KR20230106174A - 이중관 및 용접 이음 - Google Patents

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KR20230106174A
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히로유키 히라타
미츠루 요시자와
가쓰키 다나카
다카히로 오스키
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

제1 관과 제2 관을 구비하는 이중관으로서, 제1 관의 화학 조성이, 질량%로, C: 0.060% 초과 0.400% 이하, Si: 0.01~1.00%, Mn: 0.01~1.20%, P: 0.0350% 이하, S: 0.0150% 이하, Sn: 0.0005~0.0400%, Al: 0.040% 이하, N: 0.050% 이하, O: 0.030% 이하, 잔부: Fe 및 불순물이며, 제2 관의 화학 조성이, 질량%로, C: 0.003~0.100%, Si: 0.01~1.50%, Mn: 0.01~2.20%, P: 0.0400% 이하, S: 0.0100% 이하, 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% 이하, 잔부: Fe 및 불순물이며, [Siave+6×Pave+20×Save+2×Snave≤1.1000] 및 [0.0015≤4×Save+Snave]를 만족하는, 이중관.

Description

이중관 및 용접 이음
본 발명은, 이중관 및 용접 이음에 관한 것이다.
화력 발전용 보일러, 쓰레기 소각 발전 보일러 및 바이오매스 발전 보일러에 있어서의 가열 기관 등은, 고온하에서 용융염에 의한 부식, 및 미연소물에 의한 마모 등, 관의 외면이 가혹한 환경에 노출된다. 한편, 석탄 가스화 복합 발전 플랜트의 합성 가스 냉각기에 사용되는 열교환기관은, 관의 내면이 고온 부식 환경에 노출된다.
이중관은, 외관 및 내관에 적절한 재료를 선정함으로써, 우수한 내식성 및 내마모성을 부여하는 것이 가능하다. 그 때문에, 상기의 용도, 또는 에너지 수송, 저장 기기 등의 용도로서, 다양한 재료를 조합한 이중관이 다양하게 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1~9).
일본국 특허공개 평4-221034호 공보 일본국 특허공개 평4-329852호 공보 일본국 특허공개 평5-17841호 공보 일본국 특허공개 평6-306518호 공보 일본국 특허공개 평7-41911호 공보 일본국 특허공개 평7-90496호 공보 일본국 특허공개 평7-90540호 공보 일본국 특허공개 평8-232031호 공보 일본국 특허공개 2013-159840호 공보
그런데, 이들 이중관을 가열기 등의 구조물에 이용하는 경우, 맞대기 용접하여 조립할 수 있다. 이중관의 외관 또는 내관을 구성하는 개개의 재료의 용접 시의 과제 및 대책에 대해서는, 오래전부터 검토가 이루어져 왔다. 그러나, 상이한 재료를 조합한 이중관의 용접에 대한 검토는 반드시 충분하지는 않다.
특히, 최근에는 시공 효율을 높이는 관점에서, 다층 용접 시에 내관부와 외관부에서 용접 재료를 바꾸지 않고, 전층을 오스테나이트계 스테인리스강용 또는 Ni기 합금용 용접 재료를 사용하여 용접되는 경우가 있다. 그때, 내관과 외관의 경계 부근의 용융선 근방의 용접 금속 내에 균열이 발생하는 경우가 있었다. 그 때문에, 이와 같은 균열을 방지하는 것이 강하게 요구되고 있다. 또한, 클래드 강판은 마찬가지로 상이한 재료를 조합하여 구성되는 것이 알려져 있지만, 상기의 과제는 이중관의 원주 용접 시에 현저해지는 과제이다.
본 발명은, 상기 현상을 감안하여 이루어진 것으로, 관의 맞대기 용접 시에 용접 금속에 발생하는 균열을 방지하여, 건전한 용접 이음이 안정적으로 얻어지는 이중관 및 그것을 이용한 용접 이음을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 하기의 이중관 및 용접 이음을 요지로 한다.
(1) 제1 관과 제2 관을 구비하는 이중관으로서,
상기 제1 관의 화학 조성이, 질량%로,
C: 0.060%를 초과하고 0.400% 이하,
Si: 0.01~1.00%,
Mn: 0.01~1.20%,
P: 0.0350% 이하,
S: 0.0150% 이하,
Sn: 0.0005~0.0400%,
Al: 0.040% 이하,
N: 0.050% 이하,
O: 0.030% 이하,
잔부: Fe 및 불순물이며,
상기 제2 관의 화학 조성이, 질량%로,
C: 0.003~0.100%,
Si: 0.01~1.50%,
Mn: 0.01~2.20%,
P: 0.0400% 이하,
S: 0.0100% 이하,
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% 이하,
잔부: Fe 및 불순물이며,
하기 (i) 및 (ii)식을 만족하는,
이중관.
Siave+6×Pave+20×Save+2×Snave≤1.1000 ···(i)
0.0015≤4×Save+Snave ···(ii)
단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 이하와 같다.
Siave: 제1 관 및 제2 관의 Si 함유량의 평균값(질량%)
Pave: 제1 관 및 제2 관의 P 함유량의 평균값(질량%)
Save: 제1 관 및 제2 관의 S 함유량의 평균값(질량%)
Snave: 제1 관 및 제2 관의 Sn 함유량의 평균값(질량%)
(2) 상기 제1 관의 화학 조성이, Fe의 일부 대신에, 질량%로,
Cr: 9.50% 이하,
Cu, Ni 및 Co로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 1.00% 이하,
Mo 및/또는 W의 합계: 4.00% 이하,
V, Nb, Ti 및 Ta로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 1.00% 이하,
B: 0.0200% 이하,
Ca 및/또는 Mg의 합계: 0.0100% 이하,
REM: 0.0500% 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는,
상기 (1)에 기재된 이중관.
(3) 상기 제2 관의 화학 조성이, Fe의 일부 대신에, 질량%로,
Cu 및/또는 Co의 합계: 6.00% 이하,
Mo 및/또는 W의 합계: 8.00% 이하,
V, Nb, Ti 및 Ta로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 2.00% 이하,
B: 0.0200% 이하,
Ca 및/또는 Mg의 합계: 0.0100% 이하,
REM: 0.0500% 이하,
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는,
상기 (1) 또는 (2)에 기재된 이중관.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 이중관을 구비하는, 용접 이음.
