JPS6342358A

JPS6342358A - 給湯，給水用ステンレス鋼管及びその製造方法

Info

Publication number: JPS6342358A
Application number: JP18473686A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Taruya; 芳男樽谷; Takeo Kudo; 赳夫工藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-08-05
Filing date: 1986-08-05
Publication date: 1988-02-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は給湯、給水用配管に用いるステンレス鋼管及び
その製造方法に関する。

〔従来技術〕

水道水にはＣＺ−イオン等が含有されており、水道管に
使用されている亜鉛メツキ鋼管、鋳鉄管はＣＩ！−イオ
ン等により腐食される。特に、亜鉛メツキ鋼管を給湯配
管に使用している場合には短期に白水又は赤水が発止し
、社会問題となっている。

そして、これを解決すべく最近、腐食に強いステンレス
鋼管の使用が検討されている。現在使用されているステ
ンレス鋼管は、第１表に示すような化学成分を有するＳ
ＵＳ　３０４のオーステナイト系ステンレス鋼管帯を、
側端部が対向するようにブレ第　Ｉ　、＆（以　　下　　余　　白）スにて数段階で曲成して断面円形とし、然る後、ＴＴＧ
熔接溶接用いて対向側端部を溶接したものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

斯かるステンレス鋼管は、その後、溶体化処理を施した
のち酸洗して使用されている。これは溶接の際に劣化し
た溶接熱影響部を含む溶接部近傍の耐蝕性向上を狙った
ものである。つまり、溶接により高温にまで加熱された
部分でクロム炭化物が析出してこれが耐蝕性を劣化させ
るため、クロム炭化物を固溶させようとするためである
。

上記溶体化処理を不要とするためには、第２表に示すよ
うな化学成分のＳＵＳ　３０４Ｌを用いることにより可
能であるが、５ｔｌＳ　３０４ＬはＳＯ５３０４と対比
してＮｉを２％程度多量に含有するため高価である。

従って、生活上必要とする給湯、給水用の配管としては
ＳＵＳ　３０４　レベルのものを使用する方が有利であ
る。このため、安価な鋼管とすべく成分の改良が望まれ
ている。

一方、製造方法においても従来のＴｆＧ熔接溶接第２表（以　　下　　余　　白）う方法よりも製造コスト的に有利な電気抵抗溶接を行う
電縫管製造方法の通用が望まれている。これは、複数の
ロール群に帯鋼を送給し、送給中に断面Ｕ字形に成形し
たのち略円形のオープンパイプに曲成し、そのオープン
パイプをロール群の下流側に設けた電気抵抗溶接機に通
してオープンパイプの対向側端部を圧接通電溶接するた
め、従来のＴＩＧ溶接法と比較して著しく高速で連続製
管が可能であり、極めて高能率に製管できる長所がある
からである。

しかしながら、斯かる電縫管製造方法により製造する際
、オープンパイプの対向側端部が加熱されて高温となる
と、大気中の酸素により酸化され、生成した酸化物が溶
接部内部に残留してベネトレークを生成する。このため
、Ｎ線管製造方法により製造されたステンレス鋼管は電
縫部の性能保証がＪＩＳ溶接管に比べて不充分であり、
安定した性能保証の要求される給湯、給水用配管として
は通用できなかった。

ところで、上記ベネトレークの発生を防止する方法が種
々提案されており、その主なものとしては溶接現象を安
定させる方法と窒素ガス等により加熱部周辺をシールド
する方法とがある。前者の方法は、過大な溶接入熱のと
きにベネトレータが発生しやすいことに着目し、管肉厚
、開先のＶ形状、溶接電圧等の変動に対して常時通正人
熱が得られるように溶接人熱量を制御してペネトレータ
の発生を防止する方法である。しかしながら、この方法
による場合には防止が不十分であり、溶接部に微小なペ
ネトレータが残存することがあり、十分な性能保証がで
きなかった。

