CN112789364B - 奥氏体系不锈钢复合钢板和母材钢板以及复合钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种奥氏体系不锈钢复合钢板，其具备母材和与母材接合的覆材；母材由碳钢或低合金钢构成，母材的碳当量Ceq为0.38以下，且母材的拉伸强度为490MPa以上且620MPa以下；覆材由奥氏体系不锈钢构成；母材与覆材的接合界面处的剪切强度的平均值为400MPa以上，且剪切强度的标准偏差为20MPa以下。

Description

奥氏体系不锈钢复合钢板和母材钢板以及复合钢板的制造 方法

技术领域

本发明涉及一种奥氏体系不锈钢复合钢板和母材钢板以及复合钢板的制造方法。

背景技术

复合钢板是将多个不同的金属或合金接合而成的钢板。并且，在复合钢板中，接合了不同的金属等时，将用于覆盖的金属称为覆材，将被覆盖的金属称为母材。通过使用这种复合钢板，可同时利用母材和覆材所具有的特性，低成本地得到复合特性。

例如，有时使用不锈钢等高耐腐蚀合金作为覆材的原材料，使用碳钢或低合金钢作为母材的原材料。在这种情况下，可通过高耐腐蚀合金使其具备耐腐蚀性，并且通过碳钢或低合金钢使其具备强度和与碳钢的焊接性。

作为复合钢板的使用用途，可列举出化学品船的货舱等。化学品船是装载各种化学品的运输船。因此，化学品船上使用的原材料要求对化学品的耐性，上述货舱大多为不锈钢材质。将复合钢板用于货舱的情况下，使用例如内侧为不锈钢、外侧为碳钢的不锈钢复合钢板。通过使用这种不锈钢复合钢板，在获得耐腐蚀性的同时，能够容易地进行与位于外侧的碳钢制外壳之间的焊接。

对于复合钢板的制造方法，已知有组装轧制法、浇铸轧制法、爆炸压合法、堆焊法等。其中，将组装好的坯料热轧制而粘接界面的组装轧制法在高效率地制造大尺寸的产品方面是优异的。因此，很适合复合钢板的制造。但是，组装轧制法存在对于钢种的组合有限制、为了实现界面密合性需要技术等问题。

以往，对于组装轧制法，为了提高界面密合性，采用的是在作为覆材的不锈钢和作为母材的碳钢或低合金钢之间夹入Ni合金等粘结剂的方法。但是，存在由于使用Ni合金等导致生产成本升高的问题。

而取代上述方法所采用的是下述方法：在不锈钢和碳钢、低合金钢之间不夹入任何物质，在原材料组装时焊接封闭界面的四周将界面抽真空的基础上，在热轧时在一定压下率以上的条件下进行高温轧制。在该方法中，可促进界面间元素的移动而促进金属结合。

另外，为了提高母材的强度韧性，附加低温轧制是有效的。在此基础上，在轧制后进行水冷使铁素体相变组织微细化而提高强度韧性也是有效的。另一方面，对于轧制后的热处理，则由于会引起母材的铁素体颗粒粗大化，进一步产生热膨胀率差带来的变形等原因而大多将其省略。

例如，专利文献1中公开了一种使850～1050℃的高温域下的压下率达到30％以上来确保密合性的制造方法。并且，在该制造方法中，通过至750～850℃的低温为止进行轧制来实现高强度化，并进行基于空气冷却或水冷的冷却。此时，由于低温轧制可能会导致覆材的不锈钢发生敏化，因此将覆材的C含量控制在0.03％以下。

专利文献2中公开了一种同样地将覆材的C含量控制在0.02％以下，并将1000℃以上的压下比设为2.5以上来确保密合性的制造方法。该方法中，为了提高母材的DWTT特性，以850℃以下进行50％以上的压下率的轧制，并进行水冷。

专利文献3中，将覆材的C含量控制在0.02％以下，且为了确保韧性而对母材的成分进行了调整。并且公开了一种将950℃以上的压下比设为1.5以上以使其具备密合性的复合钢的制造方法。在该制造方法中，为了提高母材的DWTT特性，还在900℃以下进行50％以上的压下率的轧制，并进行水冷。

专利文献4中公开了一种不锈钢复合钢，其中覆材的奥氏体不锈钢的成分为C：0.020％以下等，且其为局部再结晶组织；作为密合性的指标，与母材的剪切强度为300MPa以上。对于该不锈钢复合钢，作为其制造方法，将1000℃以上的压下比设为1.5以上，将终轧温度设为850℃以上，并进行加速冷却。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-154672号公报

