JPH0672256B2 - オーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の製造方法 - Google Patents

オーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の製造方法

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JPH0672256B2
JPH0672256B2 JP63170481A JP17048188A JPH0672256B2 JP H0672256 B2 JPH0672256 B2 JP H0672256B2 JP 63170481 A JP63170481 A JP 63170481A JP 17048188 A JP17048188 A JP 17048188A JP H0672256 B2 JPH0672256 B2 JP H0672256B2
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明はオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の
熱間圧延による製造方法に関するものである。
[従来技術] 従来広く用いられている304クラスのステンレス鋼は一
般的に優れた耐食性を示している。例えば、このクラス
のステンレス鋼は10%程度の水酸化ナトリウム水溶液中
では約200℃でも応力腐食割れが生じないことが報告さ
れている。しかし、硫化物が含有されたアルカリ環境で
はステンレス鋼の応力腐食割れ感受性は高まり、前述し
た条件下でも304クラスのステンレス鋼に応力腐食割れ
が発生する。
[発明が解決しようとする課題] ステンレスクラッド鋼板の一つの製造方法として、熱間
圧延法があるが、圧延時の歪みにより炭化物などの析出
が促進されるうえ圧延時に徐冷されるので、ステンレス
鋼中に、炭化物の粒界析出に伴うCr欠乏層が形成され、
耐食性は低下する。この現象を鋭敏化と称する。ステン
レスクラッド鋼板においては、母材、すなわち炭素鋼板
の材質向上のために圧延後焼きならしが行われので更に
鋭敏化し易い。またステンレスクラッド鋼板を用いて鏡
板などを製造する場合に、熱間加工や、溶接、および溶
接歪み除去熱処理などが行われるので、一層鋭敏化が進
み易い。通常のステンレス鋼板では、製造時や加工時に
鋭敏化しても固溶化熱処理の実施によって析出物は固溶
し、Cr欠乏層は消失する。これに対してステンレスクラ
ッド鋼板は母材の材質が劣化するため固溶化熱処理がで
きず、また板厚が大きいために十分な冷却速度が取れな
い。
本発明は上記問題点の解決を図ったもので、硫化物を含
有するアルカリ環境において耐応力腐食割れ性が優れ、
かつ鋭敏化感受性の低いオーステナイト系ステンレスク
ラッド鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段及び作用] 上記目的を達成するために、本発明の方法は重量%で、
C:0.005〜0.050%、Si:0.02〜1.50%、Mn:0.02〜2.00
%、P:0.002〜0.045%、S:0.0005〜0.030%、N:0.005〜
0.05%、Nb:20×C%以上、1.1%以下、Mo:0.1〜3.0
%、Cu:0.1〜1.5%、Cr:20.0〜26.0%、Ni:(1.4×Cr−
18.0)%以上、20.0%以下を含有し、残部実質的にFeか
らなるオーステナイト系ステンレス鋼を合わせ材とし
て、低炭素鋼の母材と重ねたスラブを最終圧延温度を90
0℃以上、1000℃以下で熱間圧延してステンレスクラッ
ド鋼を製造する方法である。
以下に上記成分と最終圧延温度との選定理由を説明す
る。第1表は供試鋼の化学成分(重量%)である。第1
図は応力腐食割れとNi,Cr含有量との関係を示す図であ
る。先ずNiとCrは本発明の目的である、硫化物を含むア
ルカリ環境下で優れた耐応力腐食割れ性を得るために必
須の成分であるのでこれらに関して第1表に示す成分の
ステンレス鋼を用いて最適成分系を決定した。試験には
U曲げ試験片を用い、何れも固溶化熱処理を行った鋼板
から製作した。試験条件として、温度150℃の5%NaOH
