(57)【要約】【課題】表層領域における合金の濃度分布のばらつきを低減して、鋼鋳片の表層領域を確実に改質でき、高い耐候性を備え、耐食性に優れた複層鋼板及びその製造方法を提供する。【解決手段】板厚ｔ方向で表面１ａ及び裏面１ｂから１〜２０％迄の表層領域１Ａ、１Ｂにおける添加元素の成分組成が、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物：３〜３０％の範囲とされ、且つ、表層領域１Ａ、１Ｂにおける添加元素の各成分が、鋼板内部１Ｃよりも濃化されている。【選択図】図１
2010279992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚方向で表面及び裏面から１〜２０％迄の表層領域における、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮｂの各添加元素の成分組成が、質量％で、
Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物：３〜３０％
の範囲とされ、且つ、前記表層領域における前記添加元素の各成分が、鋼板内部よりも濃化されていることを特徴とする、耐食性に優れた複層鋼板。
【請求項２】
前記表層領域における前記添加元素の成分組成が、質量％で
Ｃｕ：０〜１．５％、
Ｎｉ：３〜３０％、
Ｃｒ：０〜３０％、
Ｍｏ：０〜３％、
Ｎｂ：０〜１％
の範囲とされるとともに、
Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物：３〜３０％
の範囲とされており、
さらに、前記表面及び裏面からの板厚方向における前記添加元素の成分組成の変化率が８０％／ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の耐食性に優れた複層鋼板。
【請求項３】
前記添加元素の各成分が鋼板内部よりも濃化された前記表層領域が、板厚方向で表面及び裏面から３〜８％迄の範囲であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の耐食性に優れた複層鋼板。
【請求項４】
連続鋳造された鋼鋳片の表面及び裏面に対し、複数の等間隔に配置されたプラズマトーチからプラズマを照射することで、前記表面及び裏面の表層領域を加熱・溶融させ、この溶融した表層領域にワイヤー形状の合金を添加することによって前記表層領域を改質する表層改質工程と、該表層改質工程で表層領域が改質された前記鋼鋳片を圧延して複層鋼板とする圧延工程とを備える複層鋼板の製造方法であって、
前記表層改質工程は、前記ワイヤーのオシレーション幅を±Ｌｏ（ｍｍ）、オシレーション速度をＦｏ（ｍｍ／ｓｅｃ）、前記プラズマトーチの間隔をＰＬ（ｍｍ）、前記鋼鋳片の溶融処理速度をＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）、前記鋼鋳片の表層領域が溶融して形成された溶融プールの長さをＬｐ（ｍｍ）とした際、これらが下記（１）式及び（２）式で表される関係の両方を満たすように、前記ワイヤーのオシレーション中心位置を前記プラズマトーチ間の中心に合わせてオシレーションしながら、当該ワイヤーを連続して前記溶融プールに供給することにより、前記鋼鋳片の表面及び裏面からの厚みが１〜２０％迄の前記表層領域における、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮｂの各添加元素の成分組成を、質量％で、
Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物：３〜３０％
の範囲として、前記表層領域における前記添加元素の各成分を鋼鋳片内部よりも濃化させることを特徴とする、耐食性に優れた複層鋼板の製造方法。
【数１】
2010279992.tif 000012
【数２】
2010279992.tif 000013
【請求項５】
前記表層改質工程は、前記鋼鋳片の表層領域における前記添加元素の成分組成を、質量％で、
Ｃｕ：０〜１．５％、
Ｎｉ：３〜３０％、
Ｃｒ：０〜３０％、
Ｍｏ：０〜３％、
Ｎｂ：０〜１％
の範囲とするとともに、
Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物：３〜３０％
の範囲とし、
さらに、前記鋼鋳片の表面及び裏面からの板厚方向における、前記添加元素の成分組成の変化率が８０％／ｍｍ以下となるように、前記表層領域を改質することを特徴とする、請求項４に記載の耐食性に優れた複層鋼板の製造方法。
【請求項６】
前記表層改質工程は、前記添加元素の各成分が鋼鋳片内部よりも濃化された前記表層領域を、前記鋼鋳片の表面及び裏面からの厚みが３〜８％迄の範囲として改質することを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の耐食性に優れた複層鋼板の製造方法。
【請求項７】
前記表層改質工程は、前記ワイヤーを供給する際、ワイヤー先端で振幅±２ｍｍ以上、±５ｍｍ以下、且つ、周波数が２０Ｈｚ以上、８０Ｈｚ以下の振動を付与することを特徴とする、請求項４〜請求項６の何れか１項に記載の耐食性に優れた複層鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い耐候性を備えるとともに、耐食性に優れた複層鋼板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的な炭素鋼（主要５元素からなる鋼）からなる鋼板の分野においては、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ等の元素を添加して耐食性や耐候性を付与することにより、低合金や高合金鋼、ステンレス鋼が開発されている。しかしながら、上記した各元素は非常に高価であることから、これらの元素を合金鋼からなる鋼板全体に添加した場合には、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００３】
上述のような元素の添加量を低減するため、鋼鋳片の表層のみに元素添加を行う複層鋼板の製造方法として、例えば、鋼鋳片を連続鋳造する際に、２種類の溶鋼を同時に鋳造する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に開示された方法によれば、２種類の溶鋼を同時に鋳造することにより、様々な組み合わせの複層鋳片を製造することが可能となる。しかしながら、特許文献１の方法では、溶鋼段階で２種類の成分のものを準備する必要が生じ、また、溶鋼を収容する取鍋や、溶鋼を取鍋から鋳型に注入する際に用いるタンディッシュやノズル等も２種類用意する必要があることから、製造コストが増大するという問題がある。
【０００４】
また、上述のような特許文献１に開示された従来の方法の問題点を解決するため、鋼鋳片の表層を、誘導加熱又はプラズマ加熱のいずれか一方、あるいは双方の方法によって溶融させ、溶融した鋼鋳片の表層部分に、添加元素を単独もしくはその合金を添加する溶融改質方法が提案されている（例えば、特許文献２、３を参照）。特許文献２、３に開示された方法によれば、複数の成分の溶鋼を準備する必要が無く、また、製造設備等も簡便な構成とすることができることから、低コストで複層鋼板を製造することが可能となる・
【０００５】
しかしながら、特許文献２、３に開示された方法では、鋼鋳片の表層領域における溶融部に合金を添加する方法や条件によっては、表層領域の元素濃度にばらつきが生じ、均一に改質できないという問題がある。具体的には、鋼鋳片の表層領域の溶融部に合金を添加する際、合金の粉末を使用する添加方法だと、鋼鋳片の表面に該粉末を載置した場合は磁場によって粉末の位置が変化するため、表層領域の添加元素濃度にばらつきが生じる。また、鋼鋳片の表面に合金粉末を吹きつた場合には、プラズマ気流等によって粉末がはじかれるため、上記同様、表層領域の添加元素濃度にばらつきが生じるという問題がある。一方、合金のシートを使用する添加方法では、上述した問題は発生しないものの、工程における実用化には、技術的に困難な問題も残されている。
