JP5949629B2

JP5949629B2 - 内質特性に優れた極厚オーステナイト系ステンレス厚鋼板の製造方法および内質特性に優れた極厚オーステナイト系ステンレス厚鋼板

Info

Publication number: JP5949629B2
Application number: JP2013069081A
Authority: JP
Inventors: 矢沢　好弘; 好弘矢沢; 俊一橘
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP2014188579A

Description

本発明は、連続鋳造スラブにより内質特性の極めて良好な極厚オーステナイト系ステンレス厚鋼板（製品板厚８０ｍｍ以上２３０ｍｍ以下の例えばＳＵＳ３１６ＬやＳＵＳ３０４Ｌ）を製造する方法およびそれにより製造される内質特性に優れた極厚オーステナイト系ステンレス厚鋼板に関する。

一般に厚鋼板は、連続鋳造スラブ、または鋳型鋳造したインゴットを分塊圧延した造塊スラブを素材として製造される。両者を比較すると、製造コストの点では前者の方に魅力があるが、連続鋳造スラブの場合、造塊スラブよりも厚みが薄い為、極厚鋼板の製造では、センターポロシティーの未圧着部分が残存する割合が高い。

現状の厚板圧延機の能力では、連続鋳造スラブの板厚中心位置に必然的に発生するセンターポロシティーを安定して消滅させる事は困難である。連続鋳造スラブから製造された極厚鋼板に超音波探傷試験を実施すると、圧下率が小さくなるに伴い、鋼板内質不良による欠陥の検出数が増加する。

そのため、連続鋳造スラブを用いた極厚鋼板の製造では、圧下比（スラブ厚／製品厚）に下限値を設けることが一般的に行われ、例えば、圧力容器用鋼板の一般製造条件を規定したＡＳＴＭＡ２０では、この圧下比の下限値を３以上に規定している。ＪＩＳ規格にはこのような規定はないが、鋼板製造業者が自主的に管理を行い、製造を行っている。

下限値を下回るような加工条件で極厚鋼板を製造しなければならない時には、造塊スラブを用いていたが、製造プロセス上、押湯部や沈澱晶部の非定常部分の切り捨てや分塊圧延を必要とする為、コストの増大や生産性低下を招いていた。

連続鋳造スラブにより、圧下比が小さくとも、鋼板内質特性に優れた極厚鋼板を製造する事が望ましく、その為に幾つかの提案がなされている。

非特許文献１には、圧延形状比で定義される数値を大きくする事により、鋼板内質の良好な鋼板を製造する技術が開示されている。特許文献１、２には、連続鋳造機の出側でロールまたは平金敷による圧下を施す事によって、連続鋳造スラブのセンターポロシティーの消滅を図る技術が開示されている。

特許文献３には、全圧下率が２０〜６０％の加工条件で１２５ｍｍ厚以上の極厚鋼板を製造する際、厚板圧延に先立ち、連続鋳造スラブの端部を幅方向から鍛造圧下し、元スラブの幅から１５０ｍｍ以上減尺させると共に肥厚化させ、スラブ厚方向の鍛造圧下を行う事によって、センターポロシティーを消滅させる技術が開示されている。

