JP7628404B2 - Clad steel plate, its manufacturing method and welded structure - Google Patents
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Description
本発明は、接合面の耐水素脆化性に優れたクラッド鋼板とその製造方法および上記クラッド鋼板を用い水素を含むガスを使用する溶接またはガウジングを含む製造工程で製造した溶接構造物に関する。 The present invention relates to a clad steel plate having excellent hydrogen embrittlement resistance at the joining surface, a manufacturing method thereof, and a welded structure manufactured using the clad steel plate in a manufacturing process including welding or gouging using a gas containing hydrogen.
ステンレス鋼やNi基合金は耐食性に優れることから厳しい腐食環境において適した素材である。上述の腐食環境として、油井環境、海水や汽水に曝されるような高塩化物環境、各種酸溶液に曝されるプラント設備やケミカルタンカー等が例示される。そしてこのような腐食環境において、ステンレス鋼やNi基合金は海水淡水化プラント、排煙脱硫装置、化学薬品の保存タンク、油井管等の構造部材ポンプ・バルブ類、熱交換器などに使用されている。 Stainless steel and Ni-based alloys have excellent corrosion resistance, making them suitable materials for severe corrosive environments. Examples of the corrosive environments mentioned above include oil well environments, high chloride environments such as exposure to seawater or brackish water, and plant equipment and chemical tankers exposed to various acid solutions. In such corrosive environments, stainless steel and Ni-based alloys are used in seawater desalination plants, flue gas desulfurization equipment, chemical storage tanks, structural components such as oil well tubular goods, pumps and valves, heat exchangers, etc.
一方でステンレス鋼やNi基合金(以下「高合金鋼」と総称する。)は耐食性を確保するためCr、Ni、Moなどの合金元素が多く含有されており、炭素鋼や低合金鋼と比較すると材料コストはもちろん、加工や溶接などのコストも高い。また合金元素の高騰などによって価格が大きく変動することも考えられる。そのため、主にコストの面からその使用が制限される場合がある。 On the other hand, stainless steels and Ni-based alloys (hereafter collectively referred to as "high alloy steels") contain large amounts of alloying elements such as Cr, Ni, and Mo to ensure corrosion resistance, and compared to carbon steels and low alloy steels, the costs of processing, welding, and so on as well as the material costs are high. In addition, prices can fluctuate significantly due to rising prices of alloying elements. For this reason, their use may be restricted mainly due to cost.
上述のようにコストの面を考慮した場合、加工や溶接などの観点からはクラッド鋼板を材料として使用することが有効である。クラッド鋼板とは、異なる二種類以上の金属を貼り合せた材料をいう。クラッド鋼板は、高合金鋼のみからなる鋼板(以下、「ソリッド鋼板」と称する。)と比較し、高合金鋼を使用する量を低減することができ、材料コストを低減することができるとともに、異材溶接箇所を少なくできるため溶接時の溶材コストなども低下することができる。 As mentioned above, when considering the cost aspect, it is effective to use clad steel plate as a material from the viewpoint of processing and welding. Clad steel plate is a material in which two or more different types of metal are bonded together. Compared to steel plate consisting only of high alloy steel (hereinafter referred to as "solid steel plate"), clad steel plate can reduce the amount of high alloy steel used, reducing material costs, and also reduces the number of dissimilar material welding points, thereby reducing the cost of welding materials.
また、クラッド鋼板においては、母材に優れた特性を有する材料を貼り合せることで(以下、貼り合せた素材を「合せ材」と記載する。)、合せ材と母材とがそれぞれ有する優れた特性を双方とも得ることができる。 In addition, in clad steel plates, by bonding a material with excellent properties to the base material (hereinafter, the bonded material will be referred to as the "clad material"), it is possible to obtain the excellent properties of both the clad material and the base material.
例えば、合せ材に、その使用環境で要求される特性を有する高合金鋼を用い、母材にその使用環境で要求される靭性および強度を有する炭素鋼または低合金鋼を用いた場合が考えられる。このような場合、上述のようにコストを低減することができるだけでなく、ソリッド鋼板と同等の特性と、炭素鋼および低合金鋼と同等の強度および靭性とを確保できる。このため、経済性と機能性とが両立できる。 For example, a high alloy steel having the properties required for the usage environment may be used for the cladding material, and a carbon steel or low alloy steel having the toughness and strength required for the usage environment may be used for the base material. In such a case, not only can costs be reduced as described above, but properties equivalent to those of solid steel plate and strength and toughness equivalent to those of carbon steel and low alloy steel can be ensured. This makes it possible to achieve both cost-effectiveness and functionality.
以上のような経緯から、ステンレス鋼やNi基合金を用いたクラッド鋼板のニーズは、近年各種産業分野で益々高まっている。しかしながら、クラッド鋼板を利用する際には、合せ材と母材との接合部での剥離を防止することが重要である。使用中に合せ材と母材とが剥離すると、所望する耐食性等の特性、および強度が得られない場合がある。また、例えば、構造物の穴あき、倒壊などの危険が生じることも考えられる。そのため、クラッド鋼において合せ材と母材の剥離を防止することは重要である。 In light of the above, the need for clad steel plates made of stainless steel or Ni-based alloys has been increasing in recent years in various industrial fields. However, when using clad steel plates, it is important to prevent delamination at the joint between the clad material and the base material. If the clad material and the base material delaminate during use, the desired properties such as corrosion resistance and strength may not be obtained. In addition, there is a possibility that there may be a risk of holes being created in the structure or it may collapse. Therefore, it is important to prevent delamination between the clad material and the base material in clad steel.
特許文献1にはオーステナイト系ステンレスクラッド板において、圧延前の板厚/圧延後の板厚で計算される圧下比を950℃以上で1.5以上とし、900℃以下の温度域における制御圧延において、累積圧下率を50%以上、圧延終了温度を750℃以上とする熱間圧延を行った後に、冷却速度3℃/s以上、冷却停止温度550℃以上とする加速冷却を行い、その後放冷することで母材の低温靭性、HAZ靭性並びに合せ材の耐食性に優れたクラッド鋼板を製造する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technology for producing austenitic stainless clad plate with a reduction ratio calculated as plate thickness before rolling/plate thickness after rolling of 1.5 or more at 950°C or higher, hot rolling with a cumulative reduction rate of 50% or more and a rolling end temperature of 750°C or higher in controlled rolling in a temperature range of 900°C or lower, accelerated cooling with a cooling rate of 3°C/s or higher and a cooling end temperature of 550°C or higher, and then allowed to cool, thereby producing a clad steel plate with excellent low-temperature toughness and HAZ toughness of the base material and corrosion resistance of the clad material.
特許文献1に限らず、高温での圧下比を規定することで接合強度を向上させる技術は多くある。これら文献における接合強度とは製造された鋼板としての強度であり、例えばJIS G 0601のせん断強さ試験などで評価される。 In addition to Patent Document 1, there are many other techniques for improving joint strength by specifying the reduction ratio at high temperatures. The joint strength in these documents refers to the strength of the manufactured steel plate, and is evaluated, for example, by the shear strength test of JIS G 0601.
しかしながら、クラッド鋼板は種々の溶接で組み立てられた構造物として実際に使用される。したがって、剥離に対する溶接の影響についても考慮する必要がある。 However, clad steel plates are actually used in structures assembled by various welding processes. Therefore, the effect of welding on delamination must also be considered.
特許文献2にはオーステナイト系ステンレスクラッド鋼板について、圧延後の焼戻しの温度・時間を規定することで界面のマルテンサイトの遅れ破壊を防止する技術が開示されている。
また、非特許文献1ではSUS316Lおよびインコネル625のクラッドについて、界面のマルテンサイトの水素脆化感受性を評価している。
特許文献3には二相ステンレスクラッド鋼板について厚さ100μmのNiインサート材を挿入し、1240℃又は1200℃に加熱して圧延を実施する技術が実施例によって具体的に開示されている。
Patent Document 2 discloses a technique for preventing delayed fracture of martensite at the interface by specifying the temperature and time of tempering after rolling for an austenitic stainless clad steel sheet.
In addition, Non-Patent Document 1 evaluates the hydrogen embrittlement susceptibility of martensite at the interface of clads of SUS316L and Inconel 625.
Patent Document 3 specifically discloses, by way of examples, a technique in which a 100 μm thick Ni insert material is inserted into a duplex stainless clad steel plate, and the plate is heated to 1240° C. or 1200° C. and rolled.
ステンレス鋼やNi基合金を合せ材とするクラッド鋼板では圧延時の加熱中に、CrやNiが合せ材から母材側へ、Cが母材から合せ材側へ拡散することによって、界面に元素の拡散層が生じる。拡散層中は各元素の濃度が徐々に変化するが、元素濃度によってはマルテンサイト変態が開始する温度が高く、マルテンサイト変態が生じる臨界冷却速度が遅い領域で、圧延後の冷却中にマルテンサイトが生じる場合がある。 In clad steel plates made of stainless steel or Ni-based alloys, Cr and Ni diffuse from the clad material to the base material, and C diffuses from the base material to the clad material during heating during rolling, creating a diffusion layer of elements at the interface. The concentration of each element gradually changes in the diffusion layer, but depending on the element concentration, martensite may form during cooling after rolling in regions where the temperature at which martensitic transformation begins is high and the critical cooling rate at which martensitic transformation occurs is slow.
