JP2023507661A - 耐摩耗性と複合耐食性に優れた鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[式1]
[Ni]/[Cu]≧0.5
[式2]
48x([Ti]/48-[S]/32-[N]/14)≧0.04
この時、式1および式2中、[Ni]、[Cu]、[Ti]、[S]、および[N]は、それぞれ鋼板内のNi、Cu、Ti、S、およびNの含有量(重量%)を示す。
[式3]
12x[Sn]+22x[Sb]+50x[Cu]≧15
この時、式3中、[Sn]、[Sb]、および[Cu]は、それぞれ鋼板内のSn、Sb、およびCuの含有量(重量%)を示す。
[式1]
[Ni]/[Cu]≧0.5
[式2]
48x([Ti]/48-[S]/32-[N]/14)≧0.04
この時、式1および式2中、[Ni]、[Cu]、[Ti]、[S]、および[N]は、それぞれ鋼板内のNi、Cu、Ti、S、およびNの含有量(重量%)を示す。
[Ni]/[Cu]≧0.5
48x([Ti]/48-[S]/32-[N]/14)≧0.04
12x[Sn]+22x[Sb]+50x[Cu]≧15
低炭素鋼板の炭素の含有量は0.04~0.10重量%であってもよい。鋼中の炭素の含有量が過度に多い場合、過度なTiC形成およびカーバイド(Carbide)形成による耐食性の低下、特に硫酸/塩酸複合耐食性の低下が起こることがある。逆に、炭素の含有量が過度に少ない場合、本発明で目的とする強度を確保することができない可能性がある。より具体的には、0.042~0.10重量%であってもよい。
低炭素鋼板のシリコンの含有量は、0.1重量%以下であってもよい。鋼中のシリコンの含有量が過度に多い場合、表面にSiO2とFe酸化物との複合相形状による多量の赤スケール(Scale)が誘発されうる。したがって、表面欠陥の解消のために前記の範囲のSi含有量である。より具体的には、0.05重量%以下であってもよい。さらに具体的には、0.01~0.05重量%であってもよい。
Cuは酸浸漬環境で腐食する場合、鋼材表面と腐食生成物との間に濃化して追加的な腐食を防ぐ代表的な元素である。その効果を示すためには、適切な量のCuが添加される。ただし、過度に多く添加する時には、Cuの低い融点によって、製造時にクラックを誘発する可能性がある。
NiなしにCuのみが鋼に添加される場合、Cuの低い融点によって、粒界に液状のCuが浸透してクラックを起こすことがある。Niの添加で融点を上げて、クラックの発生を制限しようとする目的でNiを添加する。Niの含有量が過度に少ない場合には、このようなCuの融点を高める役割を十分に果たせず、逆に、Niの含有量が過度に多い場合には、Niによる表面欠陥が発生することがある。より具体的には、0.11~0.19重量%であってもよい。
Cuとともに、Niを添加する理由と同様の理由から、融点を適切に高め、Niによる表面欠陥を誘発しないために、前記の範囲でNiとCuを添加することができる。式1の数値が過度に高ければ、Niによる表面欠陥が生じることがあり、式1の数値が過度に低ければ、Niによって融点を高める効果がわずかになる可能性がある。この時、式1中、[Ni]、および[Cu]は、それぞれ鋼板内のNi、およびCuの含有量(重量%)を示す。
Sbは、Cuと同様に、表面に安定した濃化層を形成するために添加する。Sbの含有量が過度に少ない場合には、十分な濃化層を形成できないことがある。逆に、過度に多い場合には、表面クラックを誘発しうる。
Snは、Cu、Sbと同様に、表面に安定した濃化層を形成するために添加する。特に、Snは、硫酸などの酸浸漬環境で先に溶解して鋼種の耐食性を大きく向上させる役割が確認された。より具体的に説明すれば、明確ではないが、下記のようなメカニズムでSnが鋼種の耐食性を向上させることが考えられる。鋼板を硫酸または複合酸の浸漬環境におくと、SnとCuが溶解するが、SnはCuより先に溶解する。SnがCuより先に溶解していくにつれ、Snは溶液中に解離する。解離したSnは溶液の腐食電位を低くし、これによって鋼板の腐食現象が一部遅延すると考えられる。この時、腐食電位(Corrosion Potential)とは、腐食が進行中の金属の組み合わせ電極(Reference Electrode)に対する電位を意味する。また、鋼板表面に溶解していたSnが再融着する過程で腐食遅延層が形成できるが、このような腐食遅延層は鋼板の腐食を遅延させることができると考えられる。Snが過度に少なく含まれる場合、十分な濃化層を形成できないことがある。Snが過度に多く添加される場合には、生産過程で深刻な表面クラックを誘発しうる。より具体的には、0.073~0.22重量%であってもよい。
