(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼のスラブの側面に肉盛り溶接金属層を設けて熱間圧延する方法において、肉盛り溶接金属層が下記式（１）を満足していることを特徴とするステンレス鋼の熱間圧延方法。
Ｙｍ／５≦ Ｙ ≦Ｙｍ ・・・・・（１）
ただし、
Ｗ／Ｈ≧３．２の場合は、
Ｙｍ＝０．８Ｈ2／Ｗ
Ｗ／Ｈ＜３．２の場合は、
Ｙｍ＝０．２５Ｈ
ここで、
Ｙ：スラブの上面または下面と、側面とが交わる各稜線と溶接
肉盛金属層とのそれぞれの距離（ｍｍ）
Ｙｍ：Ｙの許容最大値（ｍｍ）
Ｗ：スラブ幅（ｍｍ）
Ｈ：スラブ厚さ（ｍｍ）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スラブの側面に肉盛り溶接金属層を設けることにより、熱間圧延時に発生する耳割れを防止することのできるステンレス鋼の熱間圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼の中性子吸収能、快削性、耐食性および高強度等の特性を改善するためにＢ，Ｓ，ＭｏおよびＮ等の元素を多量に含有させたステンレス鋼が開発され使用されている。しかし、これらの特殊なステンレス鋼は変形抵抗が高くなり、難加工性となる。したがって、このような難加工性のステンレス鋼は、熱間圧延時には変形能不足にともない耳割れやヘゲ疵が発生しやすい。
【０００３】
ステンレス鋼は、融点近くまで昇温した場合には溶融脆性が生じ、また１１００℃以下の温度では偏析元素の濃化にともなう粒界脆性を示す。ＢやＳを多量に含有させた鋼では、（Ｃｒ，Ｆｅ）2 Ｂや（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｓ等の非金属介在物が混在した組織となり、その介在物との境界からボイドが発生し、それが割れに進展する。
【０００４】
これまでに、このような熱間脆性の発生を回避して、歩留まりよく熱間加工製品を製造するために、化学組成の調整やスラブ表面に加工性のよい金属をクラッドしたり、最終熱間加工時の加熱温度、加工温度の適正化が図られてきた。
【０００５】
上述した特殊なステンレス鋼は、鋳造時の欠陥が発生しやすいこともあって、インゴットを鋳造して熱間鍛造によりスラブとして熱間圧延する方法が主に採用されてきた。
【０００６】
ところが近年、低価格化の要請が高まり、これらの特殊ステンレス鋼の連続鋳造化が進み、連続鋳造スラブの熱間変形能を確保することがさらに困難となり、歩留まりを向上させることが重要な課題となっている。
【０００７】
化学組成の調整により熱間変形能を改善しえない鋼種の耳割れを防止する手段として、被加工材の表層部の加工性を改善する方法がある。Ｂ含有ステンレス鋼の例として、特開昭６３−７６７０３号公報には、変形能の良好な鋼を鋼片の側面にクラッドまたは肉盛り溶接する方法が開示されている。
【０００８】
特公平３−５４００７号公報には、鋼塊の４面を鉄筒にて梱包し、分塊圧延または鍛造にて圧着する方法が開示されている。
【０００９】
また、特開平９−２６９３９８号公報には、スラブの側面に、Ｂ含有量が０．３％以下で、δフェライトを３〜１２体積％含有する厚さ３ｍｍ以上の肉盛り溶接層を設けたオーステナイト系ステンレス鋼の熱間圧延用素材、およびこの素材を１１００〜１２００℃に加熱して圧延する方法が開示されている。
【００１０】
これらの方法の基本的な思想は、熱間変形能の劣る鋼片を熱間変形能の良好な鋼で被覆して熱間加工割れの発生を防止するところにある。
