CN116507750A - 双重管和焊接接头 - Google Patents

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Abstract

一种双重管，其具备第1管和第2管，第1管的化学组成以质量％计为C：大于0.060％且为0.400％以下、Si：0.01～1.00％、Mn：0.01～1.20％、P：0.0350％以下、S：0.0150％以下、Sn：0.0005～0.0400％、Al：0.040％以下、N：0.050％以下、O：0.030％以下、余量：Fe和杂质，第2管的化学组成以质量％计为C：0.003～0.100％、Si：0.01～1.50％、Mn：0.01～2.20％、P：0.0400％以下、S：0.0100％以下、Sn：0.0005～0.0300％、Ni：7.0～52.0％、Cr：15.0～27.0％、Al：0.001～0.600％、N：0.001～0.150％、O：0.030％以下、余量：Fe和杂质，所述双重管满足[Siave+6×Pave+20×Save+2×Snave≤1.1000]和[0.0015≤4×Save+Snave]。

Description

双重管和焊接接头
技术领域
本发明涉及双重管和焊接接头。
背景技术
火力发电用锅炉、垃圾焚烧发电锅炉和生物质发电锅炉中的加热器管等在高温下因熔融盐导致腐蚀，并且因未燃烧物导致磨耗等，管的外表面暴露在严酷的环境中。另一方面，关于在煤气化复合发电工厂的合成气体冷却器中使用的热交换器管，管的内表面暴露在高温腐蚀环境中。
通过对外管和内管选定合适的材料，能够赋予双重管优异的耐腐蚀性和耐磨耗性。因此，作为上述用途或者能源运输、储存设备等用途，对组合各种材料而成的双重管提出多种方案(例如，专利文献1～9)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平4-221034号公报
专利文献2:日本特开平4-329852号公报
专利文献3:日本特开平5-17841号公报
专利文献4:日本特开平6-306518号公报
专利文献5:日本特开平7-41911号公报
专利文献6:日本特开平7-90496号公报
专利文献7:日本特开平7-90540号公报
专利文献8:日本特开平8-232031号公报
专利文献9:日本特开2013-159840号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，将这些双重管用于加热器等结构物时，进行对焊组装。一直以来存在关于焊接构成双重管的外管或内管的各个材料时的技术问题和对策的研究。但是，关于组合不同材料而成的双重管的焊接的研究并不充分。
尤其是，近年来从提高施工效率的角度出发，有时多道焊时在内管部和外管部不切换焊接材料，所有的层使用奥氏体系不锈钢用或Ni基合金用的焊接材料进行焊接。此时，有时在内管和外管的边界附近的熔融线附近的焊接金属内发生裂纹。因此，强烈要求防止这种裂纹。需要说明的是，已知复合钢板同样是组合不同材料而构成的，但是上述技术问题在双重管的环缝焊接时成为显著的技术问题。
本发明是鉴于上述现状而完成的，因此目的在于提供一种防止管对焊时焊接金属发生裂纹，能够稳定地得到完好的焊接接头的双重管和使用其的焊接接头。
用于解决问题的方案
本发明以下述双重管和焊接接头为主要内容。
(1)一种双重管，其具备第1管和第2管，
所述第1管的化学组成以质量％计为
C：大于0.060％且为0.400％以下、
Si：0.01～1.00％、
Mn：0.01～1.20％、
P：0.0350％以下、
S：0.0150％以下、
Sn：0.0005～0.0400％、
Al：0.040％以下、
N：0.050％以下、
O：0.030％以下、
余量：Fe和杂质，
所述第2管的化学组成以质量％计为
C：0.003～0.100％、
Si：0.01～1.50％、
Mn：0.01～2.20％、
P：0.0400％以下、
S：0.0100％以下、
Sn：0.0005～0.0300％、
Ni：7.0～52.0％、
Cr：15.0～27.0％、
Al：0.001～0.600％、
N：0.001～0.150％、
O：0.030％以下、
余量：Fe和杂质，
所述双重管满足下述(i)和(ii)式。
Siave+6×Pave+20×Save+2×Snave≤1.1000···(i)
0.0015≤4×Save+Snave···(ii)
其中，上述式中的各符号的含义如下。
Siave：第1管和第2管的Si含量的平均值(质量％)
Pave：第1管和第2管的P含量的平均值(质量％)
