(57)【要約】  母材鋼板の片面に、耐食性合金からなる合せ材が接合されているクラッド鋼板において、母材鋼板が所定の成分組成を有し、また、上記母材鋼板の表層部の組織が、面積率で、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相を合計で８０％以上含み、かつ、上記母材鋼板の内部の組織が、面積率で、フェライト相を３０％以上含み、上記母材鋼板の表層部の硬度と内部の硬度との差をビッカース硬度で２０以上８０以下とすることにより、高強度と高靭性を確保しつつ、延性にも優れるクラッド鋼板を得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材鋼板の片面に、耐食性合金からなる合せ材が接合されているクラッド鋼板であって、
上記母材鋼板が、質量％で、
Ｃ：０．０２〜０．１０％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．５０〜２．００％、
Ｐ：０．０３０％以下および
Ｓ：０．０２０％以下
を含有し、かつ、Ｃｅｑが０．２０〜０．５０であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
また、上記母材鋼板の表層部の組織が、面積率で、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相を合計で８０％以上含み、かつ、上記母材鋼板の内部の組織が、面積率で、フェライト相を３０％以上含み、
上記母材鋼板の表層部の硬度と内部の硬度との差がビッカース硬度で２０以上８０以下である、クラッド鋼板。
ここで、Ｃｅｑは次式（１）により定義される。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５    ・・・（１）
式中、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＶは、母材鋼板の成分組成における各元素の含有量（質量％）である。
また、母材鋼板の表層部の組織および硬度はそれぞれ、合せ材が接合されていない側の面から板厚方向に深さ：１ｍｍの位置で測定される組織および硬度とする。また、母材鋼板の内部の組織および硬度はそれぞれ、母材鋼板と合せ材の接合界面から板厚方向に深さ：１ｍｍの位置で測定される組織および硬度とする。
【請求項２】
前記母材鋼板の成分組成が、さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜１．００％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、
Ｍｏ：０．０１〜０．５０％、
Ｖ：０．００１〜０．１００％、
Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、
Ａｌ：０．００５〜０．２００％、
Ｃｕ：０．０１〜０．７０％、
Ｃａ：０．０００３〜０．００５０％、
Ｂ：０．０００３〜０．００３０％および
ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１００％
から選ばれる１種または２種以上を含有する、請求項１に記載のクラッド鋼板。
【請求項３】
前記耐食性合金が、ステンレス鋼である、請求項１または２に記載のクラッド鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケミカルタンカーなどで用いられるクラッド鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラッド鋼板とは、２種類以上の異なる性質の金属を貼り合わせた鋼板、例えば、炭素鋼などのいわゆる普通鋼材からなる母材鋼板に、高い耐食性を示す高合金鋼材からなる合せ材を張り合わせた鋼板である。すなわち、クラッド鋼板は、異種金属を金属学的に接合させたものであり、めっきとは異なり剥離する心配がない。また、クラッド鋼板は、単一の金属や合金では達し得ない種々の特性が得られる。【０００３】
例えば、合せ材として使用環境に応じた耐食性を有する鋼材を選択することにより、高価な合金元素の使用量を抑えつつ無垢材と同等の耐食性を確保することができる。また、母材鋼板には、高強度かつ高靭性の炭素鋼や低合金鋼を適用することができる。
このように、クラッド鋼板では、高価な合金元素の使用量を抑えつつ無垢材と同等の耐食性が得られ、また、同時に炭素鋼や低合金鋼と同等の強度および靭性を確保できるので、クラッド鋼板は、経済性と機能性とを両立できるという利点を有する。【０００４】
このため、高合金鋼材を合せ材に用いたクラッド鋼板は、非常に有益な機能性鋼材であると考えられており、近年、そのニ−ズが各種産業分野で益々高まっている。【０００５】
このようなクラッド鋼板に関する技術として、例えば、特許文献１には、
