JPWO2015059909A1 - オーステナイト系ステンレスクラッド鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
耐食性、特に耐鋭敏化特性に優れると共に、合せ材と母材との接合性に優れたオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板およびその製造方法を提供する。質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：１２．００〜１５：００％、Ｃｒ：１６．００〜１８．００％、Ｍｏ：２．００〜３．００％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、部分再結晶組織あるいは再結晶組織のオーステナイト結晶粒組織を有する合せ材と、前記合せ材に重ねて形成された母材と、を有し、せん断強さが３００ＭＰａ以上であるオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
Description
本発明は、ケミカルタンカー、圧力容器、ラインパイプ等に用いられるオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板およびその製造方法に関する。
クラッド鋼板は母材の機械的特性と合せ材の耐食性を兼ね備え、かつ経済性に優れた高機能鋼板である。オーステナイト系ステンレスクラッド鋼板は、ケミカルタンカー用として多く用いられるが、エネルギー開発分野の成長とともにパイプライン用途として需要が期待されている。近年、難採掘環境と呼ばれる領域においてもエネルギー資源開発が進んでおり、このような環境は、今まで以上に母材の低温靭性、特に脆性破壊の伝播停止特性や合せ材の耐食性が求められている。
クラッド鋼板とは合せ材にステンレス鋼やＮｉ合金、母材に低合金鋼材と、二種類の性質の異なる金属を張り合わせた鋼材である。クラッド鋼板は、異種金属を金属学的に接合させたもので、めっきとは異なり剥離する心配がなく単一金属及び合金では達し得ない新たな特性を持たせることができる。
クラッド鋼板は、使用環境毎の目的に合った機能を有する合せ材を選択することにより無垢材（全厚が合せ材の金属組織のような場合をいう）と同等の機能を発揮させることができる。さらに、クラッド鋼板の母材には、耐食性以外の高靭性、高強度といった厳しい環境に適した炭素鋼や低合金鋼を適用することができる。
このように、クラッド鋼板は、無垢材よりも合金元素の使用量が少なく、かつ、無垢材と同等の耐食性能を確保でき、さらに炭素鋼や低合金鋼と同等の強度や靭性を確保できるため、経済性と機能性が両立できるという利点を有する。
以上から、オーステナイト系ステンレス鋼板を含めて、高合金の合せ材を用いたクラッド鋼板は非常に有益な機能性鋼材であると考えられており、近年そのニーズが各種産業分野で益々高まっている。
しかしながら、合せ材であるオーステナイト系ステンレス鋼板は、５００℃〜８００℃といった温度域に保持すると、Ｃｒ２３Ｃ６といった炭化物やσ相といった金属間化合物（鉄とクロムの化合物）が生じることで、析出物周辺部のＣｒ濃度が低くなり、粒界腐食や孔食が生じやすくなる。通常、無垢材であれば圧延後に溶体化処理を施し析出物を固溶させることができるが、クラッド鋼板の場合には析出物が溶け込むような高温に加熱保持すると、母材である低合金鋼の結晶粒が粗大化し、機械的特性が著しく悪化するという問題がある。
このような背景から、以下に示すようなクラッド鋼板およびクラッド鋼板の製造方法が開示されている。
特許文献１および特許文献２には、クラッド鋼板の母材の強度と低温靭性を達成する、焼入れ焼戻し処理で製造されたクラッド鋼板およびその製造方法が開示されている。しかしながら、上述したように、特定の温度域で保持されると耐食性の劣化が生じるため、高耐食性を達成するためには、焼入れ処理や焼戻し処理を行わない方が良い。また、焼入れ焼戻し処理での製造方法では、低温靭性、特に脆性破壊の伝播停止性能を向上させるのには限界がある。合せ材の耐食性と母材の低温靭性を向上させるための手段として、ＴＭＣＰ（Thermo-mechanical control process）を適用することが好ましい。
特許文献３には、母材にＮｂを０．０８〜０．１５質量％の範囲で含有した低合金鋼を用いて、１０００℃以下での圧下比を３以上とし、圧延終了温度を９００℃〜１０００℃としたステンレス鋼またはニッケル合金を合せ材としたクラッド鋼板のＴＭＣＰでの製造方法が記載されている。しかしながら、合せ材の耐食性を確保する方法については言及がない。
特許文献４には、母材にＣｕを１．５質量％以下、Ｎｉを３．０％質量％以下、Ｃｒを０．３質量％以下、Ｍｏを０．３質量％以下等を選択的に含有した低合金鋼を用いて、１１００℃以上に加熱した後に、１０００℃以上の温度範囲で圧下比を２．５以上とし、制御圧延として８５０℃以下から母材のＡｒ３点−２０℃までの温度範囲で５０％以上の圧下を施す、ステンレスクラッド鋼のＴＭＣＰでの製造方法が記載されている。しかしながら、この技術においても、合せ材の耐食性を確保する方法については言及がない。
