JP2003171739A

JP2003171739A - 酸洗性に優れた鋼材及びその製造方法

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Publication number: JP2003171739A
Application number: JP2001371594A
Authority: JP
Inventors: Mikako Takeda; 実佳子武田; Masao Toyama; 雅雄外山; Fujio Koizumi; 富士雄小泉; Hitoshi Kushida; 仁串田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-06-20
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: JP3944388B2

Abstract

(57)【要約】【課題】０．１〜２質量％のＣｒを含有する軸受鋼、
低合金鋼等の鋼材を熱間圧延して製造された条鋼材、鋼
板などの鋼材を対象として、その後に行われる酸洗の際
の酸洗性を向上させた鋼材を提供する。【解決手段】Ｃｒを０．１〜２質量％含有する鋼材を
熱間圧延して得られた鋼材であって、スケール層と地鉄
の界面に粒径０．１〜５μｍのＦｅＯ・Ｃｒ₂Ｏ₃なる組
成のスピネル型酸化物が５×１０⁶個／ｃｍ²以下有す
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、酸洗性に優れた鋼
材及びその製造方法に関し、詳細にはＣｒを０．１〜２
質量％含有する鋼材を熱間圧延して製造された条鋼材、
鋼板などの鋼材を対象として、その後に行われる酸洗の
際の酸洗性を向上させた鋼材及びその鋼材の製造技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軸受鋼、低合金鋼等の鋼材の表面には、
熱間圧延時に鉄酸化物を主成分とする酸化スケールが生
成する。熱間圧延後の鋼材は、酸洗処理または機械的に
デスケーリングし、必要に応じて焼鈍処理を施してから
伸線加工し、最終的な線材などの製品に加工される。前
記酸洗処理においては、塩酸、硫酸などによってスケー
ルを溶解除去するが、スケールの組成、構造、厚みによ
っては、酸洗によってもスケールは容易に除去されず、
酸洗に要する時間が長くなる、また酸の寿命が短いとい
った問題を抱えており、生産性が著しく損なわれてい
た。

【０００３】酸洗性に優れた鋼材を得るためには、一般
にスケール厚みを薄くすれば良いとされており、またス
ケールの組成によっても酸洗性は著しく変化する。スケ
ール組成のうちで酸洗性が良いとされるのはＦｅＯ（ウ
スタイト）であり、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｆｅ₃Ｏ₄は酸に対し難溶
性であるため、ＦｅＯの比率の高いスケール組成とする
ための技術が従来提案されている。例えば、特開平８−
１２２９号公報には巻取り後の冷却を調整して、酸洗性
の良いＦｅＯから成るスケールを得る方法が提案されて
いる。

【０００４】また、スケール層に亀裂があると酸溶液の
浸透性が高まり酸洗性が向上することから、特開平４−
５９１１６号公報には機械的外力によりＦｅＯ層内に亀
裂を生じさせて酸溶液の浸透性を向上させる方法、特開
平１１−３１９９３１号公報には熱間圧延条件及びその
後の冷却と巻取条件を調整して亀裂導入するといった方
法がそれぞれ提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
が対象とするような０．１〜２質量％のＣｒを含有する
軸受鋼、低合金鋼等の鋼材の場合には、加熱や熱間圧延
後にスケールと地鉄の界面にスピネル型酸化物（ＦｅＯ
・Ｃｒ₂Ｏ₃）が生成する。このスピネル型酸化物は極め
て酸に対する溶解性が悪く、特開平８−１２２９号公報
に提案のような巻取り後に水冷して冷却するのではＦｅ
Ｏの比率の増大は望めるものの、急速に鋼材表面が冷却
されるため、後述する、水蒸気雰囲気を用いた場合のよ
うなスケール表面でのＨ₂Ｏ解離が十分でなく、解離水
素のスケール層内拡散並びに解離水素によるスケール還
元で生成する極めて酸化性の高いガス状Ｈ₂Ｏの生成が
望めず、スピネル型酸化物を減少させる効果が十分に期
待できない。また亀裂導入を目的とした上述した従来技
術による方法でも十分に対応することができない。

