JPH04110419A - 高Ｎｉステンレス鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高Ｎｉステンレス鋼板の製造方法、詳しくは
、Ｎｉを多量に含有するステンレス鋼の連続鋳造スラブ
を熱間圧延により鋼板に成形する方法であって、連続鋳
造時の鋳片側れの発生が少な（、かつ熱間圧延時におＬ
：ｌる耳割れの発生が少なく歩留りが良好であり、さら
に介在物欠陥が少ない高Ｎｉステンレス鋼板の製造方法
に関する。

（従来の技術） Ｎｉを多量に含有するステンレス鋼は硫化水素や塩化物
を含む湿潤環境における孔食、隙間腐食ならびに応力腐
食に対して強いｉ１食性を備えているうえに、高温酸化
や塩化物による高／！１１腐食、υ＋ＩＭクリープに対
する抵抗性が高く、油井用配管、化学製造機器、耐熱用
＋、Ｉ籾等に広く用いられている。

一方、このよ・うなＮｉを多量に含むステンレスＩｇｌ
は原料費が高いことに加えて、連続鋳造法（以下、連鋳
法という）に比べて！！！造工稈が多く歩留りの低い鋼
塊法（インゴントとして鋳込んだのら分塊圧延のような
中間工程を経てスラブとし、これを熱間加工する方法）
により製造する場合が多いこと、ならびに熱間加工時に
疵が発生して歩留りが低下しやすいこと、等から非常に
高価な材料となっている。

これらのステンレス鋼製品を製造する上で最も問題とな
るのは凝固組織を存する鋼塊や連続鋳造スラブ（以下、
連鋳スラブと略記する）の熱間加工工程である。ごの工
程に：Ｉ→いて、熱間加工性の悪いステンレス鋼の場合
は、−度に大きな加工量を与えると大きな割れが発生し
て以後の加工と製品の採取が不可能になるので、これを
避けるために通常は鋼塊法を採用する。ずなわら、−旦
鋼塊に鋳込んだのぢ分塊圧延を行い、段階的に加工を加
えて鋼板などの製品形状とする。

連鋳法に比してコスト的に不利な鋼塊法を採用すること
が多いことのもう一つの理由は、連鋳法では連続鋳造時
に凝固割れが発生しやすく、健全な鋳片を得ることが困
難なことである。すなわら、Ｎｉを多量に含有するステ
ンレス鋼は常温でオーステナイト組織を存し、凝固時に
おいてもオーステナイトを初品として凝固する場合が多
いが、この凝固時に、低融点共晶化合物を形成しゃすい
Ｐ、Ｓ等の元素が凝固偏析しやすく、高１１ｉステンＩ
／ス鋼の凝固割れ感受性を増大させる重要な原因の一つ
になっている。

従来、このような高Ｎｉステンレス鋼板合金の熱間加工
性を改善するための梯ノンな方法が提案されている。中
でも次のよ・うなｔｌ　ｉ　％合金あるいはステンレス
鋼が提案され、改善効果が得られるとの報告がなされて
いる。

（Ａ）　　Ｂ、　Ｚｒ、　Ｃｅを複合添加し、不純物元
素である○（酸素）、Ｎ（窒素）をＺｒ、　Ｃｅによっ
て固定してＢの熱間加工性向」二効果を有効に利用し熱
間加工性の改善をはかったＮｉ基耐熱合金（特公昭５６
−３］、３４５号公報）。

（Ｂ）ｉとＣａを複合添加し、熱間力］１工性と耐孔食
性を改善したステンレス鋼解 報）。

（Ｃ）　　Ｓ、０を低減し、さらにＣａ、　Ｃｅを添加
して各成分をｐｐｍで表示した［　Ｓ　−１−０−０，
８Ｃａ−０，３Ｃａ１式を４０１ン下とし、あわ−已て
デルタフェライトを活用して凝固偏析を抑制することに
より、連鋳法の適用を可能とした優れた熱間加工性を存
する高合金ステンレス鋼（特公平２−１４４１．９号公
報）。

