JP7158491B2 - オーステナイト系ステンレス圧延クラッド鋼板および母材鋼板ならびに圧延クラッド鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
前記母材は、炭素鋼または低合金鋼からなり、
下記(i)式で示される前記母材の炭素当量Ceqが0.38以下で、かつ前記母材の引張強さが490MPa以上620MPa以下であり、
前記合せ材は、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、
前記母材と前記合せ材との接合界面におけるせん断強度の平均値が400MPa以上で、かつ、前記せん断強度の標準偏差が20MPa以下である、オーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ・・・(i)
但し、上記(i)式中の元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
C:0.08~0.10%、
Si:0.10~0.50%、
Mn:1.30~1.60%、
P:0.035%以下、
S:0.035%以下、
Nb:0.02~0.05%、
Ti:0.005~0.020%、
Al:0.01~0.05%、
N:0.006%以下、および
Ni:0~0.20%、
を含有する、上記(1)または(2)に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
(a)表面を有しかつ前記表面につながる穴が予め設けられた、炭素鋼または低合金鋼である母材鋼板と、表面を有しかつオーステナイト系ステンレス鋼である合せ材鋼板とを積層し、前記表面同士を当接させることで積層面を形成させ、前記積層面の周囲を溶接することで封止し、クラッド圧延素材とする工程と、
(b)前記クラッド圧延素材を200~450℃の温度に加熱しながら、前記積層面につながる前記穴から、前記積層面における真空度が0.1Torr以下となるように真空引きする工程と、
(c)前記(b)の工程の後に、前記クラッド圧延素材を1050~1250℃の温度範囲で加熱し、熱間圧延を行う工程と、
を有する、オーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の製造方法。
上記(4)に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の製造方法。
上記(4)または(5)に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の製造方法。
化学組成が、質量%で、
C:0.08~0.10%、
Si:0.10~0.50%、
Mn:1.30~1.60%、
P:0.035%以下、
S:0.035%以下、
Nb:0.02~0.05%、
Ti:0.005~0.020%、
Al:0.01~0.05%、
N:0.006%以下、および
Ni:0~0.20%、
を含有する、母材鋼板。
本発明に係るオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板は、母材と、母材に接合された合せ材とを備える。母材は、後述する炭素鋼または低合金鋼からなる。また、合せ材はオーステナイト系ステンレス鋼からなる。なお、以下、説明のために、熱間圧延による接合前における母材の素材鋼板を母材鋼板、接合前における合せ材の素材鋼板を合せ材鋼板と呼ぶ。母材と母材鋼板、合せ材と合せ材鋼板は、基本的には水素を除き、圧延前後で化学組成は変化せず、その化学組成は同一となる。
2-1.母材の化学組成
母材は炭素鋼または低合金鋼からなる。炭素鋼または低合金鋼としては、例えば、溶接構造用鋼材、ボイラ、圧力容器用炭素鋼、造船用鋼材等が例示される。
炭素当量Ceqとは、溶接性に関わる指標であり、ケミカルタンカーのような船舶では船体を溶接で組み上げていくため、重要である。本発明に係る母材においては、溶接性の観点から、炭素当量Ceqは、0.38以下とする。また、母材の炭素当量Ceqは、0.365以下とするのが好ましい。
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ・・・(i)
但し、上記(i)式中の元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
母材の引張強さは、ケミカルタンカーに用いられるクラッド鋼板の母材に必要な490以上620MPa以下の範囲とする。当該引張強さの範囲は、上述の鋼船規則K編のKA36に記載されており、使用されるステンレスクラッド鋼板としては最も高強度なレベルである。
本発明に係るオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の合せ材はオーステナイト系ステンレス鋼からなる。これにより、タンク内壁に貯蔵する薬品類への耐食性を具備させることができる。オーステナイト系ステンレス鋼としては、SUS316Lが代表的な鋼種である。しかしながら、同鋼種以外であっても、オーステナイト系ステンレス鋼であれば、鋼種は特に限定されない。鋼種としては、上記以外にも、例えば、SUS304,SUS317L等が例示される。
