JP3721914B2 - Steel pipe with excellent weldability - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油または天然ガス輸送用パイプライン等に用いられ、敷設場所で円周溶接によって接続する際に、現地溶接施工性に優れた特性を発揮する鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、エネルギー開発の進展にともない、石油または天然ガスのパイプライン輸送が大規模に行われるようになっている。通常、これらの輸送用として採用されるラインパイプ等の鋼管は、敷設場所において鋼管の管端を円周溶接によってパイプラインとして個々に接続するか、または、敷設場所を外れて、事前に複数本の鋼管を円周溶接して長尺鋼管として接続した後、現地で長尺の鋼管同士をさらに円周溶接してパイプラインとして敷設するようにしている。
【０００３】
いずれの場合も、パイプライン接続の仕上は敷設現場で行われることから、これらに用いられる鋼管には、現地での溶接施工性、すなわち、敷設場所での溶接作業性が確保でき、溶接欠陥が発生しにくいという特性が要求される。
【０００４】
従来から、このような溶接施工性に優れた鋼管の開発要請に対応するため、二方面からの取り組みが行われている。すなわち、一の方面としては鋼管が含有すべき適正な化学成分の検討であり、他の方面としては鋼管が具備すべき管端の開先形状や寸法に関する検討が取り上げられ、これらの両面からの対策が講じられている。
【０００５】
鋼管の化学成分に関しては、溶接金属と熱影響部の組織を改善するため、種々の成分配合やこれらを適切に関連づける炭素当量式が提案されている。これによって、溶接部の組織改善は十分に管理が可能であり、溶接施工性について所定の成果を発揮している。
【０００６】
これに対し、管端の開先形状や寸法に関しても、溶接される管端同士が可能な限り均一な形状であることが望ましいとの観点から、管端内径の真円度や、開先ルート面の厚み精度を管理する対策が種々提案されている。例えば、特開平７−144226号公報、特開平８−117855号公報、特開平８−300070号公報および特開平９−29309号公報等では、管端内径の真円度を向上させて、開先精度を改善する方法が開示されている。
【０００７】
特に、特開平７−144226号公報では、管端部の真円矯正方法として、固定された管端部内面の相対する少なくとも２点に矯正治具を設けて、回転によって生じる遠心力を管内面に負荷する方法が提案されている。また、特開平９−29309号公報では、マンネスマンプラグミル方式で鋼管を製造する際に、ロール開度を制御して両管端の肉厚を厚くし、管端内径が小さくなるように製管した後、管端にプラグを挿入して所定内径に成形する方法が提案されている。しかしながら、いずれの場合も優れた溶接施工性を確保するための限度について検討がなされていないため、実操業に採用できないという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した従来の問題点を解消し、現地での円周溶接に際して、優れた溶接施工性を発揮できるように、鋼管の寸法、機械的性質および曲がり、さらには管端部の形状に応じて、有効かつ簡便に開先加工を管理した鋼管を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
通常、ラインパイプ等の鋼管を敷設場所で円周溶接する場合には、外面側からの溶接作業となるため、管端部の開先加工も外面側にのみに開放したＶ形開先、またはＪ形開先が採用されている。
【００１０】
図１は管端部の開先形状を説明する図であり、同図(a)はＶ形開先の形状を、(b)はＪ形開先の形状を示している。円周溶接の施工において良好な溶接性を確保するには、均一なルート面ａを加工して、所定の開先深さｂを設けることが必要になる。実際のルート面加工に際しては、加工に伴って発生する返りの除去や、鋼管偏肉の影響を除外して、ルート面ａの厚みを均一にするために、一般的に、管端の内面側にもテーパー加工ｃが施されている。このようなテーパー加工は、API規格にも規定されているものである。
【００１１】
図２は、Ｖ形開先加工において不具合が発生した状況を例示する図である。通常、上記の管端内面側のテーパー加工ｃは角度が小さく抑えられているため、これに起因して内径真円度、すなわち、（最大内径−最小内径）の値が大きく変わることは無いとして、テーパー加工ｃによる影響は無視されている。しかし、単に管端付近の内径真円度を管理するだけで、実際に溶接される管端のルート面における内径真円度を管理しない場合に、図２に示すような不具合が発生することがある。
【００１２】
