(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ１０ｍｍ以下のフェライト系ステンレス鋼帯を、水平軸を有する２つの冷却された回転するロールの間で、液体金属から直接的に連続鋳造する方法であって、
液体金属組成を、重量パーセントで、Ｃ％＋Ｎ％≦０．１２、Ｍｎ％≦１、Ｐ％≦０．０４、Ｓｉ％≦１、Ｍｏ％≦２．５、Ｃｒ％１１〜１９、Ａｌ％≦１、Ｔｉ％＋Ｎｂ％＋Ｚｒ％≦１、残部は鉄および精錬過程から生じる不純物とし、
液体金属のγｐ指標を次式、
γｐ＝４２０Ｃ％＋４７０Ｎ％＋２３Ｎｉ％＋９Ｃｕ％＋７Ｍｎ％−１１．５Ｃｒ％−１１．５Ｓｉ％−１２Ｍｏ％−２３Ｖ％−４７Ｎｂ％−４９Ｔｉ％−５２Ａｌ％＋１８９
で定義して、その値を３５％から６０％の間とし、
前記ロールの表面粗さＲａを５μｍより大きくし、
ロール間に存在する液体金属のメニスカスの近傍で、鋼中に可溶なガスを少なくとも容積で６０％含む、不活性ガスを使用することを特徴とする方法。
【請求項２】
不活性化ガスが窒素とアルゴンの混合ガスであり、それぞれの割合が６０〜１００％および０〜３０％であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ロールの表面粗さＲａが５〜２０μｍの間にあることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、金属の連続鋳造に関し、より詳細には、「ツインロール鋳造」と呼ばれる方法を用いて、厚さ数ｍｍ程度のフェライト型ステンレス鋼帯（ｓｔｅｅｌ  ｓｔｒｉｐ）を、液体金属から直接的に連続鋳造することに関する。
【０００２】
近年、薄い炭素鋼帯またはステンレス鋼帯を液体金属から直接的に鋳造する方法の開発においてかなりの進歩があった。現時点において主として使用されている方法は、２つの内部冷却されたロールを用い、これを互いに向かい合わせに設置して、水平軸回りに反対方向に回転させ、両ロールの表面間の最小距離をほぼ所望の鋳造帯板の厚さ（例えば数ｍｍ）に等しくして、この間に前記液体金属を鋳込むものである。溶鋼を収容する鋳造空間は、帯板が凝固を開始するロールの横表面と、ロールの端部に当てがった耐火物製の横クロージャプレートによって画定される。液体金属は、ロールの外部表面と接触するとすぐに凝固し始め、両ロールの外部表面上に凝固「シェル」が形成され、いわばロール間の距離が最小になる領域である「ニップ」内で、これらのシェルが一体接合される仕組みになっている。
【０００３】
フェライト系ステンレス鋼帯をツインロール鋳造によって製造するときに直面する主要な問題の１つは、帯板上に発生するマイクロクラックと呼ばれる表面欠陥の発生リスクが高いことである。これらのクラックは小さいものであるが、それでも冷間加工された最終製品を使用不適にするのに十分である。このマイクロクラックは鋼の凝固過程で発生し、その深さは約４０μｍ、開口は約２０μｍである。マイクロクラックの発生は、鋼が凝固中に、接触アーク全長にわたりロール表面と接触する条件に依存する。このような条件は、２つの連続するステップとして説明することができる。第１ステップは、溶鋼とロール表面の間の初期接触に関連し、これによってロール表面に固体の鋼のシェルが形成される。第２ステップは、このシェルのニップの厚さまでの成長に関連し、ここで先述のように、完全に凝固した帯板を形成するためにもう一方のロール上で形成されたシェルと接合される。鋼とロール表面との接触は、不活性ガスの性質および鋼の化学組成と共に、鋳造ロールの表面トポグラフィによって決まる。これらのパラメータはすべて、鋼とロール間の熱伝達の成立に関与し、シェルの凝固条件を支配する。
【０００４】
マイクロクラックなどの容認できない表面欠陥のない帯板を、確実に得るためのツインロール鋳造方法を開発する様々な試みが行われてきた。
【０００５】
