JP2001271139A - 酸洗での酸化スケール除去が容易な鋼材およびその製造方法 - Google Patents

酸洗での酸化スケール除去が容易な鋼材およびその製造方法

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JP2001271139A
JP2001271139A JP2000087882A JP2000087882A JP2001271139A JP 2001271139 A JP2001271139 A JP 2001271139A JP 2000087882 A JP2000087882 A JP 2000087882A JP 2000087882 A JP2000087882 A JP 2000087882A JP 2001271139 A JP2001271139 A JP 2001271139A
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Yasumitsu Kondo
泰光 近藤
Osamu Hisasue
治 久末
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  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼中にSiを0.02%以上含有する鋼材の
酸洗による、酸洗時間の短縮、酸消費量の低減、廃酸処
理コストの低減を可能にする。 【解決手段】 鋼中にSiを0.02%から3.5%含
有する鋼材を、気体雰囲気中で600℃〜1400℃の
温度範囲としその冷却後の酸化スケールが50μm以下
の厚みである鋼材において、酸化スケール中のマグネタ
イトの体積がヘマタイトの体積の0.5倍以上であるこ
とを特徴とする鋼材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼材の熱間加工や
熱処理過程で生成した表面酸化スケールを、酸洗処理に
て容易に除去できる鋼材およびその製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】一般に、熱間加工鋼材は表面に酸化スケ
ールを有している。たとえば熱延鋼板は熱間圧延ライン
において、スラブ加熱後、粗圧延機および仕上圧延機で
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、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
よるデスケ処理にて除去されるが、その後、巻取機まで
の工程で鋼板表面には新たな酸化スケールが生成する。
このほか、熱間圧延により製造される厚板、棒材、線
材、形材、管材、熱間鍛造により製造される形材、熱間
押出により製造される管材、形材など、いずれも通常の
工程では鋼材表面に酸化スケールが生成している。
【0003】従来の熱延鋼板においては、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
洗処理によってスケール除去が行われている。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。そのはか、厚板、棒材、線
材、形材、管材などのスケール除去も酸洗を主とする処
理により行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の熱
間加工鋼材のスケール除去は、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なり、その処理
コストの高騰は避けがたい課題となっている。
【0005】一方、近年における素材の品質向上や熱間
加工技術の向上に伴って、材質および表面性状の優れた
熱間加工鋼材が製造できるようになり、従来は冷間加工
材が使用されていた分野にも熱間加工材が使用され始
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、熱間加工材のスケール除
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。また酸洗処理は、鋼材の熱処理時
に生成する酸化スケールを除去するためにも行われてい
る。そこで本発明が解決しようとする課題は、熱間加工
鋼材、あるいは熱処理材の表面酸化スケールを、酸洗処
理において短時間で除去するもので、酸洗での生産性の
向上、酸消費量の低減、廃酸処理コスト低減による酸洗
処理コストダウンが可能とするものである。
【0006】
【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、鋼中にSiを0.02%から3.5%含有
し、鋼材を気体雰囲気中で600℃〜1400℃の範囲
の温度として製造する鋼材において、酸化スケールが5
0μm以下の厚みであり、酸化スケール中のマグネタイ
トの体積がヘマタイトの体積の0.5倍以上であること
を特徴とする酸洗でのスケール除去が容易な鋼材であ
る。
【0007】または、鋼中にSiを0.02%から3.
5%含有し、鋼材を気体雰囲気中で600℃〜1400
℃の範囲の温度として製造する酸化スケールが50μm
以下の厚みである鋼材の製造方法において、600℃〜
1400℃の範囲の温度域の全域または一部の温度域に
て、雰囲気中の水蒸気濃度を2%以上とすることを特徴
とする酸洗でのスケール除去が容易な鋼材の製造方法で
ある。
【0008】または、鋼中にSiを0.02%から3.
5%含有し、鋼材を気体雰囲気中で600℃〜1400
℃の範囲の温度として製造する酸化スケールが50μm
以下の厚みである鋼材の製造方法において、600℃〜
1400℃の範囲の温度域の全域または一部の温度域に
て、雰囲気に水蒸気を添加することを特徴とする酸洗で
のスケール除去が容易な鋼材の製造方法である。
【0009】または、鋼中にSiを0.02%から3.
