JP2590600B2

JP2590600B2 - ニッケル基合金圧延クラッド鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2590600B2
Application number: JP2247856A
Authority: JP
Inventors: 泰康横山; 定弘山本
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-09-18
Filing date: 1990-09-18
Publication date: 1997-03-12
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: JPH04128314A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はニッケル基合金圧延クラッド鋼板の製造方法
に関する。

［従来の技術］石油、ガスの生産、精製プラントや脱硫装置等の化学
プラントの反応槽、圧力容器及びその周辺機器は、高
温、高圧、高塩化物濃度、強酸性で、かつ、H₂ S、CO₂
等の腐食性ガスを含む非常に苛酷な腐食環境に晒される
場合が多い。

このような環境下では、ニッケル基合金のような耐食
性の高い高合金を使用する必要がある。しかし高合金は
一般的に降伏強度が低いため、ソリッド板では厚肉とな
り、非常に高価になる。したがって、経済性の面からは
クラッド鋼板が適している。

この種の用途に使用するクラッド鋼板は、たとえば、
特開昭62−199719号公報に開示されている様に、圧延接
着、すなわち熱間圧延法によって製造されることが多
い。これを、以後、圧延クラッド鋼板と記す。

［発明が解決しようとする課題］上述した圧延クラッド鋼板の製造においては、合せ材
には耐食性が、母材には強度や靭性が要求される。

圧延クラッド鋼板の用途の拡大とともに、耐食性に対
する要求はより厳しくなる傾向にある。高耐食性の合金
には、たとえば、重量％で（以下、単に％と記す。）M
o:5％以上30％以下、且Mo＋Cr≧25％以上を含有するニ
ッケル基合金がある。しかし、この種の合金には、圧延
中や冷却中に耐食性を劣化させる原因となる金属間化合
物が生成するため、圧延と冷却を組合せた加工熱処理法
では耐食性の優れた圧延クラッド鋼板は製造できない。

したがって、合せ材の耐食性を確保するためには、C
r、Moを含む金属間化合物を消滅させる高温加熱と、冷
却中に金属間化合物の形成がないような急冷、すなわ
ち、固溶化熱処理を行なう必要がある。しかし、圧延後
に高温にする固溶化熱処理を行なった場合は、母材の靭
性が低下する。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は上記の問題点の解決を図ったものであり、合
せ材の耐食性と母材の強度、靭性を同時に満足するニッ
ケル基合金圧延クラッド鋼板の製造方法の提供を目的と
しており、 Cr:0.5％以上25％以下、Mo:5％以上30％以下、且Mo＋
Cr≧25％を含有したニッケル基合金を鋼板の少なくとも
片面に重ね合わせるクラッド鋼板の合せ材とし、C:0.02
％以上0.05％以下、Si:0.01％以上1.0％以下、Mn:0.80
％以上1.3％以下、P:0.015％以下、S:0.01％以下、Nb:
0.02％以上0.05％以下、Ti:0.005％以上0.03％以下、A
l:0.001％以上0.06％以下、N:0.007％以下を含有し、残
部をFe及び不可避不純物からなる鋼をクラッド鋼板の母
材としたクラッド鋼板の圧延に際し、1100℃以上1250℃
以下に加熱後、900℃以下の圧化率を50％以上とし、終
了温度を700℃以上850℃以下とし、圧延後、合せ材の耐
食性の観点から1100℃以上1250℃以下の温度で固溶化熱
処理を施し、その後１℃／秒以上の速度で冷却するニッ
ケル基合金圧延クラッド鋼板の製造方法であり、合せ材として重量％で、Cr:0.5％以上25％以下、Mo:5
％以上30％以下、且Mo＋Cr≧25％を含有し、更にW:3％
以上10％以下、Co:0.5％以上10％以下、Fe:20％以下の
一種又は二種以上を含有し、残部をNi及び不可避不純物
からなるニッケル基合金を用いることができる。

