JPH0677855B2

JPH0677855B2 - 高耐食性二重金属管の製造方法

Info

Publication number: JPH0677855B2
Application number: JP63018689A
Authority: JP
Inventors: 康人深田; 裕一小溝
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1988-01-29
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPH01197081A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、近年使用条件が非常に厳しくなってきている
ため、高耐食性および高強度が強く要求されている、例
えば、サワーガス輸送用のラインパイプ用に適する高耐
食性にすぐれた二重金属管およびその製造方法に関す
る。

（従来の技術）従来より、例えば化学プラント、油井管、油送管、ガス
輸送管などは、高耐食性に優れたものが要求されてきて
いる。特に、上述のように近年使用条件が厳しくなって
きている油送管としては高耐食性、高強度共に満足され
る材料が求められている。かかる要求を満足するため高
合金鋼単体のもの、異種金属の接合による内面側のみ、
又は外面側のみを高耐食性にすぐれた金属管を使用した
二重管などが用いられている。

しかし、高合金鋼単体のものは高価であり不経済であ
る、このため近年は二重管の要求が多くなり例えば外管
を炭素鋼とし、これにステンレス鋼を内管として嵌合し
た耐食性能にすぐれた二重管が提案されている。

これらの製造方法の１つとして、外管と内管の温度差を
利用した膨張、収縮による緊着締結により二重管を製造
する方法がある。この方法は、内管内部に冷却兼加圧媒
体を導入し、内管を先ず冷却収縮させ内管の外管への挿
入が終了した後、圧力を加え加圧し拡管させ外管と内管
を密着させ、次いで冷却兼加圧媒体を抜きとり熱膨張に
より内管を更に外管に緊着させる方法であり、また、外
管を加熱し、冷却内管を爆発力にて加圧拡管させ外管に
緊着締結させた後、更に内、外管ともに拡管し、内管は
昇温増径し、外管は冷却縮径させる自緊二重管の製造方
法である（特開昭55−117515号、同55−17516号、同57
−8586号公報参照）。

これらの方法では外管と内管の接合面が冶金的に結合さ
れておらず、使用中に熱が加わると締付力が解放される
問題がある。

「鉄と鋼」′87−S 660には内管を外管に挿入したまま
加熱して両者を緊着させるとともに、両管のそれぞれ外
面、内面をインサートメタルを使って液相拡散接合する
方法が開示されている。冶金的係合による強固な結合が
みられるが、内管として熱膨張係数の大きな材料を使用
しているため、加熱、冷却の熱サイクルが加わると熱ひ
ずみの蓄積による接合部の劣化および剪断歪による剥離
が問題となるおそれがある。

更に他に二重管の製造方法としては、外管となる金属管
内に内管となる金属管の外周面に金属箔を巻付け、外管
内に挿入し、冷間抽伸を行った後所定温度まで加熱し、
更に延伸圧延又は、プレスを行う積層金属管の製造方法
がある（特開昭57−14416号、同57−11717号公報参
照）。

この方法は、冷間での抽伸と更に加熱して熱間での延
伸、プレス方式による加工が必要であり、製造工程が多
くなりコスト高となる不利な点がある。また、内外管は
金属箔をインサート材として接合されており、これは拡
散接合である。しかし、従来拡散接合では接合面を鏡面
研磨し10^-3Torr以上の高真空中で加熱・加圧しなければ
良好な接合部が得られにくく、部材が大きくなった場合
実用上適用はむづかしい。その他、超塑性現象を利用し
た接合法も考えられるが、これは材料が高価であるばか
りか、特定の材料しか利用できず、用途が著しく制限さ
れる。

（発明が解決しようとする課題）本発明の目的は、上記した従来技術における問題点をい
ずれも解消し、経済的にも安価な高耐食性に優れた二重
金属管の製造方法を提供することである。

（課題を解決するための手段）かくして、本発明は、内管および外管からなる高耐食性
二重金属管の製造方法において、外管および該外管の内
径より小さな外径を有する内管の一方を好ましくはすぐ
れた低温靭性を有する低合金鋼から、他方を高耐食性金
属管から構成し、前記内管の外表面もしくは外管の内表
面を35μｍ以下の表面粗さに調整した後低融点アモルフ
ァス系溶射剤を下記条件を満足する溶射膜厚さに溶射
し、次いで、該外管内に内管を挿入して二重素管となし
た後、冷間にて縮径加工を行い、これら外管と内管を密
着させた後、加熱して外管および内管のそれぞれ内面と
外面とを液相拡散接合することを特徴とする高耐食性二
重金属管の製造方法を要旨とする。