Save：第1管和第2管的S含量的平均值(质量％)
Snave：第1管和第2管的Sn含量的平均值(质量％)
(2)上述(1)所述的双重管，其中，所述第1管的化学组成以质量％计含有选自由下述元素组成的组中的1种以上来代替一部分Fe，
Cr：9.50％以下；
选自Cu、Ni和Co中的1种以上的总和：1.00％以下；
Mo和/或W的总和：4.00％以下；
选自V、Nb、Ti和Ta中的1种以上的总和：1.00％以下；
B：0.0200％以下；
Ca和/或Mg的总和：0.0100％以下；
REM：0.0500％以下。
(3)上述(1)或(2)所述的双重管，其中，所述第2管的化学组成以质量％计含有选自下述元素中的1种以上来代替一部分Fe，
Cu和/或Co的总和：6.00％以下；
Mo和/或W的总和：8.00％以下；
选自V、Nb、Ti和Ta中的1种以上的总和：2.00％以下；
B：0.0200％以下；
Ca和/或Mg的总和：0.0100％以下；
REM：0.0500％以下。
(4)一种焊接接头，其具备上述(1)至(3)中任一项所述的双重管。
发明的效果
根据本发明，能够得到一种防止管对焊时焊接金属发生裂纹，能够稳定地得到完好的焊接接头的双重管。
附图说明
图1为示出实施例中实施坡口加工的试验材料的形状的示意剖视图
图2为示出拘束焊接试验体的形状的示意图。
具体实施方式
本发明人等为了解决所述技术问题，以提高耐腐蚀性为目的，在使用Ni基合金焊接材料对将分别含有0.0005～0.0400％和0.0005～0.0300％的Sn的低合金钢和高合金钢组合而成的双重管进行对焊时，对焊接金属发生的裂纹进行了详细调查。其结果，明确得出以下所述见解。
(a)焊接时发生的裂纹在内管和外管的边界附近的熔融线附近的焊接金属内发生，即在内管和外管以大致相同的比率熔融混合、特别容易受母材(内管和外管)的成分影响的区域发生。另外，裂纹发生的区域呈现以奥氏体单相凝固的组织。
(b)并且，在内管和外管的Si、P、S和Sn的含量增加的同时容易发生裂纹。此外，在靠近熔融边界的焊接金属的柱状晶边界发生裂纹，在该处确认到Si、P、S和Sn的富集。
由这些结果可认为裂纹是由于下述理由才发生的。
(c)Si、P、S和Sn在焊接金属的凝固时在液相和固相(奥氏体相)之间发生分配，富集在作为固相之间的汇合部的柱状晶边界。可以认为由于这些元素都是使固相线温度下降的元素，因此液相残存在柱状晶边界直至凝固末期为止，凝固时的收缩应力导致开口。
(d)已明确为了稳定地防止该裂纹，需要将外管和内管中所含的Si、P、S和Sn的量的平均值控制为满足规定的关系的范围以下。越降低这些元素越难以发生焊接金属的裂纹。
(e)另一方面，同时还明确了在这些元素中的S和Sn极端降低时，多道焊时易于发生未焊透。
(f)S为表面活性元素，具有焊接中使熔池内的向内的对流增强的作用。因此，来自电弧的热量容易沿深度方向传递，增加熔深。另外，Sn在焊接过程中从熔池表面蒸发，形成电弧的导电通路，增加电弧的电流密度，同样具有增加熔深的效果。
(g)因此，可以认为在S和Sn的含量极低时，变得不能充分得到上述效果，多道焊时容易发生未焊透。
(h)可知为了防止未焊透，需要将外管和内管的S和Sn的含量的平均值控制为满足规定的关系的范围以上。
本发明是基于上述见解而完成的。以下对本发明的各特征进行详细说明。
(A)整体构成
双重管是指具有外管和内管冶金结合的结构，也称为“复合管”。本发明涉及的双重管具备第1管和第2管。在本发明中，根据用途，可以外管使用第1管，内管使用第2管，也可以外管使用第2管，内管使用第1管。
并且，本发明的双重管为无接缝钢管(也称为“无缝钢管”)。另外，关于双重管的尺寸，没有特别的限制，但是优选外径为25.4～114.3mm，厚度为2.0～15.0mm，以下所述的由高合金钢形成的第2管在管整体的厚度中所占比例为0.10～0.50。
如下所说明的那样，第1管由低合金钢形成，第2管由高合金钢形成。对于第1管和第2管的化学组成分别进行详细说明。
(B)第1管的化学组成
各元素的限定理由如下所述。需要说明的是，以下说明中关于含量的“％”是指“质量％”。
C：大于0.060％且为0.400％以下
C固溶于基质，或在高温下使用过程中以碳化物形式析出，有助于确保在常温和高温下的强度。为了得到该效果，含有大于0.060％的量的C。但是，含有过多时，对焊时会导致热影响部的硬化，使凝固裂纹感受性增高。因此，C含量设为0.400％以下。C含量优选为大于0.100％，更优选为0.110％以上。另外，C含量优选为0.380％以下，更优选为0.350％以下。