また母材にC:0.02％以上0.05％以下、Si:0.01％以上
1.0％以下、Mn:0.80％以上1.3％以下、P:0.015％以下、
S:0.01％以下、Nb:0.02％以上0.05％以下、Ti:0.005％
以上0.03％以下、Al:0.001％以上0.06％以下、N:0.007
％以下を含有し、さらに、Cu:0.1％以上1.0％以下、Ni:
0.1％以上1.0％以下、Mo0.01％以上0.10％以下、V:0.01
％以上0.10％以下の一種または二種以上を含有し、残部
をFe及び不可避不純物からなる鋼を用いることができ
る。

第１図は合せ材の耐食性と製造条件との関係を示す図
である。代表的なニッケル基合金である56Ni−16Cr−15
Mo−5Fe−1Co−4W合金を1150〜1250℃に加熱して、1075
゜仕上げの圧延後、20℃／秒で加速冷却した場合（図中
ではTMCPタイプと記している。△印でプロット）と、圧
延後に1120℃で30分保持し、その後0.7℃／秒、１℃／
秒、15℃／秒の冷却速度で冷却する固溶化熱処理を行な
った場合（図中ではSTタイプと記している。順次◎、
○、●印でプロット）の耐食性をストライカー試験と,2
3％H₂ SO₄−1.2％HCl−FeCl₃−CuCl₂試験で評価した。

TMCPタイプの場合の合せ材の耐食性は、1250℃加熱を
した場合も、固溶化熱処理を行なった場合に比較して劣
っている。また、固溶化熱処理を行なった場合も、0.7
℃／秒で冷却した場合は、１℃／秒以上で冷却した場合
と比較して耐食性が劣っている。

耐食性の劣っていた場合の合金には、電子顕微鏡観察
により、圧延中や冷却中に生じたと考えられるCr、Moを
多く含む金属間化合物が確認された。この金属間化合物
により耐食性が低下したと考えられ、したがって、この
ような多量のCr、Moを含有するニッケル基合金圧延クラ
ッド鋼板を、低温で圧延すること、すなわち、加工熱処
理法により製造することが困難なこと、および、高温で
の固溶化熱処理の必要性を再確認した。

高温での固溶化熱処理を必須とした場合は、当然それ
に対応する母材の開発、すなわち、最適成分や最適圧延
条件、固溶化熱処条件の検討が必要である。以下にその
詳細を述べる。

以後、供試鋼の成分についての実験No.は、鋼No.で表
示し、処理条件の実験No.は条件No.で示す。

第２図にＣ量と機械的性質との関係を示す。●印はNb
系鋼、■印はNb−Mo系鋼、▲印はNb−Ｖ系鋼である。第
１表に示す鋼No.1〜No.10を1200℃に加熱し、1000℃で
圧延を終了後、空冷した鋼板を再度1120℃に昇温し、30
分保持後18℃／秒で冷却した。

Nb系、Nb−Mo系、Nb−Ｖ系のいずれにおいても、Ｃ量
を0.05％（一点鎖線）以下にし、固溶化熱処理時に上部
ベイナイトが生成しない成分にすると靭性は顕著に向上
する。一方、強度を確保する観点からは、Ｃ量は0.020
％以上は必要である。したがって、Ｃ量は0.020％以上
0.05％以下とする。

第３図にNb量と機械的性質との関係を示す。第２表に
示す鋼No.11〜鋼No.15を1200℃に加熱し、1000℃で圧延
を終了後、空冷した鋼板を再度1120℃に昇温し、30分保
持後16℃／秒で冷却した。

Nbは圧延時にＣ、Ｎと共に、微細なNb（Ｃ、Ｎ）とし
て析出し、γ→α変態で生成するフェライト粒を微細化
して靭性を向上させるが、Nb量が0.02％未満の場合は、
Nbと結びつかないＣ量が増え、組織は上部ベイナイト単
相となり、強度は著しく高く、また靭性も低くなる。

Nb量を0.02％以上にすると、強度は適当な値となり、
靭性も向上する。一方、Nb量が0.05％を超えると析出物
が増加し靭性が低下する。したがって、Nb量は0.02％以
上0.05％以下（２本の一点鎖線の間）とする。

