WO2020189672A1 - クラッド鋼用母材、クラッド鋼およびクラッド鋼の製造方法 - Google Patents

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昂志 川村
健太 西本
台四郎 鈴木
邦彦 橋
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株式会社日本製鋼所
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    • C21D2251/02—Clad material

Definitions

  • the present invention relates to a clad steel base material used as a clad material, a clad steel provided with the clad steel base material, and a method for producing the same.
  • Patent Document 1 after hot rolling, subjected to accelerated cooling from Ar 3 -10 ° C. or higher temperature to 5 ° C. / cooling stop temperature 500 ⁇ 650 ° C. in s or more cooling rate, then immediately 0.5 °C
  • a steel sheet composed of island-shaped martensite and bainite in which the metal structure of the base material of the clad steel sheet is 2 to 15% in area fraction is disclosed. ing.
  • Patent Document 1 there is a problem that the yield ratio of the base material of the clad steel sheet becomes high by performing reheating after accelerating cooling. Further, there is a problem that cracks occur during welding or welding workability is lowered.
  • an object of the present invention is to provide a base material for clad steel having excellent low temperature toughness and a low yield ratio, and a clad steel provided with the base material.
  • one embodiment of the base material for clad steel of the present invention is, in terms of mass%, C: 0.04 to 0.10%, Si: 0.10 to 0.30%, Mn: 1.30 to 1. 60%, P: 0.015% or less, S: 0.005% or less, Ni: 0.10 to 0.50%, Cr: 0.10% or less, Cu: 0.05% or less, Mo: 0. 05 to 0.40%, V: 0.02 to 0.06%, Nb: 0.03% or less, Ti: 0.005 to 0.025%, Al: 0.020 to 0.050%, N: It contains 0.0030 to 0.0100% and has a composition in which the balance is composed of Fe and unavoidable impurities.
  • Ti / N which is a mass ratio of Ti content to N content, is in the range of 1.5 to 4.0. It is characterized by.
  • a laminated material is clad with the base material for clad steel according to any one of the above embodiments.
  • One embodiment of the method for producing a clad steel of the present invention is, in mass%, C: 0.04 to 0.10%, Si: 0.10 to 0.30%, Mn: 1.30 to 1.60%. , P: 0.015% or less, S: 0.005% or less, Ni: 0.10 to 0.50%, Cr: 0.10% or less, Cu: 0.05% or less, Mo: 0.05 to 0.40%, V: 0.02 to 0.06%, Nb: 0.03% or less, Ti: 0.005 to 0.025%, Al: 0.020 to 0.050%, N: 0.
  • the base material for clad steel can be produced, for example, only by quenching after hot rolling, and a low yield ratio can be achieved.
  • large-scale equipment such as controlled rolling becomes unnecessary, and economic efficiency can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a clad steel 10 according to an embodiment of the present invention, a base material 11 for clad steel according to an embodiment of the present invention, and a laminated material 12 constituting the clad steel 10.
  • the base material 11 for clad steel according to the embodiment of the present invention constitutes the clad steel 10 together with the laminated material 12.
  • the base material for clad steel will be described.
  • One embodiment of the base material for clad steel of the present invention is, in mass%, C: 0.04 to 0.10%, Si: 0.10 to 0.30%, Mn: 1.30 to 1.60%.
  • composition in one embodiment of the base material for clad steel of the present invention limiting conditions such as composition in one embodiment of the base material for clad steel of the present invention will be described.
  • % in the composition range means “mass%”.
  • the lower limit of the C content in the base material for clad steel is 0.04%.
  • the lower limit is preferably 0.045%, more preferably 0.05%.
  • the upper limit of the C content in the base material for clad steel is set to 0.10%.
  • the upper limit is preferably 0.08%, more preferably 0.07%.
  • Si 0.10 to 0.30% Si has a deoxidizing action during melting of steel, and it is necessary to contain Si in a predetermined amount or more in order to obtain a sound steel. It is also an element necessary for ensuring strength. Therefore, the lower limit of the Si content in the base material for clad steel is 0.10%. The lower limit is preferably 0.11%, more preferably 0.12%.
  • the Si content in the base material for clad steel is limited to 0.30%.
  • the upper limit is preferably 0.20%, more preferably 0.18%.
  • Mn 1.30 to 1.60% Like Si, Mn is useful as a deoxidizing element and contributes to improving the hardenability of steel.
  • the lower limit of the Mn content in the base material for clad steel is 1.30%.
  • the lower limit is preferably 1.35%, more preferably 1.40%.
  • the Mn content in the base material for clad steel is limited to 1.60%.
  • the upper limit is preferably 1.57%, more preferably 1.55%.
  • P 0.015% or less P is an impurity, and it is desirable that the content in the base material for clad steel is small, but the upper limit is 0.015%, which is industrially feasible.
  • the upper limit is preferably 0.013%, more preferably 0.012%.
  • S 0.005% or less S is an impurity, and it is desirable that the content in the base material for clad steel is small, but the upper limit is 0.005%, which is industrially feasible.
  • the upper limit is preferably 0.003% or less, more preferably 0.002%.
  • Ni 0.10 to 0.50%
  • Ni is an element necessary for ensuring strength and low temperature toughness by improving hardenability. Therefore, the lower limit of the Ni content in the base material for clad steel is 0.10%. For the same reason, the lower limit is preferably 0.15%, more preferably 0.20%.
  • the upper limit of the Ni content in the base material for clad steel is set to 0.50%.
  • the upper limit is preferably 0.35%, more preferably 0.33%.
  • the upper limit of the Cr content in the base material for clad steel is set to 0.10%.
  • the upper limit is preferably 0.05%, more preferably 0.03%.
  • the lower limit is not particularly limited, but is set to, for example, 0.01%.
