JP2002038218A - Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱間圧延時の割れの発生を防止することがで
き、かつ大量生産ができ、生産効率のよい延性および靱
性に優れたＢ含有オーステナイト系ステンレス鋼板を製
造する方法の提供。 【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１
％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎｉ：
７〜１５％、Ｍｏ：０．１〜１．５％、Ｂ：０．３〜
１．５％、sol.Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｎ：０．
０５％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなるオ
ーステナイト系ステンレス鋼片を、１０５０〜１２００
℃に加熱し、８５０〜１０５０℃の温度範囲のトータル
圧下率が３０％以上となるように熱間圧延する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、核燃料輸送用容
器、使用済核燃料貯蔵ラック等原子力関連機器の中性子
遮蔽材等に用いられるＢ含有オーステナイト系ステンレ
ス鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｂの中性子吸収断面積が大きいことを利
用して、Ｂを含有させたオーステナイト系ステンレス鋼
が、中性子の制御材および遮蔽材として、核燃料輸送容
器、使用済核燃料保管ラック等に用いられている。Ｂの
オーステナイト中への固溶量は非常に小さく、添加した
ＢのほとんどがＦｅ、Ｃｒを含むボライドとして析出す
る。このボライドの存在により、熱間加工性および靱性
が劣化することが知られおり、Ｂ添加量が増加するほど
Ｂの中性子を遮蔽する効果は大きくなるが、熱間加工や
靱性の劣化が顕著となる。Ｂ含有オーステナイト系ステ
ンレス鋼を熱間加工する場合、加工中に耳割れと呼ばれ
る鋼片のエッジ部に割れが発生し易く、この防止方法の
開発が検討されてきた。一方、核燃料輸送容器、使用済
み核燃料保管用ラックなどを製造する際、溶接や曲げ加
工が必要な場合があるので、常温での延性および靱性の
改善も望まれている。また、構造上の安定性を確保する
ためにも延性と靱性を改善することは極めて望ましいこ
とである。

【０００３】特開平９−２６３８９０号公報には、０．
０５〜５％のＢを含有するオーステナイト系ステンレス
鋼のインゴットを熱間圧延に先立ち、８００〜１２００
℃の温度範囲で圧下一回あたりの圧下率が５％以上にな
るように鍛造することにより、６５μｍ以下の微細なボ
ライドを少なくとも板厚方向に均一分散させて熱間加工
性を改善したＢ含有オーステナイト系ステンレス鋼材の
製造方法が開示されている。

【０００４】この方法においては、８００〜１２００℃
の鍛造温度が規定されているが、ボライドを微細に分散
させるには１０００℃以下の低温域での鍛造が効果的で
ある。しかし、鍛造温度が低温になればなるほど鍛造中
に割れが発生し易くなり、圧下率を大きくとることはで
きず、生産効率が低下するという問題がある。

【０００５】特開平６−２０７２０７号公報には、Ｂを
０．３〜３％含有するオーステナイト系ステンレス鋼の
アトマイズ粉を用い、１１００〜１１７０℃でＨＩＰ処
理することにより、延性、靱性および耐食性に優れたボ
ロン含有ステンレス鋼の製造方法が開示されている。

【０００６】しかし、この製造方法は延性および靱性が
大きく改善できるという大きなメリットがあるが、大量
生産に不向きで、かつ大型構造物の製造にも不向きであ
ると共に、製造コストが高くなり実用的な方法ではな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、熱間
圧延時の割れの発生を防止することができ、かつ大量生
産ができ、生産効率のよい延性および靱性に優れたＢ含
有オーステナイト系ステンレス鋼板の製造法を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ボライド
を分散させることにより熱間加工性を改善することがで
きることに注目し、Ｂ含有オーステナイト系ステンレス
鋼の熱間圧延条件と、常温での延性、靱性について詳細
に検討した。その結果以下の知見を得るに至った。

【０００９】ａ）常温での延性、靱性を高めるには、ボ
ライドを微細化し、かつ均一に分散化することが重要
で、そのためには８５０〜１０５０℃の圧延温度にて、
トータル圧下率が３０％以上となるように熱間圧延する
ことが効果的である。

【００１０】ｂ）上記圧延温度での熱間圧延を効果的に
かつ効率的におこなうには、圧延加熱温度を１０５０〜
１２００℃とする必要がある。

【００１１】ｃ）上記方法により、熱間圧延時にボライ
ドを微細化し、かつ均一に分散化させることにより熱間
圧延時の耳割れの発生をも防止することができる。

【００１２】本発明は、上記知見に基づきなされたもの
で、その要旨は以下の通りである。

【００１３】「質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：
１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎ
ｉ：７〜１５％、Ｍｏ：０．１〜１．５％、Ｂ：０．３
〜１．５％、sol.Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｎ：
０．０５％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からな
るオーステナイト系ステンレス鋼片を、１０５０〜１２
００℃に加熱し、８５０〜１０５０℃の温度範囲のトー
タル圧下率が３０％以上となるように熱間圧延するＢ含
有オーステナイト系ステンレス鋼板の熱間圧延方法」 なお、ここで、熱間圧延とは、鋼帯または厚板の圧延を
いい、また、圧下率は以下のようにして求めるものとす
る。