本発明は、耐食性、特に耐鋭敏化特性に優れると共に、合せ材と母材との接合性に優れたオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板およびその製造方法を提供する。
ステンレスクラッド鋼板は、無垢のステンレス鋼や無垢の低合金鋼と異なり、合せ材の耐食性の確保、母材の機械的特性の確保、複合材料としての接合性の確保の３つの特性を同時に満たす必要がある。ところが、このうち、ＴＭＣＰを前提としたときの、合せ材の耐食性確保に関しては、その手段が明確ではなかった。発明者らはこの点に着目して鋭意検討を行い、オーステナイト未再結晶組織となると、粒界長が長くなるとともに転位や双晶といった粒内の欠陥が導入され、炭化物の析出が促進されるので、鋭敏化が生じやすくなること、オーステナイト結晶粒組織を部分再結晶組織あるいは再結晶組織とすれば鋭敏化が生じにくくなることを明らかにした。さらに炭化物析出を抑制するためにＣ含有量を低くすることが有効であることを突き止めた。
本発明は、このような知見に基づいて完成させたもので、その要旨は、以下の通りである。
［１］ 質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：１２．００〜１５：００％、Ｃｒ：１６．００〜１８．００％、Ｍｏ：２．００〜３．００％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、部分再結晶組織あるいは再結晶組織のオーステナイト結晶粒組織を有する合せ材と、
前記合せ材に重ねて形成された母材と、を有し、
せん断強さが３００ＭＰａ以上であるオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
前記合せ材に重ねて形成された母材と、を有し、
せん断強さが３００ＭＰａ以上であるオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
［２］ ＪＩＳ Ｇ０５７８（２０００年）に基づく前記合せ材の腐食減少量が、６０ｇ／ｍ２・ｈｒ未満である前記［１］に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
［３］ 前記母材は、Ｃ：０．２６％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．７５％以下、Ｍｎ：１．６５％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｂ：０．１００％以下、Ｖ：０.１００％以下、Ｔｉ：０．１００％以下、を含有し、
Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ≦０．１５％ ・・・（１）
（式（１）中のＮｂ、ＶおよびＴｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
を満たし、
引張強度（ＹＳ）が４５０ＭＰａ以上であり、
降伏強度（ＴＳ）が５３５ＭＰａ以上であり、
ＤＷＴＴ試験による−１０℃での延性破面率が８５％以上である前記［１］または前記［２］に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ≦０．１５％ ・・・（１）
（式（１）中のＮｂ、ＶおよびＴｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
を満たし、
引張強度（ＹＳ）が４５０ＭＰａ以上であり、
降伏強度（ＴＳ）が５３５ＭＰａ以上であり、
ＤＷＴＴ試験による−１０℃での延性破面率が８５％以上である前記［１］または前記［２］に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
［４］ 前記［１］〜前記［３］のいずれかに記載の母材および合せ材を重ねた組立て部材を１０５０℃〜１１５０℃に加熱後、鋼板表面温度で１０００℃以上での圧下比を１．５以上とし、圧延仕上げ温度を８５０℃以上とする熱間圧延を行った後に、冷却速度３℃／ｓ以上、冷却停止温度５５０℃以下とする加速冷却を行い、放冷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。
（ここで、圧下比は（圧延前の板厚（ｍｍ））÷（圧延後の板厚（ｍｍ））を表す。）
［５］ 前記熱間圧延では、１０００℃以下の温度域における累積圧下率を５０％以上とし、
前記冷却は、冷却速度３℃／ｓ以上、冷却停止温度５５０℃以下とする加速冷却である前記［４］に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の製造方法。
