JPH02236225A - 耐食鋼の熱処理法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は耐食鋼、とくに非オーステナイト鋼の熱処理法
に関する。

（従来の技術） 一般に、耐食鋼は全て、多少ともクロムを含有し、種々
の厚さの圧延鋼板や薄板として大きな寸法で製造される
。鋼は、通常溶融炉の鯛を満たした取鍋からビレットや
ブルームとして連続的に鋳造され、次いでこれらを熱間
圧延操作に付していろ。ホットミルから鋼板や薄Ｆｉ．
材料を巻き取り、次いで室温条件下に冷却する。その後
、かかる材料を再加熱してアニーリングや焼しどし処理
からなる熱処理に付す。これらアニーリングおよび焼も
どし工程の終了時点で、鋼は、該鋼が設計されるのに必
要な機械的特性が得られる。

この段階で、鋼は市販されるかまたは冷間圧延により板
厚がさらに減少される。

市販または冷間圧延の萌に熱間圧延コイルの全てをアニ
ーリングまたは焼もどしすることは、通常行なわれてい
ることであり、また必須であると思われる。

熱処理法は以下のとおりである。

（ａ）連続的アニーリングまたは焼らどし処理に付し、
これによりコイルを解き、次いで特定のグレイド用に適
当な温度に保持した炉を介して供給する（代表例では、
商標名３ＣＲ１２の下に市販の鋼については、約７５０
゜Ｃである。）（ｂ）別法として、バッチ式アニーリン
グ法を用いるものであるが、これによると、単敗または
複数のコイルを適当な炉に入れて、加熱、保持および冷
却からなるサイクルに付し、これにより必要なアニーリ
ングまたは焼なまし処理を達成する。

バッチ式アニーリング・サイクルの総処理時間は、装置
におけるコイルの重量や装置の操作特性に依存するが、
代表的には３０トンのｌバッチ当たり、３０〜４０時間
必要である。

（ｃ）別法として、鋼を適当な長さに切断し、これらを
別々に、ロールー炉床アニーリング炉のような装置でア
ニーリングする。

これらの方法を用いた耐食馴の代表例は、各々、以下の
商標名で市販されているもので、以下に示す用途を有し
ている。

方法（ａ）：　　３ＣＲＩ２（前掲）一良好な溶接特性
が要求される、穏やかな腐食環境における用途方法（ｂ
）：　　４　０　０　３一容器用の鋼方法（Ｃ）：　　
４　０　９一限定的な用途、例えば自動車の排気ダクト ４１〇一刃物類 前記したように、これらの鋼および適用される方法は、
全て、製造工程と装置の両方について過度の資本コスト
を併なう、ある種の形態のアニリング炉の使用が必要で
ある。

（発明の目的および概要） 本発明の目的は、アニーリング炉の使用を回避するよう
な、耐食鋼製造用の熱処理法および装置を提供すること
である。

すなわち本発明は、耐食鋼本体の熱処理方法であって、
該耐食鋼が、（ｌ）オーステナイト〜フェライトおよび
炭化物の変態点（Ａ３）６　５　０〜８５０゜Ｃ１およ
び（２）代表的な機械的特性：保証応力３５０ＭＰａ，
極限引張強度５２０ＭＰａ、伸び率２５％およびブリネ
ル硬度１６５を有しかつ５℃／分以下の冷却速度でマル
テンサイトのミクロ構造か実質的に存在しない鋼が得ら
れるような組成を有すること、並びに 鋼本体をＡ，変態点以上の温度で熱間加工し、次いで熱
間加工した鋼本体をＡ３変態点以下の温度に、得られる
鋼本体全体にマルテンサイト・ミクロ構造が実質的に存
在しないように規定した冷却温度：１０〜１’Ｃ／分で
冷却することからなる。

（発明の詳説） 本発明の付加的な特徴は、過剰な熱損失に対し鋼本体を
絶縁すること、および熱レフレクターを内面に備えるこ
とができる熱絶縁性ハウジング内に鋼本体を部分的に収
納することである。

さらに、本発明の特徴は、絶縁ハウジングが非伝導絶縁
ライニングを有することができ、またその底部か開口し
ており、該ハウジングを下げて鋼本体を覆うように用い
ることである。