  • the upper limit of the Cu content in the base material for clad steel is set to 0.05%.
  • the upper limit is preferably 0.03%, more preferably 0.02%.
  • the lower limit is not particularly limited, but is set to, for example, 0.005%.
  • Mo 0.05 to 0.40% Mo is an element that improves hardenability and strength of the base metal after quenching, but if it is less than 0.05%, the effect cannot be sufficiently obtained. Therefore, the lower limit of the Mo content in the base material for clad steel is set to 0.05%. For the same reason, the lower limit is preferably 0.08%, more preferably 0.10%.
  • the upper limit of the Mo content in the base material for clad steel is set to 0.40%.
  • the upper limit is preferably 0.20%, more preferably 0.18%.
  • V 0.02 to 0.06%
  • V is an important element for ensuring the strength of steel.
  • V is T.I. S. It is effective in ensuring the grain size, contributes to the miniaturization of crystal grains, and has the effect of ensuring impact characteristics without tempering.
  • the lower limit of the V content in the base material for clad steel is set to 0.02%. For the same reason, the lower limit is preferably 0.023%, more preferably 0.025%.
  • the upper limit of the V content in the base material for clad steel is set to 0.06%.
  • the upper limit is preferably 0.05%, more preferably 0.04%.
  • Nb 0.03% or less Nb prevents coarsening of austenite grains and refines crystal grains by uniformly dispersing fine Nb carbides and the like in the base metal when the steel is heated to the quenching temperature. It is effective in improving the strength and strength. However, excessive content causes deterioration of toughness due to coarsening of Nb carbide. Therefore, the upper limit of the Nb content in the base material for clad steel is set to 0.03%. For the same reason, the upper limit is preferably 0.028%, more preferably 0.027%. The lower limit is not particularly limited, but is set to, for example, 0.005%.
  • Ti 0.005 to 0.025%
  • Ti produces carbides and nitrides finely dispersed in steel, and has the effect of making austenite grains finer.
  • the nitride formed by combining with N has an effect of preventing the coarsening of crystal grains in the weld heat affected zone during welding. Therefore, if the Ti content is less than 0.005%, the above effect is small. Further, when the Ti content exceeds 0.025%, the toughness is greatly deteriorated due to the notch effect due to the aggregation and coarsening of carbides and nitrides.
  • the lower limit of the Ti content in the base material for clad steel is set to 0.005%.
  • the lower limit is preferably 0.010%, more preferably 0.012%.
  • the upper limit of the Ti content in the base material for clad steel is set to 0.025%.
  • the upper limit is preferably 0.020%, more preferably 0.018%.
  • Al 0.020 to 0.050%
  • Al is an effective element as an antacid. Further, the precipitated AlN prevents coarsening of the austenite grains during the solution treatment, but if it is less than 0.020%, the effect cannot be sufficiently obtained. Therefore, the lower limit of the Al content in the base material for clad steel is set to 0.020%. For the same reason, the lower limit is preferably 0.023%, more preferably 0.025%.
  • the upper limit of the Al content in the base material for clad steel is set to 0.050%.
  • the upper limit is preferably 0.040%, more preferably 0.035%.
  • N 0.0030-0.0100% N reacts with Ti and precipitates as TiN in the steel, which is effective for refining the crystal grains. Further, since the solid solution temperature is high and it exists stably even at a relatively high temperature, it is very effective in suppressing the coarsening of crystal grains in the welding heat-affected zone and improving the toughness of the welding heat-affected zone. Further, if the amount added is too small, a sufficient effect cannot be obtained. Therefore, the lower limit of the N content in the base material for clad steel is set to 0.0030%. For the same reason, the lower limit is preferably 0.0035%, more preferably 0.0040%.
  • the upper limit of the N content in the base material for clad steel is set to 0.0100%.
  • the upper limit is preferably 0.0080%, more preferably 0.0070%.
  • the balance other than the above elements consists of Fe and unavoidable impurities.
  • unavoidable impurities include O, H and the like.
  • Ti / N 1.5 to 4.0
  • the mass ratio of Ti / N is adjusted as desired.
  • the lower limit of the mass ratio of Ti / N is 1.5, a sufficient effect of suppressing the coarsening of crystal grains can be obtained.
  • the lower limit is more preferably 1.7, and even more preferably 2.0.
  • the upper limit of the mass ratio of Ti / N is 4.0, it is possible to suppress a decrease in the toughness of the base metal due to excessive precipitation of TiN and coarsening of TiN.
  • the upper limit is more preferably 3.9 and even more preferably 3.85.
  • the base material for clad steel of the present embodiment has a carbon equivalent of Ceq: 0.400 or less.
  • Alloy elements are added to improve the hardenability of steel and to provide the desired strength, toughness, and other properties.
  • it is necessary to increase the amount of alloying elements added.
  • the lower limit of carbon equivalent is 0.330. That is, it is preferable that 0.330 ⁇ Ceq ⁇ 0.400. More preferably, the lower limit of carbon equivalent (Ceq) is 0.335, and even more preferably 0.340. The upper limit of carbon equivalent (Ceq) is preferably 0.390, more preferably 0.385.
  • the base material for clad steel of the present embodiment has a yield ratio of Y. R. Is less than 0.80 (yield ratio YR ⁇ 0.80).
  • yield ratio Y. R. The reason for the limitation will be explained.
  • the yield ratio is as shown in the following formula (2). S. (Tensile strength) and Y. S. It is expressed as a ratio of (MPa; 0.5% Under load) (yield strength).
  • T.I. S. (Tensile strength) means a value obtained by dividing the maximum load by the original cross section of the parallel portion of the test piece.
  • Yield ratio Y The lower limit of R is usually 0.60.
