JP2000273546A - 表面微小欠陥の少ないステンレス鋼帯の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オーステナイト系，マルテンサイト系または
２相系ステンレス鋼の鋼帯製造において、表面微小欠陥
を安定的に低減できる製造法を提供する。 【解決手段】 オーステナイト系ステンレス鋼，マルテ
ンサイト系ステンレス鋼またはフェライト＋オーステナ
イト２相ステンレス鋼のスラブに熱延，焼鈍，酸洗を順
次施して鋼帯を製造するにおいて、熱延工程では巻取り
温度を700℃未満好ましくは600℃以下とし、焼鈍工程で
は最高到達材温Ｔmを1100℃以下とし、かつ700℃からＴ
mまでの平均昇温速度を10℃/s以上好ましくは20℃/s以
上、Ｔmでの均熱時間を0〜1分、Ｔmから700℃までの平
均冷却速度を10℃/s以上好ましくは15℃/s以上とし、酸
洗工程では硝酸濃度を20〜50g/L、かつ弗酸濃度を5〜15
g/Lとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オーステナイト系
ステンレス鋼，マルテンサイト系ステンレス鋼またはフ
ェライト＋オーステナイト２相ステンレス鋼の鋼帯製造
において、表面微小欠陥の少ない鋼帯を製造する方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オーステナイト系ステンレス鋼，マルテ
ンサイト系ステンレス鋼またはフェライト＋オーステナ
イト２相ステンレス鋼の鋼帯を製造する際、熱間圧延工
程では最終パスでの圧下終了後に通常750〜850℃の温度
で巻取られ、次いで焼鈍、および酸洗が施される。この
ようにして得られた焼鈍酸洗鋼帯の表面を観察すると、
微小な凹凸状欠陥が多数生じていることがしばしばあ
る。このような表面微小欠陥が生じた鋼帯の表面を#400
程度のペーパーで軽く研磨してみると、深さ数μmから
サブミクロンオーダーの孔状欠陥が観察される。この種
の表面微小欠陥（以下、単に表面微小欠陥という）は特
に研削除去しない限り、後工程で冷間圧延や鏡面研磨を
施してもなかなか消えることはなく、これがステンレス
鋼板表面の光沢不良の原因となり、用途によっては問題
となる。

【０００３】表面微小欠陥の生成原因については種々調
査がなされてきた。その結果、熱延時あるいは焼鈍時に
鋼帯表面に生じた酸化スケールと金属素地との界面（以
下、酸化スケール／金属界面という）が、凹凸の大きい
界面になっているとき、その界面の凹凸形態が焼鈍−酸
洗後の表面粗さに反映され、これが表面微小欠陥の生成
原因になることがわかってきた。

【０００４】そこで、表面微小欠陥の少ない鋼帯を得る
手段が種々検討されており、例えば、酸洗時間を長くし
て前記界面凹凸の平滑化する方法，酸洗した鋼帯表面の
欠陥を研削除去したのち冷間圧延する方法，冷間圧延で
の１パス当たりの圧下率を大きくして表面粗さを小さく
する方法などが採用されている。また、特開平2−73918
号公報には、熱延直後に砂鉄等の研磨材を高圧水ととも
に熱延鋼帯に噴霧してスケール／金属界面を平滑化する
メカニカルデスケーリング法が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、酸洗時間を長
くする方法、鋼帯表面を研削する方法、冷延１パスあた
りの圧下率を大きくする方法は、いずれも工程負荷を増
大させ、生産性を著しく低下させる。また、研削後に冷
間圧延する方法では、むしろ研削によって新たに生じた
表面凹凸が冷延後に残るという問題もある。前記メカニ
カルデスケーリング法も、デスケールの場所による不均
一性に問題がある。本発明は以上のような問題を解消す
るために案出されたものであり、従来なされてきたよう
に、既に生成した酸化スケール／金属界面の凹凸を除去
するという思想だけではなく、酸化スケールが生じる段
階から酸化スケール／金属界面の凹凸形態をできるだけ
平滑にするという思想を加味して、焼鈍や冷延工程の省
力化あるいは研磨工程の省略を可能にした手法により、
表面微小欠陥の少ないオーステナイト系，マルテンサイ
ト系または２相系ステンレス鋼の鋼帯を製造することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、オーステナイト系ステンレス
鋼，マルテンサイト系ステンレス鋼またはフェライト＋
オーステナイト２相ステンレス鋼のスラブに熱延，焼
鈍，酸洗を順次施して鋼帯を製造するにおいて、熱延工
程では巻取り温度を700℃未満とし、焼鈍工程では最高
到達材温Ｔmを1100℃以下とし、かつヒートパターンを7
00℃からＴmまでの平均昇温速度が10℃/s以上、Ｔmでの
均熱時間が0〜1分、Ｔmから700℃までの平均冷却速度が
10℃/s以上となるようにコントロールし、酸洗工程では
硝酸濃度を20〜50g/L(リットル)、かつ弗酸濃度を5〜15
g/L(リットル)にコントロールする、表面微小欠陥の少
ないステンレス鋼帯の製造法である。

