JPH11138238A - Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼鋳片の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼を連続
鋳造で製造する際に問題となる共晶の粗大化および空孔
・局部的な割れの発生を抑制し、熱間加工性・冷間加工
性の低下を防止する。 【解決手段】 Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼を
連続鋳造により製造する際に、熱間加工性の低下を防止
する手段は、 （１）等軸晶率＝１０〜５０％にすること。 （２）等軸晶率＝１０〜５０％にする方法は、鋳片厚さ
＝１３０〜２７０ｍｍ、タンディッシュ内の溶鋼過熱度
＝２０〜８０℃の範囲に制御すること。熱間加工性の低
下を防止することに加えて、冷間加工性の低下を防止す
る手段は、 （３）最終凝固位置から上流側に、０．１％以上のテー
パー量を１ｍ以上の長さ付与すること。 （４）固相率が１未満となる部分が厚み方向に５ｍｍ以
上残る段階において、圧下ロールにより未凝固部圧下率
を０．５以上実施すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間加工性・冷間
加工性に優れたＢ含有オーステナイト系ステンレス鋼鋳
片の連続鋳造による製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、Ｂを含有するオーステナイト
系ステンレス鋼は中性子吸収能が大きいため、使用済み
核燃料の容器などに使用されている。

【０００３】本鋼種は共晶凝固組織を有するために、強
度を発現する温度が通常のステンレス鋼、炭素鋼と比較
して低く、凝固シェルの強度不足からブレークアウトが
起きるために連続鋳造化が困難であった。

【０００４】上記対策として、本出願人は特開平９−２
９３９１号公報に鋳造速度、サポートロール間隔、及び
２次冷却帯の最終位置における固相率を制御する方法を
提案した。

【０００５】上記発明は、安定した連続鋳造ができる優
れた方法であるが、鋼中に共晶（（Ｆｅ，Ｃｒ）Ｂなど
のボライドとγ鉄の共晶）を含み母材と比較して共晶組
織部分が脆弱であり、熱間・冷間加工時に割れが発生す
る問題に関する対策を明らかにしていない。

【０００６】特開平４−２７２１３１号公報に熱間加工
前にソーキング処理を実施する、あるいは鋼中にＣａ，
Ｙ，Ｌａ＋Ｃｅの一種又は２種以上添加して熱間加工性
を改善する方法が提案されている。

【０００７】この発明も、Ｂを含有するオーステナイト
系ステンレス鋼に特有の共晶に起因する熱間・冷間加工
時に割れが発生する問題に関し、何ら対策を施していな
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｂ含有オー
ステナイト系ステンレス鋼鋳片を連続鋳造で製造する際
に問題となる共晶に起因する欠陥を抑制し、熱間加工性
の良好な鋳片を製造する方法を提供すること、さらに、
熱間・冷間加工性の良好な鋳片を製造する方法を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】下記の（Ａ）〜（Ｉ）の
知見を得た。 （Ａ）図１（ａ）〜（ｃ）のマクロ組織の概念図に示す
ように、等軸晶が生成せず柱状晶が厚み中央部まで成長
している場合（等軸晶率０％の例、図１（ａ）参照）
に、中心部分の共晶組織に沿って割れが発生している。
この鋳片中心部における板状の共晶が熱間加工後の板厚
中心部に発生する線状の連続的な割れの原因であり、鋳
片の中心部を等軸晶化（等軸晶率３０％の例、図１
（ｂ）参照）することにより、この割れの発生原因であ
る板状の共晶の生成を防止できる。

【００１０】（Ｂ）等軸晶率を増加（等軸晶率６０％
例、図１（ｃ）参照）すると、中心部に粗大な粒状の等
軸晶が生成し、この部分に粗大な粒状の共晶が生成し、
不連続な微小な割れが発生することが認められた。

【００１１】（Ｃ）図２に示すように、等軸晶率３０％
の例についてミクロ観察をしたところ、粒状の共晶の部
分に空孔が存在し、等軸晶の粒間に局部的な割れが発生
していることが、さらに認められた。

【００１２】上記の共晶部分に存在する空孔と、等軸粒
間に存在する局部的な割れが冷間加工性を悪化させる原
因であることも判明した。

【００１３】（Ｄ）図３に示すように、Ｂ含有オーステ
ナイト系ステンレス鋼鋳片の等軸晶率と熱間圧延時の割
れ発生率には相関があり、下記で定義する等軸晶率を１
０〜５０％に、好ましくは２０〜４０％にすることによ
り、割れ発生率を低減できる。

