JP6241485B2 - クラッド鋼の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、クラッド鋼の製造方法に関する。

近年、エネルギー問題から従来採掘が困難であった難採掘環境においてもエネルギー資源開発が進んでいる。このような難採掘環境は特に腐食環境も厳しく、より耐食性に優れた鋼材のニーズが高まっている。さらに難採掘環境下で使用される産業設備や構造物では、耐久性および長寿命化並びにメンテナンスフリ−化が求められており、Ａｌｌｏｙ６２５、８２５に代表されるＮｉ合金はこれらのニ−ズに適合した材料として注目を集めている。

一方で、Ｎｉ合金の主原料であるＮｉやＭｏ、Ｃｒに代表される合金元素の価格は、時に高騰したりすることによって、大きく変動することがある。そのため、無垢材（全厚が合せ材の金属組成のような場合を云う。）の使用よりも、高合金鋼の優れた防錆性能をより経済的に利用できる高合金クラッド鋼の使用の方が、最近、注目されている。

高合金クラッド鋼とは、合せ材にＮｉ合金を用いると共に、母材に普通鋼材を用い、二種類の性質の異なるこれらの合せ材と母材とを張り合わせた鋼材である。高合金クラッド鋼を含め、クラッド鋼は、異種金属を金属学的に接合させたもので、めっきとは異なり剥離する心配がなく、単一金属および合金では達し得ない新たな特性を有することができる。

クラッド鋼では、使用環境毎の目的に合った機能を有する合せ材を選択することにより、無垢材と同等の機能を発揮することができる。さらに、クラッド鋼の母材には、高耐食性の他に高靭性、高強度といった特性を有する炭素鋼や低合金鋼を適用することができる。

このように、クラッド鋼は、無垢材よりも合金元素の使用量を少なくし、かつ、無垢材と同等の防錆性能を確保でき、さらに炭素鋼や低合金鋼と同等の強度や靭性を確保できるため、経済性と機能性を両立できるという利点を有する。

以上から、高合金の合せ材を用いたクラッド鋼は非常に有益な機能性鋼材であると考えられており、近年そのニ−ズが各種産業分野で益々高まっている。

クラッド鋼の種類としては、その製造方法に応じて圧延クラッド、肉盛クラッド、爆着クラッドなどが挙げられる。この中でも、熱間圧延により合せ材と母材を接合させる圧延クラッドには生産効率が高いという特長がある。また、圧延クラッドの製造方法は、組み立て方式に応じて犠牲材方式やサンドイッチ方式などに分類される。

例えば、特許文献１には、組み立て方式を特定のサンドイッチ方式とすることにより、合せ材表層への浸炭を防ぐ方法が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術のようなサンドイッチ方式での製造では、上下２枚のクラッド鋼板を製造することとなり、１枚のみの製造は出来ないという欠点がある。また、圧延時の板厚が２倍となるため、板厚の厚いクラッド鋼製造では犠牲材方式が選択される。

犠牲材方式では、母材と合せ材を重ね、合せ材の母材のある側とは反対側に剥離剤を介して犠牲材を配置する。合せ材は、犠牲材および母材と重ね合わせる各々の面において、犠牲材および母材よりも一回り小さい寸法とし、このように合せ材を小さくすることで形成される犠牲材と母材との間の空間にはスペーサーが配置される。その後、母材とスペーサーとの界面および犠牲材とスペーサーとの界面を四周溶接し、熱間圧延や鍛造により十分な圧下を加え母材と合せ材とを接合させる。そして、犠牲材を合せ材から剥離する。また、必要に応じて圧延後に熱処理が施され、四周を切断・分離することで１枚のクラッド鋼を得ることが出来る。

犠牲材方式での製造では、板厚の厚いクラッド鋼の製造を可能にし、合せ材表層の疵を低減することもできる。一方、犠牲材には低合金鋼や炭素鋼を使用するため、犠牲材から脱炭したＣが合せ材表層に浸炭するという問題がある。合せ材表層が浸炭すると耐食性が劣化してしまうため、浸炭層を研削除去しなければならず、製造負荷およびコストの増大を引き起こす。

このようなクラッド鋼表層への浸炭の問題を解決する方法として、特許文献２では合せ材と犠牲材との間に浸炭防止剤を塗布することにより、合せ材表層への浸炭を防ぐ方法が開示されている。

