双相不锈钢包层钢及其制造方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种抑制σ相、碳化物的析出且耐腐蚀性优异的双相不锈钢包层钢及其制造方法。双相不锈钢包层钢的特征在于，在母材钢板的单面或双面具有双相不锈钢层，双相不锈钢包层钢的包层材料的成分组成以质量％计含有C：0.030％以下、Si：大于0.15％且为1.00％以下、Mn：1.50％以下、P：0.0400％以下、S：0.0100％以下、Ni：4.50～7.00％、Cr：21.0～24.0％、Mo：2.5～3.5％、N：0.08～0.20％，由下式(1)所定义的PI为34.0～38.0，余量为Fe和不可避免的杂质，包层材料的α相以及γ相的相分率各自为30％～70％，σ相与碳化物的相分率之和为1.0％以下。PI＝Cr+3.3Mo+16N···(1)。

Duplex Stainless Steel Cladding Steel and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双相不锈钢包层钢及其制造方法
本专利技术涉及在海水等高氯化物等环境下使用的双相不锈钢包层钢及其制造方法。需要说明的是，双相不锈钢包层钢是指将包层材料为双相不锈钢和母材为普通钢这样的两种性质不同的金属贴合而得的钢材。
技术介绍
以往，在海水等高氯化物环境下、油井或天然气井等重腐蚀性环境下，采用双相不锈钢。具体而言，在油井、天然气井的配管类、排烟脱硫装置、排水处理设施以及海水抽水蓄能发电机等的构造部件、抄纸辊、离心分离器、泵、阀以及换热器等中采用双相不锈钢。双相不锈钢是具有由奥氏体相(以下称为γ相(伽马相))和铁素体相(以下称为α相(阿尔法相))这两相形成的复合组织的不锈钢，兼具优异的耐腐蚀性和优异的强度特性，已知在该钢中一般在奥氏体相与铁素体相的面积比率大致为1∶1的情况下耐腐蚀性最优。因此，双相不锈钢的实用钢的化学成分被规定为奥氏体相与铁素体相的面积比率大致在这附近。从这样的观点出发，在日本工业标准(JIS)中，作为棒材·板材，SUS329J1、SUS329J3L以及SUS329J4L等已被标准化。另外，作为锻钢品类SUS329J1FB已被标准化，作为铸钢品类SCS10等已被标准化。另一方面，对于双相不锈钢的主原料的Cr、Ni以及Mo所代表的合金元素的价格而言，时而高涨，有较大的变动，因此与作为实心件(是指整个厚度为包层材料的金属组成那样的情况)的使用相比，能够更经济地利用高合金钢的优异防锈性能的包层钢最近更受关注。高合金包层钢是指将包层材料为显现高耐腐蚀性的高合金钢材和母材为普通钢材的这两种性质不同的金属贴合而得的钢材。包层钢是以金属学的方式使不同种类金属接合而得的，与镀敷不同、无需担心剥离，具有通过单一金属和合金所无法达到的新特性。包层钢能够通过选择具有与各使用环境的目的相匹配的功能的包层材料而发挥与实心件同等的功能。此外，包层钢的母材可以适用除了耐腐蚀性以外还具有高韧性、高强度这样的适于严酷环境的碳素钢、低合金钢。这样，与实心件相比，包层钢的Cr、Ni以及Mo等合金元素的使用量少、且能够确保与实心件同等的防锈性能、进而能够确保与碳素钢以及低合金钢同等的强度和韧性，因此具有能够兼顾经济性和功能性这一优点。根据以上内容，一般认为使用了高合金的包层材料的包层钢是非常有益的功能性钢材，近年来对该包层钢的需求在各种产业领域中都越来越高。专利文献1中公开了一种不牺牲耐腐蚀性就能够延迟σ相的析出的技术。专利文献2中公开了一种通过Ti和Nb的添加使双相不锈钢铸钢的C形成TiC和NbC这样的碳化物而提高机械特性和耐腐蚀性的技术。专利文献3中公开了一种如下的技术：通过将奥氏体系不锈钢包层钢的包层材料的C含量抑制为较低水平、且使组织成为部分再结晶组织或再结晶组织，从而抑制碳化物的析出而提高耐腐蚀性。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第3779043号公报专利文献2：日本特公昭62-5988号公报专利文献3：国际公开第2015/059909号
