JPH0735543B2 - クラッド鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はクラッ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靱性クラッ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） クラッド鋼は、耐食性を合せ材により、また強度や靱性
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、高靱性が要求される用途、例えば、
圧力容器、ラインパイプ、石油、天然ガス堀削用パイプ
等に有用である。

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
成のクラッ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10
00℃以上の溶体化処理を施すと母材の結晶粒が粗大化す
るため靱性が劣化する。いずれの場合においても高靱性
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、
高靱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58−151
425号）。

しかし、母材鋼の靱性については、Ｃを極低化（例えば
C:0.05％以下）することにより焼入れ性を低下させるの
で、靱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HA
Zの靱性の劣化、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靱性の確保のために母材のAc₁
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靱性を回
復させるには、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け得ない。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靱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ッド鋼板の製造方法（特開昭58−10
3986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
性及び靱性が劣化する。そのため、クラッド鋼の強度や
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、成形加工に多大の疲労と時間を要する。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
チ形コンポジットを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２〜30℃/secで450〜6
50℃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、上記と同様にクラッド
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靱性ク
ラッ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ッド鋼を製造
するに当っては、母材鋼の強度と靱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、母材の靱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ッ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、クラッド鋼の成
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、とりわけクラッ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、800
℃から550℃までの鋭敏化温度域を２℃/sec以上の冷却
速度で冷却する必要がある。

クラッ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、靱性を著しく劣化させてしまい、実用に耐え得な
い。

そこで、クラッド鋼に要求される特性、すなわちクラッ
ド鋼の成形性、合せ材の耐食性及び母材鋼の靱性をすべ
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、クラッド鋼の成形法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靱性を確保するために、800
〜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℃以下550℃以上）を２℃
/sec以上で冷却し、母材靱性の劣化抑制の点から550℃
以下450℃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、母材鋼の靱性改善を補完でき、より高い靱性を具備
させることができることが判明した。

以上の方策がクラッド鋼の成形性、合せ材の耐食性及び
母材鋼の靱性をすべて兼備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、本発明に係るクラッ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:0.005〜0.030wt％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、Ｃ量が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、靱性も低
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、母材鋼の靱性改善を補完
でき、より高い靱性を具備することができる。また、溶
接継手靱性の向上も図れる。

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緩冷を行う場合
は、緩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
ると溶接継手靱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℃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ナイト系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、靱性が劣化す
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靱性と合せ材
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緩冷して焼入れ性を低下させる
ことにより、母材鋼の靱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℃/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、母材の靱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を確保するには、合せ材
の鋭敏化温度域（概ね800℃以下、550℃以上）を２℃/s
ec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℃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、母材鋼の靱性は著しく劣
化するので、冷却速度を20℃/sec以下、冷却停止温度を
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。

実施例１ 合せ材として用いる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SUS304、SUS316、Incoloy825の３種
類であり、圧延仕上げ板厚を10mmとした。加熱温度は11
50℃とし、圧延仕上り後、室温まで冷却した。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、SUS316及びIncoloy825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。

実施例２ 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Ｉ
〜VIの製造プロセスを適用してクラッド鋼板を作製し
た。

なお、仕上げ板厚は15mmとし、構成板厚は母材鋼12mm、
合せ材3mmの構成とし、クラッド率は25％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IIは圧延後、直接焼入れ（DQ）するタイ
プであり、プロセスIIIはDQの後、焼戻しするタイプで
ある。またプロセスIVは母材鋼のオーステナイト未再結
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
テナイト未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VI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℃/sec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。

得られたクラッド鋼板について、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No.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
ッ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No.2は、高温圧延上げの後、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、クラッド鋼板
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。またクラッド鋼の
延性及び母材の靱性が低い。

比較鋼板No.3は、直接焼入れ後、焼戻し処理（620℃）
を行い、その後急冷するため、クラッド鋼の延性及び母
材鋼の靱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No.4は、母材欄の靱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、
クラッ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、成形性に
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No.後は、制御圧延及び加速冷却により、強度
及び靱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、クラッド鋼の降
伏化が高くなるため、冷間加工時の成形性に劣る。

これに対して、本発明鋼板No.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No.5に比べて合せ
材は加工硬化しておらず、クラッド鋼の伸びが高く、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、800〜8
50℃までを緩冷するため、結果として粗大ベイナイトの
生成が抑制されて、母材鋼の靱性も良好である。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No.7は、母材鋼に微量Tiが添加されて
おり、比較鋼板No.5に比べて細粒化が図られているの
で、靱性が高い。

また、本発明鋼板No.8は、比較鋼板No.4に比べて合せ材
の硬さが低く、クラッド鋼の伸びが高く、降伏比が低い
ため、冷間加工時の成形性が優れている。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、クラッド鋼板の
成形性、合せ材の耐食性及び母材鋼の靱性というクラッ
ド鋼に要求される特性をすべて兼ね備えたクラッド鋼板
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図は各種合せ材（SUS304、SUS316、Incoloy825）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。

Claims (2)

【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. 【請求項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。