专利文献2：日本特开平5-245658号公报

专利文献3：日本特开2015-105399号公报

专利文献4：国际公开第2015/59909号

发明内容

发明要解决的问题

另一方面，对于化学品船上使用的复合钢板，密合性尤其受到重视。这是由于在化学品船中，密合性下降而界面剥离的情况有时会成为所储存的化学品泄漏等事故的原因。因此，化学品船上使用的复合钢板对于其密合性尤其要求稳定性。此外，近年来，环保法规进一步加强，还要求提高燃油经济性。因此，还要求削薄货舱用坯料即复合钢板的厚度，实现轻薄化。

虽然母材的高强度化的需求在升高，但如上所述由于作为坯料的复合钢板的轻薄化，母材与覆材的界面承受的应力也相对升高。其结果，很难再设置出于安全率考虑等的设计余量，进一步要求稳定的密合性。

专利文献1～4公开的方法作为确保界面密合性的方法，均是以坯料组装时对界面抽真空为前提，将850℃或1000℃以上的高温下的压下率设为一定的值以上。

一般来说，通过上述的方式促进界面间的元素扩散，可提高密合性。但是，在这种情况下，虽然作为表示界面密合性的指标的剪切强度整体为高值，但偏差大，有时会因不同位置而显示出很低的值。

由于剪切强度测定是断裂试验，因此各板的剪切强度测定部位是两端部的最多4个部位，在这种情况下，测定部位未必是显示出低值的位置。因此，可认为会产生剪切强度的偏差，有时会因不同位置而出现很低的值。尤其使用高强度母材钢板而进行了薄化的情况下，存在剪切强度低的部位时，当应力变高时，将容易发生界面剥离。因此，可认为专利文献1～4公开的复合钢板并不能获得足够稳定的界面密合性。

基于以上，本发明的目的在于提供一种具有高强度和良好且稳定的界面密合性的奥氏体系不锈钢复合钢板、母材钢板以及复合钢板的制造方法。

用于解决问题的方案

本发明旨在解决上述技术问题，主要内容为下述奥氏体系不锈钢复合钢板和母材钢板以及复合钢板的制造方法。

(1)一种奥氏体系不锈钢复合钢板，其具备母材和与所述母材接合的覆材，

所述母材由碳钢或低合金钢构成，

由下述(i)式所示的所述母材的碳当量Ceq为0.38以下，且所述母材的拉伸强度为490MPa以上且620MPa以下，

所述覆材由奥氏体系不锈钢构成，

所述母材与所述覆材的接合界面处的剪切强度的平均值为400MPa以上，且所述剪切强度的标准偏差为20MPa以下，

Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15···(i)

其中，上述(i)式中的元素符号表示钢中所含的各元素的含量(质量％)，不含时为0。

(2)根据上述(1)所述的奥氏体系不锈钢复合钢板，其中，所述母材的含氢量为1.0ppm以下，且所述覆材的含氢量为3.0ppm以下。

(3)根据上述(1)或(2)所述的奥氏体系不锈钢复合钢板，其中，所述母材的化学组成以质量％计含有

C：0.08～0.10％、

Si：0.10～0.50％、

Mn：1.30～1.60％、

P：0.035％以下、

S：0.035％以下、

Nb：0.02～0.05％、

Ti：0.005～0.020％、

Al：0.01～0.05％、

N：0.006％以下、以及

Ni：0～0.20％。

(4)一种奥氏体系不锈钢复合钢板的制造方法，其为上述(1)～(3)中任一项所述的奥氏体系不锈钢复合钢板的制造方法，包括如下工序：

工序(a)，将具有表面且预先设有与所述表面连通的孔的属于碳钢或低合金钢的母材钢板与具有表面且属于奥氏体系不锈钢的覆材钢板层叠，使所述表面互相抵接而形成层叠面，将所述层叠面的周围通过焊接进行封闭，得到复合轧制坯料；

