KR102145164B1 - 전봉 용접 클래드 강관 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
용접부 중에서도 특히 특성에 대한 영향이 큰 응고 조직이 형성되어 있는 영역이 저감되고, 또한, 클래드관으로서의 기능도 손상되어 있지 않은 전봉 용접 클래드 강관을 제공한다.
모재인 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지는 제 1 층과, 상기 제 1 층의 일방의 면에 적층되고, 합재인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 이루어지는 제 2 층을 갖는 전봉 용접 클래드 강관으로서, 용접부에 있어서 상기 모재가 상기 전봉 용접 클래드 강관의 합재측 표면에 노출되어 있지 않고, 다음의 (i) ∼ (iii) 의 위치를 중심으로 한, 관 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 반경 0.1 ㎜ 의 원형 단면의 각각에 응고 조직을 함유하지 않는, 전봉 용접 클래드 강관.
(i) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 외표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
(ii) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 두께 방향에 있어서의 중앙의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
(iii) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
모재인 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지는 제 1 층과, 상기 제 1 층의 일방의 면에 적층되고, 합재인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 이루어지는 제 2 층을 갖는 전봉 용접 클래드 강관으로서, 용접부에 있어서 상기 모재가 상기 전봉 용접 클래드 강관의 합재측 표면에 노출되어 있지 않고, 다음의 (i) ∼ (iii) 의 위치를 중심으로 한, 관 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 반경 0.1 ㎜ 의 원형 단면의 각각에 응고 조직을 함유하지 않는, 전봉 용접 클래드 강관.
(i) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 외표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
(ii) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 두께 방향에 있어서의 중앙의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
(iii) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
Description
본 발명은, 전봉 용접 클래드 강관 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 전봉 강관 (electric resistance welded steel pipe or tube) 은, 강판 (강대라고도 한다) 을 관상으로 성형하고, 고주파 전류에 의해 가열·용융된 대향하는 강대 폭 방향 양단부를, 스퀴즈 롤 (squeeze roll) 에 의해 맞댐 가압하여 용접하여 제조된다. 이와 같이 강판을 용접했을 경우, 용접부에 있어서의 인성, 강도, 신장 등의 각종 특성이, 용접 전의 강판에 비하여 열화하는 것이 알려져 있다. 따라서, 전봉 강관의 성능을 향상시키기 위해서는, 용접부, 특히 응고 조직이 형성되어 있는 영역을 저감시키는 것이 요구된다.
한편, 전봉 강관의 특성을 향상시키기 위한 다른 수단으로서, 전봉 용접 클래드 강관 (electric resistance welded clad steel pipe or tube) 이 제안되어 있다. 전봉 용접 클래드 강관이란, 모재로서의 강판에, 모재와는 상이한 재료로 이루어지는 금속판 (합재 (cladding material)) 을 클래드한 클래드 강판을 사용하여 제조되는 전봉 강관이다. 이와 같이 상이한 재료를 조합함으로써, 모재와 합재, 각각이 갖는 특성을 활용하여, 우수한 특성을 갖는 강관을 얻을 수 있다. 예를 들어, 모재로서 탄소강을, 합재로서 스테인리스 강판을 사용한 경우, 스테인리스 강판의 내식성과, 탄소강의 강도를 겸비한 전봉 용접 클래드 강관을 얻을 수 있는 것으로 생각된다.
이와 같은 전봉 용접 클래드 강관에 관한 기술로는, 예를 들어, 다음의 특허문헌 1 ∼ 3 을 들 수 있다.
특허문헌 1 에는, 관상으로 곡성한 클래드 강판의 대향 양 가장자리부를 맞댐 용접한 용접 비드 중의 적어도 합재측 비드를, 모재에 이르는 깊이까지 절삭 제거하고, 절삭 제거부에 합재와 동일한 성질을 갖는 육성 용접을 실시하는 클래드관의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 2 에는, 클래드 강대를 소관으로 성형하고, 이음매 에지부를 전봉 용접한 후, 용접 시임에 침입한 이종 금속을 희석하는, 클래드 강관의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 희석은, 다음의 (1), (2) 의 어느 방법으로 실시된다. (1) 이종 금속이 침입한 용접 시임을 따른, 클래드 계면의 깊이까지의 영역을 용융·응고시켜, 그 이종 금속을 희석한다. (2) 합재와 동종의 금속을 사용하여, 이종 금속이 침입한 시임부에 육성 용접을 실시하고, 이어서, 그 육성 용접부를 압연하여 상기 이종 금속을 희석한다.
특허문헌 3 에는, 내면측을 합재로 한 클래드 강판을 전봉 용접하여 클래드 강관을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 상기 제조 방법에서는, 상기 클래드 강판을 성형하여, 내면이 합재인 관상체로 하고, 상기 관상체의 합재 맞댐부의 적어도 일부분을 전봉 용접하고, 그 후 맞댐 미용접부에 육성 용접이 실시된다.
그러나, 상기 특허문헌 1 ∼ 3 에 기재된 기술은, 모두 전봉 용접 후에 용접부에 대하여 육성 용접이나 용융·응고 처리 등의 후처리를 실시하는 것을 필수로 하고 있다. 그 이유는, 이하와 같다.
전봉 용접에 있어서는, 용접부, 즉 관상으로 성형된 강판의 둘레 방향 양단을 맞댄 부위에, 페니트레이터라고 불리는 산화물 주체의 용접 결함이 생성된다. 이 페니트레이터는, 용접부의 인성이나 강도를 저하시키는 원인이 되기 때문에, 통상적으로는, 페니트레이터가 용접부에 잔류하지 않도록, 스퀴즈 롤에 의한 업셋량을 크게 하여, 용접시에 발생하는 산화 용융물을 관 외면으로 배출하는 대책이 취해지고 있다.
그러나, 클래드 강판을 소재로 하여 전봉 용접 클래드 강관을 제조하는 경우에, 상기와 같이 업셋량을 크게 하면, 다음과 같은 문제가 발생한다. 도 15(A) 는, 모재 (11) 및 합재 (12) 로 이루어지는 클래드 강판을, 합재 (12) 가 내면이 되도록 전봉 용접했을 때의 용접부 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 업셋량이 크면, 용융된 모재 (11) 가 합재 (12) 의 용접 시임부 (14) 에 침입하고, 특히, 업셋량이 과잉이면, 도 15(A) 에 나타내는 바와 같이, 모재 (11) 가 강관의 합재 (12) 측 표면에 노출된다. 그 결과, 모재 (11) 가 노출된 부위에 있어서 성능의 저하가 발생하여, 클래드 강관으로서의 메리트가 손상된다.
예를 들어, 내식성 향상을 목적으로 하여, 모재 (11) 로서의 저탄소강에 합재 (12) 로서의 스테인리스강을 클래드한 클래드 강판을 사용하는 경우, 도 15(A) 에 나타낸 바와 같이 합재측에 모재 (11) 가 노출됨으로써, 내식성이 열등한 저탄소강이 노출되는 결과, 강관 내면의 용접 시임부 (14) 근방의 내식성이 현저하게 저하한다.
그래서, 특허문헌 1, 2 에서는, 상기의 문제를 해결하기 위해서, 전봉 용접 후, 합재와 동등한 재료를 용접부에 육성 용접하고 있다. 그러나, 이 방법으로는 모재 노출부를 없앨 수는 있지만, 육성 용접을 실시하는 결과, 특성이 열등한 용접부가 오히려 증가하게 된다. 특허문헌 2 에 있어서는, 육성 용접 대신에 용융·응고 처리를 실시하는 방법도 제안되어 있지만, 이 방법에 있어서도, 용융·응고 처리가 실시된 부분은, 용접 금속과 동일한 응고 조직을 갖기 때문에 특성이 뒤떨어져 있다.
또한, 특허문헌 3 에 기재된 방법에서는, 합재측만을 용접한 후에 모재측을 육성 용접하고 있기 때문에, 모재가 합재측에 노출되는 것은 방지할 수 있다. 그러나, 모재를 육성 용접에 의해 접합하기 때문에, 통상적인 전봉 용접에 의해 접합하는 경우에 비하여 용접부가 오히려 증가하게 된다.
이와 같이, 특허문헌 1 ∼ 3 에 기재되어 있는 바와 같은 종래의 방법에서는, (1) 용접 금속에 의한 특성 열화를 억제하기 위해서 용접부의 폭을 좁게 하는 것과, (2) 모재가 합재측에 노출되는 것에서 기인하는 클래드 강관으로서의 성능 저하를 방지하는 것이라는 2 개의 목적을, 양립시킬 수는 없다는 과제가 있었다. 이 과제는, 모재의 표리면에 합재가 형성된 3 층의 클래드 강판을 소재로서 사용하는 경우에도 동일하다. 도 15(B) 에 나타내는 바와 같이, 업셋량이 크면, 용융된 모재 (11) 가 합재 (12A, 12B) 의 용접 시임부 (14) 에 침입하고, 모재 (11) 가 강관의 합재 (12) 측 표면 (즉 강관의 내면 및 외면) 에 노출된다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 용접부 중에서도 특히 특성에 대한 영향이 큰 응고 조직이 형성되어 있는 영역이 저감되고, 또한, 클래드관으로서의 기능도 손상되어 있지 않은 전봉 용접 클래드 강관 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토한 결과, 다음의 (1) ∼ (4) 의 지견을 얻었다.
(1) 전봉 용접 전에 미리, 클래드 강대의 폭 방향 양단부를 합재측으로부터 압입 가공하여 특정 형상의 Y 형 개선을 형성해 둠으로써, 전봉 용접 후에 용융된 모재가 합재측의 표면에 노출되는 것을 억제할 수 있다.
(2) 용접시, 특정한 구조의 실드 가스 분사 노즐을 사용하여, 적절한 조건으로 실드 가스를 분사함으로써, 피용접부의 산소 농도를 현격히 저감시킬 수 있고, 그 결과, 페니트레이터의 생성을 억제할 수 있다.
(3) 상기 (2) 의 결과, 용접시의 업셋량을 작게 해도 용접부에 페니트레이터가 잔류하지 않아, 용접부의 특성이 향상된다. 또한, 업셋량을 작게 함으로써, 용융된 모재가 합재측의 표면에 노출되는 것을 억제할 수 있다.
(4) 상기 개선 가공, 실드 가스, 및 업셋량의 각 조건의 조합을 엄밀하게 제어함으로써, 모재가 합재측의 표면에 노출되는 것을 완전하게 방지할 수 있다. 그 때문에, 종래 기술과 같이, 육성 용접이나 용융·응고 처리 등의 후처리를 실시하지 않고, 내식성 등의 성능이 우수한 전봉 용접 클래드 강관을 얻을 수 있다. 또한, 응고 조직이 형성되어 있는 영역을 현저하게 저감시킬 수 있기 때문에, 전봉 용접 클래드 강관의 기계적 특성, 특히 용접부 인성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
1. 모재인 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지는 제 1 층과,
상기 제 1 층의 일방의 면에 적층되고, 합재인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 이루어지는 제 2 층을 갖는 전봉 용접 클래드 강관으로서,
용접부에 있어서 상기 모재가 상기 전봉 용접 클래드 강관의 합재측 표면에 노출되어 있지 않고,
다음의 (i) ∼ (iii) 의 위치를 중심으로 한, 관 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 반경 0.1 ㎜ 의 원형 단면의 각각에 응고 조직을 함유하지 않는, 전봉 용접 클래드 강관.
(i) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 외표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
(ii) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 두께 방향에 있어서의 중앙의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
(iii) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
2. 상기 전봉 용접 클래드 강관이, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층으로 이루어지는, 상기 1 에 기재된 전봉 용접 클래드 강관.
3. (A) 상기 제 1 층이, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 외측에 배치되어 있고, 또한, 상기 (i) 및 (ii) 의 위치에 있어서의 금속 조직이, 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률이 90 ％ 이상, 페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 금속 조직이거나,
또는,
(B) 상기 제 1 층이, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내측에 배치되어 있고, 또한, 상기 (ii) 및 (iii) 의 위치에 있어서의 금속 조직이, 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률이 90 ％ 이상, 페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 금속 조직인,
상기 2 에 기재된 전봉 용접 클래드 강관.
4. 상기 전봉 용접 클래드 강관이, 상기 제 1 층, 상기 제 2 층, 및 상기 제 1 층의 타방의 면에 적층되고, 합재인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 이루어지는 제 3 층으로 이루어지는, 상기 1 에 기재된 전봉 용접 클래드 강관.
5. 상기 (ii) 의 위치에 있어서의 금속 조직이, 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률이 90 ％ 이상, 또한, 페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 금속 조직인, 상기 4 에 기재된 전봉 용접 클래드 강관.
6. 상기 합재가, 질량％ 로,
C : 0.15 ％ 이하,
Si : 5.0 ％ 이하,
Mn : 2.0 ％ 이하,
P : 0.1 ％ 이하,
S : 0.1 ％ 이하,
Ni : 1.0 ％ 이하,
Cr : 11.0 ％ 이상, 및
N : 0.5 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 스테인리스강인, 상기 1 ∼ 5 의 어느 한 항에 기재된 전봉 용접 클래드 강관.
7. 상기 합재가, 질량％ 로,
C : 0.15 ％ 이하,
Si : 5.0 ％ 이하,
Mn : 2.0 ％ 이하,
P : 0.1 ％ 이하,
S : 0.1 ％ 이하,
Ni : 6.0 ％ 이상,
Cr : 15.0 ％ 이상, 및
N : 0.5 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금인, 상기 1 ∼ 5 의 어느 한 항에 기재된 전봉 용접 클래드 강관.
8. 상기 합재의 성분 조성이, 질량％ 로,
Mo : 20.0 ％ 이하,
Cu : 5.0 ％ 이하,
Al : 2.0 ％ 이하,
Co : 3.0 ％ 이하,
W : 5.0 ％ 이하, 및
Ta : 5.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 추가로 함유하는, 상기 6 또는 7 에 기재된 전봉 용접 클래드 강관.
9. 상기 합재의 성분 조성이, 질량％ 로,
Ti : 2.0 ％ 이하,
Nb : 5.0 ％ 이하,
V : 2.0 ％ 이하, 및
Zr : 2.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 추가로 함유하는, 상기 6 ∼ 8 의 어느 한 항에 기재된 전봉 용접 클래드 강관.
10. 상기 합재의 성분 조성이, 질량％ 로,
B : 0.0050 ％ 이하,
Ca : 0.0050 ％ 이하,
Mg : 0.0030 ％ 이하, 및
REM : 0.10 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 추가로 함유하는, 상기 6 ∼ 9 의 어느 한 항에 기재된 전봉 용접 클래드 강관.
11. 상기 모재가, 질량％ 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, 및
Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 탄소강 또는 저합금강인 상기 1 ∼ 10 의 어느 한 항에 기재된 전봉 용접 클래드 강관.
12. 상기 모재의 성분 조성이, 질량％ 로,
Ti : 0.1 ％ 이하,
Nb : 0.2 ％ 이하,
Cu : 0.5 ％ 이하,
Ni : 0.5 ％ 이하,
Cr : 0.5 ％ 이하,
Mo : 0.5 ％ 이하,
V : 0.1 ％ 이하, 및
Ca : 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 추가로 함유하는, 상기 11 에 기재된 전봉 용접 클래드 강관.
13. 모재인 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지는 제 1 층과, 상기 제 1 층의 일방의 면에 적층되고, 합재인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 이루어지는 제 2 층을 갖는 클래드 강대를 준비하고,
상기 클래드 강대의 폭 방향 양단부에 개선 가공을 실시하여 개선을 형성하고,
상기 클래드 강대를 관상으로 성형하여 소관으로 하고,
상기 소관의 대향하는 1 쌍의 맞댐부를 전봉 용접하여 전봉 용접 클래드 강관으로 하는, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법으로서,
상기 개선 가공에서는, 상기 클래드 강대의 폭 방향 양단부를 상기 제 2 층측으로부터 압입 가공하고,
상기 개선은,
상기 제 2 층과 상기 제 1 층의 클래드 계면이 상기 제 2 층측으로부터 상기 클래드 강대의 두께 중심측을 향하고,
상기 제 2 층측에 있어서의 베벨 각도 (θ1) 가 10°이상 50°이하이고,
개선 깊이 (d1) 가 상기 클래드 강대의 두께 (t) 의 10 ％ 이상 45 ％ 이하이고, 또한
하기 (1) 식으로 정의되는 투영 클래드 비율 (R1) 이 25 ％ 이상 50 ％ 이하이고,
상기 전봉 용접은, 상기 맞댐부에 가스 실드를 실시하면서, 업셋량이 상기 클래드 강대의 두께 (t) 이하의 조건으로 상기 맞댐부를 맞댐 가압하여 실시되고,
상기 가스 실드는,
상기 소관의 맞댐부 상단으로부터 5 ∼ 300 ㎜ 상방의 위치에서, 상기 소관의 맞댐 방향에 인접하여 병치된 3 개 이상의 슬릿상의 가스 방출구를 갖는 실드 가스 분사 노즐을 사용하여, 상기 가스 방출구 중 양단에 위치하는 1 쌍의 제 1 가스 방출구로부터의 가스 방출 유속을 A (m/s) 라고 하고, 나머지의 제 2 가스 방출구로부터의 가스 방출 유속을 B (m/s) 라고 했을 때, B 가 0.5 ∼ 50 m/s 이고, 또한, 0.010 ≤ B/A ≤ 10 을 만족하는 조건하에서 실드 가스를 분사하여 실시되는, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법.