  • T. above S. (Tensile strength) and Y. S. (Yield strength) can be measured by performing a tensile test at room temperature in the manner of JIS Z2241: 2011 using a No. 10 round bar test piece. Specifically, the test can be carried out with a test piece having a parallel portion diameter of 12.5 mm and a reference point distance of the test piece of 50 mm, and can be obtained from a stress-strain curve.
  • the base material for clad steel of the present embodiment preferably has a weld crack sensitivity Pcm in the range of 0.200 or less (Pcm ⁇ 0.200).
  • Alloy elements are added to improve the hardenability of steel and to provide the desired strength, toughness, and other properties.
  • it is necessary to increase the amount of alloying element added. While increasing the amount of alloying element added is effective for increasing the strength, the heat-affected zone during welding It causes hardening, causing welding cracks and deterioration of welding workability.
  • the weld crack sensitivity Pcm is more preferably 0.195 or less, and further preferably 0.190 or less.
  • the lower limit is not particularly limited, but is set to 0.100, for example.
  • the base material for clad steel of the present embodiment is obtained by quenching as described later.
  • the reasons for limiting the quenching temperature will be described below.
  • Quenching temperature 900-980 ° C
  • the quenching temperature is a temperature at which the precipitate of the laminated material, which will be described later, is sufficiently solid-solved, and corresponds to a quenchable temperature of the base material.
  • the lower limit thereof is preferably 900 ° C.
  • a more preferable lower limit is 910 ° C, and even more preferably 920 ° C.
  • the upper limit of the quenching temperature is preferably 980 ° C. in order to prevent the crystal grains of the base metal from becoming coarse and the impact characteristics from deteriorating.
  • a more preferable upper limit is 977 ° C, still more preferably 975 ° C.
  • the heat treatment at the time of production is only quenching, and by not performing tempering, the formation of precipitates due to tempering is reduced, and Y. S.
  • a low yield ratio is achieved by suppressing the increase in (yield strength).
  • T.I. S It is possible to suppress a decrease in (tensile strength) and realize a low yield ratio.
  • the clad steel 10 is obtained by clad the following laminated material 12 on the above-mentioned base material 11 for clad steel.
  • laminated material is not limited to a specific one.
  • a steel grade standardized by ISO, JIS or ASTM is applied. Specifically, austenitic stainless steels SUS304L, 316L, and 317L, and Ni-based alloys Alloy 625 and Alloy 825 can be used as typical examples.
  • C 0.04 to 0.10%, Si: 0.10 to 0.30%, Mn: 1.30 to 1.60%, P: 0.015% or less, S: 0 .005% or less, Ni: 0.10 to 0.50%, Cr: 0.10% or less, Cu: 0.05% or less, Mo: 0.05 to 0.40%, V: 0.02 to 0 .06%, Nb: 0.03% or less, Ti: 0.005 to 0.025%, Al: 0.020 to 0.050%, N: 0.0030 to 0.0100%, and the balance is An alloy steel for a clad steel base material composed of Fe and unavoidable impurities is melted by a conventional method to obtain an ingot, and a hot-rolled slab is produced.
  • the method for producing the ingot and the hot-rolled slab is not particularly limited, and can be produced by any conventionally known method.
  • the obtained hot-rolled slab and the laminated material are clad-rolled.
  • the method of clad rolling is not particularly limited, and any conventionally known method can be used.
  • the laminated material the above-mentioned material can be used.
  • clad rolling and quenching described later can be performed by stacking two hot-rolled slabs.
  • the conditions at the time of clad rolling are not particularly limited.
  • the austenite temperature range means a temperature in which the structure of the steel is austenite single phase, that is, a range above the temperature at which ferrite transformation starts during cooling.
  • the temperature rise temperature at the time of quenching is not particularly limited.
  • cooling is preferably performed by water quenching. If a method having a cooling rate slower than that of water quenching, such as oil quenching or FAN cooling, is selected as the cooling method, ferrite may be generated during cooling and the desired strength characteristics may not be obtained.
  • the obtained base material for clad steel has a yield ratio of Y. R. It has a characteristic of ⁇ 0.80.
  • the base material for clad steel according to the embodiment of the present invention was produced as follows. Although the laminated material is not used in this embodiment, the presence or absence of the laminated material does not affect the material property evaluation described later, so that there is no problem in the evaluation of the base material for clad steel.
  • slabs (steel type A and steel type B) having the compositions (mass%, balance Fe and other unavoidable impurities) shown in Table 1 are manufactured by continuous casting, hot-rolled, and used as a clad steel base material. Assuming, a steel plate having a thickness of 24 mm was manufactured. Then, each of the steel plates obtained from the steel types A and B was quenched at 975 ° C.
  • the present invention relates to a clad steel sheet that can be suitably used for a pipeline for transporting natural gas.

