JPH0230712A - クラッド鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はクラツド鋼板の製造に係り、より詳しくは、合
せ材がオーステナイト系ステンレス鋼又はオーステナイ
ト系Ｎｉ基合金からなり、母材が炭素鋼又は低合金鋼か
らなる組立コンポジットを圧延法により処理して、成形
性及び耐食性の優れた高靭性クラツド鋼板を製造する方
法に関するものである。

（従来の技術及び解決しようとする課題）クラツド鋼は
、耐食性を合せ材により、また強度や靭性を母材鋼で確
保することを目的とした複合材料であり、高耐食性、高
強度、高靭性が要求される用途、例えば、圧力容器、ラ
インパイプ、石油、天然ガス掘削用パイプ等に有用であ
る６従来より、一般に合せ材にはオーステナイト系ステ
ンレス鋼やオーステナイト系Ｎｉ基合金が用いられ、母
材には炭素鋼又は低合金鋼が用いられているが、このよ
うな構成のクラツド鋼板を製造する方法としては、 ■圧延後空冷する方法、或いは、■圧延後、合せ材の耐
食性向上を目的として溶体化処理後空冷する方法が一般
的である。

しかし乍ら、これらの方法によると、合せ材の耐食性は
、溶体化処理後常温まで水冷されることが規定されてい
る合せ材単身の耐食性より劣ることになる。

一方、母材は、上記■の方法によると、圧延は通常の圧
延であるため、高強度が要求される場合には合金添加量
を多くする必要があり、また■の方法によると、通常１
０００℃以上の溶体化処理を施すと母材の結晶粒が粗大
化するため靭性が劣化する。いずれの場合においても高
靭性の確保は困難であった。

このように、従来の製造方法では、高耐食性、高強度、
高靭性をすべて兼ね備えることは困難であり、これらが
要求される用途へ適用することはできなかった。

そこで、これらの問題の解決策として幾つかの方法が提
案されているが、それぞれに次のような問題がある。

■極低Ｃの母材鋼を用いて、合せ材の耐食性確保の点か
ら溶体化処理後、空冷より早い速度で冷却する方法があ
る（特開昭６１−１４４２８４号、同６０−４３４３３
号、同５８−１５１４２５号）。

しかし、母材鋼の靭性については、Ｃを極低化（例えば
ｃ：ｏ、ｏ５％以下）することにより焼入れ性を低下さ
せるので、靭性の確保に有効であるが、強度の確保のた
めに合金添加量を多くする必要があり、このため、溶接
時のＨＡＺの靭性の劣化、コスト高及び各種規格への適
合に制約があると云う問題がある。

■溶体化処理後、常温まで水冷し或いは熱間圧延後、直
接焼入れした後に母材靭性の確保のために母材のＡ　ｃ
　１点以下の温度で焼戻し処理をする方法がある（特開
昭６１−１４４２８４号等）。

しかし、急冷後、焼戻しにより焼入ままの低い靭性を回
復させるには１通常、５５０〜６５０℃での保持が必要
であり、この熱処理により、合せ材は結晶粒界にＣｒ炭
化物が析出して鋭敏化するため、耐粒界腐食割れ性は水
冷まま材に比べて劣化することは避は得ない。加えて、
オフラインで熱処理を施す場合は生産コストの上昇及び
生産低下を招くという不利がある。

■圧延ままで母材鋼の高靭性を確保するために、６５０
〜９５０℃の温度域において制御圧延を施すオーステナ
イト系ステンレスクラツド鋼板の製造方法（特開昭５８
−１０３９８６号）がある。

しかし、オーステナイト系ステンレス鋼は、約９００℃
以下では未再結晶域となり、温度の低下に伴って、加工
硬化の程度が増大し、降伏強度及び引張強度が上昇し、
延性及び靭性が劣化する。

そのため、クラット鋼の強度や伸びが規格要求値を満足
できない場合が生じる。また、降伏比（降伏強度／引張
強度）が増大するため、冷間加工時のスプリングバック
が大きく、結果として寸法精度が悪く、成形加工に多大
の労力と時間を要する。

また、厳しい冷間加工により合せ材の延性不足に起因し
て割れを生ずることもある。更にまた、圧延により鋭敏
化温度域の滞在時間が溶体化処理後の空冷した材料より
も長くなるため、合せ材の耐粒界腐食性は溶体化処理後
空冷する従来鋼よりも劣る。