【０００６】一方、スピネル型酸化物（ＦｅＯ・Ｃｒ₂
Ｏ₃）の生成を抑制するため、熱間圧延後の冷却速度を
高めるといった防止策も報告されている［鉄と鋼：Ｖｏ
ｌ．７１，Ｎｏ．５，１９８５−Ｓ７１７（低合金鋼線
材のスケール酸洗性に関する検討）参照］。しかし、ス
ピネル型酸化物は、鋼材を高温に加熱したり高温からの
徐冷などで生成するため、通常圧延前の加熱時はもとよ
り圧延中の高温時に既にスケールと地鉄の界面に生成し
ており、しかもデスケーリングや圧延中に容易に除去で
きないため、圧延終了後の冷却速度のみをコントロール
してもスケールと地鉄界面のスピネル型酸化物の完全抑
制には至らず、酸洗性向上の効果もさほど期待できな
い。

【０００７】本発明は、上記の事情を基になしたもので
あって、その目的は、０．１〜２質量％のＣｒを含有す
る軸受鋼、低合金鋼等の鋼材を熱間圧延して製造された
条鋼材、鋼板などの鋼材を対象として、その後に行われ
る酸洗の際の酸洗性を向上させた鋼材及びその鋼材の製
造方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明（請求項１）に係る酸洗性に優れた鋼材
は、Ｃｒを０．１〜２質量％含有する鋼材を熱間圧延し
て得られた鋼材であって、スケール層と地鉄の界面に粒
径０．１〜５μｍのＦｅＯ・Ｃｒ₂Ｏ₃なる組成のスピネ
ル型酸化物が５×１０⁶個／ｃｍ²以下有するものであ
る。またこの場合において更に、スケール層が体積率で
８０％以上のＦｅＯ相を有し、かつスケール層の平均厚
みが８μｍ以下とされてあってもよい（請求項２）。

【０００９】また、本発明（請求項３）に係る酸洗性に
優れた鋼材の製造方法は、上記請求項１又は２に記載の
酸洗性に優れた鋼材の製造方法であって、Ｃｒを０．１
〜２質量％含有する鋼材を熱間圧延すると共に８００〜
９００℃で熱間圧延を終了した後、引き続いて水蒸気濃
度が１〜３０％の雰囲気中で５７０℃以下まで冷却する
ものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】スケール層の構造、厚み、及び製
造条件などについて、限定した理由は以下の通りであ
る。

【００１１】（１）スケール層と地鉄の界面に生成する
粒状のスピネル型酸化物（ＦｅＯ・Ｃｒ₂Ｏ₃）についてＣｒを０．１〜２質量％含有する鋼材の場合、加熱時及
び圧延中の高温時にスケール層と地鉄の界面に粒状のス
ピネル型酸化物が生成する。このスピネル型酸化物は、
それ自体が酸に対し難溶性のため、著しく酸洗性を損な
う。また通常、スケール層に穴やクラックがある場合、
これらから侵入した酸が地鉄と反応し、発生水素ガスの
圧力によるスケールの剥離作用で酸洗性が向上するが、
スケール層と地鉄の界面に生成するスピネル型酸化物の
発生個数が多い場合には、地鉄への酸の侵入が阻害され
るため水素ガスによる剥離作用が有効に作用せず、一層
酸洗性が低下する。

【００１２】そこで、本発明者等が酸洗性とスピネル型
酸化物の個数との関係を詳細に調査した結果、スケール
層と地鉄の界面に存在する粒径０．１〜５μｍのスピネ
ル型酸化物の個数を５×１０⁶個／ｃｍ²以下とした場合
に酸洗性が改善されるという結果を見出し、本発明を完
成するに至ったものである。そして、特に後述するスケ
ール層中のＦｅＯの比率が体積率で所定値以上、かつス
ケール層の平均厚みが所定値以下で存在する場合に、一
層顕著に発揮されることを見出した。

