JP2623606B2 - フェライト系ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、耐ローピング性に優れ、しかも表面性状
の良好なTi添加フェライト系ステンレス鋼を安定して製
造する方法に関するものである。

＜従来技術とその問題点＞ SUS430に代表されるフェライト系ステンレス鋼は、優
れた加工性や耐食性を有している上、比較的安価である
ことから、厨房用品，電気製品及び自動車用材料として
広く用いられている鋼種である。

しかしながら、フェライト系ステンレス鋼には、その
連続鋳造鋳片を圧延して製造した鋼板に深絞りや曲げ等
の冷間加工を施すと圧延方向に沿って“ローピング”と
呼ばれる肌荒れ性の表面起伏が頻繁に生じるとの問題が
指摘されており、製品の外観悪化を招いて商品価値を損
ねることからこの問題は極めて深刻なものであった。

ところで、ロービングの発生原因は、「連続鋳造時に
生成した粗大な柱状晶組織が圧延工程でも十分に破壊さ
れず、しかも集合組織が残存してしまう上、この粗大粒
や集合組織は熱間圧延中に再結晶し難くて組織が微細化
せず、従って塑性変形に異方性や不均一性が現れること
にある」と一般に考えられている。また、SUS430鋼のよ
うな鋼種の場合には熱間圧延中にフェライト（α）とオ
ーステナイト（γ）相の２相組織に分離するものであ
り、鋳造組織のαが粗大であれば、これから分離生成し
たこれら２相も当然に粗大となって上述のような不都合
を招くものと考えられていた。

そこで、ローピング現象等の表面欠陥の発生を低減す
るためには鋼の結晶粒を微細化することが最も有効であ
るとされ、従来より“温間圧延法”や“異径ロール圧延
法”等のように圧延に工夫を加えるものが提唱されてい
るが、それでも十分に満足できる再結晶化を達成するの
は困難であり、更に冷間圧延と焼鈍工程とを付加する必
要がある等、大幅なコストアップを伴う処理を避難かっ
た。

一方、圧延素材たる連続鋳造鋳片の横断面方向に分布
する等軸晶帯を増加することは鋳造組織の微細化につな
がるものであるが、これも耐ローピング性改善に有効で
あることが確認されたことから、鋳片凝固組織を等軸晶
化してローピング現象の抑制を図るべく“低温鋳造法",
“電磁撹拌",“Ti等の合金元素を添加する方法”等の試
みも実施されているが、これらの方法には何れも次のよ
うな問題点があり、今一つ満足できるものではなかっ
た。

即ち、低温鋳造法は、鋳入温度を凝固温度に可及的に
接近させて行う鋳造法であるため操業中にノズル詰りが
発生し易く、最悪の場合には鋳込みが不可能となる他、
鋳入溶湯の粘性が高くなるので“連続鋳造用フラックス
（CCパウダー）の巻き込み現象”或いは“非金属介在物
の浮上分離が不十分となること”等に起因する鋳片表面
疵の発生が目立つことから、量産的な操業ベース下での
採用が困難である。

また、電磁撹拌は凝固組織の等軸晶化に有効な方法で
はあるが、安定して達成できる等軸晶化率は精々鋳片断
面の60％以下程度でしかなく、通常圧延によって耐ロー
ピング性に優れた鋼板を得ることのできる鋳片の等軸晶
化率の下限たる“等軸晶化率:70％”には及ばないもの
であった。

一方、フェライト系ステンレス鋼にTiを添加すること
で凝固組織の等軸化は容易となるが、この場合でも“等
軸晶化率:70％以上”を達成するためには低温鋳造法と
の併用が不可欠であるので前述した“低温鋳造法に指摘
される問題”を免れ得ない上、添加したTiと溶鋼中に存
在するＮとの反応生成物たるTiＮが単独で、或いは更に
これとノズル耐火物やCCパウダーとの反応生成物として
鋳片表面に補足され、表面疵の原因となると言う問題も
無視できなかった。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明者等は、上述した観点から、深絞り等の冷間加
工時に問題となるローピング発生の懸念がなく、しかも
良好な表面性状を有するフェライト系ステンレス鋼を安
定に量産し得る手段を提供すべく様々な角度から実験・
研究を行った過程で、「格別な設備や実作業上困難な条
件を導入することなく耐ローピング性に優れたフェライ
ト系ステンレス鋼を量産するには、Ti添加によって連続
鋳造鋳片の等軸晶化率を上げる方法が最も現実的であ
り、Ti添加量,Tiと反応し易いＮ含有量並びに鋳込み温
度の調整によっては、格別な手立てを講じなくても好ま
しい性状のフェライト系ステンレス鋼が安定して得られ
る可能性がある」との感触が得られたのである。