■オーステナイト系又は二相系ステンレス鋼の合わせ材
と低炭素鋼又は低合金鋼の母材鋼からなるサンドイッチ
型コンポジットを８５０〜９５０℃の温度域で３０％以
上８０％未満の累積圧下率で制御圧延を行い、８５０℃
以上の仕上り温度で圧延し、その後、直ちに２〜ｂ ５０〜６５０℃の温度範囲まで加速冷却し、その後、放
冷する方法がある（特開昭６０−２１６９８４号）。

しかし、この方法ではオーステナイト系又は二相系ステ
ンレス鋼の９００℃以下に存在する未再結晶域での圧延
を含んでおり、この場合、未再結晶域での圧下率の増大
に伴い、合せ材が加工硬化して、上記■と同様にクラツ
ド鋼の規格要求値の引張上限値或いは伸び下限値を満足
できない場合が生じると共に、冷間加工時にスプリング
バックを生じ、成形性が劣ると云う問題がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであって、成形性及び耐食性の優れた高靭性ク
ラツド鋼板を製造する方法を提供することを目的とする
ものである。

（課題を解決するため″の手段） 前記目的を達成するため、本発明者等は、オーステナイ
ト系ステンレス鋼又はオーステナイト系Ｎｉ基合金を合
せ材とし、Ｃ：０．２％以下の炭素鋼又は低合金鋼を母
材とする組立コンポジットから圧延法によりクラツド鋼
を製造するに当っては、母材鋼の強度と靭性並びに合せ
材の耐食性を確保する上で、制御圧延及び加速冷却が有
効な方法であることに着目し、各種の製造条件について
検討した。

この場合、母材の靭性確保のための制御圧延は、８５０
℃以下のいわゆる母材鋼の未再結晶域での圧延が必要に
なるが、この温度域で制御圧延を行うと、合せ材は著し
い加工硬化を生じてクラツド鋼の降伏比が高くなるため
、成形が困難になってくる。したがって、クラツド鋼の
成形性の確保の点から、合せ材の、再結晶域で圧延を仕
上げることが必要となる。

合せ材の鋭敏化温度域を加速冷却することは合せ材の耐
食性、とりわけクラツド鋼に要求される耐粒界腐食性を
確保する上で極めて有効であるが、そのためには、８０
０℃から５５０℃までの鋭敏化温度域を２℃／ｓｅｅ以
上の冷却速度で冷却する必要がある。

クラツド鋼の成形性と合せ材の耐食性の両者を確保する
ことを目的として、合せ材の再結晶域（９００℃超え）
で圧延を完了し、直ちに急冷した場合、母材鋼にベイナ
イト或いは島状マルテンサイトを多量に含む組織が現出
し、靭性を著しく劣化させてしまい、実用に耐え得ない
。

そこで、クラツド鋼に要求される特性、すなわちクラツ
ド鋼の成形性、合せ材の耐食性及び母材鋼の靭性をすべ
て具備させる方法を見い出すべく鋭意研究を重ねた。

その結果、■クラッド鋼の成形性の点から合せ材の再結
晶域である９００℃以上で圧延を完了させた後、母材鋼
の焼入れ性を低下させて母材靭性を確保するために、８
００〜８５０℃までを２℃／　ｓｅｃ未満の冷却速度に
よる緩冷却を行い、その後、合せ材におけるＣｒ炭化物
析出を抑制すべく合せ材の鋭敏化温度域（８００’Ｃ以
下５５０’Ｃ以上）を２℃／ｓｅｃ以上で冷却し、母材
靭性の劣化抑制の点から５５０℃以下４５０”Ｃ以上の
範囲で冷却停止することが有効であることが判明した。

更に■に加えて、■母材鋼に微量Ｔｉを添加することに
より、コンポジットスラブ加熱時及び圧延後の緩冷却時
のオーステナイト粒の粗大化の抑制及び変態時のフェラ
イトの核生成サイトの増大を図ることができ、結果とし
て、粗大ベイナイト組織を抑制し、フェライトとベイナ
イト或いはパーライトからなる均一な細粒組織となるた
め、母材鋼の靭性改善を補完でき、より高い靭性を具備
させることができることが判明した。

以上の方策がクラツド鋼の成形性、合せ材の耐食性及び
母材鋼の靭性をすべて兼偏させることに対して極めて有
効であることを見い出し、ここに本発明をなしたもので
ある。