R1 = (tc1 * ＋ d1)/t × 100 (％)···(1)
여기서, R1 : 투영 클래드 비율
tc1 * : 루트면에 있어서의 상기 제 2 층의 두께 (㎜)
d1 : 제 2 층측의 개선 깊이 (㎜)
t : 상기 클래드 강대의 두께 (㎜)
14. 상기 클래드 강대가, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층으로 이루어지고,
상기 개선이, Y 형 개선인, 상기 13 에 기재된 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법.
15. 상기 전봉 용접 후, 추가로, 상기 전봉 용접 클래드 강관을 열 처리하고, 이어서, 냉각시키는, 상기 14 에 기재된 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법으로서,
상기 열 처리를, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 합재측 표면에 있어서의 가열 온도 : 750 ∼ 1250 ℃, 750 ∼ 1250 ℃ 의 온도 범위에 있어서의 유지 시간 : 10 초 이상, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 모재측 표면에 있어서의 가열 온도 : 750 ∼ 1200 ℃, 750 ∼ 1200 ℃ 의 온도 범위에 있어서의 유지 시간 : 10 초 이상의 조건으로 실시하고,
상기 냉각을, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 합재측 표면에 있어서의 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도 : 4 ∼ 100 ℃/sec, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 모재측 표면에 있어서의 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도 : 8 ∼ 70 ℃/sec 의 조건으로 실시하는, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법.
16. 상기 클래드 강대가, 상기 제 1 층, 상기 제 2 층, 및 상기 제 1 층의 타방의 면에 적층되고, 합재인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 이루어지는 제 3 층으로 이루어지고,
상기 개선 가공에서는, 추가로 상기 클래드 강대의 폭 방향 양단부를 상기 제 3 층측으로부터 압입 가공하고,
상기 개선이, X 형 개선이고,
상기 개선은, 추가로,
상기 제 3 층과 상기 제 1 층의 클래드 계면이 상기 제 3 층측으로부터 상기 클래드 강대의 두께 중심측을 향하고,
상기 제 3 층측에 있어서의 베벨 각도 (θ2) 가 10°이상 50°이하이고,
개선 깊이 (d2) 가 상기 클래드 강대의 두께 (t) 의 10 ％ 이상 45 ％ 이하이고, 또한,
하기 (2) 식으로 정의되는 투영 클래드 비율 (R2) 이 25 ％ 이상 50 ％ 이하인,
상기 13 에 기재된 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법.
R2 = (tc2 * ＋ d2)/t × 100 (％)···(2)
여기서, R2 : 투영 클래드 비율
tc2 * : 루트면에 있어서의 상기 제 3 층의 두께 (㎜)
d2 : 제 3 층측의 개선 깊이 (㎜)
t : 상기 클래드 강대의 두께 (㎜)
17. 상기 전봉 용접 후, 추가로, 상기 전봉 용접 클래드 강관을 열 처리하고, 이어서, 냉각시키는, 상기 16 에 기재된 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법으로서,
상기 열 처리를, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면 및 외표면에 있어서의 가열 온도 : 750 ∼ 1250 ℃, 유지 시간 : 10 초 이상, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 육후 중심 위치에 있어서의 가열 온도 : 750 ∼ 1200 ℃, 유지 시간 : 10 초 이상의 조건으로 실시하고,
상기 냉각을, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면 및 외표면에 있어서의 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도 : 4 ∼ 100 ℃/sec, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 육후 중심 위치에 있어서의 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도 : 8 ∼ 70 ℃/sec 의 조건으로 실시하는, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법.
18. 상기 합재가, 상기 6 ∼ 10 의 어느 한 항에 기재된 성분 조성을 갖는, 상기 13 ∼ 17 의 어느 한 항에 기재된 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법.
19. 상기 모재가, 상기 11 또는 12 에 기재된 성분 조성을 갖는, 상기 13 ∼ 18 의 어느 한 항에 기재된 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 용접부 중에서도 특히 특성에 대한 영향이 큰 응고 조직이 형성되어 있는 영역이 저감되고, 또한, 클래드관으로서의 기능도 손상되어 있지 않은 전봉 용접 클래드 강관을 얻을 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 전봉 용접 클래드 강관 (20) 의 용접부 근방의, 관 길이 방향에 수직인 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 있어서 전봉 용접 클래드 강관을 제조하기 위해서 사용할 수 있는 설비의 개략도이다.
도 3(A) 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 클래드 강대의 폭 방향 양단부 (맞댐부) 의 개선 형상을 나타내는 단면도이고, (B) 는, 상기 클래드 강대를 전봉 용접한 후의 용접부와 그 근방을 나타내는 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 사용할 수 있는 개선 가공기를 나타내는 모식도이다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 가스 실드를 설명하는 개략도로, (A) 는, 통관 중인 소관 (16) 및 전봉 용접 클래드 강관 (20) 의 사시도, (B) 는 (A) 의 Z1 부의 실드 가스 분사 노즐 (81) 을 나타내는 확대 사시도, (C) 는 (A) 의 Z2 부의 단면도이다.
도 6(A) ∼ (D) 는, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 있어서 사용 가능한 노즐의 예를 나타내는 모식도이다.
도 7(A) ∼ (C) 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 실드 가스의 가스 방출 유속 (B) 및 가스 유속비 (B/A) 의 적정 범위를 나타내는 설명도이다.
도 8 은 실드 가스의 가스 유속비 (B/A) 와 피용접부의 산소 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 피용접부의 산소 농도와 전봉 용접 스테인리스 클래드 강관의 90°편평 시험에 있어서의 편평치 h/D 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10 은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 전봉 용접 클래드 강관 (20) 의 용접부 근방의, 관 길이 방향에 수직인 단면도이다.
도 11(A) 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 클래드 강대의 폭 방향 양단부 (맞댐부) 의 개선 형상을 나타내는 단면도이고, (B) 는, 상기 클래드 강대를 전봉 용접한 후의 용접부와 그 근방을 나타내는 단면도이다.
도 12 는 본 발명의 제 2 실시형태에서 사용할 수 있는 개선 가공기를 나타내는 모식도이다.
도 13 은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 가스 실드를 설명하는 개략도이고, (A) 는, 통관 중인 소관 (16) 및 전봉 용접 클래드 강관 (20) 의 사시도, (B) 는 (A) 의 Z1 부의 실드 가스 분사 노즐 (81) 을 나타내는 확대 사시도, (C) 는 (A) 의 Z2 부의 단면도이다.
도 14(A) ∼ (C) 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 실드 가스의 가스 방출 유속 (B) 및 가스 유속비 (B/A) 의 적정 범위를 나타내는 설명도이다.
도 15 는 업셋량이 큰 경우에 있어서의 전봉 용접부와 그 근방의 모식적인 단면도로, (A) 는 2 층의 클래드 강판을 소재로 했을 경우이고, (B) 는 3 층의 클래드 강판을 소재로 했을 경우이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 있어서 전봉 용접 클래드 강관을 제조하기 위해서 사용할 수 있는 설비의 개략도이다.
도 3(A) 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 클래드 강대의 폭 방향 양단부 (맞댐부) 의 개선 형상을 나타내는 단면도이고, (B) 는, 상기 클래드 강대를 전봉 용접한 후의 용접부와 그 근방을 나타내는 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서 사용할 수 있는 개선 가공기를 나타내는 모식도이다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 가스 실드를 설명하는 개략도로, (A) 는, 통관 중인 소관 (16) 및 전봉 용접 클래드 강관 (20) 의 사시도, (B) 는 (A) 의 Z1 부의 실드 가스 분사 노즐 (81) 을 나타내는 확대 사시도, (C) 는 (A) 의 Z2 부의 단면도이다.
도 6(A) ∼ (D) 는, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 있어서 사용 가능한 노즐의 예를 나타내는 모식도이다.
도 7(A) ∼ (C) 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 실드 가스의 가스 방출 유속 (B) 및 가스 유속비 (B/A) 의 적정 범위를 나타내는 설명도이다.
도 8 은 실드 가스의 가스 유속비 (B/A) 와 피용접부의 산소 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 피용접부의 산소 농도와 전봉 용접 스테인리스 클래드 강관의 90°편평 시험에 있어서의 편평치 h/D 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10 은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 전봉 용접 클래드 강관 (20) 의 용접부 근방의, 관 길이 방향에 수직인 단면도이다.
도 11(A) 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 클래드 강대의 폭 방향 양단부 (맞댐부) 의 개선 형상을 나타내는 단면도이고, (B) 는, 상기 클래드 강대를 전봉 용접한 후의 용접부와 그 근방을 나타내는 단면도이다.
도 12 는 본 발명의 제 2 실시형태에서 사용할 수 있는 개선 가공기를 나타내는 모식도이다.
도 13 은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 가스 실드를 설명하는 개략도이고, (A) 는, 통관 중인 소관 (16) 및 전봉 용접 클래드 강관 (20) 의 사시도, (B) 는 (A) 의 Z1 부의 실드 가스 분사 노즐 (81) 을 나타내는 확대 사시도, (C) 는 (A) 의 Z2 부의 단면도이다.
도 14(A) ∼ (C) 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 실드 가스의 가스 방출 유속 (B) 및 가스 유속비 (B/A) 의 적정 범위를 나타내는 설명도이다.
도 15 는 업셋량이 큰 경우에 있어서의 전봉 용접부와 그 근방의 모식적인 단면도로, (A) 는 2 층의 클래드 강판을 소재로 했을 경우이고, (B) 는 3 층의 클래드 강판을 소재로 했을 경우이다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 전봉 용접 클래드 강관은, 적어도, 제 1 층과 상기 제 1 층의 일방의 면에 적층된 제 2 층을 갖는다. 상기 제 1 층은, 모재인 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지고, 상기 제 2 층은 합재인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 이루어진다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 전봉 용접 클래드 강관은, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층으로 이루어지는 전봉 용접 2 층 클래드 강관이어도 된다. 또한, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 전봉 용접 클래드 강관은, 또한 상기 제 1 층의 타방의 면에 적층된 제 3 층을 가질 수 있다. 다시 말하면, 상기 전봉 용접 클래드 강관은, 상기 제 1 층과, 상기 제 1 층의 일방의 면에 적층된 제 2 층과, 상기 제 1 층의 타방의 면에 적층된 제 3 층으로 이루어지는 전봉 용접 3 층 클래드 강관이어도 된다. 상기 제 3 층은 합재인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 이루어진다.
이하, 전봉 용접 클래드 강관이 2 층 클래드 강관인 경우 (제 1 실시형태) 와, 전봉 용접 클래드 강관이 3 층 클래드 강관인 경우 (제 2 실시형태) 를 예로 하여, 본 발명을 실시하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
(제 1 실시형태)
먼저, 전봉 용접 클래드 강관이 2 층 클래드 강관인 경우에 대하여 설명한다.
[전봉 용접 클래드 강관]
도 1 을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 전봉 용접 클래드 강관 (20) 을 설명한다. 본 실시형태의 전봉 용접 클래드 강관 (20) 은, 모재로 이루어지는 제 1 층 (11) 과, 합재로 이루어지는 제 2 층 (12) 으로 이루어지는 2 층의 전봉 용접 클래드 강관 (이하, 간단히 「클래드 강관」 이라고 하는 경우가 있다) 이다.
여기서, 본 명세서에 있어서 「모재」 란, 클래드 강관을 구성하는 2 개의 층 중, 두께가 큰 쪽의 층의 재료를 의미하고, 「합재」 란, 두께가 작은 쪽의 층의 재료를 의미한다.
본 발명에서는, 상기 모재로는, 기계적 강도가 우수한 재료인 저탄소강 또는 저합금강을 이용하고, 상기 합재로는, 내식성이 우수한 재료인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금을 사용한다. 이와 같이 2 종의 재료를 조합함으로써, 강도와 내식성을 겸비한 강관을 얻을 수 있다. 또한, 강관 전체를 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 하는 경우에 비하여, 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
(모재)
본 발명에 있어서는, 상기 모재로서 저탄소강 또는 저합금강을 사용한다.
상기 탄소강으로는, 특별히 한정되지 않고, 임의의 것을 사용할 수 있다. 전봉 용접 클래드 강관의 기계적 특성은, 그 관 체적의 대부분을 차지하는 모재의 특성에 지배되기 때문에, 전봉 용접 클래드 강관의 적용처에 따른 규격, 기계적 특성을 갖는 탄소강을 선정하는 것이 바람직하다. 또한, 여기서 「저탄소강」 이란, C 함유량이 0.25 질량％ 이하인 탄소강을 가리키는 것으로 한다.
상기 저합금강으로는, 합금 원소의 합계 함유량이 5 질량％ 이하인 강이면 특별히 한정되지 않고, 임의의 것을 사용할 수 있다. 상기 저합금강은, 탄소강과 동일하게, 전봉 용접 클래드 강관의 적용처를 고려하여 선정하면 된다.
이하, 모재로서 바람직하게 사용할 수 있는 저탄소강 및 저합금강의 성분 조성에 대하여, 더욱 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 특별히 언급하지 않는 한 「％」 는 「질량％」 를 의미하는 것으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서는,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, 및
Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 탄소강 또는 저합금강을 모재로서 사용할 수 있다.
여기서 각 원소의 함유량의 한정 이유에 대하여 설명한다.
C : 0.02 ∼ 0.20 ％
C 는 강의 강도를 향상시키기 위해서 필요한 원소이다. 0.02 ％ 미만에서는, 모재로서 필요한 강도를 실현하는 것이 곤란해진다. 그 때문에, C 함유량을 0.02 ％ 이상으로 한다. C 함유량은 0.03 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, C 함유량이 0.20 ％ 초과에서는, 용접 등의 열 처리시에 마텐자이트가 생성되기 쉬워져, 재료가 물러진다. 그 때문에, C 함유량을 0.20 ％ 이하로 한다. C 함유량은 0.15 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％
Si 는 강의 탈산이나, 강도 조정에 사용되는 원소이다. 0.01 ％ 미만에서는, 그 효과가 불충분하다. 그 때문에, Si 함유량을 0.01 ％ 이상으로 한다. 한편, Si 함유량이 1.0 ％ 초과에서는, 재료가 경화하고, 인성도 저하한다. 그 때문에, Si 함유량을 1.0 ％ 이하로 한다. Si 함유량은 0.8 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％
Mn 은 강의 강도를 조정하기 위해서 유용한 원소이다. 0.1 ％ 미만에서는, 그 효과가 불충분하다. 그 때문에, Mn 함유량을 0.1 ％ 이상으로 한다. 한편, Mn 함유량이 2.0 ％ 초과에서는, 용접성의 저하나 개재물의 증가 등의 폐해가 발생한다. 그 때문에, Mn 함유량을 2.0 ％ 이하로 한다. Mn 함유량은 1.8 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
P : 0.05 ％ 이하
P 는 강 중에 불순물로서 존재하고, 결정 입계 등에 편석함으로써, 인성 등의 특성을 저하시키는 원소로, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.05 ％ 이하이면 허용할 수 있다. 그 때문에, P 함유량을 0.05 ％ 이하로 한다. P 함유량은, 0.03 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 과도한 저감은, 그 효과가 작아지는 것에 반하여 정련 비용이 과대해지기 때문에, P 함유량은 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
S : 0.01 ％ 이하
S 는 강 중에 불순물로서 존재하고, 결정 입계 등에 편석함으로써, 인성 등의 특성을 저하시키는 원소로, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.01 ％ 이하이면 허용할 수 있다. 그 때문에, S 함유량을 0.01 ％ 이하로 한다. S 함유량은 0.005 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 과도한 저감은, 그 효과가 작아지는 것에 반하여 정련 비용이 과대해지기 때문에, S 함유량은 0.0001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Al : 0.1 ％ 이하
Al 은 강의 탈산에 사용되는 원소이다. 단, 0.1 ％ 를 초과하여 함유하면, Al 의 산화물이 다량으로 생성되어, 강의 청정도를 저하시킨다. 그 때문에, Al 함유량을 0.1 ％ 이하로 한다. 한편, Al 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, Al 함유량이 0.001 ％ 미만에서는 탈산의 효과를 얻기 어렵기 때문에, Al 함유량을 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 실시형태에 있어서는, 상기 모재의 성분 조성이,
Ti : 0.1 ％ 이하,
Nb : 0.2 ％ 이하,
Cu : 0.5 ％ 이하,
Ni : 0.5 ％ 이하,
Cr : 0.5 ％ 이하,
Mo : 0.5 ％ 이하,
V : 0.1 ％ 이하, 및
Ca : 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 추가로 함유할 수도 있다.
