JP7054078B2 - 二相ステンレスクラッド鋼およびその製造方法 - Google Patents
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Description
PI=Cr+3.3Mo+16N ・・・(1)
X=60δSi+40δMo ・・・(2)
Xc=60ΔSi+40ΔMo ・・・(3)
ただし、上記式中、元素記号は各元素の質量%を示し、δSi=Si(分析位置)-Si(0.25t位置)、δMo=Mo(分析位置)-Mo(0.25t位置)、ΔSi=Si(0.5t位置)-Si(0.25t位置)、ΔMo=Mo(0.5t位置)-Mo(0.25t位置)、t:合せ材の板厚を表す。
前記合せ材の成分組成が、さらに質量%で、A群[Cu:0.01~1.50%、W:0.01~2.00%、Co:0.01~1.50%およびV:0.01~0.80%から選ばれる少なくとも1種]、B群[Ti:0.01~0.10%およびNb:0.01~0.20%から選ばれる少なくとも1種]、C群[Sn:0.01~0.20%およびSb:0.01~0.20%から選ばれる少なくとも1種]、D群[Zr:0.01~0.20%、Mg:0.0005~0.0100%、Ca:0.0005~0.0100%、REM:0.01~0.20%およびB:0.0005~0.0200%から選ばれる少なくとも1種]およびE群[Al:0.003~0.080%]から選ばれる少なくとも1群の成分を含有すること、
がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
はじめに、本発明の合せ材の成分組成を規定した理由を説明する。なお、成分組成における単位はいずれも「質量%」であるが、以下、特に断らない限り、単に「%」で示す。
Cは不可避的に鋼材中に存在する元素の一つである。C含有量が0.030%を超えると炭化物の析出が顕著に生じ、耐食性の劣化を引き起こす。したがって、C含有量は0.030%以下とする。C含有量を0.001%未満とするには過大な精錬負荷を必要とするので、好ましい下限は0.001%である。また、好ましい上限は0.025%である。
Siは脱酸に有用な元素である。しかしながら、Siは中心偏析部に濃化し、1.00%を超える含有は有害な析出物(シグマ相やカイ相などの金属間化合物)の析出を著しく促進して、板厚中央部における耐食性に悪影響を及ぼす。したがって、Si含有量は1.00%以下とする。なお、好ましい下限は0.15%であり、好ましい上限は0.60%である。
Mnも脱酸に有用な元素である。しかしながら、Mn含有量が2.00%を超えるとMnSを形成し耐食性、特に耐孔食性を劣化させる。したがって、Mn含有量は2.00%以下とする。なお、好ましい下限は0.30%であり、好ましい上限は1.50%である。
P含有量が0.040%を超えると靭性が劣化する。したがって、P含有量は0.040%以下とする。P含有量を0.001%未満とするには過大な精錬負荷やP含有量の少ない高価な原料を必要とするので、好ましい下限は0.001%である。また、好ましい上限は0.035%である。
S含有量が0.0050%を超えると熱間加工性が劣化することに加え、耐食性、特に耐孔食性が劣化する。したがって、S含有量は0.0050%以下とする。S含有量を0.0001%未満とするには過大な精錬負荷やS含有量の少ない高価な原料を必要とするので、好ましい下限は0.0001%である。また、好ましい上限は0.0020%である。
Niは二相ステンレス鋼の一方の相であるガンマ相を安定化させる元素として必須の元素である。4.50%以上の含有により、その効果を発揮する。しかしながら、Niは高価な金属であるために、多量に含有させると合金自体の高価格化を招いて従来合金よりも高価となってしまう。したがって、Ni含有量は4.50~6.50%の範囲とする。また、二相ステンレス鋼では、ガンマ相とアルファ相との比率がほぼ1:1の場合に耐食性が最も優れているので、この相比率を満足するためにも、Ni含有量は4.50~6.50%の範囲とする。なお、好ましい下限は5.00%であり、好ましい上限は6.00%である。