通常の使用や溶接では界面のマルテンサイトは界面剥離に影響を与えないが、例えば界面のマルテンサイトが厚く、硬度も高いクラッド鋼板について、溶接ガスに水素を用いた溶接を施した場合に、マルテンサイトに水素が入るとともに、構造上の応力や溶接時の変形、溶接部近傍での母材の変態などによって界面に応力が生じ、その複合によって水素脆化が生じる可能性が想定される。 In normal use or welding, the martensite at the interface does not affect interfacial peeling. However, for example, when welding a clad steel plate with thick interfacial martensite and high hardness using hydrogen as the welding gas, hydrogen enters the martensite and stress is generated at the interface due to structural stress, deformation during welding, and transformation of the base material near the weld, and it is thought that this combination may cause hydrogen embrittlement.
本発明者は、マルテンサイトはその硬度が高いほど水素脆化感受性が高くなること、さらに、拡散層中のマルテンサイト幅が大きいほど微小な水素脆化が大きな界面剥離につながる危険性が高くなることを認識した。さらに本発明者は、溶接時の水素脆化によるクラッドの界面剥離を抑制するためには、界面のマルテンサイトの硬度と幅、鋼中の水素濃度およびマルテンサイトに付加される応力を制御することが解決すべき課題であると知見した。 The inventors recognized that the higher the hardness of martensite, the higher its susceptibility to hydrogen embrittlement, and further, that the greater the width of martensite in the diffusion layer, the greater the risk that minute hydrogen embrittlement will lead to large interfacial peeling. Furthermore, the inventors discovered that in order to suppress interfacial peeling of the cladding due to hydrogen embrittlement during welding, the problem to be solved is to control the hardness and width of the martensite at the interface, the hydrogen concentration in the steel, and the stress applied to the martensite.
前記特許文献2に、界面のマルテンサイトの遅れ破壊を防止する技術の開示がある。しかしながら、この技術は製造時の遅れ破壊の防止であり、溶接構造物についての防止技術の開示はない。また焼戻し工程が増えることはコスト増加につながるため、実用上焼戻しなしでの界面のマルテンサイトの耐水素脆化性を向上させる技術が求められるが、その解決手段については開示も示唆もない。
前記非特許文献1には、界面のマルテンサイトの水素脆化感受性の評価方法についての記載はある。しかしながら、実際のクラッド鋼においては、加熱温度と圧下比に応じて拡散層の幅が異なると推定されるが、拡散層の幅と水素脆化感受性の関係についての記載も示唆もない。
The above-mentioned Patent Document 2 discloses a technology for preventing delayed fracture of martensite at the interface. However, this technology is for preventing delayed fracture during manufacturing, and does not disclose a technology for preventing delayed fracture in welded structures. In addition, since an increase in the tempering process leads to an increase in cost, a technology for improving the hydrogen embrittlement resistance of martensite at the interface without tempering is practically required, but no solution to this problem is disclosed or suggested.
The above-mentioned Non-Patent Document 1 describes a method for evaluating the hydrogen embrittlement susceptibility of martensite at the interface. However, in actual clad steel, the width of the diffusion layer is presumed to vary depending on the heating temperature and rolling reduction ratio, but there is no description or suggestion of the relationship between the width of the diffusion layer and hydrogen embrittlement susceptibility.
クラッド鋼板を製造する際に、界面の元素拡散とそれに伴うCr炭窒化物や金属間化合物の析出を抑制するために、合せ材と母材の間にインサート材を挿入して製造する場合がある(特許文献3参照)。このインサート材として高温でFCC構造であり元素の拡散係数が比較的小さい純NiやNiを多量に含む合金の箔やメッキが使われる場合がある。 When manufacturing clad steel plates, an insert material may be inserted between the clad material and the base material to suppress element diffusion at the interface and the associated precipitation of Cr carbonitrides and intermetallic compounds (see Patent Document 3). This insert material may be a foil or plating of pure Ni or an alloy containing a large amount of Ni, which has an FCC structure at high temperatures and a relatively small element diffusion coefficient.
本発明者は、鋭意検討の結果、このようなインサート材を挿入すると、Niがオーステナイト安定化元素であることにより上記のマルテンサイト変態が抑制され、溶接時の水素脆化によるクラッドの界面剥離を抑制する傾向にあることを知見した。さらに本発明者は、インサート材の厚みと加熱温度、時間によっては、インサート材を超えて元素が拡散して合せ材とインサート材の界面または母材とインサート材の界面にマルテンサイトが生じ、水素脆化が生じる可能性を想定しインサート材を活用する場合の解決すべき課題と知見した。 After extensive research, the inventors discovered that inserting such an insert material inhibits the martensitic transformation described above because Ni is an austenite stabilizing element, and tends to inhibit interfacial peeling of the clad due to hydrogen embrittlement during welding. Furthermore, the inventors hypothesized that, depending on the thickness of the insert material and the heating temperature and time, elements could diffuse beyond the insert material, resulting in martensite at the interface between the cladding material and the insert material or the interface between the base material and the insert material, causing hydrogen embrittlement, and discovered that this is an issue that must be resolved when using an insert material.
前記特許文献3には二相ステンレスクラッド鋼板について100μmのNiインサート材を挿入する場合の技術の開示はあるものの、加熱時間の記載がなく、界面のマルテンサイト相に関する記載もない。 Patent Document 3 discloses technology for inserting a 100 μm Ni insert into a duplex stainless clad steel plate, but does not mention the heating time or the martensite phase at the interface.
上記記載の課題認識に鑑み、本発明は、接合面の耐水素脆化性が良好な耐水素脆化性に優れたクラッド鋼板およびその製造方法ならびに溶接構造物を提供することを目的とする In view of the above-mentioned problems, the present invention aims to provide a clad steel plate with excellent hydrogen embrittlement resistance at the joint surface, a manufacturing method thereof, and a welded structure.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のクラッド鋼板およびその製造方法ならびに溶接構造物を要旨とする。
[1]母材と、前記母材に接合された合せ材とを備えるクラッド鋼板であって、
前記母材は、炭素鋼または低合金鋼からなり、
前記合せ材は、耐食性合金からなり、
前期母材と合せ材の間にインサート材が挿入された構造であり、
クラッド鋼板の母材とインサート材の界面において、ナノ硬さが7GPa以上である領域の板厚方向の幅が5μm以下であることを特徴とするクラッド鋼板。
[2]請求項1に記載のクラッド鋼板において、母材の成分組成が質量%で、C:0.020~0.200%、Si:1.00%以下、Mn:0.10~3.00%、P:0.050%以下、S:0.050%以下を含有し、かつCeqが0.20~0.40であり、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有する請求項1に記載のクラッド鋼板。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・・・式(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。
[3]前記母材の成分組成が、さらに前記Feの一部に替えて、質量%で、Ni:0.01~1.00%、Cr:0.01~1.00%、Mo:0.01~0.50%、Cu:0.01~1.00%、Co:0.01~0.50%,Se+Te:0.01~0.10%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.200%、Nb:0.001~0.200%、Al:0.005~0.300%、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、[2]に記載のクラッド鋼板。
[4]前記クラッド鋼板の合せ材が、質量%でCr:10%以上を含有するステンレス鋼またはニッケル基合金であることを特徴とする、[1]~[3]のいずれか1つに記載のクラッド鋼板。
[5]前記インサート材が質量%でNi:20%以上かつCr:10%未満を含有することを特徴とする[1]~[4]のいずれか1つに記載のクラッド鋼板。
[6][1]~[5]のいずれか1つに記載のクラッド鋼板の製造方法であって、母材と合せ材の間にインサート材を挿入し、圧着面が真空になるよう積層して圧着面の4周を溶接により密封してクラッド素材とし、1又は2以上の前記クラッド素材を組み立てたクラッド圧延素材について加熱炉内の最高加熱温度Temp(℃)、加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度Temp-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間Time(分)を用いて式(2)から計算されるクラッド加熱パラメタの値d(μm)が挿入したインサート材の厚みThick(μm)の値未満である加熱の後に熱間圧延を行い、母材と合せ材の界面のナノ硬さが7GPa以上である領域の板厚方向の幅を5μm以下とすることを特徴とするクラッド鋼板の製造方法。
d=2.27×105×√(Time)×exp(-1.64×104/(Temp+273))・・・式(2)
[7][1]~[5]のいずれか1つに記載のクラッド鋼板を用いてなる溶接構造物。
[8]前記クラッド鋼板が、溶接ガスに水素を用いた溶接に使用されることを特徴とする、[1]~[5]のいずれか1つに記載のクラッド鋼板。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the gist of the present invention is the following clad steel plate, its manufacturing method, and welded structure.
[1] A clad steel plate comprising a base material and a clad material joined to the base material,
The base material is made of carbon steel or low alloy steel,
The cladding material is made of a corrosion-resistant alloy,
The structure is such that an insert material is inserted between the base material and the cladding material.
A clad steel plate, characterized in that at the interface between the base material and the insert material of the clad steel plate, the width in the plate thickness direction of a region having a nano-hardness of 7 GPa or more is 5 μm or less.
[2] The clad steel plate according to claim 1, wherein the composition of the base material contains, in mass%, C: 0.020 to 0.200%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10 to 3.00%, P: 0.050% or less, S: 0.050% or less, Ceq is 0.20 to 0.40, and the balance is Fe and impurities. Here, Ceq is defined by the following formula (1).
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5...Formula (1)
In the formula, C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo and V are the contents (mass%) of each element in the composition of the base steel plate.
[3] The composition of the base material further contains, in mass%, one or more selected from Ni: 0.01 to 1.00%, Cr: 0.01 to 1.00%, Mo: 0.01 to 0.50%, Cu: 0.01 to 1.00%, Co: 0.01 to 0.50%, Se + Te: 0.01 to 0.10%, V: 0.001 to 0.100%, Ti: 0.001 to 0.200%, Nb: 0.001 to 0.200%, Al: 0.005 to 0.300%, Ca: 0.0003 to 0.0050%, B: 0.0003 to 0.0030% and REM: 0.0003 to 0.0100%, in place of a portion of the Fe. [2] Clad steel plate.
