JP2677493B2 - 加工肌荒れのないCr−Ni系ステンレス鋼薄板とその製造方法 - Google Patents

加工肌荒れのないCr−Ni系ステンレス鋼薄板とその製造方法

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JP2677493B2
JP2677493B2 JP4248060A JP24806092A JP2677493B2 JP 2677493 B2 JP2677493 B2 JP 2677493B2 JP 4248060 A JP4248060 A JP 4248060A JP 24806092 A JP24806092 A JP 24806092A JP 2677493 B2 JP2677493 B2 JP 2677493B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋳型が鋳片と同期して
移動する、いわゆる同期式連続鋳造法によって製品厚さ
に近い厚さの鋳片を鋳造し、熱間圧延を経ずに直接冷間
圧延して製造する加工肌荒れのないCr−Ni系ステン
レス鋼薄板とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、連続鋳造法を用いてステンレス鋼
薄板を製造するには、鋳型を鋳造方向に振動させながら
厚さ100mm以上の鋳片に鋳造し、得られた鋳片の表面
手入れを行い、加熱炉において1000℃以上に加熱し
た後、粗圧延機および仕上げ圧延機からなるホットスト
リップミルによって熱間圧延を施し、厚さ数mmのホット
ストリップとしていた。
【0003】こうして得られたホットストリップを冷間
圧延するに際しては、最終製品に要求される形状(平坦
さ)、材質、表面性状を確保するために、強い熱間加工
を受けたホットストリップを軟化させるための熱延板焼
鈍を行うとともに、表面のスケール等を酸洗工程の後に
研削によって除去していた。従来のプロセスにおいて
は、長大な熱間圧延設備で、材料の加熱および加工のた
めに多大なエネルギーを必要とし、生産性の点でも優れ
た製造プロセスとは言い難かった。また、最終製品は、
集合組織が達成し、ユーザーにおいてプレス加工等を加
えるときは、その異方性を考慮する必要となる等、使用
上の制約も多かった。
【0004】そこで、100mm以上の厚さの鋳片をホッ
トストリップに圧延するために、長大な熱間圧延設備と
多大なエネルギーや圧延動力を必要とするという問題を
解決すべく、最近、連続鋳造の過程でホットストリップ
と同等か、あるいはそれに近い厚さの鋳片(薄帯)を得
るプロセスの研究が進められている。例えば、「鉄と
鋼」′85,A197〜A256や「CAMP ISI
J」vol.1,1988,1670〜1705におい
て特集された論文に、ホットストリップを連続鋳造によ
って直接的に得るプロセスが開示されている。
【0005】このような連続鋳造プロセスにあっては、
得ようとする鋳片(ストリップ)のゲージが1〜10mm
の水準であるときはツインドラム方式が、また鋳片のゲ
ージが20〜50mmの水準であるときは、ツインベルト
方式が検討されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この種の方式の連続鋳
造プロセスにおいては、最終形状に近い鋳片を製造し、
熱延工程、熱処理工程等の中間段階を省略または軽減し
ている。そのため、鋳片の組織が製品の材質や表面性状
に大きな影響を与えることが知られている。本発明者ら
が、ストリップ連鋳によるCr−Ni系ステンレス鋼板
製造プロセスによって製造した薄板のプレス成形性を詳
細に研究した結果、以下に具体的に示すように加工肌荒
れと称される表面欠陥が発生することが判明した。
【0007】加工肌荒れはCr−Ni系薄板に、2軸応
力負荷状態の張出し成形加工を行うと顕著に発生し、鋼
板表面に圧延方向に平行な起伏や圧延方向と一定の角度
をなす畝筋状の表面欠陥である。この欠陥の最大うねり
高さは、プレス加工度が高い場合は2〜6μmに達し、
従来の連続鋳造/熱間圧延/冷間圧延プロセス(以下
「従来法」と略称する)によって製造される薄板にはみ
られない重大な欠陥である。
【0008】加工肌荒れは加工用途のストリップ連鋳薄
板製品の商品価値を、著しく損なうものであり、これを
