(57)【要約】【課題】熱間圧延後に認められる割れの発生を抑制できるマルテンサイト系ステンレス鋼の連鋳スラブの製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、Ｃ：０．０５０〜０．５００質量％、Ｃｒ：８．００〜１８．００質量％、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼を連続鋳造する工程を含み、その連続鋳造する工程において前記マルテンサイト系ステンレス鋼の溶鋼を電磁撹拌する工程を更に含み、前記電磁撹拌する工程における電磁撹拌の電流値と周波数とが下記式（１）で表される条件を満足する製造方法を提供する。  Ｉ2／ｆ≦８２００    （１）（式中、Ｉは電磁撹拌の電流値（単位：Ａ）を示し、ｆは電磁撹拌の周波数（単位：Ｈｚ）を示す。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０５０〜０．５００質量％、Ｃｒ：８．００〜１８．００質量％、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の連続鋳造スラブの製造方法であって、
前記マルテンサイト系ステンレス鋼を連続鋳造する工程を含み、その連続鋳造する工程において前記マルテンサイト系ステンレス鋼の溶鋼を電磁撹拌する工程を更に含み、前記電磁撹拌する工程における電磁撹拌の電流値と周波数とが下記式（１）で表される条件を満足する製造方法。
Ｉ2／ｆ≦８２００    （１）
（式中、Ｉは電磁撹拌の電流値（単位：Ａ）を示し、ｆは電磁撹拌の周波数（単位：Ｈｚ）を示す。）
【請求項２】
Ｃ：０．０５０〜０．５００質量％、Ｃｒ：８．００〜１８．００質量％、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、Ｔｉ及び／又はＮｂ：合計で０．０５〜１．００質量％、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の連続鋳造スラブの製造方法であって、
前記マルテンサイト系ステンレス鋼を連続鋳造する工程を含み、その連続鋳造する工程において前記マルテンサイト系ステンレス鋼の溶鋼を電磁撹拌する工程を更に含み、前記電磁撹拌する工程における電磁撹拌の電流値と周波数とが下記式（１）で表される条件を満足する製造方法。
Ｉ2／ｆ≦８２００    （１）
（式中、Ｉは電磁撹拌の電流値（単位：Ａ）を示し、ｆは電磁撹拌の周波数（単位：Ｈｚ）を示す。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼の連続鋳造スラブ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ステンレス鋼の連続鋳造後のスラブ「以下「連続鋳造スラブ」又は「連鋳スラブ」という）は、加熱炉に装入され高温に加熱保持された後、熱間圧延を施される。ところが、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼の連鋳スラブに熱間圧延を施した場合、その連鋳スラブの先端に、図１に示すような割れの発生が目視にて確認されやすくなる場合がある。
【０００３】
図１は、マルテンサイト系ステンレス鋼の連鋳スラブに熱間粗圧延を施した後の状態を模式的に示しており、スラブの先端において幅方向に沿って割れが認められる。このようなスラブに更に熱間圧延を施すと、割れが成長し、いわゆる二枚板になる可能性が高い。
【０００４】
上述のようにスラブに割れが発生した状態での熱間圧延を経て得られる熱延コイルは、それ以降の工程に用いることができないため、スクラップ処理に供される。したがって、マルテンサイト系ステンレス鋼の生産性及び歩留まりを向上させるためには、熱間圧延後に認められる割れを防止することが重要となる。
【０００５】
