CN109414741A - 电阻焊不锈钢复合钢管及其制造方法 - Google Patents

电阻焊不锈钢复合钢管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种即便不实施电阻焊后的堆焊等追加的焊接处理、在电阻焊状态下，焊接部的断裂特性也优异、且管内表面的耐腐蚀性也优异的电阻焊不锈钢复合钢管。本发明的特征在于，是一种由碳钢或低合金钢的外层和具有规定的成分组成的奥氏体系不锈钢的内层构成的电阻焊不锈钢复合钢管，符合根据JIS G 3445的规定的90°扁平试验中的扁平值h/D小于0.3，且管内表面在根据ASTM A262‑13、Practice E的硫酸‑硫酸铜腐蚀试验中不产生裂纹。这里，h为扁平裂纹高度(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。
背景技术
通常，电缝钢管通过将钢带成型为管状，利用高频电流进行加热、熔融，利用挤压辊将加热熔融后的对置的钢带宽度方向两端部对接加压，进行焊接而制造。在电缝钢管的情况下，一般认为焊接部的韧性、强度等机械特性与焊接前的钢带相比劣化。
作为使焊接部的特性降低的原因，可举出被称为过烧(penetrator)的氧化物主体的焊接缺陷。该过烧残留于焊接部而成为使焊接部的韧性、强度降低的原因。因此，通常采取如下对策：增大挤压辊的顶锻量，将焊接时产生的氧化熔融物排出到管外面来避免过烧残留于焊接部。
然而，作为提高电缝钢管的特性的方法，提出了一种电阻焊复合钢管。电阻焊复合钢管是指使用在作为母材的钢带上复合由与母材不同的材料构成的金属带(夹层材料)而得的复合钢带所制造的电缝钢管。通过这样组合不同的材料，能够利用母材和夹层材料各自具有的特性，得到具有优异的特性的钢管。例如认为使用碳钢作为母材、使用不锈钢作为夹层材料时，能够得到兼具不锈钢的耐腐蚀性和碳钢的强度的电缝复合钢管。
然而，将复合钢带作为坯材来制造电阻焊复合钢管时，如果增大顶锻量，则如图7中的(A)所示，产生母材11的熔融钢和热影响部侵入到夹层材料12(在图7中的(A)的情况下，钢管内表面侧)的焊缝部的现象。特别是，在顶锻量过量时，母材11在钢管的夹层材料侧表面(图7中的(A)的情况下，钢管内表面)露出，结果失去发挥夹层材料的优异的特性的作为复合钢管的性能。
例如，在将母材11为低碳钢且夹层材料12为不锈钢的不锈钢复合钢带作为坯材、增大顶锻量、将夹层材料作为内层、将母材作为为外层所制造的电阻焊复合钢管中，低碳钢侵入于不锈钢的接缝部，或者像图7中的(A)那样低碳钢在钢管内表面露出。因此，钢管内表面的焊缝部14附近的耐腐蚀性明显降低。在对钢管内表面要求耐腐蚀性的环境下使用这样的电阻焊复合钢管时，无法发挥要求性能。
即，在以往技术中，在电阻焊状态下的电阻焊复合钢管中，存在难以兼具不使焊接部的机械特性降低和不损害作为复合钢管的功能的问题。已知有针对这样的问题对电阻焊复合钢管实施追加处理的技术。
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对置两边缘部进行对接焊接而成的焊道中的至少夹层材料侧焊道切削除去直至到达母材的深度为止，对切削除去部实施具有与夹层材料相同的性质的堆焊。
在专利文献2中公开了一种复合钢的钢管制造方法，其中，将复合钢带成型为管坯，对接缝边缘部进行电阻焊后，第1，沿着侵入了异种金属的焊缝使其熔融、凝固至复合界面部的深度，对该异种金属进行稀释，或者，第2，用与夹层材料同种的金属对侵入了异种金属的接缝部进行堆焊，对该堆焊部进行轧制，稀释上述异种金属。
在专利文献3中公开了一种复合钢焊接钢管的制造方法，是使内表面侧为夹层材料的复合钢焊接钢管的制造方法，其中，将复合钢的原板或原卷成型，对使内表面为夹层材料的管状体的夹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
然而，上述的专利文献1～3中记载的技术均在电阻焊后需要将夹层材料焊道部切削除去而进行堆焊(专利文献1)、沿着焊缝利用TIG电弧热源等进行熔融、凝固或堆焊(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，生产率降低，存在制造成本增大的课题。另外，由于追加的堆焊的热输入而使热影响部的晶粒变得粗大，存在断裂特性劣化的课题。另外，热影响部还存在随着碳化物、氮化物的生成而耐腐蚀性容易降低的课题。
另外，本发明人等在制造以碳钢或低合金钢为外层、以奥氏体系不锈钢为内层的电阻焊不锈钢复合钢管时认识到如下的新课题。即，在由并非复合钢带的通常的钢带制造的电阻焊钢管中，为了改善焊接部的断裂特性等，通常在焊接后对焊接部实施接缝退火等热处理。然而，表明如果当制造电阻焊不锈钢复合钢管时进行焊接后的热处理，则会产生焊接部的断裂特性的劣化或管内表面的耐腐蚀性的劣化中的任一者。