[4] The clad steel plate according to any one of [1] to [3], characterized in that the clad steel plate is made of a stainless steel or a nickel-based alloy containing, by mass%, Cr: 10% or more.
[5] The clad steel plate according to any one of [1] to [4], characterized in that the insert material contains, by mass%, Ni: 20% or more and Cr: less than 10%.
[6] A method for manufacturing a clad steel plate according to any one of [1] to [5], comprising inserting an insert material between a base material and a clad material, laminating the materials so that the bonding surface is vacuum, and sealing the four periphery of the bonding surface by welding to form a clad material, and assembling one or more of the clad materials into a clad rolled material, the clad material is heated to a temperature Temp (°C) in a heating furnace, and the time Time (minutes) from when the heating temperature in the heating furnace reaches the maximum heating temperature Temp-20°C to when the material is removed from the heating furnace. The clad heating parameter value d (μm) is calculated from formula (2) using the maximum heating temperature Temp (°C) in the heating furnace and the time Time (minutes) from when the heating temperature in the heating furnace reaches the maximum heating temperature Temp-20°C to when the material is removed from the heating furnace. After heating, the clad steel plate is hot-rolled, and the width in the plate thickness direction of the region where the nano-hardness of the interface between the base material and the clad material is 7 GPa or more is 5 μm or less.
d=2.27×10 5 ×√(Time)×exp(-1.64×10 4 /(Temp+273))...Formula (2)
[7] A welded structure made using the clad steel plate according to any one of [1] to [5].
[8] The clad steel plate according to any one of [1] to [5], characterized in that the clad steel plate is used for welding using hydrogen as a welding gas.
本発明によれば、良好な接合面の耐水素脆化性を有するクラッド鋼板を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a clad steel plate having good hydrogen embrittlement resistance at the joint surface.
本発明者らは上記の課題に対し、以下の検討を行なった。具体的には、種々のステンレス鋼およびNi基合金を合せ材とするクラッド鋼板において、インサート材の組成、厚み、素材の加熱温度、加熱時間を変化させて界面の元素拡散と金属組織について調査し、界面の耐水素脆化性との関係を評価した。その結果、以下(a)、(b)の知見を得た。
以下、ナノ硬さとは、ISO 14577に規定する計装化押し込み硬さ試験(ナノインデンテーション試験ともいう。)に準拠して評価した材料の硬さを意味する。
The present inventors conducted the following study to address the above-mentioned problem. Specifically, in clad steel plates made of various stainless steels and Ni-based alloys, the composition and thickness of the insert material, the heating temperature and heating time of the material were changed to investigate element diffusion and metal structure at the interface, and the relationship with hydrogen embrittlement resistance at the interface was evaluated. As a result, the following findings (a) and (b) were obtained.
Hereinafter, nanohardness refers to the hardness of a material evaluated in accordance with the instrumented indentation hardness test (also called nanoindentation test) specified in ISO 14577.
(a)クラッド鋼板の母材とインサート材の界面の近傍のナノ硬さが7GPa以上の領域が薄いほどクラッド鋼板の水素脆化感受性が低くなる傾向にある。このため、ナノ硬さが7GPa以上の領域を5μm以下にすることが有効である。 (a) The thinner the region near the interface between the base material and the insert material of the clad steel plate where the nanohardness is 7 GPa or more, the lower the susceptibility of the clad steel plate to hydrogen embrittlement. For this reason, it is effective to make the region where the nanohardness is 7 GPa or more 5 μm or less.
(b)クラッド鋼板の圧延素材においては、母材となる炭素鋼または低合金鋼と、合せ材となるステンレス鋼またはNi基合金とがインサート材を挟んで接している。界面の合金元素のプロファイルは素材加熱の温度・時間および圧下比によって整理できた。またCrが質量%で10%以上含まれている合せ材を用い、さらにインサート材の厚みを超えてCrが拡散した場合にクラッド鋼板の母材とインサート材の界面の近傍にナノ硬さが7GPa以上の領域が生じることを確認した。これはNiに比べてCrが最も拡散が速く、さらに焼入れ性を高める元素であるため、Crの含有量のみが高くNiなどのオーステナイト安定化元素の含有量が低い領域でマルテンサイト変態が生じるためである。 (b) In the case of rolled materials for clad steel plates, the base material, carbon steel or low alloy steel, and the cladding material, stainless steel or Ni-based alloy, are in contact with each other with an insert material sandwiched between them. The profile of alloy elements at the interface could be organized by the temperature and time of material heating and the rolling reduction ratio. It was also confirmed that when a cladding material containing 10% or more Cr by mass is used and Cr diffuses beyond the thickness of the insert material, a region with a nanohardness of 7 GPa or more is generated near the interface between the base material and the insert material of the clad steel plate. This is because Cr diffuses the fastest compared to Ni and is an element that enhances hardenability, so martensitic transformation occurs in regions where only the Cr content is high and the content of austenite stabilizing elements such as Ni is low.
したがって、接合面の耐水素脆化性に優れたクラッド鋼板を得るためには、インサート材の厚みに応じて加熱時のCr拡散を制御する必要がある。本発明は、上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。 Therefore, in order to obtain a clad steel plate with excellent hydrogen embrittlement resistance at the joining surface, it is necessary to control the Cr diffusion during heating according to the thickness of the insert material. The present invention was made based on the above findings. Each requirement of the present invention will be explained in detail below.
1.本発明の構成
本発明に係るクラッド板は、母材と、母材に接合されたインサート材とインサート材に接合された合せ材とを備える。母材は後述の炭素鋼または低合金鋼からなる。また合せ材は耐食性合金からなり、耐食性合金としてCrを10%以上含有するステンレス鋼やNi基合金などを例示できる。インサート材としてNiを20%以上含有しかつCrを10%未満含有する合金や純Niを例示できる。さらに、前記母材と前記インサート材の界面においてナノ硬さが7GPa以上である領域の板厚方向の幅が5μm以下である。
1. Configuration of the present invention The clad plate according to the present invention comprises a base material, an insert material bonded to the base material, and a clad material bonded to the insert material. The base material is made of carbon steel or low alloy steel as described below. The clad material is made of a corrosion-resistant alloy, and examples of the corrosion-resistant alloy include stainless steel containing 10% or more of Cr and Ni-based alloys. Examples of the insert material include an alloy containing 20% or more of Ni and less than 10% of Cr, and pure Ni. Furthermore, the width in the plate thickness direction of the region where the nano-hardness is 7 GPa or more at the interface between the base material and the insert material is 5 μm or less.
2.クラッド界面の特性
本発明に関わるクラッド鋼板の界面特性について説明する。良好な接合面の耐水素脆化性を有するクラッド鋼板を得るためにはクラッド界面での硬質なマルテンサイト相の生成を抑制する必要がある。
2. Characteristics of the Clad Interface The interface characteristics of the clad steel plate according to the present invention will now be described. In order to obtain a clad steel plate having good hydrogen embrittlement resistance at the bonding interface, it is necessary to suppress the formation of a hard martensite phase at the clad interface.
2-1.クラッド鋼板の母材とインサート材界面のナノ硬さ
クラッド鋼板の母材とインサート材の界面においてナノ硬さが7GPa以上の領域の板厚方向の幅は5μm以下とする。ナノ硬さが7GPa以上の領域の板厚方向の幅が5μm超では硬質で水素脆化感受性の高いマルテンサイトの領域が大きいため溶接ガスに水素を含有する溶接を実施した際に界面が剥離する場合がある。好ましくは3μm以下であり、更に好ましくは1μm以下である。ナノ硬さが7GPa以上の領域が小さいほど水素脆化感受性は低くなるため下限は設けない。
2-1. Nanohardness of the interface between the base material and the insert material of the clad steel plate The width in the plate thickness direction of the region with a nanohardness of 7 GPa or more at the interface between the base material and the insert material of the clad steel plate is 5 μm or less. If the width in the plate thickness direction of the region with a nanohardness of 7 GPa or more exceeds 5 μm, the region of hard martensite with high hydrogen embrittlement susceptibility is large, so the interface may peel off when welding is performed using a welding gas containing hydrogen. It is preferably 3 μm or less, and more preferably 1 μm or less. The smaller the region with a nanohardness of 7 GPa or more, the lower the hydrogen embrittlement susceptibility, so no lower limit is set.
3.母材の成分組成
母材は炭素鋼または低合金鋼からなる。また母材の好ましい成分組成は、質量%でC:0.020~0.200%、Si:1.00%以下、Mn:0.10~3.00%、P:0.050%以下、S:0.050%を含有し、かつCeqが0.20~0.40であり、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有する鋼板である。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・・・式(1)
式中、C、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVは、母材の成分組成における各元素の含有量(質量%)である。
3. Composition of the Base Metal The base metal is made of carbon steel or low alloy steel. The preferred composition of the base metal is a steel sheet containing, by mass%, C: 0.020-0.200%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10-3.00%, P: 0.050% or less, S: 0.050%, Ceq of 0.20-0.40, and the balance being Fe and impurities. Here, Ceq is defined by the following formula (1).
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5...Formula (1)
In the formula, C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo and V are the contents (mass%) of each element in the composition of the base material.
