JP3294846B2 - Fe−Cr−Al合金鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Fe−Cr−Al合金鋼板及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は表面疵のないFe−Cr−Al合金鋼板(箔材も含
む)及びその製造方法に関する。
背景技術 Fe−Cr−Al合金はその優れた耐酸化性の故に、近年は
石油ストーブの外煙筒、電気ヒーター、自動車触媒用メ
タル担体等の耐熱用途に用いられるケースが増えつゝあ
る。
該合金ではCrとAl濃度を高めるほど優れた耐酸化性が
得られ、更にこれにYを含む希土類元素の少なくとも一
つを少量添加することで耐熱性を維持する酸化被膜の密
着性が飛躍的に向上することが知られている。したがっ
て最近ではCrとAlの濃度を圧延可能な範囲で極力高め、
且つYを含む希土類元素を添加した冷延成品又は箔材が
生産されている。
しかしながらこれらの合金の製造性は悪く、耐熱性の
高いものほど歩留りが低いという欠点があった。特にY
を含む希土類元素を添加したものでは、熱間圧延や冷間
圧延で鋼板表面にヘゲ状の疵が生じ易く、一旦ヘゲ疵が
生じるとこれの除去のための工程費用がかさみ、まだ歩
留りの低下も著しい。
本発明は、高い濃度のCr,AlとYを含む希土類元素を
含有するFe−Cr−Al合金鋼の熱間圧延や冷間圧延で発生
するヘゲ状疵を防止し、以って歩留りの低下を阻止する
Fe−Cr−Al合金鋼板を提供することを目的とする。
発明の構成 本発明は上記目的を達成するためにCr,Al、又はREM
(REMはYと原子番号57〜71の希土類元素(ランタノイ
ド)のグループから選ばれた少くとも1種の元素を云
う)のグループから選ばれた少くとも1種の元素の成分
濃度が表面層において内部層の70%以下である鋳片を作
成し、該鋳片を熱間圧延し、冷間圧延してFe−Cr−Al合
金鋼板を提供することを特徴とする。
上記の鋳片を作成する具体的な方法としては複層連続
鋳造法によるもの、または連続鋳造モールド内でのスラ
ブの外皮層が凝固する深さ位置で被覆金属が溶解するよ
うに金属被覆されたREMのワイヤーを前記位置に連続的
に注入する方法等がある。以下にこれらの方法について
詳細に説明する。
そもそもFe−Cr−Al合金鋼はフェライト系ステンレス
鋼のなかでも熱間及び冷間の加工性は悪く、圧延中に疵
を生じ易い鋼種である。更にこれにREMを添加したもの
は、これらの元素が酸化物や低融点の金属間化合物又は
合金として鋳片の表面付近に偏在することが応々にして
あり、マトリックスの熱間及び冷間加工性の悪さと相ま
ってこれらが起点となって圧延中にヘゲ疵を生じる。
本発明者らはこれらの疵の防止策を種々試験した結
果、鋳片表面のCrまたはAlの濃度を低くして表面層の熱
間・冷間での加工性を良好にすることと、又表層部のRE
Mに平均濃度を低くして鋳片表層部へのこれらの元素の
高濃度偏在をなくすことの少くとも一つを行うことによ
りヘゲ疵を有効に防止し得ることを知見した。かくして
得られた鋼板又は箔材では当然ながら板厚方向にCr,Al,
REMなどの濃度分布があるため、これら鋼板を最終製品
に加工した後又は加工途中に熱処理を行って拡散を行わ
しめ、耐酸化性などに実害のない程度にまで濃度分布を
減少させておく必要がある。
その熱処理条件は熱処理前の鋼板の板厚方向の成分濃
度分布と鋼板の使用環境によって適宜決める必要があ
る。
発明を実施するための最良の形態 以下、本発明を実施するための最良の形態について詳
述する。
先ず、本発明鋼の内部層の化学成分の限定理由につい
て説明する。
C,Si,Mnは本鋼にとっては不可避的不純物であり、そ
れぞれの上限値0.03%,0.5%,1%(以下、化学成分の%
は全て重量%である)を超えると熱延板の材質が劣化し
て、通板が困難になる。CrはAlとともに本鋼の耐酸化性
を保持する基本元素で、9%未満では充分な耐酸化性が
得られず、26%超では材質の劣化が著しく、圧延が困難
になる。従って、Crの添加範囲を9〜26%とする。
Alは本鋼においては高温でアルミナ皮膜を形成して、
耐酸化性を維持する基本元素で、2%未満では充分な耐
酸化性が得られず、6%超では熱延板の靭性が劣化して
通板が困難になるので、2〜6%の範囲とする。REMは
その微量添加でアルミナ皮膜の密着性が向上するが、そ
の合計が0.01%未満では添加効果が不充分であり、0.2
%超では効果が飽和するうえ、鋼板外部層の濃度が内部
層の濃度の70%以下であっても熱延中にヘゲが発生し易
くなる。従って、その添加範囲を0.01〜0.2%とする。
Ti,Nb,Zrは熱延板の靭性を改善し、Nb,Zrは高温強度
をも改善するため必要に応じて添加されるが、合計で0.