+2%Na2S水溶液に720時間浸漬して、割れの発生を調
査した。その結果を第1図に示す。応力腐食割れはNi:1
0〜20重量%、Cr:15〜20重量%の範囲で認められた。こ
の結果から、応力腐食割れを避ける成分として、NiとCr
をそれぞれ単独で20%以上とするか、あるいはNiとCrを
共に20%以上とすることが必要である。ただし、Ni含有
量の増加は炭素の固溶限を下げるので、鋭敏化特性の観
点から好ましくなく、経済性の観点からも高価なNi含有
量を増やすのは不利である。よって、最適成分の考え方
としてNi含有量は20%以下とし、Cr含有量を増やす方針
を採った。すなわち、Cr含有量の下限としては耐応力腐
食を考慮して20%、Ni含有量の下限としてはオーステナ
イトの安定のため(1.4×Cr−18)%とした。Cr含有量
が多ければ耐食性は向上するが、オーステナイト相が維
持できなくなり熱間加工性が低下するので好ましくな
い。そのためにCrの上限を26%とした。
第2表は供試鋼の化学成分(重量%)である。第2図は
連続冷却時の鋭敏化に対する炭素含有量とニオブ含有量
との関係を示す。第3図は熱間圧縮試験片の鋭敏化に対
する最終圧延温度とNb/C比との関係を示す。CとNbは鋭
敏化の防止にもっとも寄与する成分であり、ステンレス
クラッド鋼板の製造条件を考慮しながら決定する必要が
ある。そこで、NiとCrの含有量を耐応力腐食割れが優れ
た成分範囲のものに合わせ、CとNbを第2図に示すよう
に変化させたステンレス鋼を用いて鋭敏化挙動を調べ
た。直径6mm、高さ9mmの円筒形の試験片を高周波誘導加
熱によって、1150℃から500℃迄の範囲を1、5、10℃/
secで連続して冷却し、鋭敏化の有無をJISGO571に定め
るしゅう酸電解エッチング試験により調べた。1℃/sec
はステンレスクラッド鋼板の冷却速度に相当し、10℃/s
ecは固溶化熱処理時の冷却速度に相当する。此れらの試
験片の鋭敏化の調査結果をC、Nbで整理して第2図に示
す。まず、Nbが含有されていない鋼種については、冷却
速度が10℃/secであれば0.08%とC含有量が多くても鋭
敏化が認められなかった。しかし、冷却速度が小さくな
ると鋭敏化が起こるようになり、Cを0.01%まで低下さ
せても1、5℃/secの冷却速度では鋭敏化を生じた。ス
テンレスクラッド鋼板の鋭敏化防止は低C化だけでは困
難であることを示している。Nb添加鋼種についてはNb含
有量が増えると鋭敏化が生じ難くなり、10×C%以上の
Nbが含有されると5℃/secり冷却速度でも鋭敏化が生じ
ないようになった。Nb含有量が更に増し、20×C%以上
になると1℃/secでも鋭敏化は生じないようになった。
此れらの結果から、ステンレスクラッド鋼板製造時の冷
却速度に等しい1℃/secで鋭敏化を防止するためには、
Cが0.05%以下で20×C%以上のNb含有量が必要なこと
が示された。C含有量の下限は製鋼上の制約から0.0005
%とした。Nbは高価であり、経済性の観点から必要最小
量に押さえることが望ましく、添加量が多くなると造塊
中にノズルの閉塞等の不都合を生ずるので上限を1.1%
とした。Pは耐粒界腐食感受性と塩化物中の応力割れ性
を高めるため、少ないほうが望ましいが精練の限界から
下限を0.002%とし、上限を実用上の問題の無い0.045%
とした。Sは熱間加工性と対孔食性を損なうため、少な
いほうが望ましいが精練の限界から下限を0.0005%と
し、上限を実用上の問題のない0.030%とした。NはNb
と結合して窒化物を作り、Cr炭化物の生成防止の働きを
阻害するので、少ないほうが良いが0.05%以下では実害
が無い。通常の真空溶解では0.005〜0.05%の範囲で含
有されるので上限を実用上の問題のない0.05%、下限を
0.005%とした。Moは含有量が増すとともに耐孔食性を
向上するが、中性の塩化物環境における耐応力腐食割れ
性を低下する。また高価な元素であり、フエライト形成
元素でもあるため、経済性と組織、対孔食性の観点から
上限を3.0%、下限を0.1%とした。Cuは含有量の増加と
ともに耐酸性を向上するが、含有量が多いと熱間加工性
を損なうため、耐酸性と熱間加工性の観点から上限を1.
