JPH02101118A - 耐熱性，加工性，溶接性の優れたフェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は工業炉、燃焼装置等の部品の製造に適した、優
れた耐熱性、加工性、溶接性を有する熱延鋼板を製造す
る方法に関する。

〔従来の技術〕

高温で使用される部位には、ステンレス鋼が多く使用さ
れている。これは、ステンレス鋼中に含まれるＣｒが高
温で表面に保護性のある緻密な酸化皮膜を形成し、優れ
た耐酸化性を示すからである。

またＳｉの添加はさらに耐酸化性を向上させるため、Ｓ
ｉを添加したステンレス鋼は耐熱用途に広く使用されて
いる。さらにＳｉを添加されたフェライト系ステンレス
鋼は低酸素で水分の多い雰囲気、つまり燃焼雰囲気で赤
褐色の鉄系酸化物が生じる所謂異常酸化が発生しにくい
ため、燃焼装置あるいは器具用材料として注目されてい
る。しかしフェライト系のステンレス網にＳｉを添加す
ると、室温での靭性が低下し、曲げ加工や溶接時に脆性
割れを生じやず（なる。これは板厚の大きい熱延中板で
顕著であるため、Ｓｉの添加された耐熱フェライト系ス
テンレス鋼は冷延薄板では使用されているが、熱延中板
は延性不足により、曲げ加工や溶接を必要とする耐熱構
造用材料としては使用できないのが現状である。従って
板厚を要する部位にはオーステナイト系の耐熱鋼を使用
してきた。しかしオーステナイト系の耐熱鋼はフェライ
ト系の材料に比べ延性あるいは高温強度には優れている
が、熱膨張率が高いため熱膨張による変形を生じやす（
、またＮｉを含有するためコストも割高となることから
、フェライト系で耐熱性に優れ、加工性、溶接性の良好
な熱延鋼板が嘱望されてきた。

Ｓｉを添加し、耐熱性を向上させたフェライト系ステン
レス鋼の加工性を改善する方法として、鋼中のＣあるい
はＮを低減することは、特公昭５７２２６７号公報にも
開示されている。またＣやＮを固定するＴｉ　、Ｎｂ等
を添加することも特開昭５５１６１０４９号公報、特開
昭５７−１６４９６７号公報、特開昭５７−１６４９６
８号公報、特公昭６２−ｊＯ号公報　に開示されている
。これらの技術はいずれも加工や溶接時に割れの起点と
なる炭化物、窒化物の析出を抑制することが目的であり
、冷延薄板の延性を向上させ加工性を改善させるために
は効果がある。しかしＣやＮを低減することにより、フ
ェライトが安定化し、高温でオーステナイトが析出しな
くなり、フェライト単相組織となる。このため熱延前の
加熱時にフェライト粒が粗大化し、また熱延中もフェラ
イト−相であるため、熱延時に導入される歪が累積され
ず、再結晶が進行しない。従って熱延後の組織は圧延方
向に長く伸びた粗大伸展粒となる。この熱延組織粗大化
により熱延板の靭性は十分改善されず、曲げ加工時にロ
ービングが発生し、脆性破壊を生じたり、また溶着金属
部から溶接熱影響部にかけて低温割れを生じたりするた
め、熱延綱板を耐熱構造用部材として使用できなかった
。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、耐熱構造用部材として使用できるフェライト
系熱延鋼板を製造するために、Ｓｔの添加された熱延中
板の加工性および溶接性を改善することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

以下に本発明の構成について説明する。本発明では上記
目的を達成するため、Ｓｉの添加された熱延鋼板の組織
の細粒化に着目し、そのための最適成分および製造方法
を追求した。その結果、鋼材の成分を重量パーセントで
Ｃ０，０５〜０．１０％、Ｓｉ　　１〜３％、Ｃｒ　１
２〜１８％、ＩＶ　０．０５〜０．２０％に制御し、か
つ熱間圧延前の加熱温度を１１００〜１２５０℃とし、
１０５０℃以上の温度域で累積圧下率で７０％以上圧延
することを特徴とする熱間圧延方法を見出し、熱延板の
細粒化に成功した。また熱延後の焼鈍温度を８５０〜１
０００℃にし、その後好ましくは０．５℃／ｓｅｃ以上
で急冷することにより、熱延板の靭性がさらに改善され
、加工性および溶接性の優れた熱延中板を製造できるこ
とを見出した。

