JPH11158583A

JPH11158583A - Ｂ含有ステンレス鋼およびその熱延板の製造方法

Info

Publication number: JPH11158583A
Application number: JP32065897A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kajimura; 治彦梶村; Shuji Yoshida; 修二吉田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 1999-06-15
Anticipated expiration: 2017-11-21
Also published as: JP3687315B2

Abstract

(57)【要約】【課題】中性子遮蔽能力が高く、連続鋳造時に表面割れ
が起こりにくいＢ含有ステンレス鋼とそのステンレス鋼
を素材として割れの発生が少ない熱延板を製造する方法
の提供。【解決手段】重量%で、C:0.03%以下、Si:0.1〜1.0%、M
n:0.2〜2.0%、P:0.05% 以下、S:0.01%以下、Ni:7〜15
%、Cr:18〜25%、B:0.9〜2.5%、Mo:0.1〜1.0%、Al:0.3%
を超え0.8% 以下、N:0.04%以下、Ca:0〜0.01%、希土類
元素:0〜0.01%を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不
純物からなるＢ含有ステンレス鋼。さらにこのＢ含有ス
テンレス鋼のスラブを１２００℃未満の温度にした後、
１パス当たりの圧下率を下記式で示す限界圧下率以下で
圧下することによりを熱延板を製造する。Ｒｃ：｛Ｔ
（℃）／１０｝−２０×Ｂ（％）−３５、Ｒｃ：１パス
当たりの限界圧下率（％）、Ｔ：当該パスの圧延直前の
スラブの温度、Ｂ：スラブ中のＢの含有量（重量％）を
意味する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、核燃料輸送用容器
や使用済核燃料保管用ラック等の原子力関連の中性子遮
蔽板として好適なＢ含有ステンレス鋼とその熱延板の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｂを含有させたステンレス鋼が、核燃料
輸送用容器や使用済核燃料保管用ラック等の中性子遮蔽
材の素材として用いられている。例えば、０．６重量％
前後のＢを含有させたＳＵＳ３０４系ステンレス鋼は、
中性子遮蔽効果に加え、高温強度と耐食性に優れている
ために、上記ラック等の素材として用いられている。近
年、特に、上記ラック等を小型化することが指向されて
きたため、素材として薄肉のＢ含有ステンレス鋼板が必
要となり、製造性に優れるＢ含有ステンレス鋼の開発が
要望されている。

【０００３】しかし、Ｂを含有するステンレス鋼の製造
性には以下の問題がある。

【０００４】Ｂを含有するステンレス鋼を連続鋳造する
と、鋳型内で受ける冷却によりスラブの表面が抜熱され
て、表面割れが発生しやすい。この問題を解決する方法
として、モールドパウダーの融点、鋳造温度、鋳造速度
およびオシレーションの条件等を適宜工夫する方法が公
知である。ところが、この方法では、素材の化学組成に
よっては、連続鋳造後に表面割れが発生するものが多数
あった。また、Ｂを含有するステンレス鋼には、熱間加
工性に劣るという問題もある。例えば、Ｂ含有ステンレ
ス鋼のスラブに熱間圧延を施すと耳割れが発生すること
がよく知られている。Ｂ含有ステンレス鋼には、ボライ
ドと呼ばれるＣｒ₂ Ｂ、Ｆｅ₂ Ｂ、（Ｆｅ，Ｃｒ）₂ Ｂ
等の脆弱な低融点金属間化合物が生成し割れの起点とな
り、熱間圧延の際に耳割れを発生させる。

【０００５】耳割れを低減する方法として、例えば、特
許公報第２５４６５４９号には、熱間加工性を向上させ
るためにＡｌ含有量を０．３重量％以下に規制した鋼を
熱間圧延する方法が記載されている。しかし、この方法
では、熱間圧延を施す前処理として、１１００℃以上の
温度で５時間以上も保持するソーキングが必要となり、
熱延板を製造する際の生産性を著しく悪化させる。

【０００６】耳割れを低減する他の方法として、特開平
８−１５７９５８号公報には、熱間圧延前のスラブの加
熱温度を１２００℃未満とし、１パス当たりの限界圧下
率をＢ含有量と熱延温度により決定して圧延する方法が
開示されている。ところが、この方法では素材の化学組
成が考慮されていないので、鋼種によっては耳割れが発
生するものがあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、中性
子遮蔽能力が高く、連続鋳造時に表面割れが起こりにく
いＢ含有ステンレス鋼とそのスラブを素材として耳割れ
の発生が少ない熱延板を製造する方法を提供することで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次のＢ
含有ステンレス鋼とそのステンレス鋼のスラブを素材と
する熱延板の製造方法にある。

