JPWO2016075925A1 - Ｎｉ合金クラッド鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

Ａｌｌｏｙ８２５やＡｌｌｏｙ６２５などのＮｉ合金の合せ材を有するクラッド鋼板において、Ｎｂを多量に含有する母材の、試験温度−２５℃でのＤＷＴＴ性能（脆性破壊伝播停止性能）が、安定的に、延性破面率で８５％以上になるとともに、耐食性と接合性にも優れるＮｉ合金クラッド鋼板及びその製造方法を提供する。Ｎｉ合金の合せ材と、特定の成分組成からなる低合金鋼の母材と、を有し、母材のベイナイト組織の平均粒径が３０μｍ以下であることを特徴とする、母材ＤＷＴＴ特性に優れるＮｉ合金クラッド鋼板とする。

Description

本発明は、Ａｌｌｏｙ８２５やＡｌｌｏｙ６２５など耐食性に優れたＮｉ合金から構成される合せ材と、ＤＷＴＴ（Ｄｒｏｐ Ｗｅｉｇｈｔ Ｔｅａｒ Ｔｅｓｔ、落重試験）特性（すなわち、ＤＷＴＴで評価される脆性破壊伝播停止性能）に優れた炭素鋼や低合金鋼から構成される母材と、を有するＮｉ合金クラッド鋼板およびその製造方法に関する。

クラッド鋼板とは、ステンレス鋼やＮｉ合金から構成される合せ材と、低合金鋼等から構成される母材とを張り合わせてなる鋼板である。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い。また、クラッド鋼板には、単一の金属や合金では達し得ない新たな特性を付与することができる。

クラッド鋼板によれば、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、クラッド鋼板から構成される母材に、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で、高靭性や高強度をクラッド鋼板に付与することができる。

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、ステンレス鋼やＮｉ合金から構成される合せ材を用いたクラッド鋼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。

クラッド鋼板の１つであるＮｉ合金クラッド鋼板の合せ材としてはＡｌｌｏｙ８２５やＡｌｌｏｙ６２５が代表的である。Ｎｉ合金クラッド鋼板は、優れた耐食性能から、パイプライン用途として好ましく用いることができる。

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いる。このような環境では、母材は今まで以上に低温靭性、特に脆性破壊の伝播停止特性に優れることが求められ、合せ材は今まで以上に耐食性に優れることが求められる。

しかしながら、特にＡｌｌｏｙ６２５などのＮｉ合金は、熱間での変形抵抗が高く、母材との接合性が一般のステンレス鋼と比較して低いという問題がある。この問題を解決する方法として、クラッド圧延においてより高温域で圧下するという方法がある。ところが、ＤＷＴＴ性能を確保するためには、組織微細化のため、クラッド圧延においてできるだけ低温で仕上げることが必要である。上記の通り、接合性を高めることと、ＤＷＴＴ性能を高めることとは、二律背反の関係となる。

また、Ｎｉ合金の中でも例えばＡｌｌｏｙ６２５には、クラッド鋼板製造時の熱履歴によって炭化物や金属間化合物が析出する。析出する炭化物としては、ＭＣ、Ｍ_６Ｃ、Ｍ_２３Ｃ_６（Ｍは金属元素を表す）などがあり、金属間化合物としては、Ｌａｖｅｓ相、δ相、γ’’相がある。このうち、ＭＣは主としてＮｂＣであり、ＭＣの析出は耐食性に大きな影響を与えない。また、Ａｌｌｏｙ６２５中における金属間化合物の析出は炭化物の析出よりも遅く、耐食性劣化の原因となりにくい。従って、Ａｌｌｏｙ６２５の耐食性劣化を引き起こすのはＭ_６ＣおよびＭ_２３Ｃ_６である。Ｍ_６Ｃ、Ｍ_２３Ｃ_６は７００〜９００℃の温度域に析出ノーズが存在し、耐食元素であるＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉを含有し、粒界に沿って析出するため、鋭敏化の原因となる。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。しかし、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、クラッド鋼から構成される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好ましい。また、焼入れ焼戻し処理を有する製造方法では、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。