防止する技術が必要とされていた。本発明は加工肌荒れ
が発生しない表面品質の優れたCr−Ni系ストリップ
連鋳ステンレス鋼薄板、およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、まず下記のC
r−Ni系ステンレス鋼板をその要旨とする。すなわち
C+Nが0.090mass%以下でかつ、Md30=4
13−462(C+N)−9.2Si−8.1Mn−1
3.7Cr−18.5Mo−9.5(Ni+Cu)(各
成分はmass%)で定義されるMd30が30〜60℃
となる組成を有し、しかも鋼板の板面に平行な任意の板
厚層部位面において、圧延方向の平均寸法がdRD(A)
であり板幅方向の平均寸法がdTD(A)である結晶方位
が{112}<111>,{113}<332>から成
るコロニーAと、圧延方向の平均寸法がdRD(B)であ
り板幅方向の平均寸法がdTD(B)である結晶方位が
{110}<111>,{110}<112>,{11
0}<001>からなるコロニーBの両者が、鋼板中に
互いに均一に混じりあって存在し、かつdRD(A)又は
RD(B)がそれぞれ300μm以下であり、d
TD(A)又はdTD(B)がそれぞれ200μm以下であ
るCr−Ni系ステンレス鋼板を特徴とする。
【0010】上記本発明のCr−Ni系ステンレス鋼板
は、溶鋼を鋳型側面が鋳片と同期して移動する連続鋳造
機によって、100℃/sec以上の凝固冷却速度で厚
さ10mm以下の薄帯状鋳片に鋳造し、凝固後は可及的高
温から1200℃までを50℃/sec以上の冷却速度
で冷却し、次いで冷間圧延、最終焼鈍を行う製造方法に
よって提供される。この場合の冷間圧延は、加工率30
%以上の冷間圧延を施し、次いで1000〜1200℃
の温度で中間焼鈍を加えた後に最終板厚まで冷間圧延す
る、いわゆる2回圧延法によってなされてもよい。
【0011】Md30は、一般的に用いられているとお
り、30%の冷間加工を施したときに、組織の50%以
上がマルテンサイトになる温度である。以下、本発明を
詳細に説明する。本発明者らは、SUS304鋼に相当
するCr−Ni系ステンレス鋼ストリップ連鋳片の平均
γ粒径と製品材の加工肌荒れ高さとの関係を調べた。す
なわち表1に示すMd30点が異なる数種類の組成の鋼を
用いて、それぞれについて平均γ粒径を変動させた2.
3mm厚連鋳片を製造した。これらを0.6mm厚まで冷間
圧延し、その後光輝焼鈍(1190℃,20秒保定)と
調質圧延を加えた後、円筒平底張出し加工(ポンチ径5
0mm,張出し高さ10mm)を行ない平底部の加工肌荒れ
高さを測定した。
【0012】
【表1】
【0013】図1はその結果をまとめたものである。す
なわち、(1)Md30点が一定値を示す同一組成材の場
合は、鋳片の平均γ粒径が粗大なほど製品の加工肌荒れ
高さが増大する、(2)Md30点が高いと加工肌荒れ高
さが低下する、ことを第一に知見した。
【0014】また図2に、Md30点が30.2℃の材料
における加工肌荒れ高さと平均うねり幅および平均うね
り長さとの関係を調べた結果を示す。うねり幅が約20
0μm(凝固平均γ粒径:100μm)以上になるとう
ねり幅に比例して肌荒れ高さが直線的に増大すること、
またうねり長さと肌荒れ高さについても同様の関係があ
ることを解明した。
【0015】加工によって発生するこの種の畝筋状の表
面欠陥は、α系ステンレス鋼におけるリジング現象の例
で知られるように、鋼板中に集合組織が顕著に発達し
て、数種類の「特定の結晶方位からなる結晶粒の集団
(以下コロニーと称する)」を形成し、それらの塑性異
方性によって生ずる場合が多い。本発明者らはCr−N
i系ステンレス鋼ストリップ連鋳工程材、すなわちスト
リップ鋳片、冷延材、焼鈍材、製品材(調質圧延ま
ま)、2軸張り出しプレス加工材の集合組織、金属組
織、成分偏析等を詳細に調べ、加工肌荒れの生成原因を
以下に記すごとく解明した。
【0016】すなわち、製品加工肌荒れ高さが2.8μ
mとなったMd30点が27.3℃の組成からなる、平均
γ粒径が粗大な(約130μm)Cr−Ni系ストリッ
プ連鋳片をその例として以下に説明する。図3にこの材
料の製品の1/4板厚層部の結晶方位分布(ODF)解
析結果を示す。ψ2 =0°(図(A))およびψ2 =4
5°(図(B))断面からわかるように、方位密度3.