他方、後者の方法では、溶接部周辺は加熱のための誘導
加熱コイル又は接触給電子等が設置されており、この存
在により溶接部周辺を完全密封することがはなはだ困雌
なために十分にシールドできず、ベネトレータの発生防
止を回避できなかった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、機械
的性質の規格を満足し、給湯、給水用配管に通用可能な
ステンレス鋼管及びその製造方法を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、クロム炭化物の析出を防止すべくＣ含有量を
規定し、また耐蝕性を向上せしめるべくＮ含有量を規定
した、従来の５ＩＩＳ　３０４の材料犀価と略等しいオ
ーステナイト系ステンレス鋼帯を用い、電縫管製造設備
の鋼材加熱部近傍を非酸化性又は還元性雰囲気によりシ
ールドした状態で、鋼帯を電縫管とする。

即ち、本発明に係る給湯、給水用ステンレス鋼管は、ｃ
　≦ｏ、０３ｆｉｆ％、　Ｓｉ≦ＩＭ量％、　Ｍｎ５２
重量％、Ｐ≦０．０４重量％、Ｓ≦０．０３重量％、１
８重量％≦Ｃｒ≦２０重量％、８重量％≦Ｎｉ≦１０，
５重量％。

０．０６重量％≦Ｎ≦０．１４重量％を含有し、残部が
不可避的不純物及び鉄よりなるオーステナイト系ステン
レス鋼材を用いなることを特徴とし、またその製造方法
は上記化学成分のオーステナイト系ステンレス鋼帯を用
い、該鋼帯の側端面同士を対向させるべくこれを曲成し
てオープンパイプとし、該オープンパイプの対向側端部
を非酸化性雰囲気又は還元性火炎にてシールドした状態
で加熱し、また加熱部分を両側方より加圧することによ
り圧接することを特徴とする。

〔作用〕

この発明においては、用いるオーステナイト系ステンレ
ス鋼の成分がクロム炭化物の析出防止及び耐蝕性向上に
作用するので、溶体化処理を省略しても耐蝕性に支障が
ない、また、加熱部分を加圧するので小溶接人熱で足り
、またシールドガスが加熱部分への！素の侵入を防止す
るからペネトレータの生成がなく、これにより機械的性
質が規格値を満足する。更に、電縫管製造方法により高
速で連続製管するから鋼管を安価に製造できる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施状態を示す図面に基づいて詳細に
説明する。第１図は本発明に用いた電縫鋼管製造ライン
を示す模式的平面図であり、第２図はその溶接機近傍を
拡大して模式的に示す縦断面図である。図中ＳＴは本発
明の構成要件たるオーステナイト系ステンレス鋼帯であ
り、鋼帯ＳＴはＣ≦０．０３ｉｉ量％、　３４５１重量
％、　Ｍｎ≦２Ｍ量％、Ｐ≦０．０４重量％、Ｓ≦０．
０３重量％、１８重量％≦Ｃｒ≦２０重量％１８重量％
≦Ｎｉ≦１０．５重量％、　　０．０６ｉｉ量％≦Ｎ≦
０．１４重量％を含有し、残部が不可避的不純物及び鉄
よりなる。この鋼帯ＳＴは、図示しない縁間装置でその
両側縁が溶接に適する開先、例えば■形状に仕上げられ
ており、水平方向（白抜矢符方向）に送給されてブレー
クダウンロール１２ａ。

１２ｂ及び１３ａ、　１３ｂ並びにサイドロール３７！
、８ｒ、　９ｊ！。

９ｒ及び１０１　、１０ｒによってＵ字型に成形される
。

そして、上下に対設されたフィンパスロール６゜７　（
図には上方のロールのみを表わしである）更にこのフィ
ンパスロール６．７間の最終のサイドロール１１１　、
ｌｌｒによって略円形に成形されてオープンパイプＯＰ
となり、また上方のフィンパスロールが有するフィンプ
レートによって対向する両縁が正確に案内されて誘導加
熱コイル４へ送給される。この誘導加熱コイル４には高
周波電源３から高周波電流が供給され、また誘導加熱コ
イル４が位置するオープンパイプＯＰ内及び後述する圧
接点Ａの少し下流側寄−りの溶接管Ｐ内に円柱状のイン
ピーダ２０が装入されている。

