JPS647138B2

JPS647138B2 -

Info

Publication number: JPS647138B2
Application number: JP15037783A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Taira; Kazuyoshi Ume; Kazuaki Matsumoto; Tomoaki Hyodo
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1983-08-19
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1989-02-07
Also published as: JPS6043433A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、耐食性および靭性に優れたクラツ
ド鋼板の製造方法に関するものである。石油や天然ガス用輸送管の使用条件は、近年
益々苛酷になりつつある。例えば、硫化水素分や
炭酸ガス分を多く含み、しかもPH的にも厳しいガ
スをパイプラインによつて輸送する場合、安定操
業、公害問題、安全性等の面から、このような使
用条件に充分耐える耐食性、靭性および強度、そ
の他パイプライン用輸送管として具備すべき特性
を兼ね備えた鋼管に対する要望が高まつている。このような要望から、輸送管としての鋼管の材
料は、従来から用いられていた炭素鋼や低合金鋼
の代りに高合金鋼を用いる傾向にあるが、高合金
鋼のみで鋼管を製造すると経済的に不利となる。そこで、比較的安価な炭素鋼や低合金鋼の母材
板を外側とし、高価なステンレス鋼等の高耐食鋼
のクラツド材板を内側とするクラツド鋼管が開発
され、一部試験的に使用されている。上述した要望は、輸送管としての鋼管に限ら
ず、種々の腐食性流体に接する鋼板についても同
様である。ところで、クラツド鋼板の製造法には、圧延
法、鋳込法、肉盛法、爆着法および拡散法等があ
り、通常は、溶体化処理は施こされていない。しかし、例えば、JIS G4304に規定されている
ように、熱間圧延によつて製造したステンレス鋼
板は、圧延後、溶体化処理を施こす必要がある。
従つて、ステンレス鋼をクラツド材板とするステ
ンレスクラツド鋼板であつても、耐食性の向上を
さらに図るためには、溶体化処理を施こした方が
好ましいことは云うまでもない。ところが、上記クラツド鋼板に溶体化処理を施
こす場合、次のような問題が生じる。即ち、クラ
ツド材板が、例えば、オーステナイト系ステンレ
スまたは２相系ステンレスの場合には、通常、
950℃以上の高温度域から、一方、フエライト系
ステンレスの場合には、800℃前後の温度域から
急冷されるが、これと同時に、母材板としての炭
素鋼や低合金鋼も、同じ熱サイクルを受ける結果
著しく硬化する。これによつて、母材板の靭性が
劣化し、例えば、シヤルピーvTrs（破面遷移温
度）は、−20℃以上であるので、低温地域で使用
する場合には不適当であつた。この発明は、上述のような観点から、高温度域
から急冷して溶体化処理を施こしても、母材板の
靭性が劣化しない、クラツド鋼板の製造方法を提
供するものであつて、クラツド材板として高耐食鋼を用い、母材板と
して、Ｃ：0.05％以下、 Si：0.05〜0.8％、 Mn：0.8〜2.2％、 Al：0.02〜0.08％、Ｎ：0.002〜0.01％、さらに、必要に応じて、上記成分に、 Cu：1.0％以下、 Ni：3.0％以下、 Cr：1.0％以下、 Mo：0.8％以下、Ｖ：0.1％以下、Ｂ：0.003％以下の１種または２種以上の成分を含有し、さらに必要に応じて、上記成分に、 Nb：0.1％以下、 Ti：0.1％以下の少なくとも１種成分を含有し、さらに必要に応じて、上記成分に、 Ca：0.01％以下（以下重量％）の成分を含有し、残り、不可避不純物からなる鋼
