(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショットブラスト法によってランダムなディンプルを多数散在させた冷却ドラムの周面に同期して鋳片が移動する連続鋳造機により、オーステナイト系ステンレス鋼薄帯状鋳片を鋳造する製造方法において、重量％で、Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉで定義されるＣｒ当量とＮｉ＋３０（Ｃ＋Ｎ）＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ）で定義されるＮｉ当量が下記（１）式を満足する成分組成とし、鋳造に続いて圧延率１５％以下の１パス熱間圧延を行い、続いて水冷後６００℃以下で巻き取って薄帯状鋳片とし、続いて該薄帯状鋳片をデスケーリングし、続いて前記熱間圧延における圧延率との累積圧下率が２５〜４０％となる圧延率で１パスの冷間圧延を行い、必要に応じて中間の焼鈍・冷間圧延を行い、続いて焼鈍・酸洗または光輝焼鈍を行うことを特徴とする表面品質の優れたオーステナイト系ステンレス鋼薄板の製造方法。
Ｎｉ当量≦０．６３×Ｃｒ当量−１．２９  ………（１）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鋳片と鋳型内壁面の間に相対速度差のない、所謂双ロール法等の同期式連続鋳造プロセスにおいて、表面品質の優れたオーステナイト系ステンレス鋼薄板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
同期式連続鋳造プロセスとは、例えば「鉄と鋼」’８５−Ａ１９７〜Ａ２５６に特集された論文に紹介されているような、双ロール法、双ベルト法、単ロール法等、鋳片と鋳型内壁面の間に相対速度差のない同期式連続鋳造プロセスである。これら同期式連続鋳造プロセスの一つである双ロール式連続鋳造法は、平行または傾斜配置した一対の同径あるいは異径冷却ドラムとその両端面をシールするサイド堰とによって構成された連続鋳造鋳型内に溶鋼を注入し、両冷却ドラムの周面上にそれぞれ凝固殻を生成させ、回転する両冷却ドラムの最接近位置（所謂「キッシングポイント」）付近で凝固殻同士を合体させて一体の薄帯状鋳片とする連続鋳造法である。
【０００３】
例えば、双ロール式連続鋳造法により鋳造される薄帯状鋳片は、厚さ数ｍｍ（通常２〜５ｍｍ程度）であり、従来の熱間圧延を経ずに冷間圧延を行って薄板製品を製造することができる。そのため、振動鋳型等を用いる連続鋳造により厚さ１００ｍｍ超の熱間圧延用スラブを鋳造し、これを熱間圧延してから冷間圧延する従来の製造方法（スラブ鋳造−熱間圧延プロセス）に比べて、生産効率およびコストが格段に有利となる。
【０００４】
しかし、双ロール式連続鋳造法等により鋳造した薄帯状鋳片を熱間圧延を経ずに冷間圧延した製品には、種々の表面欠陥が発生する場合がある。
例えば、特開平２−１９４２６号公報に述べられているように、冷間圧延後の表面に鋳片の粗大な結晶粒が原因するローピング（表面肌荒れ）が発生する。また、鋳造割れ等を安定的に防止するために冷却ドラム周面にディンプルを形成させた双ロール式連続鋳造法等で製造された製品には、特開平４−１５８９５７号公報に述べられているように、鋳造組織のδフェライト残存むらに対応する最終焼鈍後の粗粒・細粒組織が色調むらとなる光沢むらが発生する。
【０００５】
これらの課題の内、ローピング対策として、特開平３−７１９０２号公報に鋳片を圧延率（％）≧８．５１×１０−３×圧延温度（℃）＋４．７９を満たす条件で直接熱間圧延した後、焼鈍−冷間圧延−最終焼鈍を施すことによってローピングを防止することが提案されている。しかしながら、鋳造割れを防止する目的で冷却ドラム周面に配置されたディンプルが鋳片に転写され、熱間圧延時に凹部に倒れ込む疵、あるいは熱延ロールのヒートクラックによるロール肌荒れが鋳片表面へ転写された疵、さらには熱延ロールにビルドアップしたスケールの熱間圧延時の噛込み疵等が発生し、これらは形態の違いはあるものの冷延板製品に微小なヘゲ状疵となって残存し、表面品質を著しく損ねる。このように、熱間圧延を付加させた双ロール鋳造プロセスは、ローピングを改善する反面、冷延製品表面に疵が発生しやすくなると言う問題があった。