該インピーダ２０の位置及び長さは、誘導加熱コイル４
により加熱される部分に対応し、圧接点Ａの少し下流側
寄りまでの位置をカバーできるように設定されている。

−インビーダ２０の軸心部は貫通孔が開設されており、
その貫通孔には有機物液体供給用の配管１の中間部が挿
通されている。配管１の先端部は溶接管Ｐの内面ビード
Ｂの圧接黒人より少し下流側寄りの位置に向けて真上に
曲げられたノズルとなっていて、基端側はオープンバイ
ブＯＰの開口より外へ出してあって流Ｎ調節弁１ａ及び
ポンプ（図示せず）を介して図示しない有機物液体用貯
留槽に接続されている。

゛　例えばオペレータは貯留槽より供給される有機物液
体２を流量調節弁１ａにて流量が所要値以上となるよう
に調節してノズルよりｌ０Ｃ１１／秒以上の速さで吹付
ける。これについては、吹付速度が１０ｃｍ／秒より小
さい場合は、高温の内面ビードにより気化される有機物
液体の接触面における蒸気の圧力が吹付力より大きくな
って有機物液体がビードに到達する前に落下してしまい
、十分な蒸気量を得ることができなくなるのを防止する
ためである。

有機物液体２としては、気化後に還元性雰囲気を作り得
る液体であればよく、例えば濶沿油、切削油２機械油、
防錆油、灯油２重油、軽油、フクル酸ジメチル、酢酸セ
ロソルブ、オレイン酸、アルコール又はこれらの混合物
等を用いるのが良く、また蒸気圧が高く、気化後に還元
性雰囲気を作り得る固体粉末を上記液体に添加したもの
でもよい。

吹付けられた有機物液体２はまた高温（６００℃以上）
の内面ビードＢにて気化し、その蒸気は気化により高圧
となった管内から大気圧に近いオープンパイプＯＰの開
口へ向けて移動していき、その途中で誘導加熱コイル４
により高温に加熱されているオープンパイプＯＰの対向
側端面を介して燃焼され、その火炎の内側の還元炎部分
がオープンパイプＯＰ及び圧接点Ａ近傍を覆う。

而して有機物液体２の蒸気及び燃焼炎の還元部分が覆う
ことにより、その雰囲気のｒｉ＆素分圧を低下せしめら
れた中を、オープンパイプＯＰは高周波電源３から高周
波電流が供給される誘導加熱コイル４へ供給される。そ
して、オープンパイプＯＰは誘導加熱コイル４により誘
導電流が発生せしめられる。この誘導電流によって対向
側端面１４　Ｊ　、　１４ｒが加熱されたオープンパイ
プＯＰはスクイズロール５１．５ｒによって両側方から
加圧されて圧接点Ａにて溶接されてステンレス鋼管Ｐと
なる。

叙上の方法によりステンレス鋼管を製造する場合、スク
イズロール５１．５ｒにより加圧されるので溶接入熱が
少なくともよく、これにより熱形３を受けにくくなり、
また鋼帯ＳＴのＣ含有量が少ないのでクロム炭化物の析
出を防止できる。上記加熱によってオープンパイプＯＰ
の対向側端面１４Ｌ１４「が熔融され、大気中の酸素と
反応し易くなるが、溶接入熱が少ないので溶融金属量が
少なく、これにより冷却が速くなる。これに加えて、配
管１より放出された有機物液体２の蒸気及びそれが燃焼
した火炎の還元炎部分により加熱部周辺が大気からシー
ルドされて、加熱部周辺の酸素分圧が著しく低下し、更
にその火炎の還元炎部分が強い還元性であるため管表面
に形成した酸化層は還元される。したがって素材中のＭ
ｎ、Ｓｉ、Ｃｒ等の合金成分の酸化が防止されてペネト
レータの発生を効果的に防止できる。

そして、更に鋼帯ＳＴのＮ含有量を増加して適正範囲と
しているので、第３図（横軸にＮｕ！（％）をとり、縦
軸に孔食電位（■ν５ＳＣＥ　）をとっている）に示す
如くその範囲で孔食電位が高くなり耐蝕性が向上する。