【０００６】
また、ワイヤー状の合金を使用する添加方法の場合、ワイヤーは、鋼鋳片やプラズマからの輻射熱の他、鋼鋳片の溶融部からの伝熱によって加熱溶融される必要がある。しかしながら、ワイヤー供給速度Ｖｗ（単位：ｍ／ｓｅｃやｇ／ｓｅｃ等）が比較的遅い場合は、輻射熱のみでワイヤー先端が加熱溶融される。この場合、ワイヤー先端の溶融部（以下、溶滴と略称することがある）のサイズは、質量、表面張力、ジェット圧によって決められ、重力等が表面張力よりも大きくなった時点で、溶滴がワイヤー先端から離れ、鋼鋳片の表面に落下する。このような溶滴による合金の供給は、微視的には不連続となるため、プラズマによる溶融部に合金濃度のばらつきが生じるという問題がある。ところが、特許文献２、３においては、ワイヤーの供給方法や条件に関しては、全く開示されていない。従って、従来の方法では、鋼鋳片の表層領域を均一に改質することはできず、ひいては、熱間圧延加工等において歩留まりが低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−１０８９４７号公報
【特許文献２】特開２００４−１９５５１２号公報
【特許文献３】特開２００４−１９５５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述した問題に鑑みてなさなれたものであり、表層領域における合金の濃度分布のばらつきを低減して、鋼鋳片の表層領域を確実に改質でき、高い耐候性を備え、耐食性に優れた複層鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行なったところ、鋼鋳片における表層領域の改質条件並びに改質後の合金成分組成を適性化することにより、圧延後の複層鋼板の耐食性を大幅に向上できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は以下に関する。
【００１０】
［１］  板厚方向で表面及び裏面から１〜２０％迄の表層領域における、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮｂの各添加元素の成分組成が、質量％で、次式｛Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物＝３〜３０％｝の範囲とされ、且つ、前記表層領域における前記添加元素の各成分が、鋼板内部よりも濃化されていることを特徴とする、耐食性に優れた複層鋼板。
［２］  前記表層領域における前記添加元素の成分組成が、質量％で、Ｃｕ：０〜１．５％、Ｎｉ：３〜３０％、Ｃｒ：０〜３０％、Ｍｏ：０〜３％、Ｎｂ：０〜１％の範囲とされるとともに、次式｛Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物＝３〜３０％｝の範囲とされており、さらに、前記表面及び裏面からの板厚方向における前記添加元素の成分組成の変化率が８０％／ｍｍ以下であることを特徴とする、上記［１］に記載の耐食性に優れた複層鋼板。
［３］  前記添加元素の各成分が鋼板内部よりも濃化された前記表層領域が、板厚方向で表面及び裏面から３〜８％迄の範囲であることを特徴とする、上記［１］又は［２］に記載の耐食性に優れた複層鋼板。
【００１１】
［４］  連続鋳造された鋼鋳片の表面及び裏面に対し、複数の等間隔に配置されたプラズマトーチからプラズマを照射することで、前記表面及び裏面の表層領域を加熱・溶融させ、この溶融した表層領域にワイヤー形状の合金を添加することによって前記表層領域を改質する表層改質工程と、該表層改質工程で表層領域が改質された前記鋼鋳片を圧延して複層鋼板とする圧延工程とを備える複層鋼板の製造方法であって、前記表層改質工程は、前記ワイヤーのオシレーション幅を±Ｌｏ（ｍｍ）、オシレーション速度をＦｏ（ｍｍ／ｓｅｃ）、前記プラズマトーチの間隔をＰＬ（ｍｍ）、前記鋼鋳片の溶融処理速度をＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）、前記鋼鋳片の表層領域が溶融して形成された溶融プールの長さをＬｐ（ｍｍ）とした際、これらが下記（１）式及び（２）式で表される関係の両方を満たすように、前記ワイヤーのオシレーション中心位置を前記プラズマトーチ間の中心に合わせてオシレーションしながら、当該ワイヤーを連続して前記溶融プールに供給することにより、前記鋼鋳片の表面及び裏面からの厚みが１〜２０％迄の前記表層領域における、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮｂの各添加元素の成分組成を、質量％で、次式｛Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物＝３〜３０％｝の範囲として、前記表層領域における前記添加元素の各成分を鋼鋳片内部よりも濃化させることを特徴とする、耐食性に優れた複層鋼板の製造方法。
【００１２】
【数１】
2010279992.tif 000003
【００１３】
【数２】
2010279992.tif 000004
【００１４】
［５］  前記表層改質工程は、前記鋼鋳片の表層領域における前記添加元素の成分組成を、質量％で、Ｃｕ：０〜１．５％、Ｎｉ：３〜３０％、Ｃｒ：０〜３０％、Ｍｏ：０〜３％、Ｎｂ：０〜１％の範囲とするとともに、次式｛Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物＝３〜３０％｝の範囲とし、さらに、前記鋼鋳片の表面及び裏面からの板厚方向における、前記添加元素の成分組成の変化率が８０％／ｍｍ以下となるように、前記表層領域を改質することを特徴とする、上記［４］に記載の耐食性に優れた複層鋼板の製造方法。
［６］  前記表層改質工程は、前記添加元素の各成分が鋼鋳片内部よりも濃化された前記表層領域を、前記鋼鋳片の表面及び裏面からの厚みが３〜８％迄の範囲として改質することを特徴とする、上記［４］又は［５］に記載の耐食性に優れた複層鋼板の製造方法。
［７］  前記表層改質工程は、前記ワイヤーを供給する際、ワイヤー先端で振幅±２ｍｍ以上、±５ｍｍ以下、且つ、周波数が２０Ｈｚ以上、８０Ｈｚ以下の振動を付与することを特徴とする、上記［４］〜［６］の何れか１項に記載の耐食性に優れた複層鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の耐食性に優れた複層鋼板によれば、改質された表層領域における添加元素の成分組成及び濃度分布を適性化することにより、表層領域における合金の濃度分布のばらつきが低減されるので、高い耐候性を備え、耐食性に優れた複層鋼板を低コストで提供することが可能となる。
また、本発明の耐食性に優れた複層鋼板の製造方法によれば、鋼鋳片における表層領域の溶融部に供給するワイヤーの供給速度（溶滴添加頻度）、供給位置、及びワイヤーの溶融状態を適正化しているため、表層領域における合金濃度のばらつきが抑制される。これにより、高い耐侯性を備える、耐食性に優れた複層鋼板を、生産性良く安価に製造することが可能となる。
本発明によれば、上述のように、耐食性に優れた複層鋼板を、コストアップを招くことなく高い生産性で得られることから、その産業上の効果は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の耐食性に優れた複層鋼板及びその製造方法の第１の実施形態について模式的に説明する図であり、複層鋼板の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の耐食性に優れた複層鋼板及びその製造方法の第１の実施形態について模式的に説明する図であり、表層改質工程の手順を示す斜視図である。