因此，鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种即便不实施以往技术所必需的电阻焊后的堆焊等追加的焊接处理，在电阻焊的状态下焊接部的断裂特性也优异且管内表面的耐腐蚀性也优异的电阻焊不锈钢复合钢管及其制造方法。
本发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究，结果得到以下的见解。发现通过在不将从管坯的对接部加热起点到焊接点为止的通管范围用防护罩(shield box)覆盖而在上述通管范围内从管坯的被焊接部正上方向被焊接部喷吹保护气体时，使用特定结构的保护气体喷吹喷嘴，适当控制喷嘴高度和气体放出条件，能够格外减少被焊接部的氧浓度，能够抑制过烧的生成。其结果，即便将电阻焊时的顶锻量减小到不锈钢复合钢带的厚度以下，也能够抑制过烧的生成，因此能够得到断裂特性优异的焊接部。如果顶锻量较小，则外层的碳钢或低合金钢不会在焊接部于钢管的内表面露出。即，本发明中，能够在不损害管内表面的耐腐蚀性的情况下得到断裂特性优异的焊接部。
另外，本发明人等关于焊接后的热处理，着眼于焊接部的管内表面(即不锈钢)的温度。而且，发现通过将焊接部加热使得该焊接部的管内表面的温度在规定范围，然后，将该温度的冷却速度控制在规定的范围，能够实现焊接部的断裂特性的提高和管内表面的耐腐蚀性的提高这两者。
基于上述见解而完成的本发明的要旨构成如下。
(1)一种电阻焊不锈钢复合钢管，其特征在于，由碳钢或低合金钢的外层和具有如下成分组成的奥氏体系不锈钢的内层构成，所述成分组成以质量％计含有C：0.1％以下、Si：1.5％以下、Mn：2.5％以下、Ni：7.0～35.0％、Cr：16.0～35.0％、Mo：0.1～10.0％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
符合根据JIS G 3445的规定的90°扁平试验中的扁平值h/D小于0.3，且管内表面在根据ASTM A262-13、Practice E的硫酸-硫酸铜腐蚀试验中不产生裂纹。
其中，h为扁平裂纹高度(mm)，D为管外径(mm)。
(2)根据上述(1)所述的电阻焊不锈钢复合钢管，其中，上述成分组成进一步含有(i)N：2.0％以下、(ii)Cu：3.0％以下、(iii)Ti、Nb、V和Zr中的至少1种合计为0.01～0.5％、(iv)Ca、Mg、B、REM分别为0.1％以下、以及(v)Al：0.2％以下中的至少一组。
(3)一种电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其特征在于，准备由作为母材的碳钢或低合金钢构成的第1层和由作为夹层材料的具有如下成分组成的奥氏体系不锈钢构成的第2层压焊而成的不锈钢复合钢带，所述成分组成以质量％计含有C：0.1％以下、Si：1.5％以下、Mn：2.5％以下、Ni：7.0～35.0％、Cr：16.0～35.0％、Mo：0.1～10.0％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
将上述不锈钢复合钢带以上述第1层为外层、上述第2层为内层的方式成型为管状而制成管坯，
一边对该管坯的对置的一对对接部实施气体保护，一边将上述一对对接部以顶锻量为上述不锈钢复合钢带的厚度以下的条件对接加压，进行电阻焊，得到电阻焊不锈钢复合钢管，
此时，上述气体保护如下进行：在距上述管坯的对接部上端5～300mm上方的位置，使用具有在上述管坯的对接方向邻接地并列设置的3个以上的狭缝状的气体放出口的保护气体喷吹喷嘴，将来自于位于上述气体放出口中的两端的一对第1气体放出口的气体放出流速设为A(m/s)，将来自于剩余的第2气体放出口的气体放出流速设为B(m/s)时，在B为0.5～50m/s且满足0.01≤B/A≤10的条件下喷吹保护气体，
进一步对上述电阻焊后的焊接部实施该焊接部的管内表面的温度为800～1200℃的热处理，
然后，对上述焊接部实施上述焊接部的管内表面的温度从800℃到400℃的冷却速度为4～30℃/s的冷却。
(4)根据上述(3)所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，各个上述气体放出口的形状是作为尺寸的通管方向分量的长度为30mm以上、作为尺寸的管坯对接方向分量的宽度为5mm以上的矩形。
(5)根据上述(3)或(4)所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，所有上述气体放出口的合计宽度R相对于上述气体放出口的正下方的上述管坯的对接部的最大间隔W满足R/W＞1.0的关系。
