JPH1161346A - 熱間加工性に優れたステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】製造歩留りや製造コストの低減を目的として、
熱間加工において耐割れ性の優れたステンレス鋼を提供
する。 【解決手段】重量％でＣ：０．１５％以下と、Ｓｉ：２
％以下と、Ｍｎ：３％以下と、Ｓ：０．００３％以下
と、Ｐ：０．０７％以下と、Ｏ：０．００５％以下と、
Ｎｉ：５〜２５％と、Ｃｒ：１３〜３５％と、Ｎ：０．
３％以下と、Ｂ：０．０００２〜０．０００５％とを含
有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴
とする、熱間加工性に優れたステンレス鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間加工性に優れ
たステンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ステンレス鋼の製鋼・圧延技術の
進歩にともない、従来よりも効率的で、安価なステンレ
ス鋼製造法が開発されており、製造歩留りも向上しつつ
あることは周知のとおりである。特に、熱間圧延工程に
おける割れ、疵発生の問題は、表面精製負荷を左右し、
製造コストに大きく影響することから、加工温度での延
性向上等の切り口で種々に検討されている。

【０００３】成分面からの設計指針としては、Ｓ，Ｐ，
Ｏ等を低減しまたは化合物の形に固定することは、熱間
延性の向上の観点から有効な手段の一つとされてきた。
これを連続鋳造材の成分指針として打ち出した技術が、
特開昭６０−１４９７４８号公報に開示されている。こ
こでは主としてＳ，Ｏを低減し、さらにＣａ，Ｃｅ，Ａ
ｌを添加することにより、粒界等に偏析するＳ，Ｏ量を
も極力低減することによって、特に圧延時の耐鋼板表面
割れ性が向上することを示したものである。また、こう
した粒界清浄化の手段とは逆に、粒界偏析しやすい元素
の添加によって粒界自体の強度を上げ、割れにくくする
方法が提唱されており、そうした元素の典型例はＢであ
るとされている。特開昭６３−１５７８４０号公報に開
示されている技術によると、フェライト量を制限した上
でＢ添加することにより、熱間加工性を向上させること
ができ、特開平５−１７９４０５号公報でも同様にＢ添
加の効果があるとされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６３−１５７８４０号公報の技術によるスラブは、分塊
圧延の段階で割れを生じることがあり、実操業に適した
安定した技術とは言い難いことが、製造ラインでの試験
圧延の結果から明らかになっており、特開平５−１７９
４０５号公報の技術による方法でも同様に、Ｂ添加の効
果が安定性を欠くとの評価がなされつつある。また、構
造物の大型化に伴う連続鋳造スラブの寸法拡大に対し、
必ずしもこれらの技術が有効かどうかも不明な点があ
る。即ち、本発明の目的は、製造歩留りや製造コストの
低減を目的として、熱間加工において耐割れ性の優れた
ステンレス鋼を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。 （１）本発明のステンレス鋼は、重量％でＣ：０．１５
％以下と、Ｓｉ：２％以下と、Ｍｎ：３％以下と、Ｓ：
０．００３％以下と、Ｐ：０．０７％以下と、Ｏ：０．
００５％以下と、Ｎｉ：５〜２５％と、Ｃｒ：１３〜３
５％と、Ｎ：０．３％以下と、Ｂ：０．０００２〜０．
０００５％とを含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物か
らなることを特徴とする、熱間加工性に優れたステンレ
ス鋼である。 （２）本発明のステンレス鋼は、鋼成分
として、重量％でさらに、Ｍｏ：１．５〜４％を含有す
ることを特徴とする、上記（１）に記載の熱間加工性に
優れたステンレス鋼である。

【０００６】（３）本発明のステンレス鋼は、鋼成分と
して、重量％でさらに、Ａｌ：０．００６〜０．０３０
％を含有し、かつ、Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．
０１％以下、Ｔｉ：０．１％以下及びＺｒ：０．２％以
下のうち一種以上を含有することを特徴とする、上記
（１）または（２）に記載の熱間加工性に優れたステン
レス鋼である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明者らは、Ｂが粒界偏析しや
すく粒界強度を上げることについては、従来よりＢを少
量添加した種々のステンレス鋼の、クリープ破断試験、
高温引張試験等を通して繰り返し確認してきた。そうし
た知見からは、熱間加工時の耐割れ性向上にＢは有効な
筈である。にもかかわらず、熱間加工における耐割れ性
向上に、安定した効果をもたらさない原因について、本
発明者等は鋭意研究を重ねた。

