JP2737577B2 - 制振特性に優れた電縫鋼管の製造方法及び溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、制振特性に優れた電
縫鋼管の製造方法及び溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】金属系
機能材料の一つに制振合金がある。この制振合金は内部
でのエネルギ吸収能力（制振性）が一般金属に比較して
格段に大きい合金であり、素材自体が振動を吸収する能
力を持っている。従って、このような制振合金により、
騒音防止、剥離防止、疲労寿命の向上などが期待され、
建設関連をはじめとして、自動車、鉄道、造船、事務機
器、精密機器、音響関連など広範な分野において利用さ
れつつあり、今後益々需要が増加する傾向にある。そし
て、このような幅広い用途に使用される制振素材として
電縫鋼管が用いられつつある。

【０００３】一般に用いられている制振タイプの電縫鋼
管としては、（１）サンドイッチ型制振鋼板（鋼板に樹
脂をサンドイッチ状に重ねたもの）を素材とするタイ
プ、及び（２）合金系の鋼板を素材とするタイプの２つ
のタイプが存在する。

【０００４】しかし、前者は素材自体は安価ではあるが
鋼管としての加工性に劣り結果としてコストが高くな
り、また異方性を有するため使用形状によっては制振性
能が劣化する場合がある。また、後者は高価な合金元
素、例えばＣｒ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｍｎなどを添加す
ることが必要であるためコストが高く、かつ電縫鋼管製
造時の冷間加工により制振特性が低下するという欠点が
ある。このため、両者とも充分ニ−ズを満足するに至っ
ていない。

【０００５】一方、純鉄をベ−スにして所定量のＳｉ及
びＡｌを加えた鋼材は、高価な合金成分を含んでおら
ず、かつ制振特性を有している。また、この鋼材は等方
性であるため管形状でも制振性を有している。さらに、
加工性、溶接性、メッキ性等が良好である。従って、こ
の鋼材は安価な制振鋼管を得るために材料的には適して
いるということができる。この鋼材が制振特性を有する
のは、この鋼材が強磁性を有しており、磁化すると磁化
の方向に伸びる磁歪現象が生じるからである。すなわ
ち、磁歪現象が生じるものは、逆に歪を加えることによ
って磁化する性質を有するので、このような鋼に振動が
加えられると、振動歪波が内部を伝播し、これに伴って
磁化が生じる。この場合に、磁化−歪曲線においてヒス
テリシスル−プが形成され、ル−プの面積に対応するエ
ネルギが消費され、このエネルギ消費により制振効果を
生じるのである。

【０００６】しかし、このような材料は、冷間加工によ
り制振性能が大幅に低下する性質を有するため、冷間仕
上げのまま使用される電縫鋼管には制振鋼材として適用
されていない。

【０００７】また、このような材料は、電縫溶接する際
に溶接部が酸化されやすいため、炭素鋼と比較して溶接
欠陥（ペネトレ−タ）が発生しやすいという欠点があ
る。

【０００８】この発明はかかる事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、安価であり、かつ優れた加工
性を有し、制振特性に優れた電縫鋼管を製造することが
できる方法を提供することにある。

【０００９】また、他の目的は、溶接欠陥が生じない制
振特性に優れた電縫鋼管の溶接方法を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、第
１に、Ｓｉ及びＡｌを、夫々重量％で、０．５％≦Ｓｉ
≦２．５％、及び０％＜Ａｌ≦５％の範囲で含有し、残
部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる熱延鋼板を用いて電
縫鋼管素材を製造し、次いで、この鋼管素材に対して冷
間歪み除去のための熱処理を行うことを特徴とする制振
特性に優れた電縫鋼管の製造方法を提供する。

【００１１】第２に、Ｓｉ及びＡｌを、夫々重量％で、
０．５％≦Ｓｉ≦２．５％、及び０％＜Ａｌ≦５％の範
囲で含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる熱延
鋼板を用いて管材を形成し、次いで溶接速度８０ｍ／分
以上及びヒート係数１．４〜２．０の少なくとも一方を
満足する条件で電縫溶接することを特徴とする制振特性
に優れた電縫鋼管の溶接方法を提供する。

【００１２】本願発明者らは、安価に制振特性に優れた
電縫鋼管を製造することができる方法を得るために、高
価な合金成分を含んでおらず、かつ制振特性を有してお
り、さらに、加工性、溶接性、メッキ性等が良好である
Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鋼材に着目して種々検討を重ねた結
果、このような鋼材を冷間加工して管材化した後、所定
の条件で冷間歪み除去のための熱処理を行えばよいこと
に想到した。すなわち、このような材料において冷間加
工により制振特性が劣化するのは冷間歪みが残存してい
るからであり、上述のような歪み除去のための熱処理を
行うことにより、熱間加工ままと同等レベルの制振性を
得ることができ、しかも冷間歪み除去のための熱処理に
よって鋼管に対して悪影響を及ぼすことがないことを見
出したのである。

