CN107405720B - 电阻焊不锈钢复合钢管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供即使不实施现有技术中所需要的、电阻焊后的追加的焊接处理也具有优良的焊接部的特性的电阻焊不锈钢复合钢管及其制造方法。一种电阻焊不锈钢复合钢管，其是将由低碳低合金钢和不锈钢构成的复合钢的热轧钢带成形为管状并对该热轧钢带的端部进行电阻焊而成的电阻焊不锈钢复合钢管，其特征在于，在电阻焊状态下电阻焊部的扁平特性满足下式。h/D＜0.3，在此，h为扁平破裂高度(mm)，D为管外径(mm)。

Description

电阻焊不锈钢复合钢管及其制造方法

技术领域

本发明涉及电阻焊不锈钢复合钢管及其制造方法，特别是涉及在电阻焊的状态下焊接部的特性优良的电阻焊不锈钢复合钢管及其制造方法。

背景技术

通常，电阻焊钢管是将使钢板(也称为钢带)成形为管状并利用高频电流加热、熔融后的相对的钢带宽度端部利用挤压辊对接加压并进行焊接来制造的。在电阻焊钢管的情况下，一般认为焊接部的特性比母材差，在钢管的应用时，总是要根据每种用途对焊接部的韧性、强度、伸长率等的保证进行讨论，从而成为问题。

作为使电阻焊部的特性降低的原因，被称为过烧的氧化物主体的焊接缺陷在电阻焊时生成并残留于被焊接部(详细而言为素管边缘对接部，其是将作为将带材卷起来而形成的开管的素管的周向两端面对接而得到的部位)，以该残留的过烧作为原因而使韧性降低、或者导致强度不足的例子很多。

因此，作为现有技术，为了将作为电阻焊不良的主要原因的过烧从焊接部除去，采取了如下对策：使挤压辊所致的镦锻量大于板厚(t)，将焊接时产生的氧化熔融物排出到管外面。

但是，在以复合钢板作为原材料来制造电阻焊复合钢管的情况下，若使挤压辊所致的镦锻量大于板厚(t)，则如图6(a)所示，会产生作为母材的普通钢的熔融钢和热影响部侵入到内表面侧或外表面侧或其两侧的包层材料的金属接缝部的现象，失去作为发挥包层材料的优良特性的复合钢的性能。例如，以管内表面侧的包层材料为不锈钢、管外表面侧的母材为低合金钢的不锈钢复合钢板作为原材料，如上所述使镦锻量大于板厚(t)而进行电阻焊，将所得到的电阻焊不锈钢复合钢管在管内表面要求耐腐蚀性的环境下使用时，不锈钢的接缝部侵入有低合金钢，因此存在耐腐蚀性显著降低、无法发挥要求性能的问题。需要说明的是，在此所述的复合钢以由作为母材的低碳低合金钢和作为包层材料的不锈钢构成的复合钢作为对象。

针对这样的问题，在专利文献1中公开了一种复合管的制造方法，其中，将对弯曲成管状的复合钢板或钢带的相对的两边缘部进行对接焊而形成的焊缝中的至少包层材料侧焊缝切削除去直至到达母材的深度为止，对切削除去部实施与包层材料具有同样性质的堆焊。

另外，在专利文献2中公开了一种复合钢的钢管制造方法，其中，将复合钢带成形为素管，对接缝边缘部进行电阻焊后，沿着侵入有异种金属的焊接接缝，使素管熔融、凝固至复合界面部的深度，将该异种金属进行稀释，或者，利用与包层材料同种的金属对侵入有异种金属的接缝部进行堆焊，对该堆焊部进行轧制而将上述异种金属进行稀释。

另外，在专利文献3中公开了一种复合钢焊接钢管的制造方法，其为使内表面侧为包层材料的复合钢焊接钢管的制造方法，其中，对将复合钢的原板或原卷成形而使内表面为包层材料的管状体的包层材料对接的至少一部分进行电阻焊，然后，将对接未焊接部进行堆焊。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭60-221173号公报

