WO1991009144A1 - Process for producing thin austenitic stainless steel plate and equipment therefor - Google Patents

Process for producing thin austenitic stainless steel plate and equipment therefor Download PDF

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WO1991009144A1
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stainless steel
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thin
heat treatment
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Yoshiyuki Ueshima
Kenichi Miyazawa
Toshiaki Mizoguchi
Masayuki Abe
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Nippon Steel Corporation
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0205—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips of ferrous alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0622—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by two casting wheels

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an austenitic stainless steel thin plate, and particularly to a part thickness manufactured by a so-called synchronous continuous cycling process in which there is no relative speed difference between a piece and an inner wall of a mold.
  • the present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing an austenitic stainless steel thin plate by cold rolling a piece having a similar thickness.
  • the conventional method of manufacturing stainless steel thin plates using the continuous manufacturing method is to manufacture a piece with a thickness of 100 strokes or more while vibrating the mold in the manufacturing direction, and clean the surface of the obtained piece.
  • hot-rolling is performed by a hot strip and mill consisting of a row of rough rolling mills and finish rolling mills, and hot strips of a number of thicknesses are applied.
  • descaling and cold rolling are performed to perform maximum annealing.
  • a thin-walled piece having a thickness of 0-5 to 10 strokes is obtained in advance by the above-mentioned twin-hole method, and then an annealing step and a pickling step for scale removal are performed. After that, there is a method of manufacturing a sheet product having a predetermined thickness only by cold rolling.
  • a thin piece having a thickness of 0.5 to lOnjm is obtained in advance by the above-mentioned twin roll method, then hot-rolled, and scale is removed by pickling.
  • a method of manufacturing a thin product having a predetermined thickness by cold rolling is known.
  • the present invention is based on the concept of micro ⁇ convex, swell (roving) and light on the surface. It is an object of the present invention to provide an austenitic stainless steel sheet manufacturing method and an apparatus therefor, in which the occurrence of swirling is reduced.
  • (C) a step of heating the thin plate piece to maintain it in the S + r two-phase state or the S 1 phase state, and then performing a heat treatment for cooling and returning to the r 1 phase state;
  • a cold-rolling step and a device for the cold-rolling are included, and the method for producing a soustenite-based stainless steel sheet is solved.
  • the structure of the thin-walled piece is maintained by repeating at least two times the operation of maintaining the S + r two-phase state or the one-phase state by heating, then cooling and returning to the one-phase state. It is preferable because it is finer and more beautiful surface properties can be obtained.
  • the double-necked thin-plate cylindrical apparatus referred to here does not depend on the direction in which the piece is pulled out. Also, the diameters of both rolls do not necessarily have to be the same. That is, it includes vertical and inclined twin roll mills, and different roll diameter twin roll mills.
  • FIG. 14 is a graph showing the phase transformation of SUS304 according to the present invention.
  • FIG. 3 is a ternary phase diagram (vertical cross-sectional view of 30% Fe) of Cr-Ni.
  • the austenitic (r) stainless steel thin piece obtained in the continuous manufacturing process by the twin-roll method is heated, kept in the S + r2 phase state Y or the S1 phase state Z, and then cooled.
  • the ⁇ ⁇ ⁇ transformation action is caused, and the recrystallization by applying plastic working such as rolling, and the metal grains are promoted by the transformation promoting action. It can be refined.
  • the surface properties such as roving and uneven gloss of the rolled sheet are modified.
  • austenitic stainless steel is used as the target material. That is, $ US304, SUS316 and SUS303 are effectively used.
  • Fig. 1 shows the heat treatment curves of heat treatments A, B and C and the comparative material
  • Figs. 2, 3, 4 and 5 show the heat treatment curves of the comparative material (sub- This is a photograph of the metal structure of the material subjected to heat treatment A, heat treatment B and heat treatment C.
