含硼不锈钢材及其制造方法

专利名称：含硼不锈钢材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及含硼不锈钢板及含硼不锈钢材的制造方法，该含硼不锈钢板是用于核燃料输送用容器、用毕核燃料储藏架等核能相关设备的中子遮蔽材、以及通过使奥氏体不锈钢中含有0.3％以上硼而发挥优异功能的用途，例如燃料电池用隔离材的含硼不锈钢板。
背景技术：
利用硼(B)的优良的热中子吸收作用，添加有硼的不锈钢可用作核燃料输送用容器、用毕核燃料保管架等热中子控制材及遮断材。一般，核能发电厂所用的用毕核燃料，于再处理工厂未处理前是被保管在发电厂内的水池中。由于有在有限场地内能尽可多地保管用毕核燃料的需求，所以就有在含硼不锈钢中增加硼含量、使钢材板厚度变薄的趋势。
奥氏体不锈钢因其表面形成有钝态皮膜，所以抗腐蚀性优秀，由于使其含有硼可改善电阻特性，所以其可用作对抗腐蚀性有要求的通电用电零件。作为既要求优秀抗腐蚀性、又要求低接触电阻的通电用电零件的用途例，例如有利用氢和氧进行直流电发电的燃料电池用隔板。
含硼不锈钢的热加工，是反复进行用加热炉对钢坯加热和锻造或压延等加工防止被加工材温度下降，以便在确保热加工性能的同时进行热加工。由于硼含量增加时热加工性能会下降，所以就需要边防止被加工材温度下降边进行加工，其结果是，必需增加加热和加工的反复次数。因此，硼含量的增加或钢的厚度薄加工将导致制造成本上升。
为应对处理上述问题，一直以来，人们尝试了各种方法。例如，在日本特开平4-253506号公报中，揭示有通过将变形阻力比不锈钢材还小的钢材(以下称“侧板”)利用焊接被覆在含有硼0.3～2.0质量％的奥氏体不锈钢材侧部的素材在(53B+700)℃以上的温度下进行精加工，以防止产生边裂的钢材热轧方法。
然而，在该方法中，需准备具有高精度坡口形状的框材，且需要焊接，以避免热加工时剥落。因此，通常在应用于具有80mm以上厚度的铸锭(铸造钢块)或初轧锻造钢坯的热加工时，需要庞大的焊接工数。
此外，轧制宽度超过1000mm的宽材时，多数情况下，难以确保上述温度以上的精加工温度，所以现实中要防止边裂的产生很困难。
而且，在焊接母材和侧板时，来自于母材中的硼会扩散混合在焊接金属部。因此，存在轧制时于焊接部产生裂纹的问题，导致轧制产生故障，该裂纹会成为导致产生边裂的起点。
在日本特开平2001-239364号公报中，揭示有在对含有硼0.3～2.5质量％的奥氏体不锈钢板进行热轧时，在其侧面设置含有Ni4％以下、B0.1～0.4％的不锈钢形成的厚度3mm以上的堆焊覆层进行热加工的方法。
另外，在日本特开平9-269398号公报中，揭示有具备含有硼0.6～2.0质量％的奥氏体不锈钢钢坯和形成在该钢坯侧面的堆焊金属层，堆焊金属层的δ铁素体量为3～12体积％，含硼量为0.3质量％以下，厚度为3mm以上的热轧用素材。
然而，在该堆焊方法中，为防止裂纹而确保足够的焊接厚度，导致焊道数增多，焊接工数增加。此外，当产生焊接裂纹时，这将成为起点继而引发边裂的产生，所以，很难完全防止边裂的产生。

发明内容
本发明是为解决上述现有技术的问题而做出的发明，其课题是提供一种可将含硼量高的不锈钢板以较少的焊接工数，至预定板厚为止也能轧制，而不产生边裂及焊接部裂纹的热轧方法及冷轧方法以及硼含量高的钢材。
具体而言，其课题在于提供一种将保护材用高效电子束焊接而焊接在侧面的含硼不锈钢板、含硼不锈钢材、以及一种可防止热轧中的被轧制材产生边裂及焊接部裂纹的含硼不锈钢材制造方法。
本发明人等为完成上述课题，对含硼不锈钢材制造方法反复研究后，发现下述(a)～(b)的结论，从而完成本发明。
(a)在含硼0.3～2.5质量％的不锈钢板除加工面之外的至少相向2面上，接合焊接金属是具有特定Cr当量及Ni当量的不锈钢的含硼0.3质量％以下的不锈钢制保护材，对其进行热轧，就可防止钢材的边裂。
