耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管の製造方法およびＵＯ鋼管
【課題】溶接金属の化学組成には何ら制限を加えず、しかも製造工程の効率を下げることなく、ＵＯ鋼管のシーム溶接部の溶接金属に発生する低温割れを防止するＵＯ鋼管の製造方法を提供する。
【解決手段】先行するシーム溶接と後続するシーム溶接により形成されるＵＯ鋼管のシーム溶接部において、先行するシーム溶接部の拡散性水素量の上限を制限すると共に、先行するシーム溶接の溶接金属の厚さをＷ１、後続するシーム溶接の溶接金属の厚さをＷ２とした時、Ｗ２／Ｗ１の比を０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．８、あるいは１．２≦Ｗ２／Ｗ１≦２．５に規定することにより先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する引張応力を低減する。
【解決手段】先行するシーム溶接と後続するシーム溶接により形成されるＵＯ鋼管のシーム溶接部において、先行するシーム溶接部の拡散性水素量の上限を制限すると共に、先行するシーム溶接の溶接金属の厚さをＷ１、後続するシーム溶接の溶接金属の厚さをＷ２とした時、Ｗ２／Ｗ１の比を０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．８、あるいは１．２≦Ｗ２／Ｗ１≦２．５に規定することにより先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する引張応力を低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガス・原油輸送用ラインパイプ等に用いられる、引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成形した後に、その鋼板の突き合わせ部を引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の溶接金属を用いて突き合わせ部の内外面両側から各々１層づつ順番にシーム溶接をした後、拡管あるいは縮管などの矯正して製造するＵＯ鋼管において、シーム溶接部に低温割れのないＵＯ鋼管の製造方法とその製造方法により製造されたＵＯ鋼管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
天然ガス等を輸送するラインパイプ用の大型サイズの鋼管として、一般にはＵＯ鋼管が使用される。ＵＯ鋼管は、鋼板をＵ型に成形した後、さらにＯ型に成形して円筒状に成形し、その突き合わせ部を溶接によりつなぎあわせて円筒の鋼管とする。この溶接を一般にはシーム溶接と呼ぶ。この突き合わせ部の溶接には溶接速度が速く、かつ溶接部の品質も良好なサブマージアーク溶接が使用される。しかし、それ以外にガスシールドアーク溶接やレーザービーム溶接を使用しても問題がない。また、一般には、円筒状に成形された鋼管の内面から先ず先行するシーム溶接を行い、その後外面から後続するシーム溶接を行うことにより内面側および外面側から各々１層ずつ溶接を行いシーム溶接を完了するが、逆の順番で外面から先行するシーム溶接を行い、内面から後続するシーム溶接を行うこともできる。さらに、一般には、先行するシーム溶接に先立ち、円筒状に成形した鋼板の突き合わせ部を、ガスシールド溶接等により予め仮止めの溶接を行う。この際には、一般に仮止めの溶接部はシーム溶接により溶融され、最終的なシーム溶接部には残らない。
【０００３】
以上の様にして円筒に成形・溶接された鋼管は、さらに拡管あるいは縮管などの矯正加工を施して最終的に製品としてのＵＯ鋼管が製造される。そのため、ＵＯＥ鋼管と呼ばれることもある。
【０００４】
従来では、Ｘ６５やＸ８０グレード（米国石油協会規格、ＡＰＩ規格）のものが使用されてきたが、近年輸送効率の向上、ラインパイプの建設コストの低減あるいは輸送コストの低減を目的として、母材の引張強度が８５０ＭＰａ以上のＸ１００からＸ１２０級の高強度のＵＯ鋼管の開発が進められている。
【０００５】
これらの高強度ＵＯ鋼管のシーム溶接に使用される溶接金属は当然母材と同等以上の引張強度を有する事が要求されるため高強度の溶接金属が採用される。
【０００６】
しかし、高強度の溶接金属では溶接後に溶接金属の硬さ、溶接金属に含まれる拡散性水素及び溶接時に溶接部に発生する引張の溶接残留応力の３者により起こる低温割れが発生する。そのため、高強度ＵＯ鋼管のシーム溶接部にも低温割れが発生する。
【０００７】
このような低温割れの問題に対しては、例えば特許文献１では使用する溶接金属の化学組成、溶接金属の化学組成から計算により得られるＰｃｍおよび、溶接金属部の１００℃までの冷却時間をＰｃｍと拡散性水素から計算される冷却時間以上に制限して低温割れ防止する方法が提案されている。
【０００８】
また、特許文献２では、溶接金属の引張強度あるいは溶接金属の化学組成から計算により得られる変態温度の上限を３７５℃以下に制限して低温割れを防ぐ方法が提案されている。
【０００９】
さらに、特許文献３では、ＵＯ鋼管のシーム溶接を終了後、拡散成形するまでの時間を３０分以上にすることにより低温割れを防ぐ方法が提案されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−３３８７６号公報
【特許文献２】特開２００１−７１１７６号公報
【特許文献３】特開２００３−３１１３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１あるいは特許文献２で開示されている方法は、何れも低温割れを防ぐため制御する必要があるＰｃｍあるいは変態温度は、溶接金属の化学組成で決まり、これは溶接金属の化学組成を設計する上で制限となる。すなわち、溶接金属には強度や低温靭性あるいは変形能等の特性も要求され、溶接金属の化学組成を決める上で、不要の制限を加えるのは好ましくはない。
【００１２】
また、特許文献１では１００℃までの冷却時間をＰｃｍと拡散性水素から計算される冷却時間以上に長くする、また、特許文献３ではシーム溶接後の拡管成形までの時間を３０分以上にするなど、何れも製造工程の時間を長くすることになり、これは生産効率の向上が要求される工業生産に適用するには問題がある。
【００１３】
本発明は、溶接金属の化学組成には何ら制限を加えることなく、さらに製造工程においても効率を下げることなく、ＵＯ鋼管のシーム溶接部の溶接金属に発生する低温割れを防ぐ製造方法を提供し、また、その製造方法により製造されたＵＯ鋼管を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記目的を達成するためにＵＯ鋼管のシーム溶接時における低温割れの発生状況を詳細に検討した結果、シーム溶接金属に発生する低温割れは先行するシーム溶接の溶接金属で発生することが判明した。さらに、詳細に検討した結果、先行するシーム溶接の溶接金属に存在する拡散性水素量の上限を規定すると共に、先行するシーム溶接の溶接金属に発生する残留応力を溶接条件あるいは開先形状を制御して低減することによりＵＯ鋼管のシーム溶接部に発生する低温割れを防止できることを見いだした。
【００１５】
すなわち、本発明の第１の特徴は、引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成形した後に、その鋼板の突き合わせ部を引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の溶接金属を用いて鋼板の突き合わせ部の内外面両側から各々１層づつ順番にシーム溶接をした後、拡管あるいは縮管などの矯正加工を施してＵＯ鋼管を製造する方法において、先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下であり、かつ先行するシーム溶接の溶接金属の厚さをＷ１、後続するシーム溶接の溶接金属の厚さをＷ２とした時、Ｗ２／Ｗ１を０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．８、あるいは１．４≦Ｗ２／Ｗ１≦２．５に規定してシーム溶接を行うことにより先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する引張応力を低減することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管製造方法、である。
【００１６】
本発明の第２の特徴は、引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成形した後に、その鋼板の突き合わせ部を引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の溶接金属を用いて鋼板の突き合わせ部の内外面両側から各々１層づつ順番にシーム溶接をした後、拡管あるいは縮管などの矯正加工を施してＵＯ鋼管を製造する方法において、先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下であり、かつ後続するシーム溶接を実施する際に、先行するシーム溶接の溶接金属表面の最高到達温度をＴ１、先行するシーム溶接の溶接金属のＡｃ１変態温度をＡｃ１とする時、Ｔ１／Ａｃ１が０．６５≦Ｔ１／Ａｃ１≦１．２を満足させてシーム溶接を行うことにより先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する引張応力を低減することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管の製造方法、である。
【００１７】
本発明の第３の特徴は、引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の母材部と、内外面両側から各々１層づつのシーム溶接により形成された引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下のシーム溶接部からなるＵＯ鋼管において、先行するシーム溶接により形成された溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下であり、かつ先行するシーム溶接により形成された溶接金属の厚さをＷ１、後続するシーム溶接により形成された溶接金属の厚さをＷ２とする場合に、０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．８、あるいは１．２≦Ｗ２／Ｗ１≦２．５の関係を満足することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管、である。
【００１８】
本発明の第４の特徴は、引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の母材部と、内外面両側から各々１層づつのシーム溶接により形成された引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下のシーム溶接部からなるＵＯ鋼管において、先行するシーム溶接により形成された溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下であり、かつ先行するシーム溶接により形成された溶接金属の厚さをＷ１、先行するシーム溶接により形成された溶接金属内において、後続するシーム溶接により形成された溶接熱影響部の幅をｆとする場合に、０．１≦ｆ／Ｗ１≦１．０の関係を満足することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管、である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、天然ガス・原油輸送用ラインパイプ等に用いられる、引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成形した後に、その鋼板の突き合わせ部を引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の溶接金属を用いて内外面からシーム溶接をした後、拡管あるいは縮管などの矯正加工を施してＵＯ鋼管を製造する方法において、溶接金属の化学組成に対して何ら制限を加えることなく、先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素の上限と、シーム溶接の溶接金属の厚さの比、あるいは先行するシーム溶接金属の表面温度、あるいはシーム溶接金属と溶接熱影響部の比を制御することのみで、シーム溶接金属に発生する低温割れを防止するものである。そのため、溶接金属に必要な特性を得るための成分設計の自由度が増す。さらにシーム溶接を行った後の工程の開始までの時間を何ら制限することもないため、製造工程に対する影響もない。これらのことから、本発明により、シーム溶接部に低温割れがなく、性能の高い溶接部を持つＵＯ鋼管を高い生産性で製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明について詳細に説明する。
【００２１】
本発明では、適用する母材および溶接金属の強度の範囲を８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａに限定した。この理由は、溶接金属の引張強度が８５０ＭＰａ未満の場合は強度が低く溶接金属で低温割れは起こらず、母材の溶接熱影響部に発生し易くなるため、本発明の適用範囲外である。一方、１２００ＭＰａ以上の高強度になると、ＵＯ鋼管に必要な低温靭性が得られにくいためである。
【００２２】
本発明を適用するＵＯ鋼管の母材となる鋼板、溶接金属の化学組成、溶接方法、溶接金属を作成する溶接材料は以下に説明するものを使用することが望ましい。
【００２３】
母材となる鋼板の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．０１〜０．６％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：０．１５〜０．６０％、Ｎｂ：０．００１〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ａｌ：０．０６％以下を含有し、さらに必要に応じてＢ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．００６％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｚｒ：０．００５％以下、Ｔａ：０．００５％以下、Ｃａ：０．０１％以下、ＲＥＭ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．００６％以下の１種または２種以上含有し、残部はＦｅおよび不可避の不純物からなる鋼を熱間圧延して得られたものである。
【００２４】
また、溶接金属の化学組成は、質量％でＣ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．０４〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：０．０１〜１．５％、Ｎｉ：４．５％以下、Ｍｏ：２．０％以下、Ｎｂ：０．０２０％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：０．０１００〜０．０５００％、Ｂ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１０％以下、Ｖ：０．０４％以下、Ｃｕ：０．４０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避の不純物からなるものである。