第４図にMn量と機械的性質との関係を示す。第３表に
示す鋼No.16〜No.19を1200℃に加熱し、900℃以下での
圧下率を50％とする圧延を870℃で終了する制御圧延の
後、空冷し、再度1200℃の昇温し、30分保持後20℃／秒
で冷却した。Mn量を1.30％以下にすると靭性は向上す
る。一方、脱酸と強度の確保のためには、Mn量は0.80％
以上は必要である。したがって、0.80％以上1.30％以下
とする。

その他の成分の限定理由を以下に述べる。

Siは脱酸のため、0.010％以上必要である。一方、1.0
％を超えると，熱間加工性に有害である。したがって、
0.010％以上1.0％以下とする。

Ｐは靭性を劣化させる。その悪影響は0.015％を越え
ると顕著になる。したがって、0.015％以下とする。

Ｓは主として介在物となり靭性を著しく劣化させる。
その悪影響は0.01％を越えると顕著になる。したがっ
て、0.01％以下とする。

TiはＮを固定し、TiNとして析出してフェライト粒を
微細化し、靭性を向上させる。そのためには、0.005％
以上必要である。一方、0.03％を超えると靭性が低下す
る。したがって、0.005％以上0.03％以下とする。

Alは脱酸剤として必要な元素であるが、含有量が0.00
1％未満の場合は効果がない。一方、0.06％を超えると
靭性に有害である。したがって、0.001％以上0.06以下
とする。

Ｎは強度を上げるが、0.007％を超えると靭性を低下
させる。したがって、0.007％以下とする。

CuとNiは強度及び靭性を向上させる元素である。いず
れも、0.1％未満の場合は十分な効果が得られない。一
方、Cuが1.0％超えると、熱間加工性を悪化させる。ま
た、Niを1.0％を超えて含有させることは経済性の観点
から得策でない。したがって、CuおよびNi量は、0.1％
以上1.0％以下の範囲で必要に応じて添加できるものと
する。

Mo、Ｖは固溶化熱処理後の母材の強度と靭性を向上さ
せる元素である。しかし、いずれも、0.01％未満ではそ
の効果が得られず、一方、0.10％を超えると靭性を下げ
る。したがって、いずれも、0.01％以上0.10％以下の範
囲で、必要に応じて添加できるものとする。

次に圧延、熱処理等の条件について述べる。

第５図に圧延条件と機械的性質との関係を示す。鋼N
o.16を用いており、1200℃に加熱し1000℃で圧延を終
了後空冷、1200℃に加熱し900℃以下の圧下率を50％
とし、850℃で圧延を終了後空冷、1200℃に加熱し900
℃以下の圧下率を50％とし、800℃で圧延終了後空冷、
1200℃に加熱し900℃以下の圧下率を65％とし、800℃
で圧延を終了後空冷し、さらに、それらの鋼板を1120℃
にし、30分保持後、18℃／秒で冷却した。

900℃以下での圧下率を50％以上とする制御圧延材
は、1000℃で圧延を終了後、空冷した鋼板に比較して靭
性が優れている。また、同一の圧下率の場合には、終了
温度が低い場合に靭性が優れている。一方、ニッケル基
合金は加工性が低く、終了温度を700℃より低くする
と、合せ材が圧延中に割れる。したがって、圧延条件は
900℃以下の圧下率を50％以上とし、終了温度を700℃以
上850℃以下とした。

第６図に900℃以下における圧下率および圧延終了温
度と、TS・vTrs・組織との関係を示す。いずれも、固溶
化熱処理後のおける値または状態である。900℃以下で
の圧下率を大きく、また、圧延終了温度を低くすること
により、固溶化熱処理後の母材の靭性は向上する。