(b)在上述不锈钢板及保护材的含硼量组合中，例如在不锈钢板是含硼量在0.3～0.7％范围的低硼含量材料、保护材为不含硼的材料时，焊接金属的裂纹敏感度会增高，有可能产生焊接裂纹。此时，使用含有硼0.4～2.5％的插入材就可防止焊接裂纹。
(c)上述(a)的保护材优选采用高能密度的高效电子束焊接进行接合，且保护材的厚度优选为在10mm以上。
(d)电子束焊接优选条件是焊接电流300mA以上、焊接速度200mm/分以下、电子束振幅为±1.0～±3.0mm。
本发明是根据上述结论完成的发明，主要内容是下述含硼不锈钢板、含硼不锈钢材及其制造方法。
(1)一种含硼不锈钢板，其特征为在含硼0.3～2.5质量％的不锈钢板除加工面之外的至少相向2面上形成的含硼0.3质量％以下的不锈钢保护材，是通过具有满足下述式(1)～式(4)关系的化学成份的不锈钢焊接金属而接合形成为一体15≤Creq≤30 (1)4≤Creq-Nieq≤17 (2)其中，Creq＝Cr+1.5×Si+Mo-5×B(3)Nieq＝Ni+30×(C+N)+0.5×Mn(4)在此，式中的元素符号是表示钢中所含有各元素的质量％含量。
另外，元素的含量除无特别规定外，表示质量％。
(2)在上述(1)所述的含硼不锈钢板中，在不锈钢板和保护材之间，优选介入有含硼0.4～2.5质量％的插入材。且保护材的厚度优选为在10mm以上。
(3)一种含硼不锈钢板制造方法，其特征为在含硼0.3～2.5质量％的不锈钢板除加工面之外的至少相向的2面上，将由含硼0.3质量％以下的不锈钢所形成的保护材通过电子束焊接，介入具有满足下述式(1)～式(4)关系化学成份的不锈钢焊接金属接合而形成一体，加热后，再进行加工15≤Creq≤30 (1)4≤Creq-Nieq≤17 (2)其中，Creq＝Cr+1.5×Si+Mo-5×B (3)Nieq＝Ni+30×(C+N)+0.5×Mn (4)在此，式中的元素符号是表示钢中所含各元素的质量％含量。
(4)在上述(3)所述的含硼不锈钢材制造方法中，在不锈钢板和保护材之间，优选为介入有含硼0.4～2.5质量％的插入材。且保护材的厚度优选为在10mm以上。
(5)根据上述(3)所述的制造方法制造的含硼不锈钢材优选用作中子遮蔽容器或燃料电池用隔板。
图1为含硼不锈钢板的示意图。在本发明中，“不锈钢板”是指连续铸造钢坯、初轧锻造钢坯、初轧轧制钢坯及铸成的铸锭(钢块)，相当于图1所示的母材。这些钢板通常为长方体，施加有其长度方向可延伸的热轧或锻造等热加工。
“除加工面之外的至少相向2面”是指受到轧制或锻造等加工的加工面之外的面中，至少相向的2面。例如轧制时，是指与轧辊不接触的长度方向的两侧面，此外也可包括含其在内的头部或尾部。锻造时，是指与撞鎚为不接触的相向2面，此外也可包括含其在内的3～4侧面。另外，在对钢板的角部进行倒角加工时，也可包括经倒角加工的面。
如图1所示，“保护材的厚度”是指在将保护材接合于母材前的与加工面平行的面内，自钢板侧面起的保护材厚度。在接合后的钢板中，是指保护材单体的厚度和保护材中的焊接金属厚度的合计厚度。
“焊接金属”为接合部的一部分，是指接合前的母材及保护材经接合而熔融凝固的金属部份，并不包括只产生固相转变的热影响区域(HAZ)。
“插入材”是指被插入在不锈钢板(母材)和保护材之间，或被夹入其间的材料，具体而言，例如有板、箔、粉末等材料。


图1为含硼不锈钢板的示意图。
图2为焊接金属组成和焊接裂纹及轧制性能的关系示意图。
图3为焊接电流和焊珠熔深量的关系示意图。
图4为焊接速度和焊珠熔深量的关系示意图。
图5为用有限元法分析轧制钢板时长度方向张力的板宽方向分布后的分析结果示意图。
具体实施例方式
本发明人等研究了比在被轧制材侧面设置堆焊被覆层的方法更经济的方法，即，在钢板侧面接合具有一定厚度的保护材，然后对其进行由轧制等加工制成钢材的方法。
保护材的接合方法采用电子束焊接法。表1表示试验所用的母材钢板及保护材的化学组成的整理结果。