Cは鋼の強度を向上させる元素であり、0.020%以上含有させることで十分な強度を発現する。しかし、0.200%を超えると溶接性および靭性の劣化を招く。したがって、C量は0.020~0.200%とする。好ましくは0.040%以上、さらに好ましくは0.050%以上である。一方上限値は0.100%以下が好ましく、0.080%以下がさらに好ましい。より好ましい範囲は0.040%~0.100%であり、更に好ましい範囲は0.050%~0.080%である。 C is an element that improves the strength of steel, and sufficient strength is achieved by including 0.020% or more. However, if it exceeds 0.200%, it will cause deterioration of weldability and toughness. Therefore, the C content is set to 0.020 to 0.200%. It is preferably 0.040% or more, and more preferably 0.050% or more. On the other hand, the upper limit is preferably 0.100% or less, and even more preferably 0.080% or less. A more preferable range is 0.040% to 0.100%, and an even more preferable range is 0.050% to 0.080%.
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。しかしながら、1.00%を超えると鋼の表面性状及び靭性の劣化を招く。したがって、Si量は1.00%以下とする。好ましくは0.50%以下である。Siは含有しなくても良い。Siの好ましい含有量下限は0.01%である。 Si is effective for deoxidization and is an element that improves the strength of steel. However, if it exceeds 1.00%, it will cause deterioration of the surface properties and toughness of the steel. Therefore, the amount of Si is set to 1.00% or less, and preferably 0.50% or less. Si may not be contained. The preferred lower limit of the Si content is 0.01%.
Mnは鋼の強度を上昇させる元素であり、0.10%以上含有させることでその効果が発現する。しかしながら、3.00%を超えると溶接性が損なわれるとともに合金コストも増大する。したがって、Mn量は0.10~3.00%とする。好ましくは0.50~2.00%であり、更に好ましくは0.90%~1.60%である。 Mn is an element that increases the strength of steel, and this effect is realized when it is contained at 0.10% or more. However, if it exceeds 3.00%, weldability is impaired and the alloy cost increases. Therefore, the Mn content is set to 0.10-3.00%. It is preferably 0.50-2.00%, and more preferably 0.90%-1.60%.
Pは鋼中の不純物であり、含有量が0.050%を超えると靭性が劣化する。したがって、P量は0.050%以下とする。好ましくは0.020%以下である。 P is an impurity in steel, and if the content exceeds 0.050%, toughness deteriorates. Therefore, the P content is set to 0.050% or less. Preferably, it is set to 0.020% or less.
Sは鋼中の不純物であり、含有量が0.050%を超えると靭性が劣化する。したがって、S量は0.050%以下とする。好ましくは0.010%以下である。 S is an impurity in steel, and if the content exceeds 0.050%, toughness deteriorates. Therefore, the S content is set to 0.050% or less. Preferably, it is set to 0.010% or less.
Ceq(炭素当量)は、鋼の成分組成から硬度と溶接性を見積もるために用いられる値であり、式(1)で計算される。Ceqが高いほど硬さは向上し、溶接性は劣化する。Ceqが0.20未満では構造物として十分な強度が得られない。したがって、Ceqは0.20以上とする。好ましくは0.23以上である。Ceqが0.40超では溶接性が劣化し、パス間温度管理や後熱処理が必要になるなど溶接コストが増加する。したがって、Ceqは0.40以下とする。好ましくは0.35以下である。
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5・・・式(1)
式中、C、Mn、Cu、Ni、Cr、MoおよびVは、母材の成分組成における各元素の含有量(質量%)である。
Ceq (carbon equivalent) is a value used to estimate hardness and weldability from the component composition of steel, and is calculated by formula (1). The higher the Ceq, the higher the hardness and the worse the weldability. If Ceq is less than 0.20, sufficient strength cannot be obtained as a structure. Therefore, Ceq is set to 0.20 or more, and preferably 0.23 or more. If Ceq exceeds 0.40, the weldability deteriorates, and interpass temperature control and post heat treatment become necessary, which increases the welding cost. Therefore, Ceq is set to 0.40 or less, and preferably 0.35 or less.
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5...Formula (1)
In the formula, C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo and V are the contents (mass%) of each element in the composition of the base material.
前記母材の成分組成にさらに、前記Feの一部に替えて質量%で、Ni:0.01~1.00%、Cr:0.01~1.00%、Mo:0.01~0.50%、Cu:0.01~1.00%、Co:0.01~0.50%、Se+Te:0.01~0.10%、V:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.200%、Nb:0.001~0.200%、Al:0.005~0.300%、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種以上を含有することができる。 The composition of the base material may further contain, in mass %, one or more of the following elements in place of a portion of the Fe: Ni: 0.01-1.00%, Cr: 0.01-1.00%, Mo: 0.01-0.50%, Cu: 0.01-1.00%, Co: 0.01-0.50%, Se+Te: 0.01-0.10%, V: 0.001-0.100%, Ti: 0.001-0.200%, Nb: 0.001-0.200%, Al: 0.005-0.300%, Ca: 0.0003-0.0050%, B: 0.0003-0.0030%, and REM: 0.0003-0.0100%.
Niは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、1.00%を超えると溶接性および靭性の劣化を引き起こす。したがってNiを含有する場合、Ni量は1.00%以下とする。好ましくは0.50%以下であり、より好ましくは0.30%以下である。好ましいNi含有量下限値は0.01%である。 Ni is an element that improves the hardenability of steel, and improves the strength and toughness of the steel after rolling. However, if it exceeds 1.00%, it causes deterioration of weldability and toughness. Therefore, when Ni is contained, the Ni amount is set to 1.00% or less. It is preferably 0.50% or less, and more preferably 0.30% or less. The preferred lower limit of the Ni content is 0.01%.
Crは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、1.00%を超えると溶接性および靭性の劣化を引き起こす。したがってCrを含有する場合、Cr量は1.00%以下とする。好ましくは0.50%以下であり、より好ましくは0.30%以下である。好ましいCr含有量下限値は0.01%である。 Cr is an element that improves the hardenability of steel, and improves the strength and toughness of the steel after rolling. However, if it exceeds 1.00%, it causes deterioration of weldability and toughness. Therefore, if Cr is contained, the Cr amount is set to 1.00% or less. It is preferably 0.50% or less, and more preferably 0.30% or less. The preferred lower limit of the Cr content is 0.01%.
Moは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、0.50%を超えると溶接性および靭性の劣化を引き起こす。したがってMoを含有する場合、Mo量は0.50%以下とする。好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.1%以下である。好ましいMo含有量下限値は0.01%である。 Mo is an element that improves the hardenability of steel, and improves the strength and toughness of the steel after rolling. However, if it exceeds 0.50%, it causes deterioration of weldability and toughness. Therefore, if Mo is contained, the Mo amount is set to 0.50% or less. It is preferably 0.30% or less, and more preferably 0.1% or less. The preferred lower limit of the Mo content is 0.01%.
Cuは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、1.00%を超えると溶接性および靭性の劣化を引き起こす。したがってCuを含有する場合、Cu量は1.00%以下とする。好ましくは0.50%以下であり、より好ましくは0.30%以下である。好ましいCu含有量下限値は0.01%である。 Cu is an element that improves the hardenability of steel, and improves the strength and toughness of the steel after rolling. However, if it exceeds 1.00%, it causes deterioration of weldability and toughness. Therefore, if Cu is contained, the Cu amount is 1.00% or less. It is preferably 0.50% or less, and more preferably 0.30% or less. The preferred lower limit of the Cu content is 0.01%.
Coは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、0.50%を超えると熱間での加工性が損なわれて生産性が低下する。したがってCoを含有する場合、Co量は0.50%以下とする。好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.1%以下である。好ましいCo含有量下限値は0.01%である。 Co is an element that improves the hardenability of steel, and improves the strength and toughness of the steel after rolling. However, if it exceeds 0.50%, hot workability is impaired and productivity decreases. Therefore, if Co is contained, the Co amount is set to 0.50% or less. It is preferably 0.30% or less, and more preferably 0.1% or less. The preferred lower limit of the Co content is 0.01%.
SeおよびTeは鋼板中のMn、Si、Al等の酸化しやすい元素が鋼板表面に拡散されて酸化物を形成することを抑制し、鋼板の表面性状やめっき性を高める。しかしながら、合計で0.10%を超えるとこの効果が飽和する。したがって、SeおよびTeを添加する場合はSeとTeの合計量は0.10%以下とする。より好ましくは0.05%以下である。好ましいSe+Te含有量下限値は0.01%である。 Se and Te suppress easily oxidizable elements such as Mn, Si, and Al in the steel sheet from diffusing to the steel sheet surface to form oxides, improving the surface properties and platability of the steel sheet. However, this effect saturates when the total exceeds 0.10%. Therefore, when Se and Te are added, the total amount of Se and Te should be 0.10% or less. More preferably, it should be 0.05% or less. The preferred lower limit of the Se + Te content is 0.01%.
Alは鋼の脱酸に効果がある元素である。しかしながら、0.300%を超えると溶接部の靭性の劣化を引き起こす。したがってAlを含有する場合、Al量は0.300%以下とする。好ましくは0.100%以下である。好ましいAl含有量下限値は0.005%である。 Al is an element that is effective in deoxidizing steel. However, if it exceeds 0.300%, it causes a deterioration in the toughness of the weld. Therefore, if Al is contained, the Al content should be 0.300% or less. Preferably, it should be 0.100% or less. The preferred lower limit of the Al content is 0.005%.
Vは炭窒化物を形成することで鋼の強度を上昇させる。しかしながら、0.100%を超えると溶接性および靭性の劣化を引き起こす。したがってVを含有する場合、V量は0.100%以下とする。好ましくは0.050%以下である。好ましいV含有量下限値は0.001%である。 V increases the strength of steel by forming carbonitrides. However, if it exceeds 0.100%, it causes deterioration of weldability and toughness. Therefore, if V is contained, the V content should be 0.100% or less, and preferably 0.050% or less. The preferred lower limit of V content is 0.001%.
