JP2000246303A - ステンレス鋼の熱間圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】難加工性ステンレス鋼スラブ側面に肉盛り溶接
層を設けて熱延鋼板を製造する方法における製造コスト
を低減する。 【解決手段】スラブ側面のうちのスラブ上面および下面
に近い所定の範囲に肉盛り溶接金属層を設けないで圧延
し、肉盛り溶接時間の短縮および圧延後のトリム代を小
さくする方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スラブの側面に
肉盛り溶接金属層を設けることにより、熱間圧延時に発
生する耳割れを防止することのできるステンレス鋼の熱
間圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼の中性子吸収能、快削性、
耐食性および高強度等の特性を改善するためにＢ，Ｓ，
ＭｏおよびＮ等の元素を多量に含有させたステンレス鋼
が開発され使用されている。しかし、これらの特殊なス
テンレス鋼は変形抵抗が高くなり、難加工性となる。し
たがって、このような難加工性のステンレス鋼は、熱間
圧延時には変形能不足にともない耳割れやヘゲ疵が発生
しやすい。

【０００３】ステンレス鋼は、融点近くまで昇温した場
合には溶融脆性が生じ、また１１００℃以下の温度では
偏析元素の濃化にともなう粒界脆性を示す。ＢやＳを多
量に含有させた鋼では、（Ｃｒ，Ｆｅ）₂ Ｂや（Ｃｒ，
Ｍｎ）Ｓ等の非金属介在物が混在した組織となり、その
介在物との境界からボイドが発生し、それが割れに進展
する。

【０００４】これまでに、このような熱間脆性の発生を
回避して、歩留まりよく熱間加工製品を製造するため
に、化学組成の調整やスラブ表面に加工性のよい金属を
クラッドしたり、最終熱間加工時の加熱温度、加工温度
の適正化が図られてきた。

【０００５】上述した特殊なステンレス鋼は、鋳造時の
欠陥が発生しやすいこともあって、インゴットを鋳造し
て熱間鍛造によりスラブとして熱間圧延する方法が主に
採用されてきた。

【０００６】ところが近年、低価格化の要請が高まり、
これらの特殊ステンレス鋼の連続鋳造化が進み、連続鋳
造スラブの熱間変形能を確保することがさらに困難とな
り、歩留まりを向上させることが重要な課題となってい
る。

【０００７】化学組成の調整により熱間変形能を改善し
えない鋼種の耳割れを防止する手段として、被加工材の
表層部の加工性を改善する方法がある。Ｂ含有ステンレ
ス鋼の例として、特開昭６３−７６７０３号公報には、
変形能の良好な鋼を鋼片の側面にクラッドまたは肉盛り
溶接する方法が開示されている。

【０００８】特公平３−５４００７号公報には、鋼塊の
４面を鉄筒にて梱包し、分塊圧延または鍛造にて圧着す
る方法が開示されている。

【０００９】また、特開平９−２６９３９８号公報に
は、スラブの側面に、Ｂ含有量が０．３％以下で、δフ
ェライトを３〜１２体積％含有する厚さ３ｍｍ以上の肉
盛り溶接層を設けたオーステナイト系ステンレス鋼の熱
間圧延用素材、およびこの素材を１１００〜１２００℃
に加熱して圧延する方法が開示されている。

【００１０】これらの方法の基本的な思想は、熱間変形
能の劣る鋼片を熱間変形能の良好な鋼で被覆して熱間加
工割れの発生を防止するところにある。

【００１１】しかし、上記の方法について製造コストを
評価するため、種々試験をおこなった結果、これらの方
法は耳割れの防止には効果的であるが、スラブ側面全面
に肉盛り溶接する方法やスラブ４面をクラット゛する方法
は、必ずしも製造コストの低減にはならないことが明ら
かとなった。

