JP7321273B2 - 耐腐食船用クラッド鋼板及びその製造方法 - Google Patents

耐腐食船用クラッド鋼板及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は耐腐食クラッド鋼板生産技術分野に関し、特に、耐腐食船用クラッド鋼板及びその製造方法に関する。
媒体環境が過酷な条件、例えば、塩素イオン含有量の高い海水、媒体成分が複雑な煙道ガスパイプ、温度・圧力を持つ石油天然ガスパイプライン、及び化学品輸送用容器などの下で、耐腐食に優れたステンレスを選んで用いる必要がある。二相ステンレスは、クロム、モリブデン、窒素の含有量が高く、その耐孔食係数が高く、且つ降伏強度が普通のオーステナイトステンレスの２～３倍であるため、構造強度及び耐食性が要求される材料に適用する。しかし、二相ステンレスは、Ｎｉ、Ｍｏなど合金の含有量が高く、その生産プロセスの難しさが大きいので、使用コストが高い。
クラッド鋼板の設計構想によって、材料を設計することで、ベース層炭素鋼をメインとして構造強度及び靭性を保証し、異なる強度及び靭性のニーズの実現を可能とし、ステンレス被覆層で材料の耐食性能を実現することができる。したがって、クラッド鋼板は２種材料のメリットを同時に実現できる。かつ、クラッド鋼板の設計により、より大きいサイズのクラッド鋼板を提供することができ、鋼板をつなぎ合わせる溶接継目を減少し、継ぎ目溶接のプロセスにおいて一部の失効によるリスクが低減する。また、クラッド鋼板の設計を用いたため、もともと炭素鋼とステンレスとをつなぎ合わせる継ぎ目の溶接が炭素鋼とクラッド鋼板炭素鋼との継ぎ目の溶接に変わり、又は炭素鋼とクラッド鋼板との全体溶接になり、溶接対象は主に炭素鋼材料であり、コストを低減できるだけでなく、溶接品質の制御もさらに容易になる。生産効率は引き上げられる。
中国特許ＣＮ１０７３７９６７１Ａには２２０５二相ステンレスクラッド鋼板の爆発圧接後の再圧延の製造方法が開示されている。中国特許ＣＮ１０５７７２５０７Ａには炭素鋼及び二相ステンレスクラッド鋼板の生産方法が開示されており、真空圧延方法が採用され、且つエッジがシールされた後、内部に単一のシール系を形成することが採用されている。中国特許ＣＮ１０８２４６８２５ＡにはＴＭＣＰ船用二相ステンレスクラッド鋼板の製造方法が開示されている。そのうち、中国特許ＣＮ１０５７７２５０７Ａに近い真空スラブ組立プロセスが採用されており、相違点は真空電子ビーム溶接スラブ組立プロセスが採用されることである。両者はともに単一の真空系を形成し、個別箇所の溶接継目に失効が発生すれば、クラッドスラブ全体の結合強度の低減を引き起こし、又は結合の失効を引き起こしてしまう。
本発明の目的は、耐腐食船用クラッド鋼板及びその製造方法を提供し、良好な構造強度及び優れた耐食性能を得ると共に、構造軽量化を実現することができ、しかも、該クラッド鋼板が圧延クラッド鋼板であり、原子間の冶金結合を実現できることによって、被覆層とベース層との間に良好な結合力を有する。
上記の目的を達成するために、本発明の技術案は次の通りである。
本発明は、二重障壁真空スラブ組立法による圧延クラッド鋼板の製造を提出し、該方法は、特に、材料コストが高く、複合品質の要求が高いクラッド鋼板の製造に適用する。
具体的には、本発明が提供した耐腐食船用クラッド鋼板であって、一層が二相ステンレスであり、もう一層が船用炭素鋼である２層構造であり、
本発明の前記二相ステンレスの成分の重量百分率は、Ｃ≦０．０３％、Ｍｎ≦２．００％、Ｓｉ≦１．００％、Ｃｒ：２１．０～２３．０％、Ｎｉ：４．５～６．５％、Ｍｏ：２．５～３．５％、Ｎ：０．０８～０．２０％、Ｐ≦０．０２％、Ｓ≦０．０２５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
本発明の前記船舶用炭素鋼の成分の重量百分率は、０．０３％≦Ｃ≦０．１３％、Ｓｉ≦０．５０％、Ｍｎ：０．９０～１．６０％、Ｐ≦０．０２０％、Ｓ≦０．０２５％、Ｃｕ≦０．０３５％、Ｃｒ≦０．２０％、Ｎｉ≦０．４０％、Ｎｂ：０．０２～０．０５％、Ｔｉ≦０．０２％、Ｍｏ≦０．０８％、Ａｌ≧０．０１５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物である。
本発明の前記クラッド鋼板の二相ステンレスと船舶用炭素鋼との間の界面のせん断強さが３００ＭＰａ以上に達し、接着強度が３２０ＭＰａ以上に達し、クラッド鋼板の降伏強度が４５０ＭＰａ以上であり、引張強度が６００ＭＰａよりも高い。
本発明の前記クラッド鋼板における船舶用炭素鋼は－４０℃以下の温度で衝撃靭性が１２０Ｊ以上に達することができる。
