(57)【要約】【課題】Ｎｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼において、鋼板の表面欠陥の発生が顕著に抑制できる冷鋳片を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０.００１〜０.０２０％、Ｓｉ：０.０５〜０.４０％、Ｍｎ：０.１０〜２.００％、Ｎｉ：０.０１〜１.２０％、Ｃｒ：１０.５〜２０.０％、Ｍｏ：０〜２.５％、Ｃｕ：０.０１〜１.００％、Ａｌ：０.００５〜０.１５０％、Ｎｂ：０.１０〜０.４０％、Ｎ：０.００１〜０.０２０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物、かつＮｂ（Ｃ＋Ｎ）≦０.０１を満たす化学組成の溶鋼を鋳造して鋳片とし、その鋳片の表面温度が５５０℃以上の時点で水中に入れて水冷を開始し、浸漬時間が４５分以内の時点で鋳片を水中から取り出して鋳片表面の復熱最高到達温度を２００〜４５０℃にコントロールし、その後、空気中で放冷する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０.００１〜０.０２０％、Ｓｉ：０.０５〜０.４０％、Ｍｎ：０.１０〜２.００％、Ｎｉ：０.０１〜１.２０％、Ｃｒ：１０.５〜２０.０％、Ｍｏ：０〜２.５％、Ｃｕ：０.０１〜１.００％、Ａｌ：０.００５〜０.１５０％、Ｎｂ：０.１０〜０.４０％、Ｎ：０.００１〜０.０２０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物、かつ下記（１）式を満たす化学組成の溶鋼を鋳造して鋳片とし、その鋳片の表面温度が５５０℃以上である時点で鋳片を水中に入れて水冷を開始し、鋳片全体を水中に浸漬させたのち、浸漬時間が４５分以内の時点で鋳片を水中から取り出すことにより鋳片表面の復熱最高到達温度を２００〜４５０℃にコントロールし、その後、空気中で放冷して鋳片表面温度を１００℃以下とする、フェライト系ステンレス鋼冷鋳片の製造方法。
Ｎｂ（Ｃ＋Ｎ）≦０.０１  …（１）
ここで、（１）式の元素記号の箇所には当該元素の質量％で表される含有量値が代入される。
【請求項２】
前記鋳造が連続鋳造であり、前記鋳片が連続鋳造スラブである、請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼冷鋳片の製造方法。
【請求項３】
前記鋳造が連続鋳造であり、前記鋳片が厚さ１５０〜２５０ｍｍの連続鋳造スラブである、請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼冷鋳片の製造方法。
【請求項４】
前記鋳造が連続鋳造であり、前記鋳片が厚さ１５０〜２５０ｍｍの連続鋳造スラブであり、前記浸漬時間が３〜４５分の範囲で鋳片を水中から取り出す、請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼冷鋳片の製造方法。
【請求項５】
質量％で、Ｃ：０.００１〜０.０２０％、Ｓｉ：０.０５〜０.４０％、Ｍｎ：０.１０〜２.００％、Ｎｉ：０.０１〜１.２０％、Ｃｒ：１０.５〜２０.０％、Ｍｏ：０〜２.５％、Ｃｕ：０.０１〜１.００％、Ａｌ：０.００５〜０.１５０％、Ｎｂ：０.１０〜０.４０％、Ｎ：０.００１〜０.０２０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物、かつ下記（１）式を満たす化学組成を有する、長さ４〜１４ｍ、幅７００〜１６００ｍｍ、厚さ１５０〜２５０ｍｍの連続鋳造スラブからなる鋳片であって、当該スラブの表面温度が４０〜１００℃であり、スラブ長手方向各端部からの距離が４００±１００ｍｍ、スラブ長さ×１／３±３００ｍｍである長手方向４位置について、それぞれスラブ幅方向各端部からの距離が１００±３０ｍｍである幅方向２位置に計８箇所設置したセンサーによるＡＥ（アコースティック・エミッション）測定において、各センサーにより測定されるＡＥエネルギーの最大値が６０,０００ｄＢｓ以下である、フェライト系ステンレス鋼冷鋳片。
Ｎｂ（Ｃ＋Ｎ）≦０.０１  …（１）
ここで、（１）式の元素記号の箇所には当該元素の質量％で表される含有量値が代入される。
【請求項６】