本発明に係るクラッド鋼板では、母材と合せ材との接合界面におけるせん断強度の平均値、およびせん断強度値の標準偏差を用い、良好でかつ安定した密着性を評価する。これは、せん断強度の平均値が高い場合であっても、一部にせん断強度が低い箇所があると、クラッド鋼板の界面において剥離を生じる可能性があるためである。このため、安定した密着性を評価するため、せん断強度の値の標準偏差についても評価に用いる。
本発明に係るクラッド鋼板では、母材と合せ材との接合界面において、安定した密着性を得るため、クラッド鋼板における母材および合せ材の含有水素量を以下の範囲に制御するのが好ましい。
以下において、本発明に係るクラッド鋼板の製造方法について説明する。
6-1.母材鋼板および合せ材鋼板の製造方法
上記母材鋼板および合せ材鋼板は、常法により製造すればよい。具体的には、転炉、電気炉、真空溶解炉等の公知の方法で、溶製した後、連続鋳造法あるいは造塊-分塊法により、所定の化学組成に制御したスラブにする。得られたスラブを通常用いられる条件で熱間圧延し、熱延鋼板とする。続いて、得られた熱延鋼板に対し、必要に応じて、焼鈍、酸洗、研磨などを実施してもよい。
真空引き用の穴を予め設けた、炭素鋼または低合金鋼である母材鋼板と、オーステナイト系ステンレス鋼板である合せ材鋼板とを積層する。続いて、積層させた母材鋼板と合せ材鋼板とが当接している面(以下、「積層面」と記載する。)の周囲を溶接することで、母材鋼板および合せ材鋼板の四周を封止し、クラッド圧延素材とする。この際、溶接は、アーク溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接などの方法を用いればよく、その方法は特に限定されない。
続いて、真空引きおよび加熱がされたクラッド圧延素材を1050~1250℃の温度範囲で加熱し、熱間圧延工程を行うことが好ましい。
続いて、熱間圧延後の冷却として、700~400℃の温度域を1.0℃/s未満の冷却速度で冷却するのが好ましく、400~200℃の温度域を0.4℃/s以下の冷却速度で、冷却するのが好ましい。
母材鋼板は、圧延後の母材において所定の炭素当量と引張強度とを有する限りにおいて、その化学組成を限定するものではない。しかしながら、後述する6-4(冷却)に示す、圧延後に徐冷を行う方法で製造を行う場合、フェライト組織が粗大化し、強度および靭性低下を招く可能性がある場合には、以下に示す化学組成を含む母材鋼板を用いることが好ましい。
Cは、母材の強度を確保するために必要な元素である。このため、C含有量は0.08%以上とするのが好ましい。しかしながら、Cを、0.10%を超えて含有させると、溶接性および低温靭性が劣化するため、C含有量は、0.10%以下とするのが好ましい。
Siは、脱酸のため必要な元素である。このため、Si含有量は0.10%以上とするのが好ましい。しかしながら、Siを、0.50%を超えて含有させると靭性が劣化し、さらに、鋼船規則K編(財団法人日本海事協会発行)に定められたKA36の規定から外れることになる。このため、Si含有量は0.50%以下とするのが好ましい。
Mnは、含有させることで、強度および靭性が向上する。このため、Mn含有量は1.30%以上とするのが好ましい。しかしながら、Mnを、1.60%を超えて含有させると、溶接性を低下させ、さらに、上述したKA36の規定から外れることになる。このため、Mn含有量は1.60%以下とするのが好ましい。
Pは、原料にも含有されており、不可避的に混入する不純物元素である。Pを過度に含有させると、溶接性等を低下させるため、P含有量は少ないほど好ましい。P含有量は0.035%以下とするのが好ましく、0.02%以下とすることがより好ましい。一方、Pを過度に低減することは、製造コストを増加させるため、P含有量は0.005%以上とするのが好ましい。
Sは、不可避的に混入する不純物元素である。また、Mnと結合して介在物を形成し、発銹の基点となる場合がある。このため、S含有量は、0.035%以下とするのが好ましい。耐食性が向上の観点から、S含有量は0.010%以下とすることがより好ましい。一方、Sを過度に低減することは、製造コストを増加させるため、S含有量は0.001%以上であるのが好ましい。
Nbは、含有させることで、母材結晶粒の微細化を促進し、強度、靭性いずれも向上させる。このため、Nb含有量は0.02%以上とするのが好ましく、0.030%以上であるのがより好ましい。しかしながら、Nbを、0.05%を超えて含有させると、Nb炭化物の析出によりかえって靭性が低下し、さらに上述のKA36の規定を外れることになる。このため、Nb含有量は0.05%以下とするのが好ましい。
Tiは、含有させることで、Ti窒化物として析出し、ステンレス鋼合せ材の鋭敏化を防止する。そして、母材と合せ材とを圧延する際に、1150℃といった高温加熱を行っても、母材オーステナイト粒の粗大化を抑制することができる。このため、Ti含有量は0.005%以上とするのが好ましい。しかしながら、Tiを、0.020%を超えて含有させると、Ti窒化物の析出により靭性が低下し、さらに、上述のKA36の規定を外れることになる。このため、Ti含有量は、0.020%以下とするのが好ましく、0.015%以下とするのがより好ましい。