具体的には、開先加工方法によっては、外径真円度、内径真円度およびルート面厚さが均一に加工されても、管端内面側のテーパー加工によって、実際の溶接部にオフセット（目違い）ｄを発生する場合がある。したがって、単に管端付近の内径真円度を管理するだけでなく、実際に溶接されるルート端面の内径真円度を十分に管理する必要がある。
【００１３】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の鋼管を要旨としている。管端を円周溶接により接合して用いられる鋼管において、その鋼管の外径をＯＤ（ｍｍ）、肉厚をＷＴ（ｍｍ）および降伏応力をσｙ（Ｎ／ｍｍ2）としたとき、管端の開先加工時のルート面における（最大内径−最小内径）の値であるΔＩＤR（ｍｍ）が、下記（ａ）式を満足することを特徴とする現地溶接施工性に優れた鋼管である。
【００１４】
ΔＩＤR ≦｛ ＯＤ0.4／（ ＷＴ0.3×σｙ0.2）｝＋Ｋ ・・・ （ａ）
ただし Ｋは定数であり、０〜３とする。
【００１５】
上記で規定する（ａ）式は、実際の現地での溶接作業を十分に検討し、種々の溶接試験に基づく多数の実験データから導き出されたものである。これにより熟練した溶接作業者に限らず、一般の溶接作業者であっても、特別な配慮無しに、敷設現場において良好な円周溶接の施工条件を選択でき、しかも、（ａ）式は可能な限り簡易な計算式として表されている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明では、現地での溶接施工性に優れた施工条件を、鋼管の寸法、機械的性質および曲がり、さらには管端部の形状に応じて管理するため、簡易な計算式によって基準値を設けたことを特徴としている。すなわち、上述の（ａ）式によって、管端の開先加工時のルート面における内径真円度である、（最大内径−最小内径）の値ΔＩＤR（ｍｍ）に上限値の規定を設けている。
【００１８】
本発明において、開先加工時のルート面におけるΔIDRを基準値の対象としたのは、前述の通り、単に管端付近の内径真円度を管理するだけでは、開先加工方法によっては不具合を発生する場合があり、これを回避するため、実際に溶接されるルート端面の内径真円度を十分に管理する必要があるからである。しかしながら、敷設場所での管端開先の再加工等を想定する場合には、管端付近の内径真円度を管理しておくことが重要であることはいうまでもない。
【００１９】
そして、溶接施工性の判断基準としてΔIDRに上限値を設けることとしたのは、鋼管の寸法等に拘わらず、敷設現場においても簡便に溶接施工条件を選択できるようにするためである。このとき用いられる最大内径および最小内径は、内面テーパー加工を施す場合にあっては、加工後の内径とする。
【００２０】
対象となる鋼管の外径ＯＤおよび肉厚ＷＴについて、通常、溶接する管端を固定するために外面または内面から油圧クランプを用いることが多いが、このときのクランプ力によってある程度の真円度が修正される。外径ＯＤに比して肉厚ＷＴが薄いほど上限値が上昇し、ΔＩＤRの許容範囲が大きくなる。一方、鋼管の降伏応力σｙについては、高強度になるほどΔＩＤRの上限値が低下し、許容範囲が狭くなるのは、上記の油圧クランプによる作用に基づくものである。
【００２１】
常数Ｋは、溶接方法や作業条件に応じて選択することができる。まず、被覆アーク溶接法によって溶接施工する場合には、Ｋ＝３を用いることができる。次に、ＭＩＧ溶接やＭＡＧ溶接によって円周溶接する場合にはＫ＝２とし、ＴＩＧ溶接を適用する場合にはＫ＝１とし、さらにレーザー溶接や電子ビーム溶接を採用する場合にはＫ＝０とすることができる。このように、常数Ｋを選択することによって、各種の溶接方法に適用することができる。
【００２２】
作業条件に関して、現地施工に際してクランプを用いずに鋼管の円周溶接を行う場合には、いずれの溶接法であってもＫ＝０とする。このように、ΔIDRの上限値を低く制限することによって、溶接施工性を確保することとしている。
【００２３】
上記(a)式に基づいて、鋼管の寸法および機械的性質に応じてΔIDRの上限値を管理すれば、溶接部には有害な欠陥はほとんど発生することがない。しかし、鋼管に管端曲がりが発生している場合や、管端面の直角度が充分に確保されていない場合には、これらも溶接施工性に影響を及ぼすことがある。したがって、さらに高度の溶接施工性が要求される場合には、鋼管の管端付近での単位長さあたりの曲がりや管端面の直角度をも考慮して管理するのが望ましい。
【００２５】
管端の開先加工時には、内面倣い型、外面倣い型、または独立型等の様々な加工方法があるが、ルート面厚さを均一にし、ルート面における内径真円度も同時に改善させるには、開先加工および内面テーパーとも外面倣いにより加工することが望ましい。しかし、本発明の鋼管においては外面倣い型に限定されるものではなく、装置の工夫と開先加工時の管理によって、他の方法によっても十分な精度を得ることが可能である。
