(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：0.15wt％以下、   Si：0.10〜1.0 wt％、
Mn：0.10〜2.00wt％、 Cr：11.0〜27.0wt％、
Ni：5.0 〜25.0wt％、 Ｂ：0.05〜5.0 wt％、
およびＮ：0.3 wt％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるステンレス鋼スラブを、加熱温度：800 〜1050℃、酸素分圧 PO2：１〜20％の酸素含有雰囲気中にて30 min〜２hrの加熱保持を行うことにより、Ｂを揮散させて表層部のボライド〔( Cr, Fe)2Ｂ〕を消失させ、スラブ表層部にマトリックス中のCrよりも１wt％以上高いCr量で10〜150μｍ厚のクロム濃化層を形成し、その後、1150〜1200℃に加熱して熱間加工を行い、圧延後の表面欠陥深さを100 μｍ以下に抑えることを特徴とする表面性状に優れた含ボロンステンレス鋼板の熱間加工方法。
【請求項２】
上記ステンレス鋼スラブは、さらにMo：0.1〜3.0 wt％を含有するものであることを特徴とする請求項１に記載の熱間加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、含ボロンステンレス鋼板の熱間加工方法に関し、とくに、中性子を放射する原子力廃棄物の貯蔵、輸送用材料あるいは中性子遮蔽材などの原子力関連設備材料として、とりわけ有効に用いられる含ボロンオーステナイト系ステンレス鋼板の表面性状を改善するための熱間加工技術についての提案である。
【０００２】
【従来の技術】
中性子遮蔽能を有しかつ耐食性を有する材料としては、ボロン（Ｂ）を含有したオーステナイト系ステンレス鋼が有効であり、広く利用されている。しかしながら、この鋼種では、Ｂを含有しているために、熱間加工工程において熱延鋼帯の表面に疵が発生しやすく、製造上の大きな課題となっていた。それは、この含ボロンステンレス鋼の場合、加熱時にボライド〔( Cr, Fe)2Ｂ〕が生成するためと考えられている。しかも、このことによってCrが消費され、マトリックス中のCr濃度が１wt％以上も低下するために、ボロンを添加しないステンレス鋼に比べると、耐食性、耐酸化性も劣化することも指摘されていた。
従来、こうした問題点を克服する方法として、例えば、特開昭62−222049号公報に見られるように、上記ボライド生成によるCr減量を見込んで予めCr量(22 〜30wt％) と高くする一方で、極低Ｃにした材料などが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、極低Ｃにしなければならないことに加え、多量のＣｒの添加を必要とすることから、コスト高になる他、肝心なボライド〔（  Ｃｒ，  Ｆｅ）２Ｂ〕の生成を抑制できないために、熱延時の疵の発生を完全に防止することはできないばかりか、時として却ってその生成を助長するという致命的な欠点があった。
そこで、本発明の目的は、熱延時の疵の発生を極力抑えて表面性状に優れたボロン添加ステンレス鋼板を熱間加工する方法を提案するところにあり、併せて耐酸化性ならびに耐食性にも優れた含ボロンステンレス鋼板の製造技術の確立を目指すものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し、上掲の目的を実現するために鋭意研究した結果、発明者らは、熱間加工時の予備加熱と熱間加工温度をコントロールすることが有効であるとの知見を得て、以下の本発明方法を開発した。即ち、本発明は、
Ｃ：0.15wt％以下、   Si：0.10〜1.0 wt％、
Mn：0.10〜2.00wt％、 Cr：11.0〜27.0wt％、
Ni：5.0 〜25.0wt％、 Ｂ：0.05〜5.0 wt％、
およびＮ：0.3 wt％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるステンレス鋼スラブを、加熱温度：800 〜1050℃、酸素分圧 PO2：１〜20％の酸素含有雰囲気中にて30 min〜２hrの加熱保持を行うことにより、Ｂを揮散させて表層部のボライド〔( Cr, Fe)2Ｂ〕を消失させ、スラブ表層部にマトリックス中のCrよりも１wt％以上高いCr量で10〜150μｍ厚のクロム濃化層を形成し、その後、1150〜1200℃に加熱して熱間加工を行い、圧延後の表面欠陥深さを100 μｍ以下に抑えることを特徴とする表面性状に優れた含ボロンステンレス鋼板の熱間加工方法、
を要旨構成とするものである。
なお、上記ステンレス鋼スラブは、さらにMo：0.1〜3.0 wt％を含有させてもよい。
【０００５】
【作用】