Ti : 0.1 ％ 이하, Nb : 0.2 ％ 이하, Cr : 0.5 ％ 이하, Mo : 0.5 ％ 이하, V : 0.1 ％ 이하
Ti, Nb, Cr, Mo, 및 V 는, 어느 것도 탄화물의 형성 또는 강 중으로의 고용에 의해, 강의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 단, 각각, 0.1 ％, 0.2 ％, 0.5 ％, 0.5 ％, 0.1 ％ 를 초과하여 함유하면 인성의 저하를 초래한다. 따라서, 각각, 함유량을 0.1 ％ 이하, 0.2 ％ 이하, 0.5 ％ 이하, 0.5 ％ 이하, 0.1 ％ 이하로 한정한다. 또한, 함유량이 0.01 ％ 미만에서는, 그 효과를 얻기 어렵기 때문에, 함유시키는 경우에는, 함유량을 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Cu : 0.5 ％ 이하, Ni : 0.5 ％ 이하
Cu, Ni 는 퀀칭성 향상을 통해서, 강의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 단, 각각, 함유량이 0.5 ％ 초과에서는, 그 효과가 포화하여, 불필요한 비용의 상승을 초래한다. 따라서, 각각 함유량을 0.5 ％ 이하로 한정한다. 한편, 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 함유량이 0.01 ％ 미만에서는, 그 효과를 얻기 어렵기 때문에, 함유시키는 경우에는, 함유량을 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Ca : 0.0005 ∼ 0.0050 ％
Ca 는 전신한 조대한 황화물을 구상의 황화물로 하는 개재물 형태 제어에 기여하는 원소이다. Ca 함유량이 0.0005 ％ 미만에서는 그 효과가 불충분하다. 그 때문에, 함유시키는 경우에는, Ca 함유량을 0.0005 ％ 이상으로 한다. Ca 함유량은 0.0010 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ca 함유량이 0.0050 ％ 초과에서는, 강이 청정도를 저하시킨다. 그 때문에, Ca 함유량을 0.0050 ％ 이하로 한다.
(합재)
본 발명에 있어서는, 상기 합재로서 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금을 사용한다.
상기 스테인리스강으로는, 특별히 한정되지 않고 임의의 것을 사용할 수 있지만, 내식성의 관점에서는, 오스테나이트계 스테인리스강을 사용하는 것이 바람직하고, SUS316L 을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 니켈 함유 합금으로는, Ni 를 함유하는 것이면 임의의 것을 사용할 수 있다. 바람직하게 사용할 수 있는 니켈 함유 합금의 예로는, Alloy625 및 Alloy825 를 들 수 있다.
이하, 합재로서 바람직하게 사용할 수 있는 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금의 성분 조성에 대하여, 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서는,
C : 0.15 ％ 이하,
Si : 5.0 ％ 이하,
Mn : 2.0 ％ 이하,
P : 0.1 ％ 이하,
S : 0.1 ％ 이하,
Ni : 1.0 ％ 이하,
Cr : 11.0 ％ 이상, 및
N : 0.5 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 스테인리스강을 합재로서 사용할 수 있다.
C : 0.15 ％ 이하
C 는 스테인리스강의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 단, 0.15 ％ 초과에서는, 용접 등의 열 처리시에 마텐자이트가 생성되기 쉬워져, 재료가 물러진다. 그 때문에, C 함유량을 0.15 ％ 이하로 한정한다. C 함유량은 0.1 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 과도한 저감은, 그 효과가 작아지는 것에 반하여 정련 비용이 과대해지기 때문에, C 함유량은 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Si : 5.0 ％ 이하
Si 는 스테인리스강의 내식성의 향상에 기여하는 원소이다. 단, Si 함유량이 5.0 ％ 초과에서는, 재료가 경화하고, 인성도 저하한다. 그 때문에, Si 함유량을 5.0 ％ 이하로 한다. Si 함유량은, 3.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Si 는 원료로부터의 혼입을 피할 수 없는 원소이고, 또한 제거하는 것이 어려운 원소이기 때문에, Si 함유량은 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Mn : 2.0 ％ 이하
Mn 은 강의 강도를 조정하기 위해서 유용한 원소이다. 단, 2.0 ％ 초과에서는, 용접성의 저하나 개재물의 증가 등의 폐해가 발생한다. 그 때문에, Mn 함유량을 2.0 ％ 이하로 한다. Mn 함유량은 1.8 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mn 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, Mn 은, 불가피적으로 혼입한 S 와 결합하여, S 의 입계 편석을 억제하는 효과를 갖기 때문에, Mn 함유량은 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
P : 0.1 ％ 이하
P 는 스테인리스강 중에 불순물로서 존재하고, 결정 입계 등에 편석함으로써, 인성 등의 특성을 저하시키는 원소로, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.1 ％ 이하이면 허용할 수 있다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이하이다. 또한, 과도한 저감은, 그 효과가 작아지는 것에 반하여 정련 비용이 과대해지기 때문에, P 함유량을 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
S : 0.1 ％ 이하
S 는 스테인리스강 중에 불순물로서 존재하고, 결정 입계 등에 편석함으로써, 인성 등의 특성을 저하시키는 원소로, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.1 ％ 이하이면 허용할 수 있다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이하이다. 또한, 과도한 저감은, 그 효과가 작아지는 것에 반하여 정련 비용이 과대해지기 때문에, S 함유량은 0.0001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Ni : 1.0 ％ 이하
Ni 는 스테인리스강의 내식성의 향상에 기여하는 원소이다. 단, 오스테나이트 생성 원소이기 때문에, 페라이트계 스테인리스강에 있어서는, 페라이트 단상으로 제어하기 위해서 1.0 ％ 이하로 한정한다. 한편, Ni 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 내식성 향상의 목적을 위해서는, Ni 함유량을 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Cr : 11.0 ％ 이상
Cr 은, 스테인리스강의 표면에 부동태 피막을 형성함으로써, 내식성을 유지하기 위해서 중요한 원소이다. 11.0 ％ 미만에서는, 그 효과가 불충분하다. 그 때문에, Cr 함유량을 11.0 ％ 이상으로 한다. Cr 함유량은, 13.0 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cr 함유량의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 35.0 ％ 를 초과하여 함유하면 열간 가공성이 저하하기 쉽기 때문에, 35.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
N : 0.5 ％ 이하
N 은 스테인리스강의 내식성의 향상에 기여하는 원소이다. 단, 0.5 ％ 초과하여 함유시켜도 그 효과가 포화하기 때문에, 0.5 ％ 이하로 한정한다. 한편, N 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 정련 비용이 과대해지는 것을 방지하기 위해서, N 함유량을 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 다른 실시형태에 있어서는,
C : 0.15 ％ 이하,
Si : 5.0 ％ 이하,
Mn : 2.0 ％ 이하,
P : 0.1 ％ 이하,
S : 0.1 ％ 이하,
Ni : 6.0 ％ 이상,
Cr : 15.0 ％ 이상, 및
N : 0.5 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금을 합재로서 사용할 수 있다.
C : 0.15 ％ 이하
C 는 스테인리스강이나 니켈 함유 합금의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 단, 0.15 ％ 초과에서는, 용접 등의 열 처리시에 마텐자이트가 생성하기 쉬워져, 재료가 물러진다. 따라서, 0.15 ％ 이하로 한정한다. 보다 바람직하게는 0.1 ％ 이하이다. 한편, C 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 정련 비용이 과대해지는 것을 방지하기 위해서, C 함유량을 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Si : 5.0 ％ 이하
Si 는 스테인리스강이나 니켈 함유 합금의 내식성의 향상에 기여하는 원소이다. 단, 5.0 ％ 초과에서는, 재료가 경화하고, 인성도 저하한다. 따라서, 5.0 ％ 이하로 한정한다. 보다 바람직하게는, 3.0 ％ 이하이다. 또한, Si 는 원료로부터의 혼입을 피할 수 없는 원소이고, 또한 제거하는 것이 어려운 원소이기 때문에, Si 함유량은 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Mn : 2.0 ％ 이하
Mn 은 오스테나이트 생성 원소로, 스테인리스강이나 니켈 함유 합금의 상 안정성을 제어하기 위해서, 필요에 따라 함유시킬 수 있다. 단, 2.0 ％ 초과에서는, 용접성의 저하나 개재물의 증가 등의 폐해가 발생한다. 따라서, 2.0 ％ 이하로 한정한다. 한편, Mn 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 불가피적으로 혼입한 S 와 결합하여, S 의 입계 편석을 억제하는 효과를 갖기 때문에, Mn 함유량은 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
P : 0.1 ％ 이하
P 는 스테인리스강이나 니켈 함유 합금 중에 불순물로서 존재하고, 결정 입계 등에 편석함으로써, 인성 등의 특성을 저하시키는 원소로, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.1 ％ 이하이면 허용할 수 있다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이하이다. 또한, 과도한 저감은, 그 효과가 작아지는 것에 반하여 정련 비용이 과대해지기 때문에, 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
S : 0.1 ％ 이하
S 는 스테인리스강이나 니켈 함유 합금 중에 불순물로서 존재하고, 결정 입계 등에 편석함으로써, 인성 등의 특성을 저하시키는 원소로, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.1 ％ 이하이면 허용할 수 있다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이하이다. 또한, 과도한 저감은, 그 효과가 작아지는 것에 반하여 정련 비용이 과대해지기 때문에, S 함유량은 0.0001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Ni : 6.0 ％ 이상
Ni 는 스테인리스강이나 니켈 함유 합금의 내식성의 향상에 기여하는 원소이다. 또한, 오스테나이트 생성 원소이기 때문에, Cr 등의 페라이트 생성 원소와의 밸런스를 고려하여, 스테인리스강이나 니켈 함유 합금의 상 안정성의 제어에 사용된다. 그러한 목적을 위해서, Cr 함유량이 15.0 ％ 이상인 경우에는, Ni 함유량을 6.0 ％ 이상으로 한정한다. 한편, Ni 함유량의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 비용의 증대를 방지하기 위해서, Ni 함유량은 80 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Cr : 15.0 ％ 이상
Cr 은, 스테인리스강이나 니켈 함유 합금의 표면에 부동태 피막을 형성함으로써, 내식성을 유지하기 때문에 중요한 원소이다. 또한, Cr 은 페라이트 생성 원소이기 때문에, Ni 등의 오스테나이트 생성 원소와의 밸런스를 고려하여, 스테인리스강이나 니켈 함유 합금의 상 안정성의 제어에 사용된다. 그러한 목적을 위해서, Ni 함유량이 6.0 ％ 이상인 경우에는, Cr 함유량을 15.0 ％ 이상으로 한정한다. 한편, Cr 함유량의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 비용의 증대를 방지하기 위해서, Cr 함유량은 80 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
N : 0.5 ％ 이하
N 은 스테인리스강의 내식성의 향상에 기여하는 원소이다. 단, 0.5 ％ 를 초과하여 함유시켜도 그 효과가 포화하기 때문에, 0.5 ％ 이하로 한정한다. 한편, N 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 정련 비용이 과대해지는 것을 방지하기 위해서, N 함유량을 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 실시형태에 있어서는, 상기 합재의 성분 조성이,
Mo : 20.0 ％ 이하,
Cu : 5.0 ％ 이하,
Al : 2.0 ％ 이하,
Co : 3.0 ％ 이하,
W : 5.0 ％ 이하, 및
Ta : 5.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 추가로 함유할 수도 있다.
Mo : 20.0 ％ 이하, Cu : 5.0 ％ 이하, Al : 2.0 ％ 이하, Co : 3.0 ％ 이하, W : 5.0 ％ 이하, Ta : 5.0 ％ 이하
Mo, Cu, Al, Co, W, 및 Ta 는, 스테인리스강이나 니켈 합금의 내식성이나 강도를 향상시키기 위해서 함유시킬 수 있다. 단, 각각, 20.0 ％, 5.0 ％, 2.0 ％, 3.0 ％, 5.0 ％, 5.0 ％ 를 초과하여 함유시켜도, 그 효과가 포화하기 때문에, 각각, 20.0 ％ 이하, 5.0 ％ 이하, 2.0 ％ 이하, 3.0 ％ 이하, 5.0 ％ 이하, 5.0 ％ 이하로 한정한다. 한편, 이들 원소의 함유량은, 그 효과를 발현시키기 위해서, 0.005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 실시형태에 있어서는, 상기 합재의 성분 조성이,
Ti : 2.0 ％ 이하,
Nb : 5.0 ％ 이하,
V : 2.0 ％ 이하, 및
Zr : 2.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 추가로 함유할 수도 있다.
Ti : 2.0 ％ 이하, Nb : 5.0 ％ 이하, V : 2.0 ％ 이하, Zr : 2.0 ％ 이하
Ti, Nb, V, Zr 은 모두 C 를 고정시킴으로써, 예민화를 억제하는 효과를 갖기 때문에, 필요에 따라 함유시킬 수 있다. 단, C : 0.15 ％ 이하의 범위에 있어서는, 각각, 2.0 ％, 5.0 ％, 2.0 ％, 2.0 ％ 를 초과하여 함유시켜도 그 효과가 포화하기 때문에, 각각, 2.0 ％ 이하, 5.0 ％ 이하, 2.0 ％ 이하, 2.0 ％ 이하로 한정한다. 한편, 이들 원소의 함유량의 하한은, 그 효과를 발현시키기 위해서, 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 실시형태에 있어서는, 상기 합재의 성분 조성이,
B : 0.0050 ％ 이하,
Ca : 0.0050 ％ 이하,
Mg : 0.0030 ％ 이하, 및
REM : 0.10 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 추가로 함유할 수도 있다.
B 는 입계의 강화, Ca, Mg, REM (희토류 금속) 은 개재물 형태의 제어를 통하여, 인성 등의 특성 향상에 기여하는 원소이다. 단, 각각, 0.0050 ％, 0.0050 ％, 0.0030 ％, 0.10 ％ 를 초과하여 함유시켜도, 효과가 포화하거나, 청정도의 저하를 초래하기 때문에, 각각 0.0050 ％ 이하, 0.0050 ％ 이하, 0.0030 ％ 이하, 0.10 ％ 이하로 한정한다. 한편, 이들 원소의 함유량의 하한은, 그 효과를 발현시키기 위해서, 0.0001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
모재로 이루어지는 제 1 층 (11) 과 합재로 이루어지는 제 2 층 (12) 의 어느 것을 관의 내층으로 하고, 어느 것을 관의 외층으로 할지는, 특별히 한정되지 않고, 클래드 강관의 용도에 따라 결정하면 된다. 예를 들어, 부식성 유체를 흘리기 위한 라인 파이프에는, 관 내면에 높은 내식성이 요구된다. 따라서, 클래드 강관을 라인 파이프에 사용하는 경우에는, 합재를 내층, 모재를 외층으로 하면 된다. 반대로, 관 외면에 높은 내식성이 요구되는 용도의 경우, 모재를 내층, 합재를 외층으로 하면 된다.
(모재의 노출)
본 실시형태의 클래드 강관은, 용접부에 있어서 모재가 합재측 표면에 노출되어 있지 않은 것을 특징으로 한다. 도 15(A) 에 나타낸 바와 같이 모재가 합재측에 노출되면, 그 노출부에 있어서의 내식성 등의 특성이 저하하기 때문에, 클래드 강관임에도 불구하고, 본래 기대되어야 하는 성능을 발휘할 수 없다. 이에 반하여, 본 발명에서는, 모재가 합재측 표면에 노출되어 있지 않기 때문에, 클래드 강관으로서의 기능이 손상되는 경우가 없다.
(응고 조직)
또한 본 실시형태의 클래드 강관에 있어서는, 다음의 (i) ∼ (iii) 의 위치를 중심으로 한, 관 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 반경 0.1 ㎜ 의 원형 단면의 각각에 응고 조직을 함유하지 않는다.
(i) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 외표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
(ii) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 두께 방향에 있어서의 중앙의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
(iii) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
상기 (i) ∼ (iii) 에 대응하는 위치를 도 1 에 나타낸다. 전봉 용접 클래드 강관 (20) 의 용접부에는, 전봉 용접에 의해 형성된 용접 금속 (15A, 15B) 이 존재한다. (i) ∼ (iii) 은 각각, 용접부에 있어서의 클래드 강관의 외표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치, 클래드 강관의 두께 방향에 있어서의 중앙 (1/2t) 의 위치, 및 클래드 강관의 내표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치에 대응한다. 그리고, 상기 (i) ∼ (iii) 은, 각각의 깊이 위치에서 상기 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙 (14A) 으로부터, L 로 나타낸 바와 같이 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 떨어진 위치이다. 또한, 도 1 은, 본 발명을 설명하기 위한 모식도로, 실제의 치수 비율에 기초하고 있지 않다.
그리고, 본 발명은, 상기 (i) ∼ (iii) 의 위치를 중심으로 한, 관 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 반경 0.1 ㎜ 의 원형 단면 (C) 의 각각에 응고 조직을 함유하지 않는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이, 용접 금속의 폭 방향 중심 (14A) 으로부터 0.3 ㎜ 로 가까운 위치에 있어서 응고 조직이 존재하지 않는다는 것은, 용접에 의해 특성이 열화한 부위의 폭이 매우 좁게 억제되어 있는 것을 의미한다. 따라서, 상기 조건을 만족하는 클래드 강관은, 우수한 인성 등의 기계적 특성을 갖는다.
또한, 도 1 에서는, 관 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의, 용접 금속의 일방 (도면 중의 우측) 에만 상기 (i) ∼ (iii) 의 위치를 나타내고 있지만, 실제로는, 용접 금속을 사이에 둔 반대측 (도면 중의 좌측) 에도 대응하는 위치가 존재한다. 본 발명에 있어서는, 적어도 일방의 측에 있어서 상기 조건을 만족할 필요가 있고, 양측에 있어서 상기 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 그러나, 일반적인 용접 조건에 있어서는, 용접에 의한 영향이 좌우 대칭으로 나타나기 때문에, 용접 금속의 일방의 측에서 본원 발명의 조건을 만족하고 있으면, 반대의 측에 있어서도 동일한 조건을 만족하고 있다고 볼 수 있다.
여기서, 「용접 금속」 이란, 용접관에 있어서, 용접시에 용융되어 그 후 응고된 금속을 의미한다. 용접관은, 용접 금속 및 그 주위의 열 영향부에서 용접부와, 용접에 의해 열 영향을 받지 않는 비용접부로 이루어진다.
