JPH08253813A - 高Ｃｒフェライトステンレス鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】Ｃｒを２５％以上と多量に含有するフェライト
ステンレス鋼板を、連続鋳造により保熱炉を必要としな
いホットチャージ法にてスラブに割れを発生させること
なく能率的に熱延鋼板を製造する方法を提供する。 【構成】重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｃｒ：２５〜
３５％、Ｍｏ：０．５〜５％、Ｎ：０．０１５％以下、
Ａｌ：０．０１〜０．２％、Ｎｂ：０．０５〜０．３
％、を含有し、Ｃ＋Ｎが０．０１５％以下のフェライト
ステンレス鋼を連続鋳造によりスラブとなし、引き続き
その衝撃遷移温度以下に冷却することなく加熱し、次い
で熱間圧延することを特長とする高Ｃｒフェライトステ
ンレス鋼板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性が非常に優れた
高Ｃｒフェライトステンレス鋼板を連続鋳造により製造
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｃｒ含有量が２５％以上の高Ｃｒフェラ
イトステンレス鋼としてはＳＵＳＸＭ２７、ＳＵＳ４４
７Ｊ１等がＪＩＳ規格化されている。これらはＣｒ含有
量が高いため炭窒化物がＣｒにより安定化される傾向を
有し、鋭敏化が起こりにくく、耐食性は良好である。従
って、ＸＭ２７、４４７Ｊ１等の成分規格にはフェライ
トステンレス鋼で一般に用いられるＮｂ、Ｔｉ等の安定
化元素の添加は明記されていない。このように高Ｃｒ鋼
は耐食性には優れているが、Ｃｒを多量に含有するため
に靱性が乏しい。

【０００３】Ｃｒ含有量が２０％前後と比較的低いフェ
ライトステンレス鋼板は、一般に製造効率のよい連続鋳
造法により製造されている。この方法は連続鋳造により
鋳片とした後、１０ｍ程度の長さに切断して積み重ね、
それを保温カバーにより保温することにより次工程の加
熱炉挿入までの間に温度が低下するのを防止し、次いで
加熱炉で加熱して熱間圧延する方法いわゆるホットチャ
ージ法が採られている。

【０００４】切断された鋳片が加熱炉に挿入されるまで
にかなりの時間がかかる。すなわち、切断後次の加熱ま
での間に表面疵を除去する手入れを行ったり、圧延チャ
ンスまで待機する時間が必要になるからであり、場合に
よっては切断から加熱炉挿入までに２０時間もかかるこ
とがある。低Ｃｒフェライトステンレス鋼の場合遷移温
度が低いので、切断から加熱炉挿入までが長くても、ス
ラブを積み重ね、断熱材で保温カバーをかけた状態でも
鋳片温度が遷移温度よりも低くなることはないので、ス
ラブが残留応力によって割れることはない。

【０００５】連続鋳造スラブは鋳型の下部より凝固が完
了するまでの間、スプレー水を噴霧して凝固を促進する
が、この冷却により大きな内部応力が発生している。ま
た肉厚が２００ｍｍ程度と薄いため温度も低下しやす
く、靱性の乏しい鋼ではスラブの割れに対して非常に不
利となる。

【０００６】２５％以上の高Ｃｒフェライトステンレス
鋼は前記したように靱性がわるく、遷移温度が４００〜
５００℃程度になる。高Ｃｒフェライトステンレス鋼を
通常の連続鋳造におけるホットチャージ法を適用する
と、鋳片温度が鋳片切断から加熱炉挿入までの間に遷移
温度以下に下がり、鋳片に横割れが発生するという問題
があった。従って、高Ｃｒフェライトステンレス鋼板
は、一般には製造効率のわるいインゴット造塊法により
製造されている。インゴットから製造したスラブが割れ
にくいのは連続鋳造スラブのように鋳造組織でなく、結
晶組織が細かくなっていること、及び鍛造の実施により
内部応力が小さくなっているためである。

【０００７】しかし、この方法でも肉厚の大きなインゴ
ットから製造したスラブの靱性には問題があり、大型の
横割れを防止するために、熱応力を緩和するための徐冷
工程を必要とし、製造コスト増加の原因となっていた。
大型の横割れはスラブの靱性が乏しい場合に何らかの欠
陥を起点として熱応力により発生するものと考えられて
いる。一旦横割れが発生すると加熱炉内でスラブが搬送
器具より脱落し、抽出が不可能となることがあり、加熱
炉操業に与える影響は甚大である。