【００２５】
また、溶接金属を形成するための溶接方法は、ＵＯ鋼管においては生産性や品質を考えるとサブマージアーク溶接が望ましいが、これ以外にもガスシールドアーク溶接やレーザービームアーク溶接等の使用可能である。
【００２６】
また、溶接金属の化学組成は、溶接方法とその溶接条件により決まる母材の稀釈率と、母材および溶接材料の化学組成により決まる。従って、用いる母材、溶接方法および溶接条件が決まれば、望ましい溶接金属の化学組成が得られるような化学組成を有する溶接材料を準備することにより、望ましい溶接金属の化学組成を得ることが出来る。
【００２７】
サブマージアーク溶接では、溶接材料として溶接ワイヤとフラックスを使用する。その溶接において複数のワイヤを電極に用いて溶接を行うことが容易にできるため、既存の溶接ワイヤを適当に選択することにより、望ましい溶接金属を得ることができる。しかし、当然専用の溶接ワイヤを使用することにより、より的確に望ましい溶接金属を得ることができる。
【００２８】
そのためサブマージアーク溶接では、望ましい溶接材料の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜０．４０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：３．５％以下、Ｎｉ：１２．０％以下、Ｍｏ：４．５％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ａｌ：０．０３％以下、Ｏ：０．０１０％以下Ｂ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１０％以下、残部はＦｅおよび不可避の不純物からなるものである。
【００２９】
また、サブマージアーク溶接では溶接金属の酸素量は使用するフラックスで制御できるが、望ましいフラックスの組成は、質量％で、ＣａＦ２：１５〜５５％、ＳｉＯ２：２〜２５％、Ａｌ２Ｏ３：１５〜４５％、ＭｇＯ：１〜８％、ＣａＯ：５〜３０％、必要に応じて、Ｌｉ２Ｏ：３．０％以下、Ｋ２Ｏ：２．０％以下、残部は不可避の不純物からなるものである。
【００３０】
本発明者らは、これらの母材、溶接材料を用いて実際に鋼板に両面１層づつのサブマージアーク溶接を実施して溶接継手を作成する。本発明者らは、次いで実際にＵＯ鋼管を試験的に造管し、低温割れの防止方法について検討した。
【００３１】
表１に用いた母材の化学組成を示した。表２に用いた溶接ワイヤの化学組成を示した。表３に用いたフラックスの化学組成を示した。表４に用いた開先形状の条件を示した。表５に用いた溶接条件を示した。本発明においては、溶接は全て３電極のサブマージアーク溶接法を用いた。表６に用いた溶接金属の化学組成を示した。表６に示した溶接金属は、表２に示したワイヤと表３に示したフラックスを組み合わせて表６の入熱で作成したものである。溶接金属の化学組成は、入熱が同じでも溶接条件により若干異なるが、表５に示した溶接条件の範囲では著しい差がないことは確認しており、表６にはその化学組成の一例を示してある。
【００３２】
低温割れは、従来から言われているように、溶接金属の硬さ、溶接金属中の拡散性水素量及び溶接金属に加わる引張応力の３種類の要因が重なり発生する。このため、３種類の要因でいずれか１種類以上の要因を緩和することにより低温割れの発生を防止することができる。
【００３３】
この３種類の要因のうち、溶接金属の硬さは溶接金属の機械的特性を左右する重要な因子であり、安易に規制することは好ましくはない。そのため、拡散性水素と引張残留応力の両者を低減する方法を検討した。
【００３４】
先ず、本発明者らは、低温割れの発生状況と拡散性水素量および応力の関係を調査した。溶接金属は、表６に示す溶接金属の中で、引張強度が８５５ＭＰａの溶接金属Ｉおよび引張強度が１０１５ＭＰａの溶接金属Ｖを使用した。母材は、表６に示した溶接金属の対応した母材を使用した。また溶接条件は、溶接金属Ｉに対しては表４に示す開先形状ヌおよび表５に示す溶接条件３３を使用した。溶接金属Ｖに対しては表４に示す開先形状ホおよび表５に示す溶接条件２５を使用した。
【００３５】
作成した溶接金属から接線方向と引張軸が平行になるように切り出した丸棒型試験片に電解チャージにより水素を封入した。この丸棒型引張試験を種々の応力で引張り、７２時間後の低温割れの発生状況を調べた。図１に１０１５ＭＰａの溶接金属の結果を示した。負荷される応力が高いほどより少ない拡散性水素でも割れが発生することが判る。図２に８５５ＭＰａの溶接金属についての結果を示したが、傾向は１０１５ＭＰａの溶接金属と同様であった。
【００３６】
次に本発明者らは、種々の条件で溶接したＵＯ鋼管のシーム溶接部に発生した低温割れを詳細に観察し検討した。その結果、両面から１層づつ溶接するシーム溶接部では、低温割れは必ず先行するシーム溶接金属の内部から発生することが判明した。低温割れが発生し易い条件では後続するシーム溶接金属内でも低温割れは観察されたが、詳細に低温割れの発生点を調査すると、何れの場合においても低温割れの発生点は先行するシーム溶接の溶接金属内に有り、これが後続するシーム溶接の溶接金属に伝搬していることが判明した。また、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する低温割れは溶接線方向と垂直方向に進展していることも判明した。
【００３７】
さらに、本発明者らは、シーム溶接金属内の引張残応力の発生状況を検討した。ＵＯ鋼管のシーム溶接金属内に発生する応力は、溶接時の熱サイクルに起因する溶接残留応力（以後、本発明では単に残留応力と呼ぶ）である。シーム溶接金属内に発生する残留応力の分布を実測することは困難であるため、有限要素法（以後、本発明ではＦＥＭと呼ぶ）による数値解析シミュレーションにより、溶接ビード幅中央の位置における溶接線方向に発生する残留応力の板厚方向における分布を推定した。溶接線方向の残留応力を求めたのは、先に述べた様にＵＯ鋼管のシーム溶接部に発生する低温割れが溶接線と直角方向に進展するため、溶接線方向の応力が低温割れに寄与すると判断したためである。計算の前提となるシーム溶接は、板厚２０ｍｍの鋼板に両面から１層づつサブマージアーク溶接を行った溶接部である。鋼板の引張強度は９５０ＭＰａ、溶接金属の引張強度は１０００ＭＰａとした。また、溶接入熱は、先行するシーム溶接が３．４ｋＪ／ｍｍ、後続するシーム溶接は３．４ｋＪ／ｍｍである。さらに、表１に示した鋼板Ｂを母材と、溶接金属が表６に示す溶接金属Ｖの組み合わせで、両面１層ずつのシーム溶接部を作成し、その溶接ビード表面の残留応力を測定し、数値解析の妥当性を検証した。溶接条件は数値計算で用いたもの同じ入熱で、開先形状は表４の開先形状ホ、溶接条件は表５の溶接条件２５を使用した。
【００３８】
図３は、数値解析および実測の結果である。引張の残留応力を正の値として図示してある。以後、本発明では引張方向の応力を正とする。溶接金属表面の数値計算の結果は、実測値と一致していることから数値解析は妥当である判断できる。
【００３９】
図３から、引張の残留応力は先行するシーム溶接金属内に最大値を示し、その位置は低温割れの起点の位置と一致していた。
【００４０】
以上の調査結果から、本発明者らは、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する低温割れを防止すれば、ＵＯ鋼管に発生する低温割れを防止できるとの結果に至った。このことは、先行するシーム溶接に続き後続するシーム溶接を実施する２層溶接において、低温割れを防止する施策を先行するシーム溶接にのみ集中して実施すれば良いことを意味し、低温割れを防止する上で非常に簡便にできることを意味する。
【００４１】
そこで、本発明者らは、さらに詳細に数値解析を行い先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の残留応力の変化を調査した。その結果、図４で図示した、先行するシーム溶接の溶接金属の厚さＷ１と後続するシーム溶接の溶接金属の厚さＷ２の比により、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の残留応力が変化することが判った。図５に、数値解析により求めた、Ｗ２／Ｗ１と先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の最大残留応力の関係を示す。両面の溶接金属の引張強度は１０００ＭＰａの場合を想定している。溶接線方向の最大引張応力はＷ２／Ｗ１により変化し、Ｗ２／Ｗ１が約０．９で最大値を示した。図６は両面の溶接金属の引張強度が８５０ＭＰａの仮定で計算した結果であるが、１０００ＭＰａと同様の傾向を示した。
【００４２】
Ｗ２／Ｗ１の違いにより、溶接線方向の応力に相違がある理由について考察した。その結果、以下の様に推論した。先行するシーム溶接は後続するシーム溶接の熱により加熱される。そのため、先行するシーム溶接には後続するシーム溶接の熱により熱膨張、収縮が起こり、再度溶接線方向に引張応力が発生する。これに起因する引張応力は、Ｗ２／Ｗ１が大きくなるに従い増加する。しかし、一方では、後続するシーム溶接内には溶接線方向に引張の残留応力が発生する。この引張の応力により先行するシーム溶接は圧縮され、先行するシーム溶接の溶接金属に発生している溶接線方向の引張応力は緩和される。そのためＷ２／Ｗ１が大きくなるに従い先行するシーム溶接内の溶接線方向の引張応力は低減される。この両者の和が、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の引張応力となるため、Ｗ２／Ｗ１が増加するに従い、最初は前者の効果のため溶接線方向の引張応力は増加するが、Ｗ２／Ｗ１が１付近で、後者の効果が強くなり溶接線方向の引張応力が低減されると考えられる。
【００４３】
本発明者らは、さらに後続するシーム溶接に発生する溶接線方向の引張応力を低減する方法を検討した。その結果、高強度溶接金属は冷却時に変態膨張を起こすことに注目し、これを効果的に利用することで先行するシーム溶接の溶接金属に発生する溶接線方向の引張応力を低減することを考えた。
【００４４】
変態膨張を効果的に起こすためには、先行するシーム溶接の溶接金属の温度が重要である。そこで、先行するシーム溶接の溶接金属の表面温度と溶接線方向の残留応力の関係について検討した。図７に両面の溶接金属の引張強度が１０００ＭＰａの場合について、数値解析により求めた、後続するシーム溶接を行っている際の先行するシーム溶接の溶接金属最高表面温度と先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する軸方向の最大引張応力の関係を示した。ここで言う、先行するシーム溶接の溶接金属表面の温度とは図４で示した先行するシーム溶接の溶接金属の頂点であるＨ１の位置での温度のことである。図７においては、先行するシーム溶接の溶接金属表面温度は先行するシーム溶接の溶接金属表面温度Ｔ１を溶接金属のＡｃ１温度で無次元化してある。Ａｃ１温度は数値計算で用いた値を使用している。図７からＴ１／Ａｃ１が大きくなるに従い、先行するシーム溶接の溶接金属内の溶接線方向の引張応力は小さくなっていることが分かる。図８に両面の引張強度が８５０ＭＰａの溶接金属についての数値解析結果を示した。図８から分かるように、８５０ＭＰａの場合でも１０００ＭＰａの溶接金属の場合と同様の傾向を示した。
【００４５】
次に本発明者らは、シーム溶接後の溶接部の形状からＴ１／Ａｃ１が０．６５以上に保持されたかどうかを判断することが出来ないか検討をした。その結果、Ｔ１／Ａｃ１を０．６５以上にすることはＡｃ１以上に加熱された領域の面積を多くすることを目的としているため、溶接熱影響を受けた領域を知ることによりＴ１／Ａｃ１が０．６５以上に加熱されているかどうかを判断することができることを見いだした。具体的には、先行するシーム溶接の溶接金属内の後続するシーム溶接による溶接熱影響の幅と、先行するシーム溶接の厚さＷ１の比を測定することにより、Ｔ１／Ａｃ１が０．６５以上であるか否かを知ることが可能であるとの知見に至った。ここで、溶接熱影響部の幅とは図４で示すｆの長さのことである。ｆは溶接金属をナイタール等の腐食液で腐食することにより、容易に測定できる。
【００４６】
図９に、Ｔ１／Ａｃ１とｆ／Ｗ１の関係を示した。図９からＴ１／Ａｃ１が０．６５未満の場合は、ｆ／Ｗ１は０．１未満となることが分かる。すなわち、ｆ／Ｗ１が０．１以上の場合はＴ１／Ａｃ１が０．６５以上であることが判明する。この事実より、製造後のマクロ組織からも本発明が確実に実施されたか判定できる。
【００４７】
次に、本発明者らは、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の引張応力の最小値に注目した。図１０は溶接金属の強度を変化させて、先行するシーム溶接部の溶接金属に発生する溶接線方向の最小の応力を数値解析により計算した結果を示した。数値解析の結果、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の最小の引張応力は約５２０ＭＰａ〜５５０ＭＰａであった。また、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の最大の引張応力は最大で約８３０ＭＰａであると考えられた。
【００４８】
以上の検討結果を総合して、本発明者らは溶接金属の化学組成に制限を加えることなく、またシーム溶接後の行程に影響を加えることのない、低温割れの防止方法を考案した。
【００４９】
以下に、本発明の内容を詳細に説明する。
【００５０】
先ず、先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素量を溶接金属１００ｇ当たり２．０ｃｃ以下と制限した。これは、図１０に示したように先行するシーム溶接の溶接金属内には最低でも約５２０ＭＰａ〜５５０ＭＰａの溶接線方向の引張応力が発生する。この引張応力においても低温割れを起こさせないためには、図１および図２から溶接金属の拡散性水素量を溶接金属１００ｇ当たり２．０ｃｃ以下とする必要がある。尚、拡管あるいは縮管によりＵＯ鋼管のシーム溶接部には大きな塑性変形が加わり応力の再分布が行われ、その結果、溶接線方向の引張応力は５００ＭＰａ以下に低下することが判っている。すなわち、拡管あるいは縮管などの矯正を行った後は、低温割れが起こることはない。
【００５１】
シーム溶接部の拡散性水素を溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下にする方法としては、溶接材量の乾燥、開先の洗浄、溶接時の予熱あるいは後熱等があげられる。本発明で望ましいとしたサブマージアーク溶接においては、フラックスを使用するため、フラックスの乾燥は拡散性水素の低減に有効である。例えば、フラックスを厚さ３０ｍｍ程度に拡げて２５０℃〜３５０℃に加熱した炉内で２時間乾燥することで、フラックスから溶接金属に持ち込まれる拡散性水素は低減できる。しかし、溶接施工時にも溶接金属の拡散性水素が増加する場合もある。すなわち、開先面の汚れや周囲の湿気も溶接金属中への拡散性水素の供給源となる。これに対応して、溶接施工時における拡散性水素の低減方法としては次の様な方法ある。溶接行う開先面の汚れとしては鉄粉やゴミがあるが、これらは水の洗浄で除去できる。また、水溶性の液体や水に懸濁できる油脂類あるいは水には懸濁しない少量の油脂も水あるいは高圧水を開先面い吹き付けることにより除去できるが、多量の油脂類は、例えばアセトン等の揮発性の溶剤やアルコールで除去すれは完全に開先面汚れは除去できる。また、溶接後に２５０℃で２０分から３０分後熱することにより、雰囲気から持ち込まれた場合に増加する拡散性水素も低減することができ、溶接金属中の拡散性水素をさらに安定して低減できる。溶接金属中の拡散性水素料は、用いる溶接材料の吸湿のし易さや、溶接時の周囲の湿度等でも変わるが、これらの対策を組み合わせることにより、溶接金属中の拡散性水素量を低減することができる。
