JPS62199214A - 準安定オ−ステナイト系ステンレス鋼の冷間圧延方法 - 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、圧延製品の硬さのバラツキを低減させ且つそ
の機械的性質を、目標板厚のもとで、目標値に的中させ
る準安定オーステナイト系ステンレス鋼の冷間圧延法に
関する。

〔従来の技術〕

５ｔｌＳ３０４や５ＩＪＳ３旧などに代表される準安定
オーステナ′イト系ステンレス鋼は焼鈍後に冷間圧延を
施すことによって高強度材を得る場合が多い。すなわち
、かような準安定オーステナイト系ステンレス鋼は冷間
圧延によって一部のオーステナイト相が硬質なマルテン
サイト相に変態するので、オーステナイト相が加工硬化
されると共に硬質なマルテンサイト相の誘起によって　
（この加工誘起マルテンサイトを以後α”と記す）、硬
さ、耐力、引張強さなどの強度特性を著しく上昇させる
ことができる。また、これらの高強度材は高強度特性に
加えて耐食性、耐熱性にも優れていることから、ばね材
として幅広く使用されると共にスチールヘルド用材およ
び車両用材としても広く用いられている。

かような準安定オーステナイト系ステンレス鋼の高強度
冷延材の製造にさいしては、製造機会が異なっても同−
用途向材ではその機械的性質が安定して一定の値をもつ
ことが必要であり、また各種用途向に必要とされる目標
値に合致した機械的性質が冷間圧延の適切な制御によっ
て得られることが望ましい。ところが、この冷延材のＩ
！械的性質に大きな影響を与えるα’量は成分、圧下率
。

圧延温度などによって大きく影響されるので、目標とす
る機械的性質を得るに必要なα’量に制御することが困
難である。とくに、冷延材製品は板厚が設定されること
が多く、この設定板厚を満足さゼた状態で目標α”量に
制御することには多くの困難を伴う。従来の準安定オー
ステナイト系ステンレス鋼の冷延技術において３　目標
とする機械的性質に的中させるように冷延材中のα’量
を制御する技術はまだ確立されているとは言えない。

例えばこの種の材料の冷間圧延法においては鋼の強化法
に関する技術が殆んどであり　（例えば。

特開昭４８−４０６２４号公報、特開昭４９−１１５９
２９号公報。

特公昭４９−１６０１１号公報および特開昭５４−１２
０２２３〜１２０２２５号公報など）、　冷延材の機械
的性質を目標値に安定して的中させることに関連した圧
延法に関する技術はほとんど認められず、僅かに、特開
昭５５−６１３０３号公報に提案された圧延時の圧延油
の温度を制御する方法、さらには、特開昭５４−８１１
２０号公報に１に案されたように圧延油温度の制御を行
いながら且つＭｓ点と冷延率との相関、　Ｍｓ点と圧延
速度の相関とから材料の成分組成、冷延率および圧延速
度を定めて冷間圧延する方法が認められるにすぎない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は従来の準安定オーステナイト系ステンレス鋼の
冷延技術では達成しえなかった課題、すなわち、冷間圧
延時に誘起するマルテンサイト量の調整を図りながら圧
延し、得られる冷延材最終製品の機械的性質を目標とす
る機械的性質に的中させることを課題とするものであり
、このために従来では未解決であった次のような問題点
を解決しようとするものである。

既述のように５ＵＳ３０４や５ＵＳ３０１などの準安定
オーステナイト系ステンレス鋼を高強度材として使用す
る場合には、冷間圧延によって高強度を保有させること
が必要であるが、その強度にはオーステナイト相の加工
硬化に加えて加工誘起マルテンサイト　（α’）　相の
存在が大きく関与し、硬さは固溶強化元素であるＣおよ
びＮ量、圧延率、α’量によって実質上決まる。Ｃおよ
びＮ量は製鋼時に決まる変動値であり、圧延率は圧延前
の板厚と製品板厚（設定値）にて決まる変動値である。

