JPH0158249B2 - - Google Patents

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JPH0158249B2
JPH0158249B2 JP19680685A JP19680685A JPH0158249B2 JP H0158249 B2 JPH0158249 B2 JP H0158249B2 JP 19680685 A JP19680685 A JP 19680685A JP 19680685 A JP19680685 A JP 19680685A JP H0158249 B2 JPH0158249 B2 JP H0158249B2
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JP
Japan
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less
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cooling
slab
minutes
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JP19680685A
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JPS6256517A (ja
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Masayuki Abe
Masanori Ueda
Tetsuo Uchimura
Masaaki Kobayashi
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002Heat treatment of ferrous alloys containing Cr

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高Cr系の高純フエライト系ステンレ
ス鋼の連続鋳造鋳片(以下CC鋳片と称す)ある
いは一旦分塊圧延された鋼片(以下“スラブ”と
称するときは該鋳片及び鋼片を含むものとする)
の冷却法に関するもので、該スラブの冷却中ある
いは冷却後に生ずる置き割れを防止する冷却法に
関するものである。
(従来の技術) 高Cr系でかつC、Nを低減した高純フエライ
ト系ステンレス鋼は、18Cr−8Niに特有の塩化物
応力腐食割れをおこさず安価な耐食性材料として
重要性を増しかつ用途によつてはMo、Ni、Cu等
を選択添加したり、不純物のSやOを極端に低減
して、耐食性の向上、耐銹性の向上、耐酸化性の
向上をはかり多くの用途に使用されはじめてい
る。又25Cr系で2〜4%Moを含有すると耐海水
性にすぐれた特性を発揮することも知られ、今後
益々その重要性は高まると考えられる。
ところが、これらのすぐれた特性を有する高
純・高Crフエライトステンレス鋼の欠点の一つ
に製造上の問題がある。すでに特開昭54−128464
号公報、特開昭58−39732号公報、特開昭60−
2628号公報、特開昭60−2622号公報等に開示され
ている通り、これらの鋼はCC鋳片の冷却中、あ
るいは冷却後の表面手入時、更には次工程の熱間
圧延工程の加熱炉への輸送中等にスラブが横割れ
や破損する現象(置き割れと呼ぶ)が知られ、こ
の割れが生じると製造不可能になる場合が多い。
特に高Cr鋼でNb、Mo、Al等を多量含有する場
合は必ず破損すると言つても過言ではない。
これらの現象に対して上記の特許文献によると
対策が示されているがまず特開昭54−128464号公
報、特開昭58−39732号公報においては、鋳片を
150℃以下に冷却しないこと及び遷移温度以下
(実施例では300℃)に冷却しないことを開示して
いる。一方、特開昭60−2628号公報、特開昭60−
2622号公報では鋳片の冷却にあたつてきわめて徐
冷する方法すなわち800〜1300℃から300℃まで40
℃/hr以下の冷速で徐冷する方法(800゜〜300℃
まで12.5hr以上)や、700℃から400℃までを18
℃/hr以下で徐冷(16.7hr以上)しかつ200℃未
