JP2663089B2 - 耐食性と低温靱性に優れた複合鋼板 - Google Patents

耐食性と低温靱性に優れた複合鋼板

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JP2663089B2 JP5045613A JP4561393A JP2663089B2 JP 2663089 B2 JP2663089 B2 JP 2663089B2 JP 5045613 A JP5045613 A JP 5045613A JP 4561393 A JP4561393 A JP 4561393A JP 2663089 B2 JP2663089 B2 JP 2663089B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は表層にステンレス鋼ある
いはニッケル合金などの耐食性の優れた高合金を、内層
として特定の低合金鋼を使用した耐食性と低温靱性に優
れた複合鋼板に関するものである。特に、この厚鋼板は
寒冷地におけるラインパイプにもっとも適する。
【0002】
【従来の技術】安全性、経済性の観点から腐食性物質
(H2 S、CO2 、Cl)を多く含有する原油・天然ガ
ス輸送用大径ラインパイプに、ステンレス鋼、ニッケル
合金を合わせ材とする高合金クラッド鋼管の採用が増加
しつつある。従来、このようなクラッド鋼板は圧延法
(たとえば特開昭60−216984号公報、特開昭6
2−16892号公報、特開昭63−130283号公
報)、爆着法などにより製造されていた。しかしながら
これら圧延法や爆着法などを前提としたクラッド鋼板は
低合金鋼と高合金との密着面全体の密度性の確保に問題
があり、密着性の安定的な確保が大きな問題となってい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は高合金クラッ
ド鋼板において、優れた高合金の耐食性と母材の強度・
靱性と低合金鋼と高合金との密着性の確保を同時に達成
できる鋼板を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、2種の
成分系をA,B,Aの順で複層構造を成している鋼板に
おいて、表層に位置するAがステンレス鋼またはニッケ
ル合金で、内層に位置するBの成分が重量%で、C:
0.015%以下、Si:0.5%以下、Mn:1.0
〜2.2%、P:0.03%以下、S:0.01%以
下、Nb:0.005〜0.07%、Ti:0.005
〜0.03%、Al:0.05%以下、N:0.002
〜0.006%を含有し、必要に応じて、さらにNi:
0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、C
r:0.05〜0.5%、Mo:0.05〜0.3%、
Ca:0.001〜0.005%の一種または二種以上
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、表
層と内層との境界部に、鋼板板厚の2〜10%の厚さの
遷移層を有することである。
【0005】
【作用】本発明は表層(両面)をステンレス鋼またはニ
ッケル合金とし、内層を低合金鋼(極低C−Mn−Nb
−微量Ti)とした、いわゆる鋳込みクラッド鋼板にて
耐食性、高強度・高靱性の確保および低合金鋼と高合金
との密着性の確保を図った鋼板である。本発明のステン
レス鋼(表層成分A)とは、オーステナイト系、フェラ
イト系、マルテンサイト系および2相系を指し、ニッケ
ル合金(表層成分A)とはインコロイ825、インコネ
ル625などのニッケル合金であり、耐食性の優れた高
合金材料である。また低合金鋼(内層成分B)は、その
特性(圧延方向と直角方向での値)が強度X52以上
(API規格)、低温靱性2vE-30 ≧10kgf−
m、vTrs≦−60℃となるような高強度、高靱性の
材料である。
【0006】本発明鋼は2種の成分系をA、B,Aの順
で複層構造を成しているが、AとBの境界において鋼板
板厚の2〜10%の厚みから成る遷移層を有することが
必要である。これはAとBの境界において剥離や割れを
生じさせないためである。鋳込み法においてAとBが直
に接する場合、Cなどの元素が拡散し、A層でマルテン
サイトが生成したり、AとBの界面で水素が補足される
ために水素割れが発生する。遷移層厚みを鋼板板厚の2
%以上とするのは、剥離や割れの発生を防止するための
限界値である。また遷移層厚みが10%を超えると必要
とする母材特性(強度、低温靱性、溶接性)の確保が困
難となる。このために遷移層の厚みは鋼板板厚の2〜1
