JP2015105399A - 母材の低温靭性とhaz靭性並びに合せ材の耐食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 - Google Patents
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Abstract
Description
Cu:0.01〜0.50%、Ni:0.01〜0.45%、Cr:0.01〜0.50%、
Mo:0.01〜0.50%、Nb:0.005〜0.080%、Ti:0.005〜0.030%、N:0.0010〜0.0060%、Al:0.070%以下、Ca:0.0010〜0.0040%を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする母材の低温靭性とHAZ靭性並びに合せ材の耐食性に優れたオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
はじめに、本発明のクラッド鋼の母材の成分組成を規定した理由を説明する。なお、各元素の成分%は、特に記載が無い限りすべて質量%を意味する。
Cは鋼の強度を向上させる有効な成分であり、0.020%未満であると一般溶接用としては強度が得られないため0.020%以上とする。一方、0.100%を超えて含有すると鋼材の溶接性やHAZ靭性等を著しく劣化させるため、C量は0.020〜0.100%の範囲とする。好ましくは0.030〜0.080%の範囲である。
Siは母材の強度確保、脱酸等に必要な成分であり、その効果を得るためには少なくとも0.10%以上の含有が必要である。一方、0.50%を超えて含有するとHAZの硬化により靭性が低下するため、Si量は0.10〜0.50%の範囲とする。なお、HAZ靭性の観点から、好ましくは0.20〜0.40%の範囲である。
Mnは母材の強度及び靭性の確保に有効な成分として0.75%以上の含有が必要であるが、1.80%を超えて含有すると、靭性、溶接性に悪影響を与えるため、上限値を1.80%とする。よって、Mn量は0.75〜1.80%の範囲とする。なお、母材靭性およびHAZ靭性の観点から、好ましくは1.00〜1.70%の範囲である。
Pは鋼中不純物として不可避な元素であるが、母材ならびに溶接熱影響部靭性を確保するためにはP量は0.015%以下とする。好ましくは0.010%以下である。
Sは鋼中不純物として不可避な元素であるが、低温靭性を確保するためにはS量は0.003%以下とする。好ましくは0.0010%以下である。
Cuは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素の1つであるため、0.01%以上の含有とする。しかし、0.50%を超えて含有すると溶接性を阻害することがあるので、Cu量は0.01〜0.50%の範囲とする。好ましくは、0.10〜0.40%の範囲である。
Niは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素の1つであるため、0.01%以上の含有とする。しかし、0.45%を超えて含有すると効果が飽和し、また、Niの含有は製造コストを上昇させるため、Ni量は0.01〜0.45%の範囲とする。好ましくは、0.10〜0.40%の範囲である。
Crは靭性の改善と強度の上昇に有効な元素の1つであるため、0.01%以上の含有とする。しかし、0.50%を超えて含有すると、溶接熱影響部靭性を劣化させるので、Cr量は0.01〜0.50%の範囲とする。好ましくは、0.05〜0.35%の範囲である。
Moは母材の強度と靭性を安定的に向上させる元素であり、0.01%以上の含有とする。しかし、0.50%を超えて含有すると溶接熱影響部靭性や溶接性を阻害するため、Mo量は0.01〜0.50%の範囲とする。なお、母材強度と靭性の観点から、好ましくは、0.05〜0.35%の範囲である。
Nbは細粒化による析出強化を通じて母材の強度および靭性を向上させるのに有効であるが、その量が0.005%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、0.080%を超えて含有すると溶接熱影響部の靭性を劣化させるため、Nb量は0.005〜0.080%の範囲とする。好ましくは、0.010%〜0.050%の範囲である。
TiはTiNを形成してスラブ加熱時の粒成長や溶接熱影響部の粒成長を抑制し、結果としてミクロ組織の微細化をもたらして強度と母材ならびに溶接熱影響部の靭性を改善する効果があるので、0.005%以上の含有とする。しかし、0.030%を超えて含有すると、かえって上記効果が得られないのみならず、靭性も劣化させる。したがって、Ti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はTiNとして析出することで溶接熱影響部靭性の向上に効果があるが、Nの含有量が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0.0060%を超えると固溶Nが増大し溶接熱影響部靭性の低下がおこる。Tiの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てN量は、0.0010〜0.0060%の範囲とする。
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、0.070%を超えて含有しても溶接熱影響部の靭性改善効果は飽和するので、Al量は0.070%以下とする。溶接熱影響部の靭性改善効果のために、好ましくは、0.01%以上とする。
Caは硫化物系介在物の形態を制御し母材の靭性と溶接熱影響部靭性を改善する効果があるため、0.0010%以上の含有とする。しかし、0.0040%を超えて含有すると効果が飽和し、逆に清浄度を低下させ溶接熱影響部靭性を劣化させるので、Ca量は0.0010〜0.0040%の範囲とする。好ましくは0.0020〜0.0030%の範囲である。
なお、TiおよびNは、各元素の含有量(質量%)を表す。
Ti及びNは、上記のようにTiNを生成してHAZの靱性を改善するのに重要な元素であり、該効果を充分に発揮するためには両元素の含有量の相関関係も重要となる。すなわち、質量%比で、Ti/Nが2.00未満であると結晶粒が粗大化し、靱性値が大きく低下することがある。また、Ti/Nが4.00を超えると同様の理由により靭性値が低下することがある。したがって、Ti/Nは2.00〜4.00の範囲とすることが好ましい。