8の(A){112}<111>と、方位密度3.5の
(B){110}<111>が主要な方位であり、これ
らがほぼ等量づつ存在する(厳密には(A)方位は{1
12}<111>とほぼ同量の{113}<332>も
含んでいる)。また加工肌荒れが許容限度内(1.5μ
m以下)となる従来法プロセス製品板のODF解析を行
ったところ、(A){112}<111>の方位密度は
5.5,(B){110}<111>の方位密度は2.
2であった。すなわち加工肌荒れが発生する場合は、
(B){110}<111>方位の方位密度が相対的に
強まることを知見した。
【0017】次に本発明者らは高輝度単色光(放射光)
細束X線法によって、上記の加工肌荒れの著しい製品の
肌荒れ畝状起伏ピッチに相当する隣接する十数カ所の
0.5mmX1.0mmの局所領域について、透過法による
(110)極点図を測定した。その結果、(A){11
2}<111>方位粒からなるコロニーと(B){11
0}<111>,{110}<112>,{110}<
001>方位粒からなるコロニーが、それぞれ隣接する
別の場所に明かに偏在していることを解明した。
【0018】またこのとき(A)及び(B)方位コロニ
ーの金属組織観察を行ったが、両者に組織的な差異はな
かった。また従来法による製品板について同様の測定を
行ったが、特定方位コロニーの偏在は見られず、(A)
及び(B)方位コロニーは均一に分散していることを確
認した。さらにこのとき(A)及び(B)方位コロニー
の観察された試料面の金属組織観察を行ったが、(A)
及び(B)方位コロニーに組織的な差異はなかった。次
いで二次元元素マッピングの可能なEPMA装置によ
り、これらの領域のNi,Crなどの成分偏析を調べた
が有意の差は認められなかった。以上の結果から、加工
肌荒れは結晶方位に起因する現象であることがわかる。
【0019】面心立方晶系に属するγ系ステンレス鋼の
{112}方位と{110}方位をそれぞれ結晶面の法
線方向と平行に1軸圧縮変形(等2軸張り出し変形と等
価であると仮定することができる)すると、結晶塑性学
的には{112}方位粒は{110}方位粒の約84%
の降伏強度を示すと予想される。材料中に(A){11
2}<111>,{113}<332>方位粒と(B)
{110}<111>,{110}<112>,{11
0}<001>方位粒がコロニーを形成し、粗大な領域
寸法ピッチで不均一に存在する場合はそれらの塑性異方
性によって加工時に肌荒れ畝条起伏が起こると考えられ
る。
【0020】この観点から本発明者らは、コロニーの製
品板面における詳細な分布状態を解明するために、結晶
方位トポグラフX線解析装置(ビーム径が50μmのX
線を2次元的移動機能付き回転試料台上の試料に照射し
て、エネルギー分散型検出器により113回折線と22
0回折線の反射積分強度を同時測定し位置別方位分布を
マッピングする装置)によって10mmx10mmの寸法領
域の{113}〜{112}方位コロニーと{110}
方位コロニーの分布状態とそれぞれの平均寸法を解析し
た。このときランダム方位を示す標準試料の反射強度を
1.0として、方位別のX線強度レベルの板面位置との
対応を模式図的に示すと図4のようになる。
【0021】このとき220反射強度と113反射強度
は交互に変動するが、例えば220反射強度が優勢なら
ば(B)方位コロニーとし113反射強度が優勢ならば
A方位コロニーとした。また220反射強度と113反
射強度の交差する位置を(A)及び(B)方位コロニー
の境界位置と定義した。この定義により測定したコロニ
ーA及びBの圧延方向の平均寸法をそれぞれdRD(A)
及びdRD(B)とし、板幅方向の平均寸法をそれぞれd
TD(A)及びdTD(B)とすると、これらの値と加工肌
荒れ高さの関係を求めると図5のようになった。すなわ
ちdRD(A)及びdRD(B)はいずれも300μm以下