（ここで、圧下比は（圧延前の板厚（ｍｍ））÷（圧延後の板厚（ｍｍ））を表す。）
［５］ 前記熱間圧延では、１０００℃以下の温度域における累積圧下率を５０％以上とし、
前記冷却は、冷却速度３℃／ｓ以上、冷却停止温度５５０℃以下とする加速冷却である前記［４］に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の製造方法。
本発明によれば、オーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の合せ材の結晶粒組織を部分再結晶組織あるいは再結晶組織とすることにより、優れた耐鋭敏化特性を有するオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板を得ることができる。また、このオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板は、合せ材と母材との接合性に優れる。
以下、本発明における成分の限定範囲について詳細に説明する。各元素の％表示は特に記載が無い限り質量％を意味する。
１．合せ材の組織について
前述のように、オーステナイト系ステンレス鋼板における鋭敏化は炭化物が粒界に沿って析出することにより生じる。オーステナイト未再結晶組織となると、粒界長が長くなるとともに転位や双晶といった粒内の欠陥が導入され、炭化物の析出が促進されるので、鋭敏化が生じやすくなる。オーステナイト結晶粒組織を部分再結晶組織あるいは再結晶組織とすれば鋭敏化が生じにくくなる。合せ材の化学成分においてＣ含有量を低くコントロールすることでこの効果はさらに顕著となる。合せ材の組織は、王水エッチング処理を施した合せ材（Ｌ面、１／４ｔ位置）の組織写真を撮影した後、再結晶組織の面積率を求めた。面積率が１０％以上９０％未満である場合を部分再結晶組織、９０％以上である場合を再結晶組織とした。なお、上記のＬ面、１／４ｔ位置とは、圧延方向および板厚方向に平行な面において、板の厚み方向で、板表面から板の厚みｔの１／４の位置のことを指す。
前述のように、オーステナイト系ステンレス鋼板における鋭敏化は炭化物が粒界に沿って析出することにより生じる。オーステナイト未再結晶組織となると、粒界長が長くなるとともに転位や双晶といった粒内の欠陥が導入され、炭化物の析出が促進されるので、鋭敏化が生じやすくなる。オーステナイト結晶粒組織を部分再結晶組織あるいは再結晶組織とすれば鋭敏化が生じにくくなる。合せ材の化学成分においてＣ含有量を低くコントロールすることでこの効果はさらに顕著となる。合せ材の組織は、王水エッチング処理を施した合せ材（Ｌ面、１／４ｔ位置）の組織写真を撮影した後、再結晶組織の面積率を求めた。面積率が１０％以上９０％未満である場合を部分再結晶組織、９０％以上である場合を再結晶組織とした。なお、上記のＬ面、１／４ｔ位置とは、圧延方向および板厚方向に平行な面において、板の厚み方向で、板表面から板の厚みｔの１／４の位置のことを指す。
２．合せ材の化学成分について
Ｃ：０．０２０％以下
Ｃはクラッド鋼板の製造において、圧延中の熱履歴で炭化物として析出し、耐食性を阻害するため多量の含有は避けるべき元素である。０．０２０％を超えて含有すると、炭化物の析出が促進されて耐食性が劣化するため、Ｃ量は０．０２０％以下とする。Ｃ量は低いほどよく、好ましくは、０．０１５％以下である。
Ｃ：０．０２０％以下
Ｃはクラッド鋼板の製造において、圧延中の熱履歴で炭化物として析出し、耐食性を阻害するため多量の含有は避けるべき元素である。０．０２０％を超えて含有すると、炭化物の析出が促進されて耐食性が劣化するため、Ｃ量は０．０２０％以下とする。Ｃ量は低いほどよく、好ましくは、０．０１５％以下である。
Ｓｉ：１．００％以下
Ｓｉは製造時の脱酸に有効な成分であり、０．１％以上の含有でその効果を発揮する。しかしながら、１．００％を超えて含有すると非金属介在物として残存し、耐食性が劣化し、また熱間加工性も劣化するため、Ｓｉ量は１．００％以下とする。好ましくは、０．１％以上０．７５％以下である。
Ｓｉは製造時の脱酸に有効な成分であり、０．１％以上の含有でその効果を発揮する。しかしながら、１．００％を超えて含有すると非金属介在物として残存し、耐食性が劣化し、また熱間加工性も劣化するため、Ｓｉ量は１．００％以下とする。好ましくは、０．１％以上０．７５％以下である。
Ｍｎ：２．００％以下
Ｍｎも製鋼時の脱酸に有効な成分である。しかしながら、２．００％を超えて含有すると、ＭｎＳといった非金属介在物が残存し、耐食性が劣化し、また熱間加工性も劣化するため、２．００％以下とする。好ましくは０．４％以上とする。また、好ましくは、１．４％以下である。
Ｍｎも製鋼時の脱酸に有効な成分である。しかしながら、２．００％を超えて含有すると、ＭｎＳといった非金属介在物が残存し、耐食性が劣化し、また熱間加工性も劣化するため、２．００％以下とする。好ましくは０．４％以上とする。また、好ましくは、１．４％以下である。
