JPS63130283A - 大径管用高強度高靭性クラツド鋼板の製造法 - 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〉 この発明は、寒冷地においても十分な信頼性を発揮する
高合金クラッド大径鋼管を製造するための、圧延のまま
でも高強度と高靭性を示すクラッド鋼板の製造方法に関
するものである。

〈背景技術〉 近年、様々な腐食環境にコスト安く対処すべく、肉薄の
耐食性材料を合わせ材とし、かつ安価な炭素鋼を母材と
したクラ・ノド鋼材の需要が急増している。しかし、一
般に高合金鋼等の耐食性材料を合わせ材としたクラッド
鋼に対して要求される特性は何と言っても優れた耐食性
であり、このため、従来、母材部の強度・靭性の高いク
ラッド鋼に対する需要は極めて少なかった。

従って、圧延によってクラッド鋼板を製造する場合には
、母材と合わせ材との十分な密着性やクラッド製品の加
工性を確保することを主目的として高合金鋼板（例えば
ステンレス鋼板）の圧延と同じ高温加熱・高温仕上げの
圧延が施されており、クラッド圧延において制御圧延（
圧延のままで高強度・高靭性を達成するために行われる
）が採用されることは剥離性や加工性の問題から皆無で
あった。そのため、圧延法によって得られるクラッド鋼
の強度及び靭性は、それぞれ引張強さ：約５３ｋｇｆ／
ｍｍ”　、シャルピー遷移温度（ｖＴｒｓ）　　：　　
２０℃が限度であった。即ち、常温下におけるシャルピ
ー衝％１（ｉｉ！　：　３　ｋｇ−ｍ以上が安定して得
られる強度レベルは、ＡＰＩ規格のＸ６０鋼（引張強さ
＃５３ｋｇｆ／ｍｍり程度が精々だったのである。

ところが、最近、ソ連等の寒冷地でのクラッド大径管の
需要増と共に、引張強さが６０　ｋｇｆ／ｍｍ２程度で
シャルピー遷移温度［ｖＴｒｓ）が−３０℃と言う厳し
い値を示す大径管（ＵＯＥ管等）用高強度・高靭性クラ
ッド鋼板の要求がなされるようになり、その製造、技術
の確立が必要となってきた。

−Ｃ的に言って、クラッド鋼板の強度や靭性を改善する
には母材のそれらを改善する必要がある。

しかしながら、前述したように加工性や母材と合わせ材
との剥離性の問題があるので、炭素鋼の強靭化等に適用
されている制御圧延を採用することは出来ない。また、
安易な視点からの母材の合金鋼化は、コスト的な不利を
招いてクラッド材を採用する意義を失いかねないもので
ある上、やはり合わせ材との密着性や製品の加工性等の
面で成分選択に細心の注意を要するものであった。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、コスト高につな
がる母材の高合金化や製品欠陥を引き起こしがちな制御
圧延によらずに、圧延のままで高強度・高靭性を示すと
ころの“耐食性高合金鋼を合わせ材とした大径管用クラ
ッド厚鋼板”を製造し得る手段を見出すべく研究を重ね
た結果、「特定成分組成から成る鋼を母材とすると共に
、クラッド圧延に際しては、まず通常の高合金クラッド
調圧延におけるよりも低目の特定温度域で粗圧延を行っ
た後、その仕上げ圧延温度域をも特定範囲に調整すると
、強度や靭性等の性能的にも形状的にも十分に満足し得
る大径管用高合金タララド厚鋼板がコスト安く実現され
る」 との思い掛けない知見が得られたのである。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 Ｃ：　０．０５％以下（以降、成分割合を表わす％は重
量％とする）。

Ｓｔ　：　０．１０〜０．４０％、　　Ｍｎ　：　１．
５０〜２．００％。

Ｃｒ　：　０．３０％以下、　　　Ｎｉ　：　０．４５
〜１．００％。

Ｍｏ　：　０．３０％以下、　　　Ｃｕ　：　０．２０
〜１．００％。

ｓｏ　Ｉ　Ａ　ｌ　：　０．０１０〜０．０７０％。

Ｐ：０．０３％以下、　　　Ｓ　：　０．０１％以下を
含有すると共に、更に Ｎｂ　：　０．０１〜０．１０％、　　Ｔｉ　：　０．
０１〜０．１０％の１種以上、並びに必要により Ｃａ　：　０．０２０〜０．０５０％、　Ｔｅ　：　０
．０２〜０．０８％のうちの１種をも含み、残部が実質
的にＦｅから成る鋼母材と高合金鋼合わせ材とをクラッ
ドスラブに組み立てて加熱した後、１０００℃以下９０
０℃超の温度域で製品厚の２倍以上の厚みを残して粗圧
延を行い、更に９００〜８００℃にて仕上げ圧延を行う
ことによって、圧延のままで優れた強度と靭性とを示し
、しかも加工性や合わせ材と母材との密着性或いは形状
的にも申し分ない大径管素材用クラッド鋼板をコスト安
く製造し得るようにした点、 に特徴を有するものである。