表1

1)母材不锈钢板的钢成份组成硼(B)为0.3～2.5％
当被热加工材的含硼不锈钢板中的硼含量小于0.3％时，因热中子吸收能力不足，此外因燃料电池用隔离材电阻特性的改善不充分，所以，硼含量为0.3％以上。随著硼含量的增加虽可改善热中子吸收能力、电阻特性等，但当硼含量超过2.5％时，因常温中的延展性及韧性会显著变差，所以将硼含量设为2.5％以下。
另外，母材既可以是奥氏体不锈钢，也可以是铁素体不锈钢，但为发挥出作为燃料电池用隔离板的功能，限定为奥氏体不锈钢。
其它钢成份组成的优选范围本发明的发明对象的含硼不锈钢中除硼之外的优选成份组成范围如下所述。
C为0.08％以下C为具有确保强度作用的元素。但当其含量多达超过0.08％时，就会成为抗腐蚀性变差、热加工性能变差等的原因。因此，其含量优选为在0.08％以下。并优选为在0.01％以上。
Si为1％以下所添加的Si用作去氧剂，是具有提高抗氧化性作用的元素。但当其含量超过1％时，会增高焊接裂纹敏感度。因此，其含量优选为在1％以下。
P为0.04％以下P为钢中的杂质元素，因其含量超过0.04％时，焊接裂纹敏感度会增高，所以其含量优选为在0.04％以下。
S为0.01％以下S为钢中的杂质元素，因其含量超过0.01％时焊接裂纹敏感度会增高，所以其含量优选为在0.01％以下。
Cr为5％以上Cr为具有提高抗腐蚀性作用的元素，由于其含量为5％以上时可达到预期效果。因此，其含量优选为在5％以上。另一方面，当其含量超过30％时，会难以进行热加工，所以其含量优选为在30％以下。
N为0.05％以下N和B结合导致韧性变差。为确保足够的韧性，其含量优选为在0.05％以下。
Mo为5％以下，Cu为0.5％以下，Al为0.3％以下这些元素只要视需要将其含量控制在上述含量范围内，就可进一步发挥提高抗腐蚀性的效果。因此，当需要这些效果时，可单独或组合含有在上述含量范围内的上述元素。
2)焊接金属的成份组成下面说明构成保护材和母材的接合部的焊接金属的成份组成。当利用电子束焊接等高效焊接将保护材与母材接合时，必须避免接合时产生裂纹和保护材本身在热轧时产生裂纹。另外，接合时(焊接时)所产生的裂纹有凝固裂纹和延展性不足裂纹。为防止上述所有裂纹，构成保护材和母材的接合部的焊接金属的化学成份组成需要满足下述式(1)～(4)所示关系。
15≤Creq≤30(1)4≤Creq-Nieq≤17(2)其中，Creq＝Cr+1.5×Si+Mo-5×B (3)Nieq＝Ni+30×(C+N)+0.5×Mn (4)其详细理由如下。
当上述Creq值小于15时，因与含硼不锈钢的稀释，产生含硼焊接金属，使延展性不足，象利用电子束焊接进行焊接等时一样热应力增大时，产生延展性不足裂纹。在形成硼化物的同时，使奥氏体相变得不稳定，局部形成缺乏延展性的马氏体，从而产生延展性不足。
然而，在Creq值为15以上时，会产生硼化物，使奥氏体相变得稳定，抑制马氏体的产生，避免延展性不足。
但当Creq值超过30时，焊接金属的热加工性能会变差，在热轧时会产生裂纹。因此，Creq值需满足上述式(1)所示关系。
另外，为避免焊接时产生裂纹和防止热轧时的裂纹，Creq值只满足上述式(1)的关系尚不充分，(Creq-Nieq)的值也需调至适当范围。当(Creq-Nieq)值小于4时，会产生焊接凝固裂纹。而当(Creq-Nieq)值大于17时，会产生热轧裂纹。
由B造成的低熔点相形成效果与电子束焊接等中所特有的热应力效果的叠加，导致焊接凝固裂纹的产生。(Creq-Nieq)的值为4以上时，铁素体相会残留至凝固后期，使低熔点相得以分散，所以即使在电子束焊接等高热应力下也可避免凝固裂纹。因此，(Creq-Nieq)的值需满足上述式(2)所示关系。
根据上述理由，将焊接金属的成份组成调至式(1)～式(4)所示的适当范围，是高效焊接保护材时避免焊接时产生裂纹和防止焊接金属热轧时的裂纹的必要条件。