Tiは結晶粒を微細化させて強度を増加させる元素であり、0.001%以上の添加でその効果が発現する。しかし、0.200%を超えると溶接性が損なわれるとともに合金コストも増大する。したがって、Ti量は0.001~0.200%とする。好ましくは0.005~0.100%であり、更に好ましくは0.010~0.050%である。 Ti is an element that refines crystal grains and increases strength, and this effect is apparent when added at 0.001% or more. However, if it exceeds 0.200%, weldability is impaired and alloy costs increase. Therefore, the Ti content is set to 0.001-0.200%. It is preferably 0.005-0.100%, and more preferably 0.010-0.050%.
Nbは再結晶温度を上げる元素であり、0.001%以上の添加でその効果が発現する。しかし、0.200%を超えると溶接性が損なわれるとともに合金コストも増大する。したがって、Nb量は0.001~0.200%とする。好ましくは0.005~0.100%であり、更に好ましくは0.010~0.050%である。 Nb is an element that raises the recrystallization temperature, and this effect is apparent when added at 0.001% or more. However, if it exceeds 0.200%, weldability is impaired and alloy costs increase. Therefore, the Nb content is set to 0.001-0.200%. It is preferably 0.005-0.100%, and more preferably 0.010-0.050%.
Caは溶接熱影響部の組織を微細化し、靭性を向上させる。しかしながら、0.0050%を超えると粗大な介在物を形成して靭性を劣化させる。したがってCaを含有する場合、Ca量は0.0050%以下とする。好ましくは0.0030%以下である。好ましいCa含有量下限値は0.0003%である。 Ca refines the structure of the weld heat affected zone and improves toughness. However, if it exceeds 0.0050%, it forms coarse inclusions and deteriorates toughness. Therefore, if Ca is contained, the Ca content should be 0.0050% or less. Preferably, it is 0.0030% or less. The preferred lower limit of the Ca content is 0.0003%.
Bは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、圧延後の鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、0.0030%を超えると溶接性および靭性の劣化を引き起こす。したがってBを含有する場合、B量は0.0030%以下とする。好ましくは0.0020%以下である。好ましいB含有量下限値は0.0003%である。 B is an element that improves the hardenability of steel, and improves the strength and toughness of the steel after rolling. However, if it exceeds 0.0030%, it causes deterioration of weldability and toughness. Therefore, if B is contained, the B amount is set to 0.0030% or less, and preferably 0.0020% or less. The preferred lower limit of the B content is 0.0003%.
REMは溶接熱影響部の組織を微細化し、靭性を向上させる。しかしながら、0.0100%を超えると粗大な介在物を形成して靭性を劣化させる。したがってREMを含有する場合、REM量は0.0100%以下とする。好ましくは0.005%以下である。好ましいREM含有量下限値は0.0003%である。 REM refines the structure of the weld heat affected zone and improves toughness. However, if it exceeds 0.0100%, it forms coarse inclusions and reduces toughness. Therefore, if REM is contained, the REM content should be 0.0100% or less. Preferably, it is 0.005% or less. The preferred lower limit of the REM content is 0.0003%.
ここで、REMとは、ランタノイドの15元素にYおよびScを合せた17元素の総称である。これらの17元素のうちの1種以上を鋼材に含有することができ、REM含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。 Here, REM is a collective term for 17 elements, including 15 lanthanoid elements plus Y and Sc. One or more of these 17 elements can be contained in steel, and the REM content refers to the total content of these elements.
本発明の母材の成分組成において、残部はFeおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the composition of the base material of the present invention, the balance is Fe and impurities. Here, "impurities" refers to components that are mixed in due to various factors in the manufacturing process and raw materials such as ores and scraps when industrially manufacturing steel, and are acceptable within the range that does not adversely affect the present invention.
4.合せ材
本発明の合せ材は、耐食性合金からなる。耐食性合金が、Crを10%以上含有するステンレス鋼またはニッケル基合金であると好ましい。前述のように、耐食性合金はCrを多く含有し、そのCrの拡散によってクラッド界面の焼入れ性が上がりマルテンサイトに変態しやすくなるとともに、母材側の炭素が合せ材側に拡散し、母材側界面に硬質なマルテンサイト相が形成され、接合面の耐水素脆化性を低下させる原因となる。即ち、Crを多く含有する耐食性合金を用いる場合に、本発明の効果が発揮される。合せ材のCr含有量が10%以上であれば、本発明を適用することによる効果が顕著に表れる。Cr含有量が15%以上であればより顕著に効果が発揮できる。
4. Cladding material The cladding material of the present invention is made of a corrosion-resistant alloy. It is preferable that the corrosion-resistant alloy is a stainless steel or nickel-based alloy containing 10% or more of Cr. As described above, the corrosion-resistant alloy contains a large amount of Cr, and the diffusion of Cr increases the hardenability of the cladding interface and makes it easier to transform into martensite, while carbon on the base material side diffuses to the cladding material side, forming a hard martensite phase at the base material side interface, which causes a decrease in hydrogen embrittlement resistance of the joint surface. That is, the effect of the present invention is exerted when a corrosion-resistant alloy containing a large amount of Cr is used. If the Cr content of the cladding material is 10% or more, the effect of applying the present invention is remarkable. If the Cr content is 15% or more, the effect can be exerted more remarkable.
5.インサート材
本発明のインサート材は、質量%でNi:20%以上かつCr:10%未満を含有する合金であると好ましい。前述のようにNiはオーステナイトを安定化しマルテンサイト変態を抑制する元素であり、Crは焼入れ性を高めマルテンサイト変態を促進する元素である。Ni含有量が20%以上かつCr含有量が10%未満のインサート材を用いる場合に本発明の効果が発揮される。Ni含有量は好ましくは30%以上であり、更に好ましくは50%以上である。Ni含有量が多いほどマルテンサイト変態は抑制されるため上限は設けない。またFeマトリックス中のCrの拡散速度はNiの拡散速度よりも速いため、インサート材のCrの含有量が多い場合はNi含有量によらず、母材側でCrのみが高くNiなどのオーステナイト安定化元素の含有量が低い領域が生じてしまう。このためインサート材のCr含有量は10%未満とする。Cr含有量は好ましくは5%未満であり、更に好ましくは1%未満である。Cr含有量が少ないほどマルテンサイト変態は抑制されるため下限は設けない。その他の元素も特に制限はされないが、B、Al、Si、Ti、Nb、Mg、REM、Caは酸化物、炭化物、窒化物を生成しやすい元素であり、界面にそれらの析出物が生じると接合不良部や破断の起点が生じて耐剥離性が低下するため、それぞれ含有量は1%未満とすることが望ましい。
5. Insert material The insert material of the present invention is preferably an alloy containing Ni: 20% or more and Cr: less than 10% by mass. As described above, Ni is an element that stabilizes austenite and suppresses martensitic transformation, and Cr is an element that enhances hardenability and promotes martensitic transformation. The effect of the present invention is exerted when an insert material having a Ni content of 20% or more and a Cr content of less than 10% is used. The Ni content is preferably 30% or more, and more preferably 50% or more. The higher the Ni content, the more the martensitic transformation is suppressed, so no upper limit is set. In addition, since the diffusion rate of Cr in the Fe matrix is faster than the diffusion rate of Ni, when the Cr content of the insert material is high, a region where only Cr is high and the content of austenite stabilizing elements such as Ni is low occurs on the base material side regardless of the Ni content. For this reason, the Cr content of the insert material is less than 10%. The Cr content is preferably less than 5%, and more preferably less than 1%. The lower the Cr content, the more the martensitic transformation is suppressed, so no lower limit is set. The other elements are not particularly limited, but B, Al, Si, Ti, Nb, Mg, REM, and Ca are elements that tend to form oxides, carbides, and nitrides. If these elements precipitate at the interface, poor bonding or fracture starting points will occur, reducing peel resistance. Therefore, it is desirable for each content to be less than 1%.
本発明は接合界面組織の制御による接合面の耐水素脆化性に優れたクラッド鋼板および製造方法についての技術であり、合せ材やインサート材の種類・分類は特に規定されない。合せ材の例としてステンレス鋼またはニッケル基合金を例示できる。ステンレス鋼にはオーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、二相系ステンレス鋼があり、ニッケル基合金にはインコネル、インコロイ、ハステロイなどの商品名で種々の合金成分がある。またインサート材の例としてNi合金や純Niを例示できる。Ni合金にはインバー合金やパーマロイなどの商品名で種々の合金成分が有る。 The present invention relates to a technology for a clad steel plate and a manufacturing method that provides excellent hydrogen embrittlement resistance at the bonding surface by controlling the bonding interface structure, and the type and classification of the clad material and insert material are not particularly specified. Examples of clad materials include stainless steel and nickel-based alloys. Stainless steels include austenitic stainless steel, ferritic stainless steel, and duplex stainless steel, while nickel-based alloys include various alloy components under the trade names Inconel, Incoloy, and Hastelloy. Examples of insert materials include Ni alloys and pure Ni. Ni alloys include various alloy components under the trade names Invar alloy and Permalloy.