そこで、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）プロセス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Ｎｉ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。

特許文献４には、特許文献３と同様、Ｎｂを０．０８質量％以上含有し、さらに耐サワー性能（水素誘起割れおよび硫化物応力腐食割れに対する抵抗）を向上させる観点で、Ｓを０．００１質量％以下としてＣａ添加処理した低合金鋼から構成される母材と、全圧下比５以上、圧延終了温度を８５０℃〜１０００℃とする条件で製造してなるステンレス鋼またはニッケル合金から構成される合せ材とを有するクラッド鋼板のＴＭＣＰでの製造方法が記載されている。

特許文献３や特許文献４では、Ｎｂがオーステナイトの未再結晶温度領域を著しく高温域まで拡げることに着目して、これを積極的に添加し、クラッド圧延をより高温で仕上げても制御圧延効果（組織微細化効果）によるＤＷＴＴ性能確保できるよう工夫している。いわば、ＴＭＣＰプロセスのメリットを十分に生かして、ＤＷＴＴ性能と接合性、耐食性の両立を図った方法である。ところが、Ｎｂをこのように多量に添加すると、母材圧延時やクラッド圧延時の加熱温度や圧延条件によってＮｂ炭窒化物の固溶状態が大きく変化し、最終的なクラッド鋼板の強度やＤＷＴＴ性能が大きく変化することが懸念される。

特開２００６−３２８４６０号公報 特開２００４−１４９８２１号公報 特開平５−２６１５６７号公報 特開平７−２４６４８１号公報

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、Ａｌｌｏｙ８２５やＡｌｌｏｙ６２５などのＮｉ合金から構成される合せ材を有するクラッド鋼板において、Ｎｂを多量に含有する母材の、試験温度−２５℃でのＤＷＴＴ性能（脆性破壊伝播停止性能）が、安定的に、延性破面率で８５％以上になるとともに、耐食性と接合性にも優れるＮｉ合金クラッド鋼板及びその製造方法を提供することにある。

Ｎｉ合金クラッド鋼板は、無垢のＮｉ合金や無垢の低合金鋼と異なり、合せ材の耐食性の確保、ＤＷＴＴ性能等の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ことが求められる。発明者らは、かかる事情に鑑み、合せ材の耐食性確保のために、クラッド圧延での圧延終了温度の適正化を検討した。また、母材の機械的特性、特にＤＷＴＴ性能の確保のためには、母材の成分と圧延条件、クラッド圧延の加熱温度と圧延条件の適正化を検討した。また、接合性については、クラッド圧延のスラブ加熱温度と熱間圧延の温度範囲とその際の圧下比等の適性化について検討した。そして、以上の検討から全ての特性を満足する条件を知見した。特に本発明では、従来注意が払われることのなかった、クラッド圧延に先立って行われる母材圧延に際して、そのスラブ加熱温度の重要性が見出された。

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）Ｎｉ合金から構成される合せ材と、質量％で、Ｃ：０．０２０〜０．１０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．７５〜１．８０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎｂ：０．０４０〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ｎ：０．００１０〜０．００６０％、Ａｌ：０．０７０％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる低合金鋼から構成される母材と、を有し、前記母材のベイナイト組織の平均粒径が３０μｍ以下であることを特徴とするＮｉ合金クラッド鋼板。

（２）前記母材中に含まれる析出Ｎｂ量が、質量％で、０．０４０〜０．０７０％であることを特徴とする（１）に記載のＮｉ合金クラッド鋼板。

（３）前記母材は、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｃｒ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｃａ：０．００１０〜０．００５０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）又は（２）に記載のＮｉ合金クラッド鋼板。