すなわち、本発明に係るクラツド鋼板の製造方法は、オ
ーステナイト系ステンレス鋼及びオーステナイト系Ｎｉ
基合金の１種からなる合せ材と、Ｃ：０．２ｗｔ％以下
、必要に応じて更にＴｉ：　０　、００５〜０．０３０
ｗｔ％を含有する炭素鋼又は低合金鋼からなる母材とか
ら構成される組立コンポジットを１０５０℃以上に加熱
して、該合せ材の平均温度が９００℃を超えるように圧
延を完了させ、次いで８００℃以上且つ８５０℃灰下の
温度域までを２℃／ｓｅｅ未滴の冷却速度で冷却した後
、８００℃以上の温度から２〜ｂ 却速度で４５０℃以上５５０℃以下の温度域まで冷却し
、その後空冷することを特徴とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

まず、本発明においては、耐食性を確保するために、合
せ材としてオーステナイト系ステンレス鋼又はオーステ
ナイト系Ｎｉ基合金を用い、母材としては、重量％で（
以下、同じ）Ｃ：０．２％以下を少なくとも含有する炭
素鋼又は低合金鋼を用いる。

但し、母材鋼の炭素鋼又は低合金鋼の炭素含有量は０．
２％以下とする。これは、ｃｌが０．２％を超える場合
は、焼入れ性が高いため、特に溶接性が悪くなると共に
、加速冷却によりベイナイト組織が増大するため、靭性
も低下するためである。

また、母材鋼には必要に応じてＴｉを適量で添加するこ
とができる。

すなわち、母材鋼にＴｉを０．００５〜０．０３０％以
下の範囲で添加すると、組立コンポジットスラブの加熱
時のオーステナイト粒の粗大化を抑制し、かつ、変態時
のフェライトの核生成サイトの増大が図れるため、結果
として、高温仕上り後の冷却によっても粗大なベイナイ
トの生成を抑制し、フェライトとベイナイト或いはパー
ライトからなる均一な細粒組織となるため、母材鋼の靭
性改善を補完でき、より高い靭性を具備することができ
る。また、溶接継手靭性の向上も図れる。

特に本発明のように、圧延仕上り後、８００〜８５０℃
の温度域までを２℃／ｓｅｃ未満の冷却速度による暖冷
を行う場合は、暖冷中の結晶粒の粗大化抑制に極めて効
果的である。この効果が現われるのはＴｉ：０．００５
％以上であるので、下限を０．００５％とする。しかし
、Ｔｉを多量に添加すると溶接継手靭性を劣化させるの
で、上限を０゜０３０％とする。

なお、母材鋼の炭素鋼及び低合金鋼としては、Ｃ量或い
は更にＴｉ量が上記の如く規制される限り、他の合金元
素を適宜含有させることができることは云うまでもない
。

次に本発明における制御圧延及び冷却の条件について説
明する。

上記構成の組立コンポジットスラブの圧延に際し、まず
１０５０’Ｃ以上に加熱する。これは、合せ材（オース
テナイト系ステンレス鋼又はオースティト系Ｎｉ基合金
）にＣｒ炭化物を十分固溶させるためであり、この温度
未満では優れた耐食性、とりわけ耐粒界腐食性を確保で
きない。

次の圧延に際しては、圧延仕上り温度を、合せ材の平均
温度で９００℃超えにする。これは、９００℃以下では
合せ材は未再結晶域となり、圧延により加わったひずみ
が蓄積されて加工硬化し、冷間加工時の成形性を害する
ためである。この点、９００℃以上であると再結晶域に
なるため、冷間加工時にスプリングバックが少なく、寸
法精度に優れると共に延性が良好なため、厳しい冷間加
工が施されても割れの発生を抑制できる。

圧延仕上り後は、８００℃以上８５０℃以下の温度域ま
でを２℃／ｓｅｃ未満の冷却速度で緩冷却する。その理
由は以下のとおりである。

８５０℃超えの温度から２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で
冷却すると、母材鋼に粗大ベイナイトが生成し、靭性が
劣化する。また、緩冷却の温度範囲の下限が８００℃未
満になると、冷却中に合せ材の鋭敏化域に滞在すること
になるため、Ｃｒ炭化物の析出によって粒界腐食に対す
る感受性が現出するようになる。