5%含有し、鋼材を気体雰囲気中で600℃〜1400
℃の範囲の温度として製造する酸化スケールが50μm
以下の厚みである鋼材の製造方法において、600℃〜
1400℃の範囲の温度域の全域または一部の温度域に
て、雰囲気として燃焼排ガスを用いるもしくは燃焼排ガ
スを添加することを特徴とする酸洗でのスケール除去が
容易な鋼材の製造方法である。
【0010】
【発明の実施の形態】一般に、鋼材表面に生成する酸化
スケールは主にヘマタイト、マグネタイト、ウスタイト
の3種の酸化物からなる。それぞれの酸への溶解速度は
ウスタイト、マグネタイト、ヘマタイトの順に速く、酸
化スケールの組成が溶解速度の速いものを多く含むほど
酸洗時間は短くなる。しかしながら、これらの酸化物の
組成比はそれらが成長する時の鉄イオンまたは酸素イオ
ンが酸化物中を拡散する速さによりほぼ一義的に決ま
り、ヘマタイト、マグネタイト、ウスタイトの体積組成
比はおおよそ1:4:95になる。
【0011】鋼中に含有するSiはこれらの組成比に影
響する。鋼中のSiが質量%で0.02%を越えると、
酸化スケールにはウスタイトとマグネタイトはほとんど
生成せず、ヘマタイトが主体の酸化スケールとなり酸洗
性が劣る。理由は次のとおりである。Siを含有する鋼
では、鉄イオンの外方拡散で酸化スケールが成長するた
め、酸化スケールの成長とともにスケールと地鉄界面に
Siが濃化し、シリカ(SiO2 )層が生成する。この
シリカ層は鉄イオンの拡散を阻害し、さらなる酸化スケ
ールの生成を阻害する。このため生成するスケールは成
長速度の遅く酸への溶解速度の遅いヘマタイトが主体の
酸化スケールとなるためである。
【0012】Siを含有する鋼の酸洗性はマグネタイト
の含有率で変わる。マグネタイトがヘマタイトの0.5
倍以上含有すると酸洗性が格段に向上する。これはヘマ
タイトが酸にほとんど溶解しないのに対して、マグネタ
イトのほうが酸への溶解速度が速いためである。鋼中の
Siが3.5%を越えると酸化スケールの形成時にSi
2 の保護被膜を形成し、鉄の酸化物が形成されない。
従って鉄の酸化物が生成するSiが3.5質量%未満の
鋼が本発明の対象である。鋼中のSiが0.02質量%
以下ではシリカがスケールと地鉄の界面に生成せず、酸
に溶けやすいマグネタイトを主体の酸化スケールが生成
するため、本発明はSiが0.02質量%以上の鋼が対
象である。
【0013】鋼の酸化は600℃以下ではほとんど進行
しない。従って600℃以上での温度とした。一方、1
400℃以上では酸化スケールが溶融し、得られる酸化
スケールの組成が変わる。従って、1400℃以下の温
度が好ましい。酸化スケール形成時に水などの液体に接
した場合、急激な冷却が起こり酸化スケールに亀裂を生
じ、亀裂内部に新たな酸化スケールが生成するなど酸化
スケールの生成挙動が異なる。従って気体雰囲気中で酸
化スケールが生成する場合が本発明の対象となる。
【0014】酸化スケールが50μmを越えると酸洗に
よるスケール除去に時間が長くかかり、ショットブラス
トや高圧水によるデスケなどの機械的なスケール除去方
法が容易となる。従って、酸洗で除去するのが好ましい
50μm以下の酸化スケールを有する鋼を本発明の対象
とする。次にマグネタイトの体積がヘマタイトの体積の
0.5倍となる酸化スケールを有する鋼材の製造方法に
ついて述べる。
【0015】酸化スケール中のマグネタイトの比率を増
加させるにはシリカ層の生成を抑制すればよい。このた
めには気体雰囲気中に水蒸気が含有しているとよい。本
発明者らは水蒸気が酸化スケール成長機構に及ぼす影響
について調査し、水蒸気はスケール/地鉄界面に作用
し、酸素源の内方移動にて成長する内層スケールを形成
させることを発見した。Siを含有する鋼の酸化スケー
ルの形成時に、雰囲気に水蒸気が存在するとスケール/
地鉄界面に形成されるSiの濃化部が、上記の水蒸気の
作用により形成する内層スケール内に取り込まれ、シリ
カは鉄の酸化物と反応しファイアライト(Fe2 SiO
4 )となる。このファイアライト層はシリカに比べその
中での鉄イオンの拡散速度が大きく、鉄の酸化物形成の
バリアとはならない。従って、ヘマタイトよりも成長速
度の速いマグネタイトを含んだ酸化スケールが生成す
る。
【0016】ファイアライト層の生成を抑制し、マグネ
タイトの体積がヘマタイトの体積の0.5倍以上とする
には、雰囲気中に2%以上の水蒸気が必要である。シリ
カの生成をさらに抑制するには水蒸気濃度を5%以上と
することがより好ましい。水蒸気濃度を10%以上とす
るとシリカがほとんど生成しなくなり、さらに好まし
い。100%の水蒸気としてもシリカの生成は抑えられ
る。水蒸気を雰囲気に含有するには単に雰囲気に水蒸気
を添加する方法または燃焼ガスを利用する方法が好まし
い。燃焼ガス中には水蒸気が10〜20%程度含有して
いるためである。
【0017】
【実施例】(実施例1)Siを3.0%を含有する厚板
スラブを図1に示す加熱炉1で1200℃に加熱し、ス
ケールブレーカー2で加熱炉内で生成した酸化スケール
を除去し、粗圧延機3および仕上げ圧延機4で40mm
厚に圧延し、ホットレベラー5で形状矯正した。得られ
た厚板の表面温度は780℃であった。これを直ちに雰
囲気冷却ボックス6に挿入し、550℃まで冷却した。
