CN109689240B - 复合焊管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供通过使焊接部的宽度进一步变窄而使管本身的机械特性提高、并且也不损害作为复合管的功能的复合焊管。本发明为一种复合焊管，其具有由母材构成的第一层和层叠于上述第一层的一个面且由与上述母材为不同的材料的第一包层材料构成的第二层，所述复合焊管的特征在于，焊接部中的焊接金属在管内表面的管周向长度L1和在管外表面的管周向长度L2均为0.0010mm以上且1.0mm以下，在上述焊接部中上述母材没有露出于上述复合焊管的第一包层材料侧表面。

Description

复合焊管及其制造方法
技术领域
本发明涉及复合焊管及其制造方法。
背景技术
作为以钢板为原材料来制造焊管的方法，可以列举利用电阻焊的方法、利用电弧焊的方法等各种方法。但是，已知在任一种方法中都通常是焊接部的机械特性(韧性、强度)与焊接前的钢板相比发生劣化。因此，对于焊管而言，要求使焊接部中特别是焊接金属的宽度(管周向长度)尽可能地变窄。在此，UOE钢管等电弧焊钢管是通过使用焊接材料的焊接方法制造的钢管，因此不适合使焊接部的宽度变窄。另一方面，电阻焊是不需要焊接材料的自焊接方法，因此，对于利用该方法制造的焊管而言，具有容易使焊接部的宽度变窄的优点。
作为用于使电阻焊钢管的特性提高的手段，提出了电阻焊复合钢管。电阻焊复合钢管是指使用在作为母材的钢板上复合有由与母材不同的材料形成的金属板(包层材料)的复合钢板而制造的电阻焊钢管。通过这样组合不同的材料，发挥母材和包层材料各自具有的特性，可以得到具有优良的特性的钢管。例如认为，在使用碳钢作为母材、使用不锈钢板作为包层材料时，可以得到兼具不锈钢板的耐腐蚀性和碳钢的强度的电阻焊复合钢管。
作为涉及这样的电阻焊复合钢管的技术，例如可以列举下述专利文献1和2。
在专利文献1中公开了一种复合管的制造方法，其中，将对弯曲成管状的复合钢板或钢带的相对的两边缘部进行对接焊而形成的焊缝中的至少包层材料侧焊缝切削除去直至到达母材的深度为止，对切削除去部实施与包层材料具有同样性质的堆焊。
在专利文献2中公开了一种复合钢管的制造方法，其中，将复合钢带成形为素管，对接缝边缘部进行电阻焊后，将侵入至焊接接缝的异种金属稀释。上述稀释通过下述(1)、(2)中的任一种方法进行。(1)沿着侵入有异种金属的焊接接缝，使一直到复合界面的深度为止的区域熔融、凝固，将该异种金属稀释。(2)利用与包层材料同种的金属对侵入有异种金属的接缝部实施堆焊，接着，对该堆焊部进行轧制而将上述异种金属稀释。
在专利文献3中公开了一种制造复合钢管的方法，其中，对使内表面侧为包层材料的复合钢板进行电阻焊来制造复合钢管。在上述制造方法中，对上述复合钢板进行成形，制成内表面为包层材料的管状体，对上述管状体的包层材料对接的至少一部分进行电阻焊，然后，对对接未焊接部实施堆焊。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭60-221173号公报
专利文献2：日本特开昭62-156087号公报
专利文献3：日本特开平5-154545号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，上述专利文献1～3记载的技术均必须在电阻焊之后对焊接部进行堆焊或熔融、凝固处理等后处理。其理由如下所述。
在电阻焊中，在焊接部、即将成形为管状的钢板的周向两端对接的部位生成被称为过烧的氧化物主体的焊接缺陷。该过烧成为使得焊接部的韧性、强度降低的原因。因此，通常，为了使焊接部不残留过烧，采取增大基于挤压辊的镦锻量并将焊接时产生的氧化熔融物排出至管外面的对策。
但是，在以复合钢板为原材料来制造电阻焊复合钢管的情况下，如上所述增大镦锻量时会产生如下所述的问题。图15(A)是示意性地示出将由母材11和包层材料12构成的复合钢板以包层材料12为内层的方式进行电阻焊时的焊接部截面的图。镦锻量大时，熔融的母材11侵入至包层材料12的焊接接缝部14，特别是镦锻量过量时，如图15(A)所示，母材11露出于钢管的包层材料12侧表面。其结果是，在母材11露出的部位发生性能的降低，作为复合钢管的优点受损。
例如，出于提高耐腐蚀性的目的，使用在作为母材11的低碳钢上复合有作为包层材料12的不锈钢的复合钢板的情况下，如图15(A)所示，由于母材11露出于包层材料侧，耐腐蚀性差的低碳钢露出，结果，钢管内表面的焊接接缝部14附近的耐腐蚀性显著降低。
因此，在专利文献1、2中，为了解决上述问题，电阻焊后，将与包层材料同等的材料堆焊于焊接部。但是，在该方法中，虽然能够消除母材露出部，但进行堆焊的结果是，特性差的焊接部反而增加。在专利文献2中，还提出了进行熔融、凝固处理代替堆焊的方法，在该方法中，也是实施了熔融、凝固处理的部分由于具有与焊接金属同样的凝固组织而特性差。
另外，在专利文献3记载的方法中，只对包层材料侧进行焊接后对母材侧进行堆焊，因此能够防止母材露出于包层材料侧。但是，由于通过堆焊对母材进行接合，因此，与通常的利用电阻焊进行接合的情况相比，焊接金属的宽度反而增大。
这样，在如专利文献1～3所记载的现有方法中存在如下问题：不能兼顾(1)为了抑制由焊接金属引起的特性劣化而使焊接金属的宽度变窄、(2)防止因母材露出于包层材料侧而引起的作为复合焊管的性能下降这两个目的。上述问题在使用在母材的表面和背面设置有包层材料的三层的复合钢板作为原材料的情况下也是同样的。如图15(B)所示，镦锻量大时，熔融的母材11侵入至包层材料12A、12B的焊接接缝部14，母材11露出于钢管的包层材料12侧表面(即钢管的内表面和外表面)。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种复合焊管及其制造方法，所述复合焊管通过使焊接金属的宽度进一步变窄而使管本身的机械特性提高，并且也不损害作为复合管的功能。
用于解决问题的方法
本发明人为了解决上述问题进行了深入研究，结果得出如下见解。
(A)复合钢带的宽度方向两端部在成形为管状的开管中成为对接部(即被焊接部)。因此，在电阻焊前预先将复合钢带的宽度方向两端部从包层材料侧进行压入加工，形成预定的坡口形状的坡口，结果，能够抑制电阻焊后熔融的母材侵入至包层材料的焊接接缝部。
(B)焊接时，使用特定结构的保护气体喷吹喷嘴，在适当的条件下喷吹保护气体，由此，能够显著地降低被焊接部的氧浓度，其结果是能够抑制过烧的生成。
(C)上述(B)的结果是，即使减小焊接时的镦锻量，在焊接部也不会残留过烧，焊接部的机械特性提高。此外，通过减小镦锻量，能够抑制熔融的母材露出于包层材料侧的表面。
(D)通过严格地控制上述坡口加工条件、保护气体和镦锻量的各条件的组合，能够完全地防止母材露出于包层材料侧的表面。因此，能够在不像现有技术那样进行堆焊或熔融、凝固处理等后处理的情况下得到耐腐蚀性等性能优良的复合焊管。另外，能够显著地减小焊接金属的宽度，因此，能够提高复合焊管的强度、尤其是焊接部的断裂特性。
基于上述见解完成的本发明的主旨构成如下所述。
[1]一种复合焊管，其具有由母材构成的第一层和层叠于上述第一层的一个面且由与上述母材为不同的材料的第一包层材料构成的第二层，所述复合焊管的特征在于，
焊接部中的焊接金属在管内表面的管周向长度和在管外表面的管周向长度均为0.0010mm以上且1.0mm以下，
在上述焊接部中上述母材没有露出于上述复合焊管的第一包层材料侧表面。
[2]如上述[1]所述的复合焊管，其中，上述复合焊管具有由上述第一层和上述第二层构成的双层结构。
[3]如上述[2]所述的复合焊管，其中，管的厚度中心处的上述焊接金属的管周向长度为0.0010mm以上且0.3mm以下。
[4]如上述[2]或[3]所述的复合焊管，其中，上述焊接金属中的上述第一包层材料的厚度为上述焊接金属以外的部分中的上述第一包层材料的厚度的20％以上且300％以下。
[5]如上述[1]所述的复合焊管，其中，
上述复合焊管具有由作为上述第一层的中央层、作为上述第二层的内层和作为第三层的外层构成的三层结构，所述第三层层叠于上述第一层的另一个面且由与上述母材为不同的材料的第二包层材料构成，
在上述焊接部中上述母材没有露出于上述复合焊管的内表面和外表面。
[6]如上述[5]所述的复合焊管，其中，管的厚度中心处的上述焊接金属的管周向长度为0.0010mm以上且0.3mm以下。
[7]如上述[5]或[6]所述的复合焊管，其中，上述焊接金属中的上述第一包层材料的厚度和上述第二包层材料的厚度分别为上述焊接金属以外的部分中的上述第一包层材料的厚度和上述第二包层材料的厚度的20％以上且300％以下并且为管的厚度的35％以下。
[8]如上述[1]所述的复合焊管，其中，
上述复合焊管具有由上述第一层和上述第二层构成的双层结构，
上述母材由碳钢或低合金钢构成，上述第一包层材料由不锈钢或含镍合金构成，
焊接部中的焊接金属的宽度在整个厚度上为1.0μm以上且1000μm以下。
[9]如上述[8]所述的复合焊管，其中，上述包层材料为具有以质量％计含有C：0.15％以下、Si：5.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.1％以下、S：0.1％以下、Ni：1.0％以下、Cr：11.0％以上和N：0.5％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的不锈钢。
[10]如上述[8]所述的复合焊管，其中，上述包层材料为具有以质量％计含有C：0.15％以下、Si：5.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.1％以下、S：0.1％以下、Ni：6.0％以上、Cr：15.0％以上和N：0.5％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的不锈钢或含镍合金。
[11]如上述[9]或[10]所述的复合焊管，其中，上述包层材料的成分组成以质量％计还含有选自由Mo：20.0％以下、Cu：5.0％以下、Al：2.0％以下、Co：3.0％以下、W：5.0％以下、Ta：5.0％以下、Ti：2.0％以下、Nb：5.0％以下、V：2.0％以下、Zr：2.0％以下、B：0.0050％以下、Ca：0.0050％以下、Mg：0.0030％以下和REM：0.10％以下组成的组中的一种或两种以上。
[12]如上述[8]～[11]中任一项所述的复合焊管，其中，上述母材为具有以质量％计含有C：0.02～0.20％、Si：0.01～1.0％、Mn：0.1～2.0％、P：0.05％以下、S：0.01％以下和Al：0.1％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的碳钢或低合金钢。
[13]如上述[12]所述的复合焊管，其中，上述母材的成分组成以质量％计还含有选自由Ti：0.1％以下、Nb：0.2％以下、Cu：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Cr：0.5％以下、Mo：0.5％以下、V：0.1％以下和Ca：0.0005～0.0050％组成的组中的一种或两种以上。
[14]如上述[1]～[13]中任一项所述的复合焊管，其中，依据JIS G3445的规定的90°扁平试验中的扁平值h/D满足小于0.3。