（４）（１）〜（３）のいずれかに記載のクラッド鋼板の製造方法であって、
クラッド圧延に先立って行われる母材圧延において、スラブ加熱温度を１０００℃〜１１００℃とし、クラッド圧延において、１０５０℃〜１２００℃に加熱されたスラブを、鋼板表面温度９５０℃以上での圧下比を２．０以上、９００℃以下の温度域における累積圧下率を４０％以上、圧延終了温度を７５０℃以上とする条件で熱間圧延する熱間圧延工程と、前記熱間圧延工程後に、冷却速度３℃／ｓ以上、冷却停止温度６００℃以下とする条件で加速冷却する加速冷却工程と、前記加速冷却工程後に放冷する放冷工程と、を有することを特徴とするＮｉ合金クラッド鋼板の製造方法。

本発明によれば、Ｎｂを質量％で０．０４０〜０．１０％含有した炭素鋼や低合金鋼から構成される母材を有するＮｉ合金クラッド鋼板において、優れた母材ＤＷＴＴ性能を安定して確保するとともに、接合性や耐食性も良好にすることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

先ず、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。

＜母材＞
母材は、質量％で、Ｃ：０．０２０〜０．１０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．７５〜１．８０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎｂ：０．０４０〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ｎ：０．００１０〜０．００６０％、Ａｌ：０．０７０％以下を含有する。

Ｃ：０．０２０〜０．１０％
Ｃは鋼の強度を向上させる有効な成分である。Ｃ含有量が０．０２０％未満では一般溶接用鋼として強度が不十分になる。一方、Ｃ含有量が０．１０％を超えると、母材ならびに母材の溶接熱影響部の靭性の劣化を招く。また、溶接性の観点からＣ含有量の低減が望ましい。そこで、Ｃ含有量の上限を０．１０％とする。なお、溶接性及びＨＡＺ靭性の観点から、好ましいＣ含有量は０．０２０〜０．０８０％である。より好ましくは０．０３０〜０．０８０％の範囲である。

Ｓｉ：０．１０〜０．５０％
Ｓｉは製鋼時の脱酸のために添加される。また、Ｓｉは母材の強度確保に必要な成分である。このため、Ｓｉ含有量を０．１０％以上にすることが必要である。一方、Ｓｉ含有量が０．５０％を超えると、母材の靭性、加工性に悪影響を及ぼすためＳｉ含有量は０．１０〜０．５０％の範囲とする。脱酸の効果と靭性の観点から好ましくは０．２０〜０．４０％の範囲である。

Ｍｎ：０．７５〜１．８０％
Ｍｎは母材の強度及び靭性の確保に有効な成分である。強度及び靭性確保の観点から、Ｍｎ含有量を０．７５％以上とする必要がある。一方、Ｍｎ含有量が１．８０％を超えると靭性、溶接性に悪影響を与える。そこで、Ｍｎ含有量は０．７５〜１．８０％の範囲とする。好ましくは、１．００〜１．７０％の範囲である。

Ｐ：０．０１５％以下
母材及び母材の溶接熱影響部の靭性を確保するため、Ｐ含有量を極力低減することが望ましい。ただし、過度の脱Ｐはコスト上昇を招くためＰ含有量は０．０１５％以下であればよい。好ましくは０．０１０％以下である。なお、Ｐ含有量を過度に低減することは溶製コストの高騰につながり、経済的に不利となるので、Ｐ含有量の下限は０．００１％程度とすることが好ましい。

Ｓ：０．００３０％以下
Ｓは積極的に添加しなくても不可避的不純物として含まれる可能性がある元素である。本発明では、低温靭性を確保するためにＳ含有量を０．００３０％以下とする。好ましくは０．００１０％以下とする。なお、Ｓ含有量を過度に低減することは溶製コストの高騰につながり、経済的に不利となるので、Ｓ含有量の下限は０．０００３％程度とすることが好ましい。

Ｎｂ：０．０４０〜０．１０％
Ｎｂは析出物によるピニング効果と固溶Ｎｂによる未再結晶域拡大を通じて細粒化作用を発揮する。上記効果や作用により、母材の強度および靭性、ＤＷＴＴ性能を向上させることができる。ただし、Ｎｂ含有量が０．０４０％未満ではその効果を有効に発揮することができない。一方、Ｎｂ含有量が０．１０％を超えるとその効果が飽和する。場合によっては粗大なＮｂ介在物が生成することによりむしろＤＷＴＴ性能が劣化することがある。そこで、Ｎｂ含有量は０．０４０〜０．１０％の範囲とする。好ましくは、０．０５０〜０．０８０％の範囲である。

Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％
ＴｉはＴｉＮを形成してスラブ加熱時の粒成長を抑制したり、溶接熱影響部での粒成長を抑制したりし、結果としてミクロ組織の微細化をもたらして、母材の強度と、母材及び母材の溶接熱影響部の靭性を改善する効果がある。Ｔｉ含有量が０．００５％未満では十分な効果が得られない。また、Ｔｉ含有量が０．０３０％を超えると、かえって上記効果が得られないのみならず、母材及び母材の溶接熱影響部の靭性が劣化する。したがって、Ｔｉ含有量は０．００５〜０．０３０％の範囲とする。好ましくは、０．０１０〜０．０２０％の範囲である。

Ｎ：０．００１０〜０．００６０％
ＮはＴｉＮとして析出することで溶接熱影響部の靭性の向上に効果がある。Ｎ含有量が０．００１０％未満では効果が薄れるため下限を０．００１０％とする。しかしながらＮ含有量が０．００６０％を超えると固溶Ｎが増大し溶接熱影響部の靭性の低下がおこる。Ｔｉ含有量と対応させるＴｉＮの微細析出によるＨＡＺ靭性の向上を考慮し、Ｎ含有量は０．００１０〜０．００６０％の範囲とする。好ましくは０．００２０〜０．００５０％の範囲である。

Ａｌ：０．０７０％以下
Ａｌは、製鋼過程の脱酸用として重要な元素であるとともに、溶接熱影響部の靭性向上にも効力を有する。しかし、Ａｌ含有量が０．０７０％を超えても溶接熱影響部の靭性改善効果は飽和するので、Ａｌ含有量は０．０７０％以下とする。一方、溶接熱影響部の靭性改善効果を得るためには、Ａｌ含有量は０．０１０％以上が好ましい。

母材は、上記成分以外に、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｃｒ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｃａ：０．００１０〜０．００５０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有してもよい。

Ｃｕ：０．５０％以下
Ｃｕは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素の１つであるが、Ｃｕ含有量が０．５０％を超えると溶接性を阻害することがある。そこで、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は０．５０％以下とする。好ましくは、０．１０〜０．４０％の範囲である。

Ｎｉ：０．５０％以下
Ｎｉは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素の１つである。Ｎｉ含有量が０．５０％を超えると効果が飽和し、また、Ｎｉの含有は製造コストを上昇させる。このため、Ｎｉを含有する場合、Ｎｉ含有量は０．５０％以下の範囲とする。好ましくは、０．１０〜０．４０％の範囲である。

Ｃｒ：０．５０％以下
Ｃｒは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素の１つである。一方、Ｃｒ含有量が０．５０％を超えると溶接熱影響部の靭性を劣化させることがある。そこで、Ｃｒを含有する場合、Ｃｒ含有量は０．５０％以下の範囲とする。好ましくは、０．０５％〜０．３５％の範囲である。

Ｍｏ：０．５０％以下
Ｍｏは母材の強度と靭性を安定的に向上させる元素である。しかし、Ｍｏ含有量が０．５０％を超えると効果が飽和し、また、過剰なＭｏの含有は溶接熱影響部靭性や溶接性を低下させる。このため、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量は０．５０％以下の範囲とする。なお、母材強度と靭性の観点から、好ましいＭｏ含有量は、０．０５〜０．３５％の範囲である。

Ｖ：０．１０％以下
Ｖは母材の強度を向上させる元素である。しかし、Ｖ含有量が０．１０％を超えると炭窒化物の析出により靭性が低下する場合がある。このため、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は０．１０％以下の範囲とする。なお、母材強度と靭性の観点から、好ましいＶ含有量は、０．０２〜０．０５％の範囲である。

