(57)【要約】【要  約】【課  題】  高Ni合金鋼の連鋳スラブを可及的均一に加熱することによって熱応力割れの発生を抑制するとともに、加熱した連鋳スラブを熱間加工する際にエッジ割れの発生を抑制できる熱間加工方法を提供する。【解決手段】  Niを25.0〜85.0質量％含有する高Ni合金鋼の連鋳スラブを熱間加工する方法であって、当該連鋳スラブを加工するのに先立って加熱するに際し、ＶＴ＝12−２×（Ｈ／250 ）2 で算出されるＶＴ値以下の昇温速度（℃／分）で加熱する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Niを25.0〜85.0質量％含有する高Ni合金鋼の連鋳スラブを熱間加工する方法であって、当該連鋳スラブを加工するのに先立って加熱するに際し、下記の式で算出されるＶＴ値以下の昇温速度（℃／分）で加熱することを特徴とする熱間加工方法。
ＶＴ＝12−２×（Ｈ／250 ）2 
ＶＴ：昇温速度上限値（℃／分）
Ｈ  ：連鋳スラブの厚さ（mm）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高Ni合金鋼の熱間加工方法に関するものであり、加工するのに先立って加熱する際に、そして加工する際に割れが発生するのを抑制するための高Ni合金鋼の熱間加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Niを25.0〜85.0質量％含有する高Ni合金鋼は、室温から 300℃までの温度域における熱膨張が小さい材料として、ＣＲＴ用シャドウマスクやＩＣリードフレーム等に広く用いられている。従来から高Ni合金鋼は、電気炉で溶解された後、鋳造されてスラブとされ、さらに熱間圧延および冷間圧延を施されて薄鋼板に加工される。高Ni合金鋼を溶解した溶鋼からスラブを製造する方法は、
(A) 溶鋼をインゴットに鋳造し、さらに分塊圧延してスラブを製造する方法、
(B) 溶鋼を連続鋳造してスラブを製造する方法
に大別される。
【０００３】
近年、高Ni合金鋼の生産性向上の観点から、例えば高Ni合金鋼帯の場合、連続鋳造で製造したスラブ（以下、連鋳スラブという）を、粗圧延機と仕上圧延機が直列に配置された連続式の薄板用熱間圧延ラインで熱間圧延し、さらに冷間圧延する方法が検討されている。しかし高Ni合金鋼の連鋳スラブの金属組織（以下、鋳造組織という）は、連鋳スラブの表層から厚み方向中心部に向かって細長い組織が伸びるように並んだいわゆる柱状組織となっており、その結晶粒界は脆弱であるため、高Ni合金鋼の連鋳スラブを熱間圧延すると、幅方向にも長手方向にも延びて局部的に変形の大きい幅方向の端部（以下、エッジ部という）には、潜在的に割れが発生し易い状況にある。
【０００４】
さらに、加熱後の連鋳スラブの温度が不均一であると、温度差によって生じる熱応力に起因して、エッジ部に限らず割れ（以下、熱応力割れという）が発生し易い状況にある。熱間圧延すると、圧延により加わる力によって、それらの影響が顕在化して割れが発生するのである。熱応力割れの場合も、圧延により加わる力により顕在化する場合が多いため、エッジ部に特に割れが発生し易い。エッジ部に発生する割れのことを、以下、総称してエッジ割れと称す。
【０００５】
また、高Ni合金鋼の連鋳スラブを熱間圧延して得られる鋼材のことを、連鋳スラブ，熱間圧延の途中，および熱間圧延後の各場合とも総称して被圧延材とも称す。
【０００６】
被圧延材にエッジ割れが発生すると、後工程である冷間圧延にて被圧延材の破断を引き起こす可能性が高くなる。被圧延材の破断が起こると、冷間圧延での生産性が低下するばかりでなく、製品の歩留りも低下する原因となる。
【０００７】
そこで、高Ni合金鋼のエッジ割れの発生を抑制するために、従来から種々の技術が提案されている。
【０００８】