Alは、通常脱酸剤として含有させる。この効果を得るためには、Al含有量は0.01%以上とするのが好ましい。しかしながら、Alを、0.05%を超えて含有させると靭性が低下する。このため、Al含有量は0.05%以下とするのが好ましい。
Nは、TiとともにTi窒化物として析出し、オーステナイト粒の粗大化を抑制するが、その含有量は不可避的に含有されるレベルで十分である。具体的には、N含有量は、0.006%以下とするのが好ましい。上記範囲を超えて含有される場合、Tiに加え、Al等と窒化物を生成し、靭性が低下する。
Niは、鋼の低温靭性等を向上させ、特に低温環境で使用される場合に有効な元素である。このため、必要に応じて限定的に含有させてもよい。しかしながら、Niを過剰に含有させると、原料コストの大幅な増加、およびクラッド界面にマルテンサイト相の生成を促す。このため、Ni含有量は、0.20%以下とするのが好ましく、0.10%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ni含有量は0.010%以上であるのが好ましく、0.020%以上であるのがより好ましい。さらに、上述のような製造条件とするのが好ましい。
Claims (8)
- 母材と、前記母材に接合された合せ材とを備える圧延クラッド鋼板であって、
前記母材は、炭素鋼または低合金鋼からなり、
下記(i)式で示される前記母材の炭素当量Ceqが0.38以下で、かつ前記母材の引張強さが490MPa以上620MPa以下であり、
前記合せ材は、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、
前記母材の含有水素量が1.0ppm以下で、かつ前記合せ材の含有水素量が3.0ppm以下であり、
前記母材と前記合せ材との接合界面におけるせん断強度の平均値が400MPa以上で、かつ、前記せん断強度の標準偏差が20MPa以下である、オーステナイト系ステンレス圧延クラッド鋼板。
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ・・・(i)
但し、上記(i)式中の元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。 - 前記母材の引張強さが572MPa以下である、請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス圧延クラッド鋼板。
- 前記母材の化学組成が、質量%で、
C:0.08~0.10%、
Si:0.10~0.50%、
Mn:1.30~1.60%、
P:0.035%以下、
S:0.035%以下、
Nb:0.02~0.05%、
Ti:0.005~0.020%、
Al:0.01~0.05%、
N:0.006%以下、および
Ni:0~0.20%、
を含有する、請求項1または2に記載のオーステナイト系ステンレス圧延クラッド鋼板。 - 前記母材のSi含有量が0.35%以上である、請求項1~3のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス圧延クラッド鋼板。
- 請求項1~4のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス圧延クラッド鋼板の製造方法であって、
(a)表面を有しかつ前記表面につながる穴が予め設けられた、炭素鋼または低合金鋼である母材鋼板と、表面を有しかつオーステナイト系ステンレス鋼である合せ材鋼板とを積層し、前記表面同士を当接させることで積層面を形成させ、前記積層面の周囲を溶接することで封止し、クラッド圧延素材とする工程と、
(b)前記クラッド圧延素材を200~450℃の温度に加熱しながら、前記積層面につながる前記穴から、前記積層面における真空度が0.1Torr以下となるように真空引きする工程と、
(c)前記(b)の工程の後に、前記クラッド圧延素材を1050~1250℃の温度範囲で加熱し、熱間圧延を行う工程と、
を有する、オーステナイト系ステンレス圧延クラッド鋼板の製造方法。 - 前記(c)の工程において、1000℃以上の温度域での圧下比を3以上とし、1000℃未満の温度域での圧下率を30%以上として、熱間圧延を行う、
請求項5に記載のオーステナイト系ステンレス圧延クラッド鋼板の製造方法。 - 前記(c)の工程における熱間圧延後、700~400℃の温度域を1.0℃/s未満の冷却速度で、400~200℃の温度域を0.4℃/s以下の冷却速度で、冷却する、
請求項5または6に記載のオーステナイト系ステンレス圧延クラッド鋼板の製造方法。 - 請求項7に記載のオーステナイト系ステンレス圧延クラッド鋼板の製造方法に用いられる母材鋼板であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.08~0.10%、
Si:0.10~0.50%、
Mn:1.30~1.60%、
P:0.035%以下、
S:0.035%以下、
Nb:0.02~0.05%、
Ti:0.005~0.020%、
Al:0.01~0.05%、
N:0.006%以下、および
Ni:0~0.20%、
を含有する、母材鋼板。
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