さらに、本発明の特徴は、鋼本体が非オーステナイト・
ミクロ構造を全く有しない耐食鋼の生産用として設計さ
れた材料組成からなることができることである。好まし
くは、鋼本体の材料組成は、以下の成分（重量％）を有
する鋼の範囲に入る。

クロム　　　　　１０−１８％ マンガン　　　　最大２．５％ ケイ素　　　　　最大２，０％ ニッケル　　　　０．０〜５％ 炭素　　　　　　最大０．２５％ 窒素　　　　　　最大０．１％ チタン　　　　　：０〜１．０％ モリブデン　　　：０〜ｌ　Ｏ％ バナジウム　　　：０〜ｌ　Ｏ％ ジルコニウム　　０−１０％ ニオブ：　　　　　０〜１．０％ 銅　　　　　　　　　：０〜２、θ％ アルミニウム　　最大０．５％ リン　　　　　　最大０．１％ 残りは鉄と不可非的不純物である。

さらに本発明の特徴は、鋼本体の材料組成のフェライト
・ファクター（Ｆｅｒｒｉｔｅ　Ｆａｃｔｒｏｒ）を以
下の式： フェライト・ファクター一％Ｃｒ＋６Ｘ％Ｓｉ＋８Ｘ　
％Ｔｉ＋４Ｘ　％Ｎｂ＋４ｘ％Ｍｏ＋２Ｘ　％ＡＩ−２
Ｘ　％Ｍｎ　−　４　　Ｘ％Ｎｉ−４０ｘ（％Ｃ十％Ｎ
）−２０ｘ　％Ｐ−　５　×％Ｃｕ（％＝質量％） によって測定し、測定した屑本体のフェライト・ファク
ターを用いて連続的冷却変態図をつくり、これを用いて
マルテンサイト・ミクロ構造の形成を最小にするのに必
要な鋼本体の冷却速度を決定することがである。好まし
くは、フェライト・ファクターは８〜１２に存在する。

さらに本発明に従えば、鋼本体をコイル形とできる。

本発明には、前記したような熱処理法を実施するための
装置が包含され、これは、鋼本体を実質的に収納しかつ
熱絶縁特性を有するハウジングからなる。このハウジン
グは反射性内面または非伝導絶縁特性のライニングのい
ずれか一方またはこれらの両方を有することかできる。

また、ノ凡ウジングは低部が開口しており、該ハウノン
グを降下させて鋼を覆うように適用される。

（具体例の説明） つぎに添付の図面を参照して、本発明をさらに詳しく説
明する。

第１図は、圧延したままの空冷鋼コイル、圧延の間に水
冷したものおよび圧延の間に遅延したもののコイル中の
位置に対する特性の変化を示すグラフである。第２図は
第１図と同じ特性の変化を示すグラフであるが、圧延の
間の遅延または水冷を用いていない。第３図は、第１図
および第２図に示した変化に対するコイル重量の効果を
示すグラフである。第４図はＯＣＴダイアグラムの代表
例である。第５図は同じＯＣＴダイアグラムの別の代表
例を示すグラフである。第６図および第７図は、Ｃｒｌ
　ｌ％含育鋼のニッケルおよびリン組成を変化させるこ
とにより生成した相変態の変化を示すグラフである。第
８図は本発明の熱処理後の特性変化を示すグラフである
。

第１図〜第３図に関し、前記タイプの圧延したままの空
冷鋼コイルにおける特性変化は、公知であって、代表的
には第１図に示したようなパターンを示す。一般的に知
られていることであるが、これらコイルの機械的特性の
広範な変化についての主要な要因は、以下のとおりであ
る。

（ｉ）ロールに対する水冷 （ｉｉ）操作上の問題を原因とする熱間加工の間に生じ
る遅延 （ｉｉｉ）鋼のゲージを調べるためのデリパレート・ス
トップ（ｄｅｌｉｂｅｒａｔｅ　ｓｔｏｐ）これらの特
性変化によりア二一リング工程が必要となる。水冷また
は操作上の遅延を省いて非・中断圧延操作を行えば、こ
れは、第２図に示したような鋼についての特性変化パタ
ーンをもたらす。