【００５２】
次に、本発明で使用した先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素の測定方法について説明する。一般に溶接の分野において、低温割れを議論するときの拡散性水素の測定方法は、ＪＩＳ Ｚ ３１１８で鋼溶接部の水素量測定方法があるが、これは溶着金属の拡散性水素を測定する方法である。本発明ではより現実に近くするため、溶接金属の拡散性水素量を基準とした。この方法では、実際に鋼板を両面から一層ずつ溶接した後、シーム溶接部が１００℃に達した時点で、先行するシーム溶接部から約５ｍｍ×４０ｍｍの拡散性水素測定用の試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｚ３１１８で記載されているガスクロマトグラフ法による拡散性水素測定方法に準拠して測定した。もちろん、後続するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素量も同様にして測定できる。
【００５３】
また、本発明では１００℃に達した時点での拡散性水素を測定している。これは、低温割れは約１００℃以下で発生するために、１００℃での拡散性水素を測定した。ＵＯ鋼管の造管においては、先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素は溶接後から単調に減少する。そのため、シーム溶接後、溶接部が１００℃に冷却した時点の拡散性水素が２．０ｃｃ以下であれば低温割れは発生しないので、この温度での拡散性水素を測定した。
【００５４】
上述の方法を用いれば、より実施工に近い溶接部に残留している拡散性水素量が測定できる。さらに、溶接材量の乾燥、開先の洗浄、予熱、後熱等の方法により先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素を制御する方法を採用しても、その効果を直接確認できるため、有効な方法である。
【００５５】
次に、先行するシーム溶接の溶接金属の高さＷ１と後続するシーム溶接の溶接金属の高さＷ２の比である、Ｗ２／Ｗ１の範囲の限定理由について述べる。図１および図２より溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下の場合、引張応力が約７００ＭＰａ未満では低温割れは起こらないと推定できる。図５および図６から、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の引張応力はＷ２／Ｗ１１≦０．８、および１．２≦Ｗ２／Ｗ１の範囲では７００ＭＰａ未満にすることが出来ることが判る。
【００５６】
次に、Ｗ２／Ｗ１の上限と下限についての限定理由を以下に述べる。ＵＯ鋼管のシーム溶接部には優れた低温靭性が要求される。しかし、高強度ＵＯ鋼管の両面１層のシーム溶接部では後続のシーム溶接により再加熱された先行シーム溶接の熱影響部の靭性を測定すると、溶接条件等が適切でないと、靭性に低値が発生し易くなるという問題がある。図１１は表１に示す鋼板Ｂを、表３に示す溶接金属Ｖを持つ両面１層のシーム溶接部の、溶接金属Ｗ２／Ｗ１と溶接熱影響部の−３０℃の吸収エネルギーの低値の発生率の関係を示す。衝撃試験片は図１２に示すように、衝撃試験片のノッチを、先行するシーム溶接の熱影響部と後続するシーム溶接の熱影響部が重なった位置に来るように採取した。衝撃試験片は一つのＷ２／Ｗ１の条件で、２７本実施し、その内４０Ｊ以下の吸収エネルギーの発生率を百分率で示した。Ｗ２／Ｗ１は表４および表５の開先形状および溶接条件を選択して調整した。図１２が示す様に、Ｗ２／Ｗ１が０．６未満と２．５超で低値の発生頻度が急激に増加している。また、Ｗ２／Ｗ１が２．５超の場合は、先行するシーム溶接が後続するシーム溶接により加熱されすぎて高温になり、先行するシーム溶接の溶接金属が溶けてしまうメルトダウン現象（以後、本発明ではＭＤと略する）が起こる危険性が高くなる。この観点からもＷ２／Ｗ１は２．５以下が望ましい。
【００５７】
以上の検討から、Ｗ２／Ｗ１の範囲を、０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．８、および１．２≦Ｗ２／Ｗ１≦２．５、とした。
【００５８】
このＷ２／Ｗ１の制御に仕方について述べる。Ｗ１およびＷ２は溶接金属の大きさおよび形状を制御することで制御できる。ここで言う大きさとは、図１３で示す溶接金属の断面積Ｓであり、形状とは溶接方向と垂直の断面で溶接金属を見た場合の高さｈと幅ｂである。Ｗ１は先行するシーム溶接の溶接金属のｈから先行するシーム溶接の溶接金属と、後続するシーム溶接の溶接金属との交差する長さを差し引いた値となる。一方、Ｗ２は後続するシーム溶接の溶接金属のｈと同じ値である。
【００５９】
一般に、溶接では開先をアーク等の熱源により溶融した溶接材料で充分埋めることが出来るように溶接条件を決める。そのため、断面積の大きな開先形状を作成すれば断面積の大きな溶接金属Ｓを得ることができる。一方、断面積の小さい開先を作成すれば小さな断面積Ｓの溶接金属を得ることが出来る。すなわち、溶接金属の面積は溶接入熱で容易に制御できるため、Ｗ２／Ｗ１を必要な範囲内の値にすることは、両面の開先形状を所要のＷ２／Ｗ１になるように設計すれば容易に可能である。
【００６０】
図１４はこれを模式図で図示したものである。図１４（ｂ）は、先行するシーム溶接の開先を後続のシーム溶接の開先をほぼ同じに加工した例である。そのため、Ｗ１とＷ２はほぼ同じ値になっている。それに対して図１４（ａ）は、先行するシーム溶接の開先が後続するシーム溶接の開先よりも大きくなるように加工してある。このためＷ１はＷ２よりも大きくなりＷ２／Ｗ１は１未満となる。一方、図１４（ｃ）は逆に、先行するシーム溶接の開先が後続するシーム溶接の開先より小さい場合の例であるが、この場合、Ｗ１はＷ２よりも小さくなりそのためＷ２／Ｗ１は１を超える値となる。開先の寸法の比率が重要であるため、使用する鋼板の厚さが異なっても同様に設計できる。
【００６１】
さらに、同じ溶接金属の面積でも高さｈを大きくして幅ｂを小さくすることも溶接条件で可能である。すなわち、溶接電流が大きいほど図１３で示す溶け込みｄが大きくなる。当然高さｈも大きくなる。溶接電流が大きくなると溶接入熱が大きくなるが、溶接入熱を一定にしたい場合は溶接速度を速くすることにより溶接入熱は一定となり、溶接入熱を変えることなく、高さｈを大きくすることができる。入熱を一定にして溶接速度を早くすると一般に幅ｂは小さくなる。図１４（ｄ）は、この方法によりＷ２／Ｗ１を大きくした例の模式図である。開先形状は図１４（ｂ）と同じでも、溶接電流を高くすることにより、ｄの大きい溶け込みの深い溶接金属が得られ、入熱を一定にして溶接速度を早くした場合、図１４（ｄ）の様に縦長の溶接金属が得られる。
【００６２】
このようにして、Ｗ２／Ｗ１は溶接条件および開先形状を適切に選択することにより容易に制御できる。また、溶接金属の化学組成は溶接条件により決まる母材の稀釈率、溶接材料の化学組成および母材の化学組成により予測できる。溶接金属の強度や靭性はこの化学組成でほぼ決定される。そのため、溶接条件および母材が固定されても、溶接材料を適切に選択することにより自由に溶接金属の化学組成は調整することができるため、何ら溶接金属の特性に対してＷ２／Ｗ１の設計は支障を与えない。
【００６３】
次に、Ｔ１／Ａｃ１の限定理由について述べる。Ｔ１／Ａｃ１を限定する目的は、１．４≦Ｗ２／Ｗ１の限定と同じ目的で、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の引張応力の低減することである。すなわち、Ｔ１／Ａｃ１を大きくして先行するシーム溶接の溶接金属内の変態膨張する領域を増加させることにより、軸方向に発生するの引張応力を低減するのである。
【００６４】
先に述べたように、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の引張応力が７００ＭＰａ未満であれは、溶接金属１００ｇあたり拡散性水素量が２．０ｃｃ以下の場合、低温割れの発生を防ぐことができる。図７および図８を参照すると、Ｔ１／Ａｃ１を０．６５以上にすることにより先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の引張応力が７００ＭＰａ未満にすることが出来る。従って、Ｔ１／Ａｃ１を０．６５以上とした。次に、上限であるが、Ｗ２／Ｗ１の上限の限定理由と同様に、先行するシーム溶接の溶接金属表面の温度が高くなりすぎると、後続するシーム溶接により再加熱された先行するシーム溶接の熱影響部の靭性に低値の発生する頻度が高くなる。また、後続するシーム溶接を行っている際に、先行するシーム溶接の溶接金属が溶けてしまうＭＤが起こる危険性が高くなるため、上限を１．２とした。
【００６５】
次にｆ／Ｗ１の限定理由を述べる。図９で示したように、Ｔ１／Ａｃ１を０．６５以上にするためにはｆ／Ｗ１は０．１以上とする必要がある。Ｔ１がＡｃ１以上の場合は、シーム溶接部の断面からはｆは測定出来ないため、ｆ／Ｗ１の上限は１．０となる。そのため、シーム溶接部の断面からＴ１／Ａｃ１が１．２以上に達し、溶接熱影響部の靭性低下さらにはＭＤが起こる危険性があるかどうかの制御は、Ｗ１／Ｗ２≦２．５の条件を採用することになる。
【００６６】
次に具体的に、Ｔ１／Ａｃ１の制御の方法について述べる。Ｔ１は後続するシーム溶接を実施している時の溶接金属表面の最高加熱温度であり、Ｗ２と比較してＷ１が小さいほど高くなる。すなわち、Ｔ１の制御方法はＷ２／Ｗ１の制御方法と同じく、溶接条件および開先形状により容易に制御できる。一方、Ａｃ１は溶接金属の化学組成により決まる測定可能な値である。溶接金属の化学組成は先に述べた様に溶接条件とは独立に調整できるため、先ず、溶接金属に必要な特性を得るための溶接金属の化学組成を決定した後、そのＡｃ１を測定し、この値からＴ１／Ａｃ１が本発明の範囲に含まれる様に溶接条件あるいは開先形状を設計すれば容易に本発明は実施することができる。さらに、先行するシーム溶接部をバーナー等の補助熱源で加熱する等の方法で熱処理を併用する、あるいは保温材で先行するシーム溶接部を保護する等の方法で保熱する方法も有効である。先行するシーム溶接の溶接金属表面の最高加熱温度の確認は、事前に設定した開先形状、溶接条件あるいは熱処理を用いて試験的に溶接を実施し確認すれば良く、実際のシーム溶接時にはこれらの設定した溶接条件等を再現すれは、先行するシーム溶接の溶接金属表面の最高加熱温度も再現できる。当然、実際の造管に個々に測温して確認しても良く、品質管理の上ではより望ましい方向である。
【００６７】
【表１】
【００６８】
【表２】
【００６９】
【表３】
【００７０】
【表４】
【００７１】
【表５】
【００７２】
【表６】
【実施例】
【００７３】
次に、実施例を用いて詳細に本発明の効果について説明する。
【００７４】
表１で示した鋼板と、表２および表３で示したサブマージアーク溶接用の溶接材料を用いて、ＵＯ鋼管を製造した。その時に用いた開先形状は既に表４に示してある。また、用いた溶接条件も既に表５に示してある。これらの開先形状および溶接条件を組み合わせて、Ｗ１／Ｗ１およびＴ１を調整した。また、サブマージアーク溶接に使用するフラックスは、先行するシーム溶接用には３００℃×２時間で乾燥させたものを使用したが、後続するシーム溶接用には特に乾燥はせずに、購入ままで使用した。開先面は、アセトンを含ませた布で拭きゴミや油脂を除去し、その後、開先面に汚れが付着しない様に維持して、溶接行程に移った。そのため、基本的には予熱、後熱処理は行わなかったが、一部の造管では後続するシーム溶接を実施する際に先行するシーム溶接部を１００℃から１５０℃に予熱した。これは、先行するシーム溶接の溶接金属表面温度を高くするためであるが同時に拡散性水素を低減する効果もあった。
【００７５】
一方、拡散性水素を意図的に増加させた鋼管も造管した。一部の造管においては、先行するシーム溶接用のフラックスを吸湿させて溶接金属中の拡散性水素量を増加させた。また、さらに実製造では開先面に油等の付着も考えられるため、それらも模擬して洗浄した開先面に造管時に使用する水溶性の潤滑油を意図的に塗布して、ＵＯ鋼管を製造した。
【００７６】
シーム溶接は、先ず市販の５０ｋｇ級のＣＯ２溶接ワイヤで仮付け溶接を実施した後、内面からサブマージアーク溶接により先行するシーム溶接を行い、その後、外面からサブマージアーク溶接により後続するシーム溶接を行った。本実施例では、後続するシーム溶接時の先行するシーム溶接の溶接金属表面温度は、先行するシーム溶接の溶接金属表面に熱電対を抵抗溶接により接合して測温した。
【００７７】
溶接金属中の拡散性水素量は、ＵＯ鋼管造管後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点で測定用の試験片を採取し、溶接金属中の拡散性水素量を測定した。
【００７８】
その後、拡管の矯正を行った。拡管の矯正を終了後、Ｘ線によりシーム溶接部全線に対して非破壊検査を実施し、低温割れの発生の有無を確認した。その後、ＵＯ鋼管の両端および中央部から図１２に示した要領で衝撃試験片を採取し、溶接熱影響部の靭性を測定した。溶接金属の引張強度は先行するシーム溶接の溶接金属から溶接線方向にＪＩＳの丸棒型Ａ２号引張試験片を採取し測定した。溶接金属のＡｃ１温度は、溶接金属の化学組成から推定できるが、本実施例では正確を期するため、先行するシーム溶接部の溶接金属から試験片を採取し、加熱・冷却中の膨張収縮量を測定してＡｃ１温度を測定した。表７、表８（表７のつづき）に本発明によるＵＯ鋼管の発明例を示す。
【００７９】
発明例１〜発明例７まではＷ１／Ｗ２が０．６以上０．８以下の範囲の発明例である。溶接金属の強度は８５５ＭＰａ〜１１９５ＭＰａまで変化している。シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量は溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ以下であり、また開先形状および溶接条件を適正に選択することによりＷ１／Ｗ２が本発明の範囲内であるため低温割れは発生してない。さらに、溶接熱影響部の靭性の低値の発生頻度も低く良好である。
【００８０】
発明例１および発明例２は、母材、開先形状および溶接条件は同じであるが、溶接金属の強度が異なる発明例である。
【００８１】
発明例３は、板厚が２０ｍｍで、溶接金属の強度が１０００ＭＰａ超の発明例である。
【００８２】
発明例４および発明例５は、母材、開先形状および溶接金属は同じであるが、溶接条件が異なる発明例である。そのためＷ２／Ｗ１が相違している。
【００８３】
発明例６は、発明例４および発明例５と、母材および開先形状は同じであるが、溶接条件および溶接金属の強度が異なる発明例である。
【００８４】
発明例７は、溶接条件は発明例４と同じであるが、母材、開先形状および溶接金属が異なり、高強度のシーム溶接部についての発明例である。
【００８５】
発明例８〜発明例２６までは、Ｗ１／Ｗ２が１．２〜２．５の範囲で、しかもｆ／Ｗ１が０．１以上の範囲の発明例である。
【００８６】
溶接金属の強度は８５６ＭＰａ〜１１７９ＭＰａまで変化している。シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量は溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ以下であり、また、開先形状および溶接条件を適正に選択することにより、Ｗ１／Ｗ２が本発明の範囲内であるため低温割れは発生してない。さらに、Ｔ１／Ａｃ１の値も、０．６５以上、１．２以下である。また、ｆ／Ｗ１の値も０．１以上である。さらに、過剰に溶接部が加熱されていないため、溶接部熱影響部の低値の発生頻度も低く良好である。
