(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１〜５質量％のＣｕを含むオーステナイト系ステンレス鋼を連続鋳造する際、スラブ中心部におけるＣｕ合金相の粒径が５０μｍ以下となるようにクレータエンド部に０．２〜０．５リットル／ｋｇ−鋼の比水量で冷却水を吹き付けることを特徴とするＣｕ含有ステンレス鋼スラブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、加工性，耐食性の改善に有効なＣｕを添加したステンレス鋼スラブの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び問題点】
Ｃｕは、ステンレス鋼の加工性，耐食性を改善する合金成分であり、ＳＵＳ３０４Ｊ１，ＳＵＳ３０４Ｊ２，ＳＵＳ３０４Ｊ３，ＳＵＳ３１６Ｊ１，ＳＵＳ３１６Ｊ１Ｌ，ＳＵＳ３１７Ｊ５Ｌ，ＳＵＳＸＭ７，ＳＵＳ６３０等がＣｕ含有ステンレス鋼として使用されている。
Ｃｕは、加工性，耐食性の改善には有効であるものの、鋼の熱間加工性に悪影響を及ぼす代表的な成分である。たとえば、Ｃｕ含有鋼では、０．３質量％未満のＣｕを含む場合でも軽微な表面疵が発生し易い。熱間加工性に及ぼすＣｕの悪影響はＣｕ含有量の増加に伴って顕著になり、０．３質量％以上で小さな割れ、０．８質量％で割れ疵が著しく大きく成長する傾向にある。実際、特に１質量％以上とＣｕを多量に含む鋼種にあっては、熱延時に割れや二枚割れ（鰐口割れ）等のトラブルが発生し易く製造性が阻害されている現状である。
【０００３】
【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、クレータエンド部の冷却を強化することにより、Ｃｕ合金相の粗大化を抑制し、熱延時に割れ，鰐口割れ等の発生がない連鋳スラブを得ることを目的とする。
本発明の製造方法は、その目的を達成するため、１〜５質量％のＣｕを含むオーステナイト系ステンレス鋼を連続鋳造する際、スラブ中心部におけるＣｕ合金相の粒径が５０μｍ以下となるようにクレータエンド部に０．２〜０．５リットル／ｋｇ−鋼の比水量で冷却水を吹き付けることを特徴とする。
【０００４】
【作用】
Ｃｕ含有ステンレス鋼の熱延時に発生する割れ，鰐口割れ等について種々調査・研究した。割れ発生部分を調査したところ、割れの起点となった部分の結晶粒界にＣｕが存在し、且つ割れに沿ってＣｕが分布していることを見出した。
そこで、熱延割れが発生したスラブに内在する要因を解明するため、熱延割れが発生したチャージのスラブ及び良好な熱延結果を示したチャージのスラブを調査した。通常、スラブの中心部にはＣ，Ｐ，Ｓ等の溶質元素が中心偏析するが、Ｃｕも同様に中心偏析する元素である。すなわち、スラブ中心部では、凝固による収縮が始まるとＣｕを濃縮した溶鋼が吸引されるため、Ｃｕ濃度が高くなり、Ｃｕ等の溶質元素が濃縮した低融点の析出相（Ｃｕ合金相）が存在する。
【０００５】
熱延割れが発生したチャージのスラブを調査した結果、スラブ中心部に粗大なＣｕ合金相の粒界析出が検出された。他方、熱延割れが発生しなかったチャージのスラブでは、小さなサイズのＣｕ合金相が粒内に析出していた。粗大なＣｕ合金相が粒界析出したときに熱延割れが発生したことは、熱延時の加熱によりＣｕ合金相が粒界で液膜化し、熱延時の応力で割れを発生させたことを意味する。
そこで、Ｃｕ合金相の形態に差が生じる原因を調査し、Ｃｕ合金相を微細化する製造法を検討した。熱延割れが発生したチャージのスラブは、良好な熱延結果を示したチャージのスラブと比較すると、クレータエンド部の冷却が弱い条件下で製造されたスラブである。なお、クレータエンド部とは、凝固収縮により溶質濃化鋼の吸引が生じ易い範囲、すなわちスラブ中心部の固相率が０．１〜１．０の範囲をいう。
【０００６】
冷却条件が弱いと、クレータエンド部の凝固シェル温度が高いので強度が低く、連鋳時のロール間でバルジングが発生し易くなる。バルジングは、凝固収縮に加え、Ｃｕを濃化した溶鋼の吸引を更に促進させる。その結果、Ｃｕの中心偏析が助長され、スラブ中心部に粗大なＣｕ合金相が析出する。
粗大なＣｕ合金相が熱間割れの原因であることから、クレータエンド部の冷却条件を適正化してバルジングを防止するとき、Ｃｕの中心偏析が軽減され、Ｃｕ合金相の粗大化が防止されることが予想される。通常の連続鋳造条件下で凝固収縮による溶質濃化溶鋼の吸引が起こり得る範囲は、クレータエンド部、すなわちスラブ中心部の固相率０．４〜１．０の範囲にある。そこで、この範囲においてＣｕ合金相の粒径と冷却条件との関係を調査した結果、スラブ中心部のＣｕ合金相が粒径５０μｍ以下となるように冷却条件を強化するとき、熱延時に割れが発生しないことを解明した。