【００１３】一方、このような材料の溶接欠陥を防止す
るために検討を重ねた結果、電縫溶接時の造管速度（す
なわち溶接速度）及び溶接入熱範囲の少なくとも一方を
規定すれば良いことを見出した。すなわち、これらのう
ち少なくとも一方を特定範囲に規定することにより、溶
接部の溶着不良や過入熱による酸化物欠陥（ペネトレー
タ）及び溶け落ちがなくなり、連続して健全な電縫溶接
品質を得ることができることを見出したのである。

【００１４】この発明は、発明者らのこのような知見に
基づいてなされたものである。

【００１５】以下、この発明について詳細に説明する。

【００１６】この発明に係る電縫鋼管の製造方法におい
ては、材料として純鉄をベ−スにＳｉ及びＡｌを、夫々
重量％で、０．５％≦Ｓｉ≦２．５％、及び０％＜Ａｌ
≦５％の範囲で含有させたものを用いる。ここで、Ｓｉ
の含有量及びＡｌの含有量を夫々０．５％≦Ｓｉ≦２．
５％及び０％＜Ａｌ≦５％の範囲に規定したのは、Ｆｅ
−Ａｌ−Ｓｉ系合金において、これらの領域で優れた制
振特性を示すからである。

【００１７】なお、鋼材は一般的に、原料上及び工程上
の理由から、Ｍｎ，Ｎ，Ｓ，Ｐなどが不可避的不純物と
して微量含まれるが、本発明においてはこのような不可
避的不純物の含有することを妨げない。

【００１８】この発明の第１態様においては、このよう
な組成の鋼板を、通常行なわれている方法で、冷間加工
（ロ−ル成形）後、電縫溶接及び仕上げ加工を行って素
管を得、この素管に対して熱処理を行う。この熱処理
は、冷間歪みを除去することができて、かつ鋼管の形状
及び特性に影響がない条件で行えば良い。好ましい熱処
理条件の範囲は６５０〜９００℃で１０〜３０分間であ
る。

【００１９】このように熱処理により、冷間加工時の歪
みが除去されて冷間加工前（すなわち熱延鋼管）のレベ
ルまで制振特性が回復するため、制振特性に優れた電縫
鋼管を得ることができる。

【００２０】また、第２態様においては、上述の組成の
鋼板をロール成形後、電縫溶接する際に、溶接速度８０
ｍ／分以上及びヒート係数１．４〜２．０の少なくとも
一方を満足する条件で行う。

【００２１】溶接速度つまり造管速度を８０ｍ／分以上
に規定したのは、高速造管にするほど給電点から溶接点
までの加熱・酸化時間が短縮され、８０ｍ／分以上であ
れば有効に酸化物欠陥を防止することができるからであ
る。この場合、高速造管にするほど酸化物欠陥を防止す
る上で有利である。なお、造管速度の上限は溶接装置の
製造能力限界によって決定されることとなる。

【００２２】ヒート係数を１．４〜２．０の範囲に規定
したのは、これが１．４未満の場合には溶接部の溶着が
不十分となり、逆に２．０を超えると溶接部に酸化物
（ペネトレ−タ）が多く介在することとなるからであ
る。給排水管等に適用する場合には、ヒート係数を１．
５〜１．９にして十分な溶着状態とすることが望まし
い。なお、ヒート係数は溶接投入電力を溶接速度と板厚
との積で除した値である。すなわち、 ヒート係数＝溶接投入電力／（溶接速度×板厚） と表わすことができる。

【００２３】

【実施例】以下、この発明の実施例について詳細に説明
する。

【００２４】図１は本発明の実施例に係る方法のフロ−
を示す図である。先ず、素材として本発明の組成範囲の
熱延板を準備し（工程１）、これをスリッタにより所定
の幅寸法にスリットし（工程２）、スリット後のコイル
の先端と後端を継ぐ（工程３）。次いで、スリットコイ
ルを冷間で管形状にロ−ル成形する（工程４）。その
後、端部を電縫溶接して電縫鋼管素材を得る（工程
５）。そして、この電縫鋼管素材にサイジング加工を施
し（工程６）、走行切断（工程７）、管端加工（工程
８）を行った後、冷間加工歪み除去のための熱処理を行
う（工程９）。このようにして製造した鋼管を外観寸法
検査に供し（工程１０）、表示・塗装（工程１１）後製
品として出荷する（工程１２）。

