CN113646457A - 复合钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是提供省略固溶化热处理从而有效利用成为母材的钢板的特性(韧性、强度)并且兼具良好的耐蚀性的复合钢板及其制造。能够采用下述复合钢板来解决上述课题。所述复合钢板是将双相不锈钢作为层合材料来与钢板复合而成的，所述双相不锈钢含有C：0.030％以下、Si：0.05～1.0％、Mn：0.10～3.00％、P：0.05％以下、S：0.005％以下、Cr：22.00～27.00％、Ni：4.00～7.00％、Mo：0.50～2.50％、W：0～1.50％、N：0.10～0.25％、氧：0.001～0.006％，且满足式1、式2、式5，余量为Fe和杂质。式1：εmax＝0.0035－Tσ＊2.63＊10－6；式2：Tσ＝4Cr+25Ni+71(Mo+W)－11.4(Mo－1.3)＊(Mo－1.3)+5Si－6Mn－30N+569(℃)；式5：PREW＝Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N。

Description

复合钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及复合钢板及其制造方法。尤其是涉及以具有Mo含量为0.5～2.5％的化学组成的双相不锈钢为层合材料的复合钢板。
背景技术
双相不锈钢大量地含有Cr、Mo、Ni、N，容易析出金属间化合物、氮化物，因此进行1000℃以上的固溶化热处理，使析出物固溶，作为热轧钢材而制造出。因此，关于以双相不锈钢为层合材料的复合钢板，提出了:将钻研了化学组成以使得在制造时即使进行1000℃以上的高温热处理也能够确保机械特性的碳钢作为母材(专利文献1)。另外，也提出了下述技术：通过控制热轧条件，从而省略热处理来制造双相不锈钢复合钢板(专利文献2)。而且，也提出了下述技术：在热轧中进行再加热来抑制层合材料中的析出(专利文献3)。
另一方面，也提出了节约Ni、Mo等的合金元素节减型双相不锈钢的复合钢板(专利文献4)。而且，针对钢中的CaS成为点蚀的起点从而损害钢的耐蚀性的问题，也提出了一种使用了下述双相不锈钢的复合钢板，所述双相不锈钢是控制Ca和Al的添加量从而谋求CaS对耐蚀性的无害化的钢(专利文献5)。在合金元素节减型双相不锈钢中，主要产生影响的析出物为铬氮化物。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7－292445号公报
专利文献2：日本特公平4－22677号公报
专利文献3：日本特公平6－36993号公报
专利文献4：日本特开2012－180567号公报
专利文献5：日本特开2018－028146号公报
非专利文献
非专利文献1：ISIJ Vol.58(2018)，p1181－1183
发明内容
复合钢板是通过使作为层合材料使用的不锈钢具有耐蚀性、使母材具有强度、韧性和焊接性从而能够得到复合的特性的钢材。复合钢板被用于将作为层合材料的不锈钢与母材结构性地接合的部位，通常被使用于板厚度厚、尤其是要求强度、韧性的用途中。可列举例如海水淡化设备、运输船的罐类等。在这些用途中，以往主要使用奥氏体系不锈钢，但是最近应用廉价的双相不锈钢的事例也增加起来。
于是，强烈需要使层合材料为双相不锈钢的复合钢板。在应用复合钢板的情况下，母材担负强度、韧性的功能，层合材料担负耐蚀性。尤其是在微咸水(咸淡水)域中的水坝、水闸的钢制构件中也有搁门器(止门器)、轨道这样的滑动构件，有时要求滑动性和耐蚀性这两者。
但是，本发明人发现：对于以具有Mo含量为0.5～2.5％的化学组成的双相不锈钢为层合材料的复合钢板的耐蚀性，以σ相(西格马相)为代表的金属间化合物析出物主要产生影响。
σ相是Cr含量高的金属间化合物。若在双相不锈钢的热轧中析出σ相，则在其周围生成铬缺乏层，钢的耐蚀性降低。同样地，即使铬氮化物析出，也会在其周围生成铬缺乏层，钢的耐蚀性降低。在现有技术(专利文献4和5)中，关于析出物的形态、析出量以及其他的钢的金属组织的状态与钢的耐蚀性的关系并未言及。
另外，在以往的双相不锈钢热轧钢板、复合钢板的制造中，固溶化热处理是不可缺少的。这是为了消除如前述那样在双相不锈钢中使耐蚀性降低的金属间化合物、氮化物。尤其是复合钢板的层合材料所使用的双相不锈钢，具有在热加工温度区域容易析出金属间化合物、氮化物的性质。因此，由于在结束了热轧的状态下这些析出物在钢材中分散，因此耐蚀性降低。也能够通过固溶化热处理来使层合材料中的析出物消失。但是，若实施1000℃以上的固溶化热处理，则母材的韧性降低，因此，从复合钢板的用途考虑，这是不令人满意的处理。