6.製造方法
本発明に係るクラッド鋼板の製造方法について説明する。前述のように良好な接合面の耐水素脆化性を得るためには金属組織を制御する必要があるが、そのような金属組織は鋼やインサート材の成分組成と適切な製造条件を組み合わせることで実現できる。
上記のクラッド鋼板において、母材と合せ材の間にインサート材を挿入し、圧着面が真空になるよう積層して圧着面の4周を溶接により密封してクラッド素材とし、1又は2以上の前記クラッド素材を組み立てたクラッド圧延素材について加熱炉内の最高加熱温度Temp(℃)、加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度Temp-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間Time(分)を用いて式(2)から計算されるクラッド加熱パラメタの値d(μm)が挿入したインサート材の厚みThick(μm)の値未満である加熱の後に熱間圧延を行い、クラッド鋼板を製造する。
d=2.27×105×√(Time)×exp(-1.64×104/(Temp+273))・・・式(2)
6. Manufacturing method
The manufacturing method of the clad steel plate according to the present invention will be described. As described above, in order to obtain good hydrogen embrittlement resistance of the joint surface, it is necessary to control the metal structure, and such a metal structure can be realized by combining the composition of the steel and the insert material with appropriate manufacturing conditions.
In the above-mentioned clad steel plate, an insert material is inserted between the base material and the clad material, the layers are stacked so that the bonding surface is vacuum, and the four periphery of the bonding surface is sealed by welding to form a clad material. The clad rolled material assembled from one or more of the above-mentioned clad materials is heated so that the value d (μm) of the clad heating parameter calculated from equation (2) using the maximum heating temperature Temp (°C) in the heating furnace and the time Time (minutes) from the time when the heating temperature in the heating furnace reaches the maximum heating temperature Temp - 20°C to the time of removal from the heating furnace is less than the value of the thickness Thick (μm) of the inserted insert material, and then hot rolling is performed to produce a clad steel plate.
d=2.27×10 5 ×√(Time)×exp(-1.64×10 4 /(Temp+273))...Formula (2)
6-1.クラッド素材
クラッド素材は、以下に記載の方法により製造される。まず合せ材と母材について具体的には、転炉、電気炉、真空溶解炉等の公知の方法で母材となる炭素鋼および低合金鋼ならびに合せ材となる耐食性合金を溶製した後、連続鋳造法または造塊-分塊法によりスラブを作成する。得られたスラブを通常用いられる条件で熱間圧延し、熱延板である合せ材及び母材とする。得られた熱延板に対し、必要に応じて、焼鈍、酸洗、研磨などを施してもよい。
上記の合せ材および母材の間にインサート材を挿入し、圧着面が真空になるよう積層して圧着面の4周を溶接により密封してクラッド素材を組み立てる。インサート材を挿入する方法として、箔を挟んで組み立てる方法や、事前に表面にメッキを着けた母材または合せ材を用いて組み立てる方法などを例示できる。箔を挟んで組み立てる場合、インサート材については、熱間圧延までは上記母材と同様の製造方法とし、さらに冷間圧延を施して所定の厚さに圧延し、必要に応じて焼鈍、酸洗を施す。圧着面を真空にする方法は特に規定されないが、真空中で電子ビーム溶接する方法や、予め真空引き用の穴を開けておき大気中でアーク溶接やレーザー溶接で4周を溶接した後に真空ポンプで真空引きする方法などが例示できる。真空度は0.1Torr以下であれば界面の酸化物などが少ない良好な接合界面が得られ、より好ましくは0.05Torr以下であり、真空度は高いほど接合界面が良好になる傾向が有るため特に下限は設けない。
得られたクラッド素材はそのままクラッド圧延素材として熱間圧延に供してもよいし、2つのクラッド素材の間に剥離剤を塗布して重ねるように組み立てたものをクラッド圧延素材として熱間圧延に供してもよい。2つを重ねる場合は冷却時の板反りを少なくするために母材同士、合せ材同士はそれぞれ等厚であることが望ましい。もちろん、クラッドの組立方式およびインサート材の挿入方法は上記で記述したものに限定する必要はない。
6-1. Clad material The clad material is manufactured by the method described below. Specifically, the base material carbon steel and low alloy steel and the base material corrosion-resistant alloy are melted by a known method such as a converter, an electric furnace, or a vacuum melting furnace, and then a slab is made by a continuous casting method or an ingot casting-blotting method. The obtained slab is hot rolled under normally used conditions to obtain the hot-rolled sheet, which is the clad material and the base material. The obtained hot-rolled sheet may be annealed, pickled, polished, etc., as necessary.
The insert material is inserted between the above-mentioned cladding material and the base material, and the cladding material is assembled by laminating the cladding material so that the bonding surface is vacuum, and the four circumferences of the bonding surface are sealed by welding. Examples of the method of inserting the insert material include a method of assembling the cladding material by sandwiching a foil, and a method of assembling the cladding material by using a base material or cladding material whose surface has been plated in advance. When assembling the cladding material by sandwiching a foil, the insert material is manufactured in the same manner as the above-mentioned base material until hot rolling, and is further rolled to a predetermined thickness by cold rolling, and annealed and pickled as necessary. The method of vacuuming the bonding surface is not particularly specified, but examples include a method of electron beam welding in a vacuum, a method of opening a hole for vacuuming in advance, welding four circumferences by arc welding or laser welding in the atmosphere, and then vacuuming with a vacuum pump. If the degree of vacuum is 0.1 Torr or less, a good bonding interface with less oxides at the interface can be obtained, and more preferably 0.05 Torr or less. Since the higher the degree of vacuum, the better the bonding interface tends to be, no lower limit is set.
The obtained clad material may be directly subjected to hot rolling as a clad rolling material, or two clad materials may be assembled by applying a release agent between them and stacking them, and then subjected to hot rolling as a clad rolling material. When stacking two materials, it is desirable that the base materials and the clad materials are of equal thickness to reduce plate warping during cooling. Of course, the clad assembly method and the method of inserting the insert material do not have to be limited to those described above.
6-2.圧延素材の加熱
続いて、得られたクラッド圧延素材を加熱炉内の最高加熱温度Temp(℃)、加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度Temp-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間Time(分)を用いて式(2)からd(μm)が計算される。計算されるクラッド加熱パラメタの値d(μm)が、挿入したインサート材の厚みThick(μm)の値未満である加熱をおこなう。d(μm)が挿入したインサート材の厚みThick(μm)を超える場合はCrが母材側まで拡散するため、母材とインサート材の界面近傍においてマルテンサイト変態が生じ得る領域の幅が大きくなり、界面の耐水素脆化性が低下する。好ましくはdが0.7×Thick未満である。
d=2.27×105×√(Time)×exp(-1.64×104/(Temp+273))・・・式(2)
6-2. Heating of the rolling material Next, d (μm) is calculated from the formula (2) using the maximum heating temperature Temp (°C) in the heating furnace and the time Time (min) from when the heating temperature in the heating furnace reaches the maximum heating temperature Temp-20°C to when the material is removed from the heating furnace. Heating is performed such that the calculated clad heating parameter value d (μm) is less than the thickness Thick (μm) of the inserted insert material. If d (μm) exceeds the thickness Thick (μm) of the inserted insert material, Cr diffuses to the base material side, so that the width of the region where martensitic transformation can occur near the interface between the base material and the insert material becomes large, and the hydrogen embrittlement resistance of the interface decreases. Preferably, d is less than 0.7×Thick.
d=2.27×10 5 ×√(Time)×exp(-1.64×10 4 /(Temp+273))...Formula (2)
加熱炉内の最高加熱温度Temp(℃)、加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度Temp-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間Time(分)、インサート材の厚みThick(μm)は上記の関係を満たすように適宜定めれば良いが、界面の耐水素脆化性以外の特性や製造性の観点から以下に好ましい範囲を例示する。
加熱炉内の最高加熱温度Tempは1050以上1250℃以下とするのが好ましい。最高加熱温度Tempが1050℃未満であると熱間加工性が悪化し、接合強度も劣化する。このため、最高加熱温度Tempは1050℃以上であるのが好ましく、1100℃以上であるのがより好ましい。一方、最高加熱温度Tempが1250℃超であると、加熱炉内で鋼片が変形したり熱延時に疵が生じやすくなったり、母材の粒径が大きくなり強度や靭性が低下したりするとともに、界面での拡散が速くなる。このため、最高加熱温度Tempは1250℃以下であるのが好ましく、1200℃未満であるのがより好ましい。
加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度Temp-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間Time(分)は短いほど界面での元素拡散距離が短くなるため下限は特に設けないが、板厚中央まで温度を均一にさせるには30分以上の加熱が望ましい。
インサート材の厚みThick(μm)は厚いほど合せ材から母材へのCr拡散を抑制するが、インサート材のコストの観点から500μm以下とすることが望ましい。また厚みが薄いと最高加熱温度Tempや加熱時間Timeに制約が生じ製造コストが増加するため30μm以上とすることが望ましい。より望ましくは200μm以下50μm以上である。
The maximum heating temperature Temp (°C) in the heating furnace, the time Time (min) from when the heating temperature in the heating furnace reaches the maximum heating temperature Temp-20°C until the insert material is removed from the heating furnace, and the thickness Thick (μm) of the insert material may be appropriately determined so as to satisfy the above relationship, but preferred ranges are shown below in terms of properties other than the hydrogen embrittlement resistance of the interface and manufacturability.
The maximum heating temperature Temp in the heating furnace is preferably 1050°C or more and 1250°C or less. If the maximum heating temperature Temp is less than 1050°C, the hot workability deteriorates and the joining strength also deteriorates. Therefore, the maximum heating temperature Temp is preferably 1050°C or more, and more preferably 1100°C or more. On the other hand, if the maximum heating temperature Temp exceeds 1250°C, the steel billet is deformed in the heating furnace, defects are easily generated during hot rolling, the grain size of the base material becomes large, the strength and toughness decrease, and diffusion at the interface becomes fast. Therefore, the maximum heating temperature Temp is preferably 1250°C or less, and more preferably less than 1200°C.
