JP4114246B2 - 準安定オーステナイト系ステンレス鋼コイルの加熱方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間圧延を施す前に準安定オーステナイト系ステンレス鋼コイルを均一、かつ迅速に加熱する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジン用のガスケットや精密機器に組み込まれるバネ製品は、１７Ｃｒ−７Ｎｉ鋼（ＳＵＳ３０１）を代表とする準安定オーステナイト系ステンレス鋼を板厚０．５ｍｍ以下に冷間圧延し、軟化焼鈍を施さずにプレス加工や曲げ加工等で成形して用いられる場合が多い。
【０００３】
しかし、準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、２５Ｃｒ−２０Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１０）を代表とする安定オーステナイト系ステンレス鋼とは異なり、冷間圧延を施すと多量の加工誘起マルテンサイト組織が生成し、変形抵抗が大幅に増加する。そのため、準安定オーステナイト系ステンレス鋼を極薄の板厚に冷間圧延する場合、小径のワークロールを周囲より複数のロールで支え、変形抵抗の増加によるロールの曲がりを抑制する機構を持ったゼンジミア圧延機等が使用される。
【０００４】
特開昭６４−２１０１３号公報や特開昭６４−２１０１３号公報には、冷間圧延前に準安定オーステナイト系ステンレス鋼板を５０℃以上に加熱し、最終焼鈍前のマルテンサイト量が２０％以下になるように制限して冷間圧延する方法が開示されている。
【０００５】
バネ製品では顧客の要望に応じて、機械的性質を変えることも必要となるが、冷間圧延の際に生成する加工誘起マルテンサイトに起因して、機械的性質にバラツキが生じる場合がある。この機械的性質のバラツキを抑制する方法として特公昭６２−３２１３号公報に、冷間圧延前にコイル温度を３０〜１００℃に加熱して冷間圧延する方法が開示されている。
【０００６】
図３は、コイルを示す図で、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）はコイル幅（Ｗ）方向の中央部（ｃ）における断面図である。準安定オーステナイト系ステンレス鋼コイルは、幅（Ｗ）が３００〜１３００ｍｍ、厚さ（ｔ）０．１〜２．０ｍｍ程度が一般的な大きさである。本発明では、図３（ｂ）に示すようにコイルの外周面の表面、中間部および内周表面は、コイル幅方向（Ｗ）の中央部（ｃ）における各部位を示すものとする。
【０００７】
通常、コイルを加熱炉等で加熱する場合、加熱雰囲気温度を目標加熱温度より少し高い温度に設定しておき、加熱炉にコイルを挿入してコイルが目標温度になるまで加熱する。しかし、大きなコイルを内外周面の表面と中間部とを均一な温度になるように加熱するためには、長時間の加熱が必要となる。特に冬季にはコイル温度が低下するので、例えば温度が５℃で外径が１０００ｍｍ程度のコイルを、コイル全体が３０℃になるように加熱するには１５時間程度の長時間加熱が必要である。そのため、生産効率が低下して製造コストの上昇を招くため効率的なコイルの昇温方法の開発が望まれていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冷間圧延前の準安定オーステナイト系ステンレス鋼コイルを３０℃〜６０℃程度にまで迅速、かつコイル全体を均一に加熱する方法を提供することにある。
【０００９】
【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。
【００１０】
「準安定オーステナイト系ステンレス鋼コイルを、冷間圧延前に加熱雰囲気からの伝熱により加熱する方法であって、コイルの目標加熱温度（摂氏）の２〜２．５倍の範囲内の温度に設定した加熱雰囲気中でコイルを加熱し、コイルの外周面の表面温度が目標加熱温度に達した際、加熱雰囲気温度を目標加熱温度の１．５以上２倍未満の範囲内の温度に降温して加熱する準安定オーステナイト系ステンレス鋼コイルの加熱方法」
なお、上記の「コイルの外周面の表面温度が目標加熱温度に達する」の目標加熱温度とは、目標温度の前後５℃を含むものとし、また目標温度に許容できる範囲がある場合は、当然ながらその範囲内の全ての温度を目標温度として設定することができる。
【００１１】
また、前記したようにコイルの外周面の表面温度は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、コイル幅方向（Ｗ）の中央部（ｃ）における表面温度を示すものとする。
【００１２】
本発明者らは、冷間圧延する前の準安定オーステナイト系ステンレス鋼コイルを加熱雰囲気からの伝熱により上昇させる際、速くしかもコイル全体を均一に加熱する方法につき実験、検討した結果、以下の知見を得て本発明を完成させた。
【００１３】