そのような割れの発生を防止する手段として、特許文献１には、ステンレス鋼中のリン含有量を特定の範囲とし、鋳片を特定のタイミングで完全凝固させると共に、鋳片の表面温度を特定の範囲に保持して鋳造するステンレス鋼の連続鋳造方法が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載されている方法を用いても、図１に示すような割れを防止することはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−６６７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情にかんがみてなされたものであり、熱間圧延後に認められる割れの発生を抑制できるマルテンサイト系ステンレス鋼の連鋳スラブ及びそ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】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、連続鋳造の際に行う電磁撹拌の条件を所定のものに定めることで熱間圧延後であっても割れが認められなくなることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、Ｃ：０．０５０〜０．５００質量％、Ｃｒ：８．００〜１８．００質量％、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の連続鋳造スラブの製造方法であって、前記マルテンサイト系ステンレス鋼を連続鋳造する工程を含み、その連続鋳造する工程において前記マルテンサイト系ステンレス鋼の溶鋼を電磁撹拌する工程を更に含み、前記電磁撹拌する工程における電磁撹拌の電流値と周波数とが下記式（１）で表される条件を満足する製造方法を提供する。
Ｉ2／ｆ≦８２００    （１）
ここで、式中、Ｉは電磁撹拌の電流値（単位：Ａ）を示し、ｆは電磁撹拌の周波数（単位：Ｈｚ）を示す。
【００１０】
また、本発明は、Ｃ：０．０５０〜０．５００質量％、Ｃｒ：８．００〜１８．００質量％、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、Ｔｉ及び／又はＮｂ：合計で０．０５〜１．００質量％、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の連続鋳造スラブの製造方法であって、前記マルテンサイト系ステンレス鋼を連続鋳造する工程を含み、その連続鋳造する工程において前記マルテンサイト系ステンレス鋼の溶鋼を電磁撹拌する工程を更に含み、前記電磁撹拌する工程における電磁撹拌の電流値と周波数とが上記式（１）で表される条件を満足する製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、熱間圧延後に認められる割れの発生を抑制できるマルテンサイト系ステンレス鋼の連鋳スラブ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】粗熱間圧延を施した後の従来のマルテンサイト系ステンレス鋼の連続鋳造スラブを示す概略図である。
【図２】粗熱間圧延を施した後の従来のマルテンサイト系ステンレス鋼の連続鋳造スラブについて、カラーチェックの結果を示す概略断面図及び写真である。
【図３】連続鋳造スラブの表面からの距離と炭素偏析比との関係を示すプロット図である。
【図４】Ｋ値と連続鋳造スラブの炭素偏析比の最大値との関係を示すプロット図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明する。なお、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１４】
まず、本発明の第１の実施形態の連続鋳造スラブについて説明する。本実施形態の連続鋳造スラブは、Ｃ：０．０５０〜０．５００質量％、Ｃｒ：８．００〜１８．００質量％、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の連続鋳造スラブであって、炭素偏析比の最大値が１．１以下である。
【００１５】
Ｃ（炭素）は、マルテンサイト相マトリクス中に固溶することにより強度に寄与する重要な元素である。この作用を十分に得るには０．０５０質量％以上のＣを含有することが必要である。一方で、Ｃの含有量が多くなると共晶炭化物の多量析出に起因して熱間加工性が低下する。熱間加工性の低下はＣの含有量が０．５００質量％を超えると顕著に現れるようになる。したがって、Ｃの含有量は０．０５０〜０．５００質量％であり、好ましくは０．１０〜０．４５質量％である。
【００１６】
Ｃｒ（クロム）は、耐食性を付与するために必要な成分である。本実施形態の連鋳スラブから得られる鋼が十分な耐食性を有するためには、Ｃｒの含有量は８．００質量％以上であることが必要である。しかしながら、過剰にＣｒを含ませることは製造コストの上昇を招くので、その含有量の上限は１８．００質量％である。好ましくはＣｒの含有量は１０．０〜１４．０質量％である。