特公昭５９−３０５１６号公報 特公昭５９−３０５１５号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術では、浸炭防止剤を使用するために製造工程の追加・変更が必要であり、製造負荷が増大する。また、比較的高価な浸炭防止剤の使用は製造コストの増大を招く。このように、クラッド鋼製造時における合せ材表層への浸炭の問題は解決されているとは言いがたい状況にある。

そこで、本発明は、製造負荷および製造コストを抑えつつ、クラッド鋼の合せ材表層への浸炭を抑制し、耐食性の向上を図るものである。

本発明者らは、犠牲材方式のクラッド鋼の合せ材表層への浸炭に与える影響を鋭意検討した。その結果、合せ材表層への浸炭には圧延時の加熱温度の影響、犠牲材のＣ含有量の影響が大きいことを明らかにした。本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、本発明の要旨は、以下の通りである。

［１］母材、合せ材および犠牲材の順に重ねたクラッドスラブを加熱し、熱間圧延した後に、前記犠牲材を前記合せ材から剥離するクラッド鋼の製造方法において、
前記犠牲材に使用する鋼材のＣ含有量を０．０５０質量％以下とし、
前記熱間圧延前に１２５０℃以下の加熱温度で加熱するクラッド鋼の製造方法。

［２］前記犠牲材は、質量％で、Ｃ：０．０５０％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０８０％以下、Ｓ：０．０８０％以下を含有し、さらにＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量が前記母材中のＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量の０．８０〜１．２０倍となるようにＮｂ、ＶおよびＴｉを含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる前記［１］に記載のクラッド鋼の製造方法。

［３］前記合せ材は、質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．０２〜０．５０％、Ｍｎ：０．０２〜０．５０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：２０．０〜２３．０％、Ｍｏ：８．０〜１０．０％、Ｆｅ：５．０％以下、Ａｌ：０．０２〜０．４０％、Ｔｉ：０．１０〜０．０４０％を含有し、さらにＮｂおよびＴａを合計で３．１５〜４．１５％含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなる前記［１］または［２］に記載のクラッド鋼の製造方法。

［４］前記熱間圧延後の合せ材と母材の合計板厚が２０ｍｍ以上である、前記［１］〜［３］のいずれか１つに記載のクラッド鋼の製造方法。

本発明によれば、製造負荷および製造コストを抑えつつ、合せ材表層への浸炭を抑制した、耐食性に優れたクラッド鋼を製造することができる。

犠牲材方式のクラッドスラブアセンブリ１０の断面図である。

本発明のクラッド鋼の製造方法によれば、犠牲材に使用する鋼材のＣ含有量を０．０５０質量％以下とすること、および熱間圧延前に１２５０℃以下の加熱温度で加熱することにより、製造負荷を抑えつつ、合せ材表層への浸炭を抑制した、耐食性に優れたクラッド鋼を製造することができる。まず、本発明の特徴となる、熱間圧延前の加熱温度を１２５０℃以下とすること、および犠牲材に使用する鋼材のＣ含有量を０．０５０質量％以下とすることについて、夫々説明する。

１．熱間圧延前の加熱温度について
浸炭はＣの拡散によって引き起こされ、高温ほどＣの拡散速度が増大するため、合せ材表層の浸炭状況は加熱温度によって大きく変化する。熱間圧延前の加熱温度が１２５０℃を超えるとＣの拡散速度が増大し、合せ材表層では著しく浸炭が進行する。そのため、熱間圧延時の加熱温度は１２５０℃以下とする。この加熱温度は、好ましくは１１５０℃以下であり、より好ましくは１１００℃以下である。

一方、合せ材と母材とを精度よく接合させるためには１０００℃以上の高温で加熱する方が好ましい。そのため、上記の加熱温度は、好ましくは１０００℃以上であり、より好ましくは１０５０℃以上である。なお、本発明では、熱間圧延前の加熱において、スラブ内の温度を均一に加熱することができる加熱炉でスラブを加熱してよく、ここでいう加熱温度は、スラブの表面温度とすることができる。