本発明の前記耐腐食船用クラッド鋼板の製造方法において、
ステップ１）、クラッド鋼板の被覆層とベース層の厚さ比率の要求に基づいて組立スラブ素材の二相ステンレスと炭素鋼の厚さの選択を行い、炭素鋼には連鋳スラブが用いられ、要求される寸法まで加熱分塊され、二相ステンレスと複合する必要のある炭素鋼の表面を金属表面が完全に露出するまでクリーニングし、二相ステンレス表面の酸化皮膜と汚染物を綺麗にクリーニングするステップと、
ステップ２）、クリーニングした後の炭素鋼面とクリーニングした後の二相ステンレス面を直接重ね合わせて、その後、真空封止溶接を行い、真空度を０．００１Ｐａ以下に制御し、第一の真空制御として、上下２つの独立した炭素鋼と二相ステンレスで形成された真空スラブを形成し、第一の真空障壁を形成し、その後、二相ステンレス面と二相ステンレス面を対向に積んで、厚さ方向で対称に積んで、二相ステンレスと二相ステンレス面との間に隔離するための分離剤を塗り、重ね合わせた後、四周を封止溶接してから、真空引き処理を行い、真空度を０．０１Ｐａ以下に制御し、第二の真空障壁を形成して、四層構造のクラッドスラブを形成するステップと、
ステップ３）、クラッドスラブを加熱し、加熱温度を１０５０～１１９０℃に制御するステップと、
ステップ４）、クラッドスラブを圧延し、圧延開始温度が１０４０～１１７０℃、圧延終了温度が８５０～１０２０℃であるステップと、
ステップ５）、圧延後に圧縮空気又は水冷方式で重ね合わせたクラッド鋼板を直接冷却し、冷却開始温度を８３０～１０００℃、冷却速度を５℃／ｓ～４０℃／ｓ、冷却終了温度を２５０～７５０℃に制御するステップと、
ステップ６）、プラズマを用いて圧延後の重ね合わせたクラッド鋼板の首尾とエッジ部を切断し、重ね合わせたクラッド鋼板を上下対称の２セットの完成品のクラッド鋼板に分離させるステップと、を含む。
さらには、製造方法は、焼戻し熱処理を用い、焼戻し温度が５００～６００℃で、焼戻した後、空冷処理を行うステップをさらに含む。
好ましくは、ステップ４）では、1パス当たりの圧下率を１０～２５％に制御する。
本発明の前記耐腐食船用クラッド鋼板は４層対称スラブ組立圧延を用いる。上下の２層は船舶用炭素鋼であり、中間の２層は二相ステンレスである。
前記耐腐食船用クラッド鋼板は強度が高く、耐食性に優れ、低温衝撃靭性が良いなどの多種のメリットを兼ね備えており、特に造船に適用するほか、その他の耐食性能の要求が高い環境にも適用できる。
本発明が提出した耐腐食船用クラッド鋼板は１層の二相ステンレスと１層の炭素鋼を有し、前記二相ステンレスと炭素鋼との間が圧延複合により原子結合を実現する。
本発明の前記クラッド鋼板の前記船舶用炭素鋼において、不可避的不純物は主にＳとＰ元素であり、そのうち、Ｐ≦０．０２％、Ｓ≦０．０２５％に制御することができる。
本発明の前記耐腐食船用クラッド鋼板の炭素鋼における各化学元素の設計原理は次の通りである。
Ｃ：Ｃはオーステナイト安定化元素であり、鋼において固溶強化の役割を果たし、鋼の強度を著しく向上させることができるが、Ｃ含有量が高すぎると、溶接性能及び靭性に不利であり、パーライト組織及び島状マルテンサイトなどの硬相組織も増加し易くて、鋼の耐食性能に不利な影響を与える。したがって、鋼板の強靭性のマッチング及び炭素鋼材料への溶接可能性の要求を考慮し、前記炭素鋼層中のＣ含有量を０．０１～０．１８％に制御した。
Ｓｉ：Ｓｉは脱酸元素であり、また、Ｓｉはフェライトに溶けることができ、固溶強化の役割を果たし、それは炭素、窒素、リンのみに次いで、その他の合金元素を超えており、したがって、Ｓｉは鋼の強度と硬度を著しく向上することができる。前記炭素鋼層におけるＳｉ含有量を０．１０～０．５％に制御した。
Ｍｎ：Ｍｎはパーライトの転換を遅らせ、臨界冷却速度を低減し、鋼の焼入れ性を高めることができるとともに、鋼に対して固溶強化の作用を有し、鋼での主な固溶強化の元素である。しかし、Ｍｎ含有量が高すぎると、偏析帯及びマルテンサイト組織が現れ易くて、鋼の靭性に悪影響を与えると共に、偏析帯の現れが鋼の耐食性能も低減させることになる。前記炭素鋼層におけるＭｎ含有量を０．９０～１．６０％に制御した。
Ｎｂ：Ｎｂはマイクロアロイ鋼での重要な添加元素である。Ｎｂと窒素、炭素が窒化ニオブ、炭窒化ニオブ及び炭化ニオブ等の析出物を形成し易い。鋼スラブを加熱する過程の中で、Ｎｂは鋼でオーステナイト結晶粒子を微細化する役割を果たすことができる。Ｎｂは非再結晶領域の温度を大幅に高めることができ、圧延の制御、結晶粒子の微細化、及び強度靭性の制御にとって明らかな作用を有する。又、Ｎｂはナノオーダーの析出物を形成することができ、強度の向上に役立つ。しかし、Ｎｂの添加は混晶を引き起こし易くなり、Ｎｂが多すぎると、靭性に悪影響を与える。したがって、本発明ではＮｂの添加量を０．０２～０．０５％に制御した。