特開昭５５−１１４４０４号公報特開昭６１−２７３２０１号公報特許第３５２８５０４号公報

鉄と鋼第６６年（１９８０）第２号第２０１〜２１０頁、日本鉄鋼協会発行

しかしながら、非特許文献１の技術では、鋼板内質の良好な極厚鋼板を得る為に必要な圧延形状比が圧延機の設備仕様により制約される範囲の上限を超える為、実用性に乏しく、特許文献１、２の技術では、厚板素材用連続鋳造機の設備改良にコストがかかり過ぎるという問題がある。特許文献３の技術は、実施例の対象が一般用４０キロ級鋼、一般用５０キロ級鋼、および高炭素鋼で、これらの鋼種と高温強度が相違するオーステナイト系ステンレス厚鋼板での効果は不明である。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、連続鋳造スラブより既存の設備を用いて製造される、鋼板内質特性の極めて良好な、製品板厚が８０ｍｍ以上２３０ｍｍ以下の極厚オーステナイト系ステンレス厚鋼板の製造方法およびそれにより製造される極厚オーステナイト系ステンレス厚鋼板を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記目的を達成すべく種々検討を行い、以下の知見を得た。なお、本発明では、センターポロシティー、ザク性欠陥をまとめてセンターポロシティーとする。
１．連続鋳造によるスラブの両幅端部における３面冷却部、特に端部よりスラブ厚相当内部の領域に、スラブの幅方向中央部に生成するセンターポロシティーより、大きなサイズのセンターポロシティーが生成する内部不良域が存在し、鍛造または圧延におけるスラブ厚中心位置の塑性歪量が十分でない場合、残存し、鋼板内質不良となる。
２．上記内部不良域は、スラブの幅方向両端部を幅方向から鍛造圧下して両端部を肥厚化させた後、ＦＭ（ＦｒｅｅｆｒｏｍＭａｎｎｅｓｍａｎｎｅｆｆｅｃｔ）鍛造法を適用すれば、消滅させることが可能である。ＦＭ鍛造法は、上下非対称の鍛造金敷を用いて、スラブ厚の中心位置の引張応力を、中心位置からスラブ厚方向へずらし、中心位置の静水圧大きくして、被鍛造物の内質改善効果を得る鍛造法である。
３．上記内部不良域のセンターポロシティーを消滅させれば、スラブの幅方向中央部に生成するセンターポロシティーも同時に消滅する。

本発明は得られた知見を基に更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、（１）以下の工程を備えた８０ｍｍ厚以上の極厚オーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法。
１．連続鋳造によるスラブを１０９０℃〜１１５０℃の範囲で加熱し、スラブの幅方向の両端部を幅方向から鍛造圧下し、スラブ幅を３００ｍｍ以上減尺させて、両端部を肥厚化させる工程。
２．上金敷の前記スラブとの接触長さを１としたとき、下金敷の前記スラブとの接触長さを３以上とする上下非対称の鍛造金型により、１０００℃以上の温度でスラブ厚さ方向に圧下率８％超えで圧下するＦＭ鍛造を行う工程。
３．その後、１０９０℃〜１１５０℃の範囲でスラブを加熱し、上記２でのＦＭ鍛造の圧下率と圧延の圧下率を合計した全圧下率が２０％以上３０％以下を満足するように圧延を行う工程。
（２）８０ｍｍ厚以上で、スラブ圧延垂直方向全幅、板厚の１／２厚±１０ｍｍ位置における０．１ｍｍφ〜１．０ｍｍφ径のポロシティーの数が１０個／１００ｍｍ以下であることを特徴とする内質特性に優れた極厚オーステナイト系ステンレス鋼板。

本発明によれば、従来、分塊スラブを素材として製造していたＳＵＳ３１６Ｌ極厚オーステナイト系ステンレス厚鋼板を、既設の鍛造プレス機を用いて、連続鋳造スラブのセンターポロシティーを完全に消滅させて製造でき、産業上極めて有用である。

連続鋳造スラブを幅方向に鍛造する様子を説明する模式図。

本発明は、スラブの両幅端部の３重点近傍における内質不良部を消滅させるため、スラブの幅方向の両端部を幅方向から鍛造圧下した後、ＦＭ鍛造を行うことを特徴とする。

本発明では、まず、連続鋳造スラブの幅方向両端部を肥厚化した形状にする為、図１に示すように連続鋳造スラブ（１）の幅方向の両端部（Ｅ）を、鍛造用の上金敷（２）、下金敷（３）にて、幅方向から圧下し、連続鋳造スラブ（１）の両端部（Ｅ）の厚さを大きくする。なお、鍛造用の上金敷（２）と下金敷（３）は幅方向を圧下後、ＦＭ鍛造を行うために用いる。

連続鋳造によるスラブは１０９０℃〜１１５０℃の範囲で加熱する。１０９０℃未満では、鍛造による変形が十分得られず、１１５０℃を超えると、高温強度が低下して鍛造による効果が十分得られなくなるため、１０９０℃〜１１５０℃とする。

幅方向圧下による、スラブ幅の減尺代（ｒ）は３００ｍｍ以上とする。スラブ幅の減尺代（ｒ）を３００ｍｍ以上とし、その後、ＦＭ鍛造を行うと、厚板圧延の圧下の効果も加味されて、両幅端部における３面冷却部、特に端部よりスラブ厚相当内部の領域近傍とスラブ幅中央部におけるセンターポロシティを消滅させることが可能である。