在此，h：扁平裂纹高度(mm)
D：管外径(mm)
[15]一种复合焊管的制造方法，其中，
准备具有由母材构成的第一层和层叠于上述第一层的一个面且由与上述母材为不同的材料的第一包层材料构成的第二层的复合钢带，
对上述复合钢带的宽度方向两端部实施坡口加工而形成坡口，
将上述复合钢带成形为管状而制成素管，
对上述素管的相对的一对对接部进行电阻焊而制成复合焊管，
所述复合焊管的制造方法的特征在于，
在上述坡口加工中，将上述复合钢带的宽度方向两端部从上述第二层侧进行压入加工，
对于上述坡口而言，上述第二层与上述第一层的复合界面从上述第二层侧朝向上述复合钢带的厚度中心侧，上述第二层侧的坡口角度θ1为10°以上且50°以下，坡口深度d1为上述复合钢带的厚度t的10.0％以上且45.0％以下，由下述(1)式定义的投影复合比率R1为25％以上且50％以下，
上述电阻焊如下进行：在对上述一对对接部实施气体保护的同时，在镦锻量为上述复合钢带的厚度t以下的条件下对上述一对对接部进行对接加压，
上述气体保护如下进行：使用在距上述素管的对接部上端5～300mm上方的位置具有沿上述素管的对接方向相邻并置的三个以上的狭缝状的气体放出口的保护气体喷吹喷嘴，将来自上述气体放出口中位于两端的一对第一气体放出口的气体放出流速设为A(m/s)、将来自剩余的第二气体放出口的气体放出流速设为B(m/s)时，在B为0.5～50m/s并且满足0.010≤B/A≤10的条件下喷吹保护气体。
R1＝(tc1 *+d1)/t×100(％)…(1)
在此，R1：投影复合比率
tc1 *：钝边中的上述第二层的厚度(mm)
d1：第二层侧的坡口深度(mm)
t：上述复合钢带的厚度(mm)
[16]如上述[15]所述的复合焊管的制造方法，其中，
上述复合焊管具有由上述第一层和上述第二层构成的双层结构，
上述坡口为Y形坡口。
[17]如上述[16]所述的复合焊管的制造方法，其中，上述镦锻量为上述复合钢带的第一包层材料的厚度tc1的20％以上。
[18]如上述[16]或[17]所述的复合焊管的制造方法，其中，上述投影复合比率R1为30％以上且50％以下。
[19]如上述[15]所述的复合焊管的制造方法，其中，
上述复合焊管具有由作为上述第一层的中央层、作为上述第二层的内层和作为第三层的外层构成的三层结构，所述第三层层叠于上述第一层的另一个面且由与上述母材为不同的材料的第二包层材料构成，
在上述坡口加工中，进一步将上述复合钢带的宽度方向两端部从上述第三层侧进行压入加工，
上述坡口为X形坡口，
对于上述坡口而言，进一步地，上述第三层与上述第一层的复合界面从上述第三层侧朝向上述复合钢带的厚度中心侧，上述第三层侧的坡口角度θ2为10°以上且50°以下，坡口深度d2为上述复合钢带的厚度t的10.0％以上且45.0％以下，由下述(2)式定义的投影复合比率R2为25％以上且50％以下。
R2＝(tc2 *+d2)/t×100(％)…(2)
在此，R2：投影复合比率
tc2 *：钝边中的上述第三层的厚度(mm)
d2：第三层侧的坡口深度(mm)
t：上述复合钢带的厚度(mm)
[20]如上述[19]所述的复合焊管的制造方法，其中，上述投影复合比率R1和R2分别为30％以上且50％以下。
发明效果
根据本发明的复合焊管的制造方法，能够制造通过使焊接部的宽度进一步变窄而使管本身的机械特性提高、并且也不损害作为复合管的功能的复合焊管。
本发明的复合焊管通过使焊接部的宽度进一步变窄而使管本身的机械特性提高、并且也不损害作为复合管的功能。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的复合焊管20的焊接部附近的、与管长度方向垂直的截面图。
图2是用于按照本发明的第一至第三实施方式制造复合焊管的设备的概略图。
图3(A)是示出本发明的第一实施方式中的复合钢带的宽度方向两端部(对接部)的坡口形状的截面图，图3(B)是示出对上述复合钢带进行电阻焊后的焊接部和其附近的截面图。
图4是示出可在本发明的第一实施方式中使用的坡口加工机的示意图。
图5是说明本发明的第一实施方式中的气体保护的概略图，(A)是通管中的素管16和复合焊管20的立体图，(B)是表示(A)的Z1部的保护气体喷吹喷嘴81的放大立体图，(C)是(A)的Z2部的截面图。
图6(A)～(D)是示出可在本发明的第一至第三实施方式中使用的喷嘴的例子的示意图。
图7(A)～(C)是示出本发明的第一实施方式中的保护气体的气体放出流速B和气体流速比B/A的适当范围的说明图。
图8是示出保护气体的气体流速比B/A与被焊接部的氧浓度的关系的图。
图9是示出被焊接部的氧浓度与电阻焊不锈钢复合钢管在90°扁平试验中的扁平值h/D的关系的图。
图10是本发明的第二实施方式的复合焊管20的焊接部附近的、与管长度方向垂直的截面图。
图11(A)是示出本发明的第二实施方式中的复合钢带的宽度方向两端部(对接部)的坡口形状的截面图，图11(B)是示出对上述复合钢带进行电阻焊后的焊接部和其附近的截面图。
图12是示出可在本发明的第二实施方式中使用的坡口加工机的示意图。
图13是说明本发明的第二实施方式中的气体保护的概略图，(A)是通管中的素管16和复合焊管20的立体图，(B)是表示(A)的Z1部的保护气体喷吹喷嘴81的放大立体图，(C)是(A)的Z2部的截面图。
图14(A)～(C)是示出本发明的第二实施方式中的保护气体的气体放出流速B和气体流速比B/A的适当范围的说明图。
图15是电阻焊部和其附近的示意性截面图，(A)是以两层的复合钢板为原材料而使镦锻量增大的情况，(B)是以三层的复合钢板为原材料而使镦锻量增大的情况，(C)是以两层的复合钢板为原材料而使镦锻量减小的情况。
具体实施方式
本发明的复合焊管至少具有由母材构成的第一层和层叠于上述第一层的一个面且由与上述母材为不同的材料的第一包层材料构成的第二层。本发明的一个实施方式中的复合焊管可以是具有由上述第一层和上述第二层构成的双层结构的复合焊管。另外，本发明的另一实施方式中的复合焊管可以进一步具有层叠于上述第一层的另一个面的第三层。换言之，上述复合焊管可以是具有由上述第一层(中央层)、层叠于上述第一层的一个面的第二层(内层)和层叠于上述第一层的另一个面的第三层(外层)构成的三层结构的复合焊管。
在此，在本说明书中，“母材”是指在由厚度相互不同的两层以上构成的复合钢带中厚度最大的层的材料，“包层材料”是指除此以外的层的材料。例如，对于用于制造复合焊管的复合钢带而言，作为母材，可以选择用于确保管的强度的材料，作为包层材料，可以选择用于确保利用母材无法确保的特性(例如耐腐蚀性等)的材料。
以下，以复合焊管具有双层结构的情况(第一和第三实施方式)和复合焊管具有三层结构的情况(第二实施方式)为例，对实施本发明的方法具体地进行说明。
(第一实施方式)
首先，对复合焊管具有双层结构的情况进行说明。
[复合焊管]
参考图1，对本发明的第一实施方式的复合焊管20进行说明。本实施方式的复合焊管20是由第一层11和第二层12构成的双层的复合焊管，所述第一层11由母材构成，所述第二层12由与上述母材为不同的材料的第一包层材料构成。
(母材)
母材没有特别限定，可以列举碳钢、低合金钢等含有钢铁材料的金属等。
用作母材的碳钢没有特别限定，复合焊管的机械特性受占其管体积的大部分的母材的特性所支配，因此，优选选择具有与复合焊管的应用目标对应的规格、机械特性的碳钢。
用作母材的低合金钢只要是合金元素的总含量为5质量％以下的钢就没有特别限定，与碳钢同样地，考虑复合焊管的应用目标而选择即可。
(第一包层材料)
第一包层材料没有特别限定，可以列举不锈钢或含镍合金等含有钢铁材料的金属等耐腐蚀性合金。特别是从具有高耐腐蚀性的观点出发，对于不锈钢而言优选SUS316L，对于含镍合金而言优选Alloy625、Alloy825。
将由母材构成的第一层11和由第一包层材料构成的第二层12中的哪个作为管的内层、哪个作为管的外层没有特别限定，根据复合焊管的用途决定即可。例如，对于在高腐蚀性环境中使用的管线管而言，对于生产流体所流通的管内表面要求高的耐腐蚀性。因此，在将复合焊管用于管线管的情况下，可以使第一包层材料为内层、使母材为外层。相反，在对于管外表面要求高的耐腐蚀性的用途的情况下，可以使母材为内层、使第一包层材料为外层。
(焊接金属的宽度和母材的露出)
参考图1，本实施方式的复合焊管20的特征在于，焊接部中的焊接金属15A、15B在管内表面的宽度(管周向长度)L1和在管外表面的宽度(管周向长度)L2均为0.0010mm以上且1.0mm以下，并且，在焊接部中母材没有露出于复合焊管的第一包层材料侧表面。焊接金属从管的内表面存在至外表面并且其宽度(L1和L2)窄至1.0mm以下，由此，复合焊管20的机械特性优良。另外，在焊接部中母材没有露出于复合焊管的包层材料侧表面，因此，作为复合管的功能没有受损。
L1小于0.0010mm时，管内表面侧的焊接金属的量过少而焊接部的强度降低，L2小于0.0010mm时也同样，管外表面侧的焊接金属的量过少而焊接部的强度降低。另外，L1和L2中的一者或两者大于1.0mm时，焊接金属的范围变广，导致管的机械特性劣化。从该观点出发，L1和L2优选为0.0100～0.5mm。
此外，管的厚度中心处的焊接金属的宽度(管周向长度)L3优选为0.0010mm以上且0.3mm以下。L3为0.0010mm以上时，不存在焊接金属的量过少而焊接部的强度降低的情况。L3为0.3mm以下时，不存在焊接金属的范围变广而导致管的机械特性劣化的情况。从该观点出发，L3更优选为0.0100～0.3mm。
另外，焊接金属中的第一包层材料的厚度(焊接接缝部中的第二层的厚度)tw1优选为焊接金属以外的部分中的第一包层材料的厚度tc1的20％以上且300％以下。tw1为tc1的20％以上时，能够充分地抑制母材的焊接金属15A侵入至第一包层材料的焊接金属15B，因此，在管的第一包层材料侧表面可以充分地得到第一包层材料的特性(例如耐腐蚀性)。另外，tw1为tc1的300％以下时，在焊接部中第一包层材料的焊接金属15B不是决定性的，可以充分地得到母材的特性(例如强度)。从该观点出发，tw1更优选为tc1的50～200％。
在此，“焊接金属”是指焊管中在焊接时发生熔融、之后凝固的金属。焊管由利用焊接金属及其周围的热影响区构成的焊接部和不因焊接而受到热影响的非焊接部构成。
在本发明中，焊接金属通过以下方法来鉴定。即，焊接金属被鉴定为利用适当的方法对与焊管的管长度方向垂直的截面中确实含有焊接部的区域进行腐蚀而呈现出与非焊接部不同的组织形态的区域。腐蚀液根据金属的种类选择适当的腐蚀液即可。例如，碳钢和低合金钢的焊接金属可以被鉴定为利用硝酸乙醇溶液对上述截面进行腐蚀、并利用光学显微镜观察到白色的区域。另外，不锈钢和含Ni合金的焊接金属可以被鉴定为利用王水对上述截面进行腐蚀、并利用光学显微镜观察到黑色的含有枝晶状、蜂窝状等的凝固组织的区域。这样，能够鉴定图1中的母材的焊接金属15A和包层材料的焊接金属15B。在这样鉴定出的上述截面中的焊接金属的区域中，利用直线将在外表面、内表面分别呈现出的焊接金属的周向两边缘彼此连接，将该直线的长度分别设定为焊接金属的外表面宽度和内表面宽度。对于焊接金属的厚度中心宽度而言，也同样地利用直线将复合焊管的壁厚中心部的、上述焊接金属区域的两边缘彼此连接，将该直线的长度设定为焊接金属的厚度中心宽度。