【００１４】ここで、等軸晶率の定義は[ 鋳片の（等軸
晶部分の厚さ）／（鋳片の厚さ）]×１００（％）であ
る。

【００１５】（Ｆ）図４に示すように、共晶凝固するＢ
含有オーステナイト系ステンレスにおいて、鋳片厚さ、
タンディッシュ内における溶鋼過熱度を適正化すること
により、適当な等軸晶率が得られることを見出し、下記
（２）で制御できることを見出した。

【００１６】（Ｇ）厚さ１３０〜２７０ｍｍの鋳片の連
続鋳造時に、タンディッシュ内における溶鋼過熱度を２
０〜８０℃として、等軸晶率を１０〜５０％に制御でき
る。

【００１７】等軸晶率を１０〜５０％に制御することに
より、鋳片の熱間加工性を良好にでき、さらに過酷な冷
間加工性をも良好にするために、該鋳片の空孔・局部的
な割れの発生を抑えることが有効であり、熱間・冷間加
工性の良好な鋳片を製造する方法として下記（３）、
（４）を実施することが効果的であることを見出した。

【００１８】（Ｈ）図５に示すように、連続鋳造におい
て鋳片の固相率が１となる最終凝固位置とそこから上流
側において、鋳片の厚さに対して０．１％以上のテーパ
ー量（％）を１ｍ以上のテーパー部長さ（ｍ）を付与す
る。

【００１９】ここで、テーパー量の定義はテーパー量
（％）＝ΔＤ／Ｌ×１００（％）である。ただし、Ｌは
テーパー部の長さ（ｍ）、ΔＤはΔＤ＝Ｄｏ（上流側の
鋳片厚さ）−Ｄ（下流側の鋳片厚さ）、各鋳片厚みの単
位は（ｍ）である。

【００２０】（Ｉ）鋳片内に固相率が１未満となる部分
が鋳片の厚み方向の中心部に５ｍｍ以上残る段階で、ピ
ンチロールあるいはローラーエプロンに設置した圧下ロ
ールにより（圧下量ｍｍ）／（未凝固厚さｍｍ）で定義
される未凝固部圧下率が０．５以上の圧下をする。

【００２１】以上の知見から得られた本発明の構成を以
下の（１）〜（４）に示す。 （１）Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼鋳片を連続
鋳造により製造する際に、等軸晶率を１０〜５０％とす
ることを特徴とする熱間加工性に優れたＢ含有オーステ
ナイト系ステンレス鋼鋳片の製造方法。

【００２２】（２）Ｂ含有オーステナイト系ステンレス
鋼鋳片を連続鋳造により製造する際に、鋳片厚みを１３
０〜２７０ｍｍに、連続鋳造時のタンディッシュ内にお
ける溶鋼過熱度を２０〜８０℃として、等軸晶率を１０
〜５０％に制御することを特徴とする熱間加工性に優れ
たＢ含有オーステナイト系ステンレス鋼鋳片の製造方
法。

【００２３】（３）連続鋳造法により製造される鋳片の
固相率が１となる最終凝固位置とそこから上流側におい
て、鋳片の厚さに対して０．１％以上のテーパー量を１
ｍ以上の長さにわたって付与することを特徴とする上記
（１）および（２）記載の熱間加工性および冷間加工性
に優れたＢ含有オーステナイト系ステンレス鋼鋳片の製
造方法。

【００２４】（４）鋳片内に固相率が１未満となる部分
が厚さ方向に５ｍｍ以上残る段階において、未凝固部圧
下率を０．５以上とすることを特徴とする上記（１）〜
（３）のいずれかに記載の熱間加工性および冷間加工性
に優れたＢ含有オーステナイト系ステンレス鋼鋳片の製
造方法。

【００２５】なお、本発明における「Ｂ含有オーステナ
イト系ステンレス鋼」とは、Ｂが０．５〜３．０重量％
含有するオーステナイト系ステンレス鋼である。

【００２６】Ｂは中性子吸収能をを確保するために添加
する元素であり、その性能を確保するために０．５重量
％以上の添加が必要であり、過剰になると、共晶の生成
量が増加し、中心偏析部以外の部分も脆化するため、上
限は３重量％以下が好ましい。

