JP3895121B2

JP3895121B2 - オーステナイト系快削ステンレス鋼製品の製造方法

Info

Publication number: JP3895121B2
Application number: JP2001063452A
Authority: JP
Inventors: 明仁古田
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: JP2002263707A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオーステナイト系快削ステンレス鋼からなる製品の製造方法に関するものであり、詳細には熱間圧延加工、熱間鍛造加工等の塑性加工工程を含む製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、棒鋼の製造方法として、熱間圧延による方法が広く知られている（例えば特開平１０−２６３６０２号公報、特開２０００−４２６１９公報等参照）。この製造方法では、まず精錬、造塊、分塊圧延等の工程を経て得られた素材（ビレット）が、加熱炉によって加熱される。次に、このビレットに、多段の圧延機によって熱間圧延が施される。熱間圧延によってビレットは細径化し、且つ長尺化する。こうして、条鋼母材が得られる。条鋼母材は冷却後に所定寸法に裁断され、棒鋼が得られる。
【０００３】
熱間圧延に供されるビレットには、図３（ａ）に示されるような表面疵５１が存在していることがある。この表面疵５１は、造塊工程、分塊圧延工程等で生じたものである。表面疵５１の存在は、最終製品の品質低下、素材の歩留まり低下等の不都合を招来する。このような不都合を回避する目的でビレット５２に研削加工、切削加工等が施され、表面疵５１が除去される。表面疵５１の除去には、通常ピーリング、ターニング、グラインディング等の手法が用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような研削・切削によって表面疵５１は除去されるものの、ビレット５２の表面には、研削工具や切削工具に起因した微細な凹凸、バイト目、荒れ、ささくれ（以下、これらは「微細傷」と総称される）が生じる。例えばピーリング（ビレット５２の周りをバイトが旋回する加工方法）では、図３（ｂ）に示されるような微細傷が生じる。また、ターニング（ビレット５２の外周面をバイトに当接させつつビレット５２を自転させる加工方法）では、図３（ｃ）に示されるような微細傷が生じる。
【０００５】
このような微細傷が存在するビレット５２に熱間圧延が施されると、微細傷が起点となって過大な表面疵が誘発されることがある。特に、熱間加工性に劣るオーステナイト系快削ステンレス鋼では、この傾向が顕著である。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、オーステナイト系快削ステンレス鋼からなる製品の表面疵を抑制しうる製造方法の提供をその目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するためになされた発明は、
オーステナイト系快削ステンレス鋼からなる製品の製造方法であって、
最大高さ（Ｒｙ）が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下となるように表面粗さが調整された素材に、素材温度が１０００℃以上１２５０℃以下であり歪み速度が１．０（／ｓｅｃ）以上である加工条件下で熱間塑性加工を施す工程を含むことを特徴とする製造方法、
である。
【０００８】
この製造方法では、
（１）最大高さ（Ｒｙ）が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下となるように素材の表面粗さが調整されていること、
（２）加工温度が１０００℃以上１２５０℃以下であること
及び
（３）歪み速度が１．０（／ｓｅｃ）以上であること
の相乗効果により、熱間塑性加工工程での表面疵の発生が抑制される。
【０００９】
この製造方法は、圧延製品、鍛造製品、押出製品、引抜製品等の種々の塑性加工製品に適用されうる。特に、熱間圧延加工によって得られる製品に、本発明は適している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態にかかる製造方法のための製造設備が示されたブロック図である。この製造設備は、棒鋼を得るためのものである。この製造設備は、ビレット装入機１、加熱炉２、粗列圧延機３、中間列圧延機４、仕上列圧延機５、冷却床６及びコールドシャー７を備えている。粗列圧延機３、中間列圧延機４及び仕上列圧延機５は多段連続圧延装置を形成している。
【００１２】
図２は、図１の製造設備による製造方法が示されたフローチャートである。この製造方法では、まず精錬、造塊、分塊圧延等の工程を経てビレットが準備される（ＳＴＰ１）。このビレットは、一般的には円柱状である。このビレットは、オーステナイト系快削ステンレス鋼用のものである。
【００１３】