01%未満では添加効果が不充分で、0.6%超では熱延板
の靭性がかえって劣化するので0.01〜0.6%の範囲とす
る。
次に本発明鋼の外部層の化学成分について説明する
と、外部層の化学成分の内、Cr,Al及びREMのグループか
ら選ばれた少くとも1種の元素の成分濃度を内部層のこ
れら元素の成分濃度の0〜70%の範囲に規制する。
成分濃度が70%超であると薄板表面のヘゲ疵の低減効
果を十分に発揮することができないからである。
次に、本発明の製造方法について説明する。
先ず、鋳片鋳造の一例を説明する。
内部層を構成する溶鋼と外部層を構成する溶鋼をそれ
ぞれ溶製し、連続鋳造設備のタンディッシュを2槽に分
け、それぞれの槽に各溶鋼を注入し、直下のモールドに
同時に鋳込む。この際、各層の鋳入量があらかじめ定め
られた量になるよう、それぞれの鋳入量を定める。例え
ば内部層と外部層の溶鋼量を4対1の割合で鋳込む場合
は内部層の溶鋼の鋳入速度を外部層のそれの4倍にして
鋳込む。この場合モールドへの鋳入管の湯面からの開口
位置を外部層では浅く、内部層では深くすると、内部層
の溶鋼は主として鋳片の内部で凝固し、外部層の溶鋼は
主として鋳片の外部で凝固する。
このようにしてFe−Cr−Al合金鋼の複層鋳片を連続的
に鋳造する。
又、鋳片製造の他の例として、前記内部層の化学成分
の内、REMの濃度を70%以下にした溶鋼を外部層溶鋼と
して通常の連続鋳造設備のモールドに鋳込み、次に、RE
M、例えばYを炭素鋼又はステンレス鋼で被覆して形成
したワイヤーを、モールド内の湯面下でスラブの表層が
凝固して5〜15mm厚のシェルが形成される位置に連続的
に供給し、該位置で前記ワイヤーの被覆金属とYを溶解
してYを所定量添加し、内部層溶鋼を形成する。
こゝで、ワイヤーの溶解位置を鋳造スラブの表層が5
〜15mmの厚さで凝固する位置に規定したのは5mm未満で
は通常行われるスラブ表層研削で内部層が表面に現われ
ることがあり、又15mm超ではワイヤーからの添加物が溶
け残ることがあるからである。
なお、REMの内、原子番号57〜71の希土類元素(ラン
タノイド)は融点が比較的低いので、これらの元素のま
ゝ添加ワイヤーに加工することができるが、Yの場合は
その融点が1522℃と高いため、Ni,Fe,Cuなどと合金化し
て融点を1000℃以下に下げることが望ましい。
又、ワイヤーを構成する被覆材は溶鋼温度、鋳造速
度、ワイヤーの添加速度、ワイヤー径等の諸要因を考慮
して所定の位置で溶解するようその材質(例えば炭素鋼
又はステンレス鋼)や厚さを予備実験や計算等で決定す
る必要がある。この際炭素鋼は溶けにくゝ、ステンレス
鋼は溶け易い性質を有しているので、材質の選択によっ
て溶解時間を調整することができる。但しこの際被覆材
から混入する元素が、母材の材質を実質的に悪化させな
いような材質の選択が必要である。
以上のようにしてスラブを鋳造した後、該スラブを11
00〜1300℃の温度範囲で加熱して熱間圧延を施す。スラ
ブ加熱温度が1100℃未満では熱間変形抵抗が高く、熱間
圧延が困難となり、1300℃超では加熱炉でスラブがたれ
下り、操炉が難しくなる。又、このような温度でスラブ
を加熱しても、該スラブは5〜15mm厚の外部層を有して
いるので、外部層と内部層との濃度分布の均一化は起ら
ない。
熱間圧延終了後、冷間圧延を行い、薄板や箔材を形成
する。
実施例 実施例1 第1表のA,Bに重量%で組成を示す溶鋼を夫々溶製
し、連続鋳造設備の2槽に分けられたタンディッシュの
夫々の槽にA,B2種類の溶鋼を注入し、夫々の槽からの注
入管を通して一つのモールドに溶鋼を同時に鋳込んだ。
A,B2種類の溶鋼の鋳入速度は5対1の割合にし、A,B夫
々の注入管の開孔位置は湯面から夫々400mmと100mmにし
た。かくすることにより溶鋼Aは主として鋳片の内部で
凝固し、溶鋼Bは主として鋳片の外層部で凝固した。ま
た溶鋼AのLn(ランタノイド:原子番号57〜71の希土類
元素の総称)は溶鋼鋳でも酸化されて時間とともに減少
するためタンディッシュのシールを強化して不活性雰囲
気を満し、タンディッシュの鋳入管の入口附近に開口す
る導入管を通して一定速度で添加した。
このようにして得られた鋳片のサイズは長さ250mm、
