(57)【要約】【課題】曲げ加工性および耐摩耗性の両立を高い水準で実現するクラッド鋼板について提供する。【解決手段】母材に合せ材を接合してなるクラッド鋼板であって、前記合せ材は、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．２９０％、Ｓｉ：０．０１〜２．００％、Ｍｎ：０．１０〜２．５０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｎ：０．０１％以下およびＯ：０．０１％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物の成分組成を有し、かつ表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さが５２５ＨＢＷ  １０／３０００未満とし、前記母材は、質量％で、Ｃ：０．３４％超え０．５０％以下％、Ｓｉ：０．０１〜２．００％、Ｍｎ：０．１０〜２．５０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｎ：０．０１％以下およびＯ：０．０１％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物である成分組成を有し、かつ表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さが５６０〜６９０ＨＢＷ  １０／３０００、前記母材の板厚をｔMおよび前記合せ材の板厚をｔcとしたとき、ｔc／（ｔM＋ｔc）が０．０５〜０．５０とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材に合せ材を接合してなるクラッド鋼板であって、
前記合せ材は、質量％で、
Ｃ：０．００１％以上０．２９０％以下、
Ｓｉ：０．０１％以上２．００％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上２．５０％以下、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、
Ｎ：０．０１％以下および
Ｏ：０．０１％以下
を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物の成分組成を有し、かつ表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さが５２５ＨＢＷ  １０／３０００未満であり、
前記母材は、質量％で、
Ｃ：０．３４％超え０．５０％以下、
Ｓｉ：０．０１％以上２．００％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上２．５０％以下、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、
Ｎ：０．０１％以下および
Ｏ：０．０１％以下
を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物である成分組成を有し、かつ表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さが５６０〜６９０ＨＢＷ  １０／３０００であり、
前記母材の板厚をｔMおよび前記合せ材の板厚をｔcとしたとき、ｔc／（ｔM＋ｔc）が０．０５〜０．５０であるクラッド鋼板。
【請求項２】
前記合せ材および前記母材の少なくともいずれか一方の成分組成は、さらに、質量％で、
Ｃｕ：０．０１〜２．００％、
Ｎｉ：０．０１〜５．００％、
Ｃｒ：０．２〜２．０％、
Ｍｏ：０．０１〜３．００％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、
Ｖ：０．００１〜１．０００％、
Ｗ：０．０１〜１．５０％、
Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、
Ｃａ：０．０００１〜０．０２００％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０２００％および
ＲＥＭ：０．０００５〜０．０５００％
から選択される１種または２種以上を含む、請求項１に記載のクラッド鋼板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の成分組成を有する母材と請求項１または２に記載の成分組成を有する合せ材とを、仕上げ温度が８５０℃以上の熱間圧延により接合し、引き続き、前記母材の表面から１ｍｍ深さの位置での温度が８００℃から３００℃までの平均冷却速度が３０℃／ｓ以上となる、焼入れを行う請求項１または２に記載のクラッド鋼板の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のクラッド鋼板の製造方法において、
さらに、前記焼入れされた熱延鋼板に、１００〜３００℃での焼戻しを施すクラッド鋼板の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の成分組成を有する母材と請求項１または２に記載の成分組成を有する合せ材とを、熱間圧延により接合し、次いで、前記母材表面温度を８５０〜１０００℃とする再加熱を行ってから母材表面から１ｍｍ深さの位置での温度が８００℃から３００℃までの平均冷却速度が３０℃／ｓ以上となる焼入れを行う請求項１または２に記載のクラッド鋼板の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のクラッド鋼板の製造方法において、
