JP3954954B2

JP3954954B2 - オーステナイト系ステンレス鋼及び薄帯鋳片の製造法

Info

Publication number: JP3954954B2
Application number: JP2002310624A
Authority: JP
Inventors: 詠一朗石丸; 俊二庄田; 周一井上; 弘伊崎; 忠浩伊豆
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: JP2004141940A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的性質や表面性状を損なうことなく、新特性として着磁性を付与したオーステナイト系ステンレス鋼及び薄帯鋳片の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造法を用いてステンレス鋼薄板を製造する従来の方法は、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圧延機列からなるホットストリップミルにより熱間圧延を施して厚さ数ｍｍの熱延板とし、さらに、必要に応じて焼鈍した後、デスケーリングし冷間圧延して最終焼鈍を行い冷延板とする。
【０００３】
このような従来のプロセスにおいては、厚さ１００ｍｍ以上の鋳片を熱間圧延するために鋳片の加熱を行うことにより、組織の均一化と不純物元素の粒界偏析軽減をしなければ、熱間割れが多量に発生する問題があった。
【０００４】
この問題に対して、双ロール法、双ベルト法等、鋳片と鋳型内壁面の相対速度差のない同期式連続鋳造プロセスを経て製造する場合、鋳片厚み／薄板製品厚みの値が小さいため熱間加工率が小さくなることにより、熱間加工性が悪い材料であっても耳割れ等の表面疵の発生を抑制して製造することが可能となる。
【０００５】
しかしながら、ＳＵＳ３０４鋼に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼は、その成分や温度履歴によって凝固及びその後の相変態挙動が異なることにより、得られる鋳片内に残存するδフェライト量が異なり、δフェライトが多く残存する場合があり、この場合、熱間圧延時にδ相とγ相の変形能が異なることにより、耳割れ等の表面疵の発生原因となる。
【０００６】
このような問題を解決する方法として、特許文献１ではδフェライト量と熱間圧延条件が規定されている。また、特許文献２では、δフェライトが残存すると均熱処理時にδフェライト量の大きさのバラツキに起因する酸化のバラツキが発生し、光沢ムラの原因となるため、酸化防止材を塗布した均熱処理方法が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０８−２５７６０７号公報
【特許文献２】
特開平１０−２６５８４９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法は、従来の連続鋳造法によりオーステナイト系ステンレス鋼を製造する際に、その製品品質を低下させるδフェライトを無害化することを目的としているが、δフェライトはフェライト相特有の磁性を有しており、残存させた状態で光沢ムラや熱間圧延時の耳割れといった品質課題を克服できれば、磁性を有したオーステナイト系ステンレス鋼の製造が可能となる。
【０００９】
オーステナイト系ステンレス鋼に磁性を発現させる方法としては、加工誘起マルテンサイト変態を適用する方法が特開平１０−１０２１４０号公報により提案されている。しかし、この方法は、硬質なマルテンサイト相を活用するため、その後の加工性劣化等の問題があり、その適用範囲に限界がある。
【００１０】
本発明は、δフェライトが多量に存在していても耳割れ等の表面欠陥にはならず、しかも、材質等の劣化も見られない、着磁性を有したオーステナイト系ステンレス鋼を得ることを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、δフェライトの形態に着目し、そのＣｒ偏析状態を特定することにより、前記課題を解決したものであり、前記課題は、鋳片内に存在するδフェライト量が２％以上１５％未満、かつ、Ｃｒ偏析度が０．９０を超え１．１０未満となる面積率の合計が８８％未満であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼により解決される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
Ｃｒ偏析の測定は、日本電子製Ｘ線マイクロアナライザーＪＸＡ８８００Ｒを用い、ビーム径１μｍで測定範囲を５００×５００μｍとし、Ｃｒ濃度を測定した。測定Ｃｒ濃度／母材のＣｒ濃度をＣｒ偏析度とした。得られたＣｒ偏析度の分布についてＣｒ偏析度が０．９０を超え１．１０未満となる領域の面積率を積算した。図１はδフェライト量が２．６％で着磁性を示したオーステナイト系ステンレス鋼のＣｒ偏析度毎の面積率の例である。
【００１３】
δフェライト量の測定は、株式会社フィッシャー・インストルメンツ製フェライトスコープＭＰ−３０を用いて測定した。また、着磁性は重量３．５ｇのフェライト磁石によりＡ４版用紙３枚を垂直にしたサンプル板に固定できるか否かによって磁性有無を判定した。
【００１４】
