JP2002194466A - ニッケル基合金クラッド鋼およびその製造方法 - Google Patents

ニッケル基合金クラッド鋼およびその製造方法

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JP2002194466A
JP2002194466A JP2000388829A JP2000388829A JP2002194466A JP 2002194466 A JP2002194466 A JP 2002194466A JP 2000388829 A JP2000388829 A JP 2000388829A JP 2000388829 A JP2000388829 A JP 2000388829A JP 2002194466 A JP2002194466 A JP 2002194466A
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clad steel
hot rolling
less
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corrosion resistance
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JP2000388829A
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Hideto Kimura
秀途 木村
Masaru Fukumura
勝 福村
Tetsuo Sakiyama
哲雄 崎山
Akira Takane
章 多賀根
Takashi Uchimura
孝 内村
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、耐食性、曲げ加工性に優れたNi
基合金およびその製造方法を提供する。 【解決手段】質量%で、C:0.02%以下、Cr:1
4〜25%、Mo:5〜18%、W:0〜5%以下、F
e:6%以下、残部が実質的にNiおよび不可避的不純
物からなるニッケル基合金を合せ材とし、炭素鋼を母材
(望ましくは引張強度が600MPa未満)とするクラ
ッド鋼であって、1100℃以上に加熱後、熱間圧延ま
たは熱間圧延後、溶体化処理を行い、最終工程の冷却速
度を1000〜500℃を0.3〜2℃/sとし、母材
の裏面側の表面から0.1mm以内の硬度(荷重500
gビッカース硬さ)が180以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電排煙経路
や各種化学プラント等における塩素イオンと酸の共存環
境においても優れた耐食性を有し、且つ耐曲げ加工割れ
や耐疲労亀裂発生特性に優れたクラッド鋼およびその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】プラント設備の使用環境が苛酷となり、
メインテナンスフリーの要望が強くなるにつれ、高耐食
合金により、装置の損傷を回避し、プラント全体の信頼
性を向上させるとともに、維持管理に要する費用を削減
することの重要性が増している。
【0003】特に、今後は、プラント建造における初期
投資を低減し、維持管理に関する課題を運転費により処
理する考え方の寿命設計は成立し難くなると考えられ、
高耐食合金への期待がたかまっている。
【0004】Ni基耐食合金は、各種環境やハロゲン化
物溶液環境で高耐食性を示し、高温から低温の広い温度
範囲および広い濃度範囲においても、その特性が失われ
ることがないため、ハステロイ、インコネル等の商品名
で多数の合金が開発され、高価なため、クラッド鋼とし
て多く用いられている。
【0005】従来、Ni基耐食合金を合せ材とするクラ
ッド鋼の製造においては、その耐食性を十分に引き出す
製造条件を適用することに主眼が置かれ、母材である炭
素鋼や低合金鋼の特性が問題となることは少なかった。
【0006】Ni基耐食合金は、最適な耐食性を得るた
めに、高温熱処理による均質化と急冷による均質組織の
凍結がポイントであり、母材は鋼板圧延での熱加工履歴
とは異なる高温加熱、プロセシング後の水冷を受けるこ
とになる。
【0007】炭素鋼、低合金鋼が、高温加熱された場
合、結晶粒は粗大化し、靭性が劣化する場合がある。特
開平5−245657号公報、特開平4−75791号
公報は、溶体化処理による機械的性質の劣化を最小限と
する母材設計に関するものであり、主にNb添加により
再結晶温度を高温とすることにより、溶体化処理後にお
いても、比較的細粒組織を維持し、靭性等の機械的性質
の劣化を防止するものである。
【0008】熱間加工のための高温加熱を利用して、母
材の機械的性質を改善する手法もあり、Ni基合金の耐
食性に熱間加工中の析出反応が及ぼす影響が少ない場合
適用されている。母材は、その結晶粒径が高温加熱によ
り粗大化したとしても、加工工程において細粒化し、機
械的特性の劣化が防止される。
【0009】一方、プロセシング後の急冷は、Ni基耐
食合金(ソリッドST材)本来の耐食性を、合せ材で得
るためには必須の工程であり、母材表面が硬化すること
が曲げ加工において問題とされてきた程度に過ぎない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、多様な加工が
要求される装置部材としてのクラッド鋼の適用が広まっ
てきた現在、表面硬化などプロセシング後の母材特性の
劣化は、高サイクル疲労亀裂の発生確率を高め、表面割
れや応力腐食割れを発生するため、その防止は、合せ材
における耐食性の確保と共に、重要な課題となってい
る。
【0011】本発明は、以上の点に鑑みなされたもの
で、優れた耐食性を有する合せ材とともに優れた機械的
性質の母材を併せもつクラッド鋼およびその製造方法を
提供することを目標とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、Ni基合
金の耐食性に及ぼす冷却速度の影響を、水冷装置付きの
熱間圧延設備を用い、詳細に検討した。検討に用いた装
置は、間歇冷却などの応用で圧延直後において、鋼板表
層直下における平均冷却速度を2〜15℃/秒と広範囲
に変化させることが可能となっている。
【0013】その結果、冷却速度が0.3℃未満では、
粒界に析出するCr系金属間化合物の周辺に著しいCr
枯渇域が発生し、激しい粒界腐食が生じるものの、0.
