JP2830034B2 - 耐海水用クラッド鋼板の製造方法 - Google Patents

耐海水用クラッド鋼板の製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐海水用クラツド鋼板の製造方法に関する
もので、合せ材の成分系と圧延方法の最適化により、高
耐食性を有するクラツド鋼板を製造することを目的とす
る。
〔従来の技術〕
耐海水用ステンレス鋼としては、特開昭52−95524号
に代表されるように製法として熱間加工性及び高温域
(1100℃以上)からの急冷を前提とした場合における耐
食性の観点からCr、Mo、N量を高めたオーステナイト系
ステンレス鋼が開発されている。しかし、高価なCr、Mo
を多量に添加しているため厚板の製造を考えた場合、経
済性の観点より炭素鋼又は低合金鋼とのクラツド化が望
ましい。そこで耐海水用クラツド鋼板の製造を考えた場
合、従来のソリツド材のように高温域からの急冷は母材
の靭性を大巾に損うためにこの種のクラツド鋼板の製造
には適用できない。一方、オーステナイト系ステンレス
クラツド鋼の製造については、特開昭63−248583号に示
されているように圧延冷却中におけるσ相の析出抑制の
観点からの検討が行われている。しかし、N含有量を0.
10%以上に高めた耐海水用クラツド鋼板の製造において
は、σ相よりもCr窒化物の析出のほうが早く耐食性を大
きく左右することになる。このような耐海水用クラツド
鋼板の製造は合せ材の成分系及び圧延、冷却条件の最適
化により可能と考えられるが、この方面での系統的な研
究は行われていないのが現状である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
一般にクラツド圧延では1100℃以上に加熱後熱間圧延
を行い、800〜1000℃の温度域で圧延を終了し、放冷又
は加速冷却が行われる。しかし母材の制約等により10℃
/s以上の冷却速度の確保は難しい。第6図には特開昭52
−95524号に対応する代表的耐海水用オーステナイトス
テンレス鋼である20Cr−18Ni−6.2Mo−0.7Cu−0.20N鋼
を1200℃に加熱後圧延仕上温度を800℃から1000℃まで
変化させ各種の冷却速度で冷却した場合の耐食性を、塩
化第二鉄溶液を用いた孔食試験(ASTM G48,JISG0578)
で評価した結果を示す。孔食が発生する臨界孔食温度
(CPT)は圧延仕上温度にほとんど依存せず、圧延後の
冷却速度の増加に伴い上昇し10℃/sではCRT=55℃とな
つている。なお比較例としてソリツド材の製造を前提に
1200℃に加熱後急冷した場合のCPTも示したが75℃であ
り、クラツド圧延をシユミレートした場合は耐食性が大
きく低下している。
一方、テフロンにより人工的にすきまをつけた試験片
を天然海水中に1年間浸漬した場合の腐食深さと塩化第
二鉄試験におけるCPTの関係を第7図に示す。同図から
天然海水中ですきま腐食を抑制するには60℃以上のCPT
が必要である。
これらの結果をもとに判断すると従来の代表的耐海水
ステンレス鋼である20Cr−18Ni−6.2Mo−7.0Cu−0.20N
鋼はクラツド用の合せ材成分としては不十分であり、ク
ラツド製造の熱加工履歴を前提にした場合においてもCP
T≧60℃となる成分の開発が望まれている。
本発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、クラツド鋼の合せ材成分の最適化とクラツド
圧延条件の規定を行うことにより、CPT≧60℃となる耐
海水用クラツド鋼板を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記課題を解決するため本発明者等はクラツド圧延の
熱加工履歴を前提にした場合の成分系の開発とこれらの
成分系をもとに最適圧延条件の検討を行つた。以下に詳
細を述べる。
第1図には下記表1に示す鋼1から8を1200℃に加熱
し、900℃で圧延を終了後1℃/sで冷却した場合のCPTが
示されている。
同図に示されるように、20Cr−6Mo系及び25Cr−4.5Mo
系は、いずれの場合もNi量の増加に伴つてCPTが上昇し
ており、天然海水中ですきま腐食を生じないための条件
であるCPT≧60℃(10%塩化第二鉄溶液中)を満足する
には、20Cr−6Mo系では20%以上、25Cr−4.5Mo系では24
%以上のNi添加が必要である。一般にオーステナイトス