【０００６】
また、光沢むら対策として、特開平４−１５８９５７号公報では冷却ドラム周面に設けたディンプルすべての隣接間隔を０．３５ｍｍ以下とすることで、ディンプル凹凸に対応する不均一冷却を緩和して凝固組織を均一化するとともに、δ−Ｆｅｃａｌ．（％）を５〜９％に調整することで、凝固組織むら感受性を下げる方法が提案されている。しかし、所定のディンプルを加工するための方法が高価なフォトエッチ法等に限定され、安価なショットブラスト等の加工方法を用いることが出来ず、不慮のトラブルに備えて冷却ドラムの予備を多く持つことが必要となり、経済的でなく、品質的にもδ−Ｆｅｃａｌ．の成分規定のみでは安定した凝固組織を得ることができなかった。
【０００７】
以上のように、従来技術には表面疵、ローピングおよび光沢むらの課題を同時に解決する手段について何ら開示されていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、冷却ドラム周面にディンプルを形成させた双ロール法等の所謂同期式連続鋳造プロセスにおいて、特定の成分と鋳造後の熱間圧延と冷間圧延の合計圧延率を所要の条件範囲とすることによって、表面疵、ローピングおよび光沢むらを同時に改善した表面品質の優れたオーステナイト系ステンレス鋼薄板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段によって構成される。
ショットブラスト法によってランダムなディンプルを多数散在させた冷却ドラムの周面に同期して鋳片が移動する連続鋳造機により、オーステナイト系ステンレス鋼薄帯状鋳片を鋳造する製造方法において、重量％で、Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉで定義されるＣｒ当量とＮｉ＋３０（Ｃ＋Ｎ）＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ）で定義されるＮｉ当量が下記（１）式を満足する成分組成とし、鋳造に続いて圧延率１５％以下の１パス熱間圧延を行い、続いて水冷後６００℃以下で巻き取って薄帯状鋳片とし、続いて該薄帯状鋳片をデスケーリングし、続いて前記熱間圧延における圧延率との累積圧下率が２５〜４０％となる圧延率で１パスの冷間圧延を行い、必要に応じて中間の焼鈍・冷間圧延を行い、続いて焼鈍・酸洗または光揮焼鈍を行うことを特徴とする表面品質の優れたオーステナイト系ステンレス鋼薄板の製造方法。
【００１０】
Ｎｉ当量≦０．６３×Ｃｒ当量−１．２９  ………（１）
【００１１】
【作用】
本発明者らはオーステナイト系ステンレス鋼を双ロール鋳造等によって鋳造して得た急冷凝固組織ままの鋳片を直接冷間圧延するときに発生するローピング現象を詳細に解析した。その結果、ローピングの程度は冷間圧延前の結晶粒径の大小に依存することを突き止めた。結晶粒径の大小の評価については、従来から便宜的に用いられている結晶粒の個数頻度の期待値として定義するＤｎ  （＝Σ２×ＳＱＲ（３×Ｓｉ  ／２π）／ｎ）が急冷凝固組織およびそれを圧延−熱処理した再結晶組織においては、それらの混粒状態を代表する指標値とは成りえないことが分かり、結晶粒の面積率（実際には体積率を考える必要があるが、体積を実測することは不可能であり、便宜上面積率をもって体積率とする）に対する期待値であるＤａｖｅ  （＝Σ２×ＳＱＲ（３×Ｓｉ  ／２π）×Ｓｉ  ／Ｓ）を新たな指標値として定義した。
【００１２】