（発明が解決しようとする課題） 前項で例示した（＾）のＮ　ｉ　４％耐熱合金や（Ｂ）
のステンレス鋼は、熱間加工性が改善されてはいるが、
連鋳法を適用してそれらの鋼板を製造することができる
ほど十り）な改善はなされでＬ：↓いない。

一方、　（Ｃ）の高合金ステンレス鋼については、連鋳
法を適用して熱間圧延鋼板とし、さらに冷間圧延１．た
後バイブ等の形状にするため溶接を行・うと、粗大な介
在物を起点とした溶接欠陥が発生ずるとい・う問題があ
る。

」二部の１基合金やステンレス鋼の熱間加工性を十分に
高め、さらに連鋳法での熱間加工疵の発生を８５さえる
ことができれば、連鋳法の採用が可能上なり、高Ｎｉオ
ーステナイト系ステンレス鋼の製品を歩留りよく得るこ
とができる。

本発明は、連鋳法を適用しても鋳造時の鋳片割れの発生
が少なく、かつ熱間圧延時におりる耳割れの発生が少な
く歩留りが良好であり、さらに後の溶接工程で溶接欠陥
の原因となるような介在物欠陥が少ない高Ｎｉステンレ
ス鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） ステンレス鋼の熱間力１１工性は、鋼中に存在するＳ、
Ｏのような不純物元素により悪影響を受りていると考え
られ、このような不純物元素を精錬によって除去するか
、鋼中で硫化物や酸化物として固定して無害化すること
により熱間加工性を向上させ得るとの考え方が一般的で
ある。不純物元素を硫化物や酸化物として固定し得る元
素としては、ＣａＸＣｅ、　Ｍｇ、、Ｚｒ、　Ｔｉ、、
）Ｉｎ、　Ｓｉ、　Ａｆｆ等の元素が知られている。

一方、ステンレス鋼の連続鋳造時の鋳片割れには表面縦
割れ、微小ブレークアウト、中心偏析割れ等があり、鋳
片凝固時の延性の低下と、鋳造時の鋳片に働く応力の増
大に伴い発生しやすくなる。

鋼の凝固時の延性は、融点を低下させる元素の存在によ
り低下する。凝固が進行しているような固液二相共存温
度域では融点を低下させる元素は液相中に偏析濃化しや
ずく、最終凝固部の融点を低下させる。凝固が完全に終
了していない鋳片に応力が働くと、最終凝固部に沿って
鋳片割れが発生しやすくなる。このよ・うな作用を有す
る元素としてはＰ、　Ｓ、　Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｃｕ、Ｃ
，、Ｂ等が知られている。

本発明者らはこのような一般的な知見を指針としながら
、３！！鋳法を適用しても鋳造時の鋳片割れの発生が少
なく、かつ熱間加工性が良好で熱間圧延時に耳割れの発
生が少なく歩留りが良好であり、さらには後の溶接工程
で不良原因となるような介在物欠陥が少ない高層ステン
レス鋼板の製造方法を確立することを目的として研究を
重ねた結果、以下のような新しい知見を得た。

（ａ）　　溶接不良の原因となるような介在物欠陥は、
ＣａやＣｅ等の強力な脱酸、脱硫元素を添加した場合に
発生しやすいが、向を添加した場合は介在物欠陥の発生
がほとんど見られない。

（ｂ）　　Ｓ、Ｏ，、Ｐを重量％でそれぞれ０．０１％
以下、０．００６％以下、０．０３％以下としたうえで
１を０．０００５〜０．００５５％含有させることによ
り、凝固割れ感受性が著しく改善される（以下、鋼に含
有される元素の「％」はずべて重■％を意味する）。

第１図はＳ　：Ｏ，００１％、０　：０．００３％、Ｐ
　：０．０１５％を含有する２０Ｃｒ　　２ＯＮｉ系ス
テンレス鋼塊（凝固まま）の縦方向ハレストレイン試験
（歪み］、５％）による高温割れ感受性の試験結果で、
Ｍ［含イ：Ｔ量が５〜５５ｐｐｍの範囲で凝固割れ総長
さであられした割れ感受性が著しく低下していることが
わかる。

