JPH1161246A - Ｎｂ−Ｍｏ含有フェライト系ステンレス鋼連続鋳造片の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】靱性の優れたＮｂ−Ｍｏ含有フェライト系ステ
ンレス鋼連続鋳造片の製造方法を提供する。 【解決手段】質量％で，Ｃ：０．０２％以下，Ｓｉ：
０．１０〜０．５０％，Ｍｎ：０．７０％〜１．５０
％，Ｃｒ：１７．０〜２２．０％，Ｎ：０．０２％以
下，Ｎｂ：０．５５〜０．８０％，Ｃｕ：０．０２〜
０．２４％，Ｍｏ：１．７５％〜２．５０％を含有する
Ｎｂ−Ｍｏ含有フェライト系ステンレス鋼を連続鋳造
後，鋳片の表面温度を７００℃以上（以下，単に温度の
み記す）の温度から１００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で
４００℃以下まで冷却，保持した後に，４００℃以上６
５０℃以下の温度に復熱させ，しかる後に放冷すること
により，靱性の優れたＮｂ−Ｍｏ含有フェライト系ステ
ンレス鋼連続鋳造片を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮｂおよびＭｏを
含有するフェライト系ステンレス鋼連続鋳造片（以下、
スラブと称する）を冷却する方法に関するものである。

【従来の技術】

【０００２】フェライト系ステンレス鋼は、高価なＮｉ
を多量に含有しないため安価であり、自動車、家電、建
築など幅広い用途に使用されている。また、オーステナ
イト系ステンレス鋼に比べて熱膨張が小さいため、熱疲
労特性や高温酸化特性に優れており、熱ひずみが問題と
なる耐熱用途にも使用されている。自動車排ガス経路部
材においては、エキゾーストマニホールドをはじめ、さ
まざまな部位に使用されている。しかも、近年の排気ガ
ス浄化効率の向上や高出力化の観点から、より耐熱性の
優れた耐熱用フェライト系ステンレス鋼が要求されてい
る。これに対しては、主に、ＮｂやＭｏを含有した鋼が
適しており、要求特性を満足するために、これらの高合
金化が進みつつある。例えば、ＳＵＳ４４４に代表され
るＮｂ−Ｍｏ含有フェライト系ステンレス鋼は、粒界腐
食感受性を抑制するためには、Ｎｂを０．４質量％程度
含有させれば十分である。しかし、優れた高温強度を維
持するためには、強化元素であるＮｂやＭｏは、より多
い方が好ましい。このため、排ガス経路部材用フェライ
ト系ステンレス鋼としては、１９Ｃｒ−０．５Ｎｂ−
０．５Ｃｕ鋼や１９Ｃｒ−０．６Ｎｂ−Ｔｉ鋼、１９Ｃ
ｒ−２Ｍｏ−０．５Ｎｂ鋼などを基本組成にした鋼が開
発されている。

【０００３】ＮｂおよびＭｏを含有するフェライト系ス
テンレス鋼は、上述のような特長を有するものの、延性
脆性遷移温度があるため、遷移温度域よりも低温側では
靱性が低く、外部もしくは内部の応力によって脆性的な
割れが発生することがある。とくに、スラブは凝固組織
であるため、遷移温度は高く、成分系によっては２００
℃以上のものもある。このような鋼は、遷移温度以下に
冷却すると、スラブの表層もしくは内部に欠陥を生じる
ことがある。スラブにこのような欠陥が存在すると、熱
延中に割れを生じたり、熱延板に多量の表面疵を生じる
ため、製造上著しい支障を来たす。

【０００４】このような問題に対しては、従来からさま
ざまな対策が取られている。例えば、スラブに発生する
熱応力がスラブそのものの引張り強さよりも高い温度域
には冷却しない方法（特開昭５４−１２８４６４号）、
炭化物を球状もしくは針状とするため７００℃から４０
０℃までを１８℃／ｈｒ以下で徐冷する方法（特開昭６
０−２６２２号）、不均一な熱応力の発生および金属間
化合物の生成を避ける目的で、簡単なカバーをかけて徐
冷するか所定の温度と時間だけ熱片台車にいれる方法
（特昭開６２−５６５１７）などが開示されている。こ
れらの方法は、ＳＵＳ４４４系もしくは１８Ｃｒ−０．
６Ｎｂ系などの比較的合金元素量の少ない鋼に対して
は、有効な手段であると考えられる。しかし、Ｍｏを２
質量％程度含有し、なおかつＮｂを０．５５質量％以上
含有するような高合金鋼に対しては、後述するように十
分な対策であるとは言い難いことが明らかになった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＮｂおよびＭｏを上述
のように多量に含有する鋼は、金属間化合物（Ｌａｖｅ
ｓ相）が析出しやすい。これらの元素の含有量が多くな
ると、析出量が多くなるのに加え、析出までの時間も非
常に短くなるため、従来のように徐冷を行い析出物の形
状を制御しても析出量そのものが多く、遷移温度を２０
０℃以下にすることはできない。このため、スラブの表
面手入れをこの温度以上の高温で行わなければならず、
製造の上で大きな制約をうけることになる。また、熱間
圧延前の加熱までは遷移温度以下にならぬように管理し
なければならないといった制約も受けることになる。