Abstract

本発明の実施形態のクラッド鋼用母材は、質量％で、Ｃ：０．０４～０．１０％、Ｓｉ：０．１０～０．３０％、Ｍｎ：１．３０～１．６０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．１０～０．５０％、Ｃｒ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５～０．４０％、Ｖ：０．０２～０．０６％、Ｎｂ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．００５～０．０２５％、Ａｌ：０．０２０～０．０５０％、Ｎ：０．００３０～０．０１００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、前記組成では、式（１）Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５（質量％）の炭素当量Ｃｅｑが０．４００以下であり、式（２）Ｙ．Ｒ．＝Ｙ．Ｓ．（ＭＰａ；０．５％Ｕｎｄｅｒ　ｌｏａｄ）／Ｔ．Ｓ．（ＭＰａ）の降伏比Ｙ．Ｒ．が０．８０未満であることを特徴とするクラッド鋼用母材である。

Description

クラッド鋼用母材、クラッド鋼およびクラッド鋼の製造方法
　この発明は、クラッド材に用いられるクラッド鋼用母材、当該クラッド鋼用母材を備えたクラッド鋼およびその製造方法に関するものである。
　天然ガスは石油エネルギーに比べ大気汚染問題が少ない為、クリーンエネルギーとしてその需要は今後更に増加すると予想されており、天然ガスパイプラインの建設計画は国際的な経済政策として大きく加速されつつある。天然ガスの採掘では、目的とするガスの他に硫化水素、炭酸ガスおよび塩素ガス等の腐食性の強いガスが含まれる場合が多く、腐食性ガス環境下での使用に耐え得る鋼管として、優れた耐食性を有するステンレス鋼と高強度且つ高靱性を有する低合金鋼を接合したクラッド鋼板から成るクラッドパイプが使用されている。
　近年では、効率的なパイプラインの敷設方法として、地上で周溶接して繋ぎ合せたラインパイプを一度船舶上のリールに巻き上げて、その後、海洋上の所定地点において曲げ戻しながら敷設する、リーリングという手法が採用される場合が多い。この手法において敷設される場合、クラッドパイプ母材には相当量の塑性変形が加わるため、安全性向上の観点から、低降伏比の母材が求められている。
　従来、特許文献１では、熱間圧延の後、Ａｒ３－１０℃以上の温度から５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却停止温度５００～６５０℃まで加速冷却を行い、その後直ちに０．５℃／ｓ以上の昇温速度で５５０～７５０℃まで再加熱を行うことで、クラッド鋼板の母材の金属組織が面積分率で２～１５％の島状マルテンサイトとベイナイトから成る鋼板が開示されている。
日本国特開２０１５－２２４３７６号公報
　しかし、特許文献１の技術では、加速冷却を行った後に再加熱を行うことにより、クラッド鋼板の母材の降伏比が高くなるという問題があった。さらには、溶接時に割れの発生又は溶接作業性の低下を招く問題がある。
　そこで、本発明は、低温靱性に優れ、且つ低降伏比のクラッド鋼用母材、および該母材を備えるクラッド鋼を提供することを目的とする。
　すなわち、本発明のクラッド鋼用母材の一実施形態は、質量％で、Ｃ：０．０４～０．１０％、Ｓｉ：０．１０～０．３０％、Ｍｎ：１．３０～１．６０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．１０～０．５０％、Ｃｒ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５～０．４０％、Ｖ：０．０２～０．０６％、Ｎｂ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．００５～０．０２５％、Ａｌ：０．０２０～０．０５０％、Ｎ：０．００３０～０．０１００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、前記組成では、下記式（１）の炭素当量Ｃｅｑが０．４００以下であり、下記式（２）の降伏比Ｙ．Ｒ．が０．８０未満であることを特徴とする。
　式（１）Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５（質量％）
　式（２）Ｙ．Ｒ．＝Ｙ．Ｓ．（ＭＰａ；０．５％Ｕｎｄｅｒ　ｌｏａｄ）／Ｔ．Ｓ．（ＭＰａ）
　本発明のクラッド鋼用母材の他の実施形態は、上記形態の発明において、Ｔｉ含有量とＮ含有量の質量比であるＴｉ／Ｎが１．５～４．０の範囲内にあることを特徴とする。
　本発明のクラッド鋼用母材の他の実施形態は、上記形態の発明において、上記式（１）の炭素当量が０．３３０≦Ｃｅｑ≦０．４００であり、下記式（３）の溶接割れ感受性Ｐｃｍが０．２００以下の範囲内にあることを特徴とする。
　式（３）Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０（質量％）
　本発明のクラッド鋼の一実施形態は、上記形態のいずれかに記載のクラッド鋼用母材に、合わせ材がクラッドされている。
　本発明のクラッド鋼の製造方法の一実施形態は、質量％で、Ｃ：０．０４～０．１０％、Ｓｉ：０．１０～０．３０％、Ｍｎ：１．３０～１．６０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．１０～０．５０％、Ｃｒ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５～０．４０％、Ｖ：０．０２～０．０６％、Ｎｂ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．００５～０．０２５％、Ａｌ：０．０２０～０．０５０％、Ｎ：０．００３０～０．０１００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するクラッド鋼母材用合金鋼を溶製して鋼塊とし、合わせ材とクラッド圧延した後、９００～９８０℃のオーステナイト化温度域から焼入れを行い、焼戻しを行わないことを特徴とする。