雰囲気冷却ボックス6には冷却ガスとして大気を用い、
これに10%の水蒸気を添加して吹き込んだ。また、比
較例としてホットレベラー5での形状矯正後大気中で冷
却した。得られた厚板を塩酸5%、液温40℃の条件で
酸洗し酸化スケールを除去した。酸洗時間を変えて表面
の酸化スケールの残存状況を観察した。結果を表1に示
す。比較例と比べ、本発明では酸洗時間が大幅に短縮で
きた。また、消費した酸の量低減でき、これに伴い同一
の鋼材処理量あたりの廃酸コストも低減できた。
【0018】
【表1】
【0019】(実施例2)Siを0.02%を含有する
線材ビレットを図2に示す加熱炉1で1150℃に加熱
し、スケールブレーカー2で加熱炉内で生成した酸化ス
ケールを除去し、粗圧延機3および仕上げ圧延機4で直
径10mmの線材に圧延し、巻取機9でリング状に巻き
取った。得られた線材の温度は810℃であった。これ
を直ちに雰囲気冷却ボックス5に挿入し、600℃まで
冷却した。雰囲気冷却ボックス5にはバーナー10を設
け雰囲気冷却ボックス内の温度を300℃に保った。燃
料にはLNGガスを用いた。このときの雰囲気冷却ボッ
クス内の水蒸気濃度はおおよそ20%であった。また、
比較例として雰囲気冷却帯内のバーナーを使用せずに冷
却した。雰囲気冷却ボックス内は大気雰囲気とした。得
られた線材を塩酸10%、液温50℃の条件で酸洗し酸
化スケールを除去した。酸洗時間を変えて表面の酸化ス
ケールの残存状況を観察した。結果を表2に示す。比較
例と比べ、本発明では酸洗時間が大幅に短縮できた。ま
た、消費した酸の量低減でき、これに伴い同一の鋼材処
理量あたりの廃酸コストも低減できた。
【0020】
【表2】
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、鋼材の酸化スケールを
酸洗にて短時間に効率よく除去することができ、酸洗で
の生産性の向上、酸消費量の低減、廃酸処理コスト低減
による酸洗処理コストダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による厚板鋼材の製造工程の説明図であ
る。
【図2】本発明による線材鋼材の製造工程の説明図であ
る。
【符号の説明】 1 加熱炉 2 スケールブレーカー 3 粗圧延機 4 仕上圧延機 5 ホットレベラー 6 雰囲気冷却ボックス 7 冷却ガス吹き込み 8 水蒸気吹き込み 9 巻取機 10 バーナー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼中にSiを0.02%から3.5%含
    有し、鋼材を気体雰囲気中で600℃〜1400℃の範
    囲の温度として製造する鋼材において、酸化スケールが
    50μm以下の厚みであり、酸化スケール中のマグネタ
    イトの体積がヘマタイトの体積の0.5倍以上であるこ
    とを特徴とする酸洗でのスケール除去が容易な鋼材。
  2. 【請求項2】 鋼中にSiを0.02%から3.5%含
    有し、鋼材を気体雰囲気中で600℃〜1400℃の範
    囲の温度として製造する酸化スケールが50μm以下の
    厚みである鋼材の製造方法において、600℃〜140
    0℃の範囲の温度域の全域または一部の温度域にて、雰
    囲気中の水蒸気濃度を2%以上とすることを特徴とする
    酸洗でのスケール除去が容易な鋼材の製造方法。
  3. 【請求項3】 鋼中にSiを0.02%から3.5%含
    有し、鋼材を気体雰囲気中で600℃〜1400℃の範
    囲の温度として製造する酸化スケールが50μm以下の
    厚みである鋼材の製造方法において、600℃〜140
    0℃の範囲の温度域の全域または一部の温度域にて、雰
    囲気に水蒸気を添加することを特徴とする酸洗でのスケ
    ール除去が容易な鋼材の製造方法。
  4. 【請求項4】 鋼中にSiを0.02%から3.5%含
    有し、鋼材を気体雰囲気中で600℃〜1400℃の範
    囲の温度として製造する酸化スケールが50μm以下の
    厚みである鋼材の製造方法において、600℃〜140
    0℃の範囲の温度域の全域または一部の温度域にて、雰
    囲気として燃焼排ガスを用いるもしくは燃焼排ガスを添
    加することを特徴とする酸洗でのスケール除去が容易な
    鋼材の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007039774A (ja) * 2005-08-05 2007-02-15 Kobe Steel Ltd 表面性状に優れた熱延鋼板
JP2010162575A (ja) * 2009-01-15 2010-07-29 Kobe Steel Ltd 酸洗性に優れた溶接用ソリッドワイヤの製造方法
JP2010184294A (ja) * 2009-01-15 2010-08-26 Kobe Steel Ltd 酸洗性に優れたソリッドワイヤ用鋼線材およびその製造方法
JP2019085595A (ja) * 2017-11-01 2019-06-06 新日鐵住金株式会社 熱延鋼板の酸洗性向上方法

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