Si：0.01～1.00％
Si是在具有脱氧作用的同时，对高温下的耐腐蚀性和耐氧化性的提高有效的元素。为了得到该效果，Si含量设为0.01％以上。但是，含有过多时，焊接时会混入焊接金属中，使凝固裂纹感受性增高。因此，Si含量设为1.00％以下的同时，需要满足后述的与P、S和Sn的含量的关系。Si含量优选为0.03％以上，更优选为0.05％以上。另外，Si含量优选为0.90％以下，更优选为0.80％以下。
Mn：0.01～1.20％
Mn与Si同样具有脱氧作用的同时，提高淬火性而有助于强度的提高。为了得到该效果，Mn含量设为0.01％以上。但是，含有过多时，在高温下的使用过程中会导致脆化。因此，Mn含量设为1.20％以下。Mn含量优选为0.03％以上，更优选为0.05％以上。另外，Mn含量优选为1.10％以下，更优选为1.00％以下。
P：0.0350％以下
P在焊接时混入焊接金属中，使凝固裂纹感受性增高。因此，P含量设为0.0350％以下。此外，需要满足后述的与Si、S和Sn的含量的关系。P含量优选为0.0330％以下，更优选为0.0300％以下。需要说明的是，P含量无需特别设定下限，可以为0(零)，但是极端降低会导致制钢成本增加。此外，P具有显著提高强度的效果。想得到该效果时，P含量优选设为0.0015％以上，更优选设为0.0030％以上。
S：0.0150％以下
S与P同样在焊接时混入焊接金属中，使凝固裂纹感受性显著增高。因此，S的含量设为0.0150％以下。此外，需要满足后述的与Si、P和Sn的含量的关系。S含量优选为0.0130％以下，更优选为0.0100％以下。需要说明的是，S含量无需特别设定下限，可以为0(零)，但是极端降低时，焊接时熔深变小，容易发生未熔化。因此，S含量在满足后述的与Sn的关系的同时，优选设为0.0001％以上，更优选设为0.0002％以上。
Sn：0.0005～0.0400％
Sn在钢的表面的氧化皮下富集，具有提高耐腐蚀性的效果。另外，在焊接时混入焊接金属中，使熔深增大从而抑制未熔化的发生。为了得到该效果，Sn含量在设为0.0005％以上的同时，需要满足后述的与S含量的关系。另一方面，含有过多时，焊接时使凝固裂纹感受性增高。因此，Sn含量在设为0.0400％以下的同时，需要满足后述的与Si、P和Sn的含量的关系。Sn含量优选为0.0008％以上，更优选为0.0010％以上。另外，Sn含量优选为0.0380％以下，更优选为0.0350％以下。
Al：0.040％以下
为了脱氧而含有Al。但是，含有过多时，会导致韧性的下降。因此，Al含量设为0.040％以下。Al含量优选为0.035％以下，更优选为0.030％以下。需要说明的是，Al含量无需特别设定下限，可以为0(零)，但是极端降低时，无法充分得到脱氧效果，钢的洁净性下降的同时，导致生产成本的增大。因此，Al含量优选设为0.001％以上，更优选设为0.002％以上。
N：0.050％以下
含有过多N时会导致韧性的下降。因此，N含量设为0.050％以下。N含量优选为0.045％以下，更优选为0.040％以下。需要说明的是，N含量无需特别设定下限，可以为0(零)，但是极端降低会导致制钢成本增加。此外，N生成氮化物，具有显著提高强度的效果。想得到该效果时，N含量优选设为0.001％以上，更优选设为0.003％以上。
O：0.030％以下
含有过多O时会导致加工性和延性下降。因此，O含量设为0.030％以下。O含量优选为0.025％以下，更优选为0.020％以下。需要说明的是，O含量无需特别设定下限，可以为0(零)，但是极端降低会导致制钢成本增加。因此，O含量优选设为0.001％以上，更优选设为0.003％以上。
在第1管的化学组成中，余量为Fe和杂质。需要说明的是，“杂质”是指在工业上制造钢铁材料时，以矿石或废料等原料为代表，因制造工序的各种原因而混入的物质。
第1管的化学组成可以含有选自下述组中的1种以上来代替一部分Fe。下面对其理由进行论述。
Cr：9.50％以下
选自Cu、Ni和Co中的1种以上的总和：1.00％以下
Mo和/或W的总和：4.00％以下
选自V、Nb、Ti和Ta中的1种以上的总和：1.00％以下
B：0.0200％以下
Ca和/或Mg的总和：0.0100％以下
REM：0.0500％以下
Cr：9.50％以下
因为Cr对在高温下的耐腐蚀性和强度的提高是有效的，所以可以根据需要含有。但是，含有过多时，韧性会下降，因此在含有时，Cr含量设为9.50％以下。Cr含量优选为9.40％以下，更优选为9.20％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，Cr含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