「二相ステンレス鋼を合わせ材とし、かつ重量％でＣ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．８〜２％、Ｎｉ：１％以下、Ｃｕ：０．２〜１％、Ｍｏ：０．１５％以下、Ｖ：０．０６％以下、Ｔｉ：０．００８〜０．０４％、Ａｌ：０．０１〜０．０７％、Ｎ：０．００３〜０．０１５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を母材とすることを特徴とする二相ステンレスクラッド鋼」
が開示されている。【０００６】
また、特許文献２には、
「Ｃ：0.03重量％以下を含有するオーステナイト系ステンレス鋼またはオーステナイト系Ni基合金からなる合せ材と、Ｃ:0.08重量％以下を含有する炭素鋼または低合金鋼からなる母材とから非対称クラッドスラブを組立て、該非対称クラッドスラブを、1050℃以上の温度域に加熱し、850〜1000℃の温度域で30％以上の累積圧下を加えた後、750〜850℃の温度域で30％以上の累積圧下を加えて750℃以上800℃未満の温度域で圧延を終了し、その後空冷することを特徴とする高強度および高靱性クラッド鋼板の製造法。」
が開示されている。【０００７】
さらに、特許文献３には、加速冷却停止後、直ちに０．５℃／ｓ以上の昇温速度で５５０〜７５０℃の温度まで再加熱を実施し、未変態オーステナイト中へＣを濃化させることで、軟質なベイナイトに硬質なマルテンサイトを含んだ複合組織の低降伏比クラッド鋼板、が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２９２４４５号公報
【特許文献２】特開平５−１５４６７２号公報
【特許文献３】特開２０１５−２２４３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、クラッド鋼板には、加工性などの点から延性も求められ、ケミカルタンカーの部材など、複雑な形状への加工が必要な用途では、延性は、特に重要な特性となる。
しかし、特許文献１のクラッド鋼や特許文献２に開示される鋼板および特許文献３のクラッド鋼では、延性については考慮が払われていない。
このため、高強度および高靭性に加え、優れた延性を有するクラッド鋼板の開発が望まれているのが現状である。【００１０】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたものであって、高強度と高靭性を確保しつつ、延性にも優れるクラッド鋼板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】
【００１１】
さて、発明者らは、上記の課題を解決すべく種々検討を重ね、以下の知見を得た。
（Ａ）クラッド鋼板の製造工程では、母材鋼板と合せ材を接合するにあたり、高温での圧下が行われるが、延性の向上の観点からは、母材鋼板の成分組成を適正に調整したうえで、この圧下直後に、母材鋼板の表層部と内部とでそれぞれ異なる冷却速度となるように冷却条件を制御し、母材鋼板の表層部では、ベイナイト相およびマルテンサイト相を主体とする硬質な組織を形成する一方、母材鋼板の内部では、フェライト相を一定量以上有する軟質な組織を形成することが有効である、
（Ｂ）しかし、母材鋼板の表層部を硬質な組織とし、内部を軟質な組織とするだけでは、特に、降伏応力を超える引張応力が加わるときの伸びが十分とは言えず（換言すれば、弾性範囲を超えて破断に至るまでの塑性変形範囲が短く）、なお満足いくほどの十分な延性は得られなかった、
（Ｃ）この点を解決すべく検討を重ねたところ、延性、特に、弾性範囲を超えて破断に至るまでの塑性変形範囲における伸びには、母材鋼板の板厚方向における硬度差が大きく影響する、すなわち、母材鋼板の表層部と内部の硬度差が大きくなり過ぎると、降伏応力を超える引張応力が加えられたときに、歪の局在化によるネッキング現象が早期に発生し、これにより、早期に破断に至ることがわかった、
（Ｄ）この点を基にさらに検討を重ねたところ、上記のように、母材鋼板の表層部を硬質な組織とし、内部を軟質な組織としたうえで、適正な条件で焼き戻し処理を行い、母材鋼板の表層部の硬度と内部の硬度との差をビッカース硬度で２０以上８０以下とすることが重要であり、これによって、所望とする強度を確保しつつ、歪の局在化が生じ難くなって、延性が一層向上する、
との知見を得た。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えた末に完成されたものである。【００１２】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．母材鋼板の片面に、耐食性合金からなる合せ材が接合されているクラッド鋼板であって、
上記母材鋼板が、質量％で、
Ｃ：０．０２〜０．１０％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．５０〜２．００％、
Ｐ：０．０３０％以下および
Ｓ：０．０２０％以下
を含有し、かつ、Ｃｅｑが０．２０〜０．５０であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