  • Fig. 6 shows the relationship between the average r-grain size (Sir) and the roving height () of the 50% cold-rolled material after each heat treatment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the twin-roll machine used in the method of the present embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the production line according to the present invention.
  • Figure 9 shows the heat treatment curves of the comparative material and heat treatments D, E, and F, respectively.
  • Fig. 10 and Fig. 11 are the metallographic photographs of the comparative material (conventional example) and the material subjected to heat treatment D, respectively.
  • FIG. 12 and FIG. 13 are schematic diagrams of production lines of the example of the heat treatment D and the example of the heat treatment F according to the present invention, respectively.
  • FIG. 14 is a ternary phase diagram (Fe 30% vertical cross-sectional view) of Fe—Cr—Ni for explaining the phase transformation (3Zr transformation) of SUS304 according to the present invention (Source: S Ingh et al., Met. Trans. A, 16A (1985) P1363) Best mode for carrying out the invention
  • heat treatment was performed using a small piece sample having a component: 18Cr-10Ni, 3 fine ⁇ x10 mm length. After the heat treatment, cold rolling was performed with a reduction rate of 50%. It was measured with a roughness tester after hanging.
  • Table 1 shows the results (average r particle size, orifice height) of the comparative material without heat treatment and the material with heat treatments A, B, and C, respectively.
  • Figure 1 shows the heat treatment curves for heat treatments A, B, C and the comparative material.
  • FIGS. 2, 3, 4 and 5 are metallographic photographs of the comparative material (conventional example), heat-treated A, heat-treated B and heat-treated C, respectively. From this photograph, it can be seen that the crystal grains are refined in the order of heat treatments A, C and B as compared with the comparative material.
  • FIG. 6 shows the relationship between the average 7 grain size) and the roving height (sir) of the 50% cold-rolled material after each heat treatment. From this figure, it can be seen that the smaller the average particle size, the better the ⁇ -bing (height).
  • Fig. 7 shows the cross section of the twin pi-roller used in the method of this embodiment. It is a schematic diagram.
  • FIG. 8 is a schematic view of a production line according to the present invention.
  • the two opposing rolls (1, 2) are made of a water-cooled alloy having a diameter of 30 cnu and a width of 10 cm.
  • Rolls 1 and 2 have a rotary drive device (not shown) using an electric motor and a single-side pressure reducing device 3 using a panel. By controlling the roll rotation speed and the roll interval, a thin piece 7 having a desired plate thickness can be manufactured.
  • the welding pool 4 is held by pressing a side dam 5 made of a refractory plate facing the side of the rotating roll. 6 is a solidification seal.
  • the cinnamon piece 7 made of a twin mouth is wound into a coil through a heat treatment process and further cold-rolled.
  • an austenitic stainless steel of 18Cr-8Ni (SUS304) was formed using the above twin-roll machine at a forming temperature of 1500, a roll rotation speed of 1.4 mZ seconds and a plate thickness of: 1.0
  • Hidden, thin strips with a width of 100 mm were produced.
  • Table 2 shows the results (average ⁇ grain size, rope height, and uneven gloss) of the comparative material without heat treatment and the material with heat treatments D, E, and F, respectively.
  • the heat treatment curves of the comparative materials (conventional example) and heat treatments D, E, and F are shown in FIG.
  • FIG. 10 and 11 are photographs of the metal structure of the comparative material (conventional example) and the material subjected to heat treatment D, respectively. From this photograph, it can be seen that the crystal grain of heat treatment D is clearly smaller than that of the comparative material (the average r particle size is smaller). In addition, it can be seen that the roving height and gloss unevenness are significantly improved as compared with the comparative material (conventional example).
  • the heat treatment D is performed as follows. A piece 7 made of a twin roll first enters a heating device 8 immediately below a roll, and is passed through a cooling device 9 to a conventional winding device 10. And it was applied to the cold rolling equipment.