而且，从降低成本的要求、近年的削减使用能源的要求出发，也期望省略固溶化处理来降低复合钢板制造成本和制造所需要的能源。
本发明的目的在于提供使用了具有Mo含量为0.5～2.5％的化学组成的双相不锈钢、并且省略固溶化热处理从而有效利用成为母材的钢板的特性(韧性、强度)、且兼具良好的耐蚀性的复合钢板及其制造方法。
本发明人为了解决上述课题而构思到：如果在复合钢板制造过程的通过热轧将母材和层合材料进行接合的工序中，在作为层合材料的双相不锈钢中不析出金属间化合物和氮化物，则即使省略作为在后工序的固溶化热处理也不会损害耐蚀性。于是，想到了通过将即使使热轧温度降低也能够维持高的耐蚀性的双相不锈钢用于复合钢板的层合材料来找到解决对策。为了获得这样的双相不锈钢，得到了关于省略了固溶化热处理的热轧钢材的化学组成、热加工条件与σ相、铬氮化物等的析出量、包括铁素体相和奥氏体相的回复和再结晶等的金属组织的状态、以及钢材的冲击特性、耐蚀性的关系等的见解。尤其是得到以下见解：由于σ相是在铁素体相中容易析出的相，因此通过控制热轧的温度以使得铁素体相中的微观应变εα满足与Tσ的特定的关系，从而能够解决上述课题。
基于这些见解，完成了关于即使使用具有Mo含量为0.5～2.5％的化学组成的不锈钢作为层合材料也能够省略固溶化热处理的复合钢板的本发明。
即，本发明的要旨如下。
[1]一种复合钢板，是在成为母材的钢板的一面或两面复合了层合材料的复合钢板，其特征在于，
所述层合材料的化学组成以质量％计含有
C：0.030％以下、
Si：0.05～1.00％、
Mn：0.10～3.00％、
P：0.050％以下、
S：0.0050％以下、
Cr：22.0～27.0％、
Ni：4.00～7.00％、
Mo：0.50～2.50％、
W：0～1.50％、
N：0.100～0.250％、
氧：0.001～0.006％、
Co：0～1.00％、
Cu：0～3.00％、
V：0～1.00％、
Nb：0～0.200％、
Ta：0～0.200％、
Ti：0～0.030％、
Zr：0～0.050％、
Hf：0～0.100％、
B：0～0.0050％、
Al：0～0.050％、
Ca：0～0.0050％、
Mg：0～0.0050％、
REM：0～0.100％、
Sn：0～0.100％，
余量为Fe和杂质，
由式5求得的PREW为24以上且35以下，
由式2求得的σ相析出温度Tσ(℃)为800℃以上且950℃以下，
层合材料的表面硬度为固溶化热处理状态的表面硬度的1.3倍以下的值，其铁素体相的微观应变εα为由式1求得的εmax以下，
εmax＝0.0035－Tσ＊2.63＊10－6 (式1)
Tσ＝4Cr+25Ni+71(Mo+W)－11.4(Mo－1.3)＊(Mo－1.3)+5Si－6Mn－30N+569(℃) (式2)
PREW＝Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N (式5)
其中，式1、式2、式5中的各元素符号表示所述层合材料中的该元素的含量(质量％)，在不含有的情况下代入0。
[2]根据[1]所述的复合钢板，在所述层合材料的化学组成中，以质量％计含有
Co：0.03～1.00％、
Cu：0.30～3.00％、
V：0.03～1.00％、
Nb：0.010～0.200％、
Ta：0.010～0.200％、
Ti：0.003～0.030％、
Zr：0.005～0.050％、
Hf：0.010～0.100％、
B：0.0005～0.0050％、
Al：0.003～0.050％、
Ca：0.0005～0.0050％、
Mg：0.0005～0.0050％、
REM：0.010～0.100％、
Sn：0.010～0.100％
之中的1种或2种以上。
[3]一种复合钢板的制造方法，是将2个在成为母材的钢板的一面贴合[1]或[2]中所记载的层合材料而成的板坯以层合材料配置于内侧的方式重叠从而作为一体的板坯来实施热轧的基于三明治式组装的复合钢板的制造方法，其特征在于，
以成为满足式3的终轧温度TF的方式实施热轧，其后，将从TF到600℃的平均冷却速度设为0.6℃/秒以上来进行冷却，
TF≥Tσ－50(℃) (式3)
Tσ＝4Cr+25Ni+71(Mo+W)－11.4(Mo－1.3)＊(Mo－1.3)+5Si－6Mn－30N+569(℃)(式2)