【００２６】
【実施例】
本発明の効果を実施例に基づいて説明する。まず、各製法による鋼管の現地溶接での施工性を確認するため、被覆アーク溶接法によって現地で円周溶接を行った場合の溶接欠陥の発生状況を調査した。供試した鋼管のうち、ルート面における内径真円度であるΔＩＤR（ｍｍ）が、本発明で規定する（ａ）式を満足する場合を本発明例（Ｎｏ．１〜３２）とし、満足しない場合を比較例（Ｎｏ．３３〜３７）とした。
【００２７】
表１および表２に、供試した鋼管の諸元および被覆アーク溶接の結果を示す。表中の溶接結果は、欠陥無し：○、有害でない程度の欠陥発生：△、および有害な欠陥発生：×として示している。なお、(a)〜(c)式に用いる常数は、被覆アーク溶接法による施工であることから、Ｋ＝３とした。
【００２８】
【表１】
【００２９】
これに対し、比較例では、いずれの場合も有害な欠陥発生が見られ、現地での円周溶接に適用できないことが明らかである。
【００３０】
次に、供試鋼管は各製法による鋼管とし、溶接方法としてＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接およびレーザー溶接を採用して、現地で円周溶接を行った場合の溶接欠陥の発生状況を調査した。各製法の供試鋼管とも外径114.3mmおよび219.1mmは、外面クランプを用いて鋼管を固定し、それ以外の外径406.4mmを超えるものは内面クランプを用いて鋼管を固定した。
【００３１】
表３〜表５に、供試した鋼管の諸元および各種溶接による結果を示す。表中の溶接結果は、欠陥無し：○、有害でない程度の欠陥発生：△、および有害な欠陥発生：×として示している。明らかに有害な欠陥発生が予想される場合には、溶接は実施せず、表中では−で示している。
【００３２】
なお、（ａ）式に用いる常数は、ＭＩＧ溶接の場合にはＫ＝２とし、ＴＩＧ溶接の場合にはＫ＝１とし、さらにレーザー溶接の場合にはＫ＝０とした。
【００３３】
【表３】
【００３４】
【発明の効果】
本発明の鋼管によれば、円周溶接を前提として、鋼管の寸法、機械的性質および溶接方法に応じて、さらに必要ある場合には鋼管の曲がり、管端部の直角度に応じて、内径真円度を管理しているので、パイプライン等に用いて、敷設場所で接続溶接する際に、優れた現地溶接施工性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 管端部の開先形状を説明する図であり、同図（ａ）はＶ形開先の形状を、（ｂ）はＪ形開先の形状を示している。
【図２】 Ｖ形開先加工において不具合が発生した状況を例示する図である。
【符号の説明】
ａ：ルート面（厚さ）、 ｂ：開先深さ
ｃ：内面テーパー加工、 ｄ：オフセット（目違い） [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steel pipe which is used in a pipeline for transporting oil or natural gas, etc., and exhibits characteristics excellent in on-site welding workability when connected by circumferential welding at a laying place.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development of energy, pipeline transportation of oil or natural gas has been carried out on a large scale. Normally, steel pipes such as line pipes that are used for transportation of these pipes are individually connected as pipe lines by circumferential welding at the laying site, or a plurality of pipes in advance are removed from the laying site. These steel pipes are circumferentially welded and connected as long steel pipes, and then the long steel pipes are further circumferentially welded together and laid as pipelines.