Ｐ：０．０４５％以下
Ｐは不純物であり、粒界に偏析し、耐食性を劣化させる元素である。したがって、Ｐ量は０．０４５％以下とする。好ましくは、０．０３０％以下とする。
Ｐは不純物であり、粒界に偏析し、耐食性を劣化させる元素である。したがって、Ｐ量は０．０４５％以下とする。好ましくは、０．０３０％以下とする。
Ｓ：０．０３０％以下
ＳはＰと同様で不純物元素であり、ＭｎＳといった非金属介在物が析出して耐食性を劣化させる。したがって、Ｓ量は０．０３０％以下とする。好ましくは、０．０１０％以下とする。
ＳはＰと同様で不純物元素であり、ＭｎＳといった非金属介在物が析出して耐食性を劣化させる。したがって、Ｓ量は０．０３０％以下とする。好ましくは、０．０１０％以下とする。
Ｎｉ：１２．００〜１５：００％
Ｎｉはオーステナイト系ステンレス鋼板の主要元素であり、耐食性を向上させる元素である。後述するＣｒによって形成される酸化皮膜の密着性が増し、Ｃｒとの複合添加によって耐食性が向上する。しかし、高価な元素であるため、耐食性能と価格のバランスを考え、Ｎｉ量は、１２．００〜１５．００％の範囲とする。
Ｎｉはオーステナイト系ステンレス鋼板の主要元素であり、耐食性を向上させる元素である。後述するＣｒによって形成される酸化皮膜の密着性が増し、Ｃｒとの複合添加によって耐食性が向上する。しかし、高価な元素であるため、耐食性能と価格のバランスを考え、Ｎｉ量は、１２．００〜１５．００％の範囲とする。
Ｃｒ：１６．００〜１８．００％
Ｃｒは、金属の表面に保護性の高い酸化皮膜を形成し、耐孔食性や耐粒界腐食性といった耐食性を向上させる元素である。しかし、高価な元素であるため、耐食性能と価格のバランスを考え、Ｃｒ量は１６．００〜１８．００％の範囲とする。
Ｃｒは、金属の表面に保護性の高い酸化皮膜を形成し、耐孔食性や耐粒界腐食性といった耐食性を向上させる元素である。しかし、高価な元素であるため、耐食性能と価格のバランスを考え、Ｃｒ量は１６．００〜１８．００％の範囲とする。
Ｍｏ：２．００〜３．００％
Ｍｏは、耐孔食性、耐隙間腐食性を向上させる。ＣｒとＮｉとの複合効果によって耐食性が向上するが、高価な元素であり、ＣｒとＮｉの添加量と価格のバランスを考え、Ｍｏ量は２．００〜３．００％とする。
Ｍｏは、耐孔食性、耐隙間腐食性を向上させる。ＣｒとＮｉとの複合効果によって耐食性が向上するが、高価な元素であり、ＣｒとＮｉの添加量と価格のバランスを考え、Ｍｏ量は２．００〜３．００％とする。
上記した合せ材の成分の残部はＦｅおよび不可避的不純物である。また、不可避的不純物としては、Ｃｕ、Ｂ、Ｃａ、Ｎ、Ｏ等が挙げられ、それぞれ、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｂ：０．００１０％以下、Ｃａ：０．００５０％以下、Ｎ：０．０５％以下、Ｏ：０．００５０％以下の範囲内で含有しても耐食性に何ら影響を与えるものではない。当然ながら、その他の不可避的不純物が含有されても特性に影響しないので、含有してもかまわない。
３．母材について
母材の材質は用途などにより選定されるが、天然ガス等のパイプラインに使用される用途では、例えば母材として質量％でＣ：０．２６％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．７５％以下、Ｍｎ：１．６５％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｂ：０．１００％以下、Ｖ：０.１００％以下、Ｔｉ：０．１００％以下、を含有し、Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ≦０．１５％ ・・・（１）（式（１）中のＮｂ、ＶおよびＴｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）を満たし、引張強度（ＹＳ）が４５０ＭＰａ以上であり、降伏強度（ＴＳ）が５３５ＭＰａ以上であり、ＤＷＴＴ試験による−１０℃での延性破面率が８５％以上である低合金鋼を用いることができる。そのため、本発明のクラッド鋼板の母材では、所望の引張強度および降伏強度を得ることができると共に、低温靭性をより良好にすることができる。