工序(b)，一边将所述复合轧制坯料加热至200～450℃的温度，一边从与所述层叠面连通的所述孔进行抽真空，使得所述层叠面处的真空度达到0.1Torr以下；以及

工序(c)，在所述工序(b)之后，以1050～1250℃的温度范围加热所述复合轧制坯料，进行热轧。

(5)根据上述(4)所述的奥氏体系不锈钢复合钢板的制造方法，其中，

在所述工序(c)中，将1000℃以上的温度域中的压下比设为3以上、将小于1000℃的温度域中的压下率设为30％以上来进行热轧。

(6)根据上述(4)或(5)所述的奥氏体系不锈钢复合钢板的制造方法，其中，

在所述工序(c)中的热轧之后，在700～400℃的温度域以小于1.0℃/s的冷却速度进行冷却，在400～200℃的温度域以0.4℃/s以下的冷却速度进行冷却。

(7)一种母材钢板，其为用于上述(6)所述的奥氏体系不锈钢复合钢板的制造方法的母材钢板，

其化学组成以质量％计含有

C：0.08～0.10％、

Si：0.10～0.50％、

Mn：1.30～1.60％、

P：0.035％以下、

S：0.035％以下、

Nb：0.02～0.05％、

Ti：0.005～0.020％、

Al：0.01～0.05％、

N：0.006％以下、和

Ni：0～0.20％。

发明的效果

根据本发明，能够得到具有高强度和良好且稳定的界面密合性的奥氏体系不锈钢复合钢板及其母材钢板。

具体实施方式

本发明人等针对上述技术问题进行了以下的研究。其结果，得到了以下(a)～(c)的认知。

(a)可以认为产生如上所述剪切强度低的部位的原因在于作为坯料的钢中存在的氢。这种氢由于扩散等而集中于作为母材的坯料钢板与作为覆材的坯料钢板的边界处存在的孔隙中，形成气体氢。

(b)当上述边界处存在气体氢时，在轧制时或轧制后，会在母材与覆材分离的方向上产生压力(气压)，导致母材与覆材密合不足。其结果，在母材与覆材之间产生空隙，在产生了空隙的部位，剪切强度下降。

(c)为了抑制空隙产生，恰当地控制上述边界处的氢量是有效的。固溶于上述钢中的氢是混入钢水中的氢以ppm级别残留于钢中的结果，优选通过后述的热处理等处置在轧制前恰当地去除。

本发明正是基于上述认知而完成的。以下对本发明的各特征进行详细说明。

1.本发明的构成

本发明涉及的奥氏体系不锈钢复合钢板具备母材和与母材接合的覆材。母材由后述的碳钢或低合金钢构成。另外，覆材由奥氏体系不锈钢构成。需要说明的是，以下为便于说明，将经热轧接合前的母材的坯料钢板称作母材钢板，将接合前的覆材的坯料钢板称作覆材钢板。基本上除氢以外，母材和母材钢板、覆材和覆材钢板在轧制前后化学组成不变，其化学组成相同。

2.母材

2-1.母材的化学组成

母材由碳钢或低合金钢构成。作为碳钢或低合金钢，可例举出例如，焊接结构用钢材、锅炉、压力容器用碳钢、造船用钢材等。

Ceq：0.38以下

碳当量Ceq是与焊接性有关的指标，由于在化学品船这种船舶中通过焊接来拼装船体，因此很重要。在本发明涉及的母材中，从焊接性的角度出发，碳当量Ceq为0.38以下。另外，母材的碳当量Ceq优选为0.365以下。

需要说明的是，碳当量Ceq如下述(i)式所示。下述(i)式记载于钢船规则K编(财团法人日本海事协会发行)的第1.5项，对于上述数值，在第3.1项中作为KA36记载。

Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15···(i)

其中，上述(i)式中的元素符号表示钢中所含的各元素的含量(质量％)，不含时为0。

2-2.母材的拉伸强度

母材的拉伸强度设为用于化学品船的复合钢板的母材所需的490以上且620MPa以下的范围。该拉伸强度的范围记载于上述钢船规则K编的KA36，作为所使用的不锈钢复合钢板，是最高强度级别。

需要说明的是，母材的拉伸强度是从复合钢板去除覆材，采集拉伸试验片，基于JIS Z 2241：2011进行拉伸试验。

3.覆材

本发明涉及的奥氏体系不锈钢复合钢板的覆材由奥氏体系不锈钢构成。由此，可使货舱内壁具备对所储存的化学品类的耐腐蚀性。作为奥氏体系不锈钢，SUS316L是代表性钢种。但是，即便是该钢种以外的钢，只要是奥氏体系不锈钢，钢种并不特别限定。作为钢种，除上述以外，还可例举出例如SUS304、SUS317L等。