Ｔｉ：Ｔｉと鋼でのＣ、Ｎが炭化チタン、窒化チタン又は炭窒化チタンを形成し、鋼スラブを加熱圧延する段階で、オーステナイト結晶粒子を微細化する役割を果たすことによって、鋼の強度と靭性を高める。しかし、Ｔｉが多すぎると、太い窒化チタンを多く形成することになり、鋼の強度と靭性に悪い。したがって、炭素鋼層におけるＴｉ含有量の上限を０．０２％に制御した。
Ｎｉ：Ｎｉは鋼において基体相のフェライトとオーステナイトのみに溶け、炭化物を形成せず、オーステナイトの安定化作用が非常に強い。また、Ｎｉ元素は鋼の低温靭性を高めることもできるので、本発明では、炭素鋼層におけるＮｉの添加量を０．４％内に制御した。
Ｃｕ：Ｃｕは鋼で主に固溶状態及び単体相沈殿析出の状態で存在し、固溶したＣｕは固溶強化の役割を果たす。Ｃｕのフェライトにおける固溶度は温度の低下につれて急速に小さくなるため、比較的低い温度で、過飽和固溶したＣｕが単体の形式で沈殿析出されて、析出強化の役割を果たす。また、炭素鋼層で少量のＣｕを加えると、クラッド鋼板の耐大気腐食の能力をさらに著しく高めることができる。
Ｃｒ：Ｃｒはオーステナイト相領域を縮小する元素であり、中等強炭化物元素でもあり、フェライトに溶けることもできる。Ｃｒはオーステナイトの安定性を高めることができ、Ｃ曲線がを右方にシフトさせることになる。したがって、臨界冷却速度を下げ、鋼の焼入れ性を高めることができる。Ｃｒはオーステナイトの転換温度も下げ、形成された(Ｆｅ，Ｃｒ)３Ｃ、(Ｆｅ，Ｃｒ)７Ｃ３や(Ｆｅ，Ｃｒ)２３Ｃ７などの多種の炭化物が比較的低い温度で析出されることになり、組織と炭化物を微細化させ、鋼の強度と硬度を著しく高めることができるが、Ｃｒは鋼の靭性に悪影響を与える。上記の要素をまとめて、本発明では、炭素鋼層におけるＣｒ含有量を０．２０％内に制御した。
Ｍｏ：Ｍｏはオーステナイト相領域を縮小する元素である。鋼の焼入れ性と熱間強度を高めることができる。Ｃ元素と炭化物を形成可能である元素である。良い焼戻しの安定性を有する。Ｍｏはフェライトに固溶強化の作用を有するとともに、炭化物の安定性を高めることもできるので、鋼の強度を高めることができる。Ｍｏは良好な耐食性能をさらに有する。ステンレスにおいて、Ｍｏ元素の増加はステンレスの耐塩素イオン孔食能力を明らかに高めることができる。
Ａｌ：Ａｌ元素は脱酸元素である。溶鋼中の酸素含有量を下げることができる。しかも、Ａｌは鋼での窒素と結合した後、オーステナイト結晶粒子が成長することを阻止する役割を果たすことができる。
さらには、本発明の前記二相ステンレスクラッド鋼板において、被覆層材料はＡＳＴＭ Ａ２４０に記載のＳ３１８０３成分範囲を用いる。
本発明が提供した耐腐食船用クラッド鋼板は、以下の性能を有する。
クラッド鋼板のステンレスと炭素鋼との間に良好な冶金結合を形成している。界面のせん断強さが３００ＭＰａ以上に達し、接着強度が３２０ＭＰａ以上に達し、クラッド鋼板の降伏強度が４５０ＭＰａ以上であり、引張強度が６００ＭＰａよりも高い。
炭素鋼成分の設計により、クラッド鋼板でのベース層炭素鋼の衝撃靭性は－４０℃以下の温度でも依然として１２０Ｊ以上に保持することができる。
本発明が提供した耐腐食船用クラッド鋼板の製造方法は、次の通りである。
真空クラッドスラブの加熱温度を１０５０～１１９０℃に制御する。本発明の技術案では、加熱温度の選択は二相ステンレスと炭素鋼の物理特性を総合的に考慮しており、一方では、炭素鋼と二相ステンレスの存在し得る偏析合金元素がよりよい均一な分布を有することを保証する必要があり、他方では、二相ステンレスの高温段階の相の分布及び相の割合のバランス制御も保証する必要がある。
クラッドスラブの圧延：圧延開始温度は１０４０～１１７０℃、圧延終了温度は８５０～１０２０℃とする。圧延工程において、材料の塑性変形を保証するように、クラッド材料界面の金属原子は十分な圧縮圧力を受け、原子が拡散によって相互浸透を形成することで、界面に原子間の結合及び十分な変形を達成させることができ、界面に数回再結晶させる。好ましくは、再結晶又は相変を行うための十分な変形エネルギー貯蔵を提供するように、1パス当たりの圧下率を１０～２５％に制御する。
圧延後に圧縮空気又は水冷方式で重ね合わせたクラッド鋼板を直接冷却し、冷却開始温度を８３０～１０００℃、冷却速度を５℃／ｓ～４０℃／ｓ、冷却終了温度を２５０～７５０℃に制御する。
プラズマを用いて圧延後の重ね合わせたクラッド鋼板の首尾とエッジ部を切断することで、重ね合わせたクラッド鋼板を上下対称の２セットの完成品クラッド鋼板に分離させる。
