(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ：７〜１６質量％，Ｃｒ：１６〜２６質量％を含み、δフェライトが１０〜３０体積％を占めるオーステナイト系ステンレス鋼スラブの側面に厚み４ｍｍ以上で且つ２層以上の肉盛り層が形成されており、該肉盛り層の表面から１ｍｍの範囲にある表層部のＣｒ含有量が３．０質量％以下、Ｃ含有量が０．１５質量％以下に規制されていることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の熱間圧延用素材。
【請求項２】
請求項１記載の熱間圧延用素材を幅圧下量３ｍｍ以上で粗圧延した後、熱間圧延することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の熱間圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱間加工性の悪いδフェライト含有オーステナイト系ステンレス鋼の熱間圧延用素材及び熱間圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接用母材に使用されているＳＵＳ３０９Ｓ相当鋼，ＳＵＳ３４７相当鋼，ＳＵＳ３１６相当鋼等のステンレス鋼は、溶接性を改善するため凝固ままの状態をフェライトスコープで測定したときに８体積％以上のδフェライトがオーステナイトマトリックスに残存するように成分設計されている。しかし、凝固ままの状態で１０〜３０体積％のδフェライトがオーステナイトマトリックスに存在すると熱間加工性が著しく低下し、熱間圧延時に耳割れが発生しやすくなる。耳割れは、健全部に飛込み疵，穴あき等の欠陥を発生させる原因となり、熱延鋼帯の歩留低下やグラインダ工程の工数増加を引き起こす。
【０００３】
熱延時に耳割れの発生を防止するため、延性の高い材料でスラブ側面を被覆した後でスラブを圧延することが知られている。たとえば、Ｂ添加したオーステナイト系ステンレス鋼スラブの側面にδフェライトが３〜１２体積％となるようにオーステナイト系ステンレス鋼を肉盛り溶接した熱間圧延用素材（特開平９−２６９３９８号公報），電磁鋼板のスラブ側面に軟鋼相当材質の溶接棒を用いて肉盛り溶接した後で熱間圧延する方法（特開昭５９−１５０６０３号公報）等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、何れによっても、δフェライトが１０〜３０体積％のオーステナイト系ステンレス鋼スラブを熱間圧延すると、耳割れの発生を防止できなかった。実際、ＳＵＳ３０４のフープ材を用いたバンドアーク溶接機でδフェライト１０〜３０体積％のオーステナイト系ステンレス鋼スラブ側面にδフェライト６体積％，厚み５ｍｍの肉盛り層を形成した後で熱間圧延したところ、δフェライト相とオーステナイト相との界面に割れが発生した。また、軟鋼相当材質の肉盛り層をオーステナイト系ステンレス鋼スラブの側面に形成した後で熱間圧延した場合でも、耳割れの発生を完全に防止することはできなかった。
このようにδフェライト１０〜３０体積％を含むオーステナイト系ステンレス鋼は、極めて熱間加工性の悪い材料であり、この材料を耳割れなく熱間圧延する方法はこれまでのところ確立されていない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、オーステナイト系ステンレス鋼スラブの側面に形成する肉盛り層の厚み及び組成を調整すること，更には幅圧下量を規制した粗圧延により、熱延時に耳割れの発生を抑制し、高い歩留でδフェライト含有オーステナイト系ステンレス鋼熱延板を製造することを目的とする。
本発明の熱間圧延用素材は、その目的を達成するため、Ｎｉ：７〜１６質量％，Ｃｒ：１６〜２６質量％を含み、δフェライトが１０〜３０体積％を占めるオーステナイト系ステンレス鋼スラブの側面に厚み４ｍｍ以上の肉盛り層が形成されており、該肉盛り層の表面から１ｍｍの範囲にある表層部のＣｒ含有量が３．０質量％以下、Ｃ含有量が０．１５質量％以下に規制されていることを特徴とする。
熱間圧延に先立って幅圧下量３ｍｍ以上で熱間圧延用素材を粗圧延するとき、耳割れ発生が更に抑制される。
【０００６】
【作用】