专利文献2：日本特开昭62-156087号公报

专利文献3：日本特开平5-154545号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，上述专利文献1～3记载的技术均是在电阻焊之后需要将包层材料焊缝部切削除去并进行堆焊(专利文献1)、沿着焊接接缝利用TIG电弧热源等进行熔融、凝固或者进行堆焊(专利文献2)、将对接未焊接部进行堆焊(专利文献3)等追加的焊接工序，因此存在如下问题：生产率降低、制造成本增大，并且因追加的堆焊而产生环境方面的不良影响。

本发明的目的在于提供即使不实施现有技术中所需要的、电阻焊后的追加的焊接处理也具有优良的焊接部的特性的电阻焊不锈钢复合钢管及其制造方法。

在此，优良的焊接部的特性主要是指断裂特性优良、焊接部的形状良好以及耐腐蚀性优良。

用于解决问题的方法

本发明人为了解决上述问题而进行了深入研究，结果发现，在不将从素管的边缘部加热起点至焊接点为止的通管范围利用屏蔽箱覆盖而在所述通管范围内从素管的被焊接部正上方对被焊接部喷吹保护气体的情况下，将作为从被焊接部的上端至保护气体喷吹用喷嘴中的保护气体的放出口的高度的喷嘴高度、以及喷吹的保护气体的流速控制为适当，除此之外，使上述保护气体喷吹用喷嘴的结构为相对于素管周向分割成三层以上的结构，将来自两端层的气体放出口的喷吹气体流速与来自剩余的层的气体放出口的喷吹气体流速之比控制为适当，由此能够显著降低被焊接部的氧浓度。

因此，以管内表面侧的包层材料为厚度2mm的不锈钢(SUS316)、管外表面侧的母材为厚度5mm的低碳低合金钢的不锈钢复合钢板作为原材料，如图6(b)所示，以管外表面侧的低合金钢不侵入到管内表面侧的不锈钢的接缝部的板厚以下的镦锻量，使被焊接部的氧浓度发生变化，制造电阻焊不锈钢复合钢管，进行接缝部的扁平试验。结果表明，如图5所示，在被焊接部的氧浓度达到0.01质量％以下的气氛下制造的电阻焊不锈钢复合钢管在90°扁平试验中的扁平值h/D(h：扁平破裂高度、D：管外径)小于0.3，具有断裂特性优良的焊接部，从而完成了本发明。

即，本发明如下所述。

[1]一种电阻焊不锈钢复合钢管，其是由低碳低合金钢和不锈钢构成的复合钢为原材料的电阻焊不锈钢复合钢管，其特征在于，在电阻焊的状态下电阻焊部的扁平特性满足下述式(1)。

h/D＜0.3…(1)

在此，h：扁平破裂高度(mm)

D：管外径(mm)

[2]如[1]所述的电阻焊不锈钢复合钢管，其特征在于，上述电阻焊部的板厚tw满足下述式(2)。

0.7×tb＜tw＜1.6×tb…(2)

在此，tb：母材部的板厚(mm)

tw：焊接部的板厚(mm)

[3]一种电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其为[1]或[2]所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，在上述电阻焊时，使用利用由惰性气体构成的保护气体对被焊接部进行气体保护的电阻焊钢管的素管被焊接部保护方法，从在距该被焊接部上端5～300mm上方的位置配位有相对于素管周向分割成三层的气体放出口的保护气体喷吹用喷嘴的上述气体放出口，使来自上述三层中的中央层的气体放出口的气体放出流速B为0.5～50m/s，使来自剩余的两端层的气体放出口的气体放出流速A(m/s)为满足下述式(3)的流速，对上述被焊接部喷吹上述保护气体。

0.01≤B/A≤10…(3)

[4]如[3]所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，上述气体放出口的形状是作为尺寸的通管方向要素的长度为30mm以上、作为尺寸的素管边缘对接方向要素的宽度为5mm以上的矩形。