たとえば特開昭60-159157 号公報（特許文献１）には、高Ni合金鋼の熱間加工性を向上させる目的でＢ（硼素）を添加する技術が開示されている。具体的には、高Ni合金鋼の溶製工程でＢを 0.001〜0.03質量％添加し、さらに必要に応じてTiを 0.005〜0.3 質量％添加することによって、高Ni合金鋼の熱間加工性を改善する。ところが、この技術は、高価なＢを使用するので、高Ni合金鋼の溶製コストの上昇を招く。また、高Ni合金鋼の用途によっては、ＢやTiの添加が、製品に要求される特性に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００９】
特開平5-65607 号公報（特許文献２）には、Niを65〜85質量％含有する合金鋼を熱間圧延する際に、長手方向の両端部を除く４面を金属板で包囲して１回目の熱間圧延を行ない、次いで金属板を取り除いて２回目の熱間圧延を行なう技術が開示されている。ところが、この技術は、熱間圧延を２回行なうので、生産性の低下は避けられず、しかも圧延コストの上昇を招く。
【００１０】
また特許第2751582 号公報（特許文献３）には、Fe−Ni合金の連鋳スラブを加熱する際に、連鋳スラブの表面温度が 600℃から1000℃に至るまで15℃／分以下の昇温速度で加熱し、さらに1000℃から均熱温度に至るまで３℃／分以下の昇温速度で加熱し、かつ熱間圧延における第１パスを表面温度 900℃以下，圧下率15％以上で行なう技術が開示されている。この技術は、不均一加熱による熱応力を低減することによって、熱応力割れの発生を抑制するとともに、耳割れ（すなわちエッジ割れ）の発生を抑制し、かつ再結晶による結晶粒の微細化も図るものである。
【００１１】
しかし連鋳スラブの温度差によって生じる熱応力は、昇温速度のみならず連鋳スラブの寸法等にも依存する。そのため特許文献３に開示された技術は、極めて限定された条件にしか適用できない。また連鋳スラブの表面温度も、測定する部位（たとえば上下面，側面等）によって異なるにも関わらず、表面温度を測定する部位に関しては説明されていない。
【特許文献１】特開昭60-159157 号公報
【特許文献２】特開平5-65607 号公報
【特許文献３】特許第2751582 号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、以上のような従来の高Ni合金鋼の熱間加工技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高Ni合金鋼の連鋳スラブを簡便な手段で均一に加熱することによって熱応力割れの発生を抑制するとともに、その連鋳スラブを熱間加工する際にエッジ割れが発生するのを抑制できる熱間加工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】
【００１３】
本発明は、Niを25.0〜85.0質量％含有する高Ni合金鋼の連鋳スラブを熱間加工する方法であって、当該連鋳スラブを加工するのに先立って加熱するに際し、下記の式で算出されるＶＴ値以下の昇温速度（℃／分）で加熱する熱間加工方法である。
【００１４】
ＶＴ＝12−２×（Ｈ／250 ）2 
ＶＴ：昇温速度上限値（℃／分）
Ｈ  ：連鋳スラブの厚さ（mm）
本発明を適用することによって、高Ni合金鋼の連鋳スラブを熱間加工（たとえば熱間圧延，熱間鍛造等）するのに先立って加熱する際に、あらゆる寸法の連鋳スラブに対して最適な昇温速度を設定することが可能となり、連鋳スラブを可及的均一に加熱できる。その結果、連鋳スラブの加熱で熱応力割れが発生するのを抑制し、熱間加工でエッジ割れが発生するのを抑制できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高Ni合金鋼の連鋳スラブを熱間加工（たとえば熱間圧延，熱間鍛造等）する際に、連鋳スラブを可及的均一に加熱することができるため、それによって熱応力割れの発生を抑制できる。その結果、熱応力割れを起点として発生するエッジ割れの発生も抑制することができる。これによって大幅な設備改造を必要とせず、簡便な手段で製品の歩留りを向上できる。また、熱間加工として熱間圧延を行なう場合には、後工程である冷間圧延にて被圧延材の破断を引き起こすのも抑制できるので、冷間圧延での生産性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