母材の材質は用途などにより選定されるが、天然ガス等のパイプラインに使用される用途では、例えば母材として質量％でＣ：０．２６％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．７５％以下、Ｍｎ：１．６５％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｂ：０．１００％以下、Ｖ：０.１００％以下、Ｔｉ：０．１００％以下、を含有し、Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ≦０．１５％ ・・・（１）（式（１）中のＮｂ、ＶおよびＴｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）を満たし、引張強度（ＹＳ）が４５０ＭＰａ以上であり、降伏強度（ＴＳ）が５３５ＭＰａ以上であり、ＤＷＴＴ試験による−１０℃での延性破面率が８５％以上である低合金鋼を用いることができる。そのため、本発明のクラッド鋼板の母材では、所望の引張強度および降伏強度を得ることができると共に、低温靭性をより良好にすることができる。
また、Ｃの含有量は、０．１２質量％以下であることがより好ましい。Ｓｉの含有量は、０．５０質量％以下であることがより好ましい。
また、この母材は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ａｌ、Ｃａを含有することもできる。
４．製造方法について
本発明のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の製造方法について以下に述べる。本発明のクラッド鋼板の合せ材および母材の素材は、前記した成分範囲に調整され、常法等により溶製することができる。上記合せ材と母材とを重ね、組み合わせて組立て部材とし、クラッド圧延によりクラッド鋼板とする。
本発明のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の製造方法について以下に述べる。本発明のクラッド鋼板の合せ材および母材の素材は、前記した成分範囲に調整され、常法等により溶製することができる。上記合せ材と母材とを重ね、組み合わせて組立て部材とし、クラッド圧延によりクラッド鋼板とする。
加熱温度：１０５０℃以上、１１５０℃以下
加熱時に合せ材を十分溶体化するために１０５０℃以上に加熱する。１０５０℃より低いと溶体化が不十分になるばかりでなく、加熱オーステナイト粒径が細かくなり、再結晶温度が低下して未再結晶組織が生じやすくなる。クラッド鋼板の接合性の観点からは、加熱温度は高温である方が好ましいが、高温に加熱しすぎると合せ材中にδフェライトが生成し耐食性の低下が起こり、また、１１５０℃以上に加熱すると、母材の結晶粒粗大化によって靭性劣化を招く。よって、耐食性、低温靭性、接合性の観点から、加熱温度は１０５０℃以上、１１５０℃以下の範囲とする。
加熱時に合せ材を十分溶体化するために１０５０℃以上に加熱する。１０５０℃より低いと溶体化が不十分になるばかりでなく、加熱オーステナイト粒径が細かくなり、再結晶温度が低下して未再結晶組織が生じやすくなる。クラッド鋼板の接合性の観点からは、加熱温度は高温である方が好ましいが、高温に加熱しすぎると合せ材中にδフェライトが生成し耐食性の低下が起こり、また、１１５０℃以上に加熱すると、母材の結晶粒粗大化によって靭性劣化を招く。よって、耐食性、低温靭性、接合性の観点から、加熱温度は１０５０℃以上、１１５０℃以下の範囲とする。
鋼板表面温度が１０００℃以上での圧下比：１．５以上
クラッド鋼板は高温域での圧延によって、接合性が確保される。高温域での圧延が重要な意味としては、合せ材であるオーステナイト系ステンレス鋼と母材である低合金鋼の変形抵抗差が小さくなるため、圧延で理想的な接合界面となる点と、高温域では合せ材と母材の境界で元素相互拡散が進行しやすいためである。なお、ここでいう、鋼板表面とは、母材および合せ材を重ねた組立て部材の表面のことを指す。
クラッド鋼板は高温域での圧延によって、接合性が確保される。高温域での圧延が重要な意味としては、合せ材であるオーステナイト系ステンレス鋼と母材である低合金鋼の変形抵抗差が小さくなるため、圧延で理想的な接合界面となる点と、高温域では合せ材と母材の境界で元素相互拡散が進行しやすいためである。なお、ここでいう、鋼板表面とは、母材および合せ材を重ねた組立て部材の表面のことを指す。
よって、クラッド圧延用組立スラブを作製する段階で、組立スラブ内の真空度が１０−４ｔｏｒｒ（１．３３×１０−２Ｐａ）以上の高真空を確保し、合せ材／母材界面で十分な金属接合を得るためには、組立て部材表面温度：１０００℃以上での圧下比（＝（圧延前の板厚（ｍｍ））÷（圧延後の板厚（ｍｍ）））が１．５以上であれば良い。接合性の確保のためには、好ましくは、圧下比は２．０以上である。
母材の強度、低温靭性、特に脆性破壊の伝播停止特性を改善するには、オーステナイト低温域での高圧下と圧延直後の水冷が有効であることが明らかとなった。そこで制御圧延と圧延後の冷却条件について以下に述べる。なお、圧延、冷却過程における温度は鋼板表面温度を意味するものとする。
制御圧延：１０００℃以下において累積圧下率５０％以上（好適条件）
１０００℃以下において累積圧下率が５０％以上の圧延を行うことにより、再結晶オーステナイト粒が微細となり、また、一部が未再結晶組織となって、その後の加速冷却で変態生成するベイナイトが微細化し靭性が向上する。よって、母材の強度、低温靭性を確保するために、制御圧延１０００℃以下において累積圧下率は５０％以上とする。