幅1080mmで、表面から5mmまでの部分のCr,Al,Lnの分析
値は夫々16.7%,3.6%,0.01%であった。
比較例として、第1表のCに示す組成の溶鋼120トン
を通常の連続鋳造方法で厚さ250mm、幅1080mmのスラブ
に鋳込んだ。
上記2種類の方法で得られた鋳片表面を約3mm研削手
入れした後、1200℃に加熱して熱間圧延により厚さ4mm
の熱延コイルを得た。これらの熱延コイルを通常の冷延
工程により厚さ1mmの冷延コイルにまで圧延した。上記
2種類の鋳片から出発した鋼板の疵の発生状況は、A,B
の複層鋳造法によるものでは11本のコイル全てにさした
る疵もなく、順調に圧延が進行したのに対し、Cの溶鋼
を単独に鋳込んだものでは11本のコイル中の9本のコイ
ルに大小のヘゲ疵が発生し、軽度のものは表面研削で除
去し、重度のものは鋼板を切断除去したため大幅な歩留
の低下をきたした。
なお上記冷延鋼板は更に50μmの厚さにまで箔圧延さ
れ、ハニカム状に加工された後、真空ろう付工程で1200
℃に約10分間加熱されメタル担体に加工された。ろう付
けされたハニカムの一部をうめ込み研磨して、EPMAによ
り断面の成分分布を調べた。その結果、A,Bの連続複層
鋳造を行ったものでもCr,Al,Lnの板厚方向の成分分布を
解消して均一であった。またハニカムを切り出して、大
気中で1100℃×200hrの耐酸化性試験を行ったが、複層
鋳造を行ったものもろう付部に2〜3点の異常酸化スポ
ットがみられた程度で良好な耐酸化性を示し、単独鋳造
のCのスラブから得た箔によるハニカムに対して耐酸化
性の上からも遜色はなかった。
実施例2 第2表に重量%で組成を示す溶鋼Dを120トン溶製
し、通常の連続鋳造設備において厚さ250mm、幅1080mm
の鋳片11本に鋳込んだ。但し合金成分の内Yについては
次の方法によってモールド中に添加した。すなわち、Y
はそのまゝでは融点が1522℃と高く、溶解不良を生じる
恐れがあるため、融点が1000℃以下になるように30%Ni
−70%Yの合金を作製してこれを粉砕して粉末状にした
ものをSUS304の直径6mm、厚さ0.2mmのパイプ中に充填し
てY添加ワイヤーを作成し、これをモールドの湯面の中
央付近に湯面に対して、スラブ表層厚さ10mmの位置で溶
解するように垂直に毎分12mの割合で供給した。
この位置では連続鋳片の表層部はすでに凝固過程にあ
り、Yは主として溶融状態にある鋳片の内層部に分布す
る状態になる。実際に鋳片の表層5mmから採取した切粉
の分析値はY:0.03%であった。
比較例として第2表のEに示す組成のもの120トンを
通常の連続鋳造方法で同じ鋳片サイズに鋳込んだ。この
際Yの添加はタンディッシュのシールを強化して不活性
ガスを満たし、こゝに50%Fe−50%Yの合金塊状のもの
を投入して添加した。鋳片D,Eともに表層部3mmを研削し
た後、実施例−1と同様の熱間圧延及び冷間圧延を行っ
た。
両鋼板の疵の発生状況は、鋳片Eから出発したコイル
では、いずれも熱間圧延で多数の微小ヘゲが発生したの
で、熱延板を酸洗した後、表面をコイルグラインダーに
より50μmもの重研削を施し、しかも後に冷間圧延を行
った。これに対し、鋳片Dから発したコイルは全長にわ
たりヘゲ疵はなく、酸洗後の研削は取り残しのスケール
を除去する程度の軽度のもので充分であった。
両方法で製造された冷延板を実施例1と同様にして50
μmの箔材に圧延した後メタル担体にまで加工した。こ
れらのメタル担体から切り出されたハニカムは、D,E双
方とも1100℃×200hrの大気中加熱で良好な耐酸化性を
示し、D箔もろう付け後のEPMA分析ではYの板厚方向の
濃度分布は解消して、ほゞ均一な分布を示した。
産業上の利用可能性 本発明は疵の発生し易いFe−Cr−Al合金鋼において、
疵発生のない合金鋼板及び生産能率や歩留りを向上させ
る極めて有効な製造方法を提供するもので、近年需要量
の増しつゝある環境対策用材料の低コスト化及び安定供