Ｃａ：０．００１０〜０．００５０％
Ｃａは硫化物系介在物の形態を制御し母材の靭性と母材の溶接熱影響部の靭性を改善する効果がある。この効果を得るためにはＣａ含有量を０．００１０％以上とすることが必要である。しかし、Ｃａ含有量が０．００５０％を超えると効果が飽和し、逆に清浄度を低下させ溶接熱影響部靭性を劣化させる。そこで、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は０．００１０〜０．００５０％の範囲とする。好ましくは０．００２０〜０．００３０％の範囲である。

母材中に含まれる析出Ｎｂ量：０．０４０〜０．０７０％
母材ＤＷＴＴ性能を改善するには、基本的に組織の微細化が有効である。母材圧延後、クラッド圧延の前のスラブ段階の母材におけるＮｂ析出物の量が特に適正であるならば、その後、本発明の記載の条件でクラッド圧延して得られるクラッド鋼板の母材における析出Ｎｂ量が０．０４０〜０．０７０％になることが判明した。すなわち、母材圧延およびクラッド圧延を経て最終的に得られたクラッド鋼板中に含まれる析出Ｎｂ量が０．０４０％以上であれば、クラッド圧延の際の加熱時に、加熱オーステナイト粒のピニング効果が大きくなり、組織の微細化は達成されやすい。なお、析出Ｎｂとは、ＮｂＣ、ＮｂＮ、或いは（ＮｂＴｉ）（ＣＮ）といった複合析出物などの析出物中に含まれるＮｂを指す。０．０７０％を超えると、粗大な析出物が増えることで効果が飽和あるいは低下する場合がある。このため、母材中に含まれる析出Ｎｂ量：０．０４０〜０．０７０％とすることが好ましい。析出Ｎｂ量は、実施例に記載された方法により測定することができる。

母材の組織：ベイナイト組織の平均粒径が３０μｍ以下
組織の微細化は、析出物によるオーステナイト粒ピニング効果と固溶Ｎｂによる未再結晶域拡大・未再結晶域圧延を通じてなされるが、母材ＤＷＴＴ性能を改善するには、まずは前者が重要である。結果として、母材組織のベイナイトの平均粒径が３０μｍ以下であれば優れたＤＷＴＴ性能が得られる。なお、ベイナイト組織の平均粒径の測定方法はＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、電子後方散乱回折）法にて、１５度以上の方位差を持つものを一つの粒として認識し、面積で加重平均する方法である。

なお、母材の組織はベイナイトを面積率で９０％以上含むことが好ましい。また、ベイナイト以外の相としてはフェライト、マルテンサイト等が挙げられる。

＜合せ材＞
合せ材はＮｉ合金から構成される。なお、Ｎｉ合金とは、Ｎｉを主成分として含む合金をいう。Ｎｉは高Ｎｉ合金の主要元素であり、耐食性を向上させる元素である。特に、Ｎｉはサワー環境での耐応力腐食割れ性を著しく改善する。ＣｒとＭｏとの複合添加効果でさらに耐食性は向上する。本発明の合せ材のＮｉ含有量は３８％以上とするのが好ましい。また、Ｎｉ合金においてＮｉ以外の成分としては、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ等が挙げられる。具体例としては、Ａｌｌｏｙ８２５やＡｌｌｏｙ６２５、モネルなどのＮｉ合金を用いることができる。

＜製造方法＞
本発明のＮｉ合金クラッド鋼板の製造方法について以下に述べる。Ｎｉ合金クラッド鋼板の製造方法において行う必須の処理は、母材圧延と、クラッド圧延である。