ここで、合わせ材としての高合金網としては従来知られ
ている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、二相ステンレス鋼或いは高Ｎｉ系合金鋼等
の何れを採用しても良い。またクラッド厚み比率も格別
に制限されるものではないが、通常の如く８〜３０％程
度とするのが良い。そして、クラッドスラブの組み立て
には、厚板粗圧延にて合わせ材と母材とをそれぞれ所定
の板厚に圧延した後、表面をグラインダー等にて清浄化
し、次いで四隅を溶接してから合わせ材と母材間の空気
を除去すると言う常法を採用すれば十分であるが、爆着
法によっても良いことは言うまでもない。

次に、この発明の方法において、母材の成分割合並びに
クラッド圧延条件を前記の如くに数値限定した理由を説
明する。

Ａ）母材の成分割合 ＋ａ）　　Ｃ 鋼中のＣ含有量が０．０５％を越えると炭化物が析出し
て母材の靭性を劣化し、ひいてはクラッド鋼板の靭性低
下の一因になることから、Ｃ含有量は０．０５％未満と
限定した。

（ｂ）　　５ｉ Ｓｔ酸成分０．１０％を下回ると鋼の脱酸不足による酸
化物系介在物が増加し、一方、０．４０％を越えて含有
させると靭性劣化を来たすことから、Ｓｉ含有量は０．
１０〜０．４０％と定めた。

（Ｃ）　　とｎ Ｍｎ成分は強度並びに靭性を改善する作用を有している
が、その含有量が１．５０％未満では上記作用に所望の
効果が得られず、一方、２．００％を越えて含有させる
ことはコスト的な不利につながるので、Ｍｎ含有量は１
．５０〜２．００％と定めた。

（ｄ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分は微量でも析出硬化による強度上昇作用と耐食
性向上作用を発揮するが、０．３０％を越えて含有させ
ると不必要に強度が上昇し、経済上好ましくないことか
ら、Ｃｒ含有量は０．３０％以下と限定した。

（Ｑ）　　Ｎｉ Ｎｉは強度並びに靭性の改善に極めて有効な成分である
が、その含有量が０．４５％未満では所望の強度・靭性
改善効果が得られず、一方、１．００％を越えて含有量
させることはコスト的な不利につながるので、Ｎｉ含有
量は０．４５〜１．００％と定めた。

（ｆｌ　　Ｍ。

Ｍｏ成分は微量でも析出硬化により強度を上昇する作用
を有しているが、０．３０％を越えて含有させると必要
以上の強度上昇がもたらされて経済上好ましくない上、
脆化原因ともなり易いことから、Ｍｏ含有量は０１３０
％以下と定めた。

（ｇ）　　Ｃｕ Ｃｕ成分には析出硬化による強度上昇作用と耐食性向上
作用があるが、その含有量が０．２０％未満では上記作
用に所望の効果が得られず、一方、１．００％を越えて
含有させても該効果は飽和してしまうことから、Ｃｕ含
有量は０．２０〜１．００％と定めた。

（ｈ）　　５ｏｌＡＲ ｓｏ　ｊ！　Ａ　ｌは有効な鋼の脱酸成分であるが、そ
の含有量が０．０１０％未満では脱酸不足による酸化物
系介在物の増加を招き、一方、０．０７０％を越えて含
有させるとＡ　Ｉｔ　２０３系介在物が増えることから
、ｓｏ　ｌ　Ａ　ｌｌ含有量は０．０１０〜０．０７０
％と限定した。

（１１Ｐ 不可避的不純物であるＰの含有量が０．０３％を越える
と大径鋼管（ＵＯＥＭ管等）を製造する際に溶接部割れ
を引き起こす恐れが生じることから、Ｐ含有量は０．０
３％以下と定めた。