【図３】本発明の耐食性に優れた複層鋼板及びその製造方法の第１の実施形態について模式的に説明する図であり、表層改質工程の手順を示す側面図である。
【図４】本発明の耐食性に優れた複層鋼板及びその製造方法の第１の実施形態について模式的に説明する図であり、表層改質工程の手順を示す平面図である。
【図５】本発明の耐食性に優れた複層鋼板及びその製造方法の第２の実施形態について模式的に説明する図であり、表層改質工程の手順を示す斜視図である。
【図６】本発明の耐食性に優れた複層鋼板及びその製造方法の第１及び第２の実施形態について模式的に説明する図であり、圧延前の鋼鋳片の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の耐食性に優れた複層鋼板及びその製造方法の実施の形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。なお、この実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
【００１８】
本発明においては、連続鋳造された、炭素鋼からなる鋼鋳片の表層領域をプラズマ加熱によって溶融させ、この溶融した表層領域に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｂ等の合金からなるワイヤーを用いて各元素を表層領域に添加する。これにより、鋼鋳片の表層領域が改質され、この領域の耐食性が向上するので、鋼鋳片を圧延して得られる複層鋼板においても、優れた耐食性が得られる。また、鋼鋳片の表層領域のみを耐食性を有する合金層として改質し、鋼鋳片内部については改質処理を行なわないので、従来の複層鋼板及びその製造方法に比べ、耐食性に優れた複層鋼板を低コストで提供することが可能になるというものである。
【００１９】
［第１の実施形態］
以下に、本発明の耐食性に優れた複層鋼板（以下、単に複層鋼板と略称することがある）及びその製造方法の第１の実施形態について、図１〜図４を適宜参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
＜複層鋼板＞
まず、本実施形態の複層鋼板１について、図１を参照しながら説明する。本実施形態の複層鋼板１は、板厚ｔ方向で表面１ａ及び裏面１ｂから１〜２０％迄の表層領域１Ａ、１Ｂにおける、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮｂの各添加元素の成分組成が、質量％で、次式｛Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物＝３〜３０％｝で表される範囲とされ、且つ、表層領域１Ａ、１Ｂにおける添加元素の各成分が、鋼板内部１Ｃよりも濃化され、概略構成されている。
【００２１】
まず、本発明は、特に、複層鋼板１の表層領域１Ａ、１Ｂにおいて、添加元素によって改質された合金組成について規定するものであり、その他の鋼成分や、鋼板内部１Ｃの成分組成等については、特に限定されるものでは無い。
【００２２】
『添加元素』
本発明に係る複層鋼板１では、表層領域１Ａ、１Ｂにおいて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮｂの元素の内の少なくも１種以上が添加されている。また、表層領域１Ａ、１Ｂにおける成分組成が、質量％で、次式｛Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物＝３〜３０％｝で表される範囲とされている。
【００２３】
上記したＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ等の元素は、鋼材中に添加することにより、鋼材の耐食性を高める効果が得られる。また、本発明に係る複層鋼板１では、表層領域１Ａ、１Ｂにおける添加元素の成分組成として、上記各添加元素の複数成分による合金に加え、上記各添加元素と窒素との化合物等も含むことができる。
【００２４】
上記各添加元素の合計の上限は、詳細を後述する製造方法（プロセス）における元素添加能力によって制約を受ける。表層領域１Ａ、１Ｂにおける、不可避不純物も含めた上記添加元素の合計含有量、即ち、濃化量＝希釈率が３０％を超えると、表面性状が低下するため、後述の圧延工程において圧延不良が発生する虞があることから、添加元素の合計含有量は３０％以下とする。また、不可避不純物も含めた上記添加元素の合計含有量が３％を下回ると、耐食性向上の効果が得られ難くなることから、本発明においては、不可避不純物も含めたＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮｂの合計含有量を、３〜３０％の範囲に規定する。
【００２５】
また、本実施形態の複層鋼板１では、表層領域１Ａ、１Ｂにおける上記各添加元素の成分組成が、質量％で、Ｃｕ：０〜１．５％、Ｎｉ：３〜３０％、Ｃｒ：０〜３０％、Ｍｏ：０〜３％、Ｎｂ：０〜１％の範囲とされるとともに、次式｛Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物＝３〜３０％｝の範囲とされていることが、耐食性をより向上させることが可能となる点からさらに好ましい。
以下、各添加元素の好ましい添加量及びその効果について詳述する。なお、以下の説明において、特に指定の無い限り、各添加元素の含有量は質量％とする。
【００２６】
「Ｃｕ：銅」０〜１．５％
Ｃｕは、さび層の形成時にＦｅとともに溶出し、さび粒子の粗大化を抑制するとともに、さび層の緻密さを保つことで耐候性を向上させるために必要な元素である。このような、さび層を緻密化する効果を発揮するためには、Ｃｕを０．１％以上で添加することがより好ましい。一方、Ｃｕの含有量が多いほど、耐候性の向上の点で有効であるが、１．５％を超えて添加しても、その効果は飽和し、また、熱間圧延加工時に割れの問題が生じることから、Ｃｕの量の上限は１．５％とする。
【００２７】
「Ｎｉ：ニッケル」３〜３０％
Ｎｉは、さび層を緻密化させる点においてＣｕ以上に有効な元素であり、Ｃｕとともに必須の元素である。Ｎｉは、さび層中に含まれることで鋼中のＦｅとともに溶出し、さび層中にほぼ均一に含まれることにより、さび層の表面に付着した飛来塩分に由来するＣｌイオンのさび層の地鉄界面への浸透を抑制し、さび層内部を低Ｃｌイオン環境とする。このように、Ｎｉは、高飛来塩分環境下において、さび粒子の緻密化を促進する効果がある。
【００２８】
但し、飛来塩分量あるいは日陰環境等の具体的な条件にも左右されるが、塩分環境が過酷なほど、Ｎｉの含有量を高める必要がある。また、Ｎｉの含有量が高いほど、耐候性や耐食性の向上には有効であり、Ｎｉの含有量の上限は、耐候性や耐食性よりも、他の理由で決定される。
Ｎｉの含有量は、上述のような効果を安定して得るためには、３〜３０％の範囲であることが好ましい。
【００２９】
「Ｃｒ：クロム」０〜３０％
Ｃｒは、複合鋼板の表層に酸化被膜を形成し、耐食性を向上させる効果がある。また、Ｃｒの含有量が高いほど、耐食性の向上には有効であり、Ｃｒの含有量の上限は、耐候性や耐食性よりも、他の理由で決定されるが、３０％以下の添加量とすることが、上述のような効果が安定して得られる点から好ましい。
【００３０】
「Ｍｏ：モリブデン」０〜３％
Ｍｏは、複合鋼板の耐候性の向上に有効な元素である。Ｍｏは、鋼中に含まれると、さびを形成する際にモリブデン酸を生成してさび粒子の表面に吸着し、凝集したさび粒子間で生じた空隙を負電荷過剰として、Ｃｌイオンや硫酸イオン等の陰イオンの地鉄界面への浸透を抑制する。これにより、Ｍｏは、安定さびが形成可能な限界飛来塩分量を、さらに高めることを可能にする作用がある。しかしながら、そのような効果は３％の添加で飽和するので、本発明においては、Ｍｏの含有量を３％以下に制限することが好ましい。
