JPH067803A - オーステナイト系ステンレスクラッド鋼材の製造法 - Google Patents

オーステナイト系ステンレスクラッド鋼材の製造法

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JPH067803A
JPH067803A JP15240992A JP15240992A JPH067803A JP H067803 A JPH067803 A JP H067803A JP 15240992 A JP15240992 A JP 15240992A JP 15240992 A JP15240992 A JP 15240992A JP H067803 A JPH067803 A JP H067803A
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JP
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steel
austenitic stainless
clad
stainless steel
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JP15240992A
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Tetsuya Shimada
鉄也 島田
Seisaburo Abe
征三郎 阿部
Kazuhiro Suetsugu
和広 末次
Ryosuke Takahashi
良輔 高橋
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、圧延終了後、接合界面に遅れ破壊
が生ずることのないオーステナイト系ステンレス鋼クラ
ッド材の製造方法に関するものである。 【構成】 オーステナイト系ステンレス鋼と(Ni当量
−30)/Cr当量<−1なる鋼のクラッド鋳片を熱間
圧延した後200℃以下に冷却し24時間以内に250
〜600℃の温度範囲でt分以上保持することによっ
て、接合境界部に生成するマルテンサイト相の遅れ破壊
が回避できる。なお、t=3・exp(2000/T)
である。 【効果】 本発明によって、鋳込み複相鋳片によるオー
ステナイト系ステンレス鋼クラッド材の製造が可能とな
り、従来の爆着法や真空圧着法によって製造されるクラ
ッド材に比べて大幅なコスト・ダウンが可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は接合界面に遅れ破壊が生
ずることのないオーステナイト系ステンレスクラッド鋼
材の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近時、機械、電気、化学、建築などに使
用される材料に対しては性能面と経済面の両面から益々
過酷な要求が出されている。例えば耐食性と耐熱性と機
械的強度が優れている金属材料、耐食性と機械的強度が
優れている金属材料など各種の性質を有する材料が要求
されているが、これらの性質を具備する単一金属材料の
生産量は極めて少なく、時には高価な場合もある。また
使用する目的から要求する性質が得られない場合は、異
なる組成または性質の金属材料を2種または3種以上張
合せた(接合)あるいは被覆したクラッド材が一般に使
用されている。その中でもオーステナイト系ステンレス
と普通低合金鋼を接合したオーステナイト系ステンレス
クラッド鋼材が、耐食性に優れかつ加工性と溶接施工性
が良好で、しかも無垢のステンレス鋼に較べ安価な理由
から、産業構造用部材として多く使用されるものと期待
されている。
【0003】しかし、オーステナイト系ステンレスクラ
ッド鋼材は、圧着後接合界面が脆化し易い理由から遅れ
破壊を早め、剥離強度を低下する問題があった。この脆
化の原因は、 圧着前被接合界面の酸化 圧着後の接合界面に炭化物の析出 接合界面の成分拡散によるマルテンサイト相の生成が
考えられている。
【0004】このために、例えば特開昭58−1072
88号公報などのように「接合すべき材料間にNb,T
iなどの中間薄層を介在させあるいはNiあるいはCu
の箔をインサートする製造法」や「接合部材間の接着線
に耐熱性の接着剤を塗布して加熱し、圧延する接着不良
を防止したクラッド鋼板の製造法」、さらには特開昭5
8−113326号公報記載の「熱間圧延終了後のクラ
ッド鋼板の冷却の際に、熱間圧延終了温度から600℃
に達するまでの温度域を急冷するステンレスクラッド鋼
板の製造法」などのように、上記の脆化原因を回避した
多くの製造法が提案されている。
【0005】しかしながら、これらの製造法には、現場
作業で、次のような問題があった。すなわち、接合部材