[0003]
In any case, since the pipe connection is finished at the laying site, the steel pipes used for these can secure welding workability at the site, that is, welding workability at the laying site, and there are no weld defects. The characteristic that it is difficult to occur is required.
[0004]
Conventionally, efforts have been made from two directions in order to meet the demand for the development of such a steel pipe with excellent weldability. That is, one aspect is the study of the appropriate chemical composition that the steel pipe should contain, and the other is the examination of the groove shape and dimensions of the pipe end that the steel pipe should have. Measures are taken.
[0005]
With regard to the chemical composition of steel pipes, various component formulations and carbon equivalent formulas that appropriately relate these have been proposed in order to improve the structure of the weld metal and the heat affected zone. Thereby, the structure improvement of the welded portion can be sufficiently managed, and a predetermined result is exhibited with respect to welding workability.
[0006]
On the other hand, with respect to the groove shape and dimensions of the pipe end, from the viewpoint that it is desirable that the welded pipe ends have a uniform shape as much as possible, the roundness of the pipe end inner diameter and the groove route Various measures for managing the surface thickness accuracy have been proposed. For example, in JP-A-7-144226, JP-A-8-117855, JP-A-8-300070, and JP-A-9-29309, the roundness of the inner diameter of the pipe end is improved to improve the groove. A method for improving accuracy is disclosed.
[0007]
In particular, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-144226, as a method for correcting the perfect circle of the tube end, a correcting jig is provided at at least two opposite points on the inner surface of the fixed tube end, and the centrifugal force generated by the rotation is applied A method of loading is proposed. Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-29309, when manufacturing a steel pipe by the Mannesmann plug mill method, the pipe opening is controlled to increase the thickness of both pipe ends and to make the pipe end inner diameter smaller. After that, a method has been proposed in which a plug is inserted into the tube end to form a predetermined inner diameter. However, in any case, there has been a problem that the limit for ensuring excellent welding workability has not been studied, so that it cannot be adopted for actual operation.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention eliminates the above-mentioned conventional problems, and at the time of circumferential welding in the field, so as to exhibit excellent welding workability, the dimensions, mechanical properties and bending of the steel pipe, and further the shape of the pipe end Accordingly, an object of the present invention is to provide a steel pipe whose groove processing is managed effectively and simply.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Usually, when steel pipes such as line pipes are welded circumferentially at the laying location, since welding work is performed from the outer surface side, the groove shape of the pipe end is opened only on the outer surface side, or J-shaped groove is adopted.
[0010]
FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining the groove shape of the pipe end portion. FIG. 1A shows the shape of a V-shaped groove, and FIG. 1B shows the shape of a J-shaped groove. In order to ensure good weldability in the construction of circumferential welding, it is necessary to process the uniform route surface a to provide a predetermined groove depth b. In actual route surface processing, in order to make the thickness of the route surface a uniform by removing the return caused by processing and excluding the influence of uneven thickness of the steel pipe, Also, the taper processing c is applied. Such taper processing is also defined in the API standard.
[0011]
FIG. 2 is a diagram illustrating a situation in which a defect has occurred in the V-shaped groove machining. Normally, the angle c of the taper processing c on the inner surface side of the pipe end is kept small, so that the inner diameter roundness, that is, the value of (maximum inner diameter−minimum inner diameter) does not change greatly. The influence of the taper process c is ignored. However, the problem shown in FIG. 2 may occur when the inner diameter roundness near the pipe end is merely managed and the inner diameter roundness at the root surface of the pipe end to be actually welded is not managed. is there.
