JP7357761B2 - Clad steel plate and its manufacturing method and welded structure - Google Patents

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Description

本発明は、接合面の耐水素脆化性に優れたクラッド鋼板とその製造方法および、前記クラッド鋼板を用い水素を含むガスを使用する溶接またはガウジングを含む製造工程で製造した溶接構造物に関する。 The present invention relates to a clad steel plate with excellent hydrogen embrittlement resistance on joint surfaces, a method for manufacturing the same, and a welded structure manufactured using the clad steel plate through a manufacturing process including welding or gouging using a hydrogen-containing gas.

ステンレス鋼やNi基合金は耐食性に優れることから厳しい腐食環境において適した素材である。上述の腐食環境として、油井環境、海水や汽水に曝されるような高塩化物環境、各種酸溶液に曝されるプラント設備やケミカルタンカー等が例示される。そしてこのような腐食環境において、ステンレス鋼やNi基合金は海水淡水化プラント、排煙脱硫装置、化学薬品の保存タンク、油井管等の構造部材ポンプ・バルブ類、熱交換器などに使用されている。 Stainless steel and Ni-based alloys have excellent corrosion resistance, so they are suitable materials in severe corrosive environments. Examples of the above-mentioned corrosive environments include oil well environments, high chloride environments such as those exposed to seawater and brackish water, plant equipment and chemical tankers exposed to various acid solutions, and the like. In such a corrosive environment, stainless steel and Ni-based alloys are used in seawater desalination plants, flue gas desulfurization equipment, chemical storage tanks, structural components such as oil country pipes, pumps and valves, and heat exchangers. There is.

一方でステンレス鋼やNi基合金は耐食性を確保するためCr、Ni、Moなどの合金元素が多く含有されており、炭素鋼や低合金鋼と比較すると材料コストはもちろん、加工や溶接などのコストも高い。また合金元素の高騰などによって価格が大きく変動することも考えられる。そのため、主にコストの面からその使用が制限される場合がある。 On the other hand, stainless steel and Ni-based alloys contain large amounts of alloying elements such as Cr, Ni, and Mo to ensure corrosion resistance, and compared to carbon steel and low alloy steel, they have lower material costs as well as processing and welding costs. It's also expensive. It is also conceivable that the price will fluctuate significantly due to a rise in the price of alloying elements. Therefore, its use may be limited mainly due to cost.

上述のようにコストの面を考慮した場合、加工や溶接などの観点からはクラッド鋼板を材料として使用することが有効である。クラッド鋼板とは、異なる二種類以上の金属を貼り合せた材料をいう。また、貼り合わせを行わない鋼板を以下、「ソリッド鋼板」と称する。クラッド鋼板は、高合金鋼のみからなるソリッド鋼板と比較し、高合金鋼を使用する量を低減することができ、材料コストを低減することができるとともに、異材溶接が少なくできるため溶接時の溶材コストなども低下することができる。 As mentioned above, when considering cost, it is effective to use a clad steel plate as a material from the viewpoint of processing, welding, etc. Clad steel plate is a material made by bonding two or more different metals. Further, a steel plate that is not bonded together will be referred to as a "solid steel plate" hereinafter. Compared to solid steel plates made only of high-alloy steel, clad steel plates can reduce the amount of high-alloy steel used, lowering material costs, and reducing dissimilar metal welding, which reduces the amount of weld metal used during welding. Costs can also be reduced.

また、二種類の金属を貼り合わせたクラッド鋼板において、一方の金属を「母材」と記載し、母材に貼り合せた他方の金属(素材)を「合せ材」と記載する。優れた特性を有する材料(合せ材)を母材に貼り合せることで、合せ材と母材とがそれぞれ有する優れた特性を双方とも得ることができる。 In addition, in a clad steel plate in which two types of metals are bonded together, one metal is described as a "base material" and the other metal (material) bonded to the base material is described as a "laminated material". By laminating a material (laminated material) with excellent properties to a base material, it is possible to obtain the excellent properties of both the laminate material and the base material.

例えば、合せ材に、その使用環境で要求される特性を有する高合金鋼を用い、母材にその使用環境で要求される靭性および強度を有する炭素鋼または低合金鋼を用いた場合が考えられる。このような場合、上述のようにコストを低減することができるだけでなく、ソリッド鋼板と同等の特性と、炭素鋼および低合金鋼と同等の強度および靭性とを確保できる。このため、経済性と機能性とが両立できる。 For example, a case can be considered in which the laminate is made of high-alloy steel that has the properties required in the environment in which it will be used, and the base material is made of carbon steel or low-alloy steel that has the toughness and strength required in the environment in which it is used. . In such a case, it is possible not only to reduce costs as described above, but also to ensure properties equivalent to solid steel plates and strength and toughness equivalent to carbon steel and low alloy steel. Therefore, both economy and functionality can be achieved.

以上のような経緯から、ステンレス鋼やNi基合金を用いたクラッド鋼板のニーズは、近年各種産業分野で益々高まっている。しかしながら、クラッド鋼板を利用する際には、合せ材と母材との接合部での剥離を防止することが重要である。使用中に合せ材と母材とが剥離すると、所望する耐食性等の特性、および強度が得られない場合がある。また、例えば、構造物の穴あき、倒壊などの危険が生じることも考えられる。 Due to the above-mentioned circumstances, the need for clad steel sheets using stainless steel or Ni-based alloys has been increasing in various industrial fields in recent years. However, when using a clad steel plate, it is important to prevent peeling at the joint between the cladding material and the base material. If the laminate and base material separate during use, desired properties such as corrosion resistance and strength may not be obtained. Furthermore, it is also possible that there may be a risk of the structure being punctured or collapsing.

ステンレス鋼やNi基合金を合せ材とするクラッド鋼板では圧延時の加熱中に、CrやNiが合せ材から母材側へ、Cが母材から合せ材側へ拡散することによって、母材と合せ材の界面(以下単に「界面」という。)に元素の拡散層が生じる。拡散層中は各元素の濃度が徐々に変化するが、元素濃度によってはマルテンサイト変態が開始する温度が高く、マルテンサイト変態が生じる臨界冷却速度が遅い領域で、圧延後の冷却中にマルテンサイト変態が生じる場合がある。 In clad steel sheets made of stainless steel or Ni-based alloys, during heating during rolling, Cr and Ni diffuse from the laminate to the base metal, and C diffuses from the base metal to the laminate, causing the bond to bond with the base metal. An elemental diffusion layer is generated at the interface of the laminated material (hereinafter simply referred to as "interface"). In the diffusion layer, the concentration of each element changes gradually, but depending on the element concentration, the temperature at which martensitic transformation starts is high, and the critical cooling rate at which martensitic transformation occurs is slow. Metamorphosis may occur.

クラッド鋼板の通常の使用形態では界面のマルテンサイトは界面剥離に影響を与えないが、例えば溶接ガスに水素を用いて溶接した場合にはマルテンサイトに水素が入るとともに、構造上の応力や溶接時の変形、溶接部近傍での母材の変態などによって界面に応力が生じ、その複合作用によって水素脆化が生じる可能性が想定される。 In the normal usage of clad steel plates, martensite at the interface does not affect interfacial delamination, but when welding is performed using hydrogen as the welding gas, for example, hydrogen enters the martensite and causes stress due to the structure and during welding. It is assumed that stress is generated at the interface due to deformation of the weld, transformation of the base material near the weld, etc., and the combined effect of these causes hydrogen embrittlement.

特許文献1には二相ステンレスクラッド鋼板について界面の炭素拡散層の厚みを制御することで界面近傍の鋭敏化を抑制する技術が開示されている。しかしながら、界面でのマルテンサイト相に関する記載はない。 Patent Document 1 discloses a technique for suppressing sensitization near the interface of a duplex stainless clad steel plate by controlling the thickness of the carbon diffusion layer at the interface. However, there is no description regarding the martensitic phase at the interface.

特許文献2にはオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板について、圧延後の焼戻しの温度・時間を規定することで界面のマルテンサイトの遅れ破壊を防止する技術が開示されている。しかしながら、この技術は製造時の遅れ破壊の防止であり、溶接構造物についての防止技術の開示はない。 Patent Document 2 discloses a technique for preventing delayed fracture of martensite at the interface by regulating the temperature and time of tempering after rolling with respect to an austenitic stainless clad steel plate. However, this technique is for preventing delayed fracture during manufacturing, and there is no disclosure of a prevention technique for welded structures.

また、非特許文献1ではSUS316Lおよびインコネル625のクラッドについて、界面のマルテンサイトの水素脆化感受性を評価している。 Furthermore, Non-Patent Document 1 evaluates the hydrogen embrittlement susceptibility of martensite at the interface for SUS316L and Inconel 625 cladding.