其中，式2中的各元素符号表示所述层合材料中的该元素的含量(质量％)，在不含有的情况下代入0。
[4]一种复合钢板的制造方法，是对在成为母材的钢板的一面贴合[1]或[2]中所记载的层合材料而成的板坯实施热轧的基于开放三明治式组装的复合钢板的制造方法，其特征在于，
以成为满足式4的终轧温度TF的方式实施热轧，其后，将从TF到600℃的平均冷却速度设为0.6℃/秒以上来进行冷却，
TF≥Tσ+30(℃) (式4)
Tσ＝4Cr+25Ni+71(Mo+W)－11.4(Mo－1.3)＊(Mo－1.3)+5Si－6Mn－30N+569(℃)(式2)
其中，式2中的各元素符号表示所述层合材料中的该元素的含量(质量％)，在不含有的情况下代入0。
根据本发明，能够得到省略固溶化热处理从而有效利用成为母材的钢板的特性(韧性、强度)、并且兼具良好的耐蚀性的复合钢板。其结果，在产业方面、环境方面贡献极大。
附图说明
图1是说明层合材料表层部的铁素体相的微观应变与σ相析出温度Tσ(℃)的关系的图。
具体实施方式
以下，对本发明的一实施方式进行说明。只要没有特别说明，与成分相关的“％”表示钢中的质量％。
如前所述，本发明人为了解决上述课题而构思到：如果在复合钢板制造过程的、通过热轧将母材和层合材料进行接合的工序中，在作为层合材料的双相不锈钢中不析出金属间化合物和氮化物，则即使省略作为在后工序的固溶化热处理也不会损害耐蚀性。于是，想到了将即使使热轧温度降低也能维持高的耐蚀性的双相不锈钢用于复合钢板的层合材料。为了获得这样的双相不锈钢，关于省略了固溶化热处理的热轧钢材的化学组成、热加工条件与σ相、铬氮化物等的析出量、包括铁素体相和奥氏体相的回复和再结晶等的金属组织的状态、以及钢材的耐蚀性的关系等，进行以下的实验并进行了调查。
作为与σ相的析出相关的指标，引入σ相析出温度Tσ，使用该σ相析出温度Tσ不同的双相不锈钢，使热轧的加热温度为1150～1250℃、热轧的终轧孔型的入侧温度TF为700～1000℃、热轧结束后的加速冷却开始温度TC为950℃以下，从而得到板厚为10mm～35mm的热轧钢材。对于所得到的热轧钢材和对其实施固溶化热处理而得到的钢材，评价了强度、冲击特性，并且评价了表层部和板厚中央部的金属组织和耐蚀性。
接着，以在上述的实验中得到的关于双相不锈钢的见解为基础，尝试了获得即使在双相不锈钢的耐蚀性良好的轧制条件下也能得到高强度的钢成分、制造条件。即，想到需要通过调整普通钢的成分来提高再结晶温度、并且控制σ相析出温度区域以下的冷却，并进行了以下的实验。制作出在含有各种成分的钢的表面贴附了作为层合材料的双相不锈钢的板坯，使用电子束焊接法将2个该板坯组装成将层合材料配置于内侧的三明治方式的复合坯料，对该复合坯料进行热轧，得到层合材料的厚度为3mm、总厚度为20mm～50mm的复合钢板，评价了强度、冲击特性、金属组织、耐蚀性。
通过以上的实验，完成了关于使用双相不锈钢作为层合材料从而能够省略固溶化热处理的复合钢板的本发明。
首先，对层合材料的化学组成进行说明。
为了确保不锈钢的耐蚀性，C限制为0.030％以下的含量。若其含量超过0.030％，则在热轧时生成Cr碳化物，耐蚀性、韧性劣化。
为了脱氧，Si含有0.05％以上。可以优选地含有0.20％以上。然而，若其含量超过1.00％，则韧性劣化。因此，将上限限定为1.00％。可以优选地含有0.70％以下。
Mn具有使奥氏体相增加、改善韧性的效果，为了确保母材和焊接部的韧性，并且为了具有使氮化物析出温度TN降低的效果，含有0.10％以上。可优选地含有0.20％以上。然而，若其含量超过3.00％，则耐蚀性劣化。因此，将上限限定为3.00％。可以优选地含有2.50％以下，可以进一步优选地含有2.00％以下。
P是从原料不可避免地混入的元素，由于使热加工性和韧性劣化，因此其少为好，因此限定为0.050％以下。可以优选地含有0.030％以下。
S也是从原料不可避免地混入的元素，由于也使热加工性、韧性和耐蚀性劣化，因此其少为好，因此限定为0.0050％以下。优选为0.0030％以下。
为了确保基本的耐蚀性，含有22.0％以上的Cr。可以优选地含有23.0％以上。另一方面，若其含量超过27.0％，则铁素体相分率增加，损害韧性和焊接部的耐蚀性。因此，将Cr的含量设为27.0％以下。可以优选地含有26.0％以下。
