JPH0364233B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、合せ材がオーステナイト系ステン
レス鋼または二相系ステンレス鋼からなり、母材
が低炭素鋼または低合金鋼からなるステンレスク
ラツド鋼板の製造方法に係り、詳しくは、圧延法
により、２枚の母材と２枚の合せ材とからなるサ
ンドイツチ型組立スラブから、耐食性の優れた高
靭性、高強度ステンレスクラツド鋼板を製造する
ステンレスクラツド鋼板の製造方法に関するもの
である。 クラツド鋼板は、その価格が、単身のオーステ
ナイト系ステンレス鋼板又は二相系ステンレス鋼
板と比較して安価なため、徐々にこれらの代替品
として拡販される方向にある。 これらクラツド鋼板においては、耐食性は合せ
材で、強度、靭性は母材で確保するのが一般的で
あるが、従来技術の圧延法によるクラツド鋼板の
品質面についてみると、合せ材との接着強度を確
保するための製造上の制約、ステンレス鋼等合せ
材に優れた耐食性を賦与するための製造上の制約
等から、母材の強度、靭性は、単身の低炭素鋼乃
至低合金鋼のそれに比較して劣る。また、合せ材
たるオーステナイト系ステンレス鋼、二相系ステ
ンレス鋼も同様の理由等から、耐食性がこれら単
身の鋼板と比較して劣る。そのために、従来のク
ラツド鋼板を、高強度、高靭性、高耐食性が要求
されるような用途、例えば高耐食性が要求される
ようなラインパイプに用いるクラツドパイプ等に
適用するには問題がある。 そこで、これらの問題点の解決法として、制御
圧延によるクラツド鋼板の製造方法または溶体化
処理型クラツド鋼板の製造方法が検討されてい
る。 前者は、母材と合せ材を重ね合せて圧延し、ク
ラツデイングするに際し、母材のオーステナイト
未再結晶温度域で実質的な累積圧下を行う所謂制
御圧延によつて、母材である低炭素鋼または低合
金鋼の高強度化、高靭化をはかり、これを介して
前記のごとくクラツド鋼板の高強度化、高靭性化
を達成せんとするものである。 しかし、この制御圧延により高強度化、高靭性
化するには、未再結晶温度域のしかも850℃以下
といつた低温度域で相当高い累積圧下を行う必要
があり、これについて仕上り温度も必然的に低く
なつてくる。このことは、必然的に母材と合せ材
との接着強度を確保するために必要な、より高温
域での圧下が不足することを意味するだけでな
く、850℃未満で圧下を加えると合せ材がオース
テナイト系ステンレス鋼であるときは、その炭素
含有量にもよるが、Cr炭化物の誘起析出を招き、
また二相系ステンレス鋼にあつてはσ相の析出を
招き、これらの析出によりクラツド鋼板の耐食性
が劣化する。 また、制御圧延後の冷却は空冷となるため、圧
延開始前に組立スラブをCr炭化物が十分に固溶
する温度に加熱しておいても、圧延後の冷却過程
で一度固溶したCr炭化物が再析出する危険性が
ある。 特に、２枚の母材間に分離剤を中心にして対称
的に配した２枚の合せ材を挿入してなるサンドイ
ツチ型組立スラブを圧延する（即ち２枚のクラツ
ド鋼板を同時に得るような）場合には、圧延中及
びその後の冷却の各時点における板厚は通常のそ
れの２倍となることから、クラツド鋼板の冷却速
度は益々おそくなる傾向となり、Cr炭化物の析
出によるステンレス鋼の耐食性低下が問題となつ
てくる。 また、サンドイツチ型組立スラブを用いるクラ
ツド鋼板の製造においては、圧延段階各時点で板
厚は通常のそれの２倍となるため、同一圧下量の
もとでは各クラツド鋼板にかゝる圧下量は1/2に
しかならず、制御圧延による強度、靭性の向上も
それ程期待できないことから、何らか別の対策を
講ずる必要がでてくる。 後者の溶体化処理型クラツド鋼板の製造にあつ
ては、その処理温度が問題となる。すなわち、圧
延法その他の適宜の方法により母材と合せ材とが
クラツデイングされたクラツド鋼板を熱処理する
ことにより所定の性質を賦与せんとする方法にな
るが、合せ材であるステンレス鋼の溶体化処理を