본 발명에 의하면, 관의 맞대기 용접 시에 용접 금속에 발생하는 균열을 방지하여, 건전한 용접 이음이 안정적으로 얻어지는 이중관을 얻을 수 있다.
도 1은, 실시예에 있어서 개선(開先) 가공을 실시한 시험재의 형상을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는, 구속 용접 시험체의 형상을 나타내는 개략도이다.
본 발명자들은, 상기한 과제를 해결하기 위하여, 내식성 향상을 목적으로 하여, 0.0005~0.0400% 및 0.0005~0.0300%의 Sn을, 각각 함유하는 저합금강과 고합금강을 조합한 이중관에, Ni기 합금 용접 재료를 사용하여 맞대기 용접했을 때, 용접 금속에 발생하는 균열에 대하여 상세한 조사를 행했다. 그 결과, 이하에 기술하는 지견이 밝혀졌다.
(a) 용접 시에 발생한 균열은, 내관과 외관의 경계 부근의 용융선 근방의 용접 금속 내, 즉, 내관과 외관이, 대략 같은 비율로 용융되어 혼합되어, 특히 모재(내관 및 외관)의 성분의 영향을 받기 쉬운 영역에서 발생하고 있었다. 또, 균열이 발생한 영역은, 오스테나이트 단상으로 응고된 조직을 나타내고 있었다.
(b) 그리고, 균열은, 내관 및 외관의 Si, P, S 및 Sn의 함유량의 증가와 함께 발생하기 쉬워졌다. 또한, 균열은, 용융 경계에 가까운 용접 금속의 주상 결정 경계에 발생하고, 그곳에는, Si, P, S 및 Sn의 농화가 확인되었다.
이들 결과로부터, 균열은 다음의 이유에서 발생하는 것으로 생각되었다.
(c) Si, P, S 및 Sn은, 용접 금속의 응고 시에 액상과 고상(오스테나이트상)의 사이에서 분배가 발생하고, 고상끼리의 회합부인 주상 결정 경계에 농화된다. 이들 원소는 모두 고상선 온도를 저하시키는 원소이기 때문에, 응고 말기까지 주상 결정 경계에 액상이 잔존하고, 응고 시의 수축 응력에 의하여 개구한 것으로 생각된다.
(d) 이 균열을 안정적으로 방지하기 위해서는, 외관 및 내관에 포함되는 Si, P, S 및 Sn의 양의 평균값을 소정의 관계를 만족하는 범위 이하로 관리할 필요가 있는 것이 판명되었다. 이들 원소는 저감될수록 용접 금속의 균열이 발생하기 어려워진다.
(e) 한편, 이들 원소 중 S 및 Sn을 극단적으로 저감한 경우, 적층 용접 시에 용입 불량이 발생하기 쉬워지는 것이 함께 밝혀졌다.
(f) S는 표면 활성 원소이며, 용접 중에 용융지(溶融池) 내의 내향의 대류를 강하게 하는 작용을 갖는다. 그 때문에, 아크로부터의 열을 깊이 방향으로 수송하기 쉬워져, 용입 깊이를 깊게 한다. 또, Sn은, 용접 중의 용융지 표면으로부터 증발하고, 아크의 통전 경로를 형성하여 아크의 전류 밀도를 높이고, 마찬가지로 용입 깊이를 깊게 하는 효과를 갖는다.
(g) 그 때문에, S 및 Sn의 함유량이 극단적으로 낮은 경우에는, 상기의 효과가 충분히 얻어지지 않게 되어, 적층 용접 시에 용입 불량이 발생하기 쉬워진 것으로 생각된다.
(h) 용입 불량을 방지하기 위해서는, 외관 및 내관의 S 및 Sn의 함유량의 평균값을 소정의 관계를 만족하는 범위 이상으로 관리할 필요가 있는 것을 알 수 있었다.
본 발명은, 상기의 지견에 의거하여 이루어진 것이다. 이하, 본 발명의 각 요건에 대하여 상세하게 설명한다.
(A) 전체 구성
이중관이란, 외관과 내관이 야금적으로 결합한 구조를 갖는 것이고, 「클래드관」이라고 칭해지는 경우도 있다. 본 발명에 따른 이중관은, 제1 관과 제2 관을 구비한다. 본 발명에 있어서는, 용도에 따라, 외관에 제1 관, 내관에 제2 관을 이용해도 되고, 외관에 제2 관, 내관에 제1 관을 이용해도 된다.
그리고, 본 발명의 이중관은 이음 없는 강관(「심리스 강관」으로 칭하는 경우도 있다.)이다. 또, 이중관의 치수에 대하여, 특별히 제한은 없지만, 외경이 25.4~114.3mm, 두께가 2.0~15.0mm이며, 이하에 기술하는 고합금강으로 이루어지는 제2 관의 관 전체의 두께에서 차지하는 비율이 0.10~0.50인 것이 바람직하다.
이하에 설명하는 바와 같이, 제1 관은 저합금강으로 이루어지고, 제2 관은 고합금강으로 이루어진다. 제1 관 및 제2 관의 화학 조성에 대하여, 각각 상세하게 설명한다.
(B) 제1 관의 화학 조성
각 원소의 한정 이유는 하기와 같다. 또한, 이하의 설명에 있어서 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.
