JPH08104921A - 端面耐食性に優れるオーステナイト系ステンレス厚鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内部欠陥がなく完全再結晶組織を有し、板厚
方向のいずれの部位においても耐食性に優れるオーステ
ナイト系ステンレス厚鋼板を低圧減化で製造する。 【構成】 連続鋳造鋳片を（必要に応じて９５０〜８０
０℃の温度範囲で）累積の圧下率１０〜５０％の熱間圧
延施した後、１２００〜１３００℃（９５０℃以下の圧
延を施した場合、１１５０〜１３００℃）の温度範囲で
１時間以上加熱し高形状比率圧延：ＳＱＲ（ロール直径
×１パス圧下量）／平均板厚≧０．６を１パス以上施
し、必要に応じて９５０〜８００℃の温度範囲で累積圧
下率１０〜３０％の熱間圧延し、鋳片から最終厚鋼板ま
でのトータル圧減比が１．５〜５．０の熱延鋼板を１０
００〜１１００℃の温度範囲で固溶化熱処理する。 【効果】 従来では連続鋳造鋳片を用いて製造が不可能
であった板厚７０mm以上の厚鋼板の製造が可能となっ
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内部欠陥もなく完全再
結晶組織を有するとともに、板厚方向のいずれの部位に
おいても耐食性に優れる、すなわち端面耐食性オーステ
ナイト系ステンレス厚鋼板を低圧減比で製造する方法に
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は、優れ
た耐食性と溶接性を兼ね備えていることから、産業用お
よび民生用の構造材料として広く一般に使用されてい
る。構造部材の大型化にともない、使用されるオーステ
ナイト系ステンレス鋼板の板厚はさらに増加する傾向が
ある。例えば、ダム放水管では、板厚が７０mmを超える
オーステナイト系ステンレス鋼が使用される。

【０００３】オーステナイト系ステンレス鋼は、相変態
がないことから、加熱冷却にともなう相変態による細粒
化が起こらない。このため、一般に連続鋳造鋳片を用い
て板厚の厚い鋼板を製造すると、連続鋳造鋳片から最終
板厚までのトータル圧減比が十分にとれず、未再結晶の
粗大な凝固組織が残る。ここでトータル圧減比とは、
「連続鋳造鋳片厚／最終板厚」である。

【０００４】材料の特性は結晶粒度と密接な関係があ
る。例えば、結晶粒の粗大化にともない、強度が低下す
るとともに、強度あるいは延性に異方性が生ずる。この
ため、特定方向の強度や延性が不足したり、成品の曲げ
加工を行なうと表面に凹凸の激しいしわ模様が現れるな
どの弊害が生じる。また、結晶粒の粗大化にともない、
超音波の透過能が著しく低下するため、厚鋼板の内部欠
陥を検出するための超音波探傷検査ができないなどの問
題点も生じる。このように板厚の増大にともなう結晶粒
の粗大化は、材料の使用性能および施工性を大幅に低下
させることから、細粒化のための工夫が必要となる。

【０００５】一般に、オーステナイト系ステンレス厚鋼
板は、１１５０℃〜１２８５℃に加熱し、１２５０℃〜
９５０℃の温度範囲で熱間圧延を施し、１０００℃〜１
１２０℃の温度範囲で固溶化熱処理を施す。しかし、こ
のような一般的な方法で製造した場合、完全再結晶組織
を得るためには、鋳片から最終成品までのトータル圧減
比が５．０以上必要である。

【０００６】そこで、従来より、鋳造凝固過程で生成し
た粗大な凝固組織は、熱間圧延で大きな塑性変形を加え
て、圧延再結晶を図る製造方法が開示されている（特開
昭６３−３０９３０７号公報）。しかし、本開示方法
は、パス間を所定の時間以上に保定しなければならず、
生産性を阻害するのみならず、鋳片から最終成品までの
トータル圧減比が５以下と低い場合、十分に均一微細な
完全再結晶組織が得られない。

【０００７】また、連続鋳造鋳片の場合、Ｃｒ，Ｎｉ，
Ｍｏなどの負偏析が板厚（ｔ）の１／４・ｔ部付近に現
れ、低圧減比の熱間圧延ではこの負偏析が解消されな
い。このため、鋳片にブレークダウン圧延を施した後、
高温で均熱拡散熱処理を施し、さらに圧減比の大きい熱
間圧延を行っていた（特開平５−３２０７５５号公
報）。しかしこの場合も、鋳片から最終成品までのトー
タル圧減比を５．０以上にする必要があった。