間にNb,Niなどをインサートする製造法は、大量生
産ラインにおいて作業工程を増やし、製造プロセスを複
雑化すること、また、急冷による製造法は、硬いマルテ
ンサイト相を生成して歪変形を起こすため、強い矯正加
工を行わねばならないことなどである。
【0006】図3は、表層がオーステナイト系ステンレ
ス鋼(SUS304)、内層が溶接構造用圧延鋼(SM
400)である複相鋳片を熱間圧延し放冷した接合部の
板厚方向のCrおよびNi濃度分布(A)と硬さ分布
(B)を示す。すなわち、クラッド鋼の接合部におい
て、0.5mm程度の厚みで、CrおよびNi成分の濃度
勾配を示し、マルテンサイト相が生成する。マルテンサ
イト相を呈した圧延ままのクラッド鋼は、マルテンサイ
ト相に沿ってクラックが発生し伝播し、その数は時間の
経過とともに増加する。さらに本発明者らは、クラック
を発生した破面を観察した結果、擬壁開破面を呈してい
ることを知った。この破面は、マルテンサイト相に固溶
した水素に起因するもので、脆化質である。一般にオー
ステナイト系ステンレス鋼の鋼中水素量は高く、通常2
ppm 以上が含まれている。従って、オーステナイト系ス
テンレス鋼クラッド鋼片を、熱間圧延するためのオース
テナイト化温度に加熱すると、水素が鋼片全体に拡散
し、マンテンサイト相を呈した水素固溶限の少ない接合
部の水素濃度が高くなり、遅れ破壊感受性を強める問題
があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、こうし
た問題から遅れ破壊の感受性を弱めた接合界面をもつオ
ーステナイト系ステンレスクラッド鋼材を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するために、実験結果に基づいて種々検討した結
果、オーステナイト系ステンレスクラッド鋼片を、熱間
圧延した後、所定の熱サイクルの脱水素熱処理を施すこ
とによって、目的のオーステナイト系ステンレスクラッ
ド鋼材が製造されることを知見した。
【0009】すなわち、本発明の要旨は、下記の式から
当量と加熱時間を求め、オーステナイト系ステンレス鋼
と(Ni当量−30)/Cr当量<−1なる鋼のクラッ
ド鋼片を熱間圧延した後温度200℃以下に冷却し、2
4時間以内に250〜600℃の温度範囲に加熱しt分
間以上保持する熱処理を施すオーステナイト系ステンレ
スクラッド鋼材の製造法である。 Ni当量=Ni%+30×C%+0.5×Mn% Cr当量=Cr%+Mo%+1.5×Si% t(分)=3・exp(2000/T) T:加熱温度 以下、本発明について詳細に説明をする。接合すべきオ
ーステナイト系ステンレス鋼と(Ni当量−30)/C
r当量<−1なる鋼を、鋳造法、爆着法、溶接法など通
常の積層法によって、オーステナイト系ステンレスクラ
ッド鋼片に製造する。オーステナイト系ステンレス鋼の
成分組成については何ら限定するものでない。しかしな
がらステンレス鋼と接合する他方の合せ材については、
クラッド鋼片を高温度の熱間圧延温度に加熱した際ステ
ンレス鋼からNiまたはCr成分の溶け込みによって、
接合境界部でマルテンサイト相が生成し、水素による遅
れ破壊感受性を著しく高める問題から、本発明ではマル
テンサイト相を呈する接合部のNiまたはCr成分の含
有量と、遅れ破壊感受性の関係を整理した実験結果に基
づいて、(Ni当量−30)/Cr当量<−1なる鋼に
限定したものである。この場合のNi当量はNi%+3
0×C%+0.5×Mn%、またCr当量はCr%+M
o%+1.5×Si%である。
【0010】このようにして接合されたクラッド鋼片
は、通常の加熱温度に昇温して所定の厚み、形状に熱間
圧延した後、200℃以下の温度に冷却して、接合境界
部に水素固溶限の少ないマルテンサイト相を生成させ
る。その冷却終了温度はマルテンサイト相の生成量を増
加させる意味から、できるだけ室温付近まで冷却するこ
とが望ましい。図1は、接合境界部のマルテンサイト相
成分に相当する13%Cr−3%Ni鋼の昇温過程から
冷却過程までの、変態挙動について示したものである。
昇温過程の650℃付近からマルテンサイト相がオース
テナイト相に逆変態する。つまり、オーステナイト化温
度域で熱間圧延を終了した後、200℃以下の温度に冷
却することによって、接合境界部にマルテンサイト相が
生成する。このように冷却過程で一旦生成したマルテン
サイト相は、温度650℃付近まで逆変態しない。従っ
て、マルテンサイト相化した接合境界部は、過飽和な水
素を含有して、遅れ破壊感受性を著しく高める問題があ
る。
【0011】この問題を防止するために、200℃以下
の温度に冷却後24時間以内に、250〜600℃の温
度範囲(T)に加熱し、かつその温度にt=3・exp
(2000/T)から求められる時間(分)以上に保持