C: 0.060%를 초과하고 0.400% 이하
C는, 기질에 고용(固溶)되거나, 또는 고온에서의 사용 중에 탄화물로서 석출되어, 상온 및 고온에서의 강도의 확보에 기여한다. 이 효과를 얻기 위하여, 0.060%를 초과하는 양의 C를 함유시킨다. 그러나, 과도하게 함유하면, 맞대기 용접 시에 열 영향부의 경화를 초래하여, 저온 균열 감수성을 높인다. 그 때문에, C 함유량은 0.400% 이하로 한다. C 함유량은 0.100% 초과인 것이 바람직하고, 0.110% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, C 함유량은 0.380% 이하인 것이 바람직하고, 0.350% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Si: 0.01~1.00%
Si는, 탈산 작용을 가짐과 더불어, 고온에서의 내식성 및 내산화성의 향상에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위하여, Si 함유량은 0.01% 이상으로 한다. 그러나, 과도하게 함유하면, 용접 시에 용접 금속 중에 혼입되어, 응고 균열 감수성을 높인다. 그 때문에, Si 함유량은 1.00% 이하로 함과 더불어, 후술하는 P, S 및 Sn의 함유량과의 관계를 만족할 필요가 있다. Si 함유량은 0.03% 이상인 것이 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Si 함유량은 0.90% 이하인 것이 바람직하고, 0.80% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Mn: 0.01~1.20%
Mn은, Si와 마찬가지로 탈산 작용을 가짐과 더불어, 담금질성을 높여, 강도의 향상에 기여한다. 이 효과를 얻기 위하여, Mn 함유량은 0.01% 이상으로 한다. 그러나, 과도하게 함유하면, 고온에서의 사용 중에 취화(脆化)를 초래한다. 그 때문에, Mn 함유량은 1.20% 이하로 한다. Mn 함유량은 0.03% 이상인 것이 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Mn 함유량은 1.10% 이하인 것이 바람직하고, 1.00% 이하인 것이 보다 바람직하다.
P: 0.0350% 이하
P는, 용접 시에 용접 금속 중에 혼입되어, 응고 균열 감수성을 높인다. 이 때문에, P 함유량은 0.0350% 이하로 한다. 또한, 후술하는 Si, S 및 Sn의 함유량과의 관계를 만족할 필요가 있다. P 함유량은 0.0330% 이하인 것이 바람직하고, 0.0300% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, P 함유량에는, 특별히 하한은 설정할 필요는 없고, 0(제로)이어도 상관없지만, 극단적인 저감은 제강 비용의 증대를 초래한다. 이에 더하여, P는 적잖이 강도를 높이는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻고자 하는 경우는, P 함유량은 0.0015% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0030% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
S: 0.0150% 이하
S는 P와 마찬가지로, 용접 시에 용접 금속 중에 혼입되어, 응고 균열 감수성을 현저하게 높인다. 이 때문에, S의 함유량은 0.0150% 이하로 한다. 또한, 후술하는 Si, P 및 Sn의 함유량과의 관계를 만족할 필요가 있다. S 함유량은 0.0130% 이하인 것이 바람직하고, 0.0100% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, S 함유량에는, 특별히 하한은 설정할 필요는 없고, 0(제로)이어도 상관없지만, 극단적으로 저감하면, 용접 시에 용입 깊이가 작아져, 융합 불량을 발생시키기 쉬워진다. 이 때문에, S 함유량은 후술하는 Sn과의 관계를 만족함과 더불어, 0.0001% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0002% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
Sn: 0.0005~0.0400%
Sn은, 강의 표면의 스케일 아래에 농화하여, 내식성을 향상시키는 효과를 갖는다. 또, 용접 시에 용접 금속 중에 혼입되어, 용입 깊이를 크게 하여 융합 불량의 발생을 억제한다. 이 효과를 얻기 위하여, Sn 함유량은 0.0005% 이상으로 함과 더불어, 후술하는 S 함유량과의 관계를 만족할 필요가 있다. 한편, 과도하게 함유하는 경우, 용접 시에 응고 균열 감수성을 높인다. 이 때문에, Sn 함유량은 0.0400% 이하로 함과 더불어, 후술하는 Si, P 및 Sn의 함유량과의 관계를 만족할 필요가 있다. Sn 함유량은 0.0008% 이상인 것이 바람직하고, 0.0010% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Sn 함유량은 0.0380% 이하인 것이 바람직하고, 0.0350% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Al: 0.040% 이하
Al은, 탈산을 위하여 함유된다. 그러나, 과도하게 함유하면 인성의 저하를 초래한다. 이 때문에, Al 함유량은 0.040% 이하로 한다. Al 함유량은 0.035% 이하인 것이 바람직하고, 0.030% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, Al 함유량에는, 특별히 하한은 설정할 필요는 없고, 0(제로)이어도 상관없지만, 극단적으로 저감하면, 탈산 효과가 충분히 얻어지지 않아 강의 청정성이 저하함과 더불어, 제조 비용의 증대를 초래한다. 이 때문에, Al 함유량은 0.001% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.002% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
N: 0.050% 이하
N은, 과도하게 함유하면 인성의 저하를 초래한다. 이 때문에, N 함유량은 0.050% 이하로 한다. N 함유량은 0.045% 이하인 것이 바람직하고, 0.040% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, N 함유량에는, 특별히 하한은 설정할 필요는 없고, 0(제로)이어도 상관없지만, 극단적인 저감은 제강 비용의 증대를 초래한다. 이에 더하여, N은 질화물을 생성하고, 적잖이 강도를 높이는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻고자 하는 경우는, N 함유량은 0.001% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.003% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
O: 0.030% 이하
O는, 과도하게 함유하면 가공성 및 연성(延性)의 저하를 초래한다. 이 때문에, O 함유량은 0.030% 이하로 한다. O 함유량은 0.025% 이하인 것이 바람직하고, 0.020% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, O 함유량에는, 특별히 하한은 설정할 필요는 없고, 0(제로)이어도 상관없지만, 극단적인 저감은 제강 비용의 증대를 초래한다. 이 때문에, O 함유량은 0.001% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.003% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
제1 관의 화학 조성에 있어서, 잔부는 Fe 및 불순물이다. 또한, 「불순물」이란 철강 재료를 공업적으로 제조할 때에, 광석 또는 스크랩 등의 원료를 비롯하여, 제조 공정의 다양한 요인에 의하여 혼입되는 것을 가리킨다.
제1 관의 화학 조성은, Fe의 일부 대신에, 하기의 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다. 하기에 그 이유를 기술한다.