5%、下限を0.1%とした。
ステンレスクラッド鋼板を製造する際の最適条件につい
ては、第2表に示す溶解材から直径6mm、高さ9mmの試験
片を製作して、熱間圧延と溶接後熱処理を模擬した熱間
圧縮試験を行い鋭敏化に対する圧延条件の影響を検討し
た。試験片を1250℃に加熱した後、1200℃と1100℃でそ
れぞれ20%ずつ圧下を加え、最終圧延において、圧延温
度を850〜1000℃の範囲において50℃づつ変え、圧下を2
0%にとった。このような加工・熱履歴を受けた試験片
の断面についてしゅう酸電解エッチングにより鋭敏化を
調べた。試験片の鋭敏化状況を最終圧延温度とNb/Cの比
で整理して第3図に示す。第3図においては○段状組
織、 はピット状組織、 は混合組織、●は溝状組織を示す。鋭敏化の度合いは段
状組織がもっとも小さく、溝状組織がもっとも大きい。
Nbを含有しない鋼種と10×C%以下のNbを含有する鋼種
は、最終圧延温度800〜1050℃の範囲では溝状組織とな
り激しい鋭敏化を生じた。10×C%以上のNbを含有する
鋼種では、Nb/Cが軽度になるとともに最終圧延温度依存
性が顕著になった。すなわちNb/Cの比が10では900〜950
℃の範囲で最終圧延を行うと混合組織となり、それ以外
の圧延温度では溝状組織となった。Nb/Cが20になると、
900℃と1000℃の温度で最終圧延を行うとピット状組織
となり、950℃の最終圧延温度では段状組織となり、鋭
敏化は認められなくなった。以上の結果から、ステンレ
スクラッド鋼板を製造する際、20×C%以上のNbを含有
するステンレス鋼を用いて、最終圧延温度を900〜1000
℃の範囲に限定すれば鋭敏化を防止でき、さらに950℃
を選択すれば最も効果的に鋭敏化を防止できることが明
らかになった。
本発明の鋼種は硫化物を含有するアルカリ環境において
耐応力腐食割れ性に優れており、また、鋭敏化感受性が
低いので優れた耐食性を持っている。
[実施例] 第3表は供試鋼の化学組成(重量%)である。第4表は
母材の成分(重量%)である。第5表は各圧延条件、圧
延後の加工における実施例である。第3表に示す応力腐
食割れと鋭敏化に対する成分面からの防止策を講じたク
ラッド鋼の合わせ材を溶解し、連続鋳造でスラブを作
り、熱間圧延を行ってクラッド素材を製作した。このス
テンレス鋼と第4表に示す炭素鋼を組み合わせてスラブ
を作り、1150℃〜1250℃に加熱した後、熱間圧延を行い
25,50mmの厚みを持つクラッド鋼板を得た。このときの
最終圧延温度を900〜1000℃として、製造条件の選択に
より鋭敏化の防止を図った。圧延後室温まで空冷した
後、一部のステンレスクラッド鋼板には910℃で焼きな
らしを行った。此れらのクラッド鋼から供試材を切りだ
し、構造物などに加工される場合を想定して溶接、溶接
後熱処理(625℃、1〜4時間)を行い、溶接熱影響部
と合わせ材についてしゅう酸電解エッチングにより鋭敏
化の度合いを調べるとともに、U曲げ応力腐食割れ試験
片を150℃の5%NaOH+2%Na2S水溶液に720時間浸漬し
て応力腐食割れの発生を調べた。また、比較のため成分
による鋭敏化対策未実施材(G1、G2)および従来材(G
3)も用いてステンレスクラッド鋼板を製作し、同じ条
件の溶接、熱処理を実施し鋭敏化感受性と耐応力腐食割
れ性を調べた。
実施例をまとめて第5表に示す。本発明の試料No1〜3
は成分と製造条件から鋭敏化の防止を図ったものであ
り、最終圧延温度が1000℃であるため圧下率が10〜20%
の範囲で変わってもピット組織であり、耐応力腐食割れ
性も十分であった。
比較例の試料No.4は試料No.1〜3と同じ組成ステンレス
鋼を用いた例であるが、最終圧延温度を800℃としたた
め溝状組織となった。またこの材料には応力腐食割れが
発生した。これは鋭敏化によりCr欠乏層が生成したの