选自Cu、Ni和Co中的1种以上的总和：1.00％以下
Cu、Ni和Co都使淬火性提升，对于强度的提高是有效的，因此可以根据需要含有。但是，他们都是价格高的元素，因此在含有时，选自这些元素中的1种以上的总含量设为1.00％以下。上述总含量优选为0.90％以下，更优选为0.80％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，上述总含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
Mo和/或W的总和：4.00％以下
Mo和W都固溶于基质，有助于高温强度的提高，因此可以根据需要含有。但是，含有过多时，在高温下的使用过程中会生成粗大的金属间化合物和/或碳化物，导致韧性下降，因此在含有时，Mo和/或W的总含量设为4.00％以下。上述总含量优选为3.80％以下，更优选为3.50％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，上述总含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
选自V、Nb、Ti和Ta中的1种以上的总和：1.00％以下
V、Nb、Ti和Ta都在高温下的使用过程中形成微细的碳氮化物，有助于高温强度的提高，因此可以根据需要含有。但是，含有过多时，会大量生成粗大的碳氮化物，导致韧性下降，因此在含有时，选自这些元素中的1种以上的总含量设为1.00％以下。上述总含量优选为0.90％以下，更优选为0.80％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，上述总含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
B：0.0200％以下
B提高淬火性，有助于强度的提高，因此可以根据需要含有。但是，含有过多时，在焊接时混入焊接金属中，使凝固裂纹感受性增高，因此在含有时，B含量设为0.0200％以下。B含量优选为0.0180％以下，更优选为0.0150％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，B含量优选为0.0005％以上，更优选为0.0010％以上。
Ca和/或Mg的总和：0.0100％以下
Ca和Mg都改善热加工性，因此可以根据需要含有。但是，含有过多时洁净性显著下降，反而有损热加工性，因此在含有时，Ca和/或Mg的总含量设为0.0100％以下。上述总含量优选为0.0080％以下，更优选为0.0060％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，上述总含量优选为0.0005％以上，更优选为0.0010％以上。
REM：0.0500％以下
REM与Ca和Mg同样改善热加工性，因此可以根据需要含有。但是，含有过多时洁净性显著下降，反而有损热加工性，因此在含有时，REM含量设为0.0500％以下。REM含量优选为0.0400％以下，更优选为0.0300％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，REM含量优选为0.0005％以上，更优选为0.0010％以上。
“REM”是Sc、Y和镧系共计17种元素的总称，REM含量是指REM中的1种或2种以上的元素的总含量。另外，REM通常包含在混合稀土合金中。因此，例如，可以在合金中添加混合稀土合金以使REM含量在上述范围。
(C)第2管的化学组成
各元素的限定理由如下所述。需要说明的是，以下的说明中关于含量的“％”是指“质量％”。
C：0.003～0.100％
C使奥氏体组织稳定，有助于确保高温强度。为了得到该效果，C含量设为0.003％以上。但是，含有过多时，焊接中或高温下的使用过程中生成碳化物，导致耐腐蚀性下降。因此，C含量设为0.100％以下。C含量优选为0.005％以上，更优选为0.008％以上。另外，C含量优选为0.090％以下，更优选为0.080％以下。
Si：0.01～1.50％
Si是在具有脱氧作用的同时，对高温下的耐腐蚀性和耐氧化性的提高有效的元素。为了得到该效果，Si含量设为0.01％以上。但是，含有过多时，焊接时会混入焊接金属中，使凝固裂纹感受性增高的同时，有损奥氏体组织的稳定性，导致高温强度下降。因此，Si含量在设为1.50％以下的同时，需要满足后述的与P、S和Sn的关系。Si含量优选为0.03％以上，更优选为0.05％以上。另外，Si含量优选为1.30％以下，更优选为1.00％以下。