すなわち、比較的短時間で均一に加熱するには、加熱初期の雰囲気温度を目標加熱温度の２〜２．５倍の高温にして加熱し、コイル外周面の表面温度が目標温度に達した時点で、コイル全体の温度が均一になるように雰囲気温度を目標温度の１．５〜２倍未満の温度に降温するのがよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の加熱方法に適用する準安定オーステナイト系ステンレス鋼コイルは、上記したように冷間圧延により加工誘起マルテンサイトが発生するオーステナイト系ステンレス鋼コイルであり、そのようなコイルであればどのような化学組成のコイルであっても本発明の方法に適用できるので、化学組成は特に限定するものではない。
【００１５】
準安定オーステナイト系ステンレス鋼の代表的なものとしては、ＳＵＳ３０１やＳＵＳ２０１等があり、常温でオーステナイト相が不安定な組成のステンレス鋼である。
【００１６】
Ni+0.65Cr+0.98Mo+1.05Mn+0.35Si+12.6Cで表されるＮｉ当量が約２５％以上のステンレス鋼ではオーステナイト相が安定である。したがって、安定なオーステナイト系ステンレス鋼は、冷間圧延中に加工誘起マルテンサイトが生成しないので、冷間圧延前に加熱する必要はない。
【００１７】
加熱するに際し、先ず目標加熱温度の２〜２．５倍の範囲内の温度に設定した加熱雰囲気中で加熱するのは、加熱雰囲気の温度を目標加熱温度よりも高温にすることにより、雰囲気温度の伝熱によるコイルの昇温を速めるためである。
【００１８】
２倍未満の温度では、コイルの昇温速度を速くする効果が小さい。また、２．５倍を超えると、コイル内外周面および側面の表面温度が高温になり過ぎ、コイルの中間部との温度差が大きくなり、均一にするのに時間を要するためである。次に、コイルの外周面の表面の温度が目標温度になると、加熱雰囲気温度を目標加熱温度の１．５〜２倍未満に降温するのは、コイル全体が均一な温度になるように加熱するためである。本発明では、コイル内外周面の表面温度とコイル中間部との温度差を５℃以内にすることを目標とし、１．５倍未満では加熱速度が遅くなり、また前記温度差が５℃以内にならなく、一方２倍以上になるとコイルの表面温度が目標温度以上になり好ましくない。したがって、目標加熱温度の１．５〜２倍未満とした。
【００１９】
また、コイル外周面の表面温度が目標温度になった時点で降温するのは、コイル外周面の表面温度が目標温度以上に昇温されるのを防止するためである。
【００２０】
なお、目標温度は、前記したように適切な圧延温度から決定されるものであり、適切な圧延温度に所定の範囲が存在するならば、その範囲内の温度を全て目標温度とすることができる。
【００２１】
以下、本発明の効果について説明する。
【００２２】
【実施例】
下記寸法の準オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０１の冷延コイルを対象に、加熱を実施した。
【００２３】
コイル内径： ６０８ｍｍ
コイル外径： １１００ｍｍ
板厚 ： ０．５７３ｍｍ
板幅 ： ６７５ｍｍ
Ｍｄ３０（℃）：３２．６３
Md30(℃)=497-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-20(Ni+Cu)-18.5Mo
ただし、元素記号は鋼中の含有量（重量％）を示す。
【００２４】
なお、Ｍｄ３０値は、加工誘起マルテンサイト組織の発生量を決定づける指標の１つで、引張歪を３０％加えた際、マルテンサイト組織が材料全体の５０％の体積を占める時の温度を表す。
【００２５】
加熱装置として、肉厚１ｍｍの普通鋼（ＳＳ４１）の鋼板で、保温箱（１ｍ×２ｍ×２ｍ）を製作し、温風機（熱容量４。５ｋｗ、送風機容量３０Ｗ）２台で保温箱の一面に設けた送風孔から温風を吹き込めるようにした。
【００２６】
次に、コイルの外周表面、内周表面およびコイル中間部の温度を測定するために、それぞれ３ヶ所にシース型熱電対（タイプＫ）を取り付けた。なお、コイル中間部には鋼帯をコイルに巻取る際に鋼板間に１ｍｍ厚の切り板を挿入して隙間を形成して熱電対を挿入した。また、コイル内外周の表面には、各表面に窪みを設けてスポット溶接により熱電対を取り付けた。
【００２７】
先ず、コイル加熱目標温度を３０℃とした。コイル内外表面温度および中間部温度が６℃のコイルを保温箱に入れ、６５℃に設定した温風を吹き込んで加熱を開始し、３時間経過した後１時間間隔で１５時間、それ以降は５時間間隔で３０時間まで測定た。なお、加熱開始から５時間経過した時点でコイルの外周面の表温度が３０℃になったので、温風温度を５０℃に低下させた。温度の測定結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
図１は、表１に示したコイルの測定温度を示すもので、雰囲気温度は、保温箱内に設けた温度計により測定した温度を示す。
【００３０】
表１および図１から明らかなように、コイルの内外周面の表面温度および中間部の温度の３者の温度差が５℃になるのに要した時間は９時間であった。
【００３１】
次に、従来例として上記と同様な熱電対を設けたコイルを３０℃に加熱するため、保温箱に入れて加熱開始から最終まで、温風温度を５０℃および６５℃の２種にそれぞれ一定に設定して加熱し、それぞれの場合のコイルの温度を測定した。その結果を表２および表３に示す。
【００３２】
【表２】