The shorter the time Time (minutes) from when the heating temperature in the heating furnace reaches the maximum heating temperature Temp-20°C until the steel is removed from the heating furnace, the shorter the element diffusion distance at the interface becomes, so no lower limit is set, but heating for 30 minutes or more is desirable in order to make the temperature uniform up to the center of the plate thickness.
The thicker the insert material is, the more it suppresses the diffusion of Cr from the cladding material to the base material, but from the viewpoint of the cost of the insert material, it is preferable to set the thickness Thick (μm) to 500 μm or less. Also, if the thickness is thin, restrictions will be imposed on the maximum heating temperature Temp and heating time Time, which will increase the manufacturing cost, so it is preferable to set the thickness to 30 μm or more. More preferably, it is 50 μm or more and 200 μm or less.
上述のように、界面のマルテンサイト相の領域の大きさは、Crの拡散が主に影響する。Cr拡散は数百℃以上の温度で生じるものの、温度が高くなるに連れて拡散距離は指数関数的に大きくなるため、実質的な拡散は素材加熱時間のうち最高温度近傍で保持されている間で生じる。また圧延時および冷却時は板温度が速やかに低下するため拡散は無視できるほど小さい。したがって、Crの拡散には加熱の温度、時間を考慮すれば十分である。 As mentioned above, the size of the martensite phase region at the interface is mainly affected by the diffusion of Cr. Although Cr diffusion occurs at temperatures of several hundred degrees Celsius or more, the diffusion distance increases exponentially as the temperature increases, so the actual diffusion occurs while the material is held near the maximum temperature during heating. Furthermore, during rolling and cooling, the plate temperature drops quickly, so diffusion is small enough to be ignored. Therefore, it is sufficient to consider the heating temperature and time when Cr diffusion is considered.
6-3.熱間圧延
加熱した圧延素材は熱間圧延によって目的の板厚まで圧延される。熱間圧延は合せ材の耐食性、母材の強度および靭性など目的とする特性に合わせて適当な圧延条件で実施すればよい。圧延後に焼鈍を実施する場合は、焼鈍温度(℃)および焼鈍時間(分)を用いて式(2)で計算される値がインサート材の厚みThick(μm)を圧下比で除した値未満とする必要がある。ここで圧下比とはクラッド素材の厚さ/製品厚さで計算される値である。
6-3. Hot rolling The heated rolled material is rolled to the desired thickness by hot rolling. Hot rolling may be performed under appropriate rolling conditions according to the desired properties, such as the corrosion resistance of the clad material and the strength and toughness of the base material. If annealing is performed after rolling, the value calculated by formula (2) using the annealing temperature (°C) and annealing time (min) must be less than the value obtained by dividing the thickness of the insert material Thick (μm) by the reduction ratio. Here, the reduction ratio is the value calculated by dividing the thickness of the clad material by the thickness of the product.
本発明によれば、接合面の耐水素脆化性に優れたクラッド鋼板を得ることができる。本発明に係るクラッド鋼板、及び本発明のクラッド鋼板を用いてなる溶接構造物は、溶接時の剥離対策や付加的な熱処理などを必要としない。また、上記クラッド鋼板は、使用用途の制限がなく、従来、ソリッド鋼板が用いられていた構造部材に適用できる。このため、上記クラッド鋼板は、低コスト化に大きく貢献するものである。本発明のクラッド鋼板を用いてなる溶接構造物は、水素を含むガスを使用する溶接またはガウジングを含む製造工程で製造した溶接構造物とすることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a clad steel plate having excellent hydrogen embrittlement resistance at the joining surface. The clad steel plate according to the present invention and a welded structure made using the clad steel plate according to the present invention do not require measures against peeling during welding or additional heat treatment. Furthermore, the clad steel plate has no limitations on its use and can be applied to structural members where solid steel plates have traditionally been used. For this reason, the clad steel plate contributes greatly to cost reduction. A welded structure made using the clad steel plate according to the present invention can be a welded structure manufactured in a manufacturing process that includes welding or gouging using a gas containing hydrogen.
本発明のクラッド鋼板は、耐水素脆化性に優れるので、溶接ガスに水素を用いた溶接に使用しても通常想定される溶接条件であれば水素脆化が生じることがない。 The clad steel plate of the present invention has excellent resistance to hydrogen embrittlement, so even if it is used in welding using hydrogen as the welding gas, hydrogen embrittlement will not occur under normally expected welding conditions.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
表1に示す成分組成の合せ材および表2に示す成分組成の母材を溶製して鋼片とし、熱間圧延、焼鈍、酸洗または表面研磨の工程を経て合せ材は厚さ30mm、母材は厚さ130mmの鋼板を製造した。得られた合せ材と母材の間に表3に示す成分の厚さ50~200μmの箔をインサート材として挿入し、圧着面が真空になるよう積層して圧着面の4周を溶接により密封してクラッド圧延素材を作成した。得られたクラッド圧延素材について、表4に示す熱間圧延条件で熱間圧延を行い厚さ16mmのクラッド鋼板を製造した。表3、表4において、本発明範囲から外れる数値・項目に下線を付している。 The composite material with the composition shown in Table 1 and the base material with the composition shown in Table 2 were melted to produce steel billets, which were then subjected to hot rolling, annealing, pickling, or surface polishing to produce steel plates with a thickness of 30 mm for the composite material and 130 mm for the base material. A 50-200 μm thick foil with the composition shown in Table 3 was inserted between the obtained composite material and the base material as an insert material, and the laminated materials were laminated so that the bonding surface was in a vacuum, and the four circumferences of the bonding surface were sealed by welding to produce a clad rolled material. The obtained clad rolled material was hot rolled under the hot rolling conditions shown in Table 4 to produce a clad steel plate with a thickness of 16 mm. In Tables 3 and 4, values and items outside the range of the present invention are underlined.
クラッド鋼板の圧延において表4に記載の条件を変化させ、各特性値を調べた。以下、表4における製造条件の項目について説明する。表4において、Tempは圧延前の加熱炉内の最高加熱温度(℃)を示し、Timeは加熱炉内での加熱温度が最高加熱温度Temp-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間(分)を示す。Thickは組立時に挿入したインサート材の厚さ(μm)を示す。dは上記TempおよびTimeから式(2)で計算されるクラッド加熱パラメタの値(μm)を示す。
d=2.27×105×√(Time)×exp(-1.64×104/(Temp+273))・・・式(2)
The rolling conditions for the clad steel plate were changed as shown in Table 4, and each characteristic value was examined. The manufacturing conditions in Table 4 are explained below. In Table 4, Temp indicates the maximum heating temperature (°C) in the heating furnace before rolling, and Time indicates the time (minutes) from when the heating temperature in the heating furnace reached the maximum heating temperature Temp - 20°C to when the plate was removed from the heating furnace. Thick indicates the thickness (μm) of the insert material inserted during assembly. d indicates the value (μm) of the clad heating parameter calculated from the above Temp and Time using formula (2).
d=2.27×10 5 ×√(Time)×exp(-1.64×10 4 /(Temp+273))...Formula (2)
表4において、Lは界面近傍でナノ硬さが7GPa以上である領域の幅(μm)を示す。ナノ硬さの測定はISO 14577に規定する計装化押し込み硬さ試験に準拠し、母材側、インサート材側に界面から板厚方向に各10μm範囲を0.5μmピッチで実施した。ナノ硬さ測定の条件は適宜選択すればよいが、例えば荷重1000μN、押し込み指定荷重まで5sec、保持0sec、戻り5secとする測定を各位置で3回実施し、その平均値をナノ硬さとする測定を例示できる。ナノ硬さが7GPa以上ある領域の範囲を読み取り、Lとした。 In Table 4, L indicates the width (μm) of the region near the interface where the nanohardness is 7 GPa or more. Nanohardness measurements were performed in accordance with the instrumented indentation hardness test specified in ISO 14577, with measurements being performed on the base material side and the insert material side, over a range of 10 μm from the interface in the plate thickness direction, with a pitch of 0.5 μm. The conditions for nanohardness measurement can be selected as appropriate, but an example is a measurement in which a load of 1000 μN is performed, 5 seconds until the specified indentation load is reached, 0 seconds is held, and 5 seconds is returned, three times at each position, and the average value is taken as the nanohardness. The range of the region where the nanohardness is 7 GPa or more was read and taken as L.
耐水素脆化性の評価として下記の試験を実施した。試験片は板厚方向の長さを確保するため、クラッド鋼板の合せ材側に合せ材と同じ鋼種を溶接し、母材側に母材と同じ鋼種を溶接し、クラッド界面を含む平行部が4φ×20mmでクラッド界面に60°、ρ=0.1mm、のノッチを入れて3φとした丸棒試験片を作成した。溶接による熱影響を抑制するため、溶接方法として入熱が小さく溶接金属の幅を小さくできる電子ビーム溶接を選択し、溶接後に研削を実施した。なお、試験片の断面観察を実施し、溶接金属が界面から2mm以上離れていることを確認している。
作成した試験片を引張前に3質量%NaCl+3g/L・NH4SCN水溶液中で電流密度10(A/m2)×72(hr)の陰極チャージを行った後、3%NaCl+3g/L・NH4SCN水溶液中で10(A/m2)陰極チャージしながら平行部の歪速度:1×10-3(1/s)で破断まで引張った。引張前および引張中の陰極チャージをせずに引っ張る試験を別途実施し、破断までのストロークを比較し、チャージ有り材のストローク/チャージなし材のストロークが0.25以上であれば良好(○)、0.25未満であれば不良(×)と評価し、表4の「耐水素」欄に記載した。
The following test was carried out to evaluate hydrogen embrittlement resistance. In order to ensure the length in the plate thickness direction, the same steel type as the clad material was welded to the clad material side of the clad steel plate, and the same steel type as the base material was welded to the base material side of the clad steel plate. The parallel part including the clad interface was 4φ×20 mm, and a notch of 60°, ρ=0.1 mm was added to the clad interface to make a round bar test piece of 3φ. In order to suppress the thermal effects of welding, electron beam welding was selected as the welding method, which has a small heat input and can reduce the width of the weld metal, and grinding was carried out after welding. The cross-section of the test piece was observed to confirm that the weld metal was 2 mm or more away from the interface.