また、上記母材鋼板の表層部の組織が、面積率で、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相を合計で８０％以上含み、かつ、上記母材鋼板の内部の組織が、面積率で、フェライト相を３０％以上含み、
上記母材鋼板の表層部の硬度と内部の硬度との差がビッカース硬度で２０以上８０以下である、クラッド鋼板。
ここで、Ｃｅｑは次式（１）により定義される。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５    ・・・（１）
式中、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＶは、母材鋼板の成分組成における各元素の含有量（質量％）である。
また、母材鋼板の表層部の組織および硬度はそれぞれ、合せ材が接合されていない側の面から板厚方向に深さ：１ｍｍの位置で測定される組織および硬度とする。また、母材鋼板の内部の組織および硬度はそれぞれ、母材鋼板と合せ材の接合界面から板厚方向に深さ：１ｍｍの位置で測定される組織および硬度とする。【００１３】
２．前記母材鋼板の成分組成が、さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．０１〜１．００％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、
Ｍｏ：０．０１〜０．５０％、
Ｖ：０．００１〜０．１００％、
Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、
Ａｌ：０．００５〜０．２００％、
Ｃｕ：０．０１〜０．７０％、
Ｃａ：０．０００３〜０．００５０％、
Ｂ：０．０００３〜０．００３０％および
ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１００％
から選ばれる１種または２種以上を含有する、前記１に記載のクラッド鋼板。【００１４】
３．前記耐食性合金が、ステンレス鋼である、前記１または２に記載のクラッド鋼板。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、耐食性はもとより、高強度と高靭性を確保しつつ、延性にも優れるクラッド鋼板が得られる。
また、上記のクラッド鋼板は、延性に優れるので、ケミカルタンカーの部材など、複雑な形状への加工が必要な用途に適用して特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、クラッドスラブの断面を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明は、母材鋼板の片面に、耐食性合金からなる合せ材が接合されているクラッド鋼板を対象とするものである。なお、クラッド鋼板の板厚は特に限定されないが、６〜４５ｍｍが好適である。また、母材鋼板および合せ材の板厚はそれぞれ、５〜４０ｍｍ程度および１〜５ｍｍが好適である。
まず、本発明のクラッド鋼板における母材鋼板の成分組成について説明する。なお、成分組成における単位はいずれも「質量％」であるが、以下、特に断らない限り、単に「％」で示す。
【００１８】
１．母材鋼板の成分組成
Ｃ：０．０２〜０．１０％
Ｃは、鋼の強度を向上させる元素である。このような効果を得るために、Ｃを０．０２％以上含有させる。しかし、Ｃ含有量が０．１０％を超えると、溶接性および靱性の劣化を招く。したがって、Ｃ含有量は０．０２〜０．１０％とする。好ましくは０．０２〜０．０８％、より好ましくは０．０２〜０．０７％である。
【００１９】
Ｓｉ：１．００％以下
Ｓｉは、脱酸に有効であり、また鋼の強度を向上させる元素である。このような効果を得るため、Ｓｉを０．０１％以上含有させる。しかし、Ｓｉ含有量が１．００％を超えると、鋼の表面性状および靱性の劣化を招く。したがって、Ｓｉ含有量は１．００％以下とする。好ましくは０．１０〜０．７０％、より好ましくは０．１０〜０．５０％である。
【００２０】
Ｍｎ：０．５０〜２.００％
Ｍｎは、鋼の強度を向上させる元素である。このような効果を得るために、Ｍｎを０．５０％以上含有させる。しかし、Ｍｎ含有量が２.００％を超えると、溶接性が劣化するとともに、合金コストが増大する。したがって、Ｍｎ含有量は０．５０〜２.００％とする。好ましくは０．８０〜１．８０％、より好ましくは１．００〜１．８０％である。
【００２１】
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、鋼中の不可避的不純物であり、特に、Ｐ含有量が０．０３０％を超えると、靱性が劣化する。したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下とする。好ましくは０．０００１〜０．０２０％である。
【００２２】
Ｓ：０．０２０％以下
Ｓは、Ｐと同様、鋼中の不可避的不純物であり、特に、Ｓ含有量が０．０２０％を超えると、靱性が劣化する。したがって、Ｓ含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは０．０００１〜０．０１０％である。