Cr: 9.50% 이하
Cu, Ni 및 Co로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 1.00% 이하
Mo 및/또는 W의 합계: 4.00% 이하
V, Nb, Ti 및 Ta로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 1.00% 이하
B: 0.0200% 이하
Ca 및/또는 Mg의 합계: 0.0100% 이하
REM: 0.0500% 이하
Cr: 9.50% 이하
Cr은, 고온에서의 내식성 및 강도의 향상에 유효하기 때문에, 필요에 따라 함유해도 된다. 그러나, 과도하게 함유하면, 인성이 저하하기 때문에, 함유시키는 경우, Cr 함유량은 9.50% 이하로 한다. Cr 함유량은 9.40% 이하인 것이 바람직하고, 9.20% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, Cr 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Cu, Ni 및 Co로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 1.00% 이하
Cu, Ni 및 Co는, 모두 담금질성을 높여, 강도의 향상에 유효하기 때문에, 필요에 따라 함유해도 된다. 그러나, 모두 고가의 원소이기 때문에, 함유시키는 경우, 이들 원소로부터 선택되는 1종 이상의 합계 함유량을 1.00% 이하로 한다. 상기 합계 함유량은 0.90% 이하인 것이 바람직하고, 0.80% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, 상기 합계 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Mo 및/또는 W의 합계: 4.00% 이하
Mo 및 W는, 모두 기질에 고용되어, 고온 강도의 향상에 기여하기 때문에, 필요에 따라 함유해도 된다. 그러나, 과도하게 함유하면, 고온에서의 사용 중에 조대한 금속 간 화합물 및/또는 탄화물을 생성하여, 인성의 저하를 초래하기 때문에, 함유시키는 경우, Mo 및/또는 W의 합계 함유량을 4.00% 이하로 한다. 상기 합계 함유량은 3.80% 이하인 것이 바람직하고, 3.50% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, 상기 합계 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하다.
V, Nb, Ti 및 Ta로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 1.00% 이하
V, Nb, Ti 및 Ta는, 모두 고온에서의 사용 중에 미세한 탄질화물을 형성하여, 고온 강도의 향상에 기여하기 때문에, 필요에 따라 함유해도 된다. 그러나, 과도하게 함유하면, 조대한 탄질화물이 다량으로 생성되어, 인성의 저하를 초래하기 때문에, 함유시키는 경우, 이들 원소로부터 선택되는 1종 이상의 합계 함유량을 1.00% 이하로 한다. 상기 합계 함유량은 0.90% 이하인 것이 바람직하고, 0.80% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, 상기 합계 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하다.
B: 0.0200% 이하
B는, 담금질성을 높여, 강도의 향상에 기여하기 때문에, 필요에 따라 함유해도 된다. 그러나, 과도하게 함유하면, 용접 시에 용접 금속 중에 혼입되어, 응고 균열 감수성을 높이기 때문에, 함유시키는 경우, B 함유량은 0.0200% 이하로 한다. B 함유량은 0.0180% 이하인 것이 바람직하고, 0.0150% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, B 함유량은 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.0010% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Ca 및/또는 Mg의 합계: 0.0100% 이하
Ca 및 Mg는, 모두 열간 가공성을 개선하기 위하여, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, 과도하게 함유하면 청정성을 현저하게 저하시켜, 오히려 열간 가공성을 해치기 때문에, 함유시키는 경우, Ca 및/또는 Mg의 합계 함유량을 0.0100% 이하로 한다. 상기 합계 함유량은 0.0080% 이하인 것이 바람직하고, 0.0060% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, 상기 합계 함유량은 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.0010% 이상인 것이 보다 바람직하다.
REM: 0.0500% 이하
REM은, Ca 및 Mg와 마찬가지로, 열간 가공성을 개선하기 위하여, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, 과도하게 함유하면 청정성을 현저하게 저하시켜, 오히려 열간 가공성을 해치기 때문에, 함유시키는 경우, REM 함유량은 0.0500% 이하로 한다. REM 함유량은 0.0400% 이하인 것이 바람직하고, 0.0300% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, REM 함유량은 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.0010% 이상인 것이 보다 바람직하다.
「REM」이란, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소의 총칭이며, REM 함유량은 REM 중 1종 또는 2종 이상의 원소의 합계 함유량을 가리킨다. 또, REM은 일반적으로 미슈 메탈에 함유된다. 이 때문에, 예를 들면, 합금에 미슈 메탈을 첨가하고, REM 함유량이 상기의 범위가 되도록 해도 된다.
(C) 제2 관의 화학 조성
각 원소의 한정 이유는 하기와 같다. 또한, 이하의 설명에 있어서 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.
C: 0.003~0.100%
C는, 오스테나이트 조직을 안정되게 하여, 고온 강도의 확보에 기여한다. 이 효과를 얻기 위하여, C 함유량은 0.003% 이상으로 한다. 그러나, 과도하게 함유하면, 용접 중 또는 고온에서의 사용 중에 탄화물을 생성하여, 내식성의 저하를 초래한다. 그 때문에, C 함유량은 0.100% 이하로 한다. C 함유량은 0.005% 이상인 것이 바람직하고, 0.008% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, C 함유량은 0.090% 이하인 것이 바람직하고, 0.080% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Si: 0.01~1.50%
Si는, 탈산 작용을 가짐과 더불어, 고온에서의 내식성 및 내산화성의 향상에 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위하여, Si 함유량은 0.01% 이상으로 한다. 그러나, 과도하게 함유하면, 용접 시에 용접 금속 중에 혼입되어, 응고 균열 감수성을 높임과 더불어, 오스테나이트 조직의 안정성을 해쳐, 고온 강도의 저하를 초래한다. 그 때문에, Si 함유량은 1.50% 이하로 함과 더불어, 후술하는 P, S 및 Sn과의 관계를 만족할 필요가 있다. Si 함유량은 0.03% 이상인 것이 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Si 함유량은 1.30% 이하인 것이 바람직하고, 1.00% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Mn: 0.01~2.20%
Mn은, 탈산 작용을 가짐과 더불어, 오스테나이트 조직의 안정성을 높이고, 고온 강도의 확보에 기여한다. 이 효과를 얻기 위하여, Mn 함유량은 0.01% 이상으로 한다. 그러나, 과도하게 함유하면, 고온에서의 사용 중에 취화를 초래한다. 그 때문에, Mn 함유량은 2.20% 이하로 한다. Mn 함유량은 0.03% 이상인 것이 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Mn 함유량은 2.00% 이하인 것이 바람직하고, 1.80% 이하인 것이 보다 바람직하다.