【０００８】その結果、Ｂは確かに粒界強度を上げると
考えられるが、同時に粒界付近の融点を低下させ、結果
として鋼の加熱時の溶融を促進していることが見いださ
れた。即ち、実製造時に分塊圧延の段階で生じる割れ
は、部分的に融点に達した個所（粒界）が延性を失うこ
とで、加工割れを起こしていることが明らかになった。
つまり割れの因子としては、温度因子として炉の加熱温
度，スラブ寸法に依存するスラブ内温度分布，加工発熱
等の影響、材料因子として偏析の程度と局所的な成分変
動がもたらす融点低下の程度、加工因子として局所的な
歪みの程度等の全ての影響を受けていることになる。

【０００９】このうち、材料因子としての局所的な偏析
もしくは濃縮の程度は、Ｂの場合平均組成の約１０倍以
上にのぼること、そのため平均組成としてのＢ量は０．
０００５重量％の添加を上限とすべきであること、これ
以下であれば、発明者らが従来確認してきたようなＢ添
加鋼の粒界強度の向上効果は著しいことが、明瞭に確認
できた。そして、先行する技術においては、Ｂの添加量
がいずれも０．０００５％以上と多量であるために、ス
ラブ加熱条件によっては熱間圧延時に割れが生じていた
ものであることを確認するに至ったのである。

【００１０】以上の知見に基づき、本発明者らは、オー
ステナイト系ステンレス鋼に添加するＢ量を、その熱間
加工性を劣化させない範囲で、一定範囲内に制御するよ
うにして、熱間加工性に優れたステンレス鋼を見出し、
本発明を完成させた。

【００１１】すなわち、本発明は、鋼組成を下記範囲に
限定することにより、製造歩留りや製造コストの低減を
目的として、熱間加工において耐割れ性の優れたステン
レス鋼を提供することができる。

【００１２】以下に本発明の成分添加理由、成分限定理
由について、説明する。 （１）成分組成範囲 Ｃ：０．１５％以下 鋼の強度向上に役立つ元素であるが、０．１５％を超え
て添加すると熱間延性を著しく害するので、添加量は
０．１５％以下である。

【００１３】Ｓｉ：２％以下 脱酸に効果があり、鋼中のＯ低減を通じて熱間加工性を
向上させるが、２％を超えて添加すると圧延後の疵が多
発するようになるので、添加量は２％以下である。

【００１４】Ｍｎ：３％以下 ステンレス鋼においてはオーステナイト安定化元素とし
て有効に働くが、３％を超えて添加すると延性が低下す
るので、添加量は３％以下である。

【００１５】Ｓ：０．００３％以下 熱間加工性に最も有害な元素であって、含有量は低い程
よい。０．００３％以下であれば熱間延性は許容できる
ので、含有量は０．００３％以下である。

【００１６】Ｐ：０．０７％以下 熱間加工性を害する元素であって、含有量は低い程よ
い。０．０７％以下であれば熱間延性は許容できるの
で、含有量は０．０７％以下である。

【００１７】Ｏ：０．００５％以下 熱間加工性を害する元素であって、含有量は低い程よ
い。０．００５％以下であれば熱間延性は許容できるの
で、含有量は０．００５％以下である。

【００１８】Ｎｉ：５〜２５％ 強力なオーステナイト相の安定化元素であり、鋼の延性
を全般に向上させる。ここで対象としている成分系で
は、同相の安定化には５％以上の添加が必要である。一
方、２５％を超えて添加すると同相が過度に安定とな
り、有害なＳ，Ｐ，Ｏなどの元素の粒界偏析の程度が著
しく大きくなり、熱間加工性を損ねる結果になるので、
添加量は５〜２５％である。

【００１９】Ｃｒ：１３〜３５％ ステンレス鋼の基本成分であり、高温における耐酸化性
向上に有効である。１３％以上添加しないと高温加熱時
の酸化スケールは粒界にそって内部に著しく発達する結
果、熱間加工時の割れも著しくなる。一方、３５％を超
えて添加すると、組織をオーステナイト単相に保持する
ことは困難になり、析出したフェライト相との界面にお
いてやはり加工時の割れが発生しやすくなるので、添加
量は１３〜３５％である。