〔作　用〕

以下でさらに各成分の範囲規定の理由および製造方法の
詳細について説明する。

Ｃは熱延板の組織を細粒化するために最も重要な元素で
ある。この元素を０，０５％以上添加することにより、
１０５０℃〜１２５０℃で細粒化するために必要なオー
ステナイト相を析出させることができる。０．０５％未
満であるとオーステナイト相が析出しないか、また析出
しても熱延板組織を細粒化させるのに十分な量ではない
。従来技術でＣは、材料の靭性を劣化させる炭化物を形
成する有害元素として極力下げる方向であったが、この
発明では従来有害元素としてしか考えられなかったＣが
、高温で析出するオーステナイト相を確保する最も有効
な元素であることを確かめている。

しかしＣの添加量が０．１０％を越えると析出する炭化
物により、常温での硬さが上昇し加工しにくくなるばか
りで、過剰のＣは何ら効果を奏さない。

Ｓｉは高温での耐酸化性を維持するだめの元素であり、
十分な効果を有するためには１％以上の含有量が必要で
ある。しかしＳｉはフェライト相を脆化させる元素であ
るため過剰な添加は避けることが望ましい。本発明に記
載されている製造方法により熱延板の組織を細粒化して
も３％を越えて添加すると脆化ば著しくなるため、上限
を３％とした。

Ｃｒも高温での耐酸化性を維持するためには必須の元素
であり、十分な効果を有するためには１２％以上の含有
量が必要である。しかしＣｒはフェライト相を安定化す
る元素であるため、含有量が多すぎると、組織を細粒化
するオーステナイト相の析出が起こらなかったり、ある
いは必要十分な析出量を確保できなくなる。従ってＣｒ
の含有量の範囲を１２〜１８％とした。

ＡＺは熱延後の焼鈍を８５０℃以上で実施するために必
要な重要な添加元素である。Ａｌが無添加であると、８
５０〜１０００℃の熱延板焼鈍中にオステナイト相が析
出し、焼鈍後の象、冷により析出したオーステナイト相
がマルテンサイトに変態する。このマルテンサイトは熱
延板を著しく脆化させ、曲げ加工が非常に難しくなる。

熱延後の焼鈍を実施するためには、フェライト−オース
テナイト変態点を焼鈍温度以上に引き上げる必要があり
、そのためにはＭの添加量が０．０５％以上必要である
。しかし０．２０％を越えて添加すると変態点がさらに
上昇し、熱延中にオーステナイト相が析出しなかったり
、析出しても細粒化に必要な量を確保できなくなるため
、Ｍの添加量は０．０５〜０．２０％とした。

次に、製造方法について説明する。

まず熱間圧延前の加熱温度はオーステナイト相が十分析
出する１１００〜１２５０℃とする。析出したオーステ
ナイト相によりフェライト粒の成長が抑制され、組織の
粗大化を防止できる。しかし１２５０℃を越えて加熱す
ると、逆に析出するオーステナイト相は減少し、フェラ
イト粒は象、激に粒成長し、組織が粗大化する。また１
１００℃未満の加熱温度であると１０５０℃までに７０
％以上の累積圧下率を確保することは困難である。

オーステナイト量の多い温度範囲で圧延し、かつフェラ
イト粒の成長を極力抑えるためには、熱延前の加熱温度
を１１５０〜１２２０℃とすることが望ましい。

また圧延中にフェライト粒を再結晶させるためには、十
分な量のオーステナイト相と圧下量が必要である。オー
ステナイト相はフェライト相に比べ高温で硬いため、圧
延中にフェライト相の方に歪を集中させ、再結晶を促進
させる。十分に再結晶を行わせるためには、１０５０℃
以上の圧延温度で７０％以上の累積圧下率が必要となる
。１０５０℃未満に温度が下がると急激にオーステナイ
ト相が減少し、オーステナイト相による再結晶促進の効
果が失われる。従って１０５０℃未満での圧下はフェラ
イト粒微細化に効力を有しない。

