JP4252645B2 - 溶体化ままで靭性に優れるクラッド鋼用母材および該クラッド鋼の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶体化処理まま、すなわち溶体化処理後、焼戻前の状態で優れた靱性を有するクラッド鋼用母材および該クラッド鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
煙突用排煙装置、脱硫装置、化学機器などのように高い耐食性が要求される分野では、鋼板にステンレス鋼のような耐食性に優れた合わせ材をクラッドしたクラッド鋼板が使用されている。このクラッド鋼板では、製造時にクラッド圧延等の熱履歴によって合わせ材の耐食性が低下するので、クラッド後に、高温（例えば１０００℃以上）で溶体化処理して急冷することによって、合わせ材の耐食性を確保している。また、このように高温で溶体化処理を行うと、母材において結晶粒が粗くなり、ベイナイトあるいは一部がマルテンサイトが混合した組織になって靱性が低下するので、溶体化処理を行った後、焼戻を行って母材の靱性を確保している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のように溶体化処理後、焼戻を行うと、合わせ材の耐食性が低下するという問題があり、また、焼戻のために工程が増えて製造コストがアップするという問題がある。
本発明は上記事情を背景としてなされたものであり、溶体化処理ままで優れた靱性を発揮するクラッド鋼用母材および該クラッド鋼の製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の溶体化ままで靭性に優れるクラッド鋼用母材のうち第１の発明は、重量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｔｉ：０．００８〜０．０２５％、Ｂ：０．０００４〜０．００２０％、Ｎ：０．００６〜０．０１５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする。
第２の発明の溶体化ままで靭性に優れるクラッド鋼用母材は、上記発明のクラッド鋼用母材において、Ｎ、Ｔｉ、Ｂの含有量（重量％）において下記式を満たすことを特徴とする。
Ｎ（重量％）≧Ｔｉ（重量％）／３．４＋３×Ｂ（重量％）
【０００５】
また、溶体化ままで靱性に優れるクラッド鋼の製造方法は、上記第１または第２の発明のクラッド鋼母材と合わせ材とをクラッドした後、溶体化処理を施すクラッド鋼の製造方法であって、溶体化温度にまで加熱した後、ＢＮ析出温度以下にまで徐冷してＢＮを析出させ、その後、急冷することを特徴とする。
第２の発明の溶体化ままで靱性に優れるクラッド鋼の製造方法は、上記クラッド鋼の製造方法の発明において、溶体化温度までの加熱後、１００℃／分以下の冷却速度で１０５０℃以下にまで徐冷することを特徴とする。
【０００６】
本発明のクラッド鋼は、前記したように、煙突用排煙装置、脱硫装置、化学機器などのように高い耐食性や強度、靱性が要求される分野での使用に適しているが、その使用分野が特に限定されるものではない。また、本発明のクラッド鋼は板材として製造されるが、その形状がこれに限定されるものではなく、例えば、管形状に製造されたものであってもよい。
上記により、本発明のクラッド鋼では、適宜の合わせ材、例えば、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金鋼、鉄基Ｎｉ合金鋼等が選定される。
【０００７】
一方、本発明のクラッド鋼用母材では、前述した組成が必須になる。以下に、その理由を説明する。
Ｃ：０．１５％以下
Ｃは、強度の改善に有効であり焼入れ性を向上させる元素であるが、０．１５％を超えて含有させるとベイナイト量が多くなって靭性を悪化させるので、上限を０．１５％とする。なお上記観点からＣの下限を０．０２％とするのが望ましく、さらに上限を０．１０％とするのが一層望ましい。
【０００８】
Ｓｉ：０．５％以下
Ｓｉは脱酸剤として添加されるため、不可避的に母材中に含有されるが、過剰に含有されると靭性の低下を招くので、その上限を０．５％とする。
Ｍｎ：１．０％以下
Ｍｎは、強度の改善に有効であり所望により含有させるが、１．０％を超えて含有させると焼入れ性が増して靭性に悪影響を及ぼすので上限を１．０％とする。
Ｎｉ：３．０％以下
Ｎｉは、強度、靭性の改善に有効であり所望により含有させるが、過剰に含有させても靭性の改善効果は認められず、却ってＣ、Ｓｉ、Ｍｎとの併用添加ではベイナイト組織を増加させるので、上限を３．０％とする。なお、同様の理由で上限を１．０％とするのが望ましい。
【０００９】
Ｔｉ：０．００８〜０．０２５％