技术实现思路
专利技术要解决的课题尤其是化学品运输船的罐仓用材料，至今为止使用SUS316L包层钢。近年来，替换成耐腐蚀性比SUS316L包层钢优异的双相不锈钢包层钢的要求正在升高。对于双相不锈钢包层钢所使用的双相不锈钢而言，有时诸多性质会伴随由热影响带来的金属组织变化而变化。在各温度区域发生金属组织的变化(例如，如下反应等：在熔点～1200℃的高温区域中发生的铁素体相(以下称为α相(阿尔法相))的增加；在600～900℃的中温区域中发生的金属间化合物、碳氮化物等异种相的析出；在450℃～500℃的低温区域中发生的α相的分解))，与此相伴耐腐蚀性、强度特性会发生变化。在实际的应用时，在上述的组织变化中，成为问题的是σ相(西格玛相)等金属间化合物以及Cr23C6等碳化物的析出。当σ相以及碳化物析出时，在其周围形成Cr、Mo等耐腐蚀性元素的贫乏层，耐腐蚀性会显著下降。因此，需要控制σ相和碳化物的析出。专利文献1是为了防止σ相的析出而进行固溶处理的技术，在σ相析出的情况下，暂时将该材料整体加热并保持在σ相的固溶温度以上，之后再进行急冷从而使σ相消失。然而，在包层钢的情况下，存在如下的问题点：当加热并保持在σ相固溶温度以上时，母材的低合金钢的晶粒会粗大化，机械特性会显著恶化。关于专利文献2，双相不锈钢的耐腐蚀性也很大程度上受到σ相的析出、α相与γ相的面积比率等影响，因此有可能无法得到作为SUS316L包层钢的代替品所需的足够的耐腐蚀性。专利文献3存在如下的问题：包层材料是SUS316L包层钢的等级，且有助于耐腐蚀性的合金成分的含量少，因此即使抑制碳化物的析出也无法显现足够的耐腐蚀性。作为SUS316L包层钢的代替品，为了提高双相不锈钢的耐腐蚀性，除了上述的σ相和碳化物的析出控制之外，也可以考虑对合金成分进行改良。例如，如果减少Cr添加量则σ相变得难以析出。这是因为σ相的基本构造以Fe∶Cr＝1∶1的方式构成。同样地，通过降低Mo添加量能够延迟σ相的析出。然而，如果降低Cr、Mo的添加量，则母相的耐腐蚀性会受到不良影响。即，存在如下问题点：通过该方法实现的σ相的析出延迟会同时牺牲耐腐蚀性，难以一律地实现Cr、Mo的降低。另外，如果减少C量则碳化物变得难以析出。然而，极端的低C化会增大冶炼负荷，其结果，制造成本会增加。如上述那样，现状是尚未确立以不牺牲耐腐蚀性的方式防止双相不锈钢的σ相和碳化物析出的方法。尤其是在制造包层钢的情况下，因为存在保持母材的机械特性这一限制，所以难以进行对σ相和碳化物进行固溶的固溶处理，与σ相和碳化物析出相伴的双相不锈钢包层材料的防止耐腐蚀性下降的问题尚未得到解决。本专利技术鉴于上述实际情况，目的在于提供抑制σ相和碳化物的析出且耐腐蚀性优异的双相不锈钢包层钢及其制造方法。用于解决课题的方案为了解决上述课题，为研究SUS316L包层钢的代替品，本申请的专利技术人使用以已知的双相不锈钢为基材的多个试验材料，针对对σ相的析出难易性造成影响的各合金元素的影响进行了评价，进而实施了与耐腐蚀性相关的评价试验。其结果，发现通过严格规定杂质元素中的特定元素的容许量从而能够以不牺牲耐腐蚀性的方式延迟σ相和碳化物的析出，得到了本专利技术。本专利技术的要旨为以下这样。