[5]如[3]或[4]所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，作为上述气体放出口的全部层合并后的尺寸的素管边缘对接方向要素的宽度R相对于上述气体放出口的正下方的被焊接部的端面间的最大间隔W满足R/W＞1.0的关系。

[6]如[3]～[5]中任一项所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，采用含有0.1质量％以上的还原性气体的气体代替上述惰性气体。

发明效果

根据本发明，能够制造即使不实施现有技术中所需要的、电阻焊后的追加的焊接处理也具有优良的焊接部的特性的电阻焊不锈钢复合钢管。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的概略图。

图2是表示分割成多层的喷嘴结构的例子的示意图。

图3是表示保护气体的气体放出流速B和气体流速比B/A的适当范围的说明图。

图4是表示保护气体的气体流速比B/A与被焊接部(素管边缘对接部)的氧浓度的关系的线图。

图5是表示电阻焊不锈钢复合钢管在90°扁平试验中的扁平值h/D与被焊接部(素管边缘对接部)的氧浓度的关系的线图。

图6是表示改变管内表面侧的包层材料为不锈钢、管外表面侧的母材为低合金钢的电阻焊不锈钢复合钢管的电阻焊时的镦锻量的情况下的焊接部的断面的示意图。

具体实施方式

图1是表示本发明的实施方式的概略图。将由钢带构成的带材利用未图示的开卷机连续送出，利用未图示的矫平机进行矫正，在沿通管方向20输送的同时利用未图示的辊成形机将带材的宽度卷起来而形成素管(开管)10，利用电阻焊机(由未图示的边缘部加热用供电单元和未图示的压接用挤压辊构成)对作为将该卷起来的宽度的两端面对接而成的素管边缘对接部的被焊接部11进行电阻焊，得到电阻焊钢管15。12是素管边缘部加热起点，13是指向利用上述压接将被焊接部11接合的通管方向位置的焊接点。需要说明的是，有时也在素管10或电阻焊钢管15的管内表面侧配置阻抗器(省略图示)。离开电阻焊机的电阻焊钢管15利用未图示的定径机进行外径调节。图1中，标号2表示气体配管，标号3表示气体调节器。

在本发明中，将从素管边缘部加热起点12至焊接点13的通管方向范围的整个区域、或该范围内的容易在被焊接部生成氧化物的区域(该区域可以通过预先调查而确定)作为保护范围，在该保护范围中，在被焊接部11的正上方的位置配置保护气体喷吹用喷嘴(简记为喷嘴)1。

喷嘴1以使其气体放出口1A与被焊接部11上端正对的方式配位而配置。

在本发明中，如图1(b)和图2(a)、(d)所示，喷嘴1相对于素管周向30分割成三层。这些层形成相互独立的气体流路。此外，如图2(b)、(c)所示，上述三层中的中央层1C可以进一步相对于素管周向30分割成两层以上。需要说明的是，两端层1E各形成一层。

在本发明中，可以不设置在背景技术中提及的、覆盖上述保护范围内的素管10整周的屏蔽箱。从电阻焊钢管的制管效率方面、制造成本方面考虑倒是优选不设置，因此在该实施方式中未设置屏蔽箱。

本发明人对保护气体的流动进行了详细观察。此外，对气体放出口1A的位置和尺寸以及中央层1C、两端层1E各自的气体放出口1A处的保护气体的流速等各种各样的保护气体的喷吹条件给电阻焊时的被焊接部11的氧浓度和将该被焊接部进行电阻焊而成的焊接部的氧化物的面积率带来的影响进行了详细调查。

结果发现，通过使保护气体的喷吹条件达到最佳，被焊接部的氧浓度达到0.01质量％以下，焊接部的氧化物面积率小于0.1％。在此，焊接部的氧化物面积率如下定义。即，利用电子显微镜以500倍以上的倍率观察至少10个视野的通过进行电阻焊部的夏比冲击试验而得到的断口，挑选出该断口内观察到的包含氧化物的韧窝断口部分，测定其总面积，将其相对于视野总面积的比例作为氧化物面积率。