Ｗ≧2R ただし、W:溶射膜厚さ（μｍ） R:内管の外表面もしくは外管の内表面の平均粗さ（μ
ｍ）このように、本発明は前述の目的を達成するため、経済
性の面からは、例えば外管に強度確保のための強度部材
として経済的な低合金鋼を利用し、一方内管には耐食性
を有する高耐食性合金（例：高合金鋼）を用いる。

本発明によれば、例えば内表面のみ、又は外表面のみが
耐食性を要求される場合は、耐食性材料単体よりなる管
は不経済であり、経済性を考慮して、例えば内表面に耐
食性を要求されるときは、外管を強度確保のできる経済
的な低合金鋼の強度部材から、内管を高耐食性の合金か
ら構成するのである。内管外表面に低融点アモルファス
系溶射剤を溶射してから外管内に挿入し、両端部をシー
ルした後内外管接合面領域を脱気してから冷間引抜きを
行い、外管と内管を密着させてから、所定温度に加熱
し、外管と内管の接合面を冶金的に結合させる。

かくして、本発明によれば、使用中における高温に対し
ても、接合面が解放されることのない高耐食性に優れた
二重金属管が製造されるのである。

（作用）以下に、添付図面を参照しながら本発明についてさらに
詳細に説明する。

なお、以下にあって、便宜上、外管を強度部材として、
内管を耐食性部材とする例を示すが、すでに述べたよう
にこれは逆であっても同様である。目的に応じ適宜選択
すればよい。

第１図（イ）、同（ロ）、同（ハ）、および同（ニ）
に、本発明にかかる高耐食性二重金属管の製造工程の概
略を模式的に順に示す。

第１図（イ）に示すように、外管１を強度部材として経
済的な低合金鋼、内管２は高耐食性合金を用い、内管２
の外周面は35μｍ以下の表面粗さにし、その上に低融点
アモルファス系溶射剤３を溶射して内管２の外表面に溶
射層を構成する。外管１の内周面も35μｍ以下の表面粗
さとしておく。なお、表面粗さの定義はJIS B 0601で規
定される10点平均粗さを示す。

内管２の溶射層は後述する加熱時にろう材として作用
し、液相拡散接合を促進する。必要により、さらに別の
ろう材を重ねて溶射してもよい。

外管１の内径と内管２の外径との差は各素管の寸法精度
より外管内径の１％以上とするのが望ましい。このよう
にして構成された外管１内に内管２を挿入し、第１図
（ロ）に示すように両端部を溶接等によってシールし、
溶接部４とし、一端側には脱気孔５を設ける。

このようにして組立てた後、脱気孔５より少なくとも10
^-1Torr以下に真空引きを行い、内外管の接合面領域を脱
気して密閉し、次いで第１図（ハ）に示すように例えば
冷間引抜き加工による縮径加工によって、外管１と内管
２とを密着させる。

この脱気工程は、後工程の液相拡散接合の加熱の際、溶
射材が酸化して内管と外管との接着強度が劣化するのを
防止するためであるが、場合によりこの脱気工程を省略
することができる。すなわち、二重管に組立後脱気を施
さなくとも、後の冷間縮径加工により内外管の間の空気
がほとんど排出されるからである。しかし、内外管の接
着をより完全にするためには脱気工程を入れるのが好ま
しい。

本発明は従来のように、この内外管の緊着時に加熱を利
用しないことから、使用時に熱サイクルによっても熱ひ
ずみの蓄積などがみられず、安定して使用できるのであ
る。

その後、一般には低溶融アモルファス系溶射剤が溶融す
る温度に加熱し、第１図（ニ）に示す如く外管１と内管
２とを加熱により液相拡散接合し、冶金的に結合接着す
る。

このように、本発明では冷間縮径加工と、それに続く加
熱のみによって耐食性に優れた二重金属管を経済的に低
コストで製造することができる。

本発明と従来の金属箔を用いた例とを比較すると、本発
明によれば次のような利点がみられる。

インサート材の取付け方法が容易。

表面粗さの影響を顕著に受けない。

接合面の粗さに応じ膜厚を容易に変更可能。

本発明の外管用低合金鋼として、例えば−60℃以下の低
温靭性が要求される場合には以下の成分系とすることが
望ましい。なお、「％」は「重量％」である。

C :0.01〜0.08％、 Si:0.005〜0.4 ％ Mn:0.4 〜1.75％、 Nb:0.005〜0.06％ Ti:0.005〜0.045％、Al:0.001〜0.025％ N :0.001〜0.006％残部実質的にFeおよび不可避不純物。