【０００８】以上のことから、板厚（ｔ）の１／４・ｔ
部付近の耐食性、すなわち端面耐食性に優れ、内部欠陥
もなく、均一微細に完全再結晶した板厚７０mmを超える
オーステナイト系ステンレス厚鋼板の製造には、初期厚
み３５０mmを超える鋳片を必要とする。鋳片厚みの最大
が３５０mmの連続鋳造鋳片ではこのような極厚板は製造
することができず、必然的にＩＣインゴットを用いて製
造されていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、ある程度成
品板厚の大きい高強度オーステナイト系ステンレス鋼を
製造するには、最終板厚までに大きなトータル圧減比が
とれる大型のＩＣインゴットを使用する必要がある。こ
のため、連続鋳造スラブを用いた場合に比べて著しい成
品歩留りの低下を来し、製造コストの高騰を招いてい
る。さらに、大型インゴットを用いても、成品サイズの
上限が大幅に制約されるという問題があった。そこで、
内部欠陥がなく、鋼板端面の耐食性に優れ、完全再結晶
組織を有するオーステナイト系ステンレス厚鋼板を小さ
いトータル圧減比で製造する方法の出現が望まれてい
た。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、小さいト
ータル圧減比で負偏析を解消するとともに、凝固組織を
完全に破壊し、均一微細な再結晶組織となし得る熱加工
プロセスを指向し、オーステナイト系ステンレス鋼の偏
析拡散挙動および再結晶挙動を実験室的に詳細に検討し
た結果、拡散挙動および再結晶挙動が、未再結晶温度域
における加工度およびその後の加工条件に大きく依存す
ることに着目して、本発明を成し遂げた。

【００１１】この熱加工プロセスとして、連続鋳造鋳片
を９５０℃〜８００℃の温度範囲で熱間圧延を施した
後、１１００℃〜１３００℃の温度範囲で１時間の均熱
拡散熱処理するプロセスを設定し、実験室的に成品マク
ロ組織について調査した。図１は、９５０℃以下の累積
圧下率および再加熱温度による成品マクロ組織の変化を
示している。ここで、○印は粗大な凝固組織が全く残っ
ていない均一微細な完全再結晶組織、×印は全面に粗大
な凝固組織が残った未再結晶組織を示している。

【００１２】９５０℃以下の温度範囲における累積圧下
率が１０％未満の場合には、その後の再加熱温度に関わ
らず、成品マクロ組織は未再結晶組織である。一方、９
５０℃以下の温度範囲における累積圧下率が１０％以上
の場合、１１００℃以上に再加熱すると完全再結晶組織
となる。この理由として、以下のことが考えられる。圧
延温度が９５０℃以下の場合、圧延によって加えられた
歪みが解放されることなく残り、引き続き１１００℃以
上に再加熱した時の再結晶駆動力となり、再結晶が促進
されると推定される。しかし、その累積圧下率が１０％
未満の場合、再結晶に要するだけの加工歪みが蓄えられ
ておらず、引き続き再加熱を行なっても未再結晶の凝固
組織が残ると考えられる。

【００１３】図２は、圧延パス条件による成品厚鋼板の
内部欠陥の発生有無の変化を示している。○印は、圧延
後の厚鋼板に内部欠陥がないことを表し、×印は内部欠
陥が残ることを表す。また、横軸のパラメータに含まれ
る変数Ｄは圧延ロールの直径（mm）、変数ΔＨは圧下量
（圧延パスの入側と出側の板厚差mm）を示している。
（Ｄ・ΔＨ）^1/2 ／平均板厚≧０．６の圧延を１パス以
上施すことによって内部欠陥が全くなくなる。