満に低下させない方法を開示している。こうして
従来の知見では150℃以上に保持するか、あるい
は700℃〜400℃近辺をきわめて徐冷する方法の二
つの考え方が知られている。
(発明が解決しようとする問題点) 高純フエライトステンレス鋼の利点が明らかに
なるにつれて、これらの生産量が増すと共に更に
すぐれた特性を有する25Cr−4Mo系にまで鋼種
の拡大が進んでいる。こうしてこれら鋼種の特性
が生かされるためには、製造上の制約となつてい
る冷片(表面温度で100℃以下)不可の条件や、
高温域の徐冷条件の制約はコスト、納期、生産性
の点で大きな障害となりつつあり、冷片取扱いが
可能なスラブの冷却方法が強く求められるように
なつた。
(問題点を解決するための手段) 本発明者達は高純フエライトステンレス鋼のス
ラブの置き割れ現象を研究した結果、これら高純
フエライト系ステンレス鋼スラブの置き割れに2
つの重要な要因が作用することを見出した。
(1)つは約700〜800℃の温度域を析出のピークと
する金属間化合物(Laves相)析出に原因する材
料自体の脆化現象である。(2)つはスラブの冷却
時、各部位での冷速の相違から生じる熱応力の不
均一さによるものである。これらの両作用が影響
し合つて冷却中に置き割れを発生することが判明
した。もちろん合金組成によつて、(1)に強く影響
するものや、あるいはCC鋳片の冷却のように(2)
に強く影響するものもあるので、(1)と(2)の原因は
互に影響し合つている。本発明者等は典型的な高
純フエライトステンレス鋼で最も割れに敏感な
25Cr−4Mo−4Ni−0.4Nb鋼のCC鋳片(25mm厚)
や、分塊圧延を加えた鋼片(180mm厚)を冷却実
験し、冷片にした場合の置き割れ発生に対する冷
却法の影響を検討した。CC鋳片や、CC鋳片を分
塊圧延した鋼片をそのまま冷却するもの、冷却途
中様々の温度からカバーのついた台車に乗せて冷
却速度を変えるテストを実施した。これらの結果
を800℃を切つた時間を基点として、その後の温
度・時間推移と、冷片(100℃以下に冷却した)
にした場合の置き割れ発生との関連で示した結果
が第1図である。なお脆化原因である金属間化合
物の析出は800℃が最も速いことは別途確認した。
スラブの冷却が早い、は冷片にして置き割れ
を発生した。これはスラブの部位毎の温度差が
200℃を超えており、熱応力の不均一さによるも
のである。は簡単なカバーをかけて徐冷したも
ので、温度差が大幅に小さくなり割れなかつた。
、はスラブを600℃で熱片台車に入れて、温
度を保持し、約100分、200分後取り出し、その後
放冷したもので割れを生じなかつた。は同様に
400℃で熱片台車に装入し、20日後放冷したもの
で割れを生じなかつた。ところがは700℃で熱
片台車に装入し200分後に放冷したが放冷中に表
面割れを生じ、冷片ではげしい置き割れを示し
た。又も600℃に保持し250分後放冷したが同様
に置き割れを示した。、の例では明らかに熱
片台車に保持した間に金属間化合物(Laves相)
が生じ、材料自体が脆化したためである。このよ
うにして、最も置き割れの生じやすい鋼種である
25Cr−5Ni−4Mo−0.4Nb鋼でこのような関係が
認められた。他の鋼種である18Cr−2Mo−0.6Nb
鋼についても置き割れの程度の差こそあれほぼ同
様の傾向が認められた。
このようにして従来より高純フエライトステン
レス鋼のCC鋳片や、鋼片の置き割れに対して、
冷片にしても置き割れの生じない冷却ゾーンの存
在をはじめて明らかにすることが出来た。すなわ
ち、第1図で示すA点(0分、250℃)、B点(60
分、250℃)、C点(60分、100℃)及びD点(150
分、800℃)、E点(230分、550℃)、F点(350
分、550℃)により構成される危険域直線ABCと
DEFを800℃を起点とする時間・温度曲線が通ら
ないように冷却することで、CC鋳片や鋼片を冷
片にしても置き割れを発生することがなくなる。
危険域直線AB、あるいはABCを切るように冷
却すると部位毎の温度差が大きくて、熱応力によ
り置き割れが生じる。危険域の直線DE、EFを切
るように冷却すると、800℃を析出のピークとす
る金属間化合物(Laves相)の析出域を通ること
