JP2020152932A - クラッド鋼用母材、クラッド鋼およびクラッド鋼の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
従来、特許文献1では、熱間圧延の後、Ar3−10℃以上の温度から5℃/s以上の冷却速度で冷却停止温度500〜650℃まで加速冷却を行い、その後直ちに0.5℃/s以上の昇温速度で550〜750℃まで再加熱を行うことで、クラッド鋼板の母材の金属組織が面積分率で2〜15%の島状マルテンサイトとベイナイトから成る鋼板が開示されている。
そこで、本発明は、適正な組成範囲を限定し、低降伏比のクラッド鋼を提供することを目的とする。
式(1)Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5(mass%)
式(2)Y.R.=Y.S.(MPa;0.5%Under load)/T.S.(MPa)。
式(3)Pcm=C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Cu/20+Mo/15+V/10(mass%)
C:0.04〜0.10%
Cは、強度を確保する点からは必要な添加元素であるため、下限を0.04%とする。しかし、0.10%を超える添加は強度の増加による靱性の低下および溶接性の低下を生じることから、上限を0.10%とする。
なお、同様の理由で上限を0.08%とするのが望ましい。
Siは、鋼の溶製時において脱酸作用を有し、健全な鋼を得るために所定量以上を含有することが必要である。また、強度確保のために必要な元素であるため、0.10%を下限とする。一方、過剰に含有すると、靭性および溶接性の低下を招くことから、0.30%を上限とする。
なお、同様の理由で上限を0.20%とするのが望ましい。
MnはSiと同様に脱酸元素として有用であり、鋼の焼入れ性向上にも寄与する。その効果を発揮するためには、1.30%以上の添加を必要とする。しかし、過剰な含有は靱性の低下を招くため、1.60%を上限とする。
なお、同様の理由で下限を1.35%、上限を1.55%とするのが望ましい。
Pは不純物として、含有量が少ない方が望ましいが、工業的に実現可能な0.015%を上限とする。
Sは不純物として、含有量が少ない方が望ましいが、工業的に実現可能な0.005%を上限とする。さらに、0.003%以下とするのが望ましい。
Niは焼入れ性の向上による強度の確保、低温靱性の確保に必要な元素であるため、0.10%を下限とする。しかし、過剰な含有は経済性を損ねるため、上限を0.50%とする。
なお、同様の理由で上限を0.35%とするのが望ましい。
Crは母材の強度および靱性を向上させるが、含有量が多くなると強度の向上と共に溶接割れ感受性が高くなるため、上限を0.10%とする。
なお、同様の理由で上限を0.05%とするのが望ましい。
Cuは母材の強度向上に有効であるが、過剰な含有は溶接割れ感受性を高めるため、上限を0.05%とする。
Moは、焼入れ性を向上させると共に、焼入れ後の母材の強度を向上させる元素であるが、0.05%未満ではその効果が十分に得られないため、下限を0.05%とする。また、過剰な含有は靱性の低下を招くため、上限を0.40%とする。
なお、同様の理由で上限を0.20%とするのが望ましい。
Vは鋼の強度を確保するために重要な元素である。また、VはT.S.の確保に効果があり、結晶粒の微細化に貢献し、焼戻しをしなくても衝撃特性を確保できる効果がある。下限未満の含有量ではこれらの効果が十分得られず、一方、過剰な添加は靱性に悪影響を及ぼすことから、下限を0.02%、上限を0.06%とする。
なお、同様の理由で上限を0.05%とするのが望ましい。
Nbは鋼を焼入れ温度に加熱した際に、微細なNb炭化物などが母材に均一に分散することによって、オーステナイト粒の粗大化を防止すると共に、結晶粒の微細化や強度の向上に効果的である。しかし、過剰な含有はNb炭化物の粗大化による靱性の悪化を招くため、上限を0.03%とする。
Tiは鋼中で微細に分散した炭化物や窒化物を生成し、オーステナイト粒を微細化する効果を有する。また、後述するが、Nと結合して生成した窒化物が溶接時に溶接熱影響部の結晶粒の粗大化を防ぐ効果がある。その含有量は0.005%未満では効果が少なく、また0.025%を超えると炭化物や窒化物の凝集および粗大化による切欠き効果により靱性が大きく劣化するため。下限を0.005%、上限を0.025%とする。