【００１７】
Ｓｉ（ケイ素）及びＭｎ（マンガン）は、鋼の脱酸に必要な元素である。しかしながら、それらを過度に添加すると、その効果を飽和させるばかりでなく、製造コストの増加を招く。したがって、それらの含有量の上限を、それぞれ１．００質量％とする。Ｓｉ及びＭｎのいずれの含有量も、好ましくは０．１〜０．７質量％である。
【００１８】
本実施形態の連鋳スラブは、上記各元素及びＦｅ（鉄）の他、Ｓ、Ｎなどを含有していてもよいが、それらＳ、Ｎなどの含有量は耐食性や機械強度等を維持する観点から少ない方が好ましい。
【００１９】
本実施形態の連鋳スラブは、炭素偏析比の最大値が１．１以下である。ここで、「炭素偏析比」とは、下記のようにして測定されるパラメータである。すなわち、連鋳スラブから、その表面から所定の厚み毎、例えば０ｍｍ（すなわち表面）、２．５ｍｍ、７．５ｍｍ、１２．５ｍｍ、…と、表面の切粉、及び、表面から２．５ｍｍの部分を始めとして５ｍｍ毎、に切断し現れた断面の切粉を採取する。それらの切粉の元素分析を行ってＣの含有量（質量％）を得る。それらの切粉のＣの含有量の相加平均値に対する、各断面のＣの含有量の比を「炭素偏析比」とする。また、「炭素偏析比の最大値」とは、上述のようにして得られた各断面での炭素偏析比のうち最も大きな値を指す。
【００２０】
本発明者らは、まず、熱間圧延を施す前の連鋳スラブについて検討した結果、その連鋳スラブを切断して現れる断面に割れが発生していることを知見した。図２に粗熱間圧延を施した後の従来のマルテンサイト系ステンレス鋼の連鋳スラブについて、カラーチェックを行ったときの結果を示す。（ａ）はカラーチェックを行った箇所を示す概略図であり、連鋳スラブを切断して現れた断面であって、側縁部から３００ｍｍ内側に位置する断面での割れの状態を調べた。（ｂ）はカラーチェックの結果を示す拡大写真であり、幅方向（図中左右方向）に沿って割れが生じていることが認められる。なお、この割れは目視によっては認められなかったものの、断面を研磨した後のカラーチェックにより初めて認められたものである。
【００２１】
さらに、このような割れを有する連鋳スラブに熱間圧延を施すと、目視によっても確認できるほどに割れが成長することを、本発明者らは知見した。そこで、本発明者らは、熱間圧延時に目視によって認められる割れの発生は、熱間圧延よりも前に既に存在していた割れが成長したものであると仮定し、熱間圧延よりも前の段階で割れの発生を抑制できれば、熱間圧延を経ても割れが生じることを十分に抑制できると考えた。そして、更に検討を進めた結果、熱間圧延よりも前の段階で連鋳スラブに存在する割れは、そのスラブ内の成分偏析によって誘発されることを本発明者らは明らかにした。
【００２２】
図３は、連鋳スラブの表面からの距離と炭素偏析比との関係の一例を示すプロット図である。横軸は連鋳スラブの表面（Ｆ面）からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は炭素偏析比を示す。なお、この例においてＣの含有量の相加平均値は０．３２５質量％である。このプロット図によると、連鋳スラブの表面から距離が４０ｍｍ付近までは炭素偏析比が約１．０で推移しているが、４０ｍｍから６０ｍｍの間では炭素偏析比が減少している。さらに表面からの距離が７０ｍｍの付近で炭素偏析比が急激に上昇していることが分かる。そして、表面からの距離が８０ｍｍ以上になると、炭素偏析比が０．８付近で一定になっている。
ここで注目すべき点は、炭素偏析比が急激に上昇した連続スラブの表面からの距離が７０ｍｍの付近は、カラーチェックにより熱間圧延前の割れが認められた部位と合致していたことである。このことから、成分偏析、特に炭素偏析が連鋳スラブの割れの原因となっていると推測される。
【００２３】
成分偏析によって連鋳スラブに割れが発生する機構は下記のように推察される。マルテンサイト系ステンレス鋼は、連続鋳造後のスラブの冷却時にマルテンサイト変態が発生する。マルテンサイト変態が開始する温度はＭｓ点と称されるが、スラブにおいて炭素偏析比が高い部位はその他の部位と比較して、Ｍｓ点が低くなる。すなわち、スラブ冷却時には、炭素偏析比の最も高い部位が、最も遅くマルテンサイト変態を開始することになる。したがって、連鋳スラブの冷却に伴い、炭素偏析比の高い部位がマルテンサイト変態を開始する際には、その周囲の部位はすでに硬質なマルテンサイト相となっている。マルテンサイト変態に伴って、スラブの体積は膨張するので、炭素偏析比の高い部位がマルテンサイト変態を開始するとその周囲に向かって膨張しようとする。ところが、周囲の部位がすでに硬質なマルテンサイト相になっているため、そこで大きな歪みが生じ、割れが発生すると推察される。