次に、本発明のクラッド鋼の合せ材の成分組成を規定した理由を説明する。なお、各元素の成分%は、特に記載が無い限りすべて質量%を意味する。
Cはクラッド鋼の製造において、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。好ましくは、0.015%以下である。
Siは製造時の脱酸に有効な成分である。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、0.75%以下である
Mn:1.40%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、1.40%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、1.40%以下とする。好ましくは1.00%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はオーステナイト系ステンレス鋼の主要元素であり、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慮して、Ni量は、12.00〜15.00%の範囲とする。好ましくは、12.50〜14.50%の範囲である。
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慮して、Cr量は16.00〜18.00%の範囲とする。好ましくは、16.50〜14.50%の範囲である。
Moは、耐孔食性、耐隙間腐食性を向上させる元素である。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慮して、Mo量は2.00〜3.00%の範囲とする。好ましくは、2.20〜2.80%の範囲である。
本発明のオーステナイト系ステンレスクラッド鋼の製造方法について以下に述べる。
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。クラッド鋼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1050〜1150℃の範囲とする。
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両者の元素相互拡散が進行しやすいためである。
オーステナイト未再結晶にて累積圧下率が50%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。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り、また、750℃以下での圧延は合せ材中の炭化物やσ相の析出が促進される。よって、制御圧延は、母材の強度、低温靭性と合せ材の耐食性、クラッド鋼の接合性を全て確保するために、制御圧延開始温度は900℃以下、累積圧下率は50%以上とし、750℃以上の温度で仕上げ圧延を終了することとする。
圧延終了後に550℃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。冷却速度は、耐食性に大きく影響し、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。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。冷却速度は、好ましくは、5℃/s以上である。
そして、各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。
本発明では、−20℃におけるDWTT試験で、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。
Claims (4)
- オーステナイト系ステンレス鋼を合せ材とし、低合金鋼を母材とするクラッド鋼板において、前記母材が、質量%で、C:0.020〜0.100%、Si:0.10〜0.50%、Mn:0.75〜1.80%、P:0.015%以下、S:0.0030%以下、Cu:0.01〜0.50%、Ni:0.01〜0.45%、Cr:0.01〜0.50%、Mo:0.01〜0.50%、Nb:0.005〜0.080%、Ti:0.005〜0.030%、N:0.0010〜0.0060%、Al:0.070%以下、Ca:0.0010〜0.0040%を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする母材の低温靭性とHAZ靭性並びに合せ材の耐食性に優れたオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
- さらに、前記母材のTiとNの含有量(質量%)の比(Ti/N)が2.00〜4.00であることを特徴とする請求項1に記載の母材の低温靭性とHAZ靭性並びに合せ材の耐食性に優れたオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
- 前記オーステナイト系ステンレスクラッド鋼板の合せ材が、質量%で、C:0.020%以下、Si:1.00%以下、Mn:1.40%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ることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の母材の低温靭性とHAZ靭性並びに合せ材の耐食性に優れたオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板。
- 請求項1乃至請求項3の何れかに記載のクラッド鋼板の素材を用いて、1050〜1150℃に加熱後、板表面の温度で950℃以上での圧下比を1.5以上とし、900℃以下の温度域における制御圧延において、累積圧下率を50%以上、圧延終了温度を750℃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、その後放冷することを特徴とする母材の低温靭性とHAZ靭性並びに合せ材の耐食性に優れた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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