(6)根据上述(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，上述保护气体由非活性气体和还原性气体中的至少一种构成。
(7)根据上述(3)～(6)中任一项所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，上述成分组成进一步含有(i)N：2.0％以下、(ii)Cu：3.0％以下、(iii)Ti、Nb、V和Zr中的至少1种合计为0.01～0.5％、(iv)Ca、Mg、B、REM分别为0.1％以下、以及(v)Al：0.2％以下中的至少一组。
根据本发明的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，能够制造一种即便不实施以往技术所必需的电阻焊后的堆焊等的追加的焊接处理，在电阻焊的状态下，焊接部的断裂特性也优异且管内表面的耐腐蚀性也优异的电阻焊不锈钢复合钢管。
本发明的电阻焊不锈钢复合钢管在电阻焊状态下焊接部的断裂特性优异且管内表面的耐腐蚀性也优异。
附图说明
图1是用于根据本发明的一个实施方式而制造电阻焊不锈钢复合钢管的设备的概略图。
图2是对本发明的一个实施方式中的气体保护进行说明的概略图，(A)是通管中的管坯16和电阻焊不锈钢复合钢管20的立体图，(B)是表示(A)的Z1部的保护气体喷吹喷嘴81的放大立体图，(C)是(A)的Z2部的截面图。
图3中的(A)～(D)是表示可在本实施方式中使用的喷嘴的例子的示意图。
图4中的(A)～(C)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5是表示保护气体的气体流速比B/A与被焊接部的氧浓度的关系的图。
图6是表示被焊接部的氧浓度与电阻焊不锈钢复合钢管的90°扁平试验中的扁平值h/D的关系的图。
图7中的(A)为顶锻量大的情况下的电阻焊接部及其附近的截面示意图，(B)为顶锻量小的情况下的电阻焊接部及其附近的截面示意图。
具体实施方式
(电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法)
参照图1，对本发明的一个实施方式的电阻焊不锈钢复合钢管的制造工序进行说明。本发明的一个实施方式中的电阻焊不锈钢复合钢管的制造中包含以下的步骤。首先，将制成热轧卷的不锈钢复合钢带10用开卷机30连续送出。接着，利用辊轧成型机50将不锈钢复合钢带10成型为管状。接着，一边将作为对接部(被焊接部)的钢带宽度方向两端部用高频加热装置60加热到熔点以上，一边用挤压辊70进行对接加压，从而进行电阻焊，得到电阻焊不锈钢复合钢管20。此时，利用保护气体喷吹装置80对对接部实施气体保护。接着，用焊道切削机90对焊接部的外表面和内表面的焊道进行切削。接着，利用加热装置92对电阻焊后的焊接部实施热处理，进一步利用冷却装置94对焊接部实施冷却。然后，用切割机96将管20切断成规定的长度。
高频加热装置60可以为直接通电加热式或感应加热式的装置中的任一种。应予说明，有时也在包含高频电流的通电部分的通带方向范围内的管的内表面侧加载未图示的阻抗进行电阻焊。
本实施方式，如图2中的(C)所示，使用由作为母材的碳钢或低合金钢构成的第1层11和由作为夹层材料的奥氏体系不锈钢构成的第2层12压焊而成的不锈钢复合钢带10，以作为夹层材料的第2层12为内层，以作为母材的第1层11为外层，进行电阻焊。这里，本说明书中，“母材”是指在由厚度和材料彼此不同的两层构成的复合钢带中的厚度较大的层的材料，“夹层材料”是指厚度较小的层的材料。在本实施方式中，作为母材的碳钢或低合金钢是用于确保钢管的强度的材料，作为夹层材料的奥氏体系不锈钢是用于确保管内表面耐腐蚀性的材料。
本发明中作为母材使用的碳钢没有特别限定，由于复合钢管的机械特性受占该钢管体积的大部分的母材的特性所支配，因此优选选定具有与复合钢管的应用目的对应的规格、机械特性的碳钢。
本发明中作为母材使用的低合金钢只要是合金元素的合计含量为5质量％以下的钢，就没有特别限定，与碳钢同样地考虑复合钢管的应用目的而选定即可。
对本发明中作为夹层材料使用的奥氏体系不锈钢的成分组成进行说明。应予说明，与含量有关的“％”表达只要没有特别说明，就指质量％。
C：0.1％以下
C与钢中的Cr结合而导致耐腐蚀性的降低，因此其含量越低越好，只要为0.1％以下，就不会使耐腐蚀性明显降低。因此，C含量为0.1％以下。优选为0.08％以下。C含量的下限没有特别限定，从工业角度考虑，为0.001％。
Si：1.5％以下
Si是对脱氧有效的元素，但过量含有时变得容易在电阻焊接部生成氧化物，导致焊接部特性的降低。因此，Si含量为1.5％以下。优选为1.0％以下。Si含量的下限没有特别限定，从工业角度考虑，为0.01％。