Mn：0.01～2.20％
Mn具有脱氧作用的同时，使奥氏体组织的稳定性提高，有助于确保高温强度。为了得到该效果，Mn含量设为0.01％以上。但是，含有过多时，高温下的使用过程中会导致脆化。因此，Mn含量设为2.20％以下。Mn含量优选为0.03％以上，更优选为0.05％以上。另外，Mn含量优选为2.00％以下，更优选为1.80％以下。
P：0.0400％以下
P在焊接时混入焊接金属中，使凝固裂纹感受性增高。因此，P含量设为0.0400％以下。此外，需要满足后述的与Si、S和Sn的含量的关系。P含量优选为0.0380％以下，更优选为0.0350％以下。需要说明的是，P含量无需特别设定下限，可以为0(零)，但是极端降低会导致制钢成本增加。此外，P具有显著提高强度的效果。想得到该效果时，P含量优选设为0.0030％以上，更优选设为0.0050％以上。
S：0.0100％以下
S与P同样在焊接时混入焊接金属中，使凝固裂纹感受性显著提高。另外，使焊接影响部的液化裂纹感受性提高。因此，S的含量设为0.0100％以下。此外，需要满足后述的与Si、P和Sn的含量的关系。S含量优选为0.0090％以下，更优选为0.0080％以下。需要说明的是，S含量无需特别设定下限，可以为0(零)，但是极端降低时，焊接时熔深变小，容易发生未熔化。因此，S含量在满足后述的与Sn的关系的同时，优选设为0.0001％以上，更优选设为0.0002％以上。
Sn：0.0005～0.0300％
Sn具有提高耐腐蚀性的效果。另外，在焊接时混入焊接金属中，使熔深增大从而抑制未熔化的发生。为了得到该效果，Sn含量在设为0.0005％以上的同时，需要满足后述的与S含量的关系。另一方面，含有过多时，焊接时使凝固裂纹感受性增高的同时，使焊接影响部的液化裂纹感受性提高。因此，Sn含量设为0.0300％以下的同时，需要满足后述的与Si、P和Sn的含量的关系。Sn含量优选为0.0008％以上，更优选为0.0010％以上。另外，Sn含量优选为0.0280％以下，更优选为0.0250％以下。
Ni：7.0～52.0％
Ni使奥氏体组织稳定，有助于高温强度。此外，提高存在氯化物离子的环境下的耐腐蚀性。为了得到该效果，Ni含量设为7.0％以上。但是，Ni为价格高的元素，因此含有过多时会导致成本增大。因此，Ni含量设为52.0％以下。Ni含量优选为7.2％以上，更优选为7.5％以上。另外，Ni含量优选为48.0％以下，更优选为45.0％以下。
Cr：15.0～27.0％
Cr有助于高温下的耐氧化性和耐腐蚀性的提高。为了得到该效果，Cr含量设为15.0％以上。但是，含有过多时，有损奥氏体组织的稳定性，导致高温强度下降。因此，Cr含量设为27.0％以下。Cr含量优选为15.2％以上，更优选为15.5％以上。另外，Cr含量优选为26.8％以下，更优选为26.5％以下。
Al：0.001～0.600％
为了脱氧而含有Al。此外，在高温下的使用过程中与Ni结合，以金属间化合物形式析出，有助于高温强度的提高。为了得到该效果，Al含量设为0.001％以上。但是，含有过多时，会导致韧性下降。因此，Al含量设为0.600％以下。Al含量优选为0.002％以上，更优选为0.003％以上。另外，Al含量优选为0.550％以下，更优选为0.500％以下。
N：0.001～0.150％
N使奥氏体相稳定，有助于高温强度的提高。为了得到该效果，N含量设为0.001％以上。但是，含有过多时会导致延性下降。因此，N含量设为0.150％以下。N含量优选为0.002％以上，更优选为0.003％以上。另外，N含量优选为0.130％以下，更优选为0.100％以下。
O：0.030％以下
含有过多O时会导致加工性和延性下降。因此，O含量设为0.030％以下。O含量优选为0.025％以下，更优选为0.020％以下。需要说明的是，O含量无需特别设定下限，可以为0(零)，但是极端降低会导致制钢成本增加。因此，O含量优选设为0.001％以上，更优选设为0.003％以上。
在第2管的化学组成中，余量为Fe和杂质。需要说明的是，“杂质”是指在工业上制造钢铁材料时，以矿石或废料等原料为代表，因制造工序的各种原因而混入的物质。
第2管的化学组成可以含有选自下述组中的1种以上来代替一部分Fe。下面对其理由进行论述。
Cu和/或Co的总和：6.00％以下
Mo和/或W的总和：8.00％以下
选自V、Nb、Ti和Ta中的1种以上的总和：2.00％以下