テンレス鋼の耐孔食、耐すきま腐食性はCr,Mo,N量で整
理ができるとされており、例えばPitting IndexとしてC
r+3Mo+17Nが提唱されている。しかしクラツド圧延を
前提にした場合はNi量が重要な役割をはたしていること
が本実験により明らかとなつた。
次にCPT≧60℃を得るための最低Ni量がCr量によりど
のように変化するかを明らかにするため、0.20Nにおい
てCr+3Moを一定にしてCr,Moバランスを変えた鋼を1200
℃に加熱後1000℃で圧延を終了し1℃/sで冷却した。そ
の結果を第2図に示す。CPT≧60℃を満すために必要な
最低Ni量はCr量とともに増加しており、Cr量の関数とし
て下式で示されることになる。
Ni(%)=0.8Cr(%)+4 このように本発明は合せ材の成分及び後述する圧延条
件を最適化することにより耐海水用クラツド鋼板の製造
を可能にしたものである。これに対し、従来の耐海水用
ステンレス鋼(ソリツド)は1100℃以上の高温域から急
冷することにより、Cr炭窒化物、シグマ相等の金属間化
合物の析出を抑制していた。この場合の耐食性は主にC
r,Mo,N量に支配されていた。しかしクラツド圧延のよう
に母材の特性より急冷することが難しい場合は、上記の
成分の他にNiが大きな役割を果たす。第2図に示した様
にCr量に依存して変化するNi量を規定することにより耐
孔食性が向上するのは、Niにより圧延後の冷却過程にお
けるCr窒化物の析出が抑制されることによる。特に本発
明鋼のようにNを高めた成分ではCr窒化物の析出抑制が
重要である。
更に、第3図には上記式を満すNi量を含有しCr,Mo,N
量を変化させた鋼を1200℃に加熱し、900℃で圧延を終
了後1℃/sで冷却した場合のCPTをCr(%)+3Mo(%)
+17N(%)で整理した結果が示されている。なお各鋼
の成分は次の表2に示す通りである。
同図からNi量を上記の式の下限にした場合、CPT≧60
℃とするために必要なPitting Index即ちCr(%)+2Mo
(%)+17N(%)は41であることがわかる。またPitti
ng Index≧41.0を満足していても27%を超えてCrを添加
しMoを低減した鋼12は同一のPiffing Index鋼に比べCPT
が大巾に劣る。このように27%を超えてCrを添加する
と、σ相の形成が著しく促進されるからである。なおCr
は耐孔食、耐すきま腐食性向上の観点から18%以上必要
であり、このことも考慮すると耐海水用クラツド鋼板の
合せ材成分としては、18%≦Cr≦27%でかつCr(%)+
3Mo(%)+17N(%)≧41.0を満しNi=0.8Cr+4で規
定される以上のNi量を含有することが必要である。但
し、Ni量を規定する上記式とCr量の下限値を考慮する
と、Niの下限値は18.4%であり、且つ同元素は高価であ
るため、上限値は30%とすることにした。又Moは耐孔
食、耐すきま腐食性向上のために有効な元素であるた
め、4.0%以上必要であるが、7.0%を超えるとσ相の形
成が著しく促進されるので、上限を7.0%とした。更に
Nは耐食性を高める作用があり、0.10%以上必要である
が、0.25%を超える添加は本発明成分範囲では困難であ
る。
以下本発明で規定される他の成分の限定理由について
述べる。
Cは耐食性の観点から低いほど望ましく、0.030%を
超えて含有すると耐食性を損なうので、0.030%以下と
した。尚、製鋼上の制約から現状では0.0005%が最下限
値となると考えられる。
Siは脱酸のため0.02%以上必要であるが、1.0%を超
えると熱間加工性を著しく阻害する。そのため0.02%〜
1.0%の範囲とした。
Mnは脱酸のため0.05%以上必要であるが、2.0%を超
えると耐食性を劣化させる。そのため0.05%〜2.0%の
範囲とした。
Alは脱酸のため0.001%以上必要であるが0.30%を超
えると耐食性が損なわれる。そのため0.001%〜0.30%
の範囲とした。
P,Sは低いほど望ましく、Pについては0.050%を、S
については0.010%を夫々超えて含むと熱間加工性が損
なわれる。そのためP≦0.050%、S≦0.010%の範囲内
に抑えた。尚、製鋼上の制約から現状では夫々0.0005%
が最下限値となると考えられる。
更に第2発明では、熱間加工性又は耐食性の一層の改
善を図るために、以上の成分の他に、Cu≦2.0%、W≦