4.复合钢板的接合界面的剪切强度和剪切强度的标准偏差

对于本发明涉及的复合钢板，采用母材与覆材的接合界面处的剪切强度的平均值和剪切强度值的标准偏差来评价良好且稳定的密合性。这是由于，即使在剪切强度的平均值高的情况下，当局部存在剪切强度低的部位时，也存在复合钢板的界面处发生剥离的可能性。因此，为了评价稳定的密合性，剪切强度值的标准偏差也用于评价。

母材与覆材的接合界面处的剪切强度的平均值为400MPa以上，更优选为420MPa以上。一般来说，剪切强度随着母材或覆材的拉伸强度变高而上升。因此，对于本发明涉及的复合钢板，考虑到母材和覆材的拉伸强度，将剪切强度的平均值设为上述范围。

另外，上述接合界面处的剪切强度的标准偏差优选为尽可能小。剪切强度的标准偏差为20MPa以下，优选为18MPa以下。

需要说明的是，剪切强度根据JIS G 0601：2012进行测定，试验数量为10个以上。一般来说，可认为试验数量小于10个时，无法得到准确的标准偏差。试验片采用JIS G0601：2012记载的在母材上残留有覆材突起的板状试验片。

5.含氢量

对于本发明涉及的复合钢板，为了在母材与覆材的接合界面处得到稳定的密合性，优选将复合钢板中的母材和覆材的含氢量控制在以下的范围。

具体而言，复合钢板的母材中的含氢量优选为1.0ppm以下，更优选为0.8ppm以下，进一步优选为0.6ppm以下。另外，复合钢板的覆材中的含氢量优选为3.0ppm以下，更优选为2.5ppm以下，进一步优选为2.3ppm以下。

在作为覆材的奥氏体系不锈钢中，金相组织主要为奥氏体相。该奥氏体相与碳钢的金相组织铁素体相相比，具有氢的固溶量大且氢的扩散速度小的特性。因此，由奥氏体系不锈钢构成的覆材的含氢量与母材的含氢量相比是高值。

含氢量的测定方法有JIS Z 2614：1990规定的融解法、加热法等。对于本发明涉及的复合钢板，采用JIS Z 2614：1990中规定的非活性气体熔融法以及导热系数法来测定含氢量。

6.制造方法

以下对本发明涉及的复合钢板的制造方法进行说明。

6-1.母材钢板和覆材钢板的制造方法

上述母材钢板和覆材钢板采用常规方法制造即可。具体而言，用转炉、电炉、真空熔炉等公知的方法熔炼后，通过连续铸造法或铸锭-初轧法，制成控制为规定的化学组成的板坯。将得到的板坯以通常采用的条件进行热轧，制成热轧钢板。接着，对于得到的热轧钢板，可根据需要实施退火、酸洗、抛光等。

6-2.焊接和抽真空

将预先设有抽真空用的孔的属于碳钢或低合金钢的母材钢板与属于奥氏体系不锈钢板的覆材钢板进行层叠。接着，对层叠的母材钢板和覆材钢板抵接的面(以下记为“层叠面”)的周围进行焊接，封闭母材钢板和覆材钢板的四周，制成复合轧制坯料。此时，焊接采用电弧焊、激光焊、电子束焊等即可，其方法并不特别限定。

优选从复合轧制坯料的母材钢板上预先设置的抽真空用的孔进行抽真空，使得层叠面的真空度达到0.1Torr以下的高真空。抽真空后，密封母材钢板的孔。需要说明的是，由于上述抽真空用的孔是从上述坯料中的母材钢板的侧面连通至层叠面，因此能够使复合轧制坯料的层叠面为高真空。另外，上述抽真空时，优选将复合轧制坯料加热至200～450℃的温度域。

由此，具有层叠面的气体成分膨胀变得容易去除的效果。并且，由于氢的扩散速度越是高温越增大，因此还具有促进去除的效果。作为在层叠面抽真空时对复合轧制坯料进行加热以去除氢的理由之一，可列举出：能够同时去除界面的气体成分。并且，在不对层叠面抽真空的状态下，即使对复合轧制坯料进行加热，由于如上所述氢的扩散速度非常小、覆材钢板覆盖了一个面，因此从覆材钢板侧几乎不发生氢的扩散去除，认为覆材钢板附近的氢量几乎不下降。另一方面，如果一边对层叠面抽真空一边进行加热，则可获得与覆材未覆盖一个面的情况相比大致相同的扩散去除效果，非常高效率。

