(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ：１０〜３０重量％，Ｍｏ：０．５〜２．０重量％，Ｔｉ：０．１〜０．６重量％及び（Ｃ＋Ｎ）：０．０５重量％以下を含む厚み５０ｍｍ以上のフェライト系ステンレス鋼スラブを冷却する際、スラブの表面が７００〜６００℃の温度域を通過するとき、スラブの厚みｔ（ｍｍ）とスラブ表面の降温速度Ｒ（℃／分）との間に式（１）の関係が成立する冷却条件下でスラブを冷却し、引き続き冷却後のスラブ表面温度を１４０℃以上に保持することを特徴とする低温割れを防止したフェライト系ステンレス鋼スラブの冷却方法。
Ｒ≧１．２×１０-3×ｔ2 ＋１０．０  ・・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フェライト系ステンレス鋼のスラブを冷却する際に、熱応力によって冷却後のスラブに割れが発生することを防止した冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト系ステンレス鋼は、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼に比較して塩化物応力腐食割れを発生しないことから、安価な耐食性材料としての需要が増加している。用途によっては、Ｓ，Ｏ等の不純物を極力低下させることにより、耐食性や耐酸化性を向上させている。
フェライト系ステンレス鋼は、このような優れた特性をもつ材料であるが、欠点の一つに製造上での問題がある。すなわち、鋳造後にスラブ温度が約２００℃を下回る温度まで低下したとき、スラブに割れが発生し易い。この割れは、スラブ内に蓄えられている熱歪みに起因するものであり、低温割れといわれている。低温割れは、特にＣｒ含有量が高い材料ほど発生し易くなる。
【０００３】
低温割れが発生したスラブを熱間圧延すると、スラブ又は熱延材に折損が生じ、熱間圧延の中止を余儀なくされる。低温割れを防止するため、従来から種々の方法が提案されている。たとえば、特開昭６０−２６２８号公報では、連鋳スラブを極めて遅い速度、具体的には８００〜３００℃までを４０℃／時以下の冷却速度で冷却している。また、特開昭６２−５６５１７号公報では、連鋳スラブや連鋳スラブを分塊圧延した鋼片を冷却する際、鋳片表面温度が８００℃に達した時点から１００℃に至るまでの温度領域で鋳片表面温度の降温速度を１〜９℃／分の範囲に制御している。この温度制御によって、Ｌａｖｅｓ相の析出に起因した脆化や冷却時に各部位の冷却速度の差に起因して発生する熱応力が低減され、冷却後の鋳片における割れ発生が防止される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高温域でスラブを徐冷するときの厳しい冷却条件や、鋳片表面温度が８００℃に達した時点から１００℃に至るまでの温度領域で鋳片表面温度の降温速度を１〜９℃／分の狭い範囲に制御することは、厳格な温度管理を必要とし、実用性に欠ける。また、何れも徐冷によって低温割れを防止することから、冷却完了までに長時間を要し、生産量，納期，コスト等の面で難点がある。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、７００〜６００℃の温度域を通過するときのスラブ表面の降温速度がスラブ厚みとの関係に特定の関係が成立するように冷却条件を制御することにより、高温域での徐冷や狭い冷却速度範囲内での徐冷を必要とすることなく、冷却後のフェライト系ステンレス鋼スラブに低温割れの発生を防止することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷却方法は、その目的を達成するため、Ｃｒ：１０〜３０重量％，Ｍｏ：０．５〜２．０重量％，Ｔｉ：０．１〜０．６重量％及び（Ｃ＋Ｎ）：０．０５重量％以下を含む厚み５０ｍｍ以上のフェライト系ステンレス鋼スラブを冷却する際、スラブの表面が７００〜６００℃の温度域を通過するとき、スラブの厚みｔ（ｍｍ）とスラブ表面の降温速度Ｒ（℃／分）との間に式（１）の関係が成立する冷却条件下でスラブを冷却し、引き続き冷却後のスラブ表面温度を１４０℃以上に保持することを特徴とする。