　本発明によれば、低温靱性に優れ、且つ低降伏比であるクラッド鋼用母材を得ることができる。当該クラッド鋼用母材は、例えば、熱間圧延後の焼入れのみで製造でき、低降伏比化が可能となる。また、制御圧延などの大規模な設備が不要となり、経済性向上が可能となる。
図１は本発明の一実施形態のクラッド鋼１０、それを構成する本発明の一実施形態のクラッド鋼用母材１１、及び合わせ材１２を示す概略図である。
　以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
＜クラッド鋼用母材＞
　本発明の実施形態のクラッド鋼用母材１１は、図１に示すように、合わせ材１２とともにクラッド鋼１０を構成する。以下、クラッド鋼用母材について説明する。
　本発明のクラッド鋼用母材の一実施形態は、質量％で、Ｃ：０．０４～０．１０％、Ｓｉ：０．１０～０．３０％、Ｍｎ：１．３０～１．６０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．１０～０．５０％、Ｃｒ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５～０．４０％、Ｖ：０．０２～０．０６％、Ｎｂ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．００５～０．０２５％、Ａｌ：０．０２０～０．０５０％、Ｎ：０．００３０～０．０１００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、前記組成では、下記式（１）の炭素当量Ｃｅｑが０．４００以下であり、下記式（２）の降伏比Ｙ．Ｒ．が０．８０未満である。
　式（１）Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５（質量％）
　式（２）Ｙ．Ｒ．＝Ｙ．Ｓ．（ＭＰａ；０．５％Ｕｎｄｅｒ　ｌｏａｄ）／Ｔ．Ｓ．（ＭＰａ）
　以下、本発明のクラッド鋼用母材の一実施形態における組成等の限定条件を説明する。なお、組成範囲における「％」とは、「質量％」を意味する。
Ｃ：０．０４～０．１０％
　Ｃは、強度を確保する点で必要な添加元素である。そのため、クラッド鋼用母材におけるＣの含有量の下限は０．０４％とする。下限は好ましくは０.０４５％、より好ましくは０．０５％とする。
　一方、０．１０％を超えるＣの添加は強度の増加による靱性の低下および溶接性の低下を生じる。そのため、クラッド鋼用母材におけるＣの含有量の上限を０．１０％とする。同様の理由で上限を０．０８％とするのが好ましく、０．０７％とするのがより好ましい。
Ｓｉ：０．１０～０．３０％
　Ｓｉは、鋼の溶製時において脱酸作用を有し、健全な鋼を得るために所定量以上を含有することが必要である。また、強度確保のために必要な元素である。そのため、クラッド鋼用母材におけるＳｉの含有量は０．１０％を下限とする。下限は好ましくは０．１１％、より好ましくは０．１２％とする。
　一方、過剰にＳｉを含有すると、靭性および溶接性の低下を招くことから、クラッド鋼用母材におけるＳｉの含有量は０．３０％を上限とする。同様の理由で上限を０．２０％とするのが好ましく、０．１８％とするのがより好ましい。
Ｍｎ：１．３０～１．６０％
　ＭｎはＳｉと同様に脱酸元素として有用であり、鋼の焼入れ性向上にも寄与する。その効果を発揮するためには、クラッド鋼用母材におけるＭｎの含有量は１．３０％を下限とする。下限は好ましくは１．３５％、より好ましくは１．４０％とする。
　一方、過剰なＭｎの含有は靱性の低下を招く。そのため、クラッド鋼用母材におけるＭｎの含有量は１．６０％を上限とする。同様の理由で上限を１．５７％とするのが好ましく、１．５５％とするのがより好ましい。
Ｐ：０．０１５％以下
　Ｐは不純物として、クラッド鋼用母材における含有量は少ない方が望ましいが、工業的に実現可能な０．０１５％を上限とする。上限は好ましくは０．０１３％、より好ましくは０．０１２％とする。
Ｓ：０．００５％以下
　Ｓは不純物として、クラッド鋼用母材における含有量は少ない方が望ましいが、工業的に実現可能な０．００５％を上限とする。上限は好ましくは０．００３％以下、より好ましくは０．００２％とする。
Ｎｉ：０．１０～０．５０％
　Ｎｉは焼入れ性の向上による強度の確保、低温靱性の確保に必要な元素である。そのため、クラッド鋼用母材におけるＮｉの含有量は０．１０％を下限とする。同様の理由で下限は好ましくは０．１５％、より好ましくは０．２０％とする。
　一方、過剰なＮｉの含有は経済性を損ねる。そのため、クラッド鋼用母材におけるＮｉの含有量の上限を０．５０％とする。同様の理由で上限を０．３５％とするのが好ましく、０．３３％とするのがより好ましい。
Ｃｒ：０．１０％以下
　Ｃｒは母材の強度および靱性を向上させるが、含有量が多くなると強度の向上と共に溶接割れ感受性が高くなる。そのため、クラッド鋼用母材におけるＣｒの含有量の上限を０．１０％とする。同様の理由で上限を０．０５％とするのが好ましく、０．０３％とするのがより好ましい。下限は特に制限はないが、例えば０．０１％とする。
Ｃｕ：０．０５％以下
　Ｃｕは母材の強度向上に有効であるが、過剰な含有は溶接割れ感受性を高める。そのため、クラッド鋼用母材におけるＣｕの含有量の上限を０．０５％とする。同様の理由で上限を０．０３％とするのが好ましく、０．０２％とするのがより好ましい。下限は特に制限はないが、例えば０．００５％とする。
Ｍｏ：０．０５～０．４０％
　Ｍｏは、焼入れ性を向上させると共に、焼入れ後の母材の強度を向上させる元素であるが、０．０５％未満ではその効果が十分に得られない。そのため、クラッド鋼用母材におけるＭｏの含有量は下限を０．０５％とする。同様の理由で下限を０．０８％とするのが好ましく、０．１０％とするのがより好ましい。
　また、過剰なＭｏの含有は靱性の低下を招くため、クラッド鋼用母材におけるＭｏの含有量の上限を０．４０％とする。同様の理由で上限を０．２０％とするのが好ましく、０．１８％とするのがより好ましい。