２．犠牲材のＣ含有量について
犠牲材方式における主なＣの供給源は犠牲材に含まれるＣである。即ち、犠牲材方式のクラッド鋼を高温に保持した際に、犠牲材表層の脱炭反応で生じたＣが合せ材に取り込まれることにより、合せ材表層への浸炭が進行する。そのため、犠牲材のＣ含有量を低減することにより、Ｃの供給が抑えられるため、合せ材表層への浸炭の低減が可能である。犠牲材のＣ含有量が０．０５０質量％を超えると、合せ材表層の浸炭は著しく進行するため、犠牲材のＣ含有量は０．０５０質量％以下とする。好ましくは０．０３０質量％以下、より好ましくは０．０１０質量％以下である。

なお、上記の犠牲材方式とは、母材、合せ材、剥離剤および犠牲材を順に重ね合わせたクラッドスラブを加熱し、熱間圧延した後に、犠牲材を合せ材から剥離することで得られるクラッド鋼の製造方法のことを指す。

３．犠牲材のＣ以外の成分について
本発明のクラッド鋼は、母材、合せ材および犠牲材の順に形成したクラッドスラブを加熱し、熱間圧延した後に、犠牲材を合せ材から剥離することで得られる。この母材、合せ材、犠牲材の具体的な構成について、順に説明する。

前述したように、犠牲材に使用する鋼材のＣ含有量を０．０５０質量％以下とすることにより、製造負荷を抑えつつ、合せ材表層への浸炭を抑制した、耐食性に優れたクラッド鋼を製造することができる。また、犠牲材のＣ以外の成分量については特に規定しないが、熱間圧延時の変形抵抗は鋼材の炭素当量と、Ｎｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量（Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ量）に依存する。そのため、犠牲材の炭素当量およびＮｂ＋Ｖ＋Ｔｉ量を母材と同等に調整することにより、圧延中の鋼の反りを低減できる。

例えば、犠牲材の具体的な組成としては、質量％で、Ｃ：０．０５０％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０８０％以下、Ｓ：０．０８０％以下を含有し、さらにＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量が前記母材中のＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量の０．８０〜１.２０倍となるようにＮｂ、ＶおよびＴｉを含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるようにすることが好ましい。

以下、前述したＣ以外の各組成の成分限定理由について説明する。なお、以下の犠牲材、合せ材および母材の各成分の「％」は、特に説明のない限り、「質量％」を示す。

Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、脱酸に有効である。しかしながら、Ｓｉ含有量が１．０％を超えると、熱間加工性が著しく劣化して圧延性が損なわれ、製造コストの増大を引き起こす場合がある。そのため、Ｓｉ含有量は１．０％以下の範囲が好ましい。より好ましくは、Ｓｉ含有量は０．５％以下である。

Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、脱酸に有効である。しかしながら、Ｍｎ含有量が２．０％を超えると、鋼材のコストが増加し過ぎる場合がある。そのため、Ｍｎ含有量は２．０％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｍｎ含有量は１．５％以下である。

Ｐ：０．０８０％以下
Ｐは、０．０８０％を超えると、脆化が問題となる場合がある。そのため、Ｐ含有量は０．０８０％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｐ含有量は、０．０５０％以下である。

Ｓ：０．０８０％以下
Ｓは、Ｐと同様に０．０８０％を超えると、脆化が問題となる場合がある。そのため、Ｓ含有量は０．０８０％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｓ含有量は、０．０４０％以下である。

Ｎｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量：母材中のＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量の０．８０〜１．２０倍
Ｎｂ、ＶおよびＴｉは鋼材の熱間変形抵抗を上昇させる。しかしながら、犠牲材のＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量（Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ含有量）が、母材中のＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量の０．８０倍未満または１．２０倍超えであると、圧延時に鋼板の反りが問題となる場合がある。そのため、犠牲材のＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量は、母材中のＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量の０．８０〜１．２０倍とすることが好ましい。より好ましくは、犠牲材のＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量は、母材中のＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量の０．９０〜１．１０倍である。なお、上記の犠牲材中のＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量とは、Ｎｂ、ＶおよびＴｉのうちの、いずれか１種の含有量、いずれか２種の合計の含有量、３種の合計の含有量のいずれのことも指す。
また、犠牲材は、上記した成分に加えて、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下を、含んでもよい。
犠牲材には、さらに、Ｂ：０．０１％以下、Ｏ：０．０２％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ａｌ：０．３％以下、Ｓｎ：０．３％以下、Ｓｂ：０．３％以下、Ｃａ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｚｒ：０．０１％以下、ＲＥＭ：０．１％以下を含有させてもかまわない。