The prepared test pieces were cathodically charged at a current density of 10 (A/ m2 ) x 72 (hr) in an aqueous solution of 3 mass% NaCl + 3 g/L NH4SCN before tensioning, and then pulled to break at a strain rate of 1 x 10-3 (1/s) in the parallel part while cathodically charging at 10 (A/ m2 ) in an aqueous solution of 3% NaCl + 3 g/L NH4SCN . A separate test was conducted in which the test pieces were tensile without cathodically charging before and during tensioning, and the strokes to break were compared. If the stroke of the charged material/the stroke of the uncharged material was 0.25 or more, it was evaluated as good (○), and if it was less than 0.25, it was evaluated as poor (×), and these are shown in the "hydrogen resistance" column in Table 4.
靭性の評価として、母材側の表層から1mm~11mm深さからJIS Z 2241に準拠した10mm厚の2mmVノッチ試験片を3つ採取し、試験温度-40℃でシャルピー衝撃試験を実施した。得られた3つの衝撃値のうちの最低値を表4の「衝撃値」欄に記載した。衝撃値は50J/cm2以上を有していれば実用上は問題ない。好ましくは100J/cm2以上である。 For the evaluation of toughness, three 10 mm thick, 2 mm V-notch test pieces conforming to JIS Z 2241 were taken from a depth of 1 mm to 11 mm from the surface layer on the base metal side, and a Charpy impact test was carried out at a test temperature of -40°C. The minimum of the three obtained impact values is recorded in the "Impact Value" column in Table 4. There is no practical problem if the impact value is 50 J/ cm2 or more. It is preferably 100 J/cm2 or more .
製造条件および上記の結果をまとめて表4および図1に示す。図1は、式(2)から計算されるクラッド加熱パラメタの値dと挿入したインサート材の厚みThickとの差(Thick-d)を横軸、界面でナノ硬さが7GPa以上である領域の幅Lを縦軸とし、○は耐水素脆化性が良好、×は不良を示す図である。図中に「インサート材不適」と記載したプロットは、インサート材の成分組成が好適範囲から外れている。Thick-d<0の場合、あるいはインサート材不適の場合に、Lが5μmを超え、耐水素脆化性が不良となっている。 The manufacturing conditions and the above results are summarized in Table 4 and Figure 1. Figure 1 shows the difference (Thick-d) between the value of the cladding heating parameter d calculated from formula (2) and the thickness Thick of the inserted insert material on the horizontal axis, and the width L of the region at the interface where the nanohardness is 7 GPa or more on the vertical axis, with ○ indicating good hydrogen embrittlement resistance and × indicating poor hydrogen embrittlement resistance. The plots marked "unsuitable insert material" in the figure indicate that the component composition of the insert material is outside the suitable range. When Thick-d<0 or when the insert material is unsuitable, L exceeds 5 μm and hydrogen embrittlement resistance is poor.
表4の番号1~41は本発明例であり、好ましい製造条件を満足し、ナノ硬さが7GPa以上である領域の長さLが5μm以下であり、良好な接合面の耐水素脆化性を有する。番号42~47は比較例であり、好ましい製造条件を満足せず、ナノ硬さが7GPa以上である領域の長さLが5μm超であり、接合面の耐水素脆化性が不良である。 Numbers 1 to 41 in Table 4 are examples of the present invention, which satisfy the preferred manufacturing conditions, have a length L of 5 μm or less where the nanohardness is 7 GPa or more, and have good hydrogen embrittlement resistance of the joint surface. Numbers 42 to 47 are comparative examples, which do not satisfy the preferred manufacturing conditions, have a length L of 5 μm or more where the nanohardness is 7 GPa or more, and have poor hydrogen embrittlement resistance of the joint surface.
上述したように、本発明例では良好な接合面の耐水素脆化性が得られた。一方、比較例では好ましい製造条件を満足せず、ナノ硬さが7GPa以上である領域の長さLが本発明の規定から外れたため、接合面の耐水素脆化性が不良であった。 As described above, the examples of the present invention achieved good hydrogen embrittlement resistance of the bonded surfaces. On the other hand, the comparative examples did not satisfy the preferred manufacturing conditions, and the length L of the region where the nanohardness was 7 GPa or more fell outside the range specified by the present invention, resulting in poor hydrogen embrittlement resistance of the bonded surfaces.
本発明によれば、接合面の耐水素脆化性が良好なクラッド鋼板を得ることができ、産業上極めて有用である。合せ材として耐食性合金を適用すれば、本発明のクラッド鋼板は、腐食環境として、海水に曝されるような高塩化物環境、リン酸または硫酸などの酸溶液に曝されるプラント設備等での腐食環境等に適用可能性がある。具体的には、海水淡水化プラント、排煙脱硫装置、化学薬品の保存タンク、油井管等の構造部材、ポンプ・バルブ類、熱交換器などである。 According to the present invention, a clad steel plate with good hydrogen embrittlement resistance at the bonding surface can be obtained, which is extremely useful industrially. If a corrosion-resistant alloy is used as the bonding material, the clad steel plate of the present invention may be applicable to corrosive environments such as high chloride environments exposed to seawater, and corrosive environments in plant facilities exposed to acid solutions such as phosphoric acid or sulfuric acid. Specific examples include seawater desalination plants, flue gas desulfurization equipment, storage tanks for chemicals, structural components such as oil well tubular goods, pumps and valves, and heat exchangers.
L :界面でナノ硬さが7GPa以上である領域の幅(μm)
Thick:圧延素材でのインサート材の厚み(μm)
d :(2)式で計算されるクラッド加熱パラメタの値(μm)
L: Width (μm) of the region at the interface where the nanohardness is 7 GPa or more
Thick: Thickness of insert material in rolled material (μm)
d: Value of the cladding heating parameter calculated by equation (2) (μm)
Claims (6)
前記母材は、炭素鋼または低合金鋼からなり、
前記合せ材は、耐食性合金からなり、
前記母材と合せ材の間にインサート材が挿入された構造であり、
前記母材の成分組成が質量%で、C:0.020~0.200%、Si:1.00%以下、Mn:0.10~3.00%、P:0.050%以下、S:0.050%以下を含有し、かつCeqが0.20~0.40であり、残部がFe及び不純物からなる成分組成を有し、
前記インサート材が、質量%でNi:20%以上かつCr:10%未満を含有する鋼またはNi基合金、もしくは純Niであり、
クラッド鋼板の母材とインサート材の界面において、ナノ硬さが7GPa以上である領域の板厚方向の幅が5μm以下であることを特徴とするクラッド鋼板。
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・・・式(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。含有しない元素については当該元素の含有量を0として式(1)の計算を行う。 A clad steel plate comprising a base material and a clad material joined to the base material,
The base material is made of carbon steel or low alloy steel,
The cladding material is made of a corrosion-resistant alloy,
The structure has an insert material inserted between the base material and the cladding material,
The base material has a composition, in mass%, of C: 0.020 to 0.200%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10 to 3.00%, P: 0.050% or less, S: 0.050% or less, Ceq is 0.20 to 0.40, and the balance is Fe and impurities;
The insert material is a steel or a Ni-based alloy containing, by mass%, Ni: 20% or more and Cr: less than 10% , or pure Ni;
A clad steel plate, characterized in that at the interface between the base material and the insert material of the clad steel plate, the width in the plate thickness direction of a region having a nano-hardness of 7 GPa or more is 5 μm or less.
Here, Ceq is defined by the following equation (1).
Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5...Equation (1) In the equation, C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, and V are the contents (mass%) of each element in the composition of the base steel sheet. For elements that are not contained, the content of the element is set to 0 and the calculation of equation (1) is performed.
度Temp-20℃となった時点から加熱炉抽出までの時間Time(分)を用いて式(2)から計算されるクラッド加熱パラメタの値d(μm)が挿入したインサート材の厚みThick(μm)の値未満である加熱の後に熱間圧延を行い、母材とインサート材の界面のナノ硬さが7GPa以上である領域の板厚方向の幅を5μm以下とすることを特徴とするクラッド鋼板の製造方法。
d=2.27×105×√(Time)×exp(-1.64×104/(Temp+273))・・・式(2) A method for manufacturing a clad steel plate according to any one of claims 1 to 3, comprising inserting an insert material between a base material and a cladding material, laminating the cladding surface so that the pressure-bonding surface is vacuumed, and sealing four peripheries of the pressure-bonding surface by welding to form a clad material, and using the cladding material as it is for a clad rolling material, or assembling two or more of the cladding materials to form a clad rolling material, and performing hot rolling after heating such that the value d (μm) of the clad heating parameter calculated from formula (2) using the maximum heating temperature Temp (°C) in the heating furnace and the time Time (min) from the time when the heating temperature in the heating furnace reaches the maximum heating temperature Temp-20°C to the time of extraction from the heating furnace is less than the value of the thickness Thick (μm) of the inserted insert material, and setting the width in the plate thickness direction of a region where the nano-hardness of the interface between the base material and the insert material is 7 GPa or more to 5 μm or less.
d=2.27×10 5 ×√(Time)×exp(-1.64×10 4 /(Temp+273))...Formula (2)
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