层叠面的真空度大于0.1Torr时，轧制后，有时会发生母材与覆材的接合不良。另外，轧制后的母材和覆材的含氢量不能充分降低，剪切强度下降。因此，层叠面的真空度优选为0.1Torr以下，更优选为0.01Torr以下。需要说明的是，虽然层叠面的真空度越低越好，但即使下降至0.005Torr以下，接合强度的提高效果也不大。

另外，抽真空时的加热温度小于200℃时，轧制后出现母材和覆材中残留有氢的状态。可认为这是由于在小于200℃的温度域中，氢的扩散速度慢，无法充分去除氢。因此，加热温度优选为200℃以上。

但是，抽真空时的加热温度大于450℃时，作为母材钢板的碳钢或低合金钢的强度快速下降，有时会出现由于与覆材钢板的热膨胀差导致的弯曲而使得层叠面处产生空隙等问题。其结果，存在剪切强度下降的情况。因此，加热温度优选为450℃以下。

6-3.轧制

接着，优选将经过抽真空和加热的复合轧制坯料以1050～1250℃的温度范围加热，进行热轧工序。

热轧时的加热温度小于1050℃时，难以通过促进层叠面处的金属扩散而提高密合性。此外，难以确保在后述的1000℃以上的条件下的压下比。其结果，剪切强度下降。因此，热轧时的加热温度优选为1050℃以上。但是，加热温度过高时，母材钢板将大量产生氧化皮。因此，热轧时的加热温度优选为1250℃以下。

对于热轧，1000℃以上的温度域中的压下比优选为3以上，小于1000℃的温度域中的压下率优选为30％以上。

在此，1000℃以上的温度域中的压下比指的是，轧制前的复合轧制坯料的坯料厚度除以1000℃时的复合钢板的板厚得到的值。1000℃以上的温度域中的压下比小于3时，难以促进在母材与覆材的界面处再结晶而获得稳定的高密合性。因此，1000℃以上的温度域中的压下比优选为3以上。

小于1000℃时的压下率是由小于1000℃的温度域的轧制带来的板厚减少量除以1000℃时的复合钢板的板厚并换算成百分数而得到的值。在小于1000℃的温度域中，母材基本在再结晶温度以下。通过在该温度域中施加轧制，可蓄积轧制应变，这可作为铁素体-珠光体相变时的相变核使晶粒微细化，进而能够得到高强度高韧性。为了得到高拉伸强度，小于1000℃的轧制时的压下率优选为30％以上。

6-4.冷却

接着，作为热轧后的冷却，在700～400℃的温度域优选以小于1.0℃/s的冷却速度进行冷却，在400～200℃的温度域优选以0.4℃/s以下的冷却速度进行冷却。

如上所述，通过在层叠面抽真空时进行加热而去除氢，能够得到良好且稳定的界面密合性良好的复合钢板。但是，例如将淬火性高的合金钢作为母材钢板使用时，有时会生成与覆材的微小混合层。这种微小混合层在进行骤冷时，虽然非常少见但却有可能因为别的原因而发生由氢引起的剥离。

即，可以认为，由于覆材与母材的成分混合而产生的淬火性高的微小部分在骤冷时会变成硬质的马氏体组织，发生由氢引起的延迟断裂，导致产生裂纹。

为了防止这种延迟断裂，以下方法是有效的：通过以缓慢冷却的方式进行轧制后的冷却，首先可促进组织向铁素体相变，其次可维持较长的高温时间，从而从该组织中去除氢。

在700℃以下的温度域中，母材发生铁素体相变，但在700～400℃的温度域如果是1.0℃/s以上的冷却速度，则无法充分确保母材的金相组织相变成铁素体相所需的时间。另外，发生铁素体相变后，氢不能充分扩散。因此，在700～400℃的温度域中，优选设为小于1.0℃/s的冷却速度。

在400～200℃的温度域中，氢的扩散速度比上述温度域进一步下降。因此，如果在400～200℃的温度域以大于0.4℃/s的冷却速度进行冷却，则难以促进氢的扩散。因此，在400～200℃的温度域中优选设为0.4℃/s以下的冷却速度。需要说明的是，在小于200℃的温度域中，由于氢的扩散降低至可忽略的程度，因此冷却速度并不特别限定。