【００２３】
Ｃｅｑ：０．２０〜０．５０
Ｃｅｑは次式（１）により定義される鋼の焼き入れ性指標であり、所望の組織、ひいては所望の強度および靱性を得るため、Ｃｅｑを適正な範囲とすることが必要である。ここで、Ｃｅｑを０．２０以上とすることで、十分な焼き入れ性が確保され、所望の強度が確保される。しかし、Ｃｅｑが０．５０を超えると、母材鋼板の表層部の組織が過度に硬質化して、靱性が劣化する。したがって、Ｃｅｑは０．２０〜０．５０とする。好ましくは０．２５〜０．４０である。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５    ・・・（１）
式中、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＶは、母材鋼板の成分組成における各元素の含有量（質量％）である。なお、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏおよび／またはＶが、母材鋼板の成分組成に含有されていない場合には、それぞれ「０」として計算すればよい。
【００２４】
また、上記した基本成分に加えて、さらに、Ｎｉ：０．０１〜１．００％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、Ｍｏ：０．０１〜０．５０％、Ｖ：０．００１〜０．１００％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％、Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、Ａｌ：０．００５〜０．２００％、Ｃｕ：０．０１〜０．７０％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５０％、Ｂ：０．０００３〜０．００３０％およびＲＥＭ：０．０００３〜０．０１００％から選ばれる１種または２種以上を含有させてもよい。
【００２５】
Ｎｉ：０．０１〜１.００％
Ｎｉは、鋼の焼き入れ性を向上させるとともに、靱性の改善に効果的な元素である。その効果は、Ｎｉを０．０１％以上含有させることで発現する。しかし、Ｎｉ含有量が１.００％を超えると、溶接性が劣化し、合金コストも増大する。したがって、Ｎｉを含有させる場合、Ｎｉ含有量は０．０１〜１.００％とする。より好ましくは０．０１〜０．５０％である。
【００２６】
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％
Ｃｒは、鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度および靱性を向上させる。その効果は、Ｃｒを０．０１％以上含有させることで発現する。しかし、Ｃｒ含有量が０．５０％を超えると、溶接性および靱性の劣化を招く。したがって、Ｃｒを含有させる場合、Ｃｒ含有量は０．０１〜０．５０％とする。より好ましくは０．０１〜０．３０％である。
【００２７】
Ｍｏ：０．０１〜０．５０％
Ｍｏは、Ｃｒと同様、鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度および靱性を向上させる。その効果は、Ｍｏを０．０１％以上含有させることで発現する。しかし、Ｍｏ含有量が０．５０％を超えると、溶接性および靱性の劣化を招く。したがって、Ｍｏを含有させる場合、Ｍｏ含有量は０．０１〜０．５０％とする。より好ましくは０．０１〜０．３０％である。
【００２８】
Ｖ：０．００１〜０．１００％
Ｖは、炭窒化物を形成することで、鋼の強度を向上させる。その効果は、Ｖを０．００１％以上含有させることで発現する。しかし、Ｖ含有量が０．１００％を超えると、靱性が劣化する。したがって、Ｖを含有させる場合、Ｖ含有量は０．００１〜０．１００％とする。より好ましくは０．００５〜０．０５０％である。
【００２９】
Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％
Ｎｂは、Ｖと同様、炭窒化物を形成することで、鋼の強度を向上させる。その効果は、Ｎｂを０．００５％以上含有させることで発現する。しかし、Ｎｂ含有量が０．０５０％を超えると、靱性が劣化する。したがって、Ｎｂを含有させる場合、Ｎｂ含有量は０．００５〜０．０５０％とする。より好ましくは０．００５〜０．０３０％である。
【００３０】
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％
Ｔｉは、炭窒化物を形成して結晶粒を微細化することにより、鋼の強度および靱性を向上させる。その効果は、Ｔｉを０．００５％以上含有させることで発現する。しかし、Ｔｉ含有量が０．１００％を超えると、溶接部を含めた鋼の靱性が劣化する。したがって、Ｔｉを含有させる場合、Ｔｉ含有量は０．００５〜０．１００％とする。より好ましくは０．００５〜０．０５０％である。