になり、材料内にLaves相の析出が生じ、材料自
体が脆化して置き割れを生じる。
なお金属間化合物(Laves相)の析出しやすい
合金成分系についてはすでに一部理論的に解明さ
れているが(「鉄鋼における変態と析出」日本金
属学会、1968)Fe系のα相中では、Ti、Zr、
Nb、Mo、W、Ta等が合金添加された場合に出
やすく例えばFe2Ti、Fe2Nbの組成として析出す
る。したがつてFe−Cr系のフエライト系ステン
レス鋼においてもこれらのTi、Zr、Nb、Mo、
W等を含有する場合に出やすいことが考えられ、
事実25Cr−5Ni−4Mo−0.4Nbや、19Cr−2Mo−
0.3Nb−0.1Ti等ではきわめて出やすいことを確
認した。
以上の現象について、成分系を拡げ検討した結
果、次の成分系において成立することが判つた。
重量%で C+N:0.08以下 Mn:3%以下 Si:3%以下 Cr:9〜35% P:0.050%以下 S:0.010%以下 O:0.010%以下 を含有し、更に Ni:8%以下 Mo:6%以下 Co:10%以下 Cu:2%以下 Al:6%以下 の1種又は2種以上、及び Nb:0.05〜0.8% Ti:0.01〜0.8% Zr:0.01〜0.5% W:0.03〜0.5% の1種又は2種以上を含有し、残部は実質的に
Feと不可避的な介在物よりなるフエライト系ス
テンレス鋼。
以下に本発明の鋼成分範囲を限定した理由につ
いて説明する。
C、N:C、N量は、靭性に大きく影響し、C
+N量が多いほど材料の靭性は低下する。また炭
窒化物を形成し、粒界腐食を起こしやすくするた
め耐食性の点からも有害な元素である。このた
め、C、Nは製造性、耐食性の点からも低い方が
望ましく、C+N量を0.08%以下とした。
Mn:通常、脱酸、脱硫剤として添加するが、
靭性の点からもNiの代替として有効な元素であ
る。しかし3%を越えるとその効果は飽和するた
め3%以下とした。
Si:脱酸剤として使用され、また耐食性改善に
も有効な元素である。しかし多量に含有すると靭
性が劣化するため上限を3%とした。
Cr:Crはステンレス鋼の耐食性を高める主要
な元素であり、含有量が多い程耐食性が改善され
る。9%未満では、耐食性の改善効果はないの
で、下限を9%とした。また、耐食性の観点から
は多い程有利であるが、高Cr鋼になると冷却中
にσ相等金属間化合物を生じやすく、靭性が劣化
するため、上限を35%とした。
P:Pは一般に耐孔食性を劣化させるので含有
量は低い程よく、上限を0.050%とした。
S:Sは耐食性に有害な元素であり、その含有
量は低いほど望ましく、上限を0.010%とした。
O:残素は鋼中に酸化物として存在し、靭性を
劣化させるため含有量は低いのが望ましく、その
上限を0.010%とした。
Ni:Niはフエライト系ステンレス鋼の靭性を
改善するのに有効な元素であり、置き割れ防止の
点からは望ましい元素である。しかし多量に含有
すると応力腐食割れが生じやすくなり、8%以下
で添加するのが望ましい。
Mo:MoはCrとともに、耐孔食性改善の主要
元素であり、耐食性の点からは添加は望ましい。
しかし多量に含有すると、冷却中や熱処理中に
Laves相、σ相等の金属間化合物を生じ靭性を劣
化させ、置き割れを助長するため6%以下で添加
する。
Co:CoはCr、Moと同様に耐食性の点からは
有効な元素であるがσ相の析出を促進し脆化の原
因となる。また多量に含有すると、熱間加工性を
劣化させるため10%以下で添加する。
Cu:Cuは耐食性、特に耐硫酸性を改善するの
に有効であり、選択元素として2%以下を添加す
る。2%を越えて添加しても効果は飽和する。
Al:通常、脱酸剤として添加されるが、耐酸
化性改善には有効な元素であり、選択元素として
添加する。しかし多量に含有すると材料の靭性を
劣化させるので6%以下で添加する。
Nb:Nbは添加することによりC、Nを固定
し、靭性改善及び粒界腐食防止に有効な元素であ
る。しかし、0.05%未満では効果はなく、一方過
剰に添加すると、固溶Nbが増加しLaves相等の
金属間化合物が析出し、靭性を大幅に劣化させる
ため0.05〜0.8%の範囲で添加する。
Ti:TiはNbと同様に、C、Nを固定し靭性改
善及び粒界腐食防止に有効な元素である。0.01%
