JP5009520B2 - Fe−Cr系マルテンサイトステンレス棒鋼の製造方法 - Google Patents

Fe−Cr系マルテンサイトステンレス棒鋼の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、Fe−Cr系マルテンサイトステンレス棒鋼の製造方法に関する。
Fe−Cr系マルテンサイトステンレス棒鋼として、例えばSUS403圧延棒鋼が挙げられる。SUS403棒鋼は、Cを約0.1%、Crを約12%含み、焼入れすると硬くなる鋼種であり、強度が必要とされるシャフト、ボルト等に使用される。この圧延棒鋼の製造方法においては、まず、溶解、精錬、脱ガス等の工程を経て得られた溶鋼が、鋳造により鋼塊(ブルーム)とされる。この鋼塊は、加熱温度1200〜1300℃で加熱された後、分塊圧延機へ搬送され、分塊圧延される。分塊圧延では、鋼塊がロールに通されて、断面積が小径化される。分塊圧延された鋼塊は、さらに製品圧延機へ搬送されて圧延され、所定の寸法まで小径化されて、圧延棒鋼が得られる。
この圧延棒鋼においては、慢性的に、表面に亀甲疵等の表面疵が発生するという問題がある。図4は、亀甲疵を有する圧延棒鋼が示された模式図である。亀甲疵は、図4に示されるように、亀の甲羅の形をした、幅のある密集割れ疵であり、数mm〜十数mmの深さを有し、長手方向に1〜2列又は全面に発生する。
特開昭59−190320号公報には、スラブ段階で10%以上のデルタフェライト相を有するオーステナイト系ステンレス鋼を熱間圧延して鋼帯とするに際し、1050℃〜900℃の温度域を避けて圧延を行うことで、耳割れを防止するという製造方法の発明について開示されている。この1050℃〜900℃の温度とは、鋼帯における表面温度である。
特開昭59−190320号公報
しかし、上記圧延棒鋼は、スラブ段階で10%以上のデルタフェライト相を有するオーステナイト系ステンレス鋼ではなく、また、鋼の表面温度が1050℃〜900℃となる温度域を避けて圧延を行った場合でも亀甲疵が発生するという問題がある。
図5は、鋼塊の加熱温度と亀甲疵発生率との関係が示されたグラフである。横軸は、鋼塊の加熱温度、すなわち鋼塊が分塊圧延に供されるときの鋼塊の表面温度であり、縦軸は、亀甲疵発生率である。亀甲疵発生率は、製品圧延、熱処理、矯正後及びピーリング前に磁粉探傷又は目視で外観疵見を行って亀甲疵の有無を観察し、亀甲疵が認められた場合は表面をグラインダーで亀甲疵が無くなる深さまで削って疵深さを確認し、所定のピーリング代では除去出来ない深さを有する亀甲疵をNGとしたときのその発生率である。亀甲疵発生率は、圧延された棒鋼の総質量に対する、NGの亀甲疵が発生した棒鋼の質量の百分率である。
本発明の目的は、表面疵の発生が抑制されて、良好な品質を有するFe−Cr系マルテンサイトステンレス棒鋼が得られ、歩留も向上する製造方法の提供にある。
本発明のFe−Cr系マルテンサイトステンレス棒鋼の製造方法は、
(1)Cの含有量が0.05質量%以上0.15質量%以下であり、下記数式(1)で表されるNiバランスXが0以上0.683以下となるように、溶鋼が調製される工程、
(2)調製された溶鋼が鋳造されて、鋼塊が得られる工程、
(3)得られた鋼塊が、オーステナイト1相の状態で分塊圧延される工程、
及び
(4)分塊圧延された鋼塊が、さらに圧延される圧延工程
を有する。
X=Ni+27C+23N+0.1Mn+0.3Cu−1.2(Cr+Mo)
−0.5Si+10 ・・・(1)
但し、数式(1)中の元素記号に、その元素の含有率を代入する。その数値は0以上である。単位は質量%である。この数式(1)において、Ni、C、N、Mn及びCuは、オーステナイト生成元素であり、Cr、Mo及びSiはフェライト生成元素である。
本発明に係る製造方法によれば、NiバランスXが0以上であるので、後述するように鋼塊の組織が圧延加熱時にオーステナイト1相であり、圧延時に安定的に変形し、表面疵が発生するのが抑制される。そして、この場合、鋼塊の温度が1200℃以上1300℃以下の状態で分塊圧延に供されても、確実に表面疵が発生するのが抑制される。分塊圧延の後に、さらに製品圧延に供されても、確実に表面疵が発生するのが抑制される。従って、本発明によれば、良好な品質を有するFe−Cr系マルテンサイトステンレス棒鋼が得られ、歩留も向上する。
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。
図1は、Fe−Cr系マルテンサイトステンレス棒鋼としてのSUS403圧延棒鋼の製造方法が示されたフローチャートである。この製造方法においては、まず、溶解、精錬及び脱ガス処理を経て、Cの含有量が0.05質量%以上0.15質量%以下であり、上記数式(1)で表されるNiバランスXが0以上0.683以下となるように、溶鋼が調製される製鋼工程が実施される(STEP1)。このNiバランスXは、好ましくは、0.1以上となるようにする。調製された溶鋼は、鋳造機へ搬送され、鋳造されて、鋼塊が得られる(STEP2)。