  • the heating device directly below the mouth of this embodiment uses a high-frequency heating device, a burner, or the like, and is controlled to heat the thin piece 7 to 1200 to 1450 t.
  • a device for forcibly cooling the piece 7 at 1200 by gas cooling is used below.
  • For heat treatment E two sets of heating device 8 and cooling device 9 were installed in series. Performed on the production line. As shown in FIG. 3, the heat treatment F was performed by the heating device 8 of the above embodiment, followed by the light processing device 11 for cooling and processing, and the heating device 12 and the cooling device 9. .
  • the twin-roll method sheet manufacturing method by using the twin-roll method sheet manufacturing method, fine irregularities, undulations (rowing) and uneven gloss on the surface of the sheet product are significantly reduced, and a cold-rolled sheet with a more beautiful skin than the conventional one is manufactured. It becomes possible.

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Description

明 細 書 オーステナイ ト系ステ ンレス薄板製造方法 およびその装置 技 術 分 野
本発明はオーステナイ ト系ステ ンレス薄板の製造方法に係 り、 特に鋅片と籍型内壁面の間に相対速度差のない、 いわゆ る同期式連続鐃造プロセスによって籙造した部品厚さに近い 厚さの鐯片を冷間圧延して、 オーステナイ ト系ステ ンレス鑭 薄板を製造する方法およびその装置に関するものである。 背 .景 技 術
連続铸造法を用いてステ ンレス鐦薄板を製造する従来の方 法は、 铸型を鏵造方向に振動させながら厚さ 100画以上の鐯 片に鍀造し、 得られた鎳片の表面手入れを行い、 加熱炉にお いて 1000で以上に加熱した後、 粗圧延機および仕上圧延機列 からなるホッ ト ス ト リ ップ,ミルにより熱間圧延を施して厚さ 数 のホッ トス ト リ ップとし、 さらに必要に応じて焼鈍した 後、 デスケーリ ングし冷間圧延して最^焼鈍を行うものであ つ ん o
このように従来のプロセスにおいては、 厚さ 100画以上の 鐃片を熱間圧延するために、 長大なホッ トス ト リ ップミルを 必要とし、 篛片の比熱と圧延のために多大なエネルギーを使 用するという問題があつた。 この問題に対して、 ホッ トス ト リ ップと同等かあるいはそ れに近い厚さの篛片を連続鐃造によって製造するプロセスの 研究が進められている。 たとえば、 「鉄と鑭」 ' 85— A197〜 ' 85— A256に特集された論文に紹介されているような、 双口 ール法、 双ペル ト法等、 铸片と铸型內壁面間に相対速度差の ない同斯式連続鎳造プロセスである。