【０００８】１０〜３０％までのＣｒを含む高純度フェ
ライトステンレス鋼について連続鋳造スラブを熱塊直送
にて加熱し、熱間圧延する方法が特公昭６１−４４１２
１号公報に開示されている。このフェライトステンレス
鋼の遷移温度は３００℃程度であると記載されている
が、２５％以上の高Ｃｒを含有する場合には３００℃以
上になると推定され、連続鋳造に適用するためには、切
断後の鋳片の温度低下を防止するため大容量の保熱炉に
挿入しなければならなく、高価な設備が必要となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｃｒを２５
％以上と多量に含有するフェライトステンレス鋼板を連
続鋳造法により製造する方法であって、保熱炉を必要と
しないホットチャージ法にてスラブに割れを発生させる
ことなく能率的に熱延鋼板を製造する方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高Ｃｒフ
ェライトステンレス鋼を連続鋳造に適用した場合に、鋳
片に切断してから熱間圧延のために加熱するまでの間に
鋳片の温度が３００℃以下になっても割れが発生しない
ようにするため、遷移温度を３００℃以下にすべく高Ｃ
ｒフェライトステンレス鋼の成分組成につき鋭意検討を
重ねた。その結果、高Ｃｒフェライトステンレス鋼にＮ
ｂを微量添加すると共にＣ＋Ｎ量を０．０１５％以下に
低減することにより遷移温度を３００℃以下、更には２
００℃以下にまで低下させることができるという知見を
得るに至った。本発明はこの知見に基づきなされたもの
で、その要旨は、「重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｃ
ｒ：２５〜３５％、Ｍｏ：０．５〜５％、Ｎ：０．０１
５％以下、Ａｌ：０．０１〜０．２％、Ｎｂ：０．０５
〜０．３％、を含有し、Ｃ＋Ｎが０．０１５％以下のフ
ェライトステンレス鋼を連続鋳造によりスラブとなし、
引き続きその衝撃遷移温度以下に冷却することなく加熱
し、次いで熱間圧延することを特長とする高Ｃｒフェラ
イトステンレス鋼板の製造方法」にある。

【００１１】

【作用】鋳片を切断した後、スラブを積み重ね保温カバ
ーをかけた状態でのスラブの冷却温度と冷却時間の関係
を調べるため、２９％Ｃｒ−４％Ｍｏ−２％Ｎｉ鋼を連
続鋳造により厚さ２００mm、幅１０００mmの鋳型に鋳込
み、長さ１０m に切断し、それを５枚重ね、最初に切断
した１枚の冷却状況を調べた。

【００１２】図１はスラブの表面冷却温度とそれに要し
た冷却時間との関係を示す。同図より、鋳片温度が３０
０℃に下がるには約６時間、２００℃迄には約２５時間
かかることがわかる。

【００１３】従って、高Ｃｒフェライトステンレス鋼の
遷移温度を３００℃以下、好ましくは２５０℃以下にす
ることを目標に、成分組成の検討を行った。

【００１４】成分の遷移温度に及ぼす影響を調べるた
め、真空高周波溶解によってＣ、Ｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ
等の含有量を種々変化させたフェライトステンレス鋼を
溶製し、厚み５０ｍｍの金型に鋳込み各々１７ｋｇの偏
平鋼塊とし、連続鋳造スラブの冷却速度を模擬するため
にこの鋼塊の表面温度が６００℃になった時点で断熱材
に包装して徐冷した。

【００１５】次いで、機械加工によりこの鋼塊よりＪＩ
Ｓ４号シャルピー試験片を採取し、割れの伝播方向が柱
状晶の成長方法と平行になるように２ｍｍのＶ開先を付
与し、１００〜６００℃にて試験をおこない、衝撃遷移
温度を求めた。なお、これらの鋼塊の柱状晶の大きさは
幅が数ｍｍ、長さが１０〜２０ｍｍ程度であった。

【００１６】図２は、２９％Ｃｒ−４％Ｍｏ−２％Ｎｉ
鋼について、Ｃ＋Ｎが０．０１５％のＮｂ無添加鋼と
０．０９〜０．２４％のＮｂを添加した鋼の場合のシャ
ルピー試験結果である。安定化元素であるＮｂを含まな
いフェライトステンレス鋼のスラブが５００℃以上とい
った予想外の高い遷移温度を示しているが、このことは
いままで知られていなかった。今回の実験によると破壊
形態は粒界破壊であり、その原因は柱状晶の粒界にＣｒ
炭窒化物がフィルム状に析出していることであった。３
０％Ｃｒ−２％Ｍｏ鋼についても上記と同じ試験を行っ
たが、Ｃ＋Ｎが３７ｐｐｍの鋼でも粒界破壊が見られ
た。一方微量のＮｂを添加した鋼では粒界破壊は全く見
られず、脆性の形態は劈開破壊のみとなった。Ｎｂ添加
の効果は炭窒化物の析出形態を変化させたため現れたと
考えられる。