その中、重ね合わせたクラッド鋼板の首尾とはクラッド鋼板の長さ方向の両端を指し、エッジ部とは重ね合わせたクラッド鋼板の幅方向の両辺部分を指す。
強度ランクへの要求が高いクラッド鋼板について、ユーザーの納品状態への要求に応じて、低い冷却終了温度（≦３００℃）のクラッドスラブを用いて、焼戻し熱処理を適切に合わせて用いることもでき、焼戻し温度は５００～６００℃を選んで用いることができ、ベース層材料の急速な冷却で生じた応力を釈放させ、より良い塑性と靭性を得るとともに、該温度での短時間の処理により、被覆層のステンレスの耐食性に影響をほとんど及ぼさないことを保証できる。焼戻し後、空冷処理を行う。
本発明の前記耐腐食船用クラッド鋼板中の炭素鋼の級別はＥＨ４０であり、相応に、より低いＤＨ、ＡＨなどの級別及びＥＨ３６、ＥＨ３２などの級別のクラッド鋼板性能も要求を満足することができる。本発明の技術案により圧延されたクラッド鋼板は良好な結合能力を有し、せん断強さが３００ＭＰａ以上、接着強度が３２０ＭＰａ以上に達することができる。
クラッド鋼板におけるステンレス被覆層の降伏強度は５００ＭＰａ以上に達することができ、引張強度は７００ＭＰａよりも高い。相応な炭素鋼ベース層は、その降伏強度４２０ＭＰａ以上に達することができ、引張強度は５３０ＭＰａよりも高い。クラッド鋼板の延び率は２２％よりも高く、そのベース層衝撃は－４０℃以下の温度でも依然として１２０Ｊ以上に保持することができる
本発明の製造方法で提供されたクラッド鋼板中の二相ステンレス被覆層の相の割合を４０～６０％の間に制御することができる。図２に示すように、カールツァイス光学顕微鏡Ａｘｉｏ Ｉｍａｇｅｒ．Ｍ２ｍを用いて２０倍の対物レンズで撮影した。図における界面がきれいに連続しており、二相ステンレス組織の相の割合が均衡であり、σ相が存在せず、良好な二相ステンレス被覆層と炭素鋼ベース層の割合が形成されていると共に、該クラッド鋼板中の二相ステンレス被覆層材料は優れた耐食性能を有する。ＡＳＴＭ Ａ９２３Ｃ法によって測定されたステンレス被覆層の腐食率は０．００ｍｄｄであり、ＡＳＴＭ Ａ２６２Ｅ法によって行った粒界腐食試験の結果から腐食を発見しなかった。
従来技術に比べて、本発明の有益な効果は次の通りである。
従来の単一の真空系の方式に比べて、本発明の真空系は二重真空系を用い、即ち、炭素鋼と二相ステンレスを封止溶接し、第一の真空系を形成し、真空度を０．００１Ｐａ以下に制御し、上下２つの独立した炭素鋼と二相ステンレスで形成された真空スラブを形成し、第一の真空障壁を形成し、二相ステンレス面と二相ステンレス面を対向に積んで、厚さ方向で対称に積んで、二相ステンレスと二相ステンレス面との間に隔離するための分離剤を塗り、重ね合わせた後、四周を封止溶接してから、真空引き処理を行い、真空度を０．０１Ｐａ以下に制御し、四層構造のクラッドスラブ全体が第二の真空障壁を形成する。従来の技術に比べて、本発明は、以下の優れた点を有する。
１．２つの真空障壁による圧延方法を用いることで、より高い真空度を効果的に向上させて維持することができ、保存中の真空破壊のリスクを効果的に低減することができる。試験の結果から見れば、二重真空系の方式で生産したクラッド鋼板は、その結合強度がより高くより安定しており、そのせん断強さの平均値が５０ＭＰａを高めることができる。
２．従来の単一の真空系によるスラブ組立方法では、一旦スラブ組立又は圧延の工程において真空破壊が発生すると、クラッドスラブ全体が失効してしまう。本発明では２つの真空障壁による圧延方法を用いることで、たとえスラブ組立工程又は圧延工程において、その中のいずれかの真空障壁には真空破壊が発生したとしても、もう１つの真空障壁は相変わらず良好な真空系を保持可能であり、クラッドスラブを圧延する歩留まりを効果的に引き上げることができる。クラッドスラブを圧延する高い成功率は、合金含有量が高く、高価な耐腐食合金クラッド鋼板の生産にとって、生産性能の安定性を確保して、良好な経済的利益と利益を得ることができる。
図１は本発明の実施例の耐腐食船用クラッド鋼板のクラッドスラブの構造断面図である。 図２は本発明の実施例の耐腐食船用クラッド鋼板の炭素鋼層と二相ステンレス層の結合箇所における金属組織の写真である。
以下、図面と具体的な実施例を合わせて本発明の前記船用二相ステンレスクラッド鋼板及びその製造方法についてさらに解釈と説明をする。しかしながら、該解釈と説明は本発明の技術案に対して適切でない限定を構成しない。
図１を参照し、本発明の耐食船用クラッド鋼板のクラッドスラブは、四層構造であり、その中、中間の二層（被覆層）１、２が二相ステンレスであり、上下二層（ベース層）３、４が炭素鋼であり、５が分離剤であり、６が封止溶接の継ぎ目である。