ＦＭ鍛造は、１０００℃以上の温度で行い、上金敷（２）の前記スラブとの接触長さを１としたとき、下金敷（３）の前記スラブとの接触長さを３以上とする上下非対称の鍛造金型により、スラブ厚さ方向に圧下率８％超えで圧下する。

スラブ温度が１０００℃未満では、鍛造の効果が十分得られないため、１０００℃以上とする。上金敷（２）のスラブとの接触長さを１としたとき、下金敷（３）の前記スラブとの接触長さが３未満では、ＦＭ鍛造による、スラブ厚の中心位置の引張応力が、中心位置からスラブ厚方向にずれて、中心位置の静水圧が大きくなる効果が十分得られないため、３以上とする。

また、スラブ厚さ方向の圧下率が８％未満では、両幅端部における３面冷却部、特に端部よりスラブ厚相当内部の領域近傍とスラブ幅中央部におけるセンターポロシティを消滅させることができないため、８％以上圧下する
ＦＭ鍛造後、スラブを１０９０℃〜１１５０℃に加熱し、全圧下率が２０％以上３０％以下の加工条件で厚板圧延を行う。スラブ加熱温度が１０９０℃未満では、合金元素が十分固溶せず、１１５０℃を超えると、オーステナイト粒径が大きくなりすぎて、靭性が劣化するようになるため、１０９０℃〜１１５０℃とする。

スラブ厚が１１０〜３５０ｍｍの連続鋳造スラブに上述した鍛造を施した後、製品板厚が８０ｍｍ以上２３０ｍｍ以下の極厚鋼板を圧延するため、ＦＭ鍛造の圧下率と圧延の圧下率を合計した全圧下率を２０％以上３０％以下とする。全圧下率が２０％未満３０％超えでは、所望する製品板厚の極厚鋼板が得られない。

本発明法によれば、８０ｍｍ厚以上で、スラブ圧延垂直方向全幅、板厚の１／２厚±１０ｍｍ位置における０．１ｍｍφ〜１．０ｍｍφ径のポロシティーの数が１０個／１００ｍｍ以下である内質特性に優れた極厚オーステナイト系ステンレス鋼板の製造が可能である。なお、本発明はオーステナイト系ステンレス鋼であれば、その作用効果が得られ、鋼の成分組成は特に規定しない。

１１０〜３５０ｍｍ厚の連続鋳造スラブを用いて、鍛造及び厚板圧延の圧下率を変化させ、板厚が８１〜２４５ｍｍの極厚鋼板を製造し、得られた鋼板について超音波探傷試験をＪＩＳＧ０８０１に準じて実施し、内質特性を調査した。表１に供試鋼の化学成分を示す。

ポロシティーの調査は、スラブの端部から１００ｍｍの圧延垂直方向断面について全幅、１／２（中央）までについて０．１ｍｍφ〜１．０ｍｍφのポロシティーを光学顕微鏡（Ｘ２００）で観察し、その個数を測定し、単位長さあたりの数（個／１００ｍｍ）を測定した。なお、合否基準は金型用鋼（ＮＫＭ３）で適用実績がある０．１ｍｍφ〜１．０ｍｍφのポロシティーの個数が１０個／１００ｍｍ以下とした。

表２に製造条件と試験結果を合わせて示す。本発明法により製造した極厚鋼板（Ｎｏ．４、８、１０〜１６、１９、２３〜２５）はいずれも０．１ｍｍφ〜１．０ｍｍφのポロシティーの個数が１０個／１００ｍｍ以下であった。

１連続鋳造スラブ
２上金敷
３下金敷
Ｅ両端部
ｒ減尺代

Claims

以下の工程を備えた８０ｍｍ厚以上の極厚オーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法。
１．連続鋳造によるスラブを１０９０℃〜１１５０℃の範囲で加熱し、スラブの幅方向の両端部を幅方向から鍛造圧下し、スラブ幅を３００ｍｍ以上減尺させて、両端部を肥厚化させる工程。
２．上金敷の前記スラブとの接触長さを１としたとき、下金敷の前記スラブとの接触長さを３以上とする上下非対称の鍛造金型により、１０００℃以上の温度でスラブ厚さ方向に圧下率８％超えで圧下するＦＭ鍛造を行う工程。
３．その後、１０９０℃〜１１５０℃の範囲でスラブを加熱し、上記２でのＦＭ鍛造の圧下率と圧延の圧下率を合計した全圧下率が２０％以上３０％以下の加工条件で圧延を行う工程。