P: 0.0400% 이하
P는, 용접 시에 용접 금속 중에 혼입되어, 응고 균열 감수성을 높인다. 이 때문에, P 함유량은 0.0400% 이하로 한다. 또한, 후술하는 Si, S 및 Sn의 함유량과의 관계를 만족할 필요가 있다. P 함유량은 0.0380% 이하인 것이 바람직하고, 0.0350% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, P 함유량에는, 특별히 하한은 설정할 필요는 없고, 0(제로)이어도 상관없지만, 극단적인 저감은 제강 비용의 증대를 초래한다. 이에 더하여, P는 적잖이 강도를 높이는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻고자 하는 경우는, P 함유량은 0.0030% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0050% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
S: 0.0100% 이하
S는 P와 마찬가지로, 용접 시에 용접 금속 중에 혼입되어, 응고 균열 감수성을 현저하게 높인다. 또, 용접 영향부의 액화 균열 감수성을 높인다. 이 때문에, S의 함유량은 0.0100% 이하로 한다. 또한, 후술하는 Si, P 및 Sn의 함유량과의 관계를 만족할 필요가 있다. S 함유량은 0.0090% 이하인 것이 바람직하고, 0.0080% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, S 함유량에는, 특별히 하한은 설정할 필요는 없고, 0(제로)이어도 상관없지만, 극단적으로 저감하면, 용접 시에 용입 깊이가 작아져, 융합 불량을 발생시키기 쉬워진다. 이 때문에, S 함유량은 후술하는 Sn과의 관계를 만족함과 더불어, 0.0001% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0002% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
Sn: 0.0005~0.0300%
Sn은, 내식성을 향상시키는 효과를 갖는다. 또, 용접 시에 용접 금속 중에 혼입되어, 용입 깊이를 크게 하여 융합 불량의 발생을 억제한다. 이 효과를 얻기 위하여, Sn 함유량은 0.0005% 이상으로 함과 더불어, 후술하는 S 함유량과의 관계를 만족할 필요가 있다. 한편, 과도하게 함유하는 경우, 용접 시에 응고 균열 감수성을 높임과 더불어, 용접 영향부의 액화 균열 감수성을 높인다. 이 때문에, Sn 함유량은 0.0300% 이하로 함과 더불어, 후술하는 Si, P 및 Sn의 함유량과의 관계를 만족할 필요가 있다. Sn 함유량은 0.0008% 이상인 것이 바람직하고, 0.0010% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Sn 함유량은 0.0280% 이하인 것이 바람직하고, 0.0250% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Ni: 7.0~52.0%
Ni는, 오스테나이트 조직을 안정되게 하여, 고온 강도에 기여한다. 또한, 염화물 이온이 존재하는 환경하에서의 내식성을 높인다. 이 효과를 얻기 위하여, Ni 함유량은 7.0% 이상으로 한다. 그러나, Ni는 고가의 원소이기 때문에, 과도하게 함유하면 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, Ni 함유량은 52.0% 이하로 한다. Ni 함유량은 7.2% 이상인 것이 바람직하고, 7.5% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Ni 함유량은 48.0% 이하인 것이 바람직하고, 45.0% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Cr: 15.0~27.0%
Cr은, 고온에서의 내산화성 및 내식성의 향상에 기여한다. 이 효과를 얻기 위하여, Cr 함유량은 15.0% 이상으로 한다. 그러나, 과도하게 함유하면, 오스테나이트 조직의 안정성을 해쳐, 고온 강도의 저하를 초래한다. 그 때문에, Cr 함유량은 27.0% 이하로 한다. Cr 함유량은 15.2% 이상인 것이 바람직하고, 15.5% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Cr 함유량은 26.8% 이하인 것이 바람직하고, 26.5% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Al: 0.001~0.600%
Al은, 탈산을 위하여 함유된다. 또한, 고온에서의 사용 중에 Ni와 결합하여, 금속 간 화합물로서 석출되어, 고온 강도의 향상에 기여한다. 이 효과를 얻기 위하여, Al 함유량은 0.001% 이상으로 한다. 그러나, 과도하게 함유하면, 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, Al 함유량은 0.600% 이하로 한다. Al 함유량은 0.002% 이상인 것이 바람직하고, 0.003% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Al 함유량은 0.550% 이하인 것이 바람직하고, 0.500% 이하인 것이 보다 바람직하다.
N: 0.001~0.150%
N은, 오스테나이트상을 안정되게 하여, 고온 강도의 향상에 기여한다. 이 효과를 얻기 위하여, N 함유량은 0.001% 이상으로 한다. 그러나, 과도하게 함유하면, 연성의 저하를 초래한다. 그 때문에, N 함유량은 0.150% 이하로 한다. N 함유량은 0.002% 이상인 것이 바람직하고, 0.003% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, N 함유량은 0.130% 이하인 것이 바람직하고, 0.100% 이하인 것이 보다 바람직하다.
O: 0.030% 이하
O는, 과도하게 함유하면 가공성 및 연성의 저하를 초래한다. 이 때문에, O 함유량은 0.030% 이하로 한다. O 함유량은 0.025% 이하인 것이 바람직하고, 0.020% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, O 함유량에는, 특별히 하한은 설정할 필요는 없고, 0(제로)이어도 상관없지만, 극단적인 저감은 제강 비용의 증대를 초래한다. 이 때문에, O 함유량은 0.001% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.003% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
제2 관의 화학 조성에 있어서, 잔부는 Fe 및 불순물이다. 또한, 「불순물」이란 철강 재료를 공업적으로 제조할 때에, 광석 또는 스크랩 등의 원료를 비롯하여, 제조 공정의 다양한 요인에 의하여 혼입되는 것을 가리킨다.