Ｖ：０．０２～０．０６％
　Ｖは鋼の強度を確保するために重要な元素である。また、Ｖは後述するＴ．Ｓ．の確保に効果があり、結晶粒の微細化に貢献し、焼戻しをしなくても衝撃特性を確保できる効果がある。これらの効果を十分に得るために、クラッド鋼用母材におけるＶの含有量の下限を０．０２％とする。同様の理由で下限を０．０２３％とするのが好ましく、０．０２５％とするのがより好ましい。
　一方、過剰なＶの添加は靱性に悪影響を及ぼすことから、クラッド鋼用母材におけるＶの含有量の上限を０．０６％とする。同様の理由で上限を０．０５％とするのが好ましく、０．０４％とするのがより好ましい。
Ｎｂ：０．０３％以下
　Ｎｂは鋼を焼入れ温度に加熱した際に、微細なＮｂ炭化物などが母材に均一に分散することによって、オーステナイト粒の粗大化を防止すると共に、結晶粒の微細化や強度の向上に効果的である。しかし、過剰な含有はＮｂ炭化物の粗大化による靱性の悪化を招く。そのため、クラッド鋼用母材におけるＮｂの含有量の上限を０．０３％とする。同様の理由で上限を０．０２８％とするのが好ましく、０．０２７％とするのがより好ましい。下限は特に制限はないが、例えば０．００５％とする。
Ｔｉ：０．００５～０．０２５％
　Ｔｉは鋼中で微細に分散した炭化物や窒化物を生成し、オーステナイト粒を微細化する効果を有する。また、後述するが、Ｎと結合して生成した窒化物が溶接時に溶接熱影響部の結晶粒の粗大化を防ぐ効果がある。そのため、Ｔｉの含有量が０．００５％未満では上記効果が少ない。またＴｉの含有量が０．０２５％を超えると炭化物や窒化物の凝集および粗大化による切欠き効果により靱性が大きく劣化する。
　上記理由のため、クラッド鋼用母材におけるＴｉの含有量の下限を０．００５％とする。下限を０．０１０％とするのが好ましく、０．０１２％とするのがより好ましい。また、クラッド鋼用母材におけるＴｉの含有量の上限を０．０２５％とする。上限を０．０２０％とするのが好ましく、０．０１８％とするのがより好ましい。
Ａｌ：０．０２０～０．０５０％
　Ａｌは脱酸剤として有効な元素である。また、析出したＡｌＮは溶体化処理時のオーステナイト粒の粗大化を防止するが、０．０２０％未満ではその効果が十分に得られない。そのため、クラッド鋼用母材におけるＡｌの含有量の下限を０．０２０％とする。同様の理由で下限を０．０２３％とするのが好ましく、０．０２５％とするのがより好ましい。
　一方、Ａｌは０．０５０％を超えて含有させると細粒化効果が低下し、靱性値も飽和する。そのため、クラッド鋼用母材におけるＡｌの含有量の上限を０．０５０％とする。同様の理由で上限を０．０４０％とするのが好ましく、０．０３５％とするのがより好ましい。
Ｎ：０．００３０～０．０１００％
　ＮはＴｉと反応しＴｉＮとして鋼中に析出することで結晶粒の微細化に効果的である。また、固溶温度が高く比較的高温でも安定して存在することから、溶接熱影響部の結晶粒の粗大化を抑制して溶接熱影響部の靱性向上に非常に有効である。また、その添加量は少なすぎると十分な効果が得られない。そのため、クラッド鋼用母材におけるＮの含有量の下限を０．００３０％とする。同様の理由で下限を０．００３５％とするのが好ましく、０．００４０％とするのがより好ましい。
　一方、Ｎは０．０１００％を超えると固溶Ｎが増大し溶接熱影響部の靱性が低下する。そのためクラッド鋼用母材におけるＮの含有量の上限を０．０１００％とする。同様の理由で上限を０．００８０％とするのが好ましく、０．００７０％とするのがより好ましい。
　本実施形態のクラッド鋼用母材において、上記元素以外の残部は、Ｆｅおよび不可避不純物からなる。不可避不純物としては、例えばＯ、Ｈ等が挙げられる。
Ｔｉ／Ｎ：１．５～４．０
　ＴｉとＮの質量比を適切することで、安定で微細分散したＴｉＮを生成させて、溶接時に母材の熱影響部の結晶粒の粗大化を防止することができる。そのため所望によりＴｉ／Ｎの質量比を調整する。Ｔｉ／Ｎの質量比の下限が１．５であると、十分な結晶粒の粗大化抑制の効果が得られる。同様の理由で下限を１．７とするのがより好ましく、２．０とするのがさらに好ましい。
　一方、Ｔｉ／Ｎの質量比の上限が４．０であれば、過剰なＴｉＮの析出およびＴｉＮの粗大化により母材靱性の低下を抑制できる。同様の理由で上限を３．９とするのがより好ましく、３．８５とするのがさらに好ましい。
　本実施形態のクラッド鋼用母材は、炭素当量Ｃｅｑ：０．４００以下とする。以下、炭素当量の限定理由について説明する。
　鋼の焼入れ性を向上させ、目的とする強度、靱性、及びその他の特性を与えるために合金元素が添加される。高強度且つ高靱性の鋼板を製造するためには、合金元素添加量を増加させる必要がある。しかし、合金元素添加量の増加は高強度化には有効である一方で、熱処理に際し、炭素等量が高すぎると強度が高くなりすぎて降伏比を増大させる。そのため、下記式（１）で示される炭素当量（Ｃｅｑ）は上限を０．４００とする。
　式（１）Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５（質量％）
　クラッド鋼用母材には適度な強度も必要になるため、炭素当量の下限を０．３３０とするのが好ましい。すなわち、０．３３０≦Ｃｅｑ≦０．４００とするのが好ましい。より好ましくは炭素当量（Ｃｅｑ）の下限を０．３３５とし、さらに好ましくは０．３４０とする。また、炭素当量（Ｃｅｑ）の上限は、好ましくは０．３９０とし、より好ましくは０．３８５とする。
　本実施形態のクラッド鋼用母材は、降伏比Ｙ．Ｒ．を０．８０未満とする（降伏比Ｙ．Ｒ．＜０．８０）。以下、降伏比Ｙ．Ｒ．の限定理由について説明する。
　降伏比は下記式（２）に示す通り、Ｔ．Ｓ．（引張強度）とＹ．Ｓ．（ＭＰａ；０．５％Ｕｎｄｅｒ　ｌｏａｄ）（降伏強度）の比で表される。ここで、Ｔ．Ｓ．（引張強度）とは、最大荷重を試験片の平行部の原断面積で除した値を意味する。また、Ｙ．Ｓ．とは、０．５％Ｕｎｄｅｒ　ｌｏａｄ（０．５％アンダーロード耐力）を意味し、すなわち全伸びが伸び計標点距離に対して０．５％のときの応力を意味する。降伏比Ｙ．Ｒ．を低く抑えることは、塑性変形開始（Ｙ．Ｓ．（ＭＰａ；０．５％Ｕｎｄｅｒ　ｌｏａｄ））から、不均一変形（くびれ発生）までの裕度を広くすることを意味し、構造物の安全性向上に寄与する。そこで、本実施形態のクラッド鋼用母材では降伏比Ｙ．Ｒ．を０．８０未満とする。