【００１４】圧下率（％）＝｛１−（圧延後の板厚）／
（圧延前の板厚）｝×１００

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳しく説明
する。なお、化学組成の「％」は「質量％」を意味す
る。

【００１６】（Ａ）化学組成 Ｃ：Ｃは、オーステナイト組織を安定にし、高温強度を
高めるのに有効な元素である。ただし、０．０８％を超
えると、鋼中特に粒界にＢを含む炭化物が析出し、熱間
加工性および耐食性を劣化させるので、Ｃは０．０８％
以下とした。

【００１７】Ｓｉ：Ｓｉは、溶鋼の脱酸および耐食性改
善に有効な元素である。しかし、１％をこえると熱間加
工性および常温延性を劣化させるので１％以下とした。
十分な脱酸効果を得るには０．０５％以上とすることが
好ましい。

【００１８】Ｍｎ：Ｍｎは、Ｓｉとともに溶鋼の脱酸に
必要な元素であり、オーステナイト組織の安定化にも有
効に作用する。ただし、２％を超えると耐食性を劣化さ
せるので２％以下とした。下限は特に限定しないが、
０．１％以上とするのが好ましい。

【００１９】Ｃｒ：Ｃｒは、耐食性確保のために重要な
元素である。Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼で
は、Ｃｒを含むボライドが析出したオーステナイト中の
Ｃｒ含有量が低下してしまうので、少なくとも１６％以
上を必要とする。含有量が多いほど耐食性の観点から好
ましいが、Ｃｒはフェライト形成元素であるため、オー
ステナイト安定化に必須のＮｉを多量に含有させる必要
がありコストアップとなるので、上限を２５％とした。

【００２０】Ｎｉ：Ｎｉは、オーステナイト組織の安定
化および強度の確保に必要な元素であり、それらの効果
を得るためには７％以上含有させる必要がある。一方、
１５％を超えると熱間加工性を劣化させる。したがっ
て、Ｎｉ含有量は７〜１５％とした。

【００２１】Ｍｏ：Ｍｏは、耐食性および強度確保の観
点から必須の元素であり、それらの効果を得るためには
０．１％以上が必要である。しかし、１．５％を超える
と、熱間加工性および延性を劣化させるのでＭｏの上限
は１．５％とした。

【００２２】Ｂ：Ｂは、所望の中性子吸収能を得るため
の重要な元素であり、その効果を得るためには０．３％
以上含有させる必要がある。しかし、その含有量が１．
５％を超えると特に低温での熱間圧延が困難となるの
で、Ｂの含有量の上限は１．５％とした。

【００２３】sol.Ａｌ：Ａｌは、脱酸に有効な元素であ
り、Ｂが極めて酸化されやすい元素であるため、Ｂ含有
オーステナイト系ステンレス鋼の溶製の際、Ｂを添加す
る前にＡｌで充分脱酸しておく必要がある。この効果を
十分に得るためには、sol.Ａｌを０．００５％以上含有
させる必要がある。ただし、０．３％を超えると熱間加
工性、延性および靱性に悪影響を及ぼすので、Ａｌの含
有量は０．００５〜０．３％とした。

【００２４】Ｎ：Ｎは、オーステナイト組織を安定に
し、耐食性改善に有効に作用する。ただし、熱間加工
性、延性および靱性に悪影響を及ぼすので、特に０．０
５％以下に制限した。

【００２５】Ｐ、Ｓ：不純物のＰおよびＳは、特に限定
するものではないが、熱間加工性と耐食性を劣化させる
ので低いほど望ましい。望ましくは、Ｐは０．０４％以
下、Ｓは０．０１％以下である。

【００２６】Ｃｕ：不純物のＣｕは、Ｂと低融点の共晶
をつくり熱間加工性を劣化させるので０．５％以下とす
るのが好ましい。

【００２７】（Ｂ）熱間圧延条件 熱間圧延を施すオーステナイト系ステンレス鋼片とは、
インゴットを分塊圧延または熱間鍛造したスラブまたは
連続鋳造したスラブである。

【００２８】鋼片に熱間圧延を施すための加熱温度は、
後記する圧延温度の上限である１０５０℃を確保するた
めには、少なくとも１０５０℃に加熱する必要がある。
一方、加熱温度が１２００℃を超えると、ボライドが溶
融、脆化し、その後の圧延が困難となるため、１２００
℃以下とする必要がある。したがって、加熱温度は１０
５０〜１２００℃とした。複数回にわたり熱間圧延する
場合の再加熱温度も１０５０〜１２００℃とする。

【００２９】次に圧延温度は、鋼中のボライドを粉砕し
て微細化し、かつ均一に分散させるために８５０〜１０
５０℃とする必要がある。このような温度範囲の圧延で
破砕、微細化したボライドの間隙にオーステナイト相が
進入することにより分散化が顕著に進行する。こうした
ボライドの微細化、分散化により、熱間加工性、延性お
よび靱性が向上するのである。

