(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼を連続鋳造機にて断面サイズが直径３５０ｍｍ以下の丸ビレット鋳片に鋳造し、鋳造後、丸ビレット鋳片を大気中で鋳片表面温度が１００℃以下になるまで放冷し、次いで、１０〜２００℃／Ｈｒの昇温速度で、ＡC1点より２００℃低い温度からＡC1点より１００℃高い温度の範囲まで丸ビレット鋳片を加熱し、加熱後、鋳片表面温度が１００℃以下になるまで大気中又は炉内で冷却することを特徴とするマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼鋳片の製造方法。
【請求項２】
前記丸ビレット鋳片の加熱後、丸ビレット鋳片の表面温度が少なくとも５００℃となるまでは３０℃／Ｈｒ以下の冷却速度で徐冷し、その後、大気中又は炉内で鋳片表面温度が１００℃以下になるまで冷却することを特徴とする請求項１に記載のマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼鋳片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼の丸ビレット鋳片を連続鋳造機にて製造する方法に関し、詳しくは、鋳造後、鋳片冷却時の熱応力や変態応力による鋳片表面割れを効率良く防止することのできる製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マルテンサイト系ステンレス鋼及びフェライト系ステンレス鋼のスラブ鋳片を連続鋳造機にて製造する場合、鋳造された鋳片を大気中で冷却すると、その冷却条件に起因してスラブ鋳片に表面割れが発生する。これは、凝固時の鋳片温度分布により生じる鋳片表面の引張り熱応力や、更に、マルテンサイト系ステンレス鋼では、マルテンサイト変態に伴う変態応力に起因して発生するものである。従来、鋳片歩留りの向上や連続鋳造機での適用鋼種の拡大等のために、この表面割れを防止する方法が多数提案されている。
【０００３】
例えば特開昭５５−１６４０２９号公報には、マルテンサイト系ステンレス鋼鋳片の表面温度を、鋳造後、６５０℃以下まで冷却することなく、断熱材を用いて被包し、鋳片の保有熱で保温しながら徐冷して、マルテンサイト変態に伴う表面割れを防止する方法が開示されている。又、特開昭５５−３３８０１号公報には、フェライト系ステンレス鋼の連続鋳造鋳片の表面温度を、鋳造後、１５０℃以下まで冷却することなく直ちに加熱し、次いで熱間圧延して鋳片の材料強度を向上させた後、常温まで冷却する方法が開示されている。
【０００４】
従来、マルテンサイト系ステンレス鋼及びフェライト系ステンレス鋼の小断面丸ビレット鋳片の場合も、表面割れの発生を防止するため、上記に従い、連続鋳造の鋳造後、丸ビレット鋳片を常温まで冷却せず、直ちに加熱炉に装入して熱間圧延を行うか、又は、徐冷炉や保温設備を用いて徐冷していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鋳造後、直ちに加熱炉に装入して熱間圧延を行う方法や徐冷炉等で徐冷する方法には以下の問題点がある。即ち、高温状態の鋳片を圧延工程に搬送し、加熱して圧延する場合には、鋳造から圧延までの一貫したスケジュール管理が必要で、連続鋳造工程及び圧延工程の操業の柔軟性がなくなり、又、徐冷する場合には、連続鋳造設備の近傍に専用の徐冷炉や保温設備を設置する必要がある。更に、高温の鋳片を吊り上げて移動させる場合、小断面の丸ビレット鋳片の搬送に最適である、磁力を利用した搬送装置（以下、「リフマグ」と記す）は使用できず、掴み爪を有するトングを使用する必要があり、トングで掴むことによる搬送時間の延長化等の問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、マルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼の小断面丸ビレット鋳片を連続鋳造機にて製造する際に、操業の柔軟性を損なうことなく且つ専用の徐冷炉等を必要とせずに、鋳片冷却時の変態応力や熱応力による鋳片表面割れを効率良く防止することのできる製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明によるマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼鋳片の製造方法は、マルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼を連続鋳造機にて断面サイズが直径３５０ｍｍ以下の丸ビレット鋳片に鋳造し、鋳造後、丸ビレット鋳片を大気中で鋳片表面温度が１００℃以下になるまで放冷し、次いで、１０〜２００℃／Ｈｒの昇温速度で、ＡC1点より２００℃低い温度からＡC1点より１００℃高い温度の範囲まで丸ビレット鋳片を加熱し、加熱後、鋳片表面温度が１００℃以下になるまで大気中又は炉内で冷却することを特徴とするものである。
【０００８】