6-4-1.母材钢板的化学组成

只要轧制后的母材具有规定的碳当量和拉伸强度，母材钢板的化学组成并不限定。但是，如后述的6-4(冷却)所示，在以轧制后进行缓慢冷却的方法进行制造的情况下，铁素体组织有可能粗大化，导致强度和韧性下降时，优选采用具有以下所示化学组成的母材钢板。

由此，可抑制强度和韧性的下降，能够得到高强度的母材。各元素的限定理由如下所述。需要说明的是，以下说明中针对含量的“％”表示的是“质量％”。

C：0.08～0.10％

C是确保母材的强度所需的元素。因此，C含量优选为0.08％以上。但是，含有超过0.10％的C时，焊接性和低温韧性劣化，因此，C含量优选为0.10％以下。

Si：0.10～0.50％

Si是脱氧所需的元素。因此，Si含量优选为0.10％以上。但是，含有超过0.50％的Si时，韧性劣化，而且会超出钢船规则K编(财团法人日本海事协会发行)中规定的KA36的规定。因此，Si含量优选为0.50％以下。

Mn：1.30～1.60％

通过含有Mn，可提高强度和韧性。因此，Mn含量优选为1.30％以上。但是，含有超过1.60％的Mn时，焊接性下降，而且会超出上述KA36的规定。因此，Mn含量优选为1.60％以下。

P：0.035％以下

P在原料中也含有，是不可避免混入的杂质元素。过度含有P时，会使焊接性等下降，因此P含量优选越少越好。P含量优选为0.035％以下，更优选为0.02％以下。另一方面，过度降低P会使生产成本增加，因此P含量优选为0.005％以上。

S：0.035％以下

S是不可避免混入的杂质元素。另外，有时会与Mn结合形成夹杂物，成为生锈的基点。因此，S含量优选为0.035％以下。从提高耐腐蚀性的角度出发，S含量更优选为0.010％以下。另一方面，过度降低S会使生产成本增加，因此S含量优选为0.001％以上。

Nb：0.02～0.05％

通过含有Nb，可促进母材晶粒的微细化，强度、韧性均可提高。因此，Nb含量优选为0.02％以上，更优选为0.030％以上。但是，含有超过0.05％的Nb时，会由于Nb碳化物的析出反而导致韧性下降，而且会超出上述KA36的规定。因此，Nb含量优选为0.05％以下。

Ti：0.005～0.020％

通过含有Ti，其以Ti氮化物的形式析出，可防止不锈钢覆材的敏化。并且，对母材和覆材进行轧制时，即使进行1150℃的高温加热，也能够抑制母材奥氏体颗粒的粗大化。因此，Ti含量优选为0.005％以上。但是，含有超过0.020％的Ti时，由于Ti氮化物的析出导致韧性下降，而且会超出上述KA36的规定。因此，Ti含量优选为0.020％以下，更优选为0.015％以下。

Al：0.01～0.05％

Al通常作为脱氧剂含有。为了得到该效果，Al含量优选为0.01％以上。但是，含有超过0.05％的Al时，韧性下降。因此，Al含量优选为0.05％以下。

N：0.006％以下

N可与Ti一起以Ti氮化物的形式析出，抑制奥氏体颗粒的粗大化，但其含量在不可避免含有的程度就足够。具体而言，N含量优选为0.006％以下。其含量超出上述范围时，除Ti以外还会与Al等生成氮化物，导致韧性下降。

Ni：0～0.20％

Ni可提高钢的低温韧性等，尤其是对于在低温环境下使用的情况是有效的元素。因此，可根据需要有限地含有。但是，过多含有Ni时，会导致原料成本的大幅增加和促使复合界面处生成马氏体相。因此，Ni含量优选为0.20％以下，更优选为0.10％以下。另一方面，为了得到上述效果，Ni含量优选为0.010％以上，更优选为0.020％以上。此外，优选如上所述的制造条件。

此外，可根据需要，含有Cr、Cu、Mo、V、Ca等元素。Cr具有提高强度的效果。因此，含有时，Cr含量优选为0.01～0.20％的范围。Cu具有提高强度韧性的效果。因此，含有时，Cu含量优选为0.01～0.35％的范围。Mo具有提高强度的效果。因此，含有时，Mo含量优选为0.01～0.08％的范围。V具有使晶粒微细化的效果。因此，含有时，V含量优选为0.02～0.10％的范围。Ca具有改善韧性的效果。因此，含有时，Ca含量优选为0.001～0.004％的范围。