【００１１】
しかし、上記の方法について製造コストを評価するため、種々試験をおこなった結果、これらの方法は耳割れの防止には効果的であるが、スラブ側面全面に肉盛り溶接する方法やスラブ４面をクラッドする方法は、必ずしも製造コストの低減にはならないことが明らかとなった。
【００１２】
例えば、変形能の良好な鋼を鋼片の側面にクラッドする方法では、１００ｍｍ厚以上の鋼片への溶接開先付与のための機械加工費用が著しく高く、その後の溶接作業費を無視しても割にあわない。また、肉盛り溶接金属層を設ける方法は、比較的安価ではあるが、熱間圧延製品に肉盛り溶接金属が残るためにトリム等の方法による除去が必要なこと、この除去代が片側３０〜５０ｍｍにも及び、肉盛り溶接を実施しない場合の耳割れ量に匹敵することが明らかとなった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、側面に肉盛り溶接層を設けたステンレス鋼スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造する方法において、製造コストを低減することにある。具体的には、肉盛り溶接を効率よくおこなうと共に、圧延後の鋼板に残存する肉盛り溶接金属の量を少なくし、トリム代を少なくすることのできる方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は以下の通りである。
【００１５】
ステンレス鋼のスラブの側面に肉盛り溶接金属層を設けて熱間圧延する方法において、肉盛り溶接金属層が下記式（１）を満足していることを特徴とするステンレス鋼の熱間圧延方法。
【００１６】
Ｙｍ／５≦ Ｙ ≦Ｙｍ ・・・・・（１）
ただし、
Ｗ／Ｈ≧３．２の場合は、
Ｙｍ＝０．８Ｈ2／Ｗ
Ｗ／Ｈ＜３．２の場合は、
Ｙｍ＝０．２５Ｈ
ここで、
Ｙ：スラブの上面または下面と、側面とが交わる各稜線と溶接
肉盛金属層とのそれぞれの距離（ｍｍ）
Ｙｍ：Ｙの最大許容値（ｍｍ）
Ｗ：スラブ幅（ｍｍ）
Ｈ：スラブ厚さ（ｍｍ）
本発明者らは、肉盛り溶接金属層（以下、単に溶接金属層と記す）をスラブ側面に設ける方法は、耳割れ防止に効果があり、比較的低製造コストであることに着目し、肉盛り溶接作業の効率改善と熱間圧延後の鋼板に残存する溶接金属除去のためのトリム代を少なくすることを目的とし、以下のような試験を実施した。
難加工性ステンレス鋼のスラブの側端面近傍の熱間圧延における変形挙動と耳割れ発生挙動を詳細に調査することから研究を始めた。
【００１７】
熱間変形能が非常に乏しいステンレス鋼として１％Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼を選んだ。圧延試験片として、連続鋳造したスラブから幅１４０ｍｍ、厚さ７０ｍｍ、長さ２００ｍｍの鋼片を１０枚切り出した。
【００１８】
この鋼片の片側の側面に、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０８からなる直径が３ｍｍの溶接ワイヤを用いて、ＴＩＧ２層溶接にて５ｍｍ厚の溶接金属層を設けた。もう一方の側面には溶接金属層を設けなかった（以下、無垢側と記す）。
【００１９】
ＴＩＧ溶接条件は、電流１６０Ａ、電圧１７Ｖ、溶接速度１０ｃｍ／ｍｉｎであった。
【００２０】
ＳＵＳ３０８は、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接に最も一般的に用いられる溶接材料であり、溶接金属層の欠陥が無いことをダイチェックで確認した。