を用い、前記クラツド材板および前記母材板から
なるクラツド鋼材を所定厚さに圧延し、かくして
得られたクラツド鋼板に、900〜1150℃の範囲の
温度に10秒間以上保持し、この後、0.5℃／sec以
上の冷却速度で冷却することからなる溶体化処理
を施こすことに特徴を有する。この発明は、次の２つの事項が基本になつてな
されたものである。耐食性は、環境条件に応じて選択した、オー
ステナイト系ステンレス、２相系ステンレス、
フエライト系ステンレス、チタンおよびチタン
合金、キユプロニツケル、インコネル等の高
Ni合金等をクラツド材板とするクラツド鋼板
に、溶体化処理を施こすことによつて得られ
る。クラツド鋼板を溶体化処理することによつ
て、母材板として用いた炭素鋼や低合金鋼も同
じ熱サイクル、即ち、高温から急冷される熱サ
イクルを受けるのであるが、前記炭素鋼や低合
金鋼のＣ量を低下させ、必要に応じて他元素を
増加あるいは添加すれば、クラツド材板に適正
な靭性と強度を付与することができる。上記事項については、例えば、JIS G4304，
JIS G4902に溶体化温度が決められているよう
に、溶体化処理を施こすこと自体は公知である。
第１図にSUS316L（オーステナイト系）および
SUS329J1（２相系）における腐食試験結果の１
例を示す。このときの試験条件は、ASTM G48
―76に基くもので、濃度10％、温度60℃のFeCl₃
溶液中に、５時間試験片を浸漬して、試験片の耐
孔食性を調べた結果である。第１図から明らかなように、溶体化処理を施こ
した試験片の腐食減量は、圧延ままの場合よりも
小さく、従つて、溶体化処理を施こすことによつ
て耐食性が向上することがわかる。上記について説明する。第２図は、Ｃ―0.25
％Si―1.35％Mn―0.02％Nb―0.04％Ｖを含有し
た厚さ20mmの鋼材を用い、これを1050℃から、焼
入れに相当する冷却速度で急冷した場合の、冷却
ままのTS（引張強さ）及びvTrs（破面遷移温度）
に及ぼすＣの影響を示した図である。第２図から
明らかなように、Ｃ量が少なくなるにしたがつて
靭性が向上し、反面、強度は低下することがわか
る。これはＣ量を下げることによつて鋼の焼入性
が低下して微細なベイナイトとフエライトとの混
合組織になるからである。即ち、Ｃ：0.08〜0.15
％とＣ量とが比較的高い従来鋼では硬化組織とな
り、靭性が劣化するのに対して、Ｃ量を低減させ
た鋼では、強度は低下するが靭性は向上する。この発明は、Ｃ量を低減させることによつて強
度が低下する分を、要求強度に応じて他元素で補
うことを基本としてなされたものである。第３図
は、厚さ20mmの鋼板を代表的溶体化処理温度であ
る1000〜1100℃から冷却速度30〜50℃／secで急
冷した場合の、冷却ままTSおよびvTrsに及ぼす
炭素当量（Ceq＝Ｃ＋Mn／６＋（Cu＋Ni）／15
＋（Cr＋Mo＋Ｖ）／５）の影響を示したもので
ある。TS及びvTrsは、Ceqと実質的に一定の関
係があることがわかる。また、上記Ceqには関与
していないＢを添加した鋼についても上記関係が
成立つていることがわかる。すなわち、Ｃを低下
することによつて強度が低下した分をMnの増加
あるいはCr，Mo，Ｖなどの添加によつて補い、
所定のCeqを確保すれば目的とする強度と靭性が
得られる。以上のことから、クラツド鋼板を製造するに当
り、母材板として低Ｃ系の鋼材を用いれば、溶体
化処理ままでも組織的にはフエライトとベイナイ
トとの混合組織となるので、母材板に良好な靭性
を付与することができ、一方、クラツド材板に
は、高い耐食性を付与することができる。第４図は、0.04％Ｃ―0.25％Si―1.55％Mn―
―0.002％Ｓ―0.28％Cu―0.10％Ni―0.035％Nb―
0.004％Ｎ系の厚さ15mmの鋼板を1010℃の温度に