であり、またdTD(A)及びdTD(B)がいずれも20
0μm以下である場合に加工肌荒れ高さが許容限度
(1.5μm)以下になる。
【0022】このようにコロニーAとBがある臨界値以
下の寸法で互いに均一に存在すると、加工肌荒れは発生
しないことを知見した。以上の結果は鋼板の板面に平行
な任意の板厚層部位においてもほぼ同様の傾向であっ
た。以下、本発明鋼の成分の効果について説明する。本
発明鋼は、C+Nが0.09mass%以下でかつ、M
30=413−462(C+N)−9.2Si−8.1
Mn−13.7Cr−18.5Mo−9.5(Ni+C
u)(各成分はmass%)で定義されるMd30が30
〜60℃となる組成を有するCr−Ni系ステンレス鋼
である。
【0023】C+Nは、本発明鋼の製品薄板のプレス加
工に伴う時効割れを助長するため、0.09mass%
以下とする。またMd30と鋳片の平均γ粒径および加工
肌荒れ高さの関係は図1において示したごとくである
が、このような関係が見られる理由を集合組織的に検討
した結果を以下に述べる。
【0024】本発明における急冷鋳片の集合組織は{1
0}<uv0>となる。すなわち板面法線と<001
>軸が平行で、γ相の結晶粒はこの軸回りに種々の方向
を向いて回転している。Md30点が30℃以下となる低
Md30材の急冷鋳片を冷延すると、特に鋳片の平均γ粒
径が約100μmを上回るような粗大粒組織である場
合、冷延中の不均一変形が助長される。また加工誘起マ
ルテンサイトの発生量も比較的少ないので、それらが組
織的にも不均一な場所に生成する。このときに生成する
マルテンサイト相はBCC結晶構造を示すので、圧延に
よってこの相はいわゆるα鉄の圧延集合組織を示し、
{113}<011>αや{332}<113>αが主
方位となる。一方、γ母相の圧延集合組織の主方位は
{110}<112>になる。冷延後、焼鈍を行うと前
述のマルテンサイトはγ母相に逆変態する。その際に、
α鉄の圧延方位はK−S方位関係によって、γ相方位
{110}<001>,{110}<112>,{11
0}<111>に変態する。またγ相の圧延方位である
{110}<112>バンド組織の近傍からは、高温域
焼鈍の粒成長方位である{112}<111>や{11
3}<332>が生成する。鋳片の平均γ粒径が粗大な
場合は、冷延時の変形の不均一性が冷延方位の局在化に
反映され、それらがそのまま焼鈍集合組織に影響を及ぼ
す。その結果、{112}方位コロニーと{110}方
位コロニーを形成すると考えられる。
【0025】これに対して、同じ低Md30材であっても
鋳片の平均γ粒径が約100μmを下回るような細粒組
織を示す場合には、冷延時の変形が均一になる。このよ
うな均一変形が支配的になる場合には、冷延及び焼鈍初
期のマルテンサイトやγ相の集合組織形成挙動は粗大γ
粒の場合とほぼ同様であるとすると、{112}粒の近
傍にマルテンサイトがγに逆変態して生成する{11
0}粒が存在する頻度が高まり、{112}粒が{11
0}粒を喰って成長し易くなる。その結果、{110}
方位コロニーの発達が抑制されて、比較的{112}方
位の発達した均一組織が形成される。従って、この場合
の加工肌荒れは小さいものになる。
【0026】Md30が約30℃以上となる組成の急冷鋳
片を冷延すると、低Md30点材にくらべて、冷延時のマ
ルテンサイト生成量が増大し冷延組織の全面に均一にマ
ルテンサイト相が生成し易くなる。その結果、焼鈍後の
集合組織は比較的多くの{110}方位が発達するが、
{112}と{110}方位が偏在するようなコロニー
の発達は抑制される。特に鋳片の平均γ粒径が確実に1
00μmを下回る場合には、上記の効果が有効に働いて
加工肌荒れも非常に小さくなる。
【0027】Md30をさらに約60℃にまで上げると、