これは固溶化熱処理前の制御圧延により、圧延組織が
極めて微細なフェライト組織になり、固溶化熱処理時の
オーステナイト変態の核発生箇所が多くなり、変態生成
するオーステナイト粒が多くなり、その結果、オーステ
ナイトの平均粒径が微細化し、その後の急速冷却時の母
材の焼き入れ性が抑えられ、微細な擬ポリゴナルフェラ
イトが多く発生し、靭性を悪化させる上部ベイナイトの
生成が抑制されるためである。

上記した様に、本発明ではMn量を抑えた成分系として
おり、機械的性質を確保するためには、未再結晶域での
圧下率と終了温度の制御が重要である。一方、合せ材の
耐食性の確保のためには、加熱温度をある程度高くする
必要がある。加熱温度が1100℃未満の場合は、Cr、Moを
含む金属間化合物が完全には固溶せず、合せ材の耐食性
が確保できない。

固溶加熱処理温度を1100℃以上としたのも同じ理由で
ある。冷却温度を１℃／秒以上としたのは、１℃／秒未
満の場合は、冷却中に金属間化合物が生成し、合せ材の
耐食性が劣化するためである。

［実施例］以下に本発明の実施例を説明する。

（実施例１）第４表に、本発明が規定する母材の成分を待つ鋼No.2
1、鋼No.25、及び本発明の規定する母材の成分範囲を外
れる鋼No.20、鋼No.22〜No.24、鋼No.26の成分、およ
び、それらの鋼に、56.3Ni−16.5Cr−15.2Mo−4.8Fe−
1.2Co−4.5Wニッケル基合金に重ね、1200℃に加熱後、9
00℃以下の圧下率が50％の圧下をし、800℃で圧延を終
了後、1120℃で30分保持し、その後18℃／秒で冷却した
場合の母材の靭性示した。仕上板厚は、合せ材3mm、母
材17mmの合計20mmである。

鋼No.20及び鋼No.24はＣ量が上限値0.05％を越えてお
り、vE−46℃は、0.5kgf・ｍおよび1.7kgf・ｍと低い。
Mn量が上限値を越えている鋼No.22および鋼No.26も、vE
−46℃は1.3kgf・ｍ、1.2kgf・ｍと低い。鋼No.23はNb
量が下限値未満のため、vE−46℃が、0.3kgf・ｍと低
い。これに対して鋼No.21はvE−46℃が、40.3kgf・ｍ、
鋼No.25は38.2kgf・ｍと非常に良好である。

（実施例２）第５表に、本発明の規定する成分条件を満たす鋼No.2
1と鋼No.25の成分と、それらに69.5Ni−0.8Cr−27.9Mo
−1.3Fe−0.5Coニッケル基合金に重ね、種々の条件下
で、20mm（合せ材3mm、母材17mm）、30mm（合せ材7mm、
母材23mm）に圧延した後、1120℃で30分保持し、18℃／
秒で冷却した場合の母材の靭性値を示す。

条件２は圧延終了温度が、本発明が規定する圧延終了
温度範囲である700℃以上850℃以下を外れている。また
条件４、５は加熱温度が本発明が規定する温度範囲であ
る1150℃以上1250℃以下を外れている。また、条件７は
900℃以下での圧下率50％を満足していない。これらの
条件下で、製造した鋼板のvE−46℃は、いずれも2.0kgf
・ｍ以下と低い。

これに対して本発明の条件を満足している条件１、
６、８による鋼板は、いずれもvE−46℃が20.0kgf・ｍ
以上と良好である。

（実施例３）第６表に、鋼No.27〜No.32鋼の成分と、それらに43.7
Ni−22.3Cr−6.8Mo−19.4Fe−4.7Co−1.3Wニッケル基合
金に重ね、1200℃に加熱し、900℃以下で圧下率50％の
圧下を加え、800℃で圧延を終了後、1120℃で保持し、1
8℃／秒で冷却した場合の母材の靭性値を示す。仕上げ
板厚は合わせ材3mm母材17mmの合計20mmである。