当然のことながら、従来指標のＤｎ  は結晶粒の個数頻度の期待値であるため、混粒組織では細粒側に平均値が現れる。しかしながら、ローピング現象は一つ一つの結晶粒、あるいは粗大粒と細粒コロニー（群）の存在に応じた板厚方向の変形差の総和が表面に現出する現象と理解され、等軸かつ細粒ほど板厚方向の累積変形差が平均化され、ローピングは良好となる。したがって、非常に粒径差の大きい混粒組織における平均結晶粒径の定義は面積率に対する期待値であるＤａｖｅ  によって表現することが、組織の実態を表した指標となる。事実、本発明者らは、双ロール鋳造材を２０〜４０％の圧延率で熱間圧延した後の再結晶組織は現行ＣＣスラブ−熱間圧延材ほど等軸粒ではなく、表層が細粒で中心部は粗粒傾向となることや、さらに、隣接する結晶粒とはかけ離れた粗大粒が出現することがあり、このような粗大粒は再結晶しても隣接する粒よりも大きいか、甚だしい場合は未再結晶として残存した混粒組織となり、ローピングの改善が不十分であることを観察している。
【００１３】
以上から本発明者らは、等軸粒の場合はＤｎ  に近い値になり、混粒の場合はその程度に応じてＤｎ  からの乖離が大きくなり、ローピングに有害な粗大粒の影響が正しく反映できる指標値として平均粒径Ｄａｖｅ  を定義した。この定義で規定される再結晶粒径Ｄａｖｅ  を７０μｍ以下に確保すれば、ローピングランク（１〜５ランクの官能評価）が２以下の合格レベルとすることができる（表２参照）。
【００１４】
ローピングを防止するには、凝固組織をできるだけ等軸かつ細粒化することが必要であり、圧延−熱処理による再結晶を利用することが有効な方法である。熱間圧延による再結晶を利用するには、鋳片の初期粒径に対応した熱延率を確保する必要があり、本発明者らが検討した結果では、引き続く熱処理条件にも依存するが、約２０〜４０％の熱間圧延率を確保する必要がある。しかしながら、２０％以上の熱間圧延を１パス圧延で行うと、鋳造割れを防止する目的で冷却ドラム周面に設けたディンプルの鋳片への転写部が熱間圧延時に倒れ込む疵、あるいは熱延ロールのヒートクラックによるロール肌荒れが鋳片表面へ転写された疵、さらには圧延ロールにビルドアップしたスケールの噛込み疵等が発生する問題があり、冷間圧延前のコイルグラインダー等の機械的研削を省略した場合に、表面疵のない冷延板を製造することが困難である。そこで、本発明では鋳造機に直結した熱間圧延機により軽度な熱間圧延を行い、デスケーリングに引き続いて軽度な冷間圧延を実施することで圧延疵の発生を防止し、その後の焼鈍によって再結晶組織を得ることでローピングを防止することを同時に達成する手段を主要件としている。
【００１５】
熱間圧延による表面疵発生の機構については次のように考えられる。圧延油を用いない熱間圧延では表層の歪が圧延油を用いる冷間圧延よりも大きく、圧延率の影響がより大きくなると考えられる。図１に山田他；Ｓ６１年塑性加工春期講演論文集、Ｐ２３５に発表されている剛塑性有限要素法による非対称圧延の解析モデルを用いて計算した板厚方向の相当歪（剪断歪＋圧縮歪で表層ほど剪断歪が大きくなる）分布におよぼす圧延率の影響を示す（ここで、ロール径：φ６５０／３７５ｍｍ、下駆動、摩擦係数：上下とも０．３、入板厚：３．０ｍｍである）。同図から、圧延率とともに表層／中心の相当歪の比は大きくなることがモデル計算から検証されている。
【００１６】
本発明者らは、圧延によるこのような現象が、ディンプル転写部の倒れ込み疵、ロール肌荒れの転写・倒れ込み疵、さらにはスケール噛込み疵に影響しているとの考えから、特に、表層での相当歪、即ち剪断歪が大きい熱間圧延での圧延率の上限を明らかにした。その結果、上記熱間圧延疵の発生を完全に防止するには、熱圧延率を１５％以下に制限する必要があることを見い出した。
【００１７】
しかしながら、１５％以下の熱延率ではその後の熱処理によって再結晶組織を得るための歪量としては十分でない。この対策として、本発明では熱間圧延後直ちに水冷して巻き取り、可能な限り熱間圧延時の加工歪を凍結維持し、さらに冷間圧延で加工歪を補填して再結晶に必要なエネルギーを確保した後、焼鈍によって完全な再結晶組織を得る方法を提案するものである。冷間圧延時の冷延率は熱間圧延時よりも上限の圧延率が大きくても圧延による倒れ込み現象は発生しにくいが、冷間での変形抵抗や圧延形状の安定化を考慮すると１パス圧延で２５％以上が望ましく、また再結晶に必要な歪量を確保するには熱間圧延との累積圧延率で２５〜４０％確保されていれば十分である。なお、累積圧延率が４０％以上ではローピングへの改善効果が飽和し、かつ熱間圧延と冷間圧延のそれぞれの上限圧延率からも４０％が上限となる。