【０００６】本発明はこのような現状に対応すべく、現
有設備の一般的な製造方法を用いて、靱性が良好なＮｂ
−Ｍｏ含有フェライト系ステンレス鋼スラブを得るため
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、質量％
で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１０〜０．５０
％、Ｍｎ：０．７０％〜１．５０％、Ｃｒ：１７．０〜
２２．０％、Ｎ：０．０２％以下、Ｎｂ：０．５５〜
０．８０％、Ｃｕ：０．０２〜０．２４％、Ｍｏ：１．
７５％〜２．５０％を含有するＮｂ−Ｍｏ含有フェライ
ト系ステンレス鋼を連続鋳造後、鋳片の表面温度を７０
０℃以上（以下、単に温度のみ記す）の温度から１００
℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で４００℃以下まで冷却、保
持した後に、４００℃以上６５０℃以下の温度に復熱さ
せ、しかる後に放冷することによって達成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明者らは、上記の目的を達成
すべく種々の検討を行った結果、以下の知見を得て、本
発明に達した。すなわち、 （１）従来より開示されている徐冷（簡単なカバーをか
ける程度の早いものから４０℃／ｈｒ程度の遅いものま
で）では、本成分系のスラブの靱性を改善することは非
常に困難である。この理由として、本発明の成分系は、
従来方法で検討した鋼よりも析出物がより短時間で多量
に生成することがあげられる。つまり、徐冷して析出物
を球状化もしくは針状化しても、生成量が多いため靱性
は十分に改善されない。 （２）本成分系において、材質面で靱性を改善するため
には、水冷程度まで冷却速度を上げて析出物の生成を抑
制する手段がもっとも有効である。 （３）この際に、周知のようにスラブ外面と内面の温度
差により熱応力が発生する。スラブの遷移温度以上で保
持しても熱応力が大きければ割れが発生する可能性があ
る。このため、冷却時間を可能な限り短くし、そののち
のスラブの復熱による熱応力の緩和が有効になる（ただ
し、徐冷に比べて熱応力自体は大きい）。 （４）復熱を利用する際、スラブ温度がＬａｖｅｓ相
（Ｆｅ２Ｎｂ，Ｆｅ２Ｍｏ）の析出温度域にまで加熱さ
れないようにスラブの冷却条件を厳密に規定する必要が
ある。 （５）以上の方法で製造したスラブは、従来のＳＵＳ４
４４程度の靱性を有するため、そののちの熱延までの温
度管理も同程度とすることができる。以下に本発明にお
いて各成分および製造条件の範囲を限定した理由を述べ
る。

【０００９】ＣとＮは、一般にはクリープ特性を向上さ
せる元素として有効ではあるが、フェライト系ステンレ
ス鋼に対しては、靱性に悪影響を及ぼすことが古くから
知られている。スラブの靱性に対してもＣとＮは可能な
限り低いことが好ましい。このため、ＣとＮの含有量
は、いずれも０．０２質量％以下とした。

【００１０】Ｓｉは、高温酸化特性の改善には有効な元
素である。しかし、過剰に添加すると、鋼の脆化を招
く。このため、Ｓｉの含有量は０．１０質量％〜０．５
０質量％とした。

【００１１】Ｍｎを適量添加すると、高温酸化特性、と
くに表層酸化物の密着性を著しく改善し、とくに０．７
質量％以上の添加でその効果は著しくなる。しかし、過
剰に含有すると硬質となり、靱性や加工性の低下を招
く。そこで、Ｍｎの含有量は、０．７０質量％〜１．５
０質量％とした。