特開2013-209688号公報JP2013-209688A 特開平6-7803号公報Japanese Patent Application Publication No. 6-7803

櫛田ら,鉄と鋼,Vol.75(1989),p1508Kushida et al., Tetsu to Hagane, Vol. 75 (1989), p1508

本発明者は、鋭意検討の結果、解決すべき以下の課題を知見した。
特許文献2には、界面のマルテンサイトの遅れ破壊を防止する技術の開示がある。しかし焼戻し工程が増えることはコスト増加につながるため、実用上焼戻しなしでの界面のマルテンサイトの耐水素脆化性を向上させる技術が求められるが、その解決手段については開示も示唆もない。
非特許文献1には、界面のマルテンサイトの水素脆化感受性の評価方法についての記載はある。しかし、実際のクラッド鋼においては、加熱温度と圧下比に応じて拡散層の幅が異なると推定されるが、拡散層の幅と水素脆化感受性の関係についての記載も示唆もない。
本発明者は、マルテンサイトはその硬度が高いほど水素脆化感受性が高くなること、さらに、拡散層中のマルテンサイト幅が大きいほど微小な水素脆化が大きな界面剥離につながる危険性が高くなることを認識した。さらに本発明者は、溶接時の水素脆化によるクラッドの界面剥離を抑制するためには、界面のマルテンサイトの硬度と幅、鋼中の水素濃度およびマルテンサイトに付加される応力を制御することが解決すべき課題であると知見した。
As a result of intensive studies, the inventors of the present invention discovered the following problems to be solved.
Patent Document 2 discloses a technique for preventing delayed fracture of martensite at an interface. However, an increase in the number of tempering steps leads to an increase in cost, so in practice there is a need for a technology to improve the hydrogen embrittlement resistance of martensite at the interface without tempering, but there is no disclosure or suggestion of a solution.
Non-Patent Document 1 describes a method for evaluating the hydrogen embrittlement susceptibility of martensite at an interface. However, in actual clad steel, the width of the diffusion layer is presumed to vary depending on the heating temperature and rolling reduction ratio, but there is no description or suggestion of the relationship between the width of the diffusion layer and the susceptibility to hydrogen embrittlement.
The present inventor found that the higher the hardness of martensite, the higher the susceptibility to hydrogen embrittlement, and furthermore, the larger the width of martensite in the diffusion layer, the greater the risk that small hydrogen embrittlement will lead to large interfacial delamination. I realized that. Furthermore, the inventor found that in order to suppress interfacial peeling of the clad due to hydrogen embrittlement during welding, it is necessary to control the hardness and width of martensite at the interface, the hydrogen concentration in the steel, and the stress applied to martensite. It was found that this is an issue that needs to be solved.

上記記載の課題認識に鑑み、本発明は、接合面の耐水素脆化性が良好な耐水素脆化性に優れたクラッド鋼板およびその製造方法ならびに溶接構造物を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problem recognition, an object of the present invention is to provide a clad steel plate having excellent hydrogen embrittlement resistance with good hydrogen embrittlement resistance of a joint surface, a method for manufacturing the same, and a welded structure.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のクラッド鋼板およびその製造方法ならびに溶接構造物を要旨とする。
[1]母材と、前記母材に接合された合せ材とを備える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、
前記合せ材は、耐食性合金からなり、
クラッド鋼板の母材と合せ材の界面において、ナノ硬さが7GPa以上である領域の板厚方向の幅が5μm以下であることを特徴とするクラッド鋼板。
[2][1]に記載のクラッド鋼板において、前記材が質量%でC:0.020~0.200%、Si:1.00%以下、Mn:0.10~3.00%、P:0.050%以下、S:0.050%以下を含有し、かつCeqが0.20~0.40であり、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有する請求項1に記載のクラッド鋼板。ここで、Ceqは次式(1)により定義される。
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・式(1)
式中、C、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVは、母材の成分組成における各元素の含有量(質量%)である。含有しない元素については0を加入する。
[3]前記母材の成分組成が、さらに前記Feの一部に替えて、質量%で、Ni:0.01~1.00%、Cr:0.01~1.00%、Mo:0.01~0.50%、Cu:0.01~1.00%、Co:0.01~0.50%,Se+Te:0.01~0.10%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.200%、Nb:0.001~0.200%、Al:0.005~0.300%、Ca:0.0003~0.0050%、B:0.0003~0.0030%およびREM:0.0003~0.0100%から選ばれる1種または2種以上を含有する、[2]に記載のクラッド鋼板。
[4]前記クラッド鋼板の合せ材が、質量%でCr:10%以上を含有するステンレス鋼またはニッケル基合金であることを特徴とする、[1]~[3]のいずれか1つに記載のクラッド鋼板。
The present invention has been made to solve the above problems, and its gist includes the following clad steel plate, method for manufacturing the same, and welded structure.
[1] A clad steel plate comprising a base material and a laminate joined to the base material,
The base material is made of carbon steel or low alloy steel,
The cladding material is made of a corrosion-resistant alloy,
A clad steel plate characterized in that the width in the plate thickness direction of a region having nanohardness of 7 GPa or more is 5 μm or less at an interface between a base material and a laminate material of the clad steel plate.
[2] In the clad steel plate according to [1] , the base material is C: 0.020 to 0.200%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10 to 3.00%, The cladding according to claim 1, which contains P: 0.050% or less , S: 0.050% or less, and has a Ceq of 0.20 to 0.40, with the remainder consisting of Fe and impurities. steel plate. Here, Ceq is defined by the following equation (1).
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5...Formula (1)
In the formula, C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, and V are the contents (mass %) of each element in the component composition of the base material . For elements that are not included, add 0.
[3] The component composition of the base material is, in mass%, Ni: 0.01 to 1.00%, Cr: 0.01 to 1.00%, Mo: 0, in place of a part of the Fe. .01-0.50%, Cu: 0.01-1.00%, Co: 0.01-0.50%, Se+Te: 0.01-0.10%, V: 0.001-0.100 %, Ti: 0.001-0.200%, Nb: 0.001-0.200%, Al: 0.005-0.300%, Ca: 0.0003-0.0050%, B: 0. The clad steel plate according to [2], containing one or more selected from 0003 to 0.0030% and REM: 0.0003 to 0.0100%.
[4] According to any one of [1] to [3], wherein the cladding steel plate is stainless steel or a nickel-based alloy containing Cr: 10% or more by mass%. clad steel plate.

[5][1]~[4]のいずれか1項に記載のクラッド鋼板の製造方法において、母材と合せ材を圧着面が真空になるよう積層して圧着面の4周を溶接により密封してクラッド素材とし、前記クラッド素材からなるクラッド圧延素材、又は2以上の前記クラッド素材を組み立てたクラッド圧延素材について加熱炉内の最高加熱温度T(℃)、加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度T-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間t(分)、素材厚/製品厚で計算される圧下比rによって式(2)で計算されるdが1以上9以下である加熱と熱間圧延を行い、圧延後に式(3)で計算されるTA3(℃)~650℃区間の平均冷却速度が2℃/s以上の冷却を行い、母材と合せ材の界面のナノ硬さが7GPa以上である領域の板厚方向の幅を5μm以下とすることを特徴とする、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のクラッド鋼板の製造方法。
d=2.2×10×√(exp(-3.2×10/(T+273))×t)/r ・・・式(2)
A3(℃)=937.2-436.5C+56Si-19.7Mn-26.6Ni+136.3Ti-19.1Nb+198.4Al ・・・式(3)
式中、C、Si、Mn、Ni、Ti、NbおよびAlは、母材の成分組成における各元素の含有量(質量%)である。含有しない元素については0を加入する。
[5] In the method for manufacturing a clad steel plate according to any one of [1] to [4], the base material and the laminate are laminated so that the crimped surface is in a vacuum, and the four circumferences of the crimped surface are sealed by welding. The maximum heating temperature T (°C) in the heating furnace for the clad rolled material made of the clad material, or the clad rolled material assembled from two or more of the clad materials, and the maximum heating temperature in the heating furnace. The time t (minutes) from the time when the heating temperature reaches T-20°C until extraction from the heating furnace, and the rolling reduction ratio r calculated by material thickness/product thickness, d calculated by formula (2) is 1 or more and 9 or less. Perform certain heating and hot rolling, and after rolling, perform cooling at an average cooling rate of 2°C/s or more in the interval from T A3 (°C) to 650°C, calculated by formula (3), to improve the interface between the base material and the laminate. The method for manufacturing a clad steel sheet according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the width in the thickness direction of the region where the nanohardness is 7 GPa or more is 5 μm or less.
d=2.2×10 5 ×√(exp(-3.2×10 4 /(T+273))×t)/r...Formula (2)
T A3 (℃)=937.2-436.5C+56Si-19.7Mn-26.6Ni+136.3Ti-19.1Nb+198.4Al...Formula (3)
In the formula, C, Si, Mn, Ni, Ti, Nb, and Al are the contents (mass %) of each element in the component composition of the base material . For elements that are not included, add 0.

[6][1]~[4]のいずれか1つに記載のクラッド鋼板を用いてなる溶接構造物。
[7]前記クラッド鋼板が、溶接ガスに水素を用いた溶接に使用されることを特徴とする、[1]~[4]のいずれか1つに記載のクラッド鋼板。
[6] A welded structure using the clad steel plate according to any one of [1] to [4].
[7] The clad steel plate according to any one of [1] to [4], wherein the clad steel plate is used for welding using hydrogen as a welding gas.

本発明によれば、接合面の耐水素脆化性に優れたクラッド鋼板を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a clad steel plate with excellent hydrogen embrittlement resistance at the joint surface.

式(2)の値dと熱間圧延後の冷却速度CRが、耐水素脆化特性に及ぼす影響を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the influence of the value d of formula (2) and the cooling rate CR after hot rolling on hydrogen embrittlement resistance.

本発明者らは上記の課題に対し、以下の検討を行なった。具体的には、種々のステンレス鋼およびNi基合金を合せ材とするクラッド鋼板において、加熱温度、加熱時間、圧下比および圧延後の冷却速度を変化させて界面の元素拡散と金属組織について調査し、界面の耐水素脆化性との関係を評価した。その結果、以下(a)~(c)の知見を得た。 The present inventors conducted the following study to solve the above problem. Specifically, in clad steel sheets made of various stainless steels and Ni-based alloys, we investigated the elemental diffusion and metallographic structure at the interface by varying the heating temperature, heating time, rolling reduction ratio, and post-rolling cooling rate. , and the relationship with the hydrogen embrittlement resistance of the interface was evaluated. As a result, the following findings (a) to (c) were obtained.