【００３３】
【表３】

【００３４】
これらの表から明らかなように、温風温度５０℃一定で加熱した場合は、コイルの外周面の表面温度と中間部の温度差が５℃になるのに要した時間は１５時間で、温風温度を６５℃とした場合は２０時間であった。
【００３５】
また、比較例として、加熱目標温度を３０℃とし、最初の温風温度を５０℃にし、コイル外周面の表面温度が３０℃になった時点で、温風温度を６５℃に高めて加熱した。その結果を表４に示す。
【００３６】
【表４】

【００３７】
表４は、コイル外周面の表面の温度が３０℃になるまでは５０℃の温風で加熱し、次いで本発明の加熱方法とは逆に、温風温度を６５℃と昇温させて加熱した場合を示す。同表より明らかなように、コイルの内外周面の表面温度および中間部の温度の３者の温度差が５℃になるのに要した時間は１１時間であった。
【００３８】
図２は、表４の測定結果を示す図である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、準安定オーステナイト系ステンレス鋼コイルの冷間圧延前の熱の際に、コイル内の温度分布を短時間で均一にすることが可能となり、生産効率が向上し、機械的性質のバラツキの小さい品質に優れた冷延鋼板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コイルの温風による加熱時に加熱途中で温風温度を下げて加熱した場合のコイル内外周面の表面および中間部の昇温状態を示す図である。
【図２】コイルの温風による加熱時に加熱途中で温風温度を上げて加熱した場合のコイルの内外周面の表面および中間部の昇温状態を示す図である。
【図３】コイルを示す図で、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）はコイル幅（Ｗ）方向の中央部（ｃ）における断面図である。

Claims (1)

1. 準安定オーステナイト系ステンレス鋼コイルを、冷間圧延前に加熱雰囲気からの伝熱により加熱する方法であって、コイルの目標加熱温度（摂氏）の２〜２．５倍の範囲内の温度に設定した加熱雰囲気中でコイルを加熱し、コイルの外周面の表面温度が目標加熱温度に達した際、加熱雰囲気温度を目標加熱温度の１．５以上２倍未満の範囲内の温度に降温して加熱することを特徴とする準安定オーステナイト系ステンレス鋼コイルの加熱方法。

Images