実施例１
ベース層炭素鋼は、ＥＨ４０を用い、その化学成分（ｗｔ％）が、Ｃ：０．０９、Ｓｉ：０．２５、Ｍｎ：１．３０、Ｐ：０．０１１、Ｓ：０．００２、Ｃｒ：０．１３、Ｎｉ：０．２０、Ｎｂ：０．０２５、Ｔｉ：０．０１であり、二相ステンレスの成分（ｗｔ％）が、Ｃ：０．０２、Ｓｉ：０．２５、Ｍｎ：１．２５、Ｃｒ：２２．５３、Ｎｉ：５．４５、Ｍｏ：３．０８、Ｎ：０．１６である。
図１に示されるような四層対称分離法によってスラブを組み立てると、上から下へと順に炭素鋼スラブ、二相ステンレス鋼スラブ、二相ステンレス鋼スラブ及び炭素鋼スラブが設けられ、その中、上層炭素鋼スラブとそれに対応する二相ステンレス鋼スラブを真空シールし、下層炭素鋼とそれに対応する二相ステンレス鋼スラブを真空シールすることで、２セットの互いに独立した第一の真空系を形成する。第二の真空系は図１に示すような１層目と６層目（即ち本実施例の炭素鋼スラブ及び炭素鋼スラブ）との間に真空シールを行う。共同で二重真空系のクラッドスラブを構成する。２セットの真空スラブの二相ステンレスと二相ステンレス面との間に分離剤が充填され、その後、真空引きしたクラッドスラブを加熱圧延することで、完成品のクラッド鋼板に切断する。
クラッド圧延：加熱温度は１１９０℃、圧延開始温度は１１７０℃、圧延終了温度は８５０℃である。圧延後に水冷方式でクラッドスラブを直接冷却し、冷却開始温度が８３０℃、冷却速度が４０℃／ｓ、冷却終了温度が４２０℃であり、その後、空気下で自然に室温まで冷却した。圧延後、圧延分離切断した後のクラッド鋼板の厚さは（４＋２０）ｍｍであり、即ち被覆層の二相ステンレスの厚さは４ｍｍ、ベース層の炭素鋼の厚さは２０ｍｍである。
クラッド鋼板の力学性能は表１に示される。表１におけるＲｐ０．２は全厚のクラッド鋼板の降伏強度、Ｒｍはクラッド鋼板の引張強度値、Ａはクラッド鋼板を引っ張る延び率であり、クラッド鋼板の被覆層とベース層材料の総合的な力学性能を反映している。炭素鋼には明らかな低温感受性が存在するため、一般的には、ベース層炭素鋼に対して低温衝撃試験を行う。表１に示すように、該クラッド鋼板の衝撃性能が良好である。せん断強さは被覆層とベース層材料との結合レベルを評価する力学指標である。３組のデータのせん断強さ値はいずれも３００ＭＰａよりも高い。３組のデータの接着強度値が３２０ＭＰａよりも高い。
Figure 0007321273000001
クラッド鋼板の被覆層の耐食性能はＡＳＴＭ Ａ９２３Ｃ法によって、被覆層材料を長さ５０ｍｍ×幅２５ｍｍの試料に加工し、表面をクリーニングしてから、寸法を測定し、重さを計測した後、２５℃の６％のＦｅＣl３溶液に入れて２４時間浸して腐食試験を行い、取り出して洗浄して乾かした後に重さを計測し、その腐食による重量損失は腐食率が１０ｍｄｄ未満の腐食要求を満たす必要がある。そして、ＡＳＴＭ Ａ２６２Ｅ法によって粒界腐食試験を行い、被覆層材料を取って２つの長さ８０ｍｍ×幅２０ｍｍの試料に加工し、表面をサンドペーパーで磨き上げた後に６７５℃で１時間増感処理を行い、煮沸した硫酸－硫酸銅溶液に１５時間浸し、取り出した後１８０度の曲げ試験を行った。その測定結果は表２に示される。
Figure 0007321273000002
実施例２
ベース層炭素鋼はＥＨ３６を用い、その化学成分（ｗｔ％）は、Ｃ：０．０３８、Ｓｉ：０．２４、Ｍｎ：０．９１、Ｐ：０．０１４、Ｓ：０．００２、Ｎｂ：０．０２５、Ｔｉ：０．０１であり、二相ステンレスの成分（ｗｔ％）が、Ｃ：０．０１５、Ｓｉ：０．２５、Ｍｎ：１．２５、Ｃｒ：２１．０３、Ｎｉ：４．５２、Ｍｏ：２．５５、Ｎ：０．０８である。
本実施例は上記成分系に基づいて実施例１と同一の四層対称分離方法にってスラブを組み立てる。
クラッド圧延：加熱温度は１０５０℃、圧延開始温度は１０４０℃、圧延終了温度は８５０℃である。圧延後に水冷方式でクラッドスラブを直接冷却し、冷却開始温度が８３０℃、冷却速度が２０℃／ｓ、冷却終了温度が４８０℃であり、その後、空気下で自然に室温まで冷却した。圧延後、圧延分離切断した後のクラッド鋼板の厚さは（３＋１０）ｍｍであり、即ち被覆層の二相ステンレスの厚さは３ｍｍ、ベース層の炭素鋼の厚さは１０ｍｍである。
クラッド鋼板の力学性能は表３に示される。表３におけるＲｐ０．２は全厚のクラッド鋼板の降伏強度、Ｒｍはクラッド鋼板の引張強度値、Ａはクラッド鋼板を引っ張る延び率であり、クラッド鋼板の被覆層とベース層材料の総合的な力学性能を反映している。炭素鋼には明らかな低温感受性が存在するため、一般的には、ベース層炭素鋼に対して低温衝撃試験を行う。表３に示すように、該クラッド鋼板の衝撃性能が良好である。せん断強さは被覆層とベース層材料との結合レベルを評価する力学指標である。３組のデータのせん断強さ値はいずれも３００ＭＰａよりも高い。３組のデータの接着強度値はいずれも３２０ＭＰａよりも高い。
Figure 0007321273000003
クラッド鋼板の被覆層の耐食性能はＡＳＴＭ Ａ９２３Ｃ法によって、被覆層材料を長さ５０ｍｍ×幅２５ｍｍの試料に加工し、表面をクリーニングしてから、寸法を測定し、重さを計測した後、２５℃の６％のＦｅＣl３溶液に入れて２４時間浸して腐食試験を行い、取り出して洗浄して乾かした後に重さを計測し、その腐食による重量損失は腐食率が１０ｍｄｄ未満の腐食要求を満たす必要がある。そして、ＡＳＴＭ Ａ２６２Ｅ法によって粒界腐食試験を行い、被覆層材料を取って２つの長さ８０ｍｍ×幅２０ｍｍの試料に加工し、表面をサンドペーパーで磨き上げた後に６７５℃で１時間増感処理を行い、煮沸した硫酸－硫酸銅溶液に１５時間浸し、取り出した後１８０度の曲げ試験を行った。その測定結果は表４に示される。
Figure 0007321273000004
実施例３
ベース層炭素鋼はＥＨ３６を用い、その化学成分（ｗｔ％）がＣ：０．１３、Ｓｉ：０．２６、Ｍｎ：１．５９、Ｐ：０．０１５、Ｓ：０．００２、Ｎｂ：０．０２、Ｔｉ：０．０１であり、二相ステンレスの成分（ｗｔ％）が、Ｃ：０．０３、Ｓｉ：０．２５、Ｍｎ：１．７５、Ｃｒ：２２．９５、Ｎｉ：６．４７、Ｍｏ：３．５０、Ｎ：０．２０である。
本実施例は上記成分系に基づいて実施例１と同一の四層対称分離方法によってスラブを組み立てる。
クラッド圧延：加熱温度は１１６０℃、圧延開始温度は１１３０℃、圧延終了温度は１０００℃である。圧延後に水冷方式でクラッドスラブを直接冷却し、冷却開始温度は９８０℃、冷却速度は５℃／ｓ、冷却終了温度は７５０℃であり、その後、空気下で自然に室温まで冷却した。圧延分離切断した後のクラッド鋼板の厚さは（２＋８）ｍｍであり、即ち被覆層の二相ステンレスの厚さは２ｍｍ、ベース層の炭素鋼の厚さは８ｍｍである。
クラッド鋼板の力学性能は表５に示される。表５におけるＲｐ０．２は全厚のクラッド鋼板の降伏強度、Ｒｍはクラッド鋼板の引張強度値であり、Ａはクラッド鋼板試料の延び率であり、クラッド鋼板の被覆層とベース層材料の総合的な力学性能を反映している。炭素鋼には明らかな低温感受性が存在するため、一般的には、ベース層炭素鋼に対して低温衝撃試験を行う。表５に示すように、該クラッド鋼板の衝撃性能が良好である。せん断強さは被覆層とベース層材料との結合レベルを評価する力学指標である。３組のデータのせん断強さ値はいずれも３００ＭＰａよりも高い。３組のデータの接着強度値が３２０ＭＰａよりも高い。
Figure 0007321273000005
クラッド鋼板の被覆層の耐食性能はＡＳＴＭ Ａ９２３Ｃ法によって、被覆層材料を長さ５０ｍｍ×幅２５ｍｍの試料に加工し、表面をクリーニングしてから、寸法を測定し、重さを計測した後、２５℃の６％のＦｅＣl３溶液に入れて２４時間浸して腐食試験を行い、取り出して洗浄して乾かした後に重さを計測し、その腐食による重量損失は腐食率が１０ｍｄｄ未満の腐食要求を満たす必要がある。そして、ＡＳＴＭ Ａ２６２Ｅ法によって粒界腐食試験を行い、被覆層材料を取って２つの長さ８０ｍｍ×幅２０ｍｍの試料に加工し、表面をサンドペーパーで磨き上げた後に６７５℃で１時間増感処理を行い、煮沸した硫酸－硫酸銅溶液に１５時間浸し、取り出した後１８０度の曲げ試験を行った。その測定結果は表６に示される。
Figure 0007321273000006
実施例４
ベース層炭素鋼はＥＨ４０を用い、その化学成分（ｗｔ％）は、Ｃ：０．０７、Ｓｉ：０．２５、Ｍｎ：１．５０、Ｐ：０．０１３、Ｓ：０．００２、Ｃｒ：０．１０、Ｎｉ：０．１０、Ｎｂ：０．０３、Ｔｉ：０．０１であり、二相ステンレスの成分（ｗｔ％）、Ｃ：０．０２、Ｓｉ：０．２５、Ｍｎ：１．２０、Ｃｒ：２２．７２、Ｎｉ：５．４１、Ｍｏ：３．１３、Ｎ：０．１６である。
本実施例は上記成分系に基づいて実施例１と同一の四層対称分離方法によってスラブを組み立てる。
クラッド圧延：加熱温度は１１８０℃、圧延開始温度は１１５０℃、圧延終了温度は１０２０℃である。圧延後に水冷方式でクラッドスラブを直接冷却し、冷却開始温度は１０００℃、冷却速度は４０℃／ｓ、冷却終了温度は２５０℃であり、その後、空気下で自然に室温まで冷却してから、焼戻し処理を行った。焼戻し温度が５５０℃、焼戻し時間が１時間で、その後、出炉して室温まで空冷した。圧延分離切断した後のクラッド鋼板の厚さは（３＋１２）ｍｍであり、即ち被覆層の二相ステンレスの厚さは３ｍｍ、ベース層の炭素鋼の厚さは１２ｍｍである。