（Ｊ）　　Ｓ 不可避的不純物であるＳの含有量が０．０１％を越える
と所望のシャルピー衝撃試験吸収エネルギーが確保でき
なくなる恐れが出てくることから、Ｓ含有量は０．０１
％以下と限定した。

（ト））　　Ｎｂ、及びＴｉ これらの成分にはオーステナイト結晶粒を細粒化し鋼材
を強靭化する作用があるので１種又は２種の添加がなさ
れるものであるが、以下、それぞれの含有量限定理由に
ついてその他の作用をも含めて詳述する。

１）Ｎｂ Ｎｂ成分には、オーステナイト結晶粒の細粒化作用のほ
か、固溶による強化作用、並びに圧延時の再結晶γ変態
温度を上昇して未再結晶γ域での十分な圧延比を確保し
易くする作用をも有しているが、その含有量が０．０１
％未満では上記作用に所望の作用が得られず、一方、０
．１０％を越えて含有させることはコスト高につながる
ことから、Ｎｂ含有量は０．０１〜０．１０％と限定し
た。

１ｉ）Ｔｉ Ｔｉ成分にはＴｉＮを形成してオーステナイト粒を、特
に溶接熱影響部のオーステナイト粒を細粒化する作用が
あるので通常の含有量たる０．０１％未満を越えて添加
されるものであるが、０．１０％を越えて含有させると
不必要な強度上昇がもたらされて経済的に好ましくない
ことから、Ｔｉ含有量は０．０１〜０．１０％と定めた
。

（１）　　Ｃａ、及びＴｅ これらの成分には、何れも硫化物（Ｍｎ　Ｓ等）を球状
化し、十分に高いシャルピー衝撃テストにおける吸収エ
ネルギー値を確保する作用があるので、必要に応じて何
れか１種が添加されるが、その含有量がＣａの場合は０
．０２０％未満であると、そしてＴｅの場合は０．０１
％未満であると上記作用に所望の効果が得られず、一方
、０．０５０％を越えてＣａを含有させるとＣａ系介在
物が急増し、また０、０８％を越えてＴｅを含有させる
と高温延性の劣化を招くことから、Ｃａ含有量は０．０
２０〜０．０５０％と、そしてＴｅ含有量は０．０２〜
０．０８％とそれぞれ限定した。

Ｂ）クラフト圧延条件 ｆａ）　　粗圧延温度 クラッドスラブの粗圧延温度が１０００℃を越えている
と再結晶γ域圧延となって未再結晶γ域でα変態化成核
サイトを増加するので、フェライトの細粒化を図るに必
要な圧下量が確保出来なくなる。一方、粗圧延温度が９
００℃以下になるとこれに引き続く仕上げ圧延の温度が
低下し、合わせ材の変形抵抗が著しく増加して圧延機の
モータトルクに問題を生じる危険が出てくる上、仕上げ
圧延時に被圧延クラッド材に“ソリ”を生じて良好な形
状の製品が得られなくなる。このようなことから、上記
粗圧延の温度を１０００℃以下であってしかも９００℃
を越える温度と限定した。

（ｂｌ　　粗圧延終了時の被圧延クラッド材の板厚粗圧
延終了時における被圧延クラッド材の板厚（即ち調整度
）が製品厚の２倍を下回ると、比較的低温域で行われる
仕上げ圧延時での十分な圧下量が確保できず、クラッド
鋼板の強靭性を支配する母材に所望の細粒化（強靭性改
善につながる）を達成することができなくなる。従って
、上記調整度が製品厚の２倍以上確保されていることと
言う制限を加えた。

なお、第１図は、後で示す第３表の試験番号４と同様条
件にて粗圧延を施したクラッド中間材の調整度（仕上げ
温度＋１００℃での調整度）と靭性レベルとの関係を示
したグラフであるが（第１図中の調整度を表わす記号Ｔ
は製品厚である）、この第１図からも、前記調整度が製
品厚（Ｔ）の２倍を下回るとシャルピー遷移温度〔νＴ
ｒｓ）が急激に上昇することを確認できる。

（Ｃ）　　仕上げ圧延温度 仕上げ圧延温度が９００℃を越えると十分な細粒化がな
されないでクラッド鋼板に所望の強靭性を確保すること
ができず、一方、８００℃を下回る温度で仕上げ圧延を
行うと、前述したように合わせ材の変形抵抗が著しく増
加して圧延に支障を来たす恐れが出てくる上、仕上げ圧
延時に被圧延クラッド材に“ソリ”が出て良好な形状の
製品が得られなくなる。このようなことから、仕上げ圧
延温度は９００〜８００℃と限定した。