需要说明的是，碳钢和低合金钢的焊接金属也可以被鉴定为利用苦味酸腐蚀上述截面而使金属流体显现、没有观察到其偏析线的区域。不锈钢和含Ni合金的焊接金属也可以被鉴定为同样地在使金属流体显现的情况下没有观察到偏析线的区域。
本实施方式的复合焊管20优选焊接部具有高的断裂特性。具体而言，优选依据JISG 3445的规定的90°扁平试验中的扁平值h/D满足小于0.3。需要说明的是，h为扁平裂纹高度(mm)、D为管外径(mm)。
[复合焊管的制造方法]
如上所述的本发明的第一实施方式的复合焊管20可以通过以下说明的特定条件下的电阻焊来制造。
参考图2，对本发明的第一实施方式的复合焊管的制造工序进行说明。在本发明的第一实施方式中的复合焊管的制造中，包括以下步骤。首先，将制成热轧卷材的复合钢带10利用开卷机30连续地送出。接着，利用坡口加工机40对送出的复合钢带10的宽度方向两端部实施坡口加工。接着，利用辊轧成形机50将复合钢带10成形为管状。接着，将成为对接部(被焊接部)的上述宽度方向两端部利用高频加热装置60加热至熔点以上，同时利用挤压辊70进行对接加压，由此，进行电阻焊，得到复合焊管20。此时，利用保护气体喷吹装置80对对接部实施气体保护。接着，利用焊缝切削机90对焊接部的外表面和内表面的焊缝进行切削。然后，利用切割机96将管20切割为规定的长度。
高频加热装置60可以为直接通电加热式或感应加热式的装置中的任一种。需要说明的是，有时也在包含高频电流的通电部分的通带方向范围内的管的内表面侧装入未图示的阻抗元件进行电阻焊。
如图3(A)所示，本实施方式示出使用将由母材构成的第一层11与由第一包层材料构成的第二层12压接而成的复合钢带10并使第二层12为内层、使第一层11为外层进行电阻焊的例子。
(坡口加工)
在本实施方式中，对复合钢带的宽度方向两端部实施坡口加工而形成坡口。以下，参考图3(A)对该坡口加工进行说明。
在上述坡口加工中，将复合钢带10的宽度方向两端部从第二层12侧进行压入加工。所形成的坡口为如图3(A)所示的Y形坡口，满足以下的(i)～(iv)的条件。
(i)作为第二层12与第一层11的界面的复合界面13从第二层侧朝向复合钢带的厚度中心侧。
(ii)第二层侧的坡口角度θ1为10°以上且50°以下。
(iii)坡口深度d1为复合钢带的厚度t的10.0％以上且45.0％以下。
(iv)由下述(1)式定义的投影复合比率R1为25％以上且50％以下。
R1＝(tc1 *+d1)/t×100(％)…(1)
在此，R1：投影复合比率
tc1 *：钝边中的上述第二层的厚度(mm)
d1：第二层侧的坡口深度(mm)
t：上述复合钢带的厚度(mm)
在此，重要的是将复合钢带10的宽度方向两端部从第二层12侧进行压入加工，而不是将复合钢带10的宽度方向两端部的第二层侧角部切掉而形成Y形坡口。其结果是，复合界面13也从第二层侧向复合钢带的厚度中心侧压入。在此基础上，将坡口角度θ1、坡口深度d1和投影复合比率R1设定为上述范围。由此，能够抑制电阻焊后母材的熔融钢和热影响区侵入至第一包层材料的焊接接缝部。其结果是，在焊接部中母材不会露出于钢管的第一包层材料侧表面(在本实施方式中为内表面)，将焊接部的内表面焊缝切削后，可以得到具有包括焊接部在内整个面都被第一包层材料包覆的内表面的电阻焊复合钢管。
另外，上述坡口形状中不存在电流集中的角部，因此，被焊接部整体的温度分布均匀化。其结果是，能促进从焊接部排出过烧，结果能够防止焊接部的韧性和强度的降低。
坡口角度θ1小于10°时，无法保持被焊接部整体的温度分布的均匀性，作为结果，过烧的排出容易变得不充分，因此，焊接部的韧性、强度等特性变得不充分。除此以外，熔融金属的宽度L1或L2超过1.0mm，管的机械特性劣化。
另一方面，坡口角度θ1大于50°时，抑制母材的熔融钢和热影响区侵入至第一包层材料的焊接接缝部的效果变得不充分，在焊接部中母材露出于钢管的第一包层材料侧表面，作为复合管的功能受损。另外，熔融金属的宽度L1或L2超过1.0mm，管的机械特性劣化。
坡口深度d1小于复合钢带的厚度t的10.0％时，抑制母材的熔融钢和热影响区侵入至第一包层材料的焊接接缝部的效果变得不充分，在焊接部中母材露出于钢管的第一包层材料侧表面的倾向提高。除此以外，熔融金属的宽度L1或L2超过1.0mm，管的机械特性劣化。
另一方面，坡口深度d1大于复合钢带的厚度t的45.0％时，焊接部的组成为接近包层材料的组成的高合金组成，因此，焊接部的韧性、强度等特性变得不充分。除此以外，熔融金属的宽度L1或L2超过1.0mm，管的机械特性劣化。
从以更高的水平兼顾母材不露出于第一包层材料侧表面和不使焊接部的特性降低的观点出发，优选如下进行设定。坡口角度θ1优选设定为15°以上。坡口角度θ1优选设定为35°以下。坡口深度d1优选设定为复合钢带的厚度t的15％以上。坡口深度d1优选设定为复合钢带的厚度t的35％以下。
除此以外，在本实施方式中，将由上述(1)式定义的投影复合比率R1设定为25％以上且50％以下也非常重要。投影复合比率R1小于25％时，抑制母材的熔融钢和热影响区侵入至第一包层材料的焊接接缝部的效果变得不充分，在焊接部中母材露出于钢管的第一包层材料侧表面。此外，投影复合比率为小于25％的较小值时，坡口形状为接近矩形的形状。这种情况下，由于高频电流的特性，电流只集中于角部而容易被加热。另外，作为第一包层材料的不锈钢或Ni合金等高合金组成的金属的熔点低于低碳低合金钢等的母材。因此，投影复合比率为小于25％的较小值时，作为角部的低熔点的第一包层材料容易熔化，第一包层材料的焊接金属的宽度变得不均匀，L1或L2超过1.0mm。
另外，投影复合比率R1大于50％时，即Y形坡口的钝边中的复合界面的位置与复合钢带10的壁厚中央相比更靠近母材侧时，电阻焊后的焊接接缝14的大部分是对作为第一包层材料的高合金组成的金属进行电阻焊而得到的焊接接缝，因此，焊接部的韧性、强度等特性降低。此外，作为第一包层材料的不锈钢或Ni合金等高合金组成的金属的熔点低于低碳低合金钢等母材。因此，投影复合比率为大于50％的较大值时，低熔点的第一包层材料过度熔化，因此，焊接金属的宽度L1或L2超过1.0mm。
另外，使用电阻焊复合钢管作为输送具有腐蚀性的物质的管线管时，为了长期地维持复合钢管的内表面的耐腐蚀性，如上所述，优选将焊接金属中的第一包层材料的厚度tw1设定为焊接金属以外的部分中的第一包层材料的厚度tc1的20％以上。从实现上述目的的观点出发，电阻焊时的对接部的Y形坡口的投影复合比率R1优选设定为30％以上。
本实施方式中的坡口加工可以使用例如如图4所示的构成的坡口加工机40来进行。坡口加工机40为能够对走行的复合钢带10连续地进行加工的轧制式坡口加工机，上侧侧辊42和下侧侧辊44分别以左右一对进行配置。如图4那样，上侧侧辊42具有朝向上侧呈锥状使直径增大的轧制部42A，由此，能够使复合钢带10的宽度方向两端部形成Y形坡口。
通过改变轧制部42A的锥形状，能够使复合钢带的宽度方向端部的坡口形状为期望的形状。另外，如图3(A)所示，投影复合比率R1依赖于复合钢带10中的第一层(母材)的厚度tm与第二层(第一包层材料)的厚度tc1之比和由压入加工得到的坡口形状。因此，通过适当地选择上述比并且改变轧制部42A的锥形状而形成适当的坡口形状，能够使投影复合比率R1为期望的值。
(气体保护)
接着，如图5(A)、(C)所示，将复合钢带10成形为管状而制成素管(开管)16。然后，对素管的相对的一对对接部(被焊接部)17实施气体保护，同时对一对对接部17进行对接加压，进行电阻焊，从而得到复合焊管20。
在图5(A)中，符号18为素管的对接部加热起点，符号19为指示被焊接部17接合的通管方向位置的焊接点。在本实施方式中，电阻焊时，将从加热起点18到焊接点19的通管方向范围的整个区域、或者该范围内的容易在被焊接部生成氧化物的区域(该区域可以通过预调査来鉴定)设定为保护范围，在该保护范围内，在被焊接部17的正上方的位置配置保护气体喷吹喷嘴81(以下，也简称为“喷嘴”)。
如图5(B)和图6(A)、(D)所示，喷嘴81相对于素管的对接方向Y而分割为三层。另外，如图6(B)、(C)所示，也可以相对于素管的对接方向Y而分割为四层以上。即，喷嘴81具有沿素管的对接方向Y相邻并置的三个以上的分割喷嘴，它们由位于两端的一对第一分割喷嘴84A和剩余的第二分割喷嘴84B构成。各分割喷嘴以内部呈中空地被划分，形成相互独立的气体流路。对于各分割喷嘴84A、84B，从各自对应的气体配管82供给保护气体，其供给量利用气流调节器83来控制。一对第一分割喷嘴84A的前端划分出狭缝状的第一气体放出口85A，第二分割喷嘴84B的前端划分出狭缝状的第二气体放出口85B。喷嘴81以使其气体放出口85A、85B与被焊接部17上端正对的方式进行配位来配置。
本发明人对保护气体的流动进行了详细观察。此外，对于气体放出口85A、85B的位置及尺寸、气体放出口85A、85B处的保护气体的流速等各种保护气体的喷吹条件对电阻焊时的被焊接部17的氧浓度和对该被焊接部进行电阻焊而成的焊接部中的氧化物的面积率带来的影响进行了详细调査。
其结果发现，通过将保护气体的喷吹条件设定为最佳，使得被焊接部的氧浓度为0.01质量％以下，其结果是，焊接部的氧化物面积率小于0.1％，可以得到断裂特性优良的焊接部。在此，焊接部的氧化物面积率如下定义。即，利用电子显微镜对通过进行电阻焊部的夏比冲击试验而得到的断口以500倍以上的倍率观察至少10个视野，选择在其断口内观察到的含有氧化物的凹陷断口部分，测定其总面积，以其相对于视野总面积的比例作为氧化物面积率。
上述发现的最佳条件是，从被焊接部17上端到气体放出口85A、85B的高度、即喷嘴高度H为5mm以上且300mm以下(参考图5(C))，并且，将来自位于两端的一对第一气体放出口85A的气体放出流速设为A(m/s)、将来自剩余的第二气体放出口85B的气体放出流速设为B(m/s)时，在B为0.5～50m/s、并且满足0.010≤B/A≤10的条件下喷吹保护气体。而且本发明人发现，在上述坡口加工条件的基础上，采用这些气体保护条件，能够使焊接部的宽度充分窄。
上述喷嘴高度H超过300mm时，保护气体不会充分地到达被焊接部17，因此，被焊接部17的氧浓度不会达到0.01质量％以下，无法得到断裂特性优良的焊接部。除此以外，在焊接部容易产生过烧，扁平值h/D容易为0.3以上。此外，熔融金属的宽度L1和L2超过1.0mm，管的机械特性劣化。另一方面，上述喷嘴高度H低于5mm时，由于来自被加热的被焊接部17的辐射热而气体放出口85A、85B容易受损，此外，在被焊接部17产生的溅射发生碰撞而喷嘴81的耐久性劣化。除此以外，焊接金属容易被保护气体吹跑，焊接金属的宽度L1、L2、L3小于0.0010mm，焊接部的强度劣化。
流速B过小时，保护气体向周围扩散，被焊接部17的气体保护变得不充分，因此，被焊接部17的氧浓度不会达到0.01质量％以下，无法得到断裂特性优良的焊接部。另一方面，流速B过大时，保护气体的势头变得过强，发生在被焊接部17的端面间的大气卷入。另外，无论流速B过小还是过大，焊接金属的宽度L1、L2、L3都小于0.0010mm，焊接部的强度劣化。因此，上述流速B为0.5～50m/s是适当范围。需要说明的是，中央的第二气体放出口为两个以上时(例如图6(B)、(C)等)，各个第二气体放出口处的流速B不一定需要为相同的值，只要为上述适当范围内，也可以为相互不同的值。
