JPH1030107A - ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インゴット作成時に巨大な共晶炭化物の発生を
低減することができるステンレス鋼の製造方法を提供す
ることを課題としている。 【解決手段】溶解炉で、鋼の素材にＣを０．６〜１．０
重量％、Ｓｉを０．１〜１．０重量％、Ｍｎを０．２〜
１．０重量％、Ｃｒを１０〜１４重量％添加して溶鋼を
製造し、その溶鋼を、湯口を介してインゴットケース２
内に注ぎ、インゴットケース２内の型枠面に応じた形状
に凝固させて断面長方形のインゴット１を製造する。こ
のとき、作成されるインゴット１断面の中心Ｃを通るイ
ンゴットケース２の型枠面２ａ間の最短距離Ｌを２００
mm以下、つまり、インゴット１横断面の短辺を２００mm
以下に設定することで、最大径が１０μｍを超える共晶
炭化物の面積率を０．５％以下にできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炭素マルテンサ
イト系ステンレス鋼の鋳造の際の凝固時に生じる巨大共
晶炭化物の低減のための改良に係るステンレス鋼の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炭素マルテンサイト系ステンレス鋼の
鋳造には、従来，作成するインゴットの寸法を、生産性
などの見地から、その平均の断面寸法で２５０mm×２５
０mm以上の大きさとなるように設計するのが一般的であ
る。なお、インゴットの断面形状は、一般的には略正方
形である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、大きな断面寸
法のインゴットを作成する場合には、インゴットケース
の型枠面（冷却面）から鋳込まれた溶鋼の中心までの距
離が長くなって、溶鋼の冷却速度が遅くなる。このた
め、凝固して作成されたインゴット中には、最大径が１
０μｍを超えるような巨大な共晶炭化物の発生は避けら
れない。

【０００４】作成したインゴット中に最大径が１０μｍ
を超えるような共晶炭化物が所定量以上の割合で存在す
ると、そのインゴットから軸受部品を製造した場合、特
願昭６０−２０６０号に記載されているように軸受の静
粛性（音響特性）を劣化させる原因となったり、特願昭
５２−１８０３７号に記載されているように軸受の転動
寿命を劣化させる原因になるという問題がある。

【０００５】このため、従来においては、最大径が１０
μｍ以上の巨大な共晶炭化物を微細化するために、１２
００℃前後の高温で１０時間以上の長時間にわたる均熱
処理（ソーキング）を行う必要があった。

【０００６】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、インゴット作成時に巨大な共晶炭化物
の発生を低減することができるステンレス鋼の製造方法
を提供することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のステンレス鋼の製造方法は、Ｃを０．６〜
１．０重量％、Ｓｉを０．１〜１．０重量％、Ｍｎを
０．２〜１．０重量％、Ｃｒを１０〜１４重量％含有す
るマルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法において、
断面寸法の最小辺幅が２００mm以下となるように鋳込ん
でインゴットを作成することを特徴としている。

【０００８】ここで、上記断面寸法の最小辺幅とは、イ
ンゴット断面の中心を通って当該断面を横断する最短距
離、即ちインゴット断面の中心を通るインゴットケース
の型枠面間の最短距離の長さを指し、例えば、断面が長
方形の場合には短辺の長さに等しく、断面が円形の場合
には直径の長さに等しい。また、上記断面は、通常、横
断面を指す。

【０００９】この発明においては、作成するインゴット
の断面寸法を小さく設定することで、インゴットケース
の型枠面（冷却面）からインゴット断面の中心までの距
離を短くして、鋳込んだ溶鋼の凝固速度を従来よりも速
くし、これにより、凝固時に発生する巨大な共晶炭化物
を微細化する。

【００１０】但し、本発明では、必ずしもインゴットの
断面積自体を小さくするのではなく、断面寸法の最小辺
幅を規定することで上記溶鋼の凝固速度を従来よりも速
くするものであり、必ずしもインゴットの断面積自体が
小さくなるとは限らない。

【００１１】そして、インゴットの断面寸法の最小辺幅
を２００mm以下に設定することで、最大径が１０μｍを
超える共晶炭化物の面積率が０．２％以下になったこと
に鑑み、インゴットの断面寸法の最小辺幅を２００mm以
下と規定した（後述の図４参照）。

【００１２】もっとも、インゴットの断面寸法の最小辺
幅を１５０mm以下に設定することで、最大径が１０μｍ
を超える共晶炭化物の面積率を０％以下に抑えることが
できるので、上記インゴットの断面寸法の最小辺幅は１
５０mm以下に設定するのが望ましい。