【００３１】
Ａｌ：０．００５〜０．２００％
Ａｌは、脱酸剤として添加され、その含有量を０．００５％以上とすることで脱酸効果が得られる。しかし、Ａｌ含有量が０．２００％を超えると、溶接部の靱性の劣化を招く。したがって、Ａｌを含有させる場合、Ａｌ含有量は０．００５〜０．２００％とする。より好ましくは０．００５〜０．１００％である。
【００３２】
Ｃｕ：０．０１〜０．７０％
Ｃｕは、鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度および靱性を向上させる。その効果は、Ｃｕを０．０１％以上含有させることで発現する。しかし、Ｃｕ含有量が０．７０％を超えると、溶接性および靱性の劣化を招く。したがって、Ｃｕを含有させる場合、Ｃｕ含有量は０．０１〜０．７０％とする。より好ましくは０．０１〜０．５０％である。
【００３３】
Ｃａ：０．０００３〜０．００５０％
Ｃａは、溶接熱影響部の組織を微細化し、靱性を向上させる。その効果は、Ｃａを０．０００３％以上含有させることで発現する。しかし、Ｃａ含有量が０．００５０％を超えると、粗大な介在物を形成して靱性が劣化する。したがって、Ｃａを含有させる場合、Ｃａ含有量は０．０００３〜０．００５０％とする。より好ましくは０．０００３〜０．００３０％である。
【００３４】
Ｂ：０．０００３〜０．００３０％
Ｂは、焼き入れ性を向上させ、圧延後の鋼の強度および靱性を向上させる。その効果は、Ｂを０．０００３％以上含有させることで発現する。しかし、Ｂ含有量が０．００３０％を超えると、溶接部の靱性が劣化する。したがって、Ｂを含有させる場合、Ｂ含有量は０．０００３〜０．００３０％とする。より好ましくは０．０００３〜０．００２０％である。
【００３５】
ＲＥＭ：０．０００３〜０．０１００％
ＲＥＭは、Ｃａと同様、溶接熱影響部の組織を微細化し、靱性を向上させる。その効果は、ＲＥＭを０．０００３％以上含有させることで発現する。しかし、ＲＥＭ含有量が０．０１００％を超えると、粗大な介在物が形成して靱性が劣化する。したがって、ＲＥＭを含有させる場合、ＲＥＭ含有量は０．０００３〜０．０１００％とする。より好ましくは０．０００３〜０．００８０％である。
【００３６】
上記以外の成分はＦｅおよび不可避的不純物である。
【００３７】
２．母材鋼板の鋼組織
また、本発明では、クラッド鋼板を構成する母材鋼板の表層部の組織を、面積率で、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相を合計で８０％以上含む組織とし、かつ、母材鋼板の内部の組織を、面積率で、フェライト相を３０％以上含む組織とすることが重要である。
ここで、母材鋼板の表層部の組織は、合せ材が接合されていない側の面から板厚方向に深さ：１ｍｍの位置で測定される組織とする。
また、母材鋼板の内部の組織は、母材鋼板と合せ材の接合界面から板厚方向に深さ：１ｍｍの位置で測定される組織とする。
以下、母材鋼板の表層部および内部の組織について、説明する。
【００３８】
母材鋼板の表層部の組織：ベイナイト相およびマルテンサイト相の面積率を合計で８０％以上
クラッド鋼板全体の強度を確保するためには、母材鋼板の表層部では、硬度が高いことが望ましい。このため、母材鋼板の表層部の硬質相におけるベイナイト相およびマルテンサイト相の面積率を合計で８０％以上とする。好ましくは９０％以上である。上限については特に限定されず、１００％であってもよい。
また、ベイナイト相およびマルテンサイト相以外の残部組織としては、フェライト相やパーライト相などが含まれていてもよく、これらの残部組織の合計の面積率が２０％以下であれば許容できる。好ましくは１０％以下である。なお、残部組織の面積率は０％であってもよい。
【００３９】
母材鋼板の内部の組織：フェライト相の面積率を３０％以上
クラッド鋼板全体の延性と靱性を確保するためには、母材鋼板の内部は軟質であることが望ましい。このため、母材鋼板の内部の組織では、フェライト相の面積率を３０％以上とする必要がある。好ましくは３５％以上である。より好ましくは４０％以上である。上限については特に限定されるものではないが、全体の強度を確保する観点から、フェライト相の面積率の上限は９５％程度とすることが好ましい。
また、フェライト相以外の残部組織としては、ベイナイト相やマルテンサイト相などが含まれていてもよく、これらの残部組織の合計の面積率が７０％以下であれば許容できる。好ましくは６５％以下、より好ましくは６０％以下である。なお、残部組織の合計の面積率の下限は５％程度とすることが好ましい。
【００４０】
なお、マルテンサイト相およびベイナイト相にはそれぞれ、いわゆる焼き戻しマルテンサイトおよび焼き戻しベイナイトも含まれる。
【００４１】
３．母材鋼板の表層部の硬度と内部の硬度との差：ビッカース硬度で２０以上８０以下