【００３０】圧延温度が１０５０℃を超えた温度域での
圧延では、オーステナイトの変形が容易なため、そのメ
タルフローに従って多くのボライドが移動するのみなの
で、破砕による微細化、分散化が進行しにくい。それで
圧延温度の上限は１０５０℃とした。

【００３１】一方、８５０℃未満の温度域での圧延は、
ボライドの破砕による微細化は進行するものの、オース
テナイトの延性低下によりボライドを均一分散化させる
のが困難となり、延性および靱性の改善効果が発揮でき
ない。また、Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼の変
形抵抗は大きく、熱間延性に乏しいため、圧延温度を下
げすぎると圧延機への負荷が増大すると共に、耳割れの
発生が顕著となる。したがって、圧延温度の下限は８５
０℃とする必要がある。望ましい圧延温度は、９００℃
〜１０５０℃、より望ましくは９００〜１０００℃であ
る。

【００３２】なお、前述のようにボライドを破砕、微細
化および均一分散化を進行させるには、上記圧延温度範
囲での圧延における圧下率は、トータル圧下率で３０％
以上が必要である。圧下率は大きければ大きい程ボライ
ドの粉砕、分散させるのには好ましい。しかし、熱間加
工性がよくない鋼種であるので耳割れの発生による歩留
まり低下は避けなければならなく、圧延温度との兼ね合
いで圧下率を決めればよい。

【００３３】好ましいトータル圧下率としては３０〜８
０％、より好ましくは４０〜７０％である。この圧下率
は、１回の加熱での熱間圧延で３０％以上としてもよ
く、再加熱−圧延を繰り返してトータルで３０％以上と
してもよい。

【００３４】

【実施例】表１に示す化学組成のＢ含有オーステナイト
系ステンレス鋼を溶製し、鋼種ＡとＢは連続鋳造により
スラブとし、ＣとＤはインゴットとしてから分塊鍛造し
てスラブとした。各鋼片の寸法は全て同一で、板厚は１
５０ｍｍ、幅は１０００ｍｍ、長さは２０００ｍｍとし
た。

【００３５】

【表１】 これらのスラブを表２に示すように、１回圧延と圧延後
再加熱して圧延する２回圧延とをおこなった。ここで、
Ｎｏ．５は鋼帯圧延、それ以外は厚板圧延である。

【００３６】

【表２】 各パス毎の板厚を測定すると共に、各パスの前で放射温
度計を用いて温度を測定し、圧延温度とした。

【００３７】圧延後、板側面の耳割れ状況を目視により
観察し、割れが発生した板は耳割れ深さを測定して熱間
加工性を評価した。

【００３８】その後、１０５０℃にて溶体化熱処理を行
い、圧延方向と直角方向に引張試験片とシャルピー衝撃
試験片を採取した。採取した引張試験片にて常温引張試
験を行い、試験後の全伸び（破断伸び）を求めて、延性
を評価した。また、シャルピー衝撃試験では、２ｍｍの
Ｖノッチを有するＪＩＳ４号試験片により、０℃で試験
を行い、衝撃値を求めて靱性を評価した。

【００３９】試験結果を表３に示す。

【００４０】

【表３】 表３から明らかなように、圧延温度８５０〜１０５０℃
におけるトータル圧下率が３０％以上になるように熱間
圧延した本発明例 では、常温伸び２５％以上、０℃の
衝撃値３０Ｊ/cm²以上と、良好な延性、靱性を示した。
また、耳割れ深さも５ｍｍ以下であり熱間加工性も良好
である。

【００４１】一方、比較例の試験Ｎｏ．８のように８５
０〜１０５０℃での圧延を実施しなっかった場合や、Ｎ
ｏ．９のように８５０〜１０５０℃におけるトータル圧
下率が３０％未満の場合には、延性および靱性が劣って
いることが分かる。また、Ｎｏ．１０のように、８５０
℃未満で圧延すると、耳割れ量が非常に大きく歩留まり
が圧下するばかりでなく、延性および靱性にも劣ってい
る。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、熱間圧延時の割れが激
減し、効率よく大量生産ができる。また本発明の製造方
法で得られたオーステナイト系ステンレス鋼は、延性お
よび靱性に優れているので溶接、曲げ等の加工が容易で
あり、核燃料輸送用容器、使用済核燃料貯蔵ラック等原
子力関連機器の中性子遮蔽材に使用して使用中の安全性
が高いという優れた効果を奏する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１
   ％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎｉ：
   ７〜１５％、Ｍｏ：０．１〜１．５％、Ｂ：０．３〜
   １．５％、sol.Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｎ：０．
   ０５％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなるオ
   ーステナイト系ステンレス鋼片を、１０５０〜１２００
   ℃に加熱し、８５０〜１０５０℃の温度範囲のトータル
   圧下率が３０％以上となるように熱間圧延することを特
   徴とするＢ含有オーステナイト系ステンレス鋼板の製造
   方法。