【００１３】また、インゴットの断面寸法の最小辺幅は
５０mm以上であることが望ましい。５０mm未満になる
と、非金属介在物、ホールなどの欠陥を微細にするた
め、圧延工程での鍛練比として８以上を得ることが困難
になり、上記欠陥が、製造したステンレス鋼に残ってし
まうためである。

【００１４】また、Ｃなどの含有量を上述のように設定
したのは、軸受部品等に使用可能な、良好な耐摩耗性、
耐食性、静粛性などを有する高炭素マルテンサイト系ス
テンレス鋼を得るためである。

【００１５】Ｃの含有量を０．６〜１．０重量％とした
のは、０．６重量％未満では、例えば，軸受部品に用い
た場合に焼入れ硬さが十分でなく、１．０重量％を超え
ると、共晶炭化物を減少したり微細化させることが困難
になるためである。

【００１６】また、Ｓｉの含有量を０．１〜１．０重量
％としたのは、Ｓｉは製鋼工程上の脱酸剤として通常，
鋼中に０．１重量％以上含有させるが、１．０重量％を
超えると加工性や靱性を損なうためである。

【００１７】また、Ｍｎの含有量を０．２〜１．０重量
％としたのは、Ｍｎは製鋼工程上の脱酸及び脱酸剤とし
て、通常０．２重量％以上含有されるが、１．０重量％
を超えると、熱間加工性が低下するためである。

【００１８】また、Ｃｒは耐食性を向上させるための元
素であり、１０重量％より少ないと十分な耐食性が得ら
れず、１４重量％を超えると、共晶炭化物の減少や微細
化が困難になるためである。

【００１９】また、上記の他に、温間強度や耐酸化性を
向上させるために、Ｍｏを含有させることが望ましい。
Ｍｏを含有させる場合には、０．１〜２．０重量％に設
定するとよい。即ち、０．１重量％よりも少ないと十分
な温間強度や耐酸化性を得ることができず、また、２重
量％を超えると、前記特性の向上が小さくなりコスト的
に不利となるからである。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図外の溶解炉で、鋼の素材に、
Ｃを０．６〜１．０重量％、Ｓｉを０．１〜１．０重量
％、Ｍｎを０．２〜１．０重量％、Ｃｒを１０〜１４重
量％添加して溶鋼とし、その溶鋼を、図１に示すよう
に、湯口３を介してインゴットケース２内に注ぎ、イン
ゴットケース２内の型枠面に応じた形状に凝固させて、
図３に示すようなインゴット１を製造する。

【００２１】ここで、図１では、下注ぎ法のインゴット
ケース２を例示しているが、これに限定されず、他の周
知の構成を採用してもよい。インゴットケース２の断
面、及び作成されるインゴット１の断面形状は、図２及
び図３に示すように断面長方形形状である。図２中、２
ａはインゴットケース２の型枠面を表し、Ｃはインゴッ
ト１の断面の中心を表している。また、２ｂは溶鋼を冷
却するための冷却空気や冷却水の通路を示している。

【００２２】このとき、本実施の形態では、作成される
インゴット１断面の中心Ｃを通る、インゴットケース２
の型枠面２ａ間の最短距離Ｌと等しい型枠の短辺を２０
０mm以下、つまり、インゴット１断面の中心Ｃを通る最
短の横断距離に等しいインゴット１横断面の短辺を２０
０mm以下に設定することで、鋳込まれて生成されるイン
ゴット１の断面寸法の最小辺幅を２００mm以下に設定す
る。なお、通常、インゴット１には抜き角が付けられて
いるので、上記インゴット断面中の最大の横断面での断
面寸法の最小辺幅で規定するのがよい。

【００２３】このようにインゴット１を作成すること
で、最大径が１０μｍを超える共晶炭化物の発生を抑
え、例えば，軸受部品の素材として優れた耐摩耗性、耐
食性、静粛性などを備えた高炭素マルテンサイト系ステ
ンレス鋼を得ることができる。

【００２４】また、本実施の形態では、インゴット１の
断面寸法の短辺側のみを規定するだけであるので、長辺
側を長くすることで、インゴット作成時の巨大共晶炭化
物の発生を抑えつつ、従来と同等の断面寸法を得ること
は可能であり、インゴット作成時の生産性を低下させる
ことはない。逆に、長時間の均熱処理が不要となるため
にステンレス鋼の製造工程全体の生産性は向上する。

【００２５】ここで、温間強度や耐酸化性を向上させる
ために、Ｍｏを添加させることが望ましい。Ｍｏを含有
させる場合には、Ｍｏを０．１〜２．０重量％だけ添加
させればよい。

【００２６】また、上記実施の形態では、インゴット１
の断面形状を長方形に作成する場合で説明したが、これ
に限定されない、例えば、インゴットの断面形状を円形
や６角形等に設定した場合には、上記断面寸法の最小辺
幅は、辺の最小辺幅又は直径の長さに等しくなる。