すなわち上記連続铸造プロセスの第 1の方法として上記双 口一ル法によって予め 0- 5ないし 10画の板厚の薄肉鍀片を得 て、 その後、 焼鈍工程、 スケール除去のための酸洗工程を経 て、 冷間圧延のみで所定の厚さの薄板製品を製造する方法が ある。
また連続鎳造プロセスの第 2の方法として上記双ロール法 によって予め 0. 5ないし lOnjmの板厚の薄肉铸片を得て、 その 後、 熱間圧延を施し、 酸洗によりスケールを除去した後、 冷 間圧延により所定の厚さの薄板製品を製造する方法が知られ ている。
しかしながら、 上記従来法では铸片の状態では金属結晶粒 組織が粗く良好な表面品質を有する冷間圧延薄板製品を得る には特に上記第 1の方法では冷間圧延率を相当高くする必要 があり、 第 2の方法では冷間圧延の前に熱間圧延を行う必要 がある。 そのため製造時間が長くなり、 コス トが著しく高く なる等の問題があった。 発明の開示
本発明は表面に微小な ω凸、 うねり （ロービング） 及び光 沢むらの発生を減少させたオーステナイ ト系ステ ンレス薄板 製造方法およびその装置を提供することを目的とする。
上記課題は本発明によれば、
(ィ） オーステナイ ト （ r ) 系ステンレス溶鋼を、 対向す る一対の冷却口一ルからなる双ロール式薄板製造法によって 薄板鍀片に鍚造する工程およびその装置、
(口） 得られた薄板鐃片を一旦 r相迄冷却する工程および その装置、
(ハ） 該薄板鐯片を加熱して S + r 2相状態あるいは S 1 相状態に保持した後、 冷却して r 1相状態に戻す熱処理を施 す工程およびその装置、
(二） 前記熱処理後、 冷間圧延を行う工程およびその装置， を含むことを特徴とするすーステナイ ト系ステ ンレス薄板 製造方法によって解決される。 また本発明では上記 S + r相， 又は 相に迄加熱する段階で一且塑性加工を加える工程およ びその装置を含むことが好ましい。 更に本発明では、 加熱に より、 S + r 2相状態、 あるいは、 1相状態に保持した後、 冷却し、 1相状態に戻す操作を少なく とも 2回以上繰返す ことにより薄肉铸片の組織がさらに微細化し、 より美麗な表 面性状が得られることから好ま しい。 なお、 こ こで言う双口 ール式薄板鐃造装置は、 鎳片の引抜方向によらない。 また、 必ずしも両方のロール径が、 同一である必要もない。 すなわ ち、 垂直型、 傾斜型双ロール鍀造機、 異種ロール径双ロール 籙造機を含む。
第 14図は本発明に係る SUS304の相変態を説明するための Pe 一 Cr一 N iの 3元状態図 （F e 30%垂直断面図） である。
本発明では双ロール法による連続鍀造工程で得られたォー ステナイ ト （ r ) 系ステンレス薄肉鍀片を加熱し、 S + r 2 相状態 Yあるいは S 1相状態 Zに保持した後、 冷却し、 r相 状態 Xに戾す熱処理を 1回以上繰り返すことによって δ Ζ τ 変態作用を起させ、 また圧延等の塑性加工を加えることによ る加工再結晶、 変態促進作用によって金属結晶粒が微細化せ しめられる。
このように本発明の熱処理と塑性加工により微細化された 金属結晶粒を有した材料を最終圧延することによって圧延板 のロ ービング、 光沢むら等の表面性状が改質される。
本発明ではオーステナイ ト系ステンレス鑭がその対象材と して用いられる。 すなわち $US304 , SUS316 . SUS303等が有効 に使用される。
従来より、 普通綱においては、 (オーステナイ ト） Z a (フ ユライ ト） 変態により、 《粒径が微細化することは公知 の事実である （例えば、 特開昭 63— 115654) 。 これは鑼種が 普通鐧であり、 温度も 700 ：〜 950 :の低温に限定されたも のであった。 本発明はステ ンレス鐦を対象とし、 温度域は第 14図に示すように 1000で〜 1400 の高温の r変態の利用 が可能であることを見出した点に新規性がある。 図面の簡単な説明