(a)クラッド鋼板の界面のナノ硬さが7GPa以上の領域が薄いほどマルテンサイトの水素脆化感受性が低くなる傾向にある。このため、7GPa以上の領域を5μm以下にすることが有効である。 (a) The thinner the region where the nanohardness of the interface of the clad steel plate is 7 GPa or more, the lower the hydrogen embrittlement susceptibility of martensite tends to be. Therefore, it is effective to reduce the area of 7 GPa or more to 5 μm or less.

(b)クラッド鋼板の圧延素材においては、母材となる炭素鋼または低合金鋼と、合せ材となるステンレス鋼またはNi基合金とが接している。界面の合金元素のプロファイルは素材加熱の温度・時間および圧下比によって整理できた。またCrが質量%で10%以上含まれている合せ材を用いた際に、Crの拡散幅とマルテンサイト相の幅が対応していることを確認した。これは主要合金元素のうちCrが最も拡散が速く、さらに焼入れ性を高める元素であるため、Crの含有量のみが高くNiなどのオーステナイト安定化元素の含有量が低い領域でマルテンサイト変態が生じるためである。 (b) In the rolled material of the clad steel plate, carbon steel or low alloy steel serving as the base material is in contact with stainless steel or Ni-based alloy serving as the mating material. The profile of alloying elements at the interface could be organized according to the material heating temperature, time, and rolling reduction ratio. Furthermore, when using a composite material containing 10% or more of Cr by mass, it was confirmed that the diffusion width of Cr corresponded to the width of the martensitic phase. This is because Cr is the element that diffuses the fastest among the main alloying elements and further increases hardenability, so martensitic transformation occurs in a region where only the Cr content is high and the content of austenite stabilizing elements such as Ni is low. It's for a reason.

(c)界面のマルテンサイトの硬さは圧延後の冷却速度に影響される。この機構は下記のように考えられる。圧延後の冷却中に冷却速度が遅く、オーステナイト→フェライト変態やオーステナイト→フェライト+パーライト変態に伴う炭素の吐き出しおよび拡散が生じる場合には、オーステナイト相に固溶していた炭素は、Crを多く含有しており炭素の活量係数の低い合せ材側に濃化する。このとき、合せ材側がオーステナイト相であれば濃化程度はより大きくなる。この機構により、圧延後の冷却速度が遅い場合には界面近傍で炭素濃度が高くなる領域が生じ、その領域とマルテンサイト相が生成しうる領域が重なるとクラッド鋼板の界面に硬質なマルテンサイト相が生成し、界面の耐水素脆化性が低下する。 (c) The hardness of martensite at the interface is affected by the cooling rate after rolling. This mechanism can be considered as follows. If the cooling rate is slow during cooling after rolling and expulsion and diffusion of carbon occurs due to austenite → ferrite transformation or austenite → ferrite + pearlite transformation, the carbon that was solidly dissolved in the austenite phase will contain a large amount of Cr. Carbon is concentrated on the side of the laminate with a low activity coefficient. At this time, if the laminate side is in an austenite phase, the degree of concentration will be greater. Due to this mechanism, if the cooling rate after rolling is slow, a region with high carbon concentration will occur near the interface, and if this region overlaps with the region where martensitic phase can be formed, a hard martensitic phase will form at the interface of the clad steel sheet. is formed, reducing the hydrogen embrittlement resistance of the interface.

したがって、接合面の耐水素脆化性に優れたクラッド鋼板を得るためには、加熱時のCr拡散と圧延後の冷却時のC拡散を制御する必要がある。本発明は、上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。 Therefore, in order to obtain a clad steel sheet with excellent hydrogen embrittlement resistance at the joint surface, it is necessary to control Cr diffusion during heating and C diffusion during cooling after rolling. The present invention has been made based on the above findings. Hereinafter, each requirement of the present invention will be explained in detail.

1.本発明の構成
本発明に係るクラッド鋼板は、母材と、母材に接合された合せ材とを備える。母材は後述の炭素鋼または低合金鋼からなる。また合せ材は耐食性合金からなり、耐食性合金としてCrを10%以上含有するステンレス鋼やNi基合金などを例示できる。さらに、前記母材と前記合せ材の界面においてナノ硬さが7GPa以上である領域の幅が5μm以下である。
1. Configuration of the present invention A clad steel plate according to the present invention includes a base material and a laminate joined to the base material. The base material is made of carbon steel or low alloy steel, which will be described later. Further, the cladding material is made of a corrosion-resistant alloy, and examples of the corrosion-resistant alloy include stainless steel containing 10% or more of Cr and a Ni-based alloy. Furthermore, the width of the region having nanohardness of 7 GPa or more at the interface between the base material and the laminated material is 5 μm or less.

2.クラッド界面の特性
本発明に関わるクラッド鋼板の界面特性について説明する。良好な接合面の耐水素脆化性を有するクラッド鋼板を得るためにはクラッド界面での硬質なマルテンサイト相の生成を抑制する必要がある。
2. Properties of Clad Interface The interface properties of the clad steel plate related to the present invention will be explained. In order to obtain a clad steel sheet with good hydrogen embrittlement resistance at the joint surface, it is necessary to suppress the formation of a hard martensitic phase at the clad interface.

2-1.クラッド界面のナノ硬さ
クラッド界面においてナノ硬さが7GPa以上の領域の幅は5μm以下とする。ナノ硬さが7GPa以上の領域の板厚方向の幅が5μm超では硬質で水素脆化感受性の高いマルテンサイトの領域が大きいため溶接ガスに水素を含有する溶接を実施した際に界面が剥離する場合がある。好ましくは3μm以下であり、更に好ましくは1μm以下である。ナノ硬さが7GPa以上の領域が小さいほど水素脆化感受性は低くなるため下限は設けない。
ここでナノ硬さとは、ISO 14577に規定する計装化押し込み硬さ試験(ナノインデンテーション試験ともいう。)に準拠して評価した材料の硬さを意味する。
2-1. Nanohardness of cladding interface The width of the region where the nanohardness is 7 GPa or more at the cladding interface is 5 μm or less. If the width in the sheet thickness direction in the area where the nanohardness is 7 GPa or more is more than 5 μm, the martensite area is large and is hard and highly susceptible to hydrogen embrittlement, so the interface will peel off when welding is performed with hydrogen in the welding gas. There are cases. Preferably it is 3 μm or less, more preferably 1 μm or less. No lower limit is set because the smaller the region where the nanohardness is 7 GPa or more, the lower the susceptibility to hydrogen embrittlement.
Here, nanohardness means the hardness of a material evaluated in accordance with the instrumented indentation hardness test (also referred to as nanoindentation test) specified in ISO 14577.

3.母材の化学組成
母材は炭素鋼または低合金鋼からなる。また母材の好ましい化学組成は、質量%でC:0.020~0.200%、Si:1.00%以下、Mn:0.10~3.00%、P:0.050%以下、S:0.050%を含有し、かつCeqが0.20~0.40であり、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有する鋼板である。ここで、Ceqは次式(1)により定義される。
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・式(1)
式中、C、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVは、母材の成分組成における各元素の含有量(質量%)である。
3. Chemical composition of the base material The base material consists of carbon steel or low alloy steel. In addition, the preferable chemical composition of the base material is, in mass %, C: 0.020 to 0.200%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10 to 3.00%, P: 0.050% or less, The steel plate contains S: 0.050%, Ceq is 0.20 to 0.40, and the remainder is Fe and impurities. Here, Ceq is defined by the following equation (1).
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5...Formula (1)
In the formula, C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, and V are the contents (mass %) of each element in the component composition of the base material.

Cは鋼の強度を向上させる元素であり、0.020%以上含有させることで十分な強度を発現する。しかし、0.200%を超えると溶接性および靭性の劣化を招く。したがって、C量は0.020~0.200%とする。好ましくは0.040%以上であり、さらに好ましくは0.050%以上である。一方上限値は0.100%以下が好ましく、0.080%以下がさらに好ましい。より好ましい範囲は0.040%~0.100%であり、更に好ましい範囲は0.050%~0.080%である。 C is an element that improves the strength of steel, and by containing it in an amount of 0.020% or more, sufficient strength is developed. However, if it exceeds 0.200%, weldability and toughness will deteriorate. Therefore, the amount of C is set to 0.020 to 0.200%. Preferably it is 0.040% or more, more preferably 0.050% or more. On the other hand, the upper limit is preferably 0.100% or less, more preferably 0.080% or less. A more preferable range is 0.040% to 0.100%, and an even more preferable range is 0.050% to 0.080%.

Siは脱酸に有効であり、また鋼の強度を向上させる元素である。しかしながら、1.00%を超えると鋼の表面性状及び靭性の劣化を招く。したがって、Si量は1.00%以下とする。好ましくは0.50%以下である。Siは含有しなくても良い。Siの好ましい含有量下限は0.01%である。 Si is an element that is effective in deoxidizing and improves the strength of steel. However, if it exceeds 1.00%, the surface quality and toughness of the steel will deteriorate. Therefore, the amount of Si is set to 1.00% or less. Preferably it is 0.50% or less. Si may not be contained. The lower limit of the preferable content of Si is 0.01%.

Mnは鋼の強度を上昇させる元素であり、0.10%以上含有させることでその効果が発現する。しかしながら、3.00%を超えると溶接性が損なわれるとともに合金コストも増大する。したがって、Mn量は0.10~3.00%とする。好ましくは下限は0.50%であり、上限は2.00%である。更に好ましくは下限は0.90%%であり、上限は1.60%である。 Mn is an element that increases the strength of steel, and its effect is manifested when it is contained in an amount of 0.10% or more. However, if it exceeds 3.00%, weldability will be impaired and the alloy cost will also increase. Therefore, the Mn content is set to 0.10 to 3.00%. Preferably the lower limit is 0.50% and the upper limit is 2.00%. More preferably, the lower limit is 0.90% and the upper limit is 1.60%.