未満ではその効果はなく、一方過剰に添加する
と、Laves相等の金属間化合物が析出し靭性を大
幅に劣化させるため0.01〜0.8%の範囲で添加す
る。
Zr:ZrはNb、Tiと同様にC、Nを固定する元
素であり、靭性改善及び粒界腐食防止に有効な元
素であり0.01〜0.5%の範囲で添加する。0.01%未
満では効果は薄く、0.5%を越えると金属間化合
物が析出しやすく靭性を劣化させる。
W:WはCを固定するために添加し、耐食性改
善には有効な元素であるが、過剰に添加するとσ
相等の金属間化合物の析出を促進し靭性を劣化さ
せるため、添加範囲を0.03〜0.5%とした。
(実施例) 通常のLD−VOD法によりC+N:250ppm以
下とし、S10ppm、O:40ppm以下の高純フエ
ライト系ステンレス鋼で、25Cr−4Mo−2Ni−
0.3Nb鋼及び19Cr−2Mo−0.3Nb−0.1Ti及び
15Cr−4Al鋼を溶製した。その後CC鋳片として
250mmtとし、冷却途中で550〜400℃の間で熱片
台車に移し、輸送し2〜3hr以内に手入場で放冷
し、放冷途中で表面を部分手入した。一部は300
〜400℃でカバー徐冷し、保温ピツトに移し、1
週間後に300℃から手入れをして冷片とした。こ
れらはいずれも置き割れを生じることなく、その
後加熱炉で加熱し、熱間圧延し、熱延コイルとす
ることが出来た。
ところが、CC鋳片を600℃で熱片台車に積み込
んで6hr輸送したものでは高Crの25Cr系鋼は置き
割れを生じ、19Cr系鋼でも小さな割れを生じた。
15Cr−4Al系は熱延コイルに割れが散在すること
があつた。こうして、第1図に示した危険域に入
つた場合には冷片にすると置き割れが起こること
が確認され、一方危険域をさけて冷片とした場合
には置き割れを生じなかつた。
(発明の効果) 低C、Nとした高Cr系のフエライト系ステン
レス鋼は耐食性及び耐酸化性にすぐれ、多くの分
野で使用されているが、製造上の欠点である置き
割れに対しての有効な対策が望まれていた。従来
法は、冷却途中で極端に徐冷をする方法や150〜
350℃以上に温片処理する方法が知られていた。
これに対して本発明は冷却速度を制御すること
で置き割れを生ずることなく冷片にすることがで
きるからコストや生産性の点で本発明は著しい利
点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は鋳片の表面温度及び経過時間と置き割
れ危険域との関係を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量%でC+N:0.08%以下、Mn:3%以
    下、 Si:3%以下、Cr:9〜35%、P:0.050%以
    下 S:0.010%以下、O:0.010%以下 を含有し、更に Ni:8%以下、Mo:6%以下、Co:10%以下 Cu:2%以下、Al:6%以下 の1種又は2種以上、及び Nb:0.05〜0.8%、Ti:0.01〜0.8% Zr:0.01〜0.5%、W:0.03〜0.5% の1種又は2種以上を含有し、残部は実質的に
    Feと不可避的な介在物よりなるフエライト系ス
    テンレス鋼の連続鋳造鋳片或いは該鋳片を分塊圧
    延した鋼片を、該鋳片又は鋼片の表面温度と経過
    時間の関係を示す第1図のA点(0分、250℃)、
    B点(60分、250℃)、C点(60分、100℃)を結
    ぶ直線ABC及びD点(150分、800℃)、E点
    (230分、550℃)、F点(350分、550℃)を結ぶ直
    線DEFの各危険域を通過しないように冷却する
    ことを特徴とする置き割れの生じないフエライト
    系ステンレス鋼スラブの冷却方法。
JP19680685A 1985-09-05 1985-09-05 置き割れを生じないフエライト系ステンレス鋼スラブの冷却方法 Granted JPS6256517A (ja)

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Cited By (2)

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