Mn：2.5％以下
Mn是对强度提高有效的元素，但过量含有时变得容易在电阻焊接部生成氧化物，导致焊接部特性的降低。因此，Mn含量为2.5％以下。优选为2.0％以下。Mn含量的下限没有特别限定，从工业角度考虑，为0.001％。
Ni：7.0～35.0％
Ni是使奥氏体相稳定的元素。Ni含量小于7.0％时，在含有16.0％以上的使铁素体相稳定化的Cr的情况下无法稳定地得到奥氏体相。另一方面，如果Ni含量超过35.0％，则会导致制造成本上升，在经济上不利。因此，Ni含量需要在7.0～35.0％的范围内。
Cr：16.0～35.0％
Cr是对通过在钢管的表面形成钝化被膜来保持耐腐蚀性重要的元素。只要Cr含量为16.0％以上，就显现其效果。但是，如果Cr含量超过35.0％，则热加工性降低，而且难以得到奥氏体单相组织。因此，Cr含量为16.0～35.0％。优选为18.0％～30.0％。
Mo：0.1～10.0％
Mo是对抑制间隙腐蚀等局部腐蚀有效的元素。为了得到这样的效果，需要使Mo含量为0.1％以上。但是，如果Mo含量超过10.0％，则会使奥氏体系不锈钢明显脆化。因此，Mo含量为0.1～10.0％。优选在0.5～7.0％的范围。
除了上述的C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo以外，也可以根据需要含有以下元素。
N：2.0％以下
N有具有抑制局部腐蚀的作用的效果。但是，在工业上难以使N含量超过2.0％，因此将其作为上限。此外，在通常的熔炼方法中，如果N含量超过0.4％，则为了在熔炼阶段含有N而需要长时间，因此导致生产率的降低。因此，从成本方面考虑，N含量更优选0.4％以下。进一步优选在0.01～0.3％的范围。
Cu：3.0％以下
Cu是具有改善耐腐蚀性的作用的元素。为了得到这样的效果，优选使Cu含量为0.01％以上。但是，如果Cu含量超过3.0％，则热加工性降低，导致生产率的降低。因此，含有Cu时，其含量优选3.0％以下。更优选在0.01～2.5％的范围。
Ti、Nb、V和Zr中的至少1种合计为0.01～0.5％
Ti、Nb、V和Zr都是因为通过与奥氏体系不锈钢中的C反应而形成碳化物将定C固定而对改善奥氏体系不锈钢的耐晶界腐蚀性有效的元素。为了得到这样的效果，优选使它们中的至少1种的合计含量为0.01％以上。另一方面，Ti、Nb、V和Zr在单独添加和复合添加中任一种情况下，如果合计含量超过0.5％，则其效果也饱和。因此，含有Ti、Nb、V和Zr时，其合计含量优选0.5％以下。
除了上述的元素以外，为了提高奥氏体系不锈钢的热加工性，也可以含有Ca、Mg、B和稀土元素(REM)中的至少1种各0.1％以下，出于在炼钢阶段的脱氧的目的而在0.2％以下的范围内含有Al。
成分组成的剩余部分为Fe和不可避免的杂质。不可避免的杂质中的O优选为O：0.02％以下。
在本实施方式中，参照图2中的(A)、(C)，将不锈钢复合钢带10以第1层11为外层、第2层12为内层的方式成型为管状而制成管坯(开管)16。然后，一边对管坯的对置的一对对接部(被焊接部)17实施气体保护，一边将一对对接部17对接加压，进行电阻焊，得到电阻焊不锈钢复合钢管20。
在图2的(A)中，符号18为管坯的对接部加热起点，符号19为表示被焊接部17所接合的通管方向位置的焊接点。在本实施方式中，进行电阻焊时，将从加热起点18到焊接点19为止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，在该保护范围内，在被焊接部17的正上方的位置配置保护气体喷吹喷嘴81(以下，也简称为“喷嘴”)。
如图2中的(B)和图3中的(A)、(D)所示，喷嘴81相对于管坯的对接方向Y分割成3层。另外，如图3中的(B)、(C)所示，也可以相对于管坯的对接方向Y分割成4层以上。即，喷嘴81具有在管坯的对接方向Y邻接地并列设置的3个以上的分割喷嘴，它们由位于两端的一对第1分割喷嘴84A和剩余的第二分割喷嘴84B构成。各分割喷嘴的内部被中空地进行划分，形成相互独立的气体流路。各分割喷嘴84A、84B由各自对应的气体配管82供给保护气体，其供给量受气体流量调节器83控制。一对第1分割喷嘴84A的前端划分狭缝状的第1气体放出口85A，第2分割喷嘴84B的前端划分狭缝状的第2气体放出口85B。喷嘴81以其气体放出口85A、85B与被焊接部17上端正对地配位的方式进行配置。
本发明人等对保护气体的流动进行了详细观察。此外，对气体放出口85A、85B的位置或尺寸、气体放出口85A、85B处的保护气体的流速等各种保护气体的喷吹条件对电阻焊时的被焊接部17的氧浓度、以及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的影响进行了详细调查。