【００２５】次に、図１に示すような工程で実際に電縫
鋼管を作製して試験した結果について説明する。ここで
は、以下のような組成を有する鋼材を用いた。

【００２６】 Ｃ ０．００３％ Ｓｉ ０．５８％ Ａｌ ２．３７８％ Ｍｎ ０．０３％ Ｐ ０．００１％ Ｓ ０．００１％ Ｎ ０．００６％ このような組成の鋼板を用いて、上述の手順により電縫
鋼管素材を作製し、これに対して、上述の方法によりサ
イジング加工、走行切断、及び管端加工した後、６５０
〜９００℃で１０分間の熱処理を行い、ロ−ル成形の際
に導入された冷間加工歪を除去した。これにより、厚さ
４．２mm、直径６０．５mmの電縫鋼管が得られた。

【００２７】このようにして製造された電縫鋼管につい
て振動減衰特性を測定した。その結果を図２に示す。比
較のため図３に普通鋼を用いて従来の製造方法で製造し
た電縫鋼管の振動減衰特性を示す。これら図２，３か
ら、本発明によって製造された電縫鋼管は極めて優れた
制振性能を有していることが確認された。

【００２８】次に、上記のようにして製造された電縫鋼
管を引張試験に供した。その結果を以下に示す。

【００２９】 降伏点 ３２kg／mm² 引張強さ ４０kg／mm² 伸び ４８％ 以上の結果により、この発明の電縫鋼管は加工性にも優
れていることが確認された。

【００３０】次に、上述の工程５の電縫溶接を条件を種
々変化させて実施した結果について説明する。ここで
は、以下のような組成を有する鋼材を用いた。

【００３１】 Ｃ ０．００２％ Ｓｉ ０．５４％ Ａｌ ２．６８６％ Ｍｎ ０．０１％ Ｐ ０．００３％ Ｓ ０．００１％ このような組成の鋼板を用いて表１に示す溶接条件で溶
接を行った。その際の溶接部の状態も併せて表１に示
す。

【００３２】

【表１】 表１から明らかなように、溶接速度が８０ｍ／分、ヒー
ト係数が１．５〜２．０の場合に溶着不良及び過入熱に
よる酸化物欠陥（ペネトレータ）のない良好な溶接部が
得られることが確認された。これに対して、これら条件
をいずれも満足しないものは、溶接状態が悪いことが確
認された。

【００３３】図４に溶接速度が８０ｍ／分の場合のヒー
ト係数と欠陥破面率との関係を、実施例の組成と炭素鋼
とを比較して示す。図４から明らかなように、本発明の
組成は炭素鋼に比較して欠陥破面率が高いが、ヒート係
数が１．５〜２．０であれば欠陥破面率を低くすること
ができ、特に１．５〜１．９では欠陥破面率が実質的に
０であることが確認された。

【００３４】

【発明の効果】この発明によれば、安価であり、かつ優
れた加工性を有し、制振特性に優れた電縫鋼管を製造す
ることができる方法が提供される。また、溶接欠陥のな
い高品質の溶接部を形成することができる制振特性に優
れた電縫鋼管の溶接方法が提供される。本発明によって
製造された制振特性に優れた電縫鋼管は、 （ａ）ＯＡ機器……インパクト・プリンタ−用プラテン
ロ−ル （ｂ）自動車………カムシャフト、ギヤチェンジ伝達パ
イプ （ｃ）建設…………共同住宅用汚水配管 などの用途に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る方法のフロ−を示す図。

【図２】本発明によって製造された電縫鋼管の振動減衰
特性を示す図。

【図３】普通鋼を用いて従来の方法で製造した電縫鋼管
の振動減衰特性を示す図。

【図４】溶接の際のヒート係数と欠陥破面率との関係
を、実施例の組成と炭素鋼とを比較して示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高村 登志博 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 大獄 隆之 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 吉田 道昭 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 佐藤 裕二 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 長浜 裕 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−232229（ＪＰ，Ａ) 特許2536255（ＪＰ，Ｂ２) 特許2536256（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉ及びＡｌを、夫々重量％で、０．５
   ％≦Ｓｉ≦２．５％、及び０％＜Ａｌ≦５％の範囲で含
   有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる熱延鋼板を
   用いて電縫鋼管素材を製造し、次いで、この鋼管素材に
   対して冷間歪み除去のための熱処理を行うことを特徴と
   する制振特性に優れた電縫鋼管の製造方法。
2. 【請求項２】 Ｓｉ及びＡｌを、夫々重量％で、０．５
   ％≦Ｓｉ≦２．５％、及び０％＜Ａｌ≦５％の範囲で含
   有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる熱延鋼板を
   用いて管材を形成し、次いで溶接速度８０ｍ／分以上及
   びヒート係数１．４〜２．０の少なくとも一方を満足す
   る条件で電縫溶接することを特徴とする制振特性に優れ
   た電縫鋼管の溶接方法。