但是，即使使流速B保持在上述适当范围，如果流速B与流速A之比、即气体流速比B/A不适当，则如图7所示发生大气卷入87。
即，如图7(A)所示，B/A＜0.010时，来自两端的第一气体放出口85A的气流过强，并且来自中央的第二气体放出口85B的气流过弱，因此，来自两端的第一气体放出口85A的气流在素管16的外表面发生反射而向上方偏转，该反射区域内的气流速度接近零，沿着素管16的外表面产生大气卷入87。其结果是，被焊接部17的氧浓度不能充分地降低，无法得到断裂特性优良的焊接部。此外，由于气体的卷入，外表面侧的焊接金属容易被吹跑，L2小于0.0010mm时，焊接部的强度劣化。
另一方面，如图7(C)所示，B/A＞10时，来自中央的第二气体放出口85B的气流过强，并且来自两端的第一气体放出口85A的气流过弱，因此，大气因来自中央的第二气体放出口85B的气流而被拖入被焊接部17的端面间，容易导致大气卷入87。其结果是，被焊接部17的氧浓度不能充分地降低，无法得到断裂特性优良的焊接部。除此以外，焊接金属容易被保护气体吹跑，焊接金属的宽度L1、L2、L3小于0.0010mm，焊接部的强度劣化。
与此相对，如图7(B)所示，通过设定为0.010≤B/A≤10，保护气体86不会过度或不足地充满于被焊接部17的端面间，也没有大气卷入。其结果是，被焊接部17的氧浓度为0.01质量％以下，能得到断裂特性优良的焊接部。另外，能够使焊接金属的宽度L1、L2为0.0010mm以上且1.0mm以下。在中央的第二气体放出口85B存在两个以上并且将各个第二气体放出口处的流速设定为相互不同的值的情况下，将其中最大的流速设为“流速B”而计算出的B/A满足上述条件即可。
图8是作为一例示出在喷嘴高度H＝50mm、0.5≤B≤50的适当范围内对气体流速比B/A进行各种改变、向被焊接部17喷吹保护气体86并在被焊接部17的端面间的中间位置测定氧浓度而得到的结果的图。需要说明的是，使用管外表面侧的母材为厚度16mm的低碳低合金钢、管内表面侧的包层材料为厚度4mm的奥氏体系不锈钢(SUS316L)的不锈钢复合钢带。
根据图8，在0.5≤B≤50的适当范围内，将气体流速比B/A设定为0.010≤B/A≤10，由此，能够轻松地(即可靠地)达成被焊接部的氧浓度0.01质量％以下。另外，根据图8，设定为0.030≤B/A≤5时，能够实现作为更低的氧浓度水平的0.001～0.0001质量％，从而优选。
对于该结果，确认到即使改变喷嘴高度H等其它条件也是同样的。
图9是示出被焊接部的氧浓度与复合焊管在90°扁平试验中的扁平值h/D的关系的图。上述图所示的数据通过以下步骤得到。首先，在各种被焊接部的氧浓度下对不锈钢复合钢带进行电阻焊，制造出电阻焊不锈钢复合钢管。作为上述不锈钢复合钢带，使用由厚度为5mm的第一层和厚度为2mm的第二层构成的复合钢带，所述第一层由作为母材的低碳低合金钢构成，所述第二层由作为包层材料的奥氏体系不锈钢(SUS316L)构成。上述电阻焊不锈钢复合钢管按照上述第一层为管外表面侧、上述第二层为管内表面侧的方式来制造。在上述电阻焊中，如图15(C)所示，为了不使母材露出于管内表面，将镦锻量设定为不锈钢复合钢带的板厚以下的1.0mm。接着，从所得到的电阻焊不锈钢复合钢管上裁取长度为50mm的试验片，进行依据JIS G 3445的规定的90°扁平试验，求出扁平值h/D。
其结果是，如图9所示可知，对于在被焊接部的氧浓度为0.01质量％以下的气氛下制造的电阻焊不锈钢复合钢管而言，90°扁平试验中的扁平值h/D(h：扁平裂纹高度、D：管外径)小于0.3，具有断裂特性优良的焊接部。
关于气体放出口85A、85B的全部层合并后的形状，形成为作为尺寸的通管方向X分量的长度为30mm以上、作为尺寸的素管对接方向Y分量的宽度(图5(C)中的总宽度R)为5mm以上的矩形时，能够更均匀地向被焊接部17喷吹气体，从而优选。
另外，如图5(C)所示，全部气体放出口85A、85B的总宽度R优选相对于上述气体放出口的正下方的上述素管的对接部的最大间隔W满足R/W＞1.0的关系。这是因为，能够更快地降低被焊接部17的氧浓度。
在本实施方式中，保护气体由不活泼气体和还原性气体中的至少一种构成。
此处所述的不活泼气体是指氮气、氦气、氩气、氖气、氙气等或者将它们中的两种以上混合而成的混合气体等。
使用含有0.1质量％以上的还原性气体的气体作为保护气体时，抑制成为过烧的原因的氧化物的生成的效果更强，能够更大幅度地提高焊接部的韧性或强度，从而优选。此处所述的还原性气体是指氢气、一氧化碳气体、甲烷气体、丙烷气体等或者将它们中的两种以上混合而成的混合气体。需要说明的是，作为含有0.1质量％以上的还原性气体的气体，优选仅由还原性气体构成的组成、或者含有0.1质量％以上的还原性气体、余量由不活泼气体构成的组成。
另外，从获得容易性和廉价性的观点出发，作为保护气体，优选使用下述气体。
(a)单独使用不活泼气体的情况：(G1)氮气、氦气、氩气中的任意一种或者它们中的两种以上的混合气体
(b)单独使用还原性气体的情况：(G2)氢气、一氧化碳气体中的任意一种或者这两种的混合气体
(c)使用不活泼气体与还原性气体的混合气体的情况：上述(G1)与(G2)的混合气体
需要说明的是，特别是在使用含有氢气和/或一氧化碳气体的气体的情况下，应该无遗漏地采取安全对策，这是不言而喻的。
(镦锻量)
在本实施方式中，镦锻量设定为复合钢带的厚度t以下。由此，在焊接部中母材不会露出于钢管的第一包层材料侧表面。需要说明的是，从在电阻焊中确保从焊接部排出过烧的效果的观点出发，镦锻量优选设定为复合钢带的第一包层材料的厚度tc1的20％以上。而且，通过将镦锻量设定为上述复合钢带的第一包层材料的厚度tc1的20％以上，能够使管的厚度中心处的焊接金属的管周向长度L3保持于0.0010mm以上且0.3mm以下。需要说明的是，关于挤压辊所致的镦锻量，测定挤压辊近前的管的外周长后，测定利用挤压辊进行焊接并将外表面的焊缝部切削后的管的外周长，计算两者之差，由此求出挤压辊所致的镦锻量。
通过如上所述地控制坡口加工、保护气体和镦锻量的各条件的组合，能够完全防止母材露出于第一包层材料侧的表面的情况。因此，能够在不像现有技术那样进行堆焊或熔融、凝固处理等后处理的情况下得到耐腐蚀性等性能优良的电阻焊复合钢管。
需要说明的是，在上述实施方式中，示出了使作为第一包层材料的第二层12为内层、使作为母材的第一层11为外层而制造复合焊管的例子，但本发明并非限定于此，也可以使作为第一包层材料的第二层为外层、使作为母材的第一层为内层。这种情况下，也是通过从作为包层材料的第二层侧进行压入加工而制成Y形坡口，可以得到同样的作用效果。
(第二实施方式)
接着，对复合焊管具有三层结构的情况进行说明。需要说明的是，关于在以下的说明中没有特别提及的事项，在本第二实施方式中也可以设定为与上述第一实施方式同样。
[复合焊管]
参考图10，对本发明的第二实施方式的复合焊管20进行说明。本实施方式的复合焊管20是由中央层11、内层12A和外层12B构成的三层的复合焊管，所述中央层11由母材构成，所述内层12A由与上述母材为不同的材料的第一包层材料构成，所述外层12B由与上述母材为不同的材料的第二包层材料构成。
在本实施方式中，作为上述母材和上述第一包层材料，可以使用与上述第一实施方式同样的材料。作为第二包层材料，可以使用与上述第一实施方式的第一包层材料同样的材料。需要说明的是，构成内层的第一包层材料与构成外层的第二包层材料可以为相同材料，也可以为不同的材料。
这样，通过制成三层结构的复合焊管，可发挥母材和包层材料各自所具有的特性，可以得到具有优良的特性的焊管。例如，通过使中央层(壁厚中心部)为作为低成本且机械强度优良的材料的碳钢或低合金钢等母材、使内层和外层(管的内外表面)为作为耐腐蚀性优良的材料的不锈钢或含镍合金等包层材料，可以提供不仅具有与使钢管整体为不锈钢或含镍合金的情况同等的耐腐蚀性、而且廉价且强度也优良的钢管。
(焊接金属的宽度和母材的露出)
参考图10，本实施方式的复合焊管20的特征在于，焊接部中的焊接金属15B、15C在管内表面的宽度(管周向长度)L1和在管外表面的宽度(管周向长度)L2均为0.0010mm以上且1.0mm以下，并且，在焊接部中母材没有露出于复合焊管的内表面和外表面。焊接金属从管的内表面存在至外表面并且其宽度(L1和L2)窄至1.0mm以下，由此，复合焊管20的机械特性优良。另外，在焊接部中母材没有露出于复合焊管的内表面和外表面，因此，作为复合管的功能没有受损。
L1小于0.0010mm时，包层材料的焊接金属的量过少而焊接部的强度降低，L2小于0.0010mm时也同样，焊接金属的量过少而焊接部的强度降低。另外，L1和L2中的一者或两者大于1.0mm时，焊接金属的范围变广，导致管的机械特性劣化。从该观点出发，L1和L2优选为0.0100～0.5mm。
此外，管的厚度中心处的焊接金属的宽度(管周向长度)L3优选为0.0010mm以上且0.3mm以下。L3为0.0010mm以上时，不存在焊接金属的量过少而焊接部的强度降低的情况。L3为0.3mm以下时，不存在焊接金属的范围变广而导致管的机械特性劣化的情况。从该观点出发，L3优选为0.0100～0.3mm。
另外，焊接金属中的第一包层材料的厚度(焊接接缝部中的第二层的厚度)tw1优选为焊接金属以外的部分中的第一包层材料的厚度tc1的20％以上且300％以下。tw1为tc1的20％以上时，能够充分地抑制母材的焊接金属15A侵入至第一包层材料的焊接金属15B，因此，在管的内表面可以充分地得到第一包层材料的特性(例如耐腐蚀性)。另外，tw1为tc1的300％以下时，在焊接部中第一包层材料的焊接金属15B不是决定性的，可以充分地得到母材的特性(例如强度)。从该观点出发，tw1更优选为tc1的50～200％。
另外，焊接金属中的第二包层材料的厚度(焊接接缝部中的第三层的厚度)tw2优选为焊接金属以外的部分中的第二包层材料的厚度tc2的20％以上且300％以下。tw2为tc2的20％以上时，能够充分地抑制母材的焊接金属15A侵入至第二包层材料的焊接金属15C，因此，在管的外表面可以充分地得到第二包层材料的特性(例如耐腐蚀性)。另外，tw2为tc2的300％以下时，在焊接部中第二包层材料的焊接金属15C不是决定性的，可以充分地得到母材的特性(例如强度)。从该观点出发，tw2更优选为tc2的50～200％。
焊接金属中的第一包层材料的厚度和第二包层材料的厚度各自优选为管的厚度的35％以下。在为35％以下时，在焊接部中第一和第二包层材料的焊接金属15B、15C不是决定性的，可以充分地得到母材的特性(例如强度)。
在本实施方式中，焊接金属的鉴定和焊接金属宽度的测定可以通过与上述第一实施方式同样的方法进行。
本实施方式的复合焊管20优选焊接部具有高的断裂特性。具体而言，优选依据JISG 3445的规定的90°扁平试验中的扁平值h/D满足小于0.3。需要说明的是，h为扁平裂纹高度(mm)、D为管外径(mm)。
[复合焊管的制造方法]
如上所述的本发明的第二实施方式的复合焊管20可以通过以下说明的特定条件下的电阻焊来制造。
在本第二实施方式中，也可以与上述第一实施方式同样地使用如图2所示的设备来制造复合焊管。关于这种情况下的制造工序，也可以设定为与上述第一实施方式中所述的制造工序同样。