前記Cu、Sb、およびSnは、硫酸/塩酸複合凝縮雰囲気または硫酸凝縮雰囲気で鋼板表面に濃化層を形成する元素であるが、各元素の適切な含有量のみならず、式3の関係を満たすことができる。式3の数値が過度に少なければ、十分な濃化層が形成できないというデメリットがある。この時、式3中、[Sn]、[Sb]、および[Cu]は、それぞれ鋼板内のSn、Sb、およびCuの含有量(重量%)を示す。より具体的には、式3は、15~26であってもよい。さらに具体的には、15.2~23.44であってもよい。
Tiは、析出物を形成する元素として作用して鋼板の強度および耐摩耗性を高めるために添加する。つまり、TiはCと結合してTiC析出物を形成する。TiCは微細な析出物であって、析出硬化(Precipitation strengthening)によって鋼板の硬度および耐摩耗性を向上させることができ、同時に強度を増加させることができる。これに関連して、TiCに関する具体的事項は後述する。ここで、Tiの含有量が過度に少なければ、析出物が十分に形成できず強度増加の効果がないというデメリットがある。これに対し、過度に多ければ、過度にTiCが形成されて、圧延時にクラックが発生するというデメリットがあり、製鋼段階でTi、Al系複合酸化物が形成されて、タンディッシュノズルを詰まらせて製造不良および表面不良を起こすことがある。したがって、Tiは、より具体的には、0.05~0.145重量%含むことができる。さらに具体的には、0.052~0.145重量%含むことができる。
Sは、Ti炭化物を形成するうえで有効なTiの含有量を制限する逆効果をもたらすことがある。その理由は、本発明では、TiC析出物の形成による析出硬化で耐摩耗性を高めることを特徴とするが、TiCの形成前にTiSが先に形成されるため、Sの含有量が多ければ、TiCの形成が妨げられるからである。したがって、最大成分の範囲を前記の範囲とすることができる。より具体的には、0.0097重量%以下であってもよい。さらに具体的には、0.001~0.0097重量%であってもよい。
Nは、Ti炭化物を形成するうえで有効なTiの含有量を制限する逆効果をもたらすことがある。その理由は、本発明では、TiC析出物の形成による析出硬化で耐摩耗性を高めることを特徴とするが、TiCの形成前にTiNが先に形成されるため、Nの含有量が多ければ、TiCの形成が妨げられるからである。参照として、Tiが析出物として形成される時には、TiN、TiS、TiCの順に形成される。したがって、最大成分の範囲を前記の範囲とすることができる。より具体的には、0.004重量%以下であってもよい。さらに具体的には、0.001~0.004重量%であってもよい。
有効なTi(Ti*)の含有量は、式2で計算される。前記のS、Nの成分範囲を満たしても、式2の範囲を満たさなければ、十分なTiCを形成できず強度低下につながることがある。この時、式2中、[Ti]、[S]、および[N]は、それぞれ鋼板内のTi、S、およびNの含有量(重量%)を示す。より具体的には、式2の範囲は0.04~0.12であってもよい。
Mnは、鋼中に固溶強化により強度を向上させる役割を果たすが、その含有量があまりにも過剰であれば、粗大なMnSが形成されて、むしろ強度を低下させる問題がある。したがって、本発明において、Mnの含有量は0.5~1.5重量%に制限することが好ましい。
Alは、アルミニウムキルド鋼(Al-killed)の製造時に不可避に添加される元素であって、脱酸効果のために適正含有量で添加されることが好ましい。ただし、前記Alの含有量が0.02重量%を超える場合、鋼板の表面欠陥を誘発する可能性が高まるだけでなく、溶接性が低下する問題がある。したがって、本発明では、Alの含有量を0.02~0.05重量%に制限することが好ましい。
[Ni]/[Cu]≧0.5
48x([Ti]/48-[S]/32-[N]/14)≧0.04
まず、下記表1にまとめられた合金成分を含む低炭素の鋼スラブを製造した。
Claims (17)
