(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐食性合わせ材と母材とがクラッドされ、９３０〜１１００℃の溶体化処理が施される低温靱性に優れたクラッド鋼板において、前記母材成分が、重量％で、Ｃ：０．０４〜０．１０％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｃｕ：０．２〜０．８％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．００６超〜０．０２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる低温靱性に優れたクラッド鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、氷海域の海洋構造物等の材料に適したクラッド鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
氷海域の海洋構造物のように低温靱性とともに耐食性が要求される用途では、単体の材料でこれら要求を満たすことは難しい。このため、低温靱性に優れた鋼板を母材とし、これに耐食性に優れたステンレス鋼やＮｉ合金等を合わせ材としてクラッドしたクラッド鋼板が使用されている。
上記クラッド鋼板は、通常、母材と合わせ材とを熱間圧延によってクラッドすることにより製造されており、この熱間圧延の際には、母材及び合わせ材は高温の熱履歴を受ける。この熱履歴は、合わせ材の耐食性を低下させるため、圧延後、クラッド鋼板に対し、例えば９３０〜１１００℃に加熱する溶体化処理を施した後、水冷等により急冷して合わせ材の耐食性を改善している。また、溶体化処理後には、母材の靱性改善のため、例えば５５０〜６３０℃に加熱する焼戻しを行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記母材には、微量のＶ，Ｎｂを添加して焼入れおよび焼戻しの調質処理により製造したＣ−Ｍｎ鋼が多く使用されており、該調質処理では、靱性を含めた機械的性質を良好にするため、概ね８５０〜９００℃の温度が最適な焼入加熱温度として選択されている。
しかし、上記クラッド鋼板の製造過程では上述したようにクラッド鋼板を高温に加熱する溶体化処理を行っており、この溶体化処理において母材も合わせ材とともに必然的に上記最適温度を超える温度に加熱されることになる。ところが、母材は必要以上に高温に加熱されると、母材の結晶粒が粗大化して靱性が低下するという問題がある。この靱性の低下は、溶体化処理後に行う焼戻しによってある程度は改善されるが通常の焼戻条件では十分な改善効果は得られず、また焼戻しによって十分に靱性を改善しようとして条件を定めると合わせ材の耐食性を損なうという問題がある。しかし、最近では、靱性または耐食性に関する要求、特に低温靱性に関する要求は益々厳しいものになっており、従来の材料では、この要求に応えることができない。
【０００４】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、溶体化処理における靱性の低下が少なく、よって低温靱性に優れるクラッド鋼板を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の低温靱性に優れたクラッド鋼板は、耐食性合わせ材と母材とがクラッドされ、９３０〜１１００℃の溶体化処理が施される低温靱性に優れたクラッド鋼板において、前記母材成分が、重量％で、Ｃ：０．０４〜０．１０％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｃｕ：０．２〜０．８％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．００６超〜０．０２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００６】
なお、本発明では、上記母材とクラッドされる合わせ材については、特にその材質が限定されるものではないが、母材に求められる性質とは異なる性質や母材以上の性質を求めて材質の選定がなされる。通常は、優れた耐食性を得るために合わせ材にステンレス鋼やＮｉ合金等の材料が使用される。
【０００７】
次に、本発明で規定した母材の成分限定理由を説明する。
Ｃ：０．０４〜０．１０％
Ｃは、強度の改善に有効であり、そのため０．０４％以上含有させる。ただし、過剰添加は靭性・溶接性の低下を招くため、上限を０．１０％とする。
Ｓｉ：０．５０％以下
Ｓｉは脱酸材としての使用により不可避的に含有されるが、過剰の含有は靭性の低下を招くため、上限を０．５０％とする。なお、より望ましくは上限を０．３０％とする。
【０００８】
Ｍｎ：１．０〜２．０％
Ｍｎは強度の改善に有効であり、そのため１．０％以上含有させるが、過剰の含有は靱性・溶接性の低下を招くため、上限を２．０％とする。なお、同様の理由で下限を１．２％、上限を１．６％とするのがより望ましい。
Ｎｉ：１．０％以下
Ｎｉは、強度、靭性の改善に有効であり、また、Ｃｕ含有により誘起される熱間圧延割れの防止にも有効であるので、必須成分として含有させる。なお、これら作用を十分に得るためには、Ｎｉ含有量は０．３％以上とするのが望ましい。一方、Ｎｉを過剰に添加しても、上記効果の向上は殆ど期待できず、さらに溶接性の低下という問題があるため上限を１．０％とする。なお、同様の理由で上限を０．８％とするのがより望ましい。
【０００９】
Ｃｒ：０．５％以下
Ｃｒは強度の改善に有効であるので、必須成分として含有させる。但し、過剰の含有は溶接性を低下させるため、上限を０．５％とする。なお、同様の理由で上限を０．３％とするのがより望ましい。
Ｃｕ：０．２〜０．８％
Ｃｕは、析出時効により強度、靭性を改善する効果があり、この効果を十分に得るために、０．２％以上の含有が必要である。一方、過剰に含有させると、圧延割れを招くため上限を０．８％とする。なお、同様の理由で下限を０．２％、上限を０．６％とするのが望ましい。