上述したように、母材鋼板の延性、特に、弾性範囲を超えて破断に至るまでの塑性変形範囲における伸びには、母材鋼板の板厚方向における硬度差が大きく影響している。硬質な母材鋼板の表層部と軟質な母材鋼板の内部との硬度差が大きくなり過ぎると、降伏応力を超える引張応力が加えられたときに、歪の局在化によるネッキング現象が早期に発生し、これにより、早期に破断に至る。そのため、母材鋼板の表層部の硬度と内部の硬度との差を、ビッカース硬度で８０以下とする必要がある。好ましくは６０以下である。
ただし、母材鋼板の表層部の硬度と内部の硬度との差が小さくなり過ぎると、強度と延性を両立させることが困難となる。このため、母材鋼板の表層部の硬度と内部の硬度との差は２０以上とする。好ましくは２５以上、より好ましくは３０以上である。
ここで、母材鋼板の表層部の硬度は、合せ材が接合されていない側の面から板厚方向に深さ：１ｍｍの位置で測定される硬度とする。また、母材鋼板の内部の硬度は、母材鋼板と合せ材の接合界面から板厚方向に深さ：１ｍｍの位置で測定される硬度とする。
【００４２】
４．合せ材
本発明のクラッド鋼板では、母材鋼板の片面に、耐食性合金からなる合せ材が接合されている。
ここで、耐食性合金としては、ステンレス鋼（例えば、ＪＩＳで規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６およびＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼や、ＪＩＳで規定されるＳＵＳ３２９Ｊ１やＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ、ＳＵＳ３２３Ｌ、ＳＵＳ８２１Ｌ１、ＳＵＳ３２７Ｌ１等のオーステナイト−フェライト系二相ステンレス鋼（以下、二相ステンレス鋼ともいう））、および、ニッケル基合金（例えば、ＪＩＳで規定されるＮＣＦ６２５やＮＣＦ８２５）などが挙げられ、用途等に応じて適宜選択すればよい。例えば、ケミカルタンカーのカーゴタンク用途には、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）や二相ステンレス鋼などが好適である。
【００４３】
５．製造方法
次に、本発明のクラッド鋼板の好適製造方法について説明する。
まず、上記した母材鋼板の成分組成を有する母材鋼板の素材と、耐食性合金からなる合せ材の素材とを積層してなるスラブを準備する。なお、母材鋼板の素材は、常法により溶製すればよい。
図１に、例としてクラッドスラブ１０の断面図を示す。図１に示したように、母材鋼板の素材１と合せ材の素材２を積層したものを、合せ材の素材同士が対向するように重ね合せることにより、クラッドスラブ１０を形成することができる。この際、合せ材の素材２と合せ材の素材２との間には剥離剤３を塗布することができる。剥離剤３としては、特に限定されないが、Ａｌ２Ｏ３のように比較的安価であり、十分な剥離性を有していることが好ましい。なお、図１中、符号４はスペーサー、６は溶接部である。
このように母材鋼板の素材と合せ材の素材との組合せを、合せ材の素材同士が対向するように積層して重ね合わせると、製造にあたって効率的であり、有利である。なお、冷却時の反りなどを考慮すると、母材鋼板の素材同士および合せ材の素材同士はそれぞれ等厚であることが好ましい。
【００４４】
ついで、上記のスラブを、スラブ厚の１／２位置の温度で１０００℃以上の温度域に加熱したのち、該スラブに、圧下比：２．０以上となる圧延を施して母材鋼板と合せ材とからなるクラッド圧延材とする。
ここで、加熱温度が１０００℃未満になると、高温域での圧延量が十分に確保できず、接合性が劣化する。したがって、合せ材の耐食性の確保、および、合せ材と母材鋼板との接合性の確保の観点から、加熱温度は１０００℃以上とすることが好ましい。より好ましくは１０５０℃以上である。ただし、加熱温度が１３００℃を超えると、結晶粒が粗大化して、母材鋼板の靱性の劣化を招くおそれがあるので、加熱温度は１３００℃以下とすることが好ましい。
また、母材鋼板と合せ材の接合では、高温で圧下することにより金属相互の結合力が得られ、圧下比を２．０以上とすることで母材鋼板と合せ材とを良好に接合することができる。また、圧下比を２．０以上とすることで、母材鋼板の結晶粒が細粒化され、母材鋼板の靱性が向上する。好ましくは３．０以上である。また、圧下比の上限については特に限定されるものではないが、通常、２０.０程度である。
なお、圧下比とは、（圧延前の）スラブの厚さ／（圧延後の）クラッド圧延材の厚さである。
また、合せ材の析出物生成を回避し、耐食性を担保する目的からは、圧延終了時の鋼板表面の温度が９００℃以上であることが望ましい。
【００４５】
ついで、クラッド圧延材を、母材鋼板の表面（合せ材が接合されていない側の母材鋼板の表面）における冷却速度が３０℃／ｓ以上（好ましくは４０℃／ｓ以上）で、かつ、母材鋼板の内部における冷却速度が１５℃／ｓ以下（好ましくは１０℃／ｓ以下）となるように、母材鋼板の表面（合せ材が接合されていない側の母材鋼板の表面）における温度がＡｒ3点以下となるまで冷却する。
なお、Ａｒ３点は次式（２）で計算される値とする。
Ａｒ３（℃）＝８６８−３９６Ｃ＋２５Ｓｉ−６８Ｍｎ−２１Ｃｕ−３６Ｎｉ−２５Ｃｒ−３０Ｍｏ    ・・（２）
