JP4757681B2

JP4757681B2 - 熱間圧延線材

Info

Publication number: JP4757681B2
Application number: JP2006087126A
Authority: JP
Inventors: 光司高野; 吉孝中村; 好宣多田; 祐司森
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP2007262460A

Description

本発明は、フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼線材に係わり、圧延の総歪み量，仕上げ圧延速度や仕上げ圧延温度を正確に制御することで表面疵の発生を抑制して低コスト且つ安定的に大単重の細径線材を提供するものである。

２相ステンレス鋼は、優れた耐食性と機械的性質を有するため化学プラント等の機械構造物やその溶接棒等に使われてきた。しかしながら、熱間圧延中のオーステナイト相とフェライト相の２相組織の変形挙動差およびその界面剥離性に起因して熱間圧延時の表面疵が問題になることが多かった。
これまで、２相ステンレス鋼の熱間圧延での製造方法に関して、Ｓ量を規制し、鋳片でソーキング処理を施して熱間加工性を向上させることが提案されている（特許文献１）。
また、２相ステンレス鋼はσ相が生成し易く、熱間圧延中にσ相が生成すると表面疵が発生するため、σ相の生成を防止する熱間圧延方法が提案されている（特許文献２）。
さらに、２相ステンレス鋼の熱間での超塑性変形方法も提案されている（特許文献３）。

一方、２相ステンレス鋼線材の一般的な連続線材圧延において、一回でφ８ｍｍ以下の細径に熱間圧延すると仕上げ圧延にて表面疵が多発していた。そのため、一度、φ８ｍｍ超の線径に熱間線材圧延を施した後に、再加熱して特殊なミニミルにて細径線材へ熱間圧延していた。しかしながら、この場合、加熱炉制約により通常の線材に求められる大単重化（≧４００ｋｇ）が困難となっていた。また、特殊なミニミルで再熱間圧延ができない場合は、φ８ｍｍ超の線径に熱間線材圧延を施した後に冷間伸線加工（冷間圧延含む）と焼鈍を繰り返して細径鋼線にしていた。そのため、いずれにしても、これまで２相ステンレス鋼線材は、納期，コスト，大単重の点で劣っており、その後の冷間伸線加工時に経済性を発揮させることができず、細軽２相ステンレス鋼線の普及の障害となっていた。

以上、２相ステンレス鋼の細径線材において、従来の提案技術では表面疵が発生するばかりか、表面疵を回避する手法をとれば、経済性に劣る４００ｋｇ未満の小単重の線材コイルしか存在しなかった。
特許公報特開昭６１ー１５４７０３号特許公報特開昭６１−２４３１１８号特許公報特開昭５９−１７９７１４号

本発明の目的は、細径の２相ステンレス鋼線材の熱間線材圧延条件を正確に制御することにより、表面疵の発生を防止し、低コストで安定して大単重の細径線材を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討した結果、連続線材圧延での総歪み量，仕上げ圧延速度および圧延温度を正確に制御することで、安定且つ低コストに大単重の細径線材を提供できることを見出した。本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
すなわち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量％で、Ｃ；０．００５〜０．１５％，Ｓｉ；０．１〜３．５％，Ｍｎ；０．１〜１０．０％，Ｎｉ；１．０〜１５．０％，Ｃｒ；１３．０〜４０．０％，Ｎ；０．００５〜０．４０％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、フェライト相の面積率が２５〜８０％であるオーステナイト・フェライト２相ステンレス鋼線材からなり、線径が４．５〜８ｍｍ，コイル単重が４００kg以上であることを特徴とする熱間圧延線材コイルである。
（２）質量％で、Ｍｏ；６．０％以下，Ｃｕ；４．０％以下，Ｗ；１．０％以下，Ｎｂ；１．０％以下，Ｔｉ；１．０％以下の１種以上を含有することを特徴とする前記（１）に記載の熱間圧延線材コイルである。

本発明による２相ステンレス鋼線材は、冷間伸線加工の素材として大単重の細径熱
間線材を安定且つ低コストに提供できるため、２相ステンレス鋼線の市場への普及率を飛躍的に高める効果を発揮する。

以下に、本発明の請求項１に記載の限定理由について説明する。
化学組成は、鋼中のフェライト相の面積率が２５％〜８０％を得るために決められたものであり、通常の２相ステンレス鋼の化学組成であるが、とりわけ、成分限定理由について記述する。