3℃/秒以上とした場合、酸化力の強い酸腐食環境、特
に硝酸または熱硫酸を主要な腐食因子とする溶液環境
で、ハロゲン元素のイオンが共存している場合であって
も、14〜25%Cr系の多くのNi基耐食合金が粒界
腐食を発生せず優れた耐食性を示すことを見出した。
【0014】すなわち、火力発電プラント煙突内筒や排
煙脱硫装置の内面等にNi基耐食合金を用いる場合、必
ずしも急冷工程を経る必要のないことが新に知見され
た。
【0015】一方、母材においては、水冷した場合、強
度が400MPa級普通鋼であっても表面硬化が生じ、
耐曲げ割れ性が劣化する。鋼板表面下0.1mmにおけ
るビッカース硬度は200〜320で、曲げ半径Rが板
厚の2倍の裏曲げ変形において、毛割れ発生率は、試験
片全体の5%を超える。
【0016】今後、クラッド鋼が適用される装置部材の
加工では、鋼板表面下0.1mmにおけるビッカース硬
度として180以下とすることが予想され、本試験によ
り、冷却速度が2℃/秒以下の場合、満足されることを
見出した。
【0017】本発明は以上の知見を基に更に検討を加え
てなされたものであり、すなわち、本発明は、 1.質量%で、C:0.02%以下、Cr:14〜25
%、Mo:5〜18%、W:0〜5%以下、Fe:6%
以下、残部が実質的にNiおよび不可避的不純物からな
るニッケル基合金を合せ材とし、炭素鋼を母材とするク
ラッド鋼であって、母材の裏面側の表面から0.1mm
以内の硬度(硬さ500gビッカース硬度)が180以
下であることを特徴とするニッケル基合金クラッド鋼。
【0018】2.炭素鋼の引張強度が600MPa未満
であることを特徴とする1記載のニッケル基合金クラッ
ド鋼。
【0019】3.以下の工程を具備したことを特徴とす
る1または2記載のニッケル基合金クラッド鋼の製造方
法。
【0020】(1)1100℃以上に加熱後、熱間圧延
を行う工程。
【0021】(2)熱間圧延後、1000〜500℃を
0.3〜2℃/sで冷却する工程。
【0022】4.以下の工程を具備したことを特徴とす
る1または2記載のニッケル基合金クラッド鋼の製造方
法。
【0023】(1)1100℃以上に加熱後、熱間圧延
を行う工程。
【0024】(2)熱間圧延後、1000〜500℃を
0.3〜2℃/sで冷却する工程。
【0025】(3)熱間圧延後、加熱温度:1100℃
以上、冷却速度:0.3〜2℃/sで溶体化処理を行う
工程。
【0026】
【発明の実施の形態】本発明における限定理由について
説明する。
【0027】1.母材 母材は炭素鋼とする。クラッド鋼として十分な延靭性、
曲げ加工性を確保するため、強度は600MPa未満と
することが望ましい。母材の組織は、フェライト組織、
パーライト組織並びに両者の混合組織が望ましい。