其结果，发现通过使保护气体的喷吹条件达到最佳，从而使被焊接部的氧浓度为0.01质量％以下，其结果，焊接部的氧化物面积率小于0.1％，得到断裂特性优异的焊接部。这里，焊接部的氧化物面积率定义如下。即，利用电子显微镜对通过进行电阻焊接部的夏比冲击试验而得到的断口以倍率500倍以上观察至少10个视野，选出在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如下：作为从被焊接部17上端到气体放出口85A、85B的高度的喷嘴高度H为5mm～300mm(参照图2中的(C))，且将来自位于两端的一对第1气体放出口85A的气体放出流速设为A(m/s)，将来自剩余的第2气体放出口85B的气体放出流速设为B(m/s)时，在B为0.5～50m/s且满足0.01≤B/A≤10的条件下喷吹保护气体。
如果上述喷嘴高度H超过300mm，则保护气体不会充分到达被焊接部17，被焊接部17的氧浓度达不到0.01质量％以下，得不到断裂特性优异的焊接部。另一方面，如果上述喷嘴高度H低于5mm，则气体放出口85A、85B容易被来自加热中的被焊接部17的辐射热损坏，并且在被焊接部17产生的溅射碰撞使喷嘴81的耐久性劣化。
如果流速B过小，则保护气体向周围扩散，被焊接部17的气体保护变得不充分，因此被焊接部17的氧浓度达不到0.01质量％以下，得不到断裂特性优异的焊接部。另一方面，如果流速B过大，则保护气体的力度过强，会在被焊接部17的端面间夹带大气。因此，上述流速B为0.5～50m/s是适当范围。应予说明，中央的第2气体放出口85B有多个时(例如图3中的(B)、(C)等)，各第2气体放出口处的流速B不一定为相同的值，只要在上述适当范围内，也可以是彼此不同的值。
但是，即使将流速B保持在上述适当范围，如果流速B与流速A之比、即气体流速比B/A不适当，则如图4所示，也会产生大气夹带87。
即，参照图4中的(A)，为B/A＜0.01时，来自两端的第1气体放出口85A的气流过强，且来自中央的第2气体放出口85B的气流过弱，因此来自两端的第1气体放出口85A的气流在管坯16的外表面反射而向上方偏转，该反射区域的气体流速接近零，沿管坯16的外表面而产生大气夹带87。其结果，被焊接部17的氧浓度无法充分降低，得不到断裂特性优异的焊接部。
另一方面，参照图4中的(C)，为B/A＞10时，来自中央的第2气体放出口85B的气流过强，且来自两端的第1气体放出口85A的气流过弱，因此大气被来自中央的第2气体放出口85B的气流吸入到被焊接部17的端面间，容易导致大气夹带87。其结果，被焊接部17的氧浓度无法充分降低，得不到断裂特性优异的焊接部。
与此相对，参照图4中的(B)，通过成为0.01≤B/A≤10，保护气体86不会过度或不足地充满于被焊接部17的端面间，也没有大气夹带。其结果，被焊接部17的氧浓度达到0.01质量％以下，得到断裂特性优异的焊接部。中央的第2气体放出口85B有多个且使各第2气体放出口处的流速为彼此不同的值时，只要将其中的最大流速作为“流速B”计算而得的B/A满足上述条件即可。
图5是作为一个例子而示出在喷嘴高度H＝50mm、0.5≤B≤50的适当范围下对气体流速比B/A进行各种改变，对被焊接部17喷吹保护气体86，在被焊接部17的端面间的中间位置测定氧浓度而得的结果的图。应予说明，使用管外表面侧的母材为厚度5mm的低碳低合金钢、管内表面侧的夹层材料为厚度2mm的奥氏体系不锈钢(SUS316L)的不锈钢复合钢带。
根据图5，通过在0.5≤B≤50的适当范围下，使气体流速比B/A为0.01≤B/A≤10，能够具有较大富余地(即可靠地)达成被焊接部的氧浓度0.01质量％以下。另外，根据图5，成为0.03≤B/A≤5时，能够实现更低的氧浓度水平0.001～0.0001质量％，因而优选。
确认了该结果在喷嘴高度H等其它条件变化的情况下也相同。
图6是表示被焊接部的氧浓度与电阻焊不锈钢复合钢管的90°扁平试验中的扁平值h/D的关系的图。使用管外表面侧的母材为厚度5mm的低碳低合金钢、管内表面侧的夹层材料为厚度2mm的奥氏体系不锈钢(SUS316L)的不锈钢复合钢带。如图7中的(B)所示，以电阻焊后管外表面侧的母材不在管内表面露出的方式使顶锻量为不锈钢复合钢带的板厚以下的1.0mm，改变被焊接部的氧浓度而制造电阻焊不锈钢复合钢管。然后，对焊接部使焊接部的管内表面的加热温度为1000℃，以管内表面的温度计实施冷却速度10℃/s的焊接后热处理后，采取长度50mm的试验片，进行根据JIS G 3445的规定的90°扁平试验，求出扁平值h/D。