したがって、高温圧延仕上り材の母材鋼の靭性と合せ材
の耐食性の両者を確保するには、合せ材の耐粒界腐食性
が劣化しない温度範囲を暖冷して焼入れ性を低下させる
ことにより、母材鋼の靭性劣化を抑制できるので、上記
の如く規定するのである。

緩冷却完了後は、８００℃以上の温度から２〜２０　”
Ｃ／　ｓｅｃの平均冷却速度で４５０℃以上５５０℃以
下の温度域まで冷却し、その後空冷する。

この理由は以下のとおりである。

合せ材のオーステナイト系ステンレス鋼及びオーステナ
イト系Ｎｉ基合金の耐食性は冷却速度及び冷却停止温度
が低い程向上するが、母材の靭性確保の点からは制約を
受ける。

すなわち、合せ材の耐粒界腐食性を確保するには、合せ
材の鋭敏化温度域（概ねｓ　ｏ　ｏ　’ｃ以下、５５０
℃以上）を２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する必要
がある。しかし、冷却速度が２０℃／ｓｅＣを超える場
合又は４５０”Ｃ未満まで冷却する場合は、ベイナイト
分率が増大し、加えて島状マルテンサイト組織が生成す
るため、母材鋼の靭性は著しく劣化するので、冷却速度
を２０℃／ｓｅｃ以下、冷却停止温厚を４５０℃以上に
する必要がある。

（実施例） 次に本発明の実施例を示す。

失庭貫よ 合せ材として用いるオーステティｌ−系ステンレス鋼及
びオーステナイト系Ｎｉ基合金の機械的性質及びミクロ
組織に及ぼす圧延仕上り温度の影響を調査した。

供試材は板厚５０ｍｍの５ＵＳ３０４、ＳＵＳ　３１６
、Ｉ　ｎｃｏｌｏｙ　８２５の３種類であり、圧延仕上
げ板厚を１０ｍｍとした。加熱温度は１１５０℃とし、
圧延仕上り後、室温まで水冷した。１パス当りの平均圧
下率は７％とした。

その結果、第１図に示すように、いずれの供試材の場合
も圧延仕上り温度の低下と共に硬さは増加するが、未再
結晶域（ＳＵＳ３０４，５ＵＳ３１６及びＩ　ｎｃｏｌ
ｏｙ　８２５の未再結晶域上限は約９００℃である）で
は増加の程度が顕著となる。また圧延仕上り温度の低下
と共に延性は劣化傾向にある。

以上より、冷間加工時の成形性を確保する観点からは、
加工前において合せ材の硬さを低くし、高い延性を具備
することが必要である。そのためには再結晶域で圧延を
仕上げる必要があり、圧延仕上り温度の下限を９００℃
にすべきであることがわかる。

尖胤桝又 第１表に示す３種類の合せ材と３種類の母材鋼とを組合
せたオープンサンドイッチ型コンポジットについて、第
２表に示す組合せに従い、第２図に示す各種温度履歴■
〜■の製造プロセスを適用してクラツド鋼板を作製した
。

なお、仕上げ板厚は１５ｎ＋ｍとし、構成板厚は母材鋼
１２ｍｍ、合せ材３ｍ＋ｏの構成とし、クラツド率は２
５％とした。

また、第２図に示すプロセスＩは、従来の空冷タイプで
あり、プロセス■は圧延後、直接焼入れ（Ｄ　Ｑ）する
タイプであり、プロセス■はＤＱの後、焼戻しするタイ
プである。またプロセス■は母材鋼のオーステナイト末
再結晶で圧下を相当量行う制御圧延タイプである。プロ
セスＶは、制御圧延加速冷却タイプであり、母材鋼のオ
ーステナイト末再結晶で圧下を相当量行い、次いで所定
の冷却速度で加速冷却を行うタイプである。プロセス■
は、合せ材の再結晶域下限近傍まで圧延を行い、その後
、合せ材の鋭敏化温度域上限近傍までを１’Ｃ／　ｓｅ
ｅの冷却速度による緩冷却を行い、その後、所定の冷却
速度で加速冷却を行うタイプである。

得られたクラツド鋼板について、全厚引張試験、母材鋼
の衝撃試験、及び合せ材の硬さ試験と粒界腐食試験（ス
トラウス試験、ストライカ試験）を行った。それらの結
果を第２表に示す。