【００２７】

【発明の実施の形態】等軸晶率を制御する方法を検討す
るため、鋳造条件と等軸晶率の関係を調査した。

【００２８】連続鋳造試験機は、機長４ｍの垂直型の連
続鋳造設備を使用し、鋳片の厚さを１００〜３００ｍ
ｍ、鋳片幅を４００〜６００ｍｍ、鋳造速度を０．４〜
０．８ｍ／min に範囲を変えて鋳造を行った。

【００２９】溶鋼過熱度も変化させ、等軸晶率との関係
を調査した。溶鋼過熱度は、タンディシュ内で測定した
が、その測定位置は取鍋からの受湯口と鋳型への給湯口
の間の側壁部であり、熱電対により溶鋼温度を測定し
た。

【００３０】前述の図４に示すように、鋳片厚さ１００
ｍｍでは、安定して１０％以上の等軸晶を安定して生成
させることができない。鋳片厚さ１３０〜２７０ｍｍの
範囲では、溶鋼過熱度が８０℃を超えると等軸晶率が低
下する。溶鋼過熱度を２０℃未満とすると等軸晶率が急
に増加する。これはタンディッシュ内で溶鋼過熱度が２
０℃以下になると鋳型内では過熱度は０℃以下となり、
急速に等軸晶の生成が始まるためと考えられる。また、
溶鋼過熱度を過度に低下させるとノズル閉塞の危険もあ
り、安定した連続鋳造操業が困難となる。

【００３１】鋳片の厚さを３００ｍｍとすると、等軸晶
率を５０％以下にすることが困難となる。鋳造速度によ
る等軸晶率の変化は小さかった。これらの実験結果か
ら、等軸晶率を１０〜５０％に制御する好ましい鋳造条
件は、鋳片の厚さが１３０〜２７０ｍｍであり、溶鋼過
熱度が２０〜８０℃である。

【００３２】溶鋼過熱度のさらに好ましい範囲は、３０
℃〜６０℃である。等軸晶率を上げる手段として電磁攪
拌を行う方法が広く知られているが、本発明にも適用可
能であることは言うまでもない。

【００３３】前述の図２に示すように、粒状の共晶の大
きいものは２〜３ｍｍ程度の直径がある。このように粗
大な共晶および共晶中に空孔や局部的な割れが存在する
と、熱間加工性には影響を与えないものの、曲げ加工な
どの、過酷な冷間加工によりコーナー部割れの原因とな
る。

【００３４】この空孔と局部的な割れの生成原因は、鋳
片の中心部が凝固する際に、凝固収縮に応じた溶鋼の供
給がないためと考えられる。

【００３５】凝固末期に、凝固収縮に見合う分だけ鋳片
の厚さを減少すれば、空孔と局部的な割れを圧着できる
ことに着眼して、鋲打ち測定と伝熱凝固解析により確認
した鋳片の最終凝固位置を基準に、前記図５に示す試験
連続鋳造設備のローラーエプロンに種々のテーパー量を
設定して得られた鋳片の空孔や局部的な割れの発生状況
を調査した。

【００３６】得られた鋳片中心部の５ｃｍ角をルーペで
観察し、空孔や局部的な割れの数を調査した。図６に示
すように、テーパー量を０．１％以上でテーパー部長さ
を１ｍ以上とすれば空孔や局部的な割れは減少し、０．
３％以上でテーパー部長さを１ｍ以上とすれば空孔およ
び局部的な割れがなくなることがわかった。

【００３７】１％以上のテーパー量を設定すると急にロ
ール反力が増加するため、高い剛性を有する設備が必要
であり、設備費が過大となり適当ではない。また、１％
以上のテーパー量は、凝固収縮の補償分を上回る過剰テ
ーパー量であり、１％未満が望ましい。

【００３８】テーパー部長さは、設備費と効果を勘案す
ると５ｍ以下が望ましい。最終凝固直前における空孔や
局部的な割れの生成を防止するためにローラーエプロン
のロール間に適正なテーパー量を付与することが必要な
のであり、鋳造速度の変更などに対応できるように、こ
のテーパーゾーンを上流側あるいは下流側に変えても差
し支えない。

【００３９】上記に示したように、鋳片を適正な範囲内
で等軸晶化し、ローラーエプロンに適正なテーパー量を
付与することにより、鋳片中心部分の空孔の発生および
局部的な割れを防止することができる。