其它钢成份组成的优选范围本发明中的焊接金属的成份组成的优选范围如下。
C为0.08％以下C是具有用于抑制钢板加热时的变形、确保有效强度的效果的元素。但当其含量大于0.08％时，就会成为热加工性能变差的原因。因此，其含量优选为在0.08％以下。并优选为在0.01％以上。
Si为1％以下所添加的Si用作去氧剂，是具有提高抗氧化性作用的元素。但当其含量超过1％时，会增高焊接裂纹敏感度。因此，其含量优选为在1％以下。
P为0.04％以下P为钢中的杂质元素，因其含量超过0.04％时，焊接裂纹敏感度会增高，所以其含量优选为在0.04％以下。
S为0.01％以下S为钢中的杂质元素，因其含量超过0.01％时，焊接裂纹敏感度会增高，所以其含量优选为在0.01％以下。
Cr为5％以上Cr为具有提升抗腐蚀性作用的元素，由于其含量为5％以上时可达到预期效果。因此，其含量优选为在5％以上。另一方面，当其含量超过30％时，会难以进行热加工，所以其含量优选为在30％以下。
3)保护材用不锈钢的成份组成硼(B)为0.3％以下保护材用钢的含硼量超过0.3％时，在轧制时张力大的端部，保护材本身会产生裂纹，导致保护材的效果丧失。因此，其含量为0.3％以下。
由于与母材熔融后混合产生的焊接金属需满足上述式(1)～式(4)，所以，Cr、Ni等其它元素的含量实际上受到焊接金属成份组成的制约。
在利用电子束焊接而接合时所产生的焊接金属的成份组成与母材和保护材各成份组成的相加平均值相近的值。因此，当决定所用母材的成份组成时，保护材中除B以外的Ni、Cr等成份组成的范围可用上述式(1)～式(4)求得。
其它的钢成份组成的优选范围保护性钢材的其它成份组成，除由上述条件求出的成份组成范围之外，保护材的优选成份组成范围如下。
C为0.08％以下C是具有用于抑制钢板加热时的变形、确保有效强度的效果的元素。但当其含量大于0.08％时，就会成为热加工性能变差的原因。因此，其含量优选为在0.08％以下。并优选为在0.01％以上。
Si为1％以下所添加的Si用作去氧剂，是还具有提高抗氧化性作用的元素。但当其含量超过1％时，会增高焊接裂纹敏感度。因此，其含量优选为在1％以下。
P为0.04％以下P为钢中的杂质元素，因其含量超过0.04％时，焊接裂纹敏感度会增高，所以其含量优选为在0.04％以下。
S为0.01％以下S为钢中的杂质元素，因其含量超过0.01％时，焊接裂纹敏感度会增高，所以其含量优选为在0.01％以下。
Cr为5％以上Cr为具有提高抗腐蚀性作用的元素，由于其含量为5％以上时可达到预期效果。因此，其含量优选为在5％以上。另一方面，当其含量超过30％时，会难以进行热加工，所以其含量优选为在30％以下。
4)插入材的必要性及其成份组成如上所述，不锈钢板为例如硼含量0.3～0.7％的低含硼量材料，在与保护材为不含硼材料组合进行焊接时，焊接金属的裂纹敏感度会增高，有可能导致焊接裂纹的产生。
这是因为不锈钢板的含硼量低，保护材所稀释的焊接金属中难以从液相产生硼化物，由硼造成的低融点相消失容易变慢。结果使焊接金属的裂纹敏感度增高，在以更高效率的条件下进行焊接时，会产生焊接裂纹。
反之，若提高保护材的含硼量，焊接金属的硼量会增多，随之也会使热加工性能变差，导致保护材所具备的原有功能无法发挥。因此，在将含硼插入材与不锈钢板和保护材接合时，优选使用时将其插入两者之间，或夹入两者之间。此时的硼含量或其它成份组成，优选如下。
硼(B)为0.4～2.5％插入材的硼含量小于0.4％时，因也考虑到焊接时的稀释，热中子吸收能力不足，且因燃料电池用隔板材电阻特性的改善也不足，所以，硼含量定为0.4％以上。另一方面，当硼含量大于2.5％时，因常温下的延展性及韧性会显著变差，所以硼含量定为2.5％以下。
其它的钢成份组成的优选范围本发明中作为发明对象的插入材除硼之外的优选成份组成范围如下。