背景技術の項にて述べた如く、高Ni合金鋼の連鋳スラブは、熱間加工（たとえば熱間圧延，熱間鍛造等）の際に連鋳スラブ（被圧延材）のエッジ部にエッジ割れが発生し易いが、これは、電気炉で溶解して鋳造した高Ni合金鋼スラブの鋳造組織は結晶粒界が炭素鋼のような普通鋼に比べて脆弱であるため、熱間加工による力が加わったときに、幅方向にも長手方向にも延びて局部的に変形の大きいエッジ部において、特にその結晶粒界に沿って亀裂が発生し易いことに原初的に起因している。鋳造時の冷却速度の大きい連鋳スラブでは、一層この傾向が強い。
【００１８】
そして、熱間加工に先立って高Ni合金鋼の連鋳スラブを加熱する際、加熱後の連鋳スラブの温度が不均一であると熱応力割れが発生し易い状況になり、熱間加工により加わる力によって、それらの影響が顕在化して、エッジ割れが一層発生し易くなる。
【００１９】
発明者らは、高Ni合金鋼の連鋳スラブの熱間加工にてエッジ割れの発生を抑制する技術を研究した結果、熱間加工に先立って連鋳スラブを可及的均一に加熱することによって熱応力割れの発生を抑制することが極めて有効であることに気付いた。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
【００２０】
発明者らは、表１に示すようなNiを36質量％含有する高Ni合金鋼を溶製した後、連続鋳造を行なって製造した連鋳スラブ（厚さ150mm ，幅1000mm，長さ7000mm）を加熱する過程で、連鋳スラブの表面温度（上面，側面）と内部温度の推移を調査した。すなわち、連鋳スラブを20℃まで冷却した後、加熱炉に装入して1200℃まで昇温しながら連鋳スラブの温度を測定した。その結果は図２に示す通りである。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
連鋳スラブの表面温度は、連鋳スラブの上面と側面に熱電対を取り付けて測定した。連鋳スラブの内部温度は、連鋳スラブの厚さ方向中央に直径４mm，深さ100mm の孔を幅方向に向けあけて熱電対を埋め込んで測定した。加熱炉における昇温速度は、連鋳スラブ上面の表面温度が１分あたり11℃上昇（11℃／分と表記する）するように設定した。
【００２３】
図２から明らかなように、加熱炉に装入した連鋳スラブが1200℃に到達するまで、常に内部温度が低く、表面温度が高くなっている。加熱炉内で連鋳スラブの表面から入熱した熱が内部へ向け熱伝導するという昇温過程を考慮すると、図２に示される現象は当然といえる。また、上面の表面温度が側面の表面温度に比べてやや高いのは、加熱炉内では、加熱炉の天井と、それに炉壁からの輻射により連鋳スラブが加熱されるものであるところ、複数の連鋳スラブが幅方向に間隔50mm内外で並んでいるので、連鋳スラブの上下面からの入熱が主体になり、側面からの入熱は隣の連鋳スラブの影に入る分、若干少なくなるからである。
【００２４】
図２のデータの測定に用いた高Ni合金鋼（Ni含有量：36質量％）の熱膨張係数と温度との関係を図３に示す。図３から明らかなように、この高Ni合金鋼は、温度が高くなると熱膨張係数が大きくなる性質を有している。連鋳スラブ内で温度差が生じた場合に熱膨張量の差によって熱応力が発生し、その熱応力により連鋳スラブの鋳造組織の結晶粒界に沿って割れ（すなわち熱応力割れ）が発生する。実際に割れが発生しないまでも、熱間加工すると割れとなって顕在化するような、割れの発生し易い状況になる。
【００２５】