其结果，如图6所示，表明在被焊接部的氧浓度为0.01质量％以下的气氛下制造的电阻焊不锈钢复合钢管的90°扁平试验中的扁平值h/D(h：扁平裂纹高度，D：管外径)小于0.3，具有断裂特性优异的焊接部。
然而，气体放出口85A、85B的整层合并的形状是作为尺寸的通管方向X分量的长度为30mm以上、作为尺寸的管坯对接方向Y分量的宽度(图2的(C)中的合计宽度R)为5mm以上的矩形时，能够更均匀地向被焊接部17喷吹气体，因而优选。
另外，如图2中的(C)所示，所有气体放出口85A、85B的合计宽度R优选相对于上述气体放出口的正下方的上述管坯的对接部的最大间隔W满足R/W＞1.0的关系。这是因为能够更迅速地降低被焊接部17的氧浓度。
本实施方式中，保护气体由非活性气体和还原性气体中的至少一种构成。
这里所说的非活性气体是指氮气、氦气、氩气、氖气、氙气等，或者将它们中的2种以上混合而成的混合气体等。
如果使用含有还原性气体0.1质量％以上的气体作为保护气体，则抑制成为过烧的原因的氧化物的生成的效果变得更强，能够更大幅度地提高焊接部的韧性或强度，因而优选。这里所说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2种以上混合而成的混合气体。应予说明，作为含有还原性气体0.1质量％以上的气体，优选仅由还原性气体构成的组成、或者含有还原性气体0.1质量％以上且剩余部分由非活性气体构成的组成。
另外，从得到容易性和廉价性的方面考虑，优选使用以下气体作为保护气体。
(甲)单独使用非活性气体的情况：(G1)氮气、氦气、氩气中的任1种或它们中的2种以上的混合气体
(乙)单独使用还原性气体的情况：(G2)氢气、一氧化碳气体中的任1种或它们中的2种的混合气体
(丙)使用非活性气体和还原性气体的混合气体的情况：上述(G1)和(G2)的混合气体
应予说明，特别是，使用包含氢气和/或一氧化碳气体的气体时，不言而喻，应该采取无遗漏安全对策。
本实施方式中，顶锻量为不锈钢复合钢带的厚度以下。由此，不会使外层的碳钢或低合金钢在焊接部在钢管的内表面露出。应予说明，从确保电阻焊中从焊接部排出过烧的效果的观点考虑，顶锻量优选为不锈钢复合钢带的厚度的20％以上。应予说明，挤压辊的顶锻量通过在测定挤压辊近前的管的外周长后，对利用挤压辊进行焊接并将外表面的焊道部切削后的管的外周长进行测定，算出两者之差而求出。
接下来，在本实施方式中，其特征在于，将对电阻焊后的焊接部进行的热处理的条件最优化。即，对电阻焊后的焊接部实施该焊接部的管内表面的温度达800～1200℃的热处理，然后，对上述焊接部实施上述焊接部的管内表面的温度从800℃到400℃的冷却速度为4～30℃/s的冷却。由此，能够实现焊接部的断裂特性的提高和管内表面的耐腐蚀性的提高这两者。
焊接部的管内表面的加热温度小于800℃时，母材的焊接部的组织的均质化、细粒化以及夹层材料的固溶不充分，因此得不到焊接部的断裂特性提高和管内表面的耐腐蚀性提高的效果。另外，上述加热温度超过1200℃时，由于母材的焊接部的组织粗大化，因而焊接部的韧性、即断裂特性劣化。
另外，上述冷却速度小于4℃/s时，由于作为夹层材料的奥氏体系不锈钢的敏化而使管内表面的焊接部的耐腐蚀性降低。另一方面，上述冷却速度超过30℃/s时，作为母材的碳钢或低合金钢变为高硬度的淬火组织，焊接部的断裂特性劣化。
焊接后热处理中的加热条件和冷却条件的控制利用图1中示出的加热装置92和冷却装置94进行。加热方法和冷却方法只要能够得到上述加热温度和上述冷却速度，就没有特别限定。例如对于加热方法，可以使用感应加热、直接通电加热、利用气氛加热炉进行的加热等，另外，对于冷却方法，可以使用空冷、鼓风冷却、水冷和利用制管工具(轧辊、滚筒等)进行的热量移除等。
(电阻焊不锈钢复合钢管)
本实施方式的电阻焊不锈钢复合钢管是通过上述的制造方法得到的，由碳钢或低合金钢的外层和具有上述的成分组成的奥氏体系不锈钢的内层构成，具有在电阻焊状态下实施了焊道切削和焊接后热处理的电阻焊接部。应予说明，“在电阻焊状态下”是指在电阻焊后不实施堆焊等追加的焊接处理。
而且，本实施方式的电阻焊不锈钢复合钢管兼具在电阻焊状态下符合根据JIS G3445的规定的90°扁平试验中的扁平值h/D小于0.3且管内表面在根据ASTM A262-13、Practice E的硫酸-硫酸铜腐蚀试验中不产生裂纹这样优异的焊接部的断裂特性和管内表面的耐腐蚀性。这里，h为扁平裂纹高度(mm)，D为管外径(mm)。应予说明，管内表面是否产生裂纹可以根据上述标准所记载的基准进行明确的判定。
实施例
(实施例1)