본 발명에 있어서, 용접 금속은 이하의 방법으로 특정한다. 즉, 용접 금속은, 용접관의 관 길이 방향에 수직인 단면 중 용접부를 확실하게 포함하는 영역을 적절한 방법으로 부식시켜, 비용접부와는 상이한 조직 형태를 나타내는 영역으로서 특정된다. 부식액은 금속의 종류에 따라 적절한 것을 선택하면 된다. 예를 들어, 탄소강 및 저합금강의 용접 금속은, 상기 단면을 나이탈로 부식시키고, 광학 현미경으로 하얗게 관찰되는 영역으로서 특정할 수 있다. 또한, 스테인리스강 및 Ni 함유 합금의 용접 금속은, 상기 단면을 왕수로 부식시키고, 광학 현미경으로 검게 관찰되는 덴드라이트상, 셀상 등의 응고 조직을 함유하는 영역으로서 특정할 수 있다. 이와 같이 하여, 도 1 에 있어서의 모재의 용접 금속 (15A) 과, 합재의 용접 금속 (15B) 을 특정할 수 있다. 이렇게 하여 특정된 상기 단면에 있어서의 용접 금속의, 외표면에서의 원주 방향에 있어서의 폭 중앙 위치를, 먼저 결정한다. 그 외표면의 폭 중앙의 위치를 통과하는 외표면의 접선을 취하고, 그 접선 방향에 평행한 방향의 선분 길이를, 상기 용접 금속의 (i) ∼ (iii) 의 깊이 위치에서의, 용접 금속의 폭으로 하고, 그 폭 중앙으로부터 상기 접선 방향과 평행한 방향으로, 0.3 ㎜ 떨어진 장소를 상기 용접 금속의 (i) ∼ (iii) 의 위치로 하여, 반경 0.1 ㎜ 의 원형 단면을 결정한다.
또한, 탄소강 및 저합금강의 용접 금속은, 상기 단면을 피크르산으로 부식시킴으로써 메탈 플로우를 현출하고, 그 편석선이 관찰되지 않는 영역으로도 특정할 수 있다. 스테인리스강 및 Ni 함유 합금의 용접 금속도, 동일하게, 메탈 플로우를 현출시켰을 경우에 편석선이 관찰되지 않는 영역으로서 특정할 수 있다.
또한, 「응고 조직」 이란, 용접시에 일단 용해되고, 그 후 냉각됨으로써, 모재와는 완전히 상이한 조직을 나타낸 부분으로, 상기의 관찰 방법에 의해, 용이하게 판별할 수 있다.
본 발명에 있어서, 응고 조직이 포함되는지 여부의 판정은, 광학 현미경에 의해 소정의 영역을 400 배로 촬영한 화상에 기초하여 실시하였다.
또한, 본 발명에 있어서는, 다음의 (A) 및 (B) 의 어느 일방의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
(A) 상기 제 1 층이, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 외측에 배치되어 있고, 또한, 상기 (i) 및 (ii) 의 위치에 있어서의 금속 조직이, 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률이 90 ％ 이상, 페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 금속 조직이다.
(B) 상기 제 1 층이, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내측에 배치되어 있고, 또한, 상기 (ii) 및 (iii) 의 위치에 있어서의 금속 조직이, 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률이 90 ％ 이상, 페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 금속 조직이다.
상기 조건은, 판 두께 중앙 위치인 (ii) 의 위치에 더하여, (i) ∼ (iii) 의 위치 중, 저탄소강 및 저합금강으로 이루어지는 제 1 층이 배치되어 있는 측의 위치에 있어서의 금속 조직을 규정하는 것이다.
페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률 : 90 ％ 이상
상기 위치에 있어서의 금속 조직을, 페라이트 및 베이나이트를 주체로 함으로써, 용접부에 있어서도, 강도, 인성, 연성이 우수한 강관을 얻을 수 있다. 한편, 상기 합계 면적률의 상한은 특별히 한정되지 않고, 100 ％ 여도 된다.
페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하
페라이트 및 베이나이트의 평균 입경을 15 ㎛ 이하로 함으로써, 용접부의 강도, 인성이 우수한 강관을 얻을 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는 12 ㎛ 이하이다. 한편, 상기 평균 입경의 하한치는 특별히 한정되지 않지만, 공업적으로는 0.5 ㎛ 이상이다.
[제조 방법]
상기와 같은 본 발명의 제 1 실시형태의 클래드 강관은, 이하에 설명하는 특정 조건하에서의 전봉 용접에 의해 제조할 수 있다.
도 2 를 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 의한 클래드 강관의 제조 공정을 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 클래드 강관의 제조는, 이하의 스텝을 포함한다. 먼저, 열연 코일로 된 클래드 강대 (10) 를 언코일러 (30) 로 연속적으로 풀어낸다. 계속해서, 풀어낸 클래드 강대 (10) 의 폭 방향 양단부에 개선 가공기 (40) 로 개선 가공을 실시한다. 계속해서, 롤 성형기 (50) 로 클래드 강대 (10) 를 관상으로 성형한다. 계속해서, 맞댐부 (피용접부) 가 되는 상기 폭 방향 양단부를, 고주파 가열 장치 (60) 로 융점 이상으로 가열하면서, 스퀴즈 롤 (70) 로 맞댐 가압함으로써, 전봉 용접하여, 전봉 용접 클래드 강관 (20) 을 얻는다. 이 때, 실드 가스 분사 장치 (80) 에 의해, 맞댐부에 가스 실드를 실시한다. 계속해서, 비드 절삭기 (90) 로 용접부의 외면 및 내면의 용접 비드를 절삭한다. 그 후, 전봉 용접 클래드 강관 (20) 을 절단기 (96) 로 소정의 길이로 절단한다.
고주파 가열 장치 (60) 는, 직접 통전 가열식 또는 유도 가열식의 장치의 어느 것이어도 된다. 또한, 고주파 전류의 통전 부분을 포함하는 통대 방향 범위 내의 관의 내면측에, 도시하지 않은 인피더를 장입 (裝入) 하여 전봉 용접을 실시하는 경우도 있다.
본 실시형태는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 모재로 이루어지는 제 1 층 (11) 과, 합재로 이루어지는 제 2 층 (12) 이 압착되어 이루어지는 클래드 강대 (10) 를 사용하여, 합재인 제 2 층 (12) 을 내층, 모재인 제 1 층 (11) 을 외층으로 하여, 전봉 용접을 실시하는 예를 나타낸다.
(개선 가공)
본 실시형태에서는, 클래드 강대의 폭 방향 양단부에 개선 가공을 실시하여 개선을 형성한다. 상기 개선 가공에 대하여, 도 3(A) 를 참조하여 이하, 설명한다.
상기 개선 가공에서는, 클래드 강대 (10) 의 폭 방향 양단부를 제 2 층 (12) 측으로부터 압입 가공한다. 형성되는 개선은, 도 3(A) 에 나타내는 바와 같은 Y 형 개선으로, 하기 (i) ∼ (iv) 의 조건을 만족한다.
(i) 제 2 층 (12) 과 제 1 층 (11) 의 계면인 클래드 계면 (13) 이, 제 2 층측으로부터 클래드 강대의 두께 중심측을 향하고 있다.
(ii) 제 2 층측에 있어서의 베벨 각도 (θ1) 가 10°이상 50°이하이다.
(iii) 개선 깊이 (d1) 가 클래드 강대의 두께 (t) 의 10 ％ 이상 45 ％ 이하이다.
(iv) 하기 (1) 식으로 정의되는 투영 클래드 비율 (R1) 이 25 ％ 이상 50 ％ 이하이다.
R1 = (tc1 * ＋ d1)/t × 100 (％)···(1)
여기서, R1 : 투영 클래드 비율
tc1 * : 루트면에 있어서의 상기 제 2 층의 두께 (㎜)
d1 : 제 2 층측의 개선 깊이 (㎜)
t : 상기 클래드 강대의 두께 (㎜)
여기서는, 클래드 강대 (10) 의 폭 방향 양단부의 제 2 층측 모서리부를 잘라내어 Y 형 개선으로 하는 것이 아니라, 클래드 강대 (10) 의 폭 방향 양단부를 제 2 층 (12) 측으로부터 압입 가공하는 것이 중요하다. 그 결과, 클래드 계면 (13) 이 제 2 층측으로부터 클래드 강대의 두께 중심측으로 압입된다. 거기에 더하여, 베벨 각도 (θ1), 개선 깊이 (d1), 및 투영 클래드 비율 (R1) 을 상기의 범위로 한다. 이에 의해, 전봉 용접 후에, 모재의 용융 강 및 열 영향부가 합재의 용접 시임부에 침입하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 용접부에서 모재가 강관의 합재측 표면 (본 실시형태에서는 내면) 에 노출되지 않고, 용접부의 내면 비드를 절삭한 후에, 용접부를 포함하여 전체면에 걸쳐 합재로 피복된 내면을 갖는 전봉 용접 클래드 강관을 얻을 수 있다.
또한, 상기 개선 형상에는 전류가 집중되는 모서리부가 존재하지 않기 때문에, 피용접부 전체의 온도 분포가 균일화된다. 그리고 그 결과, 용접부로부터 페니트레이터의 배출이 촉진되고, 결과적으로 용접부의 인성 및 강도의 저하를 방지할 수 있다.
베벨 각도 (θ1) 가 10°미만인 경우, 피용접부 전체의 온도 분포의 균일성을 유지할 수 없게 되고, 결과적으로 페니트레이터의 배출이 불충분해지기 쉬워지기 때문에, 용접부의 인성, 강도 등의 특성이 불충분해진다.
한편, 베벨 각도 (θ1) 가 50°초과인 경우, 모재의 용융 강 및 열 영향부가 합재의 용접 시임부에 침입하는 것을 억제하는 효과가 불충분해져, 용접부에서 모재가 강관의 합재측 표면에 노출되는 경향이 높아진다.
개선 깊이 (d1) 가 클래드 강대의 두께 (t) 의 10 ％ 미만인 경우, 모재의 용융 강 및 열 영향부가 합재의 용접 시임부에 침입하는 것을 억제하는 효과가 불충분해져, 용접부에서 모재가 강관의 합재측 표면에 노출되는 경향이 높아진다.
한편, 개선 깊이 (d1) 가 클래드 강대의 두께 (t) 의 45 ％ 초과인 경우, 용접부의 조성이 합재의 조성에 가까운 고합금 조성이 되기 때문에, 용접부의 인성, 강도 등의 특성이 불충분해진다.
또한, 모재가 합재측 표면에 노출되지 않는 것과, 용접부의 특성을 저하시키지 않는 것을 보다 높은 레벨로 양립하는 관점에서, 베벨 각도 (θ1) 는 15°이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 베벨 각도 (θ1) 는 35°이하로 하는 것이 바람직하다. 개선 깊이 (d1) 는 클래드 강대의 두께 (t) 의 15 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 개선 깊이 (d1) 는 35 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
더하여, 본 실시형태에서는, 상기 (1) 식으로 정의되는 투영 클래드 비율 (R1) 을 25 ％ 이상 50 ％ 이하로 하는 것도 매우 중요하다. 투영 클래드 비율 (R1) 이 25 ％ 미만인 경우, 모재의 용융 강 및 열 영향부가 합재의 용접 시임부에 침입하는 것을 억제하는 효과가 불충분해져, 용접부에서 모재가 강관의 합재측 표면에 노출된다. 또한, 투영 클래드 비율 (R1) 이 50 ％ 초과인 경우, 즉 Y 형 개선의 루트면에 있어서의 클래드 계면의 위치가 클래드 강대 (10) 의 육후 중앙보다 모재측이 되면, 전봉 용접 후의 용접 시임 (14) 의 대부분이 합재인 고합금 조성의 금속을 전봉 용접한 용접 시임이 되기 때문에, 용접부의 인성, 강도 등의 특성이 저하한다.
이상의 조건을 모두 만족하는 개선 형상으로 함으로써, 용융된 모재가 합재측의 표면에 노출되는 것을 억제할 수 있음과 함께, 용접부의 기계적 특성을 개선할 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 개선 가공은, 예를 들어 도 4 에 나타내는 바와 같은 구성의 개선 가공기 (40) 를 사용하여 실시할 수 있다. 개선 가공기 (40) 는, 주행하는 클래드 강대 (10) 에 연속적으로 가공이 가능한 압연식 개선 가공기로, 상측 사이드 롤 (42) 및 하측 사이드 롤 (44) 이 각각 좌우 1 쌍으로 배치되어 있다. 도 4 와 같이, 상측 사이드 롤 (42) 이, 상측을 향하여 테이퍼상으로 대직경이 된 압연부 (42A) 를 가짐으로써, 클래드 강대 (10) 의 폭 방향 양단부를 Y 형 개선으로 할 수 있다.
압연부 (42A) 의 테이퍼 형상을 변경함으로써, 클래드 강대의 폭 방향 단부의 개선 형상을 원하는 형상으로 할 수 있다. 또한, 도 3(A) 에 나타낸 바와 같이, 투영 클래드 비율 (R1) 은, 클래드 강대 (10) 에 있어서의 제 1 층 (모재) 의 두께 (tm) 와 제 2 층 (합재) 의 두께 (tc1) 의 비와, 압입 가공에 의한 개선 형상에 의존하는 것이다. 따라서, 상기 비를 적절히 선택하고, 또한, 압연부 (42A, 44A) 의 테이퍼 형상을 변경하여 적절한 개선 형상으로 함으로써, 투영 클래드 비율 (R1) 을 원하는 값으로 할 수 있다.
(가스 실드)
계속해서, 도 5(A), (C) 에 나타내는 바와 같이, 클래드 강대 (10) 를 관상으로 성형하여 소관 (오픈관) (16) 으로 한다. 그리고, 소관의 대향하는 1 쌍의 맞댐부 (피용접부) (17) 에 가스 실드를 실시하면서, 1 쌍의 맞댐부 (17) 를 맞댐 가압하고, 전봉 용접하여, 전봉 용접 클래드 강관 (20) 을 얻는다.
도 5(A) 에 있어서, 부호 18 은 소관의 맞댐부 가열 기점, 부호 19 는 피용접부 (17) 가 접합하는 통관 방향 위치를 가리키는 용접점이다. 본 실시형태에서는, 전봉 용접시, 가열 기점 (18) 부터 용접점 (19) 까지의 통관 방향 범위의 전역, 혹은 당해 범위 내의, 피용접부에 산화물이 생성되기 쉬운 구역 (이 구역은 예비 조사에 의해 특정할 수 있다) 을 실드 범위라고 하고, 그 실드 범위에 있어서, 피용접부 (17) 의 바로 위의 위치에 실드 가스 분사 노즐 (81) (이하, 간단히 「노즐」 이라고도 한다) 을 배치한다.
노즐 (81) 은, 도 5(B) 및 도 6(A), (D) 에 나타내는 바와 같이, 소관의 맞댐 방향 (Y) 에 대하여 3 층으로 분할한 것으로 한다. 또한, 도 6(B), (C) 에 나타내는 바와 같이, 소관의 맞댐 방향 (Y) 에 대하여 4 층 이상으로 분할한 것이어도 된다. 즉, 노즐 (81) 은, 소관의 맞댐 방향 (Y) 에 인접하여 병치된 3 개 이상의 분할 노즐을 갖고, 이들은, 양단에 위치하는 1 쌍의 제 1 분할 노즐 (84A) 과, 나머지의 제 2 분할 노즐 (84B) 로 이루어진다. 각 분할 노즐은, 내부가 중공으로 구획되어 있고, 서로 독립된 가스 유로를 이룬다. 각 분할 노즐 (84A, 84B) 에는, 각각 대응하는 가스 배관 (82) 으로부터 실드 가스가 공급되고, 그 공급량은 가스 흐름 조정기 (83) 로 제어된다. 1 쌍의 제 1 분할 노즐 (84A) 의 선단은, 슬릿상의 제 1 가스 방출구 (85A) 를 구획하고, 제 2 분할 노즐 (84B) 의 선단은, 슬릿상의 제 2 가스 방출구 (85B) 를 구획한다. 노즐 (81) 은, 그 가스 방출구 (85A, 85B) 를 피용접부 (17) 상단과 정면으로 대향하도록 배위하여, 배치된다.
본 발명자들은 실드 가스의 흐름에 대하여 상세하게 관찰하였다. 또한, 가스 방출구 (85A, 85B) 의 위치나 치수, 가스 방출구 (85A, 85B) 에서의 실드 가스의 유속 등의, 다양한 실드 가스의 분사 조건이, 전봉 용접시의 피용접부 (17) 의 산소 농도와, 그 피용접부를 전봉 용접하여 이루어지는 용접부에 있어서의 산화물의 면적률에 미치는 영향을 상세하게 조사하였다.
그 결과, 실드 가스의 분사 조건을 최적으로 함으로써, 피용접부의 산소 농도가 0.01 질량％ 이하가 되고, 그 결과, 용접부의 산화물 면적률이 0.1 ％ 미만이 되어, 파단 특성이 우수한 용접부가 얻어지는 것을 발견하였다. 여기서, 용접부의 산화물 면적률이란, 다음과 같이 정의된다. 즉, 전봉 용접부의 샤르피 충격 시험을 실시함으로써 얻어지는 파면을 전자 현미경에 의해 배율 500 배 이상으로 적어도 10 시야 관찰하여, 그 파면 내에 관찰되는 산화물을 포함한 딤플 파면 부분을 선별하여, 그 총면적을 측정하고, 이것의 시야 총면적에 대한 비율을 산화물 면적률로 하였다.