（Ｃ）　　凝固Ｍｉ織のままの高Ｎｉステンレス鋼の熱
間力［１工性はＳ１０の含有量をそれぞれ０．００１％
、０．００６％以下に低減し、ｘｇを５〜４５ｐｐｍ含
有させ、さらに熱間圧延を９００°Ｃ以」二の高温で終
了するごとにより改善される。

Ｓ、０の含有量が多い場合は、多量の）Ｉ［を含有させ
た高Ｎｉステンレス鋼の熱間力ＩＩＴ性は劣化するごと
が知られていた。しかし、Ｓおよび０がそれぞれ０．０
０１％以下、０．００６％以下となるような高Ｎｉステ
ンレス鋼についてＭｇ添加量の影響を詳細に検討した研
究は見られない。本発明者らはＳおよび○の含有量がそ
れぞれ０００１％、０．００６％（八ρ０　、００６〜
０．０１５％）以下の高層ステンレス鋼に少量の１１Ｆ
、を添加し、熱間圧延試験を行うとともに、弓張試験に
よって熱間延性（絞り率で評価）を８周査した。

第２図はその結果を示すグラフである。この図に見られ
るように、Ｍｇの添加によって１０００〜１２００°Ｃ
の温度域での熱間延性は向」ニするが、２５ｐｐｍ以上
の肝を含有させることによって８００°Ｃ〜９００°Ｃ
の温度域での熱間延性が低下し始めること、Ｍ［（を５
〜４５ｐｐｍ含有させた鋼では９００“Ｃ以上で熱間圧
延を終了するごとにより熱間延性が向」二し、耳割れを
防止し得ることが明らかになった。

（ｄ）　　、、］：記（ａ）〜（Ｃ）の結果を実機に適
用した結果、連鋳ノ、ラブの凝固割れおよび熱間圧延時
の耳割れを許容範囲内におさえ、かつ、介在物欠陥の少
ない高層ステンレス鋼板を得ることが可能であることを
確認した。

本発明は上記知見に基づいてなされたもので、その要旨
は下記■および■の高Ｎｉステンレス鋼板の製造方法に
ある。

■　Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ　：　１５
〜２６％、Ｎ口］５〜４５％、）ｌｏ　：　５．０％以
下、Ｃｕ：２．０％以下、八ｆｆ：ｏ、００５〜０．１
０％、Ｎ・０，２５％以下、’Ｋｇ　：　０．０００５
〜０．００４５％を含有し、残部がＦＧおよび不可避不
純物からなり、不純物中のＣが０．０４％以下、Ｐが０
，０３％以下、Ｓが０．００１％以下、０が０．００６
％以下である鋳片に、９００℃以上で終了する熱間圧延
を施すことを特徴とする高Ｎｉステンレス鋼板の製造方
法。

（２）前記■記載の成分に力■えて、更にＴｉ１１％以
下、Ｎｂ：１％以下、■、２％以下、Ｗ−２％以下、ｒ
ｔ：ｏ、ｏｔ％未満の・うち１種以」二を含有し、残部
がＦｅおよび不可避不純物からなり、不純物中のＣが０
．０４％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．００１％
以下、Ｏが０．００６％以下である鋳片に、９００℃以
上で終了する熱間圧延を施すことを特徴とする筒Ｎ　ｉ
ステンレス鋼板の製造方法。

（作用） まず、本発明方法により製造される高Ｎｉステンレス鋼
板に含有される各成分の作用効果とそれらの含有量の限
定理由について述べる。

ＳｉおよびＭｎはいずれも鋼の）容製時に脱酸剤として
使用される元素であるが、過剰な添加は鋼１の靭性を劣
化さ−Ｕる。従ってその含有量をそれぞれ２％以下と定
めた。