B：0.0200％以下
Ca和/或Mg的总和：0.0100％以下
REM：0.0500％以下
Cu和/或Co的总和：6.00％以下
Cu和Co都使奥氏体组织的稳定性提高，对高温强度的提高是有效的，因此可以根据需要含有。但是，它们都是价格高的元素，同时含有过多时会导致延性下降，因此在含有时，Cu和/或Co的总含量设为6.00％以下。上述总含量优选为5.50％以下，更优选为5.00％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，上述总含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
Mo和/或W的总和：8.00％以下
Mo和W都固溶于基质，有助于高温强度的提高，因此可以根据需要含有。但是，含有过多时，有损奥氏体组织的稳定性，同时在高温下的使用过程中会生成粗大的金属间化合物和/或碳化物，导致韧性下降。因此，含有时，Mo和/或W的总含量设为8.00％以下。上述总含量优选为7.50％以下，更优选为7.00％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，上述总含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
选自V、Nb、Ti和Ta中的1种以上的总和：2.00％以下
V、Nb、Ti和Ta都在高温下的使用过程中形成微细的碳氮化物，有助于高温强度的提高，因此可以根据需要含有。但是，含有过多时，会大量生成粗大的碳氮化物，导致韧性下降，因此在含有时，选自这些元素中的1种以上的总含量设为2.00％以下。上述总含量优选为1.90％以下，更优选为1.80％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，上述总含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
B：0.0200％以下
B在高温使用中固溶并微细地分散在碳化物中，有助于高温强度的提高，因此可以根据需要含有。但是，含有过多时，在焊接时混入焊接金属中，使凝固裂纹感受性增高，因此在含有时，B含量设为0.0200％以下。B含量优选为0.0180％以下，更优选为0.0150％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，B含量优选为0.0005％以上，更优选为0.0010％以上。
Ca和/或Mg的总和：0.0100％以下
Ca和Mg都改善热加工性，因此可以根据需要含有。但是，含有过多时洁净性显著下降，反而有损热加工性，因此在含有时，Ca和/或Mg的总含量设为0.0100％以下。上述总含量优选为0.0080％以下，更优选为0.0060％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，上述总含量优选为0.0005％以上，更优选为0.0010％以上。
REM：0.0500％以下
REM与Ca和Mg同样改善热加工性，因此可以根据需要含有。但是，含有过多时洁净性显著下降，反而有损热加工性，因此在含有时，REM含量设为0.0500％以下。REM含量优选为0.0400％以下，更优选为0.0300％以下。需要说明的是，想要可靠地得到上述效果时，REM含量优选为0.0005％以上，更优选为0.0010％以上。
“REM”是Sc、Y和镧系共计17种元素的总称，REM含量是指REM中的1种或2种以上的元素的总含量。另外，REM通常包含在混合稀土合金中。因此，例如，可以在合金中添加混合稀土合金以使REM含量在上述范围。
(D)第1管和第2管的平均化学组成
本发明涉及的第1管和第2管除需要分别具有上述化学组成以外，其平均化学组成还需要满足规定的关系式。其理由如下所述。
在使用奥氏体系不锈钢或由Ni合金形成的焊接材料焊接本发明涉及的双重管时，双重管(母材)熔融，所含的Si、P、S和Sn混入到焊接金属。这些元素都会使固相线温度下降，使焊接金属的凝固裂纹感受性增高。尤其是，在靠近熔融边界的焊接金属中，焊接过程中的混合不充分，焊接金属的化学组成支配性地受到母材的影响。
此外，焊接金属在内管和外管的边界附近成为奥氏体单相凝固组织，因此受到这些元素的影响，容易发生凝固裂纹。为了稳定地防止在该区域发生的凝固裂纹，关于第1管和第2管的Si、P、S和Sn的含量的平均值，需要将考虑了各个元素的影响程度的关系式控制为规定的范围以下。
具体而言，需要满足下述(i)式。下述(i)式的左端值优选为1.0500以下，更优选为1.0000以下。