Ｎｂ含有析出相の存在量が０.２２質量％以下である、請求項５に記載のフェライト系ステンレス鋼冷鋳片。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｂを含有するフェライト単相系ステンレス鋼の、内部割れが極めて少ない冷片化された鋳片、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｂを含有するフェライト単相系ステンレス鋼は溶接部の耐食性が良好であることから、溶接構造部材の素材として有用である。しかし、鋳造後の鋳片に「置き割れ」と呼ばれる割れが発生しやすいという問題がある。置き割れは、鋳片の表面温度が１００℃程度以下にまで冷却された、いわゆる「冷片」において顕在化する割れであり、鋳片表面の目視観察で判るような比較的大きい表面割れとして現れる。この種の割れは、熱間圧延でのトラブルを招く要因となる。場合によっては鋳片運搬時に鋳片が破損することもある。したがって、Ｎｂ含有フェライト単相系鋼種で安全に熱延鋼板を製造するためには、冷片での置き割れを回避する必要がある。その回避手段として、鋳造後に鋳片を冷片化せずに、保温したままの状態で熱間圧延の加熱炉に運び入れる方法が有効であり、実際に行われている。しかし、鋳片の保温管理にはコストがかかる。
【０００３】
これまで、フェライト系ステンレス鋼鋳片の置き割れ対策として、種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１、２には、ＮｂとＴｉの合計含有量を０.０７％以下に制限することによって、鋳造スラブの置き割れ感受性を低下させることが記載されている。しかし、Ｎｂの含有量が低いために、用途によっては溶接部の耐食性が不足する。
【０００４】
特許文献３には、連続鋳造後の鋳片を常温まで冷却する過程で、鋳片の広面が３００℃以上の温度領域で、鋳片端部温度を広面中央部温度以上に加熱するとともに、冷却速度を４０℃／ｈ以下に保つ手法により、置き割れの原因となる鋳片中央部の引張応力の発生を無くすことが記載されている。しかし、この手法はＮｂ含有鋼種では十分な効果が得られない。
【０００５】
特許文献４には、析出物生成元素Ｔｉ、Ｓ、Ｃの含有量を所定範囲に制限し、連続鋳造後の冷却において鋳片広面中央部と狭面中央部の表面温度の差が２００℃以内となるように冷却を制御するとともに、熱間圧延のための再加熱では鋳片中心部の温度が２００℃となるまで鋳片広面中央部と狭面中央部の表面温度の差が２００℃以内となるように昇温を制御するによって、置き割れを防止することが記載されている。しかし、この手法ではＮｂを含有する鋼に対して必ずしも十分な置き割れ防止効果が得られない。
【０００６】
特許文献５には、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗの１種以上を含有するフェライト系ステンレス鋼において、Ｃ＋Ｎ含有量を０.０８％以下に制限したうえで、連続鋳造後の鋳片を冷却する際に、高温域での長時間滞在を避け、かつ２５０℃以下の低温域への急速な冷却を避けた冷却パターンを採用することにより、置き割れを防止することが記載されている。これにより高温域での金属間化合物（Ｌａｖｅｓ相）に起因する脆化現象が回避され、かつ冷却中の鋳片中に生じる熱応力が緩和されると考えられる。しかし、この文献の実施例で採用されている鋼はＮｂ含有量が０.３％である。それよりもＮｂ含有量を高めて溶接部耐食性のいっそうの改善を図ったフェライト単相系ステンレス鋼種においては、必ずしも十分な置き割れ防止効果は得られない。また、特許文献５の開示に従った場合でも、熱延鋼板およびそれに由来する冷延鋼板には鋳片の内部割れに起因すると考えられる表面欠陥が生じることから、高品質の熱延鋼板を得るためには更なる改善が求められる。
【０００７】
特許文献６には、連続鋳造されたフェライト系ステンレス鋼材を熱間圧延する際、表面温度が１５０℃以上で加熱炉に装入し、７００℃までの表面温度の昇温速度が１５.５℃／分以下となるように加熱することにより、置き割れを抑制した加熱を行うことが記載されている。しかし、この方法ではＮｂ含有鋼種の置き割れ防止対策としては必ずしも十分でない。また、表面温度が１００℃以下となるような冷片化には対応できない。
【０００８】