【００４０】しかし、前記の対策を行っても粒径２ｍｍ
以上の共晶が依然として残る場合がある。この場合、さ
らに厳しい加工条件を加えると、前記の粗大な共晶が割
れの原因となることがある。

【００４１】この対策として、凝固末期の鋳片に適正な
未凝固部圧下を加えることにより共晶を生じる基液であ
る最終凝固付近の濃化溶鋼を水平方向に押し流して、濃
化溶鋼厚さを減少させることにより、共晶粒径の低下が
できることに着眼して、未凝固部の圧下量を変えて試験
を行った。

【００４２】図７に示すように、５ｍｍ以上未凝固部が
残る時点でピンチロールによる圧下後の鋳片中心部にお
ける共晶粒径の最大粒径を指標として調査した結果、
［圧下量（ｍｍ）／未凝固部厚さ（ｍｍ）］で定義され
る未凝固部圧下率を０．５以上とすることにより、好ま
しくは０．８以上とすることにより粗大共晶の粒径を減
少（２ｍｍ未満）できる。

【００４３】前記ピンチロールの圧下に代えてローラー
エプロンに設置した圧下ロールにより実施しても同じ結
果が得られた。

【００４４】５ｍｍ以上の未凝固部が残る時点で圧下す
る理由は、未凝固部溶鋼厚さが５ｍｍ未満となると、局
所的なブリッジングが生じ、上述の共晶を生成する最終
凝固付近の濃化溶鋼を水平方向に押し流しが十分に行わ
れない可能性があるからである。

【００４５】未凝固部溶鋼厚さの上限は５０ｍｍであ
り、５０ｍｍを超えると圧下しても共晶粒径を低下する
効果は期待できない。未凝固部溶鋼厚さは、鋲打ち測定
と伝熱凝固解析などで前述の最終凝固位置と同様に測定
できる。

【００４６】通常、連続鋳造においては凝固末期の鋳片
圧下は、鋳片中心部の正偏析を軽減あるいは解消するこ
とを目的に行われている。Ｂ含有オーステナイト系ステ
ンレス鋼の場合には、鋳片中心部の正偏析をそのまま
に、未凝固部圧下率を適正に設定することにより、鋳片
中心部の共晶粒径を制御し、加工条件の厳しい冷間加工
性を向上できるという効果が得られるのである。なお、
上記圧下処理に伴う内部割れなどの問題は、認められな
かった。

【００４７】

【実施例】機長１６ｍ、湾曲半径８ｍの一点矯正湾曲型
連続鋳造機を使用して、表１示す成分のＢ含有オーステ
ナイト系ステンレス鋼を、表２に示す条件にて連続鋳造
し、その後に熱間圧延により３．５〜６ｍｍ厚さまで圧
延した。４．５ｍｍ熱延板を使用して冷間プレスによる
曲げ加工を施し、冷間ドローイング法により２２５ｍｍ
角の角管に成形して安定化熱処理を実施した。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】（実施例１）等軸晶率、溶鋼過熱度、鋳片
厚さを変えて、熱間圧延後の板断面における割れの発生
状況を調査した。割れの評価は板横断面試料を採取し、
板幅に対する割れ長さの比率で評価した。

【００５１】表３に割れの評価基準を示す。表４に示す
ように、本発明例１および２では、厚さ１５０および２
００ｍｍの鋳片を、それぞれ溶鋼過熱度４８および３８
℃の条件で製造すると、等軸晶率が２９〜３３％とな
り、熱間圧延後の割れも皆無あるいは軽微であった。

【００５２】比較例１の鋳片厚さが１００ｍｍでは等軸
晶が全く生成せず、熱間圧延後の割れ長さの比率は８５
％となった。溶鋼過熱度を下げて等軸晶率を６８％に上
げると、板厚の中心部に粗大な共晶が認められ、割れ長
さの比率は４０％となった。

【００５３】

【表３】

【００５４】

【表４】

【００５５】（実施例２）ローラーエプロンのテーパー
量は連続鋳造機のメニスカスから３．７〜７．１ｍの位
置にあるセグメントのロール間隔を調節することにより
行った。

【００５６】得られた鋳片を熱間圧延し、得られた４．
５ｍｍ厚さの熱延板を使用して、２２５ｍｍ角の角管に
成形して安定化熱処理をしたものについてコーナー部割
れの調査をした。