上記した犠牲材の成分の残部はＦｅおよび不可避的不純物である。

４．合せ材について
合せ材の成分組成は、特に限定されないが、本発明のクラッド鋼の用途によって選定することができる。合せ材は、例えば、質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．０２〜０．５０％、Ｍｎ：０．０２〜０．５０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：２０．０〜２３．０％、Ｍｏ：８．０〜１０．０％、Ｆｅ：５．０％以下、Ａｌ：０．０２〜０．４０％、Ｔｉ：０．１０〜０．４０％を含有し、さらにＮｂおよびＴａを合計で３．１５〜４．１５％を含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるようにすることが好ましい。以下、各組成の成分限定理由について説明する。

Ｃ：０．０２０％以下
Ｃは、クラッド鋼の製造において、圧延および熱処理工程の熱履歴で炭化物として粒界に析出し、耐食性を阻害するため多量の含有は避けるべき元素である。Ｃを０．０２０％を超えて含有すると、炭化物の析出が促進され、鋭敏化により耐食性が劣化する場合があるため、Ｃ含有量は０．０２０％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃ含有量は０．０１０％以下である。

Ｓｉ：０．０２〜０．５０％
Ｓｉは製鋼時の脱酸に有効な元素であるため、０．０２％以上含有することが好ましいのがよい。しかし、ＳｉはＭ_６Ｃの析出を促進する元素であり、０．５０％を超えて含有すると、析出Ｃｒ量の増大を引き起こし、鋭敏化が生じ易くなる。そのため、Ｓｉ含有量は０．０２〜０．５０％とすることが好ましい。より好ましくは、Ｓｉ含有量は０．０２〜０．２０％である。

Ｍｎ：０．０２〜０．５０％
Ｍｎも脱酸に有効な元素であり、０．０２％以上含有することが好ましい。しかし、Ｍｎを０．５０％を超えて含有すると、非金属介在物が残存し、耐食性が劣化し、また熱間加工性も劣化する場合があるため、Ｍｎ含有量は０．０２〜０．５０％とすることが好ましい。より好ましくは、Ｍｎ含有量は０．０２〜０．１５％である。

Ｐ：０．０１５％以下
Ｐは不純物元素であり、Ｐ含有量が０．０１５％を超える場合、クラッド鋼の接合性確保のために１０００℃以上で圧延する際に、粒界に偏析し、耐食性を劣化させる可能性がある元素である。したがって、Ｐ含有量は０．０１５％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｐ含有量は０．００５％以下である。

Ｓ：０．０１５％以下
ＳはＰと同様に不純物元素であり、Ｓ含有量が０．０１５％を超える場合、クラッド鋼板の接合性確保のために１０００℃以上で圧延する際に、粒界に偏析し、耐食性を劣化させる可能性がある元素である。したがって、Ｓ含有量は０．０１５％以下とすることが好ましい。Ｓ含有量は、好ましくは０．００５％以下、より好ましくは０．００１％以下である。

Ｃｒ：２０．０〜２３．０％
Ｃｒは、金属の表面に保護性の高い酸化物皮膜を形成し、耐孔食性や耐粒界腐食特性を向上させる元素である。この効果を得るために、Ｃｒを２０．０％以上含有することが好ましい。しかし、Ｃｒを２３．０％を超えて含有すると析出Ｃｒ量の増大を引き起こし、鋭敏化が生じ易くなる。したがって、Ｎｉやその他の合金とのバランスも考え、Ｃｒ含有量は２０．０〜２３．０％とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃｒ含有量は２１．０〜２２．０％である。