如图11(A)所示，本实施方式示出使用由第一层11、第二层12A和第三层12B构成的复合钢带10并使第二层12A为内层、使第三层12B为外层进行电阻焊的例子，其中，所述第一层11由母材构成，所述第二层12A压接于第一层且由第一包层材料构成，所述第三层12B压接于第一层且由第二包层材料构成。
(坡口加工)
在本实施方式中，对复合钢带的宽度方向两端部实施坡口加工而形成坡口。以下，参考图11(A)对该坡口加工进行说明。
在上述坡口加工中，将复合钢带10的宽度方向两端部从第二层12A侧和第三层12B侧进行压入加工。所形成的坡口为如图11(A)所示的X形坡口，除了满足与上述第一实施方式同样的以下(i)～(iv)的条件以外，还要满足以下(v)～(viii)的条件。
(i)第二层12A与第一层11的复合界面13A从第二层侧朝向复合钢带的厚度中心侧。
(ii)第二层侧的坡口角度θ1为10°以上且50°以下。
(iii)坡口深度d1为复合钢带的厚度t的10.0％以上且45.0％以下。
(iv)由下述(1)式定义的投影复合比率R1为25％以上且50％以下。
R1＝(tc1 *+d1)/t×100(％)…(1)
在此，R1：投影复合比率(第二层侧)
tc1 *：钝边中的上述第二层的厚度(mm)
d1：第二层侧的坡口深度(mm)
t：上述复合钢带的厚度(mm)
(v)第三层12B与第一层11的复合界面13B从第三层侧朝向复合钢带的厚度中心侧。
(vi)第三层侧的坡口角度θ2为10°以上且50°以下。
(vii)坡口深度d2为复合钢带的厚度t的10.0％以上且45.0％以下。
(viii)由下述(2)式定义的投影复合比率R2为25％以上且50％以下。
R2＝(tc2 *+d2)/t×100(％)…(2)
在此，R2：投影复合比率(第三层侧)
tc2 *：钝边中的上述第三层的厚度(mm)
d2：第三层侧的坡口深度(mm)
t：上述复合钢带的厚度(mm)
在此，重要的是将复合钢带10的宽度方向两端部从第二层12A侧和第三层12B侧进行压入加工，而不是将复合钢带10的宽度方向两端部的第二层侧角部和第三层侧角部切掉而形成X形坡口。其结果是，复合界面13A从第二层侧向复合钢带的厚度中心侧压入，复合界面13B从第三层侧向复合钢带的厚度中心侧压入。在此基础上，将坡口角度θ1、θ2、坡口深度d1、d2和投影复合比率R1、R2设定为上述范围。由此，能够抑制电阻焊后母材的熔融钢和热影响区侵入至第一包层材料和第二包层材料的焊接接缝部。其结果是，在焊接部中母材不会露出于钢管的内表面和外表面，对焊接部的内表面焊缝进行切削后，可以得到具有包括焊接部在内整个面都被包层材料包覆的内表面和外表面的电阻焊复合钢管。
另外，上述坡口形状中不存在电流集中的角部，因此，被焊接部整体的温度分布均匀化。其结果是，能促进从焊接部排出过烧，结果能够防止焊接部的韧性和强度的降低。
坡口角度θ1和/或θ2小于10°时，无法保持被焊接部整体的温度分布的均匀性，作为结果，过烧的排出容易变得不充分，因此，焊接部的韧性、强度等特性变得不充分。除此以外，熔融金属的宽度L1和/或L2超过1.0mm，管的机械特性劣化。
另一方面，坡口角度θ1和/或θ2大于50°时，抑制母材的熔融钢和热影响区侵入至第一包层材料和/或第二包层材料的焊接接缝部的效果不充分，在焊接部中母材露出于钢管的内表面和/或外表面，作为复合管的功能受损。另外，熔融金属的宽度L1和/或L2超过1.0mm，管的机械特性劣化。
坡口深度d1和/或d2小于复合钢带的厚度t的10.0％时，抑制母材的熔融钢和热影响区侵入至第一包层材料和/或第二包层材料的焊接接缝部的效果变得不充分，在焊接部中母材露出于钢管的内表面和/或外表面的倾向提高。除此以外，熔融金属的宽度L1和/或L2超过1.0mm，管的机械特性劣化。
另一方面，坡口深度d1和/或d2大于复合钢带的厚度t的45.0％时，焊接部的组成为接近包层材料的组成的高合金组成，因此，焊接部的韧性、强度等特性变得不充分。除此以外，熔融金属的宽度L1和/或L2超过1.0mm，管的机械特性劣化。
从以更高的水平兼顾母材不露出于内表面和外表面和不使焊接部的特性降低的观点出发，优选如下进行设定。坡口角度θ1优选设定为15°以上。坡口角度θ1优选设定为35°以下。坡口角度θ2优选设定为15°以上。坡口角度θ2优选设定为35°以下。坡口深度d1优选设定为复合钢带的厚度t的15％以上。坡口深度d1优选设定为复合钢带的厚度t的35％以下。坡口深度d2优选设定为复合钢带的厚度t的15％以上。另外，坡口深度d2优选设定为复合钢带的厚度t的35％以下。
除此以外，在本实施方式中，将由上述(1)式定义的投影复合比率R1和由上述(2)式定义的投影复合比率R2设定为25％以上且50％以下也非常重要。投影复合比率R1和/或R2小于25％时，抑制母材的熔融钢和热影响区侵入至第一包层材料和/或第二包层材料的焊接接缝部的效果变得不充分，在焊接部中母材露出于钢管的内表面和/或外表面。此外，投影复合比率为小于25％的较小值时，坡口形状为接近矩形的形状。这种情况下，由于高频电流的特性，电流只集中于角部而容易被加热。另外，作为包层材料的不锈钢或Ni合金等高合金组成的金属的熔点低于低碳低合金钢等的母材。因此，投影复合比率为小于25％的较小值时，作为角部的低熔点的包层材料容易熔化，内表面和外表面的焊接金属的宽度变宽，L1和/或L2超过1.0mm。
另外，投影复合比率R1和/或R2大于50％时，电阻焊后的焊接接缝14的大部分或全部是对作为包层材料的高合金组成的金属进行电阻焊而得到的焊接接缝，因此，焊接部的韧性、强度等特性降低。此外，作为包层材料的不锈钢或Ni合金等高合金组成的金属的熔点低于低碳低合金钢等母材。因此，投影复合比率为大于50％的较大值时，低熔点的包层材料过度熔化，因此，焊接金属的宽度L1和/或L2超过1.0mm。
另外，使用电阻焊复合钢管作为输送具有腐蚀性的物质的管线管时，为了长期地维持复合钢管的内表面的耐腐蚀性，如上所述，优选将焊接金属中的第一包层材料的厚度tw1设定为焊接金属以外的部分中的第一包层材料的厚度tc1的20％以上。从实现上述目的的观点出发，电阻焊时的对接部的X形坡口的投影复合比率R1优选设定为30％以上。第三层侧的投影复合比率R2也同样地优选设定为30％以上。
本实施方式中的坡口加工可以使用例如如图12所示的构成的坡口加工机40来进行。坡口加工机40为能够对走行的复合钢带10连续地进行加工的轧制式坡口加工机，上侧侧辊42和下侧侧辊44分别以左右一对进行配置。如图12那样，上侧侧辊42具有朝向上侧呈锥状使直径增大的轧制部42A，下侧侧辊44具有朝向下侧呈锥状使直径增大的轧制部44A，由此，能够使复合钢带10的宽度方向两端部形成X形坡口。
通过改变轧制部42A、44A的锥形状，能够使复合钢带的宽度方向端部的坡口形状为期望的形状。另外，如图11(A)所示，投影复合比率R1依赖于复合钢带10中的第一层(母材)的厚度tm与第二层(第一包层材料)的厚度tc1之比和由压入加工得到的坡口形状。另外，投影复合比率R2依赖于复合钢带10中的第一层(母材)的厚度tm与第三层(第二包层材料)的厚度tc2之比和由压入加工得到的坡口形状。因此，通过适当地选择上述比并且改变轧制部42A、44A的锥形状而形成适当的坡口形状，能够使投影复合比率R1和R2为期望的值。
(气体保护)
接着，如图13(A)、(C)所示，将复合钢带10成形为管状而制成素管(开管)16。然后，对素管的相对的一对对接部(被焊接部)17实施气体保护，同时对一对对接部17进行对接加压，进行电阻焊，从而得到复合焊管20。
上述气体保护可以通过与上述第一实施方式中的方法同样的方法进行(参考图13、图14)。另外，对于保护气体的条件，也可以设定为与上述第一实施方式中的条件同样。需要说明的是，关于在第一实施方式中所示的图8和图9的结果，在利用三层复合钢管进行的实验中也得到同样的结果。
(镦锻量)
在本实施方式中，镦锻量设定为复合钢带的厚度t以下。由此，在焊接部中母材不会露出于钢管的内表面和外表面。需要说明的是，从在电阻焊中确保从焊接部排出过烧的效果的观点出发，镦锻量优选设定为复合钢带的厚度的20％以上。而且，通过将镦锻量设定为上述复合钢带的包层材料的厚度tc1和tc2的20％以上，能够使管的厚度中心处的焊接金属的管周向长度保持于0.0010mm以上且0.3mm以下。
(第三实施方式)
接着，针对作为第一实施方式的下位的实施方式的、复合焊管具有双层结构的情况进行说明。需要说明的是，关于在以下的说明中没有特别提及的事项，在本第三实施方式中也可以设定为与上述第一实施方式同样。
[复合焊管]
参考图1，对本发明的第三实施方式的复合焊管20进行说明。本实施方式的复合焊接钢管20为由第一层11和第二层12构成的双层的复合焊管，所述第一层11由母材构成，所述第二层12由第一包层材料构成。
在本实施方式中，作为上述母材，使用作为机械强度优良的材料的碳钢或低合金钢，作为上述包层材料，使用作为耐腐蚀性优良的材料的不锈钢或含镍合金。通过这样组合两种材料，可以得到兼具强度和耐腐蚀性的钢管。另外，与使钢管整体为不锈钢或含镍合金的情况相比，能够降低制造成本。
(母材)
在本实施方式中，使用碳钢或低合金钢作为上述母材。需要说明的是，在本说明书中，“低碳钢”是指C含量为0.25质量％以下的碳钢。
以下，对于能够适合用作母材的低碳钢和低合金钢的成分组成进一步具体地进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，只要没有特别说明，“％”是指“质量％”。
在本发明的一个实施方式中，可以使用具有含有C：0.02～0.20％、Si：0.01～1.0％、Mn：0.1～2.0％、P：0.05％以下、S：0.01％以下和Al：0.1％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的碳钢或低合金钢作为母材。
在此，对各元素的含量的限定理由进行说明。
C：0.02～0.20％
C是用于提高钢的强度的必要元素。小于0.02％时，难以实现作为母材所需的强度。因此，将C含量设定为0.02％以上。C含量优选设定为0.03％以上。另一方面，C含量大于0.20％时，容易在焊接等热处理时生成马氏体，材料变脆。因此，将C含量设定为0.20％以下。C含量优选设定为0.15％以下。
Si：0.01～1.0％
Si是在钢的脱氧、强度调整中使用的元素。小于0.01％时，其效果不充分。因此，将Si含量设定为0.01％以上。另一方面，Si含量大于1.0％时，材料硬化，韧性也降低。因此，将Si含量设定为1.0％以下。Si含量优选设定为0.8％以下。
Mn：0.1～2.0％
Mn是用于调整钢的强度的有用元素。小于0.1％时，其效果不充分。因此，将Mn含量设定为0.1％以上。另一方面，Mn含量大于2.0％时，产生焊接性的降低、夹杂物的增加等弊害。因此，将Mn含量设定为2.0％以下。Mn含量优选设定为1.8％以下。
P：0.05％以下
P在钢中作为杂质存在，是通过在晶界等发生偏析而使韧性等特性降低的元素，优选尽可能地减少，但是，在为0.05％以下时可以允许。因此，将P含量设定为0.05％以下。P含量优选设定为0.03％以下。需要说明的是，过度减少时，其效果减小，与此相对，精炼成本变得过大，因此，P含量优选设定为0.001％以上。
S：0.01％以下
S在钢中作为杂质存在，是通过在晶界等发生偏析而使韧性等特性降低的元素，优选尽可能地减少，但是，在为0.01％以下时可以允许。因此，将S含量设定为0.01％以下。S含量优选设定为0.005％以下。需要说明的是，过度减少时，其效果减小，与此相对，精炼成本变得过大，因此，S含量优选设定为0.0001％以上。