【００８７】
発明例８、発明例９および発明例１０は、母材、溶接金属および開先形状は同じであるが、溶接条件が異なる発明例である。そのため、Ｗ２／Ｗ１は異なっているが、何れも本発明の範囲内である。また、Ｔ１／ＡＣ１は何れも、０．６５以上、１．２以下の値となっている。また、ｆ／Ｗ１は０．１以上である。
【００８８】
発明例１１は、母材、溶接金属および溶接条件は発明例８と同じであるが、開先形状が異なる。先行するシーム溶接の開先を深くしたため、Ｗ２／Ｗ１の値は小さくなっている。しかし、本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１は何れも、０．６５以上、１．２以下の値となっている。また、ｆ／Ｗ１は０．１以上である。
【００８９】
発明例１２および発明例１３は、母材Ａと溶接金属Ｉの組み合わせに本発明を適用した例である。溶接条件および開先形状も発明例８から発明例１１とは異なるが何れも適正な溶接条件や開先形状を選択しているためＷ１／Ｗ２、Ｔ１／Ａｃ１およびｆ／Ｗ１は本発明の範囲に含まれ、低温割れの無い健全な溶接部が得られている。
【００９０】
発明例１４、発明例１５、発明例１６および発明例１７は、母材および溶接金属は同じであるが、溶接条件あるいは開先形状が異なる発明例である。Ｗ２／Ｗ１は溶接条件や開先形状により変化しているが、本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１は何れも、０．６５以上、１．２以下の値となっている。また、ｆ／Ｗ１は０．１以上である。
【００９１】
発明例１８は、発明例１５と、母材、開先形状および溶接条件は同じであるが、溶接金属の引張強度が約９４０ＭＰａの例である。この引張強度でも割れは発生していない。
【００９２】
発明例１９は、発明例１８と溶接条件が異なり、Ｗ２／Ｗ１の値が高くなった発明例であるが、低温割れは発生せず、また溶接熱影響部の靭性も良好である。Ｔ１／Ａｃ１も０．６５以上、１．２以下の範囲に含まれている。また、ｆ／Ｗ１は０．１以上である。
【００９３】
発明例２０、発明例２１および発明例２２は、母材、溶接金属および開先形状は同じで、溶接条件が異なる発明例である。そのため、Ｗ２／Ｗ１は異なるが、何れの溶接条件においても、Ｗ２／Ｗ１は本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１も０．６５以上、２．５以下で、ｆ／Ｗ１も０．１以上である。そのため、低温割れはなく、また溶接熱影響部の靭性も良好である。
【００９４】
発明例２３は、発明例２１と母材、開先形状および溶接条件は同じであるが、溶接金属の引張強度が１１８５ＭＰａと高強度である。しかし、Ｗ２／Ｗ１は本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１も０．６５以上、２．５以下で、ｆ／Ｗ１も０．１以上である。そのため、低温割れはなく、また溶接熱影響部の靭性も良好である。
【００９５】
発明例２４は、発明例２３の開先形状および溶接条件を変化させた発明例である。Ｗ２／Ｗ１は本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１も０．６５以上、１．２以下で、ｆ／Ｗ１も０．１以上である。そのため、低温割れはなく、また溶接熱影響部の靭性も良好である。
【００９６】
発明例２５は母材Ｄを使用した発明例である。Ｗ２／Ｗ１は本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１も０．６５以上、１．２以下で、ｆ／Ｗ１も０．１以上である。そのため、低温割れはなく、また溶接熱影響部の靭性も良好である。
【００９７】
発明例２６も母材Ｄを使用した発明例である。溶接金属の強度は１１９４ＭＰａでさらに高強度である。Ｗ２／Ｗ１は本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１も０．６５以上、１．２以下で、ｆ／Ｗ１も０．１以上である。そのため、低温割れはなく、また溶接熱影響部の靭性も良好である。
【００９８】
発明例２７〜発明例３２は、Ｗ１／Ｗ２が１．２未満であるが、熱処理を行いＴ１温度を高くすることにより、低温割れを防止した例である。シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量は溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ以下である。
【００９９】
発明例２７は、後続するシーム溶接を実施する直前に先行するシーム溶接部を１５０℃で予熱することにより、Ｔ１／Ａｃ１を０．７４としている。ｆ／Ｗ１も０．１以上である。
【０１００】
発明例２８は、後続するシーム溶接を実施する直前に先行するシーム溶接部を１００℃で予熱し、さらに後続するシーム溶接を実施中に、先行するシーム溶接部を断熱材で保温することにより、Ｔ１／Ａｃ１を０．６９としている。ｆ／Ｗ１も０．１以上である。
【０１０１】
発明例２９は、溶接金属の引張強度が８６５ＭＰａの場合の実施例である。後続するシーム溶接を実施する直前に、先行するシーム溶接部を１５０℃で予熱することにより、Ｔ１／Ａｃ１を０．７０としている。ｆ／Ｗ１も０．１以上である。
【０１０２】
発明例３０は後続するシーム溶接を実施中に先行するシーム溶接部をバーナーで加熱することにより、Ｔ１／Ａｃ１を０．７１としている。ｆ／Ｗ１も０．１以上である。
【０１０３】
発明例３１は、後続するシーム溶接を実施中に先行するシーム溶接部を断熱材で保温することにより、Ｔ１／Ａｃ１を０．６８としている。ｆ／Ｗ１も０．１以上である。
【０１０４】
発明例３２は、後続するシーム溶接を実施する直前に先行するシーム溶接部を１００℃で予熱することにより、Ｔ１／Ａｃ１を０．７０としている。ｆ／Ｗ１も０．１以上である。
【０１０５】
これらの手段により、発明例２７〜発明例３２は低温割れが発生していない。また、Ｔ１／Ａｃ１は２．５以下、また、Ｗ１／Ｗ２は２．５以下で、過剰に溶接部が加熱されていないため、溶接熱影響部の靭性の低値の発生頻度も低く良好であり、ＭＤも発生していない。さらに、これらの熱処理により、先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量も低減している。
【０１０６】
次に、比較例について説明する。表９、表１０（表９のつづき）に本発明の比較例を示す。
【０１０７】
比較例１〜比較例７まではＷ２／Ｗ１が０．８超、１．２未満の例である。溶接金属の強度は８６２ＭＰａから１１８４ＭＰａまで変化させてある。また、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量は溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ以下である。しかし、何れも開先に対して溶接条件が不適切のため、Ｗ２／Ｗ１が本発明の範囲から外れている。また保熱や熱処理等も実施していないため、Ｔ１／Ａｃ１も０．６５未満で、ｆ／Ｗ１は０．１未満である。これらのことから、溶接金属中の拡散性水素量は少ないのにもかかわらず、先行するシーム溶接の溶接金属内に低温割れが発生している。
【０１０８】
比較例８〜比較例１０までは、Ｗ２／Ｗ１が０．６未満の例である。溶接金属の強度は８６０ＭＰａから１１８１ＭＰａまで変化させてある。Ｗ２／Ｗ１の値が小さいため、低温割れは発生していないが、溶接熱影響部の靭性の低値の発生率が１５％以上で多発している。
【０１０９】
比較例１１〜比較例１５までは、Ｗ２／Ｗ１が２．５超の例である。溶接金属の強度は８６５ＭＰａから１１７８ＭＰａまで変化させてある。何れも開先に対して、溶接条件が不適切のため、Ｗ２／Ｗ１が２．５超となっている。さらに、Ｔ１／Ａｃ１も１．２超となっている。そのため、先行するシーム溶接金属内に低温割れは発生していないが、溶接熱影響部の靭性に低値が多発している。さらに、比較例１２、比較例１４および比較例１５においては先行するシーム溶接の溶接金属が過剰に加熱されたため、ＭＤが起こっている。
【０１１０】
比較例１６〜比較例２２は溶接金属中の拡散性水素量が多い場合の比較例である。
【０１１１】
比較例１６は、発明例１と同条件であるが、開先面に汚れが付着し、さらにフラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。さらに、この低温割れは、後続するシーム溶接の溶接金属内にまで伝播していた。
【０１１２】
比較例１７は、発明例４と同条件であるが、フラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。
【０１１３】
比較例１８は、発明例７と同条件であるが、フラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。
【０１１４】
比較例１９は、発明例９と同条件であるが、開先面に汚れが付着し、さらにフラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。さらに、この低温割れは、後続するシーム溶接の溶接金属内にまで伝播していた。
【０１１５】
比較例２０は、発明例２０と同条件であるが、フラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。
【０１１６】
比較例２１は、発明例１５と同条件であるが、フラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。
【０１１７】
比較例２２は、発明例２４と同条件であるが、フラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。
【０１１８】
【表７】
【０１１９】
【表８】
【０１２０】
【表９】
【０１２１】
【表１０】
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】有限要素法による数値解析の結果を示す図。
【図２】Ｗ１およびＷ２を説明する図。
【図３】Ｗ２／Ｗ１とシーム溶接の溶接金属内に発生する残留応力の関係を示す図。
【図４】シーム溶接部の模式図。
【図５】引張強度が１０００ＭＰａの溶接金属における、Ｗ２／Ｗ１と溶接線方向の残留応力の関係を示す図。
【図６】引張強度が８５０ＭＰａの溶接金属における、Ｗ２／Ｗ１と溶接線方向の残留応力の関係を示す図。
【図７】引張強度が１０００ＭＰａの溶接金属におけるＴ１／ＡＣ１と溶接線方向の残留応力の関係を示す図。
【図８】引張強度が８５０ＭＰａの溶接金属におけるＴ１／ＡＣ１と溶接線方向の残留応力の関係を示す図。
【図９】Ｔ１／Ａｃ１とｆ／Ｗ１の比の関係を示す図。
【図１０】溶接金属の引張強度と先行するシーム溶接金属内に発生する溶接線方向の最大および最小の引張応力残留応力の関係を示す図。
【図１１】Ｗ２／Ｗ１と溶接熱影響部の靭性の低値の発生頻度の関係を示す図。
【図１２】シーム溶接部の衝撃試験片採取位置を示す図。
【図１３】溶接部の形状の模式図。
【図１４】Ｗ２／Ｗ１の調整方法を示す模式図。
【符号の説明】
【０１２３】
Ｂ１ 先行するシーム溶接の溶接金属
Ｂ２ 後続するシーム溶接の溶接金属
ａ 先行するシーム溶接の溶接金属表面からの距離
Ｗ１ 本発明でいう先行するシーム溶接の溶接金属の高さ
Ｗ２ 本発明でいう後続するシーム溶接の溶接金属の高さ
Ｈ１ 先行するシーム溶接の溶接金属の最高加熱温度測定位置
Ｓ 溶接金属の面積
ｈ 溶接金属ののど厚
ｂ 溶接金属の幅
ｄ 溶け込み深さ
ｆ 先行するシーム溶接の熱影響部の幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガス・原油輸送用ラインパイプ等に用いられる、引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成形した後に、その鋼板の突き合わせ部を引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の溶接金属を用いて突き合わせ部の内外面両側から各々１層づつ順番にシーム溶接をした後、拡管あるいは縮管などの矯正して製造するＵＯ鋼管において、シーム溶接部に低温割れのないＵＯ鋼管の製造方法とその製造方法により製造されたＵＯ鋼管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
天然ガス等を輸送するラインパイプ用の大型サイズの鋼管として、一般にはＵＯ鋼管が使用される。ＵＯ鋼管は、鋼板をＵ型に成形した後、さらにＯ型に成形して円筒状に成形し、その突き合わせ部を溶接によりつなぎあわせて円筒の鋼管とする。この溶接を一般にはシーム溶接と呼ぶ。この突き合わせ部の溶接には溶接速度が速く、かつ溶接部の品質も良好なサブマージアーク溶接が使用される。しかし、それ以外にガスシールドアーク溶接やレーザービーム溶接を使用しても問題がない。また、一般には、円筒状に成形された鋼管の内面から先ず先行するシーム溶接を行い、その後外面から後続するシーム溶接を行うことにより内面側および外面側から各々１層ずつ溶接を行いシーム溶接を完了するが、逆の順番で外面から先行するシーム溶接を行い、内面から後続するシーム溶接を行うこともできる。さらに、一般には、先行するシーム溶接に先立ち、円筒状に成形した鋼板の突き合わせ部を、ガスシールド溶接等により予め仮止めの溶接を行う。この際には、一般に仮止めの溶接部はシーム溶接により溶融され、最終的なシーム溶接部には残らない。
【０００３】
以上の様にして円筒に成形・溶接された鋼管は、さらに拡管あるいは縮管などの矯正加工を施して最終的に製品としてのＵＯ鋼管が製造される。そのため、ＵＯＥ鋼管と呼ばれることもある。
【０００４】
従来では、Ｘ６５やＸ８０グレード（米国石油協会規格、ＡＰＩ規格）のものが使用されてきたが、近年輸送効率の向上、ラインパイプの建設コストの低減あるいは輸送コストの低減を目的として、母材の引張強度が８５０ＭＰａ以上のＸ１００からＸ１２０級の高強度のＵＯ鋼管の開発が進められている。
【０００５】
これらの高強度ＵＯ鋼管のシーム溶接に使用される溶接金属は当然母材と同等以上の引張強度を有する事が要求されるため高強度の溶接金属が採用される。
【０００６】
しかし、高強度の溶接金属では溶接後に溶接金属の硬さ、溶接金属に含まれる拡散性水素及び溶接時に溶接部に発生する引張の溶接残留応力の３者により起こる低温割れが発生する。そのため、高強度ＵＯ鋼管のシーム溶接部にも低温割れが発生する。
【０００７】
このような低温割れの問題に対しては、例えば特許文献１では使用する溶接金属の化学組成、溶接金属の化学組成から計算により得られるＰｃｍおよび、溶接金属部の１００℃までの冷却時間をＰｃｍと拡散性水素から計算される冷却時間以上に制限して低温割れ防止する方法が提案されている。
【０００８】
また、特許文献２では、溶接金属の引張強度あるいは溶接金属の化学組成から計算により得られる変態温度の上限を３７５℃以下に制限して低温割れを防ぐ方法が提案されている。
【０００９】
さらに、特許文献３では、ＵＯ鋼管のシーム溶接を終了後、拡散成形するまでの時間を３０分以上にすることにより低温割れを防ぐ方法が提案されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−３３８７６号公報
【特許文献２】特開２００１−７１１７６号公報