主たる目的としてその加熱温度を選定すると、
Cr炭化物を固溶させるため1050℃以上の如き高
温加熱が必要となつてくる。母材はこのような高
温に加熱されると、そのオーステナイト粒度が異
状に粗大化し、その靭性の劣化を招くとともに、
冷却過程において合せ材であるステンレス鋼の
Cr炭化物が再析出するのを防止する目的で急冷
すると、母材は硬化して焼戻し処理が必要となつ
てくる。焼戻しを行えば母材は軟化するが、ステ
ンレス鋼の鋭敏化につながる。 一方、母材である低炭素鋼または低合金鋼の強
度、靭性改善を主たる目的としてその熱処理加熱
温度を選定すると、上に述べたところから明らか
なように、ステンレス鋼においてCr炭化物の固
溶が不十分となり、その耐食性を十分に発揮しえ
ないところとなる。 結局のところ、その加熱温度としては、両温度
の中間をとつて、両特性とも充分な性質を発揮し
得ぬところで妥協し、また冷却も空冷を採用する
以外に適当な手段がないのが現況である。 この発明は、上述の現状に鑑み、母材の靭性お
よび強度が優れると同時に合せ材の耐食性にも優
れ、かつ、母材と合せ材の接着強度が十分なステ
ンレスクラツド鋼板の製造方法を提供するもの
で、 分離剤を挾んで配置されたオーステナイト系ス
テンレス鋼または二相系ステンレス鋼からなる２
枚の合せ材を、低炭素鋼または低合金鋼からなる
２枚の母材間に挿入してなる、サイドイツチ型組
立スラブを圧延し、次いで前記分離剤の部分から
剥離して、ステンレスクラツド鋼板を製造する方
法において、前記組立スラブを1050℃以上の温度
に加熱し、次いで前記組立スラブを、850〜950℃
の温度域、30％以上80％未満の累積圧下率で、か
つ、850℃以上の仕上り温度で圧延し、その後直
ちに、このようにして圧延された組立スラブを、
２〜30℃／secの前記母材部における平均冷却速
度で、450〜650℃の温度範囲まで加速冷却し、し
かる後に、このようにして加速冷却された組立ス
ラブを放冷することに特徴を有する。 この発明でオーステナイト系ステンレス鋼と
は、JIS Ｇ 3601ステンレスクラツド鋼において
合せ材として適用されているステンレス鋼のうち
オーステナイト系であつて、通常溶体化処理が必
要とされる全てのステンレス鋼を指す。また、二
相系ステンレス鋼とは、SUS329J Ｉの如く、フ
エライトとオーステナイトの二相組織を有する全
ての鋼を指す。これらステンレス鋼合せ材の組成
を概括すれば、Ｃ：0.1％以下、Si：２％以下、
Mn：５％以下、Ni：６〜50％、Cr：10〜30％、
Al：１％以下、残部：鉄及び不可避不純物（以
上重量％）からなるものを基本組成とし、必要に
応じて更に、Ti：２％以下、Nb：２％以下、
Cu：４％以下、Mo：10％以下の１種又は２種以
上を含有する。 また、炭素鋼乃至低合金鋼とは、同じくJIS Ｇ
3601に母材として適用される材料として揚げて
あるものを包含するが、特に溶接性、強度、靭性
を考慮すると、その組成は次の如くになる。Ｃ：
0.20％以下、Si：0.05〜0.7％、Mn：0.20〜3.00
％、Sol.Al：0.07％以下、残部：鉄及び不可避不
純物（以上重量％）からなるものを基本組成と
し、必要に応じて更に、Nb：0.20％以下、Ｖ：
0.30％以下、Zr：0.20％以下、Ti：0.30％以下、
Ta：0.10％以下、Ｂ：0.002％以下、Mo：1.5％
以下、Cu：１％以下、Ni：10％以下の１種又は
２種以上を含有した組成を有する。 この発明においてクラツド鋼板を製造するに際
してサンドイツチ型組立スラブを用いるのは、圧
延中およびその後の冷却過程において、母材であ
る炭素鋼または低合金鋼と合せ材であるステンレ
ス鋼とは熱膨張率が大幅にことなることから、ク
ラツド鋼板には大きな歪みが生ずることに対処す
るためである。すなわち、分離剤をはさんで上下
１対の合せ材および母材を一体のものとして圧延
及び加速冷却することにより熱膨張率の差による