【０００９】（１）重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓ
ｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｐ：
０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：７〜１５
％、Ｃｒ：１８〜２５％、Ｂ：０．９〜２．５％、Ｍ
ｏ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．３％を超え０．８％
以下、Ｎ：０．０４％以下、Ｃａ：０〜０．０１％、希
土類元素：０〜０．０１％を含有し、残部がＦｅおよび
不可避的不純物からなるＢ含有ステンレス鋼。

【００１０】（２）上記（１）に記載の化学組成を持つ
Ｂ含有ステンレス鋼のスラブを１２００℃未満の温度に
した後、下記式で表される限界圧下率（Ｒｃ）以下で１
パス当たりの圧下を行うことを特徴とするＢ含有ステン
レス鋼の熱延板の製造方法。

【００１１】Ｒｃ＝｛Ｔ（℃）／１０｝−２０×Ｂ（％）−３５ここで、Ｒｃ：１パス当たりの限界圧下率（％）Ｔ：当該パスの圧延直前のスラブの温度Ｂ：スラブ中のＢの含有量（重量％）である。

【００１２】本発明鋼では、次の〜の構成を採るこ
とにより、連続鋳造で製造する際の表面割れの発生を低
減させている。

【００１３】０．３重量％を超えるＡｌを含有させて
いることＮの含有量を重量％で０．０４％以下に制限している
ことＭｏを重量％で０．１％以上含有させていること０．３重量％を超えるＡｌを含有させることにより、凝
固時に微細なＡｌ₂Ｏ₃を析出させる。微細なＡｌ₂Ｏ
₃は、Ｃｒ₂ Ｂ等のボライドの析出核となるので、析出
するボライドも微細になる。そのために、鋼の延性と強
度が向上し、連続鋳造時に引張応力がスラブにかかって
も、表面割れが発生しにくい。

【００１４】Ｎは、酸素よりもＡｌと反応しやすい元素
である。すなわち、Ｎを含有させておくと、Ａｌ₂Ｏ₃に
優先してＡｌＮが生成してまう。したがって、ボライド
の微細析出の核となるＡｌ₂Ｏ₃が減少し、表面割れを発
生させやすくなる。本発明鋼は、上記のようにＡｌを通
常のＢ含有ステンレス鋼よりも多量に含有させているの
で、Ｎ含有量を少なくする必要がある。本発明鋼では、
Ｎ含有量を０．０４重量％以下に制限することにより、
ＡｌＮの悪影響を防いでいる。

【００１５】Ｍｏは、フェライト相を形成する元素であ
る。一方、Ｂはオーステナイト相を形成する働きが強い
元素である。本発明鋼では、Ｍｏを０．１重量％以上含
有させてオーステナイト相が形成されすぎないようにす
ることにより、表面割れの発生を低減させている。

【００１６】本発明の熱延板の製造方法では、次の対策
により、熱間圧延の際の耳割れの発生を低減している。

【００１７】本発明方法の素材として用いる本発明鋼
は、延性と強度を備えるので連続鋳造時にかかる引張応
力によっても表面割れが発生しにくい。したがって、本
発明鋼のスラブに熱間圧延を施しても、従来のＢ含有ス
テンレス鋼よりも耳割れが発生しにくい。

【００１８】また、本発明方法では、熱間圧延直前のス
ラブの温度を１２００℃未満とする。１２００℃以上の
温度にすると、ボライドが再溶融して液相となり、スラ
ブの表面に露出した液相部は容易に酸化されて酸化物と
なり、圧延によって表面に疵が生じてしまう。また、ス
ラブ内部の液相部はわずかな歪が加わることでスラブ内
部に割れを起こす、いわゆる液膜脆化が起こる。

【００１９】さらに、本発明方法では、１パス当たりの
圧下率を前記式で求められる限界圧下率（Ｒｃ）以下に
維持して、熱間圧延を行う。１パス当たりの圧下率がＲ
ｃを超えると大きな耳割れが発生するからである。

【００２０】

【発明の実施の形態】（１）本発明鋼の化学組成以下の化学組成の説明で用いる％は、重量％を意味して
いる。

【００２１】Ｃ：Ｃは、オーステナイト相を安定させる
とともに高温強度を高める作用を持つ。一方、過剰に含
有させると、溶接した場合に溶接熱影響部でＣｒと化合
しＣｒ₂₃Ｃ₆ として析出して耐食性を悪化させてしま
う。したがって、上限を０．０３％とした。用途によっ
ては、Ｃ含有量を極めて低くくすることがあるので、下
限は特に制限しない。