Crは合金の耐食性を保証し、かつ二相ステンレス鋼の他方の相であるアルファ相を安定化するために必要不可欠な元素である。その効果を発揮させるためには、21.00%以上の含有量が必要である。しかしながら、24.00%を超える含有はシグマ相の析出を著しく促進して、延性や靭性に悪影響を及ぼす。したがって、Cr含有量は21.00~24.00%の範囲とする。また、前述のように二相ステンレス鋼では、ガンマ相とアルファ相との比率がほぼ1:1の場合に耐食性が最も優れているので、この相比率を満足するためにも、Cr含有量は21.00~24.00%の範囲とする。なお、好ましい下限は22.0%であり、好ましい上限は23.0%である。
Moは中心偏析部に濃化し、3.50%を超える含有は有害な析出物の析出を著しく促進して、板厚中央部における耐食性に悪影響を及ぼす。しかしながら、Moは合金の耐食性、特に耐孔食性や耐隙間腐食性を向上させる元素として重要であり、その効果を発揮させるためには、2.50%以上の含有が必要である。したがって、Mo含有量は2.50~3.50%の範囲とする。また、前述のように二相ステンレス鋼では、ガンマ相とアルファ相との比率がほぼ1:1の場合に耐食性が最も優れているので、この相比率を満足するためにも、Mo含有量は2.50~3.50%の範囲とする。なお、好ましい下限は3.00%である。
Nは合金の耐食性、特に耐孔食性を向上させる元素として重要であり、同時に、強度を向上させる元素としても有効である。その効果を発揮させるためには、0.08%以上の含有量が必要である。しかしながら、0.20%を超える含有は、合金の溶接特性に著しい悪影響を及ぼす。したがって、N含有量は0.08~0.20%の範囲とする。また、前述のように二相ステンレス鋼では、ガンマ相とアルファ相との比率がほぼ1:1の場合に耐食性が最も優れているので、この相比率を満足するためにも、N含有量は0.08~0.20%の範囲とする。なお、好ましい下限は0.12%である。
Oは不可避的に鋼材中に存在する元素の一つである。O含有量が0.0100%を超えると酸化物の析出が顕著に生じ、耐食性の劣化や靭性の劣化を引き起こす。したがって、O含有量は0.0100%以下とする。O含有量を0.0010%未満とするには過大な精錬負荷や過剰な脱酸剤を要するので、好ましい下限は0.0010%である。また、好ましい上限は0.0050%である。
上記成分組成は、下記式(1)に示す、耐孔食性の指標値であるPI値が32.0~36.0の範囲を満たすように含有される。
PI=Cr+3.3Mo+16N ・・・(1)
クラッド鋼の合せ材の素材の板厚方向におけるSiおよびMo含有量は、下記式(2)で表すX値が30以上を満たす板厚範囲が全厚の10%以下とする。ここで、合わせ材の素材としては、連続鋳造鋳片や造塊・分塊圧延後であって、熱間圧延前のスラブや、薄スラブ連鋳のシートバーサイズの鋳片を用いることができる。
X=60δSi+40δMo ・・・(2)
ただし、δSi=Si(分析位置)-Si(0.25t位置)、
δMo=Mo(分析位置)-Mo(0.25t位置)、
tは板厚を表し、0.25t位置は厚み方向で表面から合せ材の素材の板厚の1/4の位置を表す。
Xc=60ΔSi+40ΔMo ・・・(3)
ただし、ΔSi=Si(0.5t位置)-Si(0.25t位置)、
ΔMo=Mo(0.5t位置)-Mo(0.25t位置)、
tは板厚を表し、0.5t位置は合せ材の板厚中央位置を、0.25t位置は厚み方向で表面から合せ材の板厚の1/4の位置を表す。
Cu:0.01~1.50%