炭素鋼の場合について提案された解決法は、鋼とロール表面間の熱交換の正確な制御の必要性に依拠している。特に、鋼が凝固し始めたときに、ロールの鋳造によって鋼から引き出される熱流束を、増加させようとする試みがなされている。この目的で、文献ＥＰ−Ａ−０７３２１６３では、非常にわずかな粗さ（Ｒａが５μｍ未満）を有するロールを、鋼の組成と、鋼表面とロールの界面を濡らす液状酸化物を金属中に形成しやすい製造条件とを組み合わせて用いることを提案している。オーステナイト型ステンレス鋼に関しては、文献ＥＰ−Ａ−０７９６６８５において、高温における相変化を最小化するために、Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ比が１．５５より大きな鋼を用い、表面に直径１００〜１５００μｍ、深さ２０〜５０μｍのタッチディンプルのあるロールを使用し、かつ鋼に可溶なガス、または大部分がそのような可溶性ガスからなる混合ガスで鋳造空間を不活性化することによって、実施する鋳造法が教示されている。
【０００６】
フェライト系ステンレス鋼については、文献ＪＰ−Ａ−５３３７６１２において、低炭素濃度（０．０５％未満）かつ低窒素濃度（０．０５％未満）で、ニオブ（０．１〜５％）とチタンを含む鋼の鋳造を提案している。帯板がロールを離れるとき、帯板を急速に冷却すると共に、次いで帯板をコイルに巻く温度を制御しなくてはならない。このような製造条件および鋳造条件は、コストを高めると共にその条件が厳しく、鋼グレードに特殊な特性が要求されるために、この方法により得られる製品の応用分野は制限される。
【０００７】
本発明の一目的は、表面にマイクロクラックのない薄いフェライト系ステンレス鋼薄帯板を鋳造する方法を提供することである。このような方法は、その実施において特に困難な鋳造条件を必要とせず、同種の広範なグレードの鋼に応用可能となる。
【０００８】
この目的のために、本発明の主題は、厚さ１０ｍｍ以下のフェライト系ステンレス鋼の帯板を、水平軸を有する回転する２つの冷却されたロールの間で、液体金属から直接的に連続鋳造するための方法であって、この方法は、
液体金属組成を、重量パーセントで、Ｃ％＋Ｎ％≦０．１２、Ｍｎ％≦１、Ｐ％≦０．０４、Ｓｉ％≦１、Ｍｏ％≦２．５、Ｃｒ％１１〜１９、Ａｌ％≦１、Ｔｉ％＋Ｎｂ％＋Ｚｒ％≦１、残部は鉄および精錬過程から生じる不純物とし、
液体金属のγｐ指標を次式、
γｐ＝４２０Ｃ％＋４７０Ｎ％＋２３Ｎｉ％＋９Ｃｕ％＋７Ｍｎ％−１１．５Ｃｒ％−１１．５Ｓｉ％−１２Ｍｏ％−２３Ｖ％−４７Ｎｂ％−４９Ｔｉ％−５２Ａｌ％＋１８９
で定義して、その値を３５％から６０％の間とし、
前記ロールの表面粗さＲａを５μｍより大きくし、
ロール間に存在する液体金属のメニスカスの近傍で、鋼中に可溶なガスを少なくとも容積で６０％含む、不活性ガスを使用することを特徴とする。
【０００９】
あとで理解されるであろうが、本発明は、液体金属が凝固した後に高温でオーステナイトを形成する可能性を支配する、金属の組成条件と、鋳造表面の最小粗さの条件と、不活性化ガスの組成条件とを組み合わせて構成される。この組合せに従うことにより、それに対応して困難すぎる制約を鋳造方法に課すことなく、また鋳造された帯板から製造されることになる製品の応用分野を過剰に制約することなく、帯板表面上でのマイクロクラックの形成を防止することが可能である。
【００１０】
本発明は、以下の詳細な説明を読むことによってさらに完全に理解されるであろう。
【００１１】
薄帯板のロール間への鋳造を成功させるための重要なパラメータの１つは、凝固中の帯板とロールとの間の熱交換の制御である。この伝達を適正に制御するには、凝固シェルがロールの壁面に固着する条件がわかると共に、それが再現可能なことが必要である。しかし、鋳造帯板が１１％から１９％のクロミウムを含有するフェライト系ステンレス鋼でできている場合には、シェルがロールに接触して完全に凝固した後に、次のような現象が発生する。凝固したシェルは最初、完全にフェライト構造（δ相）を有し、次いで、まだロールの表面に固着したまま冷却されるときに、１３００〜１４００℃の温度範囲でδフェライト／γオーステナイト相変態を起こす。この相変態によって、金属の局部収縮が起こり、これらの２相間に顕微鏡レベルで感知できる密度差が生じる。このような収縮は、凝固シェルとロール表面の間の接触を局部的に損なうほど大きくなる可能性がある。あとで理解されるであろうように、このような接触がなくなることにより、局部的な熱伝達条件が大幅に変化する。ロールの表面仕上げと、前記表面の凹部内に存在する不活性化ガスの性質とが組み合わされて、その結果相変態の程度が、これは金属の組成に依存するが、熱伝達度に影響を及ぼす。
