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公開番号2025139085
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-26
出願番号2024037825
出願日2024-03-12
発明の名称ステンレスクラッド鋼板およびその製造方法
出願人JFEスチール株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C22C 38/00 20060101AFI20250918BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】耐応力腐食割れ性および低温靭性に優れた高強度ステンレスクラッド鋼板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】母材と該母材上に形成された合せ材とを有するクラッド鋼板であって、合せ材は、特定の成分組成を有し、母材は、特定の成分組成を有し、降伏強度が620MPa以上であり、引張強度が700MPa以上であり、-40℃でシャルピー衝撃試験を実施した場合の吸収エネルギーが47J以上であり、クラッド鋼板は、剪断強度が、SH:0.87×((t+T)×YSC-T×YSB)/t以上であり、降伏強度が620MPa以上であり、引張強度が700MPa以上である、ステンレスクラッド鋼板。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
母材と該母材上に形成された合せ材とを有するクラッド鋼板であって、
前記合せ材は、質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０５～１．００％、
Ｍｎ：０．３０～２．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：１１．０～２８．０％、
Ｎ：０．００２～０．３００％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
前記母材は、質量％で、
Ｃ：０．０５～０．１５％、
Ｓｉ：０．０１～０．６０％、
Ｍｎ：１．００～２．２０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ａｌ：０．００１～０．０６０％
を含有し、
以下の式（１）で表されるＰｃｍが０．２０以上０．３２以下であり、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、かつ
前記母材は、降伏強度が６２０ＭＰａ以上であり、引張強度が７００ＭＰａ以上であり、－４０℃でのシャルピー衝撃吸収エネルギーが４７Ｊ以上であり、
前記クラッド鋼板は、
ＪＩＳＧ０６０１：２０１２に規定される剪断試験で得られる剪断強度が、下記式（２）のＳＨ以上であり、
降伏強度が６２０ＭＰａ以上であり、
引張強度が７００ＭＰａ以上である、ステンレスクラッド鋼板。
ここで、Ｐｃｍは次式（１）により定義される。
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ・・・（１）
式（１）中、元素記号は、成分組成における各元素の含有量（質量％）を示し、含有しない元素は０とする。
ここで、ＳＨは次式（２）により定義される。
ＳＨ＝０．８７×（（ｔ＋Ｔ）×ＹＳＣ－Ｔ×ＹＳＢ）／ｔ・・・（２）
ｔ：合せ材の板厚（ｍｍ）、Ｔ：母材の板厚（ｍｍ）、
ＹＳＣ：クラッド鋼板の降伏強度（ＭＰａ）、ＹＳＢ：母材の降伏強度（ＭＰａ）
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記合せ材の成分組成は、さらに、質量％で、
Ｃｕ：１．００％以下、
Ｎｉ：１５．０％以下、
Ｍｏ：２．５０％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｔｉ：０．１０％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下
から選択される１種または２種以上を含有する、請求項１に記載のステンレスクラッド鋼板。
【請求項３】
前記母材の成分組成は、質量％で、
Ｃｕ：１．００％以下、
Ｎｉ：２．５０％以下、
Ｃｒ：１．００％以下、
Ｍｏ：１．００％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｔｉ：０．１０％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下
から選択される１種または２種以上を含有する、請求項１に記載のステンレスクラッド鋼板。