歪みの発生を極力抑制するためである。 前記組立スラブの加熱温度を1050℃以上とする
のは、合せ材であるステンレス鋼にCr炭化物を
十分に固溶させるためであつて、これ未満の加熱
温度を採用した場合は、その後の工程をたとえこ
の発明の工程と同一にしても、優れた耐食性を有
するクラツド鋼板を製造することはできない。 前記の加熱後、組立スラブに圧延を施すことに
なるが、この圧延は、合せ材と母材との接着性、
母材の強度、靭性ならびに合せ材の耐食性に大き
な影響を与えるもので、圧延条件の設定は重要と
なる。この発明では、850／950℃の温度域での累
積圧下率を30％以上80％未満とし、しかも仕上り
温度を850℃以上とする圧延を行う。 ここで950℃以下の温度域での累積圧下率を規
定するのは、低炭素鋼または低合金鋼の未再結晶
温度域において圧下をかけることにより、母材の
オーステナイトに一定量以上の歪みを導入しフエ
ライトへの変態核を多数生じさせるためであつ
て、これを超える温度域で圧下を加えても再結晶
により歪みが解消され、母材のフエライト粒微細
化には殆んど寄与するところがないためである。
また950℃以下の温度域における累積圧下が30％
未満では、オーステナイトに導入される歪みが少
くてフエライトの顕著な微細化はもたらされず、
従つて母材の高強度、高靭性化は達成できない。 未再結晶温度域での累積圧下の増加は、母材の
靭性、強度の改善上は有効に作用するものの、母
材と合せ材との接着性の上からは、むしろ再結晶
温度域で相当量の圧下が必要で、これとの兼ね合
い上、むやみに未再結晶温度域での累積圧下を増
すことは逆にマイナスである。そのため、この発
明では、950℃以下の累積圧下率を80％未満とす
るものであつて、この温度域での累積圧下率を80
％以上とすると、母材と合せ材との接着強度が不
十分となる。母材と合せ材との接着強度を十分な
ものとするためには、再結晶温度域での圧下比を
４以上採るように圧延することが望ましい。 なお、この発明において圧延仕上り温度を850
℃以上とし850℃未満で圧下を加えないのは、単
身の低炭素鋼または低合金鋼における制御圧延に
おいて、この温度域で大きな累積圧下を加えるの
と対称的であるが、これはこの温度域で圧下を加
えることは母材に対しては有利に作用するも
のゝ、合せ材のステンレス鋼においては、Cr炭
化物の誘起析出またはσ相の析出を招き、その耐
食性が劣化するためである。 上記の圧延完了後直ちに圧延された組立スラブ
を450〜650℃まで、母材の平均冷却速度で２〜30
℃／secの速さで加速冷却し、以後放冷するが、
このような条件の冷却は母材の強靭化および合せ
材に高耐食性を賦与する上に必要欠くべからざる
要件である。 この発明においては、既述のごとく、サンドイ
ツチ型組立スラブを用いて圧延−冷却が行われる
ので、オープンサンドイツチ方式組立スラブを用
いての場合に比べて板厚が２倍となり、冷却速度
がおそくなるから、この加速冷却は不可欠であ
る。 なお、この発明で圧延完了後の加速冷却速度を
母材の平均冷却速度で規定するのは、クラツド鋼
板において全体に占める母材の比率が、合せ材の
それに比べて格段に大きいためであり、母材の冷
却速度によつて合せ材の冷却速度もほゞ把握しう
ると考えるためである。 先ず母材についてみると、850〜950℃の温度域
で所定の累積圧下が加えられ、ある程度まで変形
帯密度が高められた未再結晶オーステナイトを、
直ちに加速冷却することにより、フエライトへの
変態が一斉に開始することになり、この結果、微
細なフエライト・パーライトを主体とする組織と
なる。この加速冷却は、少くとも650℃まで行な
う必要があるのであつて、加速冷却時の平均冷却
速度が２℃／sec未満または加速冷却停止温度が
650℃を越えるときは、上記の効果が得られない。 この加速冷却速度および加速冷却停止温度は、
合せ材の耐食性確保上からは、それぞれ大きけれ
ば大きい程、低温まで加速冷却すればする程好ま
しいが、母材の性質を優れたものとする点から制