本発明者等は、代表的な難熱間加工材であるＳＵＳ３０９Ｓオーステナイト系ステンレス鋼（δフェライト約２３体積％）の厚み５０ｍｍ，幅１００ｍｍ，長さ１５０ｍｍの試験片の側面に種々の鋼種の肉盛り層を形成して熱延実験することにより、肉盛り層の鋼種が耳割れ抑制に及ぼす影響を調査した。１パス当りの圧下率を２５％一定として多パス圧延し、耳割れが発生したパス数で耳割れ性を評価した。この評価法によるとき、耳割れ発生に至るパス数が多いほど、耳割れ改善効果が高いことを意味する。
【０００７】
ＳＵＳ３０４を溶接材料として用いバンドアーク溶接機により厚さ約５ｍｍの肉盛り層をＳＵＳ３０９試験片の両側面に形成した。形成された肉盛り層の表層側をフェライトスコープで観察したところ、δフェライトが６体積％であった。
肉盛り層で側面が覆われたＳＵＳ３０９試験片を熱延実験し、肉盛り層を形成していないＳＵＳ３０９試験片の熱延結果と比較した。肉盛り層を設けていないＳＵＳ３０９試験片では４パス目に耳割れが発生したが、６体積％のδフェライトを含むＳＵＳ３０９試験片では５〜６パス目に耳割れが発生した。すなわち、肉盛り層の形成によって耳割れ発生に対する改善効果はみられるものの、耳割れを完全に防止することはできなかった。耳割れが生じた試験片の肉盛り層を観察した結果、肉盛り層のδフェライトとオーステナイト相との界面で割れが発生しており、このδフェライトとオーステナイト相の界面を割れが伝播したものと推察される。
【０００８】
ＳＵＳ４３０を溶接材料として用いバンドアーク溶接機により厚さ約５ｍｍの肉盛り層をＳＵＳ３０９試験片の両側面に形成した。形成された肉盛り層の表層側をフェライトスコープで観察したところ、一般的に良好な熱間圧延性が得られる約６０体積％のδフェライト量を確保できた。しかし、肉盛り層の表面に溶接割れが発生しており、熱間圧延時にこの溶接割れを起点とする割れが発生した。
【０００９】
Ｃ：０．２０質量％の軟鋼を溶接材料として用いＳＵＳ３０９試験片の両側面に同様な肉盛り層を形成した後で熱延実験したところ、１０パスまで割れが発生しなかった。肉盛り層の表面にも溶接割れが検出されなかった。そこで、Ｃ：０．２０質量％の軟鋼を溶接材料として用い、側面の酸化スケールを除去した厚さ２００ｍｍ，幅１０００ｍｍ，長さ８ｍのＳＵＳ３０９オーステナイト系ステンレス鋼（δフェライト：約２３体積％）の連鋳スラブの側面にバンドアーク溶接法で肉盛り層を形成した。しかし、形成された肉盛り層の表面に多数の割れが発生した。この割れは、溶接金属がマルテンサイト組織となって硬化すること，拡散性水素量が多くなること，拘束力が大きくなること等の要因が重畳して発生する低温割れと考えられる。
【００１０】
一方、連鋳スラブは、小サンプルに比較して肉盛り層の冷却速度が著しく速いため硬質のマルテンサイト量が増大し、水素の拡散が不充分なことから低温割れが生じたものと考えられる。一般に、予熱，後熱は溶接金属の硬質化を緩和し，水素の除去を促進させることから低温割れに有効とされている。しかし、連鋳スラブを予熱，後熱するためには大型の加熱炉を必要とし、設備負担が大きくなる。
【００１１】
そこで、肉盛り層の割れを防止するため、溶接金属の割れ感受性を低下させる方策を検討した。先ず、溶接材料中のＣ量が割れに及ぼす影響を調査した。Ｃ量の異なる鋼製溶接材料を用い連鋳スラブに種々の条件で肉盛り溶接し、肉盛り層の表面から１ｍｍまでの領域から採取したサンプルを化学分析して肉盛り層の成分を求め、この成分とスラブ片面当り（１．６ｍ2当り）の割れ個数との関係を調査した。割れの有無は、浸透探傷試験法で調査した。その結果、図１に示すように、Ｃ量及びＣｒ量が増加すると肉盛り層が硬化し、割れやすくなった。また、肉盛り層に含まれるＣ量を０．１５質量％以下，Ｃｒ量を３．０質量％以下にすると、肉盛り層の割れを防止できることが判った。
【００１２】
肉盛り層のＣ量は、対象とするオーステナイト系ステンレス鋼のＣ量が０．１質量％以下と少ないため、母材からの影響は少なく、鋼製溶接材料のＣ量にほぼ対応し、少なくとも溶接材料中のＣ量よりも多くなることはない。したがって、肉盛り層のＣ量を０．１５質量％以下にするためには、溶接材料のＣ量を軟鋼よりも低い０．１５質量％以下とする。
肉盛り層のＣｒ量は、母材であるオーステナイト系ステンレス鋼中のＣｒが肉盛り層に溶け拡散することによって増加する。そこで、母材側からの溶込み率、いわゆる希釈率を３０％以下とし、且つ２層以上の肉盛り層を形成することにより、Ｃｒ量を３．０質量％以下にする。