【特許文献３】特開２００３−３１１３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１あるいは特許文献２で開示されている方法は、何れも低温割れを防ぐため制御する必要があるＰｃｍあるいは変態温度は、溶接金属の化学組成で決まり、これは溶接金属の化学組成を設計する上で制限となる。すなわち、溶接金属には強度や低温靭性あるいは変形能等の特性も要求され、溶接金属の化学組成を決める上で、不要の制限を加えるのは好ましくはない。
【００１２】
また、特許文献１では１００℃までの冷却時間をＰｃｍと拡散性水素から計算される冷却時間以上に長くする、また、特許文献３ではシーム溶接後の拡管成形までの時間を３０分以上にするなど、何れも製造工程の時間を長くすることになり、これは生産効率の向上が要求される工業生産に適用するには問題がある。
【００１３】
本発明は、溶接金属の化学組成には何ら制限を加えることなく、さらに製造工程においても効率を下げることなく、ＵＯ鋼管のシーム溶接部の溶接金属に発生する低温割れを防ぐ製造方法を提供し、また、その製造方法により製造されたＵＯ鋼管を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記目的を達成するためにＵＯ鋼管のシーム溶接時における低温割れの発生状況を詳細に検討した結果、シーム溶接金属に発生する低温割れは先行するシーム溶接の溶接金属で発生することが判明した。さらに、詳細に検討した結果、先行するシーム溶接の溶接金属に存在する拡散性水素量の上限を規定すると共に、先行するシーム溶接の溶接金属に発生する残留応力を溶接条件あるいは開先形状を制御して低減することによりＵＯ鋼管のシーム溶接部に発生する低温割れを防止できることを見いだした。
【００１５】
すなわち、本発明の第１の特徴は、引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成形した後に、その鋼板の突き合わせ部を引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の溶接金属を用いて鋼板の突き合わせ部の内外面両側から各々１層づつ順番にシーム溶接をした後、拡管あるいは縮管などの矯正加工を施してＵＯ鋼管を製造する方法において、先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下であり、かつ先行するシーム溶接の溶接金属の厚さをＷ１、後続するシーム溶接の溶接金属の厚さをＷ２とした時、Ｗ２／Ｗ１を０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．８、あるいは１．４≦Ｗ２／Ｗ１≦２．５に規定してシーム溶接を行うことにより先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する引張応力を低減することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管製造方法、である。
【００１６】
本発明の第２の特徴は、引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成形した後に、その鋼板の突き合わせ部を引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の溶接金属を用いて鋼板の突き合わせ部の内外面両側から各々１層づつ順番にシーム溶接をした後、拡管あるいは縮管などの矯正加工を施してＵＯ鋼管を製造する方法において、先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下であり、かつ後続するシーム溶接を実施する際に、先行するシーム溶接の溶接金属表面の最高到達温度をＴ１、先行するシーム溶接の溶接金属のＡｃ１変態温度をＡｃ１とする時、Ｔ１／Ａｃ１が０．６５≦Ｔ１／Ａｃ１≦１．２を満足させてシーム溶接を行うことにより先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する引張応力を低減することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管の製造方法、である。
【００１７】
本発明の第３の特徴は、引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の母材部と、内外面両側から各々１層づつのシーム溶接により形成された引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下のシーム溶接部からなるＵＯ鋼管において、先行するシーム溶接により形成された溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下であり、かつ先行するシーム溶接により形成された溶接金属の厚さをＷ１、後続するシーム溶接により形成された溶接金属の厚さをＷ２とする場合に、０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．８、あるいは１．２≦Ｗ２／Ｗ１≦２．５の関係を満足することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管、である。
【００１８】
本発明の第４の特徴は、引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の母材部と、内外面両側から各々１層づつのシーム溶接により形成された引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下のシーム溶接部からなるＵＯ鋼管において、先行するシーム溶接により形成された溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下であり、かつ先行するシーム溶接により形成された溶接金属の厚さをＷ１、先行するシーム溶接により形成された溶接金属内において、後続するシーム溶接により形成された溶接熱影響部の幅をｆとする場合に、０．１≦ｆ／Ｗ１≦１．０の関係を満足することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管、である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、天然ガス・原油輸送用ラインパイプ等に用いられる、引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成形した後に、その鋼板の突き合わせ部を引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の溶接金属を用いて内外面からシーム溶接をした後、拡管あるいは縮管などの矯正加工を施してＵＯ鋼管を製造する方法において、溶接金属の化学組成に対して何ら制限を加えることなく、先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素の上限と、シーム溶接の溶接金属の厚さの比、あるいは先行するシーム溶接金属の表面温度、あるいはシーム溶接金属と溶接熱影響部の比を制御することのみで、シーム溶接金属に発生する低温割れを防止するものである。そのため、溶接金属に必要な特性を得るための成分設計の自由度が増す。さらにシーム溶接を行った後の工程の開始までの時間を何ら制限することもないため、製造工程に対する影響もない。これらのことから、本発明により、シーム溶接部に低温割れがなく、性能の高い溶接部を持つＵＯ鋼管を高い生産性で製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明について詳細に説明する。
【００２１】
本発明では、適用する母材および溶接金属の強度の範囲を８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａに限定した。この理由は、溶接金属の引張強度が８５０ＭＰａ未満の場合は強度が低く溶接金属で低温割れは起こらず、母材の溶接熱影響部に発生し易くなるため、本発明の適用範囲外である。一方、１２００ＭＰａ以上の高強度になると、ＵＯ鋼管に必要な低温靭性が得られにくいためである。
【００２２】
本発明を適用するＵＯ鋼管の母材となる鋼板、溶接金属の化学組成、溶接方法、溶接金属を作成する溶接材料は以下に説明するものを使用することが望ましい。
【００２３】
母材となる鋼板の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．０１〜０．６％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：０．１５〜０．６０％、Ｎｂ：０．００１〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ａｌ：０．０６％以下を含有し、さらに必要に応じてＢ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．００６％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｚｒ：０．００５％以下、Ｔａ：０．００５％以下、Ｃａ：０．０１％以下、ＲＥＭ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．００６％以下の１種または２種以上含有し、残部はＦｅおよび不可避の不純物からなる鋼を熱間圧延して得られたものである。
【００２４】
また、溶接金属の化学組成は、質量％でＣ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．０４〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：０．０１〜１．５％、Ｎｉ：４．５％以下、Ｍｏ：２．０％以下、Ｎｂ：０．０２０％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｏ：０．０１００〜０．０５００％、Ｂ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１０％以下、Ｖ：０．０４％以下、Ｃｕ：０．４０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避の不純物からなるものである。
【００２５】
また、溶接金属を形成するための溶接方法は、ＵＯ鋼管においては生産性や品質を考えるとサブマージアーク溶接が望ましいが、これ以外にもガスシールドアーク溶接やレーザービームアーク溶接等の使用可能である。
【００２６】
また、溶接金属の化学組成は、溶接方法とその溶接条件により決まる母材の稀釈率と、母材および溶接材料の化学組成により決まる。従って、用いる母材、溶接方法および溶接条件が決まれば、望ましい溶接金属の化学組成が得られるような化学組成を有する溶接材料を準備することにより、望ましい溶接金属の化学組成を得ることが出来る。
【００２７】
サブマージアーク溶接では、溶接材料として溶接ワイヤとフラックスを使用する。その溶接において複数のワイヤを電極に用いて溶接を行うことが容易にできるため、既存の溶接ワイヤを適当に選択することにより、望ましい溶接金属を得ることができる。しかし、当然専用の溶接ワイヤを使用することにより、より的確に望ましい溶接金属を得ることができる。
【００２８】
そのためサブマージアーク溶接では、望ましい溶接材料の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜０．４０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：３．５％以下、Ｎｉ：１２．０％以下、Ｍｏ：４．５％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ａｌ：０．０３％以下、Ｏ：０．０１０％以下Ｂ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１０％以下、残部はＦｅおよび不可避の不純物からなるものである。
【００２９】
また、サブマージアーク溶接では溶接金属の酸素量は使用するフラックスで制御できるが、望ましいフラックスの組成は、質量％で、ＣａＦ２：１５〜５５％、ＳｉＯ２：２〜２５％、Ａｌ２Ｏ３：１５〜４５％、ＭｇＯ：１〜８％、ＣａＯ：５〜３０％、必要に応じて、Ｌｉ２Ｏ：３．０％以下、Ｋ２Ｏ：２．０％以下、残部は不可避の不純物からなるものである。
【００３０】
本発明者らは、これらの母材、溶接材料を用いて実際に鋼板に両面１層づつのサブマージアーク溶接を実施して溶接継手を作成する。本発明者らは、次いで実際にＵＯ鋼管を試験的に造管し、低温割れの防止方法について検討した。
【００３１】
表１に用いた母材の化学組成を示した。表２に用いた溶接ワイヤの化学組成を示した。表３に用いたフラックスの化学組成を示した。表４に用いた開先形状の条件を示した。表５に用いた溶接条件を示した。本発明においては、溶接は全て３電極のサブマージアーク溶接法を用いた。表６に用いた溶接金属の化学組成を示した。表６に示した溶接金属は、表２に示したワイヤと表３に示したフラックスを組み合わせて表６の入熱で作成したものである。溶接金属の化学組成は、入熱が同じでも溶接条件により若干異なるが、表５に示した溶接条件の範囲では著しい差がないことは確認しており、表６にはその化学組成の一例を示してある。
【００３２】
低温割れは、従来から言われているように、溶接金属の硬さ、溶接金属中の拡散性水素量及び溶接金属に加わる引張応力の３種類の要因が重なり発生する。このため、３種類の要因でいずれか１種類以上の要因を緩和することにより低温割れの発生を防止することができる。
【００３３】
この３種類の要因のうち、溶接金属の硬さは溶接金属の機械的特性を左右する重要な因子であり、安易に規制することは好ましくはない。そのため、拡散性水素と引張残留応力の両者を低減する方法を検討した。
【００３４】
先ず、本発明者らは、低温割れの発生状況と拡散性水素量および応力の関係を調査した。溶接金属は、表６に示す溶接金属の中で、引張強度が８５５ＭＰａの溶接金属Ｉおよび引張強度が１０１５ＭＰａの溶接金属Ｖを使用した。母材は、表６に示した溶接金属の対応した母材を使用した。また溶接条件は、溶接金属Ｉに対しては表４に示す開先形状ヌおよび表５に示す溶接条件３３を使用した。溶接金属Ｖに対しては表４に示す開先形状ホおよび表５に示す溶接条件２５を使用した。
【００３５】
作成した溶接金属から接線方向と引張軸が平行になるように切り出した丸棒型試験片に電解チャージにより水素を封入した。この丸棒型引張試験を種々の応力で引張り、７２時間後の低温割れの発生状況を調べた。図１に１０１５ＭＰａの溶接金属の結果を示した。負荷される応力が高いほどより少ない拡散性水素でも割れが発生することが判る。図２に８５５ＭＰａの溶接金属についての結果を示したが、傾向は１０１５ＭＰａの溶接金属と同様であった。
【００３６】
次に本発明者らは、種々の条件で溶接したＵＯ鋼管のシーム溶接部に発生した低温割れを詳細に観察し検討した。その結果、両面から１層づつ溶接するシーム溶接部では、低温割れは必ず先行するシーム溶接金属の内部から発生することが判明した。低温割れが発生し易い条件では後続するシーム溶接金属内でも低温割れは観察されたが、詳細に低温割れの発生点を調査すると、何れの場合においても低温割れの発生点は先行するシーム溶接の溶接金属内に有り、これが後続するシーム溶接の溶接金属に伝搬していることが判明した。また、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する低温割れは溶接線方向と垂直方向に進展していることも判明した。
【００３７】