する熱処理を施す。冷却後熱処理するまでの時間を24
時間を超えて放置すると鋼中水素によって、接合境界部
のマルテンサイト相が遅れ破壊を起こし、接合剥離割れ
を引き起こす問題が生じてくる。図2は、図1で熱間圧
延を終えマルテンサイト相に変態した鋼を15時間経過
後、250〜600℃の各温度に加熱保持した時の熱処
理と鋼中水素量(ppm)の関係を示す。すなわち、鋼中水
素量が1ppm 以下になると遅れ破壊割れが防止され、し
かもその水素レベルにするにはT・In(t/3)≧2
000の条件を満たす必要がある。ここで、Tは加熱温
度(K)、tは加熱保定時間(分)である。この式を展
開して、t≧3・exp(2000/T)となる。この
時の熱処理温度を250〜600℃に限定した理由は鋼
中の脱水作用効果と耐食性劣化問題から規定したもので
あって、250℃未満の低い加熱温度では水素の鋼中拡
散速度が極めて遅いためマルテンサイト相の脱水に長時
間を要し、また600℃を超える高い加熱温度では耐食
性を著しく劣化する傾向にあるからである。次に、本発
明の実施例について説明をする。
【0012】
【実施例】表1に示す化学組成を有する表層がSUS3
04、内層がSM400の鋳込み複相鋳片を溶製した。
このスラブを1180℃に加熱し板厚20mmに熱間圧延
した後、同じく表2に示す本発明の条件で熱処理したN
o. 1〜3の試料は、剥離割れおよび表層ステンレス鋼
の鋭敏化を生ずることなくクラッド材の製造が可能であ
った。
【0013】しかし、室温まで冷却後30時間放置した
No. 4の試料は、この後550℃で2時間の再加熱処理
を施しても割れが生じた。また、室温まで冷却後650
℃で再加熱したNo. 5の試料は剥離割れを起こさないも
のの、表層ステンレス鋼が鋭敏化し耐食性が著しく劣化
した。圧延終了後の冷却過程で550℃×2時間保定し
たNo. 6の試料、および圧延後室温まで冷却しただけで
再加熱処理しなかったNo. 7の試料は、接合界面に剥離
割れが生じた。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】以上の実施例から明らかのように、本発明
は圧延後の熱処理と鋼中水素の拡散挙動が密接に関連し
極めて効果的に作用し、従来困難であると考えられてい
た鋳込み複相鋳片によるCr−Ni系ステンレス鋼クラ
ッド材の製造が可能となった。
【0017】
【発明の効果】本発明によって、鋳込み複相鋳片による
Cr−Ni系ステンレス鋼クラッド材の製造が可能とな
り、従来の爆着法や真空圧着法によって製造されるクラ
ッド材に比べて大幅なコスト・ダウンが可能となった。
さらに、爆着設備や真空引き設備などの専用設備が不要
となり、製造工程の簡略化が可能となったことによっ
て、消費エネルギーおよび労力も大幅に低減された。こ
れらの改善によってもたらされる産業上の意義は極めて
多大なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】接合境界部マルテンサイト相成分相当(13C
r−3Ni)鋼の昇温過程から冷却過程の変態挙動を示
す図。
【図2】熱延後15時間経過後各温度に加熱保持したと
きの熱処理と鋼中水素量の関係を示す図。
【図3】複相鋳片を熱延−放冷した接合部の板厚方向に
おけるCr,Niの濃度分布(A)と硬さ分布(B)を
示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 良輔 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オーステナイト系ステンレス鋼と〔(N
    i当量−30)/Cr当量<−1〕なる鋼のクラッド鋼
    片を熱間圧延した後温度200℃以下に冷却し、24時
    間以内に250〜600℃の温度範囲に加熱しt分間以
    上保持する熱処理を施す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材の製造法。 但し、Ni当量=Ni%+30×C%+0.5×Mn% Cr当量=Cr%+Mo%+1.5×Si% t(分)=3・exp(2000/T) T:加熱温度
JP15240992A 1992-06-11 1992-06-11 オーステナイト系ステンレスクラッド鋼材の製造法 Withdrawn JPH067803A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019189871A1 (ja) 2018-03-30 2019-10-03 日鉄ステンレス株式会社 二相ステンレスクラッド鋼板およびその製造方法
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