Ｒ≧１．２×１０-3×ｔ2 ＋１０．０  ・・・・（１）
【０００６】
【作用】
フェライト系ステンレス鋼スラブを冷却する際に現れる低温割れは、金属間化合物Ｌａｖｅｓ相の析出が原因の一つであると考えられている。本発明者等は、Ｌａｖｅｓ相の析出に関して調査・研究を重ねた結果、７００〜６００℃の温度域で１０℃／分より遅い冷却速度で冷却するとき、大きさが２〜４μｍ程度のＬａｖｅｓ層が主として結晶粒界に連なって析出することを見い出した。
７００〜６００℃の温度域での冷却条件は、Ｌａｖｅｓ相の析出に大きな影響を及ぼす。これは、Ｌａｖｅｓ相析出のノーズが６５０℃付近にあることに起因するものと考えられる。本発明者等は、Ｌａｖｅｓ相が析出し易い７００〜６００℃の温度域で、冷却条件とＬａｖｅｓ相析出との関係について更に詳細な調査検討を進めた。その結果、後述する実施例で説明しているように、７００〜６００℃の温度域をスラブ表面が通過するとき、Ｒ≧１．２×１０-3×ｔ2 ＋１０．０を満足するスラブ表面の降温速度Ｒが得られる条件下でスラブを冷却するとき、Ｌａｖｅｓ相の析出が回避されることを見い出した。
【０００７】
Ｌａｖｅｓ相が析出していないスラブは、延性−脆性遷移温度が低くなっている。そのため、冷却後のスラブを比較的低温に保持しても、冷却時に発生した熱応力に起因して低温割れが発生することがない。本発明者等の実験によるとき、１４０℃以上にスラブ温度を確保するとき、低温割れが確実に防止されることが解明された。これに対し、Ｌａｖｅｓ相が析出したスラブでは、延性−脆性遷移温度が高いことから相当高い温度に冷却後のスラブを保持することが必要とされ、実操業上での製造を困難にする。
すなわち、本発明にあっては、Ｌａｖｅｓ相が析出し易い７００〜６００℃の温度域を特定の冷却条件下で冷却することによりＬａｖｅｓ相の析出を回避し、熱応力に起因する低温割れを抑制する温度域に冷却後のスラブを保持している。これにより、冷却後のスラブは、健全な組織をもち、熱間圧延したとき折損等のトラブルを生じることなく、高品質の熱延板に製造される。
【０００８】
以下、本発明が対象とするフェライト系ステンレス鋼に含まれている合金成分について説明する。
Ｃｒ：１０〜３０重量％
耐食性を向上させる合金元素であり、１０重量％以上の含有量でフェライト系ステンレス鋼として通常の耐食性が確保される。しかし、３０重量％を超える多量のＣｒが含まれると、材質が脆化し、製造が困難になる。特に、Ｃｒ１６重量％以上のステンレス鋼では、低温割れが発生する傾向が顕著になる。この点、本発明は、Ｃｒ１６重量％以上のステンレス鋼に対する適用効果が大きなものといえる。
Ｍｏ：０．５〜２．０重量％
耐銹・耐酸化性を一層向上させる上で有効な合金元素であり、０．５重量％以上の含有量でＭｏの効果が顕著になる。しかし、２．０重量％を超える多量のＭｏを含有させても、増量に見合った耐銹・耐酸化性の向上はみられない。
【０００９】
Ｔｉ：０．１〜０．６重量％
鋼中のＣ及びＮを固定し、耐銹・耐酸化性を向上させる合金元素である。また、結晶粒を微細化させて成形性を改善し、ＴＩＧ溶接部の靭性を向上させる効果も奏する。このような効果は、０．１重量％以上のＴｉ含有量で顕著になる。しかし、０．６重量％を超える多量のＴｉを含有させると、ＴｉＮ等が多量に生成する場合があり、地疵を多発させる原因となり、優れた表面性状の確保が困難になる。