ボロンを含有するオーステナイト系ステンレス鋼については、一般に、熱間加工時（以下、「熱間圧延」の例で述べる。）に表面疵（鳥の足跡状の欠陥）が発生することが指摘されていた。このことについて発明者らは、その原因について検討した。その結果、この表面疵は、一般的な熱間加工性劣化の原因の他に、耐酸化性が低いことも大きく起因していることを突き止めた。
すなわち、熱間加工性が劣る場合の割れ状の欠陥とは異なる筋状（鳥の足跡状）の疵が残ることが認められ、この疵の原因についてさらに調べたところ、Ｃｒの濃度が低い部分での異常酸化によるものであることが判ったのである。
【０００６】
そこで発明者らは、種々の条件にてボロン含有ステンレス鋼の耐酸化特性を調査した。その結果、室温から通常の熱間圧延温度である１１５０〜１２００℃にボロン含有ステンレス鋼を加熱すると、上述したように、鋼（マトリックス）中にボライド〔（  Ｃｒ，  Ｆｅ）２Ｂ〕が析出して固定されることがわかった。そしてこのことが、上記表面疵生成の原因であることを突き止めたのである。しかも、このボライドの生成は、耐酸化性や耐食性の維持に必要な有効クロム濃度を低下させる働きがあり、そのためにこのステンレス鋼については、同じのＣｒ量のオーステナイト系ステンレス鋼と比較すると、耐食性および耐酸化性が悪くなるのである。
【０００７】
しかし、発明者らの研究によると、上記の加熱に際し、まず800〜1050℃の温度に30min 〜２hrの間保持する予備加熱を行い、その後、熱間圧延温度である1150〜1200℃に昇温した場合には、同等のCr量を有するオーステナイト系ステンレス鋼のように熱延時の表面疵が目立たないものになることがわかった。
それは、このような方法によると、疵の原因となっていた上記ボライド〔( Cr, Fe)2Ｂ〕を消失させることができるからである。
この点、通常のボロン含有ステンレス鋼の場合、ボライド〔( Cr, Fe)2Ｂ〕の生成により、表層部のCr濃度が低下して、筋状の異常酸化が生じるためである。即ち、通常のボロン含有ステンレス鋼は、ボライド〔( Cr, Fe)2Ｂ〕の生成のためにマトリックス中のCr量が少なくなり、耐酸化性や耐食性に貢献するフリーのCr量が減少するために高温で異常酸化を生じやすくなり、先に述べたような欠陥発生の原因となってしまう。
【０００８】
ところが、発明者らの知見では、酸化の過程において、その酸化反応をゆっくりと進行させると、異常酸化を起こしてボライドを生成する前に、ボロンが酸化物となり、優先的に表面から揮散し、結局、ボロンと結合していたCrのみが取り残されて拡散することで、ステンレス鋼の表層部分に10μｍ〜150 μｍ厚の均一なCrが濃化した層を形成できることがわかった。
【０００９】
このような処理をした含ボロンステンレス鋼の場合、表層近傍では、クロム濃化層のために、同等のCr量を含有するステンレス鋼よりもむしろCr濃度がマトリックス層に比べて高く(1wt％以上) なる。そのために表面性状に優れると共に、耐酸化性, 耐食性がともに優れたステンレス鋼となると考えられる。
つまり、熱間圧延に先立つ加熱の前に、まず適当な熱処理条件で前処理（予備加熱）することにより、ゆっくりとした酸化反応を進行させることで、該ステンレス鋼の表層部にクロム濃化層を形成することができる。その結果、なんら余分なCrを添加することなく、表面性状の良好な含ボロンステンレス鋼板が得られるのである。
【００１０】
次に、本発明にかかる含ボロンステンレス鋼素材としては、以下に説明する成分組成のものが適合する。即ち、
Ｃ：０．１５ｗｔ％以下、    Ｓｉ：０．１０〜１．０  ｗｔ％、
Ｍｎ：０．１０〜２．００ｗｔ％、  Ｃｒ：１１．０〜２７．０ｗｔ％、
Ｎｉ：５．０  〜２５．０ｗｔ％、  Ｂ：０．０５〜５．０  ｗｔ％、
およびＮ：０．３  ｗｔ％以下を含有すると共に、必要に応じＭｏ：０．１  〜３．０  ｗｔ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるステンレス鋼スラブである。
【００１１】
なお、本発明の鋼は、Ｂを0.05〜5.0 wt％の範囲で含有しているものが対象となる。
このＢは、中性子吸収能を確保するために必要不可欠な元素であり、中性子吸収能を発現させるためには少なくとも0.05wt％の添加を必要とする。しかしながら、このＢを5.0 wt％よりも多く添加した場合、材料強度、耐摩耗性、加工性などの面において実用上多くの問題が発生するため、5.0 wt％が上限となる。ただし、加工性に着目した場合、好ましくは0.05〜2.0 wt％が望まれる。
なお、このＢは、本発明においてはとりわけ重要な役割を担う元素であり、このＢの添加によってまず、ボライド〔( Cr, Fe)2Ｂ〕を積極的に生じさせ、次いで熱間圧延に先立つ予備処理（熱処理）によって、表層部にクロム濃化層を生成させるために必要な成分である。従ってＢは、オーステナイトマトリックス中に固溶しているものを除いて、予備熱処理の前は少なくとも表層部のものは全てボライド〔( Cr, Fe)2Ｂ〕の形態で存在していることが好ましいと言える。