上述发现的最佳条件为如下条件：作为从被焊接部11上端至气体放出口1A的高度的喷嘴高度为5mm以上且300mm以下(参照图1(c))，并且中央层1C的气体放出口1A处的保护气体5的流速B为B＝0.5～50m/s以下，并且两端层1E的气体放出口1A处的保护气体5的流速A为满足0.01≤B/A≤10(参照图3)的流速。

上述喷嘴高度超过300mm时，保护气体不会充分到达被焊接部11，被焊接部11的氧浓度达不到100ppm以下。上述喷嘴高度越小越优选，但低于5mm时，气体放出口1A容易因来自被加热中的被焊接部11的辐射热而损伤，进而在被焊接部11产生的飞溅碰撞，喷嘴1的耐久性劣化。

为了将流速控制在上述最佳条件范围内，在本发明中，具有将从上述气体放出口放出的上述保护气体的流速进行如下控制的气流调节器3(参照图1(a)、(b))：将来自上述三层中的中央层1C的气体放出口的气体放出流速B控制为B＝0.5～50m/s，将来自剩余的两端层1E的气体放出口的气体放出流速A控制为满足式0.01≤B/A≤10的流速。

流速B过小时，保护气体向周围扩散，被焊接部11的气体保护变得不充分。流速B过大时，保护气体的力度变得过强，会产生向被焊接部11的端面间的大气卷入。因此，上述流速B为0.5～50m/s是适当范围。需要说明的是，在将中央层C进一步分割成多层的情况下(例如图2(b)、(c)等)，关于该多层的流速B未必需要为相同的值，只要在上述适当范围内，则每层可以为不同的值。

但是，即使将流速B保持在上述适当范围，若流速B与流速A之比即气体流速比B/A不适当，则如图3所示，也难以防止大气卷入6。

即，在B/A＜0.01的情况下，来自两端层1E的气流(保护气体5的流动)过强，且来自中央层1C的气流过弱，因此，来自两端层1E的气流在素管10的外表面发生反射而向上方偏转，该反射区域内的气体流速接近于零，无法防止沿着素管10的外表面的大气卷入6(参照图3(a))，无法充分降低被焊接部11的氧浓度。

另一方面，在B/A＞10的情况下，来自中央层1C的气流过强，且来自两端层1E的气流过弱，因此，大气被来自中央层1C的气流拖入到被焊接部11的端面间，容易导致大气卷入6(参照图3(c))，无法充分降低被焊接部11的氧浓度。

与此相对，通过设定为B/A＝0.01～10，保护气体5不会过度或不足地充满于被焊接部11的端面间，也没有大气卷入，能够实现充分的气体保护(参照图3(b))。需要说明的是，对于气体流速比B/A中的流速B而言，在将中央层1C分割为多层、并使来自该多层中的至少一层的气体流速与其他层不同的情况下，使用该不同的气体流速之中的最大流速。

顺便说明一下，图4是作为一例示出在喷嘴高度＝50mm、流速B＝0.5～50m/s的适当范围下对气体流速比B/A进行各种改变，向被焊接部11喷吹保护气体5，在被焊接部11的端面间的中间位置测定氧浓度而得到的结果的线图。

根据图4，在流速B＝0.5～50m/s的适当范围下，使气体流速比B/A为B/A＝0.01～10，由此，能够轻松地(即可靠地)达成氧浓度0.01质量％以下。

另外，根据图4，在使B/A＝0.03～5时，能够实现更低的氧浓度水平0.001～0.0001质量％，从而优选。对于该结果，确认到即使改变喷嘴高度等其他条件也是同样的。即，在本发明中，在实现氧浓度水平：0.001～0.0001质量％的方面，优选使B/A＝0.03～5。

关于气体放出口1A的全部层合并后的形状，在设定为作为尺寸的通管方向20要素的长度为30mm以上、作为尺寸的素管边缘对接方向要素的宽度为5mm以上的矩形时，能够更均匀地向被焊接部11喷吹气体，从而优选。