Siave+6×Pave+20×Save+2×Snave≤1.1000· · · (i)
其中，上述式中的各符号的含义如下。
Siave：第1管和第2管的Si含量的平均值(质量％)
Pave：第1管和第2管的P含量的平均值(质量％)
Save：第1管和第2管的S含量的平均值(质量％)
Snave：第1管和第2管的Sn含量的平均值(质量％)
如上所述，焊接时双重管(母材)熔融，所含的S和Sn混入焊接金属。这些元素使焊接裂纹感受性提高，另一方面，过低时，焊接中的熔深变小，容易发生未焊透。为了稳定地防止未焊透，关于第1管和第2管的S和Sn的含量的平均量，需要将考虑了各个元素的影响程度的关系式控制为规定的范围以上。
具体而言，需要满足下述(ii)式。下述(ii)式的右端值优选为0.0020以上，更优选为0.0025以上。
0.0015≤4×Save+Snave· · · (ii)
其中，上述式中的各符号的含义如下。
Save：第1管和第2管的S含量的平均值(质量％)
Snave：第1管和第2管的Sn含量的平均值(质量％)
(E)焊接接头
本发明涉及的焊接接头具备上述双重管。即，多个双重管焊接接合而成。在对焊组装双重管时，根据其使用用途，选择确定合适的焊接材料即可。
例如，在焊接外管为第1管(低合金钢)、内管为第2管(高合金钢)的双重管时，如通常所进行的那样，使用奥氏体系不锈钢用或Ni基合金用的焊接材料焊接高合金钢的部分后，在边界部附近使用纯Ni焊接材料进行焊接，并使用碳钢用的焊接材料焊接剩下的低合金钢的部分，即可得到具有所需性能的焊接接头。另外，构成外管和内管的材料相反时，能够使用该相反的手法进行焊接施工。
此外，在本实施方式涉及的双重管中，如上所述无需使用多种焊接材料，仅使用奥氏体凝固的奥氏体系不锈钢用或Ni基合金用的焊接材料，也可以得到具有所需性能的焊接接头。因此，本发明的一个实施方式涉及的焊接接头优选通过奥氏体系不锈钢用或Ni基合金用的任一种焊接材料进行焊接。需要说明的是，在这种情况下，使用的焊接材料和形成的焊接金属优选具有下述化学组成。
即，焊接材料和焊接金属的化学组成以质量％计为
C：0.003～0.100％、
Si：0.01～1.50％、
Mn：0.01～2.50％、
P：0.0400％以下、
S：0.0100％以下、
Sn：0.0300％以下、
Cu和/或Co的总和：0～15.00％、
Ni：12.0～75.0％、
Cr：18.0％～27.0％、
Mo和/或W的总和：0～10.00％、
选自V、Nb、Ti和Ta中的1种以上的总和：0～4.00％、B：0～0.0200％、
Ca和/或Mg的总和：0～0.0100％、
Al：0.001～1.500％、
N：0.001～0.150％、
O：0.030％以下、
余量：Fe和杂质，
优选满足下述(iii)和(iv)式。
Siw+6×Pw+20×Sw+2×Snw≤1.1000％··· (iii)
0.0015％≤4×Sw+Snw···(iv)
其中，上述式中的各符号的含义如下。
Siw：焊接材料或焊接金属的Si含量(质量％)
Pw：焊接材料或焊接金属的P含量(质量％)
Sw：焊接材料或焊接金属的S含量(质量％)
Snw：焊接材料或焊接金属的Sn含量(质量％)
(F)制造方法
关于双重管的制造方法并无特别限制，例如，对在构成外管的低合金钢或高合金钢的中空坯料中插入构成内管的高合金钢或低合金钢的实心坯料而组装的原材料实施热挤出、辊轧制等所谓的“热加工制管”，将外管和内管一体化进行制管，从而能够制造双重管。由此，可得到外管为第1管、内管为第2管的双重管，或者外管为第2管、内管为第1管的双重管。
需要说明的是，通常，为了确保接合面的洁净性，上述坯料的组装在真空中或非活性气体气氛下进行。然后，可对上述热加工制管的双重管实施轧制或拉拔等冷加工，还进行热处理形成所要求形状的双重管。
以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明。需要说明的是，本发明不受这些实施例的限定。
实施例
组合具有表1所示化学组成的低合金钢L1～L7和高合金钢H1～H7，通过热加工制管法制作具备由低合金钢形成的第1管和由高合金钢形成的第2管、厚度为6.5mm、外径为63mm的双重管作为试验管。需要说明的是，外管为第1管、内管为第2管时，外管的厚度设为4.2mm，内管的厚度设为2.3mm，即第2管在管整体的厚度中所占比例设为0.35。另一方面，在外管为第2管、内管为第1管时，外管的厚度设为1.6mm，内管的厚度设为4.9mm，即第2管在管整体的厚度中所占比例设为0.25。
[表1].