【００３１】
「Ｎｂ：ニオブ」０〜１％
Ｎｂは、Ｎｂ（Ｃ、Ｎ）を形成することで、複層鋼板の強度や靭性を向上させるのに有効な元素であるが、過剰に含有した場合には、析出脆化によって靭性が劣化する。従って、本発明では、靭性の劣化を招かずに強度向上効果が得られる範囲として、Ｎｂの含有量の上限を１％、より好ましくは０．２５％に限定する。
【００３２】
なお、上記各添加元素の含有量の範囲における「０％」とは、当該元素が添加されない場合を示す。しかしながら、本発明においては、当該元素が「０％」である場合でも、次式｛Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物＝３〜３０％｝で表される範囲で、同様の作用を有する他の元素を所定量で添加することにより、十分な耐食性を備える複層鋼板１が得られる。
【００３３】
さらに、本実施形態では、各添加元素の含有量を上記規定範囲とした上で、複層鋼板１の表面１ａ及び裏面１ｂからの板厚ｔ方向における添加元素の成分組成の変化率が８０％／ｍｍ以下とされた構成とすることがより好ましい。このように、複層鋼板１の板厚方向で、上記添加元素の濃度勾配を設けることにより、表層領域１Ａ、１Ｂにおいては上記各添加元素が濃化される一方、鋼板内部１Ｃにおいては、上記各添加元素の濃度が非常に低いか、あるいは、ほとんど含有されない状態となる。これにより、本実施形態の複層鋼板１は、表層領域１Ａ、１Ｂにおいて十分な耐食性が確保できる一方、鋼板内部１Ｃにおいては高価な添加元素が低濃度とされていることから、製造コストが低減される。従って、高い耐侯性を備え、耐食性に非常に優れた複層鋼板１が低コストで実現できる。
【００３４】
なお、本発明に係る複層鋼板１においては、上記各添加元素の各成分が鋼板内部１Ｃよりも濃化された表層領域１Ａ、１Ｂを、板厚ｔ方向で表面１ａ及び裏面１ｂから３〜８％迄の範囲として制御した場合でも、上記効果が十分に得られる。
【００３５】
本実施形態の複層鋼板１は、表層領域が改質された鋼鋳片（図６の鋼鋳片１０を参照）が圧延処理されることで、例えば、板厚が１．２〜１．６ｍｍ程度の薄鋼板や、１３．２ｍｍ程度の厚鋼板とされた構成とすることができる。このような板厚とされた複層鋼板１は、上記構成により、十分な耐侯性を備えるとともに、耐食性に非常に優れたものとなる。これにより、複層鋼板１が、例えば１．２〜１．６ｍｍ程度の薄鋼板の場合には、耐侯性や耐食性が要求される自動車のボディ等に好適に用いることができ、また、１３．２ｍｍ程度の厚鋼板の場合には、自動車の足回り部品等に用いることができる。
また、本発明に係る複層鋼板１が適用される分野としては、上記自動車分野には限定されず、例えば、造船や建築建材等、鋼板に耐侯性や耐食性が要求される用途の分野において、好適に用いることが可能である。
【００３６】
以上説明したような、本実施形態の耐食性に優れた複層鋼板１によれば、改質された表層領域１Ａ、１Ｂにおける添加元素の成分組成及び濃度分布を適性化することにより、表層領域１Ａ、１Ｂにおける合金の濃度分布のばらつきが低減されるので、高い耐候性を備えるとともに、耐食性に優れた複層鋼板１を低コストで提供することが可能となる。本実施形態の複層鋼板１は、表層領域１Ａ、１Ｂのみが耐食性を有する合金層として改質され、鋼板内部１Ｃについては改質されない構成なので、従来の複層鋼板に比べ、耐食性に優れた複層鋼板が低コストで実現できるというものである。
【００３７】
＜複層鋼板の製造方法（鋼板の表面の改質）＞
以下に、本実施形態の耐食性に優れた複層鋼板の製造方法について、図２〜図６を適宜参照しながら説明する（図１の複層鋼板１も参照）。図２は、本実施形態の製造方法において、表面改質処理装置５０を用いて、鋼鋳片１０の表面改質工程を行なう手順を模式的に説明する斜視図である。
【００３８】
本発明に係る複層鋼板の製造方法は、連続鋳造された鋼鋳片１０（図６を参照）の表面１０ａ及び裏面１０ｂに対し、複数の等間隔に配置されたプラズマトーチ１３からプラズマジェット（プラズマ）１４を照射することで、表面１０ａ及び裏面１０ｂの表層領域１０Ａ、１０Ｂを加熱・溶融させ、この溶融した表層領域１０Ａ、１０Ｂにワイヤー（ワイヤー形状の合金）１７による合金を添加することで表層領域１０Ａ、１０Ｂを改質する表層改質工程と、該表層改質工程で表層領域１０Ａ、１０Ｂが改質された鋼鋳片１０を圧延して複層鋼板１とする圧延工程とを備える方法であり、表層改質工程は、ワイヤー１７のオシレーション幅を±Ｌｏ（ｍｍ）、オシレーション速度をＦｏ（ｍｍ／ｓｅｃ）、プラズマトーチ１３の間隔をＰＬ（ｍｍ）、鋼鋳片１０の溶融処理速度をＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）、鋼鋳片１０の表層領域１０Ａ、１０Ｂが溶融して形成された溶融プール１８の長さをＬｐ（ｍｍ）とした際、これらが下記（１）式及び（２）式で表される関係の両方を満たすように、ワイヤー１７のオシレーション中心位置をプラズマトーチ１３間の中心に合わせてオシレーションしながら、当該ワイヤー１７を連続して溶融プール１８に供給することにより、鋼鋳片１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂからの厚みが１〜２０％迄の表層領域１０Ａ、１０Ｂにおける、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮｂの各添加元素の成分組成を、次式｛Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物＝３〜３０％｝の範囲として、表層領域１０Ａ、１０Ｂにおける添加元素の各成分を鋼鋳片内部１０Ｃよりも濃化させる方法である。
【００３９】
【数３】
2010279992.tif 000005
【００４０】
【数４】
2010279992.tif 000006
【００４１】
「表面改質処理装置」
まず、本実施形態の製造方法の表面改質工程において用いる表面改質処理装置５０について説明する。
図２に示すように、表面改質処理装置５０は、鋼鋳片１０の搬送方向上流側に配置された誘導加熱コイル１２と、誘導加熱コイル１２の搬送方向下流側であって鋼鋳片１０の上方に配置されたプラズマトーチ２３と、プラズマトーチ２３の上記搬送方向上流側に配置されたワイヤー２７と、プラズマトーチ２３から放射されるプラズマジェット２４を制御する一対のプラズマ制御用コイル２５とから概略構成されている。
【００４２】
プラズマトーチ１３は、図２に示すように、鋼鋳片１０の搬送方向と直交する方向に沿ってほぼ等間隔に配置されている。また、プラズマトーチ２３から放射されるプラズマジェット１４は、オシレーション可能とされている。そして、複数のプラズマジェット１４をオシレーションすることで、鋼鋳片１０の端部を除く幅方向全体を溶融することができる。
【００４３】
ワイヤー１７は、図２に示すように、ワイヤー供給用水冷ノズル１６に挿入されている。そして、図示しないワイヤー供給装置によって、ワイヤー供給用水冷ノズル１６の先端側に向けてワイヤー１７が供給されるように構成されている。また、ワイヤー供給用水冷ノズル１６は、搬送方向の上流側から下流側に向けて傾斜された状態で、上流側のプラズマ制御コイル１５の間に挿入されており、ワイヤー１７の先端がプラズマジェット１４に触れるように位置決めされている。
【００４４】
また、ワイヤー供給用水冷ノズル１６の基端側には、図示しない揺動装置が取り付けられている。この揺動装置により、ワイヤー１７が、オシレーション中心位置を中心として搬送方向と直交する方向にオシレーション可能とされている。なお、上記オシレーション中心位置は、例えば、隣接するプラズマトーチ１３の中間としても良いし、プラズマジェット１４の中心としても良い。また、ワイヤー１７のオシレーション幅を、隣接するワイヤー１７の軌跡と重なるように調整することが好ましい。