【００１２】例えば、変形能の良好な鋼を鋼片の側面に
クラッドする方法では、１００ｍｍ厚以上の鋼片への溶
接開先付与のための機械加工費用が著しく高く、その後
の溶接作業費を無視しても割にあわない。また、肉盛り
溶接金属層を設ける方法は、比較的安価ではあるが、熱
間圧延製品に肉盛り溶接金属が残るためにトリム等の方
法による除去が必要なこと、この除去代が片側３０〜５
０ｍｍにも及び、肉盛り溶接を実施しない場合の耳割れ
量に匹敵することが明らかとなった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、側面
に肉盛り溶接層を設けたステンレス鋼スラブを熱間圧延
して熱延鋼板を製造する方法において、製造コストを低
減することにある。具体的には、肉盛り溶接を効率よく
おこなうと共に、圧延後の鋼板に残存する肉盛り溶接金
属の量を少なくし、トリム代を少なくすることのできる
方法を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は以下の通
りである。

【００１５】ステンレス鋼のスラブの側面に肉盛り溶接
金属層を設けて熱間圧延する方法において、肉盛り溶接
金属層が下記式（１）を満足していることを特徴とする
ステンレス鋼の熱間圧延方法。

【００１６】Ｙｍ／５≦ Ｙ ≦Ｙｍ ・・・・・（１） ただし、 Ｗ／Ｈ≧３．２の場合は、 Ｙｍ＝０．８Ｈ²／Ｗ Ｗ／Ｈ＜３．２の場合は、 Ｙｍ＝０．２５Ｈ ここで、 Ｙ：スラブの上面または下面と、側面とが交わる各稜線
と溶接肉盛金属層とのそれぞれの距離（ｍｍ） Ｙｍ：Ｙの最大許容値（ｍｍ） Ｗ：スラブ幅（ｍｍ） Ｈ：スラブ厚さ（ｍｍ） 本発明者らは、肉盛り溶接金属層（以下、単に溶接金属
層と記す）をスラブ側面に設ける方法は、耳割れ防止に
効果があり、比較的低製造コストであることに着目し、
肉盛り溶接作業の効率改善と熱間圧延後の鋼板に残存す
る溶接金属除去のためのトリム代を少なくすることを目
的とし、以下のような試験を実施した。難加工性ステン
レス鋼のスラブの側端面近傍の熱間圧延における変形挙
動と耳割れ発生挙動を詳細に調査することから研究を始
めた。

【００１７】熱間変形能が非常に乏しいステンレス鋼と
して１％Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼を選ん
だ。圧延試験片として、連続鋳造したスラブから幅１４
０ｍｍ、厚さ７０ｍｍ、長さ２００ｍｍの鋼片を１０枚
切り出した。

【００１８】この鋼片の片側の側面に、オーステナイト
系ステンレス鋼ＳＵＳ３０８からなる直径が３ｍｍの溶
接ワイヤを用いて、ＴＩＧ２層溶接にて５ｍｍ厚の溶接
金属層を設けた。もう一方の側面には溶接金属層を設け
なかった（以下、無垢側と記す）。

【００１９】ＴＩＧ溶接条件は、電流１６０Ａ、電圧１
７Ｖ、溶接速度１０ｃｍ／ｍｉｎであった。

【００２０】ＳＵＳ３０８は、オーステナイト系ステン
レス鋼の溶接に最も一般的に用いられる溶接材料であ
り、溶接金属層の欠陥が無いことをダイチェックで確認
した。

【００２１】この圧延試験片を用いて、ワークロール直
径が４５０ｍｍのリバース式熱間圧延機で、次のような
圧延実験をおこなった。

【００２２】圧延試験片の加熱温度は、溶融脆性を避け
るために１１８０℃とした。加熱後次に示す１０パスの
パススケジュールにより圧延した。なお、圧延は各パス
毎で圧延を中止し、中途圧延材９枚と最終パスまで圧延
した圧延材１枚とを得た。なお、各パス後の試験片表面
温度も測定した。

【００２３】７０→５７→４５→３５→２８→２１→１
６→１２→９→７→５（ｍｍ）圧延後、試験片の表面に
生成した酸化スケールを除去し、試験片側面の形状変化
と熱間加工割れの発生挙動を観察した。

【００２４】その結果、圧延の進行にともない鋼片側面
の幅方向への張り出し（バルジング）が発生して幅が増
加し、さらに圧延が進行するに従い、試験片の上面また
は下面近傍の側面が圧延面に回り込んでいた。

