と外側に同表の炭素鋼の溶接ワイヤを、内
側のサブマージアーク溶接には高合金の溶接ワイヤを用
い、比較法については内側、外側とも同表の高合金溶接
ワイヤを用いた。フラックスはボンドフラックスを用い
た。溶接後の内側溶接金属の化学組織と第５表に示す。

供試クラッド鋼は高合金の厚みが２゜Ｏｆｉと薄いもの
であるが、本発明法においては溶接金属はクランド鋼の
高合金部分に近い成分が得られている。

これに対し、比較法の場合には著しく成分の異なった溶
接金属となり、希釈の大きいことが分かる。

また、本発明法の内側溶接ではＭＩＧ溶接とサブマージ
アーク溶接を同時に行っているが、と−ド不良等はなく
、良好な溶接部が得られた。

また、高合金の厚みが１．０鶴の場合にも内側の溶接速
度を７０〜８０（Ｊ／■ｉｎに設定することにより厚み
が２　、０　鶴と同様に良好な溶接部が得られることを
確認した。

第　　　　　１　　　　　表 第　　　　　２　　　　　表 実施例２゜ 第６表に成分組成を示す供試クラッド材に対し、本発明
法の手順により種々の開先部形状について溶接を行った
。溶接条件は第３表の本発明法、溶接ワイヤは第４表に
それぞれ示すとおりである。

第７表に開先部形状と、各形状について溶接を行ったと
きの作業性との関係を示すが、開先部形状が本発明範囲
内のものはいずれも溶接作業性が良好である。

実施例３゜ 第６表に示す供試クラッド綱に対し、第８表に示す本発
明範囲内の形状の開先を形成し、本発明方法の手順によ
り種々の条件で内側部分の１パス連続溶接を行った。こ
の時の溶接条件と溶接作業性の関係を第９表に示す、な
お、ワイヤは第４表に示すものを使用し、ＭＩＧ溶接で
は炭素調ワイヤ、サブマージアーク溶接では高合金ワイ
ヤをそれぞれ用いた。

第　　　８　　　表 第９表における本発明例のうち、ケース目ま溶接諸条件
の少なくとも１つが最適条件から外れた場合、ケース■
は全条件が最適の場合をそれぞれ表している。

また、第９表の本発明例（ケース■）のうち、２番目の
ものについてフラックスのみをボンドフラックスから溶
融型フラフクスに変更したところ溶込み深さが約４鰭と
深くなった。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明の高合金グランド鋼管の製造方法によ
れば、厚み２龍以下の高合金を重量してなるクラッド鋼
にあっても、高合金削除部分の溶接の際に高合金が炭素
鋼と溶融混合するのを抑止し、Ｎｉｓ　Ｃｒ等の合金元
素が希釈されるのを抑えることができるので、成品管の
機械的性質および化学的性質を溶接部近傍で劣化させる
ことなく、すぐれた高合金クラッド鋼管を製造すること
ができる。

また、内側突合せ部において高合金を削除しであること
により、炭素鋼を独立的に溶接し得、通常のＵＯＥ法に
おける溶接速度および作業性を確保できる。

そして何よりも内側突合せ部において炭素鋼開先の溶接
と高合金削除部分の溶接とを１パスで連続溶接するので
、既設のＵＯＥ法製管ラインへの直接通用が可能になり
全体として製管能率が大幅に向上し、製管コストの低減
に大きな効果を発揮するものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）〜（ハ）および第２図は本発明方法の実施
状態を示す模式図、第３図（イ）〜（ハ）はクラッド鋼
板溶接法の溶接手順を示す模式図、第４図（イ）〜（ニ
）はＵＯＥ鋼管製造法でクラッド鋼管を溶接する場合の
溶接手順を示す模式図、第５図（イ）〜（ハ）は先願発
明の方法における溶接手順を示す模式図である。 ｌ：炭素鋼、２：高合金、４：ＭＩＧ溶接トーチ、５：
サブマージアーク溶接トーチ、６：仮付溶接部、７：Ｍ
ＩＧ溶接部（内側炭素鋼溶接部）、８：サブマージアー
ク溶接部（高合金溶接部）、１０：サブマージアーク溶
接部（外側炭素ｆｉ４溶着部）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素鋼に高合金を重層してなるクラッド鋼板を高
   合金を内側として管状に成形した後、相対向する端同志
   を突合せ、その突合せ部を溶接して高合金クラッド鋼管
   を製造する方法において、あらかじめ外側に深さが炭素
   鋼の厚さの４０〜７０％で角度が６０〜９０°である開
   先を設け、内側突合せ部の１０〜２０ｍｍ幅の部分の高
   合金を削除して炭素鋼を露出させ、更に炭素鋼のこの内
   側露出部分に深さが炭素鋼の厚さ２０〜５０％で角度が
   ６０〜９０°の開先を設けた成形管に対し、先ず外側の
   開先に炭素鋼ワイヤによる仮付溶接を施した後、内側突
   合せ部についてその炭素鋼開先に炭素鋼ワイヤによるＭ
   ＩＧ溶接を、また高合金削除部分に高合金ワイヤによる
   サブマージアーク溶接を１ラン連続溶接で施し、その後
   、外側の開先に対し炭素鋼ワイヤでサブマージアーク溶
   接を行うことを特徴とする高合金クラッド鋼管の製造方
   法。
2. （２）クラッド鋼の高合金厚みが２．０ｍｍ以下である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の高合金
   クラッド鋼管の製造方法。
3. （３）内側突合せ部のＭＩＧ溶接が、 ［１］１．６〜３．２ｍｍ径の炭素鋼ワイヤを用いる。 ［２］溶接電流２５０〜５００Ａ、アーク電圧２０〜３
   ５Ｖとする。 の各条件で実施されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項又は第２項に記載の高合金クラッド鋼管の製造方
   法。
4. （４）内側突合せ部のサブマージアーク溶接が、［１］
   ３．２〜４．０ｍｍ径の高合金コアードワイヤ又はソリ
   ッドワイヤを用いる。 ［２］溶接フラックスとしてボンドフラックスを用いる
   。 ［３］電極の角度を前進角０〜３０°とする。 ［４］溶接電流３００〜６００Ａ、アーク電圧３０〜５
   ０Ｖとする。 の各条件で実施されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第３項記載のいずれかに記載の高合金クラッ
   ド鋼管の製造方法。
5. （５）内側突合せ部におけるＭＩＧ溶接およびサブマー
   ジアーク溶接が、電極間距離３０ｍｍ以上、溶接速度３
   ０〜６０ｃｍ／ｍｉｎで実施されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の高合
   金クラッド鋼管の製造方法。