Cuは耐食性を向上させる元素であり、その効果は0.01%以上の含有で発現する。しかし、1.50%を超えてCuを含有させると熱間加工性の著しい劣化を招く。したがって、Cuを含有する場合、Cu含有量は0.01~1.50%の範囲とすることが好ましい。より好ましい上限は1.00%である。
Wは合金の耐食性、特に耐孔食性を向上させる元素であり、0.01%以上の含有によりその効果が発現する。しかしながら、1.50%を超えて含有するとシグマ相析出が促進される。したがって、Wを含有する場合、W含有量は0.01~2.00%の範囲とすることが好ましい。より好ましい上限は1.50%である。
Coも耐食性を向上させる元素であり、0.01%以上の含有によりその効果が発現する。しかしながら、1.50%を超えて含有すると合金価格が上昇する。したがって、Coを含有する場合、Co含有量は0.01~1.50%の範囲とすることが好ましい。より好ましい上限は1.00%である。
Vは鋼の耐食性を改善させるのに有用な元素であり、その効果は0.01%以上の添加で発現する。また、V含有量が0.80%を超えて過剰に添加されると、靭性が劣化する。したがって、Vを添加する場合、V含有量は0.01~0.80%の範囲とすることが好ましい。より好ましい上限は0.50%である。
Ti:0.01~0.10%
TiはCと結合しやすい性質を有しており、合金中に含有すると耐食性に有害なCr23C6などの炭化物の析出を遅延させることが可能である。その効果は0.01%以上で発現する。また、0.10%を超えて含有しても効果は向上せず、合金コストが増大する。したがって、Tiを含有する場合、Ti含有量は0.01~0.10%の範囲とすることが好ましい。より好ましい上限は0.05%である。
NbもTiと同様にCと結合しやすい性質を有しており、合金中に含有すると耐食性に有害なCr23C6などの炭化物の析出を遅延させることが可能である。その効果は0.01%以上で発現する。また、0.20%を超えて含有しても効果は向上せず、合金コストが増大する。したがって、Nbを含有する場合、Nb含有量は0.01~0.20%の範囲とすることが好ましい。より好ましい上限は0.10%である。
Sn:0.01~0.20%
Snは鋼の耐食性を改善させるのに有用な元素であり、その効果は0.01%以上の添加で発現する。また、Sn含有量が0.20%を超えると、熱間加工性が劣化する。したがって、Snを添加する場合、Sn含有量は0.01~0.20%の範囲とすることが好ましい。より好ましい上限は0.15%である。
Sbは鋼の耐食性を改善させるのに有用な元素であり、その効果は0.01%以上の添加で発現する。また、Sb含有量が0.20%を超えると、熱間加工性が劣化する。したがって、Sbを添加する場合、Sb含有量は0.01~0.20%の範囲とすることが好ましい。より好ましい上限は0.15%である。
Zr:0.01~0.20%
Zrは鋼の熱間加工性を改善させるのに有用な元素であり、その効果は0.01%以上の添加で発現する。また、Zr含有量が0.20%を超えて過剰に添加されると、逆に熱間加工性を劣化させる。したがって、Zrを添加する場合、Zr含有量は0.01~0.20%の範囲とすることが好ましい。より好ましい上限は0.15%である。
Mgは鋼の凝固組織の微細化、および熱間加工性の改善に有用な元素であり、その効果は0.0005%以上の添加で発現する。また、Mg含有量が0.0100%を超えると、耐食性を劣化させる。したがって、Mgを添加する場合、Mg含有量は0.0005~0.0100%の範囲とすることが好ましい。より好ましい上限は0.0050%である。
Caは鋼中のOおよびSを介在物として固定化し、熱間加工性および耐食性を改善させるのに有用な元素であり、その効果は0.0005%以上の添加で発現する。また、Ca含有量が0.0100%を超えると靭性を劣化させる。したがって、Caを添加する場合、Ca含有量は0.0005~0.0100%の範囲とすることが好ましい。より好ましい上限は0.0050%である。
