JP2001096306A - 熱延鋼板のスケール除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱延鋼板の表面酸化スケールを除去する際
に、酸洗ラインに通板せず、熱間圧延ラインのインライ
ンにて酸洗処理を行わずに除去する。 【解決手段】 鋼板の熱間圧延ラインにおいて、最終圧
延後の通板中の鋼板を水素ガス含有雰囲気にさらす。通
板中の鋼板を非酸化性雰囲気中で冷却することが好まし
く、更に、通板中の鋼板を非酸化性雰囲気中で焼鈍する
ことが好ましい。 【効果】 熱間圧延終了後に存在する表面酸化スケール
が還元され、インラインにて酸洗処理を行わずに除去で
きるため、従来のような酸洗ラインが不要となり、工程
省略のほか、環境問題などにより今後ますます厳しくな
る廃酸処理が不要で、薄手熱延鋼板の生産量増大にも対
応できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱延鋼板の表面酸
化スケールを、酸洗処理を行わずに、熱間圧延ラインの
インラインにて除去する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延ラインにおいて、熱延鋼板は、
スラブ加熱後、粗圧延および仕上圧延で圧延された鋼板
ストリップをホットランテーブル上で冷却し、巻取機で
コイルにして製造される。スラブ加熱で生成したスラブ
の厚い酸化スケールは、粗圧延前に高圧水によるスケー
ルブレーカーで除去されるが、その後、巻取機までの工
程で鋼板表面には酸化スケールが生成する。

【０００３】製造された熱延鋼板は、冷延鋼板の素材と
なるほか、熱延製品として各種用途に加工される。いず
れの場合も鋼板表面に酸化スケールがあると、冷延時あ
るいは各種用途への加工時に鋼板表面およびロールや工
具の疵発生の原因となるので、スケール除去が行われて
いる。

【０００４】従来の熱延鋼板のスケール除去は、鋼板ス
トリップを連続酸洗ラインに通板し、塩酸や硫酸を使用
する酸洗処理によって行われる。また酸洗速度を向上さ
せるため、曲げやブラスト処理などの機械的処理を併用
すること、さらには酸洗時に電気化学処理を施すことも
行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の熱
延鋼板のスケール除去は、鋼材製造メーカーや一部の鋼
材ユーザーで行われるが、酸洗処理を伴うため、酸洗槽
およびその周辺設備や関連設備の保全、酸洗廃液の処理
などに要するコストが増大している。今後、環境問題な
どにより廃酸処理はますます厳しく、その処理コストの
高騰は避け難い問題となっている。

【０００６】一方、近年における熱延素材の品質向上や
熱延鋼板製造技術の向上に伴って、材質および表面性状
の優れた熱延鋼板が製造できるようになり、従来は冷延
鋼板が使用されていた分野に薄手の熱延鋼板が使用され
始め、その用途はますます拡大することが予想される。
したがって従来の製造工程では、熱延鋼板のスケール除
去処理、特に酸洗処理に対する負担が今後ますます増大
すると予想される。

【０００７】そこで本発明が解決しようとする課題は、
熱延鋼板の表面酸化スケールを除去するにあたり、従来
のような酸洗ラインに通板せず、熱間圧延ラインにおい
て圧延終了後に存在する表面酸化スケールを、熱間圧延
ラインのインラインにて酸洗処理を行わずに除去するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、鋼板の熱間圧延ラインにおいて、最終圧延
後の通板中の鋼板を水素ガス含有雰囲気にさらすことを
特徴とする熱延鋼板のスケール除去方法である。そし
て、前記通板中の鋼板を非酸化性雰囲気中で冷却するこ
とが好ましく、さらに、前記通板中の鋼板を非酸化性雰
囲気中で焼鈍することが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】鋼板の熱間圧延ラインにおいて、
仕上圧延後の鋼板ストリップは、ホットランテーブル上
を搬送されつつ冷却され、巻取機で巻き取られてコイル
となる。本発明法はこのような熱間圧延ラインにおい
て、仕上圧延機で最終圧延された通板中の熱延鋼板を水
素ガス含有雰囲気にさらすことで、鋼板表面の酸化スケ
ールを還元除去する。

【００１０】熱間圧延ラインで生成する鋼板表面の酸化
スケールは鉄酸化物を主体とするものであり、水素で還
元されて鉄となる。この還元反応は温度が高いほど速
く、本発明者が実験の結果、熱間圧延ラインにおける仕
上最終圧延後の鋼板温度８００〜９００℃では、この段
階での厚さ２〜３μｍ程度の酸化スケールが数秒以内の
短時間で十分に還元除去できた。