　式（２）Ｙ．Ｒ．＝Ｙ．Ｓ．（ＭＰａ；０．５％Ｕｎｄｅｒ　ｌｏａｄ）／Ｔ．Ｓ．（ＭＰａ）
　降伏比Ｙ．Ｒの下限は、通常０．６０となる。
　上記Ｔ．Ｓ．（引張強度）およびＹ．Ｓ．（降伏強度）は、１０号丸棒試験片を用い、ＪＩＳ　Ｚ２２４１：２０１１の要領で、常温で引張試験を行うことで測定できる。具体的には、平行部径：１２．５ｍｍ、試験片の標点距離：５０ｍｍの試験片で試験を実施し、応力－ひずみ曲線から求めることができる。
　本実施形態のクラッド鋼用母材は、溶接割れ感受性Ｐｃｍが０．２００以下の範囲内であることが好ましい（Ｐｃｍ≦０．２００）。以下、溶接割れ感受性Ｐｃｍの限定理由について説明する。
　鋼の焼入れ性を向上させ、目的とする強度、靱性、及びその他の特性を与えるために合金元素が添加される。高強度且つ高靱性の鋼板を製造するためには、合金元素添加量を増加させる必要があるが、合金元素添加量の増加は高強度化には有効である一方で、溶接時に熱影響部の硬化を引き起こし、溶接割れの発生や溶接作業性の悪化を招く。そのため、下記式（３）で示される溶接割れ感受性（Ｐｃｍ）による成分範囲の規定を行うのが好ましい。
　式（３）Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０（質量％）
　溶接割れ感受性Ｐｃｍは、より好ましくは０．１９５以下とし、さらに好ましくは０．１９０以下とする。また、下限は特に制限はないが、例えば０．１００とする。
　本実施形態のクラッド鋼用母材は後述するように焼入れして得られる。以下、焼入れ温度の限定理由について説明する。
焼入れ温度：９００～９８０℃
　焼入れ温度は、後述する合わせ材の析出物が十分に固溶される温度であり、且つ母材の焼入れ可能温度に相当するものである。これらの作用を得るため、その下限を９００℃とすることが好ましい。より好ましい下限は９１０℃、さらに好ましくは９２０℃である。
　一方、母材の結晶粒が粗大化し、衝撃特性が悪化することを防ぐため、焼入れ温度の上限は９８０℃とすることが好ましい。より好ましい上限は９７７℃、さらに好ましくは９７５℃である。
　本実施形態のクラッド鋼用母材では、製造時の熱処理を焼入れのみとし、焼き戻しを行わないことによって、焼戻しによる析出物の生成を低減し、Ｙ．Ｓ．（降伏強度）の上昇を抑えることで低降伏比を実現している。また、焼戻しを行わないことによって、焼入れ時に生成する硬質相の分解を抑制し、硬質相の分解によるＴ．Ｓ．（引張強度）低下も抑制することができ、低降伏比を実現できる。
＜クラッド鋼＞
　本発明の一実施形態であるクラッド鋼１０は、図１に示すように、上述したクラッド鋼用母材１１に、以下の合わせ材１２がクラッドされたものである。
合わせ材
　本実施形態のクラッド鋼では、合わせ材（クラッド材）が特定のものに限定されるものではない。合わせ材としては、例えば、ＩＳＯ、ＪＩＳまたはＡＳＴＭで規格化されている鋼種が適用される。具体的には、代表的なものとして、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４Ｌ、３１６Ｌ、及び３１７Ｌ、並びにＮｉ基合金Ａｌｌｏｙ６２５、及びＡｌｌｏｙ８２５などを用いることができる。
　また、クラッド率（＝クラッド鋼用母材の板厚／クラッド鋼全体の板厚）は特に限定されるものではないが、例えば、０．６０～０．９０を挙げることができる。
＜クラッド鋼用母材及びクラッド鋼の製造方法＞
　以下、本発明の一実施形態のクラッド鋼用母材、及び該母材に合わせ材がクラッドされたクラッド鋼の製造方法を説明する。
　まず、以下の組成を有するクラッド鋼母材用合金鋼を溶製して鋼塊を得、その後、熱延スラブを作製する。すなわち、質量％で、Ｃ：０．０４～０．１０％、Ｓｉ：０．１０～０．３０％、Ｍｎ：１．３０～１．６０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．１０～０．５０％、Ｃｒ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５～０．４０％、Ｖ：０．０２～０．０６％、Ｎｂ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．００５～０．０２５％、Ａｌ：０．０２０～０．０５０％、Ｎ：０．００３０～０．０１００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物から成るクラッド鋼母材用合金鋼を常法により溶製して鋼塊を得て、熱延スラブを作製する。なお、鋼塊および熱延スラブの製造方法は特に限定されるものではなく、従来公知の任意の方法で製造できる。
　つづいて、得られた熱延スラブと合わせ材とをクラッド圧延する。クラッド圧延の方法は特に限定されるものではなく、従来公知の任意の方法を使用できる。また、合わせ材も上述したものを使用できる。なお、熱延スラブを２枚重ねた全厚が１００ｍｍ以下の場合は、２枚重ねでクラッド圧延および後述の焼入れすることが可能である。本実施形態ではクラッド圧延時の条件は特に限定されるものではない。
　クラッド圧延後には、９００～９８０℃の温度範囲に加熱し、オーステナイト温度域から焼入れを行う。ここで、オーステナイト温度域とは、鋼の組織がオーステナイト単相である温度、即ち、冷却時にフェライト変態が開始する温度超の範囲を意味する。なお、焼入れに際しての昇温温度は特に限定されるものではない。また、冷却は、水焼入れにより行うことが好ましい。冷却方法として、油焼入れ、ＦＡＮ冷却など、水焼入れよりも冷却速度が遅い方法を選択した場合は、冷却中にフェライトが生成し、所望の強度特性が得られないおそれがある。
　以上により、クラッド鋼用母材、およびそれを備えるクラッド鋼が得られる。得られるクラッド鋼用母材は、降伏比Ｙ．Ｒ．＜０．８０の特性を有する。
　以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
　１．クラッド鋼用母材の製造