REM(希土類金属元素)は鋼の熱間加工性を改善させるのに有用な元素であり、その効果は0.01%以上の添加で発現する。また、REM含有量が0.20%を超えて過剰に添加されると、逆に熱間加工性を劣化させる。したがって、REMを添加する場合、REM含有量は0.01~0.20%の範囲とすることが好ましい。より好ましい上限は0.10%である。
Bは鋼の熱間加工性を改善させるのに有用な元素であり、その効果は0.0005%以上の添加で発現する。また、B含有量が0.0200%を超えて過剰に添加されると、逆に熱間加工性を劣化させる。したがって、Bを添加する場合、B含有量は0.0005~0.0200%の範囲とすることが好ましい。より好ましい下限は0.0010%であり、より好ましい上限は0.0100%である。
Al:0.003~0.080%
Alは脱酸に有用な元素であり、その効果は0.003%以上の添加で発現する。また、Al含有量が0.080%を超えるとクラスター状の酸化物を形成して靭性を劣化させる。したがって、Alを添加する場合、Al含有量は0.003~0.080%の範囲とすることが好ましい。
上記以外の成分はFeおよび不可避的不純物である。
合せ材圧延体の圧下比を5.0超えとするのは、合せ材の中心偏析幅を小さくするためである。合せ材圧延体の圧下比が5.0超えになると後の組立スラブ加熱、熱間圧延により、中心偏析を無害化できる。そのため、合せ材圧延体の圧下比は好ましくは5.0超え、より好ましくは6.0以上である。ここで、圧下比とは、圧下前の板厚を圧下後の板厚で除したものである、以下同じ。なお、圧下比の上限は特に限定されないが、圧延能率を考慮し、その上限は40.0であることが好ましい。
組立スラブの加熱条件を1100℃以上の温度域において60分以上とするのは、合せ材の溶体化処理のためである。ここで、1100℃以上の温度域において60分以上の温度条件を満たすのは、合せ材の0.5t位置(板厚中央位置)における温度であり、合せ材の0.5t位置における温度は差分伝熱計算や有限要素法などによって計算した値を用いることができる。組立スラブの加熱条件を1100℃以上の温度域において60分以上とした場合、合せ材中の中心偏析部に濃化しているSiおよびMoが十分拡散し、続く熱間圧延により、中心偏析を無害化できる。そのため、組立スラブの加熱条件は好ましくは1100℃以上の温度域において60分以上、より好ましくは1150℃以上の温度域において60分以上とする。ただし、高温域に長時間保持しすぎると、母材の結晶粒が粗大化し、靭性の劣化を引き起こす。そのため、組立スラブの加熱時間の上限は、300分とすることが好ましい。なお、組立てスラブの加熱温度の上限は、母材の結晶粒が粗大化して靭性が劣化するのを抑制するため、1300℃とすることが好ましい。
組み立てスラブの圧下比を3.0以上とするのは、合せ材の中心偏析幅を小さくし、無害化するためである。組み立てスラブの圧下比が3.0以上のとき、中心偏析の幅が十分に小さくなり、合せ材の板厚中心部まで優れた耐食性を得ることができる。そのため、組み立てスラブの圧下比は好ましくは3.0以上、より好ましくは4.0以上とする。圧下比の上限は特に限定されないが、圧延能率を考慮し、その上限は40.0であることが好ましい。
表1-1および1-2に示す鋼種を溶解して、板厚135mmの合せ材となる素材を作製した。なお、母材となる素材は(一社)日本海事協会の鋼船規則K編材料に規定されているKD36に適合する成分を常法で溶製した。なお、表1-1および1-2において、下線部分は、本発明の範囲外であることを意味し、空欄は含有していない、もしくは不可避不純物として含有している場合を意味する。表1-1および1-2には、上記(1)式を用いて計算したPI値を併記した。