상기 발견한 최적 조건은, 피용접부 (17) 상단으로부터 가스 방출구 (85A, 85B) 까지의 높이인 노즐 높이 (H) 가 5 ㎜ 이상 300 ㎜ 이하 (도 5(C) 참조) 이고, 또한, 양단에 위치하는 1 쌍의 제 1 가스 방출구 (85A) 로부터의 가스 방출 유속을 A (m/s) 라고 하고, 나머지의 제 2 가스 방출구 (85B) 로부터의 가스 방출 유속을 B (m/s) 라고 했을 때, B 가 0.5 ∼ 50 m/s 이고, 또한, 0.010 ≤ B/A ≤ 10 을 만족하는 조건하에서 실드 가스를 분사하는 것이다. 게다가, 상기 개선 가공 조건에 더하여, 이들 가스 실드 조건을 채용하는 것에 의해, 용접부의 폭을 충분히 좁은 것으로 하고, 상기 (i) ∼ (iii) 의 각 위치에 응고 조직을 함유하지 않는 클래드 강관이 얻어지는 것을 본 발명자들은 알아냈다.
상기 노즐 높이 (H) 가 300 ㎜ 를 초과하면, 실드 가스가 충분히 피용접부 (17) 에 도달하지 않기 때문에, 피용접부 (17) 의 산소 농도가 0.01 질량％ 이하가 되지 않아, 파단 특성이 우수한 용접부가 얻어지지 않는다. 한편, 상기 노즐 높이 (H) 가 5 ㎜ 를 하회하면, 가열되어 있는 피용접부 (17) 로부터의 복사열로 가스 방출구 (85A, 85B) 가 손상되기 쉽고, 또한 피용접부 (17) 에서 발생한 스퍼터가 충돌하여 노즐 (81) 의 내구성이 열화한다.
유속 (B) 이 지나치게 작으면, 실드 가스는 주위로 확산되어, 피용접부 (17) 의 가스 실드가 불충분해지기 때문에, 피용접부 (17) 의 산소 농도가 0.01 질량％ 이하가 되지 않아, 파단 특성이 우수한 용접부가 얻어지지 않는다. 한편, 유속 (B) 이 지나치게 크면, 실드 가스의 힘이 지나치게 강해져, 피용접부 (17) 의 단면 사이로의 대기의 끌어들임을 일으키게 된다. 따라서, 상기 유속 (B) 은 0.5 ∼ 50 m/s 가 적정 범위이다. 또한, 중앙의 제 2 가스 방출구 (85B) 가 복수 있는 경우 (예를 들어 도 3(B), (C) 등), 각각의 제 2 가스 방출구에서의 유속 (B) 은 반드시 동일한 값일 필요는 없고, 상기 적정 범위 내인 한, 서로 상이한 값이어도 상관없다.
그러나, 유속 (B) 을 상기 적정 범위로 유지했다고 해도, 유속 (B) 과 유속 (A) 의 비인 가스 유속비 (B/A) 가 부적정하면, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 대기의 끌어들임 (87) 이 발생하게 된다.
즉, 도 7(A) 에 나타내는 바와 같이, B/A ＜ 0.010 의 경우에는, 양단의 제 1 가스 방출구 (85A) 로부터의 가스 흐름이 지나치게 강하고, 또한 중앙의 제 2 가스 방출구 (85B) 로부터의 가스 흐름이 지나치게 약하기 때문에, 양단의 제 1 가스 방출구 (85A) 로부터의 가스 흐름이 소관 (16) 의 외면에서 반사하여 상방으로 편향되고, 그 반사 영역에 있어서의 가스 유속이 영에 가까워져, 소관 (16) 의 외면을 따라 대기 끌어들임 (87) 이 발생한다. 그 결과, 피용접부 (17) 의 산소 농도를 충분히 저감시킬 수 없어, 파단 특성이 우수한 용접부가 얻어지지 않는다.
한편, 도 7(C) 에 나타내는 바와 같이, B/A ＞ 10 의 경우에는, 중앙의 제 2 가스 방출구 (85B) 로부터의 가스 흐름이 지나치게 강하고, 또한 양단의 제 1 가스 방출구 (85A) 로부터의 가스 흐름이 지나치게 약하기 때문에, 중앙의 제 2 가스 방출구 (85B) 로부터의 가스 흐름에 의해 대기가 피용접부 (17) 의 단면 사이에 끌려 들어가, 대기 끌어들임 (87) 을 초래하기 쉽다. 그 결과, 피용접부 (17) 의 산소 농도를 충분히 저감시킬 수 없어, 파단 특성이 우수한 용접부가 얻어지지 않는다.
이들에 반하여, 도 7(B) 에 나타내는 바와 같이, 0.010 ≤ B/A ≤ 10 으로 함으로써, 피용접부 (17) 의 단면 사이에 실드 가스 (86) 가 과부족 없이 충만하고, 대기 끌어들임도 없다. 그 결과, 피용접부 (17) 의 산소 농도가 0.01 질량％ 이하가 되어, 파단 특성이 우수한 용접부가 얻어진다. 중앙의 제 2 가스 방출구 (85B) 가 다수 있고, 각각의 제 2 가스 방출구에서의 유속을 서로 상이한 값으로 했을 경우, 그 중 최대의 유속을 「유속 (B)」 로서 계산한 B/A 가, 상기 조건을 만족하면 된다.
도 8 은, 일례로서, 노즐 높이 (H) = 50 ㎜ 로 하고, 0.5 ≤ B ≤ 50 의 적정 범위 하에서 가스 유속비 (B/A) 를 다양하게 바꾸어, 피용접부 (17) 에 실드 가스 (86) 를 분사하고, 피용접부 (17) 의 단면 사이의 중간 위치에서 산소 농도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 관 외면측의 모재는, 두께 16 ㎜ 의 저탄소 저합금강이고, 관 내면측의 합재는, 두께 4 ㎜ 의 오스테나이트계 스테인리스강 (SUS316L) 인 스테인리스 클래드 강대를 사용하였다.
도 8 로부터, 0.5 ≤ B ≤ 50 의 적정 범위하에서, 가스 유속비 (B/A) 를 0.010 ≤ B/A ≤ 10 으로 함으로써, 피용접부의 산소 농도 0.01 질량％ 이하를 큰 여유를 갖고 (즉 확실하게) 클리어할 수 있다. 또한, 도 8 로부터, 0.03 ≤ B/A ≤ 5 로 하면, 더욱 낮은 산소 농도 레벨인 0.001 ∼ 0.0001 질량％ 를 달성할 수 있어 바람직하다.
이 결과에 대해서는, 노즐 높이 (H) 등 다른 조건이 바뀌어도 동일한 것을 확인하였다.
도 9 는, 피용접부의 산소 농도와 클래드 강관의 90°편평 시험에 있어서의 편평치 h/D 의 관계를 나타내는 그래프이다. 상기 그래프에 나타낸 데이터는, 이하의 순서로 얻었다. 먼저, 다양한 피용접부의 산소 농도로 스테인리스 클래드 강대를 전봉 용접하여, 전봉 용접 스테인리스 클래드 강관을 제조하였다. 상기 스테인리스 클래드 강대로는, 모재로서의 저탄소 저합금강으로 이루어지는 두께 5 ㎜ 의 제 1 층과, 합재로서의 오스테나이트계 스테인리스강 (SUS316L) 으로 이루어지는 두께 2 ㎜ 의 제 2 층으로 이루어지는 클래드 강대를 사용하였다. 상기 전봉 용접 스테인리스 클래드 강관은, 상기 제 1 층이 관 외면측, 상기 제 2 층이 관 내면측이 되도록 제조하였다. 상기 전봉 용접에 있어서는, 도 15(A) 에 나타내는 바와 같은 모재의 관 내면으로의 노출이 발생하지 않도록, 업셋량을 스테인리스 클래드 강대의 판 두께 이하인 1.0 ㎜ 로 하였다. 이어서, 얻어진 전봉 용접 스테인리스 클래드 강관으로부터, 길이 50 ㎜ 의 시험편을 채취하고, JIS G 3445 의 규정에 준거한 90°편평 시험을 실시하여, 편평치 h/D 를 구하였다.
그 결과, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 피용접부의 산소 농도가 0.01 질량％ 이하인 분위기하에서 제조된 전봉 용접 스테인리스 클래드 강관은, 90°편평 시험에 있어서의 편평치 h/D (h : 편평 균열 높이, D : 관 외경) 이 0.3 미만이 되어, 파단 특성이 우수한 용접부를 갖는 것이 분명해졌다.
그런데, 가스 방출구 (85A, 85B) 를 전체층 합병한 형상에 대해서는, 치수의 통관 방향 (X) 성분인 길이가 30 ㎜ 이상, 치수의 소관 맞댐 방향 (Y) 성분인 폭 (도 5(C) 에 있어서의 합계 폭 (R)) 이 5 ㎜ 이상인 사각형상으로 하면, 피용접부 (17) 로의 가스 분사를 보다 균일하게 할 수 있어 바람직하다.
또한, 도 5(C) 에 나타내는 바와 같이, 모든 상기 가스 방출구 (85A, 85B) 의 합계 폭 (R) 은, 상기 가스 방출구의 바로 아래에 있어서의 상기 소관의 맞댐부의 최대 간격 (W) 에 대하여, R/W ＞ 1.0 의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 피용접부 (17) 의 산소 농도를 보다 신속하게 저감시킬 수 있기 때문이다.
본 실시형태에 있어서, 실드 가스는, 불활성 가스 및 환원성 가스의 적어도 1 종으로 이루어진다.
여기서 말하는 불활성 가스란, 질소 가스, 헬륨 가스, 아르곤 가스, 네온 가스, 크세논 가스 등, 혹은 이들의 2 종 이상을 혼합하여 이루어지는 혼합 가스 등을 의미한다.
실드 가스로서, 환원성 가스를 0.1 질량％ 이상 함유하는 가스를 사용하면, 페니트레이터의 원인이 되는 산화물의 생성을 억제하는 효과가 보다 강해져, 용접부의 인성 또는 강도를 보다 크게 향상시킬 수 있어 바람직하다. 여기서 말하는 환원성 가스란, 수소 가스, 일산화탄소 가스, 메탄 가스, 프로판 가스 등, 혹은 이들의 2 종 이상을 혼합하여 이루어지는 혼합 가스를 의미한다. 또한, 환원성 가스를 0.1 질량％ 이상 함유하는 가스로는, 환원성 가스로만 이루어지는 조성, 또는, 환원성 가스 : 0.1 질량％ 이상을 함유하고, 잔부가 불활성 가스로 이루어지는 조성의 것이 바람직하다.
또한, 입수 용이성 및 저가성의 점에서는, 실드 가스로서 다음의 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
(가) 불활성 가스 단독 사용의 경우 : (G1) 질소 가스, 헬륨 가스, 아르곤 가스의 어느 1 종, 또는 이들 2 종 이상의 혼합 가스
(나) 환원성 가스 단독 사용의 경우 : (G2) 수소 가스, 일산화탄소 가스의 어느 1 종, 또는 이들 2 종의 혼합 가스
(다) 불활성 가스와 환원성 가스의 혼합 가스 사용의 경우 : 상기 (G1) 과 (G2) 의 혼합 가스
또한, 특히, 수소 가스 및/또는 일산화탄소 가스를 포함하는 가스를 사용하는 경우, 실수가 없도록 안전 대책을 세워야 하는 것은 말할 필요도 없다.
이상과 같이 실드 가스 조건을 제어함으로써, 용접부의 산소 농도를 현격히 저감시킬 수 있고, 그 결과, 페니트레이터의 생성을 억제할 수 있다.
(업셋량)
상기한 바와 같이, 본 발명에 있어서는 페니트레이터의 생성이 억제되어 있기 때문에, 업셋량을 과대로 할 필요가 없다. 그래서, 본 실시형태에 있어서는, 업셋량을 클래드 강대의 두께 (t) 이하로 한다. 이에 의해, 용접부에서 모재가 강관의 합재측 표면에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 업셋량의 하한에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 확실하게 용접을 실시함과 함께, 약간 생성되는 페니트레이터를 배출한다는 관점에서는, 업셋량을 클래드 강대의 두께의 20 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 스퀴즈 롤에 의한 업셋량은, 스퀴즈 롤보다 앞쪽의 관의 외주 길이를 측정한 후, 스퀴즈 롤에 의해 용접하여 외면의 용접 비드부를 절삭한 후의 관의 외주 길이를 측정하여, 양자의 차를 계산함으로써 구한다.
상기와 같이 개선 가공, 실드 가스, 및 업셋량의 각 조건의 조합을 제어함으로써, 모재가 합재측의 표면에 노출되는 것을 완전하게 방지할 수 있다. 그 때문에, 종래 기술과 같이, 육성 용접이나 용융·응고 처리 등의 후처리를 실시하지 않고, 내식성 등의 성능이 우수한 전봉 용접 클래드 강관을 얻을 수 있다. 또한, 응고 조직이 형성되어 있는 영역을 현저하게 저감시켜, 상기 서술한 (i) ∼ (iii) 의 위치에 응고 조직이 존재하지 않는 전봉 용접 클래드 강관을 제조할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 합재인 제 2 층 (12) 을 내층, 모재인 제 1 층 (11) 을 외층으로 하여, 클래드 강관을 제조하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 합재인 제 2 층을 외층, 모재인 제 1 층을 내층으로 해도 된다. 이 경우에도, 합재인 제 2 층측으로부터 압입 가공하여 Y 형 개선으로 함으로써, 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
[용접 후 열 처리]
본 발명의 일 실시형태에 있어서는, 상기 전봉 용접 후, 추가로, 전봉 용접 클래드 강관을 열 처리하고, 이어서 냉각시킬 수 있다.
상기 열 처리는, 이하의 조건으로 실시한다.
· 상기 전봉 용접 클래드 강관의 합재측 표면에 있어서의 가열 온도 : 750 ∼ 1250 ℃,
· 상기 전봉 용접 클래드 강관의 합재측 표면에 있어서의 상기 가열 온도에서의 유지 시간 : 10 초 이상,
· 상기 전봉 용접 클래드 강관의 모재측 표면에 있어서의 가열 온도 : 750 ∼ 1200 ℃, 및
· 상기 전봉 용접 클래드 강관의 모재측 표면에 있어서의 상기 가열 온도에서의 유지 시간 : 10 초 이상.
또한, 상기 냉각은, 이하의 조건으로 실시한다.
· 상기 전봉 용접 클래드 강관의 합재측 표면에 있어서의, 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도 : 4 ∼ 100 ℃/sec,
· 상기 전봉 용접 클래드 강관의 모재측 표면에 있어서의 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도 : 8 ∼ 70 ℃/sec.
· 합재측의 조건
합재의 가열 온도가 750 ℃ 미만에서는 예민화에 의해 내식성이 저하한다. 한편, 1250 ℃ 초과에서는 결정립이 조대화하여, 그 후의 냉각 과정에 있어서 예민화하기 쉬워진다. 또한, 유지 시간 10 초 미만에서는, 가열 과정에서의 예민화가 해소되지 않는다. 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도가 4 ℃/sec 미만에서는 냉각 과정에서 예민화하여, 내식성이 저하한다. 한편, 상기 평균 냉각 속도가 100 ℃/sec 초과에서는 급속 냉각에 의해 발생하는 변형에 의해 응력 부식 균열 감수성이 높아진다.
· 모재측의 조건
모재의 가열 온도가 750 ℃ 미만, 유지 시간이 10 초 미만에서는 용접부 조직이 건전화하지 않고, 가공성, 인성이 부족하다. 한편, 모재의 가열 온도가 1200 ℃ 초과에서는 결정립이 조대화하고, 인성이 저하한다. 모재의 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도가 8 ℃/sec 미만에서는, 페라이트-펄라이트의 생성에 의해 강도가 부족하다. 한편, 상기 평균 냉각 속도가 70 ℃/sec 초과에서는 마텐자이트의 생성에 의해 인성이 부족하다.
이상의 조건으로 열 처리와 냉각을 실시함으로써, 용접부 근방의 모재 조직을 페라이트 및 베이나이트 주체의 조직으로 함과 함께, 페라이트와 베이나이트의 평균 입경을 15 ㎛ 이하로 할 수 있고, 그 결과, 용접부의 인성을 더욱 향상시킬 수 있다.
(제 2 실시형태)
다음으로, 전봉 용접 클래드 강관이 3 층 클래드 강관인 경우에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서 특별히 언급되지 않는 사항에 대해서는, 본 제 2 실시형태에 있어서도 상기 제 1 실시형태와 동일하게 할 수 있다.
[전봉 용접 클래드 강관]
도 10 을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 전봉 용접 클래드 강관 (20) 을 설명한다. 본 실시형태의 전봉 용접 클래드 강관 (20) 은, 모재로 이루어지는 제 1 층 (11) 과, 상기 제 1 층의 일방의 면에 적층된 제 2 층 (12A) 과, 상기 제 1 층의 타방의 면에 적층된 제 3 층 (12B) 으로 이루어지는 3 층의 전봉 용접 클래드 강관 (이하, 간단히 「클래드 강관」 이라고 하는 경우가 있다) 이다.