准备由厚度2mm的奥氏体系不锈钢的夹层材料和厚度5mm的低碳低合金钢的母材构成的不锈钢复合钢带，上述奥氏体系不锈钢的成分组成以质量％计含有C：0.015％、Si：0.76％、Mn：1.06％、Ni：12.2％、Cr：17.4％、Cu：0.24％、Mo：2.32％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，上述低碳低合金钢的成分组成以质量％计含有C：0.04％、Si：0.2％、Mn：1.60％、V：0.04％、Nb：0.05％、Ti：0.01％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
利用图1中示出的电阻焊钢管制造设备，将准备好的不锈钢复合钢带作为坯材，以母材为外层，以夹层材料为内层，在各种条件下制造外径300mm的电阻焊不锈钢复合钢管。在电阻焊时对被焊接部的气体保护使用图2的(A)～(C)中示出的喷嘴，在表1中示出的喷嘴高度H、气体放出流速B、流速比B/A和R/W的条件下进行。保护气体为属于非活性气体的氮气，在表1中示出的一部分的水准中，为混合了作为还原性气体的丙烷气体的非活性气体。顶锻量为表1中示出的顶锻量。
另外，对电阻焊后的焊接部实施该焊接部的管内表面的温度达到表1中示出的值的热处理，然后，对上述焊接部实施上述焊接部的管内表面的温度从800℃到400℃的冷却速度为表1中示出的值的冷却。
在各水准中，测定被焊接部的氧浓度，另外，从所制造的各钢管中采取试验片，进行根据JIS G 3445的规定的90°扁平试验，求出扁平值h/D。将结果示于表1。
另外，根据API specification 5LD，4th Edition利用根据ASTM A262-13、Practice E的硫酸-硫酸铜腐蚀试验来评价管内表面的耐腐蚀性。为了对管内表面的耐腐蚀性进行评价，保留管内表面侧，通过研削除去管外表面侧(母材侧)，仅将不锈钢作为试验片。耐腐蚀性的评价是对试验后的试验片通过目视或者根据需要利用立体显微镜等以10倍的倍率进行观察，将未观察到裂纹的试验片评价为合格(○)，将观察到裂纹的试验片评价为不合格(×)。
如表1所示，确认了本发明例与比较例相比焊接部的扁平值h/D降低了很多，断裂特性优异，且内表面具有维持了作为奥氏体系不锈钢的耐腐蚀性的焊接部。
[表1]
表1
(实施例2)
准备由厚度2mm、具有表2中示出的成分组成(剩余部分为Fe和不可避免的杂质)的奥氏体系不锈钢的夹层材料和厚度5mm的由低碳低合金钢的母材构成的不锈钢复合钢带，上述低碳低合金钢的成分组成以质量％计含有C：0.04％、Si：0.2％、Mn：1.60％、V：0.04％、Nb：0.05％、Ti：0.01％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
利用图1中示出的电阻焊钢管制造设备，将准备好的不锈钢复合钢带作为坯材，以母材为管外表面侧，以夹层材料为管内表面侧，制造外径300mm的电阻焊不锈钢复合钢管。在电阻焊时对被焊接部的气体保护使用图2的(A)～(C)中示出的喷嘴并在喷嘴高度H＝50mm、气体放出流速B＝10m/s、流速比B/A＝0.5和R/W＝5的条件下进行。保护气体为属于非活性气体的氮气。顶锻量为4mm。
另外，对电阻焊后的焊接部实施该焊接部的管内表面的温度为1000℃的热处理，然后，对上述焊接部实施上述焊接部的管内表面的温度从800℃到400℃的冷却速度为10℃/s的冷却。
与实施例1中记载的方法同样地进行被焊接部的氧浓度的测定、以及焊接部的断裂特性和管内表面的耐腐蚀性的评价。将结果示于表3。
根据表3，可知本发明例中得到了焊接部的断裂特性优异且管内表面的耐腐蚀性也优异的电阻焊不锈钢复合钢管，与此相对，可以确认夹层材料的化学成分在本发明范围外的比较例中，焊接部的断裂特性或管内表面的耐腐蚀性差。
[表2]
表2 (质量％)
钢 C Si Mn Cr Ni Mo 其它 区分
a 0.057 0.33 0.99 18.5 8.2 二 比较例
b 0.015 0.76 1.06 17.4 12.2 2.32 Cu：0.24 本发明例
c 0.012 0.72 0.97 22.2 25.1 6.08 本发明例
d <u>0.150</u> 0.51 1.21 18.1 8.5 1.02 比较例
e 0.061 <u>1.8</u> 0.85 18.3 8.1 0.59 比较例
f 0.062 0.68 <u>3.2</u> 18.7 8.6 2.51 比较例
g 0.071 0.71 1.15 <u>15.1</u> 8.3 0.23 比较例
[表3]
表3
产业上的可利用性
根据本发明的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，能够制造一种即便不实施以往技术所必需的电阻焊后的堆焊等追加的焊接处理，在电阻焊状态下，焊接部的断裂特性也优异且管内表面的耐腐蚀性也优异的电阻焊不锈钢复合钢管。