なお、上述実施例では有機物液体を用いて加熱部近傍を
シールドしているが、本発明はこれに限らず非酸化性気
体、例えばＮ２ガス、不活性ガス等を用いてもよい。

次に本発明に使用するステンレス鋼材の成分の限定理由
について説明する。

Ｃ：鋼中にＣが０．０３重９％を超えて含有される場合
には、粒界へのクロム炭化物の析出に伴う鋭敏化が生ず
る。従って鋼中ｃＨは０．０３重量％以下とする。望ま
しくは０．０２５重量％以下、更に望ましくは０．０１
重量％以上かつ０．０２重１％以下とする。

Ｓｉ：Ｓｉ　は脱酸剤として必要であり、１重９％を超
えて含有する場合には延性の劣化が顕著となる。従って
、Ｓｉは１重量％以下とする。

Ｍｎ：Ｍｎは鋼中ＳをＭｎＳとして固定して熱間での加
工性を改善し、また本発明鋼においては有効なオーステ
ナイト生成元素である。従って、Ｍｎは通常のオーステ
ナイト系ステンレス鋼で含有される２Ｍ量％を上限とす
る。

ＦＤＰは特殊な精錬を実施しない限り混入してくる不可
避的不純物であり、少ない方が望ましい。従って、Ｐは
製造コストの上昇もあり、上限を０．０４ｉｉ量％とす
る。

ＳＯ３はＰ同様に特殊な精錬を実施しない限り混入して
くる不可避的不純物であり、鋼中でＭｎＳとして析出し
て、耐蝕性を劣化させる。従って、Ｓは通常のオーステ
ナイト系ステンレス鋼の規格上限である０、０３重量％
以下とし、より望ましくは０．０１重量％以下とする。

Ｎｉ：Ｎｉ　はオーステナイト相を安定させ、耐蝕性を
維持するために重要な元素であり、同様の作用を有する
Ｃｒ量、Ｎｌとの関係より最低８重量％必要である。他
方、実用鋼としての価格の面、Ｃｒ量との関係より上限
は１０．５重量％以下である。従って、Ｎｉは８重量％
以上かつ１０．５０重量％以下とする。

実用鋼として、Ｎｉ量は８重量％以上か７９．００重量
％以下が望ましく、実質的な範囲はＣｒ、Ｎ、Ｍｎ等の
他成分とのオーステナイトバランスとの関係より決定す
る。

Ｃｒ：Ｃｒは耐蝕性を保つためには不可欠な元素であり
、１８重量％未満では十分な耐蝕性が得られず、一方、
２０重量％を超えると本発明鋼管の主たる通用環境であ
る給湯１給水環境では耐蝕性の一層の改善がみられなく
なる。従って、Ｃｒは１８重量％以上かつ２０重量％以
下とする。

ＳＵＮは本発明鋼管において極めて重要な役割を有する
オーステナイト生成元素であり、鋼中のＮ量を０．０６
重量％以上かつ０．１４重量％以下とすることで本発明
鋼のオーステナイトバランスを良好に保ち、オーステナ
イト相の安定を図る。鋼中Ｃ量を０．０３重量％以下と
した５ＵＳ３０４系ステンレス鋼として５ＩＪＳ　３０
４Ｌがあるが、ＳＯ３３０４Ｌは軟質とするためにＮを
添加しておらず、Ｃ最低下によるオーステナイトバラン
スの調整をＮｉ添加により行っており、高価である。

そして、第３図に示す如＜　０．０６ｉｔ量％未満でも
、また０、１４重量％を超えても孔食電位が低下してい
る。さらに鋼中のＮ量が０．１４重量％を超えると５Ｉ
ＪＳ　３０４として硬質となる。従って、Ｎ量は０．０
６重量％以上かつ０．１４笛澄％以下とする。