図２は、オーステナイト系ステンレス鋼中のδフェライト量とＣｒ偏析度が０．９０を超え１．１０未満となる面積率の合計の関係における着磁性を示している。図２において、○はＡ４版用紙の落下なしで磁性有り、□はＡ４版用紙の落下有りで磁性無しを示す。図２に示すように、鋳片内に存在するδフェライト量が容量％で２％以上１５％未満、かつ、Ｃｒ偏析度が０．９０を超え１．１０未満となる面積率の合計が８８％未満であると、Ａ４版用紙の落下は無くなり強い着磁性を有していることが判明した。
【００１５】
この現象は以下のように考えられる。磁性を有するのは、サンプル内に存在するフェライト相であり、この容量％を示したものがフェライトメータにより測定されるδフェライト量である。強い磁性を有するためには安定フェライトを存在させることが有効であり、δ凝固ではほとんど発生していないＣｒ偏析が、γ→δ変態により生成した安定なフェライトではＣｒの分配がおこるため顕著となり、このような結果が得られている。
【００１６】
図３はＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ三元系の平衡状態図におけるＣｒeq.＋Ｎｉeq.≒３０％相当部の断面状態図を文献（Transaction of JWRI Vol.14,No.1,1985,P125）から引用したものである。Ｃｒeq.Ｎｉeq.は次の通りで、成分から計算される。
【００１７】
Ｃｒeq.＝Ｃｒ（％）＋１．５Ｓｉ（％）＋Ｍｏ（％）＋Ｎｂ（％）
Ｎｉeq.＝Ｎｉ（％）＋０．５Ｍｎ（％）＋０．５Ｃｕ（％）＋３０｛Ｃ（％）＋Ｎ（％）｝
多くの製品で実験した結果、オーステナイト系ステンレス鋼の大部分でδ＋γ凝固組織（ゾーンIII）が得られることが判明した。
【００１８】
δ＋γ凝固組織（ゾーンIII）は、凝固初期はδ相のみであるが、凝固過程においてγ相が晶出し始め凝固後の温度では、γ相が安定となるためδ→γ変態が促進され、δ相が減少する。つまり、γ単相温度域ではδ相は不安定なため拡散消滅によりその容量％が減少していく。一方、δ相が安定もしくは安定に近づく、δ＋γ相共存域の高温側では、δ相が成長もしくは再析出により著しく増加し、δ＋γ相共存温度域ではδ相の拡散は遅延する。
【００１９】
ここで、δ＋γ凝固の場合のδ相はＣｒの平衡分配係数が１に近いため、ほとんど偏析が認められないが、安定なδ相はＣｒ正偏析が生じている。つまり、凝固以降の熱履歴によってδ相の相安定性が変化したか否かはＣｒ偏析によって証明可能となる。Ｃｒ偏析、特に正偏析が観察される場合は、安定なδ相の存在を示す結果であり、このようなδ相は拡散消滅し難く強い磁性を有している。
【００２０】
図４にドラム直下の鋳片温度と鋳片のδフェライト量の関係を示す。鋳片温度は、冷却ドラム間の押力、冷却ドラムから解放された後にバーナーによる加熱、ガス冷却等により種々に変化させた。鋳片温度は放射温度計で測定した。ドラム直下の鋳片温度上昇にともない鋳片のδフェライト量は増加している。１２５０℃以上の温度でδフェライトの増加が始まり、特に、１３００℃以上の温度域ではδフェライト量が著しく増加する。この温度域では、図１に示すように顕著なＣｒ偏析が発生する。鋳片の温度が１２５０℃以上になるとδフェライト量が２％以上となり安定なδフェライト相が生成し、良好な着磁性を有していることが明らかとなった。なお、前記ドラム直下とはドラムキス点からの鋳片長さ１ｍ以下の位置である。
【００２１】
鋳片温度を変化させる方法として、冷却ドラム間の押力を低下させると、冷却ドラムによる鋳片の抜熱効率が低下するため、ドラム直下の鋳片温度が高くなり、δフェライトを析出させるための再加熱に必要なエネルギーが小量で済むので有利となる。また、本発明ではδフェライトが多量に存在していても、熱間加工率が小さい同期式プロセスによるため耳割れや表面疵といった欠陥は発生せず、しかも、延性や孔食電位と言った基本特性に劣化は見られていない。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す各組成のオーステナイト系ステンレス溶鋼を鋳型内壁が鋳片と同期して移動する連続鋳造機により４ｍｍ厚の鋳片に鋳造する際に、ドラム直下の鋳片温度をドラムキス点における冷却ドラム間の押付力、ドラム直下の雰囲気温度を種々の方法により変化させ、薄帯鋳片を得た。この鋳片を脱スケールした後、δフェライト量、幅方向断面のＣｒ偏析の測定及び着磁性の評価を行った。その結果を表２に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
表２に示すように、本発明例である（Ｎｏ．１〜９）の鋳片は明確な着磁性が得られている。Ｎｏ．１１〜１４の鋳片は、δフェライト量及びＣｒ偏析の面積率が本発明の範囲から外れており、着磁性が得られていない。Ｎｏ．１０および１６は鋳片のδフェライト量は２％以上であったが、Ｃｒ偏析度の面積率が８８％以上であり条件から外れているため、十分な着磁性が得られなかった。Ｎｏ．１５は、Ｃｒ偏析度の面積率は８８％未満であったが、δフェライト量が１．８８％と２％未満であったため、着磁性が得られなかった。
【００２６】
（実施例２）
実施例１で得られた鋳片に、１０５０〜１２００℃の焼鈍を行うか行わないで脱スケールし、圧下率５０〜９０％の冷間圧延をして１０５０〜１２００℃の焼鈍を行い、ソルト処理後硝酸−弗酸の混酸により酸洗するか又は光輝焼鈍した後、調質圧延を行い、冷延製品（冷延板）を製造した。さらに、得られた製品のδフェライト量、Ｃｒ偏析の測定及び着磁性の評価を行った。その結果を表３に示す。表３には製品の一般品質として光沢（Ｇｓ４５°）、ＪＩＳ１３号Ｂ試験片にて測定した破断伸び及びＪＩＳＧ０５５７に準拠して測定した孔食電位を示している。
【００２７】
【表３】