合せ材素材の板厚方向のSi含有量およびMo含有量は以下の手順に従って測定した。まず、熱間圧延前の合せ材素材の板厚中央位置(0.5t)および板厚1/4位置(0.25t)を含むt50×W10×L20mmの試験片をそれぞれ採取し、t50×L20mmの面をアルミナバフ研磨仕上げにて研磨した。続いて、電子線マイクロアナライザーを用いてt50×L20mmの面を板厚方向に、加速電圧15kV、照射電流0.2μA、ビーム径0.1mm、測定間隔0.1mmの条件で線分析を実施した。得られた測定値を標準試料の測定値と比較することで、Si含有量およびMo含有量を算出し、それらの値から上記(2)式に基づきX値を計算した。
試験結果を表3-1~3-3に示す。本発明の範囲内である水準は良好な耐食性を示した。一方で、本発明の範囲外である水準は耐食性に劣っていた。
2 母材
3 試験片
4 孔食
10 クラッド鋼
Claims (3)
- 母材鋼板の少なくとも片面に二相ステンレス鋼層を有する二相ステンレスクラッド鋼の合せ材の成分組成が、質量%で、C:0.030%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.040%以下、S:0.0050%以下、Ni:4.50~6.50%、Cr:21.00~24.00%、Mo:2.50~3.50%、N:0.08~0.20%、O:0.0100%以下を含み、下記(1)式で表されるPI値が32.0~36.0の範囲にあり、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
該合せ材の素材は、下記(2)式で表されるX値が30以上を満たす板厚範囲が全厚の10%以下であり、
前記合せ材は、下記(3)式で表されるXc値が50以下であることを特徴とする二相ステンレスクラッド鋼。
PI=Cr+3.3Mo+16N ・・・(1)
X=60δSi+40δMo ・・・(2)
Xc=60ΔSi+40ΔMo ・・・(3)
ただし、上記式中、元素記号は各元素の質量%を示し、
δSi=Si(分析位置)-Si(0.25t位置)、
δMo=Mo(分析位置)-Mo(0.25t位置)、
ΔSi=Si(0.5t位置)-Si(0.25t位置)、
ΔMo=Mo(0.5t位置)-Mo(0.25t位置)、
t:合せ材の板厚
を表す。 - 前記合せ材の成分組成が、さらに質量%で、A群[Cu:0.01~1.50%、W:0.01~2.00%、Co:0.01~1.50%およびV:0.01~0.80%から選ばれる少なくとも1種]、B群[Ti:0.01~0.10%およびNb:0.01~0.20%から選ばれる少なくとも1種]、C群[Sn:0.01~0.20%およびSb:0.01~0.20%から選ばれる少なくとも1種]、D群[Zr:0.01~0.20%、Mg:0.0005~0.0100%、Ca:0.0005~0.0100%、REM:0.01~0.20%およびB:0.0005~0.0200%から選ばれる少なくとも1種]およびE群[Al:0.003~0.080%]から選ばれる少なくとも1群の成分を含有することを特徴とする請求項1に記載の二相ステンレスクラッド鋼。
- 請求項1または2に記載の成分組成の合せ材を素材とする二相ステンレスクラッド鋼の製造方法において、前記合せ材素材に圧下比5.0超えの熱間圧延を施して、圧延体を形成する工程と、前記母材となる母材素材および前記合せ材の圧延体を組み合わせた後、合せ材の圧延体部分を1100℃以上の温度域において60分以上加熱し、続いて圧下比3.0以上の熱間圧延を施し、圧延体を形成する工程を含む、ここで、圧下比は圧下前の板厚を圧下後の板厚で除したものであり、前記合せ材の成分組成は前記(1)式で表されるPI値が32.0~36.0の範囲にあり、前記合せ材の素材は、前記(2)式で表されるX値が30以上を満たす板厚範囲が全厚の10%以下であり、前記合せ材は、前記(3)式で表されるXc値が50以下である、ことを特徴とする二相ステンレスクラッド鋼の製造方法。
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