为了使奥氏体组织稳定、改善针对各种酸的耐蚀性、以及改善韧性，含有4.00％以上的Ni。通过增加Ni含量，能够使氮化物析出温度降低。可以优选地含有4.50％以上。另一方面，Ni是昂贵的合金，从成本的观点出发设为7.00％以下的含量。可以优选地含有6.50％以下。
Mo是提高不锈钢的耐蚀性的非常有效的元素，含有0.50％以上。可以优选地含有1.00％以上。为了改善耐蚀性，较多地含有为好，但是，由于其是促进σ相析出的元素，因此可以含有2.50％以下。可以优选地含有2.30％以下，可以进一步优选地含有2.00％以下。
N(氮)是在奥氏体相中固溶来提高强度、耐蚀性的有效元素。因此，含有0.100％以上。可以优选地含有0.150％以上。固溶限度相应于Cr含量而变高，但是，若其含量超过0.250％，则氮化物析出温度TN变高，在热轧中析出Cr氮化物，损害韧性和耐蚀性，因此，将含量的上限设为0.250％。可以优选地含有0.220％以下。
O(氧)是不可避免的杂质，是构成作为非金属夹杂物的代表的氧化物的重要元素，过量的含有会损害韧性。另外，若生成粗大的团簇状氧化物，则成为表面瑕疵的原因。因此，将其上限设为0.006％。另一方面，过度的脱氧会使成本增大，因此将其下限设为0.001％。
余量是Fe和杂质。杂质是在钢的制造过程中混入且未被完全除去而残留的成分等。
进而，也可以代替一部分Fe而含有以下的元素(W、Co、Cu、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、B、Al、Ca、Mg、REM、Sn)之中的1种或2种以上。由于也可以不含有这些元素，因此含量的范围也包括0％。
W与Mo同样是使不锈钢的耐蚀性提高的元素，因此可以含有。另一方面，由于其是昂贵的元素，因此可以含有1.50％以下。可以优选地含有1.00％以下。在含有的情况下的优选的含量可设为0.05％以上。
Co是为了提高钢的韧性和耐蚀性而有效的元素，因此可选择性地含有。若含量超过1.00％，则由于其是昂贵的元素，因此未能发挥出与成本相称的效果，因此将上限设定为1.00％。就在含有的情况下的优选的含量而言，下限为0.03％、上限为0.50％。
Cu是附加性地提高不锈钢的针对酸的耐蚀性的元素，并且具有改善韧性的作用，因此可以含有。若含量超过3.00％，则在热轧时超过固溶度而析出εCu，发生脆化，因此将上限设为3.00％。就含有Cu时的优选含量而言，下限为0.30％，上限为2.00％。
V、Nb、Ta是在钢中生成碳化物、氮化物的元素，为了附加性地提高耐蚀性，可微量含有。另一方面，含有N的钢中的V、Nb、Ta的大量含有会生成碳氮化物，损害韧性，因此上限被限制。考虑V、Nb、Ta的作用的大小、合金成本，将各自的上限设定为1.00％、0.200％、0.200％。就在含有的情况下的适宜范围而言，下限分别为0.03％、0.010％、0.010％，上限分别为0.20％、0.100％、0.100％。
Ti、Zr、Hf是在钢中生成氮化物、碳化物的元素，可出于将晶体组织微细化的目的而微量含有。由于Ti、Zr、Hf的氮化物形成能力非常强，因此含有N的钢中的Ti、Zr、Hf的大量含有会生成粗大的氮化物，损害韧性，因此上限被限制。考虑Ti、Zr、Hf的作用的大小、合金成本，将各自的上限设定为0.030％、0.050％、0.100％。就在含有的情况下的适宜含量范围而言，下限分别为0.003％、0.005％、0.010％，上限分别为0.020％、0.030％、0.050％。
B是在钢中生成氮化物、碳化物的元素，另外，是在钢中的固溶度小、容易偏析于晶界的元素。作为其作用，改善热加工性。另一方面，过量的含有会形成粗大的氮化物，损害钢的韧性。因此，将含量的上限设定为0.0050％。就在含有的情况下的适宜含量而言，下限为0.0005％，上限为0.0035％。
为了钢的脱氧，能够含有Al。另外，Al是生成氮化物的元素，过量的含有会形成粗大的氮化物，损害韧性，因此将其上限设定为0.050％。就在含有的情况下的适宜含量而言，下限为0.003％，上限为0.030％。
为了改善钢的热加工性，能够含有Ca和Mg。由于过量的含有反而会损害热加工性，因此将其上限设定为0.0050％。就在含有的情况下的适宜含量范围而言，下限为0.0005％，上限为0.0035％。
为了改善钢的热加工性，能够含有REM。由于过量的含有反而会损害热加工性，因此将其上限设定为0.100％。就适宜的含量范围而言，下限为0.010％，上限为0.080％。在此，REM为La、Ce等镧系稀土类元素的含量的总和。