【０００７】ここで、均熱時間とは材料が温度Ｔmに保
持されている時間であり、均熱0分とは材料温度がＴmに
達したと同時に降温を開始する場合をいう。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、熱延工程での巻取り温度を600℃以下とし、焼鈍工
程でのヒートパターンを700℃からＴmまでの平均昇温速
度が20℃/s以上、Ｔmでの均熱時間が0〜1分、Ｔmから70
0℃までの平均冷却速度が15℃/s以上となるようにコン
トロールする点を規定したものである。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明における酸洗後の状態において下記(a)で定義する表
面微小欠陥指数Ｋが50以下である鋼帯を製造する、請求
項１に記載の製造法である。(a)表面微小欠陥指数Ｋ：
圧延方向と直角方向に#400エメリーペーパーで50往復研
磨した鋼帯表面の0.5mm×0.5mmの矩形領域内に観察され
る深さ0.5μm以上の欠陥（窪み）の数をＫ(個)とする。
ただし、欠陥の深さは研磨目の谷の位置（研磨凹凸の凹
部）を基準に測定する。

【００１０】表面微小欠陥指数Ｋは、光学顕微鏡，走査
型プローブ顕微鏡等により観察視野内の欠陥深さを測定
する方法によって特定することができる。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１〜３の発明に
おいて、鋼がCr：12〜30質量％，Ni：5〜30質量％を含
有するオーステナイト系ステンレス鋼である点を規定し
たものである。

【００１２】請求項５の発明は、請求項１〜３の発明に
おいて、鋼がCr：12〜20質量％，Ni：10質量％以下を含
有するマルテンサイト系ステンレス鋼である点を規定し
たものである。

【００１３】請求項６の発明は、請求項１〜３の発明に
おいて、鋼がCr：20〜30質量％，Ni：2〜15質量％を含
有するフェライト＋オーステナイト２相ステンレス鋼で
ある点を規定したものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者らは詳細な検討の結果、
オーステナイト系，マルテンサイト系またはフェライト
＋オーステナイト２相系ステンレス鋼の鋼帯製造過程で
形成する酸化スケール／金属界面をその形成段階におい
てできるだけ平滑な形態のものにするには、熱延におけ
る巻取り温度を低温にすること、および、熱延後の焼鈍
において昇温速度・冷却速度を大きくすることが非常に
有効であることを知見した。また、酸化スケール／金属
界面を平滑な形態にしたうえで、さらに酸洗において過
酸洗にならないよう酸濃度を厳密に管理することで、研
削等の工程を付加したり強圧下のパスを組み込んだ冷延
を行うことなく、従来よりも表面微小欠陥の少ない品質
の優れたステンレス鋼帯を安定的に製造できることが明
らかになった。

【００１５】熱延工程では、熱延仕上げパス終了後に巻
取られた鋼帯（コイル）がまだ高温に曝されている間に
生成する酸化スケールをできるだけ低減することが、後
工程への影響を考慮したとき最も有効な手段となる。オ
ーステナイト系，マルテンサイト系，２相系のステンレ
ス鋼の一般的な熱延条件では、巻取られた鋼帯は500〜8
00℃の温度領域に長時間曝されながら冷却される。しか
しこの温度領域はCr炭化物が析出して粒界近傍にCr欠乏
層を生成する温度領域である。生成したCr欠乏層はその
後の再加熱（焼鈍等）において特に粒界近傍の耐酸化性
を局部的に劣化させる。このため巻取り後の冷却過程で
Cr欠乏層が多く生成していると、後工程の焼鈍加熱にお
いて粒界近傍での酸化が促進され、その結果、焼鈍後の
酸化スケール／金属界面は非常に凹凸の大きい形態にな
ってしまう。