【００４５】
また、誘導加熱、プラズマ加熱の双方を併用する場合の別の形態として、誘導加熱により、鋼鋳片の表層と併せて、ワイヤーやシートの形で表層に添加した添加元素もしくはその合金を予熱し、その後、プラズマ加熱によって添加元素（純金属）または合金を溶融合金化させる方法を用いても良い。これは、誘導加熱は単に予熱機能として使用し、その後のプラズマ加熱で添加元素もしくはその合金を溶融合金化させる方法である。
【００４６】
上記方法によって得られた鋼鋳片は、その表面が耐候性や耐食性の高い鋼の特性を併せ持つ、低コスト鋼材であるという利点がある。従って、上記の一部改質複合鋼材鋳片を加工することにより得られる加工製品としては、部分的に性質が異なる鋼の特性を併せ持つ低コスト製品が得られる。ここで述べる加工製品とは、薄板、厚板等の鋼板、形鋼、鋼管等が挙げられるが、本発明では、通常の鉄鋼プロセスで鋼鋳片を加工して得られる鉄鋼製品全てを対象とし、また、熱延コイル等の半製品も含まれる。
【００４７】
「表面改質工程」
次に、本実施形態の製造方法に備えられる表面改質工程の手順について説明する。
図２に示すように、本実施形態の表面改質工程においては、例えば、図６に示すような鋼鋳片１０の表層領域１０Ａ（１０Ｂ）を誘導加熱コイル１２により誘導加熱した後、鋼鋳片１０の上方に配置されたプラズマトーチ１３から鋼鋳片１０の表面１０ａ（１０ｂ）に向けてプラズマジェット１４を吹きつけ、鋼鋳片１０の表層領域１０Ａ（１０Ｂ）を加熱溶融する。この際、鋼鋳片１０とプラズマトーチ１３との間に配置されたプラズマ制御用コイル１５により、プラズマジェット１４の幅を制御・拡大する。そして、鋼鋳片１０の表層領域１０Ａ（１０Ｂ）における溶融部、即ち、溶融プール１８に向けて、ワイヤー供給用水冷ノズル１６からワイヤー１７を供給する。この際、ワイヤー１７は、プラズマジェット１４等により加熱されて、ワイヤー１７の成分が連続的に溶融プール１８に添加される。
【００４８】
図３は、本発明の製造方法の第１の実施形態の表面改質工程について模式的に示す側面図である。図３に示すように、本実施形態の表面改質工程においては、ワイヤー１７はプラズマジェット１４と鋼鋳片１０からの輻射熱により加熱され、溶融プール８内で溶融する。また、溶融プール１８の流速は、溶融処理方向と平行な方向には速いが、垂直な方向には遅くなる。このため、溶融処理方向に垂直な方向のニッケル濃度を均一化するためには、溶融処理方向に垂直な方向にプラズマトーチ１３の間隔ＰＬ以上のオシレーション１９の操作（オシレーション幅±Ｌｏ、すなわち、２Ｌｏ）を付与する。
【００４９】
本発明の製造方法におけるワイヤー１７の溶融プール１８への供給では、プラズマジェット１４と鋼鋳片１０からの輻射熱のみではワイヤー１７の先端が溶融しきらない状態のままで、ワイヤー１７が連続して溶融プール１８に供給される必要がある。この場合、未溶融のワイヤー１７による溶融プール１８の攪拌効果が期待でき、溶融処理方向と平行な方向のニッケル濃度が均一になる。しかしながら、ワイヤー供給速度Ｖｗが１５ｍｍ／ｓｅｃ未満になると、ワイヤー１７は、プラズマジェット１４と鋼鋳片１０からの輻射熱により、溶融プール１８に到達する前に昇温、溶融してしまい、ワイヤー１７による溶融プール１８の攪拌効果を期待できなくなる場合があるので好ましくない。一方、ワイヤー供給速度Ｖｗが７０ｍｍ／ｓｅｃを超えて速くなると、ワイヤー１７の加熱が不十分のままで該ワイヤー１７が溶融プール１８に挿入され、溶融プール１８内の溶融金属が冷却されてワイヤー合金成分の流動拡散量が低減し、ワイヤー１７のオシレーションの軌跡の部分を中心に合金濃度が高くなる等、合金濃度が均一化しない場合があるので好ましくない。
【００５０】
以上のことから、ワイヤー１７の供給速度Ｖｗは、ワイヤー１７の入熱との関係で、ワイヤー１７が溶融プール１８に連続的に供給され、且つ、ワイヤー１７の加熱が不十分のまま溶融プール１８に挿入されない程度となる、１５〜７０ｍｍ／ｓｅｃに制御することが好ましい。
【００５１】
本実施形態の表面改質工程においては、ワイヤー１７を連続的に溶融プール１８に添加する際に、ワイヤー１７をオシレーションして溶融プール１８を攪拌しながら供給する。この際、オシレーション１９の方向は、鋼鋳片１０の搬送方向（溶融処理方向）とほぼ直交する方向とする。これにより、鋼鋳片１０上におけるワイヤー１７の先端の軌跡に沿って、溶融プール１８を鋼鋳片１０の幅方向に攪拌しながらワイヤー１７を連続的に溶融プール１８に供給することができ、鋼鋳片１０の表層１０Ａ、１０Ｂにおけるニッケル濃度の均一性が高められる。
【００５２】
図４は、本発明の第１の実施形態における表面改質工程を模式的に示す平面図である。図４に示すように、本実施形態においては、ワイヤー１７のオシレーション幅を±Ｌｏ（ｍｍ）、ワイヤー１７のオシレーション速度をＦｏ（ｍｍ／ｓｅｃ）、隣接するプラズマトーチ１３の間隔をＰＬ（ｍｍ）、鋼鋳片１０の溶融処理速度をＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）、溶融プール１８の長さをＬｐ（ｍｍ）とし、また、ワイヤー１７の溶滴落下頻度をＦｗ（個／分）として説明する。
【００５３】
図４に示すように、鋼鋳片１０上には、この鋼鋳片１０の表面１０ａ（１０ｂ）が溶融した溶融プール１８が形成されている。この溶融プール１８は、プラズマジェット１４が吹き付けられて溶融した鋼鋳片１０の表面１０ａ（１０ｂ）の溶融部の搬送方向上流側の端部を基端として、搬送方向下流側に向かって形成されており、この搬送方向上流側端部から搬送方向下流側に向かって長さＬｐ（ｍｍ）の位置まで溶融した状態となっている。
【００５４】
また、溶融プール１８内には、プラズマトーチ１３から吹き付けられたプラズマジェット１４により、いくつかの溶融金属の流れが形成される。このような溶融金属の流れは、隣接するプラズマジェット１４によって形成される他の溶融金属の流れと分離されたままの場合もあれば、溶融プール１８内の途中で一体化する場合もある。
【００５５】
ここで、ワイヤー１７が溶融プール１８に供給されると、ワイヤー１７の合金成分は、供給位置から溶融金属中に混合されて拡散する。また、溶融プール１８には上述したように溶融金属の流れがあるため、合金成分の混合、拡散の度合は溶融金属の流れ方向に大きくなり、隣接する溶融金属の流れ方向へは少なくなる。また、鋼鋳片の搬送方向の所定の表面位置からみれば、溶融プール１８が移動してきて溶融状態になると、合金の混合、拡散が盛んになり、溶融プール１８が移動した後は凝固して固体状態になり、合金成分の混合、拡散が停止する。
【００５６】
ここで、ワイヤー１７のオシレーション中心位置を各々のプラズマトーチ１３の中心に合わせてオシレーションすると、上述したように個々の溶融金属の流れの内では合金濃度を均一化することができるが、隣接する溶融金属の流れの間、すなわち溶融処理方向と垂直方向の合金濃度を均一化出来ない場合がある。
【００５７】
そこで、本実施形態の表層改質工程においては、図４中にオシレーション１９として示すように、ワイヤー１７のオシレーション中心位置を隣接するプラズマトーチ１３間の中心として、ワイヤー１７をオシレーションする。これにより、ワイヤー１７は隣接する溶融金属の流れの間を往復するため、ワイヤー１７を溶融プール１８に供給する際に、溶融金属の流れを跨ぐ大きな撹拌効果が得られる。これにより、溶融処理方向と垂直方向のニッケル濃度を均一化することができる。
なお、ワイヤー１７のオシレーション方法は特に限定されるものではなく、個々に制御しても良いし、全て同調させても良い。
【００５８】