さらに、本発明者らは、シーム溶接金属内の引張残応力の発生状況を検討した。ＵＯ鋼管のシーム溶接金属内に発生する応力は、溶接時の熱サイクルに起因する溶接残留応力（以後、本発明では単に残留応力と呼ぶ）である。シーム溶接金属内に発生する残留応力の分布を実測することは困難であるため、有限要素法（以後、本発明ではＦＥＭと呼ぶ）による数値解析シミュレーションにより、溶接ビード幅中央の位置における溶接線方向に発生する残留応力の板厚方向における分布を推定した。溶接線方向の残留応力を求めたのは、先に述べた様にＵＯ鋼管のシーム溶接部に発生する低温割れが溶接線と直角方向に進展するため、溶接線方向の応力が低温割れに寄与すると判断したためである。計算の前提となるシーム溶接は、板厚２０ｍｍの鋼板に両面から１層づつサブマージアーク溶接を行った溶接部である。鋼板の引張強度は９５０ＭＰａ、溶接金属の引張強度は１０００ＭＰａとした。また、溶接入熱は、先行するシーム溶接が３．４ｋＪ／ｍｍ、後続するシーム溶接は３．４ｋＪ／ｍｍである。さらに、表１に示した鋼板Ｂを母材と、溶接金属が表６に示す溶接金属Ｖの組み合わせで、両面１層ずつのシーム溶接部を作成し、その溶接ビード表面の残留応力を測定し、数値解析の妥当性を検証した。溶接条件は数値計算で用いたもの同じ入熱で、開先形状は表４の開先形状ホ、溶接条件は表５の溶接条件２５を使用した。
【００３８】
図３は、数値解析および実測の結果である。引張の残留応力を正の値として図示してある。以後、本発明では引張方向の応力を正とする。溶接金属表面の数値計算の結果は、実測値と一致していることから数値解析は妥当である判断できる。
【００３９】
図３から、引張の残留応力は先行するシーム溶接金属内に最大値を示し、その位置は低温割れの起点の位置と一致していた。
【００４０】
以上の調査結果から、本発明者らは、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する低温割れを防止すれば、ＵＯ鋼管に発生する低温割れを防止できるとの結果に至った。このことは、先行するシーム溶接に続き後続するシーム溶接を実施する２層溶接において、低温割れを防止する施策を先行するシーム溶接にのみ集中して実施すれば良いことを意味し、低温割れを防止する上で非常に簡便にできることを意味する。
【００４１】
そこで、本発明者らは、さらに詳細に数値解析を行い先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の残留応力の変化を調査した。その結果、図４で図示した、先行するシーム溶接の溶接金属の厚さＷ１と後続するシーム溶接の溶接金属の厚さＷ２の比により、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の残留応力が変化することが判った。図５に、数値解析により求めた、Ｗ２／Ｗ１と先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の最大残留応力の関係を示す。両面の溶接金属の引張強度は１０００ＭＰａの場合を想定している。溶接線方向の最大引張応力はＷ２／Ｗ１により変化し、Ｗ２／Ｗ１が約０．９で最大値を示した。図６は両面の溶接金属の引張強度が８５０ＭＰａの仮定で計算した結果であるが、１０００ＭＰａと同様の傾向を示した。
【００４２】
Ｗ２／Ｗ１の違いにより、溶接線方向の応力に相違がある理由について考察した。その結果、以下の様に推論した。先行するシーム溶接は後続するシーム溶接の熱により加熱される。そのため、先行するシーム溶接には後続するシーム溶接の熱により熱膨張、収縮が起こり、再度溶接線方向に引張応力が発生する。これに起因する引張応力は、Ｗ２／Ｗ１が大きくなるに従い増加する。しかし、一方では、後続するシーム溶接内には溶接線方向に引張の残留応力が発生する。この引張の応力により先行するシーム溶接は圧縮され、先行するシーム溶接の溶接金属に発生している溶接線方向の引張応力は緩和される。そのためＷ２／Ｗ１が大きくなるに従い先行するシーム溶接内の溶接線方向の引張応力は低減される。この両者の和が、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の引張応力となるため、Ｗ２／Ｗ１が増加するに従い、最初は前者の効果のため溶接線方向の引張応力は増加するが、Ｗ２／Ｗ１が１付近で、後者の効果が強くなり溶接線方向の引張応力が低減されると考えられる。
【００４３】
本発明者らは、さらに後続するシーム溶接に発生する溶接線方向の引張応力を低減する方法を検討した。その結果、高強度溶接金属は冷却時に変態膨張を起こすことに注目し、これを効果的に利用することで先行するシーム溶接の溶接金属に発生する溶接線方向の引張応力を低減することを考えた。
【００４４】
変態膨張を効果的に起こすためには、先行するシーム溶接の溶接金属の温度が重要である。そこで、先行するシーム溶接の溶接金属の表面温度と溶接線方向の残留応力の関係について検討した。図７に両面の溶接金属の引張強度が１０００ＭＰａの場合について、数値解析により求めた、後続するシーム溶接を行っている際の先行するシーム溶接の溶接金属最高表面温度と先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する軸方向の最大引張応力の関係を示した。ここで言う、先行するシーム溶接の溶接金属表面の温度とは図４で示した先行するシーム溶接の溶接金属の頂点であるＨ１の位置での温度のことである。図７においては、先行するシーム溶接の溶接金属表面温度は先行するシーム溶接の溶接金属表面温度Ｔ１を溶接金属のＡｃ１温度で無次元化してある。Ａｃ１温度は数値計算で用いた値を使用している。図７からＴ１／Ａｃ１が大きくなるに従い、先行するシーム溶接の溶接金属内の溶接線方向の引張応力は小さくなっていることが分かる。図８に両面の引張強度が８５０ＭＰａの溶接金属についての数値解析結果を示した。図８から分かるように、８５０ＭＰａの場合でも１０００ＭＰａの溶接金属の場合と同様の傾向を示した。
【００４５】
次に本発明者らは、シーム溶接後の溶接部の形状からＴ１／Ａｃ１が０．６５以上に保持されたかどうかを判断することが出来ないか検討をした。その結果、Ｔ１／Ａｃ１を０．６５以上にすることはＡｃ１以上に加熱された領域の面積を多くすることを目的としているため、溶接熱影響を受けた領域を知ることによりＴ１／Ａｃ１が０．６５以上に加熱されているかどうかを判断することができることを見いだした。具体的には、先行するシーム溶接の溶接金属内の後続するシーム溶接による溶接熱影響の幅と、先行するシーム溶接の厚さＷ１の比を測定することにより、Ｔ１／Ａｃ１が０．６５以上であるか否かを知ることが可能であるとの知見に至った。ここで、溶接熱影響部の幅とは図４で示すｆの長さのことである。ｆは溶接金属をナイタール等の腐食液で腐食することにより、容易に測定できる。
【００４６】
図９に、Ｔ１／Ａｃ１とｆ／Ｗ１の関係を示した。図９からＴ１／Ａｃ１が０．６５未満の場合は、ｆ／Ｗ１は０．１未満となることが分かる。すなわち、ｆ／Ｗ１が０．１以上の場合はＴ１／Ａｃ１が０．６５以上であることが判明する。この事実より、製造後のマクロ組織からも本発明が確実に実施されたか判定できる。
【００４７】
次に、本発明者らは、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の引張応力の最小値に注目した。図１０は溶接金属の強度を変化させて、先行するシーム溶接部の溶接金属に発生する溶接線方向の最小の応力を数値解析により計算した結果を示した。数値解析の結果、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の最小の引張応力は約５２０ＭＰａ〜５５０ＭＰａであった。また、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の最大の引張応力は最大で約８３０ＭＰａであると考えられた。
【００４８】
以上の検討結果を総合して、本発明者らは溶接金属の化学組成に制限を加えることなく、またシーム溶接後の行程に影響を加えることのない、低温割れの防止方法を考案した。
【００４９】
以下に、本発明の内容を詳細に説明する。
【００５０】
先ず、先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素量を溶接金属１００ｇ当たり２．０ｃｃ以下と制限した。これは、図１０に示したように先行するシーム溶接の溶接金属内には最低でも約５２０ＭＰａ〜５５０ＭＰａの溶接線方向の引張応力が発生する。この引張応力においても低温割れを起こさせないためには、図１および図２から溶接金属の拡散性水素量を溶接金属１００ｇ当たり２．０ｃｃ以下とする必要がある。尚、拡管あるいは縮管によりＵＯ鋼管のシーム溶接部には大きな塑性変形が加わり応力の再分布が行われ、その結果、溶接線方向の引張応力は５００ＭＰａ以下に低下することが判っている。すなわち、拡管あるいは縮管などの矯正を行った後は、低温割れが起こることはない。
【００５１】
シーム溶接部の拡散性水素を溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下にする方法としては、溶接材量の乾燥、開先の洗浄、溶接時の予熱あるいは後熱等があげられる。本発明で望ましいとしたサブマージアーク溶接においては、フラックスを使用するため、フラックスの乾燥は拡散性水素の低減に有効である。例えば、フラックスを厚さ３０ｍｍ程度に拡げて２５０℃〜３５０℃に加熱した炉内で２時間乾燥することで、フラックスから溶接金属に持ち込まれる拡散性水素は低減できる。しかし、溶接施工時にも溶接金属の拡散性水素が増加する場合もある。すなわち、開先面の汚れや周囲の湿気も溶接金属中への拡散性水素の供給源となる。これに対応して、溶接施工時における拡散性水素の低減方法としては次の様な方法ある。溶接行う開先面の汚れとしては鉄粉やゴミがあるが、これらは水の洗浄で除去できる。また、水溶性の液体や水に懸濁できる油脂類あるいは水には懸濁しない少量の油脂も水あるいは高圧水を開先面い吹き付けることにより除去できるが、多量の油脂類は、例えばアセトン等の揮発性の溶剤やアルコールで除去すれは完全に開先面汚れは除去できる。また、溶接後に２５０℃で２０分から３０分後熱することにより、雰囲気から持ち込まれた場合に増加する拡散性水素も低減することができ、溶接金属中の拡散性水素をさらに安定して低減できる。溶接金属中の拡散性水素料は、用いる溶接材料の吸湿のし易さや、溶接時の周囲の湿度等でも変わるが、これらの対策を組み合わせることにより、溶接金属中の拡散性水素量を低減することができる。
【００５２】
次に、本発明で使用した先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素の測定方法について説明する。一般に溶接の分野において、低温割れを議論するときの拡散性水素の測定方法は、ＪＩＳ Ｚ ３１１８で鋼溶接部の水素量測定方法があるが、これは溶着金属の拡散性水素を測定する方法である。本発明ではより現実に近くするため、溶接金属の拡散性水素量を基準とした。この方法では、実際に鋼板を両面から一層ずつ溶接した後、シーム溶接部が１００℃に達した時点で、先行するシーム溶接部から約５ｍｍ×４０ｍｍの拡散性水素測定用の試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｚ３１１８で記載されているガスクロマトグラフ法による拡散性水素測定方法に準拠して測定した。もちろん、後続するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素量も同様にして測定できる。
【００５３】
また、本発明では１００℃に達した時点での拡散性水素を測定している。これは、低温割れは約１００℃以下で発生するために、１００℃での拡散性水素を測定した。ＵＯ鋼管の造管においては、先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素は溶接後から単調に減少する。そのため、シーム溶接後、溶接部が１００℃に冷却した時点の拡散性水素が２．０ｃｃ以下であれば低温割れは発生しないので、この温度での拡散性水素を測定した。
【００５４】
上述の方法を用いれば、より実施工に近い溶接部に残留している拡散性水素量が測定できる。さらに、溶接材量の乾燥、開先の洗浄、予熱、後熱等の方法により先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素を制御する方法を採用しても、その効果を直接確認できるため、有効な方法である。
【００５５】
次に、先行するシーム溶接の溶接金属の高さＷ１と後続するシーム溶接の溶接金属の高さＷ２の比である、Ｗ２／Ｗ１の範囲の限定理由について述べる。図１および図２より溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下の場合、引張応力が約７００ＭＰａ未満では低温割れは起こらないと推定できる。図５および図６から、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の引張応力はＷ２／Ｗ１１≦０．８、および１．２≦Ｗ２／Ｗ１の範囲では７００ＭＰａ未満にすることが出来ることが判る。
【００５６】
次に、Ｗ２／Ｗ１の上限と下限についての限定理由を以下に述べる。ＵＯ鋼管のシーム溶接部には優れた低温靭性が要求される。しかし、高強度ＵＯ鋼管の両面１層のシーム溶接部では後続のシーム溶接により再加熱された先行シーム溶接の熱影響部の靭性を測定すると、溶接条件等が適切でないと、靭性に低値が発生し易くなるという問題がある。図１１は表１に示す鋼板Ｂを、表３に示す溶接金属Ｖを持つ両面１層のシーム溶接部の、溶接金属Ｗ２／Ｗ１と溶接熱影響部の−３０℃の吸収エネルギーの低値の発生率の関係を示す。衝撃試験片は図１２に示すように、衝撃試験片のノッチを、先行するシーム溶接の熱影響部と後続するシーム溶接の熱影響部が重なった位置に来るように採取した。衝撃試験片は一つのＷ２／Ｗ１の条件で、２７本実施し、その内４０Ｊ以下の吸収エネルギーの発生率を百分率で示した。Ｗ２／Ｗ１は表４および表５の開先形状および溶接条件を選択して調整した。図１２が示す様に、Ｗ２／Ｗ１が０．６未満と２．５超で低値の発生頻度が急激に増加している。また、Ｗ２／Ｗ１が２．５超の場合は、先行するシーム溶接が後続するシーム溶接により加熱されすぎて高温になり、先行するシーム溶接の溶接金属が溶けてしまうメルトダウン現象（以後、本発明ではＭＤと略する）が起こる危険性が高くなる。この観点からもＷ２／Ｗ１は２．５以下が望ましい。
【００５７】
以上の検討から、Ｗ２／Ｗ１の範囲を、０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．８、および１．２≦Ｗ２／Ｗ１≦２．５、とした。
【００５８】
このＷ２／Ｗ１の制御に仕方について述べる。Ｗ１およびＷ２は溶接金属の大きさおよび形状を制御することで制御できる。ここで言う大きさとは、図１３で示す溶接金属の断面積Ｓであり、形状とは溶接方向と垂直の断面で溶接金属を見た場合の高さｈと幅ｂである。Ｗ１は先行するシーム溶接の溶接金属のｈから先行するシーム溶接の溶接金属と、後続するシーム溶接の溶接金属との交差する長さを差し引いた値となる。一方、Ｗ２は後続するシーム溶接の溶接金属のｈと同じ値である。
【００５９】
一般に、溶接では開先をアーク等の熱源により溶融した溶接材料で充分埋めることが出来るように溶接条件を決める。そのため、断面積の大きな開先形状を作成すれば断面積の大きな溶接金属Ｓを得ることができる。一方、断面積の小さい開先を作成すれば小さな断面積Ｓの溶接金属を得ることが出来る。すなわち、溶接金属の面積は溶接入熱で容易に制御できるため、Ｗ２／Ｗ１を必要な範囲内の値にすることは、両面の開先形状を所要のＷ２／Ｗ１になるように設計すれば容易に可能である。