Al：0.1％以下
Al是在钢的脱氧中使用的元素。但是，含有超过0.1％时，生成大量Al的氧化物，使钢的洁净度降低。因此，将Al含量限定为0.1％以下。另一方面，Al含量的下限没有特别限定。但是，Al含量小于0.001％时，难以得到脱氧的效果，因此，优选将Al含量设定为0.001％以上。
此外，在本发明的一个实施方式中，上述母材的成分组成也可以还含有选自由Ti：0.1％以下、Nb：0.2％以下、Cu：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Cr：0.5％以下、Mo：0.5％以下、V：0.1％以下和Ca：0.0005～0.0050％组成的组中的一种或两种以上。
Ti：0.1％以下、Nb：0.2％以下、Cr：0.5％以下、Mo：0.5％以下、V：0.1％以下
Ti、Nb、Cr、Mo、V均具有通过形成碳化物或者固溶在钢中而提高钢的强度的效果。但是，分别含有超过0.1％、0.2％、0.5％、0.5％、0.1％时，导致韧性的降低。因此，将各含量限定为0.1％以下、0.2％以下、0.5％以下、0.5％以下、0.1％以下。需要说明的是，各含量小于0.01％时，难以得到其效果，因此，含有时，优选将各含量设定为0.01％以上。
Cu：0.5％以下、Ni：0.5％以下
Cu、Ni具有通过提高淬透性而使钢的强度提高的效果。但是，各含量分别大于0.5％时，其效果饱和，导致不需要的成本的升高。因此，将各含量限定为0.5％以下。另一方面，各含量的下限没有特别限定，各含量小于0.01％时，难以得到其效果，因此，含有时，优选将各含量设定为0.01％以上。
Ca：0.0005～0.0050％
Ca是有助于使伸展的粗大硫化物变为球状硫化物的夹杂物形态控制的元素。Ca含量小于0.0005％时，其效果不充分。因此，将Ca含量设定为0.0005％以上。Ca含量优选设定为0.0010％以上。另一方面，Ca含量大于0.0050％时，使得钢的洁净度降低。因此，将Ca含量设定为0.0050％以下。
(包层材料)
在本实施方式中，使用不锈钢或含镍合金作为上述包层材料。
作为上述不锈钢，没有特别限定，可以使用任意的不锈钢，从耐腐蚀性的观点出发，优选使用奥氏体系不锈钢，更优选使用SUS316L。
另外，作为上述含镍合金，只要是含有Ni的含镍合金就可以使用任意的含镍合金。作为能够适当使用的含镍合金的例子，可以列举Alloy625和Alloy825。
以下，对于能够适合用作包层材料的不锈钢或含镍合金的成分组成更具体地进行说明。
在本发明的一个实施方式中，可以使用具有含有C：0.15％以下、Si：5.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.1％以下、S：0.1％以下、Ni：1.0％以下、Cr：11.0％以上和N：0.5％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的不锈钢作为包层材料。
C：0.15％以下
C具有使不锈钢的强度提高的效果。但是，C含量大于0.15％时，容易在焊接等热处理时生成马氏体，材料变脆。因此，将C含量设定为0.15％以下。C含量优选设定为0.1％以下。需要说明的是，过度减少时，其效果减小，与此相对，精炼成本变得过大，因此，C含量优选设定为0.001％以上。
Si：5.0％以下
Si是有助于提高不锈钢的耐腐蚀性的元素。但是，Si含量大于5.0％时，材料硬化，韧性也降低。因此，将Si含量设定为5.0％以下。Si含量优选设定为3.0％以下。需要说明的是，Si是无法避免从原料混入的元素，是难以进一步除去的元素，因此，Si含量优选设定为0.01％以上。
Mn：2.0％以下
Mn是用于调整钢的强度的有用元素。但是，Mn含量大于2.0％时，产生焊接性的降低、夹杂物的增加等弊害。因此，将Mn含量设定为2.0％以下。Mn含量优选设定为1.8％以下。另一方面，Mn含量的下限没有特别限定，Mn具有与不可避免地混入的S结合而抑制S的晶界偏析的效果，因此，Mn含量优选设定为0.1％以上。
P：0.1％以下
P在不锈钢中作为杂质存在，是通过在晶界等发生偏析而使韧性等特性降低的元素，优选尽可能地减少，但是，在为0.1％以下时可以允许。因此，将P含量设定为0.1％以下。P含量优选设定为0.05％以下。需要说明的是，过度减少时，其效果减小，与此相对，精炼成本变得过大，因此，P含量优选设定为0.001％以上。
S：0.1％以下
S在不锈钢中作为杂质存在，是通过在晶界等发生偏析而使韧性等特性降低的元素，优选尽可能地减少，但是，在为0.1％以下时可以允许。因此，将S含量设定为0.1％以下。S含量优选设定为0.05％以下。需要说明的是，过度减少时，其效果减小，与此相对，精炼成本变得过大，因此，S含量优选设定为0.0001％以上。
Ni：1.0％以下
Ni是有助于提高不锈钢的耐腐蚀性的元素。但是，Ni是奥氏体生成元素，因此，在铁素体系不锈钢中，为了控制为铁素体单相，限定为1.0％以下。另一方面，Ni含量的下限没有特别限定，为了提高耐腐蚀性的目的，优选将Ni含量设定为0.01％以上。
Cr：11.0％以上
Cr是用于通过在不锈钢的表面形成钝化膜而保证耐腐蚀性的重要元素。Cr含量小于11.0％时，其效果不充分。因此，将Cr含量设定为11.0％以上。Cr含量优选设定为13.0％以上。另一方面，Cr含量的上限没有特别限定，含有超过35.0％时，热加工性容易降低，因此，优选将Cr含量设定为35.0％以下。
N：0.5％以下
N是有助于提高不锈钢的耐腐蚀性的元素。但是，即使含有超过0.5％，其效果也饱和，因此，将N含量设定为0.5％以下。另一方面，N含量的下限没有特别限定，为了防止精炼成本变得过大，优选将N含量设定为0.001％以上。
另外，在另一实施方式中，可以使用具有含有C：0.15％以下、Si：5.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.1％以下、S：0.1％以下、Ni：6.0％以上、Cr：15.0％以上和N：0.5％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的不锈钢或含镍合金作为包层材料。
C：0.15％以下
C具有使不锈钢或含镍合金的强度提高的效果。但是，C含量大于0.15％时，容易在焊接等热处理时生成马氏体，材料变脆。因此，将C含量设定为0.15％以下。C含量优选设定为0.1％以下。另一方面，C含量的下限没有特别限定，为了防止精炼成本变得过大，优选将C含量设定为0.001％以上。
Si：5.0％以下
Si是有助于提高不锈钢或含镍合金的耐腐蚀性的元素。但是，Si含量大于5.0％时，材料硬化，韧性也降低。因此，将Si含量设定为5.0％以下。Si含量优选设定为3.0％以下。需要说明的是，Si是无法避免从原料混入的元素，是难以进一步除去的元素，因此，Si含量优选设定为0.01％以上。
Mn：2.0％以下
Mn是奥氏体生成元素，为了控制不锈钢或含镍合金的相稳定性，可以根据需要含有。但是，Mn含量大于2.0％时，产生焊接性的降低、夹杂物的增加等弊害。因此，将Mn含量设定为2.0％以下。另一方面，Mn含量的下限没有特别限定，Mn具有与不可避免地混入的S结合而抑制S的晶界偏析的效果，因此，Mn含量优选设定为0.1％以上。
P：0.1％以下
P在不锈钢或含镍合金中作为杂质存在，是通过在晶界等发生偏析而使韧性等特性降低的元素，优选尽可能地减少，但是，在为0.1％以下时可以允许。因此，将P含量设定为0.1％以下。P含量优选设定为0.05％以下。需要说明的是，过度减少时，其效果减小，与此相对，精炼成本变得过大，因此，P含量优选设定为0.001％以上。
S：0.1％以下
S在不锈钢或含镍合金中作为杂质存在，是通过在晶界等发生偏析而使韧性等特性降低的元素，优选尽可能地减少，但是，在为0.1％以下时可以允许。因此，将S含量设定为0.1％以下。S含量优选设定为0.05％以下。需要说明的是，过度减少时，其效果减小，与此相对，精炼成本变得过大，因此，S含量优选设定为0.0001％以上。
Ni：6.0％以上
Ni是有助于提高不锈钢或含镍合金的耐腐蚀性的元素。另外，Ni是奥氏体生成元素，因此，考虑与Cr等铁素体生成元素的平衡而在不锈钢或含镍合金的相稳定性的控制中使用。出于这样的目的，Cr含量为15.0％以上时，将Ni含量设定为6.0％以上。另一方面，Ni含量的上限没有特别限定，为了防止成本的增大，Ni含量优选设定为80％以下。
Cr：15.0％以上
Cr是用于通过在不锈钢或含镍合金的表面形成钝化膜而保证耐腐蚀性的重要元素。另外，Cr是铁素体生成元素，因此，考虑与Ni等奥氏体生成元素的平衡而在不锈钢或含镍合金的相稳定性的控制中使用。出于这样的目的，Ni含量为6.0％以上时，将Cr含量设定为15.0％以上。另一方面，Cr含量的上限没有特别限定，为了防止成本的增大，Cr含量优选设定为80％以下。
N：0.5％以下
N是有助于提高不锈钢的耐腐蚀性的元素。但是，即使含有超过0.5％，其效果也饱和，因此，将N含量限定为0.5％以下。另一方面，N含量的下限没有特别限定，为了防止精炼成本变得过大，优选将N含量设定为0.001％以上。
此外，在本发明的一个实施方式中，上述包层材料的成分组成也可以还含有选自由Mo：20.0％以下、Cu：5.0％以下、Al：2.0％以下、Co：3.0％以下、W：5.0％以下和Ta：5.0％以下组成的组中的一种或两种以上。
Mo：20.0％以下、Cu：5.0％以下、Al：2.0％以下、Co：3.0％以下、W：5.0％以下、Ta：5.0％以下
Mo、Cu、Al、Co、W、Ta可以为了提高不锈钢或镍合金的耐腐蚀性、强度而含有。但是，即使分别含有超过20.0％、5.0％、2.0％、3.0％、5.0％、5.0％，其效果也饱和，因此，将各含量限定为20.0％以下、5.0％以下、2.0％以下、3.0％以下、5.0％以下、5.0％以下。另一方面，为了表现出其效果，这些元素的含量优选分别设定为0.005％以上。
此外，在本发明的一个实施方式中，上述包层材料的成分组成也可以还含有选自由Ti：2.0％以下、Nb：5.0％以下、V：2.0％以下和Zr：2.0％以下组成的组中的一种或两种以上。
Ti：2.0％以下、Nb：5.0％以下、V：2.0％以下、Zr：2.0％以下
Ti、Nb、V、Zr均具有通过固定C而抑制敏化的效果，因此，可以根据需要含有。但是，在C为0.15％以下的范围内，即使分别含有超过2.0％、5.0％、2.0％、2.0％，其效果也饱和，因此，将各含量限定为2.0％以下、5.0％以下、2.0％以下、2.0％以下。另一方面，为了表现出其效果，这些元素的含量的下限优选分别设定为0.001％以上。
此外，在本发明的一个实施方式中，上述包层材料的成分组成也可以还含有选自由B：0.0050％以下、Ca：0.0050％以下、Mg：0.0030％以下和REM：0.10％以下组成的组中的一种或两种以上。
B是通过晶界的强化而有助于提高韧性等特性的元素，Ca、Mg、REM(稀土金属)是通过控制夹杂物形态而有助于提高韧性等特性的元素。但是，即使分别含有超过0.0050％、0.0050％、0.0030％、0.10％，效果也饱和，或者导致洁净度的降低，因此，将各含量限定为0.0050％以下、0.0050％以下、0.0030％以下、0.10％以下。另一方面，为了表现出其效果，这些元素的含量的下限优选分别设定为0.0001％以上。
