(57)【要約】【課題】  合せ材溶接部の耐海水腐食性に優れたステンレスクラッド鋼板を提供する。【解決手段】  ステンレスクラッド鋼板の合せ材が、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．０２〜１．５０％、Ｍｎ：０．０２〜２．０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：２２．０〜２５．０％、Ｃｒ：２２．０〜２６．０％、Ｍｏ：３．５〜５．０％、Ｎ：０．１０〜０．２５％を含有し、下記式（１）で定義される孔食指数（ＰＩ）を４０以上とし残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、オーステナイト平均結晶粒径が２５μｍ以下であることを特徴とする溶接部の耐海水腐食性に優れたステンレスクラッド鋼板。      ＰＩ＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１６Ｎ≧４０    ・・・・・（１）      なお、各元素記号は各元素の質量％を表す。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレスクラッド鋼板の合せ材が、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．０２〜１．５０％、Ｍｎ：０．０２〜２．０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：２２．０〜２５．０％、Ｃｒ：２２．０〜２６．０％、Ｍｏ：３．５〜５．０％、Ｎ：０．１０〜０．２５％を含有し、下記式（１）で定義される孔食指数（ＰＩ）を４０以上とし残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、オーステナイト平均結晶粒径が２５μｍ以下であることを特徴とする溶接部の耐海水腐食性に優れたステンレスクラッド鋼板。
ＰＩ＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１６Ｎ≧４０    ・・・・・（１）
なお、各元素記号は各元素の質量％を表す。
【請求項２】
さらに、ステンレスクラッド鋼板の合せ材が質量％で、Ｂ：０．００１０〜０．００５５％を含有することを特徴とする請求項１に記載の溶接部の耐海水腐食性に優れたステンレスクラッド鋼板。
【請求項３】
さらに、ステンレスクラッド鋼板の合せ材が質量％で、Ｃｕ：０．２０％以下を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の溶接部の耐海水腐食性に優れたステンレスクラッド鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、港湾構造物や造船、海水淡水化設備に代表される各種用途で使用される耐海水腐食性に優れたステンレスクラッド鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業設備と構造物のニ−ズとしては耐久性と長寿命化およびメンテナンスフリ−が指向されており、ステンレス鋼はこれらのニ−ズに適合した材料として注目を集めている。一方で、ステンレス鋼の主原料であるＮｉやＭｏ、Ｃｒに代表される合金元素は、価格の高騰や価格の上下動があるため、無垢のステンレス鋼に代わり、ステンレス鋼の優れた耐食性をより経済的に利用でき、価格が安定しかつ安価な鋼材としてステンレスクラッド鋼が、最近、注目されている。
【０００３】
ステンレスクラッド鋼板とは合せ材にステンレス鋼、母材に普通鋼材と、二種類の性質の異なる金属を接合した複合鋼材である。クラッド鋼は、異種金属を金属学的に接合させたもので、めっきとは異なり剥離する心配がなく単一金属および合金では達し得ない新たな特性を持たせることができる。このように、ステンレスクラッド鋼板は、ステンレス鋼材の使用量が少なくてすみ、かつ、無垢材（全厚ステンレス鋼）と同等の耐食性を確保できるため、経済性と機能性が両立できる利点を有する。