【００６０】
図１４はこれを模式図で図示したものである。図１４（ｂ）は、先行するシーム溶接の開先を後続のシーム溶接の開先をほぼ同じに加工した例である。そのため、Ｗ１とＷ２はほぼ同じ値になっている。それに対して図１４（ａ）は、先行するシーム溶接の開先が後続するシーム溶接の開先よりも大きくなるように加工してある。このためＷ１はＷ２よりも大きくなりＷ２／Ｗ１は１未満となる。一方、図１４（ｃ）は逆に、先行するシーム溶接の開先が後続するシーム溶接の開先より小さい場合の例であるが、この場合、Ｗ１はＷ２よりも小さくなりそのためＷ２／Ｗ１は１を超える値となる。開先の寸法の比率が重要であるため、使用する鋼板の厚さが異なっても同様に設計できる。
【００６１】
さらに、同じ溶接金属の面積でも高さｈを大きくして幅ｂを小さくすることも溶接条件で可能である。すなわち、溶接電流が大きいほど図１３で示す溶け込みｄが大きくなる。当然高さｈも大きくなる。溶接電流が大きくなると溶接入熱が大きくなるが、溶接入熱を一定にしたい場合は溶接速度を速くすることにより溶接入熱は一定となり、溶接入熱を変えることなく、高さｈを大きくすることができる。入熱を一定にして溶接速度を早くすると一般に幅ｂは小さくなる。図１４（ｄ）は、この方法によりＷ２／Ｗ１を大きくした例の模式図である。開先形状は図１４（ｂ）と同じでも、溶接電流を高くすることにより、ｄの大きい溶け込みの深い溶接金属が得られ、入熱を一定にして溶接速度を早くした場合、図１４（ｄ）の様に縦長の溶接金属が得られる。
【００６２】
このようにして、Ｗ２／Ｗ１は溶接条件および開先形状を適切に選択することにより容易に制御できる。また、溶接金属の化学組成は溶接条件により決まる母材の稀釈率、溶接材料の化学組成および母材の化学組成により予測できる。溶接金属の強度や靭性はこの化学組成でほぼ決定される。そのため、溶接条件および母材が固定されても、溶接材料を適切に選択することにより自由に溶接金属の化学組成は調整することができるため、何ら溶接金属の特性に対してＷ２／Ｗ１の設計は支障を与えない。
【００６３】
次に、Ｔ１／Ａｃ１の限定理由について述べる。Ｔ１／Ａｃ１を限定する目的は、１．４≦Ｗ２／Ｗ１の限定と同じ目的で、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の引張応力の低減することである。すなわち、Ｔ１／Ａｃ１を大きくして先行するシーム溶接の溶接金属内の変態膨張する領域を増加させることにより、軸方向に発生するの引張応力を低減するのである。
【００６４】
先に述べたように、先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の引張応力が７００ＭＰａ未満であれは、溶接金属１００ｇあたり拡散性水素量が２．０ｃｃ以下の場合、低温割れの発生を防ぐことができる。図７および図８を参照すると、Ｔ１／Ａｃ１を０．６５以上にすることにより先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する溶接線方向の引張応力が７００ＭＰａ未満にすることが出来る。従って、Ｔ１／Ａｃ１を０．６５以上とした。次に、上限であるが、Ｗ２／Ｗ１の上限の限定理由と同様に、先行するシーム溶接の溶接金属表面の温度が高くなりすぎると、後続するシーム溶接により再加熱された先行するシーム溶接の熱影響部の靭性に低値の発生する頻度が高くなる。また、後続するシーム溶接を行っている際に、先行するシーム溶接の溶接金属が溶けてしまうＭＤが起こる危険性が高くなるため、上限を１．２とした。
【００６５】
次にｆ／Ｗ１の限定理由を述べる。図９で示したように、Ｔ１／Ａｃ１を０．６５以上にするためにはｆ／Ｗ１は０．１以上とする必要がある。Ｔ１がＡｃ１以上の場合は、シーム溶接部の断面からはｆは測定出来ないため、ｆ／Ｗ１の上限は１．０となる。そのため、シーム溶接部の断面からＴ１／Ａｃ１が１．２以上に達し、溶接熱影響部の靭性低下さらにはＭＤが起こる危険性があるかどうかの制御は、Ｗ１／Ｗ２≦２．５の条件を採用することになる。
【００６６】
次に具体的に、Ｔ１／Ａｃ１の制御の方法について述べる。Ｔ１は後続するシーム溶接を実施している時の溶接金属表面の最高加熱温度であり、Ｗ２と比較してＷ１が小さいほど高くなる。すなわち、Ｔ１の制御方法はＷ２／Ｗ１の制御方法と同じく、溶接条件および開先形状により容易に制御できる。一方、Ａｃ１は溶接金属の化学組成により決まる測定可能な値である。溶接金属の化学組成は先に述べた様に溶接条件とは独立に調整できるため、先ず、溶接金属に必要な特性を得るための溶接金属の化学組成を決定した後、そのＡｃ１を測定し、この値からＴ１／Ａｃ１が本発明の範囲に含まれる様に溶接条件あるいは開先形状を設計すれば容易に本発明は実施することができる。さらに、先行するシーム溶接部をバーナー等の補助熱源で加熱する等の方法で熱処理を併用する、あるいは保温材で先行するシーム溶接部を保護する等の方法で保熱する方法も有効である。先行するシーム溶接の溶接金属表面の最高加熱温度の確認は、事前に設定した開先形状、溶接条件あるいは熱処理を用いて試験的に溶接を実施し確認すれば良く、実際のシーム溶接時にはこれらの設定した溶接条件等を再現すれは、先行するシーム溶接の溶接金属表面の最高加熱温度も再現できる。当然、実際の造管に個々に測温して確認しても良く、品質管理の上ではより望ましい方向である。
【００６７】
【表１】
【００６８】
【表２】
【００６９】
【表３】
【００７０】
【表４】
【００７１】
【表５】
【００７２】
【表６】
【実施例】
【００７３】
次に、実施例を用いて詳細に本発明の効果について説明する。
【００７４】
表１で示した鋼板と、表２および表３で示したサブマージアーク溶接用の溶接材料を用いて、ＵＯ鋼管を製造した。その時に用いた開先形状は既に表４に示してある。また、用いた溶接条件も既に表５に示してある。これらの開先形状および溶接条件を組み合わせて、Ｗ１／Ｗ１およびＴ１を調整した。また、サブマージアーク溶接に使用するフラックスは、先行するシーム溶接用には３００℃×２時間で乾燥させたものを使用したが、後続するシーム溶接用には特に乾燥はせずに、購入ままで使用した。開先面は、アセトンを含ませた布で拭きゴミや油脂を除去し、その後、開先面に汚れが付着しない様に維持して、溶接行程に移った。そのため、基本的には予熱、後熱処理は行わなかったが、一部の造管では後続するシーム溶接を実施する際に先行するシーム溶接部を１００℃から１５０℃に予熱した。これは、先行するシーム溶接の溶接金属表面温度を高くするためであるが同時に拡散性水素を低減する効果もあった。
【００７５】
一方、拡散性水素を意図的に増加させた鋼管も造管した。一部の造管においては、先行するシーム溶接用のフラックスを吸湿させて溶接金属中の拡散性水素量を増加させた。また、さらに実製造では開先面に油等の付着も考えられるため、それらも模擬して洗浄した開先面に造管時に使用する水溶性の潤滑油を意図的に塗布して、ＵＯ鋼管を製造した。
【００７６】
シーム溶接は、先ず市販の５０ｋｇ級のＣＯ２溶接ワイヤで仮付け溶接を実施した後、内面からサブマージアーク溶接により先行するシーム溶接を行い、その後、外面からサブマージアーク溶接により後続するシーム溶接を行った。本実施例では、後続するシーム溶接時の先行するシーム溶接の溶接金属表面温度は、先行するシーム溶接の溶接金属表面に熱電対を抵抗溶接により接合して測温した。
【００７７】
溶接金属中の拡散性水素量は、ＵＯ鋼管造管後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点で測定用の試験片を採取し、溶接金属中の拡散性水素量を測定した。
【００７８】
その後、拡管の矯正を行った。拡管の矯正を終了後、Ｘ線によりシーム溶接部全線に対して非破壊検査を実施し、低温割れの発生の有無を確認した。その後、ＵＯ鋼管の両端および中央部から図１２に示した要領で衝撃試験片を採取し、溶接熱影響部の靭性を測定した。溶接金属の引張強度は先行するシーム溶接の溶接金属から溶接線方向にＪＩＳの丸棒型Ａ２号引張試験片を採取し測定した。溶接金属のＡｃ１温度は、溶接金属の化学組成から推定できるが、本実施例では正確を期するため、先行するシーム溶接部の溶接金属から試験片を採取し、加熱・冷却中の膨張収縮量を測定してＡｃ１温度を測定した。表７、表８（表７のつづき）に本発明によるＵＯ鋼管の発明例を示す。
【００７９】
発明例１〜発明例７まではＷ１／Ｗ２が０．６以上０．８以下の範囲の発明例である。溶接金属の強度は８５５ＭＰａ〜１１９５ＭＰａまで変化している。シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量は溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ以下であり、また開先形状および溶接条件を適正に選択することによりＷ１／Ｗ２が本発明の範囲内であるため低温割れは発生してない。さらに、溶接熱影響部の靭性の低値の発生頻度も低く良好である。
【００８０】
発明例１および発明例２は、母材、開先形状および溶接条件は同じであるが、溶接金属の強度が異なる発明例である。
【００８１】
発明例３は、板厚が２０ｍｍで、溶接金属の強度が１０００ＭＰａ超の発明例である。
【００８２】
発明例４および発明例５は、母材、開先形状および溶接金属は同じであるが、溶接条件が異なる発明例である。そのためＷ２／Ｗ１が相違している。
【００８３】
発明例６は、発明例４および発明例５と、母材および開先形状は同じであるが、溶接条件および溶接金属の強度が異なる発明例である。
【００８４】
発明例７は、溶接条件は発明例４と同じであるが、母材、開先形状および溶接金属が異なり、高強度のシーム溶接部についての発明例である。
【００８５】
発明例８〜発明例２６までは、Ｗ１／Ｗ２が１．２〜２．５の範囲で、しかもｆ／Ｗ１が０．１以上の範囲の発明例である。
【００８６】
溶接金属の強度は８５６ＭＰａ〜１１７９ＭＰａまで変化している。シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量は溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ以下であり、また、開先形状および溶接条件を適正に選択することにより、Ｗ１／Ｗ２が本発明の範囲内であるため低温割れは発生してない。さらに、Ｔ１／Ａｃ１の値も、０．６５以上、１．２以下である。また、ｆ／Ｗ１の値も０．１以上である。さらに、過剰に溶接部が加熱されていないため、溶接部熱影響部の低値の発生頻度も低く良好である。
【００８７】
発明例８、発明例９および発明例１０は、母材、溶接金属および開先形状は同じであるが、溶接条件が異なる発明例である。そのため、Ｗ２／Ｗ１は異なっているが、何れも本発明の範囲内である。また、Ｔ１／ＡＣ１は何れも、０．６５以上、１．２以下の値となっている。また、ｆ／Ｗ１は０．１以上である。
【００８８】
発明例１１は、母材、溶接金属および溶接条件は発明例８と同じであるが、開先形状が異なる。先行するシーム溶接の開先を深くしたため、Ｗ２／Ｗ１の値は小さくなっている。しかし、本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１は何れも、０．６５以上、１．２以下の値となっている。また、ｆ／Ｗ１は０．１以上である。
【００８９】
発明例１２および発明例１３は、母材Ａと溶接金属Ｉの組み合わせに本発明を適用した例である。溶接条件および開先形状も発明例８から発明例１１とは異なるが何れも適正な溶接条件や開先形状を選択しているためＷ１／Ｗ２、Ｔ１／Ａｃ１およびｆ／Ｗ１は本発明の範囲に含まれ、低温割れの無い健全な溶接部が得られている。
【００９０】
発明例１４、発明例１５、発明例１６および発明例１７は、母材および溶接金属は同じであるが、溶接条件あるいは開先形状が異なる発明例である。Ｗ２／Ｗ１は溶接条件や開先形状により変化しているが、本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１は何れも、０．６５以上、１．２以下の値となっている。また、ｆ／Ｗ１は０．１以上である。
【００９１】
発明例１８は、発明例１５と、母材、開先形状および溶接条件は同じであるが、溶接金属の引張強度が約９４０ＭＰａの例である。この引張強度でも割れは発生していない。
【００９２】
発明例１９は、発明例１８と溶接条件が異なり、Ｗ２／Ｗ１の値が高くなった発明例であるが、低温割れは発生せず、また溶接熱影響部の靭性も良好である。Ｔ１／Ａｃ１も０．６５以上、１．２以下の範囲に含まれている。また、ｆ／Ｗ１は０．１以上である。
【００９３】
発明例２０、発明例２１および発明例２２は、母材、溶接金属および開先形状は同じで、溶接条件が異なる発明例である。そのため、Ｗ２／Ｗ１は異なるが、何れの溶接条件においても、Ｗ２／Ｗ１は本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１も０．６５以上、２．５以下で、ｆ／Ｗ１も０．１以上である。そのため、低温割れはなく、また溶接熱影響部の靭性も良好である。
【００９４】
発明例２３は、発明例２１と母材、開先形状および溶接条件は同じであるが、溶接金属の引張強度が１１８５ＭＰａと高強度である。しかし、Ｗ２／Ｗ１は本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１も０．６５以上、２．５以下で、ｆ／Ｗ１も０．１以上である。そのため、低温割れはなく、また溶接熱影響部の靭性も良好である。
【００９５】
発明例２４は、発明例２３の開先形状および溶接条件を変化させた発明例である。Ｗ２／Ｗ１は本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１も０．６５以上、１．２以下で、ｆ／Ｗ１も０．１以上である。そのため、低温割れはなく、また溶接熱影響部の靭性も良好である。
【００９６】
発明例２５は母材Ｄを使用した発明例である。Ｗ２／Ｗ１は本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１も０．６５以上、１．２以下で、ｆ／Ｗ１も０．１以上である。そのため、低温割れはなく、また溶接熱影響部の靭性も良好である。
【００９７】
発明例２６も母材Ｄを使用した発明例である。溶接金属の強度は１１９４ＭＰａでさらに高強度である。Ｗ２／Ｗ１は本発明の範囲に含まれ、Ｔ１／Ａｃ１も０．６５以上、１．２以下で、ｆ／Ｗ１も０．１以上である。そのため、低温割れはなく、また溶接熱影響部の靭性も良好である。
【００９８】
発明例２７〜発明例３２は、Ｗ１／Ｗ２が１．２未満であるが、熱処理を行いＴ１温度を高くすることにより、低温割れを防止した例である。シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量は溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ以下である。
【００９９】
発明例２７は、後続するシーム溶接を実施する直前に先行するシーム溶接部を１５０℃で予熱することにより、Ｔ１／Ａｃ１を０．７４としている。ｆ／Ｗ１も０．１以上である。
【０１００】
発明例２８は、後続するシーム溶接を実施する直前に先行するシーム溶接部を１００℃で予熱し、さらに後続するシーム溶接を実施中に、先行するシーム溶接部を断熱材で保温することにより、Ｔ１／Ａｃ１を０．６９としている。ｆ／Ｗ１も０．１以上である。
【０１０１】
発明例２９は、溶接金属の引張強度が８６５ＭＰａの場合の実施例である。後続するシーム溶接を実施する直前に、先行するシーム溶接部を１５０℃で予熱することにより、Ｔ１／Ａｃ１を０．７０としている。ｆ／Ｗ１も０．１以上である。
【０１０２】