【０００７】
本発明が対象とするステンレス鋼は、１〜５質量％と多量のＣｕを含んでいるため、スラブ中心部にＣｕ合金相が析出し易い鋼種である。顕微鏡観察によるＣｕ合金相の占有面積率は、Ｃｕ含有量の増加に伴って大きくなる。Ｃｕ添加による加工性及び耐食性の改善効果は１質量％以上で顕著になるが、５質量％を超える多量のＣｕ添加では熱間加工性が著しく低下し、工業的には製造不可能になる。本発明が対象とするステンレス鋼は、１〜５質量％のＣｕを含むオーステナイト系ステンレス鋼である。他の任意成分として、Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｂ，希土類金属（ＲＥＭ），Ｙ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｗ，Ｎ等を含む鋼種も対象とされる。
【０００８】
熱延割れを発生させないためのＣｕ合金相の最大粒径５０μｍは、本発明者等による調査・研究の結果から見出された値である。Ｃｕ合金相の最大粒径は、スラブ断面の厚み方向中心部を光学顕微鏡で観察し、１００個以上のＣｕ合金相について粒径を測定し、最大測定値として得られる。
クレータエンド部の冷却を強化し、バルジングの発生を抑制した場合、Ｃｕ合金相の粒径が５０μｍ以下になって粒界にほとんど析出しなくなる。粒界に析出している場合でも、Ｃｕ合金相の粒径が小さいため熱延時の加熱によってマトリックスに再固溶し易い。そのため、粒界で液膜化し難くなり、熱延割れが抑えられる。これに対し、バルジングが発生した場合ではＣｕ合金相が最大粒径６０〜１００μｍと粗大でしかも粒界に析出しているため、熱延時の加熱でＣｕが粒界で液膜化し、熱延割れが発生し易くなる。
【０００９】
Ｃｕ合金相の粒径は、スプレー冷却，ミスト冷却等でスラブを冷却する際、クレータエンド部の冷却条件により制御される。冷却条件の制御には、スラブのクレータエンド部に吹き付けられる冷却水の流量を調整する方法が採用される。しかし、Ｃｕ合金相を粒径５０μｍ以下にするためのクレータエンド部における冷却水量は、スラブの断面積，鋳造速度及び鋼中にＣｕ濃度に応じ異なるため一義的に決められるものではないが、おおよその目安として０．２〜０．５リットル／ｋｇ−鋼の比水量で冷却水を吹き付けるときＣｕ合金相の粒径が５０μｍ以下に抑えられる。
【００１０】
【実施例１】
ＳＵＳ ＸＭ７（Ｃｕ含有量３質量％）を基本組成とするオーステナイト系ステンレス鋼（７０トン／チャージ）を電気炉，転炉，ＶＯＤ工程を経て溶製し、厚み２００ｍｍ，幅１０００ｍｍのスラブに連続鋳造した。連続鋳造時の鋳造速度及びクレータエンド部の比水量を表１に示す。
スラブの中心部からサンプルを切り出し、Ｃｕ合金相の粒径を測定した。また、スラブ中心部から熱延評価用のサンプルを切り出し、実験室での熱延により板厚３ｍｍに熱延した。熱延板を観察して熱延割れの有無を判定し、熱延割れのないものを○，細かな割れが発生したものを△，大きな割れが発生したものを×として評価した。
表１の調査結果にみられるように、冷却条件の制御によりＣｕ合金相を５０μｍ以下の粒径に調整するとき、熱延割れが発生することなく所定板厚の熱延板に製造された。これに対し、冷却条件が弱い比較例では、５０μｍを超える大きなＣｕ合金相が析出しており、熱延時に割れが発生した。
【００１１】
【実施例２】
ＳＵＳ３１６Ｊ１（Ｃｕ含有量２質量％）を基本組成とするオーステナイト系ステンレス鋼（７０トン／チャージ）を実施例１と同様に溶製，連続鋳造した。そして、実施例１と同様に、得られたスラブの中心部におけるＣｕ合金相の粒径を測定すると共に、実験室での熱延により板厚３ｍｍに熱延した。
この場合にも、Ｃｕ合金相を５０μｍ以下の粒径に調整するとき、熱延割れが発生することなく所定板厚の熱延板に製造された。他方、冷却条件が弱い比較例では、５０μｍを超える大きなＣｕ合金相が析出しており、熱延時に割れが発生した。
【００１２】
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【００１３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、Ｃｕ含有ステンレス鋼を連続鋳造する際、二次冷却時にクレータエンド部の冷却を強化し、スラブ中心部に析出するＣｕ合金相の粒径を５０μｍ以下に抑えている。粒径制御されたＣｕ合金相は、熱延時に結晶粒界で液膜化することがないので、熱延割れ，鰐口割れ等の原因にならない。このようにして、本発明によるとき、従来熱延困難な材料であったＣｕ含有ステンレス鋼スラブを操業上のトラブルなく熱延でき、Ｃｕ添加による加工性，耐食性が改善された素材が製造される。