【００２１】
この圧延試験片を用いて、ワークロール直径が４５０ｍｍのリバース式熱間圧延機で、次のような圧延実験をおこなった。
【００２２】
圧延試験片の加熱温度は、溶融脆性を避けるために１１８０℃とした。加熱後次に示す１０パスのパススケジュールにより圧延した。なお、圧延は各パス毎で圧延を中止し、中途圧延材９枚と最終パスまで圧延した圧延材１枚とを得た。なお、各パス後の試験片表面温度も測定した。
【００２３】
７０→５７→４５→３５→２８→２１→１６→１２→９→７→５（ｍｍ）
圧延後、試験片の表面に生成した酸化スケールを除去し、試験片側面の形状変化と熱間加工割れの発生挙動を観察した。
【００２４】
その結果、圧延の進行にともない鋼片側面の幅方向への張り出し（バルジング）が発生して幅が増加し、さらに圧延が進行するに従い、試験片の上面または下面近傍の側面が圧延面に回り込んでいた。
【００２５】
この幅広がりは圧延開始から５パス程度で大きくなっていた。この初期の圧延パスでの温度降下は大きくなく、およそ１０８０℃（鋼片の加熱温度−１００℃）以上を保っていた。そして無垢側でも耳割れの発生は見られなかった。６パス以降の圧延では鋼板の表面積が増加するとともに温度降下も大きくなつた。
【００２６】
６〜７パス後から無垢側の側面の自由変形面（ワークロール面に回り込まなかった側面）に耳割れが発生した。
【００２７】
すなわち、試験片側面のうち圧延面に回り込んだ部分には耳割れの起点は発生していなかった。その後のパスで試験片側面（自由変形面）に応力が集中して耳割れが拡大し、最終パスまで圧延した試験片では１０〜１５ｍｍの長さに進展していた。この耳割れを除去するためのトリム代は２０ｍｍ必要であった。
【００２８】
一方の溶接金属層を設けた側面では、溶接金属の上面または下面への回り込み量が上面で１９ｍｍ、下面で１６ｍｍであった。圧延後、この異材である溶接金属層を除去するためにやはり２０ｍｍのトリム代を必要とした。
【００２９】
このような結果から、耳割れ防止の観点からは、圧延初期に側面から圧延面に回り込む側面に溶接金属層を設けておく必要はなく、むしろそのような溶接金属層を設けておくと熱間圧延製品のトリム量の最小化の点から有害であることを知見するに至った。この知見に基づき、さらに下記のような実験を実施した。
【００３０】
前記の連続鋳造鋳片から、厚さ（Ｈ）：７０〜２１ｍｍ、長さ（Ｌ）：２００ｍｍ、幅（Ｗ）：７０〜２１０ｍｍの圧延試験片を切り出した。試験片の厚さと幅を変化させたのは、圧延前のスラブ寸法の影響を調べるためである。
【００３１】
この圧延試験片の一方の側面に、上記した溶接条件でＳＵＳ３０８鋼を用いて溶接金属層を設けた。
【００３２】
図１は、溶接金属層を設けた圧延試験片の斜視図である。図１に示すように、試験片１の上面Ａおよび下面Ｂと側面Ｃとが交わる各稜線３、３ａから厚さ方向にＹ（０〜２０ｍｍ）までの範囲を除く部分に、ＴＩＧ１層溶接にて３ｍｍ厚の溶接金属層２を設けた。
【００３３】
この試験片を１１８０℃に加熱し、上記熱間圧延機で５ｍｍ厚まで熱間圧延した。そして無垢側の耳割れ除去のためのトリム代Ｄと、溶接金属層を設けた側の溶接金属と耳割れを完全に除去するのに必要なトリム代Ｅを測定し、その大小関係を比較した。
【００３４】
厚さ７０ｍｍ、幅１４０ｍの試験片の例では、Ｙの値を４．５、９．０、１３．５、１７．５および２１．０ｍｍと変化させたときのＤおよびＥの値は表１に示す通りであった。Ｙが２１．０ｍｍの場合は、耳割れが発生したためＤが増加している。
【００３５】
【表１】