【0028】更に、本発明では、優れた耐曲げ割れ性を
確保するため、母材の裏面(合せ材と反対側の面)側の
表面から0.1mm以内の硬度をビッカース硬度で18
0以下とする。
【0029】2.合せ材 合せ材は、貴金属類や鉛などと比較して、経済性、機械
的性質に優れ、塩酸等を含む強酸環境への耐食性、およ
びハロゲンイオン含有水溶液環境での耐食性に優れるN
i基合金とする。
【0030】Ni基合金として好ましい成分系について
説明する。
【0031】C:0.02%以下 Cは、Crと炭化物を形成し、耐食性を劣化させるた
め、含有量は低いことが望ましく、0.02%以下とす
る。
【0032】Cr:14〜25% Crは、合金の表面に保護性の高い酸化物被膜を形成
し、耐食性を向上させるため添加する。14%未満で
は、十分に保護性のある皮膜が得られず、一方、25%
を超えると、本発明で規定する冷却速度では、金属間化
合物を多量に析出し、耐食性を著しく損なうため、14
〜25%(14%以上、25%以下)とする。
【0033】Mo:5〜18% Moは、耐孔食性、耐隙間腐食性を向上させるため、添
加する。5%未満ではその効果が十分でなく、一方、1
8%を超えて添加すると、本発明で規定する冷却速度で
は、金属間化合物を多量に析出し、耐食性を損なうた
め、5〜18%とする。
【0034】W:0〜5% Wは、Moと同様に耐孔食性、耐隙間腐食性を向上させ
るため、更にそれらの特性を向上させる場合、添加する
(本発明では無添加とする場合も含むものとする)。5
%を超えて添加すると、金属間化合物を析出し、Moの
場合より激しく耐食性を劣化させるため、5%を上限と
する。
【0035】Fe:6%以下 Feは、フェロクロム、フェロモリブデン、およびフェ
ロタングステンを用いた場合、不可避的に混入する不純
物であり、6%を超えるとNi量が低下して酸中での耐
食性が低下するため、6%以下とする。
【0036】尚、本発明合金の残部は、上記化学成分に
規定する元素以外の元素であっても、本発明の作用効果
を損なわない範囲で含有しても良い。
【0037】不可避的不純物は、原料あるいは製造工程
から不可避的に混入するものをいう。
【0038】3.製造条件 上記、好適成分の母材炭素鋼および合せ材のNi合金を
溶製後、それぞれ圧延し、クラッドスラブを組み立て、
熱間圧延を行う。クラッドスラブの組み立て方法は特に
規定しない。
【0039】熱間圧延 加熱温度は1100℃未満では、固溶化されず、凝固偏
析などマクロな成分変動が残存し、耐食性が劣化するた
め、1100℃以上とする。
【0040】冷却条件 本発明では、熱間圧延後の冷却速度を、上記、所望の硬
度分布が得られるよう1000〜500℃において0.
