JP2024506434A - 低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法 - Google Patents

低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、溶解工程と、溶解工程で得られた鋼塊をエレクトロスラグ炉の電極棒として特定のスラグ材で再溶解し結晶化させるエレクトロスラグ再溶解工程と、結晶化された鋼塊を特定の鍛造方式で鍛造形成を行う鍛造工程を順に含み、特定のスラグ材は重量パ－セント含有量でＣａＦ２（６５％～７０％）、Ａｌ２Ｏ３（１５％～２０％）、ＣａＯ（５％～１０％）及びＭｇＯ（２％～５％）を含み、特定の鍛造方式は、据え込み及び引き抜き鍛造及びラジアル鍛造を含み、据え込み及び引き抜き鍛造は、パス変形量が３５％未満であり、パス圧下量は５０～８０ｍｍであり、パス加熱温度が１１３０～１１５０℃であり、パス変形方式が楕円→楕円→円であることを含む、低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法を開示する。該方法を採用して化学成分及び組織が均一に分布し、清浄度が高く、強度が高い低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼を取得することができる。

Description

本発明は、金属材料の製造方法に関し、具体的には、低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法に関する。
現在の工業化の急速な発展に伴い、金属材料に対する要求もますます高くなり、特に原子力発電、ボイラ－、軍需産業などの一部の特殊な環境は、常に、耐食性、耐高低温、高強度を必要とする金属材料に関する。現在、通常の鋼材では、オーステナイト系ステンレス鋼のみがその使用要件を満たすことができるが、このようなオーステナイト系ステンレス鋼は成分及び性能指標に対する要求がより厳しい。
現在、国際及び国内で汎用されているこの種類のオーステナイト系ステンレス鋼の実施標準は、フランス加圧水型原子炉原子力島用機械設備設計及び建設規則協会が作成したＲＣＣＭ Ｍ３３０６であり、該標準において鋼材におけるＣ：０．０３５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１８．５０～２０．００％、Ｎｉ：９．００～１０．００％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｃｏ：０．０６％以下、Ｎ：０．０８０％以下、Ｂ：０．００１８％以下、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１５％以下が要求される。該材料の耐食性を確保するため、標準では炭素及び窒素元素の含有量を制限しており、即ち、Ｃが０．０３５％以下であり、Ｎが０．０８％以下である。同時に、該標準はこの種類のオーステナイト系ステンレス鋼の性能として、３５０℃高温引張強度が３９４ＭＰａ以上であり、３５０℃高温降伏強度が１２５ＭＰａ以上であり、室温引張強度が５２０ＭＰａ以上であり、室温降伏強度が２１０ＭＰａ以上であることを要求する。
しかしながら、低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼に対して、その強度を向上させる主な強化元素は炭素及び窒素元素であり、炭素及び窒素元素の含有量が高い場合、鋼の強度が高くなり、逆も同様である。しかし、炭素及び窒素元素の含有量が高い場合、鋼の耐食性が低下する。国家標準ＧＢ／Ｔ１２２０－２００７において、この同類の低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼材において、窒素元素が０．１０～０．１６％であることを要求している。したがって、この種類のステンレス鋼は、ＲＣＣＭ Ｍ３３０６標準における同類鋼の高強度を容易に達成できるが、窒素含有量が高いため、この標準に要求する耐食性を満たすことが困難である。
しかし、国家標準ＧＢ／Ｔ１２２０－２００７における窒素元素の含有量を低減すると、この種類の鋼は、ＲＣＣＭ Ｍ３３０６標準における同類鋼の高強度を達成することが困難である。したがって、ＲＣＣＭ Ｍ３３０６標準における鋼の化学成分要求に比べて、低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼の製造難度が増加する。
現在、中国国内企業は製造過程において製造されたこの種類のオーステナイト系ステンレス鋼の強度が標準的な要求を満たさない状況が常に現れ、製造過程において成型率が低く、それによりこの鋼は依然としてフランスから輸入する必要がある。
したがって、より安定性能を有する低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼を製造することができる製造方法を必要とする。
本発明の目的は、現行技術に存在する問題を克服する低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法を提供することであり、このような方法で製造されたステンレス鋼棒の力学的性能はＲＣＣＭ Ｍ３３０６標準におけるオーステナイト系ステンレス鋼棒の力学的性能要求を満たすことができ、技術障壁を突破し、海外からのこの種類のステンレス鋼棒の輸入に頼らずに、低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の自主製造を達成することができる。
本発明の発明者は鋭意研究により、鋼を特定の組成成分の範囲内に制御した後、鋼塊をエレクトロスラグ再溶解の電極棒として用いて再溶解して結晶化させ、再溶解工程は特定のスラグ材で行い、鋼内部の化学成分の均一な分布及び鋼の高い清浄度をよく制御することができ、その後、この鋼塊から特定の鍛造方式で鍛造成型を行い、化学成分及び組織が均一に分布し、清浄度が高く、且つ適格な強度を有する鋼材を取得することを見つけた。これにより、本発明は、低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法を提供する。
溶解工程と、前記溶解工程で得られた鋼塊をエレクトロスラグ炉の電極棒とし、特定のスラグ材で再溶解して結晶化させるエレクトロスラグ再溶解工程と、結晶化された鋼塊を特定の鍛造方式で鍛造成型を行う鍛造工程と、を順に含み、
前記特定のスラグ材は、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＭｇＯを含み、重量パ－セント含有量により、前記ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＭｇＯは順に６５％～７０％、１５％～２０％、５％～１０％、２％～５％であり、
前記特定の鍛造方式は、据え込み及び引き抜き鍛造（ｕｐｓｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ）と、ラジアル鍛造（ｒａｄｉａｌ ｆｏｒｇｉｎｇ）と、を含み、前記据え込み及び引き抜き鍛造は、パス変形量が３５％未満（例えば、２８％、３０％、３２％、３３％、３４％）であり、パス圧下量が５０～８０ｍｍ（例えば、５５ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、７５ｍｍ）であり、パス加熱温度が１１３０～１１５０℃（例えば、１１３５℃、１１４０℃、１１４５℃）であり、パス変形方式は、楕円→楕円→円であることを含む。パス加熱温度とは、パス毎に変形が終了した後に炉戻し加熱する温度である。