で、この部分の耐応力腐食割性が低下したものと考えら
れる。
本発明の試料No.5,6は製品板厚が50mmと厚いもので、圧
延や熱処理時の冷却速度は1℃/secより小さいと考えら
れ、鋭敏化の観点から非常に不利と判断される。それに
もかかわらず、成分と最終圧延温度の最適化によってピ
ット、あるいは段状組織という低鋭敏化感受性が確認さ
れた。また、耐応力腐食割れ性についても十分な性能が
示された。
本発明の試料No.7はNb含有量が多くNb/Cが大きいため、
最終圧延延度が900℃でも段状組織が得られた。しかし9
00℃未満になると激しい鋭敏化が起こるようになり、比
較例の試料No.8のように850℃では溝状組織となった。
試料No.7の耐応力腐食割れ性は十分であったが、試料N
o.8では割れが生じた。
本発明の試料No.9〜11では、C含有量が規定範囲の上限
に近いが、最終圧延延度を900℃、950℃としたため段状
組織であり、試料No.11においては製品板厚が50mmある
うえ4時間の応力除去熱処理を行っても、ピット組織で
あった。此れらの何れにも応力腐食割れは生じなかっ
た。本発明の試料No.12〜15は圧延後に焼きならしを行
い、その後溶接、応力除去熱処理を実施したものであ
る。これらには鋭敏化、応力腐食割れは生じなかった。
成分が規定の範囲にあり、最終圧延温度を900〜1000℃
にとれば、その後ステンレスクラッド鋼が熱処理を受け
ても鋭敏化は生じないことを示している。
比較例の試料No.16は低C化した材料であるがNbが含有
されていないため、最終圧延温度を950℃としても混合
組織となり、応力腐食割れも発生した。
比較例の試料No.17,18ではNbが含有されているが、Nb/C
が10なので鋭敏化防止が不十分であり、試料No.17では
混合組織となった。また試料No.18では応力除去熱処理
時間が長いため鋭敏化が進み、溝状組織となった。また
いずれも応力腐食割れが発生した。
比較例の試料No.19,20は従来材の304Lであり、発明鋼に
較べてCr、Ni含有量が少なく、低C化のため鋭敏化を生
ずることはなかったが、応力腐食割れを防止するには不
十分な組成である。
[発明の効果] 硫化物を含有するアルカリ環境において優れた耐応力腐
食割れ性を示すステンレスクラッド鋼板を鋭敏化するこ
と無く熱間圧延によって製造することが可能になった。
また、圧延後に溶接、熱処理を実施しても鋭敏化は発生
しなかった。
【図面の簡単な説明】
第1図は応力腐食割れとNi,Cr含有量との関係を示すグ
ラフ、第2図は連続冷却時の鋭敏化に対する炭素含有量
とニオブ含有量との関係を示すグラフ、第3図は熱間圧
縮試験片の鋭敏化に対する最終圧延温度とNb/C比との関
係を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、C:0.005〜0.050%、Si:0.02〜
    1.50%、Mn:0.02〜2.00%、P:0.002〜0.045%、S:0.000
    5〜0.030%、N:0.005〜0.05%、Nb:20×C%以上、1.1
    %以下、Mo:0.1〜3.0%、Cu:0.1〜1.5%、Cr:20.0〜26.
    0%、Ni:(1.4×Cr−18.0)%以上、20.0%以下を含有
    し、残部実質的にFeからなるオーステナイト系ステンレ
    ス鋼を合わせ材として、低炭素鋼の母材と重ねたスラブ
    を熱間で圧延してステンレスクラッド鋼板を製造する方
    法において、最終圧延温度を900℃以上、1000℃以下と
    することを特徴と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。
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