【００１７】以下各成分元素の含有量と製造方法を限定
した理由と作用について説明する。

【００１８】Ｃ、Ｎ、Ｃ＋Ｎ：Ｃ、Ｎは鋼の靱性と耐食
性を著しく害する元素であるためそれぞれ０．０１０％
以下、０．０１５％以下の含有量とする。Ｃ＋Ｎが０．
０１５％以上になると、Ｎｂを添加しても遷移温度を３
００℃以下にすることができないのでＣとＮの合計含有
量は０．０１５％以下とする。

【００１９】Ｃｒ：Ｃｒはステンレス鋼の耐食性を担う
主要元素であり、耐食性を確保するためには２５％以上
の含有が必要である。一方３５％を超えるとＣ、Ｎの精
錬が困難となり靱性が低下して製造上好ましくないので
上限を３５％とする。

【００２０】Ｍｏ：Ｍｏはステンレス鋼の耐食性を高め
るために添加される重要な元素である。本発明の対象と
する鋼では０．５％未満では耐食性改善効果が少なく５
％を超えて含有させると金属間化合物を析出し易くなり
靱性を害するので０．５〜５％の含有量に定めた。

【００２１】Ａｌ：Ａｌは鋼の脱酸能力が非常に大きい
元素であり、高Ｃｒフェライトステンレス鋼においては
靱性の観点から必ず添加する必要がある。脱酸により酸
化物系介在物を減少させ高い靱性を得るためには０．０
１％以上の含有が必要である。一方過剰な添加は鋼の硬
質化を招き、加工性を低下させる場合があるので０．２
％以下の含有量とする。

【００２２】Ｎｂ：Ｎｂは連続鋳造スラブの靱性を高め
るために添加される重要な元素であり、Ｎｂの炭窒化物
を形成しＣｒ炭窒化物の析出を抑制する。この目的のた
めには０．０５％以上の含有が必要である。一方過剰な
添加は鋼を硬質化し逆に靱性を損なうようになるので含
有量の上限を０．３％とした。好ましくは０．１〜０．
２５％である。

【００２３】本発明の製造方法が対象とするフェライト
ステンレス鋼は、上記の元素を含有するフェライトステ
ンレス鋼であればよく、その他に含有させるのが好まし
い元素は以下の通りである。

【００２４】Ｓｉ、Ｍｎ：Ｓｉ、Ｍｎは鋼の脱酸にかか
る基本元素であり添加するのが好ましく、過剰な添加は
加工性および靱性をそこなうので０．４％以下にするの
が好ましい。

【００２５】Ｎｉ：Ｎｉはフェライトステンレス鋼の耐
食性を高める場合に必要に応じて添加される。しかし過
剰な添加は強度を上昇し過ぎるので制限が必要であり、
３％以下にするのが好ましい。

【００２６】Ｐ、Ｓ：Ｐ、Ｓはステンレス鋼の耐食性と
靱性および熱間加工性を劣化させる元素であり、それぞ
れ０．０３０％以下、０．０１０％以下に低減するのが
好ましい。

【００２７】Ｃｕ、Ｖ：Ｃｕ、Ｖはステンレス鋼に不可
避的に混入する場合と、耐食性を付加的に高めるために
添加される場合がある。いずれの場合でも過剰な含有は
フェライトステンレス鋼を硬質化し、靱性を害するので
それぞれ０．２％以下、０．３％以下とするのが好まし
い。

【００２８】Ｔｉ：ＴｉはＮｂと同様の炭窒化物の形成
能力を有し、冷延鋼板の降伏点伸びを低減する効果を有
する。この目的のために必要に応じて添加される元素で
ある。このためには添加量は多い程よいが、窒化物の形
成能力が非常に強く０．１％を超えて含有させると粗大
なＴｉＮが形成されて靱性を害するようになることから
含有量の上限を０．１％とするのが好ましい。

【００２９】そのほか熱間加工性や耐酸化性を高めるた
めに０．０１％以下のＣａ、Ｍｇ、Ｂおよび０．１％以
下のＺｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅを含有させることができる。

【００３０】次に、衝撃遷移温度以下に冷却することな
く加熱する理由について説明する。

【００３１】鋳片を鋳造後遷移温度以下に冷却して加熱
すると炉内で鋳片の内部の引張り応力が降伏応力を超え
鋳片が割れるため、鋳片が遷移温度以上の温度にある状
態で加熱しなければならない。