Sn是附加性提高钢的针对酸的耐蚀性的元素，可出于该目的而含有。另一方面，过量的含有会损害钢的热加工性，因此将其上限设定为0.100％。就在含有的情况下的适宜含量而言，下限为0.010％，上限为0.080％。
PREW是针对不锈钢的耐点蚀性的指标，使用合金元素Cr、Mo、W、N的含量(％)利用式5来算出。若双相不锈钢的PREW小于24，则不能发挥在微咸水环境中的耐蚀性，若以PREW超过35的方式含有合金元素，则成本变高，因此将PREW的范围规定为24以上且35以下。
PREW＝Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N(式5)
其中，式5中的各元素符号表示该元素的含量(质量％)，在不含有的情况下代入0。
σ相析出温度Tσ(℃)是由层合材料的化学组成决定的指标，表示σ相开始平衡地析出的温度，是通过针对金属材料的平衡状态图的热力学计算而求出的值。热力学计算能够使用市售的被称为サーモカルク(Themocalc＠)的软件和热力学数据库(FE－DATAversion6等)来算出。对各种双相不锈钢进行了该计算。σ相是以Fe、Cr、Mo、W为主要元素的金属间化合物，在Fe、Cr含量处于一定的数值范围的双相不锈钢中，Mo、W促进析出。Cr是使σ相析出的主要元素，Tσ也根据Cr量的大小而变化。因此，本发明人制作出能够在发明钢的成分范围应用的求出Tσ值的式子(式2)。从控制热轧中的σ相的析出而得到所期望的复合钢板的目的出发，将该Tσ(式2)的下限值设为800℃、上限值设为950℃。若Tσ小于800℃，则σ相的析出被抑制，但成为Mo、Cr含量少的钢种，因此难以得到所期望的耐蚀性，另一方面，若超过950℃，则难以抑制复合钢板表层部的σ相析出，因此规定了上述的数值范围。
Tσ＝4Cr+25Ni+71(Mo+W)－11.4(Mo－1.3)＊(Mo－1.3)+5Si－6Mn－30N+569(℃) (式2)
其中，式2中的各元素符号表示该元素的含量(质量％)，在不含有的情况下代入0。
层合材料的表面硬度是左右复合钢板的表面特性的特性，优选是高的。本发明钢板是在热轧后被冷却且省略固溶化热处理而被应用的制品，其特征是具有比固溶化热处理材料高的硬度。因此，规定了：层合材料的表面硬度具有固溶化热处理状态的表面硬度的1.3倍以下的硬度。虽然优选该硬度大，但因在热轧中被导入且残留的大的应变而导致金属间化合物的析出被促进，损害复合钢板表面的耐蚀性，因此将其上限规定为1.3倍。
在此，固溶化热处理状态是指将相同的层合材料进行了固溶化热处理时的表面硬度。在该硬度的倍率的测定中，研磨由双相不锈钢构成的层合材料的作为对象的表层部(从表面起沿厚度方向直至0.1～0.5mm深度的区域)的位置(试样A1)而进行维氏硬度测定，并且关于对该试样实施1050℃均热的固溶化热处理而得到的材料(试样B1)，同样地进行硬度测定，层合材料的表面硬度以相对于固溶化热处理状态的表面硬度之比(试样A1的硬度/试样B1的硬度)的值来进行数值化。优选层合材料(试样A1)的表面硬度是实施了固溶化热处理的情况(试样B1)的表面硬度的1.05～1.30倍。以试样A1和试样B1是同一试样的情况为例进行了说明，但不需要必须是同一试样，只要是相同的钢材，则也可以是另外的试样(例如从钢材切取的另外的试样)。
铁素体相的微观应变εα是规定钢板的层合材料的重要特性值。双相不锈钢由铁素体相和奥氏体相构成，但热加工中的组织变化行为大大不同。因热加工而导入的应变在材料内部成为位错，该位错经过回复、再结晶的过程而减少。奥氏体相中的位错密度减少的速度小。另一方面，铁素体相中的位错密度减少的速度大。以这样的见解为基础，本发明人在各种热轧条件下制作出双相不锈钢的复合钢板，观察了其层合材料表层部的金属组织。其结果，本发明人发现：若未对双相不锈钢实施适当的热轧，则铁素体相的位错密度减少被抑制，在复合钢板的层合材料中残留应变。另外也发现：在热轧后的冷却过程中，在铁素体相中析出使用光学显微镜难以观察到的金属间化合物，与此对应地耐蚀性降低。进而也发现在这样的析出的过程中铁素体相的微观应变增大。根据这些见解的整理，通过进行控制以使得层合材料表层部的铁素体相的微观应变比由式1求得的εmax小，能够得到所期望的特性(图1)。
εmax＝0.0035－Tσ×2.63×10－6 (式1)
其中，式1中的各元素符号表示该元素的含量(质量％)，在不含有的情况下代入0。