　本発明の実施態様であるクラッド鋼用母材を以下のようにして作製した。なお、本実施例では、合わせ材を用いていないが、合わせ材の有無は後述する材料特性評価に影響を与えるものではないため、クラッド鋼用母材の評価としては問題ない。
　まず、表１に示す組成（質量％、残部Ｆｅおよびその他の不可避的不純物）のスラブ（鋼種Ａおよび鋼種Ｂ）を連続鋳造によって製造し、熱間圧延を行い、クラッド鋼母材としての使用を想定して厚さ２４ｍｍの鋼板を製造した。その後、鋼種Ａ、Ｂから得られた鋼板それぞれに対して９７５℃×３０ｍｉｎの焼入れを行い、実施例１、２のクラッド鋼用母材を得た。また、比較例として、鋼種Ａから得られた鋼板の焼入れ後に、焼戻しを４００、５００、及び５８０℃の３つの温度でそれぞれ２時間行い、比較例１～３のクラッド鋼用母材を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
２．母材の引張強度、衝撃特性
　得られた実施例および比較例のクラッド鋼用母材の材料特性評価として、引張試験およびシャルピー衝撃試験を実施した。両試験とも、各供試材で２回ずつ行った。試験片は引張試験、シャルピー衝撃試験共に、試験片の長手方向が圧延方向と直角となるように採取した。
　引張試験はＪＩＳ　Ｚ２２４１：２０１１に従い、１０号丸棒試験片を用いて常温で行った。
　また、シャルピー衝撃試験はＪＩＳ　Ｚ２２４２：２０１８に従い、半径２ｍｍの衝撃刃を有する試験機を用いてＶノッチ試験片によって評価した。具体的には、長さ５５ｍｍ、１辺が１０ｍｍの正方形断面をもち、試験片の長さの中央には、ノッチ角度４５°、ノッチ深さ２ｍｍ及びノッチ底半径０．２５ｍｍのＶ溝が設けられたＶノッチシャルピー衝撃試験片を用いて、－６０℃における衝撃特性（Ｊ）を求めるため、－６０℃で２本試験を実施した。
　評価結果を以下表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２のとおり、焼入れのみ実施した実施例１、２の場合、低温靱性が、焼入れと焼戻し処理を行った場合とほぼ同等となり、良好であるのに対して、降伏比（Ｙ．Ｒ．）は０．８０未満と低い状態を維持することが可能となった。
　一方、焼入れ後に焼戻しも行った比較例１～３の場合、降伏比（Ｙ．Ｒ．）は０．８０を超え、降伏比を低い状態で維持することができなかった。
　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　なお、本出願は、２０１９年３月１８日出願の日本特許出願（特願２０１９－０４９６８１）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
　この発明は、天然ガス輸送用のパイプラインに好適に使用可能なクラッド鋼板に関するものである。
１０　クラッド鋼
１１　クラッド鋼用母材
１２　合わせ材

Claims (5)

  1. 　質量％で、Ｃ：０．０４～０．１０％、Ｓｉ：０．１０～０．３０％、Ｍｎ：１．３０～１．６０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．１０～０．５０％、Ｃｒ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５～０．４０％、Ｖ：０．０２～０．０６％、Ｎｂ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．００５～０．０２５％、Ａｌ：０．０２０～０．０５０％、Ｎ：０．００３０～０．０１００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、前記組成では、下記式（１）の炭素当量Ｃｅｑが０．４００以下であり、下記式（２）の降伏比Ｙ．Ｒ．が０．８０未満であることを特徴とするクラッド鋼用母材。
    　式（１）Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５（質量％）
    　式（２）Ｙ．Ｒ．＝Ｙ．Ｓ．（ＭＰａ；０．５％Ｕｎｄｅｒ　ｌｏａｄ）／Ｔ．Ｓ．（ＭＰａ）
  2. 　前記組成において、Ｔｉ含有量とＮ含有量の質量比であるＴｉ／Ｎが１．５～４．０の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のクラッド鋼用母材。
  3. 　前記組成において、前記式（１）の炭素当量が０．３３０≦Ｃｅｑ≦０．４００であり、下記式（３）の溶接割れ感受性Ｐｃｍが０．２００以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載のクラッド鋼用母材。
    　式（３）Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０（質量％）
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のクラッド鋼用母材に、合わせ材がクラッドされているクラッド鋼。
  5. 　質量％で、Ｃ：０．０４～０．１０％、Ｓｉ：０．１０～０．３０％、Ｍｎ：１．３０～１．６０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．１０～０．５０％、Ｃｒ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５～０．４０％、Ｖ：０．０２～０．０６％、Ｎｂ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．００５～０．０２５％、Ａｌ：０．０２０～０．０５０％、Ｎ：０．００３０～０．０１００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するクラッド鋼母材用合金鋼を溶製して鋼塊とし、合わせ材とクラッド圧延した後、９００～９８０℃のオーステナイト化温度域から焼入れを行い、焼戻しを行わないことを特徴とするクラッド鋼の製造方法。
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