次に、このビレットの表面に研削加工又は切削加工が施される（ＳＴＰ２）。研削・切削には、例えばピーリング、ベルト研磨（その表面に砥粒を備えたベルトによる研磨）、ターニング、グラインディング等の手段が用いられる。研削・切削により、ビレットの表面粗さが調整される。後に詳説されるような表面粗さが達成されるためには、ピーリング又はベルト研磨によって研削・切削が行われるのが好ましい。
【００１４】
次に、ビレットがビレット装入機１から図１に示された製造設備内に投入され、加熱炉２へと搬送されて所定温度に加熱される（ＳＴＰ３）。そして、このビレットに対して、粗列圧延機３による圧延（ＳＴＰ４）、中間列圧延機４による圧延（ＳＴＰ５）及び仕上列圧延機５による圧延（ＳＴＰ６）が順次施される。この多段の熱間圧延によりビレットが段階的に細径化し、かつ段階的に長尺化する。圧延の間、ビレットの歪み速度が所定範囲内に設定される。こうして、棒状の条鋼母材が形成される。
【００１５】
次に、条鋼母材が冷却床６に搬送される。冷却床６には多数の開口が設けられており、この開口から吹き出す冷却空気によって条鋼母材が所定温度（例えば２００℃程度）まで冷却される（ＳＴＰ７）。この条鋼母材がコールドシャー７（自動切断機）へと送られ、所定長さに切断される（ＳＴＰ８）。こうして、棒鋼が得られる。棒鋼には熱処理、酸洗等の処理が施され、さらに検査された後、出荷される。
【００１６】
前述のように、ビレットはオーステナイト系快削ステンレス鋼用のものである。オーステナイト系快削ステンレス鋼は、０．１５質量％以下の炭素（Ｃ）と、１．００質量％以下のケイ素（Ｓｉ）と、３．００質量％以下のマンガン（Ｍｎ）と、０．２０質量％以下のリン（Ｐ）と、０．１５質量％以下の硫黄（Ｓ）と、８．００質量％以上１０．００質量％以下のニッケル（Ｎｉ）と、１７．００質量％以上１９．００質量％以下のクロム（Ｃｒ）と、所定量の快削成分とを含む合金鋼である。オーステナイト系快削ステンレス鋼の具体例としては、０．６０質量％以下のモリブデン（Ｍｏ）を含むもの（「ＪＩＳＧ４３０３」に規定されたＳＵＳ３０３）、１．５０質量％以上３．５０質量％以下の銅（Ｃｕ）を含むもの（同ＳＵＳ３０３Ｃｕ）、０．１５質量％以上のセレン（Ｓｅ）を含むもの（同ＳＵＳ３０３Ｓｅ）等が挙げられる。
【００１７】
これらオーステナイト系快削ステンレス鋼は難圧延材であり、本来的には熱間圧延工程（ＳＴＰ４、５、６）において微細傷から過大な表面疵が誘発されやすいものである。本発明の製造方法では、ビレットの表面粗さと圧延条件とに工夫が施されているので、オーステナイト系快削ステンレス鋼であっても表面疵の発生が抑制される。
【００１８】
圧延の前のビレットの表面粗さは、その最大高さ（Ｒｙ）が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下となるように調整されている。最大高さ（Ｒｙ）が１．０ｍｍを越えると、熱間圧延工程（ＳＴＰ４、５、６）における表面疵の誘発が起こりやすい。この観点から、最大高さ（Ｒｙ）は０．７ｍｍ以下が特に好ましい。表面疵抑制の観点からは最大高さ（Ｒｙ）は小さいほど好ましいが、通常の研削・切削工程（ＳＴＰ２）によって達成されうる最大高さ（Ｒｙ）は、０．１ｍｍ以上である。
【００１９】
最大高さ（Ｒｙ）は、「ＪＩＳＢ０６０１」の規定に準拠して測定される。最大高さ（Ｒｙ）の測定では、基準長さＬが８ｍｍとされ、評価長さＬｎが４０ｍｍとされる。
【００２０】
熱間圧延（ＳＴＰ４、５、６）の間、ビレットの温度は１０００℃以上１２５０℃以下の範囲に維持される。この温度範囲は、オーステナイト系快削ステンレス鋼のグリーブル試験における絞りが約７０％以上となる範囲である。すなわち、この温度範囲は、オーステナイト系快削ステンレス鋼としては良好な熱間加工性が発現される範囲である。ビレットの温度が１０００℃未満であると、塑性変形に伴って微細傷から過大な表面疵が誘発されやすい。この観点から、ビレットの温度は１０４０℃以上が特に好ましい。一方、ビレットの温度が１２５０℃を越えると、いわゆるオーバーヒートとなり、粒界溶融による脆化や有害元素の完全固溶・再析出による脆化が生じやすい。この観点から、ビレットの温度は１２００℃以下が特に好ましい。
【００２１】
図１に示されるような、複数の圧延機３、４、５が並べられた連続圧延装置では、圧延工程（ＳＴＰ４、５、６）の全体を通してビレットの温度が上記範囲に維持されるのが好ましい。但し、一部の圧延機での圧延のみにおいてビレットが上記温度範囲とされる場合でも、その圧延における表面疵抑制効果は得られる。温度の制御は、加熱炉２での加熱温度、圧延ロール冷却水の流量、圧延時間の調節等によってなされうる。
【００２２】
熱間圧延（ＳＴＰ４、５、６）の歪み速度は、１．０（／ｓｅｃ）以上に設定される。この歪み速度は、通常の棒鋼熱間圧延の歪み速度よりも大きい。すなわち、この製造方法では、高速でビレットが変形する。これにより、微細傷から過大な表面疵が誘発されることが抑制される。この観点から、歪み速度は１．２（／ｓｅｃ）以上が特に好ましい。なお、あまりに歪み速度が大きいと連続圧延装置全体の制御が困難となるので、歪み速度は２．０（／ｓｅｃ）以下、特には１．７（／ｓｅｃ）以下が好ましい。歪み速度の制御は、圧延ロールの周速、圧延率等の調節によってなされうる。