在此，微观应变的值是能够采用X射线衍射法求出的值，单位是无量纲的。对具体的测定方法进行说明。将由双相不锈钢构成的层合材料的表层部(从表面起沿厚度方向直至0.1mm以上且0.5mm以下的深度的区域)的位置(试样A2)，通过机械加工和电解研磨以不残留试样制作时的应变的方式精加工成3mm厚度×20mm宽度×20mm长度的程度的尺寸后，进行使用CuKα射线等射线源的X射线衍射，测定出铁素体相、奥氏体相的各衍射面的衍射强度轮廓A。作为比较材料，对上述层合材料实施1050℃均热的固溶化热处理来除去因热加工而导入的应变(试样B2)，制作出同样的X射线衍射用试样，进行X射线衍射，测定出没有应变的衍射强度轮廓B。对于残留的应变大的试样而言，衍射强度轮廓相对于衍射角2θ展宽(半值宽度)，通过轮廓A和B的对比，对每个衍射面求出半值宽度的增加量，并进行数值处理，由此将铁素体相和奥氏体相的微观应变定量化。这样求得的微观应变与材料内部的位错密度的关系具有一定的关系。关于铁素体相的两者的关系可参照非专利文献1。
对制造方法进行说明。
所谓三明治式组装是将2个板坯以分别将层合材料配置于内侧的方式重叠而作为一体的板坯组装的方式，所述板坯是在成为母材的钢板的一面贴合具有上述的化学组成的层合材料而成的。成为母材的钢板的化学组成并无特别限定。将这样由母材、层合材料、层合材料、母材构成的板坯按照常规方法进行加热，从加热炉抽出后进行热轧，来制造轧制复合钢板。终轧温度TF采用热轧的最终孔型(最终道次)的入口处的钢材表面温度来定义。在上面所述的实验中，将作为层合材料的双相不锈钢的σ相析出温度Tσ与TF的关系设为由式3表示关系来进行热轧，并以热轧后的复合钢板的从TF到600℃的平均冷却速度成为0.6℃/s(s表示秒。)以上的方式来制造即可。
TF≥Tσ－50(℃) (式3)
Tσ是由上述式2得到的σ相析出温度。
再者，在三明治式组装的情况下，考虑到了由于层合材料被配置于内侧，母材被配置于外侧，因此层合材料温度变得比钢板表面温度高。
规定从TF到600℃的平均冷却速度的理由是因为：由于在热轧后的金属组织中，σ相等金属间化合物析出的温度区域为900(优选Tσ)℃～700℃左右，因此需要增大该温度区间的冷却速度。优选将冷却开始温度设为Tσ℃以上。
为了使板厚大的以三明治式组装方式热轧了的复合钢板的冷却速度成为0.6℃/s以上，可在热轧结束后实施水冷。在板厚小的情况下，也可采用空冷、强制风冷。
冷却速度越高越好，优选设为1.0℃/s以上、进一步优选设为5.0℃/s以上。
所谓开放三明治式组装是将成为母材的钢板和双相不锈钢层合材料贴合而作为板坯组装的方式。将这样由母材和层合材料构成的板坯按照常规方法进行加热，从加热炉抽出后进行热轧，来制造轧制复合钢板。终轧温度TF用热轧的最终孔型(最终道次)的入口处的钢材表面温度来定义。在上面所述的实验中，将作为层合材料的双相不锈钢的σ相析出温度Tσ与TF的关系设为由式4表示的关系来进行热轧，并以热轧后的复合钢板的从TF到600℃的平均冷却速度成为0.6℃/s以上的方式来制造即可。
TF≥Tσ+30(℃) (式4)
Tσ是由上述式2得到的σ相析出温度。
再者，在开放三明治式组装的情况下，考虑到了由于层合材料被配置于外侧，母材被配置于内侧，因此层合材料温度为钢板表面温度。
在此规定从TF到600℃的平均冷却速度的理由是因为：由于与三明治式组装的情况同样，在热轧后的金属组织中，σ相等金属间化合物析出的温度区域为900(优选Tσ)℃～700℃左右，因此需要增大该温度区间的冷却速度。优选将冷却开始温度设为Tσ℃以上。
冷却速度越高越好，优选设为1.0℃/s以上。以开放三明治式组装方式热轧了的复合钢板，若进行如水冷那样给予大的冷却速度的冷却，则因层合材料与成为母材的钢的热膨胀差而导致复合钢板产生翘曲，有时通板变得困难。因此，优选采用空冷、强制风冷等冷却方法。优选限制为10.0℃/s以下。
通过根据作为层合材料的双相不锈钢的σ相析出温度进行适当的热轧，能够抑制与向层合材料表面的σ相析出相伴的组织变化，制造出具有优异的耐蚀性的复合钢板。若在比σ相析出温度过冷的温度下对双相不锈钢进行热轧，则相应于其过冷度，双相不锈钢的组织变化进展，耐蚀性降低。在此，在三明治式组装方式的复合钢板中，层合材料位于钢材的内部，因此在层合材料的温度比钢材表面温度高的状态下热轧。因此，在三明治式组装方式中，层合材料的温度比热轧中的钢材表面温度高。这样，根据组装方式的不同，层合材料实质上被轧制的温度不同。即，明确了在各组装轧制方式中式3或式4的轧制温度规定是必要的。