0004214334.tif 000002
【００３６】
トリム代が、Ｅ＜Ｄであり、かつ耳割れの発生が防止できる場合に、溶接金属層による耳割れ防止が有効となり、Ｙが大きいほど圧延後の溶接金属を除去するためのトリム代が小さくなることが分かった。
【００３７】
このような試験の結果に基づき、圧延前の試験片寸法とＹ耳割れ発生との関係を整理した結果、以下の知見を得た。
【００３８】
ａ）Ｙの最大許容値（Ｙｍ）は、溶接金属層を設けることにより耳割れの発生を防止することができる値で、かつ圧延後、残存溶接金属を除去するためのトリム代が、無垢のまま圧延した場合のトリム代よりも小さくなる値であり、圧延前のスラブの幅（Ｗ）と厚さ（Ｈ）に依存している。
【００３９】
ｂ）Ｙｍは、Ｗ／Ｈが３．２を堺に以下のように変わる
３．２以上の場合は
Ｙｍ＝０．８Ｈ2／Ｗ
３．２未満の場合は、
Ｙｍ＝０．２５Ｈ
ｃ）Ｙの最小値は、圧延によりスラブの上面または下面に回り込む側面部に溶接金属層を設ない場合のＹ値であり、この値も圧延前のスラブの幅（Ｗ）と厚さ（Ｈ）に依存しており、Ｙｍの１  ／５となる。
【００４０】
本発明者らは、上記結果の汎用性を確認するために、肉盛り溶接材料、難加工性ステンレス鋼の種類を種々変化させて追加実験をおこなったが、同じ結果が得られた。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００４２】
（１）ステンレス鋼スラブ
一般の連続鋳造スラブ、分塊鍛造スラブ、分塊圧延スラブ等のいずれのスラブにも本発明の方法を適用することができる。これらのスラブは直方体である。スラブの熱間圧延においては、スラブをその幅方向に圧延する幅出し圧延がおこなわれる場合があるが、スラブの側面とは、主圧延方向における側面（長辺が圧延方向となる面）である。
【００４３】
本発明の方法は、熱間圧延が困難な難加工性のステンレス鋼であればどのような鋼種にも適用することができる。難加工性ステンレス鋼としては、重量％でＢ：０．３〜３％、Ｓ：０．１〜１％、Ｍｏ：１〜１０％、Ｎ：０．１〜１％、Ｓｉ：２〜６％、Ｃｕ：２〜６％、Ｎｂ：０．５〜５％等を含有するオーステナイト系ステンレス鋼や２相ステンレス鋼等が挙げられる。
【００４４】
（２）溶接金属層
スラブの側面に設ける溶接金属層は、ＴＩＧ溶接、被覆アーク溶接、バンドアーク溶接等の常法により設けることができる。
【００４５】
溶接金属層の厚さは、加熱炉中の酸化ロスを考慮して２ｍｍ以上にするのが望ましい。一方、厚さが１０ｍｍ以上になると溶接作業が長くなり、製造コスト高となる。１％Ｂ含有オーステナイト系ステンレス鋼の場合、溶接材料としてはＳＵＳ３０８Ｌ鋼、ＳＵＳ４３６Ｌ鋼が適切であった。ＳＵＳ３０８Ｌ鋼はオーステナイト系ステンレス鋼に対する溶接材料として一般的に使用される。
【００４６】
スラブ側面に溶接金属層を設ける範囲は、下記式（１）の通りとする。
【００４７】
Ｙｍ／５≦ Ｙ ≦Ｙｍ ・・・・・（１）
ただし、
Ｗ／Ｈ≧３．２の場合は、
Ｙｍ＝０．８Ｈ2／Ｗ
Ｗ／Ｈ＜３．２の場合は、
Ｙｍ＝ ０．２５Ｈ
前記図１は、スラブと同じ形状である圧延試験片の斜視図であるが、試験片１をスラブに置き換えて、上記記号を説明する。
【００４８】
Ｙは、スラブ上面Ａまたは下面Ｂと、側面Ｃとが交わる各直線（稜）３，３ａと溶接金属層２との距離（ｍｍ）を示し、ＹｍはＹの最大許容値（ｍｍ）、Ｗはスラブ幅（ｍｍ）、Ｈはスラブ厚さ（ｍｍ）である。
【００４９】
Ｙの最大許容値Ｙｍと、最小値Ｙｍ／５は熱間圧延用鋼片の圧延前のスラブ幅Ｗおよび厚さＨに依存する。