【００１３】なお、上記スケール層と地鉄界面部のスピ
ネル型酸化物の面積あたりの個数測定方法は以下の通り
である。すなわち、スケールの付着した鋼材を、臭素・
メタノール溶解液により地鉄部を溶解し、スケールを採
取する。そのスケールの地鉄側表面をＳＥＭ（走査電子
顕微鏡）により１０００〜２０００倍程度で観察する
と、スケールと地鉄界面に生成する粒状のスピネル型酸
化物がはっきりと確認でき、測定できる。また、粒状酸
化物がＣｒを含有したスピネル型酸化物であるか否かに
ついては、ＥＤＸ（エネルギー分散形Ｘ線分析装置）分
析によりＣｒ、Ｆｅ、Ｏの検出で確認できるほか、スケ
ールの地鉄側表面をＸ線分析を行うことによりスピネル
型構造を有することを確認できる。

【００１４】（２）スケール層中のＦｅＯの比率とスケ
ール層の平均厚みについて鋼材の表面に生成する鉄酸化物系のスケール層は、Ｆｅ
Ｏ（ウスタイト）、Ｆｅ₃Ｏ₄（マグネタイト）、Ｆｅ₂
Ｏ₃（ヘマタイト）から構成される。これら各相の内、
Ｆｅ₃Ｏ₄、Ｆｅ₂Ｏ₃の両相は酸に対し難溶性であり、酸
に溶解しやすいＦｅＯの構成比率が多い場合に酸洗性が
向上する。このため、Ｆｅ₃Ｏ₄、Ｆｅ₂Ｏ₃の比率を極力
少なくし、ＦｅＯ主体のスケール層とすることが必要で
ある。本発明者等がＦｅＯ比率と酸洗性の関係を調査し
た結果、スケール層中のＦｅＯ比率を体積率で８０％以
上とすることにより、酸洗性が著しく改善されることを
見出した。また、スケール層中のＦｅＯ比率を体積率で
８０％以上としても、スケール層の厚みが厚い場合には
良好な酸洗性が期待できなくなる。種々実験検討の結
果、スケール層の平均厚みが８μｍ以下であれば、前記
ＦｅＯの体積率と相俟って酸洗性向上の効果が期待でき
る。なお、スケール層中のＦｅＯ比率はＸ線回折による
各組成のスケールからの回折ピークの強度比より求める
ことができる。また、スケール層の厚みは顕微鏡などに
よって測定できる。

【００１５】（３）製造方法について本発明に係る酸洗性に優れた鋼材例えば線材を製造する
ためには、１５０ｍｍ角ビレットを加熱炉内で加熱後、
高圧水によるデスケーリングを行って通常の熱間圧延を
実施し、所定の温度で巻き取り後、水蒸気中で低温まで
冷却する。この製造過程において、圧延終了直後のスケ
ール層と地鉄の界面には、粒状のスピネル型酸化物が多
数存在しているが、巻取り後の高温時から低温まで水蒸
気中で冷却することにより、スケール層と地鉄の界面の
スピネル型酸化物が低減される。また更に、ＦｅＯ比率
の高いスケール層を生成させることが可能となる。

【００１６】その理由は以下のように推測される。すな
わち、水蒸気によるスピネル型酸化物層の緻密度低下機
構についてはまだ十分には明かにされていないが、水蒸
気雰囲気中ではスケール層と地鉄の界面に生成したスピ
ネル型酸化物層に割れが発生しやすい上に割れが補修さ
れにくい。水蒸気からの解離水素によるスケール還元に
より生成した酸化性の高いガス状Ｈ₂Ｏが、スピネル型
酸化物層の割れを介してスケール層と地鉄の界面部へ直
接侵入し、その結果界面の酸素圧が高まってＦｅも酸化
されるため、連続したスピネル型酸化物層が再生されに
くくなって緻密度が低下するものと考えられる。そして
更に、ガス状のＨ₂Ｏが、緻密度が低下したスピネル型
酸化物層を通過して鋼表面を酸化し、スピネル型酸化物
層の下層にＦｅＯを形成する。従って、スピネル型酸化
物層はスケールの内部に取り込まれた形態となり、スケ
ール層と地鉄の界面のスピネル型酸化物が減少して（通
常の場合と水蒸気噴射の場合のスケール構造：図1ａ、
ｂ参照）、酸洗性が向上するものと考えられる。