본 실시형태에 있어서도, 상기 모재 및 상기 합재로서, 상기 제 1 실시형태와 동일한 재료를 사용할 수 있다. 제 2 층을 구성하는 합재와, 제 3 층을 구성하는 합재는, 동일해도 되고, 상이해도 된다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 제 2 층을 구성하는 합재를 「제 1 합재」, 제 3 층을 구성하는 합재를 「제 2 합재」 라고 칭하는 경우가 있다.
본 실시형태에 있어서의 전봉 용접 클래드 강관에서는, 기계적 특성이 우수함과 함께 비교적 저렴한 탄소강 또는 저합금강을 모재로서 사용하는 한편으로, 내표면 및 외표면을 내식성이 우수한 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 구성하고 있다. 그 때문에, 상기 클래드 강관은, 모재에서 유래하는 강도 등의 특성과, 합재에서 유래하는 내식성을 겸비하고 있다. 또한, 내면과 외면의 양방이 내식성이 높은 재료로 구성되어 있기 때문에, 그 클래드 강관의 내부를 부식성이 높은 유체가 흐르는 경우 뿐만 아니라, 부식성 분위기 중에서 그 클래드 강관이 사용되는 것과 같은 경우에도 우수한 내식성을 발휘할 수 있다.
(모재의 노출)
본 실시형태의 클래드 강관은, 용접부에 있어서 모재가 내표면 및 외표면의 어느 것에도 노출되어 있지 않은 것을 특징으로 한다. 도 15(B) 에 나타낸 바와 같이 모재가 강관의 표면에 노출되면, 그 노출부에 있어서의 내식성 등의 특성이 저하하기 때문에, 클래드 강관임에도 불구하고, 본래 기대되어야 하는 성능을 발휘할 수 없다. 이에 반하여, 본 발명에서는, 모재가 표면에 노출되어 있지 않기 때문에, 클래드 강관으로서의 기능이 손상되는 경우가 없다.
(응고 조직)
본 실시형태의 클래드 강관은, 제 1 실시형태에 있어서의 클래드 강관과 동일하게, 다음의 (i) ∼ (iii) 의 위치를 중심으로 한, 관 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 반경 0.1 ㎜ 의 원형 단면의 각각에 응고 조직을 함유하지 않는다.
(i) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 외표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
(ii) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 두께 방향에 있어서의 중앙의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
(iii) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
상기 (i) ∼ (iii) 에 대응하는 위치를 도 10 에 나타낸다. 전봉 용접 클래드 강관 (20) 의 용접부에는, 전봉 용접에 의해 형성된 용접 금속 (15A, 15B) 이 존재한다. (i) ∼ (iii) 은 각각, 용접부에 있어서의 클래드 강관의 외표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치, 클래드 강관의 두께 방향에 있어서의 중앙 (1/2t) 의 위치, 및 클래드 강관의 내표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치에 대응한다. 그리고, 상기 (i) ∼ (iii) 은, 각각의 깊이 위치에서 상기 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙 (14A) 으로부터, L 로 나타낸 바와 같이 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 떨어진 위치이다. 또한, 도 10 은, 본 발명을 설명하기 위한 모식도로, 실제의 치수 비율에 기초하고 있지 않다.
그리고, 본 발명은, 상기 (i) ∼ (iii) 의 위치를 중심으로 한, 관 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 반경 0.1 ㎜ 의 원형 단면 (C) 의 각각에 응고 조직을 함유하지 않는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이, 용접 금속의 폭 방향 중심 (14A) 으로부터 0.3 ㎜ 로 가까운 위치에 있어서 응고 조직이 존재하지 않는다는 것은, 용접에 의해 특성이 열화한 부위의 폭이 매우 좁게 억제되어 있는 것을 의미한다. 따라서, 상기 조건을 만족하는 클래드 강관은, 우수한 인성 등의 기계적 특성을 갖는다.
또한, 도 10 에서는, 관 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의, 용접 금속의 일방 (도면 중의 우측) 에만 상기 (i) ∼ (iii) 의 위치를 나타내고 있지만, 실제로는, 용접 금속을 사이에 둔 반대측 (도면 중의 좌측) 에도 대응하는 위치가 존재한다. 본 발명에 있어서는, 적어도 일방의 측에 있어서 상기 조건을 만족할 필요가 있고, 양측에 있어서 상기 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 그러나, 일반적인 용접 조건에 있어서는, 용접에 의한 영향이 좌우 대칭으로 나타나기 때문에, 용접 금속의 일방의 측에서 본원 발명의 조건을 만족하고 있으면, 반대의 측에 있어서도 동일한 조건을 만족하고 있다고 볼 수 있다.
본 실시형태에 있어서도, 용접 금속의 특정과, 응고 조직이 포함되는지 여부의 판정은, 상기 제 1 실시형태와 동일한 방법으로 실시할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 (ii) 의 위치에 있어서의 금속 조직이, 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률이 90 ％ 이상, 또한, 페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 금속 조직인 것이 바람직하다. 상기 조건은, 판 두께 중앙 위치인 (ii) 의 위치에 있어서의 금속 조직을 규정하는 것이다.
페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률 : 90 ％ 이상
상기 위치에 있어서의 금속 조직을, 페라이트 및 베이나이트를 주체로 함으로써, 용접부에 있어서도, 강도, 인성, 연성이 우수한 강관을 얻을 수 있다. 한편, 상기 합계 면적률의 상한은 특별히 한정되지 않고, 100 ％ 여도 된다.
페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하
페라이트 및 베이나이트의 평균 입경을 15 ㎛ 이하로 함으로써, 용접부의 강도, 인성이 우수한 강관을 얻을 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는 12 ㎛ 이하이다. 한편, 상기 평균 입경의 하한치는 특별히 한정되지 않지만, 공업적으로는 0.5 ㎛ 이상이다.
[제조 방법]
상기와 같은 본 발명의 제 2 실시형태의 클래드 강관은, 이하에 설명하는 특정 조건하에서의 전봉 용접에 의해 제조할 수 있다.
본 제 2 실시형태에 있어서도, 상기 제 1 실시형태와 동일하게, 도 2 에 나타낸 바와 같은 설비를 사용하여, 전봉 용접 클래드 강관을 제조할 수 있다. 그 경우의 제조 공정에 대해서도, 상기 제 1 실시형태에 있어서 서술한 것과 동일하게 할 수 있다.
본 실시형태에서는, 도 11(A) 에 나타내는 바와 같이, 모재로 이루어지는 제 1 층 (11) 과, 제 1 층에 압착된 제 2 층 (12A) 과, 제 1 층에 압착된 제 3 층 (12B) 으로 이루어지는 클래드 강대 (10) 를 사용하여, 제 2 층 (12A) 이 내측, 제 3 층 (12B) 이 외측이 되도록 전봉 용접을 실시하는 예를 나타낸다.
(개선 가공)
본 실시형태에서는, 클래드 강대의 폭 방향 양단부에 개선 가공을 실시하여 개선을 형성한다. 상기 개선 가공에 대하여, 도 11(A) 를 참조하여 이하, 설명한다.
상기 개선 가공에서는, 클래드 강대 (10) 의 폭 방향 양단부를 제 2 층 (12A) 측 및 제 3 층 (12B) 측으로부터 압입 가공한다. 형성되는 개선은, 도 11(A) 에 나타내는 바와 같은 X 형 개선이고, 상기 제 1 실시형태와 동일한 하기 (i) ∼ (iv) 의 조건에 더하여, 추가로 하기 (v) ∼ (viii) 의 조건을 만족한다.
(i) 제 2 층 (12A) 과 제 1 층 (11) 의 계면인 클래드 계면 (13A) 이, 제 2 층측으로부터 클래드 강대의 두께 중심측을 향하고 있다.
(ii) 상기 제 2 층측에 있어서의 베벨 각도 (θ1) 가 10°이상 50°이하이다.
(iii) 개선 깊이 (d1) 가 클래드 강대의 두께 (t) 의 10 ％ 이상 45 ％ 이하이다.
(iv) 하기 (1) 식으로 정의되는 투영 클래드 비율 (R1) 이 25 ％ 이상 50 ％ 이하이다.
R1 = (tc1 * ＋ d1)/t × 100 (％)···(1)
여기서, R1 : 투영 클래드 비율 (제 2 층측)
tc1 * : 루트면에 있어서의 상기 제 2 층의 두께 (㎜)
d1 : 제 2 층측의 개선 깊이 (㎜)
t : 상기 클래드 강대의 두께 (㎜)
(v) 제 3 층 (12B) 과 제 1 층 (11) 의 클래드 계면 (13B) 이, 제 3 층측으로부터 상기 클래드 강대의 두께 중심측을 향하고 있다.
(vi) 제 3 층측에 있어서의 베벨 각도 (θ2) 가 10°이상 50°이하이다.
(vii) 개선 깊이 (d2) 가 상기 클래드 강대의 두께 (t) 의 10 ％ 이상 45 ％ 이하이다.
(viii) 하기 (2) 식으로 정의되는 투영 클래드 비율 (R2) 이 25 ％ 이상 50 ％ 이하이다.
R2 = (tc2 * ＋ d2)/t × 100 (％)···(2)
여기서, R2 : 투영 클래드 비율 (제 3 층측)
tc2 * : 루트면에 있어서의 상기 제 3 층의 두께 (㎜)
d2 : 제 3 층측의 개선 깊이 (㎜)
t : 상기 클래드 강대의 두께 (㎜)
여기서는, 클래드 강대 (10) 의 폭 방향 양단부의 제 2 층측 모서리부 및 제 3 층측 모서리부를 잘라 내어 X 형 개선으로 하는 것이 아니라, 클래드 강대 (10) 의 폭 방향 양단부를 제 2 층 (12A) 측 및 제 3 층 (12B) 측으로부터 압입 가공하는 것이 중요하다. 그 결과, 클래드 계면 (13A) 은 제 2 층측으로부터 클래드 강대의 두께 중심측으로 압입되고, 클래드 계면 (13B) 은 제 3 층측으로부터 클래드 강대의 두께 중심측으로 압입된다. 거기에 더하여, 베벨 각도 (θ1, θ2), 개선 깊이 (d1, d2), 및 투영 클래드 비율 (R1, R2) 을 상기의 범위로 한다. 이에 의해, 전봉 용접 후에, 모재의 용융 강 및 열 영향부가 제 1 합재 및 제 2 합재의 용접 시임부에 침입하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 용접부에서 모재가 강관의 내면 및 외면에 노출되지 않고, 용접부의 내면 비드를 절삭한 후에, 용접부를 포함하여 전체면에 걸쳐 합재로 피복된 내면 및 외면을 갖는 전봉 용접 클래드 강관을 얻을 수 있다.
또한, 상기 개선 형상에는 전류가 집중되는 모서리부가 존재하지 않기 때문에, 피용접부 전체의 온도 분포가 균일화된다. 그리고 그 결과, 용접부로부터 페니트레이터의 배출이 촉진되고, 결과적으로 용접부의 인성 및 강도의 저하를 방지할 수 있다.
베벨 각도 (θ1 또는 θ2) 가 10°미만인 경우, 피용접부 전체의 온도 분포의 균일성을 유지할 수 없게 되고, 결과적으로 페니트레이터의 배출이 불충분해지기 쉬워지기 때문에, 용접부의 인성, 강도 등의 특성이 불충분해진다.
한편, 베벨 각도 (θ1 또는 θ2) 가 50°초과인 경우, 모재의 용융 강 및 열 영향부가 합재의 용접 시임부에 침입하는 것을 억제하는 효과가 불충분해져, 용접부에서 모재가 강관의 내표면 및 외표면에 노출되는 경향이 높아진다.
개선 깊이 (d1 또는 d2) 가 클래드 강대의 두께 (t) 의 10 ％ 미만인 경우, 모재의 용융 강 및 열 영향부가 합재의 용접 시임부에 침입하는 것을 억제하는 효과가 불충분해져, 용접부에서 모재가 강관의 내표면 및 외표면에 노출되는 경향이 높아진다.
한편, 개선 깊이 (d1 또는 d2) 가 클래드 강대의 두께 (t) 의 45 ％ 초과인 경우, 용접부의 조성이 합재의 조성에 가까운 고합금 조성이 되기 때문에, 용접부의 인성, 강도 등의 특성이 불충분해진다.
또한, 모재가 강관 표면에 노출되지 않는 것과, 및 용접부의 특성을 저하시키지 않는 것을 보다 높은 레벨로 양립하는 관점에서, 베벨 각도 (θ1) 는 15°이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 베벨 각도 (θ1) 는 35°이하로 하는 것이 바람직하다. 동일한 이유로부터, 베벨 각도 (θ2) 는 15°이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 베벨 각도 (θ2) 는 35°이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 개선 깊이 (d1) 는 클래드 강대의 두께 (t) 의 15 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 개선 깊이 (d1) 는 35 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 개선 깊이 (d2) 는 클래드 강대의 두께 (t) 의 15 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 개선 깊이 (d2) 는 35 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
더하여, 본 실시형태에서는, 상기 (1) 식으로 정의되는 투영 클래드 비율 (R1) 및 상기 (2) 식으로 정의되는 투영 클래드 비율 (R2) 을 25 ％ 이상 50 ％ 이하로 하는 것도 매우 중요하다. 투영 클래드 비율 (R1 및 R2) 의 적어도 일방이 25 ％ 미만인 경우, 모재의 용융 강 및 열 영향부가 합재의 용접 시임부에 침입하는 것을 억제하는 효과가 불충분해져, 용접부에서 모재가 강관의 표면에 노출된다. 또한, 본 실시형태와 같은 3 층 클래드 강관에 있어서는, 투영 클래드 비율 (R1 및 R2) 의 물리적 상한이 50 ％ 가 된다.
이상의 조건을 모두 만족하는 개선 형상으로 함으로써, 용융된 모재가 합재측의 표면에 노출되는 것을 억제할 수 있음과 함께, 용접부의 기계적 특성을 개선할 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 개선 가공은, 예를 들어 도 12 에 나타내는 바와 같은 구성의 개선 가공기 (40) 를 사용하여 실시할 수 있다. 개선 가공기 (40) 는, 주행하는 클래드 강대 (10) 에 연속적으로 가공이 가능한 압연식 개선 가공기로, 상측 사이드 롤 (42) 및 하측 사이드 롤 (44) 이 각각 좌우 1 쌍으로 배치되어 있다. 도 12 와 같이, 상측 사이드 롤 (42) 이, 상측을 향하여 테이퍼상으로 대직경이 된 압연부 (42A) 를 갖고, 하측 사이드 롤 (44) 이, 하측을 향하여 테이퍼상으로 대직경이 된 압연부 (44A) 를 가짐으로써, 클래드 강대 (10) 의 폭 방향 양단부를 X 형 개선으로 할 수 있다.
압연부 (42A, 44A) 의 테이퍼 형상을 변경함으로써, 클래드 강대의 폭 방향 단부의 개선 형상을 원하는 형상으로 할 수 있다. 또한, 투영 클래드 비율 (R1) 은, 도 11(A) 에 나타낸 바와 같이, 클래드 강대 (10) 에 있어서의 제 1 층 (모재) 의 두께 (tm) 와 제 2 층의 두께 (tc1) 의 비와, 압입 가공에 의한 개선 형상에 의존하는 것이다. 또한, 투영 클래드 비율 (R2) 은, 클래드 강대 (10) 에 있어서의 제 1 층 (모재) 의 두께 (tm) 와 제 3 층의 두께 (tc2) 의 비와, 압입 가공에 의한 개선 형상에 의존하는 것이다. 따라서, 상기 비를 적절히 선택하고, 또한, 압연부 (42A, 44A) 의 테이퍼 형상을 변경하여 적절한 개선 형상으로 함으로써, 투영 클래드 비율 (R1 및 R2) 을 원하는 값으로 할 수 있다.
(가스 실드)
계속해서, 도 13(A), (C) 에 나타내는 바와 같이, 클래드 강대 (10) 를 관상으로 성형하여 소관 (오픈관) (16) 으로 한다. 그리고, 소관의 대향하는 1 쌍의 맞댐부 (피용접부) (17) 에 가스 실드를 실시하면서, 1 쌍의 맞댐부 (17) 를 맞댐 가압하고, 전봉 용접하여, 클래드 강관 (20) 을 얻는다.
상기 가스 실드는, 상기 제 1 실시형태에 있어서의 방법과 동일한 방법으로 실시할 수 있다 (도 13, 도 14 참조). 또한, 실드 가스의 조건에 대해서도, 상기 제 1 실시형태에 있어서의 조건과 동일하게 할 수 있다. 또한, 3 층 클래드 강관의 경우에도, 피용접부의 산소 농도와 클래드 강관의 90°편평 시험에 있어서의 편평치 h/D 의 관계는, 제 1 실시형태와 동일한 경향 (도 9) 을 나타냈다.
(업셋량)
상기와 같이, 본 발명에 있어서는 페니트레이터의 생성이 억제되어 있기 때문에, 업셋량을 과대하게 할 필요가 없다. 그래서, 본 실시형태에 있어서는, 업셋량을 클래드 강대의 두께 (t) 이하로 한다. 이에 의해, 용접부에서 모재가 강관 표면에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 업셋량의 하한에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 확실하게 용접을 실시함과 함께, 약간 생성되는 페니트레이터를 배출한다는 관점에서는, 업셋량을 클래드 강대의 두께의 20 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 스퀴즈 롤에 의한 업셋량은, 스퀴즈 롤보다 앞쪽의 관의 외주 길이를 측정한 후, 스퀴즈 롤에 의해 용접하여 외면의 용접 비드부를 절삭한 후의 관의 외주 길이를 측정하고, 양자의 차를 계산함으로써 구한다.