１０００℃以下において累積圧下率が５０％以上の圧延を行うことにより、再結晶オーステナイト粒が微細となり、また、一部が未再結晶組織となって、その後の加速冷却で変態生成するベイナイトが微細化し靭性が向上する。よって、母材の強度、低温靭性を確保するために、制御圧延１０００℃以下において累積圧下率は５０％以上とする。
圧延仕上げ温度：８５０℃以上
圧延仕上げ温度は低下しすぎると、元素拡散の進行が生じにくく接合性の劣化に繋がるとともに、８５０℃未満での圧延は未再結晶領域となって合せ材中の炭化物やσ相の析出が促進される場合がある。よって、合せ材の耐食性、クラッド鋼の接合性を確保するために、８５０℃以上の温度で仕上げ圧延を終了する。
圧延仕上げ温度は低下しすぎると、元素拡散の進行が生じにくく接合性の劣化に繋がるとともに、８５０℃未満での圧延は未再結晶領域となって合せ材中の炭化物やσ相の析出が促進される場合がある。よって、合せ材の耐食性、クラッド鋼の接合性を確保するために、８５０℃以上の温度で仕上げ圧延を終了する。
冷却速度：３℃／ｓ以上、冷却停止温度：５５０℃以下（好適条件）
圧延終了後に５５０℃以下まで加速冷却することで、母材の強度・靭性を担保することができる。冷却停止温度が５５０℃を超えると靭性が低下する場合がある。また、冷却速度も母材の強度・靭性に影響し、冷却速度は３℃／ｓ未満では靭性が低下する場合がある。耐食性にも大きく影響し、冷却速度は３℃／ｓ未満では、圧延直後からの冷却過程において、合せ材中に炭化物やσ相が析出し、耐食性が劣化する場合がある。よって、冷却停止温度は５５０℃以下とし、冷却速度は３℃／ｓ以上とすることが好ましい。冷却速度は、より好ましくは、５℃／ｓ以上である。また、この加速冷却を行った後は、放冷する。
圧延終了後に５５０℃以下まで加速冷却することで、母材の強度・靭性を担保することができる。冷却停止温度が５５０℃を超えると靭性が低下する場合がある。また、冷却速度も母材の強度・靭性に影響し、冷却速度は３℃／ｓ未満では靭性が低下する場合がある。耐食性にも大きく影響し、冷却速度は３℃／ｓ未満では、圧延直後からの冷却過程において、合せ材中に炭化物やσ相が析出し、耐食性が劣化する場合がある。よって、冷却停止温度は５５０℃以下とし、冷却速度は３℃／ｓ以上とすることが好ましい。冷却速度は、より好ましくは、５℃／ｓ以上である。また、この加速冷却を行った後は、放冷する。
本発明のクラッド鋼板の母材素材ならびに合せ材素材は、前記した成分範囲に調整され、常法等により溶製することができる。クラッド圧延用組立スラブは、母材／合せ材／合せ材／母材というように重ね合わせた形式が製造上効率的であり、また冷却時の反りを考慮すると、母材同士、合せ材同士は等厚であることが望ましい。もちろん、上記で記述した組立方式に限定する必要が無いことは言うまでも無い。
以下に本発明の実施例を説明する。母材の機械的特性は、ＡＰＩ−５Ｌに準拠した引張試験片とＤＷＴＴ試験片を採取し、引張試験とＤＷＴＴ（Ｄｒｏｐ Ｗｅｉｇｈｔ Ｔｅａｒ Ｔｅｓｔ）試験（落重引裂試験）をおこなった。ＤＷＴＴ試験は、−１０℃を試験温度とした。
また、合せ材の耐食性試験は、ＪＩＳ Ｇ０５７８：２０００のステンレス鋼の塩化第二鉄腐食試験方法に準拠し、試験温度５０℃での浸漬試験を行い、腐食減少量が６０ｇ／ｍ２・ｈｒ未満を合せ材の耐食性に優れているものとした。
また、クラッド鋼板としての接合性は、ＪＩＳ Ｇ０６０１：２０１２のクラッド鋼板の試験方法に記載のせん断強さ試験に準拠して行った。評価基準はせん断強さが３００ＭＰａ以上のものを接合性が良好であると判断した。
合せ材の組織は、王水エッチング処理を施した合せ材（Ｌ面、１／４ｔ位置）の組織写真を撮影した後、再結晶組織の面積率を求めた。面積率が１０％以上９０％未満である場合を部分再結晶組織、９０％以上である場合を再結晶組織とした。
表１に化学成分を示す母材と、表２に化学成分を示す合せ材とを用いて、クラッド鋼板を製造した。製造条件は、母材／合せ材／合せ材／母材を重ねて一組とし、表３に示す条件で熱間圧延を行い、クラッド鋼板から引張試験、ＤＷＴＴ試験、塩化第二鉄腐食試験の試験片を採取し、各試験に供した。結果を表４に示す。表４中、ＳＡＴＴ（Ｓｈｅａｒ Ａｒｅａ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）は、延性破面遷移温度を示す。
合せ材の化学成分と製造条件が本発明の範囲を満足する実施例Ｎｏ．１〜９、１４、１６、１７の鋼板は、合せ材の耐食性とクラッド鋼としての接合性を満足する。この中でも、特に、製造条件Ｅ１〜Ｅ９で製造された実施例Ｎｏ．１〜９の鋼板は、引張試験において、ＹＳが４５０ＭＰａ以上、ＴＳが５３５ＭＰａ以上であり、母材強度に優れていた。また、この実施例Ｎｏ．１〜９の鋼板は、ＤＷＴＴ試験においても、延性破面率が８５％以上であり、母材の低温靭性にも優れていた。