この効果はさらに有効になって、鋳片の平均γ粒径が1
50μm程度に粗大である場合でも、加工肌荒れを極め
て小さくすることができる。しかしMd30を60℃以上
にまで過剰に増大させると、製品薄板の冷間加工性を低
下させるので、これを60℃以下に制限する必要があ
る。
【0028】以上詳述したように、本発明においては製
品加工肌荒れを防止するために、組成に基づくMd30
を30〜60℃の範囲に調整し、急冷ストリップ鋳片の
平均γ粒径を150μm以下に、望ましくは100μm
以下に制御することが必要である。本発明者らは、スト
リップ鋳片の凝固冷却速度、凝固後から1200℃まで
の冷却速度とストリップ鋳片の平均γ粒径の関係を種々
検討した。その結果、前記の組成からなる厚さ10mm以
下のCr−Ni系ステンレス鋼のストリップ鋳片の凝固
冷却速度を100℃/sec以上とし、凝固後は可及的
高温から1200℃までを50℃/sec以上の冷却速
度で冷却すると、得られる鋳片の平均γ粒径が100μ
m以下になることを知見した。
【0029】このようにして製造したストリップ鋳片
は、冷却後常法どおり冷間圧延および最終焼鈍を行う。
最終焼鈍後、必要に応じて常法どおりの調質圧延を行
う。また冷間圧延は鋳片板厚から最終製品板厚に近い板
厚になるまで、1回の冷間圧延工程(いわゆる1回冷延
法)によってなされても良いし、以下に述べるいわゆる
2回圧延法によってなされても良い。すなわち後者は、
冷間圧延をまず加工率30%以上施し、次いで1000
〜1200℃の温度で中間焼鈍を加えた後に最終板厚ま
で冷間圧延を行う。30%以上の冷間加工を施す理由
は、加工率が30%未満の場合は中間焼鈍後の再結晶組
織が粗大になって、最終製品に加工肌荒れの原因となる
コロニーが残存するために望ましくないためである。中
間焼鈍温度は、粒成長によって方位分布の均一化が進行
し始める温度1000℃から粒粗大化が顕著になって製
品にコロニーが残存する下限の温度1200℃の範囲で
行う必要がある。
【0030】
【実施例】
実施例1 表2に示す組成に基づくMd30を5水準に変えたCr−
Ni系ステンレス鋼(SUS304鋼)を、双ロール式
連続鋳造機によっておよそ300℃/secの凝固冷却
速度で厚さ2.5mmの薄帯状鋳片に鋳造し、凝固後は1
400℃から1200℃までを20〜500℃/sec
の冷却速度で冷却して種々のγ粒径を有する鋳片を得
た。その後、酸洗、冷間圧延(合計圧延率76%)およ
び最終焼鈍を行い調質圧延を加えて薄板製品を製造し
た。その後結晶方位トポグラフ解析装置によって製品の
1/4板厚層部における板面のコロニー寸法を計測し
た。また製品の円筒平底張出し加工(ポンチ径50mm、
張出し高さ10mm)を行い、平底部の加工肌荒れ高さを
測定した。また張出し加工材の加工性、時効割れ性も観
察した。
【0031】
【表2】
【0032】それらの結果を表3に示す。Md30を30
℃以上にした本発明鋼(サンプル6,7)についてはい
ずれも加工肌荒れ高さが許容限度以下となり良好であっ
たが、Md30を30℃未満とした比較例(サンプル8)
は加工肌荒れが不良となり、Md30を60℃以上とした
比較例(サンプル9)は加工肌荒れは良好であったが、
加工性が不良であった。また時効割れ性はすべてのサン
プルについて良好であった。
【0033】
【表3】
【0034】実施例2 実施例1に記した鋳造条件によって製造した表2に示す
本発明鋼(サンプル7、鋳片の平均γ粒径106μm)
を用いて、2回圧延法による製品材の加工肌荒れ特性を
調べた。すなわち鋳片を酸洗後にまず圧下率40%の冷
間圧延を施し、その後中間焼鈍(1150℃,20秒保
定)を加え、ついで0.6mm厚さになるまで冷間圧延を
行った。その後最終焼鈍焼鈍及び調質圧延を行い、実施
例1と同様に加工肌荒れ、その他の特性を調べた。その