【００１２】Ｃｒは、耐食性および高温酸化特性の確保
に必要不可欠な元素である。Ｓｉ、Ａｌなどの高温酸化
特性を改善する元素を多く含まない場合には、酸化特性
を確保するために，少なくとも１７．０質量％以上の添
加が必要となる。一方、Ｃｒを多量に添加すると硬質と
なり、鋼の靱性に悪影響を及ぼす。高温酸化特性を確保
し、なおかつ、靱性を損なわないように、Ｃｒの含有量
は１７．０質量％〜２２．０質量％とした。

【００１３】Ｍｏは高温強度の改善に有効な元素であ
る。しかし、多量に添加すると鋼の脆化を招く。また、
Ｍｏは非常に高価な元素であるため、材料のコスト高を
招く。高温強度を確保し、なおかつ靱性を損なわないよ
うに、Ｍｏの含有量は、１．７５質量％〜２．５０質量
％とした。

【００１４】Ｎｂはフェライト系ステンレス鋼の高温強
度を改善するのに最も有効な合金元素の１つである。通
常のＮｂ含有フェライト系ステンレス鋼は、上述したよ
うに、最大でもＮｂを０．４質量％程度含有している
が、十分な高温強度を得るためには少なくとも０．５５
質量％以上の添加が必要となる。なお、０．５５質量％
未満の場合には、本発明方法以外の従来の製造方法でも
良好な靱性を有するスラブが得られる。一方、Ｎｂは靱
性に悪影響を及ぼす元素であり、０．８０質量％を超え
ると、高温強度の改善効果が飽和する反面、本発明方法
で製造しても、熱間加工以降の工程で、特別な温度管理
が必要となり、コスト高を招く。そこで、Ｎｂの含有量
は、０．５５質量％〜０．８０質量％とした。

【００１５】Ｃｕは、適量の添加で靱性の改善と加工性
の両方を向上させるのに有効な元素であり、その効果は
０．０２質量％以上の添加で顕著となる。しかし、Ｃｕ
を過剰に添加すると加工性に支障を来たす。そこで，Ｃ
ｕの含有量は、０．０２質量％〜０．２４質量％とし
た。

【００１６】冷却開始温度は、析出物の生成を抑制する
ために、高い方が好ましい。本発明の成分におけるＬａ
ｖｅｓ相の生成域は５００℃〜１０００℃と広範囲にわ
たり、とくに７００℃未満でその生成量が多くなる。析
出物の生成温度域を全て避けて急速冷却するのは操業上
困難であるため、スラブの冷却開始温度は７００℃以上
とした。なお、ここで述べているスラブの温度は、いず
れもスラブの表面温度を示している。

【００１７】冷却速度は、析出物の生成を抑制するため
に、速い方が好ましい。実施例で述べるように、本成分
系においては、空冷よりも遅い冷却速度では、良好な靱
性を有するスラブが得られないので、冷却速度は１００
℃／ｍｉｎ以上とした。

【００１８】冷却中の保持時間は、保持後のスラブの復
熱状態に影響を及ぼす。保持時間が短い場合には、スラ
ブの温度が高くなるため析出温度域まで達し、析出物の
生成を促す。また、保持時間が長い場合には、復熱によ
る熱応力の緩和が期待できないとともに、スラブの遷移
温度以下まで冷却され、割れを生じる可能性がある。冷
却中の保持時間は、発明では特に規定はしないが、厚さ
２００ｍｍ、重量１０Ｔｏｎのスラブでは、１〜５ｍｉ
ｎの範囲が適切である。なお、この範囲は、スラブの冷
却開始温度、冷却水の温度およびスラブの重量により変
動する。

【００１９】冷却後のスラブの復熱温度は、析出物が生
成する温度にならないように調整する必要がある。そこ
で、１８Ｃｒ−２Ｍｏ−０．７Ｎｂ鋼の水冷スラブを用
い、実験室にて再加熱試験を行い、析出挙動を調査し
た。その結果を図１に示す。

【００２０】図１は１８Ｃｒ−２Ｍｏ−０．７Ｎｂ鋼ス
ラブの延性破壊最低温度に及ぼす再加熱温度の影響を示
す。供試材には、１０ｔｏｎスラブを水冷した後切り出
し、所定の温度で３ｈｒ加熱したものを用いた。試験は
１０ｍｍ×１０ｍｍ×８０ｍｍの試験片に、柱状晶の成
長方向に平行にスリットを入れ、３点曲げ試験を行っ
た。３点曲げ試験で延性破壊を生じる最も低い温度を延
性破壊最低温度と定義し、スラブの靱性の指標とした。
なお、本評価方法におけるＳＵＳ４４４の延性破壊最低
温度は１５０℃であるため、この温度を実操業に支障を
来さない目標値とした。