【００１３】
また、実際の熱間圧延では、圧延による肉盛り層の減肉及び酸化スケールロスの発生があるため、肉盛り層は４ｍｍ以上の厚みが必要である。４ｍｍ以上の厚みをもつ肉盛り層は、溶接電流７００Ａ，溶接電圧２４Ｖの一定条件下で溶接速度１５０〜２５０ｍｍ／分で２層以上を肉盛りすることにより形成される。肉盛り層数が多いほど耳割れ抑制効果が高くなるが、１０ｍｍを超える過度に厚い肉盛り層ではコスト上昇の原因となるので、肉盛り層の厚みを４〜１０ｍｍとすることが最適である。
【００１４】
以上の条件で得られた熱間圧延用素材を熱延すると、肉盛り溶接した段階での肉盛り層表面に割れがない場合でも、熱延後に一部耳割れが発生した。そこで、粗熱延でのエッジャーの幅圧下量を種々変更して熱延実験したところ、幅圧下量が多いほど耳割れが抑制され、幅圧下量３ｍｍ以上で耳割れを防止できることを見出した。なお、幅圧下量は、スラブ幅から熱延板の幅を差し引いた値として算出される。
幅圧下圧延が耳割れ防止に及ぼす影響は次のように考えられる。ＳＵＳ３０９Ｓの耳割れが圧延の極初期で開始され、しかも発生場所がスラブコーナーにある。このスラブコーナーを起点とする割れに対しては、幅圧下することにより軟質の肉盛り層がスラブコーナー部を覆い、耳割れの発生を抑制するものと考えられる。この点、耳割れを防止するため、スラブ側面の全域に肉盛り層を形成することが必要である。
【００１５】
【実施例】
表１に示した成分のオーステナイト系ステンレス鋼を厚さ２００ｍｍ，幅１０００ｍｍのスラブに連続鋳造した。鋳造後に測定したδフェライト量は、何れのスラブでも１０〜３０体積％の範囲にあった。
【００１６】
0004573392.tif 000002
【００１７】
スラブ側面の酸化スケールを除去した後、表２に示すＣ量の厚み０．４ｍｍ，幅５０ｍｍのフープ状溶接材料を用いてバンドアーク溶接法でスラブ側面に肉盛り溶接した。溶接条件としては、電圧を２４Ｖ一定とし、電流を６００〜７５０Ａ，溶接速度を１００〜３００ｍｍ／分の範囲で変化させた。溶接速度の変更及び肉盛り層数によって肉盛り層の厚みを変えた。肉盛り層表面を浸透探傷法で測定し、割れの有無を調査した。
両側面に肉盛り層を形成した熱間圧延用素材を１２００℃に加熱し、エッジャーによる幅圧下の条件を変えながら板厚５ｍｍの熱延鋼帯に圧延した。圧延後に熱延鋼帯を表面観察し、耳割れの有無を調査した。比較のため、肉盛り層を形成していないスラブについても同様な条件で熱間圧延した。
【００１８】
表２の調査結果に見られるように、本発明に従った試験番号１〜７では、耳割れが生じても５ｍｍ以下と軽微であり、なかでも幅圧下量を３ｍｍ以上で熱延した場合には耳割れがまったく生じなかった。これに対し、肉盛り層を形成することなく熱間圧延した試験番号８，１１，１３では、３鋼種とも全長にわたって多数の耳割れが発生し、耳割れ深さも２１ｍｍ以上であった。肉盛り溶接した場合でも肉盛り層の厚みが３ｍｍと薄い試験番号１０では、全長にわたる耳割れが発生していた。また、肉盛り層のＣ量又はＣｒ量が本発明で規定する条件を満足しない試験番号９，１２，１４は、耳割れが少なくなっているものの、生じた耳割れ深さが５ｍｍ以上であった。この耳割れは、肉盛り層に発生した割れを起点とするものと推察される。
【００１９】
0004573392.tif 000003
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の熱間圧延用素材は、δフェライトを１０〜３０体積％含むオーステナイト系ステンレス鋼のスラブ側面にＣ量及びＣｒ量が規制された肉盛り層を４ｍｍ以上の厚みで形成することにより、肉盛り層表層の割れに起因する耳割れを含めて熱間圧延時に発生しがちな耳割れを防止している。
この熱間圧延用素材を幅圧下量３ｍｍ以上で粗圧延するとき、耳割れ発生が一層抑制され、熱間加工性の悪いδフェライト含有オーステナイト系ステンレス鋼スラブを高い歩留で熱延板に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラブ側面に形成した肉盛り層のＣ量及びＣｒ量が耳割れ発生に及ぼす影響を表したグラフ
【図１】
0004573392.tif 000004