【００２５】この幅広がりは圧延開始から５パス程度で
大きくなっていた。この初期の圧延パスでの温度降下は
大きくなく、およそ１０８０℃（鋼片の加熱温度−１０
０℃）以上を保っていた。そして無垢側でも耳割れの発
生は見られなかった。６パス以降の圧延では鋼板の表面
積が増加するとともに温度降下も大きくなつた。

【００２６】６〜７パス後から無垢側の側面の自由変形
面（ワークロール面に回り込まなかった側面）に耳割れ
が発生した。

【００２７】すなわち、試験片側面のうち圧延面に回り
込んだ部分には耳割れの起点は発生していなかった。そ
の後のパスで試験片側面（自由変形面）に応力が集中し
て耳割れが拡大し、最終パスまで圧延した試験片では１
０〜１５ｍｍの長さに進展していた。この耳割れを除去
するためのトリム代は２０ｍｍ必要であった。

【００２８】一方の溶接金属層を設けた側面では、溶接
金属の上面または下面への回り込み量が上面で１９ｍ
ｍ、下面で１６ｍｍであった。圧延後、この異材である
溶接金属層を除去するためにやはり２０ｍｍのトリム代
を必要とした。

【００２９】このような結果から、耳割れ防止の観点か
らは、圧延初期に側面から圧延面に回り込む側面に溶接
金属層を設けておく必要はなく、むしろそのような溶接
金属層を設けておくと熱間圧延製品のトリム量の最小化
の点から有害であることを知見するに至った。この知見
に基づき、さらに下記のような実験を実施した。

【００３０】前記の連続鋳造鋳片から、厚さ（Ｈ）：７
０〜２１ｍｍ、長さ（Ｌ）：２００ｍｍ、幅（Ｗ）：７
０〜２１０ｍｍの圧延試験片を切り出した。試験片の厚
さと幅を変化させたのは、圧延前のスラブ寸法の影響を
調べるためである。

【００３１】この圧延試験片の一方の側面に、上記した
溶接条件でＳＵＳ３０８鋼を用いて溶接金属層を設け
た。

【００３２】図１は、溶接金属層を設けた圧延試験片の
斜視図である。図１に示すように、試験片１の上面Ａお
よび下面Ｂと側面Ｃとが交わる各稜線３、３ａから厚さ
方向にＹ（０〜２０ｍｍ）までの範囲を除く部分に、Ｔ
ＩＧ１層溶接にて３ｍｍ厚の溶接金属層２を設けた。

【００３３】この試験片を１１８０℃に加熱し、上記熱
間圧延機で５ｍｍ厚まで熱間圧延した。そして無垢側の
耳割れ除去のためのトリム代Ｄと、溶接金属層を設けた
側の溶接金属と耳割れを完全に除去するのに必要なトリ
ム代Ｅを測定し、その大小関係を比較した。

【００３４】厚さ７０ｍｍ、幅１４０ｍの試験片の例で
は、Ｙの値を４．５、９．０、１３．５、１７．５およ
び２１．０ｍｍと変化させたときのＤおよびＥの値は表
１に示す通りであった。Ｙが２１．０ｍｍの場合は、耳
割れが発生したためＤが増加している。

【００３５】

【表１】

【００３６】トリム代が、Ｅ＜Ｄであり、かつ耳割れの
発生が防止できる場合に、溶接金属層による耳割れ防止
が有効となり、Ｙが大きいほど圧延後の溶接金属を除去
するためのトリム代が小さくなることが分かった。

【００３７】このような試験の結果に基づき、圧延前の
試験片寸法とＹ耳割れ発生との関係を整理した結果、以
下の知見を得た。

【００３８】ａ）Ｙの最大許容値（Ｙｍ）は、溶接金属
層を設けることにより耳割れの発生を防止することがで
きる値で、かつ圧延後、残存溶接金属を除去するための
トリム代が、無垢のまま圧延した場合のトリム代よりも
小さくなる値であり、圧延前のスラブの幅（Ｗ）と厚さ
（Ｈ）に依存している。