熱延後の焼鈍は、熱延板材質を軟質化し、その後の象、
冷で靭性をさらに改善することができる。

前述の如く八Ｆを０．０５〜０．２０％添加し、フヱラ
イト→オーステナイトへの変態点を上昇させることによ
り、８５０〜１０００℃での温度域でオーステナイト相
の析出を抑制しつつ焼鈍が可能となり、その後の象、冷
による靭性向上効果が著しい。

８５０℃未満の焼鈍ではその後の急冷による靭性向上効
果が小さく、また１０００℃を越えるとオーステナイト
相が析出し、急冷によりオーステナイト相がマルテンサ
イトに変態し、靭性は著しく悪化するため、焼鈍温度ば
８５０〜１０００℃とする。

また焼鈍後の冷却速度は０．５℃／ＳｅＣ以上必要であ
り、これ未満の冷却速度では靭性は逆に低下する。これ
は焼鈍中に固溶したＣやＮが炭化物、あるいは窒化物と
して析出することに起因する。さらに焼鈍温度が９００
℃以上では焼鈍時間を短縮できることから、連続焼鈍装
置を使用することが可能で、しかも焼鈍後の象、冷も容
易であることから実際の製造では連続焼鈍法を用いるこ
とが望ましい。

本発明に従った成分範囲と、熱延あるいは焼鈍方法の両
者を満足したとき、優れた加工性と溶接性を有する熱延
鋼板が製造できるのである。本発明の特徴を模式的に示
したのが第１図である。つまり本発明に従った３４１〜
３％、Ｃｒ１２〜１８％の鋼において、本発明に従った
熱延方法にて熱延組織を細粒化させるためには十分な量
のオーステナイト相を析出させる必要があり、そのため
にはＣを０．０５％以上添加しなければならない。また
１０００℃以下でオーステナイト相が析出するのを抑制
し、焼鈍可能にするためにはＭを０．０５％以上添加す
ることを必要とする。次に熱延は、本発明に従った成分
範囲において、加熱温度を１１００〜１２５０℃とし、
オーステナイト相が十分析出している１０５０℃以上で
７０％以上の累積圧下率を確保しなければならない。ま
た焼鈍はオーステナイト相の析出しない８５０〜１００
０℃で行い、その後好ましくは０．５℃／ＳｅＣ以上で
冷却することで、さらに熱延板の靭性を向上させること
ができるのである。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を記載する。

第１表に供試材の化学組成（重量％）を示す。

第１表に示すＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｆ、Ｇの鋼塊は実験室で
溶製した小型鋼塊である。またＥとＨの鋼塊は生産に使
用されている実際の転炉および連続鋳造で作製した鋼塊
である。

実施例−１ 第１表に示すＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｆ、ｃの鋼塊を使用し、
熱延前の加熱温度を、１１３０℃１１１５０℃１１２０
０℃１１２５０℃，１３００℃に変化させ、また１０５
０℃以上での累積圧下率を６０％、７０％、８０％に制
御し圧延を行い、最終的にはいずれも７薗厚さまで熱延
を行った。熱延板から５■厚サブサイズのシャルピー試
験片を切り出し、衝撃値４ｋｇｍ／ｃｎｌを越える温度
で靭性を評価した。その結果を第２表に示す。この表か
ら室温以下で衝撃値４　ｋｇｍ／ｃｄｌを越える良好な
靭性を有する熱延板を得るには、加熱温度を１２５０℃
以下にし、１０５０℃以上まで累積圧下率を７０％以上
確保することが必要であることが判る。次にＮ。

５、Ｎ０１８〜１２の熱延板を８００〜１０５０℃で１
０分加熱し、空冷した。この時の平均冷却速度は５℃／
ｓｅｃであった。この焼鈍板から５　ｍｍ厚サブサイズ
のシャルピー試験片、６鵬厚の而げ試験片と溶接試験片
を切り出し評価を行った。靭性は衝撃値４ｋｇｍ／ｃ−
を越える温度で、曲げ加工性は半径１２ｍｍで９０”曲
げを室温にて行い、割れ発生の有無で、また溶接性は室
温で拘束溶接試験を行い、割れ発生の有無で評価した。