复合钢板通过根据作为层合材料的双相不锈钢的σ相析出温度将热轧的温度设为特定温度以上、将冷却速度设为0.6℃/s以上来得到。因此，复合钢板的母材，能够选择普通钢(碳钢)和合金钢(其中，将不锈钢除外)中的1种以上来使用，并不特别限定。能够根据目的用途适当选择来使用。作为合金钢，可列举低合金钢、镍钢、锰钢、铬钼钢、高速钢等，但并不限定于这些，可以为在普通钢中含有1种以上的元素的钢。
实施例
以下，对实施例进行说明。在表1中示出层合材料的化学组成。再者，表1中所记载的成分以外的成分为Fe和不可避免的杂质元素。另外，对于表1中所示的成分，没有记载含量的部分表示是杂质水平，REM意指镧系稀土类元素，含量表示那些元素的合计。另外，表中的σ相析出温度由式2求得。
复合钢板，将表1所示的化学组成的双相不锈钢作为层合材料，将作为母材的SS400钢制成规定厚度的原料，所述SS400钢具有C：0.16％、Si：0.21％、Mn：0.63％、P：0.018％、S：0.006％、Ni：0.01％、Cr：0.04％、Cu：0.02％、余量为Fe和杂质的组成，通过焊接在成为母材的钢的一面贴合层合材料，制成厚度为130mm的板坯。在开放三明治方式中，将该板坯用于热轧用原料。在三明治方式中，将2个130mm厚的板坯以使层合材料在内侧的方式通过焊接进行组装(三明治式组装)，制成260mm厚的板坯。
关于三明治式组装方式的热轧，将260mm厚的板坯加热至1150～1220℃的规定温度后，利用2段轧制机来制作出复合钢板。作为热轧条件，以反复进行8～12次的压下，最终板厚成为20～50mm的方式在TF为830～1030℃的条件下实施了精轧。一部分复合钢板用喷雾冷却装置加速冷却，然后移送至冷却床来冷却。在冷却后在板厚中央部进行剥离，分离成2片复合钢板。这样地得到层合材料的厚度为3mm、总板厚为10～25mm的复合钢板。使用该钢板的一部分，在1050℃实施固溶化热处理，制取了用于评价热处理前后的层合材料表层部的金属组织的X射线衍射用试样和点蚀电位测定用试样。
关于开放三明治式组装方式的热轧，将使层合材料侧为下表面的板坯加热至1150～1220℃的规定温度后，利用2段轧制机来制作出复合钢板。作为热轧条件，以反复进行8～15次的压下，最终板厚成为10～25mm的方式在TF为780～1030℃的条件下实施了精轧。然后移送至冷却床来冷却。这样地得到层合材料的厚度为3mm、总板厚为10～25mm的复合钢板。
使用该钢板的一部分，在1050℃实施固溶化热处理，制取了用于评价热处理前后的层合材料表层部的金属组织的X射线衍射用试样和点蚀电位测定用试样。
关于层合材料的表面的微观应变的测定，制取对钢材的表面下0.3mm的面以不残留试验片加工的应变的方式进行利用砂纸的湿式研磨和电解研磨从而精加工出的2.5mm厚度(t)×20mm宽度(w)×25mm长度(L)的X射线衍射用试样，通过使用了CuKα射线源的X射线衍射测定，来测定出铁素体相和奥氏体相的衍射轮廓。由关于实施固溶化热处理前后(试样A和试样B)的钢材的各自的半值宽度数据，求得固溶化热处理前的试样A3的两相的微观应变。其中，将铁素体相的微观应变的值示于表2(三明治式组装方式)和表3(开放三明治式组装方式)。
层合材料的表面硬度测定，对钢材的表面下0.3mm的面在维氏载荷5kgf的条件下进行。对于实施固溶化热处理前后的钢材(即未进行固溶化热处理的试样A和进行了固溶化热处理的试样B)，分别以n＝3进行测定，求出平均值，将其平均值之比(＝试样A的硬度/试样B的硬度)的值示于表2和表3中。
关于层合材料的点蚀电位测定，对于钢材的表面下0.3mm的面，依据JIS G0577中规定的方法在50℃－1摩尔NaCl溶液中进行极化，测定了与电流密度为100μA/cm2对应的电位(VC’100)。对于实施固溶化热处理前后的钢材(即未进行固溶化热处理的试样A3和进行了固溶化热处理的试样B3)，分别以n＝3进行测定，求出平均值，作为该试样的点蚀电位。将其平均值之差示于表2和表3。该试样A和试样B的点蚀电位及其差也示于表2和表3中。将试样A的点蚀电位为0.3V以上、而且复合钢板的电位相对于固溶化热处理材料的电位之差(试样B和试样A的点蚀电位之差)为0.1V以下的情况判为合格。
在表2中汇总了对于以表1所示的钢为层合材料、以三明治方式组装并热轧的复合钢板的层合材料的实施例。
这样地确认到：成为本发明的实施例的复合钢板，层合材料的表面硬度大，耐蚀性与固溶化热处理材料相比，其差为0.1V以下，并不逊色。
在表3中汇总了对于以表1所示的钢为层合材料、以开放三明治方式组装并热轧的复合钢板的层合材料的实施例。