【００２２】Ｓｉ：Ｓｉは、脱酸のために必要な元素で
ある。この効果を発揮させるためには、０．１％以上含
有させておく必要がある。一方、１％を超えるとＢ含有
ステンレス鋼を加工する際の熱間加工性を悪化させる。
したがって、Ｓｉの含有量は、０．１〜１．０％に規定
した。

【００２３】Ｍｎ：Ｍｎは、脱酸のために必要な元素で
ある。また、Ｍｎを含有させるとＳを固定し、Ｂ含有ス
テンレス鋼の熱間加工性を向上させる。これらの効果を
得るためには、０．２％以上含有させる必要がある。し
かし、２．０％を超えるとステンレス鋼の耐食性を悪化
させる。したがって、Ｍｎの含有量を０．２〜２．０％
とした。望ましいのは、０．８％以上、１．５％以下で
ある。

【００２４】Ｐ：Ｐは、本発明鋼の耐食性および熱間加
工性を悪化させる有害元素なので、含有量を０．０５％
以下に規制する。望ましいのは、０．０３５％以下であ
る。Ｓ：Ｓは、本発明鋼の粒界へ偏析して熱間加工時に割れ
を発生させる原因となる。また、ＳとＭｎが化合したＭ
ｎＳは、孔食の起点となり、耐孔食性を悪化させる。し
たがって、Ｓの含有量は、０．０１％以下とする。望ま
しいのは、０．００５％以下である。

【００２５】Ｎｉ：Ｎｉは、オーステナイト相の安定化
および強度の確保のために必要な元素である。この効果
を発揮させるためには、７％以上含有量させる必要があ
る。一方、含有量が１５％を超えるとオーステナイト相
が過度に安定し、熱間鍛造等の熱間加工を施した際に割
れが発生する。したがって、上限は１５％とする。望ま
しいのは、７％以上、１２％以下である。

【００２６】Ｃｒ：Ｃｒは、本発明鋼の耐食性の確保の
ために必須の元素であり、１８％以上含有させる。耐食
性を向上させる観点のみからは、Ｃｒの含有量は多いほ
ど好ましい。ところが、含有量が２５％を超えると、熱
間加工性を悪化させ、オーステナイト生成元素とフェラ
イト生成元素の量のバランスを保つために高価なＮｉの
添加量を増加させる必要があり、原料コストを上昇させ
る。したがって、上限を２５％とした。より好ましいの
は、２３％以下である。

【００２７】Ｂ：Ｂは、中性子を吸収する作用を持つの
で必須の元素である。この効果を得るためには、０．９
％以上含有させる必要がある。しかし、含有量が２．５
％を超えると熱間加工性を著しく悪化させる。したがっ
て、含有量を０．９〜２．５％とした。

【００２８】Ｍｏ：Ｍｏは、フェライト相を形成する元
素である。本発明鋼は、Ｂ添加によりオーステナイト相
側に移行するので、Ｍｏを０．１％以上含有させて過度
にオーステナイト側に移行しないようにする。好ましい
のは、０．２×Ｂ（％）以上、０．８×Ｂ（％）以下の
範囲で含有させることである。ただし、Ｍｏの含有量が
増えると、固溶強化により強度が高くなり逆に熱間加工
性を悪化させるので、上限を１．０％とした。

【００２９】Ａｌ：Ａｌは、脱酸剤および微細なボライ
ドを生成させるための核形成剤として添加する。Ｂは、
極めて酸化されやすいので、本発明鋼では、Ｂを添加す
る前に脱酸を十分に行っておく必要がある。また、Ａｌ
は、前述したように本発明鋼を連続鋳造した場合のスラ
ブの表面に発生する割れを防止する作用もある。前述し
たように溶鋼が凝固する過程で、Ａｌは酸素と化合して
微細なＡｌ₂Ｏ₃となる。微細なＡｌ₂Ｏ₃は、Ｃｒ₂ Ｂな
どの析出の核となり、ボライドの微細化に寄与し、延性
と強度を向上させる。したがって、連続鋳造時に引張応
力がかかっても表面割れが発生しにくいのである。これ
らの効果を得るためには、０．３％以上含有させる必要
がある。一方、Ａｌを多量に含有させると、ＡｌＮとな
り、熱間加工性を悪化させるので、含有量の上限を０．
８％とする。