本発明において、前記据え込み及び引き抜き鍛造は、据え込み及び引き抜きを含み、鋼塊鍛造が延伸する時に一般的には、まず楕円が徐々に小さくなり、最終的に円形になる。圧下量はプレス機の単回圧下高さであり、変形量は鋼材が変化する前後の面積である。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、好ましくは、重量パ－セント含有量により、前記ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＭｇＯが順に６５％～６８％、１８％～２０％、５％～１０％、３％～５％であり、より好ましくは、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＭｇＯが順に６５％、２０％、１０％、５％である。
通常のステンレス鋼鍛造工程において、一般的に、パス変形量が４０～６０％であることを選択し、その目的は鋼材の製造効率を向上させるためであり、パス加熱温度は一般的に、１１６０～１１８０℃であり、パスの変形方式は方形→楕円→円である。
本発明では、通常のステンレス鋼鍛造工程に対して、パス変形量が３５％未満であることを選択することは、鋼塊が鍛造過程で鋳造組織が均一に変化することを確保するためである。パス圧下量が５０～８０ｍｍであることを採用することは、鋼塊が鍛造過程で均一に変形することを確保するためであり、圧下量が大きすぎることによる部分的な組織の乱れを回避する。パス加熱温度が１１３０～１１５０℃（例えば、１１３５℃、１１４０℃、１１４５℃）であることを採用することは、材料が微細分散した組織を取得することを確保するためである。また、本発明は楕円→楕円→円のパス変形方式を採用し、その目的は鋼材に方形のエッジが発生することにより、エッジの温度低下が速すぎるため鋼材組織の異常をもたらすことを回避することである。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、製鋼原料は溶解後に得られた鋼塊又は最終的に得られたステンレス鋼棒が特定の組成成分を有するように配合し、重量パ－セントにより、前記特定の組成成分は、Ｃ：０．０２０～０．０３０％、Ｓｉ：０．３～０．６％、Ｍｎ：１．３～１．８％、Ｓ：０．００２％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１９．２０～１９．７０％、Ｎｉ：９．２０～９．８０％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｃｏ：０．０６％以下、Ｎ：０．０６５～０．０７５％、Ｂ：０．００１８％以下、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１５％以下を含む。
好ましくは、重量パ－セントにより、前記特定の組成成分は、Ｃ：０．０２５％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：１．４５％、Ｓ：０．００２％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１９．５％、Ｎｉ：９．７％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｃｏ：０．０６％以下、Ｎ：０．０７％、Ｂ：０．００１８％以下、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１５％以下を含む。
本発明において、Ｃ含有量が０．０２０～０．０３０％であることに基づいて、合理的に設計されたＣｒ、Ｎｉ及びＮの含有量を採用することにより、この種類の元素が鋼においてより多くの炭化物、金属間化合物及び析出相を形成することを確保し、それは鋼において鋼の強度を効果的に向上させることができる。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記製鋼原料は、低炭素クロム鉄、金属ニッケル、電解マンガン、ケイ素鉄、窒化クロム鉄、廃鋼を含む。本発明において、前記低炭素クロム鉄、金属ニッケル、電解マンガン、ケイ素鉄、窒化クロム鉄、廃鋼等は、本分野の通常の３０４系鋼を溶製するための様々な金属を採用することができる。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記溶解工程は溶融処理、精錬処理、真空脱ガス処理及び鋳込み成型を順に含む。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記エレクトロスラグ再溶解工程を行う前に、前記溶解工程で得られた鋼塊に対してまず切除処理と表面バニシ処理を行ってからエレクトロスラグ再溶解の電極棒とし、前記切除処理は補縮不良の一部を切除するために用いられる。前記表面バニシ処理は、表面品質が良好な電極棒を取得するために用いられる。切除処理及び表面バニシ処理により、再溶解後の鋼塊の化学的成分が均一であり且つ表面品質が良好であることを確保することができ、それにより表面品質がより高く、清浄度が高く、組織が均一で強度が高い鋼材を取得し得る。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記エレクトロスラグ再溶解工程において、エレクトロスラグ再溶解の電流は１１～１３ＫＡ（例えば、１１．５ＫＡ、１２．０ＫＡ、１２．５ＫＡ）である。
本発明において、エレクトロスラグ再溶解工程において、電流が大きすぎると母電極が急速に融解し、さらに金属溶融池が深くなり、結晶化後に得られた鋼塊の芯部に深刻な偏析組織及び低い清浄度が現れる。電流が小さすぎると母電極の融解が遅く、さらに金属溶融池が浅くなり、結晶化後に得られた鋼塊エッジに深刻な偏析組織及び低い清浄度が現れる。
本発明において、エレクトロスラグ再溶解工程において、重量パ－セントで順に６５％～７０％、１５％～２０％、５％～１０％、２％～５％であり、好ましくは、６５％ＣａＦ２、２０％Ａｌ２Ｏ３、１０％ＣａＯ、５％ＭｇＯの混合スラグ材（特定スラグ材）を再溶解して結晶化させ、鋼材の清浄度を効果的に向上させることができる。ここで、ＣａＦ２はスラグ材の融点、粘度及び表面張力を低下させ、スラグの流動性を向上させることができ、鋼における非金属介在物を効果的に除去することができる。Ａｌ２Ｏ３はスラグの導電率を低下させることができ、省エネルギーと消費低減の作用を達成することができるが、過剰に添加するとスラグの粘度を向上させる。ＣａＯはスラグの塩基度を向上させることができ、効果的な脱硫能力は溶鋼をより清浄にする。ＭｇＯはスラグ表面にスラグ膜を形成させることができ、外部に溶鋼の二次酸化を防止することができ、内部に熱量の損失を減少させることができるが、過剰に添加するとスラグの粘度を向上させる。したがって、上記四種類の物質で構成された四元スラグ系を採用すると、清浄度の高い鋼材を取得することができ、エネルギーの消費も低減することもできる。
本発明において、選択されたスラグ材及び電流が適切でなければ、スラグ巻及びスラグ巻き込み、溶鋼の清浄度が低く、鋼材偏析が深刻で、鋼塊の表面品質が悪いなどの欠陥が発生する。本発明は、質量比含有量により、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯが順に６５％～７０％、１５％～２０％、５％～１０％、２％～５％であり、好ましくは、６５％、２０％、１０％、５％の特定のスラグ材配合比率及び１１～１３ＫＡであり、好ましくは、１１ＫＡの再溶解電流であり、電極棒が安定して溶融することを確保することができ、さらに清浄度が高く、組織及び成分の均一な表面が良好な鋼塊を取得することができる。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、表面品質の高い鋼を取得するために、前記エレクトロスラグ再溶解工程において、前記電極棒は１～１０ｗｔ％であり、好ましくは１～８ｗｔ％（例えば、２ｗｔ％、３ｗｔ％、５ｗｔ％、６ｗｔ％、７ｗｔ％）であり、結晶化された鋼塊の補縮に用いる。即ち、溶鋼を結晶器に滴下して結晶化させる時、溶鋼の表面張力の作用により、鋼塊表面に収縮孔が存在させ、本発明は、鋼塊で形成された大きな収縮孔により、後から鍛造後に得られた鋼の表面品質を悪化させてその加工可塑性の品質に影響を与えることを回避するために、好ましくは、結晶後期に、１～１０ｗｔ％電極棒、より好ましくは、１～８ｗｔ％の電極棒を結晶化後に形成された鋼塊表面上の収縮孔を埋めるために用いられる。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記エレクトロスラグ再溶解で得られた鋼塊を離型して室温まで冷却し、低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼ブランクを取得する。
本発明の技術方案を採用して製造られた低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼ブランクは、その化学成分が均一に分布し、清浄度が高く、偏析欠陥がなく、低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造に用いることができるが、該低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法は特別な要求を満たす必要がある。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記鍛造工程において、据え込み及び引き抜き鍛造の前にまずエレクトロスラグ再溶解で得られた低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼ブランクに均熱処理を行い、前記均熱処理は１～１０℃／ｍｉｎ（例えば、２℃／ｍｉｎ、３℃／ｍｉｎ、５℃／ｍｉｎ、７℃／ｍｉｎ、８℃／ｍｉｎ、９℃／ｍｉｎ）の加熱速度で１１３０～１１５０℃（例えば、１１３５℃、１１４０℃、１１４５℃）まで昇温し、そして該温度で３～５ｈ（例えば、３．５ｈ、４．０ｈ、４．５ｈ）保温することを含む。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記鍛造工程において、前記据え込み及び引き抜き鍛造の条件は、前記特定の鍛造方式を採用して据え込み及び引き抜き鍛造を行い、鍛造開始温度が１０００℃以上（例えば、１０５０℃、１１００℃、１１１０℃、１１２０℃）であり、最終鍛造温度が８００℃以上（例えば、８５０℃、９００℃、９５０℃、１０００℃）であり、前記据え込み及び引き抜き鍛造の回数が１～３回（例えば２回）であり、好ましくは２～３回であり、毎回の据え込み及び引き抜き鍛造の時間は、５～２０ｍｉｎ（例えば、８ｍｉｎ、１０ｍｉｎ、１２ｍｉｎ、１５ｍｉｎ、１７ｍｉｎ、１９ｍｉｎ）であることを含む。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記鍛造工程において、前記据え込み及び引き抜き鍛造の条件は、前記特定の鍛造方式で据え込み及び引き抜き鍛造を行い、鍛造開始温度が１０５０～１１００℃（例えば、１０６０℃、１０７０℃、１０８０℃、１０９０℃）であり、最終鍛造温度が８００～９００℃（例えば、８２０℃、８５０℃、８７０℃、８９０℃）であり、好ましくは、毎回の据え込み及び引き抜き鍛造の時間が５～１５ｍｉｎ（例えば、７ｍｉｎ、９ｍｉｎ、１０ｍｉｎ、１２ｍｉｎ、１４ｍｉｎ）であることを含む。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記鍛造工程の据え込み及び引き抜き鍛造において、前記特定の鍛造方式は、パス変形量が３０～３２％（例えば、３０．５％、３１％、３１．５％）であり、パス圧下量が６５～７５ｍｍ（例えば、６７ｍｍ、７０ｍｍ、７２ｍｍ、７４mm）であり、パス加熱温度が１１３０～１１５０℃（例えば、１１３５℃、１１４０℃、１１４５℃）であり、パス変形方式が楕円→楕円→円であることを含む。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記鍛造工程の据え込み及び引き抜き鍛造において、前記特定の鍛造方式は、パス変形量が３１％であり、パス圧下量が７０ｍｍであり、パス加熱温度が１１４０℃であり、パス変形方式が楕円→楕円→円であることを含む。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記鍛造工程の据え込み及び引き抜き鍛造において、４５００ｔプレス機内で２回の据え込みと２回の引き延ばし（即ち、２回の据え込み及び引き抜き鍛造）を行い、且つ２回目の据え込み及び引き抜き鍛造の変形量が１回目の変形量よりも大きく、このようにして１回目の据え込み及び引き抜き鍛造が終了した後に炉戻し過程による組織が粗大であるという問題を解決することができ、それにより得られた鋼材がより高い結晶粒度を有することができる。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記鍛造工程の据え込み及び引き抜き鍛造において、毎回の据え込み及び引き抜き鍛造（据え込み及び引き抜き）が終了する度に、次の据え込み及び引き抜き鍛造に必要な鍛造開始温度に達するように炉戻し再焼成を行って、好ましくは、毎回の据え込み及び引き抜き鍛造が終了した後に炉戻し再焼成加熱（即ちパス加熱）する条件は、温度が１１３０～１１５０℃（例えば、１１３５℃、１１４０℃、１１４５℃）であり、時間が９０～１２０ｍｉｎ（例えば、９５ｍｉｎ、１００ｍｉｎ、１１０ｍｉｎ、１１５ｍｉｎ）であることを含む。
最終回の据え込み及び引き抜き鍛造が終了した後に、再び上記炉戻し再焼成加熱条件を採用して加熱し、次のラジアル鍛造に準備することができる。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、前記鍛造工程において、据え込み及び引き抜き鍛造が終了した後にラジアル鍛造を行う。前記ラジアル鍛造の条件は、鍛造開始温度が１０００～１１４０℃（例えば、１０２０℃、１０４０℃、１０５０℃、１０７０℃、１０９０℃、１１１５℃、１１２５℃、１１３０℃、１１３５℃）であり、最終鍛造温度が８００～９００℃（例えば、８２０℃、８５０℃、８７０℃、８９０℃）であり、時間が５～２０ｍｉｎ（例えば、８ｍｉｎ、１０ｍｉｎ、１２ｍｉｎ、１５ｍｉｎ、１７ｍｉｎ、１９ｍｉｎ）であることを含む。
さらに好ましくは、前記ラジアル鍛造の条件は、鍛造開始温度が１０００～１１００℃（例えば、１００５℃、１０１０℃、１０２０℃、１０４０℃、１０５０℃、１０７０℃、１０８０℃、１０９０℃）であり、最終鍛造温度が８００～９００℃（例えば、８２０℃、８５０℃、８７０℃、８９０℃）であり、時間が１０～２０ｍｉｎ（例えば、１２ｍｉｎ、１５ｍｉｎ、１７ｍｉｎ、１８ｍｉｎ）であることを含む。
より好ましくは、前記ラジアル鍛造は１６００ｔのラジアル鍛造機で行われ、且つ１回の鍛造成型を行い、ラジアル鍛造後の鋼を空冷して、低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒を取得する。
本発明の方法を採用すると、直径が２００ｍｍ以上の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒を製造することができる。
上記製造方法において、好ましい技術方案として、得られた低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の３５０℃高温引張強度が４１０ＭＰａ以上であり、３５０℃高温降伏強度が１４０ＭＰａ以上であり、室温引張強度が５６０ＭＰａ以上であり、室温降伏強度が２６０ＭＰａ以上であり、且つ化学成分及び高低倍の組織が均一であり、鋼材の清浄度が高い。