またα’量は成分（Ｔ安定度）および圧延率（および各
パス当りの圧延配分）に加えて各パス圧延時の材料温度
に著しく影響される。この材料温度は圧延時の大気温度
、ロール温度、圧延油温度などの要因のほかに、圧延速
度やパス当りの圧下量などのその時の圧延条件によって
も変動する。したがって、このような多数の変動要因の
すべてを目標α′量が得られるように、ひいては目標硬
さが得られるように個別に制御することはお互いの要因
が相互に関与し合うことからも、非常に困難な問題を含
んでいる。

例えば特開昭５５−６１３０３号公報のように圧延油の
温度だけを制御してみても目標硬さを得るに必要なα’
量に的中させることはできない。また特開昭５４−８１
１２０号公報に開示されている方法ではα′の生成量に
直接関与する材料温度が考慮されていないので正確に目
標α’量に的中させることは難しい。圧延前の材料温度
を制御することも考えられるが、単に圧延前の材料温度
を制御しても、圧延速度、各パス当りの圧下量、圧延速
度などによって各パス圧延時に発生する変形熱（この変
形熱は変形量と材料強度に関連すると共にα”量の発生
量とも関連する）を考慮したことにはならず。

したがって、この材料温度の制御だけを行っても目的と
する硬さを正確に的中させることは実質上困難であり、
また機械的性質の安定化を図ることも困難である。

本発明はこのような多数の要因によって影響を受ける冷
延時のα’量を目標α’量となるようにひいては目標硬
さの冷延材となるように制御する技術の確立を目的とす
るものである。

〔問題点を解決する手段〕

本発明によれば、前記の目的を達成する冷間圧延方法と
して、準安定オーステナイト系ステンレス鋼の焼鈍まま
の鋼帯を多パス冷延によって目標板厚にまで冷間圧延す
るさいに、圧延機を通過する鋼帯の各パスでの圧延速度
と圧下量とを操作因子として設定された目標硬さおよび
目標板厚を有する冷延材製品を製造する方法であって。

冷延材製品の目標硬さに対応する加工誘起マルテンサイ
ト量（α’量）と圧延率との予め求めておいた相関を制
御目標パターンとして使用すること。

各パスにおける入側と出側でのα’量、板厚および材料
温度を計測して得た計測情報、並びに各パスにおける圧
延速度、圧下量および圧延油温度の圧延情報をコンピュ
ーターに入力すること。

該コンピューターにおいて該入力情報を演算したうえ前
記の目標パターン値と比較して目標パターン値に近似さ
せるに必要な次パス圧延での圧延速度と圧下量を算出す
ること。

この算出信号に基づいて次パス圧延における圧延速度と
圧下量を制御し、そしてこの制御を最終パスまで繰り返
して目標硬さおよび目標板厚の冷延材を得ること。

を特徴とする準安定オーステナイト系ステンレス鋼の冷
間圧延方法を提供する。

本発明の実施に際しては、準安定オーステナイト系ステ
ンレス鋼冷延材製品の機械的性質に及ぼず成分の影響、
冷延率の影響およびα”量の影響を定量的に把握してお
くこと、各パス圧延時に生成するα’量に及ぼす成分（
γ安定度）の影響。

そのパス迄の累積圧下率の影響５そのパスの圧延条件（
圧延時の材料温度、圧延速度および圧下量／パス）の影
響を定量的に把握しておくこと、そして、冷延過程中の
鋼帯のα’量を圧延機入側と出側で連続測定し且つα’
相の生成量に直接関与する材料温度についても圧延機入
側と出側で連続測定することが少なくとも必要である。

以下にこれらの事項について説明する。なお。

第４図に本発明法を実施する場合の制御フローの一例を
示した。

下記の（１）式は１本発明者らがＣ量とＮ量およびγ安
定度の異なるＳ　ＩＩ　３３０１を用いて、硬さくＨｖ
）に及ぼす成分、圧延率およびα’量の影響をＸ線回折
による微視的組織の調査により調べた結果を数式化した
ものである。また、第１図はこの調査の一例として圧延
率を変えた場合のα’量と硬さとの関係を示したもので
ある。この第１図の関係はほぼ（１）式にて示される。