Ｃｒは鋼の一般耐食性を向」二さ−）ｌる重要な元素で
あり、ステンレス鋼に求められる所望の耐食性を確保す
るには１５％以上含有させることが必要である。しかし
、２６％を超えてＣｒを含有させると力［１工性、溶接
性が劣化することがら、Ｃｒ含有量は１５〜２６％と定
めた。

Ｎｉは鋼の機械的性質、加工性および一般耐食性を向上
させるとともに、鋼の組織をオーステナイト組織とする
ために不可欠な成分であるが、その含有量が１５％未満
ではその効果が十分ではなく、一方、４５％を超えて含
有させても、−１ス［・に見合うだりの改善効果が得ら
れないことから、旧含有■は１５〜４５％と定めた。

Ｍｏは鋼の局部耐食性を著しく向上させる作用を有して
いるので、必要に応じて添加する。この場合、５％を超
えて含有さ−）ｌるとコスト−１−昇に見合うだりの効
果が確保できないばかりか、高温でのσ杜の析出を促進
して耐食性および靭性に悪影響を及ぼず懸念があるため
、門０含有量（３１５％以下と定めた。

Ｃｕは鋼の一般耐食性および局Ｑｌ（耐食１１を向上さ
）士る作用を有しており、ステンレス鋼の配食性をさら
に改善する必要のある場合に話力Ｈする。しかし、２％
を超えて含有させると凝固割れ感受性を増大させるので
、その含有量を２％以下と定めた。

Ａ℃は脱酸のために必Ｊ“添加する元素であるが、その
含有量が０．００５％未満であると０含有量を０．００
６％以下に低減することができず、本発明の目的とする
優れた熱間加工性を（’］与することができない。

一方、０．１０％を超えて含有さ−Ｕると逆Ｑ二靭性の
低下をもたらすことからへ！含有量は０．００５〜０．
１Ｏ％と定めた。

Ｎは強度および而・１食性を高める必要がある場合に話
力ｎする。しかし、その含有量が０．２５％を超えると
両温変形抵抗が増大し、熱間加工性が劣化して、本発明
方法を適用１．でも熱間圧延時の割れの発生を防止でき
なくなることから、その含有量を０．２５％以下と定め
た。

閃ｇは本発明方法における重要な元素であって、熱間力
１１工性、連続鋳造時の鋳造性および介在物形態を良好
に保つために添加する。醜を添加することにより、Ｍｇ
Ｓ、　Ｍｇ（＋−Ａ　ｆ　２０．等の微細な硫化物、酸
化物が鋼中に生成して、鋼中のＳ、○を固定し、熱間加
工性および凝固割れ感受性を改善する。しかし、ｈｇの
含有量が５　ｐｐｍ未満であると熱間加工性および鋳造
性を本発明が目標とする良好な範囲に保つことができず
、一方、ｄ５ｐｐｍを超えて含有さ−ｌ゛ると９００℃
以上の温度域で熱間圧延を終了しても耳割れの発４１ミ
を防＋Ｌ　Ｌ得ない。さらに、Ｍｇの過剰な話力［１は
８００〜９００°Ｃの温度域での熱間延性を著しく低下
させる。また、ＭＰ、含有量が５〜４５ｐｐｍの範囲内
であれば、介在物の形態は良好な状態にあり、溶接不良
の原因となることがないので、Ｉ含有量を５　ｐｐｍ以
」二４５ｐｐｍ以下と定めた。

前記■の発明は、上記の成分以外、残部がＦｅと不可避
の不純物からなる鋳片に熱間圧延を施す高Ｎｉステンレ
ス鋼である。不純物としてはＣ，Ｐ。

Ｓおよび０の」二限を抑えることが重要である。

Ｃはできるだけ少ない方が好ましい。Ｃ含有量が０．０
４％を超えると炭化物が粒界に析出し易くなり、耐粒界
腐食性が劣化する。

Ｐは凝固割れ感受性を増大させる元素であり、連鋳スラ
ブの割れを防止するためにその含有量を０．０３％以下
とした。

Ｓおよび０は鋼の熱間加工性を害する元素として知られ
ているが、凝固組織を有する鋼を熱間加工する場合の加
工性を十分高めるためには、その含有量をそれぞれ０．
００１％以下、０．００６％以下に制限する必要がある
。