【００２３】
歪み速度が大きくされることによって表面疵の発生が抑制される理由は詳細には不明であるが、歪み速度が小さい場合と比べて金属組織内で生じる変化に何らかの相違があり、表面疵の生成又は成長を抑制するメカニズムが機能するためであると推測される。
【００２４】
歪み速度は、下記数式（Ｉ）によって算出される。
（歪み速度）＝ｄε／ｄｔ −−−（Ｉ）
この式（Ｉ）においてεは歪みを表す。この歪みεは、下記数式（II）によって算出される。
ε＝（Ｌ_１−Ｌ_０）／Ｌ_０ −−−（II）
この式（II）においてＬ_０は加工前の素材の長さを表し、Ｌ_１は加工後の素材の長さを表す。
【００２５】
多段の連続圧延装置では、圧延工程（ＳＴＰ４、５、６）全体を通して歪み速度が上記範囲に維持されるのが理想である。但し、一部の圧延機での圧延のみにおいてビレットが上記歪み速度とされる場合でも、その圧延における表面疵抑制効果は得られる。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
【００２７】
［実施例１］
ＳＵＳ３０３Ｃｕのビレットを用意し、これにピーリング加工を施した。ピーリング後のビレットの最大高さ（Ｒｙ）は、０．４０から０．５０ｍｍであった。このビレットに、図１に示された製造設備で、図２に示された手順によって熱間圧延を施し、棒鋼を作製した。圧延の際の歪み速度を１．２から１．３（／ｓｅｃ）とし、圧延温度を１０６０℃とした。この圧延条件は、加熱炉での加熱温度、圧延速度、リダクション（減面率）等で調節した。
【００２８】
［実施例２］
ピーリングに代えてベルト研磨を採用してビレットの最大高さ（Ｒｙ）を０．１０ｍｍ以下とし、また圧延温度を１０１０℃とした他は実施例１と同様にして、棒鋼を得た。
【００２９】
［比較例１］
ピーリングに代えてターニングを採用してビレットの最大高さ（Ｒｙ）を１．５ｍｍとし、また圧延速度を調節して歪み速度を１．５（／ｓｅｃ）とした他は実施例１と同様にして、棒鋼を得た。
【００３０】
［比較例２］
圧延速度の調節により歪み速度を０．５（／ｓｅｃ）とした他は実施例１と同様にして、棒鋼を得た。
【００３１】
［棒鋼の検査］
実施例１及び２並びに比較例１及び２の製造方法で得られた棒鋼の表面疵の有無を、目視で検査した。この結果が下記の表１に示されている。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表１において、表面粗さが粗すぎるビレットが用いられた比較例１の製造方法では、得られる棒鋼に表面疵が発生している。また、歪み速度が低すぎる比較例２の製造方法でも、得られる棒鋼に表面疵が発生している。一方、ビレットの表面粗さ、圧延での歪み速度及び圧延温度が本発明の範囲内である実施例１及び２の製造方法では、得られる棒鋼に表面疵が見られない。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。
【００３４】
以上、棒鋼が一例とされて本発明の製造方法が詳説されたが、この製造方法は棒鋼のみならず、種々の形状の金属製品の製造に適用されうる。また、以上説明された製造設備はあくまで一例であり、例えば各段の圧延機の配置等は条鋼の材質、用途等に応じて適宜変更可能である。さらに、本発明は、例えば鍛造等の全ての熱間塑性加工にも適用されうる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明されたように、本発明の製造方法によれば、オーステナイト系快削ステンレス鋼からなる製品の熱間塑性加工で生じる表面疵が抑制される。この製造方法が採用されることにより材料歩留まりが向上し、また、オーステナイト系快削ステンレス鋼製品の品質が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる製造方法のための製造設備が示されたブロック図である。
【図２】図２は、図１の製造設備による製造方法が示されたフローチャートである。
【図３】図３は、従来の製造方法に用いられるビレットが示された正面図である。
【符号の説明】
１・・・ビレット装入機
２・・・加熱炉
３・・・粗列圧延機
４・・・中間列圧延機
５・・・仕上列圧延機
６・・・冷却床
７・・・コールドシャー

Claims

鋼種がオーステナイト系快削ステンレス鋼であり、最大高さ（Ｒｙ）が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下となるように表面粗さが調整された素材が、準備される工程と、
この素材温度が１０００℃以上１２５０℃以下に加熱される工程と、
この素材に、歪み速度が１．０（／ｓｅｃ）以上である加工条件下で、素材の温度が１０００℃以上１２５０℃以下に維持されつつ熱間圧延加工が施される工程と、
を含む棒鋼の製造方法。