Ｈｖ＝　　［（９０＋１３００（Ｃ％＋！ｚｆＮＸ）”
Ｊ　　・ｉ：０．６６＋ＩＱＱ　］×■α１＋ １８００Ｘ　　（０，０２０Ｘこ０・”　＋［８，７ｘ
　１０−’　十０．０４（Ｃχ＋’ＡＮχ）］×■α”
”２−０．００６２８１　’・３６Ｘ（１−Ｖα’）　
　　　　　　　・・・（１）ここで、Ｈｖ：硬さ。

■α”：加工誘起マルテンサイト（α”）の体積比 と：圧延による相当ひずみ量であり。

Ｅ＝　　　　　６ｎ（１−ＣＲ）である。

ＣＲ：圧延率であり、１００％圧延率を１としたもので
ある。

（１）式は、冷延材の硬さＨｖは、Ｃ，Ｎ量、圧延率お
よびα’量によって決まることを示している。したがっ
て、目標製品硬さが設定され、ｃ。

Ｎ量が判り且つ圧延率が決定されれば、製品冷延材のα
’量はいくらであるかが計算によって求まる。

圧延率は製品板厚（設定値）と圧延前の焼鈍ままの元板
厚（変動値）によって決まる。また、圧延率を決定すれ
ば製品板厚より焼鈍ままの元板厚が必然的に決まる。す
なわち、第４図に示すように、製品情報として、成分（
Ｃ，Ｎ量）、製品の目標硬さ、製品板厚が入手された場
合に、焼鈍ままの圧延前の元板厚が決定され、これによ
って圧延率が決定されると（１）式から製品冷延材のα
′量が決定される。

次に、圧延率とα’量との関係をパターン化する。すな
わち、前記の（１）式からその冷延材製品の必要α”量
と圧延率が決定されることになるがこれに達するまでの
各パスでのα’増量と圧下率との関係をパターン化する
（第４図中に横軸に累積圧下率（圧延率）を、そして縦
軸にα’量をとったパターンの一例を示した）。このα
”量と圧延率とのパターンが制御目標値となる。

この制御目標値のパターンに近づくように５各パスでの
圧延条件を制御するのであるが、その制御対象としては
圧延速度と圧下量を採用し、この圧延速度と圧下量を操
作する量（操作量）の決定にさいしては、前パスのプロ
セス情報から求めた次パスのα″量と累積圧下率が該パ
ターンの目標値にできるだけ近似するように決定する。

つまりフィードバック制御を行う。このフィードバック
制御で必要とするプロセス情報は、各パスにおける圧延
機入側と出側でのα’量の計測値、同板厚計測値および
同材料温度計測値であり、また、各パスにおける圧延速
度、圧下量、圧延油温度などの圧延条件値である。

第４図にはこのフィードバック制御のフローを示してい
るが、まず、このフィードバンク制御の検出部は、圧延
機１２に入る鋼帯と出る鋼帯のα’量を測定するα”量
測定部１．同じく材料温度を測定する材温測定部２．お
よび同しく板厚を測定する板厚測定部３からなる鋼帯デ
ータ測定部と。

圧延速度測定部４．圧下率／パス測定部５および圧延油
温測定部６とからなる圧延条件測定部とからなる。これ
らの鋼帯データ測定部および圧延条件測定部からの各パ
スごとの検出値は増幅器７およびＡ／Ｄ変換器８を経て
コンピューター９に入力される。コンピューター９は、
予め記録している前記のα′量と圧延率のパターン目標
値とこの人力演算値を比較し１次パスの演算α’量がパ
ターン目標値とできるだけ近似するように、圧延速度制
御機１３および圧下量制御機１４に制御信号を出力する
。これを各パス繰り返しながら、終点において目標α’
量と目標板厚に的中させる。つまり途中の各パスでの圧
延速度と圧下量の操作によって各パスでのα’量と圧下
率がパターン目標の軌道から外れないようにフィードバ
ンク制御しながら各パスの圧延を繰り返し、最終的に冷
延材の目標硬さを得るに必要なα’量および目標板厚に
的中させる。

この制御において、各パスで得られるプロセス情報（前
記の鋼帯データ測定部および圧延条件測定部からの検出
値）を次パスの圧延条件（圧延速度と圧下量）の決定に
どのように関与させるかが重要な点である。以下にこれ
を説明する。