【００１８】
次に、光沢むらについて述べる。双ロール法等の連続鋳造法において、冷却ドラム周面にディンプルをランダムに散在させる目的は、エヤーギャップによって緩冷された未だ剛性の低い状態にある部分（ディンプル中央部）を、冷却ドラムと直接接触することによって十分に冷却された剛性の高い部分（ディンプルエッジ部）が取り囲むことによって生じる熱応力をディンプルの分散によって小さくし、かつ凝固シェルの収縮に伴う割れが複数の剛性低下部にまたがって発生することを防止することである。しかしながら、このディンプルの形成によって生じる不均一冷却が表層の凝固組織の均一性の面からは悪影響し、ディンプル凹凸に対応した残留δフェライトのむらが発生する。この残留δフェライトむらの発生は、オーステナイト系ステンレス鋼特有の現象である。
【００１９】
本発明者らは、ショットブラスト法によってディンプル間隔、大きさ等を規制することなくランダムな配置のディンプルを冷却ドラム周面に形成させたドラムを用いた双ロール鋳造機から、種々の成分に調整したオーステナイト系ステンレス鋼を鋳造し、鋳片の凝固組織および冷延後の光沢むらを評価した。
その結果を図２に示す。重量％で、Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉで定義されるＣｒ当量とＮｉ＋３０（Ｃ＋Ｎ）＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ）で定義されるＮｉ当量の関係において、Ｎｉ当量≦０．６３Ｃｒ当量−１．２９を満足する成分限定によって、鋳片の凝固形態はＦモード凝固となり、冷延板にも残存δフェライト起因の光沢むらはまったく発生しなかった。
【００２０】
本発明者らは、δフェライト起因の光沢むらは、凝固時のδ＋γ相の共晶組織で発生するバーミキュラーδよりもδ単相で完全凝固し、γに変態した場合に発生するアシュキュラー状δは凝固組織の残留フェライトむらが軽減されることを多くの双ロール鋳造剤の凝固組織観察から見い出しているが、従来知見からはディンプル間隔を小さくすることが必要であった。しかし、ショットディンプルの場合、ディンプル間隔が必ずしも必要十分条件ではないことが明らかになった。この理由は、図３に示すように、以下のように考えられる。
【００２１】
フォトエッチ加工図３（ａ）のディンプルエッジはほぼ直角であることから表面張力によってディンプル中央部まで溶鋼が入らず、その部分のエアギャップ層が厚くなるのに対して、ショット加工で形成されたディンプル図３（ｂ）はエッジの傾斜が緩やかなため、エッジ部の傾斜に沿って溶鋼がディンプル中央部まで入る結果、エアギャップ層が薄く、ディンプル中央部とディンプルとディンプルの間の部分の凝固冷速差が軽減される。さらに、ショットディンプルでは大きなディンプルの中に小さなディンプルが存在し、冷却ドラムとの直接接触が面から点へと変化する効果がディンプルの各部位における凝固冷速差を分散させる。これらの効果が、フォトエッチディンプルで言うところのディンプル間隔を狭くすることの作用を少なからず代替し、特定の成分を限定するのみで実質上製品の光沢むらが改善されるものとみられる。
【００２２】
なお、巻取り温度を６００℃以下に限定した理由は、鋭敏化による酸洗時のミクロブルーブ（結晶粒界に沿った腐食溝）が冷間圧延後に網目模様として残存し、冷延板表面の光沢が低下することを防止するためである。但し、コイルグラインダー等の機械的研削を実施すれば問題はないが、この工程を省略するためには、鋳造時あるいは中間焼鈍時の鋭敏化を防止する必要がある。
【００２３】