限を受ける。 すなわち、加速冷却速度が30℃／secを超える
ときまたは450℃未満まで加速冷却するときには、
母材にマルテンサイト組織が生じて靭性が劣化す
るから、避けなければならない。 合せ材であるオーステナイト系ステンレス鋼ま
たは二相系ステンレス鋼については、Cr炭化物
の析出には、450℃より高い温度域の徐冷が問題
となるから、圧延完了後は直ちに加速冷却して、
少くとも650℃まで、好ましくは550℃以下まで急
速に冷却する必要がある。また、この加速冷却速
度としては母材の平均冷却速度で２℃／sec未満
では合せ材の耐食性が芳しくなく、２℃／sec以
上とする必要がある。従つて、上述のような加速
冷却を行なうことは、合せ材の徐冷によるCr炭
化物の析出防止および耐食性向上にも有利に作用
する。 加速冷却停止後、組立スラプは放冷され、分離
剤の部分から剥離してクラツド鋼板を得る。 次に、この発明を実施例により説明する。 第１表に示す成分を含有する３種類のステンレ
ス鋼合せ材と３種類の母材とを適宜組合せてなる
２枚の母材間に２枚の合せ材を挿入したサンドイ
ツチ型組立スラブから、第１図、第２図、第３図
および第４図の温度曲線を有する製造プロセス
，，およびによりステンレスクラツド鋼
板を製造した。 第１図に示す製造プロセスは通常圧延型プロ
セスで、圧着圧延後空冷するのみで、母材のオー
ステナイト未再結晶温度域での圧下を行なわない
ものである。第２図に示す製造プロセスは制御
圧延型プロセスで、圧着圧延後、母材のオーステ
ナイト未再結晶温度域での圧下（制御圧延）を相
当量行なうものである。第３図に示す製造プロセ
スは熱処理型プロセスで、圧着圧延、空冷に続
いて再度加熱、空冷して焼準処理（溶体化処理）
をするものである。第４図に示す製造プロセス
は制御圧延制御冷却型プロセスで、圧着圧延後、
母材のオーステナイト未再結晶温度域での圧下を
相当量が行ない、次いて所定の冷却速度で加速冷
却

【表】 （制御冷却）を行なうものである。 第２表に、得られたステンレスクラツド鋼板１
〜２０（比較鋼板１〜１４および本発明鋼板１５
〜２０）と製造プロセス〜における条件を、
そして第３表に、上記クラツド鋼板１〜２０の剪
断強度、粒界腐食試験結果および母材の機械試験
結果を示す。なお、SUS329J−１である合せ材
Ｃを用いた比較鋼板５、本発明鋼板１９の場合、
ストラウス試験では差がでないので、粒界腐食試
験はヒユーイテストを行なつた。 比較鋼板１は、第１図の通常圧延型プロセス
により製造したもので、圧着圧延のみである。圧
延完了板厚は30mmで、製品板厚は15mmになる。圧
延の仕上り温度が1000℃で、母材のオーステナイ
ト未再結晶温度域で何らの圧下が行なわれていな
いため、母材の強度、靭性が芳しくないだけでな
く、圧延完了後放冷されているために、合せ材の
耐食性も劣つている。 比較鋼板２〜７は、第２図の制御圧延型プロセ
スにより製造したものである。いずれも母材の

【表】

【表】

【表】

【表】 オーステナイト未再結晶温度域で相当量の累積圧
下が行なわれていることから、Y.S（降伏強度）、
T.S（引張強さ）が向上している。 特に850℃以下の温度域で50％の累積圧下を行
い、750℃で仕上げた比較鋼板４，５ではT.Sも
優れ衝撃特性も優れたものとなつている。しかし
ながら合せ材の耐食性は、Cr炭化物の析出によ
りいずれも劣つたものとなつている。比較鋼板４
では、Cr炭化物の誘起析出、比較鋼板５のでは、
合せ材Ｃの二相系ステンレスのσ相の析出による
耐食性の劣化、および脆化も重畳してくる。 比較鋼板６は900℃以下の温度域で80％の強制
御圧延を行つた場合で、母材の強度、靭性はまず
まずのレベルにあるが、母材のオーステナイト再
結晶温度域での圧下が不足となるため、母材と合
せ材の接着強度が著しく低い。 比較鋼板７は厚物クラツド鋼板で、合せ材とし
てはSUS304L（合せ板ｂ）を用いているにもかか
