JP5423641B2 - 高純度フェライト系ステンレス鋼の分塊圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、高純度フェライト系ステンレス鋼を圧延機にて分塊圧延する際、捩れ、倒れの発生がない圧延安定性が良好で、線状疵の発生もない丸ビレットに分塊圧延する方法に関するものである。

フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼と比較してNiの含有量が少ないので安価である。このフェライト系ステンレス鋼のうち、Cr含有量の多い高純度フェライト系ステンレス鋼は耐食性に優れるが、Crの含有量が増加するほど加工性、靭性が低下する問題がある。

この高純度フェライト系ステンレス鋼の靭性低下は、鋼中で炭化物や窒化物を形成するC，Nの不純物元素を低減させることで改善される。

しかしながら、C，Nの低減により鋼が軟質化するため、圧延ロール１ａ，１ｂによる圧延時、鋳片２が、図６に示すように捩れたり、図７の紙面左側の状態から紙面右側に示すように倒れたりしやすくなる。なお、図７中の１ａａ，１ｂａは圧延ロールに形成された孔型である。

このような捩れや倒れが発生すると、寸法精度の悪化や表面疵の発生により製品として使用できなくなる場合があるので、捩れや倒れの発生を防止する対策が必要となる。

従来、二重可逆式分塊圧延機を用いて、捩れ、倒れの発生を防止して安定性の良い分塊圧延を行う方法として、特許文献１や特許文献２が提案されている。

このうち、特許文献１で提案された方法は、横断面が矩形の素材を丸ビレットに分塊圧延する際に、圧延ロールに配置した、側壁に直線部を備えた中間孔型による圧延の際、入鋼幅ｂ₀を中間孔型の接点幅Ａで除した比ｂ₀／Ａを、全パスで0.965以上とするものである。

また、特許文献２で提案された方法は、丸孔型ロールを用いて仕上げ圧延を施す際に、丸ビレットの直径をＤ（mm）とした場合、ロール接触幅Ｂm（mm）／ロール入り側の被圧延材の幅Ｂ（mm）で表すαが、α≧−0.000734×Ｄ＋1.034の式を満たすようにするものである。

これら特許文献１、２で提案された方法は、何れも丸ビレットにロール圧延する場合における捩れや倒れの発生を防止して圧延時の安定性確保に大きな効果を得ることができる。

しかしながら、高純度フェライト系ステンレス鋼の場合は、靭性改善を目的にC，N等の不純物元素を低減して高純度化した際に鋼が軟質化する。この場合、分塊圧延時に孔型１ａａ，１ｂａと圧延ロール１ａ，１ｂが接触する部分Ａはひずみが加わりやすく幅拡がりが大きくなるものの、孔型１ａａ，１ｂａと接触しない中央部Ｂまではひずみが加わらない（図８の紙面左側参照）。従って、図８の紙面右側に示すように、孔型１ａａ，１ｂａと接触する部分Ａの幅が孔型１ａａ，１ｂａと接触しない中央部Ｂより張り出した形状となりやすい。

この孔型と接触する部分の幅が孔型と接触しない中央部より張り出した形状の鋳片を丸ビレット２ａにまで圧延すると、図９に示すように、孔型１ａａ，１ｂａと接触しない中央部に圧延方向と平行な線状の疵（以降、シワ疵３と言う）が発生する場合がある。

特開２００５−２８３７９号公報 特開２００６−２８９４５４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、高純度フェライト系ステンレス鋼の場合は、靭性改善を目的にC，N等の不純物元素を低減して高純度化する際に鋼が軟質化するので、シワ疵が発生する場合があるという点である。

本発明の高純度フェライト系ステンレス鋼の分塊圧延方法は、
丸ビレットへの分塊圧延時に、捩れや倒れが発生せず、かつ、シワ疵が発生しないようにするために、
質量％で、C≦０．０１％、N≦０．０１％、Cr：１７〜２０％、Ni≦０．５％の高純度フェライト系ステンレス鋼製の横断面が円形でない鋳片を、孔型圧延により熱間加工し、横断面が円形の丸ビレットに分塊圧延する際、
圧下前の前記鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀を２．０以下、鋳片の加熱温度を１０００℃〜１２００℃とし、下記式を満たす圧下率（（圧下前の鋳片の高さｈ₀−圧下後の鋳片の高さｈ₁）／圧下前の鋳片の高さｈ₀）（％）で分塊圧延することを最も主要な特徴としている。
圧下率≦−10.619×（圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀）＋23.298