母材圧延
母材圧延の際に、スラブ加熱温度を１０００℃以上１１００℃以下とする。母材圧延時のスラブ加熱温度が１１００℃を超えると（ＮｂＴｉ）（ＣＮ）が固溶し、クラッド圧延の際の加熱時に、加熱オーステナイト粒のピニング効果が小さくなって、初期オーステナイト粒が粗大となる。その結果、クラッド圧延後のベイナイト組織が粗大となってＤＷＴＴ性能が低下する。従って、母材圧延時のスラブ加熱温度は１１００℃以下とする。一方、スラブ加熱温度が１０００℃未満では、圧延負荷がかかるうえ、オーステナイトの整粒化効果が小さくなる。このためスラブ加熱温度は１０００℃以上とする。スラブは、クラッド圧延素材としての所要の厚み：１００ｍｍ前後まで、圧延終了温度９００℃以上で仕上げる。圧延終了温度は素材の組織微細化の観点からより低い方が好ましい。ただし、圧延仕上げ温度が低すぎると、板厚が大きく圧延荷重が過大となるため８００℃以上が好ましい。

クラッド圧延
クラッド圧延は、熱間圧延工程と、加速冷却工程とを有する。本発明においては、熱間圧延工程が１０５０℃〜１２００℃に加熱されたスラブを、鋼板表面温度９５０℃以上での圧下比を２．０以上、９００℃以下の温度域における累積圧下率を４０％以上、圧延終了温度を７５０℃以上とする条件で行われる。また、本発明においては、加速冷却工程が、冷却速度３℃／ｓ以上、冷却停止温度６００℃以下とする条件で行われる。上記条件の中でも、熱間圧延工程における９００℃以下の温度域における累積圧下率、圧延終了温度、これらに加えて加速冷却工程の条件は、「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」という知見に基づき定められたものである。以下、これらの条件について説明する。なお、温度は鋼板表面温度を意味するものとする。

上記の通り、熱間圧延工程において、スラブ加熱温度が１０５０℃以上１２００℃以下である。加熱時に合せ材を十分溶体化するために、また、後述のように高温域で十分な圧下比を確保するために、スラブ加熱温度を１０５０℃以上にする。クラッド鋼の接合性の観点からは、スラブ加熱温度は高温である方が好ましい。しかし、スラブ加熱温度が１２００℃を超えると、Ｎｉ合金の熱間延性が劣化して、圧延中に素材割れが生じる。また、スラブ加熱温度が１２００℃を超えると、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、スラブ加熱温度は１０５０℃以上、１２００℃以下の範囲とする。

上記の通り、熱間圧延工程において、鋼板表面温度が９５０℃以上での圧下比が２．０以上である。クラッド鋼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理由としては、合せ材であるＮｉ合金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との境界で元素相互拡散が進行しやすいためである。特に、Ｎｉ合金はオーステナイト系ステンレス鋼より変形抵抗が大きいことから、オーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の場合より、高温での大きな圧下比が必要となる。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以上の高真空を確保する条件で、合せ材／母材界面で十分な金属接合を得るためには、９５０℃以上での圧下比（＝（圧延前の板厚）÷（圧延後の板厚））が２．０以上であれば良い。接合性の確保のためには、好ましい温度範囲は１０００℃以上であり、好ましい圧下比は２．５以上である。また、圧下比の上限は特に限定されないが製造性の観点で８以下が好ましい。なお、通常、「９５０℃以上での圧延」は、９５０℃以上１１００℃以下で行われる圧延である。

上記の通り、熱間圧延工程において、９００℃以下の温度域での累積圧下率４０％以上、圧延終了温度：７５０℃以上である。

母材中のオーステナイト未再結晶域（９００℃以下）にて累積圧下率が４０％以上の圧延を行うことにより、オーステナイト粒が伸展し、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。累積圧下率は、より安定したＤＷＴＴ性能を確保するという理由で５０％以上であることが好ましい。

また、圧延終了温度が７５０℃未満まで低下しすぎると、元素拡散の進行が生じにくく接合性の劣化に繋がり、また、合せ材中の炭化物の析出が促進し、耐食性が劣化する。また、より安定した接合性確保の観点から、圧延終了温度は８００℃以上であることが好ましい。