【００１７】通常、ＦｅＯは高冷却速度で冷却を行わな
いと、ＦｅＯがスケール層と地鉄の界面でＦｅ₃Ｏ₄とＦ
ｅへの共析変態を起こしてＦｅ₃Ｏ₄に変化し、酸洗性が
低下してしまう。共析変態を起こすのは５７０℃前後で
あるが、更に低温まで水蒸気中冷却を行った場合はＦｅ
Ｏの分解によって析出したＦｅ₃Ｏ₄はほとんど認められ
ず、冷却速度を高めずともＦｅＯ主体のスケールとな
る。水蒸気による冷却は、共析変態を起こす温度（５７
０℃）以下の温度まで行うことが好ましい。３００℃程
度まで水蒸気中冷却を行うと、より一層効果が現れる。
なお、水蒸気の効果は、より高温から冷却した場合に顕
著であり、８００℃以上で巻き取った場合に本効果が顕
著に現れる。更に、スケール厚みが薄い場合に酸洗性が
良いとされており、巻き取り温度が９００℃を超える
と、スケール層の平均厚みが８μｍを超えて厚くなりす
ぎ、酸洗性向上の効果が期待できなくなる。

【００１８】

【実施例】表１に示す３種類の成分の１５０ｍｍ角のビ
レットを加熱炉中で加熱し、通常の熱間圧延プロセスを
経た後、圧延終了直後の巻取り温度、及びその後の５７
０℃以下までの冷却の際の雰囲気中の水蒸気濃度をそれ
ぞれ表２に示すように変化させて１０〜１２ｍｍ径の線
材をそれぞれ作製した。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】上記で得られた線材より試料を採取し、そ
の試料の地鉄を溶解して採取したスケールの地鉄側表面
のＳＥＭ観察より、粒径０．１〜５μｍのスピネル型酸
化物の単位面積あたりの個数を測定した。更にＸ線回折
によりスケール層中のＦｅＯ比率を測定し、圧延方向に
平行な線材断面の光学顕微鏡写真よりスケール厚みを測
定した。更に実験室レベルにて、各試料の酸洗実験（１
５％塩酸、液温５０℃）を行い、目視判定によってスケ
ールが完全に除去されるまでの時間（酸洗時間）を測定
した。これらの結果を表２に併せて示す。

【００２２】上記表２から明らかなように、試料Ｎｏ．
１乃至４，１２乃至１５，２３乃至２６は本発明例（実
施例）であって、鋼Ｎｏ．Ａ，Ｂ，Ｃともに巻取り温度
８００〜９００℃で巻取り、その後の冷却の際の雰囲気
中の水蒸気濃度を１〜３０％で処理したもので、いずれ
もスケール層と地鉄界面のスピネル型酸化物の個数が５
×１０⁶個／ｃｍ²以下、スケール層の平均厚みが８μｍ
以下、ＦｅＯ比率が８０％以上となり、スケールを取除
くための酸洗時間が大幅に短縮され、酸洗性が向上して
いる。

【００２３】試料Ｎｏ．５，１６，２７は比較例であっ
て、巻取り温度８００〜９００℃で巻取り、その後の冷
却を水蒸気を添加せず大気中放冷で処理したもので、い
ずれも大気中放冷ではスピネル型酸化物の個数の低減が
計れなかった上に、スケール層が厚くかつＦｅＯ比率も
８０％未満と少ない。このため、酸洗でスピネル型酸化
物を除去するのに酸洗時間が長くかかり、酸洗性が劣っ
ている。