かかるパターンにおいて鋼の中心域は実質的に柔らかく
、かつ外方域は硬い。さらに、所定のコイル中および所
定の鋼組成における、これらの特性変化に対するコイル
重量の効果は、第３図に図示した。かかる特性挙動パタ
ーンの要因は、連続的冷却の間の鋼の相変態挙動に関連
しているものと、説明することができ、いわゆる材料の
連続的変態図（ＯＣＴ曲線）として示すことができる。

加熱コイル中の種々の位置における材料は、種々の速度
で自然に冷却される。コイルの外方エッジならびに外方
および内方ラップ（層）は、周囲条件下にコイルの中心
における材料と比較してより急速に冷却することができ
る。時間温度通路およびしたがってミクロ構造変態の発
生を、コイル内の種々の地点で変化させることができる
。

本発明の効果を調べるのに有用なフェライト・ファクタ
ーを測定するのに、アール・エイチ・カルテンハウザ−
（Ｒ．ｔｌ．Ｋａｌｔｅｎｈａｕｓｅｒ）タイプの式を
用いた。この式を変形してリンの効果を含めたのである
が、このリン効果は、本発明者らが付加的に加えた重要
なファクターとして確立したものである。

すなわち、 フェライト・ファクター二％Ｃｒ＋６Ｘ　％Ｓｉ　＋　
　８　　Ｘ　％Ｔｉ　＋　　４　　Ｘ　％Ｎｂ＋　　４
　　Ｘ％Ｍｏ　＋　　２　　Ｘ　％Ａｌ　−　２Ｘ　％
Ｍｎ−　４Ｘ％Ｎｉ−４０Ｘ（％Ｃ十％Ｎ）−２０ｘ　
％Ｐ−　５　×％Ｃｕ（％一質量）。

〔７エラ中７ｙクターの前記式は、アール弓イチ・カル
テンハウサ゛−（ＲＨ．Ｋａｌｔｅｎｈａｕｓｅｒ］こ
よる「フェライト・ステンＶ人・スｆ−ｋの工学的特性
についての改良」、メタル・エンン゛二７リンク゛・ク
オータリイリイ（ＭｅＬａｌｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ　Ｑｕｒｔｅｒｌｙ））。ＣｕおよびＰのファクター
は、各々、暫定的に−５および−２０と選定されている
。

第４図は、フェライト・ファクター１０．４４の鋼組成
についての種々の冷却速度でのＯＣＴ曲線を示す。

第５図における別のＯＣＴの代表例は、所定の相に対す
る一連の冷却速度での同じ鋼の変態の割合を示す。

これらの図によれば、特定の組成について完全に変態し
た生成物が得られるような、臨界的な冷却速度が存在す
るという事実が、明確に示されている。この臨界的な速
度よりも遅い冷却速度は、生成物の特性に実質的な影響
を与えない。

ｃ　ｃ　’ｒ曲線（第４図および第５図）上の相境界の
位置は鋼の組成に依存する。これらは、組成の変化によ
って変動させることができ、例えば第６図においてはニ
ッケル含量を、第７図ではリン含量を変化させている。

相境界の位置を組成の変動により変化さ什る他の例は、
以下のとおりである。

マンガン、コバルト、アルミニウムおよびニオブ：の添
加は、一般に上部変聾域を右方向に移動させる。他方、
チタン、バナジウムおよびモリブデンの添加は、一般に
上部変聾域を左方向に移動させる。

さらに、臨界的な重量特性は、８〜１２の間で変化する
フェライト・ファクターの鋼の実際的な製造により測定
することができる。

この原則を示すべく、絶縁箱（外径！９００＊ｘの立法
体、２　５　ｘｘのファイバーファックスの内面ライニ
ング）および内径約７６０ｘｍのコイルを用いたところ
、絶縁および室温条件下に冷却した種々の巾のコイルの
臨界的な重量が、以下のように判明した。