- 重量%で、炭素(C):0.04~0.10%、シリコン(Si):0.1%以下(0%は除く)、銅(Cu):0.20~0.35%、ニッケル(Ni):0.1~0.2%、アンチモン(Sb):0.05~0.15%、チタン(Ti):0.05~0.15%、スズ(Sn):0.07~0.22%、硫黄(S):0.01%以下(0%は除く)、窒素(N):0.005%以下(0%は除く)、残部鉄(Fe)および不可避不純物を含み、
下記式1および式2を満たす耐食性鋼板。
[式1]
[Ni]/[Cu]≧0.5
[式2]
48x([Ti]/48-[S]/32-[N]/14)≧0.04
(式1および式2中、[Ni]、[Cu]、[Ti]、[S]、および[N]は、それぞれ鋼板内のNi、Cu、Ti、S、およびNの含有量(重量%)を示す。) - TiC析出物を含み、
前記TiC析出物および前記TiC析出物からなる集合体は、1cm3あたり1016個以上含まれる、請求項1に記載の耐食性鋼板。 - 前記TiC析出物の粒径は、1~10nmである、請求項2に記載の耐食性鋼板。
- 下記式3を満足する、請求項1に記載の耐食性鋼板。
[式3]
12x[Sn]+22x[Sb]+50x[Cu]≧15
(式3中、[Sn]、[Sb]、および[Cu]は、それぞれ鋼板内のSn、Sb、およびCuの含有量(重量%)を示す。) - 前記鋼板を28.5重量%硫酸溶液と0.5重量%塩酸溶液とが混合された溶液に40~80℃で浸漬する場合、鋼板の表面に濃化層が生成される、請求項2に記載の耐食性鋼板。
- 前記鋼板を50重量%の硫酸溶液に50~90℃で浸漬する場合、鋼板の表面に濃化層が生成される、請求項2に記載の耐食性鋼板。
- 前記濃化層は、Cu、Sb、およびSnを含む、請求項5または6に記載の耐食性鋼板。
- 前記濃化層の濃化量は、15重量%以上である、請求項7に記載の耐食性鋼板。
(この時、濃化量は、FeとOが重量%で同一になる境界地点をとり、この時の濃化元素Mo、Cu、Sb、Snの含有量の合計(重量%)を意味する。) - 前記濃化層の厚さは、10nm以上である、請求項5または6に記載の耐食性鋼板。
- 前記鋼板を焼鈍熱処理した後の再結晶分率が80%以上である、請求項1に記載の耐食性鋼板。
- 前記鋼板を28.5重量%硫酸溶液と0.5重量%塩酸溶液とが混合された溶液に60℃で6時間浸漬する場合の腐食減量比が1.0mg/cm2/hr.以下である、請求項5に記載の耐食性鋼板。
- 前記鋼板を50重量%硫酸溶液に70℃で6時間浸漬する場合の腐食減量比が25mg/cm2/hr以下である、請求項6に記載の耐食性鋼板。
- 前記鋼板が熱延鋼板の場合、熱延鋼板の引張強度は、550MPa以上であり、表面硬度は、HRBを基準として85以上である、請求項2に記載の耐食性鋼板。
- 前記鋼板が冷延鋼板の場合、冷延鋼板の引張強度は、500MPa以上であり、表面硬度は、HRBを基準として80以上である、請求項2に記載の耐食性鋼板。
- 重量%で、炭素(C):0.04~0.10%、シリコン(Si):0.1%以下(0%は除く)、銅(Cu):0.20~0.35%、ニッケル(Ni):0.1~0.2%、アンチモン(Sb):0.05~0.15%、スズ(Sn):0.07~0.22%、チタン(Ti):0.05~0.15%、硫黄(S):0.01%以下(0%は除く)、窒素(N):0.005%以下(0%は除く)、残部鉄(Fe)および不可避不純物を含み、
下記式1および式2を満足する鋼スラブを準備する段階;
前記スラブを1,200℃以上で加熱する段階;および
前記加熱されたスラブを850~1000℃の仕上げ圧延温度で熱間圧延して熱延鋼板を製造する段階;
を含む耐食性鋼板の製造方法。
[式1]
[Ni]/[Cu]≧0.5
[式2]
48x([Ti]/48-[S]/32-[N]/14)≧0.04
(式1および式2中、[Ni]、[Cu]、[Ti]、[S]、および[N]は、それぞれ鋼板内のNi、Cu、Ti、S、およびNの含有量(重量%)を示す。) - 前記熱延鋼板を製造する段階;の後に、
前記熱延鋼板を450~750℃で巻取る段階;
前記巻取られた熱延鋼板を圧下率54~70%で冷間圧延して冷延鋼板を製造する段階;および
前記冷延鋼板を750~880℃で焼鈍熱処理する段階;
をさらに含む、請求項15に記載の耐食性鋼板の製造方法。 - 前記スラブを1,200℃以上で加熱する段階;において、
在炉時間は、150分以上である、請求項15に記載の耐食性鋼板の製造方法。
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