本発明において、互いに矛盾しない条件で、上記技術的特徴は自由に組み合わせて新たな技術方案を形成することができる。
現行技術に比べて、本発明の有益な技術的効果は以下のとおりである。
１、本発明の技術方案を採用すれば、鋼内部の化学成分の均一な分布及び鋼の高い清浄度をよく制御することができる。
２、本発明の技術方案を採用すれば、化学成分及び組織が均一に分布し、清浄度が高く、強度が高い低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼を取得することができる。
以下、本発明の実施例を参照して、本発明の具体的な実施態様における技術方案を詳細に説明する。ここで説明された具体的な実施態様は単に本発明を説明し解釈するために用いられ、本発明を限定するものではないと理解すべきである。本発明における実施例に基づいて、当業者が創造的労働をしない前提で得られた全ての他の実施態様は、いずれも本発明の保護範囲に属する。
本発明は、製鋼原料をアーク炉、炉外精錬炉及び真空酸素吹き脱炭炉に入れて溶解を行い、前記溶解は溶融処理、精錬処理、第１回の試料調製処理、酸素吹き脱炭処理、脱気処理及び窒素吹き処理、第２回の試料調製処理及び鋳込み成型を順に含み、前記製鋼原料は最終的に得られた鋼塊が特定の組成成分を有するように配合し、前記特定の組成成分が重量パ－セントで、Ｃ：０．０２０～０．０３０％、Ｓｉ：０．３～０．６％、Ｍｎ：１．３～１．８％、Ｓ：０．００２％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１９．２０～１９．７０％、Ｎｉ：９．２０～９．８０％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｃｏ：０．０６％以下、Ｎ：０．０６５～０．０７５％、Ｂ：０．００１８％以下、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１５％以下を含む溶解工程と、
前記溶解工程で得られた鋼塊に対してまず切除処理と表面バニシ処理を行ってからエレクトロスラグ再溶解の電極棒とし、特定のスラグ材で再溶解して結晶化させ、次に結晶化された鋼塊を冷却し、前記特定のスラグ材がＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＭｇＯを含み、重量パ－セント含有量により、前記ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＭｇＯが順に６５％～７０％、１５％～２０％、８％～１０％、２％～５％であり、最終的な配合比率の和が１００％であることを確保するエレクトロスラグ再溶解工程と、
結晶化された鋼塊を冷却し、前記鍛造工程において、結晶化された鋼塊を特定の鍛造方式で鍛造形成を行い、前記特定の鍛造方式は据え込み及び引き抜き鍛造及びラジアル鍛造を含み、前記据え込み及び引き抜き鍛造は据え込み及び引き抜きを含み、そのうち前記据え込み及び引き抜き鍛造は、パス変形量が３５％未満（例えば、２８％、３０％、３２％、３３％、３４％）であり、パス圧下量が５０～８０ｍｍ（例えば、５５ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、７５ｍｍ）であり、パス加熱温度が１１３０～１１５０℃（例えば、１１３５℃、１１４０℃、１１４５℃）であり、パス変形方式が楕円→楕円→円であることを含み、パス加熱温度とは、パス毎に変形が終了した後に炉戻し加熱する温度である鍛造工程と、を含む、低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法を提供する。
本発明において、前記溶解工程は、本分野の通常の実施態様を採用することができる。
本発明により、好ましい実施態様として、前記製鋼原料は低炭素クロム鉄、金属ニッケル、電解マンガン、ケイ素鉄、窒化クロム鉄、廃鋼などを含み、前記低炭素クロム鉄、金属ニッケル、電解マンガン、ケイ素鉄、窒化クロム鉄、廃鋼などは本分野の通常の３０４系鋼を溶製するための様々な金属であり、例えば、前記金属ニッケルは１＃Ｎｉなどである。
本発明により、好ましい実施態様として、重量パ－セントにより、前記特定の組成成分は、Ｃ：０．０２５％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：１．４５％、Ｓ：０．００２％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１９．５％、Ｎｉ：９．７％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｃｏ：０．０６％以下、Ｎ：０．０７％、Ｂ：０．００１８％以下、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１５％以下を含む。
前記製鋼原料の配合材料は、上記組成に応じて材料を配合することができるが、より良質な鋼塊を取得するために、好ましくは、前記溶解処理工程において、前記製鋼原料における一部の低炭素クロム鉄及び窒化クロム鉄を予備して２回目の調製処理の添加材料とする。
本発明により、好ましい実施態様として、溶融処理とは製鋼原料をアーク炉、例えば真空アーク炉内に添加した後、電極加熱、酸素吹き、スラグ添加により前記製鋼原料を溶融混合する過程を指す。好ましくは、前記溶融処理の出鋼条件は、Ｃ：０．６０％以下、Ｔ：１６３０℃以上を含む。
本発明により、好ましい実施態様として、精錬処理とは、電気炉で溶融した溶鋼を炉外精錬炉に注ぎ、電極加熱、スラグ添加処理によりアーク炉溶鋼を還元処理し、好ましくは、Ｓｉ－Ｃ粉末を５～１０ｋｇ／ｔで添加して脱酸し、１０分間より長く給電してスラグを焼却する。スラグを適切に調整し（即ち、スラグを白色に調整する）、それをサンプリングして全分析し、サンプルを戻して成分を調整する。好ましくは、出鋼条件は、Ｔが１６５０℃以上であり、出炉成分がＣ：０．８０％以下、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｓ：０．０１５％以下である。
本発明により、好ましい実施態様として、真空酸素吹き脱炭炉で真空吹き酸素脱炭処理、脱気処理及び窒素吹き処理を行うことは、炉外精錬炉の溶鋼を真空吹酸処理して鋼における炭素含有量を除去し、次に真空でスラグ材及び脱酸素剤を添加して真空脱ガス処理を行うことにより、鋼における吹酸脱炭した後に残された酸化物を除去し、脱酸が完了した後に炉底窒素吹き処理を行い、鋼における窒素含有量を増加させ、最後に化学成分に基づいて予め残された低炭素クロム鉄及び窒化クロム鉄を添加する。好ましくは、溶鋼が真空酸素吹き脱炭炉に入る前に炉外精錬スラグを除去し、真空脱ガス処理のスラグ材の配合比率は、石灰：４００ｋｇ／炉、蛍石：５０～１００ｋｇ／炉、予め溶解アルミニウムカルシウム複合スラグ：２００～３００ｋｇ／炉であり、脱酸素剤はＡ１粒、Ｃａ－Ｓｉ又はＦｅ－Ｓｉであり、好ましくは、スラグ材に伴って脱酸素剤Ａ１粒（１～３ｋｇ／t）、Ｃａ－Ｓｉ又はＦｅ－Ｓｉ（５～８ｋｇ／t）を添加し、真空脱ガス処理の真空度が１００Ｐａ以下であり、保持時間が１０ｍｉｎ以上である。
本発明により、好ましい実施態様として、鋳込み成型とは、真空脱ガス処理により得られた化学成分に合格した溶鋼を電極に鋳込み、好ましくは、鋳込み前に炉底へアルゴンガスを２０分間吹き付け、アルゴンガスで鋳込みを保護して、鋳込み温度が１５３０～１５５０℃である。
本発明により、好ましい実施態様として、本発明の組成を有する鋼塊、特に上記製造方法で製造された鋼塊を、エレクトロスラグ再溶解の電極棒として再溶解して結晶化させる。