【００２１】図１の結果から、スラブの靱性は、再加熱
温度の上昇にともない一旦改善され、さらに上昇すると
劣化する傾向にあることがわかる。目標となる１５０℃
以下の延性破壊最低温度を得るためには、再加熱温度は
４００℃〜６００℃の範囲にする必要がある。この理由
は、６００℃を超える温度の再加熱を行うと、析出物が
多量に生成するためであり、この点については、組織観
察で別途確認している。再加熱温度が４００℃未満で靱
性が劣る理由は、必ずしも明確ではないが、熱応力の緩
和が少なかったためと思われる。

【００２２】以上のような検討結果に基づき、スラブの
復熱後の温度を本発明で規定する範囲に決定した。

【００２３】なお、復熱後のスラブの冷却条件は空冷以
上の冷却速度が好ましい。つまり、図１の４７５℃およ
び６００℃の結果から、本成分系においては、４７５℃
脆性およびσ脆性の感受性は低いと考えられるものの、
これらの温度に長時間保持すると、脆化する可能性があ
るため、復熱後のスラブ冷却条件は徐冷とした。

【００２４】また、冷却後熱間圧延までのスラブの保持
温度についても本発明ではとくに規定しないが、ＳＵＳ
４４４と同程度の管理を行うことが好ましい。

【００２５】

【実施例】以下に本願の実施例を示す。４種類のＮｂ−
Ｍｏ含有フェライト系ステンレス鋼を溶製した。その化
学成分を表１に示す。これらは、種々の条件で冷却を行
ったのちに、２００℃以上の温度で一部切断し、上述の
試験片を作製して３点曲げ試験を行った。さらに、実験
室にて１２００℃に加熱後、圧下率４０％の１パス熱延
テストを行い、割れの有無を確認した。また残りのスラ
ブは、１８０℃以上に保持し、１２００℃に加熱後、熱
間圧延を行った。これらの結果を表２にまとめて示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８は本発明方法である。
いずれの条件もスラブの延性破壊最低温度は１５０℃以
下であり、靱性に優れていることがわかる。また、実験
室における１パス熱延および実ラインにおける熱間圧延
のいずれにおいても割れは発生することがなく、良好な
熱延鋼帯を得ることができた。これは、上述したよう
に、スラブの冷却条件を厳密に調整したことによる。

【００２９】Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１４は比較例を示してい
る。Ｎｏ．９は、スラブの冷却開始温度が低いため、冷
却開始前に析出物が多量に生成し、その結果、靱性が著
しく劣っている。Ｎｏ．１０は冷却時間が短いために、
復熱温度が６５０℃を超え、復熱の際に析出物が多量に
生成し、靱性が低くなっている。Ｎｏ．１１は冷却時間
が長いために復熱温度が低く、靱性は若干低くなってい
る。Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１４は、スラブの冷却速度が遅
いため、冷却中に析出物を多量に生成し、靱性は劣る。
Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１２は、１５０℃以上に保持した後に
熱間圧延を行ったのにも関わらず、いずれも表面に微細
な割れが発生した。また、Ｎｏ．１３とＮｏ．１４は、
１パス圧延において貫通割れが発生したため、熱間圧延
テストは実施できなかった。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、一般的な製造方法を用
い、靱性に優れたＮｂ−Ｍｏ含有フェライト系ステンレ
ス鋼スラブを得ることが可能である。したがって、排ガ
ス経路部材などに使用される耐熱用のＮｂ−Ｍｏ含有フ
ェライト系ステンレス鋼を、特別な手法を用いることな
く、安定製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラブの靱性に及ぼす再加熱温度の影響を示す
図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平松 直人 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質量％でＣ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．
   １０〜０．５０％、Ｍｎ：０．７０％〜１．５０％、Ｃ
   ｒ：１７．０〜２２．０％、Ｎ：０．０２％以下、Ｎ
   ｂ：０．５５〜０．８０％、Ｃｕ：０．０２〜０．２４
   ％、Ｍｏ：１．７５％〜２．５０％を含有するＮｂ−Ｍ
   ｏ含有フェライト系ステンレス鋼を連続鋳造後、鋳片の
   表面温度を７００℃以上（以下、単に温度のみ記す）の
   温度から１００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で４００℃以
   下まで冷却、保持した後に、４００℃以上６５０℃以下
   の温度に復熱させ、しかる後に放冷することを特徴とす
   るＮｂ−Ｍｏ含有フェライト系ステンレス鋼連続鋳造片
   の冷却方法。