【００１０】
Ｍｏ：０．０５〜１．０％
Ｍｏは強度の改善に有効であり、そのため０．０５％以上含有させる。一方、過剰の含有は、靱性・溶接性の低下を招くため上限を１．０％とする。なお、同様の理由で下限を０．０５％、上限を０．２５％とするのが望ましく、さらに上限を０．２％とするのが一層望ましい。
Ｎｂ：０．０１〜０．１０％
Ｎｂは、Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）の形成により結晶粒を細粒化させ、高温での結晶粒の粗大化を抑制する。したがってクラッド鋼の溶体化処理に際し、母材の結晶粒が粗大化して靱性を低下させるのを防止する。またクラッド鋼板を溶接用鋼板として使用する際に、溶接熱影響部（ＨＡＺ）で結晶粒が粗大化して靱性が低下するのを防止するのにも有効である。但し、Ｎｂ含有量が過剰になると、熱間加工性を損なうため、上限を０．１０％とする。なお、同様の理由で上限を０．０４％とするのが望ましい。
【００１１】
Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％
Ｔｉは、微細なＴｉＮを形成して強度を高めるとともに、ピン止め効果により高温での結晶粒の粗大化を抑制する。
Ｔｉは、上記作用により低温靱性およびＨＡＺの靱性の改善に特に有効に作用する元素であり、そのため、０．００５％以上の含有が必要である。一方、Ｔｉが過剰に含有されていると、非金属介在物が多くなり靱性の低下を招くため、その上限を０．０３０％とする。なお、同様の理由で、下限を０．００７％、上限を０．０２０％とするのが望ましい。
【００１２】
Ｎ：０．００６超〜０．０２０％
Ｎは、上記窒化物の形成に必要な元素であり、上記Ｔｉを確実に窒化物として低温靱性を改善するために０．００６％超のＮ含有が必要である。これは、溶体化処理時に、ＴｉＮの形成を確保し、さらにＮｂ、Ａｌの窒化物を形成するためには、十分な量、すなわち０．００６％超のＮが必要になるためである。一方、Ｎ量が過剰になると、溶接作業性を損なうため、上限を０．０２０％とする。
なお、上記と同様の理由でＮの下限を０．００７％、上限を０．０１２％とするのが望ましく、さらに、下限を０．００８％、上限を０．０１０％とするのが一層望ましい。
【００１３】
Ａｌ：０．０５％以下
Ａｌは脱酸材として使用することにより不可避的に含有されるが、過剰に含有されると、熱間加工性を損なうので、上限を０．０５％とする。なお、同様の理由で上限を０．０３％とする。
【００１４】
Ｐ  ：０．０２％以下
Ｓ  ：０．００３％以下
Ｐ、Ｓはいずれも不純物であり、靱性を低下させるので、できるだけ含有量を少なくするのが望ましく、工業性を考慮して、Ｐで０．０２％、Ｓで０．００３％を上限とするのが望ましい。
【００１５】
上記母材および上述した観点から選択される合わせ材とは、常法によりクラッドすることができ、一般には熱間圧延法が採用される。ただし、本発明としては、クラッド方法の種別や、その際の条件について特に限定されるものではない。また、熱間圧延後の溶体化処理および焼戻し処理においても常法により行うことができ、その条件としては、例えば、先に記述した条件を採用することができる。
本発明のクラッド鋼板は、適宜の加工、溶接等を経て、特に低温靱性が要求される海洋構造物分野、橋梁分野等にて使用される。ただし、本発明としては、使用分野が特定のものに限定されるものではない。
本発明のクラッド鋼板によれば、母材の成分の適正化により合わせ材の特性を損なうことなく低温靱性を改善している。特に、Ｎｉ、Ｃｕの適正量の含有は母材の強度、靱性の向上に効果があり、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｎの適正量の含有は、低温靱性の改善に効果がある。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明の実施例につき説明する。
表１に示す組成の母材（発明材および比較材）と、ステンレス鋼からなる合わせ材とを通常のクラッド鋼の製造条件に従って熱間圧延し、さらに、下記の熱処理を行った。
焼入れ
９３０℃〜１１００℃（溶体化処理）→水冷
焼戻し
５５０℃〜６３０℃→空冷
上記により得られたクラッド鋼板について、母材での強度を測定するとともに、−６０℃でのＶノッチシャルピー衝撃試験を行った。
また、上記クラッド鋼板に対し、溶接施工を行ない、溶接熱影響部について−４０℃でのＶノッチシャルピー衝撃試験を行った。
これらの結果は、表２に示す。
【００１７】
【表１】
0003836977.tif 000002
【００１８】
【表２】
0003836977.tif 000003
【００１９】
表２から明らかなように、本発明のクラッド鋼は、良好な強度が得られるとともに優れた低温靱性が得られており、ＨＡＺでの靱性も良好である。また、本発明のクラッド鋼では衝撃試験での遷移温度も−６０℃以下であった。さらに、合わせ材の耐食性は、比較材と同等で良好な特性を示した。
一方、比較材は、低温靱性において明らかに本発明材よりも劣っていた。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のクラッド鋼板によれば、耐食性合わせ材と母材とがクラッドされ、９３０〜１１００℃の溶体化処理が施される低温靱性に優れたクラッド鋼板において、前記母材成分が、Ｃ：０．０４〜０．１０％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｃｕ：０．２〜０．８％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．００６超〜０．０２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるので、強度等の機械的特性に優れており、特に低温靱性において優れた特性が得られる。また、ＨＡＺでの靱性も改善されるため、大入熱溶接が可能であり，溶接効率を向上させることが可能である。