次いで、この発明を、実施例により比較例と対比しなが
ら具体的に説明する。

〈実施例〉 まず、第１表に示される如き成分組成の高合金鋼合わせ
板材と、第２表に示される如き成分組成の母材鋼板とを
準備し、常法通りに、合わせ材と母材の表面を清浄化し
て重ね合わせてから四隅を溶接した後、両材料間の空気
を除去してクラッドスラブを作成した。なお、合わせ材
と母材との組合わせは第３表に示す通りであった。

続いて、このクラッドスラブに第３表で示す条件の圧延
を施し、同じく第３表に示す如き厚さの高合金クラッド
鋼板製品を製造した。

次に、得られた高合金クラッド鋼板からそれぞれ試験片
を切り出し、クラッド鋼板の強度と実質的に同じである
母材強度と靭性レベル（シャルピー遷移温度［ｖＴｒｓ
）　）とを調査して、その結果を第３表に併記した。

一般に、鋼板を大径管へ冷間成形（ＵＯＥ成形）する際
には２０℃程度の靭性劣化が見込まれるもであるが、そ
れでも、第３表に示される結果からして明らかなように
、本発明の方法によると、パイプとされた後の値に換算
したとしてもシャルピー遷移温度（ｖＴｒｓ）　　：　
　３０℃を十分に確保できる優れた靭性と、引張り強さ
で６０　ｋｇ／ｍｍ”以上の高い強度とを兼備した高合
金クラッド鋼板がコスト安く得られることが分かる。な
お、本発明の条件通りに製造されたクラッド鋼板は合わ
せ材と母材との密着性に何ら問題がなく、しかも“ソリ
”等の形状不良が一切見られないことも確認された。

これに対して、圧延温度が本発明で規定する範囲から外
れている比較法にて製造された高合金クラッド鋼板は、
寒冷地で使用する大径管用素材として十分な靭性レベル
を示さないか〈従来のように圧延温度が高い場合）、或
いは仕上げ圧延時に“ソリ”が発生して形状不良品とな
る（圧延温度が低い場合）ことが分かる。

以上に説明した如く、この発明によれば、例えばソ連等
のような寒冷地においても十分に信頼できる性能を発揮
し得るクラッド大径管の素材としての、高強度と高靭性
とを兼備した高合金クラッド鋼板を、圧延のままで比較
的安価に製造することが可能となるなど、産業上極めて
有用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、粗圧延終了時のクラッド中間材調整厚と靭性
レベルとの関係を示したグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合にて Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．１０〜０．４０％、Ｍ
   ｎ：１．５０〜２．００％、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｎ
   ｉ：０．４５〜１．００％、Ｍｏ：０．３０％以下、Ｃ
   ｕ：０．２０〜１．００％、 ｓｏｌＡｌ：０．０１０〜０．０７０％、 Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下 を含有すると共に、更に Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１
   ０％の１種以上をも含み、残部が実質的にＦｅから成る
   鋼母材と高合金鋼合わせ材とをクラッドスラブに組み立
   てて加熱した後、１０００℃以下９００℃超の温度域で
   製品厚の２倍以上の厚みを残して粗圧延を行い、更に９
   ００〜８００℃にて仕上げ圧延を行うことを特徴とする
   、圧延のままで優れた強度と靭性とを示す大径管素材用
   クラッド鋼板の製造方法。
2. （２）重量割合にて Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．１０〜０．４０％、Ｍ
   ｎ：１．５０〜２．００％、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｎ
   ｉ：０．４５〜１．００％、Ｍｏ：０．３０％以下、Ｃ
   ｕ：０．２０〜１．００％、 ｓｏｌＡｌ：０．０１０〜０．０７０％、 Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下 を含有すると共に、更に Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１
   ０％の１種以上、並びに Ｃａ：０．０２０〜０．０５０％、Ｔｅ：０．０２〜０
   ．０８％のうちの１種をも含み、残部が実質的にＦｅか
   ら成る鋼母材と高合金鋼合わせ材とをクラッドスラブに
   組み立てて加熱した後、１０００℃以下９００℃超の温
   度域で製品厚の２倍以上の厚みを残して粗圧延を行い、
   更に９００〜８００℃にて仕上げ圧延を行うことを特徴
   とする、圧延のままで優れた強度と靭性とを示す大径管
   素材用クラッド鋼板の製造方法。