特許文献７には、フェライト単相系ステンレス鋼の鋳造スラブを、熱間圧延のための再加熱に供するまで一時的に保管する際、フェライト単相系ステンレス鋼の温片スラブの上下に、低炭素鋼または極低炭素鋼の温片スラブを配して重ねる手法が開示されている。しかし、この手法ではスラブの保管方法や、熱間圧延の加熱炉までの搬送方法に制約がある。また、Ｎｂ含有鋼種では十分な効果が期待できない。
【０００９】
特許文献８には、フェライト単相系ステンレス鋼の連続鋳造スラブを冷却する際、復熱最高温度が６７０℃に達しないように水冷し、その後常温まで空冷する手法により、表面割れのない冷片スラブを得ることが記載されている。しかし、この手法はＮｂを含有しない鋼種を対象としたものであり、Ｎｂ含有鋼種においては十分な効果が得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２８７７１８号公報
【特許文献２】特開平８−７４００３号公報
【特許文献３】特開平６−３４６１４３号公報
【特許文献４】特開平６−３２８２１４号公報
【特許文献５】特開昭６２−５６５１７号公報
【特許文献６】特開２０１０−２６５５３４号公報
【特許文献７】特開２００４−１６７５４６号公報
【特許文献８】特開２０１１−１６８８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本明細書では、表面温度が１００℃以下である鋳片を「冷鋳片」と呼んでいる。鋳片が連続鋳造によって得られた「連続鋳造スラブ」である場合、その冷鋳片を「連続鋳造冷片スラブ」、あるいは単に「冷片スラブ」と言うことがある。また、鋳造後の鋳片から冷鋳片を得ることを「冷片化」と言うことがある。
【００１２】
上述のように、フェライト系ステンレス鋼鋳片の置き割れに対しては、これまで種々の対策が提案されてきた。しかし、Ｎｂを含有するフェライト単相系鋼種については、それらの従来技術が必ずしも有効であるとは限らず、置き割れのない冷鋳片を安定して得る技術は確立されていないのが現状である。また、置き割れの問題を回避して得られたＮｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼の冷鋳片を用いて熱間圧延を施した場合でも、熱延鋼板や、それに由来する冷延鋼板の表面には「表面欠陥」が発生するという新たな問題が浮上した。この種の表面欠陥は、ユーザーに高品質の鋼板を供給する上で障害となり、用途によっては使用できない場合がある。
【００１３】
本発明の目的は、溶接部の耐食性に優れるＮｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼において、鋳片を保温する設備を使用することなく、熱延鋼板およびそれに由来する冷延鋼板の表面欠陥の発生が顕著に抑制できる冷鋳片を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
発明者らの検討によれば、鋼板に発生する上記の表面欠陥は、冷片化した鋳片内に生じている「内部割れ」に起因することがわかった。そのような内部割れの発生が顕著に抑制された冷鋳片は、質量％で、Ｃ：０.００１〜０.０２０％、Ｓｉ：０.０５〜０.４０％、Ｍｎ：０.１０〜２.００％、Ｎｉ：０.０１〜１.２０％、Ｃｒ：１０.５〜２０.０％、Ｍｏ：０〜２.５％、Ｃｕ：０.０１〜１.００％、Ａｌ：０.００５〜０.１５０％、Ｎｂ：０.１０〜０.４０％、Ｎ：０.００１〜０.０２０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物、かつ下記（１）式を満たす化学組成の溶鋼を鋳造して鋳片とし、その鋳片の表面温度が５５０℃以上である時点で鋳片を水中に入れて水冷を開始し、鋳片全体を水中に浸漬させたのち、浸漬時間が４５分以内の時点で鋳片を水中から取り出すことにより鋳片表面の復熱最高到達温度を２００〜４５０℃にコントロールし、その後、空気中で放冷して鋳片表面温度を１００℃以下とする、フェライト系ステンレス鋼冷鋳片の製造方法によって得ることができる。
Ｎｂ（Ｃ＋Ｎ）≦０.０１  …（１）
ここで、（１）式の元素記号の箇所には当該元素の質量％で表される含有量値が代入される。
【００１５】
上記の鋳造が連続鋳造である場合、鋳片は特に「連続鋳造スラブ」と呼ばれる。連続鋳造スラブの厚さは例えば１５０〜２５０ｍｍである。この場合、前記の水中への浸漬時間は３〜４５分の範囲とすることができる。
【００１６】