中　　　　　　　　１０００±５０　　　　１２５０±
３０　　　　１５５０±３０７ート゛付き　　　　　　
　　６トン　　　　　　　　８，５トン　　　　　１１
．５｝ン７−ト′なし　　　　　　　　１０トン　　　
　　　　１２．５｝７　　　　　１５トン「フードなし
」の値より６大きな重量を用いれば、コイルを空冷する
ことかできるが、それにも拘わらず、所定の相に対する
鋼の完全コイルの変態を得ることができる。該表に示し
た２つの値の間の重量を有するコイルを、藺記したよう
な適当な絶縁材料でライニングした底部開口金属箱形態
のフードを用い、該フード下に冷却する。「フード付き
」処理の下限は絶縁層をより厚くしかつかかる絶縁をよ
り効果的にすることにより、さらに減少させることがで
きる。コイルの寸法および組成かフード使用の必要性を
示す場合、これらのフードを、室温に達するまでコイル
上に残す必要がないことに注目することが重要である。

フードを一たんはずせば、冷却により温度は上相域の温
度以下に下がる。例えば、第４図では、温度を６００℃
に冷却させたときにフードをはずすことができる。

コイル状鋼の初期温度を変態域の開始温度以上にせねば
ならないことは、明白である。これは、代表的には圧延
処理の最終温度を約８５０８Ｃ以上に制御することで、
達成することができる。これは、通常の熱間圧延処理で
あり、ロール操作者は付加的な操作を必要としない。

さらにこの点を説明すべ《、第８図に示した６８個の鋼
をフードを用いて製造した。フードを鋼のコイル上に２
時間置き、次いではずし、次のコイル除去ミルに用いた
。この方法によれば、１０００トン以上の鋼を５個のフ
ードを用い２０時間にわたり製造することに成功した。

アニーリング設備は、このバッチのその後の熱処理に使
用せねばならないが、これは、通常のオーステナイト・
ステンレス鋼の加工に使用されているものである。

本発明は、ＡＩＳ１４０９、４１０，４２０として、市
販されている公知のもののような最小の合金成分を持つ
鋼、ならびに、より複雑な組成を有する鋼に適用するこ
とができる。従って、本発明において、特に有効な鋼組
成は以下の範囲に人るものである。

クロム　　　　　　：１０〜１８％ マンガン　　　　　最大２　．５％ ケイ素　　　　　　最大２　．０％ ニッケル　　　　　０　，０〜５％ 炭素　　　　　　　最大０　．２５％ 窒素　　　　　　　最大０．１％ チタン　　　　　　０〜１　　．０％ モリブデン　　　　：０〜１　．０％ バナジウム　　　　０−１．０％ ジルコニウム　　　０〜１　　．０％ ニオブ：　　　　　　０〜目　．０％ 銅　　　　　　　　　　０〜２　　．０％アルミニウム
　　　最大０　．５％ リン　　　　　　　最大０．１％ 残りは鉄と不可非的不純物である。

以下に適当な鋼組成の例を挙げる。

Ｃ　　　　Ｐ　　ＭｎＳｉＴｉ　　　Ｃｒ　　ＮｉＮ＊
　　　ＶＯ．０２５　　Ｇ．０２５　　１．２　　０．
４　　０．３５　　１１．２５　　０．６　　１１．０
１５　　０．１Ｇ．０１５　０．０２５　１．０　０．
５　　−　　１１．２　　０．１５０．ＩＩＩ５　１）
．１数値は重虫％で示す。

大型生産には実施できないような非常にゆっくりとした
冷却速度を必要とするＯＣＴ曲線を示すため、本発明の
使用に適していない上記組成範囲内に入る多数の鋼が存
在するが、これは、例えばある場合にはごくわずかな割
合のモリブデンまたはチタンの添加により、この特性を
補正することができる。

本発明の優れた技術的効果は当業者には明白である。ア
ニーリング・プラントを備えるミルまたはロールの能力
および耐腐食鋼板の生産能力は、アニーリング工程を原
因とする不可非的なボトルネックを回避することにより
、簡単に増加させることができる。

さらに、アニーリング・プラントを備えないミルでも、
本発明の方法を用いることにより圧延仮の製造に使用す
ることができる。

さらに、長時間のバッチ式アニーリング・サイクルを必
要とすることが明らかな綱のタイプでも、バッチ式アニ
ーリング法を用いずに、必要な特性が得られるような大
量の重量と絶縁の組み合ゎ仕を利用することにより、製
造することが可能になった。