另外，如图1(c)所示，将作为气体放出口1A的全部层合并后的尺寸的素管边缘对接方向要素的宽度记为R、将气体放出口1A的正下方的被焊接部11的端面间的最大间隔记为W，使其满足R/W＞1.0时，能够更快速地降低被焊接部11的氧浓度，从而优选。

作为保护气体，使用惰性气体。在此所述的惰性气体是指氮气、氦气、氩气、氖气、氙气等或者将它们中的两种以上混合而成的混合气体等。

此外，作为保护气体，可以采用含有0.1质量％以上的还原性气体的气体代替上述惰性气体，而且，这种气体抑制成为过烧的原因的氧化物的生成的效果更强，能够更大幅度地提高焊接部的韧性或强度，从而优选。在此所述的还原性气体是指氢气、一氧化碳气体、甲烷气体、丙烷气体等或者将它们中的两种以上混合而成的混合气体。需要说明的是，作为含有0.1质量％以上的还原性气体的气体，优选仅由还原性气体构成的组成，或者含有0.1质量％以上的还原性气体、余量由惰性气体构成的组成。

另外，从获得容易性和廉价性的观点出发，作为保护气体，优选使用下述气体。

(a)单独使用惰性气体的情况：(G1)氮气、氦气、氩气中的任意一种或它们中的两种以上的混合气体

(b)单独使用还原性气体的情况：(G2)氢气、一氧化碳气体中的任意一种或这两种的混合气体

(c)使用惰性气体与还原性气体的混合气体的情况：上述(G1)与(G2)的混合气体

需要说明的是，特别是在使用含有氢气和/或一氧化碳气体的气体的情况下，应该无遗漏地采取安全对策，这是不言而喻的。

关于镦锻量，测定即将进行焊接之前的管的外周长，然后测定将焊接后的管的堆高部除去后的外周长，计算两者之差，由此求出镦锻量。

如上得到的本发明的电阻焊钢管(电阻焊不锈钢复合钢管)15以由低碳低合金钢和不锈钢构成的复合钢作为原材料，在电阻焊的状态下电阻焊部的扁平特性满足下述式(1)，具有断裂特性优良的电阻焊部。

h/D＜0.3…(1)

在此，h为扁平破裂高度(mm)，D为管外径(mm)。

另外，上述扁平特性可以通过90°扁平试验进行测定，将管切成长度300mm后，将管的正上方设定为0°时，在管的90°位置设置焊接部，进行扁平试验，用焊接部发生破裂时的扁平高度(扁平破裂高度h)除以管外径D，由此求出上述扁平特性。

另外，若电阻焊部的板厚tw(mm)存在0.7×tb(mm)以下的部位，则电阻焊部的强度有时降低，因此优选tw大于0.7×tb。另外，若电阻焊部的板厚tw存在1.6×tb以上的部位，则在将管和管进行圆周焊接而连接时，有时在焊接部产生间隙，耐腐蚀性降低，因此优选tw小于1.6×tb。因此，优选板厚tw满足下述式(2)。

0.7×tb＜tw＜1.6×tb…(2)