連続鋳造スラブの場合は、通常、スラブ長手方向が鋳造方向であり、スラブ長手方向に垂直な断面の形状はほぼ長方形である。本明細書では、その長方形の長辺に平行な方向を「幅方向」、短辺に平行な方向を「厚さ方向」と呼び、スラブ長手方向両端部の長手方向距離をスラブの「長さ」、幅方向両端部の幅方向平均距離をスラブの「幅」、厚さ方向両端部の厚さ方向平均距離をスラブの「厚さ」と呼ぶ。また、厚さ方向両端部の各表面を「広面」と呼ぶ。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、溶接部の耐食性に優れるＮｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼において、置き割れのない冷鋳片を安定して得ることが可能となった。さらに、単に置き割れの発生を防止するだけでは回避が困難であった熱延鋼板および冷延鋼板の表面欠陥についても、顕著に抑制することが可能になった。また、冷鋳片を得る際に、鋳片を保温する設備は不要である。これにより、従来技術よりも低コストで高品質なＮｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼の熱延鋼板およびそれに由来する冷延鋼板が製造可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術によって製造したＮｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼の冷片スラブ２例について、ＡＥ測定による内部割れ発生のＡＥエネルギーの大きさおよびその分布を例示した図。
【図２】本発明に従って製造したＮｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼の冷片スラブ２例について、ＡＥ測定による内部割れ発生のＡＥエネルギーの大きさおよびその分布を例示した図。
【図３】ＡＥセンサーの取り付け位置を模式的に示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔対象鋼種〕
本発明では、Ｎｂを含有するフェライト単相系ステンレス鋼種を対象とする。各成分元素の含有量範囲は以下の通りである。
質量％で、Ｃ：０.００１〜０.０２０％、Ｓｉ：０.０５〜０.４０％、Ｍｎ：０.１０〜２.００％、Ｎｉ：０.０１〜１.２０％、Ｃｒ：１０.５〜２０.０％、Ｍｏ：０〜２.５％、Ｃｕ：０.０１〜１.００％、Ａｌ：０.００５〜０.１５０％、Ｎｂ：０.１０〜０.４０％、Ｎ：０.００１〜０.０２０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物。
以下、鋼の成分組成に関する「％」は特に断らない限り「質量％」を意味する。
【００２０】
Ｎｂについては、含有量を厳密にコントロールする必要がある。溶接部の耐食性を十分に確保するためには０.１０％以上のＮｂ含有が必要となる。０.１５％以上とすることがより好ましく、０.３０％以上、あるいは０.３０％を超えるＮｂ含有量に管理してもよい。Ｎｂ含有量が高すぎると、後述の冷鋳片の製造方法に従った場合でもＦｅ2Ｎｂ型金属間化合物を主体とするＮｂ含有析出相の生成量が増加し、冷鋳片の内部割れ発生を十分に抑制することが難しくなる。種々検討の結果、Ｎｂ含有量の上限は０.４０％に制限される。
【００２１】
また、Ｎｂ含有量はＣ、Ｎ含有量との関係において厳しく規定する必要がある。具体的には下記（１）式を満たすことが重要である。
Ｎｂ（Ｃ＋Ｎ）≦０.０１  …（１）
ここで、（１）式の元素記号の箇所には当該元素の質量％で表される含有量値が代入される。
Ｎｂ含有量またはＣとＮの合計含有量が（１）式を外れて多い場合には、冷鋳片中にＮｂＣ、ＮｂＮなどの炭窒化物を主体とするＮｂ含有析出相の生成量が増大し、冷鋳片の内部割れ発生を十分に抑制することが難しくなる。
【００２２】
溶接部の耐食性を特に重視する場合は、下記（２）式を満たすようにＮｂ含有量を調整することが好ましい。
Ｎｂ≧８（Ｃ＋Ｎ）  …（２）
ここで、（２）式の元素記号の箇所には当該元素の質量％で表される含有量値が代入される。
【００２３】