【請求項４】
前記母材の成分組成は、質量％で、
Ｃｕ：１．００％以下、
Ｎｉ：２．５０％以下、
Ｃｒ：１．００％以下、
Ｍｏ：１．００％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｔｉ：０．１０％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃａ：０．００５％以下、
Ｍｇ：０．００５％以下
から選択される１種または２種以上を含有する、請求項２に記載のステンレスクラッド鋼板。
【請求項５】
請求項１～４のいずれかに記載のステンレスクラッド鋼板の製造方法であって、
母材用素材と合せ材用素材とを、重ねて溶接することにより一体化したスラブを１０００℃以上１２００℃以下の温度に加熱し、
引き続き、仕上げ温度：７００℃以上１０００℃以下にて熱間圧延を行った後、
６５０℃から４００℃までの平均冷却速度を１０℃／ｓ以上とし、２００℃以上４００℃以下の冷却停止温度まで加速冷却をする第一の処理、および
室温まで空冷し、その後、８５０℃以上１０５０℃以下まで加熱し、６５０℃から４００℃までの平均冷却速度を１０℃／ｓ以上とし、２０℃以上４００℃以下の冷却停止温度まで加速冷却をする第二の処理、のいずれかを行う、ステンレスクラッド鋼板の製造方法。
【請求項６】
前記第一の処理または前記第二の処理の後、５００℃以上６８０℃以下で焼戻処理を行う、請求項５に記載のステンレス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、低温タンク用途に好適な高強度ステンレスクラッド鋼板、特に大型液化アンモニアタンク等に用いられる７００ＭＰａ級以上の高強度ステンレスクラッド鋼板およびその製造方法に関するものである。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
カーボンニュートラル対応で、アンモニアの利用拡大が進んでいる。従来、アンモニアは主に肥料の原料として用いられていたが、水素キャリアとして、あるいは直接的に燃料としての適用が進んでいる。このようなアンモニアの利用拡大に応じて貯蔵するタンクの大型化も進んでおり、従来の１～２万トンクラスから、最大で１０万トン前後の大型タンクの設計、建造が進んでいる。タンクを大型化するためには、用いる鋼板の板厚を大きくすること、もしくは鋼板を高強度化する必要があり、特に、鋼材重量低減のためには、高強度化を進めることが期待されている。
【０００３】
アンモニアは－３５℃以下にすること、もしくは高圧化することで液化し、通常、タンクでは液化された状態で貯蔵される。一方、液化アンモニアは鋼材を腐食し、応力腐食割れを発生させることが知られており、この応力腐食割れは鋼材の強度が高くなるほど感受性が高くなる。そのため、このことが前述した液化アンモニアタンク用に用いる鋼板の高強度化を困難としており、４００ＭＰａ級（ＪＩＳＧ３１２６：２０２１ＳＬＡ３２５Ａなど）が主に用いられている。
【０００４】
そこで、液化アンモニアによる応力腐食割れに強い鋼板に関する検討が行われている。例えば、特許文献１では、鋼中のＣ量を低減し、Ｔｉ量やＮ量を最適に制御することで４００ＭＰａ以上の強度と－６０℃における低温靭性、さらには大入熱溶接熱影響部の靭性に優れる鋼板を製造する方法が開示されている。
特許文献２では、鋼中のＣ量を低減し、加速冷却を適用することで低降伏比を実現しながら５３０ＭＰａ以上の強度を有する鋼板を製造する方法が開示されている。
また、特許文献３では、鋼中のＣ量を低減し、加速冷却を適用することで鋼板表層の硬さ上昇を低減しながら５７０ＭＰａ以上の強度を有する鋼板を製造する方法が開示されている。
また、特許文献４では、鋼板表面に脱炭層を生成させることにより５９０ＭＰａ以上（６０ｋｇｆ／ｍｍ
２
以上）の強度を有しつつ優れた耐応力腐食割れ性能を確保した鋼板の製造方法が開示されている。
また、特許文献５では、鋼板表面に軟化処理を行うことにより表層硬度をビッカース硬度で１９０以下させることにより優れた耐応力腐食割れ性能を確保した鋼板の製造方法が開示されている。
特許文献６および７では、鋼板のフェライト組織分率や結晶粒径を最適に制御し、降伏強度を４４０ＭＰａ以下に制御することで耐応力腐食割れ性能を確保した鋼板の製造方法が開示されている。
特許文献８では、鋼板の表層の硬さを２１０以下に抑えつつ、鋼板板厚中央のフェライト組織分率を最適化することで耐応力腐食割れ性能を確保した鋼板の製造方法が開示されている。
特許文献９では、鋼板の表層の組織形態を最適化しつつ、鋼板板厚中央のフェライト組織分率を最適化することで耐応力腐食割れ性能を確保した鋼板の製造方法が開示されている。