（ａ）、各パス圧延時に生成するα’量各パス圧延時に
新たに生成するα’量（ΔＶα’と記ず）は、各パス圧
延後のα’量［（Ｖｒ゛）２と記す〕と各パス圧延前の
α’量（（Ｖｒ゛）１と記す〕との差であり。

このΔＶα’は、■（Ｖα”）５．■各パス圧延前の材
温（Ｔ、７と記す）、　■各パス圧延時の圧下量（ｄε
、と記す）に主として関与し３次の（２）式で表される
。

ΔＶ　α’−（Ｖ　αｌ）ｚ　　（Ｖ　α’）＋＝　（
Ａｓ−：ｓｔｚ”／（１＋Ａｓ−７：ｃｔｚ’５）１−
（Ｖｒ゛）１　　　　　　　　・・・（２）ここで、Ａ
ｓおよびＢｓは定数であり＋　　Ｅｓ＋２は次の（３）
式にして示される圧延による相当ひずみ量である。

Ｅ−ｒｚ−（（Ｖα’　／　Ｖ　γ）＋　／　Ａ　ｓ　
）　’−”’十に、　−ｄε１　　　　　　　　・・・
（３）ここで、Ｖｒはオーステナイト量であり、これは
（１−Ｖｒ゛）で表される。　　　　　　。

ただし、には各パス圧延前の材料温度に依存しｋ　−ａ
　−ｂ　−Ｔｌｌ、　　　　　　　　　　　　　　　　
　・　・　・　（４）で表される。ａおよびｂは定数で
あり、それぞれ３．１および０．０２５で表される。

このｋは、各パス圧延時に生成するα”量が各パス圧延
時の材料温度に依存するので、各パス圧延時の圧延ひず
みｄε、を材料温度に関連させて標準化させるための指
標であり、にの材料温度依存性に及ぼすＴ安定度の影響
は無視し得る。

第２図は各パスでの圧下率／パス（ｄε）と圧延速度を
変えた場合のα’量の変化を示したものである。第２図
よりα’量は各パスでの圧下量と圧延速度に著しく影響
されることが明らかである。

したがって、前記の（２）〜（４）式によって各パス後
のα’量を計算によって求め、この演算値が前記のα’
量と圧延率のパターン目標値にできるだけ近似するよう
に次パスの圧下量と圧延速度を制御すればよいことにな
る。

（ｂ）、圧延時の材料温度変化 つぎに、各パス圧延時の材料温度変化および各パス圧延
後から次パス圧延前までの材料温度変化をＨｋ定するこ
とが次パス圧延時の圧延条件を決定するうえで必要であ
るが、これらは５発熱分としてのγ相、α’相の変形熱
およびγ相からα’相への変態熱と、吸熱分としての圧
延油による冷却および各圧延パス間での自然放熱によっ
て決定される。全熱分のうち、γ相とα’相の変形熱は
基本的にはγ相、α’相を変形させる変形熱でありこれ
らはγ相およびα’相の各パス圧延時の固有の変形に要
する強度、γ相の量とα’相の量、および各パス圧延に
よる変形量によると考えられるが、各パス圧延時の硬さ
および変形量との関連で処理することができる。またγ
相からα’相への変態熱は　ｂ・Δ■α’（ｂは定数）
で処理することができる。したがって１発熱分（ΔＴ　
ｕｐ）　は。