本発明によれば、高純度フェライト系ステンレス鋼を、丸ビレットに分塊圧延する時に、捩れや倒れが発生せず、かつ、シワ疵が発生しないようにすることができる。

高純度フェライト系ステンレス鋼の圧延時における慣らし圧延について説明する図である。 ボックス孔型ロールを用いて、異なる横断面寸法の鋳片を圧延した場合の、圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀と圧下率の関係を示した図である。 本発明の実施例で使用した圧延ロールに形成されたボックス孔型の形状を示した図である。 本発明の実施例で使用した圧延ロールに形成されたオクタゴン孔型の形状を示した図である。 本発明の実施例で使用した圧延ロールに形成されたラウンド孔型の形状を示した図である。 靭性低下の改善により鋼が軟質化した高純度フェライト系ステンレス鋼の圧延時に発生する捩れについて説明した図である。 靭性低下の改善により鋼が軟質化した高純度フェライト系ステンレス鋼の圧延時に発生する倒れについて説明した図である。 高純度フェライト系ステンレス鋼の孔型圧延時の模式図である。 高純度フェライト系ステンレス鋼を丸ビレットに孔型圧延した際に発生するシワ疵を説明する図で、（ａ）は孔型圧延時の模式図、（ｂ）は圧延された丸ビレットの斜視図である。

本発明では、高純度フェライト系ステンレス鋼を分塊圧延する時に、捩れや倒れが発生せず、かつ、シワ疵が発生しないようにするという目的を、鋳片の横断面の高さ／幅比と、加熱温度と、圧下率を最適範囲に設定することで実現した。

以下、本発明について説明する。
発明者らは、高純度フェライト系ステンレス鋼を丸ビレットに分塊圧延する際に、捩れや倒れが発生せず、かつ、シワ疵が発生しないようにするために、種々実験を行った結果、以下の知見を得た。

先ず、本発明で対象とする高純度フェライト系ステンレス鋼について説明する。

Cr：
Cr含有量が多くなるほど耐食性は向上するが、Cr含有量が多くなると加工性、靭性が低下するので、本発明ではCr含有量を１７〜２０質量％としたものを対象とする。

C，N：
C，Nは、炭化物、窒化物を形成し、加工性、靭性を低下させるので、本発明では両者とも０．０１質量％以下としたものを対象とする。

Ni：
Niは耐食性を向上させる元素であるが、高価であるため、本発明では０．５質量％以下としたものを対象とする。

次に、C，N，Cr，Niの含有量が上記範囲内の高純度フェライト系ステンレス鋼製の鋳片を、孔型圧延により熱間加工し、横断面が円形の丸ビレットに分塊圧延する際の本発明の条件を説明する。

・加熱温度（均熱温度）について
難加工性材である高純度フェライト系ステンレス鋼は、製管工程における温度が低すぎると仕上げまでに必要な延性を確保することが出来ない。従って、本発明では、均熱温度を１０００℃〜１２００℃とする。なお、製管工程における温度が高くなると結晶粒が粗大化するので、結晶粒の粗大化を抑制するためには、１２００℃を超えないことが望ましい。

・圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比（＝ｈ₀／ｂ₀）
高純度フェライト系ステンレス鋼の場合、圧延時、上下の孔型との鋳片２の接触部Ａの幅のみが拡がり、上下の孔型間に位置する鋳片２の接触しない中央部Ｂの幅は拡がりにくいので、上下の孔型と接触する鋳片２の上下の幅が張り出した形状になりやすい（図１の紙面左側の図）。

この横断面における変形への対策として、図１の紙面左側のように圧延された前記形状の鋳片２を、図１の紙面中央のように９０°回転して上下の孔型１ａａ，１ｂａ内に挿入し、図１の紙面右側のように慣らし圧延を実施することで解消できる。

但し、圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀が大きすぎると、前記慣らし圧延に必要な圧延回数が増えるため、圧延に要する時間が増え、圧延時の鋳片温度が低下し、延性低下による割れの発生が考えられる。

そこで、発明者らは、圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀を制限することを考え、その閾値を見出すべく、圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀を変更した試験を実施した。

発明者らは、横断面が円形でない鋳片を、直径が１８２mmの横断面が円形の丸ビレットに分塊圧延する場合の熱間加工試験において、圧下前の鋳片の横断面の高さｈ0と幅ｂ0を種々変更して、分塊圧延した丸ビレットの表面品質を評価する試験を行った。

その結果の一例を下記表１に示す。なお、下記表１における丸ビレットの表面品質は、肉眼でシワ疵発生の有無を確認し、シワ疵が発生している場合を×、シワ疵が発生していない場合を○として判定した。

上記の結果より、本発明では、圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀を２．０以下と規定することにした。

・圧下率
発明者らは、次に圧延時における鋳片の倒れ、捩れに及ぼす圧下率（（圧下前の鋳片の高さｈ₀−圧下後の鋳片の高さｈ₁）／圧下前の鋳片の高さｈ₀）（％）と、圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀の影響について試験を行った（後述の実施例１の表３）。

その結果をプロットして示した図２から、倒れ、捩れの発生のない圧下率（％）の上限として、
圧下率≦−10.619×圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀＋23.298…(1)
を得た。