第 1図は熱処理 A , B . C及び比較材の熱処理曲線を示し， 第 2図、 第 3図、 第 4図及び第 5図はそれぞれ比較材 （従 来例） 、 熱処理 A、 熱処理 B及び熱処理 Cを施した材料の金 属組織写真であり、
第 6図は平均 r粒径 （卿 ） と各熱処理後の 50%の冷間圧延 処理を施した材料のロービング高さ （ ） との関係を示した 図であり、
第 7図は本実施例の方法に使用した双ロール鎵造機の断面 図であり、
第 8図は本発明に係る製造ライ ンの模式図であり、
第 9図は比較材、 熱処理 D ， E , Fの熱処理曲線をそれぞ れ示し、
第 10図、 第 11図はそれぞれ比較材 （従来例） 、 熱処理 Dを 施した材料の金属組織写真であり、
第 12図及び第 13図はそれぞれ本発明に係る熱処理 Dの実施 例及び熱処理 Fの実施例の製造ライ ンの模式図であり、
第 14図は本発明に係る SUS304の相変態 （ 3 Z r変態） を説 明するための Fe— Cr一 N iの 3元状態図 （F e 30%垂直断面図） である （出典 ： S i nghら、 Met. Trans. A, 16A (1985) P1363) 発明を実施するための最良の形態
以下本発明の実施例を図面に基づき従来例、 比較例と共に 示し詳細に説明する。
まず本発明に係る熱処理条件と平均 r粒径およびローピン グ高さとの関係を確認するために、 成分 ： 18Cr— 10N i , 3細 Φ x lOmm長さの小片サンプルを用いて熱処理を行った。 口一 ビング高さは熱処理に続いて減面率 50%の冷間圧延処理を行 つた後に粗さ計で測定した。
第 1表に熱処理を実施しない比較材と熱処理 A， B、 及び Cを実施した材料の結果 （平均 r粒径、 口一ビング高さ） を それぞれ示す。 熱処理 A , B， C及び比較材の熱処理曲線を 第 1図に示す。
第 1表 熱処理条件と平均 r粒径および 一ビング高さ 熱処理条件 平均 r粒径 ロービング高さ 比較材 0. 82 熱処理 A 1420でで 5秒加熱 0. 08卿 熱処理 B 1350でで 5秒加熱 ひ. 20 熱処理 C 1350でで 5秒加熱後- 0. 12m
llOOtで 30秒保持を
2回繰返し
(全試料はあらかじめ llOO :で 10分保持して、 同一粒径に調 整している。 ）
第 2図、 第 3図、 第 4図及び第 5図はそれぞれ比較材 （従 来例） 、 熱処理 A、 熱処理 B及び熱処理 Cを施した材料の金 属組織写真である。 この写真から比較材に比して熱処理 A， C , Bの順に結晶粒が微細化されているのがわかる。
また第 6図は平均 7粒径 ） と各熱処理後の 50%の冷間 圧延処理を施した材料のロービング高さ （卿 ） との闋係を示 した図である。 この図から平均 "粒径が小であればある程、 π—ビング （高さ） が改良されているのがわかる。
次に本発明に係る実施例を説明する。
第 7図は本実施例の方法に使用した双 π—ル铸造機の断面 模式図である。
また第 8図は本発明に係る製造ラィ ンの模式図である。 第 7図において対向する 2つのロール （ 1 , 2 ) は直径 30 cnu 幅 10cmの水冷鋦合金製である。 ロ ール 1及び 2は電動モ 一ターによる回転駆動装置 （図示せず） とパネによる鎳片圧 下装置 3を有する。 ロール回転速度とロール間隔を制御する ことにより、 所望の板厚を持った薄肉鍀片 7を製造できる。 溶鐦プール 4は対向する耐火物製の板からなるサイ ドダム 5 を回転するロール側面に押し付けることにより保持される。 6は凝固シヱルである。 双口一ルで作られた鐃片 7は第 8図 に示すように熱処理工程を経てコィルに巻取られ、 更に冷間 圧延される。
本実施例では成分 ： 18Cr— 8 N iのオーステナイ ト ステ ンレ ス （SUS304)を上記双ロール鎳造機を用いて铸造温度 ： 1500で、 ロールの回転速度 ： 1. 4 m Z秒で板厚 ： 1. 0 隱、 幅 100咖の 薄肉铸片を製造した。 第 2表に熱処理を実施しない比較材と 熱処理 D , E , Fを施した材料の結果 （平均 τ粒径、 ロ ーピ ング高さ、 光沢むら） をそれぞれ示す。 比較材 （従来例） 、 熱処理 D , E , Fの熱処理曲線を第 9図に示す。