【０００４】
以上から、ステンレス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。特にステンレスクラッド鋼板を海水と接する環境で使用される港湾構造物や造船、浮体式海洋石油・ガス生産貯蔵積出設備（以下「ＦＰＳＯ」と云う。ＦＰＳＯ：Floating Production,Storage and Offloading system）、海水淡水化設備等に代表される各種用途で使用する場合には、厳しい海水腐食環境下で使用されるため、耐海水腐食性が要求される。
【０００５】
ステンレス鋼の不動態皮膜は塩化物イオンにより破壊されやすく、その腐食形態は孔食（Pitting Corrosion）またはすきま腐食（Crevice Corrosion）の形態をとる。従って、硫酸やふっ酸などに代表される酸中での腐食形態が全面腐食を呈するのに対し、海水中では局部腐食の起点となる耐海水孔食性が重要な指標となる。よって、局部腐食の起点を防止する特性として耐孔食性が極めて重要となる。
【０００６】
ステンレス鋼の耐孔食性は鋼中のＣｒ、Ｍｏ、Ｎ量に影響され、一般的に孔食指数（ＰＩ：Pitting Corrosion IndexあるいはＰＲＥ：Pitting Resistance Equivalent）としてＣｒ（質量％）＋３．３Ｍｏ（質量％）＋１６Ｎ（質量％）やＣｒ（質量％）＋３Ｍｏ（質量％）＋１０Ｎ（質量％）などで整理され、孔食指数が高いほど、耐孔食性に優れるとされる。
【０００７】
また、ステンレスクラッド鋼は溶接部の合せ材の耐食性についても考慮する必要がある。
【０００８】
特許文献１には、合せ材を「Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．０５〜２．００％、Ｎｉ：２３．０〜２８．０％、Ｃｒ：１９．０〜２１．０％、Ｍｏ：４．０〜５．０％、Ｃｕ：１．０〜２．０％、Ｎ：０．１５〜０．３０％からなり、Ｎｉ当量／Ｃｒ当量値が１．２５以上」であるオーステナイト系ステンレス鋼としたクラッド鋼板を１０５０℃以下に加熱し、その後、３０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する溶体化熱処理を行うことで耐食性に優れたステンレスクラッド鋼板を製造する技術が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、ステンレスクラッド鋼板を造管後、シーム溶接し、鋼管となした後、加熱温度１１００〜１２００℃、冷却速度１℃／秒以上の冷却速度で固溶化熱処理を行うステンレスクラッド鋼管の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０９−１０４９５３公報
【特許文献２】特開２００５−１３３１２５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、溶体化熱処理を行い合せ材の耐食性を確保しているが、溶接部の合せ材の耐海水耐食性については考慮されていない。
【００１２】
特許文献２に記載の技術は、ステンレスクラッド鋼管の製造において、シーム溶接部の耐食性劣化を回復するために造管後の固溶化熱処理条件を規定したものであるが、造管後に固溶化熱処理をすることにより、管に歪が生じ、矯正が必要となることや、製造工程が多くなるなどの問題がある。
【００１３】
本発明は、かかる事情に鑑み、合せ材溶接部の耐海水腐食性に優れたステンレス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】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するために、複数の成分（鋼組成）および複数の履歴で圧延から熱処理まで完了したステンレスクラッド鋼板における合せ材溶接部の耐海水腐食性に及ぼす鋼成分の検討を行って、本発明を完成させた。
【００１５】