【００１２】
フェライト系ステンレス鋼における、δ→γ相変態の程度は、γｐ指標によって説明することができる。この指標は、高温における金属中に存在する最大オーステナイト量を表す。このγｐ指標は、既知の方法では、いわゆる「トリコットとカストロ」の関係を用いて、金属の組成から以下のように計算される（パーセントは重量パーセントである）。
【００１３】
γｐ＝４２０Ｃ％＋４７０Ｎ％＋２３Ｎｉ％＋９Ｃｕ％＋７Ｍｎ％−１１．５Ｃｒ％−１１．５Ｓｉ％−１２Ｍｏ％−２３Ｖ％−４７Ｎｂ％−４９Ｔｉ％−５２Ａｌ％＋１８９
本発明をもたらした研究過程において、他のすべての事項を一定にしたとき、γｐの値が、凝固中に鋳造ロールによって引き出される熱流束の大きさを示す、優れた指標であることが明らかとなった。ロールによって金属から引き出される熱流束は、ロール冷却用流体の温度上昇の測定値から計算した、平均値を用いることにより、実験的に定量化することができる。経験的に、ロールによって金属から引き出される平均熱流束は、γｐ指標の値が大きいほど、低くなることがわかっている。
【００１４】
ロール間に鋳造されたフェライト系ステンレス鋼薄板に発生するクラックを防止するための必要条件の１つは、液体金属とロールが接触する初期の間、引き出される熱流束が大きいことである。この目的で、メニスカス領域（液体金属表面とロール表面の界面につけられた名前）の液体金属の表面を覆う不活性化ガスは、鋼に可溶なガスを含むか、あるいは完全にそのようなガスで構成するのが好ましい。この目的で、窒素を使用するのが常套的であるが、水素、アンモニア、または炭酸ガスを使用することも考えられる。ほぼ１００％不活性化雰囲気を作る不溶性ガスとして、アルゴンを使用するのが常套的であるが、ヘリウムなど別の不溶性ガスの使用も考えられる。鋼に対して顕著に可溶なガスを用いると、不溶性ガスは、ロール表面内の凹部への金属の浸透において、可溶性ガスよりもより大きな緩和効果を有するため、鋼とロール間の接触が改善される。同様に、ロールのわずかな表面粗さによって、ロールと金属の間の接触が緊密となり、高い熱流束がもたらされる。
【００１５】
しかし、凝固が開始した後に、非常に高い平均熱流束があると、この流束の局所値が変動するリスクが増大する。事実、帯板に表面クラックを生じさせるのはこのような不均質性であり、それは不均質性によって、まだ強度の低い表面の様々な領域間に引張り力が発生するからである。したがって、シェルがロールに接触して凝固、冷却するステップを通して、マイクロクラックの形成を防止するのが望ましい場合には、可能であるならば、鋳造条件について満たすべき様々な要件間に、妥協策が見つかるであろう。
【００１６】
この目的で、フェライト系ステンレス鋼帯を液体金属から鋳造するための様々な条件について実験を行った。この実験は、厚さ２．９ｍｍ〜３．４ｍｍの帯板を、外部表面を水の内部循環で冷却したニッケル鍍金を施した銅製のロールの間で鋳造して実施した。以下の表１には、様々な試行（ＡからＦで示す）中に鋳造した金属の組成とそれぞれのγｐ指標の値を示し、表２は、様々な試行で得られた結果を、達成できた表面品質として、鋼の組成、不活性化ガスの組成、およびロールの粗さについて示してある。後者のパラメータは、ＩＳＯ４２８７（１９９７）標準に準拠して、計測距離ｌｍの範囲内の中央線に沿った粗さプロファイルの変動の算術平均で定義される、平均粗さＲａで表した。この中央線は、フィルタリングによって得られ、計測されたプロファイルを、この線分より上の面積が、線分の下の面積と等しくなるように切断する線分として定義される。この定義による式は以下のようになる。
【００１７】
【数１】
0004582916.tif 000002
【００１８】
【表１】
0004582916.tif 000003
【００１９】
【表２】