在此，tb为母材部的板厚(mm)，tw为焊接部的板厚(mm)。

实施例1

在以管内表面侧的包层材料为厚度2mm的不锈钢(SUS316、SUS304、SUS310、SUS429)、管外表面侧的母材为厚度5mm的低碳低合金钢(0.05质量％C-0.3质量％Si-1.2质量％Mn-Fe)的不锈钢复合钢板作为原材料，在依次配置开卷机、矫平机、辊成形机、电阻焊机、定径机而构成的制管设备中通过来制造外径300mm的电阻焊不锈钢复合钢管的工序中，在电阻焊时对被焊接部执行气体保护时，在上述实施方式的本发明范围之内或本发明范围之外将气体喷吹条件的水准和镦锻量如表1、表2所示进行改变来执行，进行母材部的板厚tb(mm)和电阻焊部的板厚tw(mm)的测定、被焊接部的氧浓度的测定、焊接部的90°扁平试验和利用草酸腐蚀管内表面侧的腐蚀试验。需要说明的是，作为还原性气体，使用3质量％氢气。关于挤压辊所致的镦锻量，在测定挤压辊近前的管的外周长后，测定利用挤压辊进行焊接并将外表面的熔融焊缝部切削后的管的外周长，计算两者之差，由此求出挤压辊所致的镦锻量。关于母材部的板厚，将焊接部设定为0°，测定在管的周向上间距60°即60°、120°、180°、240°、300°的位置处的管的板厚，求出它们的平均值，焊接部的板厚通过测定焊接的接缝部的板厚来求出。

在腐蚀试验中，将未观察到晶界腐蚀者作为合格，将观察到晶界腐蚀者作为不合格。

如表1、表2所示，在本发明例中确认到，与比较例相比，焊接部的扁平值h/D(h：扁平破裂高度(mm)、D：管外径(mm))显著降低，断裂特性优良，且焊接部的形状良好，并且具有维持了作为不锈钢的耐腐蚀性的焊接部。

标号说明

1 喷嘴(保护气体喷吹用喷嘴)

1A 气体放出口

1C 中央层

1E 两端层

2 气体配管

3 气体调节器

5 保护气体

6 大气卷入

10 素管(开管)

11 被焊接部(素管边缘对接部)

12 素管边缘部加热起点

13 焊接点

15 电阻焊钢管

20 通管方向

30 素管周向

Claims (9)

1.一种电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，在所述电阻焊时，使用利用由惰性气体构成的保护气体对被焊接部进行气体保护的电阻焊钢管的素管被焊接部保护方法，从在距该被焊接部上端5～300mm上方的位置配位有相对于素管周向分割成三层的气体放出口的保护气体喷吹用喷嘴的所述气体放出口，使来自所述三层中的中央层的气体放出口的气体放出流速B为0.5～50m/s，使来自剩余的两端层的气体放出口的气体放出流速A(m/s)为满足下述式(3)的流速，对所述被焊接部喷吹所述保护气体，

0.01≤B/A≤10…(3)，

所述电阻焊不锈钢复合钢管是由低碳低合金钢和不锈钢构成的复合钢为原材料的电阻焊不锈钢复合钢管，在电阻焊状态下电阻焊部的扁平特性满足下述式(1)，

h/D＜0.3…(1)

在此，h为扁平破裂高度(mm)，D为管外径(mm)。

2.如权利要求1所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，所述电阻焊部的板厚tw满足下述式(2)，

0.7×tb＜tw＜1.6×tb…(2)

在此，tb为母材部的板厚(mm)，tw为电阻焊部的板厚(mm)。

3.如权利要求1或2所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，所述气体放出口的形状是作为尺寸的通管方向要素的长度为30mm以上、作为尺寸的素管边缘对接方向要素的宽度为5mm以上的矩形。

4.如权利要求1或2所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，作为所述气体放出口的全部层合并后的尺寸的素管边缘对接方向要素的宽度R相对于所述气体放出口的正下方的被焊接部的端面间的最大间隔W满足R/W＞1.0的关系。

5.如权利要求3所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，作为所述气体放出口的全部层合并后的尺寸的素管边缘对接方向要素的宽度R相对于所述气体放出口的正下方的被焊接部的端面间的最大间隔W满足R/W＞1.0的关系。

6.如权利要求1或2所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，使用含有0.1质量％以上的还原性气体的气体代替所述惰性气体。

7.如权利要求3所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，使用含有0.1质量％以上的还原性气体的气体代替所述惰性气体。

8.如权利要求4所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，使用含有0.1质量％以上的还原性气体的气体代替所述惰性气体。

9.如权利要求5所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，使用含有0.1质量％以上的还原性气体的气体代替所述惰性气体。