【００３２】連続鋳造スラブの衝撃遷移温度は、製造工
程中には測定することは不可能であるが、スラブを小さ
く切断して冷却しこの小片よりシャルピー試験片を採取
し試験することで求められる。

【００３３】本発明では前記成分規制により連続鋳造ス
ラブの遷移温度を３００℃以下まで低下させることがで
き、鋳片の切断後７時間以上経過してからでも加熱炉に
挿入することが可能である。遷移温度が２５０℃の場合
は、切断後１０数時間経過しても割れの発生はない。

【００３４】

【実施例】表１に示す化学組成の鋼を７０トンの規模で
連続鋳造により、厚さ２００ｍｍ、幅１０００ｍｍ幅の
鋳片とし、８ｍの長さに溶断して各５枚のスラブを採取
した。

【００３５】Ｎｂを含有しない比較鋼のＥ鋼について
は、一部の溶鋼を８トンのインゴットに鋳造後、ホット
チャージして熱間鍛造して厚さ２００ｍｍ、幅１０００
ｍｍ、長さ６ｍのスラブとした。このようにして得られ
たスラブを再度ホットチャージし、１２３０℃に加熱後
3.2 〜4.5mm の厚みにまで熱間圧延を行った。

【００３６】

【表１】

【００３７】なお、表１に示した成分の各鋼について遷
移温度は、事前に製造したスラブから長さ０．５ｍのサ
ンプルを採取し、常温まで冷却し、シャルピー試験片の
加工をおこなって求めておいた。

【００３８】連続鋳造後溶断した各スラブはそれぞれ５
枚を積み重ねて保温カバーをかけ、徐冷し最初に切断し
た１枚のスラブが遷移温度よりも５５〜１１５℃高い温
度になった時点で加熱炉に挿入し、１２３０℃に均熱し
た後熱間圧延を行った。一方、比較例として、連続鋳造
したＮｂ無添加のＥ鋼は遷移温度が高かったため、最初
に切断したスラブの温度が遷移温度よりも６０℃低くな
った時点で加熱炉に挿入した。

【００３９】鋳込み完了から熱間圧延終了までに要した
時間と、熱延鋼板の表面状況を表２に示す。

【００４０】熱間圧延後の鋼板の表面状況は、コイル研
削ラインでの疵の除去状況により判断した。片面当たり
２回の研削（約４０μm ）により除去された場合を良好
とした。２回研削後も割れが残り、除去不可能と判断し
た大型の割れが発生した部位は切断除去してスクラップ
とした。また、スラブの脆化が激しい場合は熱間圧延開
始前に、あるいは１〜２パス後に大きな割れが見られ、
圧延不能と判断してスクラップ処理とした。特に連続鋳
造された最初に出てくるスラブは温度が低下しやすく、
割れ発生の確率が高かった。

【００４１】

【表２】

【００４２】表２に示されるように、本発明で規制する
成分の高Ｃｒフェライトステンレス鋼は遷移温度が３０
０℃以下と著しく低いので、鋳込み完了から加熱炉に挿
入するまでの時間を５〜２０時間と長くしてもスラブに
割れが発生しない。しかし、比較鋼のＦ、Ｇ鋼の連続鋳
造の場合は、遷移温度が高いため鋳込み完了後３時間と
いう短時間で加熱炉に挿入してもスラブに割れが発生し
ている。

【００４３】また、本発明方法では鋳込み完了から熱延
終了までの所要時間が１０時間程度と従来のインゴット
による方法の約３０時間に比べ著しく短縮されている。

【００４４】本発明により、高Ｃｒフェライトステンレ
ス鋼板の連続鋳造−ホットチャージ法による製造が可能
となる。

【００４５】

【発明の効果】本発明の方法により、２５％以上のＣｒ
を含有するフェライトステンレス鋼板を連続鋳造により
通常のホットチャージ法で能率的かつ安価に製造するこ
とができ、産業上極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラブの冷却温度と冷却時間との関係を示す図
である。

【図２】Ｎｂの衝撃特性に及ぼす影響を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｃｒ：２
   ５〜３５％、Ｍｏ：０．５〜５％、Ｎ：０．０１５％以
   下、Ａｌ：０．０１〜０．２％、Ｎｂ：０．０５〜０．
   ３％、を含有し、Ｃ＋Ｎが０．０１５％以下のフェライ
   トステンレス鋼を連続鋳造によりスラブとなし、引き続
   きその衝撃遷移温度以下に冷却することなく加熱し、次
   いで熱間圧延することを特長とする高Ｃｒフェライトス
   テンレス鋼板の製造方法。