Ｓｉ含有量の制限も重要である。Ｓｉ含有量が多くなると鋼が硬質化し、靭性低下を引き起こす。この靭性低下は、Ｎｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼の冷鋳片において内部割れの誘発を招く大きな要因となることがわかった。種々検討の結果、Ｓｉ含有量は０.４０％以下に制限される。
【００２４】
〔Ｎｂ含有析出相の量〕
Ｎｂ含有フェライト単相系鋼種では、冷鋳片中に存在するＮｂ含有析出相の量が、冷鋳片の内部割れに大きく影響する。Ｎｂ含有析出相は、Ｎｂを構成元素に有する析出相であり、主として、Ｆｅ2Ｎｂ型金属間化合物や、ＮｂＣ、ＮｂＮなどの炭窒化物が挙げられる。析出相がＮｂ含有析出相であるかどうかは、ＥＤＸ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析法）等の分析手法により確認できる。鋼材中におけるＮｂ含有析出相の存在量は以下のようにして電解抽出法により求めることができる。
【００２５】
（Ｎｂ含有析出相の存在量の求め方）
１０質量％のアセチルアセトン、１質量％のテトラメチルアンモニウムクロライド、８９質量％のメチルアルコールからなる非水系電解液中で、鋼材から採取した質量既知のサンプルに、飽和甘汞基準電極（ＳＣＥ）に対して−１００ｍＶ〜４００ｍＶの電位を付与し、サンプルのマトリックス（金属素地）を全部溶解させたのち、未溶解物を含む液を孔径０.２μｍのミクロポアフィルターにてろ過し、フィルターに残った固形分を抽出残渣として回収する。溶解に供した上記サンプルの質量に占める抽出残渣の質量割合をＮｂ含有析出相の存在量（質量％）とする。
【００２６】
前記化学組成を有する鋼の場合、上記の方法による抽出残渣は、ほぼＮｂ含有析出相からなる残渣であるとみなすことができる。したがって、ここでは上記の電解抽出法で回収される抽出残渣の質量割合をもってＮｂ含有析出相の存在量と定義する。発明者らの詳細な研究によれば、Ｎｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼の冷鋳片においては、このＮｂ含有析出相の存在量が０.２２質量％以下であることが好ましい。
【００２７】
〔ＡＥ（アコースティック・エミッション）による内部割れ評価〕
Ｎｂ含有フェライト単相系鋼種の冷鋳片における内部割れは、主として、冷鋳片内部に蓄えられている残留応力によって、Ｎｂ含有析出相を起点あるいは伝播経路とする割れが誘発されることによって生じると考えられる。割れ発生の頻度および割れの規模は、ＡＥ（アコースティック・エミッション）測定によって評価することができる。鋳造後に冷片化されたＮｂ含有フェライト単相系鋼種の鋳片には、通常、熱間圧延の加熱に供するまでの間、すなわち冷鋳片として保管されている間に、内部割れの発生が次々と起きる。発明者らの検討によれば、割れの発生頻度よりも、発生する割れの規模が、熱延鋼板の表面欠陥に大きな影響を与えることがわかった。発生する割れの規模は、その割れが発生するときのＡＥエネルギーから把握することができる。
【００２８】
発明者らは、Ｎｂ含有フェライト単相系鋼種の冷片スラブについて、ＡＥ測定で観測されるＡＥエネルギーと、そのスラブを用いて製造した熱延鋼板に生じる表面欠陥の関係を詳細に調査してきた。その結果、例えば長さ４〜１４ｍ、幅７００〜１６００ｍｍ、厚さ１５０〜２５０ｍｍの連続鋳造スラブからなる鋳片の場合、表面温度が４０〜１００℃である状態で測定したＡＥエネルギーの最大値が６０,０００ｄＢｓ以下であるスラブでは、それを用いて製造した鋼板の表面欠陥防止効果が非常に高いことがわかった。冷鋳片の表面温度が４０℃以上の段階では、それ以後の段階と比べ内部割れの発生が活発であることから、表面温度が４０〜１００℃の段階で６０,０００ｄＢｓを超えるＡＥエネルギーの内部割れが発生しなければ、鋼板を製造したときの表面欠陥防止効果が高いスラブであると判断することができる。実際のＡＥ測定は、スラブ広面中央部の表面温度が２００〜３００℃である時点でスラブにＡＥセンサーを設置し、測定を開始し、スラブ表面温度が１００℃未満となるまで継続して測定し、その間に発生したすべてのＡＥエネルギーを評価対象とすることで、十分に高い精度で鋼板の表面欠陥防止効果が高いスラブかどうかを評価することができる。
【００２９】
なお、ＡＥセンサーの取り付け位置は、スラブ長手方向各端部からの距離が４００±１００ｍｍ、スラブ長さ×１／３±３００ｍｍである長手方向４位置について、それぞれスラブ幅方向各端部からの距離が１００±３０ｍｍである幅方向２位置の、計８箇所とすればよい。