ΔＴｕｐ””　ｆ　（Ｈｖ＋　ｄ　ｉ　＋　　Δ■α”
）＝ａ　・（Ｈｖ・ｄｇ）　　十ｂ　・Δｖα９・・（
５）ただし、ａおよびｂは板厚により変動する係数であ
る。

一方、吸熱分としての圧延油の冷却は。

＝　（ｋ’／Ｓ）・（Ｔｔ、　　Ｔ−ｔｔ）で表される
。

ただし＋　Ｔｉ＋、は各パス圧延前の材温Ｉ　Ｔｏｉｌ
は油温、Ｓは圧延速度（ｍ／ｍ１ｎ）、　ｋ’は板厚に
より変動する係数である。

また各圧延パス間での自然放熱は。

＝ａ　＋　（ｂ　　Ｃ−３）　　・Ｔｅｎｔで表される
。

ただし、ａ、ｂ、Ｃは定数でありＴ。ｕｔ　は各パス圧
延直後の材料温度（’Ｃ）である。

これらの結果から、各パス圧延時の材料温度の変化（八
Ｔ）は５ ΔＴ＝ａ　・（Ｈｖ・ｄｇ）＋ｂ−ΔＶ　α１−　（ｋ
’／Ｓ）・（Ｔｉ１１−Ｔｏ、１）・・・（６）で示さ
れ、そして各圧延のパス間での自然放熱温度　（ΔＴ、
。−、）は。

Δ’ｒｎｏ＋ｎ５−ａ　＋　（ｂ−Ｃ−３）　　・Ｔｏ
ｕｔ　　・・（７１で示される。したがって３次パス圧
延時の入側材温（ＴＩＮ（Ｎ））　　は。

Ｔ　Ｉ　Ｎ　（Ｎ）　　−Ｔ　１．ｎ＋ΔＴ　ｕｐ−Δ
ＴＤＯＷＮ　　　・・（８）にて示される。

第３図は各パスでの圧下率／パス（ｄε）と圧延速度を
変えた場合の次パス圧延時の入り材温の変化を示したも
のである。第３図より次パス圧延時の入り材温は各パス
での圧下量と圧延速度に著しく影響されることが明らか
である。したがって前記の（５）〜（８）式によって次
パス圧延時の入り材温を計算によって求め、この計算値
を用いて前記の（２）〜（４）式によって、各パス圧延
後のα”量を計算によって求め、この演算値が前記のα
’量と圧延率のパターン目標値にできるだけ近似に一致
するように次パスの圧下量と圧延速度を制御すればよい
ことになる。

以上のようにして２本発明によると準安定オーステナイ
ト系ステンレス鋼から、ばね、スチールベルト、車両な
どの高強度材製品を冷間圧延によって製造する場合に、
目標とする機械的性質の冷延材が目標とする板厚で精度
よく且つ安定して製造することができるようになり、加
工誘起マルテンサイトの生成量の変動によって機械的性
質が大きく変化する準安定オーステナイト系ステンレス
鋼の精密冷間圧延技術の進歩に貢献するところは多大な
ものがあると思われる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＳ　１１　Ｓ　３０１の冷間圧延における圧延
率を変えた場合のα’量と硬さとの関係を示す図、第２
図は同じく各パス圧延時の圧下率／パス（ｄ　ｇ）と圧
延速度を変えた場合のα”量の変化を示す図。 第３図は同じく各パス圧延時の圧下率／パスと圧延速度
を変えた場合の入り側材温の変化を示す図。 第４図は本発明法の制御フロー図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 準安定オーステナイト系ステンレス鋼の焼鈍ままの鋼帯
   を多パス冷延によって目標板厚にまで冷間圧延するさい
   に、圧延機を通過する鋼帯の各パスでの圧延速度と圧下
   量とを操作因子として設定された目標硬さおよび目標板
   厚を有する冷延材製品を製造する方法であって、 冷延材製品の目標硬さに対応する加工誘起マルテンサイ
   ト量（α’量）と圧延率との予め求めておいた相関を制
   御目標パターンとして使用すること、 各パスにおける入側と出側でのα’量、板厚および材料
   温度を計測して得た計測情報、並びに各パスにおける圧
   延速度、圧下量および圧延油温度の圧延情報をコンピュ
   ーターに入力すること、該コンピューターにおいて該入
   力情報を演算したうえ前記の目標パターン値と比較して
   目標パターン値に近似させるに必要な次パス圧延での圧
   延速度と圧下量を算出すること、 この算出信号に基づいて次パス圧延における圧延速度と
   圧下量を制御し、そしてこの制御を最終パスまで繰り返
   して目標硬さおよび目標板厚の冷延材を得ること、 を特徴とする準安定オーステナイト系ステンレス鋼の冷
   間圧延方法。