特許文献１０では、鋼板１／４厚位置でのフェライトなどの組織形態を最低化することで鋼板の降伏比を下げ、液化アンモニア運搬用タンクに好適な鋼板の製造方法が開示されている。
また、特許文献１１では、鋼板の焼入れもしくは直接焼入れ時に２段階で急冷することで軟質なフェライト組織を生成させ優れた耐応力腐食割れ性能を確保した鋼板の製造方法が開示されている。
また、特許文献１２では、鋼板の表面に鋼中Ｃ量およびＭｎ量の低い合わせ材を鋳込みクラッドもしくは肉盛溶接により接合することにより、優れた耐応力腐食割れ性能を確保したクラッド鋼板の製造方法が開示されている。
特許文献１３では、溶接熱影響部の降伏強度が４４０ＭＰａ以下（４５ｋｇｆ／ｍｍ
２
以下）になる合わせ材を接合することにより優れた耐応力腐食割れ性能を確保したクラッド鋼板の製造方法が開示されている。
【０００５】
一方で、Ｃ量を低く抑えたステンレス鋼板の場合、液化アンモニアに接することによる応力腐食割れは発生しないことが知られており、ステンレス鋼板そのものは高価であるため、安価な低合金鋼板を母材として合わせ材としてステンレス鋼板を貼り付けるクラッド鋼板が用いられることがある。特許文献１４では、化学薬品の保存用タンクなどに用いられる２相ステンレス鋼板を合わせ材としたクラッド鋼板の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開平１１－１３１１７８号公報
特開平１０－１９５５３３号公報
特開２００１－１１５２３３号公報
特開昭６１－２７９６３１号公報
特開昭５０－０８５５１６号公報
特許第７３２３０９０号公報
特許第７３２３０９１号公報
特許第７３２３０８８号公報
国際公開第２０２１／１０６３６８号
特開２０２１－８８７５３号公報
特開昭６２－１５６２２８号公報
特開昭５７－１４９４２５号公報
特開昭５０－０８５５４６号公報
特開２０２３－８２７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１～４に記載の技術では、強度が５９０ＭＰａ級までを対象としており、近年需要のある大型タンクを製造するためには強度が不足する。
また、特許文献５では、母材の低温靭性については、一切考慮されていない。
特許文献６～１０に記載の技術は、軟質なフェライト組織を鋼板中に含有することを前提としており、本発明で対象とする大型タンク用の高強度鋼板を製造することができない。特許文献１１に記載の技術は、２段階冷却を適用するため、特殊な水冷設備を必要とする。
特許文献１２に記載の技術では、鋳込みクラッドもしくは肉盛溶接を行う必要があり、特殊な設備が必要であることや、生産性に問題がある。
特許文献１３に記載の技術では、溶接熱影響部の応力腐食割れを抑制することができるが、大型タンクを製造するためにクラッド母材を高強度化するための圧延および熱処理条件を選択した場合、合わせ材の溶接前の硬さが高くなり、溶接熱影響部以外の応力腐食割れ性能を抑制できない。
【０００８】
特許文献１４に記載の技術では、応力腐食割れを抑制することができるが、大型タンクを製造するために高強度化する方法が開示されておらず、低温タンクとして用いる場合に問題となる、母材の靭性の向上やステンレス鋼板の合わせ材と低合金鋼の母材との間における収縮に起因した剥離の抑制に関する解決策が示されていない。
【０００９】
以上のように、これまでに提案された方法では、特殊な設備を利用せずに、大型タンクに用いられる５９０ＭＰａ級を超える高強度な鋼板で優れた耐応力腐食割れ性能を確保できる製造方法が開示されていなかった。
また、液化アンモニアを貯蔵する際に必要な－３５℃以下の温度での靭性を確保する方法も特許文献１以外には開示されていなかった。
さらに、合せ材をステンレス鋼板としたクラッド鋼板を用いることで応力腐食割れを防止する場合においても、大型タンクを製造するために高強度化する方法が開示されておらず、また、低温タンクとして用いる場合に問題となる、母材の靭性の向上やステンレス鋼板の合せ材と低合金鋼の母材との間における収縮に起因した剥離の抑制に関する解決策が開示されていなかった。
【００１０】
本発明は、上記した従来技術の問題を鑑み、大型タンクに用いられる５９０ＭＰａ級を超える高強度を有し、優れた耐応力腐食割れ性および低温靭性を有する鋼板を提供すること、具体的には降伏強度が６２０ＭＰａ以上、引張強度が７００ＭＰａ以上であり、優れた耐応力腐食割れ性および低温靭性を有するステンレスクラッド鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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