40秒間保持し、この後40〜50℃／secの冷却速度
で冷却した場合（焼戻し処理なし）のTSおよび
vTrsに及ぼすＰ量の影響を示した図である。第
４図から明らかなように、Ｃ量が少ないので水冷
ままでも優れた靭性を示すが、Ｐ量を0.008％以
下に抑えることによつて靭性は更に向上すること
がわかる。これは、Ｐ量が少なくなることによつ
て鋼の焼入れ性が低下し、かつ固溶強化分も減少
するからであると考えられる。即ち、高温から急
冷したままの靭性を更に改善させる意味で、Ｐの
添加量は0.008％以下に抑えることが好ましい。以上の事項を考慮して、この発明における母材
板の基本成分の限定理由について説明する。Ｃは、第２図に示す如く、その含有量が0.05％
を越えると急冷ままで従来レベルのvTrs−60
℃を改善することができないので、上限を0.05％
とした。一方、Ｃ量が低減すればするほど強度が
出にくいが、靭性を改善するには少ない方が良
い。実操業上低減できる下限は、0.002％程度で
ある。従つて、この発明ではＣの含有割合を0.05
％以下とした。 Siは、0.05％未満では脱酸効果がなく、一方、
0.8％を越えると靭性に悪影響を及ぼす。従つて、
この発明ではSiの含有割合を0.05〜0.8％に限定し
た。 Mnは、0.8％未満ではＣ量を低減したときの強
度補償の作用をなさず、第３図に示されるように
靭性上の考慮（Ceq0.36）をすると上限は2.2％
となる。従つて、この発明ではMnの含有割合を
0.8〜2.2％に限定した。 Alは、脱酸剤として有効な元素であり、また、
AlNとして溶体化処理時のオーステナイト結晶
粒の粗大化を防止する効果があることから、少な
くとも0.02％以上添加する必要がある。特に、鋼
板に施こす溶体化処理は、通常、雰囲気炉内で行
われるので加熱速度も遅く、オーステナイト粒も
粗大化し易い、従つて、例えば、AlNの溶解度
積として知られている。 log〔Al〕〔Ｎ〕＝−6770／Ｔ＋1.03（Ｔ：〓）において、溶体化処理温度Ｔにおける石辺の値よ
りも、左辺の値の方が大きくなるようにAlの含
有量を決定すべきである。なお、上式は、〔L.S.
Darken et al：Trans AIME191（1951）P1174）
に記載されているものである。0.08％を越えると
鋼塊に表面疵が発生する。従つて、この発明では
Alの含有割合を0.02〜0.08％に限定した。Ｎは、溶体化処理温度でのオーステナイト粒の
粗大化防止に有効に作用するAlN或いはNb
（CN）を形成させるために、少なくとも0.002％
は必要である。一方、0.01％を越えると靭性が低
下する。従つて、この発明ではＮの含有割合を
0.002〜0.01％に限定した。この発明における母材板の基本成分の限定理由
は以上であるが、上記基本成分に必要に応じて更
に含有させるNb，Cu，Ni，Cr，Mo，Ｖ，Ti，
Ｂ，Caの限定理由について説明する。 Nbは、制御圧延（コントロールドローリング）
による溶体化処理前の組織を細粒化する作用を有
するだけでなく、溶体化温度に加熱の際に、オー
ステナイト粒の粗大化を防止する作用、すなわ
ち、Nb（CN）として母材に微細に均一分散させ
る作用を有する。このような観点から添加する必
要があるが、0.1％を越えて添加すると鋼塊に表
面疵が生じる。従つて、この発明では、Nbの含
有割合を0.1％以下に限定した。 Cuは、強度を増加させるとともに耐水素誘起
割れを向上させる作用をなすが、1.0％を越える
と熱間加工性が悪くなる。従つて、1.0％以下と
した。 Niは、強度、靭性ともに向上させるに有効な
元素であり、しかもCu疵を防止する作用もある
が、3.0％を越えると、溶接時の高温割れの感受
性が増加することと、高価な金属である。従つ
て、3.0％以下とした。 Crは、強度上昇に有効であるが、多すぎると
靭性や溶接性を悪化させるため、上限を1.0％と