なお、同様の理由で下限を0.010%、上限を0.020%とするのが望ましい。
Alは脱酸剤として有効な元素であり、また、析出したAlNは溶体化処理時のオーステナイト粒の粗大化を防止するが、0.020%未満ではその効果が十分に得られないため、0.020%以上含有させる。しかし、0.050%を超えて含有させると細粒化効果が低下し、靱性値も飽和する。そのため、上限を0.050%とする。
なお、同様の理由で上限を0.040%とするのが望ましい。
NはTiと反応しTiNとして鋼中に析出することで結晶粒の微細化に効果的である。また、固溶温度が高く比較的高温でも安定して存在することから、溶接熱影響部の結晶粒の粗大化を抑制して溶接熱影響部の靱性向上に非常に有効である。その添加量は少なすぎると十分な効果が得られないため下限を0.0030%とする。しかしながら0.0100%を超えると固溶Nが増大し溶接熱影響部の靱性が低下するので、上限を0.0100%とする。
なお、同様の理由で上限を0.0080%とするのが望ましい。
TiとNの比を適切することで、安定で微細分散したTiNを生成させて、溶接時に母材の熱影響部の結晶粒の粗大化を防止することができるので、所望によりTi/Nの比を調整する。該比が1.5未満であると、十分な結晶粒の粗大化抑制の効果が得られず、一方、4.0を超えてしまうと過剰なTiNの析出およびTiNの粗大化により母材靱性の低下が著しい。
炭素当量Ceq:0.400以下
鋼の焼入れ性を向上させ、目的とする強度および靱性や、その他の特性を与えるために合金元素が添加される。高強度且つ高靱性の鋼板を製造するためには、合金元素添加量を増加させる必要があるが、合金元素添加量の増加は高強度化には有効である一方で、熱処理に際し、炭素等量が高すぎると強度が高くなりすぎて降伏比を増大させるため、下記式(1)で示される炭素当量(Ceq)による成分範囲の規定がなされている。
式(1)Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5(mass%)
Y.R.<0.80
降伏比は式(2)に示す通り、T.S.とY.S.(0.5%Under load)の比で表される。降伏比を低く抑えることは、塑性変形開始(Y.S.(0.5%Under load))から、不均一変形(くびれ発生)までの裕度を広くすることを意味し、構造物の安全性向上に寄与する。そこで、本発明では降伏比を0.80未満とする。
式(2)Y.R.=Y.S.(0.5%Under load)/T.S.(MPa)
溶接割れ感受性Pcm:Pcm≦0.200
鋼の焼入れ性を向上させ、目的とする強度および靱性や、その他の特性を与えるために合金元素が添加される。高強度且つ高靱性の鋼板を製造するためには、合金元素添加量を増加させる必要があるが、合金元素添加量の増加は高強度化には有効である一方で、溶接時に熱影響部の硬化を引き起こし、溶接割れの発生や溶接作業性の悪化を招くことから、下記式(3)で示される溶接割れ感受性(Pcm)による成分範囲の規定を行うのが望ましい。
式(3)Pcm=C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Cu/20+Mo/15+V/10(mass%)
焼入れ温度:900〜980℃
焼入れ温度は合せ材の析出物が十分に固溶される温度であり、且つ母材の焼入れ可能温度に相当するものである。これらの作用を得るため、その下限を900℃とする。一方、上限の980℃を超えると、母材の結晶粒が粗大化し、衝撃特性が悪化するため、上記範囲とする。
本発明では、クラッド鋼製造時の熱処理を焼入れのみとすることによって、焼戻しによる析出物の生成を低減し、Y.S.の上昇を抑えることで低降伏比を実現している。また、焼戻しによって、焼入れ時に生成する硬質相の分解が生じるため、硬質相の分解によるT.S.低下も抑制することができる。
本発明のクラッド鋼用母材は、合わせ材とクラッドされる。本発明では、クラッド材が特定のものに限定されるものではないが、ISO、JIS或いはASTMで規格化されている鋼種が適用される。例えば、代表的なものとして、オーステナイト系ステンレス鋼SUS304L、316L、317L並びにNi基合金Alloy625、Alloy825などを用いることができる。