C为0.08％以下C是具有确保强度作用的元素。但当其含量超过0.08％时，就会成为热加工性能变差的原因。因此，其含量优选为在0.08％以下。并优选为在0.01％以上。
Si为1％以下所添加的Si用作去氧剂，是还具有提高抗氧化性作用的元素。但当其含量超过1％时，会增高焊接裂纹敏感度。因此，其含量优选为在1％以下。
P为0.04％以下P为钢中的杂质元素，因其含量超过0.04％时，焊接裂纹敏感度会增高，所以其含量优选为在0.04％以下。
S为0.01％以下S为钢中的杂质元素，因其含量超过0.01％时，焊接裂纹敏感度会增高，所以其含量优选为在0.01％以下。
Cr为5％以上Cr为具有提高抗腐蚀性作用的元素，由于其含量为5％以上时可达到预期效果。因此，其含量优选为在5％以上。另一方面，当其含量超过30％时，会难以进行热加工，所以其含量优选为在30％以下。
5)电子束焊接的优选条件将不锈钢形成的保护材，在侧面厚度为80mm以上的钢板(厚钢坯)侧面，在加工面上焊接平行的面内厚度为10mm以上的保护材时，要不偏离接合面、且钢坯侧面的厚度方向的整个厚度均为接合的焊接条件如下(1)焊接电流为300mA以上(2)焊接速度为200mm/分以下(3)电子束振幅为±1.0～±3.0mm在上述(1)～(3)的条件下，将钢板和保护材的对接面从加工面的两侧面(例如钢坯的表面及背面)开始进行焊接。对于获得上述结论的试验结果详细说明如下。
在厚度90mm的含硼不锈钢的侧面，将电子束焊接的条件如①～③所示变化，对保护材进行焊接，进行了优选焊接条件研究试验。
①焊接电流为200～400mA②焊接速度为100～300mm/分③电子束振幅为±0.5～±4.0mm另外，母材的含硼不锈钢使用表1中的钢号M1及M2的不锈钢，保护材使用表1中钢号P1及P2的不锈钢。试验结果如图3及图4所示。
图3为焊接速度200mm/分时，所求出的焊接电流和焊珠熔深量关系的示意图。而图4为焊接电流300mA时，所求出的焊接速度和焊珠熔深量关系的示意图。
根据图3的结果可知，焊接电流只要为300mA以上，就可获得50mm以上的足够的焊珠熔深量，因此判断出可达到高效的电子束焊接。
根据图4的结果可知，焊接速度只要为200mm/分以下，就可同样获得50mm以上的足够的焊珠熔深量，因此判断出可达到高效的电子束焊接。
从上述结果可明确得知当同时满足焊接电流为300mA以上及焊接速度为200mm/分以下的条件时，可获得足够的焊珠熔深量，因此就可达到高效的电子束焊接。
振幅若小于±1.0mm，焊道宽度会变窄，因此需要决定接合定位的工数，而当其超过±3.0mm时，焊道宽度会变得太宽，导致焊接凝固金属组织不均匀或不稳定。因此，振幅优选为在±1.0～±3.0mm的范围内。
6)保护材的厚度为防止钢材的边裂，保护材厚度优选为在10mm以上。随著厚度的增加，防止边裂的效果会加大，但厚度过度增加时，因保护材料的合格率会变差，所以优选为避免厚度过度增加。基于上述理由，保护材的厚度优选为在50mm以下。下面，进行详细说明。
使用满足本发明钢成份范围的母材及保护材实施评价边裂的实验室试验。
被轧制材使用表1中钢号M1的含硼奥式体不锈钢制宽200mm、厚50mm、长100mm的钢坯，在该钢坯的宽度方向端部，将表1中钢号P1的奥式体不锈钢(TP304L)制保护材通过上述电子束焊接与钢坯接合，制成试验材。
电子束焊接的条件为焊接电流350mA、焊接速度130mm/分、电子束振幅±2mm。
当进行该条件下的电子束焊接时，含硼奥式体不锈钢母材与TP304L的保护材各有厚度5mm左右的熔合，生成厚度合计10mm左右的焊接金属部。
在电子束焊接后对保护材进行研磨，将加工面上平行的面内的焊接前母材钢坯侧面端面起的保护材厚度(焊接金属部之外的保护材单体的厚度)调成0～10mm的范围。
将该钢坯在加热炉中，在1180℃下加热1小时以上，然后在600～700℃的精加工温度下轧制。用工作辊直径为350mm的2段轧机进行多轧辊的热轧，使精加工板厚达到1.0mm，总压下比[初期板厚/精加工板厚(-)]为50.0。