ここで、（２）式中の各元素記号は鋼板中の各元素の含有量（質量％）であり、当該元素を含有しない場合は０として計算とする。
合せ材の析出物生成を回避し、耐食性を担保する目的からは、冷却開始温度は８５０℃以上であることが望ましい。
なお、母材鋼板の内部における冷却速度の下限は特に限定されるものではないが、通常０．５℃／ｓ程度である。
また、冷却停止温度の下限は特に限定されるものではないが、母材鋼板の内部における温度で通常２００℃以上である。
このような冷却を行うことで、母材鋼板の表層部の組織を、面積率で、ベイナイト相および／またはマルテンサイト相を合計で８０％以上含む組織とし、かつ、母材鋼板の内部の組織が、面積率で、フェライト相を３０％以上含む組織とすることができる。
【００４６】
なお、上記の冷却を行うには、母材鋼板および合せ材の板厚やスラブの形態などを考慮して、冷却方法および冷却条件を設定する必要がある。
例えば、母材鋼板の素材／合せ材の素材／合せ材の素材／母材鋼板の素材の順に積層したスラブを使用して得たクラッド圧延材（クラッド圧延材の各母材鋼板の厚さが１０ｍｍ、各合せ材の厚さが３ｍｍ）の場合、水冷により、クラッド圧延材を両側から冷却し、クラッド圧延材の表面（合せ材が接合されていない側の母材鋼板の表面）における冷却速度を３０℃／ｓ以上５０℃／ｓ以下とすることで、母材鋼板の内部における冷却速度を１５℃／ｓ以下に制御することができる。
なお、母材鋼板の表面（合せ材が接合されていない側の母材鋼板の表面）の温度は放射温度計や熱電対などにより測定することができる。また、母材鋼板の内部の温度は、板厚、表面温度および冷却条件などから、シミュレーション計算などにより求められる。例えば、差分法を用い、板厚方向の温度分布を計算することにより、母材鋼板の内部の温度が求められる。母材鋼板の表面および内部の冷却速度は、上述のように求められた温度から計算することができる。
【００４７】
ついで、得られたクラッド圧延材に、焼き戻し温度：５５０〜７５０℃、保持時間：１００分以下の焼き戻し処理を施す。このような条件の焼き戻し処理を行うことで、母材鋼板の表層部における硬度が低下して、表層部の硬度と内部の硬度との差が小さくなり、その結果、母材鋼板の延性が向上する。
そのため、焼き戻し温度は５５０〜７５０℃、保持時間は１００分以下とする。好ましい焼き戻し温度は６００〜７００℃である。また、好ましい保持時間は１〜６０分である。
また、ここでいう焼き戻し温度は、クラッド圧延材の母材鋼板部分における板厚方向の板厚１／２位置での温度である。
【００４８】
なお、母材鋼板の素材／合せ材の素材／合せ材の素材／母材鋼板の素材の順に積層したスラブを用いた場合、得られたクラッド圧延材について、剥離剤を塗布した合せ材−合せ材間を剥離することで最終製品板とする。
【実施例】
【００４９】
表１に示す成分成分（残部はＦｅおよび不可避的不純物）の母材鋼板の素材と、表２に示す成分組成（残部はＦｅおよび不可避的不純物）となるオーステナイト系ステンレス鋼あるいはオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼の合せ材の素材とを、母材鋼板の素材（厚さ：６０ｍｍ）／合せ材の素材（厚さ：１８ｍｍ）／合せ材の素材（厚さ：１８ｍｍ）／母材鋼板の素材（厚さ：６０ｍｍ）の順に積層したスラブに、表３に示す条件で圧延を施してクラッド圧延材とし、ついで、得られたクラッド圧延材に、表３に示す条件でＡｒ3点以下の温度までの冷却および焼き戻しを施したのち、合せ材−合せ材間を剥離して、クラッド鋼板を得た。ここで、焼き戻し時間はいずれも１０分とした。なお、表３の製造条件イは、一般的な焼き入れ・焼き戻しプロセスであり、具体的には、クラッド圧延材を、圧延後に冷却したのち、９００℃に再加熱し、再加熱後に水冷を行って室温まで冷却し、その後、再度、５５０℃まで加熱して、その温度で１０分間保持するものである。【００５０】
かくして得られたクラッド鋼板から、種々の試験片を採取し、以下の要領で、（１）金属組織観察、（２）硬さ試験、（３）引張試験、（４）靭性の評価、および（５）耐食性の評価を実施した。これらの結果を表４に示す。【００５１】
（１）金属組織観察
得られたクラッド鋼板から、母材鋼板の表面に平行な面が観察面となるように、組織観察用試験片を採取する。ついで、観察面を研磨し、３ｖｏｌ％ナイタール液で腐食して組織を現出し、組織を走査型電子顕微鏡（倍率：３０００倍）で観察し、撮像する。得られた組織写真から、画像解析により、組織を同定する。
具体的には、母材鋼板の表面（合せ材が接合されていない側）から板厚方向に深さ：１ｍｍの位置において、上記の金属組織観察を１０視野で行い、各視野での組織写真中の各相の占有面積率の平均値を、母材鋼板の表層部における各相の面積率とする。
また、母材鋼板と合せ材の接合界面から板厚方向に深さ：１ｍｍの位置において、上記の金属組織観察を１０視野で行い、各視野での組織写真中の各相の占有面積率の平均値を、母材鋼板の内部における各相の面積率とする。【００５２】
（２）硬さ試験