第２の発明によるマルテンサイト系及びフェライト系ステンレス鋼鋳片の製造方法は、第１の発明において、前記丸ビレット鋳片の加熱後、丸ビレット鋳片の表面温度が少なくとも５００℃となるまでは３０℃／Ｈｒ以下の冷却速度で徐冷し、その後、大気中又は炉内で鋳片表面温度が１００℃以下になるまで冷却することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、マルテンサイト系ステンレス鋼及びフェライト系ステンレス鋼の断面サイズが直径３５０ｍｍ以下の丸ビレット鋳片を連続鋳造機にて鋳造した後、少なくとも表面温度が１００℃以下の常温となるまで大気中で冷却する。従来、大気中で常温まで冷却すると、丸ビレット鋳片の表面に割れが発生するとして、大気中で冷却せずに、鋳造直後、鋳片表面温度が常温になる前に、鋳片の加熱又は徐冷を行っていたが、本発明者等は、直径が３５０ｍｍ以下の丸ビレット鋳片に限り、大気中で冷却しても鋳片に割れが発生しないことを見出した。
【００１０】
これは、鋳片が直径３５０ｍｍ以下の小断面であるために、凝固時の鋳片温度分布に起因する熱応力が小さくなること、同様にマルテンサイト変態等の相変態に伴う応力が小さくなることと、鋳片が丸形状であるために鋳片に応力の集中する箇所がないこととによるもの、即ち、割れの原因である応力が小さいうえに、割れ易い箇所がないためと思われる。
【００１１】
しかし、このように冷却したままでは鋳片は硬度が高いため、鋳片切断時の負荷が大きく作業能率が低下する。更に、冷却したままで放置すると、残留する熱応力や変態応力により、時間の経過に比例して鋳片に割れが発生する。そのため、鋳片硬度の低下と残留応力の除去とを目的として鋳片の熱処理を施す。
【００１２】
熱処理の昇温速度は１０〜２００℃／Ｈｒとする。これ以上遅くすることは能率を低下させ、又、これ以上速くすると鋳片の内部と表面との温度差が顕著になり好ましくない。加熱温度は、その鋳片のＡC1点より２００℃低い温度からＡC1点より１００℃高い温度の範囲とする。この範囲に加熱すれば残留応力が除去されると共に鋳片の硬度が低下する。
【００１３】
加熱後は、鋳片表面温度が１００℃以下になるまで大気中又は炉内で冷却することで、新たに熱応力や変態応力を発生させることがない。但し、冷却の際に丸ビレット鋳片の表面温度が少なくとも５００℃となるまでは、３０℃／Ｈｒ以下の冷却速度で炉内で徐冷することが好ましい。３０℃／Ｈｒ以下の冷却速度で５００℃まで徐冷することで、熱応力や変態応力の発生を防止すると共に、丸ビレットの反りの発生をも防止することができるからである。
【００１４】
尚、本発明に示すマルテンサイト系ステンレス鋼及びフェライト系ステンレス鋼とはＪＩＳによる区分に従うものであり、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼はＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４１６等であり、フェライト系ステンレス鋼はＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４３０等である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
製鋼工場で溶製されたマルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼を、丸ビレット連続鋳造機にて、断面サイズが直径３５０ｍｍ以下の丸ビレット鋳片に鋳造する。そして、連続的に製造される鋳片を丸ビレット連続鋳造機の同調カッターにて所定の長さに切断し、切断された鋳片を、搬送ローラーテーブル等で同調カッターと連結された鋳片冷却場に搬送して大気中で冷却し、少なくとも鋳片の表面温度が１００℃以下になるまで冷却を継続する。尚、本発明では同調カッターで切断された時を鋳造終了と定義する。
【００１６】
大気中での冷却の際に、鋳片を積み重ねて冷却しても、鋳片を横に並べて冷却してもどちらでも良いが、カバー等で鋳片を覆う必要は無い。但し、鋳片冷却場では鋳片に、雨水を含め水がかからないようにする必要がある。尚、同調カッターと連結された鋳片冷却場が無い場合には、トングや台車等を用いて大気中で冷却可能な場所に鋳片を搬送し、そこで冷却する。
【００１７】
鋳片の表面温度が１００℃以下に降下してから、加熱炉や均熱炉等の鋳片の熱処理が可能な設備に鋳片を搬送し、鋳片の熱処理を行う。熱処理の時期は、残留応力による鋳片の割れを防止するために、鋳造終了から１０日以内とすることが好ましい。
【００１８】
熱処理は、鋳片の昇温速度を１０〜２００℃／Ｈｒのうちの任意の値として鋳片を昇温し、鋳片の表面温度が、その鋳片のＡC1点より２００℃低い温度からＡC1点より１００℃高い温度の範囲まで昇温し、その温度で保持する。保持時間は昇温速度に依存し、昇温速度が上記範囲の遅い場合には数分間で良く、又、速い場合には４〜５時間として鋳片の内部まで昇温する。但し、鋳片の内部と表面との温度が均等になるまで保持する必要はない。
【００１９】
所定時間保持した後は、そのまま炉内で冷却しても、又は炉から取り出し大気中で冷却してもどちらでも良く、鋳片表面温度が１００℃以下となるまで冷却する。炉内で冷却する際に、冷却速度を制御しつつ冷却しても、又は、加熱を停止して冷却してもどちらでも良い。但し、鋳片の表面温度が少なくとも５００℃となるまでは、３０℃／Ｈｒ以下の冷却速度に制御して炉内で徐冷することが好ましい。このように常温まで冷却して熱処理を終了する。