また、上記の通り、加速冷却工程において、冷却速度が３℃／ｓ以上、冷却停止温度が６００℃以下である。

圧延終了後に６００℃以下まで加速冷却するのは、母材の強度、低温靭性を担保するためである。また、圧延板のひずみ低減の観点から、冷却停止温度は３５０℃以上であることが好ましい。また、冷却速度は、耐食性に大きく影響する。冷却速度が３℃／ｓ未満では、圧延直後からの冷却過程において、合せ材中に炭化物が析出し、耐食性が劣化する。冷却速度の上限は特に限定されないが、通常、５０℃／ｓ以下である。また、冷却速度は平均冷却速度を意味する。

放冷（Ａｉｒ ｃｏｏｌｉｎｇ）工程とは、加速冷却工程後に放冷する工程である。例えば、冷却速度が１０〜３０℃/ｍｉｎで冷却すればよい。

本発明のクラッド鋼から構成される母材となる素材ならびに合せ材となる素材は、上記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る。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。

熱間圧延により準備した低合金鋼から構成される母材と、Ａｌｌｏｙ６２５から構成される合せ材を用いてサンドウィッチ形式にスラブ組み立てを行った後、四周を真空中でＥＢＷ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｗｅｌｄｉｎｇ、電子ビーム溶接）により溶接して厚さ３００ｍｍのクラッドスラブを組み立てた。このスラブを加熱して熱間圧延を行い、上下２枚１セットで５０ｍｍまで仕上げ、板厚２５ｍｍ（低合金鋼：２２ｍｍ＋Ａｌｌｏｙ６２５：３ｍｍ）のクラッド鋼板を製造した。なお、表１に母材の成分組成を、表２に合せ材：Ａｌｌｏｙ６２５の成分組成を、表３に製造条件を示す。

母材のベイナイト組織の平均粒径は、ＥＢＳＤ法にて、１５度以上の方位差を持つものを一つの粒として認識し、面積で加重平均する方法で測定した。

母材の機械的特性は、ＡＰＩ−５Ｌ規格（ＡＰＩ：Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、アメリカ石油協会）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試験で評価した。ＤＷＴＴ試験は、−２５℃を試験温度とし、延性破面率８５％以上を母材の低温靭性に優れているものとした。

また、合せ材の耐食性試験は、ＪＩＳ Ｇ０５７３ ステンレス鋼の６５体積％硝酸腐食試験（ヒューイ試験）方法に準拠した。試験方法は、沸騰させた６５％硝酸溶液中に試験片を４８時間浸漬させ、試験前後の重量変化から腐食速度（ｇ／（ｍ^２・ｈ））を算出し、新たな沸騰６５％硝酸溶液中に同一試験片を再び浸漬させる。この４８時間浸漬試験を５回繰り返し、５回の腐食速度の平均値から耐食性能を評価した。評価基準は、０．７５ｇ／（ｍ^２・ｈ）以下のものを耐食性能が良好であると判断した。

また、クラッド鋼としての接合性は、ＪＩＳ Ｇ０６０１：２０１２のクラッド鋼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（せん断応力）が３００ＭＰａ以上のものを接合性が良好であると判断した。

表４には試験結果の総合評価を示す。

表１には、母材の成分組成を示す。鋼Ｎｏ．Ａ１〜Ａ６は本発明の範囲に属する発明例である。一方、鋼Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ２はＮｂが発明の範囲外となっている比較例である。合せ材には、表２の成分組成を有するＡｌｌｏｙ６２５を用いた。表３には、表１に示す成分組成の母材と、表２に示す成分組成を有するＡｌｌｏｙ６２５を使ったクラッド鋼板の製造条件を示す。製造方法Ｎｏ．Ｅ１〜Ｅ１０は、加熱、圧延、冷却のいずれの製造条件とも発明の範囲に属する発明例である。一方、製造方法Ｎｏ．Ｆ１〜Ｆ６は加熱、圧延、冷却のいずれかの製造条件が発明の範囲外である比較例である。