Pは鋼中の不純物であり、含有量が0.050%を超えると靭性が劣化する。したがって、P量は0.050%以下とする。好ましくは0.020%以下である。 P is an impurity in steel, and when the content exceeds 0.050%, toughness deteriorates. Therefore, the amount of P is set to 0.050% or less. Preferably it is 0.020% or less.

Sは鋼中の不純物であり、含有量が0.050%を超えると靭性が劣化する。したがって、S量は0.050%以下とする。好ましくは0.010%以下である。 S is an impurity in steel, and when the content exceeds 0.050%, toughness deteriorates. Therefore, the amount of S is set to 0.050% or less. Preferably it is 0.010% or less.

Ceq(炭素当量)は、鋼の化学組成から硬度と溶接性を見積もるために用いられる値であり、式(1)で計算される。Ceqが高いほど硬さは向上し、溶接性は劣化する。Ceqが0.20未満では構造物として十分な強度が得られない。したがって、Ceqは0.20以上とする。好ましくは0.23以上である。Ceqが0.40超では溶接性が劣化し、パス間温度管理や後熱処理が必要になるなど溶接コストが増加する。したがって、Ceqは0.40以下とする。好ましくは0.35以下である。
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・式(1)
式中、C、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVは、母材の成分組成における各元素の含有量(質量%)である。
Ceq (carbon equivalent) is a value used to estimate hardness and weldability from the chemical composition of steel, and is calculated using equation (1). The higher the Ceq, the higher the hardness and the worse the weldability. If Ceq is less than 0.20, sufficient strength as a structure cannot be obtained. Therefore, Ceq is set to 0.20 or more. Preferably it is 0.23 or more. When Ceq exceeds 0.40, weldability deteriorates and welding costs increase, such as requiring inter-pass temperature control and post-heat treatment. Therefore, Ceq is set to 0.40 or less. Preferably it is 0.35 or less.
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5...Formula (1)
In the formula, C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, and V are the contents (mass %) of each element in the component composition of the base material.

前記母材の成分組成にさらに、前記Feの一部に替えて質量%で、Ni:0.01~1.00%、Cr:0.01~1.00%、Mo:0.01~0.50%、Cu:0.01~1.00%、Co:0.01~0.50%、Se+Te:0.01~0.10%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.200%、Nb:0.001~0.200%、Al:0.005~0.300%、Ca:0.0003~0.0050%、B:0.0003~0.0030%およびREM:0.0003~0.0100%から選ばれる1種または2種以上を含有することができる。 In addition to the component composition of the base material, in place of a part of the Fe, in mass%, Ni: 0.01 to 1.00%, Cr: 0.01 to 1.00%, Mo: 0.01 to 0. .50%, Cu: 0.01-1.00%, Co: 0.01-0.50%, Se+Te: 0.01-0.10%, V: 0.001-0.100%, Ti: 0.001-0.200%, Nb: 0.001-0.200%, Al: 0.005-0.300%, Ca: 0.0003-0.0050%, B: 0.0003-0. 0030% and REM: 0.0003 to 0.0100%.

Niは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、1.00%を超えると溶接性および靭性の劣化を引き起こす。したがってNiを含有する場合、Ni量は1.00%以下とする。好ましくは0.50%以下であり、より好ましくは0.30%以下である。好ましいNi含有量下限値は0.01%である。 Ni is an element that improves the hardenability of steel, and improves the strength and toughness of steel after rolling. However, if it exceeds 1.00%, weldability and toughness will deteriorate. Therefore, when Ni is contained, the amount of Ni is 1.00% or less. Preferably it is 0.50% or less, more preferably 0.30% or less. A preferable lower limit of Ni content is 0.01%.

Crは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、1.00%を超えると溶接性および靭性の劣化を引き起こす。したがってCrを含有する場合、Cr量は1.00%以下とする。好ましくは0.50%以下であり、より好ましくは0.30%以下である。好ましいCr含有量下限値は0.01%である。 Cr is an element that improves the hardenability of steel, and improves the strength and toughness of steel after rolling. However, if it exceeds 1.00%, weldability and toughness will deteriorate. Therefore, when containing Cr, the amount of Cr is 1.00% or less. Preferably it is 0.50% or less, more preferably 0.30% or less. A preferable lower limit of Cr content is 0.01%.

Moは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、0.50%を超えると溶接性および靭性の劣化を引き起こす。したがってMoを含有する場合、Mo量は0.50%以下とする。好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.1%以下である。好ましいMo含有量下限値は0.01%である。 Mo is an element that improves the hardenability of steel, and improves the strength and toughness of steel after rolling. However, if it exceeds 0.50%, weldability and toughness will deteriorate. Therefore, when Mo is contained, the amount of Mo is 0.50% or less. Preferably it is 0.30% or less, more preferably 0.1% or less. A preferable lower limit of Mo content is 0.01%.

Cuは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、1.00%を超えると溶接性および靭性の劣化を引き起こす。したがってCuを含有する場合、Cu量は1.00%以下とする。好ましくは0.50%以下であり、より好ましくは0.30%以下である。好ましいCu含有量下限値は0.01%である。 Cu is an element that improves the hardenability of steel, and improves the strength and toughness of steel after rolling. However, if it exceeds 1.00%, weldability and toughness will deteriorate. Therefore, when containing Cu, the amount of Cu is 1.00% or less. Preferably it is 0.50% or less, more preferably 0.30% or less. A preferable lower limit of Cu content is 0.01%.

Coは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、0.50%を超えると熱間での加工性が損なわれて生産性が低下する。したがってCoを含有する場合、Co量は0.50%以下とする。好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.1%以下である。好ましいCo含有量下限値は0.01%である。 Co is an element that improves the hardenability of steel, and improves the strength and toughness of steel after rolling. However, when it exceeds 0.50%, hot workability is impaired and productivity is reduced. Therefore, when containing Co, the amount of Co should be 0.50% or less. Preferably it is 0.30% or less, more preferably 0.1% or less. A preferable lower limit of Co content is 0.01%.

SeおよびTeは鋼板中のMn、Si、Al等の酸化しやすい元素が鋼板表面に拡散されて酸化物を形成することを抑制し、鋼板の表面性状やめっき性を高める。しかしながら、合計で0.10%を超えるとこの効果が飽和する。したがって、SeおよびTeを添加する場合はSeとTeの合計量は0.10%以下とする。より好ましくは0.05%以下である。好ましいSe+Te含有量下限値は0.01%である。 Se and Te suppress elements that are easily oxidized such as Mn, Si, and Al in the steel sheet from being diffused to the surface of the steel sheet and form oxides, thereby improving the surface quality and plating properties of the steel sheet. However, this effect is saturated when the total amount exceeds 0.10%. Therefore, when adding Se and Te, the total amount of Se and Te should be 0.10% or less. More preferably, it is 0.05% or less. A preferable lower limit of Se+Te content is 0.01%.

Alは鋼の脱酸に効果がある元素である。しかしながら、0.300%を超えると溶接部の靭性の劣化を引き起こす。したがってAlを含有する場合、Al量は0.300%以下とする。好ましくは0.100%以下である。好ましいAl含有量下限値は0.005%である。 Al is an element that is effective in deoxidizing steel. However, if it exceeds 0.300%, the toughness of the weld zone will deteriorate. Therefore, when containing Al, the amount of Al should be 0.300% or less. Preferably it is 0.100% or less. A preferable lower limit of Al content is 0.005%.

Vは炭窒化物を形成することで鋼の強度を上昇させる。しかしながら、0.100%を超えると溶接性および靭性の劣化を引き起こす。したがってVを含有する場合、V量は0.100%以下とする。好ましくは0.050%以下である。好ましいV含有量下限値は0.001%である。 V increases the strength of steel by forming carbonitrides. However, if it exceeds 0.100%, weldability and toughness will deteriorate. Therefore, when containing V, the amount of V should be 0.100% or less. Preferably it is 0.050% or less. A preferable lower limit of V content is 0.001%.

Tiは結晶粒を微細化させて強度を増加させる元素であり、0.001%以上の添加でその効果が発現する。しかし、0.200%を超えると溶接性が損なわれるとともに合金コストも増大する。したがって、Ti量は0.001~0.200%とする。好ましくは下限は0.005%であり、上限は0.100%である。更に好ましくは下限は0.010%であり、上限は0.050%である。 Ti is an element that refines crystal grains and increases strength, and its effect is manifested when it is added in an amount of 0.001% or more. However, if it exceeds 0.200%, weldability will be impaired and the alloy cost will also increase. Therefore, the amount of Ti is set to 0.001 to 0.200%. Preferably the lower limit is 0.005% and the upper limit is 0.100%. More preferably, the lower limit is 0.010% and the upper limit is 0.050%.

Nbは再結晶温度を上げる元素であり、0.001%以上の添加でその効果が発現する。しかし、0.200%を超えると溶接性が損なわれるとともに合金コストも増大する。したがって、Nb量は0.001~0.200%とする。好ましくは下限は0.005%であり、上限は0.100%である。更に好ましくは下限は0.010%であり、上限は0.050%である。 Nb is an element that increases the recrystallization temperature, and its effect is manifested when it is added in an amount of 0.001% or more. However, if it exceeds 0.200%, weldability will be impaired and the alloy cost will also increase. Therefore, the amount of Nb is set to 0.001 to 0.200%. Preferably the lower limit is 0.005% and the upper limit is 0.100%. More preferably, the lower limit is 0.010% and the upper limit is 0.050%.