符号说明
10 不锈钢复合钢带
11 第1层(母材)
12 第2层(夹层材料)
13 复合界面
14 焊缝部
16 管坯(开管)
17 被焊接部(管坯的对接部)
18 管坯的对接部加热起点
19 焊接点
20 电阻焊不锈钢复合钢管
30 开卷机
50 辊轧成型机
60 高频加热装置
70 挤压辊
80 保护气体喷吹装置
81 保护气体喷吹喷嘴
82 气体配管
83 气体流量调节器
84A 第1分割喷嘴(两端)
84B 第2分割喷嘴(中央)
85A 第1气体放出口(两端)
85B 第2气体放出口(中央)
86 保护气体
87 大气夹带
90 焊道切削机
92 加热装置
94 冷却装置
96 切割机
X 通管方向
Y 管坯的对接方向

Claims (7)

1.一种电阻焊不锈钢复合钢管，其特征在于，由碳钢或低合金钢的外层和具有如下成分组成的奥氏体系不锈钢的内层构成，所述成分组成以质量％计，含有C：0.1％以下、Si：1.5％以下、Mn：2.5％以下、Ni：7.0～35.0％、Cr：16.0～35.0％、Mo：0.1～10.0％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
符合根据JIS G 3445的规定的90°扁平试验中的扁平值h/D小于0.3，且管内表面在根据ASTM A262-13、Practice E的硫酸-硫酸铜腐蚀试验中不产生裂纹，
其中，h为扁平裂纹高度，单位为mm，D为管外径，单位为mm。
2.根据权利要求1所述的电阻焊不锈钢复合钢管，其中，所述成分组成进一步含有(i)N：2.0％以下、(ii)Cu：3.0％以下、(iii)Ti、Nb、V和Zr中的至少1种合计为0.01～0.5％、(iv)Ca、Mg、B和REM中的至少1种分别为0.1％以下、以及(v)Al：0.2％以下中的至少一组。
3.一种电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其特征在于，
准备由作为母材的碳钢或低合金钢构成的第1层和由作为夹层材料的具有如下成分组成的奥氏体系不锈钢构成的第2层压焊而成的不锈钢复合钢带，所述成分组成以质量％计含有C：0.1％以下、Si：1.5％以下、Mn：2.5％以下、Ni：7.0～35.0％、Cr：16.0～35.0％、Mo：0.1～10.0％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
将所述不锈钢复合钢带以所述第1层为外层、所述第2层为内层的方式成型为管状而制成管坯，
一边对该管坯的对置的一对对接部实施气体保护，一边将所述一对对接部以顶锻量为所述不锈钢复合钢带的厚度以下的条件对接加压，进行电阻焊，得到电阻焊不锈钢复合钢管，
此时，所述气体保护如下进行：在距所述管坯的对接部上端5～300mm上方的位置，使用具有在所述管坯的对接方向邻接地并列设置的3个以上的狭缝状的气体放出口的保护气体喷吹喷嘴，将来自所述气体放出口中的位于两端的一对第1气体放出口的气体放出流速设为A，将来自剩余的第2气体放出口的气体放出流速设为B时，在B为0.5～50m/s且满足0.01≤B/A≤10的条件下喷吹保护气体，A和B的单位为m/s，
进一步对所述电阻焊后的焊接部实施该焊接部的管内表面的温度为800～1200℃的热处理，
然后，对所述焊接部实施所述焊接部的管内表面的温度从800℃到400℃的冷却速度为4～30℃/s的冷却。
4.根据权利要求3所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，各个所述气体放出口的形状是作为尺寸的通管方向分量的长度为30mm以上、作为尺寸的管坯对接方向分量的宽度为5mm以上的矩形。
5.根据权利要求3或4所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，所有所述气体放出口的合计宽度R相对于所述气体放出口的正下方的所述管坯的对接部的最大间隔W满足R/W＞1.0的关系。
6.根据权利要求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，所述保护气体由非活性气体和还原性气体中的至少一种构成。
7.根据权利要求3～6中任一项所述的电阻焊不锈钢复合钢管的制造方法，其中，所述成分组成进一步含有(i)N：2.0％以下、(ii)Cu：3.0％以下、(iii)Ti、Nb、V和Zr中的至少1种合计为0.01～0.5％、(iv)Ca、Mg、B和REM中的至少1种分别为0.1％以下、以及(v)Al：0.2％以下中的至少一组。
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