【００２０】Ｎ：０．３％以下 添加によりオーステナイト相が安定化する。Ｎｉの場合
と同様で、０．３％を超えて添加すると同相が過度に安
定となり、有害なＳ，Ｐ，Ｏなどの元素の粒界偏析の程
度が著しく大きくなり、熱間加工性を損ねる結果になる
ので、添加量は０．３％以下である。

【００２１】Ｂ：０．０００２〜０．０００５％ 前述したとおり、添加量の制御が本発明の主眼とすると
ころである。通常の製鋼において不純物として含まれる
含有量は０．０００１％程度であるが、０．０００２％
以上の含有量とすれば粒界強化の効果は十分現れる。一
方、０．０００５％を超えて含有すると、粒界に低融点
の化合物を生じやすくなり、加熱条件によっては圧延時
に割れを生じるため、含有量を０．０００２〜０．００
０５％に制限する。

【００２２】Ｍｏ：１．５〜４％ 鋼の耐食性向上に有効な元素であり、その効果が発揮さ
れる１．５％以上、自己偏析による圧延時の割れの発生
しない４％以下の範囲で、選択添加が可能である。

【００２３】Ａｌ：０．００６〜０．０３％ Ｓｉと同様、脱酸に効果があり、特にＣａ，Ｍｇ，Ｔ
ｉ，Ｚｒと同時添加すると効果が大きい。この場合、鋼
中のＯ低減を通じて熱間加工性を向上させるが、０．０
０６％以上添加しないと効果は十分でなく、逆に０．０
３％を超えて添加すると圧延後の地疵が多発するように
なるので、Ｃａ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ添加鋼の場合は０．
００６〜０．０３％を同時添加する。

【００２４】Ｃａ≦０．０１％、Ｍｇ≦０．０１％、Ｔ
ｉ≦０．１％、Ｚｒ≦０．２％ Ｃａ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒはいずれも脱酸に効果があり、
鋼中のＯ低減等を通じて熱間加工性を向上させるので、
一種以上四種類までを選択添加できる。それぞれ０．０
１％、０．０１％、０．１％、０．２％を超えて添加す
ると、熱間加工時の地疵が発生・増加するので、添加量
は、Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｔ
ｉ：０．１％以下、Ｚｒ：０．２％以下である。

【００２５】上記の成分組成範囲に調整することによ
り、熱間加工性に優れたステンレス鋼を得ることが可能
となる。なお、製造条件については、本発明では特に限
定されない。すなわち、ステンレス鋼の溶製方法、鋼板
製造時の圧延方法及び熱処理方法は、通常採用される条
件であればよい。以下に本発明の実施例を挙げ、本発明
の効果を立証する。

【００２６】

【実施例】表１は本発明鋼（Ｎｏ．１〜３２）、表２は
比較鋼（Ｎｏ．３３〜５９）の化学成分および熱間加工
性（圧延時表面割れ、表面疵個数、耳割れ長さ）をリス
トにしたものである。

【００２７】各鋼は実験炉真空溶解し、得られた鋼塊を
１２５０℃加熱分塊圧延及び仕上げ圧延、焼鈍の工程に
より供試鋼とした。分塊圧延は２０％以上の大圧下圧延
３パスとし、圧延後スラブの表面／端面を直接観測する
ことにより、上記熱間加工性の評価を行った。即ち圧延
初期の高温割れ個数（表面割れと表現）、地疵を含む表
面疵（表面疵、地疵と表現）を、スラブ最先端部を中心
にカウントし、単位表面積あたりの割れもしくは疵個数
として評価し、さらに仕上がり厚までに両端部に生じた
エッジ割れ長さの最大値（耳割れと表現）を、エッジか
らの深さとして計測した。

【００２８】本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３２は、後述す
る比較鋼に比べて、良好な熱間加工性を有し、地疵も少
なく、耐圧延割れ性に優れている。比較対象としては
Ｂ：１ｐｐｍ以下の比較鋼Ｎｏ．４６，５３〜５５等を
基準にした。

【００２９】比較鋼Ｎｏ．３３はＣが過剰で熱間延性が
劣り、比較鋼Ｎｏ．３９はＮｉが不足のため、また比較
鋼Ｎｏ．４２はＣｒ量が過剰で、過剰のデルタフェライ
ト相を析出し、やはり熱間延性が劣る。比較鋼Ｎｏ．４
３はＡｌの含有量が不足で脱酸が不十分であり、以上は
全て圧延後の耳割れが著しい例となっている。比較鋼Ｎ
ｏ．４８のようにＭｏが過剰で金属間化合物の析出が熱
間加工性を劣化させる場合も同様である。