0%に限定した。この遷移層は、鋳込み法にて、まずA
が表面から凝固を開始し、これが凝固を終了する部位に
おいて、引き続いてBが凝固を開始することにより得ら
れる。然して、遷移層を挟んだA、B層は大きく混ざり
あうことなく連続して凝固し、成分分析の点から巨視的
に分離されていることが必要である。鋳造時に形成され
た遷移層は加熱、圧延、熱処理後も保持されるものであ
る。
【0007】つぎに本発明の低合金鋼の成分限定理由に
ついて説明する。低合金鋼の強度・低温靱性の確保およ
び高合金の耐食性の確保のため、C、Mn、Nb、Ti
量をそれぞれ、0.015%以下、1.0〜2.2%、
0.005〜0.07%、0.005〜0.03%に限
定する。C量の上限は遷移層でのマルテンサイト割れを
防止するための限界値である。低合金鋼のC量が高すぎ
ると複層鋳片を製造する際に、遷移層にマルテンサイト
が生成し、内部割れが生じる。したがって低合金鋼のC
量を0.015%以下に制限する必要がある。Mn量の
下限は目的とする母材、溶接部の強度・靱性や結晶粒微
細化効果を発揮するための最小量である。また上限は母
材の優れた低温靱性・現地溶接性を得るための限界値で
ある。
【0008】本発明では、必須の元素として、Nb:
0.005〜0.07%、Ti:0.005〜0.03
%を含有させる。Nbは制御圧延において結晶粒の微細
化や析出硬化に寄与し、鋼を強靱化する効果を有する。
Nbを0.005%以上添加することによって結晶粒の
微細化や析出硬化が進行し、従来のクラッド鋼板に比較
して優れた強度・靱性が得られる。しかしNbを0.0
7%以上添加すると、現地溶接性や溶接部の靱性が劣化
するので、その上限を0.07%とした。またTi添加
は微細なTiNを形成し、スラブ再加熱時、溶接部のγ
粒の粗大化を抑制して母材靱性、溶接熱影響部(HA
Z)靱性の改善に効果がある。この効果は高温で圧延を
終了する場合においてはとくに重要である。TiNの効
果を十分に発揮させるには、最低0.005%のTi添
加が必要である。しかしTi量が多すぎると、TiNの
粗大化やTiCによる析出硬化が起こり、低温靱性が劣
化するので、その上限は0.03%に制限する必要があ
る。
【0009】つぎにその他元素の限定理由について説明
する。Siは鋼を強靱化させる元素であるが、多く添加
すると溶接性、HAZ靱性を劣化させるため、上限を
0.5%とした。鋼の脱酸はTiのみでも十分であり、
Siは必ずしも添加する必要はない。本発明鋼において
不純物であるP、Sをそれぞれ0.03%、0.005
%以下とした理由は、母材、溶接部の低温靱性をより一
層向上させるためである。Pの低減は粒界破壊を防止
し、S量の低減はMnSによる靱性の劣化を防止する。
好ましいP、S量はそれぞれ0.01、0.003%以
下である。
【0010】Alは通常脱酸剤として鋼に含まれる元素
であるが、脱酸はTiあるいはSiでも可能であり、必
ずしも添加する必要はない。Al量が0.05%以上に
なるとAl系非金属介在物が増加して鋼の洗浄度を害す
るので、上限を0.05%とした。NはTiNを形成し
γ粒の粗大化抑制効果を通じて母材靱性、HAZ靱性を
向上させる。このための最小量は0.002%である。
しかし多すぎると固溶NによるHAZ靱性の劣化原因と
なるので、その上限は0.006%以下に抑える必要が
ある。
【0011】つぎにNi、Cu、Cr、Mo、Caを添
加する理由について説明する。基本となる成分にさらに
これらの元素を添加する主たる目的は本発明鋼の優れた
特徴を損なうことなく、母材の強度・低温靱性などの特
性向上をはかるためである。したがって、その添加量は
自ら制限される性質のものである。Niは溶接性、HA
Z靱性に悪影響を及ぼすことなく、母材の強度、靱性を
向上させるが、0.05%以下では効果が薄く、1.0
0%以上の添加は溶接性に好ましくないために上限を
1.00%とした。CuはNiとほぼ同様の効果ととも
に耐食性、耐水素誘起割れ性などにも効果があるが、
0.05%以下では効果が薄く、1.00%を超えると
熱間圧延時にCu−クラックが発生し、製造困難とな
る。このため上限を1.00%とした。
【0012】Crは母材の強度を高める元素であり、
0.05%以上の添加が必要である。しかし、Cr量が
0.5%を超えると溶接性やHAZ靱性を劣化させるた
め、その上限を0.5%とする。Moは母材の強度を向
上させる元素であり、0.05%以上添加しないとその
効果がない。しかし、0.3%を超えると溶接部靱性お
よび溶接性の劣化を招き好ましくないため、上限を0.