表3特性测试结果和计算值

本试验结果是用实际作业所用的轧机缩小比例为1/2～1/5的试验轧机进行轧制时的结果。因此，需要根据本试验结果推出实际作业中防止边裂时所需要的保护厚度。
实际作业中的保护材的优选厚度边裂是轧制变形时产生在边缘部的拉伸张力造成的。因此，发明人对轧制变形时产生的钢板内张力分布进行了研究。
图5为用有限元法(FEM)对钢板轧制时的长度方向张力的板宽方向分布进行分析后的分析结果示意图。另外，该分析使用三维刚塑性FEM，在下述分析条件下进行。
a)轧机的工作辊直径为200mmb)母材尺寸厚度为3.0mm、宽度为250mmc)压下率为30％根据图5的结果可知拉伸张力作用在从宽度方向端部起10mm左右的区域，在宽度方向端部附近的边缘张力最大。对该边缘张力所作用的区域施以变形能力优异的材料就可防止边裂。
本发明人等，以各种条件下实施同样的边缘部张力分析后，结果得知，从该拉伸应力所作用的宽度方向端部起的距离δWc，具有下述式(5)所示的比例关系。
δWc＝K×R0.5×h(5)其中，R为工作辊半径、h为板厚、K为比例常数。
因此，实际作业中防止边裂所需的保护材厚度L，在实际作业轧机的工作辊半径为R，精加工板厚为h，试验轧机的工作辊半径为R0，精加工板厚为h0时，根据下述式(6)可算出其值。
L≥L0×(R0.5×h)/(R00.5×h0)(6)如上所述，根据试验轧机所进行的试验，因需确保和实际作业假定的总压下比为同等程度以上的值，所以当总压下比为C时，上述式(6)就可改写成式(7)。
L≥L0×(R/R0)0.5×[(H/C)/(H0/C)]＝L0×(R/R0)0.5×(H/H0) (7)其中，H为实际作业轧制时的初期板厚，H0为试验轧制时的初期板厚。
在上述式(7)中，根据实验室试验所得的上述表2的试验结果，代入L0＝1.0mm、R0＝175mm、H0＝50mm时，就可得到下述式(8)。
L(mm)≥1.0×(R/175)0.5×(H/50)(8)在实际作业轧机中的工作辊半径大的厚板轧机时，工作辊半径为500mm，含硼不锈钢的通常厚度为150mm，将这些值代入上式(8)后，就得到下述式(9)。
L(mm)≥1.0×(500/175)0.5×(150/50)5mm(9)根据上述式(9)的结果及试验B中以电子束焊接的保护材中厚度相当于5mm的部份成为焊接金属的结果，可知通过确保10mm以上的保护厚度，就可防止实际作业中产生边裂。
7)热加工及冷加工热加工是指初轧锻造、厚板轧制及热轧钢带轧制等。钢板的加热温度优选为在不产生熔融脆性范围内的高温。为含硼不锈钢时，其加热温度优选为在1100～1200℃范围。
为防止边裂，热锻造或热轧中的精加工温度优选为高温。但限于保护材的热变形能力容许范围，600～700℃的低温加工也可行。
而且，将含硼不锈钢用作燃料电池用隔离材时，在热加工后，施以冷轧钢带轧制等冷加工，对冷轧钢板进行精加工，将所得薄板压制成型为预定剖面形状。
如上所述而得的能保证高可靠性和生产率的含硼不锈钢材能表现出中子遮蔽容器用、以及燃料电池用隔离材等功能的用途的优选钢材。
实施例1在实施例1中，使用满足本发明所规定的钢成份范围的母材及保护材进行了边裂评价的实验室试验。
用作被轧制材的试验材使用的是表1中钢号M1～M5的含硼奥式体不锈钢制宽200mm、厚50mm、长100mm的钢坯，在该钢坯的宽度方向端部组合表1中钢号P1～P9的奥式体不锈钢制保护材，通过上述电子束焊接进行焊接而制成。
表3表示各种母材和保护材组合的钢板中的焊接金属部的化学组成及其评价结果。
表3

电子束焊接的条件是焊接电流350mA、焊接速度130mm/分，电子束振幅±2mm。
当以上述条件进行电子束焊接时，含硼奥式体不锈钢的母材和不锈钢保护材各有厚度5mm程度的熔合，形成厚度合计10mm左右的焊接金属部。表3所示的化学组成为该焊接金属部的化学组成。