また、本実施形態の鋼鋳片の表層改質方法において、図６に示す鋼鋳片１０の表層領域１０Ａ（１０Ｂ）における合金濃度の均一性を高めるためには、図４中にオシレーション１９として示すように、１回（１周期）のオシレーション動作によってワイヤー１７の先端位置がオシレーションの起点から次の周期のオシレーションの起点に戻る間中、鋼鋳片１０の表面１０ａにおいてオシレーションの起点となった位置が溶融状態、すなわち溶融プール１８内にあれば良い。このような状態を式で表すと、下記（１）式の通りとなる。
【００５９】
【数５】
2010279992.tif 000007
【００６０】
上記（２）式において、左辺はオシレーションの一周期の時間、右辺は任意の場所が溶融している時間である。上記（２）式において、左辺の時間が右辺よりも短ければ、鋼鋳片１０上でワイヤー１７がオシレーションする幅（±Ｌｏ、または２Ｌｏ）の範囲内に搬送方向の仮想線を引いた場合、溶融プール１８が溶融している間に、当該仮想線をワイヤー１７の先端の軌跡が少なくとも２回は横切ることになる。また、鋼鋳片１０の表面１０ａの幅方向の端部を除く全域を複数のワイヤー１７のオシレーション幅で覆うことになることから、鋼鋳片１０上の何れの位置に仮想線を引いた場合であっても上記関係が成り立つ。これにより、溶融処理方向と平行方向の合金濃度を均一化することができる。
【００６１】
但し、この際、オシレーション幅Ｌｏが、少なくともプラズマトーチの間隔の半分以上とされていない場合には、ワイヤーが供給されない部位が発生するため、上記（２）式と同時に、下記（２）式で表される条件も満たす必要がある。
【００６２】
【数６】
2010279992.tif 000008
【００６３】
上述したように、ワイヤー１７を連続的に溶融プール１８へ供給する場合には、上記（１）式及び上記（２）式のオシレーション条件を満たす必要がある。
【００６４】
本実施形態の表面改質工程においては、鋼鋳片処理速度を１〜２０ｍｍ／ｓｅｃの範囲とすることが好ましい。鋼鋳片処理速度が１ｍｍ／ｓｅｃよりも遅いと経済性が極端に劣化し、２０ｍｍ／ｓｅｃ超では表面凹凸が劣化するためである。
【００６５】
プラズマトーチ間隔ＰＬは、その間隔が大きいほどプラズマトーチ総本数を減らすことができる点で効率的であるが、プラズマ振幅（扁平したプラズマの幅）よりも狭くする必要がある。このプラズマ振幅は、プラズマ制御用コイルに流す電流が大きいほど、プラズマ電流が小さいほど大きくなり、その限界は１００ｍｍ程度である。このため、プラズマトーチ間隔ＰＬは、１００ｍｍ以下が現状における限界であるものの、制御コイルの開発により、この限界を拡大できる可能性がある。一方、プラズマトーチ間隔ＰＬの下限は、使用するプラズマトーチのサイズに依存し、大よそトーチ外径＋１０ｍｍ程度となる。ここで、プラズマトーチ間隔ＰＬの下限とトーチ外径とに１０ｍｍの差を設けているのは、プラズマトーチ間隔がこれよりも狭いと、プラズマトーチ間で異常放電する可能性があるためである。
【００６６】
また、このプラズマトーチ間隔ＰＬは、プラズマ電流値が大きいほど、冷却機構を大型化する必要があるために大きくなり、４００Ａ以上の電流を用いる場合には５０ｍｍが下限となる。この結果、プラズマトーチ間隔ＰＬは、５０〜１００ｍｍとなる。また、オシレーション幅Ｌｏは、オシレーション速度Ｆｏによって異なるが、少なくとも±１／２ＰＬ超が必要となる。但し、実際のオシレーションにおいて、折り返し点ではオシレーション速度がゼロとなり、このゼロとなる時間を完全にゼロとすることは難しい。この場合、オシレーション幅Ｌｏを±１／２・（０．９）ＰＬ〜±１／２ＰＬの範囲としないと、２つのワイヤーが重なりあう場所の合金濃度が高くなる。
【００６７】
本実施形態の表面改質工程において合金が添加される鋼鋳片１０の表層領域１０Ａ、１０Ｂの厚さとしては、耐候性や耐食性を得るためには、上述ように鋼鋳片１０の厚みの１％は必要である。また、鋼鋳片１０の表層の合金層が厚いほど耐候性や耐食性が高くなるので、表層領域１０Ａ、１０Ｂの厚さの上限は特に限定されないが、実際には、鋼鋳片１０の厚みの２０％を超えると表面凹凸が大きくなって圧延後の表面性状が不良になるため、２０％以下にすることが好ましい。
【００６８】
上述の如く、本発明の製造方法に備えられる表層改質工程においては、鋼鋳片１０の表層の溶融部に添加されるニッケル又はニッケル合金の供給速度Ｖｗを上述した適正な範囲としているため、ニッケルが富化された表層部分における任意の位置のニッケル濃度の、該ニッケル富化表層部分の平均ニッケル濃度に対するばらつきを±５０％以内に抑制することができる。
【００６９】
ここで、合金ｉ濃度のバラツキδｉは、鋼鋳片１０の表面１０ａのＮ点の濃度を分析した点の元素濃度（以下、Ｃｉ．ｊと表記する）によって、下記（３）式に示すように定義される。
【００７０】
【数７】
2010279992.tif 000009
【００７１】
この結果、添加元素の効果により耐候性や耐食性が向上するため、例えば、造船、自動車、建築材料及び橋梁等に使用される鋼材として好適である。
【００７２】
さらに、図２の模式図に示す方法においては、誘導加熱コイル２で予備加熱した後、プラズマ加熱しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、予備加熱を、加熱炉、バーナー、プラズマ及びレーザ等の他の熱源で行い、溶融のための本加熱をプラズマで行ってもよい。
【００７３】
本実施形態の製造方法では、上記条件で表面改質工程を行なうことにより、鋼鋳片１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂからの厚みが１〜２０％迄の表層領域１０Ａ、１０Ｂにおける添加元素の成分組成を、次式｛Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物＝３〜３０％｝の範囲として、表層領域１０Ａ、１０Ｂにおける添加元素の各成分を鋼鋳片内部１０Ｃよりも濃化させることが可能となる。
鋼鋳片１０に上述のような添加元素の濃度勾配が設けられるような条件で、上記手順の表面改質工程を行ない、その後の圧延工程で圧延処理することにより、優れた耐侯性及び耐食性を備える複層鋼板１を、より安価に製造することが可能となる。
【００７４】
また、本実施形態の表面改質工程では、上記条件により、図６に示す鋼鋳片１０の表層領域１０Ａ、１０Ｂにおける添加元素の成分組成を、Ｃｕ：０〜１．５％、Ｎｉ：３〜３０％、Ｃｒ：０〜３０％、Ｍｏ：０〜３％、Ｎｂ：０〜１％の範囲とし、さらに、鋼鋳片１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂからの板厚Ｔ方向における、添加元素の成分組成の変化率が８０％／ｍｍ以下となるように、前記鋼鋳片の表層領域を改質することが、耐侯性と耐食性に優れた複層鋼板１を、より安価に製造できる点からより好ましい。
【００７５】
また、上記説明においては、添加元素の各成分が鋼鋳片内部１０Ｃよりも濃化された表層領域１０Ａ、１０Ｂを、鋼鋳片１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂからの厚みが１〜２０％迄の範囲として説明しているが、３〜８％迄の範囲として改質する方法とすることも可能である。このような場合には、鋼鋳片１０ひいては圧延後の複層鋼板１において、厚み方向において添加元素が濃化された表層領域１０Ａ、１０Ｂを薄く形成するので、耐侯性や耐食性を十分に確保しながら、製造コストを低減することが可能となる。
【００７６】
本発明に係る製造方法においては、上述のような表面改質工程を、鋼鋳片１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂの両面で行なうとともに、鋼板端部についても同様に改質処理を行なうことにより、鋼板全体の耐食性が向上した複層鋼板１を得ることが可能となる。
【００７７】
「圧延工程」
本発明に係る複層鋼板の製造方法においては、図６に示すような、上記表面改質工程において表層１０Ａ、１０Ｂが改質された鋼鋳片１０を圧延することにより、図１に示すような複層鋼板１を得る圧延工程が備えられている。