一方比較例である実施例Ｎｏ．１０〜１３、１５の鋼板は合せ材の成分が本発明の範囲外であるか、合せ材の結晶粒組織が未再結晶であるか、せん断応力が３００ＭＰａ未満であり、耐鋭敏化特性、接合性の少なくとも一方が優れないことが分かった。
特許文献４には、母材にＣｕを１．５質量％以下、Ｎｉを３．０質量％以下、Ｃｒを０．３質量％以下、Ｍｏを０．３質量％以下等を選択的に含有した低合金鋼を用いて、１１００℃以上に加熱した後に、１０００℃以上の温度範囲で圧下比を２．５以上とし、制御圧延として８５０℃以下から母材のＡｒ３点−２０℃までの温度範囲で５０％以上の圧下を施す、ステンレスクラッド鋼のＴＭＣＰでの製造方法が記載されている。しかしながら、この技術においても、合せ材の耐食性を確保する方法については言及がない。
［１］ 質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：１２．００〜１５．００％、Ｃｒ：１６．００〜１８．００％、Ｍｏ：２．００〜３．００％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、部分再結晶組織あるいは再結晶組織のオーステナイト結晶粒組織を有する合せ材と、
前記合せ材に重ねて形成された母材と、を有し、
せん断強さが３００ＭＰａ以上であるオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
前記合せ材に重ねて形成された母材と、を有し、
せん断強さが３００ＭＰａ以上であるオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
［２］ ＪＩＳ Ｇ０５７８（２０００年）に基づく前記合せ材の腐食減少量が、６０ｇ／（ｍ２・ｈｒ）未満である前記［１］に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
［３］ 前記母材は、質量％で、Ｃ：０．２６％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．７５％以下、Ｍｎ：１．６５％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｂ：０．１００％以下、Ｖ：０.１００％以下、Ｔｉ：０．１００％以下、を含有し、
Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ≦０．１５％ ・・・（１）
（式（１）中のＮｂ、ＶおよびＴｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
を満たし、
降伏強度（ＹＳ）が４５０ＭＰａ以上であり、
引張強度（ＴＳ）が５３５ＭＰａ以上であり、
ＤＷＴＴ試験による−１０℃での延性破面率が８５％以上である前記［１］または前記［２］に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ≦０．１５％ ・・・（１）
（式（１）中のＮｂ、ＶおよびＴｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
を満たし、
降伏強度（ＹＳ）が４５０ＭＰａ以上であり、
引張強度（ＴＳ）が５３５ＭＰａ以上であり、
ＤＷＴＴ試験による−１０℃での延性破面率が８５％以上である前記［１］または前記［２］に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
Ｎｉ：１２．００〜１５．００％
Ｎｉはオーステナイト系ステンレス鋼板の主要元素であり、耐食性を向上させる元素である。後述するＣｒによって形成される酸化皮膜の密着性が増し、Ｃｒとの複合添加によって耐食性が向上する。しかし、高価な元素であるため、耐食性能と価格のバランスを考え、Ｎｉ量は、１２．００〜１５．００％の範囲とする。
Ｎｉはオーステナイト系ステンレス鋼板の主要元素であり、耐食性を向上させる元素である。後述するＣｒによって形成される酸化皮膜の密着性が増し、Ｃｒとの複合添加によって耐食性が向上する。しかし、高価な元素であるため、耐食性能と価格のバランスを考え、Ｎｉ量は、１２．００〜１５．００％の範囲とする。
３．母材について