在电子束焊接后对保护材进行研磨，将加工面上平行的面内的母材钢坯侧面端面起的保护材单体厚度调至1mm。
将该钢坯在加热炉中，在1180℃下加热1小时以上，然后在600～700℃的精加工温度下轧制。用工作辊直径为350mm的2段轧机进行多轧辊的热轧，使精加工板厚达到1mm，总压下比[初期板厚/精加工板厚(-)]为50.0。
上述总压下比的值和实际作业中假定的总压下比的值为同等程度或高于实际作业值。其原因在于，当总压下比小时，难以产生边裂，所以无法成为可模拟实际作业的正确边裂评价的实验室性质试验。
表3揭示了超声波扫描有无焊接裂纹及轧制后的边裂评价试验结果。侧面边裂的评价是用肉眼观察轧制后材料的宽度端部全长的裂纹状况，裂纹长度小于0.1mm时，判断为无裂纹以○表示，裂纹长度在0.1mm以上时，判断为有裂纹，以×表示。
从表3所示结果可知在满足本发明所规定的式(1)～式(4)关系的试验编号S1～S3及试验编号S8～S11的试验中，结果是无焊接裂纹、且轧制后也无边裂的良好结果。
反之，在试验编号S4及S6的试验中，轧制前已发现有焊接裂纹。在试验编号S4中的式(1)值小于15，所以因延展性不足而产生裂纹，而试验编号S6的式(2)值小于4，所以产生凝固裂纹。上述情况均未满足本发明所规定的要素，所以，焊接金属部产生了裂纹。
试验编号S5及S7虽然在轧制前未产生裂纹，但轧制后产生了边裂。试验编号S5的式(1)值超过30，试验编号S7的式(2)值超过17。上述情况均未满足本发明所规定的要素，所以，轧制后产生了边裂。
从上述试验结果可知焊接金属的化学组成调整是重要的和有效的，是确认了本发明的有效性。
实施例2
上述实施例1所示试验结果是用实际作业所用的轧机缩小比例为1/2～1/5的试验轧机进行轧制的结果。所以，需要根据本试验结果推出实际作业中防止边裂时所需要的保护厚度。
在此，用电子束焊接在具有表1所示钢成份组成的母材钢板长度方向侧面焊接具有该表所示钢成份组成的保护材，制成被轧制材，加热后，用实际作业轧机进行轧制试验，对其结果进行了评价。
表4中总结了钢号、钢板尺寸、保护材厚度、焊接条件、加热温度、精加工厚度、总压下比及精加工温度等试验条件以及作为试验结果的边缘裂纹状况。
表4

在此，将裂纹长度小于0.1mm时判断为无边裂，以○表示，裂纹长度在0.1mm以上但小于18mm时判断为有小的边裂，以×表示，裂纹长度在80mm以上但在120mm以下时判断为有大的边裂，以××表示，以此区分试验结果的评价。
表6

表7给出了对单个试样进行的染色渗透液测试的结果。
图16和17是显示染色渗透液测试结果的照片。以红色显示的位置说明有铸件缺陷存在。
通过染色渗透液测试，可以发现第6、7和14号试样合格。所述合格定义为具有与CAC406(JIS)(迄今为止的标准材料)相同的铸造性，并允许以相同的浇铸步骤进行制造(○)。第5和13号试样经测定是合格的(△)，因为认为它们可以用与CAC406相同的浇铸步骤处理。根据产品的形状或浇铸的条件，部分产品，如果不是全部的话，具有缺陷。它们看来需要多少改变一下浇铸条件和浇铸步骤。其它样品不合格(×)。即使是被认为不合格的样品，例如通过改变浇铸步骤也能提供良好的铸件。不可避免地，此改变会带来额外的费用和工作。
上述总压下比的值和实际作业中假定的总压下比的值为同等程度或高于实际作业值。其原因在于，当总压下比小时，难以产生边裂，所以无法成为实际作业所假定的正确边裂评价的实验室性质试验。
由于实际作业所要假定的现实性总压下比的上限值为50.0左右，所以在本实验室性质试验中，基本上是对实际作业条件下的边裂进行评价。表2表示边裂评价试验结果。
表2

在该表中，保护材单体厚度表示即使焊接也未熔化的保护材厚度，保护材焊接金属厚度表示经焊接已熔化的保护材厚度。而保护材厚度表示保护材单体厚度和保护材焊接金属厚度的合计，其厚度已换算成焊接前的保护材厚度。