【００２４】
本発明者らはこのような推察に基づいて、炭素偏析比の最大値が大きくなると割れが生じやすくなると考え、炭素偏析比の最大値と連鋳スラブの割れとの関係を検討した。その結果、炭素偏析比の最大値が１．１を超えるような連鋳スラブでは、熱間圧延前に割れが発生することを知見した。すなわち、炭素偏析比の最大値を１．１以下に調整することができれば、熱間圧延前の連鋳スラブの割れが防止でき、その結果、熱間圧延後に目視にて認められる割れの発生を抑制することができることを見出した。
【００２５】
次に、本発明の第１の実施形態の連続鋳造スラブの製造方法について説明する。本実施形態の連続鋳造スラブの製造方法は、上記連続鋳造スラブ、すなわち、Ｃ：０．０５０〜０．５００質量％、Ｃｒ：８．００〜１８．００質量％、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の連続鋳造スラブの製造方法であって、マルテンサイト系ステンレス鋼を連続鋳造する工程を含み、その連続鋳造する工程においてマルテンサイト系ステンレス鋼の溶鋼を電磁撹拌する工程を更に含み、電磁撹拌する工程における電磁撹拌の電流値と周波数とが下記式（１）で表される条件を満足するものである。
Ｉ2／ｆ≦８２００    （１）
ここで、式（１）中、Ｉは電磁撹拌の電流値（単位：Ａ）を示し、ｆは電磁撹拌の周波数（単位：Ｈｚ）を示す。また、Ｉ2／ｆ＝Ｋ（Ｋ値）とする。
【００２６】
かかる製造方法によれば、連鋳スラブの炭素偏析比の最大値を１．１以下に調整することができる。
【００２７】
本発明者らは、上述のように推察した連鋳スラブの割れの発生機構に基づいて、炭素偏析を解消するための手段を検討した。一般に、炭素偏析は、溶鋼を凝固させる際に凝固の成長方向に直交する方向に溶鋼の流れが生じた場合に発生すると考えられている。固液相の界面付近において、固相から液相にＣを始めとする溶質元素が移動するため、液相での溶質元素濃度が界面近傍で非常に高くなる。その界面近傍で溶鋼の流れが凝固の成長方向と垂直に生じると、界面近傍の液相で濃化した溶質元素が溶鋼中に分散するため、その界面近傍の一部での溶質元素濃度が局所的に低くなる。その後、溶鋼の流れがおさまると、溶質元素の濃度の高い部分が凝固する。その結果、Ｃの濃度が局所的に高くなる部位、すなわち炭素偏析が生じる。
【００２８】
上述のような炭素偏析を生じさせる溶鋼の流れは、連続鋳造機に設置された電磁撹拌装置によって発生する。電磁撹拌装置は、装置内のコイルに交流電流を流すことにより鋳片の外部より溶鋼に磁場を与えて、流れを発生させる装置である。この装置は、鋳造組織を微細な等軸晶組織にすることなどを目的として用いられる。本実施形態の連鋳スラブの製造方法では、マルテンサイト系ステンレス鋼を連続鋳造する工程を含み、その連続鋳造する工程において、上記電磁撹拌装置を用いてマルテンサイト系ステンレス鋼の溶鋼を電磁撹拌する工程を更に含む。
【００２９】
本発明者らは、上述の炭素偏析が生じる機構に基づいて、電磁撹拌時に作用する溶鋼の流れの強さ、つまり電磁撹拌力を制御できれば、連鋳スラブの炭素偏析を抑制でき、もって連鋳スラブの割れの発生も防止できると考えた。そして、更に検討した結果、電磁撹拌の電流値と周波数とを制御して、上記Ｋ値を８２００以下に調整すれば、溶鋼の流れを小さくして炭素偏析を低減でき、連流スラブの割れの発生を十分防止できることを見出した。
【００３０】
図４は、同一組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を連続鋳造する際にＫ値を種々変更して製造した連鋳スラブの、Ｋ値と連鋳スラブの炭素偏析比の最大値との関係を示すプロット図の一例である。横軸はＫ値、縦軸は炭素偏析比の最大値である。また、「○」プロットは割れが発生しなかったことを示し、「×」プロットは割れが発生したことを示す。この結果から、Ｋ値を８２００以下に調整して炭素偏析比を１．１以下に制御すれば、連鋳スラブに割れが生じないことが分かる。
【００３１】
なお、Ｋ値は、連鋳スラブの鋳造組織を等軸晶組織に維持する観点から、その下限が１０００であると好ましく５００であるとより好ましい。