結果を表4に示す。肌荒れは極めて良好であった。
【0035】
【表4】
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればス
トリップ連鋳法製造プロセスによって加工肌荒れの発生
しない表面品質の優れたCr−Ni系ステンレス鋼薄板
が提供可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋳片平均γ粒径と製品の加工肌荒れ高さの関係
を、いくつかのMd30の材料について比較して示す図で
ある。
【図2】加工肌荒れの平均うねり幅、平均うねり長さと
加工肌荒れ高さとの関係を示す図である。
【図3】加工肌荒れの顕著にみられた製品の1/4板厚
層部の結晶方位分布(ODF)の解析結果を示す図であ
る。
【図4】コロニーの分布状態を模式図的に示した図であ
る。
【図5】A及びB方位コロニーの平均寸法と加工肌荒れ
高さの関係を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C21D 8/02 9270−4K C21D 8/02 D 9/46 9/46 Q C22C 38/44 C22C 38/44 (72)発明者 寺岡 慎一 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株 式会社技術開発本部内 (56)参考文献 特開 平4−214844(JP,A) 特開 平2−267225(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C+Nが0.090mass%以下でか
    つ、Md30=413−462(C+N)−9.2Si−
    8.1Mn−13.7Cr−18.5Mo−9.5(N
    i+Cu)(各成分はmass%)で定義されるMd30
    が30〜60℃となる組成を有し、しかも鋼板の板面に
    平行な任意の板厚層部位面において、圧延方向の平均寸
    法がdRD(A)であり板幅方向の平均寸法がdTD(A)
    である結晶方位が{112}<111>,{113}<
    332>から成るコロニーAと、圧延方向の平均寸法が
    RD(B)であり板幅方向の平均寸法がdTD(B)であ
    る結晶方位が{110}<111>,{110}<11
    2>,{110}<001>からなるコロニーBの両者
    が、鋼板中に互いに均一に混じりあって存在し、かつd
    RD(A)又はdRD(B)がそれぞれ300μm以下であ
    り、dTD(A)又はdTD(B)がそれぞれ200μm以
    下であることを特徴とする加工肌荒れのないCr−Ni
    系ステンレス鋼板。
  2. 【請求項2】 C+Nが0.090mass%以下でか
    つMd30=413−462(C+N)−9.2Si−
    8.1Mn−13.7Cr−18.5Mo−9.5(N
    i+Cu)(各成分はmass%)で定義されるMd30
    が30〜60℃となる組成を有する溶鋼を鋳型側面が鋳
    片と同期して移動する連続鋳造機によって、100℃/
    sec以上の凝固冷却速度で厚さ10mm以下の薄帯状鋳
    片に鋳造し、凝固後は可及的高温から1200℃までを
    50℃/sec以上の冷却速度で冷却し、次いで冷間圧
    延、最終焼鈍を行うことを特徴とする加工肌荒れのない
    Cr−Ni系ステンレス鋼板の製造方法。
  3. 【請求項3】 冷間圧延において、加工率30%以上の
    冷間圧延を施し、次いで1000〜1200℃の温度で
    中間焼鈍を加えた後に最終板厚まで冷間圧延する請求項
    2記載のCr−Ni系ステンレス鋼板の製造方法。
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