【００１４】図３は、均熱拡散熱処理（ＳＰ処理）温度
による、ＳＵＳ３１６成品厚板のＭｏおよびＮｉの偏析
度の変化を示している。均熱拡散熱処理前には、９５０
℃以下の温度で累積圧下率２０％の熱間圧延を施してお
り、均熱拡散熱処理後はトータル圧減比が３．０の熱間
圧延および１０５０℃の固溶化熱処理を施し成品厚板と
した。また、均熱拡散熱処理の保定時間は１時間とし
た。均熱拡散熱処理温度が１１５０℃未満の場合、Ｎｉ
あるいはＭｏの偏析度が大きく、均熱拡散熱処理を施し
ていない鋼板とあまり変わらない。一方、均熱拡散熱処
理温度が１１５０℃以上になると、偏析度が急激に軽減
されることを見出した。その結果、端面の耐食性が大き
く改善される。

【００１５】以上の知見から、連続鋳造鋳片を用いて板
厚７０mm以上のオーステナイト系ステンレス鋼極厚板を
トータル圧減比５．０以下で製造するには、９５０℃以
下の温度範囲で１０％以上の加工を施した後、１１５０
℃以上に１時間以上加熱するとともに（Ｄ・ΔＨ）^1/2
／平均板厚≧０．６の圧延を１パス以上施すことが必須
であることを見出した。その結果、従来に比べて飛躍的
に小さいトータル圧減比で、内部欠陥がなく、端面の耐
食性に優れ、均一微細な完全再結晶組織を有するオース
テナイト系ステンレス厚鋼板の製造が可能となった。

【００１６】次に、本発明が規定する各成分の含有範囲
を限定した理由について述べる。 Ｃ：０．０８％を超えて含有すると溶接熱影響部の耐粒
界腐食性が著しく加工することから、その上限を０．０
８％とした。 Ｓｉ：製鋼時の脱酸剤が残存したものである。含有させ
ることによって固溶強化によって強度を増大する元素で
あるが、反面、溶接時の高温割れ性、凝固時のＮ固溶量
を元素を低下させる元素でもあることから、その上限を
２．０％とした。 Ｍｎ：製鋼時の脱酸剤が残存したものである。含有させ
ることによってＮの溶解度を増加させる元素であるが、
多量に含有すると耐食性、熱間加工性を損なうので、そ
の上限を５．０％とした。

【００１７】Ｃｒ：ステンレス鋼の基本元素であり、優
れた耐食性を得るためには、少なくとも１５％以上の含
有が必要である。しかし、２７％を超えて含有すると、
高温におけるδ／γ相バランスを損なうとともに、σ相
が析出し靭性が著しく劣化することから、その上限を２
７％とした。 Ｎｉ：オーステナイト系ステンレス鋼の基本元素であ
り、優れた耐食性とオーステナイト組織を得るためには
６．０％以上の含有が必要である。しかし、１６．０％
を超えて含有すると、溶接時の溶接割れ、熱間加工性な
どを低下させるので、その上限を１６．０％とした。

【００１８】Ｍｏ：耐食性の向上に極めて有効な元素で
あり、孔食の発生を抑制する作用を有するが、多量に添
加すると合金コスト高騰を招くのみならず、σ相を生成
し易くなり衝撃靭性や耐食性の劣化を引き起こすことか
ら、上限を４．０％とした。 Ｎ：侵入型の固溶強化およびＮｂ，Ｔｉの炭窒化物析出
による結晶粒の微細化において主要な強化元素である。
しかし、０．３５％を超えて含有すると熱間加工性が低
下するとともに、凝固時、溶接部にブローホールが発生
し易くなるので、その上限を０．３５％とした。

【００１９】累積圧下率１０〜５０％の圧延温度範囲を
９５０℃〜８００℃としたのは、９５０℃以下の圧延に
よって加工歪みが残留し、引き続き行なわれる再加熱処
理によって粗大な凝固組織が破壊され、均一微細な完全
再結晶組織が得られるためである。９５０℃を超える温
度で圧延すると加工歪みが解放されるため、続く再加熱
によって再結晶が十分に起こらず粗大な凝固組織が未再
結晶のまま残る。このため、上限を９５０℃とした。し
かし、８００℃未満では加工歪みの蓄積に対する効果は
変わらないにもかかわらず、圧延反力が著しく増大し、
圧延形状の不良や圧延機の負荷増大を招くため、下限を
８００℃とした。