本発明において、表面品質がより高く、清浄度が高く、組織が均一で強度が高い鋼材を取得するために、再溶解後の鋼塊の化学成分が均一で表面品質が良好であることを確保する必要があり、好ましくは、電極棒とする鋼塊をまず切除処理と表面バニシ処理を行う。前記切除処理は補縮不良の部分を切除するために用いられ、前記表面バニシ処理は表面品質が良好な電極棒を取得するために用いられる。
本発明により、好ましい実施態様として、前記エレクトロスラグ再溶解工程において、前記鋳込み成型で得られた鋼塊をエレクトロスラグ炉の電極棒とし、通電する場合、電極棒はスラグ材において溶鋼に溶解し、溶融した溶鋼はスラグ材を介して結晶器に滴下して結晶化させる。好ましくは、重量パ－セント含有量により、前記特定のスラグ材の配合比率は、ＣａＦ２：６５％、Ａｌ２Ｏ３：２０％、ＣａＯ：１０％、ＭｇＯ：５％であり、エレクトロスラグ再溶解の電流は１１ＫＡである。
本発明によれば、表面品質の高い鋼を取得するために、好ましくは、前記電極棒の１～１０重量％（より好ましくは１～８重量％）を結晶化された鋼塊の補縮に用い、即ち、溶鋼を結晶器内に滴下して結晶化させる時、溶鋼の表面張力の作用により、鋼塊表面に収縮孔が存在し、本発明は鋼塊で形成された大きな収縮孔により後から鍛造後に得られた鋼の表面品質を悪化させて、その加工可塑性の品質に影響を与えることを回避するために、好ましくは、結晶後期に、１～１０重量％（より好ましくは１～８重量％）の電極棒を結晶化後に形成された鋼塊表面上の収縮孔を埋めるために用いられる。
本発明の製造方法で得られた低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼は、その化学成分が均一に分布し、清浄度が高く、偏析欠陥がなく、低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造に用いることができる。
上記製造方法において、好ましい実施態様として、前記鍛造工程において、前記特定の鍛造方式は、均熱処理後の鋼塊に据え込み及び引き抜き鍛造及びラジアル鍛造を行う。前記均熱処理とは、エレクトロスラグ再溶解工程で得られた鋼塊を冷却した後にさらに加熱処理を行い、前記均熱処理は、１～１０℃／ｍｉｎの加熱速度で１１３０～１１５０℃まで昇温し、その後に３～５ｈ保温することを含み、前記据え込み及び引き抜き鍛造が据え込み及び引き抜きを含む。
上記製造方法において、好ましい実施態様として、前記鍛造工程において、前記据え込み及び引き抜き鍛造の条件は、鍛造開始温度が１０００℃以上であり、最終鍛造温度が８００℃以上であり、毎回の据え込み及び引き抜き鍛造の時間が５～２０ｍｉｎであり、パス変形量が３０～３２％であり、パス圧下量が６５～７５ｍｍであり、パス加熱温度が１１３０～１１５０℃であり、パス変形方式が楕円→楕円→円であることを含む。
好ましくは、前記据え込み及び引き抜き鍛造の条件は、鍛造開始温度が１０５０～１１００℃であり、最終鍛造温度が８００～９００℃であり、毎回の据え込み及び引き抜き鍛造の時間が５～１５ｍｉｎであり、前記据え込み及び引き抜き鍛造の回数が１～３回であってもよく、好ましくは２～３回であり、より好ましくは、４５００ｔのプレス機内で２回の据え込みと２回の引き抜き鍛造を行い、且つ２回目の据え込み及び引き抜き鍛造の変形量が１回目の変形量よりも大きく、このようにして１回目の据え込み及び引き抜き鍛造が終了した後に炉戻し過程による組織が粗大であるという問題を解決することができ、それにより得られた鋼材がより高い結晶粒度を有することができる。
そのうち、毎回の据え込み及び引き抜き鍛造（据え込み及び引き抜きを含む）が終了する度に炉戻し再焼成を行って据え込み及び引き抜き鍛造に必要な鍛造開始温度に達し、好ましくは、毎回の据え込み及び引き抜き鍛造が終了した後に炉戻し再焼成する条件は、温度が１１３０～１１５０℃であり、時間が９０～１２０ｍｉｎであり、最終回の据え込み及び引き抜き鍛造が終了した後の炉戻し条件を含むことは、上記炉戻し条件を採用することができ、パス変形量が３１％であり、パス圧下量が７０ｍｍであり、パス加熱温度が１１４０℃であり、パス変形方式が楕円→楕円→円であること含む。
上記製造方法において、好ましい実施態様として、前記鍛造工程において、据え込み及び引き抜き鍛造が終了した後にラジアル鍛造を行い、ラジアル鍛造の鍛造開始温度は、即ち炉戻し加熱後の鋼の温度である。好ましくは、前記ラジアル鍛造の条件は、鍛造開始温度が１１２０～１１４０℃であり、最終鍛造温度が８００～９００℃であり、時間が５～２０ｍｉｎであることを含む。さらに好ましくは、前記ラジアル鍛造の条件は、鍛造開始温度が１０００～１１００℃であり、最終鍛造温度が８００～９００℃であり、時間が１０～２０ｍｉｎであることを含み、さらに好ましくは、前記ラジアル鍛造は、１６００ｔのラジアル鍛造機で行われ、且つ１つの鍛造成型を行い、ラジアル鍛造後の鋼を空冷する。
本発明の方法を採用することにより、低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼を製造することにより直径が２００ｍｍ以上の鋼棒を製造することができ、得られた低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼の３５０℃高温引張強度が４１０ＭＰａ以上であり、３５０℃高温降伏強度が１４０ＭＰａ以上であり、室温引張強度が５６０ＭＰａ以上であり、室温降伏強度が２６０ＭＰａ以上であり、且つ化学成分及び高低倍の組織が均一であり、鋼材の清浄度が高い。
以下に、実施例により本発明を詳細に説明する。
実施例において、引張強度Ｒｍ、降伏強度Ｒｐ０．２、破断後の伸び率Ａ及び断面収縮率Ｚは、ＲＣＣＭ Ｍ１０００に記載の方法により測定する。
実施例１：
本実施例は、溶解工程と、エレクトロスラグ再溶解工程と、鍛造工程と、を順に含む、低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法を提供する。具体的には、以下のようになる。
溶解工程：
(１)配合材料：
低炭素クロム鉄、金属ニッケル、電解マンガン、ケイ素鉄、窒化クロム鉄、廃鋼を、製造しようとする鋼塊がＣ：０．０２６％、Ｓｉ：０．５４％、Ｍｎ：１．４５％、Ｓ：０．００２％以下、Ｐ：０．０１７％、Ｃｒ：１９．７％、Ｎｉ：９．７％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｃｏ：０．０６％以下、Ｎ：０．０７２％、Ｂ：０．００１８％以下、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１５％以下を含有するように配合し、そのうち、低炭素クロム鉄及び窒化クロム鉄はそれぞれその重量の１／３を予め残す。
(２)溶融処理：
材料を配合した後に得られた製鋼原料をアーク炉に入れて溶融処理を行い、まず電極を合金材料に挿入し材料へ給電して電化させ、同時に炉底に酸素ガンを挿入して酸素を吹き付けて溶解を補助し、且つ該製鋼原料の表面に白灰を添加し、電極加熱、酸素吹き、スラグ添加により前記製鋼原料を溶融混合する。電気炉の出鋼の場合、Ｃが０．５６ｗｔ％であり、出鋼温度が１６９０℃である。
(３)精錬処理：
電気炉で溶融した溶鋼を炉外精錬炉に注ぎ入れ、１５ｋｇのＳｉ－Ｃ粉末を添加して４００ｋｇのスラグを合成し、１５分間給電してスラグを焼却し、停電した後に、それをサンプリングして全分析し、サンプルを戻して成分を調整する（即ち、第１回のサンプル調製処理）。出鋼条件Ｔは、１６７０℃であり、出炉成分は、Ｃ：０．４０％、Ｓｉ：０．２５％、Ｓ：０．００５％である。
(４)酸素吹き脱炭処理、脱気処理及び窒素吹き処理、第２回のサンプル調整処理及び鋳込み成型：
精錬処理して出鋼した溶鋼を真空酸素吹き脱炭炉に入れて真空下で酸素吹き処理を行い、酸素を吹き込んだ後に、鋼における炭素含有量が０．００５％になるまでサンプリングし、次に溶鋼に４００ｋｇの白灰、８０ｋｇの蛍石を入れて２００ｋｇのスラグを合成し、スラグ材に伴って２０ｋｇの脱酸素剤Ａ１粒、２０ｋｇのＣａ－Ｓｉを添加して脱気処理を行い、真空度が６７Paであり、保持時間が１５ｍｉｎである。