図２及び上記(1)式より、圧延の際、圧下量（圧延前の鋳片の高さｈ₀−圧延後の鋳片の高さｈ₁）が小さい程圧延時に捩れに働く力も小さくなること、圧延前の鋳片の幅ｂ₀が高さｈ₀に対して大きい程、捩れに耐えようとする力が大きくなるので、圧延材の圧延安定性が確保され捩れが発生しにくいことが分かる。

以下、本発明における圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀と、圧下率の関係を得るために、様々な横断面の鋳片を準備し、各鋳片で圧下率を変更させた場合の圧延時の安定性を確認した実施例について説明する。なお、以下の実施例は、１０００℃〜１２００℃の範囲となるような温度に鋳片を加熱して行った。

実施例で使用した圧延ロールの孔型形状は、図３に示すボックス孔型、図４に示すオクタゴン孔型、図５に示すラウンド孔型である。図３〜５に示す圧延ロールの孔型の寸法例を下記表２にまとめて示す。

（実施例１）
実施例１は、ボックス孔型の圧延ロールを使用して分塊圧延した場合の実施例で、横断面寸法の異なる鋳片毎に圧下率を変更して圧延した際の圧延安定性を調査した。その結果を下記表３に示す。また、この表３を図示したものを、図２に示す。

なお、表３中における安定性は、圧延後の鋳片を目視観察し、表３の欄外に示した基準で判定して評価したものである。安定性を評価するために使用した捩れの発生率は、倒れ、捩れが発生した鋳片の本数を鋳片の総本数で除して算出した。

試験材として、幅が７５０、７００、６６０、６００mmの厚鋳片を、それぞれ３０、４０、５０mmの圧下量で圧延し、圧延後の安定性を評価したところ、図２に示すような良好域の存在を見出し、その閾値を決める圧下量として前記（1）式を得た。

（実施例２）
発明者らは、実施例１で説明したボックス孔型の圧延ロールを使用した圧延で得た好適な、圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀を得た条件で、さらに下記表４に示す任意形状のボックス孔型、及び前述のオクタゴン孔型、ラウンド孔型を用いて確認試験を行った。その結果を、下記表５に示す。なお、ラウンド孔型では厚み、幅は直径を採用した。

表４、５より、オクタゴン孔型、ラウンド孔型の圧延ロールを使用した場合でも、前記(1)式を満たす圧下率で分塊圧延した場合は、安定性の良好な丸ビレットを圧延できることが確認できた。

以上の結果より、ボックス孔型、オクタゴン孔型、ラウンド孔型に限定されず、どのような形状の孔型の圧延ロールを使用した場合でも、前記(1)式を満たす圧下率で分塊圧延した場合は、圧延安定性を確保できると思われる。

従って、各種孔型の圧延ロールを使用して丸ビレットを製造する分塊圧延方法において、圧延安定性を確保でき、線状疵発生の無い表面品質の丸ビレットを得ることができると思われる。

本発明の高純度フェライト系ステンレス鋼の分塊圧延方法は、上記知見に基づいて成されたものであり、
質量％で、C≦０．０１％、N≦０．０１％、Cr：１７〜２０％、Ni≦０．５％の高純度フェライト系ステンレス鋼製の横断面が円形でない鋳片を、孔型圧延により熱間加工し、横断面が円形の丸ビレットに分塊圧延する際、
圧下前の前記鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀を２．０以下、鋳片の加熱温度を１０００℃〜１２００℃とし、下記式を満たす圧下率（（圧下前の鋳片の高さｈ₀−圧下後の鋳片の高さｈ₁）／圧下前の鋳片の高さｈ₀）（％）で分塊圧延することを特徴とするものである。
圧下率≦−10.619×（圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀）＋23.298

本発明は上記の例に限らず、請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば、本発明に供する鋳片は、連続鋳造鋳片に限らず、インゴットでも、またその他の鋳片でも良い。また、本発明に供する鋳片の横断面形状は、円形以外であれば矩形に限らずどのような形状でも良い。

Claims (1)

1. 質量％で、C≦０．０１％、N≦０．０１％、Cr：１７〜２０％、Ni≦０．５％の高純度フェライト系ステンレス鋼製の横断面が円形でない鋳片を、孔型圧延により熱間加工し、横断面が円形の丸ビレットに分塊圧延する際、
   圧下前の前記鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀を２．０以下、鋳片の加熱温度を１０００℃〜１２００℃とし、下記式を満たす圧下率（（圧下前の鋳片の高さｈ₀−圧下後の鋳片の高さｈ₁）／圧下前の鋳片の高さｈ₀）（％）で分塊圧延することを特徴とする高純度フェライト系ステンレス鋼の分塊圧延方法。
   圧下率≦−10.619×（圧下前の鋳片の横断面の高さｈ₀と幅ｂ₀の比ｈ₀／ｂ₀）＋23.298

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