（Ｃ＋Ｎ）：０．０５重量％以下
Ｃ及びＮは、耐銹性及び耐酸化性に大きな影響を及ぼす元素であり、鋼中の（Ｃ＋Ｎ）が少ないほど耐銹・耐酸化性が向上し、品質が安定化する。また、（Ｃ＋Ｎ）の低減は、靭性，溶接材の衝撃抵抗，張出し成形性，耐高温酸化性を向上させる上でも有効である。加えて、所望の優れた耐銹・耐酸化性を確保するためには、Ｃｒ含有量が高くなる伴って（Ｃ＋Ｎ）含有量を低くする必要がある。たとえば、Ｃｒ含有量が１６重量％付近で（Ｃ＋Ｎ）含有量を０．０３０重量％以下に、Ｃｒ含有量が１９重量％付近で（Ｃ＋Ｎ）含有量を０．０２５重量％以下にすることが望ましい。本発明では、Ｃｒ含有量が１０重量％と低い鋼種も対象としていることから、（Ｃ＋Ｎ）含有量を０．０５重量％以下に規定した。
【００１０】
【実施例】
実施例１：（冷却条件の決定）
１８Ｃｒ−１Ｍｏ−０．３Ｔｉ鋼のスラブから直径１０ｍｍの丸棒試験片を切り出し、高周波誘導加熱によって１２００℃に１０分間保持した後、種々の冷却速度で冷却することにより、冷却速度が割れ発生の有無に及ぼす影響を調査した。冷却パターンとしては、図１に示すように、７００〜６００℃の温度域における冷却速度を低下する外は、一定値５０℃／分（ａ）とした冷却パターン▲１▼〜▲４▼及び一定値５℃／分（ｂ）とした冷却パターン▲５▼〜▲８▼を採用した。
冷却された各試験片を光学顕微鏡で観察し、Ｌａｖｅｓ層の含有量（体積％）を測定した。測定結果を、冷却条件及び低温割れ共に表１に示す。図１及び表１から、次のことがいえる。
（１）Ｌａｖｅｓ相は、７００〜６００℃の温度域で１０℃／分よりも遅い冷却速度で冷却された場合にのみ析出している。
（２）７００℃を超える温度域及び６００℃未満の温度域では、冷却速度の如何がＬａｖｅｓ相の析出量に影響を及ぼさない。
【００１１】
【表１】
0003729885.tif 000002
【００１２】
Ｌａｖｅｓ相が析出した試験片及びＬａｖｅｓ相がみられない試験片を各温度で曲げ試験し、破壊靭性に及ぼすＬａｖｅｓ相の影響を調査した。破壊靭性の評価は、応力−歪み線図の弾性領域で割れが発生した場合に当該温度では材料が脆性温度域にあるものと判定し、塑性領域で割れが発生した場合に当該温度では材料が延性温度域にあるものと判定した。また、割れが発生したときの応力を破壊応力として評価した。
各温度における曲げ試験結果を示す図２（ａ）にみられるように、Ｌａｖｅｓ相が観察されなかった試験片では、延性温度域が８０℃以上になっている。他方、Ｌａｖｅｓ相が析出した試験片では、延性温度域が２４０℃以上と高くなっている。すなわち、Ｌａｖｅｓ相は、延性−脆性遷移温度を高温側に移行させる要因であることが判った。それぞれの場合における応力−歪み線図を、図２（ｂ）に示す。
【００１３】
そこで、Ｌａｖｅｓ相の析出を回避する冷却条件となるように、連鋳スラブを冷却した。一般に、７００〜６００℃の温度域において連鋳スラブの厚み中央を１０℃／分以上の降温速度で冷却するためには、連鋳スラブを強制冷却する必要がある。強制冷却によるとき、スラブの表層部と中央部とで降温速度に大きな差が生じ、結果として大きな熱応力がスラブ内部に発生する。しかし、本発明に従うとき、スラブ温度を延性領域内で熱応力以上の破壊応力をもつ温度域以上に保持しているので、冷却後のスラブに割れは発生しなかった。この割れの抑制は、次の実験結果から明らかである。
厚み５０ｍｍ以上のフェライト系ステンレス鋼スラブを対象として、スラブ表面の降温速度を種々の実験及び伝熱解析によって調査した。スラブの厚み方向中央部の降温速度は、スラブ厚みに応じて変わっていた。しかし、式（１）を満足するようにスラブ表面の降温速度Ｒを設定するとき、厚み方向中央部の降温速度が１０℃／分以上となることが判った。