前記■の発明は、■の発明で製造される高Ｎｉステンレ
ス鋼板の成分に加えて、さら６：二Ｔ　ｉ、１りｌ〕、
■、ＷおよびＢのうし１種以」二を含有し、残部がＦｅ
と不可避の不純物からなる鋳片に熱間圧延を施す高Ｎｉ
ステンレス鋼板の製造方法である。

ＴｉおよびＮｉ１は鋼中で炭窒化物を形成し固溶Ｃ１Ｎ
を固定するとともに、鋼中に固溶することにより耐食性
を向−ヒさせる。しかし、多量に添加すると凝固割れ感
受性を高めるので、その含有量はそれぞれ１％以下とし
た。

■およびＷはステンレス鋼の局部腐食性を改善する効果
を有するためＣｒ、　Ｍｏとともに添加される。

しかし、■の過剰添加は靭性の劣化を招き、また、Ｗは
高価であるため、その含有量はいずれも２％以下とした
。

Ｂは鋼の熱間加工性、クリープ特性を向」ニさせるため
に添加される場合があるが、一方で凝固割れ感受性を高
める傾向を有するので、その含有量は０．０１％未満と
した。

次に、本発明方法におりる熱間圧延条件について述べる
。

−に記の各成分を含有する高Ｎｉステンレス鋼のスラブ
を熱間圧延するに区１し、その終了温度を９００°Ｃ以
」二と規定したのは、本発明方法力＜ＪＪｇの微量添加
による熱間加工性の向上を特徴としているからである。

すなわぢ、ｈを５〜４５ｐｐｍ含有させた鋼は１０００
℃以上の温度域で良好な熱間ｊＪＩｌ工性を有している
反面、このｈの添加によって９００〜ＲＯＯ℃の温度域
で熱間延性が低下する傾向を有しているからである。ど
ｇの含有量を上記範囲内とし、９００°Ｃ以上で熱間圧
延を終了するごとにより、凝固糸［］織を有する鋳片を
用いた場合でも耳割れを許容範囲内に低減することがで
きる。

（実施例） 試験用真空溶解炉により、第１表に示す化学成分を有す
る高Ｎｉステンレス１（Ｎｏ１〜８）を溶製して鋳片と
し、凝固割れ性、熱間Ｊｊ■工性および溶接性（溶接欠
陥の有無）を調査した。なお、Ｎｏ、　９は実機で熔解
した高Ｎｉステンレス鋼である。

Ｎｏ、　］〜８の鋳片について、凝固割れ性の調査は縦
方向ハレストレイン試験（歪み１．５％）により行った
。用いた試験片は」二部の鋳片から採取した厚さ９　ｍ
ｍ、幅５Ｑ＋ｎｍＯもので、この試験片に対しＴｌＧな
めつけ溶接中断直後に３００ｍｍ　Ｒの曲げを加え、発
生した凝固割れの総長さにより評価した。

熱間別口［性の調査は、高温引張試験による絞り率の測
定と、熱間圧延試験による耳割れ発生状況の調査により
行った。絞り率測定の試験片としては上記の鋳片から採
取した直径１０ｍｍの引張り試験片を用い、９００°Ｃ
で歪速度１．／ｓで変形を与えた。

熱間圧延試験の素材は上記の鋳片を４４ｍｍ　Ｘ　１０
５ｍｍＸ　１３５ｍｍの寸法に機械加工したもので、１
２５０’ｃに１時間加熱した後１］５０°Ｃから圧延を
開始し、７バスで厚さ６ｍｍに仕上げた。このときの仕
上温度（熱間圧延の終了温度）を第２表に示すように８
５０〜］０５０℃に変化させた。