Caは溶接熱影響部の組織を微細化し、靭性を向上させる。しかしながら、0.0050%を超えると粗大な介在物を形成して靭性を劣化させる。したがってCaを含有する場合、Ca量は0.0050%以下とする。好ましくは0.0030%以下である。好ましいCa含有量下限値は0.0003%である。 Ca refines the structure of the weld heat affected zone and improves toughness. However, when it exceeds 0.0050%, coarse inclusions are formed and the toughness is deteriorated. Therefore, when Ca is contained, the amount of Ca is 0.0050% or less. Preferably it is 0.0030% or less. A preferable lower limit of Ca content is 0.0003%.

Bは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、0.0030%を超えると溶接性および靭性の劣化を引き起こす。したがってBを含有する場合、B量は0.0030%以下とする。好ましくは0.0020%以下である。好ましいB含有量下限値は0.0003%である。 B is an element that improves the hardenability of steel, and improves the strength and toughness of steel after rolling. However, if it exceeds 0.0030%, weldability and toughness will deteriorate. Therefore, when B is contained, the amount of B is 0.0030% or less. Preferably it is 0.0020% or less. The preferable lower limit of B content is 0.0003%.

REMは溶接熱影響部の組織を微細化し、靭性を向上させる。しかしながら、0.0100%を超えると粗大な介在物を形成して靭性を劣化させる。したがってREMを含有する場合、REM量は0.0100%以下とする。好ましくは0.005%以下である。好ましいREM含有量下限値は0.0003%である。 REM refines the structure of the weld heat affected zone and improves toughness. However, if it exceeds 0.0100%, coarse inclusions will be formed and the toughness will deteriorate. Therefore, when containing REM, the amount of REM should be 0.0100% or less. Preferably it is 0.005% or less. A preferable lower limit of REM content is 0.0003%.

ここで、REMとは、ランタノイドの15元素にYおよびScを合せた17元素の総称である。これらの17元素のうちの1種以上を鋼材に含有することができ、REM含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。 Here, REM is a general term for 17 elements including 15 elements of lanthanoids plus Y and Sc. One or more of these 17 elements can be contained in the steel material, and the REM content means the total content of these elements.

本発明の母材の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the chemical composition of the base material of the present invention, the remainder is Fe and impurities. Here, "impurities" are components that are mixed in during industrial manufacturing of steel materials due to raw materials such as ore and scrap, and various factors in the manufacturing process, and are allowed within the range that does not adversely affect the present invention. means something that

4.耐食性合金が、Crを10%以上含有するステンレス鋼またはニッケル基合金
本発明の合せ材は、耐食性合金からなる。前述のように、耐食性合金はCrを多く含有し、そのCrの拡散によってクラッド界面の焼入れ性が上がりマルテンサイトに変態しやすくなるとともに、母材側の炭素が合せ材側に拡散し、母材側界面に硬質なマルテンサイト相が形成され、接合面の耐水素脆化性を低下させる原因となる。即ち、Crを多く含有する耐食性合金を用いる場合に、本発明の効果が発揮される。合せ材のCr含有量が10%以上であれば、本発明を適用することによる効果が顕著に表れる。Cr含有量が15%以上であればより顕著に効果が発揮できる。
4. Corrosion-resistant alloy is stainless steel or nickel-based alloy containing 10% or more of Cr The cladding material of the present invention is made of a corrosion-resistant alloy. As mentioned above, corrosion-resistant alloys contain a large amount of Cr, and the diffusion of Cr increases the hardenability of the cladding interface, making it easier to transform into martensite. At the same time, carbon from the base metal side diffuses into the mating material side, and the base metal A hard martensitic phase is formed at the side interface, which causes a decrease in the hydrogen embrittlement resistance of the joint surface. That is, the effects of the present invention are exhibited when a corrosion-resistant alloy containing a large amount of Cr is used. If the Cr content of the laminated material is 10% or more, the effects of applying the present invention will be noticeable. If the Cr content is 15% or more, the effect can be more pronounced.

本発明は接合界面組織の制御による、接合面の耐水素脆化性に優れたクラッド鋼板およびその製造方法についての技術であり、合せ材の鋼種は特に規定されないが、合せ材の例としてステンレス鋼またはニッケル基合金を例示できる。ステンレス鋼にはオーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、二相系ステンレス鋼があり、ニッケル基合金にはインコネル、インコロイ、ハステロイなどの商品名で種々の合金成分がある。 The present invention is a technology for a clad steel plate that has excellent hydrogen embrittlement resistance on the joint surface by controlling the joint interface structure, and a method for manufacturing the same.The steel type of the cladding material is not particularly specified, but an example of the cladding material is stainless steel. Alternatively, a nickel-based alloy can be exemplified. Stainless steels include austenitic stainless steels, ferritic stainless steels, and duplex stainless steels, and nickel-based alloys have various alloy components under trade names such as Inconel, Incoloy, and Hastelloy.

5.製造方法
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。前述のように良好な接合面の耐水素脆化性を得るためには金属組織を制御する必要があるが、そのような金属組織は鋼の化学組成と適切な製造条件を組み合わせることで実現できる。
上記のクラッド鋼板において、母材と合せ材を圧着面が真空になるよう積層して圧着面の4周を溶接により密封してクラッド素材とする。1又は2以上のクラッド素材を組み立ててクラッド圧延素材とする。組み立てたクラッド圧延素材について、加熱炉内の最高加熱温度T(℃)、加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度T-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間t(分)、素材厚/製品厚で計算される圧下比rによって式(2)で計算されるdが1以上9以下である加熱と熱間圧延を行い、圧延後に式(3)で計算されるTA3(℃)~650℃区間の平均冷却速度が2℃/s以上の冷却を実施し、クラッド鋼板を製造する。
d=2.2×10×√(exp(-3.2×10/(T+273))×t)/r ・・・式(2)
A3(℃)=937.2-436.5C+56Si-19.7Mn-26.6Ni+136.3Ti-19.1Nb+198.4Al ・・・式(3)
式中、C、Si、Mn、Ni、Ti、NbおよびAlは、母材鋼板の成分組成における各元素の含有量(質量%)である。
5. Production method
A method for manufacturing a clad steel plate according to the present invention will be explained. As mentioned above, it is necessary to control the metal structure in order to obtain good hydrogen embrittlement resistance of the joint surface, but such a metal structure can be achieved by combining the chemical composition of the steel and appropriate manufacturing conditions. .
In the above-mentioned clad steel plate, the base material and the cladding material are laminated so that the crimped surface is in a vacuum, and the four circumferences of the crimped surface are sealed by welding to obtain a clad material. One or more clad materials are assembled to form a clad rolled material. For the assembled clad rolled material, the maximum heating temperature in the heating furnace T (°C), the time t (minutes) from the time when the heating temperature in the heating furnace reaches the maximum heating temperature T-20°C until extraction from the heating furnace, Heating and hot rolling are performed so that d calculated by formula (2) is 1 or more and 9 or less according to the rolling reduction ratio r calculated by material thickness / product thickness, and after rolling T A3 ( A clad steel plate is produced by performing cooling at an average cooling rate of 2°C/s or more in the range from 2°C to 650°C.
d=2.2×10 5 ×√(exp(-3.2×10 4 /(T+273))×t)/r...Formula (2)
T A3 (℃)=937.2-436.5C+56Si-19.7Mn-26.6Ni+136.3Ti-19.1Nb+198.4Al...Formula (3)
In the formula, C, Si, Mn, Ni, Ti, Nb, and Al are the contents (mass %) of each element in the component composition of the base steel plate.

5-1クラッド素材
クラッド素材は、以下に記載の方法により製造される。具体的には、転炉、電気炉、真空溶解炉等の公知の方法で母材となる炭素鋼および低合金鋼ならびに合せ材となる耐食性合金を溶製した後、連続鋳造法または造塊-分塊法によりスラブを作成する。得られたスラブを通常用いられる条件で熱間圧延し、熱延板である合せ材及び母材とする。得られた熱延板に対し、必要に応じて、焼鈍、酸洗、研磨などを施してもよい。
上記の合せ材および母材を圧着面が真空になるよう積層して圧着面の4周を溶接により密封してクラッド素材を組み立てる。密着性や界面耐食性を改善するために合せ材と母材の間にNi箔などインサート材を挿入しても良い。圧着面を真空にする方法は特に規定されないが、真空中で電子ビーム溶接する方法や、予め真空引き用の穴を開けておき大気中でアーク溶接やレーザー溶接で4周を溶接した後に真空ポンプで真空引きする方法などが例示できる。真空度(絶対圧)は0.1Torr以下であれば界面の酸化物などが少ない良好な接合界面が得られ、より好ましくは0.05Torr以下であり、真空度は高いほど(絶対圧が低いほど)接合界面が良好になる傾向が有るため特に下限は設けない。
得られたクラッド素材はそのままクラッド圧延素材として熱間圧延に供してもよいし、2つのクラッド素材の間に剥離剤を塗布して重ねるように組み立てたものをクラッド圧延素材として熱間圧延に供してもよい。2つを重ねる場合は冷却時の板反りを少なくするために母材同士、合せ材同士はそれぞれ等厚であることが望ましい。もちろん、上記で記述した組立方式に限定する必要はない。
5-1 Clad material The clad material is manufactured by the method described below. Specifically, after melting carbon steel and low-alloy steel as base materials and corrosion-resistant alloys as bonding materials using known methods such as converter furnaces, electric furnaces, and vacuum melting furnaces, continuous casting or ingot-making is performed. Create a slab using the blooming method. The obtained slab is hot-rolled under commonly used conditions to produce a laminate and a base material, which are hot-rolled plates. The obtained hot-rolled sheet may be subjected to annealing, pickling, polishing, etc., if necessary.
The above-mentioned laminate and base material are laminated so that the crimped surface is in a vacuum, and the 4 circumferences of the crimped surface are sealed by welding to assemble the cladding material. In order to improve adhesion and interfacial corrosion resistance, an insert material such as Ni foil may be inserted between the laminate material and the base material. There are no particular regulations regarding the method of vacuuming the crimping surface, but there are two methods: electron beam welding in a vacuum, or by drilling a vacuum hole in advance and welding four circumferences with arc welding or laser welding in the atmosphere, then using a vacuum pump. An example is a method of vacuuming. If the degree of vacuum (absolute pressure) is 0.1 Torr or less, a good bonding interface with less oxides at the interface can be obtained, and it is more preferably 0.05 Torr or less, and the higher the degree of vacuum (the lower the absolute pressure), the better the ) Since there is a tendency for the bonding interface to become good, no lower limit is set.
The obtained clad material may be subjected to hot rolling as it is as a clad rolled material, or it may be assembled by applying a release agent between two clad materials and stacked, and then subjected to hot rolling as a clad rolled material. It's okay. When two pieces are stacked, it is desirable that the base materials and the laminated materials have the same thickness to reduce warpage during cooling. Of course, it is not necessary to limit the assembly method to the one described above.