本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１６】
［１］  ステンレスクラッド鋼板の合せ材が、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．０２〜１．５０％、Ｍｎ：０．０２〜２．０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：２２．０〜２５．０％、Ｃｒ：２２．０〜２６．０％、Ｍｏ：３．５〜５．０％、Ｎ：０．１０〜０．２５％を含有し、下記式（１）で定義される孔食指数（ＰＩ）を４０以上とし残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、オーステナイト平均結晶粒径が２５μｍ以下であることを特徴とする溶接部の耐海水腐食性に優れたステンレスクラッド鋼板。
【００１７】
ＰＩ＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１６Ｎ≧４０    ・・・・・（１）
なお、各元素記号は各元素の質量％を表す。
【００１８】
［２］  さらに、ステンレスクラッド鋼板の合せ材が質量％で、Ｂ：０．００１０〜０．００５５％を含有することを特徴とする［１］に記載の溶接部の耐海水腐食性に優れたステンレスクラッド鋼板。
【００１９】
［４］  さらに、ステンレスクラッド鋼板の合せ材が質量％で、Ｃｕ：０．２０％以下を含有することを特徴とする［１］または［２］に記載の溶接部の耐海水腐食性に優れたステンレスクラッド鋼板。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、合せ材溶接部の耐海水腐食性と母材の機械的特性を両立した耐海水ステンレスクラッド鋼板が得られるので、港湾構造物やＦＰＳＯに代表される造船分野、淡水海水装置に代表される、耐海水腐食性が要求される用途で、本発明を好適に用いることができる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下本発明の構成を説明する。本発明のステンレスクラッド鋼板は、合せ材溶接部の耐海水腐食性を満足するため、成分組成、平均粒子径等を規定する。
【００２２】
１．合せ材の成分組成について
以下に合せ材のステンレス鋼の成分組成を限定する理由を説明する。なお、各元素の成分％は、特に記載が無い限り全て質量％を意味する。
【００２３】
Ｃ：０．０３０％以下
Ｃは耐食性、特に溶接熱影響部の耐食性の観点から低いほど好ましく、Ｃ量は０．０３０％以下とする。好ましくは、０．０２０％以下である。
【００２４】
Ｓｉ：０．０２〜１．５０％
Ｓｉは脱酸のため必要な成分であり、その効果を得るためには、０．０２％以上の含有が必要である。しかし、１．５０％を超えて含有すると熱間加工性を著しく劣化させるため、Ｓｉ量は０．０２〜１．５０％の範囲とする。好ましくは、０．０２〜０．６０％の範囲である。
【００２５】
Ｍｎ：０．０２〜２．０％
Ｍｎは脱酸のため必要な成分であり、その効果を得るためには、０．０２％以上の含有が必要である。しかし、２．０％を超えて含有すると耐食性を劣化させるため、Ｍｎ量は０．０２〜２．０％の範囲とする。好ましくは、０．２０〜０．６０％の範囲である。
【００２６】
Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下
Ｐ、Ｓは熱間加工性の観点から低いほど好ましくＰ量を０．０４０％超えて、Ｓ量を０．０３０％超えて含有すると熱間加工性が損なわれるため、Ｐ量は０．０４０％以下、Ｓ量は０．０３０％以下とする。好ましくは、Ｐ量は０．０３０％以下、Ｓ量は０．０１０％以下である。
【００２７】
Ｎｉ：２２．０〜２５．０％
Ｎｉはオーステナイト相の安定性の観点から、主にＣｒおよびＭｏとのバランスにより、２２．０％以上とする。一方、２５．０％を超えて含有する熱間変形抵抗の増大を招き、また経済性も悪化するので、Ｎｉ量は２２．０〜２５．０％の範囲とする。なお、オーステナイト相の安定性と経済性の両立の観点から、Ｎｉ量は好ましくは２２．０〜２４．５％の範囲であり、より好ましくは２２．５〜２４．５％の範囲である。