(母材的露出)
本实施方式的复合焊管的特征在于，在焊接部中母材没有露出于第一包层材料侧表面。如图15(A)所示，母材露出于包层材料侧时，该露出部的耐腐蚀性等特性降低，因此，尽管是复合钢管，但也不能发挥本来要期待的性能。与此相对，在本实施方式中，母材没有露出于第一包层材料侧表面，因此，作为复合焊管的功能没有受损。
(焊接金属的宽度)
此外，在本实施方式的复合焊管中，将焊接部中的焊接金属的宽度在该复合钢管的整个厚度上设定为1.0μm以上且1000μm以下。如图1所示，在复合焊管20的焊接部中存在通过焊接形成的焊接金属15A、15B。焊接金属由于在焊接时发生熔融、凝固而与焊接前的钢板相比特性劣化。因此，通过将焊接金属的宽度W在整个厚度上抑制为1.0μm以上且1000μm以下的范围，能够将因焊接所致的特性的劣化控制在较低水准，可以得到具有优良的强度的复合焊管。
在此，“焊接金属的宽度”是指与复合焊管20的长度方向垂直的截面中的、与管的半径方向垂直的方向上的焊接金属的宽度W。需要说明的是，图1是用于说明本实施方式的示意图，不基于实际的尺寸比率。
在本实施方式中，焊接金属的鉴定也可以通过与上述第一实施方式同样的方法进行。将鉴定出的上述截面中的焊接金属的、与管周向的中心线垂直的线段的长度设定为焊接金属的宽度。
[复合焊管的制造方法]
如上所述的本发明的第三实施方式的复合焊管20可以通过以下说明的特定条件下的电阻焊来适当制造。
在本第三实施方式中，与上述第一实施方式同样地，可以使用如图2所示的设备来制造复合焊管。关于这种情况下的制造工序，也可以设定为与在上述第一实施方式中所述的制造工序同样。
(坡口加工、气体保护和镦锻量)
关于坡口加工条件、气体保护条件和镦锻量，引用上述第一实施方式的记载。
(焊接后热处理)
在本实施方式中，上述电阻焊后，可以进一步进行对复合焊管进行热处理并接着进行冷却的焊接后热处理。该焊接后热处理没有特别限定，可以利用任意方法进行，但优选在以下所述的条件下进行。
·复合焊管的包层材料侧表面的加热温度：750～1250℃
·复合焊管的包层材料侧表面的上述加热温度下的保持时间：10秒以上
·复合焊管的母材侧表面的加热温度：750～1200℃
·复合焊管的母材侧表面的上述加热温度下的保持时间：10秒以上
·复合焊管的包层材料侧表面的从750℃到400℃之间的平均冷却速度：4～100℃/秒
·复合焊管的母材侧表面的从750℃到400℃之间的平均冷却速度：8～70℃/秒
·包层材料侧的条件
包层材料的加热温度低于750℃时，耐腐蚀性因敏化而降低。另一方面，高于1250℃时，晶粒粗大化，在之后的冷却过程中容易发生敏化。另外，保持时间小于10秒时，加热过程中的敏化不会被消除。从750℃到400℃之间的平均冷却速度小于4℃/秒时，在冷却过程中发生敏化，耐腐蚀性降低。另一方面，上述平均冷却速度大于100℃/秒时，由于因快速冷却而产生的应变，应力腐蚀裂纹敏感性提高。
·母材侧的条件
母材的加热温度低于750℃、保持时间小于10秒时，焊接部组织不会健全化，加工性、韧性不足。另一方面，母材的加热温度高于1200℃时，晶粒粗大化，韧性降低。从750℃到400℃之间的平均冷却速度小于8℃/秒时，因铁素体-珠光体的生成而强度不足。另一方面，上述平均冷却速度大于70℃/秒时，因马氏体的生成而韧性不足。
通过在以上条件下进行热处理和冷却，能够使焊接部附近的母材组织为铁素体和贝氏体主体(以总面积率计为90％以上)的组织，并且能够使铁素体和贝氏体的平均粒径为15μm以下，其结果是，能够进一步提高焊接部的韧性。
实施例
(实施例1)
通过以下步骤制造电阻焊双层复合钢管。准备由以表1所示的厚度计的母材和以表1所示的厚度计的包层材料构成的双层的多种复合热轧钢带，所述母材为以质量％计含有C：0.05％、Si：0.2％和Mn：1.0％、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的低碳低合金钢，所述包层材料由SUS316L不锈钢或含镍合金(Alloy625)构成。
通过图2所示的电阻焊钢管制造设备，以准备的复合钢带作为原材料，使母材为外层、使包层材料为内层，在各种条件下制造外径600mm的复合焊管。此时，利用轧制式坡口加工机40对复合钢带的宽度方向两端部进行坡口加工，使该宽度方向两端部形成表1所示形状的Y形坡口。
电阻焊时的镦锻量示于表1中。另外，电阻焊时对被焊接部的气体保护是使用如图5(A)～(C)所示的喷嘴在表1所示的喷嘴高度H、气体放出流速B、流速比B/A的条件下进行的。保护气体设定为氩气。
在各水准下，测定被焊接部的氧浓度。另外，从所制造的各复合焊管上裁取试验片，进行依据JIS G 3445的规定的90°扁平试验，求出扁平值h/D。另外，利用上述方法测定焊接金属的尺寸。将结果示于表1中。
进一步，以试验片长度方向为钢管的圆周方向、缺口位置为焊接部、缺口方向为钢管的长度方向的方式，裁取V型缺口试验片，依据ASTM A370的规定，实施夏比冲击试验，求出断口转变温度vTrs(℃)。使用所得到的vTrs的值，基于以下基准对焊接部的韧性进行评价。将评价结果示于表1中。
○：vTrs：-30℃以下
×：vTrs：高于-30℃
Figure GDA0002587669620000461
此外，对焊接部中的母材的露出的有无进行了确认。具体而言，利用硝酸乙醇溶液对所得到的复合焊管的与管长度方向垂直的截面进行腐蚀，在包层材料侧的表面被完全没有被腐蚀的区域(即，包层材料)连续地包覆的情况下，判断为无母材的露出。另一方面，在非上述情况、即在包层材料侧表面观察到被腐蚀的区域的情况下，判断为有母材的露出。其结果是，对于利用满足本发明的条件的制造方法得到的复合焊管而言，能够确认到在焊接部中母材没有露出于包层材料侧表面。与此相对，对于投影复合比率小的水准12、镦锻量大的水准15和坡口角度大的水准9、29，观察到母材的露出。
根据以上结果可知，满足本发明的条件的复合焊管的韧性、扁平值等机械特性优良，并且没有母材的露出，作为复合管的功能也没有受损。
(实施例2)
通过以下步骤制造电阻焊三层复合钢管。准备由以表2所示的厚度计的母材、以表2所示的厚度计的第一包层材料和以表2所示的厚度计的第二包层材料构成的三层的各种复合热轧钢带，所述母材为以质量％计含有C：0.05％、Si：0.2％和Mn：1.0％、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的低碳低合金钢，所述第一包层材料由SUS316L不锈钢或含镍合金(Alloy625)构成，所述第二包层材料由SUS316L不锈钢或含镍合金(Alloy625)构成。
利用图2所示的电阻焊钢管制造设备，以准备的复合钢带作为原材料，使母材为中央层、使第一包层材料为内层、使第二包层材料为外层，在各种条件下制造外径600mm的复合焊管。此时，利用轧制式坡口加工机40，对复合钢带的宽度方向两端部进行坡口加工，使该宽度方向两端部形成表2所示形状的X形坡口。
电阻焊时的镦锻量示于表2中。另外，电阻焊时对被焊接部的气体保护是使用图5(A)～(C)所示的喷嘴在表2所示的喷嘴高度H、气体放出流速B、流速比B/A的条件下进行的。保护气体设定为氩气。
在各水准下，测定被焊接部的氧浓度。另外，从所制造的各复合焊管上裁取试验片，进行依据JIS G 3445的规定的90°扁平试验，求出扁平值h/D。另外，利用上述方法测定焊接金属的尺寸。将结果示于表3中。
此外，以试验片长度方向为钢管的圆周方向、缺口位置为焊接部、缺口方向为钢管的长度方向的方式，裁取V型缺口试验片，依据ASTMA370的规定，实施夏比冲击试验，求出断口转变温度vTrs(℃)。使用所得到的vTrs的值，基于以下基准对焊接部的韧性进行评价。将评价结果示于表3中。
○：vTrs：-30℃以下
×：vTrs：高于-30℃
Figure GDA0002587669620000491
Figure GDA0002587669620000501
此外，对焊接部中的母材的露出的有无进行了确认。具体而言，利用硝酸乙醇溶液对所得到的复合焊管的与管长度方向垂直的截面进行腐蚀，在该复合焊管的内表面和外表面这两者被完全没有被腐蚀的区域(即，包层材料)连续地包覆的情况下，判断为无母材的露出。另一方面，在非上述情况、即在内表面和外表面中的任一者或两者观察到被腐蚀的区域的情况下，判断为有母材的露出。其结果是，对于利用满足本发明的条件的制造方法得到的复合焊管而言，能够确认到在焊接部中母材没有露出于包层材料侧表面。与此相对，对于投影复合比率小的水准12、镦锻量大的水准15和坡口角度大的水准9、29，观察到母材的露出。
根据以上结果可知，满足本发明的条件的复合焊管的韧性、扁平值等机械特性优良，并且没有母材的露出，作为复合管的功能也没有受损。
(实施例3)
通过以下步骤制造电阻焊双层复合钢管。首先，制作由第一层和第二层构成的双层复合热轧钢带，所述第一层由具有表4所示的成分组成的包层材料构成，所述第二层由具有表5所示的成分组成的母材构成。上述第一层和第二层的厚度分别如表6所示。
接着，利用图2所示的电阻焊钢管制造设备，以准备的复合钢带作为原材料，使母材为管外表面侧、使包层材料为管内表面侧，在各种条件下制造外径为400mm的复合钢管。此时，利用轧制式坡口加工机40，对复合钢带的宽度方向两端部进行坡口加工，使该宽度方向两端部形成表6所示形状的Y形坡口。
电阻焊时的镦锻量示于表6中。另外，电阻焊时对被焊接部的气体保护是使用图5(A)～(C)所示的喷嘴在表6所示的喷嘴高度H、气体放出流速B、流速比B/A的条件下进行的。保护气体设定为氮气。
然后，在表7所示的条件下进行焊接后热处理。
针对所得到的各个电阻焊复合钢管，利用以下方法对焊接金属的宽度、母材的露出的有无、扁平试验中的断裂特性、焊接部的韧性和包层材料的耐腐蚀性进行了评价。将评价结果示于表8中。
(焊接金属的宽度)
通过下述步骤测定焊接金属的宽度。首先，对复合钢管的与长度方向垂直的截面进行腐蚀，使组织显现，鉴定焊接金属。具体而言，碳钢和低合金钢的焊接金属可以被鉴定为利用硝酸乙醇溶液腐蚀上述截面并利用光学显微镜观察到白色的区域。另外，不锈钢和含Ni合金的焊接金属可以被鉴定为利用王水腐蚀上述截面并利用光学显微镜观察到黑色的含有枝晶状、蜂窝状等的凝固组织的区域。
接着，利用光学显微镜拍摄上述截面的照片，对其进行解析而求出焊接金属的宽度。需要说明的是，焊接金属的宽度根据厚度方向而不同，因此，在表8中示出焊接金属的宽度在厚度方向上的最大值。表8所示的焊接金属的宽度的最大值小于1.0μm或超过1000μm时，可以判断为比较例。另外，表8所示的全部发明例中，都确认到焊接金属的宽度在厚度方向上的最小值为1.0μm以上。
(母材的露出)
利用硝酸乙醇溶液对所得到的电阻焊复合钢管的与管长度方向垂直的截面进行腐蚀，在包层材料侧表面被完全没有被腐蚀的区域(即，包层材料)连续地包覆的情况下，判断为无母材的露出。另一方面，在非上述情况、即在包层材料侧表面观察到被腐蚀的区域的情况下，判断为有母材的露出。
(断裂特性)
此外，为了对所得到的电阻焊复合钢管的焊接部中的断裂特性进行评价，从制造的各复合钢管上裁取试验片，进行依据JIS G 3445的规定的90°扁平试验，求出利用扁平裂纹高度h(mm)和管外径D(mm)定义的扁平值h/D。