[0012]
Specifically, depending on the groove processing method, even if the outer diameter roundness, inner diameter roundness, and root surface thickness are processed uniformly, offset to the actual weld by taper processing on the inner side of the pipe end. (Incorrect) d may occur. Therefore, it is necessary not only to manage the inner diameter roundness near the pipe end but also to sufficiently manage the inner diameter roundness of the root end face to be actually welded.
[0013]
The present invention has been completed based on the above findings, and the gist of the steel pipe down follow. In the steel pipe used the tube end and joined by a circumferential weld, when the outer diameter of the steel pipe OD (mm), a wall thickness WT (mm) and emitter breakdown stress σy (N / mm 2) ΔID R (mm) which is a value of (maximum inner diameter−minimum inner diameter) in the root surface at the time of groove processing of the pipe end is excellent in on-site welding workability characterized by satisfying the following expression (a) It is a steel pipe.
[0014]
ΔID R ≦ {OD 0.4 / (WT 0.3 × σ y 0.2 )} + K (a)
However, K is a constant and is set to 0-3.
[0015]
The formula (a) defined above is derived from a large number of experimental data based on various welding tests after sufficiently examining actual on-site welding operations. As a result, not only skilled welding workers but also general welding workers can select good circumferential welding construction conditions at the laying site without special considerations, and the formula (a) is possible. It is expressed as a simple calculation formula as much as possible.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the construction conditions excellent in on-site welding workability are managed in accordance with the dimensions, mechanical properties and bending of the steel pipe, and the shape of the pipe end. It is characterized by that. That is, an upper limit is defined for the value ΔID R (mm) of (maximum inner diameter−minimum inner diameter), which is the roundness of the inner diameter of the root surface at the time of groove processing of the pipe end, by the above-described equation (a). Yes.
[0018]
In the present invention, as described above, ΔID R on the root surface at the time of groove machining is the target of the reference value, and as described above, simply managing the roundness of the inner diameter near the pipe end is problematic depending on the groove machining method. This is because the roundness of the inner diameter of the root end face to be actually welded must be sufficiently managed to avoid this. However, it is needless to say that it is important to manage the roundness of the inner diameter in the vicinity of the pipe end when assuming the reworking of the pipe end groove at the laying place.
[0019]
The reason why the upper limit value is set for ΔID R as a criterion for determining weldability is to enable easy selection of welding conditions even at the laying site regardless of the dimensions of the steel pipe. The maximum inner diameter and the minimum inner diameter used at this time are the inner diameters after processing when inner surface tapering is performed.
[0020]
Regarding the outer diameter OD and the wall thickness WT of the target steel pipe, a hydraulic clamp is usually used from the outer surface or the inner surface to fix the pipe end to be welded. Will be corrected. As the wall thickness WT is thinner than the outer diameter OD, the upper limit value increases and the allowable range of ΔID R increases. On the other hand, the emitter breakdown stress σy of the steel pipe, decreases the upper limit of about .DELTA.ID R becomes high strength, the permissible range is narrowed is based on the action of the hydraulic clamp described above.
[0021]
The constant K can be selected according to the welding method and working conditions. First, K = 3 can be used when welding is performed by a coated arc welding method. Next, K = 2 when circumferential welding is performed by MIG welding or MAG welding, K = 1 when TIG welding is applied, and K = 0 when laser welding or electron beam welding is employed. It can be. Thus, by selecting the constant K, it can be applied to various welding methods.
[0022]
Regarding work conditions, when performing circumferential welding of a steel pipe without using a clamp at the time of on-site construction, K = 0 is set for any welding method. In this way, welding workability is secured by limiting the upper limit value of ΔID R to a low value.
[0023]
If the upper limit value of ΔID R is managed according to the dimensions and mechanical properties of the steel pipe based on the above equation (a), almost no harmful defects are generated in the weld. However, when the pipe end is bent in the steel pipe or when the squareness of the pipe end face is not sufficiently secured, these may also affect the weldability. Therefore, when higher welding workability is required, it is desirable to manage in consideration of the bending per unit length in the vicinity of the pipe end of the steel pipe and the perpendicularity of the pipe end face.