0.5%、Ti≦1.0%、Nb≦1.0%、V≦1.0%、Zr≦1.0
%、La≦0.02%、Ce≦0.02%、Ca≦0.02%の一種又は二
種以上を含むこととしている。
次に上記の成分を有する鋼7を用いてクラツドの最適
圧延条件を検討した。第4図には加熱温度、圧延仕上温
度を変化させ1℃/sで冷却した場合のCPTの変化を示
す。900℃仕上を行なうことを前提として比較した場
合、1150℃以上で加熱した場合はCPT≧60℃の良好な値
が得られているのに対し、1100℃加熱材ではCPT=50℃
と低下している。
このように加熱温度が115℃より低い場合は、本発明
鋼のような高Cr,高Mo,高N鋼においてはCr炭窒化物又は
σ相が完全に固溶せず、耐孔食性が損われるためである
と考えられる。又は、1200℃加熱においても750℃仕上
材ではCPTが50℃まで低下している。これは、圧延仕上
温度が800℃未満の場合Ni量を高めても圧延中にCr窒化
物が析出するため、耐孔食性が失なわれるからである。
一方第5図には同じく前記鋼3を1200℃に加熱後900
℃で圧延を終了し、その後のう冷却速度を大巾に変化さ
せた場合のCPTの変化を示す。CPTは冷却速度の減少に伴
つて低下するが特に1℃/s未満では急激な低下が生じて
いる。これは冷却中にCr窒化物が析出し、耐孔食性が失
なわれたためである。
以上示した加熱、圧延、冷却条件の検討はクラツド圧
延における合せ材が受ける熱加工履歴をシユミレートし
て行つたが、実際のクラツド圧延では母材の特性も考慮
する必要があり、1250℃を超えるような加熱は母材の靭
性から望ましくない。従つて耐海水用ステンレス鋼の圧
延、冷却条件としては1150℃以上1250℃以下に加熱し、
800℃以上で圧延を終了した後、1℃/s以上で冷却する
ことが必要である。
(実施例1) 下記表3にはAからHに成分を示すステンレス鋼板を
0.20C−0.25Si−0.70Mnの組成を有する炭素鋼を重ね合
わせ、1200℃に加熱後圧延を850℃で終了した後、2℃/
sで冷却した場合の合せ材の耐孔食性を10%塩化第二鉄
溶液中で評価した結果を示す。この実験での仕上板厚は
合せ材2mm、母材13mmの合計15mmである。
鋼Aは本発明の特徴であるNi量の規定Ni(%)≧0.8
(%)+4を満足していないためCPTが45℃と低い。ま
た鋼C、DはNi量の条件は満足しているものの鋼CはCr
(%)+3Mo(%)+17N(%)≧41.0を、又鋼DはN量
の条件を満していないためいずれもCPTが55℃と低い。
これに対して鋼Bは本発明の成分に関する各規定条件を
満足しているためCPTが70℃と良好である。Crを25%以
上含有する鋼E〜Hにおいても、同様にNiの規定を満し
ていない鋼E、及びCrの条件を満足していない鋼Hは、
CPTがそれぞれ45℃,50℃と低い。これに対し本発明条件
を満している鋼F、GはCPTが60℃及び75℃であり、天
然海水中ですきま腐食を生じないための条件であるCPT
≧60を満している。
(実施例 2) 下記表4には、本発明の成分条件を満す前記実施例の
鋼B、Fを0.04C−0.03Si−1.40Mn−0.03Nb−0.07Vの組
成を有する低合金鋼に重ね合せ、種々の条件でそれぞれ
33mm(合せ材3mm、母材30mm)、10mm(合せ材2mm、母材
8mm)に圧延した場合の合せ材の耐孔食性を10%塩化第
二鉄溶液中で評価した結果を示す。
条件Jは圧延後の冷却速度が本発明の冷却速度である
1℃/s以上を満していないため、条件L及びOは加熱温
度が本発明の温度範囲である1150℃以上1250℃以下を満
足していないため、又条件K及びPは圧延仕上温度が本
発明の請求範囲である800℃以上を満していないため、
いずれもCPTが55℃以下と低い。これに対し本発明条件
を満足している条件I,M及びNはいずれもCPT≧60℃の良
好な耐食性を示している。
(実施例 3) 下記表5には、夫々QからVに成分を示すステンレス
鋼板を0.08C−0.3Si−1.5Mn−0.01Nb−0.01Tiの組成を
有する低合金鋼に重ね合わせ、1230℃に加熱後、圧延を
950℃で終了した後1.5℃/sで冷却した場合の合せ材の耐
孔食性を10%塩化第二鉄溶液中で評価した結果を示す。
仕上板厚は合せ板3mm、母材20mmの合計23mmである。
耐食性又は熱間加工性の一層の向上を図るためCuを添
加した鋼Q,W及びLaを添加した鋼R,Nb及びCaを添加した
鋼S、Zr及びCeを添加した鋼T、Ti及びVを添加した鋼