【００１１】従来、鉄酸化物のスケールが水素雰囲気で
還元されることはよく知られていたものの、処理ライン
を通板中に還元除去できる表面酸化スケールは、処理時
間および処理温度と還元速度から判断すると、厚さが
０．１μｍ以下の極めて薄いものとされていた。したが
って従来は、厚さが１μｍ以上もある熱延鋼板の表面酸
化スケールを、水素ガス含有雰囲気で還元除去するには
極めて長い時間を必要とし、熱間圧延ラインのインライ
ン処理で行うことは実用的には不可能と考えられてい
た。

【００１２】ところが本発明者が実験検討の結果、実際
の熱間圧延ラインで圧延された仕上最終圧延後の鋼板の
表面酸化スケールは、厚さが１μｍ以上であるにもかか
わらず、水素ガス含有雰囲気にさらすことで上記のよう
に短時間で還元除去でき、インラインでのスケール除去
が可能であることが判明した。以下に実験結果について
説明する。

【００１３】図１は、熱間圧延により生成した鋼板の表
面酸化スケールを、水素濃度２５％の雰囲気で還元した
ときの、還元温度とスケール除去に必要な還元所要時間
の関係を示したものである。この図からわかるように、
還元温度が高いほど還元所要時間は短縮する。またスケ
ール厚さが増すと還元所要時間が長くなるが、還元温度
８００℃以上では、スケール厚さ１．５μｍと３μｍで
はほとんど変わらず１秒程度で還元除去できる。図２
は、図１における厚さ３μｍのスケールについて、還元
温度８００℃で、雰囲気の水素濃度と還元所要時間との
関係を示し、水素濃度５％以上では、濃度に関係なく１
秒程度で還元除去できることがわかる。

【００１４】以上の実験結果と、表面酸化スケールおよ
びその還元過程の観察結果から、熱間圧延後の鋼板の表
面酸化スケールが水素含有雰囲気で還元される過程につ
いて、図３および図４のスケッチ図により説明する。図
３（ａ）は厚さが１μｍ未満の酸化スケールの還元前の
状態であり、地鉄１の表面にスケール層２が存在する。
図３（ｂ）は還元初期段階の状態であり、スケール層２
は水素ガスと接触する表面から還元されて、表層が還元
鉄層３で覆われる。そしてスケール層２の還元反応が終
了すると、図３（ｃ）に示すように地鉄１が還元鉄層３
で覆われる。

【００１５】これに対してスケール層２の厚さが１μｍ
以上の場合は、図４（ａ）に示すように、還元前のスケ
ール層２は１μｍ未満の場合と変わらないが、還元初期
段階では、図４（ｂ）に示すように、スケール層２は表
面が還元鉄層３で覆われているほか、図３（ｂ）の場合
と異なり、スケール層２の内部には厚さ方向のクラック
４が観察され、クラック４に沿って還元鉄５が観察され
る。

【００１６】これは、厚さ１μｍ以上のスケール層２
は、水素ガスに接触する表面から還元されて還元鉄層３
が生成し、還元による体積減少に伴って還元鉄層３の厚
さがある限界を超えると、図４（ｂ）のように厚さ方向
にクラック４が発生し、クラック４が新たな表面となっ
て、スケール層２と水素ガスとの反応が進行するためと
考えられる。

【００１７】したがって、厚さが１μｍ以上の酸化スケ
ールを有する場合でも、スケールと水素ガスとの反応面
積が増大して、インライン処理可能な短時間でスケール
が還元除去される。なお、上記図１および図２の実験結
果から、還元温度は８００℃以上、水素ガス濃度は５％
以上とするのが好ましい。還元反応が終了すると、図４
（ｃ）に示すように、地鉄１の表面は還元鉄層３で覆わ
れ、還元鉄層３内にはクラック４が観察される。

【００１８】上記のような鋼板表面の酸化スケールの還
元除去は、熱間圧延ラインのホットランテーブルを走行
中の鋼板ストリップに対して行うことができる。例え
ば、ホットランテーブルに走行中のストリップを覆う保
定炉を設け、該保定炉中の雰囲気を水素ガス含有雰囲気
にすればよい。また、鋼板温度が５７０℃を超える温度
域では酸化スケールの生成速度が速いので、鋼板ストリ
ップが大気に触れる際の温度は５７０℃以下とすること
により、還元除去後のスケール生成を防止する。上記保
定炉などによる水素ガス含有雰囲気を出るときの鋼板温
度が酸化しやすい温度になる場合は、非酸化性雰囲気中
で冷却する。

【００１９】本発明法により得られた熱延鋼板は、上記
のような過程で表面の酸化スケールが還元され、鋼板表
面には還元鉄層が形成されている。このような過程を経
て形成された鉄の層は、不純物の固溶や析出物が極めて
少ないので、耐食性に優れている。