【００２０】
図１は、上述した本発明により製造した鋳片の鋳造終了から熱処理終了までの表面温度の推移の例を示す概略図であり、図中、曲線Ａは鋳造後の鋳片冷却曲線、曲線Ｂは熱処理における昇温曲線、曲線Ｃ及び曲線Ｄは熱処理における冷却曲線を示すものである。
【００２１】
鋳片をこのように処理することで、熱応力や変態応力による鋳片の表面割れを防止することができると共に、鋳片の硬度を低下させ、コールドソーにより所望の長さに鋳片を切断して使用することができるので、鋳片歩留りが向上する。又、熱処理を行う加熱炉等と連続鋳造機との操業を合わせる必要がないので、両者の操業スケジュールに柔軟性を持たせることができることや、熱処理を行う専用の炉を必要とせず、加熱炉等の空いた時を利用して熱処理することができること、及び、リフマグの使用が可能となり、鋳片を迅速に搬送することができる。
【００２２】
【実施例】
［実施例１］
直径が３００ｍｍで、Ｃを０．２ｗｔ％、Ｍｎを０．５ｗｔ％含有するマルテンサイト系ステンレス鋼の丸ビレット鋳片における本発明の実施例を説明する。
【００２３】
丸ビレット連続鋳造機で鋳造した鋳片を鋳片冷却場で冷却した。鋳片表面温度は鋳造終了から１５時間経過時に常温の２５℃になった。この間の冷却速度を算出すると約６０℃／Ｈｒであった。そして、鋳造終了から約７２時間経過した時点で、均熱炉の空き時間を利用して熱処理を実施した。熱処理では、昇温速度を７０℃／Ｈｒとし、鋳片表面温度を８２０℃まで上昇させ、その後、鋳片表面温度を８２０℃に制御して２時間保持した。尚、この昇温速度では、上記マルテンサイト系ステンレス鋼のＡC1点は約８０５℃である。その後、２５℃／Ｈｒの冷却速度に制御して５００℃まで冷却し、次いで、加熱を停止して均熱炉内で冷却し、鋳片表面温度が１５０℃になった時点で均熱炉から鋳片を取り出した。均熱炉内の冷却での冷却速度は約４０℃／Ｈｒであった。
【００２４】
常温になった鋳片を、浸透探傷試験により検査して表面割れを調査したが、熱応力及び変態応力による表面割れは皆無であった。
【００２５】
又、別の２つの鋳造チャンスの上記マルテンサイト系ステンレス鋼を、鋳造後、鋳片冷却場に放置して、放置している間の残留応力による割れの発生を調査した。表面割れは浸透探傷試験により検査した。調査結果を図２に示す。調査した２ロットとも鋳造終了からの経過日数が１０日間までは割れの発生が認められなかったが、１３日間以上となると割れの発生が認められた。この結果から、鋳造終了から１０日間以内に熱処理を施すことで、割れの発生を防止できることが分かった。尚、図２に示す割れ発生率は、割れの発生した丸ビレット鋳片の本数比率で示したものである。
【００２６】
［実施例２］
直径が３００ｍｍで、Ｃを０．０１ｗｔ％、Ｍｎを０．３ｗｔ％含有するフェライト系ステンレス鋼の丸ビレット鋳片における本発明の実施例を説明する。
【００２７】
丸ビレット連続鋳造機で鋳造した鋳片を鋳片冷却場で冷却した。鋳片表面温度は鋳造終了から１５時間経過時に常温の２５℃になった。この間の冷却速度を算出すると約６０℃／Ｈｒであった。そして、鋳造終了から約１４４時間経過した時点で、均熱炉の空き時間を利用して熱処理を実施した。熱処理では、昇温速度を７０℃／Ｈｒとし、鋳片表面温度を６００℃まで上昇させ、その後、鋳片表面温度を６００℃に制御して１．５時間保持した。尚、この昇温速度では、上記フェライト系ステンレス鋼のＡC1点は約６３０℃である。その後、２５℃／Ｈｒの冷却速度に制御して５００℃まで冷却し、次いで、加熱を停止して均熱炉内で冷却し、鋳片表面温度が１５０℃になった時点で均熱炉から鋳片を取り出した。均熱炉内の冷却での冷却速度は約４０℃／Ｈｒであった。
【００２８】
常温になった鋳片を、浸透探傷試験により検査して表面割れを調査したが、熱応力及び変態応力による表面割れは皆無であった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、熱応力や変態応力による鋳片表面割れを防止することができると共に、鋳片の硬度を低下させ、コールドソーにて所望の長さに切断して使用することができるので、鋳片歩留りが向上する。更に、熱処理を行う加熱炉等と連続鋳造機との操業を合わせる必要がないので、両者の操業スケジュールに柔軟性を持たせることができることや、熱処理を行う専用の炉を必要とせず、加熱炉等の空いた時を利用して熱処理することができること、及び、リフマグの使用が可能となって鋳片を迅速に搬送することができ、工業的な効果は格別である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造した鋳片の表面温度の推移の例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例において、大気中での冷却時間と表面割れとの関係を調査した結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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