【００１６】このことから、熱延巻取り温度はできるだ
け低くすることが望ましい。もし巻取り温度を500℃以
下とする操業を行うことができれば前記Cr欠乏層の問題
は熱延工程に関する限り解消される。しかし、そのよう
な操業は他に多くの制約を伴い、必ずしも容易に実施で
きるとは限らない。発明者らは詳細な検討の結果、後工
程を後述の焼鈍条件および酸洗条件に従って実施するの
であれば、熱延巻取り温度を700℃未満にすることによ
って熱延工程に要求される酸化スケール／金属界面の平
滑化が十分に達成し得ること、すなわち、酸洗後に表面
微小欠陥の少ない高品質の鋼帯が得られることを確認し
た。したがって、本発明では熱延巻取り温度を高くとも
700℃未満にすることを要件とした。

【００１７】また特に熱延巻取り温度を600℃以下に制
限したとき、表面微小欠陥のより少ない優れた品質の鋼
帯が一層安定して製造できる。600℃程度の巻取り温度
であれば実操業においてもそれほど困難を伴うことなく
実施可能である。したがって、本発明では熱延巻取り温
度600℃以下を好ましい条件として設定した。

【００１８】熱延後の鋼帯に施す焼鈍工程では、上記と
同様の理由からCr系炭化物の生成温度領域をできるだけ
短時間で通過させることが重要であるとともに、最高到
達材温Ｔmをなるべく低く抑えて酸化スケール生成量を
低減することも重要である。ところがこれに加え、加熱
昇温過程および冷却降温過程において酸化スケールと金
属の熱膨張差を利用し、酸化スケール／金属界面で両者
の「界面剥離」を起こさせることが表面凹凸を小さくす
るうえで非常に有効であることが発明者らの研究でわか
ってきた。

【００１９】オーステナイト系，マルテンサイト系また
は２相系ステンレス鋼の熱延後に行う焼鈍では、一般的
にはCr炭化物の固溶化を重要な目的の１つとしており、
通常その目的を短時間で達成するために1100℃を超える
高温まで加熱される場合が多い。しかし本発明では熱延
巻取り温度を炭化物析出が起こりにくい温度に規定して
いるため、1100℃以下の温度で焼鈍すれば十分である。
したがって本発明では焼鈍の最高到達材温Ｔmを1100℃
以下とし、かつ均熱時間も0〜1分と短時間にすることで
焼鈍工程で生じる酸化スケールの量を低減させることと
した。

【００２０】また、酸化スケールの界面剥離を効果的に
生じさせるには昇温速度および冷却速度を大きくするこ
とが有効である。特に700℃〜最高到達材温Ｔmの温度領
域で昇温・冷却速度を大きくすることが界面剥離に有利
である。種々検討の結果、700℃からＴmまでの平均昇温
速度を10℃/s以上、かつＴmから700℃までの平均冷却速
度を10℃/s以上とすることによって界面剥離現象が有効
に利用できるものと認められた。また700℃以上の温度
域での昇温・冷却速度をこのように大きくすることによ
って、Cr炭化物生成も十分に抑えられる。なお、これら
の効果をより一層効果的に得るためには、700℃からＴm
までの平均昇温速度を20℃/s以上、かつＴmから700℃ま
での平均冷却速度を15℃/s以上とすることが望ましい。
以上のことから、本発明では熱延後に行う焼鈍のヒート
パターンを、700℃からＴmまでの平均昇温速度が10℃/s
以上、Ｔmでの均熱時間が0〜1分、Ｔmから700℃までの
平均冷却速度が10℃/s以上となるようにコントロールす
る点を規定した。また好ましいヒートパターンとして、
700℃からＴmまでの平均昇温速度が20℃/s以上、Ｔmで
の均熱時間が0〜1分、Ｔmから700℃までの平均冷却速度
が15℃/s以上となるようにコントロールする態様を規定
した。

【００２１】このようにして酸化スケール／金属界面の
平滑化が図られた未酸洗焼鈍鋼帯は、引き続き行われる
酸洗工程で過酸洗となるのを確実に防止するようコント
ロールすることで、表面微小欠陥の非常に少ない鋼帯と
することができるのである。種々検討の結果、酸濃度を
厳しく管理することが過酸洗防止に最も効果的であるこ
とがわかった。具体的には硝酸濃度を20〜50g/L、かつ
弗酸濃度を5〜15g/Lにコントロールすることによって、
通常のラインスピードや液温の範囲において十分に過酸
洗を防止できることが判明した。