第２表より以下のように考察される。

比較鋼板Ｈａ　１では高温圧延仕上げの後、空冷するた
め、強度が低い。また伸びが高く、降伏比が低いため、
クラツド鋼板の成形性に優れているが。

合せ材の鋭敏化域を空冷過程で通過するため、耐粒界腐
食性が劣っている。

比較鋼板Ｎα２は、高温圧延仕上げの後、室温まで急冷
するので、合せ材においてＣｒ炭化物の析出が抑制され
るため、耐粒界腐食性は極めて良好であるが、クラツド
鋼板の引張強さ及び降伏比が高いため、冷間加工時にス
プリングバックが大きく、成形性が劣る。またクラツド
鋼の延性及び母材の靭性が低い。

比較鋼板歯３は、直接焼入れ後、焼戻し処理（６２０℃
）を行い、その後空冷するため、クラツド鋼の延性及び
母材鋼の靭性は焼入れまま材に比べて改善されるが、合
せ材の鋭敏化温度域に保持されるため、耐粒界腐食性は
悪い。

比較鋼板Ｎα４は、母材鋼の靭性向上を主眼とした制御
圧延を行ったものであるが、合せ材の未再結晶域で相当
量圧下するので、合せ材の著しい加工硬化が生じるため
、クラツド鋼の伸びが低下し、降伏化が極めて高くなる
ため、冷間加工時にスプリングバックが大きく、成形性
が劣る。また延性も低いため、厳しい冷間加工が加わっ
た場合、合せ材部に割れを生ずる可能性がある。

比較鋼板Ｎα５は、制御圧延及び加速冷却により、強度
及び靭性のいずれも高いが、合せ材の未再結晶域まで圧
下が加わるため、合せ材が加工硬化し。

クラツド鋼の降伏比が高くなるため、冷間加工時の成形
性に劣る。

これに対して、本発明鋼板嵐６は、合せ材の再結晶域で
圧延が仕上がっているため、比較鋼板Ｎα５に比べて合
せ材は加工硬化しておらず、クラツド鋼の伸びが高く、
降伏比が低いため、冷間加工時にスプリングバックが小
さく、成形性が優れている。また、高温仕上り後、８０
０〜８５０℃までを暖冷するため、結果として粗大ベイ
ナイトの生成が抑制されて、母材鋼の靭性も良好である
。

また、合せ材の鋭敏化域を加速冷却するため、合せ材の
Ｃｒ炭化物の粒界析出が抑制され、耐粒界腐食性が優れ
る。更に、加速冷却により母材鋼の高強度化が図れる。

また、本発明鋼板Ｎ［１７は、母材鋼に微量Ｔｉが添加
されており、比較鋼板＆５に比べて細粒化が図られてい
るので、靭性が高い。

また、本発明鋼板Ｎα８は、比較鋼板Ｎα４に比べて合
せ材の硬さが低く、クラツド鋼の伸びが高く、降伏比が
低いため、冷間加工時の成形性が優れている。

【以下余白） （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、クラツド鋼板の
成形性、合せ材の耐食性及び母材鋼の靭性というクラツ
ド鋼に要求される特性をすべて兼ね備えたクラツド鋼板
の製造が可能である。また加速冷却により高強度化並び
に溶接性の改善を図ることもでき、その工業的価値は高
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は各積台せ材（ＳＵＳ３０４．５ＵＳ３１６、Ｉ
ｎｃｏｌｏｙ　８２５　）の硬さ及び伸びに及ぼす圧延
仕上り温度の影響を示す図、 第２図は圧延、熱処理工程の温度履歴の一例を示す図で
ある。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）オーステナイト系ステンレス鋼及びオーステナイ
   ト系Ｎｉ基合金の１種からなる合せ材と、Ｃ：０．２ｗ
   ｔ％以下を含有する炭素鋼又は低合金鋼からなる母材と
   から構成される組立コンポジットを１０５０℃以上に加
   熱して、該合せ材の平均温度が９００℃を超えるように
   圧延を完了させ、次いで８００℃以上且つ８５０℃以下
   の温度域までを２℃／ｓｅｃ未満の冷却速度で冷却した
   後、８００℃以上の温度から２〜２０℃／ｓｅｃの平均
   冷却速度で４５０℃以上５５０℃以下の温度域まで冷却
   し、その後空冷することを特徴とするクラッド鋼板の製
   造方法。
2. （２）前記炭素鋼及び低合金鋼は、Ｃ：０．２ｗｔ％以
   下で、且つＴｉ：０．００５〜０．０３０ｗｔ％以下を
   含有するものである請求項１に記載の方法。