脱気が終了した後に溶鋼に窒素ガスを吹き付け、次に予め残された低炭素クロム鉄及び金属マンガンを添加し、金属材料を融解した後に溶鋼にアルゴンガスを２０ｍｉｎ吹き付け、さらにアルゴンガスで保護してそれを直径が４１０ｍｍの電極金型に２．５トン鋳込む。鋳込み前に炉底にアルゴンガスを２０分間吹き付け、次にアルゴンガスで鋳込みを保護して、鋳込み温度は１５３０～１５５０℃であり、鋳込み後に４００ｋｇの残留物を残す。
切除処理及び表面バニシ処理：
溶解工程で得られた鋼塊の充填部分を切除し、且つその表面をバニシする。
エレクトロスラグ再溶解工程：
表面がバニシされた鋼塊をエレクトロスラグ炉の電極棒として再溶解を行い、再溶解過程においてスラグ材の重量は１３０ｋｇであり、スラグ材の配合比率は、ＣａＦ２：Ａｌ２Ｏ３：ＣａＯ：ＭｇＯが６５％：２０％：１０％：５％であり、再溶解の電流が１１ＫＡであり、再溶解電圧が４５Ｖであり、溶融した溶鋼は直径が５１０ｍｍ（Φ５１０ｍｍ）の結晶器内に滴下して結晶化させ、電極棒が３６０ｋｇ残った場合、それを結晶器における鋼塊の補縮材料として鋼塊の収縮孔に対して補縮処理を行う。
溶解が完了した後に鋼塊を離型して室温まで冷却してΦ５１０ｍｍ鋼塊を取得する。
鍛造工程：
特定の鍛造方式で鍛造を行い、均熱処理及び鍛造を含み、前記鍛造は据え込み及び引き抜き鍛造及びラジアル鍛造を含み、そのうち、特定の鍛造方式は、パス変形量が３１％であり、パス圧下量が７０ｍｍであり、パス加熱温度が１１４０℃であり、パス変形方式が楕円→楕円→円であることを含む。具体的には、以下のようになる。
均熱処理：
該空冷後の２．５トン（Φ５１０ｍｍ）鋼塊を均熱し、均熱の条件は、まず２．３℃／ｍｉｎの昇温速度でそれを１１５０℃まで加熱し、その後４ｈ保温する。
据え込み及び引き抜き鍛造（据え込み及び引き抜きを含む）及びラジアル鍛造：
均熱処理後の鋼塊を４５００ｔのプレス機に入れて１回目の据え込み及び引き抜き鍛造を８ｍｉｎ行い、最終鍛造温度が８５０℃であり、直径が５３０ｍｍであり、圧下量が７０ｍｍであり、変形方式がΦ５４０ｍｍ楕円→Φ５３５ｍｍ楕円→Φ５３０ｍｍ円（ここでの楕円が製造過程でさらに荒円と呼ばれ、不規則な円であり、直径が長径及び短径の平均値である）である。さらに炉戻して１１４０℃に加熱して９０ｍｉｎ加熱し、４５００ｔのプレス機に入れて２回目の据え込み及び引き抜き鍛造を１０ｍｉｎ行い、最終鍛造温度が８５０℃であり、直径が５１０ｍｍであり、圧下量が７０ｍｍであり、変形方式がΦ５２０ｍｍ楕円→Φ５１５ｍｍ楕円→Φ５１０ｍｍ円である。さらに炉戻して１１４０℃に加熱して９０ｍｉｎ加熱し、４５００ｔのプレス機に入れて１回目の引き抜きを１５ｍｉｎ行い、直径が４２０ｍｍであり、圧下量が７０ｍｍであり、変形量が３１％であり、変形方式がΦ４３０ｍｍ楕円→Φ４２５ｍｍ楕円→Φ４２０ｍｍ円である。さらに炉戻して１１４０℃に加熱して９０ｍｉｎ加熱し、４５００ｔのプレス機に入れて２回目の引き抜きを１５ｍｉｎ行い、直径が３５０ｍｍであり、圧下量が７０ｍｍであり、変形量が３１％であり、変形方式がΦ３６０ｍｍ楕円→Φ３５５ｍｍ楕円→Φ３５０ｍｍ円である。さらに炉戻して１１４０℃に加熱して９０ｍｉｎ加熱し、次に１６００tのラジアル鍛造機で１回の鍛造を２０ｍｉｎ行い、最終鍛造温度が８５０℃であり、鍛造後の直径が２００ｍｍであり、次に室温まで空冷して直径が２００ｍｍである００Ｃｒ１９Ｎｉ１０Ｎ鋼棒を取得し、その３５０℃の高温引張強度、３５０℃の高温降伏強度、室温引張強度、室温降伏強度がいずれもＲＣＣＭ Ｍ３３０６標準の要求に達し、且つ化学成分及び高低倍の組織が均一であり、鋼材の清浄度が高く、具体的には、表１及び表２に示すとおりである。
実施例２
本実施例は、溶解工程、エレクトロスラグ再溶解工程及び鍛造工程を順に含む、低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法を提供する。そのうち、溶解工程における配合材料ステップは以下の実施態様を採用する以外に、溶解工程の他のステップ及びエレクトロスラグ再溶解と鍛造工程は、いずれも実施例１における実施態様を採用する。
溶解工程：
(１)配合材料：低炭素クロム鉄、金属ニッケル、電解マンガン、ケイ素鉄、窒化クロム鉄、廃鋼を、製造しようとする鋼塊がＣ：０．０２６％、Ｓｉ：０．５４％、Ｍｎ：１．４５％、Ｓ：０．００２％以下、Ｐ：０．０１７％以下、Ｃｒ：１９．２％、Ｎｉ：９．２％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｃｏ：０．０６％以下、Ｎ：０．０７２％、Ｂ：０．００１８％以下、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１５％以下になるように配合し、そのうち、低炭素クロム鉄及び窒化クロム鉄はそれぞれその重量の１／３を予め残す。
上記配合材料を用いて溶解、エレクトロスラグ再溶解及び鍛造を行い、最終的に鍛造で直径が２００ｍｍであり、次に室温まで空冷して直径が２００ｍｍの００Ｃｒ１９Ｎｉ１０Ｎ鋼棒を取得し、その３５０℃の高温引張強度、３５０℃の高温降伏強度、室温引張強度、室温降伏強度はいずれもＲＣＣＭ Ｍ３３０６標準の要求に達せず、具体的には、表３及び表４に示すとおりである。
実施例３
本実施例は、溶解工程、エレクトロスラグ再溶解工程及び鍛造工程を順に含む、低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法を提供する。そのうち、溶解工程及びエレクトロスラグ再溶解工程は、実施例２と同じ実施態様を採用し、鍛造工程は以下の実施態様を採用する。
鍛造工程：
特定の鍛造方式で鍛造を行い、均熱処理及び鍛造を含み、前記鍛造は、据え込み及び引き抜き鍛造及びラジアル鍛造を含み、そのうち、特定の鍛造方式は、パス変形量が３１％であり、パス圧下量が６５ｍｍであり、パス加熱温度が１１４０℃であり、パス変形方式が楕円→楕円→円であることを含む。ここで、圧下量はプレス機の単回圧下高さであり、変形量は鋼材が変化する前後の面積である。具体的には、以下のようになる。
均熱処理：
該空冷後の２．５トン（Φ５１０ｍｍ）鋼塊を均熱し、均熱の条件は、まず２．３℃／ｍｉｎの昇温速度でそれを１１５０℃まで加熱し、その後４ｈ保温する。
据え込み及び引き抜き鍛造及びラジアル鍛造：
均熱処理後の鋼塊を４５００ｔのプレス機に入れて１回目の据え込み及び引き抜き鍛造を１５ｍｉｎ行い、最終鍛造温度が８００℃であり、直径が５３０ｍｍであり、圧下量が６５ｍｍであり、変形方式がΦ５４０ｍｍ楕円→Φ５３５ｍｍ楕円→Φ５３０ｍｍ円である。次に炉戻して１１３０℃に加熱して９０ｍｉｎ加熱し、さらに４５００ｔのプレス機に入れて２回目の据え込み及び引き抜き鍛造を１５ｍｉｎ行い、最終鍛造温度が８００℃であり、直径が５１０ｍｍであり、圧下量が６５ｍｍであり、変形方式がΦ５２０ｍｍ楕円→Φ５１５ｍｍ楕円→Φ５１０ｍｍ円である。さらに炉戻して１１３０℃に加熱して９０ｍｉｎ加熱し、さらに４５００ｔのプレス機に入れて１回目の引き抜きを１５ｍｉｎ行い、直径が４２０ｍｍであり、圧下量が６５ｍｍであり、変形量が３１％であり、変形方式がΦ４３０ｍｍ楕円→Φ４２５ｍｍ楕円→Φ４２０ｍｍ円である。さらに炉戻して１１３０℃に加熱して９０ｍｉｎ加熱し、さらに４５００ｔのプレス機に入れて２回目の引き抜きを１５ｍｉｎ行い、直径が３５０ｍｍであり、圧下量が６５ｍｍであり、変形量が３１％であり、変形方式がΦ３６０ｍｍ楕円→Φ３５５ｍｍ楕円→Φ３５０ｍｍ円である。さらに炉戻して１１４０℃に加熱して９０ｍｉｎ加熱し、次に１６００ｔのラジアル鍛造機で１回の鍛造を２０ｍｉｎ行い、最終鍛造温度が８５０℃であり、鍛造後の直径が２００ｍｍであり、次に室温まで空冷して直径が２００ｍｍの００Ｃｒ１９Ｎｉ１０Ｎ鋼棒を取得する。