【００２２】前述のように表面微小欠陥が多く生じてい
る鋼帯は、熱延焼鈍材の酸洗後の段階や、その後に冷延
や焼鈍酸洗、あるいはさらに研磨が施された各段階にお
いて、表面光沢不良等の品質低下を招くことになる。こ
れらいずれの段階における鋼帯も、熱延→焼鈍→酸洗が
施された段階、すなわち焼鈍酸洗済み熱延鋼帯の段階に
おいて表面微小欠陥が一定量以下になっていれば、上記
品質低下の問題は生じないことが明らかになった。この
ことは、焼鈍酸洗済み熱延鋼帯の表面性状によって後工
程終了後の製品段階での表面品質が評価できることを意
味する。そこで、本発明では「表面微小欠陥指数Ｋ」と
いう表面品質評価指標を規定した。表面微小欠陥指数Ｋ
は下記(a)のように定義する。 (a)表面微小欠陥指数Ｋ：圧延方向と直角方向に#400エ
メリーペーパーで50往復研磨した鋼帯表面の0.5mm×0.5
mmの矩形領域内に観察される深さ0.5μm以上の欠陥（窪
み）の数をＫ(個)とする。ただし、欠陥の深さは研磨目
の谷の位置（研磨凹凸の凹部）を基準に測定する。

【００２３】オーステナイト系，マルテンサイト系また
は２相系ステンレス鋼の鋼帯において、焼鈍酸洗済み熱
延鋼帯のＫ値が50以下になる場合、この鋼帯を用いた製
品では表面微小欠陥に起因した表面品質劣化の問題は解
消されるのである。したがって本発明では、焼鈍酸洗済
み熱延鋼帯おいて表面微小欠陥指数Ｋが50以下である鋼
帯を製造する点を望ましい態様として規定した。

【００２４】なお、焼鈍酸洗済み熱延鋼帯の表面微小欠
陥指数Ｋの値に対して、その後に冷延および焼鈍酸洗が
施された鋼帯の表面微小欠陥指数Ｋはさらに小さくな
る。発明者らの詳細な検討の結果、焼鈍酸洗済み熱延鋼
帯に冷延および焼鈍酸洗を施した鋼帯（以下、冷延焼鈍
酸洗鋼帯という）における表面微小欠陥指数Ｋが15以下
になっていれば、その鋼帯は優れた表面品質を有してお
り、表面微小欠陥による悪影響が現れないものであると
判断できることが明らかになっている。

【００２５】本発明で対象とするオーステナイト系ステ
ンレス鋼は、例えばCr：12〜30質量％，Ni：5〜30質量
％を含有する鋼であり、これに該当する代表的な鋼種と
して、SUS304，SUS316等が挙げられる。

【００２６】本発明で対象とするマルテンサイト系ステ
ンレス鋼は、例えばCr：12〜20質量％，Ni：10質量％以
下％を含有する鋼であり、これに該当する代表的な鋼種
として、SUS410，SUS420J2等が挙げられる。

【００２７】本発明で規定するフェライト＋オーステナ
イト２相ステンレス鋼は、例えばCr：20〜30質量％，N
i：2〜15質量％を含有する鋼であり、これに該当する代
表的な鋼種として、SUS329J1，SUS329J3L等が挙げられ
る。

【００２８】

【実施例】表１に示した３種類のオーステナイト系ステ
ンレス鋼（鋼種Ａ，Ｂ，Ｃ）、２種類のマルテンサイト
系ステンレス鋼（鋼種Ｄ，Ｅ）、および１種類のフェラ
イト＋オーステナイト２相ステンレス鋼（鋼種Ｆ）を電
気炉→転炉→脱ガス処理→連続鋳造の工程で溶製してス
ラブを得た。各スラブを3.8mmまで熱間圧延して巻取
り、引き続き連続ラインにて焼鈍および酸洗を行った。
一部はさらに1.9mmまで冷間圧延し、仕上焼鈍および酸
洗を施した。

【００２９】

【表１】

【００３０】熱延巻取り温度、熱延鋼帯の焼鈍条件、酸
洗条件を表２に示すように種々変化させ、この焼鈍酸洗
済み熱延鋼帯、あるいは冷延焼鈍酸洗鋼帯における表面
微小欠陥指数Ｋの値を前記(a)の定義に従い測定した。
なおＫ値の測定には光学顕微鏡および走査型プローブ顕
微鏡を用い、その際、欠陥の深さは欠陥近傍の研磨目凹
部を基準にした深さをピント位置の変位量から求めた。
その結果も表２に示してある。