【００２８】
表３に示すように、本発明例である（Ｎｏ．１〜７）の製品からは明確な着磁性が得られている。Ｎｏ．１０〜１４の製品はδフェライト量及びＣｒ偏析度の面積率合計が本発明の範囲から外れており、着磁性が得られていない。Ｎｏ．８、９は鋳片ではδフェライト量及びＣｒ偏析度の面積率ともに条件内であったが、製品製造中にδフェライト量が発明範囲から外れてしまい、着磁性が消滅した。更に、Ｎｏ．１５の製品は、鋳片と同様にＣｒ偏析度の面積率合計は８８％未満であったが、δフェライト量が２％未満であったため着磁性が得られず、Ｎｏ．１６はδフェライト量が２％以上であったが、Ｃｒ偏析度の面積率が８８％以上であり条件から外れているため、十分な着磁性が得られなかった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一般品質を損なうことなく、着磁性を有したオーステナイト系ステンレス鋼薄帯鋳片及び冷延製品を得ることができ、厨房機器等に適用されれば、磁石による掲示物等の取付けが可能となりスペースの有効活用の他、磁気特性を利用した加熱器具用の鍋へのオーステナイト系ステンレス鋼の適用等、その利用分野は拡がっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃｒ偏析度とＣｒ偏析度が０．９を超え１．１未満となる面積率の合計％の関係を示す図。
【図２】δフェライト量とＣｒ偏析度の関係における着磁性を示す図。
【図３】Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ三元系平衡状態図におけるＣｒeq.Ｎｉeq.≒３０％相当部の断面状態図。
【図４】ドラム直下の鋳片温度とδフェライト量の関係を示す図。

Claims

δフェライト量が容量％で２％以上１５％未満、かつ、Ｃｒ偏析度が０．９０を超え１．１０未満となる面積率の合計が８８％未満であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。
請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼が薄帯鋳片、熱延板または冷延板であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。
オーステナイト系ステンレス鋼の同期式連続鋳造プロセスにおいて、ドラム直下の鋳片温度が１２５０℃以上となるように該ドラム直下の雰囲気温度又は及び冷却ドラム間の押付力を制御することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼薄帯鋳片の製造方法。