5-2.熱間圧延
続いて、得られたクラッド圧延素材を加熱炉内の最高加熱温度T(℃)、加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度T-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間t(分)、素材厚/製品厚で計算される圧下比rによって式(3)で計算されるdが1以上9以下である加熱と熱間圧延を行う。dが9超の場合は製品界面で元素拡散距離が長くなるため、マルテンサイト変態が生じ得る領域の幅が大きくなり、界面の耐水素脆化性が低下する。好ましくはdが7以下である。dが1未満では界面での元素拡散が少なすぎ、十分な接合強度が得られない。好ましくはdが3以上である。
d=2.2×10×√(exp(-3.2×10/(T+273))×t)/r ・・・式(2)
5-2. Hot rolling Next, the obtained clad rolled material was heated at the maximum heating temperature T (℃) in the heating furnace, and from the time when the heating temperature in the heating furnace reached the maximum heating temperature T - 20℃ until extraction from the heating furnace. Heating and hot rolling are performed for a time t (minutes) and a rolling reduction ratio r calculated as material thickness/product thickness so that d calculated by equation (3) is 1 or more and 9 or less. When d is more than 9, the element diffusion distance becomes long at the product interface, so the width of the region where martensitic transformation can occur becomes large, and the hydrogen embrittlement resistance of the interface decreases. Preferably d is 7 or less. When d is less than 1, elemental diffusion at the interface is too small and sufficient bonding strength cannot be obtained. Preferably d is 3 or more.
d=2.2×10 5 ×√(exp(-3.2×10 4 /(T+273))×t)/r...Formula (2)

加熱炉内の最高加熱温度T(℃)、加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度T-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間t(分)、素材厚/製品厚で計算される圧下比rはdが上記範囲内となるように適宜定めれば良いが、界面の耐水素脆化性以外の特性や製造性の観点から以下に好ましい範囲を例示する。
加熱炉内の最高加熱温度Tは1050~1250℃とするのが好ましい。最高加熱温度Tが1050℃未満であると熱間加工性が悪化し、接合強度も劣化する。このため、最高加熱温度Tは1050℃以上であるのが好ましく、1100℃以上であるのがより好ましい。一方、最高加熱温度Tが1250℃超であると、加熱炉内で鋼片が変形したり熱延時に疵が生じやすくなったりするとともに、界面での拡散が速くなる。このため、最高加熱温度Tは1250℃以下であるのが好ましく、1220℃以下であるのがより好ましい。
加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度T-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間t(分)は短いほど界面での元素拡散距離が短くなるため下限は特に設けないが、板厚中央まで温度を均一にさせるには30分以上の加熱が望ましい。
素材厚/製品厚で計算される圧下比rは3以上15以下とすることが好ましい。圧下比rが3未満である場合は圧延による界面接合が不十分で界面のせん断強度が低くなる可能性がある。より好ましくは5以上である。また圧下比が15超である場合は圧延時間が長くなり圧延コストが増加する。より好ましくは10以下である。
Calculated using the maximum heating temperature T (℃) in the heating furnace, the time t (minutes) from the time when the heating temperature in the heating furnace reaches the maximum heating temperature T - 20℃ until extraction from the heating furnace, and material thickness / product thickness. The reduction ratio r to be applied may be determined as appropriate so that d falls within the above range, but preferred ranges are exemplified below from the viewpoint of properties other than the hydrogen embrittlement resistance of the interface and manufacturability.
The maximum heating temperature T in the heating furnace is preferably 1050 to 1250°C. When the maximum heating temperature T is less than 1050°C, hot workability deteriorates and bonding strength also deteriorates. Therefore, the maximum heating temperature T is preferably 1050°C or higher, more preferably 1100°C or higher. On the other hand, if the maximum heating temperature T exceeds 1250° C., the steel billet is likely to be deformed in the heating furnace, flaws are likely to occur during hot rolling, and diffusion at the interface becomes faster. Therefore, the maximum heating temperature T is preferably 1250°C or lower, more preferably 1220°C or lower.
The shorter the time t (minutes) from the time when the heating temperature in the heating furnace reaches the maximum heating temperature T-20°C until extraction from the heating furnace, the shorter the element diffusion distance at the interface, so there is no particular lower limit set. In order to make the temperature uniform throughout the thickness of the plate, it is desirable to heat the plate for 30 minutes or more.
The reduction ratio r calculated as material thickness/product thickness is preferably 3 or more and 15 or less. If the rolling ratio r is less than 3, the interfacial bonding due to rolling may be insufficient and the shear strength of the interface may become low. More preferably it is 5 or more. Further, when the rolling reduction ratio is more than 15, the rolling time becomes longer and the rolling cost increases. More preferably it is 10 or less.

上述のように、界面のマルテンサイト相の領域の大きさは、Crの拡散が主に影響する。Cr拡散は数百℃以上の温度で生じるものの、温度が高くなるに連れて拡散距離は指数関数的に大きくなるため、実質的な拡散は素材加熱時間のうち最高温度近傍で保持されている間で生じる。また圧延時および冷却時は板温度が速やかに低下するため拡散は無視できるほど小さい。したがって、製品のCr拡散距離は加熱時に生じた拡散距離が圧下比の割合だけ小さくなると考えてよい。なお筆者らは種々の加熱温度・時間・圧下比のクラッド製品について界面の薄膜TEM観察によるマルテンサイト相の領域の大きさの測定を実施し、加熱炉内の最高温度T(℃)、加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度T-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間t(分)と圧下比rから式(2)で計算した値dがマルテンサイト相の領域の大きさと精度良く対応していることを確認している。 As mentioned above, the size of the martensitic phase region at the interface is mainly influenced by the diffusion of Cr. Although Cr diffusion occurs at temperatures above several hundred degrees Celsius, the diffusion distance increases exponentially as the temperature increases, so substantial diffusion occurs while the material is heated near the maximum temperature. occurs in Furthermore, during rolling and cooling, the plate temperature drops quickly, so diffusion is negligibly small. Therefore, it can be considered that the Cr diffusion distance of the product is the diffusion distance caused during heating, which becomes smaller by the ratio of the rolling reduction ratio. The authors measured the size of the martensitic phase region by thin film TEM observation at the interface of clad products with various heating temperatures, times, and rolling reduction ratios, and found that the maximum temperature T (℃) in the heating furnace, The value d calculated using equation (2) from the time t (minutes) from the time when the heating temperature reaches the maximum heating temperature T - 20°C until extraction from the heating furnace and the reduction ratio r is the size of the martensitic phase region. We have confirmed that it corresponds with accuracy.

5-3.圧延後の冷却
圧延後に式(3)から計算されるTA3(℃)~650℃区間の平均冷却速度は2℃/s以上とすることが望ましい。2℃/s未満の冷却速度ではオーステナイト→フェライト変態やオーステナイト→フェライト+パーライト変態に伴い、界面のマルテンサイトになり得るオーステナイト領域に炭素が拡散して濃化するため、ナノ硬さが7GPa以上となる領域の幅が増加する。好ましくは4℃/s以上である。上限は特に設けないが、冷却速度が速い場合マルテンサイト組織が主となり母材が高強度となりすぎたり靭性が劣化したりするため、望ましくは10℃/s以下である。
A3(℃)=937.2-436.5C+56Si-19.7Mn-26.6Ni+136.3Ti-19.1Nb+198.4Al ・・・式(3)
式中、C、Si、Mn、Ni、Ti、NbおよびAlは、母材鋼板の成分組成における各元素の含有量(質量%)である。
5-3. Cooling after rolling The average cooling rate in the range from T A3 (°C) to 650°C calculated from equation (3) after rolling is preferably 2°C/s or more. At a cooling rate of less than 2°C/s, carbon diffuses and becomes concentrated in the austenite region that can become martensite at the interface due to austenite → ferrite transformation or austenite → ferrite + pearlite transformation, so the nanohardness becomes 7 GPa or more. The width of the area increases. Preferably it is 4°C/s or more. Although there is no particular upper limit, if the cooling rate is fast, the martensitic structure will become the main structure and the strength of the base material will become too high or the toughness will deteriorate, so it is desirably 10° C./s or less.
T A3 (℃)=937.2-436.5C+56Si-19.7Mn-26.6Ni+136.3Ti-19.1Nb+198.4Al...Formula (3)
In the formula, C, Si, Mn, Ni, Ti, Nb, and Al are the contents (mass %) of each element in the component composition of the base steel plate.