わらず、圧延完了後の板厚が、30mmの場合に比べ
て圧延後の冷却速度がかなりおそくなることから
耐食性が劣り、また母材の強度、靭性も芳しくな
い。 比較鋼板８〜１１は、第３図の熱処理型プロセ
スにより製造したものである。すなわち、比較
鋼板１と同様、仕上り温度を1000℃とする圧着圧
延によりクラツデイングを行ない、かくして得ら
れたクラツド鋼板を、970℃または910℃に再加熱
し、空冷する焼準処理（溶体化処理）を行なつた
ものである。 比較鋼板８〜１１は、母材の強度、靭性が劣る
だけでなく、合せ材の耐食性も芳しくない。焼準
温度を低目に選定すると、母材靭性は若干改善さ
れるが、合せ材の耐食性はむしろ悪化する傾向を
示す。 比較鋼板１２〜１４は、第４図に示す制御圧延
−制御冷却型プロセスにより製造したもので、
母材のオーステナイト未再結晶温度域で実質的な
累積圧下圧延を行ない、かつ、この圧延後に加速
冷却を行なつている。しかし、圧延条件または加
速冷却条件が、この発明の条件と異なるものであ
る。 このうち比較鋼板１２，１３は、この発明で規
定する仕上り温度未満の温度域で圧下を行つた例
であり、母材の強度、靭性および母材と合せ材の
接着強度は申し分ないが、Cr炭化物の誘起析出
により合せ材の耐食性に問題がある。比較鋼板１
４は、圧延完了後の加速冷却速度が不十分な場合
で、前二者に比べて母材の靭性が劣ると共に合せ
材の耐食性に問題がある。 本発明鋼板１５〜２０は、比較鋼板１２〜１４
と同様に第４図の制御圧延−制御冷却型プロセス
により製造したものであるが、比較鋼板１２〜
１４とは、圧延条件または冷却条件が異なる。す
なわち、本発明鋼板１５〜２０は、850〜950℃の
温度域、30％以上80％未満の累積圧下率で、か
つ、850℃以上の仕上り温度という圧延条件内で
圧延し、平均冷却速度２〜30℃／secで450〜650
℃の温度まで加速冷却という冷却条件内で冷却し
たものである。 本発明鋼板１５〜２０は、いずれの試験におい
ても母材の強度、靭性が優れていると共に合せ材
の耐食性も十分であり、母材と合せ材の接着強度
も十分なものとなつている。厚物クラツド鋼板で
ある本発明鋼板２０においても、比較鋼板７とは
異なり、母材の強度、靭性、合せ材の耐食性とも
一段と向上しているのがわかる。 以上の実施例からも明らかなように、この発明
の製造方法によれば、母材の靭性および強度が優
れると同時に合せ材の耐食性にも優れ、かつ、母
材と合せ材の接着強度が十分なステンレスクラツ
ド鋼板が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、通常圧延型の製造プロセスの温度曲
線を示すグラフ、第２図は、制御圧延型の製造プ
ロセスの温度曲線を示すグラフ、第３図は、熱処
理型の製造プロセスの温度曲線を示すグラフ、第
４図は、制御圧延−制御冷却型の製造プロセスの
温度曲線を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 分離剤を挾んで配置されたオーステナイト系
   ステンレス鋼または二相系ステンレス鋼からなる
   ２枚の合せ材を、低炭素鋼または低合金鋼からな
   る２枚の母材間に挿入してなる、サンドイツチ型
   組立スラブを圧延し、次いで前記分離剤の部分か
   ら剥離して、ステンレスクラツド鋼板を製造する
   方法において、前記組立スラブを1050℃以上の温
   度に加熱し、次いで前記組立スラブを、850〜950
   ℃の温度域、30％以上80％未満の累積圧下率で、
   かつ、850℃以上の仕上り温度で圧延し、その後
   直ちに、このようにして圧延された組立スラブ
   を、２〜30℃／secの前記母材部における平均冷
   却速度で、450〜650℃の温度範囲まで加速冷却
   し、しかる後に、このようにして加速冷却された
   組立スラブを放冷することを特徴とする、耐食性
   の優れた高強度、高靭性ステンレスクラツド鋼板
   の製造方法。