なお、Ｃｕは低ｐＨ環境下での耐蝕性を改善する元素で
あり、含有しても良い。

次に本発明に使用する鋼帯ＳＴの化学成分が種々異なる
ものを使用して電縫管製造装置により製管した場合の各
ステンレス溶接管の腐食試験結果。

Ｉａ械的特性等について説明する。

第３表は本発明に係る給湯、給水用ステンレス鋼管（発
明鋼）の化学成分を示したものであり、比較のために用
いた発明鋼の化学成分範囲を外れる鋼管（比較鋼）及び
従来の鋼管（従来鋼）の化学成分を併せて示している。

第４表は、供試鋼１〜１１について、加熱皿周辺を灯油
燃焼還元炎にてシールドして電ｈｌ溶接した高鋼管と、
該鋼管を更に大気中１０５０℃で溶体化熱処理した鋼管
と、同供試鋼を用いてＴＩＧ溶接（なめ付溶接）して管
にしたのち液体化熱処理を行った鋼管とにつき、耐粒界
腐食性評価試験（硫酸−硫ｆｌＩ銅腐食試験ＪＩＳ　Ｇ
　０５７５，７２時間）、機械的諸性質（製管まま材の
扁平試験、常温での引張り性質）及び耐隙間腐食性試験
（１０日）（母材、抵抗溶接部、ＴＩＧ溶接継手部）を
行った結果を示している。

試験方法については、機械的諸性質では鋼管を所定長さ
に切断してこれを用いて扁平試験を行い、第３表（以　　　下　　　余　　　白）引張試験片として平行部の長さ７２５ｕ、平行部の径：
　３ｆｉφの丸棒引張試験片を用いて常温引張試験を行
った。また、耐隙間腐食性試験では、第４図に示すよう
に製管のままの鋼管Ｐの外周面にフッ素樹脂テープ３０
を巻付け、空気を５０ｃｃ　／分で吹込んでいる８０℃
の１００ρｐ＋ｗｃＩｌ−含有水中に１０日間浸漬し、
フッ素樹脂テープ３０を巻付けた鋼管Ｐ部分のテープ３
０との隙間での腐食程度により評価した。

第４表より理解される如く、耐粒界腐食性評価ＬＫ験に
ついてはすべての供試鋼で製管法に拘わらず良好であり
、また機械的諸性質については比較鋼の１つである供試
ＧＨＮｏ９についてのみ扁平試験で割れが発生し、耐力
は本発明の場合の４８．０〜５８．４ｋｇ　ｆ　／　ｎ
　２と比較して相当筋＜　、７２．０ｋｙｆ／ａｍ２で
あり、また伸びは本発明の場合の４１〜４８％と比較し
て低く、３６％であった。これは供試鋼Ｎｏ９のＮ含有
量が多すぎるためである。

更に耐隙間腐食性についてはすべての供試鋼で母材には
腐食の発生はみられなかったが、すべての比較鋼で溶接
部（抵抗溶接部、　ＴＩＧ熔接継接継手部腐食が発生し
た。これは、比較鋼ではＮ量が適正範囲（０，０６〜０
．１４％）を外れており、孔食電位が低いためである。

第５表は、供試鋼Ｎｏｌ〜Ｎｏ１２すべてを′ｙｌ＆縫
熔接法により製造した鋼管と、従来鋼たる供試ｌｉＮ　
ｏ　１２についてはＴＩＧ溶接法により製造したままの
鋼管と、それを溶体化処理まで行った鋼管とを、給湯モ
デル試験装置のループ配管として用い、これに試験水を
１年間循環させて耐食性評価試験を行った結果をまとめ
た表である。上記試験水はＣＩ！−イオンを１５０ｐｐ
＋＊添加した尼崎市供給の水道水（上限２００ｐｐｍ＋
　Ｃｌ　−）を８０℃に維持して使用した。評価方法と
しては管内面の目視観察と断面ミクロ観察により行った
。