【００３０】
図１に、従来技術によって製造したＮｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼の冷片スラブ２例について、ＡＥ測定による内部割れ発生のＡＥエネルギーの大きさおよびその分布を例示する。横軸がスラブの長手方向位置、縦軸がスラブの幅方向位置を表し、「Ｔｏｐ」および「Ｂｏｔ」がスラブ長手方向端部位置、「ＷＳ」および「ＤＳ」がスラブ幅方向端部位置である。ＡＥセンサーは図３に示すように８箇所に設置した。スラブの厚さはいずれも２００ｍｍである。図１中、ＡＥセンサーの設置位置に黒丸印を付してある。スラブは、記号Ｐの位置にある２本の木製台座（枕木）の上に水平に置いた。図１（ａ）（ｂ）いずれの例も、スラブ広面中央部の表面温度が２００〜３００℃となった時点でＡＥセンサーを設置し、測定を開始して、スラブ表面温度が１００℃未満となるまで測定を継続し、ＡＥデータを採取した。図１は、ＡＥエネルギーレベルに応じて色分けしたプロットを表示したカラー画像を、グレースケール化したものである。６５,０００ｄＢｓを超える強度のプロットをトレースして、×印を付記した。
【００３１】
図１（ａ）（ｂ）いずれの例においても６５,０００ｄＢｓを超えるような規模の割れ発生が観測された。このうち（ａ）の例では図中に記号Ｘで示した箇所に、スラブの表面割れが目視観察によって認められた。これは、いわゆる「置き割れ」として従来から問題視されているものである。このスラブは、熱間圧延工程に進めることに安全上の問題があるので、スクラップ処理とした。（ｂ）の例では、安全上問題となるような表面割れは認められなかったので、熱間圧延に供した。その結果、熱延鋼板表面には内部割れに起因する表面欠陥が見られた。したがって、冷片スラブの表面割れの発生有無からは判断できない「内部割れ」の発生を十分に抑制しなければ、表面性状の良い高品質の熱延鋼板およびそれに由来する冷延鋼板を得ることはできない。
【００３２】
図２に、後述の本発明製造条件に従って製造したＮｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼の冷片スラブ２例について、図１の場合と同様に、ＡＥ測定による内部割れ発生のＡＥエネルギーの大きさおよびその分布を例示する。スラブの厚さはいずれも２００ｍｍである。ＡＥ測定条件は図１の２例と同様である。図２（ａ）（ｂ）いずれの例も、図１の例と比べ、ＡＥエネルギーの発生の頻度が非常に少ない。また、ＡＥエネルギーが６５,０００ｄＢｓを超えるような規模の割れ発生は認められず、各センサーにより測定されるＡＥエネルギーの最大値は６０,０００ｄＢｓ以下であった。これらのスラブを熱間圧延に供して板厚３ｍｍの熱延鋼板を製造したところ、熱延鋼板表面には内部割れに起因する顕著な表面欠陥は見られなかった。その表面欠陥の程度を定量的に把握するため、各熱延鋼板に由来する板厚１.５ｍｍの冷延焼鈍鋼板を連続焼鈍酸洗ラインにて製造し、その連続焼鈍酸洗ラインの巻取装置直前に設置してあるレーザー照射式の表面検査装置にて、後述の実施例に示す「欠陥発生率」を求めた。その結果、欠陥発生率は１％以下と合格レベルであり、冷片スラブの内部割れに起因する熱延鋼板の表面欠陥は非常に少ないことが確認できた。
【００３３】
〔製造方法〕
Ｎｂ含有フェライト系ステンレス鋼冷鋳片のいわゆる「置き割れ」を抑制するためには、金属間化合物（Ｌａｖｅｓ相）析出に原因する材料自体の脆化と、鋳片を冷却する際に鋳片各部位での冷却速度の相違から生じる「熱応力」の不均一さの両方を抑制することが重要であることは、従来から知られている（例えば特許文献５の第２頁左下欄）。しかしながら、置き割れ防止に有効であるとされる従来の鋳片冷却方法に従っても、Ｎｂ含有フェライト単相系鋼種冷鋳片の「内部割れ」までを十分に防止することは困難である。冷鋳片の内部割れは、表面性状の良好な鋼板を得る上で障害となる。
【００３４】
発明者らの詳細な検討によれば、鋳造後の鋳片を水中に浸漬したのち取り出し、その後、常温の大気中で放冷するというシンプルな手法を適用し、鋳片温度の経時変化を適切にコントロールすることによって、Ｎｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼冷鋳片の内部割れを顕著に抑制することができる。ただし、Ｎｂ含有量およびＳｉ含有量を上述のように厳しく制限した化学組成の鋼を適用することが前提となる。具体的な製造方法を以下に開示する。