さらに、前記焼入れされた熱延鋼板を、１００〜３００℃で焼戻すクラッド鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学成分の異なる２種類の鋼板を接合したクラッド鋼板、特に曲げ加工性および耐摩耗性を高い水準で両立させたクラッド鋼板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建設、土木、鉱業などの分野で使用される産業機械、部品、運搬機器（例えば、ダンプベッセル、コンテナ、バケットコンベヤー、ショベルカー、シューター）などは、岩石、砂、鉱石などによる摩耗にさらされる。従って、前記産業機械、部品、運搬機器などに用いられる鋼板は、それらの寿命を向上させるために耐摩耗性に優れることが求められる。
【０００３】
鋼板の耐摩耗性は、硬さを高くすることで向上できることが知られている。そのため、多量のＣとＭｎ等の合金元素を添加した炭素鋼に焼入等の熱処理を行うことによって得られる高硬度鋼が、耐摩耗鋼として幅広く用いられてきた。
【０００４】
一方、鋼材の硬さを高くすると、延性の低下に起因して曲げ加工性が低下するのが一般的である。ところで、前記産業機械、部品、運搬機器などを作製する際、工程負荷の高い溶接施工を省略することを所期して、曲げ加工による成形が行われている。そのような場合に、鋼材の硬さを高くすると、これら製品への適用が難しくなる。
【０００５】
そこで、従来、曲げ加工性および耐摩耗性の両立に関する検討は行われており、例えば特許文献１〜３には、マルテンサイト以外の軟質組織に硬質粒子を分散させて曲げ加工性と耐摩耗性の両立を図ることが提案されている。特許文献４には、室温における硬度を抑えたものが開示されている。しかしながら、いずれの手法も、曲げ加工性および耐摩耗性のバランスを劇的に改善するまでには到っていない。
【０００６】
また、特許文献５および６には、異なる材料を積層させたクラッド型の高性能耐摩耗鋼板が開示されている。すなわち、特許文献５に記載の技術では、高靱性かつ低硬度である構造用鋼の厚み比を５０％以上とすることによって高靱性化を可能にしているが、軟質材の厚み比が厚すぎるためクラッド鋼全体の耐摩耗性能は低位である。一方、特許文献６に記載の技術では、鋳鉄をクラッド化することによって耐摩耗性の向上を図っているが、鋳鉄は脆性材料のため曲げ加工性は劣位である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１９７８１３号公報
【特許文献２】特開２００８−１６９４４３号公報
【特許文献３】特開２００９−７６６５号公報
【特許文献４】国際公開番号ＷＯ２００９／０８７９９０
【特許文献５】特公平６−１５６８６号公報
【特許文献６】特開昭６１−２４５９８５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、上記した従来技術の問題である、曲げ加工性および耐摩耗性の両立を高い水準で実現するクラッド鋼板について提供することを目的とする。また、本発明は、前記クラッド鋼板を製造する方法について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った結果、以下の知見を得た。すなわち、曲げ加工性および耐摩耗性が要求される製品の内、例えばダンプベッセルやコンテナ等の容器状のものは、摩耗環境にさらされるのは主に製品（容器）の内側であるため、耐摩耗性が要求されるのは製品の内面側となる片面のみである。一方、鋼板の曲げ加工時の割れは、通常引張方向の歪が最大となる曲げ加工時の外面側の鋼板最表面近傍で発生する。すわなち、鋼板の曲げ加工性は鋼板表層の特性が支配的であると言える。
【００１０】
以上を踏まえ検討を加えたところ、硬度が高く耐摩耗性に優れる鋼板を母材として、さらに曲げ加工性の向上のために母材の片面のみに合せ材として軟質鋼板を接合させたクラッド鋼板とすることによって、容器状製品としての曲げ加工性と耐摩耗性を高い水準で両立させることが可能であることを新規に見出すに到った。ここで、硬度が小さく延性の良好な鋼板を合せ材として貼り合せるクラッド化が有効であるが、合せ材の板厚が薄すぎるとその効果は小さく、曲げ外面最表層に近い母材部で割れが発生すること、一方、軟質、高延性の合せ材の板厚がクラッド鋼板の板厚の５０％を超えても曲げ加工性向上効果は飽和すること、も併せて知見した。また、曲げ加工性と耐摩耗性を高い水準で両立させたクラッド鋼板を製造するには、耐摩耗鋼性が要求される母材表層の硬度を確保するために、オーステナイト単相域から焼入れを行いマルテンサイト組織が得られる冷却条件とすることが有利であるとの知見を得た。なお、母材および合せ材がともに炭素鋼であるクラッド鋼板とすることは、ステンレス鋼や非鉄合金を合せ材に用いたクラッド鋼板に比べて合金コストを大幅に抑制できる点でも有利である。
【００１１】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は次のとおりである。
１．母材に合せ材を接合してなるクラッド鋼板であって、
前記合せ材は、質量％で、
Ｃ：０．００１％以上０．２９０％以下、
Ｓｉ：０．０１％以上２．００％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上２．５０％以下、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、
Ｎ：０．０１％以下および
Ｏ：０．０１％以下
を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物の成分組成を有し、かつ表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さが５２５ＨＢＷ  １０／３０００未満であり、