상기와 같이 개선 가공, 실드 가스, 및 업셋량의 각 조건의 조합을 제어함으로써, 모재가 합재측의 표면에 노출되는 것을 완전하게 방지할 수 있다. 그 때문에, 종래 기술과 같이, 육성 용접이나 용융·응고 처리 등의 후처리를 실시하지 않고, 내식성 등의 성능이 우수한 전봉 용접 클래드 강관을 얻을 수 있다. 또한, 응고 조직이 형성되어 있는 영역을 현저하게 저감시켜, 상기 서술한 (i) ∼ (iii) 의 위치에 응고 조직이 존재하지 않는 전봉 용접 클래드 강관을 제조할 수 있다.
[용접 후 열 처리]
본 발명의 일 실시형태에 있어서는, 상기 전봉 용접 후, 추가로, 전봉 용접 클래드 강관을 열 처리하고, 이어서 냉각시킬 수 있다.
상기 열 처리는, 이하의 조건으로 실시한다.
· 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면 및 외표면에 있어서의 가열 온도 : 750 ∼ 1250 ℃,
· 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면 및 외표면에 있어서의 상기 가열 온도에서의 유지 시간 : 10 초 이상,
· 상기 전봉 용접 클래드 강관의 육후 중심 위치에 있어서의 가열 온도 : 750 ∼ 1200 ℃, 및,
· 상기 전봉 용접 클래드 강관의 육후 중심 위치에 있어서의 가열 온도에서의 유지 시간 : 10 초 이상.
또한, 상기 냉각은, 이하의 조건으로 실시한다.
· 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면 및 외표면에 있어서의, 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도 : 4 ∼ 100 ℃/sec,
· 상기 전봉 용접 클래드 강관의 육후 중심 위치에 있어서의 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도 : 8 ∼ 70 ℃/sec.
· 내표면 및 외표면에 있어서의 조건
강관의 내표면 및 외표면, 즉 합재의 표면에 있어서의 가열 온도가 750 ℃ 미만에서는 예민화에 의해 내식성이 저하한다. 한편, 상기 가열 온도가 1250 ℃ 초과에서는 결정립이 조대화하고, 그 후의 냉각 과정에 있어서 예민화하기 쉬워진다. 또한, 유지 시간 10 초 미만에서는, 가열 과정에서의 예민화가 해소되지 않는다. 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도가 4 ℃/sec 미만에서는 냉각 과정에서 예민화하여, 내식성이 저하한다. 한편, 상기 평균 냉각 속도가 100 ℃/sec 초과에서는 급속 냉각에 의해 발생하는 변형에 의해 응력 부식 균열 감수성이 높아진다.
· 육후 중심 위치에 있어서의 조건
강관의 육후 중앙 위치에는 모재가 존재하고 있다. 상기 위치에 있어서의 가열 온도가 750 ℃ 미만, 유지 시간이 10 초 미만에서는 용접부 조직이 건전화하지 않아, 가공성, 인성이 부족하다. 한편, 육후 중앙 위치에 있어서의 가열 온도가 1200 ℃ 초과에서는 결정립이 조대화하고, 인성이 저하한다. 육후 중앙 위치에 있어서의 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도가 8 ℃/sec 미만에서는, 페라이트-펄라이트의 생성에 의해 강도가 부족하다. 한편, 상기 평균 냉각 속도가 70 ℃/sec 초과에서는 마텐자이트의 생성에 의해 인성이 부족하다.
이상의 조건으로 열 처리와 냉각을 실시함으로, 용접부 근방의 모재 조직을 페라이트 및 베이나이트 주체의 조직으로 함과 함께, 페라이트와 베이나이트의 평균 입경을 15 ㎛ 이하로 할 수 있고, 그 결과, 용접부의 인성을 더욱 향상시킬 수 있다.
실시예
(실시예 1)
이하의 순서로 전봉 용접 2 층 클래드 강관을 제조하였다. 먼저, 표 1 에 나타내는 성분 조성을 갖는 합재로 이루어지는 제 1 층과, 표 2 에 나타내는 성분 조성을 갖는 모재로 이루어지는 제 2 층으로 이루어지는 2 층의 클래드 열연 강대를 제작하였다. 상기 제 1 층과 제 2 층의 두께는, 각각 표 3 에 나타내는 바와 같이 하였다.
다음으로, 도 2 에 나타낸 전봉 용접 강관 제조 설비에 의해, 준비한 클래드 강대를 소재로 하여, 모재를 관 외면측, 합재를 관 내면측으로 하여, 다양한 조건으로 외경 400 ㎜ 의 클래드 강관을 제조하였다. 그 때, 압연식 개선 가공기 (40) 에 의해, 클래드 강대의 폭 방향 양단부에 개선 가공을 실시하여, 당해 폭 방향 양단부를 표 1 에 나타내는 형상의 Y 형 개선으로 하였다.
전봉 용접시의 업셋량은, 표 1 에 나타냈다. 또한, 전봉 용접시에 피용접부에 대한 가스 실드는, 도 5(A) ∼ (C) 에 나타내는 노즐을 사용하여, 표 1 에 나타내는 노즐 높이 (H), 가스 방출 유속 (B), 유속비 (B/A) 의 조건하에서 실시하였다. 실드 가스는, 질소로 하였다.
그 후, 표 3 에 나타낸 조건으로 용접 후 열 처리를 실시하였다.
얻어진 전봉 용접 클래드 강관의 각각에 대하여, 이하의 방법으로 응고 조직의 유무, 모재의 노출의 유무, 페라이트와 베이나이트의 합계 면적률, 및 페라이트와 베이나이트의 평균 입경을 평가하였다. 얻어진 결과를 표 4 에 나타낸다. 또한, 이하의 측정에 있어서, 응고 조직의 유무, 면적률, 및 평균 입경은, 관 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의, 용접 금속을 사이에 둔 좌우 양측에 있어서의 측정 결과는 동일하였다.
(응고 조직)
상기 (i) ∼ (iii) 의 각 위치에 있어서의 응고 조직의 유무를, 광학 현미경에 의해 소정의 영역을 400 배로 촬영한 화상에 기초하여 판정하였다.
(모재의 노출)
얻어진 전봉 용접 클래드 강관의, 관 길이 방향에 수직인 단면을 나이탈액으로 부식시켜, 합재측 표면이 전혀 부식되지 않은 영역 (즉, 합재) 으로 연속적으로 덮여 있는 경우에는 모재의 노출 없음이라고 판단하였다. 한편, 그렇지 않은 경우, 즉 합재측 표면에 부식된 영역이 관찰된 경우에는, 모재의 노출 있음이라고 판단하였다.
(면적률)
시험편을 연마하고, 나이탈액을 사용한 에칭에 의해 조직을 현출하고, 광학 현미경을 사용하여 400 배의 금속 조직의 화상을 얻었다. 화상 해석 장치를 이용하여, 페라이트, 베이나이트의 합계의 면적률을 구하였다.
(평균 입경)
얻어진 전봉 용접 클래드 강관의 각각으로부터, 상기 (i) ∼ (iii) 의 각 위치가 관찰 위치가 되도록 시험편을 채취하였다. 이어서, 나이탈액을 사용한 에칭에 의해, 시험편 표면의 결정 입계를 현출하고, 광학 현미경을 사용하여 금속 조직의 화상을 얻었다. 상기 화상으로부터, ASTM E112 에 기재된 절단법에 의해 결정 입경을 측정하고, 공칭 입경을 평균 결정 입경으로 하였다.
또한, 얻어진 전봉 용접 클래드 강관의 용접부에 있어서의 인성과, 합재의 내식성을 평가하기 위해서 이하의 시험을 실시하였다. 얻어진 결과를 표 4 에 함께 나타낸다.
(인성)
시험편 길이 방향이 강관의 원주 방향, 노치 위치가 용접부, 노치 방향이 강관의 길이 방향이 되도록, V 노치 시험편을 채취하고, ASTM A370 의 규정에 준거하여, 샤르피 충격 시험을 실시하여, 파면 천이 온도 vTrs (℃) 를 구하였다. 얻어진 vTrs 의 값을 사용하여, 이하의 기준에 기초하여 용접부의 인성을 평가하였다.
◎ : vTrs : -45 ℃ 이하
○ : vTrs : -45 ℃ 초과, -30 ℃ 이하
× : vTrs : -30 ℃ 초과
(합재의 내식성)
합재의 내식성을 API specification 5LD, 4th Edition 에 따라서 ASTM A262-13, Practice E 에 준거한 황산·황산동 부식 시험에 의해 평가하였다. 합재의 내식성을 평가하기 위해서, 합재측을 남기고 모재측을 연삭에 의해 제거하여, 합재만을 시험편으로 하였다. 내식성의 평가는, 시험 후의 시험편을 육안, 또는 필요에 따라 실체 현미경 등에 의해 10 배의 배율로 관찰하고, 균열이 관찰되지 않은 시험편을 합격 (○), 균열이 관찰된 시험편을 불합격 (×) 으로 하였다. 또한, 합격한 시험편의 내식성을 ASTM G48-A 에 기재된 염화 제 2 철 부식 시험에 의해서도 평가하였다. 72 시간의 부식 시험에 있어서의 부식 감량이 0.5 g/㎡ 미만인 시험편을 우수 (◎) 로 하였다.
표 4 에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조건을 만족하는 전봉 용접 클래드 강관은, 용접부의 인성이 우수함과 함께, 클래드 강관에 요구되는 내식성의 면에 있어서도 우수한 성능을 가지고 있었다. 또한, 특정 조건으로 용접 후 열 처리를 실시하여, 모재 부분에 있어서의 금속 조직을 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률이 90 ％ 이상, 페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 금속 조직으로 함으로써, 용접부에 있어서의 인성을 더욱 향상시킬 수 있었다.
(실시예 2)
이하의 순서로 전봉 용접 3 층 클래드 강관을 제조하였다. 먼저, 표 5 에 나타내는 성분 조성을 갖는 합재로 이루어지는 제 2 층 및 제 3 층이, 표 6 에 나타내는 성분 조성을 갖는 모재로 이루어지는 제 1 층의 각각의 면에 접합된 3 층의 클래드 열연 강대를 제작하였다. 상기 제 1 층 ∼ 제 3 층의 두께는, 각각 표 7 에 나타내는 바와 같이 하였다.
다음으로, 도 2 에 나타낸 전봉 용접 강관 제조 설비에 의해, 준비한 클래드 강대를 소재로 하여, 제 2 층이 내면이 되도록 다양한 조건으로 외경 400 ㎜ 의 클래드 강관을 제조하였다. 그 때, 압연식 개선 가공기 (40) 에 의해, 클래드 강대의 폭 방향 양단부에 개선 가공을 실시하여, 당해 폭 방향 양단부를 표 7 에 나타내는 형상의 X 형 개선으로 하였다.
전봉 용접시의 업셋량은, 표 7 에 나타냈다. 또한, 전봉 용접시에 피용접부에 대한 가스 실드는, 도 13(A) ∼ (C) 에 나타내는 노즐을 사용하여, 표 7 에 나타내는 노즐 높이 (H), 가스 방출 유속 (B), 유속비 (B/A) 의 조건하에서 실시하였다. 실드 가스는, 질소로 하였다.
그 후, 표 8 에 나타낸 조건으로 용접 후 열 처리를 실시하였다.
얻어진 전봉 용접 클래드 강관의 각각에 대하여, 이하의 방법으로 응고 조직의 유무, 모재의 노출의 유무, 페라이트와 베이나이트의 합계 면적률, 및 페라이트와 베이나이트의 평균 입경을 평가하였다. 얻어진 결과를 표 9 에 나타낸다. 또한, 이하의 측정에 있어서, 응고 조직의 유무, 면적률, 및 평균 입경은, 관 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의, 용접 금속을 사이에 둔 좌우 양측에 있어서의 측정 결과는 동일하였다.
(응고 조직)
상기 (i) ∼ (iii) 의 각 위치에 있어서의 응고 조직의 유무를, 광학 현미경에 의해 소정의 영역을 400 배로 촬영한 화상에 기초하여 판정하였다.
(모재의 노출)
얻어진 전봉 용접 클래드 강관의, 관 길이 방향에 수직인 단면을 나이탈액으로 부식시켜, 그 클래드 강관의 내표면과 외표면의 양자가 전혀 부식되지 않은 영역 (즉, 합재) 으로 연속적으로 덮여 있는 경우에는 모재의 노출 없음이라고 판단하였다. 한편, 그렇지 않은 경우, 즉 내표면과 외표면의 어느 일방 또는 양방에 부식된 영역이 관찰된 경우에는, 모재의 노출 있음이라고 판단하였다.
(면적률)
각 전봉 용접 클래드 강관으로부터, 상기 (ii) 의 위치가 관찰 위치가 되도록 시험편을 채취하였다. 이어서, 상기 시험편을 연마하고, 나이탈액을 사용한 에칭에 의해 조직을 현출하고, 광학 현미경을 사용하여 400 배의 금속 조직의 화상을 얻었다. 화상 해석 장치를 사용하여 상기 화상을 해석하고, 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률을 구하였다.
(평균 입경)
얻어진 전봉 용접 클래드 강관의 각각으로부터, 상기 (ii) 의 위치가 관찰 위치가 되도록 시험편을 채취하였다. 이어서, 나이탈액을 사용한 에칭에 의해, 시험편 표면의 결정 입계를 현출하고, 광학 현미경을 사용하여 금속 조직의 화상을 얻었다. 상기 화상으로부터, ASTM E112 에 기재된 절단법에 의해 결정 입경을 측정하고, 공칭 입경을 평균 결정 입경으로 하였다.
또한, 얻어진 전봉 용접 클래드 강관의 용접부에 있어서의 인성과, 합재의 내식성을 평가하기 위해서 이하의 시험을 실시하였다. 얻어진 결과를 표 9 에 함께 나타낸다.
(인성)
시험편 길이 방향이 강관의 원주 방향, 노치 위치가 용접부, 노치 방향이 강관의 길이 방향이 되도록, V 노치 시험편을 채취하고, ASTM A370 의 규정에 준거하여, 샤르피 충격 시험을 실시하여, 파면 천이 온도 vTrs (℃) 를 구하였다. 얻어진 vTrs 의 값을 사용하여, 이하의 기준에 기초하여 용접부의 인성을 평가하였다.
◎ : vTrs : -45 ℃ 이하
○ : vTrs : -45 ℃ 초과, -30 ℃ 이하
× : vTrs : -30 ℃ 초과
(합재의 내식성)
합재의 내식성을 API specification 5LD, 4th Edition 에 따라서 ASTM A262-13, Practice E 에 준거한 황산·황산동 부식 시험에 의해 평가하였다. 합재의 내식성을 평가하기 위해서, 합재측을 남기고 모재측을 연삭에 의해 제거하여, 합재만을 시험편으로 하였다. 내식성의 평가는, 시험 후의 시험편을 육안, 또는 필요에 따라 실체 현미경 등에 의해 10 배의 배율로 관찰하여, 균열이 관찰되지 않은 시험편을 합격 (○), 균열이 관찰된 시험편을 불합격 (×) 으로 하였다. 또한, 합격한 시험편의 내식성을 ASTM G48-A 에 기재된 염화 제 2 철 부식 시험에 의해서도 평가하였다. 72 시간의 부식 시험에 있어서의 부식 감량이 0.5 g/㎡ 미만인 시험편을 우수 (◎) 로 하였다.
표 9 에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조건을 만족하는 전봉 용접 클래드 강관은, 용접부의 인성이 우수함과 함께, 클래드 강관에 요구되는 내식성의 면에 있어서도 우수한 성능을 가지고 있었다. 또한, 특정 조건으로 용접 후 열 처리를 실시하여, 육후 중앙 위치의 모재 부분에 있어서의 금속 조직을 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률이 90 ％ 이상, 페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 금속 조직으로 함으로써, 용접부에 있어서의 인성을 더욱 향상시킬 수 있었다.
산업상 이용가능성
본 발명의 클래드 강관의 제조 방법에 의하면, 용접부 중에서도 특히 특성에 대한 영향이 큰 응고 조직이 형성되어 있는 영역이 저감되고, 또한, 클래드관으로서의 기능도 해치는 경우가 없는 클래드 강관을 제조할 수 있다.