【００１２】
上述した処理によって、熱間圧延に供すべき鋼板には、その表層部に10〜150μｍ厚のクロム濃化層が形成される。好ましくは50μｍ以上、より好ましくは 100μｍ以上の厚さにするのがよい。この層は、マトリックス層のCr濃度よりも１wt％以上高いCrを有し、それは後述する本発明に特有な酸化熱処理により、表層部にあるボライド〔( Cr, Fe)2Ｂ〕のＢとCrとを分解し、Ｂを揮散させて、Cr濃度が相対的に高い層としたものである。
【００１３】
上記のクロム濃化層を形成するための、本発明にかかる熱間加工方法について以下に説明する。
加熱条件：1000〜1050℃
ボロンの酸化による脱ボロン反応を促進させるには、少なくとも 800℃以上の温度に保持する必要がある。しかし、800 ℃近傍では反応が極めて緩慢であるため、実用上は1000℃以上が好ましい。ただし、1050℃以上の温度で加熱保持した場合、ボロンの酸化のみならずクロムの酸化も進行するため、クロム濃化層を形成して酸化の進行を妨げる前にCr含有量の少ない部分から優先的に異常酸化が進行し、そのまま酸化反応が続いてしまう。従って、加熱条件は 800℃から1050℃、より好ましくは1000〜1050℃の温度範囲が望ましい。
【００１４】
保持時間：30 min〜２hr
上記加熱のための保持時間については、必要なクロム濃化層の厚さ、処理温度に依存する。しかし、クロム濃化層の形成が最も速くなる1050℃でも、少なくとも30min 以上の保持をしなければ予備加熱の効果が現れない。また、最も濃化層の形成が遅い800 ℃で処理した場合、２hr以上の保持を必要とする。２hr以上の保持ではこのクロム濃化層の厚さ変化は急激に少なくなり、時間を長くしても 150μｍ以上のクロム濃化層は得られないため、工業上の実用性からは２hr以内が好ましい。従って、保持時間は30min 以上から２hrと限定した。
【００１５】
雰囲気：酸素含有雰囲気( 酸素分圧 PO2：1.0 〜20％)
ステンレス鋼表面の酸化を進行させるためには、少なくとも1.0 ％の酸素分圧を必要とし、それよりも少ない場合、酸化反応に極めて時間がかかり実用上問題がある。また、酸素分圧を20％以上に安定させるのは工業上危険でもあり、また、安定した制御が困難であるため安定した処理条件を得るのが難しい。従って、酸素分圧の範囲を1.0 〜20％とした。好ましくは２〜10％、より好ましくは３〜５％とする。
【００１６】
次に、熱間圧延温度（＝１１５０〜１２００℃）  について説明する。
本発明では、上述のようにして含ボロンステンレス鋼スラブの予備加熱を行った後で、そのスラブを１１５０〜１２００℃の温度に昇温加熱してから、熱間圧延を施し、５００  〜９００  ℃で圧延を終了する。上記の加熱温度を１１５０℃以上と限定する理由は、１１５０℃以下の加熱では圧延終了温度下限の５００  ℃までに十分な圧下量が得られないからであり、１２００℃を上限とする理由は、１２００℃を超えると局部的に溶融が生じて表面欠陥となるからである。また、終了温度を  ５００℃以上とする理由は、  ５００℃以下では延性が低下し、割れが発生しやくなると同時に強度の上昇により圧延が実質的にほとんど進行しなくなるためである。
【００１７】
【実施例】
表１に示す成分組成の鋼を同表に示す条件で予備加熱（酸化熱処理）をした後、1150〜1200℃に昇温加熱したのち熱間圧延し、その後常法に従って熱処理し、酸洗し、矯正して製品を得た。その結果も同表に示す。酸化増量は、実験室的に雰囲気 PO2＝３％から、PO2＝20％ まで制御して前処理を施した後、1200℃×２hr・大気中の酸化性試験ならびに表面欠陥深さについて調査した。
【００１８】
【表１】
0003595013.tif 000002
【００１９】
表１に示す結果に明らかなとおり、予備加熱（酸化熱処理）をしない従来例では酸化増量が多くかつ欠陥深さが 210μｍと大きく、これは１回の研削能力の限度を超えている。また、No.10 〜13の比較例についても、クロム濃化層がないか薄いため、酸化増量が激しくかつ欠陥深さも 100μｍを超える結果となった。これに対し、酸化熱処理を施した発明例は、いずれも酸化増量は小さく、かつ欠陥深さも最大で９５μｍであり、一度の研削でも十分に除去できる程度のものであった。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明によれば、熱間圧延に先立って予備的な酸化熱処理を行う熱間加工方法を採用したので、ボロン無添加のステンレス鋼と同等かそれ以上に優れた表面性状を有するボロン含有ステンレス鋼板を製造することができる。