した。 Moは、鋼の強度上昇および組織のベイナイト
化に寄与するが、多すぎると却つて靭性或いは溶
接性を損なう。従つて、上限を0.8％とした。Ｖは、鋼の強度を確保するうえで重要な元素で
あるが、多すぎると靭性に悪影響を及ぼす。この
ために上限を0.1％とした。特に、後に溶接を行
う場合、溶接金属の靭性を確保する点から少ない
ほど好ましい。 Tiは、Nbと同様に溶体化処理前の組織を微細
化する作用を有し、しかも、後述するＢの焼入性
を十分に発揮させるためには、ＢがＮと結合する
のを防止する必要がある。このような理由から添
加しても良く、その上限は0.1％である。Ｂは、極低Ｃ領域での焼入性の低下（強度の低
下）を補うものであるが、0.003％を越えると靭
性が劣化する。従つて、0.003％以下とした。 Caは、耐水素誘起割れを改善する作用を有す
るが、0.01％を越えるとカルシウムオキシサルフ
アイド、カルシウムアルミネート等のクラスター
を形成し、耐水素誘起割れ性が劣化する。このた
めに上限を0.01％とした。圧延条件については、制御圧延を施こすことが
靭性を改善する上で好ましいものの、その限定条
件は特にない。要するに、クラツド鋼板が既に述
べたような高耐食性鋼からなるクラツド材板と、
低炭素鋼または低炭素合金鋼からなる母材板とか
らなり、これらの合計厚みが所定の厚みに圧延さ
れていれば、熱間圧延、冷間圧延の何れでも良
い。また、クラツデイング方法も、前述した通り
の方法、即ち、圧延クラツド法、爆着法等の何れ
の方法でも良い。次に、溶体化処理条件であるが、温度について
は、例えば、JIS G4304に規定されているよう
に、鋼種によつて違いはあるが、要するにCr炭
化物またはσ相などの脆化相を固溶させると共
に、加工歪を除くために、900〜1150℃の温度範
囲とした。これは、900℃未満では、Cr炭化物ま
たはσ相などの脆化相をマトリツクスに固溶させ
ることが不可能であり、一方、1150℃を越える
と、母材板の結晶粒のみならず、クラツド材板の
結晶粒が粗大化して靭性および耐食性が劣化する
からである。保持時間は、Cr炭化物または脆化
相を固溶させる本来の目的が、10秒未満では達成
できないので、10秒以上とし、その上限は、母材
板のオーステナイト粒が粗大化して靭性に悪影響
をおよぼさない程度の時間とするが、15分以内が
好ましい。一方、冷却速度についても、溶体化処
理の本来の目的が達成されれば良い。通常はJIS
G4304に現定されているように、急冷であるが、
炭化物の少ないＬグレード、例えば、SUS316L
またはSUS304Lなどでは、無理に急冷しなくて
も溶体化されるので、これらの場合には、空冷で
も良い。しかし、これらの場合でも、冷却速度が
0.5℃／sec未満では、一度固溶した炭化物等が冷
却途上で再析出する危険性があるので、0.5℃／
sec以上とする必要がある。次に、この発明を、実施例によつて、更に詳細
に説明する。第１表に示される成分組成を有する母材板と、
クラツド材板とからなる所定板厚のクラツド鋼板
１〜７を圧延によつて製造し、これらの鋼板に溶
体化処理を施こし、第５図に示されるように、母
材板Ａから丸棒試験片Ｂを切り取り、また、第６
図に示されるように、母材板Ａからシヤルピー試
験片Ｃを切り取つて、それぞれ試験に供した。第２表に、このときの溶体化条件と、試験結果
とを合せて示す。

【表】

【表】第２表から明らかなように、本発明クラツド鋼
板は、比較クラツド鋼板に比べて、靭性に優れて
いることがわかる。以上詳述したように、この発明によれば、高耐
食鋼のクラツド材板および高い低温靭性鋼の母材
板からなる、耐食性および低温靭性に優れたクラ
ツド鋼板が得られるという、工業上有用な効果が
もたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、圧延ままおよび溶体化処理を施こし