【００３５】
鋳造後の鋳片の表面温度が５５０℃以上である時点で鋳片を水中に入れ、水冷を開始する。そして、鋳片全体を水中に浸漬させる。上記の水冷開始時点の鋳片表面温度を「水冷開始温度」という。水冷開始温度が５５０℃より低いと、水冷前にＮｂ含有析出相が多量に生成し、内部割れ発生の抑止効果が不十分となる。水冷開始温度は６００℃以上であることがより効果的である。鋳片の鋳造方向中央部の表面温度を放射温度計によって測定し、それを鋳片の表得面温度として採用することができる。連続鋳造スラブの場合は、広面中央部の温度を採用すればよい。
【００３６】
鋳片全体が水中に没している時間を浸漬時間とする。浸漬時間が４５分以内の時点で鋳片を水中から取り出す。鋳片を水中に沈める際、および水中から引き上げる際に、鋳片の一部が水中に存在する過渡的な時間は、いずれも１分以内とすることができる。水中から空気中に取り出された時点の鋳片は、内部温度が表面温度よりも高い。空気中では水中よりも鋳片表面からの抜熱速度が大幅に小さいので、空気中に取り出された鋳片の表面温度は上昇に転じる。この表面温度の上昇を「復熱」と呼んでいる。鋳片の表面と深部（表面から深い位置）の温度差が小さくなると復熱の現象は終了し、その後、表面温度は低下していく。この復熱によって上昇する表面温度の最高値を「復熱最高到達温度」と呼ぶ。
【００３７】
種々検討の結果、上記の水中への浸漬時間を４５分以内で調整することにより、鋳片表面の復熱最高到達温度を２００〜４５０℃にコントロールすることが重要である。２００〜４２０℃にコントロールすることがより好ましい。水中への浸漬時間が長すぎる場合は、水中において鋳片の深部と表面の温度差が大きい状態を長時間維持したことになる。復熱最高到達温度が低すぎる場合は、水中において鋳片の深部と表面の温度差が大きい状態を維持しながら低温まで冷却されたことになる。これらの場合は、鋳片内部の場所による温度差に起因する内部応力（以下「熱応力」という）が大きい冷鋳片が得られる。一方、復熱最高到達温度が高すぎる場合は、Ｎｂ含有析出相の生成量が多い冷鋳片が得られる。これらの冷鋳片では内部割れが発生しやすい。厚さが１５０〜２５０ｍｍの連続鋳造スラブであれば、上記の浸漬時間を３〜４５分とすればよい。なお、適正な浸漬時間は、予め予備実験あるいはコンピュータによるシミュレーションによって浸漬開始温度および鋳片サイズに応じた表面温度の経時変化曲線を求めておき、それを利用して定めることができる。
【００３８】
水中から鋳片を取り出した後、空気中で放冷することにより、鋳片表面温度が１００℃以下の冷鋳片を得る。この冷鋳片は、そのまま常温下で長期間保管した後に熱間圧延に供しても、内部割れに起因する表面欠陥の非常に少ない、高品質の鋼板を得ることができる。
【実施例】
【００３９】
表１に示す化学組成のＮｂ含有フェライト系ステンレス鋼を連続鋳造装置で鋳造して鋳片（連続鋳造スラブ）を製造した。本発明対象鋼はいずれもフェライト単相系鋼種である。
【００４０】
【表１】
2020084228.tif 000003
【００４１】
各鋼とも、数本の連続鋳造スラブを製造し、そのうちの１本または複数本を実験用の供試スラブとして使用した。供試スラブのサイズは、長さ６〜１０ｍ、幅１０００〜１３００ｍｍ、厚さ２００ｍｍである。一部の比較例（Ｎｏ.４４）を除き、鋳造後のスラブを水槽中の水に浸漬させた。所定の浸漬時間で水中から取り出し、常温大気中で放冷して、冷片スラブを得た。スラブの表面温度は、広面中央部の温度を放射温度計で測定することによって求めた。スラブを水中に浸漬させる際の「水冷開始温度」、スラブ全体が水中に没している「水中浸漬時間」、スラブを水中から空気中に取り出した後の「復熱最高到達温度」は、表２Ａ、表２Ｂに示す通りであった。
【００４２】
冷片化した各供試スラブについて、上述した「ＡＥ（アコースティック・エミッション）による内部割れ評価」に記載した手法でＡＥ測定を行った。ＡＥ測定開始時のスラブ表面温度は約２００〜３００℃であり、ＡＥ測定はスラブ温度が１００℃未満となるまで継続して行った。ＡＥセンサーの取り付け位置は、スラブ長手方向各端部からの距離が４００±１００ｍｍ、スラブ長さ×１／３±３００ｍｍである長手方向４位置について、それぞれスラブ幅方向各端部からの距離が１００±３０ｍｍである幅方向２位置の、計８箇所とした。各センサーにより測定されるＡＥエネルギーの最大値が６０,０００ｄＢｓ以下であるものを○（内部割れ抑制効果：良好）、それ以外を×（内部割れ抑制効果：不良）と評価し、○評価を合格と判定した。結果を表２Ａ、表２Ｂの「ＡＥによる内部割れ発生評価」の欄に示す。