前記母材は、質量％で、
Ｃ：０．３４％超え０．５０％以下、
Ｓｉ：０．０１％以上２．００％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上２．５０％以下、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、
Ｎ：０．０１％以下および
Ｏ：０．０１％以下
を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物である成分組成を有し、かつ表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さが５６０〜６９０ＨＢＷ  １０／３０００であり、
前記母材の板厚をｔMおよび前記合せ材の板厚をｔcとしたとき、ｔc／（ｔM＋ｔc）が０．０５〜０．５０であるクラッド鋼板。
【００１２】
２．前記合せ材および前記母材の少なくともいずれか一方の成分組成は、さらに、質量％で、
Ｃｕ：０．０１〜２．００％、
Ｎｉ：０．０１〜５．００％、
Ｃｒ：０．２〜２．０％、
Ｍｏ：０．０１〜３．００％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、
Ｖ：０．００１〜１．０００％、
Ｗ：０．０１〜１．５０％、
Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、
Ｃａ：０．０００１〜０．０２００％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０２００％および
ＲＥＭ：０．０００５〜０．０５００％
から選択される１種または２種以上を含む、前記１に記載のクラッド鋼板。
【００１３】
３．前記１または２に記載の成分組成を有する母材と前記１または２に記載の成分組成を有する合せ材とを、仕上げ温度が８５０℃以上の熱間圧延により接合し、引き続き、前記母材の表面から１ｍｍ深さの位置での温度が８００℃から３００℃までの平均冷却速度が３０℃／ｓ以上となる、焼入れを行う前記１または２に記載のクラッド鋼板の製造方法。
【００１４】
４．前記３に記載のクラッド鋼板の製造方法において、
さらに、前記焼入れされた熱延鋼板に、１００〜３００℃での焼戻しを施すクラッド鋼板の製造方法。
【００１５】
５．前記１または２に記載の成分組成を有する母材と前記１または２に記載の成分組成を有する合せ材とを、熱間圧延により接合し、次いで、前記母材表面温度を８５０〜１０００℃とする再加熱を行ってから母材表面から１ｍｍ深さの位置での温度が８００℃から３００℃までの平均冷却速度が３０℃／ｓ以上となる焼入れを行う前記１または２に記載のクラッド鋼板の製造方法。
【００１６】
６．前記５に記載のクラッド鋼板の製造方法において、
さらに、前記焼入れされた熱延鋼板を、１００〜３００℃で焼戻すクラッド鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高耐摩耗性材料による母材に、軟質かつ高延性の材料による合せ材を所定の厚み比にして接合したクラッド鋼板を提供することができる。該クラッド鋼板を、例えば容器状製品の内面側が母材に、かつ同外面側が合せ材になるように適用することによって、容器状製品の内面側に高い硬度および耐摩耗性を与えると共に、同外面側には優れた曲げ加工性を付与することが可能になる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明のクラッド鋼板について具体的に説明する。本発明のクラッド鋼板は、母材に合せ材を接合してなり、該母材および合せ材が以下の成分組成を有することが重要である。そこで、まず本発明において鋼の成分組成を限定する理由を成分毎に説明する。なお、成分組成に関する「％」は、特に断らない限り「質量％」を意味するものとする。
【００１９】
[合せ材の成分組成]
Ｃ：０．００１％以上０．２９０％以下
Ｃは、硬度と延性に最も影響を与える元素である。すなわち、Ｃ含有量が０．２９０％を超えると、硬度が高くなって曲げ加工性が低下するため、０．２９０％以下とする。一方、Ｃ含有量を０．００１％未満にするには、製鋼コストが著しく大きくなることから、０．００１％以上とする。さらに、好ましいＣの範囲は、０．００３〜０．２８０％である。
【００２０】
Ｓｉ：０．０１％以上２．００％以下
Ｓｉは、銑鉄中に不可避的に含まれる元素であり、多量に含有すると溶接性を低下させるため、Ｓｉ含有量は２．００％以下とする。一方、Ｓｉ含有量を０．０１％未満まで低減するには、多大な製鋼コストを要することから、０．０１％以上は許容される。さらに、好ましいＳｉ含有量の範囲は０．０５〜１．８０％以下である。
【００２１】
Ｍｎ：０．１０％以上２．５０％以下
Ｍｎは、銑鉄中に不可避的に含まれる元素であり、多量に含有すると溶接性を低下させるため、Ｍｎ含有量は２．５０％以下とする。一方、Ｍｎ含有量を０．１０％未満まで低減するには、多大な製鋼コストを要することから、０．１０％以上は許容される。さらに、好ましいＭｎ含有量の範囲は０．２０〜２．００％である。
【００２２】
Ｐ：０．０２５％以下
Ｐは、脆化効果の大きい元素であり、多量に含有すると、鋼の延性および靭性を低下させる。そのため、Ｐ含有量は０．０２５％以下とする。さらに、Ｐ含有量を０．０２０％以下とすることが好ましい。一方、Ｐは少ないほど好ましいため、Ｐ含有量の下限は特に限定されないが、過度の低Ｐ化は精錬時間の増加やコストの上昇を招くため、Ｐ含有量を０．００１％以上とすることが好ましい。