拘束溶接試験の模式図を第２図に、評価結果を第３表に
示す。この評価結果から、オーステナイト相の析出する
１０００℃超では著しく靭性が低下し、加工性、溶接性
が劣化し、また８５０℃未満の焼鈍温度では熱延板の靭
性と何等代わるところがなく靭性向上効果が見られない
。さらにＮｏ、　５とＮα１０の熱延板を用い、９３０
℃で１０分間焼鈍後、０．１〜１０℃／ｓｅｃで冷却し
、５ｍｍ厚サブサイズのシャルピー試験片を切り出し、
衝撃値４ｋｇｍ／ｃＪを越える温度で靭性を評価した。

その結果を第４表に示す。この結果から靭性を向上させ
るには０．５℃／ｓｅｅ以上の冷却速度が必要であるこ
とが判る。

実施例−２ 第１表に示すＥおよびＨの鋼塊を工場の熱間圧延機にて
圧延を行った。このときの加熱温度は１１８０℃で、１
０５０℃以上の粗圧延で９１％の累積圧下を行い、続く
仕上げ熱延にて最終的には６１１ＩＩ１１厚まで圧延し
、８５０℃でコイルに巻き取った。このときの１バス当
たりの圧下率は５〜３０％であった。次にこの熱鉦コイ
ルを連続焼鈍装置で焼鈍した。このときの加熱温度は９
３０　’Ｃで２分保定後、２０℃／ｓｅｃで冷却した。

このコイルから５１１ＩＩ１１厚サブサイズのシャルピ
ー試験片を切り出し、衝撃値４　ｋｇｍ／ｃｍ”を越え
る温度で靭性を評価した。曲げ加工性は６Ｍ厚の試験片
で半径１２ｍｍで９０°曲げを室温にて行い、割れ発生
の有無で評価した。また溶接性は６ＩＩＩＩ１１厚の試
験片を用い、室温にて拘束溶接試験を行い、割れ発生の
有無で評価した。その結果を第５表に示す。この結果か
ら、本発明の成分範囲にある鋼を、本発明の方法にて製
造すると耐熱性、加工性、溶接性の優れた熱延鋼板がで
きることが判る。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明はフェライト系熱延鋼板の成分を一
定範囲に限定するとともに、熱間圧延における加熱条件
、熱延条件を規定し、さらに必要に応じ熱延後の熱処理
を施すことにより、耐熱性は勿論、従来から問題とされ
ていた加工性、溶接性も優れた材料を提供するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明での製造方法を模式的に表した図、第２
図は拘束溶接試験の溶接条件と拘束状態を模式的に示し
た図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量パーセントで、Ｃ０．０５〜０．１０％、Ｓ
   ｉ１〜３％、Ｃｒ１２〜１８％、Ａｌ０．０５〜０．２
   ０％含み、残部不可避的不純物以外はＦｅの材料を、熱
   間圧延前に１１００〜１２５０℃の温度に加熱し、１０
   ５０℃以上の温度域にて累積圧下率で７０％以上圧延す
   ることを特徴とする耐熱性、加工性、溶接性の優れたフ
   ェライト系熱延鋼板の製造方法。
2. （２）重量パーセントで、Ｃ０．０５〜０．１０％、Ｓ
   ｉ１〜３％、Ｃｒ１２〜１８％、Ａｌ０．０５〜０．２
   ０％含み、残部不可避的不純物以外はＦｅの材料を、熱
   間圧延前に１１００〜１２５０℃の温度に加熱し、１０
   ５０℃以上の温度域にて累積圧下率で７０％以上圧延し
   、かくして得られた熱延板を８５０〜１０００℃に加熱
   し、次いで急冷することを特徴とする耐熱性、加工性、
   溶接性の優れたフェライト系熱延鋼板の製造方法。
3. （３）熱延板を８５０〜１０００℃に加熱した後の冷却
   速度を０．５℃／ｓｅｃ以上とすることを特徴とする請
   求項２記載の耐熱性、加工性、溶接性の優れたフェライ
   ト系熱延鋼板の製造方法。