クラッド鋼板の力学性能は表７に示される。表７におけるＲｐ０．２は全厚のクラッド鋼板の降伏強度、Ｒｍはクラッド鋼板の引張強度値、Ａはクラッド鋼板試料の延び率であり、クラッド鋼板の被覆層とベース層材料の総合的な力学性能を反映している。炭素鋼には明らかな低温感受性が存在するため、一般的には、ベース層炭素鋼に対して低温衝撃試験を行う。表７に示されるように、該クラッド鋼板の衝撃性能が良好である。せん断強さは被覆層とベース層材料との結合レベルを評価する力学指標である。３組のデータのせん断強さ値はいずれも３００ＭＰａよりも高い。３組のデータの接着強度値はいずれも３２０ＭＰａよりも高い。
Figure 0007321273000007
クラッド鋼板の被覆層の耐食性能はＡＳＴＭ Ａ９２３Ｃ法によって、被覆層材料を長さ５０ｍｍ×幅２５ｍｍの試料に加工し、表面をクリーニングした後、寸法を測定し、重さを計測した後、２５℃の６％のＦｅＣl３溶液に入れて２４時間浸して腐食試験を行い、取り出して洗浄して乾かした後に重さを計測し、その腐食による重量損失は腐食率が１０ｍｄｄ未満の腐食要求を満たす必要がある。そして、ＡＳＴＭ Ａ２６２Ｅ法によって粒界腐食試験を行い、被覆層材料を取って２つの長さ８０ｍｍ×幅２０ｍｍの試料に加工し、表面をサンドペーパーで磨き上げた後に６７５℃で１時間増感処理を行い、煮沸した硫酸－硫酸銅溶液に１５時間浸し、取り出した後１８０度の曲げ試験を行った。その測定結果は表８に示される。
Figure 0007321273000008
比較例
実施例２と同一の炭素鋼とステンレス材料を用いて比較試験を行った。
ベース層炭素鋼はＥＨ３６を用い、その化学成分（ｗｔ％）が、Ｃ：０．０３８、Ｓｉ：０．２４、Ｍｎ：０．９１、Ｐ：０．０１４、Ｓ：０．００２、Ｎｂ：０．０２５、Ｔｉ：０．０１であり、二相ステンレスの成分（ｗｔ％）が、Ｃ：０．０１５、Ｓｉ：０．２５、Ｍｎ：１．２５、Ｃｒ：２１．０３、Ｎｉ：４．５２、Ｍｏ：２．５５、Ｎ：０．０８である。
本比較例は上記成分系に基づいて普通の四層対称分離方法によってスラブを組み立て、即ち、単一の真空系を用いる。上から下へと順に炭素鋼スラブ、二相ステンレス鋼スラブ、二相ステンレス鋼スラブ及び炭素鋼スラブが設けられ、二相ステンレスと二相ステンレス面との間に分離剤が塗布されている。その後、四層のスラブを一度に１つの単独の真空系に封止溶接する。該方法のスラブ組立効率がより高いが、溶接の継ぎ目により１つの真空系しか保証できない。
比較を行うために、本比較例の圧延工程と実施例２との一致を保持する。クラッド圧延：加熱温度は１０５０℃、圧延開始温度は１０４０℃、圧延終了温度は８５０℃である。圧延後に水冷方式でクラッドスラブを直接冷却し、冷却開始温度は８３０℃、冷却速度は２０℃／ｓ、冷却終了温度は４８０℃であり、その後、空気下で自然に室温まで冷却した。圧延して切断された後のクラッド鋼板の厚さは（３＋１０）ｍｍ、即ち被覆層二相ステンレスの厚さは３ｍｍ、ベース層炭素鋼の厚さは１０ｍｍである。
クラッド鋼板の力学性能は表９に示される。表９におけるＲｐ０．２は全厚のクラッド鋼板の降伏強度、Ｒｍはクラッド鋼板の引張強度値、Ａはクラッド鋼板試料の延び率であり、クラッド鋼板の被覆層とベース層材料の総合的な力学性能を反映している。炭素鋼には明らかな低温感受性が存在するため、一般的には、ベース層炭素鋼に対して低温衝撃試験を行う。表９に示すように、比較例のクラッド鋼板の衝撃性能が良好であり、実施例２に近い。比較すると、比較例のクラッド鋼板の結合性能を表すせん断強さと接着強度が実施例２よりも低く、且つせん断強さのばらつきが比較的大きい。実施例２と同一のプロセスを用いたため、比較例のステンレスが表１０に示されるように、同様に良好な耐食性を有する。
Figure 0007321273000009
Figure 0007321273000010
Figure 0007321273000011
表１１は通常のクラッドスラブ組立プロセスと本願のクラッドスラブ組立プロセスによる組立圧延状況の比較を示しており、二相ステンレス等の比較的高価な耐腐食合金クラッド鋼板に対して２つの真空障壁による圧延方法を用い、試験組立スラブ数は９セット、圧延成功数は９セット、その圧延成功率が１００％に達した。組立圧延成功率から見ると、本発明が提供したクラッドスラブ組立プロセスを用いた場合は、通常のクラッド圧延スラブ組立プロセスの場合よりも、圧延成功率が著しく向上されたことが分かる。その中、通常のクラッドスラブ組立プロセスは単一真空系を１度に全体的に封止溶接するスラブ組立方式であり、該スラブ組立プロセスは真空制御プロセスに対する要求が高く、圧延失敗の状況が現れ易く、歩留まりが低い。本発明のスラブ組立方式は四層対称分離方法によるスラブ組立、即ち二重真空系であり、圧延の信頼性が大幅に向上される。表１１中の本発明の実施例と比較例のスラブ組立圧延の状況を比較することで、本発明のスラブ組立方式で提供されたクラッド鋼板の結合性能がより高く、より安定している。