本発明は、フォトエッチ加工法等によらず、ディンプル加工および補修等が容易であるショットブラスト法による冷却ドラムのディンプル形成とともに、成分を特定の範囲に限定することによってδフェライトの残存むらが緩和された良好な凝固組織が得られ、光沢むらが防止される。また、鋳造機に直結した熱間圧延機により軽度な熱間圧延を行い、直ちに水冷し、巻取り後デスケーリングし、引き続いて軽度な冷間圧延による補填を行って焼鈍することで、圧延疵を防止し、かつ十分な再結晶組織を得ることでローピングが防止される。
【００２４】
【実施例】
表１および２に示すオーステナイト系ステンレス鋼を、ショットブラスト法によりランダムな配置のディンプルを冷却ドラム周面に形成させた双ロール鋳造機で、鋳造厚３〜５ｍｍ鋳造し、約１０００〜１２００℃の温度範囲で鋳造機後面に配置した２Ｈｉの熱間圧延機により３５％以下の１パス圧延を行い、直ちに水冷して６００℃以下で巻取ることにより薄帯状鋳片を製造した。
【００２５】
【表１】
0003595369.tif 000002
【００２６】
【表２】
0003595369.tif 000003
【００２７】
圧延率は途中ででミル圧下力を変化させること、および事前に冷却ドラムから圧延機の間に設置された保温カバーの断熱材を調整して鋳造速度との関連で圧延温度を変化させる組み合わせによって上記範囲に調整した。なお、圧延温度は圧延率の影響が小さいことから、チャージ間の平均値を採用して示した。その後、冷間圧延によって圧延率を補填し、焼鈍によって再結晶させ、冷間圧延を行い、最終焼鈍・酸洗仕上げと光輝焼鈍仕上げとした。
【００２８】
品質評価として鋳片の凝固モード、熱間圧延と冷間圧延の累積圧延後の焼鈍によって得られた再結晶粒径Ｄａｖｅ  を中間指標として調査し、光輝焼鈍材のローピングと最終焼鈍、酸洗材の光沢むらおよび表面疵状況をそれぞれ官能評価した。その結果を表３および４に示す。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
【表４】
0003595369.tif 000005
【００３１】
本発明による製造方法（Ｎｏ．  １〜Ｎｏ．  １３）によって得られたものは、ローピングランクが２以下でローピングは合格であった。また、光沢むらも表面疵の発生もない良好な表面品質を示した。
一方、比較例Ｎｏ．  １４〜２１は凝固モードがＦで冷延板の光沢むらは良好であったが、累積圧延率が不足してローピングが不合格となったもの（比較例Ｎｏ．  １４）や熱延率が１５％超で実施したため、冷延板にヘゲ状の表面疵が散発し、ローピング自身は合格レベルであったが総合的な表面品質としては不合格となった（比較例Ｎｏ．  １５〜２１）。また、比較例Ｎｏ．  ２２は累積圧延率の不足および成分外れによってローピングと光沢むらが発生し、不合格となった。
【００３２】
さらには、比較例Ｎｏ．  ２３〜２５は全ての条件が本発明の範囲から外れたため、ローピング、光沢むらおよび表面疵ともに不合格であった。
なお、ローピング合格材は中間指標として定義した平均粒径Ｄａｖｅ  値が７０μｍ以下となっており、官能評価ランクを良い対応がみられる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スラブ鋳造−熱間圧延プロセスによる従来の製造方法と同等の表面品質のオーステナイト系ステンレス鋼薄帯状冷延鋼板を、安価にしてかつ短納期で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】剛塑性有限要素法による非対称圧延の解析モデルで計算した板厚方向の相当歪分布におよぼす圧延率の影響を示した図である。
【図２】光沢むらの発生有無におよぼすＣｒ当量とＮｉ当量の関係を示した図である。
【図３】フォトエッチ（ａ）およびショットディンプル（ｂ）形状により溶鋼の入込み状況を示す模式図である。
【図１】
0003595369.tif 000006
【図２】
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【図３】
0003595369.tif 000008