Ｔｉは、高温で安定なＴｉＮを形成して高温溶体化加熱時の結晶粒の粗大化を抑制する。十分なＴｉＮを生成させてこの作用を得るためには０．００８％以上の含有が必要である。一方、過剰の含有は、ＴｉＮの過剰な析出を招き靱性を害するので、上限を０．０２５％とする。なお、同様の理由で上限を０．０２％とするのが望ましい。
Ｂ：０．０００４〜０．００２０％
Ｂは、溶体化加熱後、冷却時にＢＮを形成し、そのＢＮによって細粒な初析フェライトの析出を促進して、焼入による靱性の低下を阻止する。このために、０．０００４％以上の含有が必要である。一方、過剰に含有させると、上記冷却時にＢＮを形成しない余剰のＢが焼入性を増して靱性を低下させるので、その上限を０．００２０％とする。なお、同様の理由で下限を０．０００８％、上限を０．００１５％とするのが望ましい。
【００１０】
Ｎ：０．００６〜０．０１５％
Ｎは、ＴｉおよびＢと化合してＴｉＮ、ＢＮを形成し、上記した作用を果たす。このため、０．００６％以上の含有が必要である。一方、過剰に含有させると、溶接時のプロホール生成原因となるため、上限を０．１５％とする。なお、同様の理由でさらに、上限を０．０１２％とするのが望ましい。
また、Ｎは上記範囲内において、焼入時に単独Ｂが存在しないでＢＮが確実に形成されるように、Ｔｉ、Ｂに対し相対的に十分な量とするのが望ましい。
これを各成分の重量％における関係式で示すと、Ｎ量は、
Ｎ≧Ｔｉ／３．４＋３×Ｂ を満たすのが望ましい。
Ｎ量が上記数式の右式未満の含有量であると、ＢがＮと化合しないで単独で存在する可能性が高くなり、母材の靱性が低下しやすくなる。また、Ｎ量は同様の理由で、さらに、（Ｔｉ／３．４＋５×Ｂ）以上とするのが一層望ましい。
【００１１】
不純物
さらに、本発明の母材では、上記成分に加えて以下の不純物を規制するのが望ましい。その理由を以下に説明する。
Ｃｒ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．１５％以下
これら成分は不純物として位置付けられるが、過度に含有していると焼入れ性を増して靱性に悪影響を及ぼすので、それぞれ上限を定めるのが望ましい。なお、同様の理由で、Ｍｏ：０．１０％以下とするのが一層望ましい。
Ａｌ：０．０６％以下
Ａｌは脱酸剤として添加されるため不可避的に母材中に含有されるが、過剰に含有されていると、Ｎと化合物を生成してＴｉＮ、ＢＮの形成を阻害して靱性を低下させるので、上限を０．０６％に定めるのが望ましい。なお、同様の理由でさらに、０．０４０％以下とするのが一層望ましい。
Ｐ：０．０２０％以下
Ｐは、偏析を助長し、靱性を害する元素であるので、０．０２０％以下に規制するのが望ましい。
Ｓ：０．０１０％以下
Ｓは、Ｍｎと結合し、非金属介在物ＭｎＳとなり、靱性に悪影響を及ぼす元素であるので、０．０１０％以下に規制するのが望ましい。
【００１２】
さらに、上記母材を用いたクラッド鋼の製造に際しては、ＢＮが確実に形成されるように溶体化加熱後の冷却操作を制御するのが望ましい。
すなわち、溶体化加熱時のような高温時には、ＢＮはＢとＮに分解しており、冷却に連れてＢＮを作る。しかし、この冷却を早い冷却速度で行うと十分にＢＮが生成されない。一方、遅い冷却速度のままで冷却を終えると、炭窒化物析出等の不具合が生じる。そこで、ＢＮ析出温度以下までは徐冷して十分にＢＮを析出させ、その後は急冷する。この際の徐冷の温度域としては、下限温度をＢＮ析出温度よりも５０〜１００℃低い温度とするのが望ましい。これは、ＢＮ析出温度に近い温度であると、十分にＢＮが析出せず、またＢＮよりもあまりに低い温度まで徐冷すると、急冷開始温度が低すぎて急冷による作用が十分に得られないためである。上記を考慮すると、徐冷下限温度、すなわち急冷開始温度は１０５０℃以下とするのが望ましく、さらに１０００℃以下とするのが望ましい。また、上記したように、徐冷下限温度、すなわち急冷開始温度が低すぎるのも望ましくないので、この温度は９００℃以上とするのが望ましい。
また、徐冷時には、ＢＮが確実に生成されるように、十分に遅い冷却速度で冷却するのが望ましい。この速度は、Ｂ、Ｎの含有量にも依存するが、１００℃／分以下の冷却速度とするのが望ましい。なお、この冷却速度は徐冷中の平均冷却速度として示すことができるが、徐冷中に実質的にこの冷却速度であるのがより望ましい。
【００１３】
すなわち、本発明によれば、溶体化処理時に高温で安定したＴｉＮによって結晶粒の成長を抑制するとともに、冷却時にはＢＮを析出させて、焼入れ時に初析フェライトの析出を促し、よって結晶粒の微細化を達成して硬化を抑制し、靱性を向上させる。
上記により本発明のクラッド鋼は溶体化処理後に、焼戻をしなくても良好な靱性を有しており、溶体化処理後の焼戻工程を省略することができ、製造工程の簡略化によって製造コストを低減することができる。また、焼戻による合わせ材の耐食性低下を避けることができるので、合わせ材の品質保持も確実になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のクラッド鋼は、上記した母材と、適宜の材質の合わせ材とをクラッドすることにより製造する。この際に、母材と合わせ材の厚さは適宜定めることができる。