Claims (6)

  1. 耐腐食船用クラッド鋼板において、一層が二相ステンレスであり、もう一層が船舶用炭素鋼である２層構造であり、
    前記二相ステンレスの成分の重量百分率は、Ｃ≦０．０３％、Ｍｎ≦２．００％、Ｓｉ≦１．００％、Ｃｒ：２１．０～２３．０％、Ｎｉ：４．５～６．５％、Ｍｏ：２．５～３．５％、Ｎ：０．０８～０．２０％、Ｐ≦０．０２％、Ｓ≦０．０２５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
    前記船舶用炭素鋼の成分の重量百分率は、０．０３≦Ｃ≦０．１３％、Ｓｉ≦０．５０％、Ｍｎ：０．９０～１．６０％、Ｐ≦０．０２０％、Ｓ≦０．０２５％、Ｃｕ≦０．０３５％、Ｃｒ≦０．２０％、Ｎｉ≦０．４０％、Ｎｂ：０．０２～０．０５％、Ｔｉ≦０．０２％、Ｍｏ≦０．０８％、Ａｌ≧０．０１５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
    前記クラッド鋼板の二相ステンレスと船舶用炭素鋼との間の界面のせん断強さが４１７ＭＰａ以上に達し、接着強度が４２５ＭＰａ以上に達することを特徴とする耐腐食船用クラッド鋼板。
  2. 前記クラッド鋼板の降伏強度が４５０ＭＰａ以上であり、引張強度が６００ＭＰａよりも高いことを特徴とする請求項１に記載の耐腐食船用クラッド鋼板。
  3. 前記クラッド鋼板中の船舶用炭素鋼は－４０℃以下の温度で衝撃靭性が１２０Ｊ以上に達することができることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐腐食船用クラッド鋼板。
  4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の耐腐食船用クラッド鋼板の製造方法において、
    ステップ１）、クラッド鋼板の被覆層とベース層の厚さ比率の要求に基づいて組立スラブ素材の二相ステンレスと炭素鋼の厚さの選択を行い、炭素鋼には連鋳スラブが用いられ、要求される寸法まで加熱分塊され、前記二相ステンレスと複合する必要のある炭素鋼の表面を、金属表面が完全に露出するまでクリーニングし、二相ステンレス表面の酸化皮膜と汚染物を綺麗にクリーニングするステップと、
    ステップ２）、クリーニングした後の炭素鋼面とクリーニングした後の二相ステンレス面を直接重ね合わせ、その後、真空封止溶接を行い、真空度を０．００１Ｐａ以下に制御し、第一の真空制御として、上下２つの独立した炭素鋼と二相ステンレスで形成された真空スラブを形成し、第一の真空障壁を形成し、その後、二相ステンレス面と二相ステンレス面を対向に積んで、厚さ方向で対称に積んで、二相ステンレスと二相ステンレス面との間に隔離するための分離剤を塗り、重ね合わせた後、四周を封止溶接してから、真空引き処理を行い、真空度を０．０１Ｐａ以下に制御し、第二の真空障壁を形成して、四層構造のクラッドスラブを形成するステップと、
    ステップ３）、クラッドスラブを加熱し、加熱温度を１０５０～１１９０℃に制御するステップと、
    ステップ４）、クラッドスラブを圧延し、圧延開始温度：１０４０～１１７０℃、圧延終了温度：８５０～１０２０℃であるステップと、
    ステップ５）、圧延後に圧縮空気又は水冷方式で重ね合わせたクラッド鋼板を直接冷却し、冷却開始温度を８３０～１０００℃、冷却速度を５℃／ｓ～４０℃／ｓ、冷却終了温度を２５０～７５０℃に制御するステップと、
    ステップ６）、プラズマを用いて圧延後の重ね合わせたクラッド鋼板の首尾とエッジ部を切断し、重ね合わせたクラッド鋼板を上下対称の２セットの完成品のクラッド鋼板に分離させるステップと、を含むことを特徴とする。
  5. 焼戻し熱処理を用い、焼戻し温度が５００～６００℃で、焼戻した後、空冷処理を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の耐腐食船用クラッド鋼板の製造方法。
  6. ステップ４）では、１パス当たりの圧下率を１０～２５％に制御することを特徴とする請求項４に記載の耐腐食船用クラッド鋼板の製造方法。
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