【００４３】
冷片化した供試スラブからサンプルを採取し、上掲の「Ｎｂ含有析出相の存在量の求め方」に従ってＮｂ含有析出相の存在量を求めた。結果を表２に示す。
【００４４】
冷片化した供試スラブの表面を目視観察した結果、水中への浸漬を行わなかったＮｏ.４４を除き、いわゆる「置き割れ」に相当する顕著な表面割れは見られなかった。軽微な表面割れが見られたものもあったが、通常のグラインダーによる表面研削にて除去可能であった。したがって、Ｎｏ.４４以外の冷片スラブについて、熱間圧延以降の工程に進めた。具体的には、冷片スラブを１１００〜１２００℃で９０分加熱したのち抽出して、タンデム式熱間圧延機により板厚３ｍｍの熱延鋼板とし、９５０〜１０００℃で１分の熱延板焼鈍を施し、その後、冷間圧延および連続焼鈍酸洗ラインでの焼鈍・酸洗を行って、板厚１.０〜１.５ｍｍの冷延焼鈍鋼板を製造した。
【００４５】
冷片スラブの内部割れに起因すると考えられる鋼板表面の欠陥（表面疵）を定量的に評価するため、上記の連続焼鈍酸洗ラインの巻取装置直前に設置されたレーザー照射式の表面検査装置により、コイルの片側表面を全長にわたって一定の検出基準にて検査し、表面疵の存在を調査した。コイル全長を長手方向１ｍごとに区切った領域（以下「セグメント」と呼ぶ。）の中に表面疵が検出された場合、そのセグメントを「疵ありセグメント」と認定した。コイル全長のセグメント総数に占める「疵ありセグメント」の数の割合（以下「欠陥発生率」という。）を求め、欠陥発生率が１.０％を超える場合を×（表面性状；不良）、１.０％以下である場合を○（表面性状；良好）と判定した。結果を表２Ａ、表２Ｂの「鋼板の表面欠陥評価」の欄に示す。
【００４６】
【表２Ａ】
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【００４７】
【表２Ｂ】
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【００４８】
本発明例のＮｂ含有フェライト単相系ステンレス鋼冷鋳片は、いずれもＮｂ含有析出相の存在量が０.２２質量％以下に抑制されており、良好な内部割れ抑制効果が発揮された。また、これらの冷鋳片を用いて製造した鋼板は、冷鋳片の内部割れに起因すると考えられる表面欠陥が非常に少なく、高品質であった。
【００４９】
これに対し、比較例Ｎｏ.３１〜３３、３６〜４０はＮｂ含有量が高いためＮｂ含有析出相が多くなり、冷延鋼板には鋳片の内部割れに起因する表面疵が多く発生した。
Ｎｏ.３４、３５はＮｂ含有量がＣとＮの合計含有量との関係において（１）式を外れて多いためＮｂ含有析出相が多くなり、冷延鋼板には鋳片の内部割れに起因する表面疵が多く発生した。
Ｎｏ.４１〜４３はＳｉ含有量が高いため鋼材の靭性が低下し、冷延鋼板には鋳片の内部割れに起因する表面疵が多く発生した。
Ｎｏ.４４は鋳片の水中浸漬を省略して空気中での放冷によって冷鋳片を製造した例である。この場合、冷片スラブの広面にいわゆる「置き割れ」に該当する表面割れが見られた。したがって、熱間圧延以降の工程を中止し、冷片スラブはスクラップ処理とした。
Ｎｏ.４５、５０は鋳片の水中浸漬時間が短かったので復熱最高到達温度が高くなり、Ｎｂ含有析出相の存在量が多い冷鋳片となった。その結果、冷延鋼板には鋳片の内部割れに起因する表面疵が多く発生した。
Ｎｏ.４６、４８、４９は鋳片の水冷開始温度が低かったので水冷開始前に多量のＮｂ含有析出相が生成し、冷延鋼板には鋳片の内部割れに起因する表面疵が多く発生した。
Ｎｏ.４７は鋳片の水中浸漬時間が長すぎたので冷鋳片中には大きい熱応力が存在すると考えられ、内部割れの発生が多かった。その結果、冷延鋼板には鋳片の内部割れに起因する表面疵が多く発生した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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