【００３０】また、比較鋼Ｎｏ．３４，３８，４４，４
９，５０，５１，５２は、それぞれ本発明の規定範囲を
超えるＳｉ，Ｏ，Ａｌ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒの影響
で、圧延による地疵の発生が著しい。

【００３１】一方、比較鋼Ｎｏ．３６，３７は、それぞ
れ過剰のＰ，Ｓの影響で粒界延性が低下し、高温におけ
る表面割れにつながっている他、比較鋼Ｎｏ．４７，５
６，５７はＢが過剰でやはり表面割れが多発する。比較
鋼Ｎｏ．３５，４０，４５のように、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｎが
規定範囲を超えるとＮｉ当量が大きくなり過ぎ、また比
較鋼Ｎｏ．４１ではＣｒ当量比に対するＮｉ当量が大き
くなり過ぎ、やはり高温で表面割れが生じることも判
る。Ｂ量と表面割れ発生個数の関係を図１に示す。 実
製造ラインの試作は、以上の実験室検討との対応をとり
つつ、６チャージについて実施し、表面割れ、疵、耳割
れの三項目について熱間加工性（製造性）を評価した。
結果を表３に纏めて示す。表３のＮｏ．６０，Ｎｏ．６
１，Ｎｏ．６２は本発明鋼、Ｎｏ．６３，Ｎｏ．６４，
Ｎｏ．６５は比較鋼となっている。

【００３２】本発明鋼Ｎｏ．６０〜６２は、Ｍｏ添加型
と無添加型を含んでいるがいずれも表面割れ、疵は５個
／ｍ² 以下であり、耳割れはエッジより５ｍｍ以下であ
り、容易に手入れ除去できるレベルであった。

【００３３】一方、比較鋼Ｎｏ．６３はＢ量が適性範囲
より低く、また比較鋼Ｎｏ．６４，比較鋼Ｎｏ．６５は
適性範囲より大きいため、いずれも多数の表面割れ、お
よび疵が生じ、耳割れも深い傾向があった。Ｂ量と表面
割れ発生個数の関係を図２に示す。

【００３４】なお、実製造の６チャージは最近実機化さ
れた大型連続鋳造機による２５０×１７００（ｍｍ）の
スラブ断面を用いた。以上に例示するように、本発明で
意図する熱間加工性を得るためには、本発明で特徴とす
る各合金元素の含有量を規定し、特にＢ量を厳格に管理
することが必要であることが理解される。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】

【表５】

【００４０】

【表６】

【００４１】

【表７】

【００４２】

【表８】

【００４３】

【表９】

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鋼組成を特定することにより、従来技術が対象としてい
たスラブ断面より大型で熱延加工性に厳しい条件におい
ても、熱間加工性の優れたステンレス鋼を提供すること
ができ、製造歩留りや製造コストの低減などを通じて工
業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｂ含有量と熱間圧延時の表面割れ発生個数の関
係を示す図。

【図２】連続鋳造材の製造ラインにおけるＢ含有量と表
面割れ発生個数の関係を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 泰男 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％でＣ：０．１５％以下と、Ｓｉ：
   ２％以下と、Ｍｎ：３％以下と、Ｓ：０．００３％以下
   と、Ｐ：０．０７％以下と、Ｏ：０．００５％以下と、
   Ｎｉ：５〜２５％と、Ｃｒ：１３〜３５％と、Ｎ：０．
   ３％以下と、Ｂ：０．０００２〜０．０００５％とを含
   有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴
   とする、熱間加工性に優れたステンレス鋼。
2. 【請求項２】 鋼成分として、重量％でさらに、Ｍｏ：
   １．５〜４％を含有することを特徴とする、請求項１に
   記載の熱間加工性に優れたステンレス鋼。
3. 【請求項３】 鋼成分として、重量％でさらに、Ａｌ：
   ０．００６〜０．０３％を含有し、かつ、Ｃａ：０．０
   １％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．１％以下
   及びＺｒ：０．２％以下のうち一種以上を含有すること
   を特徴とする、請求項１または２に記載の熱間加工性に
   優れたステンレス鋼。