加熱することによって熱応力割れが発生した連鋳スラブを熱間加工すると、熱応力割れが起点となって割れがさら拡大して、エッジ割れとなる。このほか、熱間加工により、割れの発生し易い状況になっている部位にて割れが顕在化して発生する場合もある。したがって、エッジ割れの発生を抑制するためには、不均一加熱に起因する熱応力割れの発生を抑制することが極めて有効である。
【００２６】
しかしながら、加熱中の連鋳スラブ内で生じる温度差は、必ずしも一定ではなく、連鋳スラブの寸法や昇温速度等に依存する。図２に示した連鋳スラブ（厚さ150mm ，幅1000mm，長さ7000mm）の内部温度と表面温度（上面）の温度差の推移は図４に示す通りである。なお、同材質で厚さの異なる連鋳スラブ（厚さ250mm ，幅1000mm，長さ7000mm）の内部温度と表面温度（上面）の温度差の推移を同様（昇温速度：11℃／分）に測定したものも図４に併せて示す。
【００２７】
図４から明らかなように、同じ条件で加熱しても、連鋳スラブの寸法が異なると、連鋳スラブの温度差も変化する。つまり連鋳スラブの厚さが厚い方が、温度差が大きくなっている。これは、連鋳スラブの厚さが厚い方が、表面からの入熱が内部へ向け熱伝導するのに長時間を要するからである。
【００２８】
次に、図４に示した２種類の連鋳スラブを1200℃に加熱した後、熱間圧延（圧下率：20％，圧延用ロール直径：上下共850mm ）を行ない、連鋳スラブに発生したエッジ割れの深さを調査した。連鋳スラブの最大温度差とエッジ割れの深さとの関係を図５に示す。なお図５中の連鋳スラブの最大温度差は、図４中の温度差の最大値を指す。また、エッジ割れの深さは、連鋳スラブの表面から内部に向かって生じた亀裂の最大深さを指す。
【００２９】
図５から明らかなように、厚さ150mm の連鋳スラブでは、エッジ割れはほとんど認められなかった。しかし、厚さ250mm の連鋳スラブでは、約60mmのエッジ割れが発生していた。
【００３０】
発明者らは、さらに、連鋳スラブの寸法や加熱炉の昇温速度を種々変化させて同様の測定を行ない、連鋳スラブの最大温度差を求めた。その後、同様の熱間圧延を行ない、エッジ割れの深さを調査した。その結果も併せて図５に示す。
【００３１】
図５から明らかなように、連鋳スラブの最大温度差が200℃以下ではエッジ割れの深さは最大５mmであったのに対して、最大温度差が 200℃を超えるとエッジ割れの深さが急激に増加する。したがってエッジ割れの発生を抑制するためには、連鋳スラブの最大温度差を 200℃以下にする必要がある。
【００３２】
図５には、熱間圧延を圧下率：20％，圧延用ロール直径：上下共850mm に統一して行なったデータを示したが、発明者らの研究によれば、圧下率や圧延用ロール直径を変更しても、連鋳スラブの最大温度差を 200℃以下にすれば同様にエッジ割れの発生を抑制できる。また、熱間圧延のみならず、他の熱間加工技術（たとえば熱間鍛造等）においても、同様に連鋳スラブの最大温度差を 200℃以下にすればエッジ割れの発生を抑制できることが確認された。
【００３３】
以上に説明した通り、連鋳スラブの寸法（とりわけ厚さ）や昇温速度は、連鋳スラブの最大温度差に多大な影響を及ぼす。そこで発明者らは、連鋳スラブの厚さ，昇温速度，最大温度差の関係を調査検討した結果、図１に示すような関係があることを見出した。
【００３４】
図１から明らかなように、昇温速度が一定であれば、連鋳スラブの厚さが増加するにつれて最大温度差が増加する。図５で説明した通り、連鋳スラブの最大温度差を 200℃以下にすればエッジ割れの発生を相当程度抑制できる。連鋳スラブの最大温度差を 200℃以下にするための昇温速度上限値ＶＴ（℃／分）は、連鋳スラブの厚さＨ（mm）を用いて算出することが可能である。
【００３５】
たとえばＨ＝400mm では、連鋳スラブの最大温度差が 200℃になる昇温速度（すなわち昇温速度上限値）は７℃／分であることが図１から読み取れる。このようにして図１からＨとＶＴを読み取って、その関係を数式で表わすと、下記の通りである。
【００３６】
ＶＴ＝12−２×（Ｈ／250 ）2 
ＶＴ：昇温速度上限値（℃／分）