Ｍｏ：８．０〜１０．０％
Ｍｏは、耐孔食性、耐隙間腐食性を向上させる。また、Ｎｉとの複合添加によって、サワーガス環境中での耐応力腐食割れ感受性も改善する。この耐孔食性、耐隙間腐食性および耐応力腐食割れ感受性を向上させる効果を得るために、Ｍｏを８．０％以上含有することが好ましい。しかし、Ｍｏを１０．０％を超えて含有すると、粒界のＭｏ偏析が顕著となり、耐粒界腐食特性が劣化する場合がある。そのため、Ｎｉやその他の合金元素との添加量を考慮して、Ｍｏ含有量は８．０〜１０．０％とすることが好ましい。より好ましくは、Ｍｏ含有量は９．０〜１０．０％である。

Ｆｅ：５．０％以下
Ｆｅは、原料としてフェロクロム、フェロモリブデン等を用いた場合、不可逆的に混入する不純物であり、Ｆｅ含有量が５．０％を超えるとＮｉ含有量の低下により耐食性が劣化する場合がある。したがって、Ｆｅ含有量は５．０％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｆｅ含有量は３．５％以下である。

Ａｌ：０．０２〜０．４０％
Ａｌは脱酸に有効な元素として０．０２％以上含有することが好ましい。しかし、Ａｌを０．４０％を超えて含有すると耐応力腐食割れ性が劣化する場合があるため、Ａｌ含有量は０．０２〜０．４０％とすることが好ましい。より好ましくは、Ａｌ含有量は０．０２〜０．２０％である。さらに好ましくは、Ａｌ含有量は０．０２〜０．１５％である。

Ｔｉ：０．１０〜０．４０％
ＴｉはＣの固定化元素として有効であるため、０．１０％以上含有することが好ましい。しかし、Ｔｉを０．４０％を超えて含有するとクラッド鋼板の接合界面で金属間化合物として析出し、接合性を阻害する場合がある。したがって、Ｔｉ含有量は０．１０〜０．４０％とすることが好ましい。より好ましくは、Ｔｉ含有量は０．１０〜０．３０％である。

ＮｂおよびＴａの含有量：合計で３．１５〜４．１５％
Ｎｂ、ＴａもＣの固定化に寄与する元素である。この効果を得るためには、ＮｂおよびＴａを合計で３．１５％以上含有することが好ましい。しかし、ＮｂおよびＴａを合計で４．１５％を超えて含有すると、クラッド鋼の接合界面で金属間化合物として析出し、接合性を阻害する場合があるため、ＮｂおよびＴａの含有量は、合計で３．１５〜４．１５％とすること、すなわちＮｂ＋Ｔａ：３．１５〜４．１５％とすることが好ましい。より好ましくは、ＮｂおよびＴａの含有量は合計で３．５０〜４．００％である。なお、上記の合せ材中のＮｂおよびＴａの合計の含有量とは、ＮｂおよびＴａのいずれか１種の含有量、２種の合計の含有量のいずれのことも指す。

上記した合せ材の成分の残部はＮｉおよび不可避的不純物である。Ｎｉは耐食性を向上させる元素であり、特に、サワー環境での耐応力腐食割れ性を著しく改善する。前述したように、ＣｒとＭｏとの複合添加効果でさらに耐食性は向上する。また、不可避的不純物としては、Ｎ、Ｏ、Ｖ、Ｂ、Ｗが挙げられ、それぞれＮ：０．０１％以下、Ｏ（酸素）：０．００１％以下、Ｖ：０．０４％以下、Ｂ：０．０００５％以下、Ｗ：０．３％以下の範囲内で含有しても耐食性に何ら影響を与えるものではない。

５．母材について
母材の材質は、クラッド鋼の用途等により選定される。例えば、天然ガス等のパイプラインに使用される場合には、母材が、質量％で、Ｃ：０．２６％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ：０．１５％以下を含有し、さらに、必要に応じて、Ｓｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．２０％以下、Ｎｉ：０．１０％以下、Ｃｒ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．３０％以下を含有する低合金鋼を用いることができる。ここで、Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ：０．１５％以下とは、必ずしもＮｂ、Ｖ、およびＴｉの３元素すべてが含有される場合のみではなく、Ｎｂ、Ｖ、およびＴｉの３元素から選ばれる１種以上の合計含有量が０．１５％以下であれば、各元素のそれぞれの含有量は限定されないほか、Ｎｂ、Ｖ、およびＴｉの３元素がいずれも含有されない場合も含まれる。さらに、必要に応じて、Ｂ：０．０１％以下、Ｏ（酸素）：０．０２％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ａｌ：０．３％以下、Ｓｎ：０．３％以下、Ｓｂ：０．３％以下、Ｃａ：０．１％以下、Ｚｒ：０．０１％以下、ＲＥＭ：０．１％以下、から選ばれる１種以上を含有することができる。残部はＦｅおよび不可避的不純物である。また、母材の成分組成は上記に限定されるものではなく、母材としては一般構造用圧延鋼板、溶接構造用圧延鋼板、圧力容器用鋼板等、多様な鋼板を使用することができる。例えば、母材としては、ＡＰＩに記載される圧力容器やパイプの素材となる鋼板を用いることもできる。