本発明の製造方法で用いる鋼鋳片１０の圧延方法及び条件としては、従来から鋼板の製造工程で採用されている公知の方法、条件を何ら制限無く採用することができ、特に限定されない。
【００７８】
本発明に係る製造方法においては、例えば、厚みが１００〜２５０ｍｍ程度とされた鋼鋳片１０の表層領域１０Ａ、１０Ｂを、表層改質工程で所定の組成で合金化した後、圧延工程で圧延処理を施す。これにより、上述したような、例えば、板厚が１．２〜１．６ｍｍ程度の薄鋼板や、１３．２ｍｍ程度の厚鋼板とされた複層鋼板１を得ることができる。このように、表層領域１０Ａ、１０Ｂが改質された鋼鋳片１０を圧延することで得られる複層鋼板１は、板厚方向で表面１ａ及び裏面１ｂから１〜２０％の表層領域１Ａ、１Ｂが上記組成で添加元素を含有する合金成分とされ、鋼板内部１Ｃよりも添加元素が濃化されるので、十分な耐侯性を備え、耐食性に非常に優れたものとなる。
【００７９】
本発明の製造方法では、表層１０Ａ、１０Ｂが改質された鋼鋳片１０を圧延した後の、複層鋼板１における表層１Ａ、１Ｂの板厚方向の範囲は、圧延条件によって多少異なるものの、圧延前の鋼鋳片１０と概ね同じ割合となる。これにより、圧延工程を施すことで得られる複層鋼板１においても、圧延前の鋼鋳片１０と同様の特性を有する表層１Ａ、１Ｂが備えられる。これにより、複層鋼板１は、低コストであるとともに、優れた耐侯性並びに耐食性を備えたものとなる。
【００８０】
以上説明したような本実施形態の耐食性に優れた複層鋼板１の製造方法によれば、鋼鋳片１０における表層領域１０Ａ、１０Ｂの溶融部に供給するワイヤー１７の供給速度（溶滴添加頻度）、供給位置、及びワイヤー１７の溶融状態を適正化しているため、表層領域１０Ａ、１０Ｂにおける合金濃度のばらつきが抑制される。これにより、高い耐侯性を備える、耐食性に優れた複層鋼板１を、生産性良く安価に製造することが可能となる。本実施形態の製造方法では、表層領域１Ａ、１Ｂのみを耐食性を有する合金層として改質し、鋼板内部１Ｃについては改質しない方法なので、従来の方法に比べ、耐食性に優れた複層鋼板１を低コストで製造することが可能となる。
【００８１】
［第２の実施形態］
次に、本発明の耐食性に優れた複層鋼板及びその製造方法の第２の実施形態について、主に図１、図５及び図６を適宜参照しながら詳細に説明する。図５は、本実施形態の製造方法について模式的に説明する斜視図である。
【００８２】
先ず、本実施形態の表面改質工程において用いる表面改質処理装置５０Ａについて説明する。図５に示すように、本実施形態の表層改質処理装置５０Ａは、第１の実施形態の表層改質処理装置５０の構成に加えて振動器６０を設けた構成となっている。これにより、未溶融のワイヤー１７を連続的に溶融プール１８に供給する場合に、振動器６０を取り付けた水冷ノズル１６を介してワイヤー１７に振動６１を付与すると共に、当該ワイヤー１７をオシレーションしながら供給可能とされている。なお、図５に示す構成要素のうち、図２に示す構成要素と同一の構成要素には、図２と同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８３】
本実施形態の製造方法に備えられる表面改質工程においては、未溶融のワイヤー１７を連続的に溶融プール１８に供給する場合に、上記第１の実施形態で説明したワイヤー１７のオシレーションに加え、さらに、ワイヤー１７に振動６１を付加することにより、ワイヤー１７の溶融プール１８への供給量を高めるものである。
【００８４】
ワイヤー１７の供給量を高めるためには、ワイヤー１７に対して振動力（振動６１）を付与することが好ましい。このような振動力は、振動させる装置および取り付け方法によって変化するが、何れの振動力パターンであっても、振幅が±２ｍｍ未満あるいは周波数が２０Ｈｚ未満では振動力が不足し、ワイヤー１７の供給量を高くすることができない。一方、振動力の周波数が８０Ｈｚ超では装置全体が共振してしまい、装置に損傷が発生する場合がある。また、±５ｍｍを超える振幅は、振動で付与するよりもワイヤーを機械的にオシレーションするほうが効率的である。以上から、ワイヤー１７の先端の振動は、振幅±２ｍｍ以上、±５ｍｍ以下で、且つ、周波数が２０Ｈｚ以上、８０Ｈｚ以下にする必要がある。
【００８５】
本実施形態の製造方法に備えられる表面改質工程によれば、上述した第１の実施形態と同様に、図６に示すような鋼鋳片１０の表層領域１０Ａ、１０Ｂにおける合金成分濃度のばらつきを±５０％以内に抑制することができる。また、ワイヤー１７を溶融プール１８に供給する際、ワイヤー１７に対して振動６１を付与しながらオシレーションするため、鋼鋳片１０の表層領域１０Ａ、１０ｂにより多くの合金を添加することが可能となる。
【００８６】
以上説明したような本実施形態の製造方法によれば、上記第１の実施形態の製造方法と同様、鋼鋳片１０の表層領域１０Ａ、１０Ｂにおける合金濃度のばらつきが抑制されるので、高い耐侯性を備えるとともに耐食性に優れた複層鋼板１を、生産性良く安価に製造することが可能となる。
【００８７】
本実施形態の耐食性に優れた複合鋼板及びその製造方法によれば、上述のように、耐食性に優れた複層鋼板１を、コストアップを招くことなく高い生産性で得られることから、その産業上の効果は計り知れない
【実施例】
【００８８】
以下、本発明に係る耐食性に優れた複層鋼板及びその製造方法の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００８９】
［実施例Ａ］
本実施例においては、まず、連続鋳造を完了した鋼鋳片を、幅１２００ｍｍ、厚さ２５０ｍｍ、長さ１０ｍのサイズに切断した。次いで、ワイヤーとして、線径が１．２ｍｍとされ、以下に示す組成を有する、下記Ａ〜Ｃの合金ワイヤーを使用し、ワイヤー供給速度Ｖｗを変更しながら鋼鋳片の表層改質を行った。この際の表層改質処理の条件を、下記表１及び表２に示した。
Ａ：２５％Ｃｕ-７５％Ｎｉ
Ｂ：３０％Ｎｉ−７０％Ｃｒ
Ｃ：３０％Ｎｉ-６４Ｃｒ-４Ｍｏ-２Ｎｂ
【００９０】
また、振動器にはエアーバイブレーター・タービン型（振動数５０００サイクル／ｍｉｎ以上）を用い、水冷ノズルの下端から位置を変えて取り付けた（実施例５〜７、比較例１１、試験例）。ここで、下記表２中に示す振幅と振動周波数は、バイブレーターの圧力、取り付け位置を調整することで制御した。
上記各条件及び手順により、実施例１〜７、比較例１〜１１及び試験例の鋼鋳片を製造した。
【００９１】
そして、上記点順で得られた各実施例、比較例及び試験例の鋼鋳片について、表層領域の部分におけるＮｉ濃度のばらつきを調べた。この際、合金濃度は、予め、溶融処理及び合金添加を施した部位をグラインダー等で研削しておき、モバイルカウントバックと呼ばれる金属材料判別機（ここでは、ＷＡＳ社製ＰＭＩ−ＭＡＳＴＡＲ  ＰＲＯを使用したが、その他の測定方法、測定器の使用も可能）により、２０ｍｍ間隔で測定し、結果を上記表２に併せて示した。ここで、本実施例で言う、「Ｎｉ濃度のバラつきが良好である」とは、このバラツキが±５０％以内であることと定義している。
【００９２】
さらに、上記各実施例、比較例及び試験例の鋼鋳片について、以下に説明するような条件及び手順により、耐侯性並びに耐食性の評価試験を行った。
まず、耐候性については、黒皮を削除した後の鋼鋳片の表面直下から６×５０×１５０ｍｍのサイズの試験片を採取し、そのまま（裸材）か、あるいは安定化処理皮膜を施した後（表面処理材）に、千葉県富津市臨海部において、離岸距離によって飛来塩分量を変化させた３箇所で、日照及び日陰環境で１、３及び７年の暴露試験を実施した。この際の離岸距離は、５０ｍ、８００ｍ及び２０００ｍの３種類としたが、各々の位置における飛来塩分量は、年間平均で、それぞれ、０．８ｍｄｄ、０．２ｍｄｄ及び０．１ｍｄｄである。