本発明の耐食鋼は非オーステナイトであって、特にマル
テンサイトやベーナイトが存在しない変態相である。こ
れは、制御したアニーリング工程でのみ通常得られうる
加工特性の全てを備える鋼をもたらすのである。

さらに、本発明者らによれば、本発明の合金組成は、炭
素レベルを好適に減少させうるチタン、ニオブ、ノルコ
ニウムまたはバナジウムのよウナ安定化物質を混入させ
る必要性を回避できることが、判明した。例えば、本発
明の綱は、船舶のコンテナー、シュートおよびホッパー
・ライナー鉱石用の台車、糖洗浄プラントなどの用途に
適しており、一般的には湿潤滑り摩擦状態での用途に適
している。

本発明の方法により節約されるエネルギー量は、著しい
。鋼」トン当たりに要する理論的エネルギー量、すなわ
ち７５０℃は、鋼の熱的特性に依存する。代表的には、
１３％クロム鋼では１トン当たり約３　５　０ＭＪであ
る。連続的アニーリング、バッチ式アニーリングまたは
ロール・炉床炉の熱効率は設計および操作方法に依存す
るが、絶縁には２０〜２５％が合理的な値である。した
がって、実際に使用されるエネルギーは約１　４　０　
０ＭＪ／トンである。

エネルギーコストは供給源により大きく変化する。すな
わち、ガス、石炭または電力によって変化し、また国に
よってら変化するので、その比較は容易でない。

本発明の主要コスト節約効果は、アニーリングおよび焼
らどし操作の回避によって得られるものである。特別の
節約は各ミルで利用可能な設備および生成物の混合割合
、すなわち、オーステナイト：非オーステナイト・ステ
ンレス鋼の比率に依存する。１つの具体例では、本発明
の効果として約１２％の効率増加が得られる。付加的に
、本発明の方法を用いることにより、これまでは不可能
であった品質グレイドの鋼の生産が現存の設備で可能に
なった。