3〜2℃/秒とする。
【0041】尚、本発明では、更にその特性を向上させ
るため、熱間圧延後、溶体化処理を行うことが可能で、
その場合、溶体化処理を行う加熱温度、冷却速度は上述
した条件とする。
【0042】
【実施例】合せ材化学成分、母材引張り強さ、クラッド
圧延時の加熱温度、最終工程後の冷却速度を種々変化さ
せて、全厚6〜50mm,クラッド比1/3のNi基耐
食合金クラッド鋼を製造した。
【0043】合せ材の耐食性は、方法1(表中、腐食速
度1):JIS G0572に規定するStreich
erの試験方法、方法2(表中、腐食速度2):硫酸と
塩素イオンの共存環境での耐食性により評価した。
【0044】方法1は、硫酸鉄を含む沸騰50%硫酸水
溶液中で合せ材を72時間浸漬し、腐食減量から単位面
積、単位時間あたりの腐食速度を求めた。
【0045】方法2は、食塩を質量%で0.3%、硫酸
を50%含む50℃の水溶液中で72時間浸漬し、腐食
減量から単位面積、単位時間あたりの腐食速度を求め
た。
【0046】尚、耐食性に関しては、方法1で腐食速度
が10g/m2hを超える場合、材料の局部的な腐食損
傷が著しく、腐食損壊に発展することが知られている。
方法2は、実プラント運用条件に近いものであり、腐食
速度が0.12g/m2h以下で、実用上問題がないと
されている。本実施例では、方法1,2の試験結果を総
合的に判断した。
【0047】ビッカース硬さ試験、曲げ加工試験は、そ
れぞれ製造まま(圧延ままで溶体化処理を行っていない
の意味か?)のクラッド鋼より試験片を採取して行っ
た。ビッカース硬さ試験は、荷重500gで行った。
【0048】曲げ加工試験は、幅40mmの全厚曲げ試
験片を、合せ材と反対側の面を外側とし、曲げ半径R=
2×tの裏曲げ試験を行った。試験は一条件につき、1
2本の試験片を用いて評価した。曲げ試験後、表面観察
により、亀裂、毛割れが生じた場合を不合格とし、不合
格発生率で評価した。
【0049】以上、述べたクラッド鋼製造条件、評価試
験結果を表1、2に示す。表1は本発明例、表2は比較
例を示す。本発明例では優れた特性が得られている。
【0050】
【表1】
【0051】
【表2】
【0052】
【発明の効果】本発明により、Ni基合金と同等の耐食
性の合せ材、優れた耐曲げ加工性を有する母材からなる
クラッド鋼が安価に、生産性良く得られ、産業上極めて
有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】クラッド鋼製造における最終工程(熱間圧延
後、または熱間圧延、溶体化処理後)における冷却速度
と曲げ発生率の関係を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B23K 103:18 B23K 103:18 (72)発明者 崎山 哲雄 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 多賀根 章 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 内村 孝 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 4E067 AA02 AA09 BB02 BD02 DA13 DC05 EA00 EB11 4K032 BA01 CA02 CA03 CD01 CD02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%で、C:0.02%以下、Cr:
    14〜25%、Mo:5〜18%、W:0〜5%以下、
    Fe:6%以下、残部が実質的にNiおよび不可避的不
    純物からなるニッケル基合金を合せ材とし、炭素鋼を母
    材とするクラッド鋼であって、母材の裏面側の表面から
    0.1mm以内の硬度(荷重500gビッカース硬さ)
    が180以下であることを特徴とするニッケル基合金ク
    ラッド鋼。
  2. 【請求項2】 炭素鋼の引張強度が600MPa未満で
    あることを特徴とする請求項1記載のニッケル基合金ク
    ラッド鋼。
  3. 【請求項3】 以下の工程を具備したことを特徴とする
    請求項1または2記載のニッケル基合金クラッド鋼の製
    造方法。 1.1100℃以上に加熱後、熱間圧延を行う工程。 2.熱間圧延後、1000〜500℃を0.3〜2℃/
    sで冷却する工程。
  4. 【請求項4】 以下の工程を具備したことを特徴とする
    請求項1または2記載のニッケル基合金クラッド鋼の製
    造方法。 1.1100℃以上に加熱後、熱間圧延を行う工程。 2.熱間圧延後、1000〜500℃を0.3〜2℃/
    sで冷却する工程。 3.熱間圧延後、加熱温度:1100℃以上、冷却速
    度:0.3〜2℃/sで溶体化処理を行う工程。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8414828B2 (en) * 2005-08-25 2013-04-09 Furuya Metal Co., Ltd. Ni-based corrosion resistant alloy and corrosion resistant member for supercritical ammonia reactor made of the alloy
CN104388756A (zh) * 2014-10-30 2015-03-04 合肥工业大学 一种镍基合金及其制备方法
CN104455761A (zh) * 2014-11-21 2015-03-25 宝鸡石油钢管有限责任公司 一种镍基合金与碳钢冶金结合的复合焊管及其制造方法
CN107075645A (zh) * 2014-11-11 2017-08-18 杰富意钢铁株式会社 Ni合金包层钢板及其制造方法

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