発明例３０は後続するシーム溶接を実施中に先行するシーム溶接部をバーナーで加熱することにより、Ｔ１／Ａｃ１を０．７１としている。ｆ／Ｗ１も０．１以上である。
【０１０３】
発明例３１は、後続するシーム溶接を実施中に先行するシーム溶接部を断熱材で保温することにより、Ｔ１／Ａｃ１を０．６８としている。ｆ／Ｗ１も０．１以上である。
【０１０４】
発明例３２は、後続するシーム溶接を実施する直前に先行するシーム溶接部を１００℃で予熱することにより、Ｔ１／Ａｃ１を０．７０としている。ｆ／Ｗ１も０．１以上である。
【０１０５】
これらの手段により、発明例２７〜発明例３２は低温割れが発生していない。また、Ｔ１／Ａｃ１は２．５以下、また、Ｗ１／Ｗ２は２．５以下で、過剰に溶接部が加熱されていないため、溶接熱影響部の靭性の低値の発生頻度も低く良好であり、ＭＤも発生していない。さらに、これらの熱処理により、先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量も低減している。
【０１０６】
次に、比較例について説明する。表９、表１０（表９のつづき）に本発明の比較例を示す。
【０１０７】
比較例１〜比較例７まではＷ２／Ｗ１が０．８超、１．２未満の例である。溶接金属の強度は８６２ＭＰａから１１８４ＭＰａまで変化させてある。また、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量は溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ以下である。しかし、何れも開先に対して溶接条件が不適切のため、Ｗ２／Ｗ１が本発明の範囲から外れている。また保熱や熱処理等も実施していないため、Ｔ１／Ａｃ１も０．６５未満で、ｆ／Ｗ１は０．１未満である。これらのことから、溶接金属中の拡散性水素量は少ないのにもかかわらず、先行するシーム溶接の溶接金属内に低温割れが発生している。
【０１０８】
比較例８〜比較例１０までは、Ｗ２／Ｗ１が０．６未満の例である。溶接金属の強度は８６０ＭＰａから１１８１ＭＰａまで変化させてある。Ｗ２／Ｗ１の値が小さいため、低温割れは発生していないが、溶接熱影響部の靭性の低値の発生率が１５％以上で多発している。
【０１０９】
比較例１１〜比較例１５までは、Ｗ２／Ｗ１が２．５超の例である。溶接金属の強度は８６５ＭＰａから１１７８ＭＰａまで変化させてある。何れも開先に対して、溶接条件が不適切のため、Ｗ２／Ｗ１が２．５超となっている。さらに、Ｔ１／Ａｃ１も１．２超となっている。そのため、先行するシーム溶接金属内に低温割れは発生していないが、溶接熱影響部の靭性に低値が多発している。さらに、比較例１２、比較例１４および比較例１５においては先行するシーム溶接の溶接金属が過剰に加熱されたため、ＭＤが起こっている。
【０１１０】
比較例１６〜比較例２２は溶接金属中の拡散性水素量が多い場合の比較例である。
【０１１１】
比較例１６は、発明例１と同条件であるが、開先面に汚れが付着し、さらにフラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。さらに、この低温割れは、後続するシーム溶接の溶接金属内にまで伝播していた。
【０１１２】
比較例１７は、発明例４と同条件であるが、フラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。
【０１１３】
比較例１８は、発明例７と同条件であるが、フラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。
【０１１４】
比較例１９は、発明例９と同条件であるが、開先面に汚れが付着し、さらにフラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。さらに、この低温割れは、後続するシーム溶接の溶接金属内にまで伝播していた。
【０１１５】
比較例２０は、発明例２０と同条件であるが、フラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。
【０１１６】
比較例２１は、発明例１５と同条件であるが、フラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。
【０１１７】
比較例２２は、発明例２４と同条件であるが、フラックスが吸湿していたため、シーム溶接後にシーム溶接部が１００℃に冷却した時点での先行するシーム溶接の溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ中に２．０ｃｃ超である。そのため先行するシーム溶接金属内に低温割れが発生している。
【０１１８】
【表７】
【０１１９】
【表８】
【０１２０】
【表９】
【０１２１】
【表１０】
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】有限要素法による数値解析の結果を示す図。
【図２】Ｗ１およびＷ２を説明する図。
【図３】Ｗ２／Ｗ１とシーム溶接の溶接金属内に発生する残留応力の関係を示す図。
【図４】シーム溶接部の模式図。
【図５】引張強度が１０００ＭＰａの溶接金属における、Ｗ２／Ｗ１と溶接線方向の残留応力の関係を示す図。
【図６】引張強度が８５０ＭＰａの溶接金属における、Ｗ２／Ｗ１と溶接線方向の残留応力の関係を示す図。
【図７】引張強度が１０００ＭＰａの溶接金属におけるＴ１／ＡＣ１と溶接線方向の残留応力の関係を示す図。
【図８】引張強度が８５０ＭＰａの溶接金属におけるＴ１／ＡＣ１と溶接線方向の残留応力の関係を示す図。
【図９】Ｔ１／Ａｃ１とｆ／Ｗ１の比の関係を示す図。
【図１０】溶接金属の引張強度と先行するシーム溶接金属内に発生する溶接線方向の最大および最小の引張応力残留応力の関係を示す図。
【図１１】Ｗ２／Ｗ１と溶接熱影響部の靭性の低値の発生頻度の関係を示す図。
【図１２】シーム溶接部の衝撃試験片採取位置を示す図。
【図１３】溶接部の形状の模式図。
【図１４】Ｗ２／Ｗ１の調整方法を示す模式図。
【符号の説明】
【０１２３】
Ｂ１ 先行するシーム溶接の溶接金属
Ｂ２ 後続するシーム溶接の溶接金属
ａ 先行するシーム溶接の溶接金属表面からの距離
Ｗ１ 本発明でいう先行するシーム溶接の溶接金属の高さ
Ｗ２ 本発明でいう後続するシーム溶接の溶接金属の高さ
Ｈ１ 先行するシーム溶接の溶接金属の最高加熱温度測定位置
Ｓ 溶接金属の面積
ｈ 溶接金属ののど厚
ｂ 溶接金属の幅
ｄ 溶け込み深さ
ｆ 先行するシーム溶接の熱影響部の幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成形した後に、その鋼板の突き合わせ部を引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の溶接金属を用いて鋼板の突き合わせ部の内外面両側から各々１層づつ順番にシーム溶接をした後、拡管あるいは縮管などの矯正加工を施してＵＯ鋼管を製造する方法において、
先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ当たり２．０ｃｃ以下であり、かつ先行するシーム溶接の溶接金属の厚さをＷ１、後続するシーム溶接の溶接金属の厚さをＷ２とした時、Ｗ２／Ｗ１を０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．８、あるいは１．２≦Ｗ２／Ｗ１≦２．５に規定してシーム溶接を行うことにより先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する引張応力を低減することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管の製造方法。
【請求項２】
引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成形した後に、その鋼板の突き合わせ部を引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の溶接金属を用いて鋼板の突き合わせ部の内外面両側から各々１層づつ順番にシーム溶接をした後、拡管あるいは縮管などの矯正加工を施してＵＯ鋼管を製造する方法において、
先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ当たり２．０ｃｃ以下であり、かつ後続するシーム溶接を実施する際に、先行するシーム溶接の溶接金属表面の最高到達温度をＴ１、先行するシーム溶接の溶接金属のＡｃ１変態温度をＡｃ１とした時、Ｔ１／Ａｃ１が０．６５≦Ｔ１／Ａｃ１≦１．２を満足させてシーム溶接を行うことにより先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する引張応力を低減することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管の製造方法。
【請求項３】
引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の母材部と、内外面両側から各々１層づつのシーム溶接により形成された引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下のシーム溶接部からなるＵＯ鋼管において、
先行するシーム溶接により形成された溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下であり、かつ先行するシーム溶接により形成された溶接金属の厚さをＷ１、後続するシーム溶接により形成された溶接金属の厚さをＷ２とする場合に、０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．８、あるいは１．２≦Ｗ２／Ｗ１≦２．５の関係を満足することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管。
【請求項４】
引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の母材部と、内外面両側から各々１層づつのシーム溶接により形成された引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下のシーム溶接部からなるＵＯ鋼管において、
先行するシーム溶接により形成された溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下であり、かつ先行するシーム溶接により形成された溶接金属の厚さをＷ１、先行するシーム溶接により形成された溶接金属内において、後続するシーム溶接により形成された溶接熱影響部の幅をｆとする場合に、０．１≦ｆ／Ｗ１≦１．０の関係を満足することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管。
【請求項１】
引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成形した後に、その鋼板の突き合わせ部を引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の溶接金属を用いて鋼板の突き合わせ部の内外面両側から各々１層づつ順番にシーム溶接をした後、拡管あるいは縮管などの矯正加工を施してＵＯ鋼管を製造する方法において、
先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ当たり２．０ｃｃ以下であり、かつ先行するシーム溶接の溶接金属の厚さをＷ１、後続するシーム溶接の溶接金属の厚さをＷ２とした時、Ｗ２／Ｗ１を０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．８、あるいは１．２≦Ｗ２／Ｗ１≦２．５に規定してシーム溶接を行うことにより先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する引張応力を低減することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管の製造方法。
【請求項２】
引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の鋼板を円筒状に成形した後に、その鋼板の突き合わせ部を引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の溶接金属を用いて鋼板の突き合わせ部の内外面両側から各々１層づつ順番にシーム溶接をした後、拡管あるいは縮管などの矯正加工を施してＵＯ鋼管を製造する方法において、
先行するシーム溶接の溶接金属の拡散性水素量が溶接金属１００ｇ当たり２．０ｃｃ以下であり、かつ後続するシーム溶接を実施する際に、先行するシーム溶接の溶接金属表面の最高到達温度をＴ１、先行するシーム溶接の溶接金属のＡｃ１変態温度をＡｃ１とした時、Ｔ１／Ａｃ１が０．６５≦Ｔ１／Ａｃ１≦１．２を満足させてシーム溶接を行うことにより先行するシーム溶接の溶接金属内に発生する引張応力を低減することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管の製造方法。
【請求項３】
引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の母材部と、内外面両側から各々１層づつのシーム溶接により形成された引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下のシーム溶接部からなるＵＯ鋼管において、
先行するシーム溶接により形成された溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下であり、かつ先行するシーム溶接により形成された溶接金属の厚さをＷ１、後続するシーム溶接により形成された溶接金属の厚さをＷ２とする場合に、０．６≦Ｗ２／Ｗ１≦０．８、あるいは１．２≦Ｗ２／Ｗ１≦２．５の関係を満足することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管。
【請求項４】
引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の母材部と、内外面両側から各々１層づつのシーム溶接により形成された引張強度が８５０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下のシーム溶接部からなるＵＯ鋼管において、
先行するシーム溶接により形成された溶接金属中の拡散性水素量が溶接金属１００ｇあたり２．０ｃｃ以下であり、かつ先行するシーム溶接により形成された溶接金属の厚さをＷ１、先行するシーム溶接により形成された溶接金属内において、後続するシーム溶接により形成された溶接熱影響部の幅をｆとする場合に、０．１≦ｆ／Ｗ１≦１．０の関係を満足することを特徴とする耐低温割れ性に優れたＵＯ鋼管。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−４４７１０（Ｐ２００７−４４７１０Ａ）
【公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２９６９５（Ｐ２００５−２２９６９５）
【出願日】平成１７年８月８日（２００５．８．８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月８日（２００５．８．８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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