そして、上記条件による耐侯性の試験後、表面状態を目視確認し、この結果について、以下に示す２段階で判定し、下記表２に示した。
（１）「○」・・・年間平均の飛来塩分量が０．８ｍｄｄの環境下で、５０年推定腐食減量が０．２ｍｍ未満だった。
（２）「×」・・・年間平均の飛来塩分量が０．８ｍｄｄの環境下で、５０年推定腐食減量が０．２ｍｍ以上だった。
【００９３】
また、耐食性については、上記同様に採取した試験片を、０．４ＭＰａ・１５０℃のＣＯ２が飽和した人工海水（ＡＳＴＭＤ１１４１−９６）に９６時間浸漬し（比液量：２０ｃｍ３／ｃｍ２）、酸洗（０．３％マンガン酸カリウム＋１８％水酸化ナトリウム）に５分間浸漬させた後、煮沸した１０％クエン酸アンモニウム水溶液に５分間浸漬させ、腐食生成物を除去し、試験前後の厚みの比較で評価した。
そして、上記条件による耐食性の試験結果について、以下に示す２段階で判定し、下記表２に示した。
（１）「○」・・・試験後の厚みの、試験前の厚みに対する減少率が０．１ｍｍ／年未満だった。
（２）「×」・・・試験後の厚みの、試験前の厚みに対する減少率が０．１ｍｍ／年以上だった。
【００９４】
下記表１及び表２に、各実施例、比較例及び試験例の鋼鋳片の各製造条件及び評価結果の一覧を示す。
【００９５】
【表１】
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【００９６】
【表２】
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【００９７】
表２に示すように、本発明で規定する範囲内で改質処理を行った実施例１〜７の鋼鋳片は、何れも、表層領域における添加元素の合計含有量が、次式｛Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物＝３〜３０％｝で表される範囲内とされており、また、合金濃度（添加元素）のばらつきが５０％以下であり、表層領域での合金の濃度分布のばらつきが低減されていることが確認できた。また、実施例１〜５、７の鋼鋳片は、何れも耐侯性試験の評価結果が「○（合格）」であり、また、実施例６の鋼鋳片は、耐食性の評価結果が「○」であった。
【００９８】
これに対して、比較例１〜１１の鋼鋳片は、各製造条件の何れかが本発明の規定範囲外であるため、耐侯性試験又は耐食性試験の何れかが「×（不合格）」の結果となった。
比較例１の鋼鋳片は、オシレーション幅が不足したため、ニッケル濃度のばらつきが８０％となり、表層領域の合金濃度が安定していないことが確認され、耐侯性試験の評価が「×」となった。
また、比較例２の鋼鋳片は、オシレーション速度が遅いために上記（１）式を満たすことができず、満足できず、ニッケル濃度のばらつきが１００％となり、表層領域の合金濃度が安定していないことが確認され、耐侯性試験の評価が「×」となった。
【００９９】
また、比較例３の鋼鋳片は、ワイヤー落下頻度が８個／分と、２０個／分未満であったため、ニッケル濃度のばらつきが２００％であり、表層領域の合金濃度が安定していないことが確認され、耐侯性試験の評価が「×」となった。
また、比較例４の鋼鋳片は、ワイヤー供給は連続であるが、オシレーション速度が遅いために上記（１）式を満たすことができず、Ｎｉ濃度のばらつきが２００％となり、表層領域の合金濃度が安定していないことが確認され、耐侯性試験の評価が「×」となった。
【０１００】
また、比較例５の鋼鋳片は、オシレーション幅Ｌｏとプラズマトーチ間隔ＰＬの関係が上記（２）式を満たしていないため、Ｎｉ濃度のばらつきが３００％となり、表層領域の合金濃度が安定していないことが確認され、耐侯性試験の評価が「×」となった。
【０１０１】
また、比較例６の鋼鋳片は、オシレーション速度が遅いために上記（１）式を満たすことができず、また、オシレーション幅Ｌｏとプラズマトーチ間隔ＰＬの関係が上記（２）式を満たしていないため、ニッケル濃度のばらつきが６００％となり、表層領域の合金濃度が安定していないことが確認され、耐侯性試験の評価が「×」となった。
また、比較例７の鋼鋳片は、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物の合計含有量が３％を下回るとともに、溶融不完全となり、表面に凹凸が生じ、耐食性の評価が「×」となった。
また、比較例８の鋼鋳片は、オシレーション速度が遅いために上記（１）式を満たすことができず、表層領域が溶融不完全となって表面に凹凸が生じるとともに、表層領域の合金濃度が安定していないことから、耐侯性試験の評価が「×」となった。
【０１０２】
また、比較例９の鋼鋳片は、処理速度Ｖが遅いために上記（１）式を満たすことができず、ニッケル濃度のばらつきが８００％となり、表層領域の合金濃度が安定していないことが確認され、耐食性試験の評価が「×」となった。
また、比較例１０の鋼鋳片は、表面及び裏面からの厚み方向における合金層（表層領域）の割合が０．８％と本発明の規定を下回っていることから、耐侯性の評価が「×」となった。
また、比較例１１の鋼鋳片は、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋不可避不純物の合計含有量が３０％を超えるため、合金濃度のばらつきは小さいものの、表面に凹凸が生じ、耐食性の評価が「×」となった。
【０１０３】
なお、試験例の鋼鋳片は、上記（１）、（２）式の何れも満たしているものの、振動周波数が１４Ｈｚと、適正範囲でない条件で振動を付与したため、工程中においてワイヤーの固着が発生し、表面に凹凸が発生するとともに、Ｎｉ濃度のばらつきが測定不可能な状態となり、表層領域の合金濃度が安定していないことが確認された例である。このため、試験例の鋼鋳片は、耐侯性試験の評価が「×」となった。
【０１０４】
［実施例Ｂ］
本実施例においては、まず、連続鋳造を完了し、組成が０．０７％Ｃ−０．６％Ｍｎ−０．６Ｓｉ−０．０３％Ｐ−０．００５％Ｓ−１６．５％Ｃｒ（単位は質量％）とされた鋼鋳片を、幅１２００ｍｍ、厚さ２５０ｍｍ、長さ１０ｍのサイズに切断した。次いで、この連続鋳造鋼鋳片を、誘導加熱によって溶融改質処理する方法を用い、３０％Ｎｉ−７０％Ｃｒワイヤーを用いた合金添加を行うことで、鋼鋳片の幅両端部５０ｍｍ及び表層領域１０ｍｍを溶融処理した。そして、得られた各鋼鋳片を直接加熱し、所定温度で熱間圧延を完了して鋼板とした後、酸洗を行ない所定の圧下率で冷延を施すことによって板厚を１．６ｍｍとすることで、表面が１８−８ステンレス鋼とされた鋼板を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明によって提供される耐食性に優れた複層鋼板は、十分な耐侯性を備えるとともに、耐食性に非常に優れたものとなる。従って、本発明の複層鋼板を、例えば、耐侯性や耐食性が要求される自動車のボディや足回り部品等に用いた場合には、耐環境特性に優れた自動車を低コストで実現することが可能となる。またさらに、本発明の複層鋼板が適用可能な分野としては、上記自動車分野には限定されず、例えば、造船や建築建材等、鋼板に耐侯性や耐食性が要求される用途の分野において上記同様の効果が得られ、好適に用いることが可能であるので、その産業上の効果は計り知れない。
【符号の説明】
【０１０６】
１…複層鋼板、１Ａ、１Ｂ…表層領域（複層鋼板）、１ａ…表面（複層鋼板）、１ｂ…裏面（複層鋼板）、１Ｃ…鋼板内部、１０…鋼鋳片、１０Ａ、１０Ｂ…表層領域（鋼鋳片）、１０ａ…表面（鋼鋳片）、１０ｂ…裏面（鋼鋳片）、１０Ｃ…鋼鋳片内部、１３…プラズマトーチ、１４…プラズマジェット（プラズマ）、１７…ワイヤー、１８…溶融プール、１９…オシレーション、６０…振動器、６１…振動、ｔ…板厚
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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