６．板厚について
合せ材表層への浸炭を低減させる方法の一つとして、クラッド鋼の製造においてサンドイッチ方式を採用することが挙げられる。しかし、サンドイッチ方式では圧延時の板厚が２倍となる。合せ材と母材の接合性確保のためにはある程度の圧下が必要であり、板厚の厚いクラッド鋼の製造をサンドイッチ方式で行うと圧延開始時のスラブ厚さが厚くなり、圧延しづらくなる。一方、犠牲材方式を選択することで、製造負荷を増大させることなく、圧延終了時における合せ材と母材の合計板厚が２０ｍｍ以上の厚いクラッド鋼を製造することができる。本発明のクラッド鋼の製造方法では、犠牲材のＣ含有量を０．０５０質量％とすること、および熱間圧延前に１２５０℃以下の加熱温度で加熱することにより、製造負荷を増大させることなく、合せ材表層への浸炭を抑制した、耐食性に優れた板厚２０ｍｍ以上のクラッド鋼を犠牲材方式により製造することが可能である。

７．クラッド鋼の製造方法
前述したように、犠牲材に使用する鋼材のＣ含有量を０．０５０質量％以下にすること、および熱間圧延時の加熱温度を１２５０℃以下とすることにより、製造負荷を抑えつつ、合せ材表層への浸炭を抑制した、耐食性に優れたクラッド鋼を製造することができる。本発明のクラッド鋼の製造において、母材、合せ材および犠牲材を順に重ね合わせたクラッドスラブを加熱し、熱間圧延した後に、犠牲材を合せ材から剥離する犠牲材方式を採用すれば、その他の工程については特に限定されない。

図１は、本発明のクラッド鋼を製造するための犠牲材方式のクラッドスラブ１０の断面図である。図１に示すように、本発明のクラッド鋼の製造方法では、母材３、合せ材２、犠牲材１をこの順に重ねて形成し、クラッドスラブ１０を形成することができる。合せ材２と犠牲材１との間には剥離剤４を塗布することができる。剥離剤としては、特に限定されないが、Ａｌ_２Ｏ_３のように比較的安価であり、十分な剥離性を有していることが好ましい。また、均一に薄く剥離剤を塗布する目的で、剥離剤は通常、水と有機系の分散剤を加えた懸濁液の状態で合せ材２表層に塗布される。ここで有機系の分散剤中に含まれる炭素も浸炭源となるため、懸濁液中の有機系添加物の濃度は０．５質量％以下であることが好ましい。そして、合せ材２の犠牲材１および母材３と接する面の面積を犠牲材１および母材３よりも小さい寸法とし、合せ材２周囲にスペーサー５を設置することができる。

次いで、母材３とスペーサー５の界面および犠牲材１とスペーサー５との界面を四周溶接し、溶接部６を形成し、熱間圧延を行うことにより十分な圧下を加え、母材３と合せ材２とを接合することができる。次いで、犠牲材１を剥離剤４と共に合せ材２から剥離する。そして、熱間圧延後に熱処理を行い、四周を切断・分離することで１枚のクラッド鋼を得ることができる。

以下に本発明の実施例を比較例と対比して説明する。表１に示す化学成分の犠牲材、表２に示す化学成分の合せ材、表３に示す化学成分の母材を用いて、クラッド鋼を製造した。母材としてはパイプライン用低合金鋼を使用した。