【００５７】表５にコーナー部割れの評価基準を示す。
表６に示すように、本発明例３〜４の０．１５％あるい
は０．３８％のテーパー量を１ｍ以上付与した場合で
は、いずれも曲げ部の割れは１ｍｍ未満であり許容範囲
内であった。比較例３の０．０８％のテーパー量ではコ
ーナー部に割れが発生した。比較例４のテーパー量を
０．２５％としてもその長さが０．６ｍの場合に割れが
発生した。

【００５８】

【表５】

【００５９】

【表６】

【００６０】（実施例３）凝固末期に鋳片を２本のピン
チロールで圧下する試験を行った。得られた鋳片を実施
例２の同様に、熱間圧延し、得られた４．５ｍｍ厚さの
熱延板を使用して、２２５ｍｍ角の角管に成形して安定
化熱処理をしたものについてコーナー部割れの調査をし
た。

【００６１】コーナー部割れの評価基準は、実施例２と
同じである。表７に示すように、比較例５の未凝固部圧
下率が０．２では、中心部の共晶の粒径が２ｍｍ以上で
あり、空孔も残っており、曲げ部で大きな割れが発生し
た。

【００６２】未凝固部圧下率を比較例６の０．４に上げ
ると空孔は圧着されるが、中心部の共晶の粒径は２ｍｍ
以上であり、コーナー部には微細な割れが発生した。未
凝固部圧下率を本発明例５〜７の０．６以上とすると中
心部の共晶の粒径は２ｍｍ未満に減少し、コーナー部の
割れを防止できた。比較例７の未凝固部厚さ３ｍｍで
は、未凝固部圧下率を０．９としても共晶粒径が２．５
と粗大化し、コーナー部の割れ長さは１ｍｍ以上となっ
た。

【００６３】

【表７】

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、Ｂ含有するオーステナ
イト系ステンレス鋼の連続鋳造時における共晶の粗大化
および空孔・局部的な割れの発生を抑制でき、熱間加工
性・冷間加工性の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳片の等軸晶率と鋳片の割れと関係を示すマク
ロ組織の概念図である。

【図２】鋳片の等軸晶率３０％例のミクロ観察結果を示
す概念図である。

【図３】鋳片の等軸晶率と熱間圧延時の割れ発生率との
関係を示すグラフである。

【図４】鋳片の等軸晶率と鋳片厚さ、溶鋼過熱度との関
係を示すグラフである。

【図５】ローラーエプロンのテーパー量（％）とテーパ
ー部長さ（ｍ）を示す概念図である。

【図６】ローラーエプロンのテーパー量、テーパー部長
さと鋳片の局部的な割れ・空孔の発生との関係を示すグ
ラフである。

【図７】未凝固部圧下率と鋳片の共晶粒径との関係を示
すグラフである。

【符号の簡単な説明】

１：鋳片 ２：ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/54 Ｃ２２Ｃ 38/54 Ｇ２１Ｆ 5/002 Ｇ２１Ｆ 5/00 Ｗ 5/005

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼鋳
   片を連続鋳造により製造する際に、該鋳片の等軸晶率を
   １０〜５０％とすることを特徴とする熱間加工性に優れ
   たＢ含有オーステナイト系ステンレス鋼鋳片の製造方
   法。
2. 【請求項２】 Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼鋳
   片を連続鋳造により製造する際に、該鋳片厚さを１３０
   〜２７０ｍｍに、連続鋳造時のタンディッシュ内におけ
   る溶鋼過熱度を２０〜８０℃として、等軸晶率を１０〜
   ５０％に制御することを特徴とする熱間加工性に優れた
   Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼鋳片の製造方法。
3. 【請求項３】 連続鋳造法により製造される鋳片の固相
   率が１となる最終凝固位置とそこから上流側において、
   鋳片の厚さに対して０．１％以上のテーパー量を１ｍ以
   上の長さにわたって付与することを特徴とする請求項１
   または請求項２記載の熱間加工性および冷間加工性に優
   れたＢ含有オーステナイト系ステンレス鋼鋳片の製造方
   法。
4. 【請求項４】 鋳片内に固相率が１未満となる部分が厚
   さ方向に５ｍｍ以上残る段階において、未凝固部圧下率
   を０．５以上とすることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれかに記載の熱間加工性および冷間加工性に優れたＢ
   含有オーステナイト系ステンレス鋼鋳片の製造方法。