また、クラッド率(=母材板厚/鋼板全体板厚)が特に限定されるものではないが、例えば、0.60〜0.90を挙げることができる。
質量%で、C:0.04〜0.10%、Si:0.10〜0.30%、Mn:1.30〜1.60%、P:0.015%以下、S:0.005%以下、Ni:0.10〜0.50%、Cr:0.10%以下、Cu:0.05%以下、Mo:0.05〜0.40%、V:0.02〜0.06%、Nb:0.03%以下、Ti:0.005〜0.025%、Al:0.020〜0.050%、N:0.0030〜0.0100%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から成る熱延スラブを常法により用意する。本発明としては、該熱延スラブの製造方法が特に限定されるものではない。
表1に示す組成(質量%、残部Feおよびその他の不可避的不純物)のスラブAおよびBを、連続鋳造によって製造した後、熱間圧延を行い、クラッド鋼母材としての使用を想定して厚さ24mmに仕上げた。その後、975℃×30minの焼入れを行ったものおよび、比較として焼入れ後に焼戻しを400、500、580℃の3つの温度でそれぞれ2時間行ったものを用意した。
表2に本発明方法によるクラッド鋼母材の機械試験結果を示す。引張試験はJIS Z2201に従い、10号丸棒試験片を用いて常温で行った。シャルピー衝撃試験はJIS Z2242に従い、半径2mmの衝撃刃を有する試験機を用いてVノッチ試験片によって評価した。
本発明法である焼入れのみ実施の場合、低温靱性が焼入れ、焼戻し処理を行った場合とほぼ同等であるのに対して、降伏比(Y.R.)は0.79と低い状態を維持することが可能となった。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.04〜0.10%、Si:0.10〜0.30%、Mn:1.30〜1.60%、P:0.015%以下、S:0.005%以下、Ni:0.10〜0.50%、Cr:0.10%以下、Cu:0.05%以下、Mo:0.05〜0.40%、V:0.02〜0.06%、Nb:0.03%以下、Ti:0.005〜0.025%、Al:0.020〜0.050%、N:0.0030〜0.0100%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、前記組成では、下記式(1)の炭素当量Ceqが0.400以下であり、下記(2)の降伏比Y.R.が0.80未満であることを特徴とするクラッド鋼用母材
式(1)Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5(mass%)
式(2)Y.R.=Y.S.(MPa;0.5%Under load)/T.S.(MPa)。 - 前記組成において、Ti含有量とN含有量の質量比であるTi/Nが1.5〜4.0の範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載のクラッド鋼用母材。
- 前記組成において、前記式(1)の炭素当量が0.330≦Ceq≦0.400、下記式(3)の溶接割れ感受性Pcmが0.200以下の範囲内にあることを特徴とする請求項1または2に記載のクラッド鋼用母材。
式(3)Pcm=C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Cu/20+Mo/15+V/10(mass%) - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のクラッド鋼用母材に、合わせ材がクラッドされているクラッド鋼。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の組成を有するクラッド鋼母材用合金を溶製して鋼塊とし、合わせ材とクラッド圧延した後、900〜980℃のオーステナイト化温度域から焼入れを行い、焼戻しを行わないことを特徴とするクラッド鋼の製造方法。
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