【００３０】Ｎ：Ｎの含有量は、できるだけ低くする。
不可避的に混入してくる場合は、含有量を０．０４％以
下にする必要がある。Ｎは、前述したように酸素よりも
Ａｌと反応しやすい元素である。すなわち、Ｎの含有量
が多いと、Ａｌ₂Ｏ₃に優先してＡｌＮが生成してまう。
したがって、ボライドの微細析出の核となるＡｌ₂ Ｏ₃
が減少し、表面割れを発生させやすくなる。本発明鋼で
は、Ｎ含有量を０．０４％以下とする。望ましいのは、
０．０３％以下である。

【００３１】Ｃａ：Ｃａは、必要に応じて添加する元素
である。含有させれば、鋼中のＳと結合して熱間加工性
の低下を抑える作用を持つ。この効果を確実に得るため
には、０．０００５％以上含有させるのが好ましい。し
かし、含有量が０．０１％を超えると鋼の清浄度を低下
させて熱間加工や冷間加工の際に非金属介在物に起因す
る疵が発生する。したがって、含有量を０〜０．０１％
とした。

【００３２】希土類元素：本発明でいう希土類元素と
は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ等を意味しており、含有量と
は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ等の希土類元素の合計含有量
を意味している。希土類元素は、必要に応じて添加する
元素である。含有させれば、熱間加工性を改善する働き
をする。この効果を確実に得るためには、希土類元素を
合計で０．０００５％以上含有させる必要がある。一
方、含有量が０．０１％を超えると鋼の清浄度を低下さ
せて熱間加工や冷間加工の際に非金属介在物に起因する
疵が発生する。したがって、含有量は０〜０．０１％と
した。

【００３３】上記の元素以外は、Ｆｅとする。ただし、
不可避的に混入する元素であって不純物と見なせるもの
であれば、含有していてもかまわない。

【００３４】（２）熱延板の製造方法本発明の熱延板の製造方法は、上記（１）に規定する化
学組成を満たす、１２００℃未満の温度のＢ含有ステン
レス鋼のスラブを１パス当たりの圧下率を特定値以下と
して圧下する方法である。ここで、１パスとは、１組の
ロール対による１回の圧延を意味する。したがって、複
数のロール対からなる圧延機で熱間圧延を施す際には、
１回の圧延で複数パス圧延を施すことになるが、各ロー
ル対で限界圧下率（Ｒｃ）以下の圧下率を保った圧延を
施す必要がある。１パス当たりの圧下率とは、１パス毎
の圧延前のスラブの厚さと１パス毎の圧延終了後の熱延
板の厚さによって定義される値であって、〔（圧延前の
スラブの厚さ）−（圧延終了後の熱延板の厚さ）〕×１
００／（圧延前のスラブの厚さ）である。

【００３５】熱間圧延時のスラブの温度とは、各パス直
前のスラブの表面温度を意味している。スラブの温度
は、１２００℃未満とする。スラブの温度を１２００℃
以上にすると、前述したようにボライドとオーステナイ
トが再溶融して液相となり、スラブの表面に露出した液
相部は容易に酸化されて酸化物となり、圧延によって表
面に疵が生じてしまう。また、スラブ内部の液相部はわ
ずかな歪が加わることでスラブ内部に割れを起こす、い
わゆる液膜脆化が起こる。

【００３６】熱間圧延の際のスラブの温度の下限は、通
常の熱間圧延の設備で圧延が可能な最低温度でよい。そ
の温度は７００℃程度である。

【００３７】さらに、本発明方法では、１パス当たりの
圧下率を前記式で求められる限界圧下率（Ｒｃ）以下に
維持して、熱間圧延を行う。１パス当たりの圧下率がＲ
ｃを超えると大きな耳割れが発生するからである。

【００３８】１パス当たりの圧下率をＲｃ以下、すなわ
ち｛Ｔ（℃）／１０｝−２０×Ｂ（％）−３５以下に制
限することにより、熱延板に発生する耳割れの量を低減
することができる。Ｒｃ以下で圧延を行うことにより、
スラブの表面には、耳割れを起こさない程度の引張応力
しかかからないからである。圧下率の下限については、
特に規定しないが、５％未満の圧下率では、パスの回数
が増え生産性を悪化させる恐れがあるので、５％以上の
圧下率で実施するのが好ましい。

【００３９】Ｒｃを求める前記式は、Ｂ含有量と圧延直
前のスラブの表面温度を種々変え、多数の熱間圧延試験
を繰り返すことにより、耳割れが発生しくい臨界の１パ
ス当たりの圧下率を検討し、整理したものである。