そこで本発明者等は、上記感触を踏まえ、まず成分組
成の面から、フェライト系ステンレス鋼の耐ロービング
性を左右する鋳造組織の等軸晶率と品質評価の大きな決
定要件である表面疵発生状況とに影響を及ぼすとみられ
る“溶鋼中のTi含有量とＮ含有量”についての検討を中
心に研究を続けた結果、次に示す如き知見を得るに至っ
たのである。

（ａ） フェライト系ステンレス鋼にあっては、鋼中の
Ti含有量及びＮ含有量の増加に伴って、“等軸晶化率”
及び“表面疵発生の頻度”とも増加し、都合の悪い動向
を示すが、比較狭い範囲ではあるが“耐ロービング性に
とって好ましい等軸晶化率:70％以上の領域”と“表面
疵発生率が許容範囲となる領域”とが重複して存在する
Ti及びンＮの含有量範囲が明らかに存在すること。

即ち、第１図は17％Cr含有フエライト系ステンレス鋼
（以降、成分割合は重量％で示す）での「鋼中Ti量及び
Ｎ量と連続鋳造鋳片の等軸晶化率との関係を示すグラ
フ」であるが、等軸晶化率は溶鋼中Ti量及びＮ量の増加
と共に高くなり、該Ti量及びＮ量が第１図中の曲線以上
の値になると70％以上の等軸晶化率が安定して得られる
ことを示している。一方、第２図は、同じく17％Cr含有
フエライト系ステンレス鋼での「鋼中Ti量及びＮ量と連
続鋳造鋳片の表面疵との関係を示すグラフ」であるが、
表面疵の発生状況は、やはり溶鋼中Ti量及びＮ量の増加
と共に高くなり、該Ti量及びＮ量を第２図中の曲線以下
の値に抑制しないと表面疵を許容できる範囲内に抑え切
れないことを示している。そして、第３図に注目された
い。第３図は、第１図に示される結果と第２図に示され
る結果を同一図中にまとめて表わしたものであるが、
“等軸晶化率:70％以上を安定して得られるTi及びンＮ
含有量”と“表面疵を許容できる範囲内に安定して抑え
得るTi及びＮ含有量”とが重視している領域（第３図中
のハッチングを付した領域）の存在することを明瞭に示
している。

（ｂ） ところが、前記第１図に示した曲線は、凝固温
度をＴ（℃）とした場合の式 log［％Ｎ」＝−19755/（Ｔ＋273）＋7.78 ＋0.07［％Ti」−log［％Ti］ ＋0.045［％Cr］ ……（１） で算出される「17％Cr含有フエライト系ステンレス鋼に
おける凝固温度（1500℃）でのTi−Ｎ平衡曲線」に良く
一致しており、一方、前記第２図で示した曲線は、過熱
度（ΔＴ）が60℃のときの鋳込温度をＴ（℃）とした場
合に前記（１）式で算出される「17％Cr含有フエライト
系ステンレス鋼における鋳込温度（1560℃）でのTi−Ｎ
平衡曲線」と良く一致していること。

第４図は、第３図で示したグラフ中に、17％Cr含有フ
エライト系ステンレス鋼における凝固温度（1500℃）及
び過熱度（ΔＴ）を60℃とした鋳込温度（1560℃）での
Ti−Ｎ平衡曲線をそれぞれ併記したものであるが、この
第４図からも上記事実を明瞭に確認できる。

（ｄ） 従って、冶金学的に描かれた前記第４図を現象
面から見ると、17％Cr含有フエライト系ステンレス鋼に
おいては、凝固温度たる1500℃でのTi−Ｎ平衡曲線より
も鋼中のTi及びＮ含有量が多くなると等軸晶が形成し易
くなり、一方、過熱度（ΔＴ）が60℃の鋳込温度（1560
℃）でのTi−Ｎ平衡曲線よりも鋼中のTi及びＮ含有量が
少なくなると表面疵の発生が現象するので、1500℃及び
1560℃でのTi−Ｎ平衡曲線にて囲まれたTi及びＮ含有量
領域であれば“等軸晶化率が70％以上”で“表面疵発生
が殆んど無い”と言う、絞り加工等に供するのに好適な
高品質の連続鋳造鋳片が得られる旨を示している。