さらに、上記鋼組成は、次の合金元素の少なくとも１種
を含有していてもよい。

Cu≦0.7％、Ni≦1.0％、Cr≦1.0％、Mo≦0.5％、Ｖ≦0.
07％、およびＢ≦0.002％。

このように、本発明の好適態様にあって上記鋼組成を望
ましいとする理由は次の通りである。

靭性は低Ｃ化により改善されるので、Ｃは0.01〜0.08％
の範囲とする。0.01％未満では目標とする強度を得るこ
とが困難であり、一方0.08％を越えると加熱条件によっ
ては−60℃の靭性の確保が困難となる。

Siは0.005〜0.40％とする。Siは脱酸剤として有効であ
るが、その含有量が0.005％未満では脱酸効果がなく、
又、一方0.40％を超えると靭性が劣化するので好ましく
ない。

Mnは0.40〜1.75％とし、0.40％未満では目標とする強度
が得がたく、一方1.75％を超えると靭性の劣化が顕著と
なる。

Nbは0.005〜0.06％とするが、Nbはオーステナイト粒の
細粒化による強度、靭性の向上のためには0.005％以上
が必要であり、しかし、0.06％を超えると靭性が劣化す
るので、Nbは0.005〜0.06％が好ましい。

Tiは0.005〜0.045が好ましく、TiNの形成により靭性の
向上に有効な成分であるが、0.005％未満ではその効果
は得難い。一方0.045％を越えると逆に靭性の劣化をも
たらすので好ましくない。

Alは脱酸剤として有効な成分であり、0.001〜0.025％と
するが、その含有量が0.001％未満では効果がなく、一
方0.025％を越えると靭性の劣化を来たす。よって、0.0
01〜0.025％が好ましい。

ＮはTi、Al等と窒化物を形成し靭性を改善する役割を有
するが、0.001％未満ではその効果が小さく、又、0.006
％を越えると固溶Ｎの増加により靭性を劣化させる。よ
って、0.001〜0.006％が好ましい。

以上の基本成分に更に下記成分を含有していてもよい。

Cu、Ni、Cr、Mo、Ｖ、Ｂはいずれも強度上昇に有効な成
分ではあるが、その含有量が多いと靭性、溶接性に悪影
響を及ぼすので、Cuでは0.7％以下、Niは1.0％以下、Cr
は1.0％以下、Moは0.5％以下、Ｖは0.07％以下、Ｂは0.
002％以下の１種又は２種以上を含有させるのが好まし
い。

又、本発明の内管用合金としては、用途に応じた高耐食
性材料であればよく、例えばオーステナイト系ステンレ
ス鋼、オーステナイトフェライト系二相ステンレス鋼、
高Ni合金等である。

本発明の限定例にあって、外管１の内周面及び内管２の
外周面の表面粗度を35μｍ以下としたのは、表面粗度が
35μｍ超となると溶射膜の均一化が不十分であり凹部に
て未接合部が形成されやすく良好な接合が得られにくい
からである。また溶射膜厚さを2R以上としたのは2R未満
では接合界面にボイドが生じやすく、健全な接合部が得
られないためである。

加熱温度は、一般には低融点アモルファス系溶射剤（以
下単に溶剤とも云う）の溶融点以上1400℃以下とするの
が好ましく、また液相拡散接合が実現できれば可及的に
低い温度が好ましい。

加熱温度が溶剤の溶融点より低い場合は外管と内管の接
合部の冶金的結合が十分でなく、又1400℃超の場合は外
管の強度靭性に悪影響を及ぼすので、一般に加熱温度は
溶剤の溶融温度以上1400℃以下とするのである。

低融点アモルファス系溶射剤として好ましいものは、Ni
基系であり、これは接合面の粗面化とともにろう材とし
ても作用するため、接合強度は一段と改善されるばかり
でなく、接合操作も一層容易になる効果を有する。

ここに、上記低融点アモルファス系溶射剤を用いるのは
次の理由による。

インサートメタルとして作用させるため性能・作業性の面より任意の成分系が可能ろう材として作用させるためしたがって、その限りにおいてこの溶射剤は特に制限さ
れない。

又、径の大きい管の場合には管を回転させながら加熱を
行うと健全な接合部が得られるので、大径管の場合は管
を回転させながら加熱するのが望ましい。

加熱後の管の冷却については、外管の強度靭性を確保維
持するため、少なくとも450℃までは、５〜75℃/secの
冷却速度で冷却するのが好ましい。

なお、この説明では作業性を考慮して内管の外周面に溶
剤を溶射したが、外管内周面に溶剤を溶射しても良いの
はいうまでもない。又、内管の内周面は必要によっては
酸洗などによる表面処理を施せばよい。