【００４０】本発明の方法で製造した熱延板は、冷却後
そのまま熱延板として使用してもよく、更に冷間加工等
や熱処理等を施して所望の製品に成形して利用すること
ができる。

【００４１】

【実施例】表１に示される化学組成を持つＢ含有ステン
レス鋼の連続鋳造スラブ（厚さ１５０×横幅１０００×
全長２０００（ｍｍ））を製造した。

【００４２】

【表１】

【００４３】（実施例１）上記で製造したスラブの表面
状態を目視で観察し、スラブ片面の１ｍ² 当たりの表面
割れの総長さを算出することにより、本発明鋼および本
発明で規定する化学組成から外れている組成の鋼（以
下、比較鋼という）について、連続鋳造スラブの表面割
れの発生のしにくさを評価した。なお、スラブ片面の表
面割れ総長さが４５０ｍｍ以下のものを表面割れが発生
しにくいＢ含有ステンレス鋼と評価した。４５０ｍｍ以
下程度の表面割れは、通常の次工程の熱間圧延による表
面の圧下によって消失するので問題にならないからであ
る。

【００４４】結果を表２に示した。

【００４５】

【表２】

【００４６】表２から、本発明鋼は、連続鋳造法で製造
してもスラブの表面割れが発生しにくい鋼であることが
わかる。一方、比較鋼を連続鋳造法で製造すると表面割
れが多く発生していることがわかる。例えば、Ａｌ含有
量が少ない比較鋼１１や逆にＡｌ含有量が多すぎる比較
鋼１２では、表面割れの発生量が多くなっていた。Ｎの
含有量が多い比較鋼１３も表面割れの発生量は多かっ
た。Ｍｏの含有量が多すぎても少なすぎても（比較鋼１
５、１４）、表面割れの発生量は多かった。

【００４７】（実施例２）上記のスラブの表面を手入れ
し、スラブを１０５０℃に加熱し、２段可逆式圧延機を
使用して、１パスのみの熱間圧延を実施して熱延板を製
造した。

【００４８】これらの熱延板の耳割れの発生状況を目視
で観察し、発生した最大の耳割れ長さを測定した。な
お、最大の耳割れ長さが５ｍｍ以下の熱延板を耳割れの
発生が少ない熱延板であると評価した。最大の耳割れ長
さが５ｍｍ以下の熱延板は、耳割れ発生箇所を切断する
必要がなく、製品歩留まりを低下させることがないから
である。

【００４９】結果を表３に示した。

【００５０】

【表３】

【００５１】表３から本発明方法で規定する化学組成お
よび圧下率を満足する方法で製造した熱延板の最大の耳
割れ長さは５ｍｍ以下であり、本発明方法により耳割れ
の発生が少ない熱延板を製造できることが明らかであ
る。一方、化学組成および圧下率のうち少なくとも一つ
が本発明方法の規定から外れる方法（以下、比較方法と
いう）で製造した熱延板には、５ｍｍを超える耳割れが
発生していた。例えば、化学組成は満たすが、限界圧下
率は超えている比較方法１０では、最大長さが３５ｍｍ
の耳割れが発生していた。

【００５２】

【発明の効果】本発明の鋼は、Ｂを含有しているが、連
続鋳造によって製造しても表面割れが少ない。したがっ
て、生産性の向上を図ることができる。本発明の方法で
製造した熱延板は、Ｂを含有しているが、耳割れの発生
が少ない。したがって、製品歩留まりに優れている。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：
０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｐ：０．
０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：７〜１５％、
Ｃｒ：１８〜２５％、Ｂ：０．９〜２．５％、Ｍｏ：
０．１〜１．０％、Ａｌ：０．３％を超え０．８％以
下、Ｎ：０．０４％以下、Ｃａ：０〜０．０１％、希土
類元素：０〜０．０１％を含有し、残部がＦｅおよび不
可避的不純物からなるＢ含有ステンレス鋼。
【請求項２】請求項１に記載の化学組成を持つＢ含有ス
テンレス鋼のスラブを１２００℃未満の温度にした後、
下記式で表される限界圧下率（Ｒｃ）以下で１パス当た
りの圧下を行うことを特徴とするＢ含有ステンレス鋼の
熱延板の製造方法。Ｒｃ＝｛Ｔ（℃）／１０｝−２０×Ｂ（％）−３５ここで、Ｒｃ：１パス当たりの限界圧下率（％）Ｔ：当該パスの圧延直前のスラブの温度Ｂ：スラブ中のＢの含有量（重量％）である。