該００Ｃｒ１９Ｎｉ１０Ｎ鋼棒の３５０℃高温引張強度、３５０℃高温降伏強度、室温引張強度、室温降伏強度はいずれもＲＣＣＭ Ｍ３３０６標準の要求に達し、且つ化学成分及び高低倍の組織が均一であり、鋼材の清浄度が高く、具体的には、表５及び表６に示すとおりである。
比較例１
本比較例は、溶解工程、エレクトロスラグ再溶解工程及び鍛造工程を順に含む、通常のエレクトロスラグ工程で製造された低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法を提供する。そのうち、溶解工程及び鍛造工程は、実施例１における溶解工程及び鍛造工程と同じ実施態様を採用し、エレクトロスラグ再溶解工程は以下の実施態様を採用する。
エレクトロスラグ再溶解工程：
表面にバニシされた鋼塊をエレクトロスラグ炉の電極棒として再溶解を行い、再溶解過程においてスラグ材の重量が１３０ｋｇであり、スラグ材の配合比率は、ＣａＦ２：Ａｌ２Ｏ３が７０％：３０％であり、再溶解の電流は１２ＫＡであり、再溶解電圧は、４５Ｖであり、溶融した溶鋼は直径が５１０ｍｍである結晶器内に滴下して結晶化させ、電極棒が３６０ｋｇ残った場合、それを結晶器における鋼塊の補縮材料として鋼塊の収縮孔に対して補縮処理を行う。
溶解が完了した後に鋼塊を離型して室温まで冷却する。
次に、エレクトロスラグ再溶解工程で得られた鋼塊は、鍛造工程を経て直径が２００ｍｍであり、次に室温まで空冷して直径が２００ｍｍの００Ｃｒ１９Ｎｉ１０Ｎ鋼棒を取得し、その３５０℃の高温引張強度、３５０℃の高温降伏強度、室温引張強度、室温降伏強度はいずれもＲＣＣＭ Ｍ３３０６標準の要求に達せず、鋼材の清浄度が低く、低倍の組織が不均一であり、具体的には、表７及び表８に示すとおりである。
比較例２
本比較例は、溶解工程、エレクトロスラグ再溶解工程及び鍛造工程を順に含む、通常の鍛造工程で製造された低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法を提供する。そのうち、溶解工程及びエレクトロスラグ再溶解工程は、実施例１と同じ実施態様を採用し、鍛造工程は以下の実施態様を採用する。
鍛造工程：
特定の鍛造方式で鍛造を行い、均熱処理及び鍛造を含み、前記鍛造は、据え込み及び引き抜き鍛造及びラジアル鍛造を含み、そのうち、特定の鍛造方式は、パス変形量が５０％であり、パス圧下量が１２０ｍｍであり、パス加熱温度が１１７０℃であり、パス変形方式が方形→楕円→円であることを含む。具体的には、以下のようになる。
均熱処理：
該空冷後の２．５トン（Φ５１０ｍｍ）鋼塊を均熱し、均熱の条件は、まず２．３℃／ｍｉｎの昇温速度でそれを１１７０℃まで加熱し、その後４ｈ保温する。
据え込み及び引き抜き鍛造及びラジアル鍛造：
均熱処理後の鋼塊を４５００ｔのプレス機に入れて１回目の据え込み及び引き抜き鍛造を８ｍｉｎ行い、最終鍛造温度が８５０℃であり、直径が５３０ｍｍであり、圧下量が１２０ｍｍであり、変形方式が５３０ｍｍ方形－Φ５３５ｍｍ楕円→Φ５３０ｍｍ円である。次に炉戻して１１７０℃に９０ｍｉｎ加熱し、さらに４５００ｔのプレス機に入れて２回目の据え込み及び引き抜き鍛造を１０ｍｉｎ行い、最終鍛造温度が７５０℃であり、直径が４５０ｍｍであり、圧下量が１２０ｍｍであり、変形方式が４４０ｍｍ方形ビレット－Φ４５５ｍｍ楕円→Φ４５０ｍｍ円である。さらに炉戻して１１７０℃に９０ｍｉｎ加熱し、さらに４５００ｔのプレス機に入れて１回の引き抜きを１５ｍｉｎ行い、直径が３００ｍｍであり、圧下量が１２０ｍｍであり、変形量が５５％であり、変形方式が３１０ｍｍ方形ビレット－Φ３０５ｍｍ楕円→Φ３００ｍｍ円である。さらに炉戻して１１７０℃に９０ｍｉｎ加熱し、次に１６００ｔのラジアル鍛造機に１回の鍛造を２０ｍｉｎ行い、最終鍛造温度が８５０℃であり、鍛造後の直径が２００ｍｍであり、次に室温まで空冷して直径が２００ｍｍの００Ｃｒ１９Ｎｉ１０Ｎ鋼棒を取得し、その３５０℃の高温引張強度、３５０℃の高温降伏強度、室温引張強度、室温降伏強度がいずれもＲＣＣＭ Ｍ３３０６標準の要求に達せず、且つ高低倍の組織が不均一であり、具体的には、表９及び表１０に示すとおりである。
比較例３
本比較例は、溶解工程、エレクトロスラグ再溶解工程及び鍛造工程を順に含む、通常の化学成分の制御範囲で製造された低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法を提供する。そのうち、溶解工程における配合材料ステップは、以下の実施態様を採用する以外に、溶解工程の他のステップ、エレクトロスラグ再溶解工程及び鍛造工程はいずれも実施例１における実施態様を採用する。具体的には、以下のようになる。
溶解工程：
(１)配合材料：低炭素クロム鉄、金属ニッケル、電解マンガン、ケイ素鉄、窒化クロム鉄、廃鋼を、製造しようとする鋼塊がＣ：０．０２６％、Ｓｉ：０．５４％、Ｍｎ：１．４５％、Ｓ：０．００２％以下、Ｐ：０．０１７％以下、Ｃｒ：１８．８％、Ｎｉ：９．３％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｃｏ：０．０６％以下、Ｎ：０．０５％、Ｂ：０．００１８％以下、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１５％以下を含有するように配合し、そのうち、低炭素クロム鉄及び窒化クロム鉄はそれぞれその重量の１／３を予め残す。
上記配合材料を用いて溶解、エレクトロスラグ再溶解及び鍛造を行い、最終的に鍛造で直径が２００ｍｍであり、次に室温まで空冷して直径が２００ｍｍの００Ｃｒ１９Ｎｉ１０Ｎ鋼棒を取得し、その３５０℃の高温引張強度、３５０℃の高温降伏強度、室温引張強度、室温降伏強度はいずれもＲＣＣＭ Ｍ３３０６標準の要求に達せず、具体的には、表１１及び表１２に示すとおりである。
上記の分析により、本発明の実施態様を採用によれば、化学成分及び組織が均一に分布し、清浄度が高く、強度が高い低炭素高強度窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼を取得することができる。

Claims (16)

  1. 溶解工程と、前記溶解工程で得られた鋼塊をエレクトロスラグ炉の電極棒として特定のスラグ材で再溶解して結晶化させるエレクトロスラグ再溶解工程と、結晶化された鋼塊を特定の鍛造方式で鍛造成型を行う鍛造工程と、を順に含み、
    前記溶解工程において、製鋼原料は溶解後に得られた鋼塊又は最終的に得られたステンレス鋼棒が特定の組成成分を有するように配合し、重量パ－セントにより、前記特定の組成成分は、Ｃ：０．０２０～０．０３０％、Ｓｉ：０．３～０．６％、Ｍｎ：１．３～１．８％、Ｓ：０．００２％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１９．２０～１９．７０％、Ｎｉ：９．２０～９．８０％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｃｏ：０．０６％以下、Ｎ：０．０６５～０．０７５％、Ｂ：０．００１８％以下、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１５％以下を含み、
    前記特定のスラグ材は、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＭｇＯを含み、重量パ－セント含有量により、前記ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＭｇＯは順に６５％～６８％、１８％～２０％、５％～１０％、３％～５％であり、