【００２３】
Ｓ：０．０２％以下
Ｓは、脆化効果の大きい元素であり、多量に含有すると、鋼の延性、靭性を低下させる。そのため、Ｓ含有量を０．０２％以下とする。さらに、Ｓ含有量を０．０１５％以下とすることが好ましい。一方、Ｓは少ないほど好ましいため、Ｓ含有量の下限は特に限定されないが、過度の低Ｓ化は精錬時間の増加やコストの上昇を招くため、Ｓ含有量を０．０００１％以上とすることが好ましい。
【００２４】
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下
Ａｌは、脱酸剤として有効である。その効果を得るためにはＡｌ含有量を０．００１％以上とする必要がある。一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えると、鋼素材や鋼板の清浄度が低下し、その結果、延性および靭性が低下する。そのため、Ａｌ含有量を０．００１〜０．１００％とする。好ましくは、０．００５〜０．０８０％の範囲である。
【００２５】
Ｎ：０．０１％以下
Ｎは、延性および靭性を低下させる元素であるため、Ｎ含有量は０．０１％以下とする。一方、Ｎは少ないほど好ましいため、Ｎ含有量の下限は特に限定されないが、過度の低Ｎ化は精錬時間の増加やコストの上昇を招くため、Ｎ含有量は０．０００５％以上とすることが好ましい。
【００２６】
Ｏ：０．０１％以下
Ｏは、延性および靭性を低下させる元素であるため、Ｏ含有量を０．０１％以下とする。一方、Ｏは少ないほど好ましいため、Ｏ含有量の下限は特に限定されないが、過度の低Ｏ化は精錬時間の増加やコストの上昇を招くため、Ｏ含有量は０．０００５％以上とすることが好ましい。
【００２７】
本発明のクラッド鋼板の合せ材は、上記した成分を基本組成とするが、さらに耐食性や靱性の調整、溶接性の向上を目的として、必要に応じて、Ｃｕ：０．０１〜２．００％、Ｎｉ：０．０１〜５．００％、Ｃｒ：０．２〜２．０％、Ｍｏ：０．０１〜３．００％、Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、Ｖ：０．００１〜１．０００％、Ｗ：０．０１〜１．５０％、Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、Ｃａ：０．０００１〜０．０２００％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０２００％およびＲＥＭ：０．０００５〜０．０５００％の群より選択される１種または２種以上を含有することができる。
【００２８】
Ｃｕ：０．０１〜２．００％
Ｃｕは、耐食性を向上させる元素である。その効果を得るために、Ｃｕ含有量を０．０１％以上とする。一方、Ｃｕ含有量が２．００％を超えると、スケール直下に生成するＣｕ濃化層に起因する鋼板割れが問題となる。そのため、Ｃｕを添加する場合、含有量を０．０１〜２．００％とする。さらに、Ｃｕ含有量は０．０５〜１．５０％とすることが好ましい。
【００２９】
Ｎｉ：０．０１〜５．００％
Ｎｉは、靭性を向上させる効果を有する元素である。前記効果を得るために、Ｎｉ含有量を０．０１％以上とする。一方、Ｎｉ含有量が５．００％を超えると製造コストの増加が問題となる。そのため、Ｎｉを添加する場合、Ｎｉ含有量を０．０１〜５．００％とする。さらに、Ｎｉ含有量は０．０５〜４．５０％とすることが好ましい。
【００３０】
Ｃｒ：０．２〜２．０％
Ｃｒは、耐食性を向上させる元素である。その効果を得るために、Ｃｒ含有量は０．２％以上とする。一方、Ｃｒ含有量が２．０％を超えると溶接性が低下する。そのため、Ｃｒ含有量を０．２〜２．０％とする。さらに、Ｃｒ含有量は０．３〜１．５％とすることが好ましい。
【００３１】
Ｍｏ：０．０１〜３．００％
Ｍｏは、耐食性を向上させる元素である。その効果を得るためにはＭｏ含有量を０．０１％以上とする必要がある。しかし、Ｍｏ含有量が３．００％を超えると溶接性が低下する。そのため、Ｍｏを添加する場合、Ｍｏ含有量を０．０１〜３．００％とする。さらに、Ｍｏ含有量は０．０５〜２．００％とすることが好ましい。
【００３２】
Ｎｂ：０．００５〜０．１００％
Ｎｂは、靱性を向上させる元素である。その効果を得るためには、Ｎｂ含有量を０．００５％以上とする必要がある。一方、Ｎｂ含有量が０．１００％を超えると、溶接性が低下する。そのため、Ｎｂ含有量を０．００５〜０．１００％とする。さらに、Ｎｂ含有量は０．０１０〜０．０８０％とすることが好ましい。
【００３３】
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％
Ｔｉは、ＴｉＮとして析出することで溶接性を向上させる効果を有する元素である。前記効果を得るためには、Ｔｉ含有量を０．００５％以上とすることが必要である。一方、Ｔｉ含有量が０．１００％を超えると、鋼の清浄度が低下し、その結果、延性および靭性が低下する。そのため、Ｔｉ含有量を０．００５〜０．１００％とする。さらに、Ｔｉ含有量は０．０１０〜０．０８０％とすることが好ましい。
【００３４】
Ｖ：０．００１〜１．０００％
Ｖは、靱性を向上させる元素である。その効果を得るためには、Ｖ含有量を０．００１％以上とする必要がある。一方、Ｖ含有量が１．０００％を超えると、溶接性が低下する。そのため、Ｖ含有量を０．００１〜１．０００％とする。さらに、Ｖ含有量は０．００５〜０．８００％とすることが好ましい。
【００３５】
Ｗ：０．０１〜１．５０％