Ｒ≧１．２×１０-3×ｔ2 ＋１０．０  ・・・・（１）
0003729885.tif 000003
【００１４】
各スラブ厚みに対して式（１）を満足するスラブ表面の降温速度が得られる冷却条件下で連鋳スラブを冷却し、冷却後のスラブ内部に発生した熱応力を調査した。発生した熱応力は、引張り応力として最大でも約４００ＭＰａであった。
Ｌａｖｅｓ相の析出を回避した場合、４００ＭＰａ以上の破壊応力をもつ下限温度は、図２（ａ）にみられるように１４０℃以上である。したがって、冷却後のスラブ温度を１４０℃以上に確保することにより、低温割れを十分に防止することができた。
他方、Ｌａｖｅｓ相が析出した場合、２４０℃では破壊応力が３００ＭＰａであり、４００ＭＰａ以上の破壊応力を有する下限温度は２４０℃よりもかなり高い温度であることが予想された。この場合には、冷却後のスラブ温度として２４０℃を遥かに超える高温を確保する必要があるが、このような高い温度にスラブ温度を確保することには、工業的に多くの制約条件が加わる。そのため、Ｌａｖｅｓ相が析出した場合、実操業での製造が困難になった。
【００１５】
実施例２：（実ラインでの試験）
表２に示す組成をもつフェライト系ステンレス鋼を、通常のＬＤ−ＶＯＤ法で溶製し、連続鋳造によって厚み２００ｍｍの連鋳スラブを製造した。各スラブを水冷，空冷等で冷却する際、スラブの表面に熱電対を取り付け、７００〜６００℃の温度域におけるスラブ表面の降温速度を測定した。また、冷却後のスラブ保持温度を、表３に示すように種々変更した。
【００１６】
冷却後のスラブを熱間圧延し、板厚４．０ｍｍの熱延板を製造した。得られた熱延板を観察し、割れ発生状況を調査した。調査結果を示す表３にみられるように、６００〜７００℃におけるスラブ表面の冷却速度が式（１）の関係を満足し、且つ本発明で規定した条件１４０℃以上の温度に冷却後のスラブを保持するとき、熱延板に割れが発生しないことを確認した。一方、６００〜７００℃におけるスラブの表面温度が式（１）の関係を満足していても、冷却後のスラブ保持温度が１４０℃より低い温度になった場合や、冷却後のスラブ保持温度が１４０℃以上に確保されていても式（１）の関係が満足されない場合には、熱延板に割れが発生した。
【００１７】
【表２】
0003729885.tif 000004
【００１８】
【表３】
0003729885.tif 000005
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、フェライト系ステンレス鋼のスラブを冷却する際、スラブ表面が７００〜６００℃の温度域を通過するとき、スラブ表面の降温速度Ｒが板厚ｔとの関係で特定される条件を満足する条件下でスラブを冷却し、冷却後のスラブ表面温度を１４０℃以上に保持している。これにより、低温割れが発生することなく、健全なステンレス鋼スラブが高生産性で安価に製造される。また、得られたスラブを熱間圧延したときにも、スラブの欠陥に起因する折損や破断等が熱延板に生じることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  スラブ表面温度の降温速度が低温割れ発生に及ぼす影響を調査したときの冷却パターンであり、７００〜６００℃以外の温度域を降温速度５０℃／分（ａ）及び５℃／分（ｂ）に設定した例
【図２】  冷却後のスラブ温度と割れ発生時の破壊応力との関係を示したグラフ（ａ）及び応力−歪み曲線（ｂ）
【図１】
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【図２】
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