給に資するところ大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今村 晃 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 田中 宏幸 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 久富 良一 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 平1−287253(JP,A) 特開 平2−254136(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/18 B22D 11/00 C21D 8/02 C21D 9/46

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、C:0.03%以下、Si:0.5%以下、
    Mn:1%以下、Cr:9〜26%、Al:2〜6%、Y及び原子番号
    57〜71の希土類元素のグループから選ばれた少くとも1
    種の元素(以下REMと称す)を合計で0.01〜0.2%を含
    み、残部実質的にFeからなる内部層と、上記化学成分の
    内、Cr,Al又はREMのグループから選ばれた少くとも1種
    の元素の成分濃度が上記内部層の夫々の成分濃度の0〜
    70%の範囲にあり、かつ該成分濃度の異なる元素以外は
    上記内部層と同一の成分範囲を有する外部層からなるこ
    とを特徴とするFe−Cr−Al合金鋼板。
  2. 【請求項2】更に、重量%で、Ti,Nb又はZrのグループ
    から選ばれた少くとも1種の元素を合計で0.01〜0.6%
    含有する請求の範囲1記載のFe−Cr−Al合金鋼板。
  3. 【請求項3】重量%で、C:0.03%以下、Si:0.5%以下、
    Mn:1%以下、Cr:9〜26%、Al:2〜6%、REM:0.01〜0.2
    %を含み、残部実質的にFeからなる内部層と上記化学成
    分の内、Cr,Al又はREMのグループから選ばれた少くとも
    1種の元素の成分濃度が上記内部層の夫々の成分濃度の
    0〜70%の範囲にあり、かつ該成分濃度以外は上記内部
    層と同一の成分範囲を有する外層から成る鋳片を作成
    し、該鋳片を1100〜1300℃の温度範囲で加熱して熱間圧
    延し、次いで冷間圧延することを特徴とするFe−Cr−Al
    合金鋼板の製造方法。
  4. 【請求項4】前記内部層と外部層の化学成分をそれぞれ
    示す2種類の溶鋼を連続鋳造設備の2槽に分けられたタ
    ンディッシュの夫々の槽に注入し、夫々の槽からの注入
    管を通して一つのモールドに鋳造速度と鋳入管の開口位
    置を変えて同時に鋳込み、これにより内部層と外部層の
    複層鋳変を鋳造し、しかる後該鋳片を1100〜1300℃の温
    度範囲で加熱して熱間圧延し、次いで冷間圧延すること
    を特徴とするFe−Cr−Al合金鋼板の製造方法。
  5. 【請求項5】前記内部層の化学成分の内REMの成分濃度
    が内部層のそれの0〜70%に規制した溶鋼を連続鋳造設
    備のモールド内に注入し、該モールド内で鋳造スラブの
    表層が5〜15mmの厚さで凝固する湯面からの深さ位置
    へ、REMを被覆材で被覆して形成したワイヤーを連続的
    に供給し、しかして上記位置で該ワイヤーを溶解し、こ
    れにより内部層と外部層の複層鋳片を鋳造し、しかるの
    ち、該鋳片を1100〜1300℃の温度範囲で加熱して熱間圧
    延し、次いで冷間圧延することを特徴とするFe−Cr−Al
    合金鋼板の製造方法。
  6. 【請求項6】被覆材の材質が炭素鋼又はステンレス鋼で
    ある請求の範囲5項記載の製造方法。
  7. 【請求項7】融点が1000℃以下であるY合金粉末を炭素
    鋼又はステンレス鋼で被覆して形成したワイヤーを溶湯
    内へ連続的に供給する請求の範囲5項記載の製造方法。
JP51553393A 1992-03-09 1993-03-09 Fe−Cr−Al合金鋼板及びその製造方法 Expired - Lifetime JP3294846B2 (ja)

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