この表より理解される如く、従来鋼たる供試鋼Ｎｏ１２
を使用してＴＩＧ熔接溶接その後溶体化処理を行ったも
のは良好であるが、それ以外のもの、つまりＴＩＧ熔接
溶接ままのものと電縫溶接したものとはＴＩＧ熔接部及
び電縫部に大きな銹が発生し、第５表（以Ｔ余ｆ３）また供試＆１ｌＮｏ６〜Ｎａ１ｌを電ｙＩ溶接したもの
では程度に差があるが、すべて銹が発生した。これに対
して本発明の供試鋼Ｎｏｌ〜Ｎｏ５を電縫溶接したもの
では銹が発生せず良好であった。

第６表は本発明に使用するシールドガスの種類を種々変
更して発明鋼たる供試鋼３について１ｉ縫熔接を行い、
製管された鋼管のベネトレータ数と、これをそのまま用
いて扁平試験と耐隙間腐食性試験を行った結果とをまと
めて実施例として示した表であり、比較のために供試鋼
１１について同様にして製造した場合のそれらを比較例
として併せて示している。シールドガスとしては、供試
鋼３ではＮ２ガス、　ＬＰＧガス炎、潤滑油燃焼炎、灯
油燃焼炎、切削油燃焼炎を用い、供試鋼１１ではこれら
のシールドガスを用いる他に大気中でも行った。

この表より理解される如〈発明鋼、比較鋼に拘わらず、
用いたシールドガスすべての場合で隙間腐食が発生しな
かった。そして、ペネトレータ及び扁平試験での割れ発
生率を考慮すると、使用するシールドガスとしてはＬＰ
Ｇガス炎、ｌ滑油燃焼第６表（以　　下　　余　　白）炎、灯油燃焼炎、切削油燃焼炎を用いるのが好ましい。

〔効果〕

以上詳述した如く、本発明による場合はＣ，Ｎ等を適当
に調整したオーステナイト系ステンレスＧＩＩ帯を用い
、これを電縫鋼管製造ラインにて完全シールドして溶接
を行うので、小溶接入熱で足り、ベネトレータの発生を
防止でき、これにより機械的性質の確保を図れ、またク
ロム炭化物の析出を防止できて腐食の防止を図れる。ま
た、製造されたステンレス鋼管はＣ９Ｎの組成を変更し
、また電縫溶接法によるため安価である等、本発明は優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いた電縫鋼管製造ライン示す模式的
平面図、第２図はその溶接機近傍を拡大して模式的に示
す縦断面図、第３図はＮ量と孔食電位との関係を示すグ
ラフ、第４図は耐隙間腐食性試験方法の説明図である。ＳＴ・・・オーステナイト系ステンレス鋼帯２・・・有
機物液体　　４・・・誘導加熱コイルＰ・・−ステンレ
ス鋼管特　許　出願人　住友金属工業株式会社代理人　弁理士
　河　　野　　登　　夫Ｎ量（−／＝）嶌　３　凹事４図

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｃ≦０．０３重量％、Ｓｉ≦１重量％、Ｍｎ≦２重
量％、Ｐ≦０．０４重量％、Ｓ≦０．０３重量％、１８
重量％≦Ｃｒ≦２０重量％、８重量％≦Ｎｉ≦１０．５
重量％、０．０６重量％≦Ｎ≦０．１４重量％を含有し
、残部が不可避的不純物及び鉄よりなるオーステナイト
系ステンレス鋼材を用いてなることを特徴とする給湯、
給水用ステンレス鋼管。２、Ｃ≦０．０３重量％、Ｓｉ≦１重量％、Ｍｎ≦２重
量％、Ｐ≦０．０４重量％、Ｓ≦０．０３重量％、１８
重量％≦Ｃｒ≦２０重量％、８重量％≦Ｎｉ≦１０．５
重量％、０．０６重量％≦Ｎ≦０．１４重量％を含有し
、残部が不可避的不純物及び鉄よりなるオーステナイト
系ステンレス鋼帯を用い、該鋼帯の側端面同士を対向さ
せるべくこれを曲成してオープンパイプとし、該オープ
ンパイプの対向側端部を非酸化性雰囲気又は還元性火炎
にてシールドした状態で加熱し、また加熱部分を両側方
より加圧することにより圧接することを特徴とする給湯
、給水用ステンレス鋼管の製造方法。