这样地确认到：成为实施例的复合钢板，层合材料的表面硬度大，耐蚀性与固溶化热处理材料相比，其差为0.1V以下，并不逊色。
Figure BDA0003284417580000181
Figure BDA0003284417580000191
Figure BDA0003284417580000201
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供耐蚀性良好的合金元素节减型的经济性好的复合钢板，本发明能够作为海水淡化设备、运输船的罐类、各种容器等的所有的产业设备、结构物用途进行利用。

Claims (4)

1.一种复合钢板，是在成为母材的钢板的一面或两面复合了层合材料的复合钢板，其特征在于，
所述层合材料的化学组成以质量％计含有
C：0.030％以下、
Si：0.05～1.00％、
Mn：0.10～3.00％、
P：0.050％以下、
S：0.0050％以下、
Cr：22.0～27.0％、
Ni：4.00～7.00％、
Mo：0.50～2.50％、
W：0～1.50％、
N：0.100～0.250％、
氧：0.001～0.006％、
Co：0～1.00％、
Cu：0～3.00％、
V：0～1.00％、
Nb：0～0.200％、
Ta：0～0.200％、
Ti：0～0.030％、
Zr：0～0.050％、
Hf：0～0.100％、
B：0～0.0050％、
Al：0～0.050％、
Ca：0～0.0050％、
Mg：0～0.0050％、
REM：0～0.100％、
Sn：0～0.100％，
余量为Fe和杂质，
由式5求得的PREW为24以上且35以下，
由式2求得的σ相析出温度Tσ为800℃以上且950℃以下，
层合材料的表面硬度为固溶化热处理状态的表面硬度的1.3倍以下的值，其铁素体相的微观应变εα为由式1求得的εmax以下，
εmax＝0.0035－Tσ＊2.63＊10－6 式1
Tσ＝4Cr+25Ni+71(Mo+W)－11.4(Mo－1.3)＊(Mo－1.3)+5Si－6Mn－30N+569 式2
PREW＝Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N 式5
其中，式1、式2、式5中的各元素符号表示所述层合材料中的该元素的以质量％计的含量，在不含有的情况下代入0，Tσ的单位是℃。
2.根据权利要求1所述的复合钢板，
在所述层合材料的化学组成中，以质量％计含有
Co：0.03～1.00％、
Cu：0.30～3.00％、
V：0.03～1.00％、
Nb：0.010～0.200％、
Ta：0.010～0.200％、
Ti：0.003～0.030％、
Zr：0.005～0.050％、
Hf：0.010～0.100％、
B：0.0005～0.0050％、
Al：0.003～0.050％、
Ca：0.0005～0.0050％、
Mg：0.0005～0.0050％、
REM：0.010～0.100％、
Sn：0.010～0.100％
之中的一种或两种以上。
3.一种复合钢板的制造方法，是将2个在成为母材的钢板的一面贴合权利要求1或2中所记载的层合材料而成的板坯以层合材料配置于内侧的方式重叠从而作为一体的板坯来实施热轧的基于三明治式组装的复合钢板的制造方法，其特征在于，
以成为满足式3的终轧温度TF的方式实施热轧，其后，将从TF到600℃的平均冷却速度设为0.6℃/秒以上来进行冷却，
TF≥Tσ－50 式3
Tσ＝4Cr+25Ni+71(Mo+W)－11.4(Mo－1.3)＊(Mo－1.3)+5Si－6Mn－30N+569 式2
其中，式2中的各元素符号表示所述层合材料中的该元素的以质量％计的含量，在不含有的情况下代入0，TF和Tσ的单位均是℃。
4.一种复合钢板的制造方法，是对在成为母材的钢板的一面贴合权利要求1或2中所记载的层合材料而成的板坯实施热轧的基于开放三明治式组装的复合钢板的制造方法，其特征在于，
以成为满足式4的终轧温度TF的方式实施热轧，其后，将从TF到600℃的平均冷却速度设为0.6℃/秒以上来进行冷却，
TF≥Tσ+30 式4
Tσ＝4Cr+25Ni+71(Mo+W)－11.4(Mo－1.3)＊(Mo－1.3)+5Si－6Mn－30N+569 式2
其中，式2中的各元素符号表示所述层合材料中的该元素的以质量％计的含量，在不含有的情况下代入0，TF和Tσ的单位均是℃。
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