3%に限定する。
【0013】Caは硫化物(MnS)の形態を制御し、
シャルピー吸収エネルギーを増加させ低温靱性を向上さ
せるほか、耐水素誘起割れ性の改善にも効果を発揮す
る。しかしCa量は0.001%以下では実用上効果が
なく、また、0.005%を超えるとCaO,CaSが
多量に生成して大型介在物となり、鋼の靱性のみならず
清浄度も害し、さらに溶接性にも悪影響を与えるので、
Ca添加量の範囲を0.001〜0.005%とする。
なお耐水素誘起割れ性を改善するにはS,O量をそれぞ
れ0.001、0.002%以下に低減し、ESSP=
(Ca)[1−124(O)]/1.25(S)≧0.
7とすることがとくに有効である。
【0014】
【実施例】表1に示す種々の成分のクラッド鋼板を製造
し、低合金鋼母材の強度、低温靱性(シャルピー衝撃試
験)、高合金の耐食性(孔食の有無で評価、試験条件:
10%FeCl3 ・6H2 O溶液にSUS316Lは1
5℃で48時間、インコロイ825は30℃で48時間
浸漬)、低合金鋼と高合金の密着性(超音波による探
傷)を調査した。
【0015】
【表1】
【0016】表2に実施例を示す。表1において、鋼1
は本発明鋼、8〜15は比較鋼を示す。本発明鋼1
は低合金鋼、高合金ともすべて良好な特性を有す
る。これに対して、比較鋼8〜15は低合金鋼あるいは
高合金の特性が劣る。比較鋼は内層のC量が高いた
め、遷移層でマルテンサイトが生成し、割れが発生す
る。比較鋼は内層にTiが添加されていないため、低
温靱性が劣る。比較鋼10はMn量が低いため、低温靱
性が劣る。鋼11はNbが添加されていないため、低温
靱性が劣る。鋼12はN量が低いため、低温靱性が劣
る。鋼13はN量が多すぎるため、低温靱性が劣る。比
較鋼14は遷移層の割合が小さすぎるため、遷移層で割
れが発生する。比較鋼15は遷移層の割合が大きすぎる
ため、強度、靱性が劣化する。
【0017】
【表2】
【0018】
【発明の効果】本発明のクラッド鋼板により、低合金鋼
の強度・低温靱性と高合金の耐食性などの諸特性が向上
し、パイプラインの安全性が著しく向上した。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2種の成分系でA,B,Aの順で複層構
    造を成している鋼板において、表層に位置するAがステ
    ンレス鋼またはニッケル合金で、内層に位置するBの成
    分が重量%で、 C :0.015%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.0〜2.2%、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Nb:0.005〜0.07%、 Ti:0.005〜0.03%、 Al:0.05%以下、 N :0.002〜0.006% を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、表
    層と内層との境界部に、鋼板板厚の2〜10%の厚さの
    遷移層を有することを特徴とする耐食性と低温靭性に優
    れた複合鋼板。
  2. 【請求項2】 2種の成分系でA,B,Aの順で複層構
    造を成している鋼板において、表層に位置するAがステ
    ンレス鋼またはニッケル合金で、内層に位置するBの成
    分が重量%で、 C :0.015%以下、 Si:0.5%以下、 Mn:1.0〜2.2%、 P :0.03%以下、 S :0.01%以下、 Nb:0.005〜0.07%、 Ti:0.005〜0.03%、 Al:0.05%以下、 N :0.002〜0.006%、 さらに Ni:0.05〜1.0%、 Cu:0.05〜1.0%、 Cr:0.05〜0.5%、 Mo:0.05〜0.3%、 Ca:0.001〜0.005%の一種または二種以上
    を含有し、 残部が鉄および不可避的不純物からなり、表層と内層と
    の境界部に、鋼板板厚の2〜10%の厚さの遷移層を有
    することを特徴とする耐食性と低温靱性に優れた複合鋼
    板。
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