【００３９】ｂ）Ｙｍは、Ｗ／Ｈが３．２を堺に以下の
ように変わる ３．２以上の場合は Ｙｍ＝０．８Ｈ²／Ｗ ３．２未満の場合は、 Ｙｍ＝０．２５Ｈ ｃ）Ｙの最小値は、圧延によりスラブの上面または下面
に回り込む側面部に溶接金属層を設ない場合のＹ値であ
り、この値も圧延前のスラブの幅（Ｗ）と厚さ（Ｈ）に
依存しており、Ｙｍの１ ／５となる。

【００４０】本発明者らは、上記結果の汎用性を確認す
るために、肉盛り溶接材料、難加工性ステンレス鋼の種
類を種々変化させて追加実験をおこなったが、同じ結果
が得られた。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００４２】（１）ステンレス鋼スラブ 一般の連続鋳造スラブ、分塊鍛造スラブ、分塊圧延スラ
ブ等のいずれのスラブにも本発明の方法を適用すること
ができる。これらのスラブは直方体である。スラブの熱
間圧延においては、スラブをその幅方向に圧延する幅出
し圧延がおこなわれる場合があるが、スラブの側面と
は、主圧延方向における側面（長辺が圧延方向となる
面）である。

【００４３】本発明の方法は、熱間圧延が困難な難加工
性のステンレス鋼であればどのような鋼種にも適用する
ことができる。難加工性ステンレス鋼としては、重量％
でＢ：０．３〜３％、Ｓ：０．１〜１％、Ｍｏ：１〜１
０％、Ｎ：０．１〜１％、Ｓｉ：２〜６％、Ｃｕ：２〜
６％、Ｎｂ：０．５〜５％等を含有するオーステナイト
系ステンレス鋼や２相ステンレス鋼等が挙げられる。

【００４４】（２）溶接金属層 スラブの側面に設ける溶接金属層は、ＴＩＧ溶接、被覆
アーク溶接、バンドアーク溶接等の常法により設けるこ
とができる。

【００４５】溶接金属層の厚さは、加熱炉中の酸化ロス
を考慮して２ｍｍ以上にするのが望ましい。一方、厚さ
が１０ｍｍ以上になると溶接作業が長くなり、製造コス
ト高となる。１％Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼
の場合、溶接材料としてはＳＵＳ３０８Ｌ鋼、ＳＵＳ４
３６Ｌ鋼が適切であった。ＳＵＳ３０８Ｌ鋼はオーステ
ナイト系ステンレス鋼に対する溶接材料として一般的に
使用される。

【００４６】スラブ側面に溶接金属層を設ける範囲は、
下記式（１）の通りとする。

【００４７】Ｙｍ／５≦ Ｙ ≦Ｙｍ ・・・・・（１） ただし、 Ｗ／Ｈ≧３．２の場合は、 Ｙｍ＝０．８Ｈ²／Ｗ Ｗ／Ｈ＜３．２の場合は、 Ｙｍ＝ ０．２５Ｈ 前記図１は、スラブと同じ形状である圧延試験片の斜視
図であるが、試験片１をスラブに置き換えて、上記記号
を説明する。

【００４８】Ｙは、スラブ上面Ａまたは下面Ｂと、側面
Ｃとが交わる各直線（稜）３，３ａと溶接金属層２との
距離（ｍｍ）を示し、ＹｍはＹの最大許容値（ｍｍ）、
Ｗはスラブ幅（ｍｍ）、Ｈはスラブ厚さ（ｍｍ）であ
る。

【００４９】Ｙの最大許容値Ｙｍと、最小値Ｙｍ／５は
熱間圧延用鋼片の圧延前のスラブ幅Ｗおよび厚さＨに依
存する。

【００５０】Ｙが、上限Ｙｍを超えると耳割れが発生
し、下限Ｙｍ／５より小さいと溶接金属層によるトリム
量低減効果がほとんどなくなる。したがってＹの範囲を
Ｙｍ／５以上Ｙｍ以下とした。

【００５１】実際のスラブでは、上記スラブの稜は面取
り加工が施されることがある。

【００５２】図２は、面取り加工がなされたスラブの部
分横断面図である。面取りされている場合の上記稜と
は、スラブ上面Ａまたは下面Ｂの延長線４ａ、４ｂと、
側面Ｃの延長線５ａ，５ｂと交わる稜線３，３ａをい
う。したがって、側面投影図において上記式（１）を満
たしていれば面取り部の溶接被覆は不要である。