【００２０】通常の鋼には、原料および精錬過程で不可
避的な不純物が含まれ、Ｆｅよりも卑な元素であるＡｌ
やＳｉ等が固溶していると、腐食環境でのＦｅの溶出速
度が速くなって耐食性が低下する。またＭｎＳ、Ａｌ
Ｎ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＮｂＮ、ＮｂＣなどの析出物が表
面に存在すると、析出物を陽極とし、鋼表面を陰極とす
るミクロ的な局部電池の形成により腐食が促進される。
ところが、酸化スケールは主としてＦｅの外方拡散によ
り成長し、上記のような鋼中の不純物成分はスケール中
にはほとんど含有されないので、このスケールを還元し
て形成される還元鉄層は、不純物の固溶や析出物が極め
て少なくなる。したがって、本発明法により耐食性の優
れた鋼板が得られる。

【００２１】次に、熱延鋼板が冷延鋼板のような加工用
に使用される場合、熱間圧延後に焼鈍を行って再結晶組
織にする必要がある。この焼鈍も、仕上最終圧延後、イ
ンラインにてホットランテーブル上で行うことができ
る。この場合は焼鈍後、ホットランテーブル上で上記水
素ガス雰囲気における酸化スケールの還元除去を行うこ
とができる。また仕上げ最終圧延後、水素ガス雰囲気で
酸化スケールを還元除去したのち、引き続き非酸化性雰
囲気で焼鈍することもでき、また水素含有雰囲気でスケ
ール還元と焼鈍を同時に行うこともできる。

【００２２】

【実施例】熱間圧延ラインにおいて、仕上圧延終了後の
低炭素鋼熱延鋼帯を、本発明法によりインラインにてス
ケール除去した。図５に示すように、粗圧延後の熱延鋼
帯１を高圧水デスケ７によりスケール除去した後、仕上
圧延機８にて板厚２．０mmに圧延し、引続きホットラン
テーブル上にて保定炉９に通板して酸化スケールを還元
除去した。

【００２３】保定炉９に入る直前の鋼帯１の温度は７８
０℃であり、保定炉９内は水素ガス５％窒素ガス９５％
の雰囲気とし、炉内の通板時間は１．２秒間であった。
保定炉９を通過後、直ちに非酸化性雰囲気の冷却ゾーン
１０で鋼帯１の温度３５０℃まで冷却し、ピンチロール
１１を経て巻取機１２に巻き取った。

【００２４】得られた鋼板の表面には、肉眼的には酸化
スケールは認められなかった。この本発明例と、保定炉
９および冷却ゾーン１０を大気雰囲気とした比較例につ
いて、ＧＤＳ分析により測定したＦｅとＯの深さ方向分
布を図６および図７に示す。比較例は従来の熱延鋼板と
同様の酸化スケールが認められた。これに対して図６の
本発明例は、図７の比較例と比べて明らかなように、表
面の酸化スケールが還元されていることがわかる。

【００２５】

【発明の効果】本発明法は、鋼板の熱間圧延ラインにお
いて、最終圧延後の通板中の鋼板を水素ガス含有雰囲気
にさらすことで、圧延終了後に存在する表面酸化スケー
ルを還元し、インラインにて酸洗処理を行わずに除去す
ることができる。このため、従来のような酸洗ラインが
不要となり、工程省略のほか、環境問題などにより今後
ますます厳しくなる廃酸処理が不要で、薄手熱延鋼板の
生産量増大にも対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法における酸化スケールの還元温度と還
元所要時間との関係例を示すグラフである。

【図２】本発明法における雰囲気中の水素濃度と酸化ス
ケールの還元所要時間との関係例を示すグラフである。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、従来の酸化スケー
ルの還元過程を示す説明図である。

【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明法における
酸化スケールの還元過程を示す説明図である。

【図５】本発明法における実施例の設備概要を示す説明
図である。

【図６】本発明例で得られた鋼板について、Ｆｅおよび
Ｏの表面からの深さ方向濃度分布を示すグラフである。

【図７】比較例で得られた鋼板について、ＦｅおよびＯ
の表面からの深さ方向濃度分布を示すグラフである。

【符号の説明】

１…地鉄 ２…スケール層 ３…還元鉄層 ４…クラック ５…還元鉄 ６…熱延鋼帯 ７…高圧水デスケ ８…仕上圧延機 ９…保定炉 １０…冷却ゾーン １１…ピンチロール １２…巻取機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒谷 省一 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 Ｆターム(参考） 4K053 PA02 PA12 QA01 RA02 RA07 TA02 TA03 TA18 TA20 XA11 YA27

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板の熱間圧延ラインにおいて、最終圧
   延後の通板中の鋼板を水素ガス含有雰囲気にさらすこと
   を特徴とする熱延鋼板のスケール除去方法。
2. 【請求項２】 前記通板中の鋼板を非酸化性雰囲気中で
   冷却することを特徴とする請求項１記載の熱延鋼板のス
   ケール除去方法。
3. 【請求項３】 前記通板中の鋼板を非酸化性雰囲気中で
   焼鈍することを特徴とする請求項１または２記載の熱延
   鋼板のスケール除去方法。