表４には、製造した各種クラッド鋼の試験結果を示す。表には、母材の引張試験、落重試験の結果、平均結晶粒径、せん断試験結果および合せ材の腐食試験結果を示す。実施例Ｎｏ．１〜１５はいずれの試験も目標値をクリアした発明例である。また、全ての発明例が延性破面率で８５％以上であることから、安定的に、延性破面率で８５％以上になるといえる。比較例Ｎｏ．１６、１７は母材の化学成分が発明の範囲外であり、Ｎｏ．１８〜２３は何れかの製造条件が発明の範囲外であるため各種試験結果が目標値に達しなかった。

熱間圧延により準備した低合金鋼から構成される母材と、Ａｌｌｏｙ８２５から構成される合せ材を用いてサンドウィッチ形式にスラブ組み立てを行った後、四周を真空中でＥＢＷ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｗｅｌｄｉｎｇ、電子ビーム溶接）により溶接して厚さ３００ｍｍのクラッドスラブを組み立てた。このスラブを加熱して熱間圧延を行い、上下２枚１セットで５０ｍｍまで仕上げ、板厚２５ｍｍ（低合金鋼：２２ｍｍ＋Ａｌｌｏｙ８２５：３ｍｍ）のクラッド鋼板を製造した。なお、表１に母材の成分組成を、表２に合せ材：Ａｌｌｏｙ８２５の成分組成を、表３に製造条件を示す。

母材中に含まれる析出Ｎｂ量は、母材を１０％ＡＡ電解液（１０％アセチルアセトン−１％塩化テトラメチルアンモニウム−メチルアルコール電解液）中で電解し、得られた抽出残渣について、ＩＣＰ発光分光分析法を用いて、抽出残渣中に含まれるＮｂ量を分析し、析出物となっているＮｂ量を算出した。また、母材のベイナイト組織の平均粒径は実施例１と同様の方法で行った。また、引張試験とＤＷＴＴ試験も実施例１と同様に行った。なお、合せ材の耐食性試験、クラッド鋼としての接合性の試験について、これらの試験結果を表５に記載していないが、実施例１と同様の試験を行った結果、表５の発明例及び比較例はいずれも良好な結果が得られた。

表５には、製造した各種クラッド鋼の試験結果を示す。表には、母材の引張試験、落重試験の結果、析出Ｎｂ量および平均結晶粒径を示す。実施例Ｎｏ．２４〜２９はいずれの試験も目標値をクリアした発明例である。実施例Ｎｏ．３０、３１は母材の化学成分が発明の範囲外であり、Ｎｏ．３２は母材圧延時の加熱温度が発明の範囲外であるため、適正な析出Ｎｂ量が得られず、ＤＷＴＴ特性が目標値に達しなかった。

Claims (4)

1. Ｎｉ合金から構成される合せ材と、
   質量％で、Ｃ：０．０２０〜０．１０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．７５〜１．８０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎｂ：０．０４０〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ｎ：０．００１０〜０．００６０％、Ａｌ：０．０７０％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる低合金鋼から構成される母材と、を有し、
   前記母材のベイナイト組織の平均粒径が３０μｍ以下であることを特徴とするＮｉ合金クラッド鋼板。
2. 前記母材中に含まれる析出Ｎｂ量が、質量％で、０．０４０〜０．０７０％であることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ合金クラッド鋼板。
3. 前記母材は、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｃｒ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｃａ：０．００１０〜０．００５０％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のＮｉ合金クラッド鋼板。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のクラッド鋼板の製造方法であって、
   クラッド圧延に先立って行われる母材圧延において、スラブ加熱温度を１０００℃〜１１００℃とし、
   クラッド圧延において、１０５０℃〜１２００℃に加熱されたスラブを、鋼板表面温度が９５０℃以上での圧下比を２．０以上、鋼板表面温度が９００℃以下の温度域における累積圧下率を４０％以上、圧延終了温度を鋼板表面温度で７５０℃以上とする条件で熱間圧延する熱間圧延工程と、前記熱間圧延工程後に、冷却速度３℃／ｓ以上、冷却停止温度６００℃以下とする条件で加速冷却する加速冷却工程と、
   前記加速冷却工程後に放冷する放冷工程と、を有することを特徴とするＮｉ合金クラッド鋼板の製造方法。