0004582916.tif 000004
【００２０】
鋼Ａ、Ｂ、Ｆについては、不活性化ガス（窒素／アルゴンの混合）の窒素含有率が６０％以上のときはマイクロクラックが存在しない。これらの鋼はすべて、γｐ指標が４５．７％〜５３．４％にあり、Ｒａが７または１１μｍのロールで鋳造された。
【００２１】
鋼Ｃで実施した実験から、Ｒａが８．５μｍで窒素の多い不活性化ガスを用いた場合でも、γｐ指標が低い（２９．５％）鋼を鋳造したときには、マイクロクラックが規則的に発生することがわかる。しかし、γｐ指標が６２．０％である鋼Ｄについて実施した実験からは、鋳造した鋼のγｐ指標が非常に高い場合でもマイクロクラックが発生することがわかる。
【００２２】
鋼Ｅについて実施した実験から、鋼の組成と不活性化ガスが先行実施した試行からみて適当であるときでも、ロールの粗さが小さい（Ｒａが４μｍ）とマイクロクラックが形成されることがわかる。
【００２３】
これらの様々な結果は、次のように説明できる。
【００２４】
クラックのない帯板を得るためには、第１に、金属とロールの最初の接触において引き出される熱流束が大きいことが必要である。不活性化ガスが鋼中に十分に溶解しない場合には、引き出される平均熱流束が小さすぎて、鋼は十分均一に凝固せず、そのためにマイクロクラックの形成が促進される。この観点では、先験的に、ロールの粗さを小さくすることも望ましいであろう。しかし、粗さＲａが小さすぎる場合には、凝固開始場所の数と総表面積が非常に大きくなり、このためにマイクロクラックを発生させる過剰な急速冷却がもたらされる。さらに、シェル凝固と冷却過程における後続ステップで要求される条件も考慮に入れる必要がある。実験によると、不活性化ガス中の可溶性ガス含有率を少なくとも６０％にすることと、ロール粗さＲａを５μｍより大きくすることを組み合わせることで、満足な結果が得られることがわかっている。
【００２５】
残りの過程中において、シェルがロールに接触して凝固し、冷却されるとき、先述のように、やはりマイクロクラックの原因となる熱的な不均質性を防止するために、引き出される熱流束が大きくなりすぎるのを避けることが必要である。この観点から、粗さのピークが凝固の開始と成長の場所として働き、金属が必ずしもその底まで達することなく侵入する谷の部分が、表皮が凝固、冷却するときの表皮の体積の変動を吸収する収縮ポイントとして作用することから、最小粗さＲａ５μｍの値が正当化される。しかし、２０μｍより大きな粗さＲａは推奨できないのは、そうしない場合には帯板の表面に「凹部」として刻印される粗さが大きくなり、これは後続の冷間圧延や転化ステップ中に低減することが困難であるからである。したがって、この場合も表面外観が不完全になる最終製品を得るリスクがある。所望のロール粗さは、ショットブラスト、レーザ加工、フォトエッチング処理、放電加工処理など、この目的で知られる任意の手段を用いて達成することができる。
【００２６】
液体金属の組成で与えられるγｐ指標の値が高いと、接触アーク全体にわたってδ→γ変態が増幅される。したがって、凝固したシェルは、前記接触アーク上で剥離を起こし、この剥離によって、シェルがすでに凝固しているときに、シェルの弱さが原因によるマイクロクラックを発生させることなく、引き出される熱流束が緩和され、かつ適当なレベルに維持される。実験によると、γｐ指標の最小値として設定すべき値は３５％であることがわかった。γｐ指標が６０％を越えると、δ→γ変態によって生じる剥離が大きくなりすぎて、シェルの強度が過剰に低下する結果、マイクロクラックが発生する。
【００２７】
したがって本発明は、多くの異なるメカニズムによって鋳造帯板上に形成される表面マイクロクラックの発生を防止するための必要性から要求される、時には相反する要件間における、妥協案を提供するものである。本発明は、高価な合金元素（アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ニオブなどの安定化元素が任意選択で添加される）を不要にすることができる。その上、本発明は、ロールから離れた後の、帯板の冷却と巻取りについて特殊な条件を必要としない。