【００５３】まお、溶接金属層に溶接割れ、溶接欠陥が
あると、それらに起因して耳割れが発生する場合があ
る。したがって、溶接割れや溶接欠陥を防止するために
鋼片を予め加熱する予備処理、溶接材料、溶接入熱量等
を適正に管理するのが好ましい。

【００５４】（３）熱間圧延 熱間圧延は、スラブから厚板を製造する場合の熱間圧延
および熱延鋼帯を製造する場合の熱間圧延をいう。

【００５５】スラブの加熱温度は、溶融脆性が生じない
範囲内での高い温度に設定するのが好ましい。多くの難
加工性ステンレス鋼は、合金元素が固相線温度を低下さ
せるために溶融脆性が発生しやすいので、加熱温度を１
２３０℃以下に制限する必要のある鋼種が多く存在す
る。熱間圧延仕上げ温度は高い方が耳割れ防止にとって
好ましい。しかし溶接金属層の熱間変形能が許す限り、
６００〜９００℃の低温仕上げとすることも可能であ
る。

【００５６】

【実施例】表２に示す４種の化学組成のステンレス鋼の
連続鋳造スラブ、連続鋳造スラブを分塊圧延したスラブ
およびインゴットを分塊圧延したスラブを製造した。

【００５７】

【表２】

【００５８】表３に示す肉盛り溶接材料、Ｙ−３０８Ｌ
またはＳＵＳ４３６Ｌを用いてバンドアーク溶接または
ＴＩＧ溶接によりＹの値を０〜３０ｍｍの範囲内で種々
変化させて各スラブの側面に溶接金属層を設けた。

【００５９】

【表３】

【００６０】溶接金属層の厚みは、いずれも５ｍｍとし
た。次いで、熱間圧延により厚さ６ｍｍまで圧延して熱
延鋼板とした。

【００６１】このときスラブの加熱温度は、１％Ｂ鋼で
１１９０℃、０．３％Ｓ鋼で１２２０℃、ＳＵＳ６３０
鋼で１２３５℃とした。仕上げ温度は表３に記載した通
りであった。

【００６２】得られた鋼板の耳割れおよび溶接金属層の
回り込み量を調査し、耳割れを全て除去するのに必要ト
リム量Ｂを測定した。その結果を表３に示す。

【００６３】表３から明らかなように、本発明例では、
耳割れが発生せず、また耳割れ防止に使用した溶接金属
除去のためのトリム量が１０ｍｍ未満であり、比較例の
２３〜３５ｍｍに比べて極めて少なく歩留まりがよい。

【００６４】

【発明の効果】本発明の方法によれば、スラブ側面に溶
接金属層を設けるのに溶接時間が短縮され、かつ熱間圧
延後の鋼板のトリム代が少なくなるので、トリム作業
費、鋼板の歩留まりがよくなり、ニーズが高まっている
特殊用途の難加工性ステンレス鋼を安価に市場に供給で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】肉盛り溶接金属層を側面に設けた圧延試験片の
斜視図である。

【図２】 面取り加工がなされたスラブの部分横断面図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 和博 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4E002 AA07 AB01 AD01 BC05 BC07 CB04

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステンレス鋼のスラブの側面に肉盛り溶接
   金属層を設けて熱間圧延する方法において、肉盛り溶接
   金属層が下記式（１）を満足していることを特徴とする
   ステンレス鋼の熱間圧延方法。 Ｙｍ／５≦ Ｙ ≦Ｙｍ ・・・・・（１） ただし、 Ｗ／Ｈ≧３．２の場合は、 Ｙｍ＝０．８Ｈ²／Ｗ Ｗ／Ｈ＜３．２の場合は、 Ｙｍ＝０．２５Ｈ ここで、 Ｙ：スラブの上面または下面と、側面とが交わる各稜線
   と溶接肉盛金属層とのそれぞれの距離（ｍｍ） Ｙｍ：Ｙの許容最大値（ｍｍ） Ｗ：スラブ幅（ｍｍ） Ｈ：スラブ厚さ（ｍｍ）