次に、本発明の実施例について説明する。

実施例本例では、第１図に示す工程順に従って本発明を実施し
た。第１表に本発明に使用した外管用の鋼成分を、第２
表に同じく本発明に使用した内管用の合金成分を示す。
又、第３表に本発明を実施した製造条件を示し、第４表
に機械試験結果を示す。第５表に低融点アモルファス系
溶剤の成分組成を示す。

第１表に示す外管用鋼成分よりなる外径406.4mm（1
6″）×肉厚19mmの寸法の外管と、第２表の成分組成を
有する外径355.6mm（14″）×4mmの寸法の内管とをそれ
ぞれ用い、外管内表面及び内管外表面をショットブラス
トにより第３表に示す表面粗さにそれぞれ調整し、内管
外表面に第５表に示す融点1170〜1200℃と890〜920℃の
２種類の低融点アモルファス系溶射剤を用い、第３表に
示す溶射層厚さ20、50、200μｍに溶射した。このよう
に処理された外管１内に内管２を挿入嵌合させ第１図
（ロ）に示すように管端の一端側に脱気孔を設けて両端
部を溶接により密閉シールした後、真空ポンプにより、
外管と内管との間の空気を吸引脱気してから密閉し、引
続いて、冷間引抜きにより外管１と内管２を密着させ
る。外径寸法406.4mm×肉厚19mmと内径寸法355.6mm×肉
厚4mmの組合せ素管を冷間引抜きにより外径382mm×肉厚
22.3mmの二重管とした。

このようになした二重管を1020〜1225℃に加熱して高耐
食性二重金属管を製造した。これらの二重管より試験片
を採取し、種毎の機械試験を行い諸機械的性質を調査し
た。なお、第３表、および第４表に本発明と併せ、比較
例についても結果を表示した。

第２図には第３表、第４表の結果をまとめてグラフで示
すが、これからも分かるようにＷ≧2R（W:溶射膜厚さ、
Ｒ（Rmax）：表面粗さ）を満足するときは剪断強度が20
kg/mm²以上となっていることが分かる。なお、図中の数
字はそれぞれ試験No.を表す。

これらの試験結果からも判るように本発明方法ではJIS
G3601にてステンレスクラッド鋼の合否判定基準とされ
ているせん断強度20 kgf/mm²以上を満足することがで
き、更に外管の引張り強度も53 kgf/mm²以上、衝撃試験
においても−60℃における低温靭性が19.8kg−ｍ以上と
いう好効果を得ることができた。

なお、超音波探傷試験の結果によれば本発明の場合、全
長、全周にわたって溶接欠陥はみられなかったが、試験
No.14、15ではほゞ２〜３ケ／周の欠陥が検出された。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、冷間にて引抜き
加工を行い、外管と内管を密着させてから加熱を行うの
であって、加熱を施すのみで加圧することなく外管と内
管の接合面の冶金接合を行うことができる。かくして、
本発明は経済性にすぐれた、また製造工程の簡素化を図
ることができ、需要家の要望を十分に満足することがで
きる産業上極めて有効な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）、同（ロ）、同（ハ）、および同（ニ）
は、それぞれ、本発明の製造工程を順を追って説明した
模式的説明図である。第２図は、実施例の結果をまとめて示すグラフである。 1:外管、2:内管 3:溶射剤、4:シール溶接部 5:脱気孔、P:冷間加工圧下方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内外管からなる高耐食性二重金属管の製造
方法において、外管および該外管の内径より小さな外径
を有する内管の一方を低温靭性を有する低合金鋼管か
ら、他方を高耐食性金属管から構成し、前記内管の外表
面もしくは外管の内表面を35μｍ以下の表面粗さに調整
した後低融点アモルファス系溶射剤を下記条件を満足す
る溶射膜厚さに溶射し、次いで、該外管内に内管を挿入
して二重素管となした後、冷間にて縮径加工を行い、こ
れら外管と内管を密着させた後、加熱して外管および内
管のそれぞれ内面と外面とを液相拡散接合することを特
徴とする高耐食性二重金属管の製造方法。Ｗ≧2R ただし、W:溶射膜厚さ（μｍ） R:内管の外表面もしくは外管の内表面の平均粗さ（μ
ｍ）
【請求項２】前記内管を外管内に挿入後、両端部をシー
ル溶接するとともに一方の端部に設けた脱気孔により内
外管接合面領域を脱気する、請求項（１）記載の方法。