鋼No.27および鋼No.28はMoを、また鋼No.30および鋼N
o.31はＶを本発明の規定する範囲内で含有している。他
の成分も、本発明の規定範囲内であり、vE−46℃はいず
れも15kgf・ｍ以上と良好である。これに対して、Ｃ量
が上限値を越えている、鋼No.29および鋼No.32のvE−46
℃は、2.0kgf・ｍ以下と著しく低い。

以上に述べた様に、母材の成分及び固溶化熱処理前の
圧延条件、固溶化熱処理温度、冷却速度を限定すること
により、高強度で靭性の優れた母材と、優れた耐食性を
持つ合せ材よりなるニッケル基合金圧延クラッド鋼板を
製造することができる。

なお、本発明においては、母材と合せ材の中間に、Fe
箔やNi箔の一種あるいは二種を中間材として挿むことに
より、母材から合せ材へのＣの拡散を防ぎ、炭化物形成
による合せ材の耐食性の低下を防止できる。

［発明の効果］母材の成分及び固溶化熱処理前の圧延条件、固溶化熱
処理温度、冷却速度を最適範囲に限定する本発明の完成
により、従来は不可能とされていた、高強度で靭性の優
れた母材と、耐食性に優れた合せ材よりなるニッケル基
合金圧延クラッド鋼板の製造が初めて可能となった。こ
の圧延クラッド鋼板を用いることによる経済的効果は極
めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は合せ材の耐食性に及ぼす製造条件の影響を示す
図である。第２図は母材のＣ量と機械的性質との関係を
示す図である。第３図は母材のNb量と機械的性質との関
係を示す図である。第４図は母材のMn量と機械的性質と
の関係を示す図である。第５図は圧延条件と機械的性質
との関係を示す図である。第６図は900℃以下での圧下
率・圧延終了温度と固溶化熱処理後のTS・vTrs・組織と
の関係を示す図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でCr:0.5％以上25％以下、Mo:5％以
上30％以下、且Mo＋Cr≧25％を含有したニッケル基合金
を鋼板の少なくとも片面に重ね合わせるクラッド鋼板の
合せ材とし、重量％でC:0.02％以上0.05％以下、Si:0.0
1％以上1.0％以下、Mn:0.80％以上1.3％以下、P:0.015
％以下、S:0.01％以下、Nb:0.02％以上0.05％以下、Ti:
0.005％以上0.03％以下、Al:0.001％以上0.06％以下、
N:0.007％以下を含有し、残部をFe及び不可避不純物か
らなる鋼をクラッド鋼板の母材としたクラッド鋼板の圧
延に際し、1100℃以上1250℃以下に加熱後、900℃以下
の圧下率を50％以上とし、終了温度を700℃以上850℃以
下とし、圧延後、1100℃以上1250℃以下の温度で固溶化
熱処理を施し、その後１℃／秒以上の速度で冷却するこ
とを特徴とするニッケル基合金圧延クラッド鋼板の製造
方法。
【請求項２】合せ材が重量％で、Cr:0.5％以上25％以
下、Mo:5％以上30％以下、且Mo＋Cr≧25％を含有し、更
にW:3％以上10％以下、Co:0.5％以上10％以下、Fe:20％
以下の一種又は二種以上を含有し、残部をNi及び不可避
不純物からなるニッケル基合金としたことを特徴とする
請求項１記載のニッケル基合金圧延クラッド鋼板の製造
方法。
【請求項３】母材が重量％で、C:0.02％以上0.05％以
下、Si:0.01％以上1.0％以下、Mn:0.80％以上1.3％以
下、P:0.015％以下、S:0.01％以下、Nb:0.02％以上0.05
％以下、Ti:0.005％以上0.03％以下、Al:0.001％以上0.
06％以下、N:0.007％以下を含有し、さらに、Cu:0.1％
以上1.0％以下、Ni:0.1％以上1.0％以下、Mo:0.01％以
上0.10％以下、V:0.01％以上0.10％以下の一種または二
種以上を含有し、残部をFe及び不可避不純物からなる鋼
としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載
のニッケル基合金圧延クラッド鋼板の製造方法。