本发明的母材的化学组成中，余量为Fe和不可避免的杂质。在此，“不可避免的杂质”指的是，工业上制造母材钢板时，由矿石、废料等原料、制造工序的各种原因混入的成分，在对本发明无不良影响的范围内允许的存在。

以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，本发明不限于这些实施例。

实施例

熔炼如表1所示化学组成的奥氏体系不锈钢而制成钢坯，经热轧、退火、酸洗的工序，得到厚度20mm的奥氏体系不锈钢覆材钢板。需要说明的是，轧制后的覆材中除氢以外是相同的组成。另外，熔炼如表2所示化学组成的碳钢而制成钢坯，经热轧、除氧化皮的工序得到厚度120mm的碳钢母材钢板。需要说明的是，轧制后的母材中也是除氢以外是相同的组成。

[表1]

表1

[表2]

表2

Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15…(i)

**表示超出了本发明限定的优选范围。

在碳钢母材钢板上开设抽真空用的孔，并层叠奥氏体系不锈钢作为覆材钢板，将层叠面的四周用金属极惰性气体保护焊进行密封。

一边将得到的复合轧制坯料分别加热至规定的温度，一边从抽真空用的孔抽真空至层叠面的真空度达到如表3所示真空度后，封闭孔。对于得到的复合轧制坯料，控制为如表3所示的加热温度、1000℃以上的压下比、1000℃以下的压下率、700℃～400℃以及400～200℃的平均冷却速度，进行加热、轧制、冷却等，最终得到23～34mm厚的奥氏体系不锈钢复合钢板。

剪切强度试验根据JIS G 0601：2012，按照以下方式采集试验片进行测定：在与轧制垂直的方向上，从复合钢板的两端300mm部和中央部采集总计各10个覆材板厚3mm、母材板厚13mm的试验片进行测定。另外，为了制作试验片而刮削覆材时的刮削量按照刮削不超过覆材的板厚+0～0.1mm的量以及对于母材不超过0.1mm的方式调整。将该试验片夹在规定的治具中施加载荷进行剥离，由载荷求出剪切强度。

对于拉伸试验，在板宽度方向上从母材部采集基于JIS Z 2241：2011的14号A拉伸试验片，以至屈服点为止：10N/mm²sec、屈服点后：0.008N/mm²sec的拉伸速度进行试验，求出拉伸强度。

对于氢分析，分别从母材部、覆材采集样品，采用JIS Z 2614：1990规定的非活性气体熔融法和导热系数法测定含氢量。

另外，对于韧性，在板宽度方向上从母材部采集基于JIS Z 2242：2005的V型缺口试验片，通过夏比冲击试验求出-20℃时的夏比冲击值。

以下，各自的条件和测定结果如表3所示。

[表3]

No.1～6是本发明例，获得了覆材、母材的氢量足够低、满足规定的母材拉伸强度、且与覆材的界面剪切强度平均、标准偏差均良好的特性。

No.7虽然剪切强度的平均超过400MPa，但剪切强度的标准偏差高，结果导致不同位置的偏差大。可以认为这是由于抽真空时的加热温度过低，因此氢的残留量过多而导致的。No.8的剪切强度的平均值和标准偏差的值下降。可以认为这是由于抽真空时的加热温度过高，因此发生了母材碳钢的弯曲，局部产生了微细的空隙而导致的。No.9的剪切强度的平均值和标准偏差的值大幅下降。可以认为这是由于在真空度仍高的状态下停止了抽真空，因此母材的氢残留量多，轧制时产生了未压接部而导致的。

No.10的剪切强度的平均值和标准偏差的值大幅下降。可以认为这是由于热轧时的加热温度过低，因此1000℃以上的压下比几乎未实现而导致的。No.11也是同样1000℃以上的压下比小，剪切强度的平均值和标准偏差的值下降。No.12在小于1000℃时的压下率小，因此导致了低强度。

母材为Ni含量高的低合金钢的钢种N的情况下，No.13和No.14的剪切强度的标准偏差大。可以认为这是由于上述No.13和No.14轧制后的冷却速度大，因此剪切强度的偏差大而导致的。No.15的轧制后的冷却速度在本发明限定的优选的制造条件范围内，因此获得了稳定的剪切强度。