【００２８】
Ｃｒ：２２．０〜２６．０％
Ｃｒは耐孔食性、耐隙間腐食性向上のために有効であり、２２．０％以上の含有が必要である。一方、２６．０％を超えて含有すると合せ材として製造する際およびクラッド圧延時やその冷却時にσ相の析出が著しく促進され、耐食性および熱間加工性が阻害されてしまうため、Ｃｒ量は２２．０〜２６．０％の範囲とする。なお、耐孔食性、耐隙間腐食性の向上とσ相析出抑制の観点から、好ましくは２３．０〜２６．０％の範囲であり、より好ましくは２４．０〜２５．５％の範囲である。
【００２９】
Ｍｏ：３．５〜５．０％
Ｍｏは耐孔食性、耐隙間腐食性向上のため有効であり、３．５％以上とする。一方、５．０％を超えて含有すると合せ材として製造する際およびクラッド圧延時やその冷却時にσ相の析出が著しく促進され、耐食性および熱間加工性が阻害されてしまうため、Ｍｏ量は３．５〜５．０％の範囲とする。なお、耐孔食性、耐隙間腐食性の向上とσ相析出抑制の観点から、好ましくは４．０〜５．０％の範囲であり、より好ましくは４．２〜４．８％の範囲である。
【００３０】
Ｎ：０．１０〜０．２５％
Ｎは耐食性を高める効果があり、その効果を得るために０．１０％以上とする。一方、０．２５％を超えると他成分の含有量の関係から含有させることが困難となるため、Ｎ量は０．１０〜０．２５％の範囲とする。好ましくは０．１５〜０．２５％の範囲であり、より好ましくは０．１７〜０．２３％の範囲である。
【００３１】
孔食指数（ＰＩ）：４０以上
孔食指数（Ｐｉｔｔｉｎｇ  Ｉｎｄｅｘ：ＰＩ）は下記式（１）で定義される。
【００３２】
ＰＩ＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１６Ｎ・・・・・（１）
なお、各元素記号は各元素の質量％を表す。
【００３３】
耐海水腐食性としては、耐孔食性が重要であり、局部腐食に関しては、上記式（１）で定義される孔食指数で整理され、その数値が高いほど、耐孔食性に優れる。オーステナイト系ステンレス鋼を合せ材とするクラッド鋼において、十分な耐海水腐食性に優れた特性を得るには、孔食指数は４０以上であることが好ましい。
【００３４】
ただし溶接熱影響部においては孔食指数が４０以上であってもＣｒやＭｏ量が多い場合σ相が析出し、耐孔食性を劣化させてしまうため、Ｃｒ、Ｍｏ量は上記の範囲である必要がある。
【００３５】
オーステナイト平均粒径：２５μｍ以下
次に、合せ材のステンレス鋼のオーステナイト平均結晶粒径を２５μｍ以下とする。オーステナイト系ステンレス鋼において熱履歴により金属間化合物であるσ相が生成され、それにより耐食性が劣化することが知られている。金属間化合物であるσ相が生成するとσ相周辺のＣｒやＭｏ量が低くなるため耐食性が劣化する。
【００３６】
本発明ではステンレスクラッド鋼合せ材のオーステナイト平均結晶粒径の適正化により溶接熱影響部においてもσ相生成を抑制することが可能であり、その指標として平均結晶粒径が２５μｍ以下であることとする。オーステナイト平均結晶粒径が２５μｍを超えると溶接熱影響部での耐食性が劣化する。好ましくは２０μｍ以下である。
【００３７】
オーステナイト平均結晶粒径の測定はＪＩＳ  Ｇ０５５１の顕微鏡試験方法により行うことができる。
【００３８】
上記以外の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。また、本発明において、上記の作用効果を減殺しない場合には、他の微量元素を含有することができる。
【００３９】
さらに上記成分に加えて、ＢおよびＣｕについてはさらに以下の制限を設けることができる。
【００４０】
Ｂ：０．００１０〜０．００５５％
Ｂは耐食性、熱間加工性向上のため有効であり、０．００１０％以上とするのがよい。一方０．００５５％を超えて含有すると耐食性、熱間加工性が劣化する。よって、Ｂ量は０．００１０〜０．００５５％の範囲とするのがよい。好ましくは０．００１５〜０．００３５％の範囲である。