Ｗは、鋼の耐食性を向上させる効果を有する元素である。前記効果を得るために、Ｗ含有量を０．０１％以上とする。一方、Ｗ含有量が１．５０％を超えると、溶接性が低下する。そのため、Ｗを添加する場合、Ｗ含有量を０．０１〜１．５０％とする。さらに、Ｗ含有量は０．０５〜１．３０％とすることが好ましい。
【００３６】
Ｂ：０．０００５〜０．０１００％
Ｂは、ＢＮとして析出することで鋼中の固溶Ｎ量を低減し、溶接性を向上させる効果を有する元素である。前記効果を得るためには、Ｂ含有量を０．０００５％以上とする必要がある。一方、Ｂ含有量が０．０１００％を超えると、溶接性が低下する。そのため、Ｂ含有量を０．０００５〜０．０１００％とする。さらに、Ｂ含有量は０．００１０〜０．０８００％とすることが好ましい。
【００３７】
Ｃａ：０．０００１〜０．０２００％
Ｃａは、高温での安定性が高い酸硫化物を形成することで溶接性を向上させる元素である。前記効果を得るために、Ｃａ含有量を０．０００１％以上とする。一方、Ｃａ含有量が０．０２００％を超えると、清浄度が低下して鋼の靭性が損なわれる。そのため、Ｃａを添加する場合は、含有量を０．０００１〜０．０２００％とする。さらに、Ｃａ含有量は０．０００５〜０．０１５０％とすることが好ましい。
【００３８】
Ｍｇ：０．０００１〜０．０２００％
Ｍｇは、高温での安定性が高い酸硫化物を形成することで溶接性を向上させる元素である。前記効果を得るためには、Ｍｇ含有量を０．０００１％以上とする。一方、Ｍｇ含有量が０．０２００％を超えると、Ｍｇの添加効果が飽和して含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。そのため、Ｍｇを添加する場合は、含有量を０．０００１〜０．０２００％とする。さらに、Ｍｇ含有量は０．０００５〜０．０１５０％とすることが好ましい。
【００３９】
ＲＥＭ：０．０００５〜０．０５００％
ＲＥＭ（希土類金属）は、高温での安定性が高い酸硫化物を形成することで溶接性を向上させる元素である。前記効果を得るために、ＲＥＭ含有量を０．０００５％以上とする。一方、ＲＥＭ含有量が０．０５００％を超えると、ＲＥＭの添加効果が飽和して含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。そのため、ＲＥＭを添加する場合は、含有量を０．０００５〜０．０５００％とする。さらに、ＲＥＭ含有量は０．００１０〜０．０４５０％とすることが好ましい。
本発明のクラッド鋼板に用いる合せ材は、以上の成分を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物である。
【００４０】
[母材の成分組成]
Ｃ：０．３４％超え０．５０％以下
Ｃは、硬度と延性に最も寄与する元素である。すなわち、Ｃ含有量が０．３４％以下であると、耐摩耗鋼として必要な硬度が得られない。一方、Ｃ含有量が０．５０％を超えると、溶接性が低下する。そのため、本発明ではＣ含有量を０．３４％超え０．５０％以下とする。さらに、好ましいＣの範囲は０．３５〜０．４８％である。
【００４１】
Ｓｉ：０．０１％以上２．００％以下
Ｓｉは、銑鉄中に不可避的に含まれる元素であり、多量に含有すると溶接性を低下させるため、Ｓｉ含有量は２．００％以下とする。一方、Ｓｉ含有量を０．０１％未満まで低減するには、多大な製鋼コストを要することから、０．０１％以上は許容される。さらに、好ましいＳｉ含有量の範囲は０．０５〜１．８０％以下である。
【００４２】
Ｍｎ：０．１０％以上２．５０％以下
Ｍｎは、銑鉄中に不可避的に含まれる元素であり、多量に含有すると溶接性を低下させるため、Ｍｎ含有量は２．５０％以下とする。一方、Ｍｎ含有量を０．１０％未満まで低減するには、多大な製鋼コストを要することから、０．１０％以上は許容される。さらに、好ましいＭｎ含有量の範囲は０．２０〜２．００％である。
【００４３】
Ｐ：０．０２５％以下
Ｐは、脆化効果の大きい元素であり、多量に含有すると、鋼の延性および靭性を低下させる。そのため、Ｐ含有量を０．０２５％以下とする。さらに、Ｐ含有量は０．０２０％以下とすることが好ましい。一方、Ｐは少ないほど好ましいため、Ｐ含有量の下限は特に限定されないが、過度の低Ｐ化は精錬時間の増加やコストの上昇を招くため、Ｐ含有量を０．００１％以上とすることが好ましい。
【００４４】
Ｓ：０．０２％以下
Ｓは、脆化効果の大きい元素であり、多量に含有すると、鋼の延性、靭性を低下させる。そのため、Ｓ含有量を０．０２％以下とする。さらに、Ｓ含有量を０．０１５％以下とすることが好ましい。一方、Ｓは少ないほど好ましいため、Ｓ含有量の下限は特に限定されないが、過度の低Ｓ化は精錬時間の増加やコストの上昇を招くため、Ｓ含有量を０．０００１％以上とすることが好ましい。
【００４５】
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下
Ａｌは、脱酸剤として有効である。その効果を得るためにはＡｌ含有量を０．００１％以上とする必要がある。一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えると、鋼素材や鋼板の清浄度が低下し、その結果、延性および靭性が低下する。そのため、Ａｌ含有量を０．００１〜０．１００％とする。好ましくは、０．００５〜０．０８０％の範囲である。
【００４６】
Ｎ：０．０１％以下
Ｎは、延性および靭性を低下させる元素であるため、Ｎ含有量を０．０１％以下とする。一方、Ｎは少ないほど好ましいため、Ｎ含有量の下限は特に限定されないが、過度の低Ｎ化は精錬時間の増加やコストの上昇を招くため、Ｎ含有量は０．０００５％以上とすることが好ましい。
【００４７】
Ｏ：０．０１％以下