本発明によれば、接合面の耐水素脆化性に優れたクラッド鋼板を得ることができる。本発明に係るクラッド鋼板、及び本発明のクラッド鋼板を用いてなる溶接構造物は、溶接時の剥離対策や付加的な熱処理などを必要としない。界面のマルテンサイトの硬度と幅を本発明とすれば、鋼中の水素濃度またはマルテンサイトに付加される応力を制御することから解放される。また、上記クラッド鋼板は、使用用途の制限がなく、従来、ソリッド鋼板が用いられていた構造部材に適用できる。このため、上記クラッド鋼板は、低コスト化に大きく貢献するものである。本発明のクラッド鋼板を用いてなる溶接構造物は、水素を含むガスを使用する溶接またはガウジングを含む製造工程で製造した溶接構造物とすることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a clad steel plate with excellent hydrogen embrittlement resistance at the joint surface. The clad steel plate according to the present invention and the welded structure using the clad steel plate of the present invention do not require measures against peeling during welding or additional heat treatment. By adjusting the hardness and width of the martensite at the interface according to the present invention, it is freed from controlling the hydrogen concentration in the steel or the stress applied to the martensite. Moreover, the above-mentioned clad steel plate is not limited in its intended use and can be applied to structural members for which solid steel plates have conventionally been used. Therefore, the above clad steel plate greatly contributes to cost reduction. A welded structure using the clad steel plate of the present invention can be a welded structure manufactured by a manufacturing process including welding or gouging using a gas containing hydrogen.

本発明のクラッド鋼板は、耐水素脆化性に優れるので、溶接ガスに水素を用いた溶接に使用しても水素脆化が生じることがない。 Since the clad steel plate of the present invention has excellent hydrogen embrittlement resistance, hydrogen embrittlement does not occur even when used for welding using hydrogen as the welding gas.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

表1に示す化学組成の合せ材および表2に示す化学組成の母材を溶製して鋼片とし、熱間圧延、焼鈍、酸洗の工程を経て合せ材は厚さ30mm、母材は厚さ130mmの鋼板を製造した。得られた合せ材と母材を素材として、母材と合せ材を圧着面が真空になるよう積層して圧着面の4周を溶接により密封してクラッド素材を作成した。2つのクラッド素材を母材-合せ材-剥離剤-合せ材-母材となるように合せ材と合せ材の間に剥離剤を塗布して重ね、クラッド圧延素材として組み立てた。得られたクラッド圧延素材について、表3に示す熱間圧延条件で熱間圧延を行った後に剥離剤部分で剥離させ、厚さ53mm(圧下比3)~12mm(圧下比13)のクラッド鋼板を製造した。 The composite material with the chemical composition shown in Table 1 and the base material with the chemical composition shown in Table 2 are melted into steel slabs, and through the steps of hot rolling, annealing, and pickling, the composite material has a thickness of 30 mm, and the base material has a thickness of 30 mm. A steel plate with a thickness of 130 mm was manufactured. Using the obtained laminate and base material as raw materials, the base material and laminate were laminated so that the crimping surface was in a vacuum, and the four circumferences of the crimping surface were sealed by welding to create a cladding material. The two cladding materials were stacked together in the following manner: base material - laminate material - release agent - laminate material - base material, with a release agent applied between the laminate materials, and assembled as a clad rolled material. The obtained clad rolled material was hot rolled under the hot rolling conditions shown in Table 3 and then peeled off at the release agent part to form a clad steel plate with a thickness of 53 mm (rolling ratio 3) to 12 mm (rolling ratio 13). Manufactured.

Figure 0007357761000001
Figure 0007357761000001

Figure 0007357761000002
Figure 0007357761000002

クラッド鋼板の圧延において表3に記載の条件を変化させ、各特性値を調べた。以下、表3における製造条件の項目について説明する。表3において、Tは圧延前の加熱炉内の最高加熱温度(℃)を示し、tは加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度T-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間(分)を示す。rは素材厚/製品厚で計算される圧下比を示す。dは上記T、t、rから式(2)で計算される値を示す。TA3は母材の化学組成から式(3)で計算される値(℃)を示す。CRはTA3(℃)~650℃までの平均冷却速度(℃/s)を示す。Lは界面近傍でナノ硬さが7GPa以上である領域の幅(μm)を示す。耐水素は耐水素脆化性評価試験の結果であり、Aは耐水素脆化性が良好、Xは不良を示す。
d=2.2×10×√(exp(-3.2×10/(T+273))×t)/r ・・・式(2)
A3(℃)=937.2-436.5C+56Si-19.7Mn-26.6Ni+136.3Ti-19.1Nb+198.4Al ・・・式(3)
式中、C、Si、Mn、Ni、Ti、NbおよびAlは、母材鋼板の成分組成における各元素の含有量(質量%)である。
The conditions listed in Table 3 were varied during rolling of the clad steel plate, and each characteristic value was investigated. The manufacturing condition items in Table 3 will be explained below. In Table 3, T indicates the maximum heating temperature (℃) in the heating furnace before rolling, and t indicates the time from the time when the heating temperature in the heating furnace reaches the maximum heating temperature T - 20℃ until extraction from the heating furnace. (minutes). r indicates the rolling reduction ratio calculated as material thickness/product thickness. d indicates a value calculated from the above T, t, and r using equation (2). T A3 indicates a value (°C) calculated from the chemical composition of the base material using equation (3). CR indicates the average cooling rate (°C/s) from T A3 (°C) to 650°C. L indicates the width (μm) of a region near the interface where the nanohardness is 7 GPa or more. Hydrogen resistance is the result of a hydrogen embrittlement resistance evaluation test, where A indicates good hydrogen embrittlement resistance and X indicates poor hydrogen embrittlement resistance.
d=2.2×10 5 ×√(exp(-3.2×10 4 /(T+273))×t)/r...Formula (2)
T A3 (℃)=937.2-436.5C+56Si-19.7Mn-26.6Ni+136.3Ti-19.1Nb+198.4Al...Formula (3)
In the formula, C, Si, Mn, Ni, Ti, Nb, and Al are the contents (mass %) of each element in the component composition of the base steel plate.

ナノ硬さの測定はISO 14577に規定する計装化押し込み硬さ試験に準拠し、合せ材側、母材側に界面から板厚方向に各10μm範囲を0.5μmピッチでナノ硬さを測定した。ナノ硬さ測定の条件は適宜選択すればよいが、例えば荷重1000μN、押し込み指定荷重まで5sec、保持0sec、戻り5secとする測定を各位置で3回実施し、その平均値をナノ硬さとする測定を例示できる。ナノ硬さが7GPa以上ある領域の範囲を読み取り、Lとした。なお、合せ材と母材の間にNi箔などインサート材を挿入した場合は、合せ材とインサート材の界面、インサート材と母材の界面について、それぞれ測定すれば良い。 The measurement of nanohardness is based on the instrumented indentation hardness test specified in ISO 14577, and the nanohardness is measured at a pitch of 0.5μm in a range of 10μm from the interface to the plate thickness direction on the laminate side and base metal side. did. The conditions for nano-hardness measurement may be selected as appropriate, but for example, measurements are performed three times at each position with a load of 1000 μN, 5 seconds to the specified pushing load, 0 seconds for holding, and 5 seconds for return, and the average value is taken as the nano-hardness. can be exemplified. The range in which the nanohardness was 7 GPa or more was read and designated as L. Note that when an insert material such as Ni foil is inserted between the laminate material and the base material, it is sufficient to measure the interface between the laminate material and the insert material, and the interface between the insert material and the base material, respectively.

耐水素脆化性の評価として下記の試験を実施した。試験片は板厚方向の長さを確保するため、クラッド鋼板の合せ材側に合せ材と同じ鋼種を溶接し、母材側に母材と同じ鋼種を溶接し、クラッド界面を含む平行部が4φ×20mmでクラッド界面に60°、ρ=0.1mm、のノッチを入れて3φとした丸棒試験片を作成した。溶接による熱影響を抑制するため、溶接方法として入熱が小さく溶接金属の幅を小さくできる電子ビーム溶接を選択し、溶接後に研削を実施した。なお、試験片の断面観察を実施し、溶接金属が界面から2mm以上離れていることを確認している。
作成した試験片を引張前に3質量%NaCl+3g/L・NHSCN水溶液中で電流密度10(A/m)×72(hr)の陰極チャージを行った後、3%NaCl+3g/L・NHSCN水溶液中で10(A/m)陰極チャージしながら平行部の歪速度:1×10-3(1/s)で破断まで引っ張った。引張前および引張中の陰極チャージをせずに引っ張る試験を別途実施し、破断までのストロークを比較し、チャージ有り材のストローク/チャージ無し材のストロークが0.25以上であれば良好と評価して表3の「耐水素」欄に「A」と表記し、0.25未満であれば不良と評価して表3の「耐水素」欄に「X」と表記した。
The following test was conducted to evaluate hydrogen embrittlement resistance. In order to ensure the length of the test piece in the plate thickness direction, the same steel type as the cladding material is welded to the cladding material side of the clad steel plate, and the same steel type as the base material is welded to the base metal side, so that the parallel part including the cladding interface is A round bar specimen measuring 4φ×20 mm was made with a notch of 60° and ρ=0.1 mm at the cladding interface to make it 3φ. In order to suppress the thermal effects of welding, we selected electron beam welding as the welding method, which has a small heat input and can reduce the width of the weld metal, and carried out grinding after welding. In addition, cross-sectional observation of the test piece was carried out, and it was confirmed that the weld metal was separated from the interface by 2 mm or more.
Before pulling the prepared test piece, it was cathode charged with a current density of 10 (A/m 2 ) x 72 (hr) in an aqueous solution of 3% NaCl + 3 g/L NH 4 SCN, and then charged with a current density of 10 (A/m 2 ) x 72 (hr). The specimen was pulled to break at a strain rate of 1×10 −3 (1/s) in the parallel portion while being cathode charged at 10 (A/m 2 ) in a 4 SCN aqueous solution. A separate test was conducted in which the material was pulled without cathode charging before and during tension, and the strokes until breakage were compared. If the stroke of the charged material/stroke of the non-charged material was 0.25 or more, it was evaluated as good. "A" was written in the "Hydrogen resistance" column of Table 3, and if it was less than 0.25, it was evaluated as poor and "X" was written in the "Hydrogen resistance" column of Table 3.