(韧性)
以试验片长度方向为钢管的圆周方向、缺口位置为焊接部、缺口方向为钢管的长度方向的方式，裁取V型缺口试验片，依据ASTM A370的规定，实施夏比冲击试验，求出断口转变温度vTrs(℃)。使用所得到的vTrs的值，基于以下基准对焊接部的韧性进行评价。
◎：vTrs：-45℃以下
○：vTrs：高于-45℃且-30℃以下
×：vTrs：高于-30℃
(包层材料的耐腐蚀性)
另外，按照API规范5LD、第4版通过依据ASTM A262-13、Practice E的硫酸-硫酸铜腐蚀试验对包层材料的耐腐蚀性进行了评价。为了对包层材料的耐腐蚀性进行评价，使包层材料侧残留而通过磨削除去母材侧，仅将包层材料作为试验片。耐腐蚀性的评价是指，对试验后的试验片进行目视，或者根据需要利用实体显微镜等以10倍的倍率对试验后的试验片进行观察，将没有观察到裂纹的试验片设定为合格(○)，将观察到裂纹的试验片设定为不合格(×)。此外，还通过ASTM G48-A记载的氯化铁腐蚀试验对合格的试验片的耐腐蚀性进行评价。将72小时的腐蚀试验中的腐蚀减量小于0.5g/m2的试验片设定为优(◎)。
Figure GDA0002587669620000541
[表6]
Figure GDA0002587669620000551
[表7]
Figure GDA0002587669620000561
[表8]
Figure GDA0002587669620000571
根据表8所示的结果可知，在焊接金属的宽度小于1.0μm的比较例中，包层材料的耐腐蚀性差。另外，在焊接金属的宽度超过1000μm的比较例中，焊接部的韧性差。与此相对，满足本发明的条件的复合焊接钢管中，焊接部的韧性优良，并且在复合钢管所要求的耐腐蚀性方面也具有优良的性能。
产业上的可利用性
根据本发明的复合焊管的制造方法，能够制造通过使焊接部的宽度进一步变窄而使管本身的机械特性提高、并且也不损害作为复合管的功能的复合焊管。
符号说明
10 复合钢带
11 第一层(母材)
12 第二层(第一包层材料)
12A 第二层(第一包层材料、内层)
12B 第三层(第二包层材料、外层)
13 复合界面
13A 第一层与第二层的复合界面
13B 第一层与第三层的复合界面
14 焊接接缝部
15A 焊接金属(母材)
15B 焊接金属(第一包层材料)
15C 焊接金属(第二包层材料)
16 素管(开管)
17 被焊接部(素管的对接部)
18 素管的对接部加热起点
19 焊接点
20 复合焊管
30 开卷机
40 坡口加工机
42 上侧侧辊
42A 轧制部
44 下侧侧辊
44A 轧制部
50 辊轧成形机
60 高频加热装置
70 挤压辊
80 保护气体喷吹装置
81 保护气体喷吹喷嘴
82 气体配管
83 气流调节器
84A 第一分割喷嘴(两端)
84B 第二分割喷嘴(中央)
85A 第一气体放出口(两端)
85B 第二气体放出口(中央)
86 保护气体
87 大气卷入
90 焊缝切削机
96 切割机
X 通管方向
Y 素管的对接方向
θ1 第二层侧的坡口角度
θ2 第三层侧的坡口角度
d1 第二层侧的坡口深度
d2 第三层侧的坡口深度
t 复合钢带(钢管)的厚度
tm 第一层的厚度
tc1 第二层的厚度
tc1 * 钝边中的第二层的厚度
tw1 焊接接缝部中的第二层的厚度
tc2 第三层的厚度
tc2 * 钝边中的第三层的厚度
tw2 焊接接缝部中的第三层的厚度
L1 焊接金属在管内表面的管周向长度
L2 焊接金属在管外表面的管周向长度
L3 管的厚度中心处的焊接金属的管周向长度
W 焊接金属的宽度

Claims (20)

1.一种复合焊管，其具有由母材构成的第一层和层叠于所述第一层的一个面且由与所述母材为不同的材料的第一包层材料构成的第二层，所述复合焊管的特征在于，
焊接部中的焊接金属在管内表面的管周向长度和在管外表面的管周向长度均为0.0010mm以上且1.0mm以下，
在所述焊接部中所述母材没有露出于所述复合焊管的第一包层材料侧表面。
2.如权利要求1所述的复合焊管，其中，所述复合焊管具有由所述第一层和所述第二层构成的双层结构。
3.如权利要求2所述的复合焊管，其中，管的厚度中心处的所述焊接金属的管周向长度为0.0010mm以上且0.3mm以下。
4.如权利要求2或3所述的复合焊管，其中，所述焊接金属中的所述第一包层材料的厚度为所述焊接金属以外的部分中的所述第一包层材料的厚度的20％以上且300％以下。
5.如权利要求1所述的复合焊管，其中，
所述复合焊管具有由作为所述第一层的中央层、作为所述第二层的内层和作为第三层的外层构成的三层结构，所述第三层层叠于所述第一层的另一个面且由与所述母材为不同的材料的第二包层材料构成，
在所述焊接部中所述母材没有露出于所述复合焊管的内表面和外表面。
6.如权利要求5所述的复合焊管，其中，管的厚度中心处的所述焊接金属的管周向长度为0.0010mm以上且0.3mm以下。
7.如权利要求5或6所述的复合焊管，其中，所述焊接金属中的所述第一包层材料的厚度和所述第二包层材料的厚度分别为所述焊接金属以外的部分中的所述第一包层材料的厚度和所述第二包层材料的厚度的20％以上且300％以下并且为管的厚度的35％以下。
8.如权利要求1所述的复合焊管，其中，
所述复合焊管具有由所述第一层和所述第二层构成的双层结构，
所述母材由碳钢或低合金钢构成，所述第一包层材料由不锈钢或含镍合金构成，
焊接部中的焊接金属的宽度在整个厚度上为1.0μm以上且1000μm以下。
9.如权利要求8所述的复合焊管，其中，所述第一包层材料为具有以质量％计含有C：0.15％以下、Si：5.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.1％以下、S：0.1％以下、Ni：1.0％以下、Cr：11.0％以上和N：0.5％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的不锈钢。
10.如权利要求8所述的复合焊管，其中，所述第一包层材料为具有以质量％计含有C：0.15％以下、Si：5.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.1％以下、S：0.1％以下、Ni：6.0％以上、Cr：15.0％以上和N：0.5％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的不锈钢或含镍合金。
11.如权利要求9或10所述的复合焊管，其中，所述第一包层材料的成分组成以质量％计还含有选自由Mo：20.0％以下、Cu：5.0％以下、Al：2.0％以下、Co：3.0％以下、W：5.0％以下、Ta：5.0％以下、Ti：2.0％以下、Nb：5.0％以下、V：2.0％以下、Zr：2.0％以下、B：0.0050％以下、Ca：0.0050％以下、Mg：0.0030％以下和REM：0.10％以下组成的组中的一种或两种以上。
12.如权利要求8～10中任一项所述的复合焊管，其中，所述母材为具有以质量％计含有C：0.02～0.20％、Si：0.01～1.0％、Mn：0.1～2.0％、P：0.05％以下、S：0.01％以下和Al：0.1％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的碳钢或低合金钢。
13.如权利要求12所述的复合焊管，其中，所述母材的成分组成以质量％计还含有选自由Ti：0.1％以下、Nb：0.2％以下、Cu：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Cr：0.5％以下、Mo：0.5％以下、V：0.1％以下和Ca：0.0005～0.0050％组成的组中的一种或两种以上。
14.如权利要求1～3、5、6、8～10、13中任一项所述的复合焊管，其中，依据JIS G 3445的规定的90°扁平试验中的扁平值h/D满足小于0.3，
在此，h：扁平裂纹高度，单位为mm，D：管外径，单位为mm。
15.一种复合焊管的制造方法，其中，
准备具有由母材构成的第一层和层叠于所述第一层的一个面且由与所述母材为不同的材料的第一包层材料构成的第二层的复合钢带，
对所述复合钢带的宽度方向两端部实施坡口加工而形成坡口，
将所述复合钢带成形为管状而制成素管，
对所述素管的相对的一对对接部进行电阻焊而制成复合焊管，
所述复合焊管的制造方法的特征在于，
在所述坡口加工中，将所述复合钢带的宽度方向两端部从所述第二层侧进行压入加工，
对于所述坡口而言，所述第二层与所述第一层的复合界面从所述第二层侧朝向所述复合钢带的厚度中心侧，所述第二层侧的坡口角度θ1为10°以上且50°以下，坡口深度d1为所述复合钢带的厚度t的10.0％以上且45.0％以下，由下述(1)式定义的投影复合比率R1为25％以上且50％以下，
所述电阻焊如下进行：在对所述一对对接部实施气体保护的同时，在镦锻量为所述复合钢带的厚度t以下的条件下对所述一对对接部进行对接加压，
所述气体保护如下进行：使用在距所述素管的对接部上端5～300mm上方的位置具有沿所述素管的对接方向相邻并置的三个以上的狭缝状的气体放出口的保护气体喷吹喷嘴，将来自所述气体放出口中位于两端的一对第一气体放出口的气体放出流速设为单位为m/s的A、将来自剩余的第二气体放出口的气体放出流速设为单位为m/s的B时，在B为0.5～50m/s并且满足0.010≤B/A≤10的条件下喷吹保护气体，
R1＝(tc1 *+d1)/t×100％…(1)
在此，R1：投影复合比率，tc1 *：钝边中的所述第二层的厚度，单位为mm，d1：第二层侧的坡口深度，单位为mm，t：所述复合钢带的厚度，单位为mm。
16.如权利要求15所述的复合焊管的制造方法，其中，
所述复合焊管具有由所述第一层和所述第二层构成的双层结构，
所述坡口为Y形坡口。
17.如权利要求16所述的复合焊管的制造方法，其中，所述镦锻量为所述复合钢带的第一包层材料的厚度tc1的20％以上。
18.如权利要求16或17所述的复合焊管的制造方法，其中，所述投影复合比率R1为30％以上且50％以下。
19.如权利要求15所述的复合焊管的制造方法，其中，
所述复合焊管具有由作为所述第一层的中央层、作为所述第二层的内层和作为第三层的外层构成的三层结构，所述第三层层叠于所述第一层的另一个面且由与所述母材为不同的材料的第二包层材料构成，
在所述坡口加工中，进一步将所述复合钢带的宽度方向两端部从所述第三层侧进行压入加工，
所述坡口为X形坡口，
对于所述坡口而言，进一步地，所述第三层与所述第一层的复合界面从所述第三层侧朝向所述复合钢带的厚度中心侧，所述第三层侧的坡口角度θ2为10°以上且50°以下，坡口深度d2为所述复合钢带的厚度t的10.0％以上且45.0％以下，由下述(2)式定义的投影复合比率R2为25％以上且50％以下，
R2＝(tc2 *+d2)/t×100％…(2)
在此，R2：投影复合比率，tc2 *：钝边中的所述第三层的厚度，单位为mm，d2：第三层侧的坡口深度，单位为mm，t：所述复合钢带的厚度，单位为mm。
20.如权利要求19所述的复合焊管的制造方法，其中，所述投影复合比率R1和R2分别为30％以上且50％以下。
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