【００３１】

【表２】

【００３２】表２から、焼鈍酸洗済み熱延鋼帯、および
冷延焼鈍酸洗鋼帯とも、本発明例のものは比較例と比べ
表面微小欠陥指数Ｋの値が非常に小さくなっていること
がわかる。すなわち、本発明法に従えば焼鈍酸洗済み熱
延鋼帯においてＫ値50以下、冷延焼鈍酸洗鋼帯において
同15以下が安定して得られており、熱延，焼鈍，酸洗の
各工程での製造条件を規定することで大きな表面品質向
上効果の得られることがわかる。

【００３３】参考のため、図１には表２の発明例である
試験番号１の冷延焼鈍酸洗鋼帯におけるＫ値測定試料表
面（50往復研磨後）の光学顕微鏡観察写真を、また図２
には表２の比較例である試験番号14の冷延焼鈍酸洗鋼帯
における同様の光学顕微鏡観察写真を示しておく。また
図３には、表２の冷延焼鈍酸洗鋼帯における微小欠陥指
数Ｋを熱延巻取り温度で整理したグラフを示しておく。

【００３４】

【発明の効果】本発明により、オーステナイト系，マル
テンサイト系または２相系ステンレス鋼の鋼帯製造にお
いて、従来から問題視されていたにもかかわらず、弊害
や制約の少ない抜本的な改善手段が確立されていなかっ
た「表面微小欠陥」の問題を、熱延−焼鈍−酸洗の条件
を規定するという現場で実施化し易い手法により安定的
に解決することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明例の冷延焼鈍酸洗鋼帯における研磨後の
表面の光学顕微鏡写真である。

【図２】比較例の冷延焼鈍酸洗鋼帯における研磨後の表
面の光学顕微鏡写真である。

【図３】熱延巻取り温度と微小欠陥指数Ｋの関係を表す
グラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 憲一 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K037 EA12 EA15 EA17 EA18 EA21 EA27 EB11 EB14 FE01 FE02 FE03 FE06 GA08 HA05 JA06 4K057 WA01 WA03 WB02 WC01 WC03 WE02 WE07 WG03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーステナイト系ステンレス鋼，マルテ
   ンサイト系ステンレス鋼またはフェライト＋オーステナ
   イト２相ステンレス鋼のスラブに熱延，焼鈍，酸洗を順
   次施して鋼帯を製造するにおいて、熱延工程では巻取り
   温度を700℃未満とし、焼鈍工程では最高到達材温Ｔmを
   1100℃以下とし、かつヒートパターンを700℃からＴmま
   での平均昇温速度が10℃/s以上、Ｔmでの均熱時間が0〜
   1分、Ｔmから700℃までの平均冷却速度が10℃/s以上と
   なるようにコントロールし、酸洗工程では硝酸濃度を20
   〜50g/L、かつ弗酸濃度を5〜15g/Lにコントロールす
   る、表面微小欠陥の少ないステンレス鋼帯の製造法。
2. 【請求項２】 熱延工程での巻取り温度を600℃以下と
   し、焼鈍工程でのヒートパターンを700℃からＴmまでの
   平均昇温速度が20℃/s以上、Ｔmでの均熱時間が0〜1
   分、Ｔmから700℃までの平均冷却速度が15℃/s以上とな
   るようにコントロールする、請求項１に記載の製造法。
3. 【請求項３】 前記酸洗後の状態において下記(a)で定
   義する表面微小欠陥指数Ｋが50以下である鋼帯を製造す
   る、請求項１または２に記載の製造法。(a)表面微小欠
   陥指数Ｋ：圧延方向と直角方向に#400エメリーペーパー
   で50往復研磨した鋼帯表面の0.5mm×0.5mmの矩形領域内
   に観察される深さ0.5μm以上の欠陥（窪み）の数をＫ
   (個)とする。ただし、欠陥の深さは研磨目の谷の位置
   （研磨凹凸の凹部）を基準に測定する。
4. 【請求項４】 鋼がCr：12〜30質量％，Ni：5〜30質量
   ％を含有するオーステナイト系ステンレス鋼である、請
   求項１〜３に記載の製造法。
5. 【請求項５】 鋼がCr：12〜20質量％，Ni：10質量％以
   下％を含有するマルテンサイト系ステンレス鋼である、
   請求項１〜３に記載の製造法。
6. 【請求項６】 鋼がCr：20〜30質量％，Ni：2〜15質量
   ％を含有するフェライト＋オーステナイト２相ステンレ
   ス鋼である、請求項１〜３に記載の製造法。