从试验管切割出100mm长度的试验材料后，在试验材料的单侧的端部机械加工为图1所示的坡口。将该坡口对接，在钢管内插入实心棒，该实心棒是由与JIS G 3106(2008)所规定的SM400B同等的市售钢板通过机械加工而制作的外径为48mm、长度为250mm的实心棒。然后，使用AWS A5.11-2005ENiCrMo-3所规定的涂药电焊条对两端进行焊接，按各试验编号制作图2所示的拘束焊接试验体各两个。
在拘束焊接试验体的坡口内采用具有表2所示化学组成的AWS A.5.14-2009ERNiFeCr-1所规定的填充焊丝，通过TIG焊接以线能量为8～12J/cm进行多道焊。
[表2]
表2
并且，从多道焊后的拘束焊接试验体以焊接接头的横截面为观察面的方式切出各4个试验片，并进行镜面抛光。
然后，对试验片进行腐蚀后，通过光学显微镜，按各试验编号对共计8个截面(2个试验体×4个横截面)的焊接部横截面，调查有无缺陷。并且，将在所有截面均未观察到凝固裂纹和未焊透的试验体作为“A”，将仅在1个截面观察到的试验体作为“B”，将这两者判定为合格，将在2个以上截面观察到的试验体作为“F”而判定为不合格。
在表3示出了评价结果。
[表3]
表3
Siave+6×Pave+20×Save+2×Snave≤1.1000…(i)
0.0015≤4×Save+Snave…(ii)
由表3可知，满足本发明所有规定的双重管没有出现焊接金属发生凝固裂纹或未焊透等缺陷，可得到完好的焊接接头。需要说明的是，确认所得到的焊接金属的化学组成满足前述优选的化学组成。
与此相对，在试验编号T2-2、T3-2、T3-9、T5-2和T5-5中，由于不满足(i)式，因此在内管和外管的边界附近的熔融线附近的焊接金属内发生凝固裂纹。另外，在试验编号T3-3、T3-10、T5-3和T5-6中，由于不满足(ii)式，因此坡口面未充分熔融，发生了所谓的未焊透。
这些不满足本发明的焊接接头的焊接金属的化学组成虽然平均而言满足前述优选的化学组成范围，但是由于在靠近外管和内管的边界的熔融边界的焊接金属的局部区域中不满足(i)式或(ii)式，因此判断发生了凝固裂纹或未焊透。
综上可知，只有在使用满足本发明所有规定的双重管时，才能得到完好的焊接接头。
产业上的可利用性
根据本发明，能够得到防止管对焊时焊接金属发生的裂纹、能够稳定地得到完好的焊接接头的双重管。

Claims (4)

1.一种双重管，其具备第1管和第2管，
所述第1管的化学组成以质量％计为C：大于0.060％且为0.400％以下、
Si：0.01～1.00％、
Mn：0.01～1.20％、
P：0.0350％以下、
S：0.0150％以下、
Sn：0.0005～0.0400％、
Al：0.040％以下、
N：0.050％以下、
O：0.030％以下、
余量：Fe和杂质，
所述第2管的化学组成以质量％计为C：0.003～0.100％、
Si：0.01～1.50％、
Mn：0.01～2.20％、
P：0.0400％以下、
S：0.0100％以下、
Sn：0.0005～0.0300％、
Ni：7.0～52.0％、
Cr：15.0～27.0％、
Al：0.001～0.600％、
N：0.001～0.150％、
O：0.030％以下、
余量：Fe和杂质，
所述双重管满足下述(i)和(ii)式，
Siave+6×Pave+20×Save+2×Snave≤1.1000···(i)
0.0015≤4×Save+Snave···(ii)
其中，上述式中的各符号的含义如下，
Siave：第1管和第2管的以质量％计的Si含量的平均值、
Pave：第1管和第2管的以质量％计的P含量的平均值、
Save：第1管和第2管的以质量％计的S含量的平均值、
Snave：第1管和第2管的以质量％计的Sn含量的平均值。
2.根据权利要求1所述的双重管，其中，所述第1管的化学组成以质量％计含有选自由下述元素组成的组中的1种以上来代替一部分Fe，
Cr：9.50％以下；
选自Cu、Ni和Co中的1种以上的总和：1.00％以下；
Mo和/或W的总和：4.00％以下；
选自V、Nb、Ti和Ta中的1种以上的总和：1.00％以下；
B：0.0200％以下；
Ca和/或Mg的总和：0.0100％以下；
REM：0.0500％以下。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的双重管，其中，所述第2管的化学组成以质量％计含有选自下述元素中的1种以上来代替一部分Fe，
Cu和/或Co的总和：6.00％以下；
Mo和/或W的总和：8.00％以下；
选自V、Nb、Ti和Ta中的1种以上的总和：2.00％以下；
B：0.0200％以下；
Ca和/或Mg的总和：0.0100％以下；
REM：0.0500％以下。
4.一种焊接接头，其具备权利要求1～3中任一项所述的双重管。
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