Ｈ  ：連鋳スラブの厚さ（mm）
つまり、上記の式で算出されたＶＴ値以下の昇温速度で連鋳スラブを加熱すると、連鋳スラブの最大温度差を 200℃以下にでき、その結果、熱間圧延にてエッジ割れが発生するのを抑制できる。
【００３７】
発明者らの研究によれば、図１に示す関係は、Ni含有量が36質量％の高Ni合金鋼に限らず、Niを25.0〜85.0質量％含有する高Ni合金鋼についても成り立つことが確かめられた。それらの高Ni合金鋼は、例えば表２に示すようなＩＣリードフレームに用いられる高Ni合金鋼（Ni含有量：42質量％），表３に示すようなバイメタルに用いられる高Ni合金鋼（Ni含有量：20質量％），表４に示すような磁気シールド等の電子材料に用いられる高Ni合金鋼（Ni含有量：85質量％）等である。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
【表３】
2006070305.tif 000005
【００４０】
【表４】
2006070305.tif 000006
【００４１】
また、以上の説明では、熱電対を用いて連鋳スラブの温度を測定するようにしているが、加熱炉側に放射温度計等の温度計を取り付けて測定するようにしても良いし、あるいは加熱条件（加熱炉内各帯の設定温度と在帯時間）が与えられれば、熱伝導方程式を差分法等で解くことによって連鋳スラブの温度の時間的推移を計算できることは周知であるため、そのような方法を用いても良い。
【実施例】
【００４２】
第１〜３加熱帯および均熱帯の４帯で構成される加熱炉を用いて、表４に示す組成の高Ni合金鋼の連鋳スラブを加熱した。連鋳スラブの寸法，加熱炉での加熱条件（昇温速度，加熱温度，加熱により到達した表面温度［上面］）は表５に示す通りである。表５中の発明例は、昇温速度が本発明の範囲を満足する例であり、比較例は、昇温速度がＶＴ値を超える例である。ただし発明例と比較例では、いずれも加熱炉の第１〜３加熱帯および均熱帯の設定温度を1250℃で一定とした。加熱を開始してから終了するまでの時間は２時間内外かかっている。ちなみに加熱温度は、加熱炉内に設置してある放射温度計で測定した連鋳スラブの表面温度［上面］である。昇温速度は、加熱温度を在炉時間で割り算して算出した値である。
【００４３】
連鋳スラブを加熱炉から抽出した後、２スタンドの粗圧延機および７スタンドの仕上圧延機を備えた連続式の薄板用熱間圧延ラインで熱間圧延を行ない、高Ni合金鋼帯を製造した。高Ni合金鋼帯の厚さは表５に示す通りである。
【００４４】
次いで、高Ni合金鋼帯を仕上圧延機の出側で高Ni合金熱延鋼帯としてコイル状に巻き取り、高Ni合金鋼帯の長手方向全長にわたってエッジ割れの発生の有無を目視で観察した。エッジ割れの発生が顕著に認められた部分では、高Ni合金鋼帯の幅端からエッジ割れの先端までの距離（すなわちエッジ割れの深さ）を測定した。エッジ割れの深さが10mm未満のものを良好（○），10mm以上のものを不良（×）として評価した。その結果は表５に示す通りである。
【００４５】
【表５】
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【００４６】
発明例は、エッジ割れの評価がいずれも良好（○）であったが、比較例は不良（×）であった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】連鋳スラブの厚さ，昇温速度，最大温度差の関係を示すグラフである。
【図２】連鋳スラブの温度の推移を示すグラフである。
【図３】高Ni合金鋼の熱膨張係数と温度との関係を示すグラフである。
【図４】連鋳スラブの温度差の推移を示すグラフである。
【図５】連鋳スラブの最大温度差とエッジ割れの深さとの関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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