以下に示す化学組成は全て質量％を示す。
Ｃは、２相ステンレス鋼線材の強度を付与するために０．００５％以上添加されるが、０．１５％を超えると鋭敏化により耐食性が劣化する。そのため、０．００５〜０．１５％に限定する。
Ｓｉは、脱酸に必要な元素であり、０．１％以上添加されるが、３．５％を超えると延性がなくなり、材質劣化する。そのため、０．１〜３．５％に限定する。
Ｍｎは、脱酸に必要な元素であり、０．１％以上添加されるが、１０％を超えると耐食性が劣化する。そのため、０．１〜１０．０％に限定する。

Ｎｉは、２相組織を得て耐食性を確保するために１．０％以上添加されるが、１５％を超えて添加されると２相組織が得られなくなる。そのため、１．０〜１５．０％に限定する。
Ｃｒは、耐食性を確保するために１３．０％以上添加されるが、４０．０％を超えて添加されると延性が劣化し、材質劣化する。そのため、１３．０〜４０．０％に限定する。
Ｎは、２相ステンレス鋼線材の強度を付与するために０．００５％以上添加されるが、０．４％を超えて添加されると気泡の発生により製造性が劣化する。そのため、０．００５〜０．４０％に限定する。

次にフェライト相の面積率の限定理由について述べる。
フェライト相の面積率が２５％未満の場合、熱間加工性が低下するため熱間圧延疵が多発するため、本発明の効果がなくなる。一方、フェライト相の面積率が８０％を超えると線材圧延中の再結晶が促進されるため、通常の線材圧延工程で加工剪断割れが発生し難くなり、本発明の効果がなくなる。従って、本発明の効果が最大限に発揮できるように、フェライト相の面積率を２５〜８０％に限定する。好ましくは、３０〜７５％である。

次に線材製品の線径の限定理由について述べる。２相ステンレス鋼は熱間で再結晶し難い特徴を有するため、熱間線材圧延のように約２〜５分程度の短時間に大きな加工歪み（圧延減面率で９９％以上）を導入する場合、その途中工程で再結晶し難いために加工硬化して最終の仕上げ圧延工程で加工剪断割れを起こす。そのため、連続線材圧延で導入する総歪み量，仕上げ圧延速度，仕上げ圧延温度を正確に制御する必要がある。すなわち、連続線材圧延での総歪み量を小さく，仕上げ圧延速度を遅く，仕上げ圧延温度を高くしなければ仕上げ圧延にて加工硬化して加工剪断割れが発生する。
ここで線径が８ｍｍを超えた場合、通常の連続線材圧延での総歪み量が小さく、仕上げ圧延での加工硬化が小さくなるため、無疵にて線材圧延が可能となるが、その後の冷間伸線加工の伸線減面率が大きくなり、経済性に劣る。一方、線径が４．５ｍｍ未満になると熱間での加工硬化が大きくなり、加工剪断割れが発生し易くなり、経済性を発揮できなくなる。そのため、線材製品の線径を本発明の効果が発揮できる４．５〜８．０ｍｍに限定する。好ましくは、５．０〜７．５ｍｍである。

線材のコイル単重は、４００ｋｇ未満の場合、特殊なミニミルを用いれば、熱間圧延での総歪み量が小さいためにφ８ｍｍ以下へ容易に熱間圧延が可能となるが、加熱炉制約のために４００ｋｇ以上の大単重化が図れず、その後の冷間伸線加工工程で経済性を発揮できない。そのため、通常の大単重の連続線材圧延で本発明の効果が得られるようコイル単重を４００ｋｇ以上に限定する。好ましくは、７００ｋｇ以上である。
なお、本発明での連続線材圧延とは、各圧延スタンド間の圧延待ち時間が３０秒を超えない１５段以上の多段スタンドを有する連続圧延工程を言う。
また、熱間圧延線材とは、熱間圧延後に水冷、または熱間圧延直後にインライン熱処理が施されて水冷された線材コイルを示し、また必要に応じて酸洗された線材コイルのことを言う。

次に、請求項２に記載の限定理由について述べる。
化学組成は、鋼中のフェライト相の面積率が２５％〜８０％を得るために決められたものであり、通常の２相ステンレス鋼の化学組成であるが、とりわけ、更に耐食性を向上させる成分限定理由について記述する。
Ｍｏ，Ｃｕ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔｉは、２相ステンレス鋼線材の耐食性を向上させる有効な元素であり、必要に応じて添加されるが、過剰に添加すると経済性に劣る。そのため、Ｍｏ；６．０％以下，Ｃｕ；４．０％以下，Ｗ；１．０％以下，Ｎｂ；１．０％以下，Ｔｉ；１．０％以下の１種類以上の添加に限定する。