第 2表 熱処理条件と平均 Ύ粒径および冷延板の ビング高さ 熱処理条件 平 均 ローピン 光沢
r粒径 グ高さ むら 比較材 70卿 1. 2 卿 5 熱処 3 D 1350t以上 2秒加熱 40卿 0. 15卿 2 熱処理 E 1350で以上 2秒加熱後 d5w 0. 13卿 1 放冷を 2回繰返し
熱処理 F 1350 以上 2秒加熱後 22卿 0. 10卿 1 口ール冷却および曲げ
変形さらに 1350 以上
2秒加熱後放冷
* 1 〜 5の 5段階評価
1…最良、 2…良、 5…不良
第 10図、 第 11図はそれぞれ比較材 （従来例） 、 熱処理 Dを 施した材料の金属組織写真である。 この写真から比較材に比 して熱処理 Dは明らかに結晶粒が微細化されているのがわか る （平均 r粒径の微細化） 。 またロービング高さ、 光沢むら も比較材 （従来例） よりも非常に改良されているのがわかる。 具体的には熱処理 Dは第 12図に示したように、 双口—ルで 作られた籙片 7はまずロール直下加熱装置 8に入り、 冷却装 置 9を介して従来の巻取り装置 10及び冷延装置にかけられ実 施された。 本実施例の口ール直下加熱装置は高周波加熱装置 やバーナー等が用いられ 1200 :以上 1450t以下に薄肉铸片 7 を加熱するように制御されている。 冷却装置 9は鍀片 7を 12 00で以下にガス冷却による強制放冷する装置が用いられる。 熱処理 Eは、 加熱装置 8 と冷却装置 9を 2組直列に設置した 製造ライ ンで実施された。 熱処理 Fは第 3図に示したように 上記実施例の加熱装置 8の後に、 冷却と加工を兼ねた軽加工 装置 11、 及び加熱装置 12、 冷却装置 9が設けられた装置で実 施された。 産業上の利用可能性
以上説明したように本発明によれば双ロール法式薄板鍀造 方式を用いて薄板製品表面の微小な凹凸、 うねり （ローピン グ） 及び光沢むらが著しく減少し従来以上の美肌の冷延板が 製造可能となる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. (ィ） オーステナイ ト （ r ) 系ステ ンレス溶鑭を、 対向 する一対の冷却ロールからなる双ロール式薄板製造法によつ て薄肉鐃片に鋅造する工程、
(口） 得られた薄肉籙片を一旦 r 1相迄冷却する工程、 (ハ） 該薄肉鍀片を加熱して δ + r 2相状態あるいは 5 1相状態に保持した後、 冷却して r 1相状態に苠す熱処理を 施す工程、
(二） 前記熱処理後、 冷間圧延を行う工程、
を舍むことを特徵とするオーステナイ ト系ステンレス薄板 製造方法。
2. 加熱により δ + r 2相状態、 あるいは、 3 1相状態に 保持した後、 冷却し、 r 1相状態に戻す操作を少なく とも 2 回以上操返すことを特徵とする請求の範囲第 1項記載の方法 c
3. 加熱前段階に圧延または曲げによる塑性加工を加える ことを特徵とする請求の範囲第 1項あるいは第 2項記載の方 法。
4. (ィ ） オーステナイ ト （ r ) 系ステンレス溶綱を铸造す る対向する一対の冷却口 ールからなる双ロール铸造機、
(口） 前記双口ール铸造機により得られた薄肉铸片を
1200 :以上 1450で以下に加熱する加熱装置、 及び
(ハ） 前記加熱装置により加熱された前記鐃片を 1200 : 以下に冷却する冷却装置、
を含み前記加熱装置と冷却装置が少なく とも 1組以上交互に 配置してなることを特徵とするオーステナィ ト系ステ ンレス 薄板製造装置。
5. 前記加熱装置の前工程として前記薄肉鍀片に塑性変形 を加える装置を含むことを特徵とする請求の範囲第 4項記載 の装置。
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