母材の材質は用途などにより選定されるが、天然ガス等のパイプラインに使用される用途では、例えば母材として質量％でＣ：０．２６％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．７５％以下、Ｍｎ：１．６５％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｂ：０．１００％以下、Ｖ：０.１００％以下、Ｔｉ：０．１００％以下、を含有し、Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ≦０．１５％ ・・・（１）（式（１）中のＮｂ、ＶおよびＴｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）を満たし、降伏強度（ＹＳ）が４５０ＭＰａ以上であり、引張強度（ＴＳ）が５３５ＭＰａ以上であり、ＤＷＴＴ試験による−１０℃での延性破面率が８５％以上である低合金鋼を用いることができる。そのため、本発明のクラッド鋼板の母材では、所望の引張強度および降伏強度を得ることができると共に、低温靭性をより良好にすることができる。
母材の材質は用途などにより選定されるが、天然ガス等のパイプラインに使用される用途では、例えば母材として質量％でＣ：０．２６％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．７５％以下、Ｍｎ：１．６５％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｂ：０．１００％以下、Ｖ：０.１００％以下、Ｔｉ：０．１００％以下、を含有し、Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ≦０．１５％ ・・・（１）（式（１）中のＮｂ、ＶおよびＴｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）を満たし、降伏強度（ＹＳ）が４５０ＭＰａ以上であり、引張強度（ＴＳ）が５３５ＭＰａ以上であり、ＤＷＴＴ試験による−１０℃での延性破面率が８５％以上である低合金鋼を用いることができる。そのため、本発明のクラッド鋼板の母材では、所望の引張強度および降伏強度を得ることができると共に、低温靭性をより良好にすることができる。
また、合せ材の耐食性試験は、ＪＩＳ Ｇ０５７８：２０００のステンレス鋼の塩化第二鉄腐食試験方法に準拠し、試験温度５０℃での浸漬試験を行い、腐食減少量が６０ｇ／（ｍ２・ｈｒ）未満を合せ材の耐食性に優れているものとした。
Claims (5)
- 質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：１２．００〜１５：００％、Ｃｒ：１６．００〜１８．００％、Ｍｏ：２．００〜３．００％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、部分再結晶組織あるいは再結晶組織のオーステナイト結晶粒組織を有する合せ材と、
前記合せ材に重ねて形成された母材と、を有し、
せん断強さが３００ＭＰａ以上であるオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。 - ＪＩＳ Ｇ０５７８（２０００年）に基づく前記合せ材の腐食減少量が、６０ｇ／ｍ２・ｈｒ未満である請求項１に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
- 前記母材は、質量％で、Ｃ：０．２６％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．７５％以下、Ｍｎ：１．６５％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｂ：０．１００％以下、Ｖ：０.１００％以下、Ｔｉ：０．１００％以下、を含有し、
Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔｉ≦０．１５％ ・・・（１）
（式（１）中のＮｂ、ＶおよびＴｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
を満たし、
引張強度（ＹＳ）が４５０ＭＰａ以上であり、
降伏強度（ＴＳ）が５３５ＭＰａ以上であり、
ＤＷＴＴ試験による−１０℃での延性破面率が８５％以上である請求項１または２に記載のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の母材および合せ材を重ねた組立て部材を１０５０℃〜１１５０℃に加熱後、鋼板表面温度で１０００℃以上での圧下比を１．５以上とし、圧延仕上げ温度を８５０℃以上とする熱間圧延を行い、冷却した後に、放冷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。
（ここで、圧下比は（圧延前の板厚（ｍｍ））÷（圧延後の板厚（ｍｍ））を表す。） - 前記熱間圧延では、１０００℃以下の温度域における累積圧下率を５０％以上とし、
前記冷却は、冷却速度３℃／ｓ以上、冷却停止温度５５０℃以下とする加速冷却である請求項４に記載の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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