た場合の腐食量を示すグラフ、第２図は、Ｃ量
と、TSおよびvTrsとの関係を示す図、第３図
は、Ceqと、TSおよびvTrsとの関係を示す図、
第４図は、Ｐ量と、TSおよびvTrsとの関係を示
す図、第５図、第６図は、試験片の切り取り方法
を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１クラツド材板として高耐食鋼を用い、母材板
として、Ｃ：0.05％以下、 Si：0.05〜0.8％、 Mn：0.8〜2.2％、 Al：0.02〜0.08％、Ｎ：0.002〜0.01％（以上重量％）、残り、鉄および不可避不純物を含有する鋼を用い、前記クラツド材板および前
記母材板からなるクラツド鋼材を、所定板厚に圧
延し、かくして得られたクラツド鋼板に、900〜
1150℃の範囲の温度に10秒間以上保持し、この
後、0.5℃／sec以上の冷却速度で冷却することか
らなる溶体化処理を施こすことを特徴とする、耐
食性および靭性に優れたクラツド鋼板の製造方
法。２クラツド材板として高耐食鋼を用い、母材板
として、Ｃ：0.05％以下、 Si：0.05〜0.8％、 Mn：0.8〜2.2％、 Al：0.02〜0.08％、Ｎ：0.002〜0.01％、および、上記成分に更に、 Cu：10％以下、 Ni：3.0％以下、 Cr：1.0％以下、 Mo：0.8％以下、Ｖ 0.1％以下、Ｂ：0.003％以下（以上重量％）の１種または２種以上の成分を含有し、残り、鉄
および不可避不純物からなる鋼を用い、前記クラ
ツド材板および前記母材板からなるクラツド鋼材
を、所定板厚に圧延し、かくして得られたクラツ
ド鋼板に、900〜1150℃の範囲の温度に10秒間以
上保持し、この後、0.5℃／sec以上の冷却速度で
冷却することからなる溶体化処理を施こすことを
特徴とする、耐食性および靭性に優れたクラツド
鋼板の製造方法。３クラツド材板として高耐食鋼を用い、母材板
として、Ｃ：0.05％以下、 Si：0.05〜0.8％、 Mn：0.8〜2.2％、 Al：0.02〜0.08％、Ｎ：0.002〜0.01％、および、上記成分に更に、 Cu：1.0％以下、 Ni：3.0％以下、 Cr：1.0％以下、 Mo：0.8％以下、Ｖ：0.1％以下、Ｂ：0.003％以下の１種または２種以上の成分を含有し、および、上記成分に更に、 Nb：0.1％以下、 Ti：0.1％以下（以上、重量％）の少なくとも１種の成分を含有し、残り、鉄およ
び不可避不純物からなる鋼を用い、前記クラツド
材板および前記母材板からなるクラツド鋼材を、
所定板厚に圧延し、かくして得られたクラツド鋼
板に、900〜1150℃の範囲の温度に10秒間以上保
持し、この後、0.5℃／sec以上の冷却速度で冷却
することからなる溶体化処理を施こすことを特徴
とする、耐食性および靭性に優れたクラツド鋼板
の製造方法。４クラツド材板として高耐食鋼を用い、母材板
として、Ｃ：0.05％以下、 Si：0.05〜0.8％、 Mn：0.8％〜2.2％、 Al：0.02〜0.08％、Ｎ：0.002〜0.01％、および、上記成分に更に、 Cu：1.0％以下、 Ni：3.0％以下、 Cr：1.0％以下、 Mo：0.8％以下、Ｖ：0.1％以下、Ｂ：0.003％以下、の１種または２種以上の成分を含有し、および、上記成分に更に、 Nb：0.1％以下、 Ti：0.1％以下、の少なくとも１種の成分を含有し、および、上記成分に更に、 Ca：0.01％以下（以上重量％）の成分を含有し、残り、不可避不純物からなる鋼
を用い、前記クラツド材板および前記母材板から
なるクラツド鋼材を、所定板厚に圧延し、かくし
て得られたクラツド鋼板に、900〜1150℃の範囲
の温度に10秒間以上保持し、この後、0.5℃／sec
以上の冷却速度で冷却することからなる溶体化処
理を施こすことを特徴とする、耐食性および靭性
に優れたクラツド鋼板の製造方法。