母材鋼板の表層部の硬度と内部の硬度との差は、ビッカース試験により測定した。具体的には、クラッド鋼板の圧延方向に平行な板厚断面（Ｌ断面）が測定面となるように、母材鋼板から試験片を採取した。そして、採取した試験片を用い、母材鋼板の表層部の硬度および内部の硬度として、それぞれ、母材鋼板の表面（合せ材が接合されていない側）から板厚方向に深さ：１ｍｍの位置、および、母材鋼板と合せ材の接合界面から板厚方向に深さ：１ｍｍの位置で、ビッカース硬度を測定した。ここで、ビッカース硬度は、試験荷重：１０ｋｇｆとしてＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準拠して測定した。ついで、測定した表層部の硬度から内部の硬度を減じ、その値を、母材鋼板の表層部の硬度と内部の硬度との差とした。【００５３】
（３）引張試験
母材の強度と伸びを引張試験により評価した。具体的には、クラッド鋼板から、合せ材部分を機械加工によって取り除き、母材鋼板部分からＪＩＳ  １Ａ号の引張試験片を採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠する引張試験を実施し、引張強さ（ＴＳ）および全伸び（Ｅｌ）を求めた。そして、引張強さ（ＴＳ）が４９０ＭＰａ以上のものを強度が良好と、また、全伸び（Ｅｌ）が１６．０％以上のものを延性が良好であるとそれぞれ評価した。【００５４】
（４）靱性の評価
靭性は、シャルピー衝撃試験によって評価した。具体的には、母材鋼板からシャルピー衝撃試験片（長さ：５５ｍｍ×幅：１０ｍｍ×高さ：１０ｍｍ、ノッチ形状：（板厚方向断面に設けた）Ｖノッチ）を採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に準拠したシャルピー衝撃試験を行った。そして、−４０℃におけるシャルピー衝撃試験で測定される吸収エネルギーが１００Ｊを超えるものを靭性が良好であると評価した。【００５５】
（５）耐食性の評価
耐食性は、硫酸・硫酸銅腐食試験によって評価した。具体的には、クラッド鋼板の合せ材部分から１ｍｍ×１０ｍｍ×７０ｍｍの腐食試験片をそれぞれ採取し、採取した腐食試験片を用いて、ＪＩＳ  Ｇ  ０５７５（２０１２）に準拠した硫酸・硫酸銅腐食試験を実施した。そして、曲げ試験後の曲げ頂点に割れが生じていないものを耐食性が良好であると評価した。【００５６】
【表１】
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【００５７】
【表２】
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【００５８】
【表３】
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【００５９】
【表４】
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【００６０】
表４より、発明例はいずれも、高強度と高靭性、さらには耐食性を確保しつつ、延性にも優れていることがわかる。
一方、Ｎｏ．２５では、母材鋼板のＣ含有量が多すぎるため、母材鋼板の内部において十分な量のフェライト相が形成されず、延性および靱性に劣っていた。
Ｎｏ．２６では、母材鋼板のＣｅｑが十分ではないため、焼き入れ性が不十分となって、十分な強度が得られなかった。
Ｎｏ．２７では、母材鋼板のＣｅｑが大きすぎるため、母材鋼板の内部において十分な量のフェライト相が形成されず、靱性に劣っていた。また、延性にも劣っていた。
Ｎｏ．２８では、圧延後に冷却したクラッド鋼板を、９００℃に再加熱したことに伴い、耐食性が劣化した。
Ｎｏ．２９では、圧延後の冷却における母材鋼板の表面での冷却速度が十分ではないため、母材鋼板の表層部において十分な量のベイナイト相およびマルテンサイト相が形成されず、強度に劣っていた。
Ｎｏ．３０では、圧延後の冷却における母材鋼板の内部での冷却速度が速すぎるため、母材鋼板の内部において十分な量のフェライト相が形成されず、靱性に劣っていた。
Ｎｏ．３１では、圧延後の冷却における表面での冷却速度が十分ではないため、母材鋼板の表層部において十分な量のベイナイト相およびマルテンサイト相が形成されず、強度に劣っていた。また、圧延後の冷却における母材鋼板の内部での冷却速度が速すぎるため、母材鋼板の内部において十分な量のフェライト相が形成されず、靱性に劣っていた。
【符号の説明】
【００６１】
１    母材鋼板の素材
２    合せ材の素材
３    剥離剤
４    スペーサー
５    溶接部
１０  クラッドスラブ
【図１】
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【国際調査報告】
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2019130914.tif 000008
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