[0025]
There are various processing methods such as inner surface copying type, outer surface copying type, or independent type at the time of groove processing of the pipe end. To make the root surface thickness uniform and improve the inner diameter roundness at the root surface at the same time. In addition, it is desirable that both groove processing and inner surface taper are processed by copying the outer surface. However, the steel pipe of the present invention is not limited to the outer surface copying type, and sufficient accuracy can be obtained by other methods by devising the device and managing the groove processing.
[0026]
【Example】
The effect of this invention is demonstrated based on an Example. First, in order to confirm the workability of on-site welding of steel pipes by each manufacturing method, we investigated the occurrence of welding defects when circumferential welding was performed on-site by the coated arc welding method. Of the steel pipes tested, the case where ΔID R (mm), which is the roundness of the inner diameter on the root surface, satisfies the formula (a) defined in the present invention is regarded as the present invention example (Nos. 1 to 32). The case where it did not was made into the comparative example (No. 33-37).
[0027]
Tables 1 and 2 show the specifications of the tested steel pipes and the results of the covered arc welding. The welding results in the table are shown as no defect: ○, non-hazardous defect occurrence: Δ, and harmful defect occurrence: x. Note that the constant used in the equations (a) to (c) is K = 3 because it is a construction by the coated arc welding method.
[0028]
[Table 1]
[0029]
On the other hand, in any of the comparative examples, harmful defects are observed in any case, and it is apparent that the comparative example cannot be applied to on-site circumferential welding.
[0030]
Next, the test steel pipe was a steel pipe produced by each manufacturing method, and MIG welding, TIG welding, and laser welding were adopted as welding methods, and the occurrence of welding defects was investigated when circumferential welding was performed on site. For the test steel pipes of each manufacturing method, the outer diameters of 114.3 mm and 219.1 mm were fixed using an outer surface clamp, and the other outer diameters exceeding 406.4 mm were fixed using an inner surface clamp.
[0031]
Tables 3 to 5 show the specifications of the tested steel pipes and the results of various weldings. The welding results in the table are shown as no defect: ○, non-hazardous defect occurrence: Δ, and harmful defect occurrence: x. When apparently harmful defects are expected, welding is not performed, and is indicated by-in the table.
[0032]
The constant used in the equation (a) is K = 2 in the case of MIG welding, K = 1 in the case of TIG welding, and K = 0 in the case of laser welding.
[0033]
[Table 3]
[0034]
【The invention's effect】
According to the steel pipe of the present invention, on the premise of circumferential welding, depending on the dimensions, mechanical properties and welding method of the steel pipe, if necessary, the bending of the steel pipe, the inner diameter according to the perpendicularity of the pipe end Since the roundness is managed, it is possible to demonstrate excellent on-site welding workability when connecting and welding at a laying place using a pipeline or the like.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining a groove shape of a pipe end, in which FIG. 1A shows the shape of a V-shaped groove, and FIG. 1B shows the shape of a J-shaped groove;
FIG. 2 is a diagram exemplifying a situation in which a defect has occurred in V-shaped groove machining.
[Explanation of symbols]
a: root surface (thickness), b: groove depth c: inner surface taper processing, d: offset (misplacement)
Claims (1)
ΔＩＤR ≦｛ ＯＤ0.4／（ ＷＴ0.3×σｙ0.2）｝＋Ｋ ・・・ （ａ）
ただし Ｋは定数であり、０〜３とするIn the steel pipe used the tube end and joined by a circumferential weld, when the outer diameter of the steel pipe OD (mm), a wall thickness WT (mm) and emitter breakdown stress σy (N / mm 2) ΔID R (mm) which is a value of (maximum inner diameter−minimum inner diameter) in the root surface at the time of groove processing of the pipe end is excellent in on-site welding workability characterized by satisfying the following expression (a) Steel pipe.
ΔID R ≦ {OD 0.4 / (WT 0.3 × σ y 0.2 )} + K (a)
However, K is a constant and is 0-3.
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