Uのいずれかにおいても本発明条件を満足しているた
め、CPT≧60℃の良好な耐食性を有している。これに対
し本発明におけるNi量の規定を満していない鋼VはCPT
が45℃と低い。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、一般的なクラツド圧延の熱加工
履歴を前提にして耐海水用クラツド鋼板を製造する場合
に、本発明のように合せ材の成分系及び圧延、冷却条件
を最適化せしめることで、10%塩化第二鉄試験における
臨界孔食温度が60℃以上を有し、海水中における耐食性
に優れた耐海水用クラツド鋼板の製造が可能となつた。
【図面の簡単な説明】
第1図はNi量に伴なう臨界孔食温度の変化を示すグラフ
図、第2図はCr及びNi量と臨界孔食温度の変化を示すグ
ラフ図、第3図はPitting Indexと臨界孔食温度の関係
を示すグラフ図、第4図は加熱温度及び圧延仕上温度に
伴なう臨界孔食温度の変化を示すグラフ図、第5図は圧
延後の冷却速度に伴なう臨界孔食温度の変化を示すグラ
フ図、第6図は圧延及び冷却条件による臨界孔食温度の
変化を示すグラフ図、第7図は10%塩化第二鉄試験にお
ける臨界孔食温度と海水浸漬による最大すきま腐食深さ
との関係を示すグラフ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C22C 38/58 C22C 38/58 (56)参考文献 特開 平2−254121(JP,A) 特開 平1−301842(JP,A) 特開 昭64−68450(JP,A) 特開 昭61−201759(JP,A) 特開 昭62−137108(JP,A) 特開 昭61−301842(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21D 8/02 C22C 38/00 302 B32B 15/01 B23K 20/04 B21B 1/22,1/38

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.030%以下、Si:0.02%以上1.0%以
    下、Mn:0.05%以上2.0%以下、Cr:18.0%以上27.0%以
    下、Mo:4.0%以上7.0%以下、Ni:18.4%以上30.0%以
    下、N:0.10%以上0.25%以下、Al:0.001%以上0.30%以
    下を含有し、且つCr(%)+3Mo(%)+17N(%)≧4
    1.0、Ni(%)≧0.8Cr(%)+4.0の条件を満たし、不
    可避的不純物として、P:0.050%以下、S:0.010%以下及
    び残部Feを含むステンレス鋼を鋼板の少なくとも片面に
    重ね合わせたクラッド鋼板の圧延に際し、1150℃以上12
    50℃以下に加熱後熱間圧延を行って800℃以上で圧延を
    終了し、その後1℃/s以上で冷却することを特徴とする
    耐海水用クラッド鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】C:0.030%以下、Si:0.02%以上1.0%以
    下、Mn:0.05%以上2.0%以下、Cr:18.0%以上27.0%以
    下、Mo:4.0%以上7.0%以下、Ni:18.4%以上30.0%以
    下、N:0.10%以上0.25%以下、Al:0.001%以上0.30%以
    下を含有し、且つCu:2.0%以下、W:0.5%以下、Ti:1.0
    %以下、Nb:1.0%以下、V:1.0%以下、Zr:1.0%以下、L
    a:0.02%以下、Ce:0.02%以下、Ca:0.02%以下の一種又
    は二種以上を含むと共に、Cr(%)+3Mo(%)+17N
    (%)≧41.0、Ni(%)≧0.8Cr(%)+4.0の条件を満
    たし、不可避的不純物として、P:0.050%以下、S:0.010
    %以下及び残部Feを含むステンレス鋼を鋼板の少なくと
    も片面に重ね合わせたクラッド鋼板の圧延に際し、1150
    ℃以上1250℃以下に加熱後熱間圧延を行って800℃以上
    で圧延を終了し、その後1℃/s以上で冷却することを特
    徴とする耐海水用クラッド鋼板の製造方法。
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