제2 관의 화학 조성은, Fe의 일부 대신에, 하기의 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다. 하기에 그 이유를 기술한다.
Cu 및/또는 Co의 합계: 6.00% 이하
Mo 및/또는 W의 합계: 8.00% 이하
V, Nb, Ti 및 Ta로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 2.00% 이하
B: 0.0200% 이하
Ca 및/또는 Mg의 합계: 0.0100% 이하
REM: 0.0500% 이하
Cu 및/또는 Co의 합계: 6.00% 이하
Cu 및 Co는, 모두 오스테나이트 조직의 안정성을 높여, 고온 강도의 향상에 유효하기 때문에, 필요에 따라 함유해도 된다. 그러나, 모두 고가의 원소임과 더불어, 과도하게 함유하면 연성의 저하를 초래하기 때문에, 함유시키는 경우, Cu 및/또는 Co의 합계 함유량을 6.00% 이하로 한다. 상기 합계 함유량은 5.50% 이하인 것이 바람직하고, 5.00% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, 상기 합계 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Mo 및/또는 W의 합계: 8.00% 이하
Mo 및 W는, 모두 기질에 고용되어, 고온 강도의 향상에 기여하기 때문에, 필요에 따라 함유해도 된다. 그러나, 과도하게 함유하면, 오스테나이트 조직의 안정성을 해침과 더불어, 고온에서의 사용 중에 조대한 금속 간 화합물 및/또는 탄화물을 생성하여, 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 함유시키는 경우, Mo 및/또는 W의 합계 함유량을 8.00% 이하로 한다. 상기 합계 함유량은 7.50% 이하인 것이 바람직하고, 7.00% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, 상기 합계 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하다.
V, Nb, Ti 및 Ta로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 2.00% 이하
V, Nb, Ti 및 Ta는, 모두 고온에서의 사용 중에 미세한 탄질화물을 형성하여, 고온 강도의 향상에 기여하기 때문에, 필요에 따라 함유해도 된다. 그러나, 과도하게 함유하면, 조대한 탄질화물이 다량으로 생성되어, 인성의 저하를 초래하기 때문에, 함유시키는 경우, 이들 원소로부터 선택되는 1종 이상의 합계 함유량을 2.00% 이하로 한다. 상기 합계 함유량은 1.90% 이하인 것이 바람직하고, 1.80% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, 상기 합계 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하다.
B: 0.0200% 이하
B는, 고온 사용 중에 탄화물 중에 고용되고, 미세하게 분산시켜, 고온 강도의 향상에 기여하기 때문에, 필요에 따라 함유해도 된다. 그러나, 과도하게 함유하면, 용접 시에 용접 금속 중에 혼입되어, 응고 균열 감수성을 높이기 때문에, 함유시키는 경우, B 함유량은 0.0200% 이하로 한다. B 함유량은 0.0180% 이하인 것이 바람직하고, 0.0150% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, B 함유량은 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.0010% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Ca 및/또는 Mg의 합계: 0.0100% 이하
Ca 및 Mg는, 모두 열간 가공성을 개선하기 위하여, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, 과도하게 함유하면 청정성을 현저하게 저하시켜, 오히려 열간 가공성을 해치기 때문에, 함유시키는 경우, Ca 및/또는 Mg의 합계 함유량을 0.0100% 이하로 한다. 상기 합계 함유량은 0.0080% 이하인 것이 바람직하고, 0.0060% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, 상기 합계 함유량은 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.0010% 이상인 것이 보다 바람직하다.
REM: 0.0500% 이하
REM은, Ca 및 Mg와 마찬가지로, 열간 가공성을 개선하기 위하여, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, 과도하게 함유하면 청정성을 현저하게 저하시켜, 오히려 열간 가공성을 해치기 때문에, 함유시키는 경우, REM 함유량은 0.0500% 이하로 한다. REM 함유량은 0.0400% 이하인 것이 바람직하고, 0.0300% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기의 효과를 확실히 얻고자 하는 경우는, REM 함유량은 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.0010% 이상인 것이 보다 바람직하다.
「REM」이란, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소의 총칭이며, REM 함유량은 REM 중 1종 또는 2종 이상의 원소의 합계 함유량을 가리킨다. 또, REM은 일반적으로 미슈 메탈에 함유된다. 이 때문에, 예를 들면, 합금에 미슈 메탈을 첨가하고, REM 함유량이 상기의 범위가 되도록 해도 된다.
(D) 제1 관 및 제2 관의 평균 화학 조성
본 발명에 따른 제1 관 및 제2 관은, 각각 상술한 화학 조성을 가질 필요가 있는 것에 더하여, 그 평균 화학 조성이 소정의 관계식을 만족할 필요가 있다. 그 이유는, 하기와 같다.
본 발명에 따른 이중관을, 오스테나이트계 스테인리스강 또는 Ni 합금으로 이루어지는 용접 재료를 사용하여 용접한 경우, 이중관(모재)이 용융되고, 함유되는 Si, P, S 및 Sn은, 용접 금속에 혼입된다. 이들 원소는, 모두 고상선 온도를 저하시켜, 용접 금속의 응고 균열 감수성을 높인다. 특히, 용융 경계에 가까운 용접 금속에서는, 용접 중의 혼합이 충분하지 않고, 용접 금속의 화학 조성은 모재의 영향이 지배적이 된다.
이에 더하여, 내관과 외관의 경계 근방은, 용접 금속이 오스테나이트 단상 응고 조직이 되기 때문에, 이들 원소의 영향을 받아, 응고 균열이 발생하기 쉽다. 이 영역에 발생하는 응고 균열을 안정적으로 방지하기 위해서는, 제1 관 및 제2 관의 Si, P, S 및 Sn의 함유량의 평균값에 대하여, 각각의 원소의 영향 정도를 고려한 관계식을 소정의 범위 이하로 관리할 필요가 있다.
구체적으로는, 하기 (i)식을 만족할 필요가 있다. 하기 (i)식의 좌변값은 1.0500 이하인 것이 바람직하고, 1.0000 이하인 것이 보다 바람직하다.