【００２０】９５０℃〜８００℃の温度範囲の累積圧下
率を１０％以上としたのは、鋳造組織を破壊し均一微細
な再結晶組織とするための駆動力として必要な加工歪み
を鋼中に蓄積するためである。累積圧下率が１０％未満
であると、蓄積される加工歪みが十分ではなく均一微細
な再結晶組織が得られない。しかし、累積圧下率が５０
％を超えても再結晶に必要な歪みは十分付加されている
ため、圧延機に余分な負荷を加えることから、上限を５
０％とした。

【００２１】９５０℃〜８００℃の熱間圧延後の加熱温
度を１１５０℃〜１３００℃としたのは、連続鋳造鋳片
に生成した負偏析部の拡散を促し、成品厚板端面の耐食
性を改善するために１１５０℃以上の加熱を必要とする
ためである。しかし、１３００℃を超えて加熱すると、
結晶粒が著しく粗大化して、成品強度の低下を招くこと
から、上限を１３００℃とした。また、この加熱時間を
１時間以上としたのは、連続鋳造鋳片の負偏析の解消に
１時間以上の加熱が必要であるためである。

【００２２】９５０℃以下の温度範囲における累積圧下
率１０〜５０％の圧延に続く再加熱処理あるいは固溶化
熱処理の温度を１０００℃以上としたのは、Ｃｒ炭化物
をマトリックス中に十分固溶させるとともに、９５０℃
以下の圧延において蓄積した加工歪みを駆動力として粗
大な柱状凝固組織を均一微細に完全再結晶させるためで
ある。再加熱の温度が１０００℃未満の場合には、Ｃｒ
炭化物が完全に固溶しないため、耐粒界腐食性が劣化す
るばかりでなく、粗大な柱状凝固組織が残るため、機械
的性質の異方性が大きくなる。しかし、固溶化熱処理の
場合、１１００℃を超えて加熱すると、結晶粒の成長が
起こり強度が低下するため、上限を１１００℃とした。

【００２３】鋳片から成品に至るまでのトータル圧減比
を１．５以上としたのは、粗大な鋳造組織を破壊し均一
微細な再結晶組織を得るためである。トータル圧減比が
１．５未満では未再結晶の粗大な柱状凝固組織が残るた
め、機械的性質の異方性が大きくなる。

【００２４】（Ｄ・ΔＨ）^1/2 ／平均板厚≧０．６の圧
延を１パス以上施すのは、鋳造の凝固過程で連続鋳造の
内部に生成する内部欠陥（ザク）を圧着し、最終成品で
内部欠陥をなくすためである。（Ｄ・ΔＨ）^1/2 ／平均
板厚＜０．６の場合には、加工量が小さく鋳片内部にま
で十分変形が加わらず、内部欠陥を圧着するまでに至ら
ないため、下限を０．６とした。なお、式中のＤは圧延
ワーク・ロールの直径、ΔＨは圧延機の入側板厚と出側
板厚の差、平均板厚は入側板厚と出側板厚の平均であ
る。

【００２５】

【実施例】表１に示す化学組成を有するオーステナイト
系ステンレス鋼を電気炉にて溶製した後、鋳型厚みが３
００mm、１９０mmの垂直型連続鋳造機にてＣＣスラブを
鋳造した。このスラブを表２（表２−１，表２−２）に
示す条件で熱間圧延し固溶化熱処理を施した後、成品厚
鋼板の内部欠陥の有無およびマクロ組織の調査を実施し
た。なお、マクロ組織の調査結果で、○印は凝固組織が
全く残ってない均一微細な完全再結晶組織、×印は全面
に凝固組織が残っている未再結晶組織を示す。また、塩
化第２鉄溶液中での孔食開始温度は、耐孔食性（耐食
性）を示す指標であり、開始温度が低いほど耐孔食性に
劣ることを示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】その結果、表２に見られるように本発明法
で製造されたNo．１〜８の厚鋼板は、内部欠陥が全く認
められず、均一微細な完全再結晶組織を呈するととも
に、負偏析部においても表層、１／２ｔ部と同等の耐孔
食性を有する。すなわち、断面のどの部分も均一かつ優
れた耐食性を示す。一方、均熱拡散熱処理において１１
５０℃以上で１時間以上加熱しなかったNo．９，１０，
１３，１４の厚鋼板、ＢＤ圧延において９５０℃以下の
圧延を行なわなかったNo．１１，１３，１５の厚鋼板
は、端面の負偏析が十分に解消されず耐孔食性に劣る部
分を有し、鋼板断面厚み方向の耐食性が不均一であるこ
とがわかる。また、（Ｄ・ΔＨ）^1/2 ／平均板厚＜０．
６のNo．１２の厚鋼板は、成品の板厚中央部分に内部欠
陥が残り、９５０℃以下の熱間圧延を全く施さなかった
No．１３の厚鋼板は、成品のマクロ組織が未再結晶のま
ま粗大な凝固組織を呈していた。