なお、上述のように、17％Cr含有フエライト系ステン
レス鋼において凝固温度たる1500℃でのTi−Ｎ平衡曲線
よりも鋼中のTi及びＮ含有量が多い領域で等軸晶化率が
大となるのは、溶鋼の凝固開始以前にTiＮが析出し、こ
れが核となって等軸晶生成に寄与するためであり、ま
た、1560℃の鋳込温度でのTi−Ｎ平衡曲線よりも鋼中の
Ti及びＮ含有量が少なくなると表面疵が発生し難くなる
のは、表面疵の一因となるTiNが鋳込時点での溶鋼中に
析出していないことによるものと推察される。そのた
め、凝固温度たる1500℃でのTi−Ｎ平衡曲線と鋳入温度
たる1560℃でのTi−Ｎ平衡曲線にて囲まれたTi及びＮ含
有量領域は、鋳込温度でTiNが析出していないことによ
る表面疵発生要因除去効果と、凝固温度以前にTiＮが析
出することによる等軸晶化率増大効果との相乗効果が十
分に期待し得る領域であると窺うことができる。

（ｅ） 更に、以上の知見事項をTi添加フェライト系ス
テンレス鋼全般に拡張すると、連続鋳造鋳片の等軸晶化
率:70％以上（十分に満足できる耐ローピング性が確保
できる）を実現するためには化学成分組成で決定される
凝固温度以上でTiＮを析出させることが必要であり、一
方、表面疵の発生を十分に抑制するためには、鋳込温度
においてTiＮを析出させないことが必要であって、耐ロ
ーピング性及び表面疵抑制効果とも優れたTi添加フェラ
イト系ステンレス鋼を得るには、溶鋼中のTiとＮとの反
応生成物であるTiＮを溶鋼中の各種成分で決定される凝
固温度（T₁）以上で析出させる共に、鋳込温度（T₂）以
上では析出させないようにすることが重要な要件となる
こと。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであ
り、 「Crを９〜30％含有するTi添加フェライト系ステンレ
ス鋼の連続鋳造に当り、鋼の成分組成に基づいて定まる
凝固温度T₁（℃）と、鋳込温度T₂（℃）と、鋼中のTi
量,N量及びCr量に基づいて定まるTiＮ析出温度T₃（℃）
とが式 T₁≦T₃＜T₂≦T₁＋100 を満たすように調整することを特徴とすることにより、
耐ローピング性に優れると共に表面疵発生が殆んど見ら
れないTi添加フェライト系ステンレス鋼を安定して量産
し得るようにした点」 に特徴を有するものである。

なお、本発明がCr含有量:9〜30％のフェライト系ステ
ンレス鋼を対象としたのは、Cr含有量が９％未満になる
とステンレス鋼としての耐食性が発揮されなくなり、一
方、30％を超えてCrを含有させる加工性が悪くなって本
発明の方法を適用する工業的価値が無くなるからであ
る。

また、対象とするフェライト系ステンレス鋼の凝固温
度T₁（℃）は略その化学成分組成によって決まり、式 T₁（℃）＝1536−（100.3［％Ｃ］−22.41［％Ｃ］^２ ＋13.55［％Si］−0.64［％Si」^２ ＋5.82［％Mn］＋0.3［％Mn］^２ ＋4.2［％Cu］＋3.0［％Mo］ ＋4.18［％Ni］＋0.01［％Ni］^２ ＋1.59［％Cr］−0.007［％Cr」^２） にて算出される。更に、対象とするTi添加フェライト系
ステンレス鋼のTiＮ析出温度T₃は、式 log［％Ｎ］＝−19755/（T₃＋273）＋7.78 ＋0.07［％Ti］−log［％Ti］ ＋0.045［％Cr］ で算出される。

そして、前記凝固温度T₁,鋳込温度T₂及びTiＮ析出温
度T₃がそれぞれ〔T₁≦T₃＜T₂〕なる条件を満たしていな
いと、十分に満足できる耐ローピング性と表面性状を有
するフェライト系ステンレス鋼を安定して製造すること
ができない。