评价侧面边裂时，肉眼观察轧制后材料的宽度端部全长的裂纹状况，裂纹长度小于0.1mm时，判断为无裂纹，以○表示，裂纹长度在0.1mm以上时，判断为有裂纹，以×表示。
从表2结果可知即使精加工轧制温度为600～700℃的低温，只要电子束焊接后的未熔化的保护材的厚度，即，保护材单体厚度为1mm<p>表7

产业上的可利用性根据本发明，可提供一种在含硼量高的不锈钢板侧面用高效电子束焊接接合保护材后进行轧制，可防止边裂、具有高生产率和优秀品质的含硼不锈钢材。且在焊接接合时若使用插入材，就可进一步降低焊接金属的裂纹敏感度。
因此，本发明的含硼不锈钢材可用于例如核能相关设备的中子遮蔽容器用材料，以及燃料电池用隔离材料等有功能需求的广泛用途，对制造及使用它们的产业领域的发展上有很大贡献。
权利要求
1.一种含硼不锈钢板，其特征为在含硼0.3～2.5质量％的不锈钢板除加工面之外的至少相向2面上形成的含硼0.3质量％以下的不锈钢保护材，是通过具有满足下述式(1)～式(4)关系的化学成份的不锈钢焊接金属而接合形成为一体15≤Creq≤30 (1)4≤Creq-Nieq≤17 (2)其中，Creq＝Cr+1.5×Si+Mo-5×B(3)Nieq＝Ni+30×(C+N)+0.5×Mn(4)在此，式中的元素符号是表示钢中所含有各元素的质量％含量。
2.如权利要求1所述的含硼不锈钢板，其中，在所述不锈钢板和所述保护材之间，介入有含硼0.4～2.5质量％的插入材。
3.如权利要求1所述的含硼不锈钢板，其中，所述保护材的厚度为10mm以上。
4.如权利要求2所述的含硼不锈钢板，其中，所述保护材的厚度为10mm以上。
5.一种含硼不锈钢板制造方法，其特征为在含硼0.3～2.5质量％的不锈钢板除加工面之外的至少相向的2面上，将由含硼0.3质量％以下的不锈钢所形成的保护材通过电子束焊接，介入具有满足下述式(1)～式(4)关系化学成份的不锈钢焊接金属接合而形成一体，加热后，再进行加工15≤Creq≤30(1)4≤Creq-Nieq≤17(2)其中，Creq＝Cr+1.5×Si+Mo-5×B (3)Nieq＝Ni+30×(C+N)+0.5×Mn (4)在此，式中的元素符号是表示钢中所含各元素的质量％含量。
6.如权利要求5所述的含硼不锈钢板的制造方法，其中，在所述不锈钢板和所述保护材之间，介入有含硼0.4～2.5质量％的插入材。
7.如权利要求5所述的含硼不锈钢板的制造方法，其中，所述保护材的厚度为10mm以上。
8.如权利要求6所述的含硼不锈钢板的制造方法，其中，所述保护材的厚度为10mm以上。
9.一种使用权利要求5所述方法制造的含硼不锈钢板的中子遮蔽容器。
10.一种使用权利要求6所述方法制造的含硼不锈钢板的中子遮蔽容器。
11.一种使用权利要求5所述方法制造的含硼不锈钢板的燃料电池用隔板。
12.一种使用权利要求6所述方法制造的含硼不锈钢板的燃料电池用隔板。
全文摘要
本发明涉及一种含硼不锈钢板以及将其轧制形成钢材的方法，该钢板的特征为在含硼0.3～2.5质量％的不锈钢板除加工面之外的至少相向2面上，是通过具有满足下述式(1)～式(4)关系的化学成分的不锈钢焊接金属而接合形成为一体15≤Creq≤30 (1)、4≤Creq－Nieq≤17 (2)、其中，Creq＝Cr+1.5×Si+Mo－5×B (3)、Nieq＝Ni+30×(C+N)+0.5×Mn (4)。在此，式中的元素符号是表示钢中所含有各元素的质量％含量。且接合时优选在上述不锈钢板和保护材间使用插入材。由此，可避免含硼不锈钢板热加工时产生边裂，使其可用作中子遮蔽材或燃料电池隔离材。
文档编号B23K103/04GK1681955SQ0382169
公开日2005年10月12日 申请日期2003年9月3日 优先权日2002年9月11日
发明者石田和彦, 小川和博, 矢泽武男, 山元秀昭, 森崎秀雄 申请人:住友金属工业株式会社