Ｏは、延性および靭性を低下させる元素であるため、Ｏ含有量を０．０１％以下とする。一方、Ｏは少ないほど好ましいため、Ｏ含有量の下限は特に限定されないが、過度の低Ｏ化は精錬時間の増加やコストの上昇を招くため、Ｏ含有量は０．０００５％以上とすることが好ましい。
【００４８】
本発明のクラッド鋼板の母材は、上記した成分を基本組成とするが、さらに耐食性や靱性の調整、溶接性の向上を目的として、必要に応じて、Ｃｕ：０．０１〜２．００％、Ｎｉ：０．０１〜５．００％、Ｃｒ：０．２〜２．０％、Ｍｏ：０．０１〜３．００％、Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、Ｖ：０．００１〜１．０００％、Ｗ：０．０１〜１．５０％、Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、Ｃａ：０．０００１〜０．０２００％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０２００％、およびＲＥＭ：０．０００５〜０．０５００％の群より選択される１種または２種以上を含有することができる。
【００４９】
Ｃｕ：０．０１〜２．００％
Ｃｕは、耐食性を向上させる元素である。その効果を得るために、Ｃｕ含有量を０．０１％以上とする。一方、Ｃｕ含有量が２．００％を超えると、スケール直下に生成するＣｕ濃化層に起因する鋼板割れが問題となる。そのため、Ｃｕを添加する場合は、含有量を０．０１〜２．００％とする。さらに、Ｃｕ含有量は０．０５〜１．５０％とすることが好ましい。
【００５０】
Ｎｉ：０．０１〜５．００％
Ｎｉは、靭性を向上させる効果を有する元素である。前記効果を得るために、Ｎｉ含有量を０．０１％以上とする。一方、Ｎｉ含有量が５．００％を超えると製造コストの増加が問題となる。そのため、Ｎｉを添加する場合は、含有量を０．０１〜５．００％とする。さらに、Ｎｉ含有量は０．０５〜４．５０％とすることが好ましい。
【００５１】
Ｃｒ：０．２〜２．０％
Ｃｒは、耐食性を向上させる元素である。その効果を得るために、Ｃｒ含有量を０．２％以上とする。一方、Ｃｒ含有量が２．０％を超えると溶接性が低下する。そのため、Ｃｒ含有量を０．２〜２．０％とする。さらに、Ｃｒ含有量は０．３〜１．５％とすることが好ましい。
【００５２】
Ｍｏ：０．０１〜３．００％
Ｍｏは、耐食性を向上させる元素である。その効果を得るためにはＭｏ含有量を０．０１％以上とする。しかし、Ｍｏ含有量が３．００％を超えると溶接性が低下する。そのため、Ｍｏを添加する場合は、含有量を０．０１〜３．００％とする。さらに、Ｍｏ含有量は０．０５〜２．００％とすることが好ましい。
【００５３】
Ｎｂ：０．００５〜０．１００％
Ｎｂは、靱性を向上させる元素である。その効果を得るためには、Ｎｂ含有量を０．００５％以上とする必要がある。一方、Ｎｂ含有量が０．１００％を超えると、溶接性が低下する。そのため、Ｎｂ含有量を０．００５〜０．１００％とする。さらに、Ｎｂ含有量は０．０１０〜０．０８０％とすることが好ましい。
【００５４】
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％
Ｔｉは、ＴｉＮとして析出することで溶接性を向上させる効果を有する元素である。前記効果を得るためには、Ｔｉ含有量を０．００５％以上とする。一方、Ｔｉ含有量が０．１００％を超えると、鋼の清浄度が低下し、その結果、延性および靭性が低下する。そのため、Ｔｉ含有量を０．００５〜０．１００％とする。さらに、Ｔｉ含有量は０．０１０〜０．０８０％とすることが好ましい。
【００５５】
Ｖ：０．００１〜１．０００％
Ｖは、靱性を向上させる元素である。その効果を得るためには、Ｖ含有量を０．００１％以上とする必要がある。一方、Ｖ含有量が１．０００％を超えると、溶接性が低下する。そのため、Ｖ含有量を０．００１〜１．０００％とする。さらに、Ｖ含有量は０．００５〜０．８００％とすることが好ましい。
【００５６】
Ｗ：０．０１〜１．５０％
Ｗは、鋼の耐食性を向上させる効果を有する元素である。前記効果を得るために、Ｗ含有量を０．０１％以上とする。一方、Ｗ含有量が１．５０％を超えると、溶接性が低下する。そのため、Ｗを添加する場合、Ｗ含有量を０．０１〜１．５０％とする。さらに、Ｗ含有量は０．０５〜１．３０％とすることが好ましい。
【００５７】
Ｂ：０．０００５〜０．０１００％
Ｂは、ＢＮとして析出することで鋼中の固溶Ｎ量を低減し、溶接性を向上させる効果を有する元素である。前記効果を得るためには、Ｂ含有量を０．０００５％以上とする。一方、Ｂ含有量が０．０１００％を超えると、溶接性が低下する。そのため、Ｂ含有量を０．０００５〜０．０１００％とする。さらに、Ｂ含有量は０．００１０〜０．０８００％とすることが好ましい。
【００５８】
Ｃａ：０．０００１〜０．０２００％
Ｃａは、高温での安定性が高い酸硫化物を形成することで溶接性を向上させる元素である。前記効果を得るために、Ｃａ含有量を０．０００１％以上とする。一方、Ｃａ含有量が０．０２００％を超えると、清浄度が低下して鋼の靭性が損なわれる。そのため、Ｃａを添加する場合は、含有量を０．０００１〜０．０２００％とする。さらに、Ｃａ含有量は０．０００５〜０．０１５０％とすることが好ましい。
【００５９】
Ｍｇ：０．０００１〜０．０２００％
Ｍｇは、高温での安定性が高い酸硫化物を形成することで溶接性を向上させる元素である。前記効果を得るためには、Ｍｇ含有量を０．０００１％以上とする。一方、Ｍｇ含有量が０．０２００％を超えると、Ｍｇの添加効果が飽和して含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。そのため、Ｍｇを添加する場合は、含有量を０．０００１〜０．０２００％とする。さらに、Ｍｇ含有量は０．０００５〜０．０１５０％とすることが好ましい。
【００６０】
ＲＥＭ：０．０００５〜０．０５００％
ＲＥＭ（希土類金属）は、高温での安定性が高い酸硫化物を形成することで溶接性を向上させる元素である。前記効果を得るために、ＲＥＭ含有量を０．０００５％以上とする。一方、ＲＥＭ含有量が０．０５００％を超えると、ＲＥＭの添加効果が飽和して含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。そのため、ＲＥＭを添加する場合は、含有量を０．０００５〜０．０５００％とする。さらに、ＲＥＭ含有量は０．００１０〜０．０４５０％とすることが好ましい。
本発明のクラッド鋼板に用いる母材は、以上の成分を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物である。
【００６１】
［クラッド鋼板の組織的特徴］
次に、本発明のクラッド鋼板では、上記成分組成を有することに加えて、合せ材の表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さが５２５ＨＢＷ  １０／３０００未満であり、母材の表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さが５６０〜６９０ＨＢＷ  １０／３０００であり、かつ母材の板厚をｔMおよび合せ材の板厚をｔcとしたとき、ｔc／（ｔM＋ｔc）が０．０５〜０．５０であることが肝要である。この組織について限定する理由を、以下に説明する。
【００６２】
合せ材の表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さが：５２５ＨＢＷ  １０／３０００未満
曲げ加工性は、曲げ加工時の外面側の最表層近傍の延性に支配される。クラッド鋼板の合せ材が曲げ加工時の外面側に来る向きで曲げ加工する場合、合せ材の表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さが５２５ＨＢＷ  １０／３０００以上では、合せ材の延性が不足しクラッド化による曲げ加工性向上効果が得られない。そのため、合せ材の表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さを５２５ＨＢＷ  １０／３０００未満とした。
【００６３】
母材の表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さ：５６０〜６９０ＨＢＷ  １０／３０００
ダンプベッセルやコンテナの様な容器状製品の内側にクラッド鋼板の母材を配する向きで適用する場合、母材表層部分の耐摩耗性が製品寿命の支配因子となる。優れた耐摩耗性を確保するには、母材の表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さを５６０ＨＢＷ  １０／３０００以上とする必要がある。一方、同ブリネル硬さが６９０ＨＢＷ  １０／３０００を超える場合、母材の延性が低下し曲げ加工性が低くなるため、高曲げ加工性素材の合せ材を表層にクラッド化しても、母材部分での割れが生じやすくなる。そのため母材の表面から１ｍｍ深さの位置におけるブリネル硬さを５６０〜６９０ＨＢＷ  １０／３０００とした。
【００６４】
ｔc／（ｔM＋ｔc）：０．０５〜０．５０
ｔc／（ｔM＋ｔc）が０．０５未満では、合せ材の板厚が薄すぎるため、曲げ加工性の向上効果が得られない。一方、ｔc／（ｔM＋ｔc）が０．５０を超えると曲げ加工性の向上効果は飽和してしまう。そのためｔc／（ｔM＋ｔc）を０．０５〜０．５０の範囲とした。
【００６５】
［製造方法］
次に、本発明のクラッド鋼板の製造方法について説明する。
まず、上記した母材および合せ材の成分組成にそれぞれ調整されて溶製された、母材用および合せ材用のスラブを用いて、熱間圧延を行って母材用鋼板および合せ材用鋼板を作製する。これら母材用鋼板および合せ材用鋼板を同じ長さおよび幅に切断し、熱間圧延後の鋼板表面のスケールを研磨により除去する。かくして得られた母材および合せ材の鋼板を積み重ね、例えば真空度１０-4〜１０-5Ｔｏｒｒのチャンバー内にて母材と合せ材との界面を全周に渡って電子ビームで溶接し、その後、熱間圧延を施して、上記した板厚比ｔc／（ｔM＋ｔc）が０．０５〜０．５０である、クラッド鋼板に仕上げる。この熱間圧延では、母材と合せ材との間を十分に金属接合させるために、圧下比を４以上とすることが好ましい。その後、以下の条件に従う焼入れを施すことが肝要である。さらに、必要に応じて焼戻しを行う。
【００６６】
［製造方法］
上記した製造工程において、母材と合せ材とを接合する熱間圧延後に、次の直接焼入れまたは再加熱焼入れを行うことが肝要である。
［直接焼入れ：８５０℃以上］
クラッド鋼板の母材において耐摩耗性を確保するためには、母材の組織を高硬度のマルテンサイト主体組織としなければならない。前記組織を得るためには、焼入れ温度をオーステナイト単相温度域である８５０℃以上とする必要がある。そのためには、母材と合せ材とを接合する熱間圧延を８５０℃以上で仕上げた後、直ちに以下の冷却速度に従う直接焼入れを行う。
【００６７】
［直接焼入れ時の母材の表面から１ｍｍ深さの位置での温度が８００℃から３００℃までの平均冷却速度：３０℃／ｓ以上］
クラッド鋼板の母材をマルテンサイト主体組織とするためには、８５０℃以上の温度域からの直接焼入れにおいて、母材の表面から１ｍｍ深さの位置での温度が８００℃から３００℃までの平均冷却速度を３０℃／ｓ以上とする必要がある。
【００６８】
上記した直接焼入れに替えて、母材と合せ材とを接合する熱間圧延を終了したのち、再加熱して焼入れを行う再加熱焼入れを行ってもよい。
［再加熱焼入れ：８５０〜１０００℃］
クラッド鋼板の母材において耐摩耗性を確保するためには、母材の組織を高硬度のマルテンサイト主体組織としなければならない。前記組織を得るために、直接焼入れ温度をオーステナイト単相温度域である８５０℃以上とした。一方、再加熱温度が１０００℃を超えると、加熱のための製造コストが高くなる。そのため熱間圧延後の再加熱焼入れ時の加熱温度は、８５０〜１０００℃とする。
【００６９】
［再加熱焼入れ時の母材の表面から１ｍｍ深さの位置での温度が８００℃から３００℃までの平均冷却速度：３０℃／ｓ以上］
クラッド鋼板の母材をマルテンサイト主体組織とするためには、８５０℃以上の温度域からの直接焼入れにおいて、母材の表面から１ｍｍ深さの位置での温度が８００℃から３００℃までの平均冷却速度を３０℃／ｓ以上とする必要がある。
【００７０】
上記した直接焼入れまたは再加熱焼入れの後に、必要に応じて焼戻しを行うことができる。
［焼戻し温度：１００〜３００℃］
すなわち、クラッド鋼板の母材および合せ材の靱性回復を目的として、焼戻しを行うことができる。その効果を得るためには、焼戻し温度を１００℃以上とする。一方、焼戻し温度が３００℃を超えると、硬度が低下して耐摩耗性が劣化するため、焼入れ後の焼戻し温度は１００〜３００℃とする。
【実施例】
【００７１】
次に、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は、該実施例によって何ら限定されるものではない。
まず、連続鋳造法により、表１に示す成分組成の合せ材用のスラブと、表２に示す成分組成の母材用スラブを製造した。
【００７２】
【表１】
2019127632.tif 000002
【００７３】
【表２】
2019127632.tif 000003
【００７４】
次に、得られた母材用のスラブおよび合せ材用のスラブを用いて、熱間圧延により種々の板厚の母材用および合せ材用の鋼板を作製した。これら母材用鋼板および合せ材用鋼板を同じ長さおよび幅に切断し、熱間圧延後の鋼板表面のスケールを研磨により除去した。かくして得られた母材および合せ材の鋼板を積み重ね、真空度１０-4〜１０-5Ｔｏｒｒのチャンバー内にて母材と合せ材との界面を全周に渡って電子ビームで溶接し、その後、熱間圧延を圧下比：４〜２５として施しクラッド鋼板に仕上げた。その後、表３に示す条件に従う焼入れを施し、一部の鋼板はさらに焼戻しを行った。
なお、焼入れ時の冷却は、鋼板を移動させながら鋼板の表裏面より大流量で水を噴射して行った。母材温度は熱電対により測定した。
【００７５】
得られたクラッド鋼板のそれぞれについて、以下に記す方法で、母材および合せ材それぞれの硬度、板厚を測定した。また、クラッド鋼板としての曲げ加工性を評価した。これら測定および評価結果を表３に併記する。
【００７６】
［ブリネル硬さ］
得られたクラッド鋼板の長手方向および幅方向の中央位置から、合せ材並びに母材の表面から１ｍｍ深さ位置が試験面となるようにサンプルを採取し、該試験片の表面を鏡面研磨した後、ＪＩＳ  Ｚ２２４３（２００８）に準拠してブリネル硬さを測定した。測定には直径１０ｍｍのタングステン硬球を使用し、荷重は３０００ｋｇｆとし、５点で試験を行い、その平均値をブリネル硬さとした。
【００７７】
［板厚の測定］
得られたクラッド鋼板の長手方向および幅方向の中央位置から、板厚全厚分のサンプルを採取し、樹脂埋め鏡面研磨後、３％ナイタールエッチングを行い、合せ材および母材の板厚を測定した。
【００７８】
［曲げ加工性］
得られたクラッド鋼板の長手方向および幅方向の中央位置から、板厚全厚分の７５０×１５０ｍｍサンプルを採取し、ＪＩＳ  Ｚ２４４８（１９９６）に準拠して３点曲げ試験を実施した。なお、曲げ半径は２．８ｔ（ｔ：クラッド鋼板の全厚[ｍｍ]）とし、３点曲げの外面側に合せ材が来る向きで１８０°曲げを行った後、試験片表面に割れが発生したかどうかで曲げ加工性を評価した。
【００７９】
【表３】
2019127632.tif 000004
【００８０】
表３に示した結果から分かるように、本発明の条件を満たすクラッド鋼板は、優れた曲げ加工性および高い母材の硬度を両立している。
【００８１】
これに対して、本発明の条件を満たさない比較例の鋼板は、曲げ加工性あるいは硬さの少なくとも一方が劣位であった。
例えば、Ｎｏ．１９，２０の鋼板では合せ材板厚の割合が小さすぎるため、曲げ加工時に母材を起点とした割れが生じており曲げ加工性は劣位であった。Ｎｏ．２１、２３の鋼板は、合せ材のＣ含有量が高く合せ材硬度が高すぎるため曲げ加工性が劣位であった。Ｎｏ．２２の鋼板は、合せ材のＰ含有量が高く合せ材の延性が低いため曲げ加工性が劣位であった。Ｎｏ．２４，２６の鋼板は、母材のＣ含有量が低いため、母材硬度が低位であった。Ｎｏ．２５の鋼板は、母材のＣ含有量が高く、母材の硬度が高すぎるため、曲げ加工時に母材を起点とした割れが生じており曲げ加工性が劣位であった。Ｎｏ．２７の鋼板は、直接焼入れ温度が低いため、母材がマルテンサイト主体組織とならず、母材硬度が低位であった。Ｎｏ．２８の鋼板は、直接焼入れ時の冷却速度が遅いため、母材がマルテンサイト主体組織とならず、母材硬度が低位であった。Ｎｏ．２９の鋼板は、再加熱焼入れ時の冷却速度が遅いため、母材がマルテンサイト主体組織とならず、母材硬度が低位であった。Ｎｏ．３０の鋼板は、再加熱焼入れ温度が低いため、母材がマルテンサイト主体組織とならず、母材硬度が低位であった。Ｎｏ．３１の鋼板は、焼戻し温度が高すぎるため、母材組織の焼戻し軟化が進行し、母材硬度が低位であった。