10 클래드 강대
11 제 1 층 (모재)
12 제 2 층 (합재)
12A 제 2 층 (합재)
12B 제 3 층 (합재)
13 클래드 계면
13A 제 1 층과 제 2 층의 클래드 계면
13B 제 1 층과 제 3 층의 클래드 계면
14 용접 시임부
14A 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙
15A ∼ C 용접 금속
16 소관 (오픈관)
17 피용접부 (소관의 맞댐부)
18 소관의 맞댐부 가열 기점
19 용접점
20 전봉 용접 클래드 강관
30 언코일러
40 개선 가공기
42 상측 사이드 롤
42A 압연부
44 하측 사이드 롤
50 롤 성형기
60 고주파 가열 장치
70 스퀴즈 롤
80 실드 가스 분사 장치
81 실드 가스 분사 노즐
82 가스 배관
83 가스 흐름 조정기
84A 제 1 분할 노즐 (양단)
84B 제 2 분할 노즐 (중앙)
85A 제 1 가스 방출구 (양단)
85B 제 2 가스 방출구 (중앙)
86 실드 가스
87 대기 끌어들임
90 비드 절삭기
96 절단기
X 통관 방향
Y 소관의 맞댐 방향
θ1 제 2 층측의 베벨 각도
θ2 제 3 층측의 베벨 각도
d1 제 2 층측의 개선 깊이
d2 제 3 층측의 개선 깊이
t 클래드 강대 (강관) 의 두께
tm 제 1 층 (모재) 의 두께
tc1 제 2 층의 두께
tc1 * 루트면에 있어서의 제 2 층의 두께
tw1 용접 시임부에 있어서의 제 2 층의 두께
tc2 제 3 층의 두께
tc2 * 루트면에 있어서의 제 3 층의 두께
tw2 용접 시임부에 있어서의 제 3 층의 두께
C 관 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 반경 0.1 ㎜ 의 원형 단면
L 호 길이 0.3 ㎜ 의 원호
11 제 1 층 (모재)
12 제 2 층 (합재)
12A 제 2 층 (합재)
12B 제 3 층 (합재)
13 클래드 계면
13A 제 1 층과 제 2 층의 클래드 계면
13B 제 1 층과 제 3 층의 클래드 계면
14 용접 시임부
14A 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙
15A ∼ C 용접 금속
16 소관 (오픈관)
17 피용접부 (소관의 맞댐부)
18 소관의 맞댐부 가열 기점
19 용접점
20 전봉 용접 클래드 강관
30 언코일러
40 개선 가공기
42 상측 사이드 롤
42A 압연부
44 하측 사이드 롤
50 롤 성형기
60 고주파 가열 장치
70 스퀴즈 롤
80 실드 가스 분사 장치
81 실드 가스 분사 노즐
82 가스 배관
83 가스 흐름 조정기
84A 제 1 분할 노즐 (양단)
84B 제 2 분할 노즐 (중앙)
85A 제 1 가스 방출구 (양단)
85B 제 2 가스 방출구 (중앙)
86 실드 가스
87 대기 끌어들임
90 비드 절삭기
96 절단기
X 통관 방향
Y 소관의 맞댐 방향
θ1 제 2 층측의 베벨 각도
θ2 제 3 층측의 베벨 각도
d1 제 2 층측의 개선 깊이
d2 제 3 층측의 개선 깊이
t 클래드 강대 (강관) 의 두께
tm 제 1 층 (모재) 의 두께
tc1 제 2 층의 두께
tc1 * 루트면에 있어서의 제 2 층의 두께
tw1 용접 시임부에 있어서의 제 2 층의 두께
tc2 제 3 층의 두께
tc2 * 루트면에 있어서의 제 3 층의 두께
tw2 용접 시임부에 있어서의 제 3 층의 두께
C 관 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 반경 0.1 ㎜ 의 원형 단면
L 호 길이 0.3 ㎜ 의 원호
Claims (30)
- 모재인 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지는 제 1 층과,
상기 제 1 층의 일방의 면에 적층되고, 합재인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 이루어지는 제 2 층을 갖는 전봉 용접 클래드 강관으로서,
용접부에 있어서 상기 모재가 상기 전봉 용접 클래드 강관의 합재측 표면에 노출되어 있지 않고,
다음의 (i) ∼ (iii) 의 위치를 중심으로 한, 관 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 반경 0.1 ㎜ 의 원형 단면의 각각에 응고 조직을 함유하지 않는, 전봉 용접 클래드 강관.
(i) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 외표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
(ii) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 두께 방향에 있어서의 중앙의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치
(iii) 상기 용접부에 있어서의 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면으로부터 깊이 1 ㎜ 의 위치이고, 용접 금속의 관 둘레 방향에 있어서의 폭의 중앙으로부터 그 용접 금속의 폭 방향으로 0.3 ㎜ 의 위치 - 제 1 항에 있어서,
상기 전봉 용접 클래드 강관이, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층으로 이루어지는, 전봉 용접 클래드 강관. - 제 2 항에 있어서,
(A) 상기 제 1 층이, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 외측에 배치되어 있고, 또한, 상기 (i) 및 (ii) 의 위치에 있어서의 금속 조직이, 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률이 90 ％ 이상, 페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 금속 조직이거나,
또는,
(B) 상기 제 1 층이, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내측에 배치되어 있고, 또한, 상기 (ii) 및 (iii) 의 위치에 있어서의 금속 조직이, 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률이 90 ％ 이상, 페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 금속 조직인, 전봉 용접 클래드 강관. - 제 1 항에 있어서,
상기 전봉 용접 클래드 강관이, 상기 제 1 층, 상기 제 2 층, 및 상기 제 1 층의 타방의 면에 적층되고, 합재인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 이루어지는 제 3 층으로 이루어지는, 전봉 용접 클래드 강관. - 제 4 항에 있어서,
상기 (ii) 의 위치에 있어서의 금속 조직이, 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률이 90 ％ 이상, 또한, 페라이트 및 베이나이트의 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 금속 조직인, 전봉 용접 클래드 강관. - 제 1 항에 있어서,
상기 합재가, 질량％ 로,
C : 0.15 ％ 이하,
Si : 5.0 ％ 이하,
Mn : 2.0 ％ 이하,
P : 0.1 ％ 이하,
S : 0.1 ％ 이하,
Ni : 1.0 ％ 이하,
Cr : 11.0 ％ 이상, 및
N : 0.5 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 스테인리스강인, 전봉 용접 클래드 강관. - 제 1 항에 있어서,
상기 합재가, 질량％ 로,
C : 0.15 ％ 이하,
Si : 5.0 ％ 이하,
Mn : 2.0 ％ 이하,
P : 0.1 ％ 이하,
S : 0.1 ％ 이하,
Ni : 6.0 ％ 이상,
Cr : 15.0 ％ 이상, 및
N : 0.5 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금인, 전봉 용접 클래드 강관. - 제 6 항에 있어서,
상기 합재의 성분 조성이, 하기 A 군, B 군, 및 C 군 중 적어도 1 개를 추가로 함유하는, 전봉 용접 클래드 강관.
A 군 : 질량％ 로,
Mo : 20.0 ％ 이하,
Cu : 5.0 ％ 이하,
Al : 2.0 ％ 이하,
Co : 3.0 ％ 이하,
W : 5.0 ％ 이하, 및
Ta : 5.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상
B 군 : 질량 % 로,
Ti : 2.0 ％ 이하,
Nb : 5.0 ％ 이하,
V : 2.0 ％ 이하, 및
Zr : 2.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상
C 군 : 질량 % 로,
B : 0.0050 ％ 이하,
Ca : 0.0050 ％ 이하,
Mg : 0.0030 ％ 이하, 및
REM : 0.10 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상 - 제 7 항에 있어서,
상기 합재의 성분 조성이, 하기 A 군, B 군, 및 C 군 중 적어도 1 개를 추가로 함유하는, 전봉 용접 클래드 강관.
A 군 : 질량％ 로,
Mo : 20.0 ％ 이하,
Cu : 5.0 ％ 이하,
Al : 2.0 ％ 이하,
Co : 3.0 ％ 이하,
W : 5.0 ％ 이하, 및
Ta : 5.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상
B 군 : 질량 % 로,
Ti : 2.0 ％ 이하,
Nb : 5.0 ％ 이하,
V : 2.0 ％ 이하, 및
Zr : 2.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상
C 군 : 질량 % 로,
B : 0.0050 ％ 이하,
Ca : 0.0050 ％ 이하,
Mg : 0.0030 ％ 이하, 및
REM : 0.10 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상 - 제 1 항에 있어서,
상기 모재가, 질량％ 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, 및
Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 탄소강 또는 저합금강인, 전봉 용접 클래드 강관. - 제 6 항에 있어서,
상기 모재가, 질량％ 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, 및
Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 탄소강 또는 저합금강인, 전봉 용접 클래드 강관. - 제 7 항에 있어서,
상기 모재가, 질량％ 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, 및
Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 탄소강 또는 저합금강인, 전봉 용접 클래드 강관. - 제 8 항에 있어서,
상기 모재가, 질량％ 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, 및
Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 탄소강 또는 저합금강인, 전봉 용접 클래드 강관. - 제 9 항에 있어서,
상기 모재가, 질량％ 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, 및
Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 탄소강 또는 저합금강인, 전봉 용접 클래드 강관. - 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모재의 성분 조성이, 질량％ 로,
Ti : 0.1 ％ 이하,
Nb : 0.2 ％ 이하,
Cu : 0.5 ％ 이하,
Ni : 0.5 ％ 이하,
Cr : 0.5 ％ 이하,
Mo : 0.5 ％ 이하,
V : 0.1 ％ 이하, 및
Ca : 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 추가로 함유하는, 전봉 용접 클래드 강관. - 모재인 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지는 제 1 층과, 상기 제 1 층의 일방의 면에 적층되고, 합재인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 이루어지는 제 2 층을 갖는 클래드 강대를 준비하고,
상기 클래드 강대의 폭 방향 양단부에 개선 가공을 실시하여 개선을 형성하고,
상기 클래드 강대를 관상으로 성형하여 소관으로 하고,
상기 소관의 대향하는 1 쌍의 맞댐부를 전봉 용접하여 전봉 용접 클래드 강관으로 하는, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법으로서,
상기 개선 가공에서는, 상기 클래드 강대의 폭 방향 양단부를 상기 제 2 층측으로부터 압입 가공하고,
상기 개선은,
상기 제 2 층과 상기 제 1 층의 클래드 계면이 상기 제 2 층측으로부터 상기 클래드 강대의 두께 중심측을 향하고,
상기 제 2 층측에 있어서의 베벨 각도 (θ1) 가 10°이상 50°이하이고,
개선 깊이 (d1) 가 상기 클래드 강대의 두께 (t) 의 10 ％ 이상 45 ％ 이하이고, 또한
하기 (1) 식으로 정의되는 투영 클래드 비율 (R1) 이 25 ％ 이상 50 ％ 이하이고,
상기 전봉 용접은, 상기 맞댐부에 가스 실드를 실시하면서, 업셋량이 상기 클래드 강대의 두께 (t) 이하인 조건으로 상기 맞댐부를 맞댐 가압하여 실시되고,
상기 가스 실드는,
상기 소관의 맞댐부 상단으로부터 5 ∼ 300 ㎜ 상방의 위치에서, 상기 소관의 맞댐 방향에 인접하여 병치된 3 개 이상의 슬릿상의 가스 방출구를 갖는 실드 가스 분사 노즐을 사용하여, 상기 가스 방출구 중 양단에 위치하는 1 쌍의 제 1 가스 방출구로부터의 가스 방출 유속을 A (m/s) 라고 하고, 나머지의 제 2 가스 방출구로부터의 가스 방출 유속을 B (m/s) 라고 했을 때, B 가 0.5 ∼ 50 m/s 이고, 또한, 0.010 ≤ B/A ≤ 10 을 만족하는 조건하에서 실드 가스를 분사하여 실시되는, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법.
R1 = (tc1 * ＋ d1)/t × 100 (％)···(1)
여기서, R1 : 투영 클래드 비율
tc1 * : 루트면에 있어서의 상기 제 2 층의 두께 (㎜)
d1 : 제 2 층측의 개선 깊이 (㎜)
t : 상기 클래드 강대의 두께 (㎜) - 제 16 항에 있어서,
상기 클래드 강대가, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층으로 이루어지고,
상기 개선이, Y 형 개선인, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 전봉 용접 후, 추가로, 상기 전봉 용접 클래드 강관을 열 처리하고, 이어서, 냉각시키고,
상기 열 처리를, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 합재측 표면에 있어서의 가열 온도 : 750 ∼ 1250 ℃, 750 ∼ 1250 ℃ 의 온도 범위에 있어서의 유지 시간 : 10 초 이상, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 모재측 표면에 있어서의 가열 온도 : 750 ∼ 1200 ℃, 750 ∼ 1200 ℃ 의 온도 범위에 있어서의 유지 시간 : 10 초 이상의 조건으로 실시하고,
상기 냉각을, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 합재측 표면에 있어서의 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도 : 4 ∼ 100 ℃/sec, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 모재측 표면에 있어서의 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도 : 8 ∼ 70 ℃/sec 의 조건으로 실시하는, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 클래드 강대가, 상기 제 1 층, 상기 제 2 층, 및 상기 제 1 층의 타방의 면에 적층되고, 합재인 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금으로 이루어지는 제 3 층으로 이루어지고,
상기 개선 가공에서는, 추가로 상기 클래드 강대의 폭 방향 양단부를 상기 제 3 층측으로부터 압입 가공하고,
상기 개선이, X 형 개선이고,
상기 개선은, 또한
상기 제 3 층과 상기 제 1 층의 클래드 계면이 상기 제 3 층측으로부터 상기 클래드 강대의 두께 중심측을 향하고,
상기 제 3 층측에 있어서의 베벨 각도 (θ2) 가 10°이상 50°이하이고,
개선 깊이 (d2) 가 상기 클래드 강대의 두께 (t) 의 10 ％ 이상 45 ％ 이하이고, 또한,
하기 (2) 식으로 정의되는 투영 클래드 비율 (R2) 이 25 ％ 이상 50 ％ 이하인, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법.
R2 = (tc2 * ＋ d2)/t × 100 (％)···(2)
여기서, R2 : 투영 클래드 비율
tc2 * : 루트면에 있어서의 상기 제 3 층의 두께 (㎜)
d2 : 제 3 층측의 개선 깊이 (㎜)
t : 상기 클래드 강대의 두께 (㎜) - 제 19 항에 있어서,
상기 전봉 용접 후, 추가로 상기 전봉 용접 클래드 강관을 열 처리하고, 이어서, 냉각시키고,
상기 열 처리를, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면 및 외표면에 있어서의 가열 온도 : 750 ∼ 1250 ℃, 유지 시간 : 10 초 이상, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 육후 중심 위치에 있어서의 가열 온도 : 750 ∼ 1200 ℃, 유지 시간 : 10 초 이상의 조건으로 실시하고,
상기 냉각을, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 내표면 및 외표면에 있어서의 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도 : 4 ∼ 100 ℃/sec, 상기 전봉 용접 클래드 강관의 육후 중심 위치에 있어서의 750 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 평균 냉각 속도 : 8 ∼ 70 ℃/sec 의 조건으로 실시하는, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 합재가, 질량 % 로,
C : 0.15 ％ 이하,
Si : 5.0 ％ 이하,
Mn : 2.0 ％ 이하,
P : 0.1 ％ 이하,
S : 0.1 ％ 이하,
Ni : 1.0 ％ 이하,
Cr : 11.0 ％ 이상, 및
N : 0.5 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 스테인리스강인, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 합재의 성분 조성이, 하기 A 군, B 군, 및 C 군 중 적어도 1 개를 추가로 함유하는, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법.
A 군 : 질량％ 로,
Mo : 20.0 ％ 이하,
Cu : 5.0 ％ 이하,
Al : 2.0 ％ 이하,
Co : 3.0 ％ 이하,
W : 5.0 ％ 이하, 및
Ta : 5.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상
B 군 : 질량％ 로,
Ti : 2.0 ％ 이하,
Nb : 5.0 ％ 이하,
V : 2.0 ％ 이하, 및
Zr : 2.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상
C 군 : 질량％ 로,
B : 0.0050 ％ 이하,
Ca : 0.0050 ％ 이하,
Mg : 0.0030 ％ 이하, 및
REM : 0.10 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상 - 제 16 항에 있어서,
상기 합재가, 질량％ 로,
C : 0.15 ％ 이하,
Si : 5.0 ％ 이하,
Mn : 2.0 ％ 이하,
P : 0.1 ％ 이하,
S : 0.1 ％ 이하,
Ni : 6.0 ％ 이상,
Cr : 15.0 ％ 이상, 및
N : 0.5 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 스테인리스강 또는 니켈 함유 합금인, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 합재의 성분 조성이, 하기 A 군, B 군, 및 C 군 중 적어도 1 개를 추가로 함유하는, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법.
A 군 : 질량％ 로,
Mo : 20.0 ％ 이하,
Cu : 5.0 ％ 이하,
Al : 2.0 ％ 이하,
Co : 3.0 ％ 이하,
W : 5.0 ％ 이하, 및
Ta : 5.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상
B 군 : 질량％ 로,
Ti : 2.0 ％ 이하,
Nb : 5.0 ％ 이하,
V : 2.0 ％ 이하, 및
Zr : 2.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상
C 군 : 질량％ 로,
B : 0.0050 ％ 이하,
Ca : 0.0050 ％ 이하,
Mg : 0.0030 ％ 이하, 및
REM : 0.10 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상 - 제 16 항에 있어서,
상기 모재가, 질량 % 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, 및
Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 탄소강 또는 저합금강인, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 모재가, 질량％ 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, 및
Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 탄소강 또는 저합금강인, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 모재가, 질량％ 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, 및
Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 탄소강 또는 저합금강인, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 모재가, 질량％ 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, 및
Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 탄소강 또는 저합금강인, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 모재가, 질량％ 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, 및
Al : 0.1 ％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 탄소강 또는 저합금강인, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법. - 제 25 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모재의 성분 조성이, 질량％ 로,
Ti : 0.1 ％ 이하,
Nb : 0.2 ％ 이하,
Cu : 0.5 ％ 이하,
Ni : 0.5 ％ 이하,
Cr : 0.5 ％ 이하,
Mo : 0.5 ％ 이하,
V : 0.1 ％ 이하, 및
Ca : 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 2 이상을 추가로 함유하는, 전봉 용접 클래드 강관의 제조 방법.
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