次に、この鋼塊が加熱炉へ搬送され、加熱温度1200℃以上1300℃以下で加熱される(STEP3)。加熱された鋼塊は、表面温度1200℃以上1300℃以下を有した状態で、分塊圧延機へ搬送され、所定の上り角に分塊圧延される(STEP4)。引き続き、製品圧延され、所定の寸法まで小径化されて、圧延棒鋼が得られる(STEP5)。そして、圧延棒鋼は冷却される(STEP6)。
図2は、Cの含有量が0.1質量%であるときのFe−Cr合金の状態図である。図2中、γはオーステナイト相、γ+αは、オーステナイト相とフェライト相との2相域である。
圧延時、鋼塊の組織が上記2相である場合、亀甲疵は、鋼塊表面部においてフェライト相に沿って生じることが確認されている。フェライト相は高温で柔らかく伸び、オーステナイト相は伸びにくいので、圧延時に亀裂が生じると考えられる。鋼塊の組織がオーステナイト1相である場合は、圧延時に鋼塊は安定的に変形し、亀裂が生じず、亀甲疵が発生するのが抑制される。
鋼塊の加熱温度は、圧延時間短縮及び圧延機モーター負荷の観点から、1200℃以上1300℃以下とされるのが好ましく、この温度範囲においても、鋼塊の組織が安定的にオーステナイト1相となるようにする必要がある。図2の状態図を例にとると、鋼塊の成分のうちCrの含有量を少なくして、鋼塊の状態が、境界線より下側に位置するように、すなわち、NiバランスXが0以上になるように調製する。NiバランスXが0以上である場合、表面温度が1200℃以上1300℃以下であっても、鋼塊の組織はオーステナイト1相であるので、亀甲疵の発生が抑制される。NiバランスXの調製は、Cr以外の上記数式(1)の元素を用いてもなされ得る。NiバランスXが0以上になるように、Cの含有量を多くした場合、状態図において境界線が右側にシフトしてオーステナイト1相の領域が拡がり、鋼塊の組織が確実にオーステナイト1相となる。
図3は、NiバランスXと亀甲疵発生率との関係が示されたグラフである。横軸は、NiバランスXであり、縦軸は亀甲疵発生率である。図3より、NiバランスXがプラスである場合、亀甲疵が発生しないことが確認された。その結果、品質が向上するとともに、歩留も向上したことが確認されている。
以下、実施例によっ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。
[実施例1]
溶解工程、精錬工程及び脱ガス工程を経て、表1に示されるように、化学成分としてNiを0.25質量%、Cを0.126質量%、Nを499質量ppm、Mnを0.50質量%、Cuを0.07質量%、Crを11.57質量%、Moを0.17質量%及びSiを0.33質量%含み、残部としてFe及び不可避不純物を含むSUS403溶鋼を調製した。この溶鋼のNiバランスXは、0.568である。次に、調製した溶鋼を鋳造し、鋼塊を得た。この鋼塊を加熱炉で1275℃に加熱した後、分塊圧延機へ搬送し、分塊圧延した。分塊圧延した鋼塊は製品圧延し、直径103mmの圧延棒鋼を得た。そして、圧延棒鋼を冷却した。
Figure 0005009520
[実施例2から3及び比較例1から3]
組成を上記表1に示される通りとした他は実施例1と同様にして、圧延棒鋼を得た。
[亀甲疵の評価]
上記実施例及び比較例につき、亀甲疵発生率を求めた。その結果が上記表1に示される。
表1に示されるように、NiバランスXが0以上である各実施例の亀甲疵発生率は0%であり、本発明の優位性は明らかである。
本発明に係る製造方法は、SUS403鋼に限定されず、SUS410等の他の鋼種にも適用され得る。また、丸棒鋼にも限定されず、角棒等の他の棒鋼にも適用され得る。そして、亀甲疵以外の表面疵の抑制にも適用され得る。
図1は、本発明の一実施形態に係るSUS403圧延棒鋼の製造方法が示されたフローチャートである。 図2は、Cの含有量が0.1質量%であるときのFe−Cr合金の状態図である。 図3は、NiバランスXと亀甲疵発生率との関係が示されたグラフである。 図4は、亀甲疵を有する棒鋼が示された模式図である。 図5は、鋼塊の加熱温度と亀甲疵発生率との関係が示されたグラフである。

Claims (2)

  1. Cの含有量が0.05質量%以上0.15質量%以下であり、下記数式(1)で表されるNiバランスXが0以上0.683以下となるように、溶鋼が調製される工程と、
    調製された溶鋼が鋳造されて、鋼塊が得られる工程と、
    得られた鋼塊が、オーステナイト1相の状態で分塊圧延される工程と、
    分塊圧延された鋼塊が、さらに圧延される圧延工程と
    を有する、Fe−Cr系のSUS403からなるマルテンサイトステンレス棒鋼の製造方法。
    X=Ni+27C+23N+0.1Mn+0.3Cu−1.2(Cr+Mo)
    −0.55Si+10 ・・・(1)
    但し、数式(1)中の元素記号に、その元素の含有率を代入する。単位は、Nは質量ppm、N以外の元素は質量%である。
  2. 上記NiバランスXが0.1以上0.683以下である請求項1に記載の製造方法。
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