またクラッド自体は、常法により行うことができ、例えば熱間圧延によって母材と合わせ材とを圧着させる。このときの圧延温度としては１２００〜７５０℃を例示することができ、適宜の圧延比で圧延する。但し、クラッド法としてはこの方法に限定されるものではない。
【００１５】
その後は、上記に示すように溶体化処理を行う。溶体化での加熱は、合わせ材の材質によっても異なるが、通常は加熱炉において、１０００〜１１８０℃の温度で１０〜３０分／２５ｍｍ保持することにより行う。溶体化加熱後は、上記したように、望ましくは１００℃／分以下の冷却速度で徐冷する。この徐冷の方法としては、空冷、放冷、炉冷等を挙げることができる。また、徐冷後の急冷では、衝風冷却、油冷、水冷等を挙げることができ、例えば冷却速度としては１００℃／分以上を挙げることができる。
その後は、上記で説明したように溶体化ままで良好な靱性を有しているので焼戻工程を経ないで使用に供することができる。また、本発明により得られたクラッド鋼は、溶体化処理後に焼戻を行うことも可能であるが、この場合、クラッド鋼（母材）は上記のように溶体化ままでも良好な靱性を有しているので、焼戻工程での負担を軽減（処理時間の短縮化や処理温度の低温化）することができる。
【００１６】
【実施例】
以下に、本発明の一実施例を説明する。
表１に示す母材用鋼材について、溶体化処理の影響を調査するため、１１５０℃で１５分間加熱した後、９５０℃まで空冷し（冷却速度約６０℃／分）、その後、水冷した。
得られた供試材について引張試験と２ｍｍＶシャルピー衝撃試験を行い、その結果を表２に示した。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
表２から明らかなように、本発明の供試材は、シャルピー試験での遷移温度が低く、溶体化ままで良好な靱性を示しているが、比較材は、上記遷移温度が高く、溶体化ままでは靱性が不足しており、そのままでは使用に耐え得ないものであった。
すなわち、本発明によって初めて溶体化ままで良好な靱性を有するクラッド鋼が得られることが判明した。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のクラッド鋼用母材によれば、重量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｔｉ：０．００８〜０．０２５％、Ｂ：０．０００４〜０．００２０％、Ｎ：０．００６〜０．０１５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるので、溶体化ままでも良好な靱性を発揮することができる。
さらに上記母材において、Ｎ、Ｔｉ、Ｂの含有量（重量％）において式 Ｎ（重量％）≧Ｔｉ（重量％）／３．４＋３×Ｂ（重量％）を満たすように含有量を定めれば、靱性の確保が一層確実になる。
【００２１】
また、上記母材と合わせ材とをクラッドした後、溶体化処理を施すクラッド鋼板の製造方法であって、溶体化温度にまで加熱した後、ＢＮ析出温度以下にまで徐冷してＢＮを析出させ、その後、急冷すれば、靱性を損なう過度の焼入を阻止して良好な靱性を確保することが可能になる。
また、上記方法において、溶体化温度までの加熱後、１００℃／分以下の冷却速度で１０５０℃以下にまで徐冷すれば、靱性を損なう成分の出現を避けて靱性をより確実に確保することができる。
上記のように溶体化処理ままで靱性の優れたクラッド鋼は、焼戻の省略または簡略化が可能であり、製造コストの低減が可能になるとともに、焼戻による合わせ材の耐食性の低下を避けることができる。

Claims (4)

1. 重量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｔｉ：０．００８〜０．０２５％、Ｂ：０．０００４〜０．００２０％、Ｎ：０．００６〜０．０１５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする溶体化ままで靭性に優れるクラッド鋼用母材。
2. Ｎ、Ｔｉ、Ｂの含有量（重量％）において下記式を満たすことを特徴とする請求項１記載の溶体化ままで靭性に優れるクラッド鋼用母材。
   Ｎ（重量％）≧Ｔｉ（重量％）／３．４＋３×Ｂ（重量％）
3. 請求項１または２に記載の母材と合わせ材とをクラッドした後、溶体化処理を施すクラッド鋼板の製造方法であって、溶体化温度にまで加熱した後、ＢＮ析出温度以下にまで徐冷してＢＮを析出させ、その後、急冷することを特徴とする溶体化ままで靱性に優れるクラッド鋼の製造方法。
4. 溶体化温度までの加熱後、１００℃／分以下の冷却速度で１０５０℃以下にまで徐冷することを特徴とする請求項３記載の溶体化ままで靱性に優れるクラッド鋼の製造方法。