Siave+6×Pave+20×Save+2×Snave≤1.1000 ···(i)
단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 이하와 같다.
Siave: 제1 관 및 제2 관의 Si 함유량의 평균값(질량%)
Pave: 제1 관 및 제2 관의 P 함유량의 평균값(질량%)
Save: 제1 관 및 제2 관의 S 함유량의 평균값(질량%)
Snave: 제1 관 및 제2 관의 Sn 함유량의 평균값(질량%)
상술과 같이, 용접 시에 이중관(모재)은 용융되고, 함유되는 S 및 Sn은, 용접 금속에 혼입된다. 이들 원소는, 용접 균열 감수성을 높이는 한편, 지나치게 저감하면, 용접 중의 용입 깊이가 작아져, 용입 불량을 발생시키기 쉬워진다. 용입 불량을 안정적으로 방지하기 위해서는, 제1 관 및 제2 관의 S 및 Sn의 함유량의 평균량에 대하여, 각각의 원소의 영향 정도를 고려한 관계식을 소정의 범위 이상으로 관리할 필요가 있다.
구체적으로는, 하기 (ii)식을 만족할 필요가 있다. 하기 (ii)식의 우변값은 0.0020 이상인 것이 바람직하고, 0.0025 이상인 것이 보다 바람직하다.
0.0015≤4×Save+Snave ···(ii)
단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 이하와 같다.
Save: 제1 관 및 제2 관의 S 함유량의 평균값(질량%)
Snave: 제1 관 및 제2 관의 Sn 함유량의 평균값(질량%)
(E) 용접 이음
본 발명에 따른 용접 이음은, 상기의 이중관을 구비하는 것이다. 즉, 복수의 이중관이 용접 접합된 것이다. 이중관을 맞대기 용접하여 조립하는 경우, 그 사용 용도에 따라, 적절한 용접 재료를 선정하면 된다.
예를 들면, 외관이 제1 관(저합금강), 내관이 제2 관(고합금강)인 이중관을 용접하는 경우에는, 일반적으로 행해지고 있는 바와 같이, 고합금강의 부분은 오스테나이트계 스테인리스강용 또는 Ni기 합금용 용접 재료를 사용하여 용접한 후, 경계부 부근에 순Ni 용접 재료를 사용하여 용접하고, 나머지 저합금강의 부분을 탄소강용 용접 재료를 사용하면, 필요한 성능을 갖는 용접 이음이 얻어진다. 또, 외관과 내관을 구성하는 재료가 반대인 경우는, 이 반대의 수법으로 용접 시공할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 이중관에 있어서는, 상기와 같이 복수 종의 용접 재료를 사용하는 일 없이, 오스테나이트 응고하는 오스테나이트계 스테인리스강용 또는 Ni기 합금용 용접 재료만을 사용해도, 필요한 성능을 갖는 용접 이음이 얻어진다. 그 때문에, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 용접 이음은, 오스테나이트계 스테인리스강용 또는 Ni기 합금용 중 어느 하나의 용접 재료에 의하여 용접되는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에 있어서, 사용되는 용접 재료, 및 형성되는 용접 금속은, 하기의 화학 조성을 갖는 것이 바람직하다.
즉, 용접 재료 및 용접 금속의 화학 조성은, 질량%로,
C: 0.003~0.100%,
Si: 0.01~1.50%,
Mn: 0.01~2.50%,
P: 0.0400% 이하,
S: 0.0100% 이하,
Sn: 0.0300% 이하,
Cu 및/또는 Co의 합계: 0~15.00%,
Ni: 12.0~75.0%,
Cr: 18.0%~27.0%,
Mo 및/또는 W의 합계: 0~10.00%,
V, Nb, Ti 및 Ta로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 0~4.00%,
B: 0~0.0200%,
Ca 및/또는 Mg의 합계: 0~0.0100%,
Al: 0.001~1.500%,
N: 0.001~0.150%,
O: 0.030% 이하,
잔부: Fe 및 불순물이며,
하기 (iii) 및 (iv)식을 만족하는 것이 바람직하다.
Siw+6×Pw+20×Sw+2×Snw≤1.1000% ···(iii)
0.0015%≤4×Sw+Snw ···(iv)
단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 이하와 같다.
Siw: 용접 재료 또는 용접 금속의 Si 함유량(질량%)
Pw: 용접 재료 또는 용접 금속의 P 함유량(질량%)
Sw: 용접 재료 또는 용접 금속의 S 함유량(질량%)
Snw: 용접 재료 또는 용접 금속의 Sn 함유량(질량%)
(F) 제조 방법
이중관의 제조 방법에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면, 외관을 구성하는 저합금강 또는 고합금강의 중공 빌릿 중에, 내관을 구성하는 고합금강 또는 저합금강의 중실(中實) 빌릿을 삽입하여 조립한 소재에 대하여, 열간 압출, 롤 압연 등의 이른바 「열간 제관」을 실시하고, 외관과 내관을 일체화시켜 제관함으로써 제조할 수 있다. 이에 의하여, 외관이 제1 관, 내관이 제2 관인 이중관, 또는 외관이 제2 관, 내관이 제1 관인 이중관이 얻어진다.
또한, 통상, 상기 빌릿의 조립은 맞춤면의 청정성 확보를 위하여, 진공 중 또는 불활성 가스 분위기에서 행해진다. 그 후, 상기의 열간 제관한 이중관에 대하여, 압연 또는 인발 등의 냉간 가공을 실시하고, 또한, 열처리를 행하여 소요 형상의 이중관으로 해도 된다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 저합금강 L1~L7, 및 고합금강 H1~H7을 조합하고, 열간 제관법에 의하여, 저합금강으로 이루어지는 제1 관 및 고합금강으로 이루어지는 제2 관을 구비하고, 두께 6.5mm, 외경 63mm의 이중관을 제작하여, 공시관(供試管)으로 했다. 또한, 외관이 제1 관, 내관이 제2 관인 경우는, 외관의 두께를 4.2mm, 내관의 두께를 2.3mm, 즉, 제2 관의 관 전체의 두께에서 차지하는 비율을 0.35로 했다. 한편, 외관이 제2 관, 내관이 제1 관인 경우는, 외관의 두께를 1.6mm, 내관의 두께를 4.9mm, 즉, 제2 관의 관 전체의 두께에서 차지하는 비율을 0.25로 했다.