溶接性の調査（溶接欠陥の有無）は、上記の素材を終了
温度９５０℃で熱間圧延して厚さ６開の鋼板とし、この
鋼板を焼鈍し、冷間圧延して０．５ｍｍの薄板とした後
、ごの薄板」二にＴＩＧ溶接により長さ１ｍのビードを
おいて、ヒート形状を観察し、大型介在物に起因するり
ｌ／−ター状の溶接欠陥の有無を調査した。

調査結果を第１表および第２表に示す。

第１表の「絞り率」は、７０％以上であれば熱間延性が
良好であるとみなすことができる。「凝固割れ」は、凝
固割れ総長さが０．５ｍｍ未満のものを○、０．５ｍｍ
以」二のものを×として示した。また、「溶接欠陥」は
、クレータ−状の溶接欠陥の無いものを○、存るものを
×とした。第２表の「耳割れ」は、熱間圧延鋼板の左右
の最大耳側れ深さを測定し、左右の和がｌｌｎｍ以下の
ものを○、１ｍｍを超えるものを×とし人：。

第１表および第２表の調査結果によれば、本発明方法で
用いる高Ｎｉステンレス鋼鋳片はいずれも凝固割れ感受
性が小さく、かつ９００℃での絞り率カフ０％以」−ヲ
示シ、９０（］］°Ｃ以−ニー１−テＩＨすることによ
り耳割れを著しく小さくできることが明らかである。

Ｎｏ．　９の直（４　Ｈステンレス鋼については、厚さ
２００ｍｍの連鋳スラブとし、２ｍｍ深さのグラインダ
ー手入れした後の疵チｌツクを行った結果、鋳片割れは
皆無であった。この連鋳スラブを終了温度９３５°Ｃで
熱間圧延して厚さ６ｍｍの鋼板としたが、耳割れの発生
もなかった。また、この鋼板を冷間圧延して得られた厚
さ０．５ｍｍの薄板を溶接する際、介在物に起因する溶
接欠陥の発生もみられなかった。

絞り率の測定は前述の鋳片の場合と同様の方法で行った
が良好な結果が得られた。

（以下、余白） （ｍｌＪＪ）　；’￥道イ１偉（至） （発明の効果） 本発明方法によれば、連鋳法を適用しても鋳造時の割れ
の発生が少なく、かつ熱間圧延時にお１ノる耳割れの発
生が著しく少なく歩留りが良好であり、さらに溶接時に
問題と４ζる介在物に起因する欠陥の発生が少ない高１
１ｉステンレス鋼板を得ることが可能である。これによ
って、良好な特性を有する高Ｎｉステンレス鋼板を安価
に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高Ｎｉステンレス鋼の凝固割れ感受性とｍｇ
含有量の関係を示すグラフである。 第２図は、高Ｎｉステンレス鋼の熱間引張試験における
絞り率の温度依存性とｈ含存量の影響を示すグラフであ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃ
   ｒ：１５〜２６％、Ｎｉ：１５〜４５％、Ｍｏ：５．０
   ％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ａｌ：０．００５〜０．
   １０％、Ｎ：０．２５％以下、Ｍｇ：０．０００５〜０
   ．００４５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物
   からなり、不純物中のＣが０．０４％以下、Ｐが０．０
   ３％以下、Ｓが０．００１％以下、Ｏが０．００６％以
   下である鋳片に、９００℃以上で終了する熱間圧延を施
   すことを特徴とする高Ｎｉステンレス鋼板の製造方法。
2. （２）請求項（１）記載の成分に加えて、更に、重量％
   で、Ｔｉ：１％以下、Ｎｂ：１％以下、Ｖ：２％以下、
   Ｗ：２％以下、Ｂ：０．０１％未満のうち１種以上を含
   有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、不純物
   中のＣが０．０４％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０
   ．００１％以下、Ｏが０．００６％以下である鋳片に、
   ９００℃以上で終了する熱間圧延を施すことを特徴とす
   る高Ｎｉステンレス鋼板の製造方法。