例えば、ＡＩＳＩグレイド４１０および４２０は刃物お
よび切断呉用途に用いられる硬質化可能なステンレス鋼
である。これらは、柔らかい状態で顧客に供給され、そ
の後顧客により硬質化し、必要な形状、例えばナイフブ
レードに成形することかできる。従来からの方法には、
硬質化前にバッチ式アニーリング装置に通常使用される
鯛の焼なましまたはアニーリング工程が包含される。本
発明によれば、熱間加工後にいずれの熱処理ら施すこと
なく、完全に柔らかい伏聾で鋼を製造することができる
に至ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はコイル中の位置一保証応力を示す
グラフ、第３図はコイル重皇の効果を示すグラフ、第４
図はＯＣＴ曲線を示すグラフ、第５図〜第７図は冷却速
度−変態の割合を示すグラフ、第８図はコイル中の位置
一保証応力を示すグラフである。 第３図において、主な符号はつぎのらのを意味する。 ａ）完全な硬質、ｂ）中心における変態の出発、ｄｅ，
『）変態の増加度、ｇ．ｈ）完全変聾の中心域、ｉ．Ｄ
完全変態生成物 特許出願人　ミドルバーグ・スチール・アンド・アロイ
ズ（プラプライアトリー）リミ テッド 代理人　弁理士　　青　山　　葆　はかｌ名手続補正書 （方式） Ｌ事件の表示 平成 １年 特許願 第１　２７７　１　５号 ２．発明の名称 耐食鋼の熱処理法 ３．補正をする者 小件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、耐食鋼本体を熱処理するにあたり、 該耐食鋼が、（１）オーステナイト〜フェライトおよび
   炭化物の変態点（Ａ＿３）６５０〜８５０℃、および（
   ２）代表的な機械的特性：保証応力３５０ＭＰａ、極限
   引張強度５２０ＭＰａ、伸び率２５％およびブリネル硬
   度１６５を有しかつ５℃／分以下の冷却速度でマルテン
   サイトのミクロ構造が実質的に存在しない鋼が得られる
   ような組成 を有すること、並びに 鋼本体をＡ＿３変態点以上の温度で熱間加工し、次いで
   熱間加工した鋼本体をＡ＿３変態点以下の温度に、得ら
   れる鋼本体全体にマルテンサイト・ミクロ構造が実質的
   に存在しないように規定した冷却温度１０〜１℃／分で
   冷却すること を特徴とする方法。 ２、耐食鋼本体を熱処理するにあたり、 該耐食鋼が、（１）オーステナイト〜フェライトおよび
   炭化物の変態点（Ａ＿３）６５０〜８５０℃、および（
   ２）以下の成分（重量％）： クロム：１０〜１８％ マンガン：最大２．５％ ケイ素：最大２．０％ ニッケル：０．０〜５％ 炭素：最大０．２５％ 窒素：最大０．１％ チタン：０〜１．０％ モリブデン：０〜１．０％ バナジウム：０〜１．０％ ジルコニウム：０〜１．０％ ニオブ：０〜１．０％ 銅：０〜２．０％ アルミニウム：最大０．５％ リン：最大０．１％ 残部：鉄および不可非的不純物 を有する鋼の範囲内に入る材料組成であって、５℃／分
   以下の冷却速度でマルテンサイトのミクロ構造が実質的
   に存在しない鋼が得られるような組成を有すること、並
   びに 鋼本体をＡ＿３変態点以上の温度で熱間加工し、次いで
   熱間加工した鋼本体をＡ＿３変態点以下の温度に、得ら
   れる鋼本体全体にマルテンサイト・ミクロ構造が実質的
   に存在しないように規定した冷却温度１０〜１℃／分で
   冷却すること を特徴とする方法。 ３、過剰な熱損失に対し、上記本体を絶縁することから
   なる請求項１または２記載の方法。 ４、上記本体の少なくとも一部を熱絶縁性ハウジング内
   に収納する請求項３記載の方法。 ５、熱絶縁性ハウジングの内面に、熱リフレクターを備
   える請求項４記載の方法。 ６、熱絶縁性ハウジングが、非伝導絶縁性のライニング
   を備える請求項４または５記載の方法。 ７、熱絶縁性ハウジングの低部が開口されており、該ハ
   ウジングを降下させて上記本体を覆うように用いる請求
   項４〜６の１項に記載の方法。 ８、鋼本体の材料組成が、オーステナイト・ミクロ構造
   を有しない耐食鋼の製造用として、設計される請求項１
   〜７の１項に記載の方法。 ９、鋼本体の材料組成が、以下の成分（重量％）：クロ
   ム：１０〜１８％ マンガン：最大２．５％ ケイ素：最大２．０％ ニッケル：０．０〜５％ 炭素：最大０．２５％ 窒素：最大０．１％ チタン：０〜１．０％ モリブデン：０〜１．０％ バナジウム：０〜１．０％ ジルコニウム：０〜１．０％ ニオブ：０〜１．０％ 銅：０〜２．０％ アルミニウム：最大０．５％ リン：最大０．１％ 残部：鉄および不可非的不純物 を有する鋼の範囲内に入る請求項１記載の方法。 １０、鋼本体の材料組成のフェライト・ファクターが、
   以下の式： フェライト・ファクター＝Ｃｒ％＋６×Ｓｉ％＋８×Ｔ
   ｉ％＋４×Ｎｂ％＋４×Ｍｏ％＋２×Ａｌ％−２×Ｍｎ
   ％−４×Ｎｉ％−４０×（Ｃ％＋Ｎ％）−２０×Ｐ％−
   ５×Ｃｕ％（％＝重量％）を用いることによって決定さ
   れる請求項１〜９の１項に記載の方法。 １１、測定した鋼本体のフェライト・ファクターを用い
   て連続的冷却変態図をつくり、これを用いてマルテンサ
   イト・ミクロ構造の形成を最少化にするのに要する鋼本
   体の冷却速度を決定する請求項１０記載の方法。 １２、フェライト・ファクターが８〜１２である請求項
   １０または１１記載の方法。 １３、鋼本体がコイル形である請求項１〜１２の１項に
   記載の方法。