【００３２】
本実施形態の連続鋳造スラブの製造方法において、上述以外の工程は特に限定されず、例えば、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼の連鋳スラブの製造方法と同様であってもよい。
【００３３】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００３４】
例えば、本発明の第２の実施形態の連続鋳造スラブは、Ｃ：０．０５０〜０．５００質量％、Ｃｒ：８．００〜１８．００質量％、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、Ｔｉ及び／又はＮｂ：合計で０．０５〜１．００質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の連続鋳造スラブであって、炭素偏析比の最大値が１．１以下である。
【００３５】
また、本発明の第２の実施形態の連続鋳造スラブの製造方法は、Ｃ：０．０５０〜０．５００質量％、Ｃｒ：８．００〜１８．００質量％、Ｓｉ：１．００質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、Ｔｉ及び／又はＮｂ：合計で０．０５〜１．００質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の連続鋳造スラブの製造方法であって、マルテンサイト系ステンレス鋼を連続鋳造する工程を含み、その連続鋳造する工程においてマルテンサイト系ステンレス鋼の溶鋼を電磁撹拌する工程を更に含み、電磁撹拌する工程における電磁撹拌の電流値と周波数とが上記式（１）で表される条件を満足するものである。
【００３６】
Ｔｉ（チタン）及びＮｂ（ニオブ）は、その炭化物を鋼の基地中に分散させることにより耐食性を増加させる作用を有しているので、この実施形態においては鋼に添加される。ただし、炭化物の分散量が少ないとその効果が低くなる傾向にあるため、Ｔｉ及び／又はＮｂの含有量は、０．０５質量％以上であることが好ましい。一方、これらの成分を過剰に添加すると、金属間化合物の生成による靭性の低下を招く傾向にあるため、Ｔｉ及び／又はＮｂの含有量は１．００質量％以下ことが好ましい。Ｔｉ及び／又はＮｂの含有量は０．１〜０．６質量％であるとより好ましい。
【００３７】
これら第２の実施形態では、マルテンサイト系ステンレス鋼が上記Ｔｉ及び／又はＮｂを含有する他は、上記第１の実施形態と同様であればよい。
【００３８】
以上説明した本発明を実施するための形態によると、熱間圧延後に認められる割れの発生を抑制できるマルテンサイト系ステンレス鋼の連鋳スラブ及びその製造方法を提供することができる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１〜７、比較例１〜５）
まず、表１に示す組成を有する供試鋼（Ａ鋼、Ｂ鋼、Ｃ鋼）を準備した。Ａ鋼、Ｂ鋼は、それぞれ代表的な組成を有するα’系ステンレス鋼であるＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵＳ４２０Ｊ１である。またＣ鋼は、Ｎｂを添加した鋼である。これらの鋼の溶鋼を、それぞれ、電磁撹拌装置を備える連続鋳造機によって連続鋳造した。なお、電磁撹拌装置の電流値、周波数は表２に示すように設定した。連鋳スラブの寸法は、２００ｍｍ厚さ、１０４０ｍｍ幅とし、連続鋳造機から引き出された鋼片（連鋳スラブ）を８ｍの長さに溶断し更に冷却した。冷却後、溶断面を研磨し、カラーチェックによって割れの有無を確認した。カラーチェックにより割れが認められなかった連鋳スラブを「○」、割れが認められた連鋳スラブを「×」と評価した。結果を表２に示す。
【００４１】
【表１】
2010184266.tif 000002
【００４２】
【表２】
2010184266.tif 000003
【００４３】
これらの結果から実施例１〜７の連鋳スラブは、Ｋ値が８２００以下となることで連鋳スラブに割れが生じていないことが確認できた。また、比較例１〜５の連鋳スラブでは、Ｋ値が８２００を超えていたため、冷却後に割れが生じることが確認された。
【図１】
2010184266.tif 000004
【図３】
2010184266.tif 000005
【図４】
2010184266.tif 000006
【図２】
2010184266.tif 000007