[1]双相不锈钢包层钢，其在母材钢板的单面或双面具有双相不锈钢层，所述双相不锈钢包层钢的包层材料的成分组成为以质量％计含有：C：0.030％以下、Si：大于0.15％且为1.00％以下、Mn：1.50％以下、P：0.0400％以下、S：0.0100％以下、Ni：4.50～7.00％、Cr：21.0～24.0％、Mo：2.5～3.5％、N：0.08％～0.20％，由下式(1)定义的PI为34.0～38.0，余量为Fe和不可避免的杂质，包层材料的α相和γ相的相分率各自为30％～70％，σ相与碳化物的相分率之和为1.0％以下，PI＝Cr+3.3Mo+16N···(1)。[2]根据[1]所述的双相不锈钢包层钢，其中，所述包层材料的成分组成以质量％计还含有选自Cu：0.01～1.50％、W：0.01～1.50％、Co：0.01～1.50％、Ti：0.01～0.25％、Nb：0.01～0.25％中的一种以上。[3]根据[1]或[2]所述的双相不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双相不锈钢包层钢，其在母材钢板的单面或双面具有双相不锈钢层，所述双相不锈钢包层钢的包层材料的成分组成为以质量％计含有：C：0.030％以下、Si：大于0.15％且为1.00％以下、Mn：1.50％以下、P：0.0400％以下、S：0.0100％以下、Ni：4.50～7.00％、Cr：21.0～24.0％、Mo：2.5～3.5％、N：0.08％～0.20％，由下式(1)定义的PI为34.0～38.0，余量为Fe和不可避免的杂质，包层材料的α相和γ相的相分率各自为30％～70％，σ相与碳化物的相分率之和为1.0％以下，PI＝Cr+3.3Mo+16N···(1)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.26 JP 2017-0120201.双相不锈钢包层钢，其在母材钢板的单面或双面具有双相不锈钢层，所述双相不锈钢包层钢的包层材料的成分组成为以质量％计含有：C：0.030％以下、Si：大于0.15％且为1.00％以下、Mn：1.50％以下、P：0.0400％以下、S：0.0100％以下、Ni：4.50～7.00％、Cr：21.0～24.0％、Mo：2.5～3.5％、N：0.08％～0.20％，由下式(1)定义的PI为34.0～38.0，余量为Fe和不可避免的杂质，包层材料的α相和γ相的相分率各自为30％～70％，σ相与碳化物的相分率之和为1.0％以下，PI＝Cr+3.3Mo+16N···(1)。2.根据权利要求1所述的双相不锈钢包层钢，其中，所述包层材料的成分组成以质量％计还含有选自Cu：0.01～1.50％、W：0.01～1.50％、Co：0.01～1.50％、Ti：0.01～0.25％、Nb：0.01～0.25％中的一种以上。3.根据权利要求1或2所述的双相不锈钢包层钢，其中，所述双相不锈钢包层钢的母材的成分组成以质量％计含有C：0.03～0.10％、Si：1.00％以下、Mn：0.50～2.00％、P：0.05％以下、S：0.05％以下，余量为Fe和不可避免的杂质。4.根据权利要求3所述的双相不锈钢包层钢，其中，所述母材的成分组成以质量％计还含有选自Cu：0.01～0.50％、Cr：0.01～0.50％、Ni：0.01～1.00％、Mo：0.01～0.50％、Al：0.005～0.300％、Nb：0.005～0.300％、V：0.001～0.400％、Ti：0.005～0.100％、Ca：0.0003～0.0050％、B：0.0003～0.0030％、REM：0.0003～0.0100％中的一种以上。5.双相不锈钢包层钢的制造方法，所述双相不锈钢包层钢的包层材料的α相和γ相的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：黑沼洋太，横田智之，长谷和邦，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP