JPS63210257A - 耐熱鋼及びその製造方法 - 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、車両エンジンの排気弁などの素材として使用
されるオーステナイト系耐熱鋼及び連続鋳造法を使用し
て該耐熱鋼を製造する方法に関する。

（従来技術及び発明が解決しようとする問題点）従来、
エンジンの排気弁などの素材としては、例えば、２ｌ−
４Ｎ、２１２Ｎなどに代表されるオーステナイト系耐熱
鋼が重用されている。かかる耐熱鋼から各種部品を加工
する場合、先ず、当該耐熱鋼のインゴットを鋳造し、し
かるのち、このインゴットに圧延加工を施して所定の外
径の線材とすることが一般的である。

ところが、上記のオーステナイト系耐熱鋼は熱間加工性
例えば絞り値が低く、圧延加工時の加工率を大きくとる
ことが困難であるため、多段の圧延工程を必要とし、製
造歩留まり低下の原因となっていた。

従って、上記オーステナイト系耐熱鋼を例えば連続鋳造
法により直接小断面ビレットとして製造できれば極めて
好都合である。この連続鋳造法としては、第１図に示す
ような浸漬ノズルと鋳造パウダとを組み合わせた連続鋳
造装置を使用したものが知られている。すなわち、図に
おいて、溶鋼を満たしたタンディツシュｌの下面に浸漬
ノズル２が取り付けられており、この浸漬ノズル２から
鋳型３に溶鋼が注入される。鋳型３は冷却水で冷却され
ているため、注入された溶鋼は鋳型３の壁面で冷却され
て一部凝固して凝固層（シェル）５ａとなり、この凝固
層５ａとその内部の液相５ｂとからなる鋳片５はガイド
ロール４に保持されながら図示しないピンチロールで連
続的に引き抜かれる。鋳型３から引き抜かれた鋳片５は
スプレ６により冷却水を吹きつけられて冷却し、凝固が
完了する。

なお、第１図において、タンディツシュ１の溶鋼５内に
はストッパ７が挿入されていて、当該タンディツシュ１
から浸漬ノズル２を通って、鋳型３内への溶湯の注入速
度を調節する。一方、浸漬ノズル２は、その下部開口を
鋳型３に注入した溶湯の湯面５Ｃ下に浸漬されて溶鋼が
タンディツシュ１から鋳型３に注入される際に大気によ
って酸化され、そのために介在物が生成することを防止
している。また、湯面５Ｃには鋳造パウダ８が投与され
、鋳型３と鋳片５との間の潤滑剤として機能し、鋳片５
表面の微細なひび割れ、ピンホール等の表面欠陥の発生
を抑制する。

ところが、上記したオーステナイト系耐熱鋼には、次の
ような問題がある。つまり、この耐熱鋼に上述の連続鋳
造法を適用しようとすると、鋳型３から出た鋳片５の凝
固層５ａの強度つまりシェル強度が弱く、内部の液相５
ｂの静圧に耐えられずブレークアウト（凝固層が破れ、
中の溶鋼が流出すること）が発生する。本発明者らは、
このようなブレークアウトの発生を防止するためには、
タンディツシュ温度、引き抜き速度及び鋳造パウダの粘
度を制御すればよいとの知見を得た。

ところで、従来より、オーステナイト系ステンレス鋼に
おいては、鋼中の不可避不純物であるＳが粒界に析出す
るために熱間加工性が低下することが知られており、そ
のため、Ｓの極微量化、更にはＣａを添加してＳをＣａ
Ｓとして粒内に固定することが一般に行われていた。一
方、本発明者らは、オーステナイト系耐熱鋼における熱
間加工性の悪化の原因は、上述のオーステナイト系ステ
ンレス鋼の場合とは異なり、炭化物の生成によるもので
有ることを見出した。更に、Ｃａを添加することで炭化
物の形態を変化（粒状化）させ、これによりオーステナ
イト系耐熱鋼の熱間加工性を大幅に改善し得るという知
見を得た。又、Ｃａの効果を安定化するためにはＡｊ２
を添加して脱酸を行うことが必要であるとの認識を得た
。

しかしながら、Ａ７！の添加により次のような新たな問
題が生じる。即ち、Ａｌ添加時に生成したクラスター状
のＡ７！ｚＯａ９が、第２図に示すようにタンディツシ
ュ１底部の浸漬ノズル２の開口部１ａ周縁に次第に堆積
し、ある程度堆積したのちその一部が剥離する。前述し
たように、タンディツシュ１から浸漬ノズル２を通って
鋳型３内に注入される溶鋼の注入速度は、前記開口部１
ａとストッパ７との間隙を調整することにより制御され
ているため、上記のようにクラスター状のＡｈ０３が堆
積するとこの注入速度を正確に制御することが困難とな
ってしまう。この注入速度は当然のことながら、引き抜
き速度に影響を与えるため、結果として引き抜き速度の
制御が困難となり、ひいては前述したように連続鋳造時
のシェル強度を高めることができないという不具合が生
じる。

更に、例え連続鋳造法によりビレットを製造することが
できたとしても、該オーステナイト系耐熱鋼自体の特性
は依然として解決されてはおらず、熱間加工性が低いた
め、得られたビレットを圧延する際に線材に割れが生し
たりするという不都合がある。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、圧
延などの熱間加工性に優れたオーステナイト系耐熱鋼及
びかかる耐熱鋼を連続鋳造法により製造する際に、ブレ
ークアウトなどが生じることが防止され、且つ、溶鋼の
注入速度を正確に制御しろる耐熱鋼の製造方法を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段および作用）本発明は、
先ずＣａ及びＡｌの両元素を添加することにより耐熱鋼
の熱間加工性を向上させ、しかも連続鋳造時に、クンデ
ィツシュ温度、引き抜き速度及び鋳造パウダの粘度を所
定の値に制御することにより、シェル強度を高め、且つ
、上記のＣａ１ｌを生成するＡ１２０３Ｍから決定して
、クラスター状の／１２０３が生成しないようにして引
き抜き速度の制御性を向上させたものである。

即ち、第１の本発明である耐熱鋼は、重量％で、Ｃ：　
０．２０〜０．６０％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：
６．７０−１６．００％、Ｎｒ：１．５０〜４．５０％
、Ｃｒ　　：　１６．５０〜２２．００％、Ｎ　：　　
０．３０〜０．５０％、Ｃａ　　：　　０．００１〜０
．　０２０％、Ａｊ！　　：　　０．００５〜ｏ、ｉｏ
ｏ％、及び残部実質的にＦｅよりなるものであり、この
耐熱鋼を製造するための第２の本発明は、タンディツシ
ュから冷却鋳型に耐熱鋼の溶湯を注入し、凝固した鋳片
を連続的に引き抜く耐熱鋼ビレットの製造方法において
、前記耐熱鋼として、重置％で、Ｃ：０．２０〜０．６
０％、３ｉ：０．５０％以下、Ｍｎ　：　６．７０〜１
６．００％、Ｎ　ｉ　：　１．５０〜４．５０％、Ｃｒ
　：　１６．５０〜２２．００％、Ｎ　：　０．３０〜
０．５０％、Ｃａ：　０．００１〜０．０２０％、Ａ１
：０．００５〜０．１００％、及び残部実質的にＦｅよ
りなる鋼を用い、前記タンディツシュ内の温度を前記耐
熱鋼の融点より３５°Ｃ以下の範囲で高い温度とし、引
き抜き速度を１．６ｍ／分以下として引き抜きを行うと
ともに、前記溶湯の湯面に粘度２．０ポアズ以上となる
鋳造パウダを投入することとしたものである。

先ず、第１の本発明である耐熱鋼ビレ７）における各成
分範囲（重量％）の限定理由を述べる。

ｃ：ｏ、２ｏ〜０．６０％ Ｃは本発明鋼の強度向上に資する成分元素であり、充分
な強度向上効果を発現させるためには少なくとも０．２
０％必要であるが、過度に増量すると粒界腐食の原因と
なるので、上限を０．６０％とした。

Ｓｉ：０．５０％以下 Ｓｉは脱酸剤として有効な成分元素であるが、過度に添
加すると靭性を劣化させるので、上限を０．５０％とし
た。

Ｍｎ：６．７０〜１６．００％ Ｍｎはオーステナイト組織の安定化に寄与する元素であ
り、高価なＮｉを補うために添加される。

Ｍｎの添加量は少なくとも６．７０％必要である。

しかし、余り多いと冷間加工時に加工硬化を生じるので
、上限を１６．００％とした。

Ｎｉ：１．５０〜４．５０％ ＮｒはＭｎと同様、オーステナイト組織］織の安定化に
資する成分であり、また、耐食性の向上にも有効である
。そのため、少なくとも１．５０％必要であるが、Ｎｉ
は高価な元素であるため、上限を４．５０％とした。

Ｃｒ：１６．５０〜２２．００％ Ｃｒは耐食性及び耐酸化性の向上に特に有効な元素であ
る。かかる特性を充分に発揮させるためには、少なくと
も１６．５０％必要である。しがし、Ｃｒ量を徒に多く
すると、オーステナイト組織を維持することが困難にな
り、−上記したオーステナイト生成元素つまりＭｎ、Ｎ
ｉなどの添加量が増大し高価格化を招くので、上限を２
２．００％とした。

Ｎ１．３０〜０．５０％ Ｎはオーステナイト組織を安定化させる元素であり、そ
のためには少なくとも０．３０％必要であるが、含有量
が余り増大すると、熱間加工性が　　　　゛低下するの
で上限を０．５０％とした。

Ｃａ：０．００１〜０．０２％ Ｃａは鋼中の炭化物を粒状、分断化させ、熱間加工性を
改善するための添加元素である。この熱間加工性の向上
という観点からすると少なくとも０．００１％以上は必
要である。但し、Ｃ，ａ量が増大すると連続鋳造時に、
析出したＣａＯがタンディツシュ内の浸漬ノズル開口部
を閉塞する虞れがあるため、上限を０．０２％とした。

Ａ７！：０．００５〜０．１００％ Ａｌｌは脱酸力の強い元素であり、例えば、５ｉｎＨの
脱酸を行うためには少なくとも０．００５％必要である
。しかし、余り多いと前述のＣａと同様ＡＩ！ｚＯ３が
生成して浸漬ノズルを閉塞するという問題が生じるので
、上限を０．１００％とした。

また、本発明の耐熱鋼は上記した成分元素の他に、０．
０００５〜０．００２％のＢを含有していてもよい。Ｂ
は熱間加工性の向上に寄与する成分であり、充分な効果
を得るためには少なくとも０．０００５％必要であるが
、余り多いとボロンナイトライドの生成に起因して、溶
体化処理後のミクロＭｉ織の悪化を招くので、上限を０
．００２％とした。

更に、本発明の耐熱鋼には、不純物元素として、０．０
４％以下のＰ、０．０１％以下のＳ、０．７０％以下の
Ｃｕ、０．６０％以下のＭｏ、０．００６７％以下の０
．０．００１％以下のｐｂ、ｏ、ｓｏ％以下のＷ及び０
．５０％以下のＶなどの各元素が含有されていてもよい
。

本発明の耐熱鋼においては、Ｃａ含有量を決定するため
に以下に述べる「有効Ｃａ量」という考え方を導入した
。即ち、次式： 有効Ｃａ量−トータルＣａ量−０，９×トータル０１　
　　　　　　・・・・・・・・・（１）この有効Ｃａ量
がゼロのときには、Ｃａは１２Ｃａ　０−７Ａ１２０．
となって過不足なく存在する。１２Ｃａ□−７Ａρ２０
３は融点が低く、タンディツシュ内の温度で、充分溶融
するため、Ａｌ１２０３が単独で生成する場合のように
、浸漬ノズルを閉塞することが防止される。したがって
、有効Ｃａ量≧０の場合に炭化物を粒状化させるＣａが
存在することとなる。

次いで、第２の本発明である耐熱鋼の製造方法について
説明する。

この製造方法は、第１図に示したような連続鋳造装置を
使用した連続鋳造法により耐熱鋼ビレットを製造する方
法であり、この時の条件、即ち、タンディツシュ温度、
引き抜き速度及び鋳造パウダの粘度を規定したものであ
る。

先ず、タンディツシュ温度は上記耐熱鋼の融点より３５
℃以下の範囲で高い温度とする。そして、鋳片の引呑抜
き速度を１．６ｍ／分以下とする。

更に、鋳造パウダとして、粘度が２．０ポアズ以上とな
るものを使用する。これらの各条件は、上記した耐熱鋼
ビレットを連続鋳造法により製造する際のシェル強度を
高めるために必須となるものであり、何れか１つでも上
記範囲を外れると、ブレークアウトが発生する虞れがあ
る。

なお、本発明の耐熱鋼は凝固収縮率が小さいので、連続
鋳造装置における鋳型としては、テーパ付きのもの、所
謂テーパモールドではなく、第１図のようなストレート
のモールドを使用することが好ましい。

（実施例） 第１表に示した成分組成及び上記（１）式から算出され
た有効Ｃａ量を有する各耐熱鋼Ａ〜■を用意し、第１図
の連続鋳造装置を使用して、第２表に示した各条件で連
続鋳造を行い１４５１■×１４５１重のビレットを製造
した。この連続鋳造工程におけるブレークアウトの発生
の有無を第２表に示した。

ついで、得られた各ビレットを夫々６パスで９５璽■×
９５額となるまで熱間圧延し、線材表面のキズを観察す
ることにより、加工性を評価した。具体的には、キズ無
し・・・◎、キズ深さｌ　ｍｍ以下・・・○、キズ深さ
１〜２ｆｌ・・・Δ、キズ深さ３ｍｍ以上・・・Ｘとし
て、夫々の結果を第２表中に示した。

（以下余白） 第２表からも明らかなように、第１の本発明の組成の耐
熱鋼を用いて、第２の本発明の製造方法により耐熱鋼ビ
レットを製造すると、製造時、即ち連続鋳造工程におけ
るブレークアウトの発生が有効に防止され、しかも、得
られたビレットの熱間加工性も大幅に改善されることが
確認された。

（発明の効果） 以上説明したように第１の本発明の面１熱鋼によれば、
重量％で、ｃ　：　０．２０〜０．６０％、Ｓｉ二０．
５０％以下、Ｍｎ　：　６．７０〜１６．００％、Ｎｉ
；１．５０〜４．５０％、Ｃｒ　：　１６．５０〜２２
．００％、Ｎ　：　０．３０〜０．５０％、Ｃａ　：　
０．００１〜０．０２０％、Ａ７！：０．００５〜０．
１００％、及び残部実質的にＦｅよりなることとしたの
で、熱間圧延などの熱間加工性が向上し、しかも、この
ビレットを製造するための連続鋳造時にクラスター状の
ＡＩ。０３の生成に起因する注入速度の制御性低下が防
止されるので、引き抜き速度を正確に制御することが可
能となりシェル強度が高められ従来オーステナイト系耐
熱鋼には適用することが困難であった連続鋳造法を適用
することが可能となった。

更に、第２の本発明の耐熱鋼の製造方法によれば、タン
ディツシュから冷却鋳型に耐熱鋼の溶湯を注入し、凝固
した鋳片を連続的に引き抜く耐熱鋼ビレットの製造方法
において、前記耐熱鋼として、重量％で、ｃ：ｏ、２ｏ
〜０．６０％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ　：　６．
７０〜１６．００％、Ｎｉ：１．５０〜４．５０％、Ｃ
ｒ　：　ｌ　６．５０〜２２．００％、Ｎ　：　０．３
０〜０．５０％、Ｃａ　：　０．００１〜０．０２０％
、ＡＩ：０．００５〜０．１００％、及び残部実質的に
Ｆｅよりなる鋼を用い、前記タンディツシュ内の温度を
前記耐熱鋼の融点より３５℃以下の範囲で高い温度とし
、引き抜き速度を１．６ｍ／分以下として引き抜きを行
うとともに、前記溶湯の湯面に粘度２．０ポアズ以上と
なる鋳造パウダを投入することとしたので、シェル強度
が高められて連続鋳造時にブレークアウトが発生するこ
とが防止され、連続鋳造法の適用が可能となるとともに
、製造歩留まりが向上するという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な連続鋳造装置の構成を示す概略構成図
、第２図は第１図の装置における従来の不具合を示す一
部拡大断面図である。 １・・・タンディツシュ、２・・・浸漬ノズル、３・・
・鋳型、５・・・鋳片、５ａ・・・凝固層（シェル）、
５ｂ・・・液相、５Ｃ・・・湯面、７・・・ストッパ、
８・・・鋳造パウダ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｃ：０．２０〜０．６０％、Ｓｉ：０
   ．５０％以下、Ｍｎ：６．７０〜１６．００％、Ｎｉ：
   １．５０〜４．５０％、Ｃｒ：１６．５０〜２２．００
   ％、Ｎ：０．３０〜０．５０％、Ｃａ：０．００１〜０
   ．０２０％、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、及び残
   部実質的にＦｅよりなることを特徴とする耐熱鋼。
2. （２）更に、Ｂを、０．０００５〜０．００２％含有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の耐熱鋼
   。
3. （３）タンディッシュから冷却鋳型に耐熱鋼の溶湯を注
   入し、凝固した鋳片を連続的に引き抜く耐熱鋼の製造方
   法において、前記耐熱鋼として、重量％で、Ｃ：０．２
   ０〜０．６０％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：６．７
   ０〜１６．００％、Ｎｉ：１．５０〜４．５０％、Ｃｒ
   ：１６．５０〜２２．００％、Ｎ：０．３０〜０．５０
   ％、Ｃａ：０．００１〜０．０２０％、Ａｌ：０．００
   ５〜０．１００％、及び残部実質的にＦｅよりなる鋼を
   用い、前記タンディッシュ内の温度を前記耐熱鋼の融点
   より３５℃以下の範囲で高い温度とし、引き抜き速度を
   １．６ｍ／分以下として引き抜きを行うとともに、前記
   溶湯の湯面に粘度２．０ポアズ以上となるの鋳造パウダ
   を投入することを特徴とする耐熱鋼の製造方法。