更に、実操業においては耐ブレークアウト性を確保し
かつ健全鋳片を得るためには過熱度（ΔＴ）の上限が存
在し、この点から見た採用可能な鋳込温度は〔凝固温度
＋100℃〕以下程度であることから、鋳込温度T₂（℃）
は凝固温度T₁（℃）を使用したところの T₂≦T₁＋100 なる条件で上限を規制した。なお、鋳込温度の下限につ
ては、理論上は凝固温度より高ければ良いことになる
が、実操業においては過熱度（ΔＴ）が30℃より小さい
と注湯用ノズルの閉塞が生じ易くなることから、好まし
くは鋳込温度T₂（℃）を〔T₁＋30〕（℃）以上とするこ
とが推奨される。

続いて、この発明を実施例により、比較例と対比しな
がら更に具体的に説明する。

＜実施例＞ まず、常法にて第１表に示される如き成分組成のTi添
加フェライト系ステンレス鋼を溶製し、実験室規模の連
続鋳造装置によって鋳込温度T₂を変化させつつ50mm厚鋳
片を鋳造した。

次いで、得られた各鋳片について表面疵発生状 況と等軸晶化率を調べた後、これを1200℃に過熱してか
ら熱間圧延し、厚さが3mmの熱延鋼板を得た。続いて、
これら熱延鋼板に〔830℃で16時間均熱した後炉冷〕な
る条件の焼鈍を施してから0.5mm厚にまで冷間圧延し、
更に〔830℃に１分間過熱保持後空冷〕なる条件の焼鈍
を施して冷延板製品とした。

そして、得られた冷延板製品からJIS5号引張り試験片
を採取し、20％引張りを加えた後、耐ローピング性を評
価した。

このようにして得られた結果を第１表に併せて示し
た。

第１表に示される結果からも明らかな如く、本発明で
規定する条件通りに製造されたフェライト系ステンレス
鋼材は、何れも耐ローピング性及び表面疵状況ともに十
分満足できる結果を示すのに対して、〔凝固温度T₁≦Ti
Ｎ析出温度T₃〕なる条件を満足しない試験番号12〜16,2
0〜21,25及び27では耐ローピング性評価がＢ〜Ｃの不満
足な成績となっており、一方、〔TiＮ析出温度T₃＜鋳込
温度T₂〕なる条件を満足しない試験番号17〜19,22〜24,
26及び28では許容限度を超える表面疵の発生が見られ
る。

＜効果の総括＞ 上述のように、この発明よれば、耐ローピング性に優
れると共に良好な表面性状を有し、建材，厨房用品，電
気製品或いは自動車用品素材等として十分に満足できる
性能を発揮するフェライト系ステンレス鋼を、コスト高
を招くような格別な設備や手段を講じることなく安全生
産することが可能となるど、産業上極めて有用な効果が
もたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、17％Cr含有フエライト系ステンレス鋼におけ
る「鋼中Ti量及びＮ量と連続鋳造鋳片の等軸晶化率との
関係」を示すグラフ。 第２図は、17％Cr含有フエライト系ステンレス鋼にける
「鋼中Ti量及びＮ量と連続鋳造鋳片の表面疵との関係」
を示すグラフ。 第３図は、第１図に示される曲線と第２図に示される曲
線とを同一図中にまとめて表わしたグラフ。 第４図は、第３図で示したグラフ中に、17％Cr含有フエ
ライト系ステンレス鋼における凝固温度（1500℃）及び
過熱度（ΔＴ）を60℃とした鋳込温度（1560℃）でのTi
−Ｎ平衡曲線をそれぞれ併記したもの。

フロントページの続き (72)発明者 須藤 忠仁 新潟県上越市港町２―12―１ 日本ステ ンレス株式会社直江津研究所内 (56)参考文献 特開 昭49−41227（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−119622（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−127554（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Crを９〜30％含有するTi添加フェライト系
   ステンレス鋼の連続鋳造に当り、鋼の成分組成に基づい
   て定まる凝固温度T₁（℃）と、鋳込温度T₂（℃）と、鋼
   中のTi量,N量及びCr量に基づいて定まるTiＮ析出温度T₃
   （℃）とが式 T₁≦T₃＜T₂≦T₁＋100 を満たすように調整することを特徴とする、Ti添加フェ
   ライト系ステンレス鋼の製造方法。