製造条件および上記の結果をまとめて表3および図1に示す。図1は、式(2)の値dを横軸、熱間圧延後のTA3(℃)~650℃までの平均冷却速度CRを縦軸とし、白丸は耐水素脆化性が良好、X印は不良を示す図である。The manufacturing conditions and the above results are summarized in Table 3 and FIG. 1. In Figure 1, the horizontal axis is the value d of formula (2), and the vertical axis is the average cooling rate CR from T A3 (℃) to 650℃ after hot rolling. Marks indicate defects.

Figure 0007357761000003
Figure 0007357761000003

試料番号1~41は本発明例であり、好ましい製造条件を満足し、ナノ硬さが7GPa以上である領域のLが5μm以下であり、良好な接合面の耐水素脆化性を有する。試料番号42~47は比較例であり、好ましい製造条件を満足せず、ナノ硬さが7GPa以上である領域のLが5μm超であり、接合面の耐水素脆化性が不良である。 Sample numbers 1 to 41 are examples of the present invention, which satisfy the preferred manufacturing conditions, have a width L of a region where the nanohardness is 7 GPa or more and are 5 μm or less, and have good hydrogen embrittlement resistance of the joint surface. Sample numbers 42 to 47 are comparative examples and do not satisfy the preferred manufacturing conditions, the width L of the region where the nanohardness is 7 GPa or more is more than 5 μm, and the hydrogen embrittlement resistance of the joint surface is poor.

上述したように、本発明例では良好な接合面の耐水素脆化性が得られた。一方、比較例では好ましい製造条件を満足せず、ナノ硬さが7GPa以上である領域のが本発明の規定から外れたため、接合面の耐水素脆化性が不良であった。 As described above, in the example of the present invention, good hydrogen embrittlement resistance of the joint surface was obtained. On the other hand, in the comparative example, the preferred manufacturing conditions were not satisfied, and the width of the region where the nanohardness was 7 GPa or more deviated from the specifications of the present invention, so the hydrogen embrittlement resistance of the joint surface was poor.

本発明によれば、接合面の耐水素脆化性が良好なクラッド鋼板を得ることができ、産業上極めて有用である。合せ材として耐食性合金を適用すれば、本発明のクラッド鋼板は、腐食環境として、海水に曝されるような高塩化物環境、リン酸または硫酸などの酸溶液に曝されるプラント設備等での腐食環境等に適用可能性がある。具体的には、海水淡水化プラント、排煙脱硫装置、化学薬品の保存タンク、油井管等の構造部材、ポンプ・バルブ類、熱交換器などである。 According to the present invention, it is possible to obtain a clad steel plate with good hydrogen embrittlement resistance on the joint surface, which is extremely useful industrially. If a corrosion-resistant alloy is used as the laminating material, the clad steel sheet of the present invention can be used in corrosive environments such as high chloride environments such as seawater, and plant equipment exposed to acid solutions such as phosphoric acid or sulfuric acid. Possible application to corrosive environments, etc. Specifically, these include seawater desalination plants, flue gas desulfurization equipment, chemical storage tanks, structural members such as oil country tubular goods, pumps and valves, and heat exchangers.

Claims (7)

母材と、前記母材に接合された合せ材とを備える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、
前記合せ材は、耐食性合金からなり、
クラッド鋼板の母材と合せ材の界面において、ナノ硬さが7GPa以上である領域の板厚方向の幅が5μm以下であることを特徴とするクラッド鋼板。
A clad steel plate comprising a base material and a laminate joined to the base material,
The base material is made of carbon steel or low alloy steel,
The cladding material is made of a corrosion-resistant alloy,
A clad steel plate characterized in that the width in the plate thickness direction of a region having nanohardness of 7 GPa or more is 5 μm or less at an interface between a base material and a laminate material of the clad steel plate.
請求項1に記載のクラッド鋼板において、前記材が質量%でC:0.020~0.200%、Si:1.00%以下、Mn:0.10~3.00%、P:0.050%以下、S:0.050%以下を含有し、かつCeqが0.20~0.40であり、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有する請求項1に記載のクラッド鋼板。ここで、Ceqは次式(1)により定義される。
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・式(1)
式中、C、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVは、母材の成分組成における各元素の含有量(質量%)である。含有しない元素については0を加入する。
In the clad steel plate according to claim 1 , the base material has a mass percentage of C: 0.020 to 0.200%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10 to 3.00%, and P: 0. .050% or less, S: 0.050% or less , Ceq is 0.20 to 0.40, and the remainder is Fe and impurities. Here, Ceq is defined by the following equation (1).
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5...Formula (1)
In the formula, C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, and V are the contents (mass %) of each element in the component composition of the base material . For elements that are not included, add 0.
前記母材の成分組成が、さらに前記Feの一部に替えて、質量%で、Ni:0.01~1.00%、Cr:0.01~1.00%、Mo:0.01~0.50%、Cu:0.01~1.00%、Co:0.01~0.50%,Se+Te:0.01~0.10%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.200%、Nb:0.001~0.200%、Al:0.005~0.300%、Ca:0.0003~0.0050%、B:0.0003~0.0030%およびREM:0.0003~0.0100%から選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項2に記載のクラッド鋼板。 Further, in place of a part of the Fe, the component composition of the base material is, in mass%, Ni: 0.01 to 1.00%, Cr: 0.01 to 1.00%, Mo: 0.01 to 0.50%, Cu: 0.01-1.00%, Co: 0.01-0.50%, Se+Te: 0.01-0.10%, V: 0.001-0.100%, Ti : 0.001-0.200%, Nb: 0.001-0.200%, Al: 0.005-0.300%, Ca: 0.0003-0.0050%, B: 0.0003-0 The clad steel plate according to claim 2, containing one or more selected from .0030% and REM: 0.0003 to 0.0100%. 前記クラッド鋼板の合せ材が、質量%でCr:10%以上を含有するステンレス鋼またはニッケル基合金であることを特徴とする、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のクラッド鋼板。 The clad steel plate according to any one of claims 1 to 3, wherein the cladding material of the clad steel plate is stainless steel or a nickel-based alloy containing Cr: 10% or more in mass %. . 請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のクラッド鋼板の製造方法において、母材と合せ材を圧着面が真空になるよう積層して圧着面の4周を溶接により密封してクラッド素材とし、前記クラッド素材からなるクラッド圧延素材、又は2以上の前記クラッド素材を組み立てたクラッド圧延素材について加熱炉内の最高加熱温度T(℃)、加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度T-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間t(分)、素材厚/製品厚で計算される圧下比rによって式(2)で計算されるdが1以上9以下である加熱と熱間圧延を行い、圧延後に式(3)で計算されるTA3(℃)~650℃区間の平均冷却速度が2℃/s以上の冷却を行い、母材と合せ材の界面のナノ硬さが7GPa以上である領域の板厚方向の幅を5μm以下とすることを特徴とする、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のクラッド鋼板の製造方法。
d=2.2×10×√(exp(-3.2×10/(T+273))×t)/r ・・・式(2)
A3(℃)=937.2-436.5C+56Si-19.7Mn-26.6Ni+136.3Ti-19.1Nb+198.4Al ・・・式(3)
式中、C、Si、Mn、Ni、Ti、NbおよびAlは、母材の成分組成における各元素の含有量(質量%)である。含有しない元素については0を加入する。
In the method for manufacturing a clad steel plate according to any one of claims 1 to 4, the base material and the cladding material are laminated so that the crimped surface is in a vacuum, and the 4 circumferences of the crimped surface are sealed by welding to form the cladding. The maximum heating temperature T (℃) in the heating furnace for the clad rolled material made of the above-mentioned clad material, or the clad rolled material assembled from two or more of the above-mentioned clad materials, and the heating temperature in the heating furnace is the maximum heating temperature T. Time t (minutes) from the time the temperature reaches -20°C until extraction in the heating furnace, and heating in which d, which is calculated by formula (2) using the rolling ratio r calculated from material thickness/product thickness, is 1 or more and 9 or less. Hot rolling is performed, and after rolling, cooling is performed at an average cooling rate of 2°C/s or more in the interval from T A3 (°C) to 650°C, which is calculated by formula (3), to improve nano-hardness at the interface between the base material and the laminate. The method for manufacturing a clad steel sheet according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the width in the thickness direction of the region where the thickness is 7 GPa or more is 5 μm or less.
d=2.2×10 5 ×√(exp(-3.2×10 4 /(T+273))×t)/r...Formula (2)
T A3 (℃)=937.2-436.5C+56Si-19.7Mn-26.6Ni+136.3Ti-19.1Nb+198.4Al...Formula (3)
In the formula, C, Si, Mn, Ni, Ti, Nb, and Al are the contents (mass %) of each element in the component composition of the base material . For elements that are not included, add 0.
請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のクラッド鋼板を用いてなる溶接構造物。 A welded structure using the clad steel plate according to any one of claims 1 to 4. 前記クラッド鋼板が、溶接ガスに水素を用いた溶接に使用されることを特徴とする、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のクラッド鋼板。 The clad steel plate according to any one of claims 1 to 4, wherein the clad steel plate is used for welding using hydrogen as a welding gas.
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