製造条件は、図１に示す犠牲材方式により、剥離剤４、スペーサー５を用い、犠牲材１、合せ材２、母材３を組み立て表２に示す条件で加熱および熱間圧延を行った。圧延前の組み立てスラブ厚さは２００ｍｍとし、熱間圧延により厚さを４０ｍｍとした。熱間圧延前の加熱温度は１１５０℃と１２６０℃の２水準とした。

（評価方法について）
クラッド鋼の合せ材表層側から切粉状の分析サンプルを採取し、燃焼赤外線吸収法により合せ材表層の浸炭深さを測定した。具体的には、合せ材表層の浸炭は表面から０．０７５〜０．１２５ｍｍ深さ位置で採取した切粉状のサンプルを燃焼赤外線吸収法によりＣ含有量（質量％）を分析することで評価した。評価基準としては、Ｃ含有量（表中、０．０７５〜０．１２５ｍｍ深さの合せ材Ｃ量）が０．０５０質量％以下のものを浸炭を十分に抑制できていると判断した。結果を表４に示す。

耐粒界腐食特性は、ＪＩＳ Ｇ０５７３に基づき、ステンレス鋼の６５質量％硝酸腐食試験（ヒューイ（Ｈｕｅｙ）試験）により評価した。腐食試験片として、合せ材の表面から０．１０ｍｍ深さまで切削除去し、１．０ｍｍ×２０ｍｍ×３０ｍｍの大きさの試験片を採取した。試験方法は沸騰させた６５質量％硝酸溶液中に試験片を４８時間浸漬させ、試験前後の質量変化から腐食速度（ｇ／ｍ^２・ｈｒ）を算出し、新たな沸騰させた６５質量％硝酸溶液中に同一試験片を再び浸漬させる。この４８時間浸漬試験を５回繰り返し、５回の腐食速度の平均値から耐食性を評価した。評価基準としては、０．７０ｇ／ｍ^２・ｈｒ以下のものを耐食性が良好であると判断した。結果を表４に示す。

犠牲材の成分、合せ材の成分、および加熱温度が本発明の範囲内の水準ア〜ソのクラッド鋼は、合せ材表層のＣ含有量が少なく、合せ材表層への浸炭を十分に抑制できていることが分かった。また、水準ア〜ソのクラッド鋼は、ヒューイ試験の腐食速度が小さく、耐食性に優れていることが分かった。

一方、犠牲材の成分範囲、および／または加熱温度が本発明の範囲外である水準タ〜ネのクラッド鋼は、合せ材表層のＣ含有量が多く、合せ材表層への浸炭を十分に抑制できていないことが分かった。また、水準タ〜ネのクラッド鋼は、ヒューイ試験の腐食速度も大きく、耐食性に劣っていることが分かった。

１ 犠牲材
２ 合せ材
３ 母材
４ 剥離剤
５ スペーサー
６ 溶接部
１０ クラッドスラブアセンブリ

Claims (4)

1. 母材、合せ材および犠牲材の順に重ねたクラッドスラブを加熱し、熱間圧延した後に、前記犠牲材を前記合せ材から剥離するクラッド鋼の製造方法において、
   前記犠牲材に使用する鋼材のＣ含有量を０．０５０質量％以下とするとともに、前記合わせ材をＮｉ合金とし、
   前記熱間圧延前に１０５０℃以上１２５０℃以下の加熱温度で加熱するクラッド鋼の製造方法。
2. 前記犠牲材は、質量％で、Ｃ：０．０５０％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０８０％以下、Ｓ：０．０８０％以下を含有し、さらにＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量が前記母材中のＮｂ、ＶおよびＴｉの合計の含有量の０．８０〜１．２０倍となるようにＮｂ、ＶおよびＴｉを含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる請求項１に記載のクラッド鋼の製造方法。
3. 前記合せ材は、質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．０２〜０．５０％、Ｍｎ：０．０２〜０．５０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：２０．０〜２３．０％、Ｍｏ：８．０〜１０．０％、Ｆｅ：５．０％以下、Ａｌ：０．０２〜０．４０％、Ｔｉ：０．１０〜０．４０％を含有し、さらにＮｂおよびＴａを合計で３．１５〜４．１５％含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなる請求項１または２に記載のクラッド鋼の製造方法。
4. 前記熱間圧延後の前記合せ材と前記母材の合計板厚が２０ｍｍ以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載のクラッド鋼の製造方法。

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