Figure pct00001
공시관으로부터 100mm 길이의 시험재를 절단한 후, 시험재의 한쪽의 단부에, 도 1에 나타내는 개선을 기계 가공했다. 그 개선을 맞대고, 강관 내에 JIS G 3106(2008)에 규정된 SM400B 상당의 시판되는 강판으로부터 기계 가공에 의하여 제작한, 외경 48mm, 길이 250mm의 중실봉을 삽입했다. 그 후, AWS A5.11-2005 ENiCrMo-3으로 규정된 피복 아크 용접봉을 이용하여 양단을 용접하고, 각 시험 번호에 대하여 2개씩 도 2에 나타내는 구속 용접 시험체를 제작했다.
구속 용접 시험체의 개선 내에, 표 2에 나타내는 화학 조성을 갖는 AWS A.5.14-2009 ERNiFeCr-1로 규정된 필러 와이어를 이용하여, 티그 용접에 의하여, 입열 8~12J/cm로 다층 용접했다.
Figure pct00002
그리고, 다층 용접 후의 구속 용접 시험체로부터, 용접 이음의 횡단면이 관찰면이 되도록 시험편을 4개씩 잘라내어, 경면 연마했다.
그 후, 시험편을 부식시킨 후, 광학 현미경에 의하여, 각 시험 번호에 대하여 합계 8단면(2시험체×4횡단면)의 용접부 횡단면에 대하여, 결함의 유무를 조사했다. 그리고, 모든 단면에 응고 균열 및 용입 불량이 모두 관찰되지 않았던 시험체를 「A」, 1단면에서만 관찰된 시험체를 「B」로 하여 합격으로 판정하고, 2단면 이상에서 관찰된 시험체를 「F」로 하여 불합격으로 판정했다.
표 3에 평가 결과를 나타낸다.
Figure pct00003
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 규정을 모두 만족하는 이중관은, 용접 금속에 응고 균열 또는 용입 불량 등의 결함의 발생은 없어, 건전한 용접 이음이 얻어졌다. 또한, 얻어진 용접 금속의 화학 조성은, 상술한 바람직한 화학 조성을 만족하고 있는 것을 확인하고 있다.
그에 대하여, 시험 번호 T2-2, T3-2, T3-9, T5-2 및 T5-5에서는, (i)식을 만족하지 않았기 때문에, 내관과 외관의 경계 부근의 용융선 근방의 용접 금속 내에 응고 균열이 발생했다. 또, 시험 번호 T3-3, T3-10, T5-3 및 T5-6에서는, (ii)식을 만족하지 않았기 때문에, 개선면이 충분히 용융되지 않은, 이른바 용입 불량이 발생했다.
이들 본 발명을 만족하지 않는 용접 이음의 용접 금속의 화학 조성은, 평균적으로는 상술한 바람직한 화학 조성 범위를 만족했지만, 외관과 내관의 경계의 용융 경계에 가까운 용접 금속의 국소적인 영역에 있어서, (i)식 또는 (ii)식을 만족하지 않았기 때문에, 응고 균열 또는 용입 불량이 발생한 것으로 판단되었다.
이상으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 규정을 모두 만족하는 이중관을 이용한 경우만, 건전한 용접 이음이 얻어지는 것을 알 수 있다.
본 발명에 의하면, 관의 맞대기 용접 시에 용접 금속에 발생하는 균열을 방지하여, 건전한 용접 이음이 안정적으로 얻어지는 이중관을 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 제1 관과 제2 관을 구비하는 이중관으로서,
    상기 제1 관의 화학 조성이, 질량%로,
    C: 0.060%를 초과하고 0.400% 이하,
    Si: 0.01~1.00%,
    Mn: 0.01~1.20%,
    P: 0.0350% 이하,
    S: 0.0150% 이하,
    Sn: 0.0005~0.0400%,
    Al: 0.040% 이하,
    N: 0.050% 이하,
    O: 0.030% 이하,
    잔부: Fe 및 불순물이며,
    상기 제2 관의 화학 조성이, 질량%로,
    C: 0.003~0.100%,
    Si: 0.01~1.50%,
    Mn: 0.01~2.20%,
    P: 0.0400% 이하,
    S: 0.0100% 이하,
    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% 이하,
    잔부: Fe 및 불순물이며,
    하기 (i) 및 (ii)식을 만족하는, 이중관.
    Siave+6×Pave+20×Save+2×Snave≤1.1000 ···(i)
    0.0015≤4×Save+Snave ···(ii)
    단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 이하와 같다.
    Siave: 제1 관 및 제2 관의 Si 함유량의 평균값(질량%)
    Pave: 제1 관 및 제2 관의 P 함유량의 평균값(질량%)
    Save: 제1 관 및 제2 관의 S 함유량의 평균값(질량%)
    Snave: 제1 관 및 제2 관의 Sn 함유량의 평균값(질량%)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 관의 화학 조성이, Fe의 일부 대신에, 질량%로,
    Cr: 9.50% 이하,
    Cu, Ni 및 Co로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 1.00% 이하,
    Mo 및/또는 W의 합계: 4.00% 이하,
    V, Nb, Ti 및 Ta로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 1.00% 이하,
    B: 0.0200% 이하,
    Ca 및/또는 Mg의 합계: 0.0100% 이하,
    REM: 0.0500% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 이중관.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 관의 화학 조성이, Fe의 일부 대신에, 질량%로,
    Cu 및/또는 Co의 합계: 6.00% 이하,
    Mo 및/또는 W의 합계: 8.00% 이하,
    V, Nb, Ti 및 Ta로부터 선택되는 1종 이상의 합계: 2.00% 이하,
    B: 0.0200% 이하,
    Ca 및/또는 Mg의 합계: 0.0100% 이하,
    REM: 0.0500% 이하
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 이중관.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 이중관을 구비하는, 용접 이음.
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