【００３０】以上のように、熱間圧延の温度条件、圧下
量などが密接に関連し極めて効果的に作用し、わずかな
トータル圧減比で、内部欠陥がなく、端面の耐食性に優
れ、均一微細な完全再結晶組織を有するオーステナイト
系ステンレス厚鋼板の製造が可能であることが明らかで
ある。

【００３１】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明によって、従来方法に比べ極めて低いトータル圧減
比で端面耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス厚
鋼板の製造が可能となった。すなわち、連続鋳造鋳片を
用いて、板厚７０mm以上のオーステナイト系ステンレス
厚鋼板の製造が可能となった。このため、ＩＣインゴッ
トを用いて製造した場合に比べて、著しい歩留り向上が
なされるとともに、製造工程の簡略化が可能となり、極
めて安価にオーステナイト系ステンレス厚鋼板が供給可
能となった。さらに、消費エネルギーおよび労力の大幅
な低減も可能となった。これらの改善によってもたらさ
れる産業上の意義は極めて多大なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】成品マクロ組織に及ぼす９５０℃以下の累積圧
下率および再加熱温度の影響を示す図。

【図２】成品内部欠陥の有無に及ぼす圧延条件の影響を
示す図。

【図３】最終成品の偏析度に及ぼす均熱拡散処理温度の
影響を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江目 文則 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．０８％以下、 Ｓｉ：２．０％以
   下、 Ｍｎ：５．０％以下、 Ｎｉ：６．０〜１
   ６．０％、 Ｃｒ：１５〜２７％、 Ｍｏ：４．０％以
   下、 Ｎ ：０．３５％以下 を含有するオーステナイト系ステンレス鋼の連続鋳造鋳
   片を９５０℃〜８００℃の温度範囲で累積圧下率１０〜
   ５０％の熱間圧延を施した後、１１５０〜１３００℃の
   温度範囲で１時間以上に加熱し、 （Ｄ・ΔＨ）^1/2 ／平均板厚≧０．６ （但し、Ｄ：圧延ワークロール直径（mm）、ΔＨ：圧下
   量（mm）） の条件を満足する熱間圧延を１パス以上含み、鋳片から
   最終厚鋼板までのトータル圧減比が１．５〜５．０の熱
   間圧延を施した後、１０００℃〜１１００℃の温度範囲
   で固溶化熱処理を行なうことを特徴とする端面耐食性に
   優れるオーステナイト系ステンレス厚鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 重量％で、 Ｃ ：０．０８％以下、 Ｓｉ：２．０％以
   下、 Ｍｎ：５．０％以下、 Ｎｉ：６．０〜１
   ６．０％、 Ｃｒ：１５〜２７％、 Ｍｏ：４．０％以
   下、 Ｎ ：０．３５％以下 を含有するオーステナイト系ステンレス鋼の連続鋳造鋳
   片を９５０℃〜８００℃の温度範囲で累積圧下率１０〜
   ５０％の熱間圧延を施した後、１１５０〜１３００℃の
   温度範囲で１時間以上に加熱し、 （Ｄ・ΔＨ）^1/2 ／平均板厚≧０．６ （但し、Ｄ：圧延ワークロール直径（mm）、ΔＨ：圧下
   量（mm）） の条件を満足する熱間圧延を１パス以上含み、９５０℃
   〜８００℃の温度範囲で累積圧下率１０〜５０％の熱間
   圧延を施すとともに、鋳片から最終厚鋼板までのトータ
   ル圧減比が１．５〜５．０の熱間圧延を施した後、１０
   ００℃〜１１００℃の温度範囲で固溶化熱処理を行なう
   ことを特徴とする端面耐食性に優れるオーステナイト系
   ステンレス厚鋼板の製造方法。