【００２７】

【実施例】５ton 真空誘導溶融炉を用いて、鋼の素材に
対し、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒの４種類の元素、更にはＭ
ｏの元素を適宜，添加して溶融し、その溶鋼を、上述の
ように下注ぎ法によりインゴットケース２内に鋳込み凝
固させて断面長方形形状のインゴット１を生成した。

【００２８】各インゴットの寸法及び各元素の添加量
は、下記表１のように設定した。このとき、本発明に基
づく寸法と比較のために寸法に設定してある。また、イ
ンゴット１には、約２度程度の抜き角が設けてあり、押
し湯量は、インゴット１重量の１０〜１５％とした。

【００２９】

【表１】 さらに、共晶炭化物の発生状況を確認するために、上記
生成したインゴット１を１１００℃に加熱し熱間鍛造に
より直径１８mmの丸棒に加工した。

【００３０】その後、加工した丸棒における、インゴッ
ト１の最大断面寸法部分（図３の状態における底部）に
相当する部分を切り出し、丸棒の中心を通る長さ方向の
断面の３２０mm² について画像解析処理を行い、最大径
が３μｍ以上１０μｍ以下と１０μｍを超える共晶炭化
物の面積率をそれぞれ測定した。その結果は、上記表１
における右側に記載されている通りである。

【００３１】そして、インゴット断面寸法の最小辺幅
と、最大径が１０μｍを超える共晶炭化物の面積率及び
最大径が３μｍ以上１０μｍ以下の共晶炭化物の面積率
との関係を図示して見たところ、図４及び図５に示すよ
うな結果が得られた。

【００３２】この図４，図５及び上記表１から分かるよ
うに、本発明に基づく含有量に炭素Ｃ等を設定した材料
Ａ〜Ｈにうち、インゴットの断面寸法の最小辺幅を２０
０mm以下に設定した材料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｇ、Ｈ，Ｉ
は、最大径が１０μｍを超える共晶炭化物の面積率が
０．２％以下で最大径が３μｍ以上１０μｍ以下の共晶
炭化物の面積率が５％以下となり、一方、インゴットの
断面の最小辺幅を３００mmに設定した材料Ｄ，Ｆでは、
最大径が１０μｍを超える共晶炭化物の面積率が０．８
％以上となっていて、且つ最大径が３μｍ以上１０μｍ
以下の共晶炭化物の面積率が５％を超えているのが分か
る。

【００３３】このように、本発明に基づく製造方法を採
用した場合には、インゴット作成の時点で、最大径が１
０μｍを超える共晶炭化物を大幅に減少させることが可
能となる。

【００３４】さらに、材料Ｂ，Ｅ，Ｇ及びＨのごとく、
インゴット１の断面の最小辺幅を１５０mm以下に設定す
ることで、最大径が１０μｍを超える共晶炭化物の面積
率が０％に、さらにまた、材料Ａ，Ｇのごとくインゴッ
ト１の断面の最小辺幅を１２０mm以下とすることで、最
大径が３μｍ以上１０μｍ以下の共晶炭化物の面積率を
０％にできることが分かる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のステ
ンレス鋼の製造方法では、インゴットを製造する際に巨
大共晶炭化物の発生を減少及び微細化することができる
ので、長時間の均熱処理を実施しなくても、軸受部品等
に採用可能な優れた耐摩耗性、耐食性、静粛性等を備え
た高炭素マルテンサイト系ステンレス鋼を製造すること
ができ、ステンレス鋼製造の生産性が向上するという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るインゴットケースを
示す図である。

【図２】本発明の実施の形態のインゴットケース及びイ
ンゴットの断面を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態に係るインゴットを示す図
であり、（ａ）はその斜視図を、（ｂ）はその底面図を
表している。

【図４】本発明の実施の形態に係るインゴット断面寸法
の最小辺幅と最大径が１０μｍを超える巨大共晶炭化物
の面積率との関係を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態に係るインゴット断面寸法
の最小辺幅と最大径が３μｍ以上１０μｍ以下の共晶炭
化物の面積率との関係を示す図である。

【符号の説明】

Ｃ 中心 Ｌ インゴット断面寸法の最小辺幅 １ インゴット ２ インゴットケース ２ａ 型枠面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃを０．６〜１．０重量％、Ｓｉを０．
   １〜１．０重量％、Ｍｎを０．２〜１．０重量％、Ｃｒ
   を１０〜１４重量％含有するマルテンサイト系ステンレ
   ス鋼の製造方法において、 断面寸法の最小辺幅が２００mm以下となるように鋳込ん
   でインゴットを作成することを特徴とするステンレス鋼
   の製造方法。