像No.16这种C含量低的钢种G为母材的情况下，进行6-4所述的缓慢冷却后，强度不足。在进行该缓慢冷却的情况下，更高的C含量是理想的。但，采用该母材的情况下，只要像No.17那样进行骤冷，也能够得到规定的强度。

No.18的母材钢种为H，C含量过高，因此强度变高，焊接部韧性下降。No.19～21的母材钢种为I、J、K，分别由于Mn、Nb、Ti过低，导致母材的晶粒粗大化，结果低强度、低韧性。No.22和23的母材钢种为L、M，满足本发明限定的范围，因此是本发明例，但其分别由于Al、N过高导致氮化物析出，韧性下降。

产业上的可利用性

根据本发明，对于以奥氏体系不锈钢为覆材、以碳钢或低合金钢为母材的复合钢板，可得到拉伸强度足够高且稳定的具有高界面密合性的奥氏体系复合钢板，对产业方面、环境方面的贡献非常大。

Claims (9)

1.一种奥氏体系不锈钢复合钢板，其具备母材和与所述母材接合的覆材，

所述母材由碳钢或低合金钢构成，

由下述(i)式所示的所述母材的碳当量Ceq为0.38以下，且所述母材的拉伸强度为490MPa以上且620MPa以下，

所述覆材由奥氏体系不锈钢构成，

所述母材的含氢量为1.0ppm以下，且所述覆材的含氢量为3.0ppm以下，

所述母材与所述覆材的接合界面处的剪切强度的平均值为400MPa以上，且所述剪切强度的标准偏差为20MPa以下，

Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15···(i)

其中，上述(i)式中的元素符号表示钢中所含的各元素的以质量％计的含量，不含时为0。

2.根据权利要求1所述的奥氏体系不锈钢复合钢板，其中，所述母材的化学组成以质量％计含有

C：0.08～0.10％、

Si：0.10～0.50％、

Mn：1.30～1.60％、

P：0.035％以下、

S：0.035％以下、

Nb：0.02～0.05％、

Ti：0.005～0.020％、

Al：0.01～0.05％、

N：0.006％以下、和

Ni：0～0.20％。

3.根据权利要求1或2所述的奥氏体系不锈钢复合钢板，其中，所述母材的拉伸强度为572MPa以下。

4.根据权利要求1或2所述的奥氏体系不锈钢复合钢板，其中，所述母材的Si含量为0.35％以上。

5.根据权利要求3所述的奥氏体系不锈钢复合钢板，其中，所述母材的Si含量为0.35％以上。

6.一种奥氏体系不锈钢复合钢板的制造方法，其为权利要求1～5中任一项所述的奥氏体系不锈钢复合钢板的制造方法，包括如下工序：

工序(a)，将具有表面且预先设有与所述表面连通的孔的属于碳钢或低合金钢的母材钢板与具有表面且属于奥氏体系不锈钢的覆材钢板层叠，使所述表面互相抵接而形成层叠面，将所述层叠面的周围通过焊接进行封闭，得到复合轧制坯料；

工序(b)，一边将所述复合轧制坯料加热至200～450℃的温度，一边从与所述层叠面连通的所述孔进行抽真空，使得所述层叠面处的真空度达到0.1Torr以下；以及

工序(c)，在所述工序(b)之后，以1050～1250℃的温度范围加热所述复合轧制坯料，进行热轧。

7.根据权利要求6所述的奥氏体系不锈钢复合钢板的制造方法，其中，

在所述工序(c)中，将1000℃以上的温度域中的压下比设为3以上、将小于1000℃的温度域中的压下率设为30％以上来进行热轧。

8.根据权利要求6或7所述的奥氏体系不锈钢复合钢板的制造方法，其中，

在所述工序(c)中的热轧之后，在700～400℃的温度域以小于1.0℃/s的冷却速度进行冷却，在400～200℃的温度域以0.4℃/s以下的冷却速度进行冷却。

9.一种母材钢板，其为用于权利要求8所述的奥氏体系不锈钢复合钢板的制造方法的母材钢板，

其化学组成以质量％计含有

C：0.08～0.10％、

Si：0.10～0.50％、

Mn：1.30～1.60％、

P：0.035％以下、

S：0.035％以下、

Nb：0.02～0.05％、

Ti：0.005～0.020％、

Al：0.01～0.05％、

N：0.006％以下、和

Ni：0～0.20％。