【００４１】
Ｃｕ：０．２０％以下
Ｃｕは耐食性の観点から低いほど好ましく、０．２０％以下に制限するのがよい。好ましくは、０．１０％以下である。さらに好ましくは０．０５以下である。
【００４２】
なお、本発明のステンレスクラッド鋼板の母材としては、炭素鋼や低合金鋼を用いることができる。
【００４３】
本発明のステンレスクラッド鋼板は、この母材の片面または両面に合せ材として上記成分範囲のステンレス鋼がクラッドされたものである。
【００４４】
２．製造方法について
以下に製造方法について説明する。ステンレスクラッド鋼板の合せ材素材は、前記した成分範囲に調整され、常法等により溶製することができる。該母材素材は、用途などにより材質が選定され、クラッド圧延によりクラッド鋼板とする。加熱温度は合せ材中のσ相を固溶させるため高温であることが好ましい。好ましくは１２００℃〜１２５０℃である。加熱温度が１２５０℃を超えると、加熱時のスケールによって表面疵が生じやすく、圧延後の手入れ負荷が増大する。圧延は制御圧延と加速冷却を組み合わせた熱加工制御（ＴＭＣＰ）とすることにより合せ材のオーステナイト平均結晶粒径を２５μｍ以下とすることが出来る。
【００４５】
圧延終了温度はσ相析出抑制のため、高温であることが好ましい。好ましくは１０００℃以上である。また圧延終了後はただちに冷却し、σ相の析出を抑制する。冷却速度は高いほど好ましく、好ましくは２℃/ｓ以上、さらに好ましくは１０℃/sである。
【実施例１】
【００４６】
以下に、本発明の実施例を説明する。
表１に示す成分組成からなるオ−ステナイト系ステンレス鋼とＳＭ４９０成分系の鋼材（以下、「普通鋼」と省略するす場合がある。）を用いた。母材として板厚が６０ｍｍのＳＭ４９０系の鋼材、合せ材として板厚５ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼を組み合わせて、厚みが（６０＋５＋５＋６０）ｍｍのスラブを組み立てた。
【００４７】
次いで、１２４０℃に加熱し、１０００〜１０５０℃の熱間仕上げ圧延を施し、その後、水冷し、冷却停止温度を６００℃とし冷却速度１０．０℃／ｓで加速冷却することで、母材板厚１２ｍｍ＋合せ材板厚１ｍｍのステンレスクラッド鋼板を製造した。
【００４８】
また、一部は平均オーステナイト結晶粒径を変化させるために、上記ステンレスクラッド鋼に対し１１００〜１２５０℃で熱処理を行い、ステンレスクラッド鋼板を製造した。
【００４９】
これらを用いて開先形状をＶ開先、母材側を最大入熱２０ｋＪ／ｃｍのＳＡＷ、合せ材をＡｌｌｏｙ６２５系の溶接材料を用いて最大入熱２０ｋＪ／ｃｍのＭＡＧで行い溶接継手を作製した。
【００５０】
以上により得られたステンレスクラッド鋼板の合せ材の溶接部から腐食試験片を採取し、合せ材の耐孔食性を以下に示すＪＩＳＧ０５７８により評価した。
【００５１】
孔食発生臨界温度（ＣＰＴ：Critical Pitting Temperature Test）はＪＩＳ  Ｇ０５７８に定める「６％ＦｅＣｌ３＋１／２０Ｎ  ＨＣｌ溶液中に、５℃間隔で、２４時間の浸漬試験」により求めた。
【００５２】
浸漬試験は５℃ピッチで昇温し、各温度でを３回行い、１回でも発生した孔食のうちの最大孔食深さが０．０２５ｍｍに達した場合は不合格とした。３回とも最大孔食腐食深さが０．０２５ｍｍ未満の場合を合格とし、孔食が発生して不合格となった最高試験温度をＣＰＴ（℃）とした。なお、ＣＰＴの合格温度は６０℃以上、好ましくは６５℃以上とした。
【００５３】
孔食指数  ＰＩ＝Ｃｒ（質量％）＋３．３Ｍｏ（質量％）＋１６Ｎ（質量％）は耐海水用途で用いられるステンレスクラッド鋼板としては４０以上を必要とする。
また、合せ材のオーステナイト平均結晶粒径の測定はＪＩＳ  Ｇ０５５１の顕微鏡試験方法により行った。
【００５４】
【表１】
2016047953.tif 000002
【００５５】
表１より、本発明例では、ＣＰＴが目標の６０℃以上となっており、優れた耐海水腐食性を示している。