【００５０】
Ｙが、上限Ｙｍを超えると耳割れが発生し、下限Ｙｍ／５より小さいと溶接金属層によるトリム量低減効果がほとんどなくなる。したがってＹの範囲をＹｍ／５以上Ｙｍ以下とした。
【００５１】
実際のスラブでは、上記スラブの稜は面取り加工が施されることがある。
【００５２】
図２は、面取り加工がなされたスラブの部分横断面図である。面取りされている場合の上記稜とは、スラブ上面Ａまたは下面Ｂの延長線４ａ、４ｂと、側面Ｃの延長線５ａ，５ｂと交わる稜線３，３ａをいう。したがって、側面投影図において上記式（１）を満たしていれば面取り部の溶接被覆は不要である。
【００５３】
まお、溶接金属層に溶接割れ、溶接欠陥があると、それらに起因して耳割れが発生する場合がある。したがって、溶接割れや溶接欠陥を防止するために鋼片を予め加熱する予備処理、溶接材料、溶接入熱量等を適正に管理するのが好ましい。
【００５４】
（３）熱間圧延
熱間圧延は、スラブから厚板を製造する場合の熱間圧延および熱延鋼帯を製造する場合の熱間圧延をいう。
【００５５】
スラブの加熱温度は、溶融脆性が生じない範囲内での高い温度に設定するのが好ましい。多くの難加工性ステンレス鋼は、合金元素が固相線温度を低下させるために溶融脆性が発生しやすいので、加熱温度を１２３０℃以下に制限する必要のある鋼種が多く存在する。熱間圧延仕上げ温度は高い方が耳割れ防止にとって好ましい。しかし溶接金属層の熱間変形能が許す限り、６００〜９００℃の低温仕上げとすることも可能である。
【００５６】
【実施例】
表２に示す４種の化学組成のステンレス鋼の連続鋳造スラブ、連続鋳造スラブを分塊圧延したスラブおよびインゴットを分塊圧延したスラブを製造した。
【００５７】
【表２】
0004214334.tif 000003
【００５８】
表３に示す肉盛り溶接材料、Ｙ−３０８ＬまたはＳＵＳ４３６Ｌを用いてバンドアーク溶接またはＴＩＧ溶接によりＹの値を０〜３０ｍｍの範囲内で種々変化させて各スラブの側面に溶接金属層を設けた。
【００５９】
【表３】
0004214334.tif 000004
【００６０】
溶接金属層の厚みは、いずれも５ｍｍとした。次いで、熱間圧延により厚さ６ｍｍまで圧延して熱延鋼板とした。
【００６１】
このときスラブの加熱温度は、１％Ｂ鋼で１１９０℃、０．３％Ｓ鋼で１２２０℃、ＳＵＳ６３０鋼で１２３５℃とした。仕上げ温度は表３に記載した通りであった。
【００６２】
得られた鋼板の耳割れおよび溶接金属層の回り込み量を調査し、耳割れを全て除去するのに必要トリム量Ｂを測定した。その結果を表３に示す。
【００６３】
表３から明らかなように、本発明例では、耳割れが発生せず、また耳割れ防止に使用した溶接金属除去のためのトリム量が１０ｍｍ未満であり、比較例の２３〜３５ｍｍに比べて極めて少なく歩留まりがよい。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、スラブ側面に溶接金属層を設けるのに溶接時間が短縮され、かつ熱間圧延後の鋼板のトリム代が少なくなるので、トリム作業費、鋼板の歩留まりがよくなり、ニーズが高まっている特殊用途の難加工性ステンレス鋼を安価に市場に供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】肉盛り溶接金属層を側面に設けた圧延試験片の斜視図である。
【図２】        面取り加工がなされたスラブの部分横断面図である。
【図１】
0004214334.tif 000005
【図２】
0004214334.tif 000006