    前記特定の鍛造方式は、据え込み及び引き抜き鍛造と、ラジアル鍛造と、を含み、前記据え込み及び引き抜き鍛造は、パス変形量が３５％未満であり、パス圧下量が５０～８０ｍｍであり、パス加熱温度が１１３０～１１５０℃であり、パス変形方式は、楕円→楕円→円であり、鍛造開始温度が１０００℃以上であり、最終鍛造温度が８００℃以上であり、前記据え込み及び引き抜き鍛造の回数が２～３回であり、据え込み及び引き抜き鍛造が終了した後にラジアル鍛造を行い、鍛造開始温度が１０００～１１４０℃であり、最終鍛造温度が８００～９００℃であり、ラジアル鍛造後の鋼を空冷して、低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒を取得し、前記低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の直径が２００ｍｍであり、
    前記鍛造工程において、前記据え込み及び引き抜き鍛造の前に、まずエレクトロスラグ再溶解で得られた低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼ブランクに均熱処理を行い、前記均熱処理は１～１０℃／ｍｉｎの加熱速度で１１３０～１１５０℃まで昇温することを含む、
    ことを特徴とする低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  2. 重量パ－セント含有量により、前記ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＭｇＯは、順に６５％、２０％、１０％、５％である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  3. 前記溶解工程において、製鋼原料は溶解後に得られた鋼塊又は最終的に得られたステンレス鋼棒が、特定の組成成分を有するように配合し、重量パ－セントにより、前記特定の組成成分は、Ｃ：０．０２５％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：１．４５％、Ｓ：０．００２％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１９．５％、Ｎｉ：９．７％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｃｏ：０．０６％以下、Ｎ：０．０７％、Ｂ：０．００１８％以下、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１５％以下を含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  4. 前記溶解工程は、溶融処理、精錬処理、真空脱ガス処理及び鋳込み成型を順に含み、前記製鋼原料は、低炭素クロム鉄、金属ニッケル、電解マンガン、ケイ素鉄、窒化クロム鉄、廃鋼を含む、
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  5. 前記エレクトロスラグ再溶解工程を行う前に、前記溶解工程で得られた鋼塊に対してまず切除処理と表面バニシ処理を行ってからエレクトロスラグ再溶解の電極棒とする、
    ことを特徴とする請求項４に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  6. 前記エレクトロスラグ再溶解工程において、エレクトロスラグ再溶解の電流は１１～１３ＫＡである、
    ことを特徴とする請求項５に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  7. 前記エレクトロスラグ再溶解工程において、前記電極棒の１～１０ｗｔ％を、結晶化後の鋼塊の補縮に用い、
    前記エレクトロスラグ再溶解で得られた鋼塊を離型して室温まで冷却し、低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼ブランクを取得する、
    ことを特徴とする請求項６に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  8. 前記エレクトロスラグ再溶解工程において、前記電極棒の１～８ｗｔ％を、結晶化後の鋼塊の補縮に用いる、
    ことを特徴とする請求項７に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  9. 前記鍛造工程において、据え込み及び引き抜き鍛造の前にまずエレクトロスラグ再溶解で得られた低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼ブランクに均熱処理を行い、前記均熱処理の保温時間が３～５ｈである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  10. 前記鍛造工程において、毎回の据え込み及び引き抜き鍛造の時間は５～２０ｍｉｎである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  11. 前記鍛造工程において、前記据え込み及び引き抜き鍛造の条件は、前記特定の鍛造方式を採用して据え込み及び引き抜き鍛造を行い、鍛造開始温度が１０５０～１１００℃であり、最終鍛造温度が８００～９００℃であり、毎回の据え込み及び引き抜き鍛造の時間が５～１５ｍｉｎであり、
    パス変形量が３０～３２％であり、パス圧下量が６５～７５ｍｍであり、パス加熱温度が１１３０～１１５０℃であること、を含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  12. 前記鍛造工程の据え込み及び引き抜き鍛造において、前記特定の鍛造方式は、パス変形量が３１％であり、パス圧下量が７０ｍｍであり、パス加熱温度が１１４０℃であることと、４５００ｔプレス機内で２回の据え込み及び引き抜き鍛造を行い、且つ２回目の据え込み及び引き抜き鍛造の変形量は１回目の変形量より大きいことと、を含む、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  13. 前記鍛造工程の据え込み及び引き抜き鍛造において、毎回の据え込み及び引き抜き鍛造が終了した後に、次の据え込み及び引き抜き鍛造に必要な鍛造開始温度に達するように、炉戻し再焼成を行い、毎回の据え込み及び引き抜き鍛造が終了した後に炉戻し再焼成加熱する条件は、温度が１１３０～１１５０℃であり、時間が９０～１２０ｍｉｎであることを含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  14. 前記鍛造工程において、前記ラジアル鍛造の時間は５～２０ｍｉｎである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  15. 前記ラジアル鍛造の条件は、鍛造開始温度が１０００～１１００℃であり、最終鍛造温度が８００～９００℃であり、時間が１０～２０ｍｉｎであり、前記ラジアル鍛造が１６００ｔのラジアル鍛造機で行われることと、を含む、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
  16. 前記低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒は、３５０℃高温引張強度が４１０ＭＰａ以上であり、３５０℃高温降伏強度が１４０ＭＰａ以上であり、室温引張強度が５６０ＭＰａ以上であり、室温降伏強度が２６０ＭＰａ以上である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法。
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