ここで、本発明対象の２相ステンレス鋼の化学組成は、前述した以外に、必要に応じて、Ａｌ；０．００２〜０．１％，Ｓ；０．０１％以下，Ｐ；０．０５％以下，Ｃａ；０．０１％以下，Ｍｇ；０．０１％以下，Ｏ；０．０１５％以下の１種類以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる。

以下に本発明の実施例について説明する。
表１に実施例の鋼の化学組成を示す。

これら化学組成の鋼は、２ｔの真空溶解炉にて溶解し、熱間鍛造を施してφ７０〜２００ｍｍで長さ８ｍｍの線材圧延用のビレットに仕上げた（単重を０．２〜２ｔに変化させた）。その後、様々な条件にてφ７．５〜５．０ｍｍまで熱間線材圧延を行った。一部については、連続線材圧延中に高周波誘導加熱を付与して圧延温度を意図的に上昇させた。連続線材圧延後は直ちに水冷を行い、その後、酸洗を施し、線材表面疵の有無を判定した。

線材表面疵の評価は、酸洗後の線材コイルを１リングづつ目視にて判定した。また、フェライト相の面積率は線材を縦断面に埋め込み研磨し、蓚酸電解エッチ後に村上試薬にてフェライト相に着色し、画像解析にて判定した。圧延条件および評価結果を表２に示す。

本発明例では、フェライト相の面積率を２５〜８０％の範囲内にし、連続線材圧延の総歪み量（＝ｌｎ（圧延前の断面積／圧延後の断面積））を６．５以下，且つ、仕上げ圧延速度を８５ｍ／ｓ以下，且つ、仕上げ圧延温度を１０００℃以上に正確に制御（条件(a)）することで表面疵が発生することなくビレットからの１回の熱間線材圧延によりφ８ｍｍ以下の細径，４００ｋｇ以上の大単重コイルに製造ができている。

一方、比較例Ｎｏ．２０，２６では、ビレット断面積が小さく、単重が４００ｋｇ未満と小さいために、従来の特殊なミニミルと同様に通常の線材圧延にて割れなく線材圧延が可能であるが、生産性・経済性・納期に劣るため意味がない。
比較例Ｎｏ．２１，２７では、製品の線径が大きく、連続線材圧延での総歪み量が小さいために、通常の線材圧延で割れなく圧延可能であるが、その後の伸線・焼鈍工程の負荷が大きく、経済性・納期に劣るため意味がない。
比較例Ｎｏ．２３，２５では、製品の線径が小さいため、連続線材圧延での総歪み量が大きいために、仕上げ圧延にて剪断割れが発生している。
比較例Ｎｏ．２２，２４，Ｎｏ．２８〜３０では、通常の線材圧延工程にて連続線材圧延を施しているが、本発明例に対して、前記本発明例の(a)条件を満たしておらず、表面疵が多発しており、表面疵がない大単重の熱間圧延線材が得られていない。
比較例Ｎｏ．３１〜３４では、汎用のＳＵＳ３０４およびＳＵＳ４３０系の成分で、フェライト相の面積率が２５〜８０％を外れており、通常の連続線材圧延にて疵が発生することなく大単重で圧延可能であり、本発明の効果の優位性が無い。
以上の実施例から本発明における連続線材圧延条件を正確に制御された２相ステンレス鋼線材の大単重熱間圧延線材コイルの優位性は明らかである。

以上の各実施例から明らかなように、本発明により、２相ステンレス鋼線材において、４００ｋｇ以上の大単重の細径線材を安定して低コストに提供できるため、２相ステンレス鋼線の市場への適用比率を大幅に向上することができ、産業上極めて有用である。

Claims

質量％で、Ｃ；０．００５〜０．１５％，Ｓｉ；０．１〜３．５％，Ｍｎ；０．１〜１０．０％，Ｎｉ；１．０〜１５．０％，Ｃｒ；１３．０〜４０．０％，Ｎ；０．００５〜０．４０％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、フェライト相の面積率が２５〜８０％であるオーステナイト・フェライト２相ステンレス鋼線材からなり、線径が４．５〜８ｍｍ，コイル単重が４００kg以上であることを特徴とする熱間圧延線材コイル。
質量％で、Ｍｏ；６．０％以下，Ｃｕ；４．０％以下，Ｗ；１．０％以下，Ｎｂ；１．０％以下，Ｔｉ；１．０％以下の１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延線材。