【００２４】試料Ｎｏ．６，１７，２８は比較例であっ
て、巻取り温度８００〜９００℃で巻取り、その後の冷
却を水蒸気濃度が３０％を超える雰囲気中で処理したも
ので、いずれも水蒸気濃度が本発明条件より高い場合
で、スケール表面での水蒸気の解離効果並びにそれに伴
う解離水素によるスケール還元とガス状Ｈ₂Ｏの生成作
用は十分であるが、多量のガス状Ｈ₂Ｏがスピネル型酸
化物層の割れを介してスケール層と地鉄の界面へ侵入
し、Ｆｅの酸化が極めて急速に進むため、非常に厚いス
ケールが生成する。このため、スピネル型酸化物の個数
の低減及びＦｅＯ比率を８０％以上に増加させることが
できたが、スケール層の厚みが非常に厚くなるため、酸
洗時間がやや長くかかり、本発明例よりも酸洗性が劣っ
ている。

【００２５】試料Ｎｏ．７，１８，２９は比較例であっ
て、巻取り温度が８００℃未満と低い温度で巻取り、そ
の後の冷却の際の雰囲気中の水蒸気濃度を１〜３０％で
処理したもので、いずれも水蒸気雰囲気であるにもかか
わらず、巻取り温度が本発明条件より低いため、スケー
ル表面でのＨ₂Ｏ解離と解離水素のスケール内拡散並び
にガス状Ｈ₂Ｏの生成が十分且つ均一に進まず、安定し
てスピネル型酸化物の個数を５×１０⁶個／ｃｍ²以下の
ものが得難く、またＦｅＯ比率が４５〜５６％前後と低
いため、スケール層が薄かったにもかかわらず酸洗時間
がやや長くかかり、本発明例よりも酸洗性が劣ってい
る。

【００２６】試料Ｎｏ．８，１９，３０は比較例であっ
て、巻取り温度が８００℃未満と低い温度で巻取り、そ
の後の冷却を水蒸気濃度が３０％を超える雰囲気中で処
理したもので、いずれも巻取り温度が本発明条件より低
くかったにもかかわらず、水蒸気濃度を本発明条件より
高くして冷却したため、ガス状Ｈ₂Ｏが比較的多く生成
された。従って、スピネル型酸化物の個数の低減やＦｅ
Ｏ比率を８０％以上に増加させることができたが、ガス
状Ｈ₂ＯによりＦｅの酸化が進んでスケール層が厚く生
成したため、酸洗時間がやや長くかかり、本発明例より
も酸洗性が劣っている。

【００２７】試料Ｎｏ．９，２０，３１は比較例であっ
て、巻取り温度が９００℃を超える温度で巻取り、その
後の冷却を水蒸気濃度が１％未満の雰囲気中で処理した
もので、いずれも巻取り温度が本発明条件より高くかつ
水蒸気濃度が本発明条件より低かったことからスピネル
型酸化物の個数の低減が計れなかった上に、スケール層
が厚くかつＦｅＯ比率も８０％未満と少ない。このた
め、酸洗でスピネル型酸化物を除去するのに酸洗時間が
長くかかり、酸洗性が劣っている。

【００２８】試料Ｎｏ．１０，２１，３２は比較例であ
って、巻取り温度が９００℃を超える温度で巻取り、そ
の後の冷却を水蒸気濃度が１〜３０％の雰囲気中で処理
したもので、いずれも水蒸気雰囲気であるにもかかわら
ず、巻取り温度が本発明条件より高かったことからスピ
ネル型酸化物の個数の低減や、ＦｅＯ比率を８０％以上
に増加させることができたが、スケール層が厚く生成し
たため、酸洗時間がやや長くかかり、本発明例よりも酸
洗性が劣っている。

【００２９】試料Ｎｏ．１１，２２，３３は比較例であ
って、巻取り温度が９００℃を超える温度で巻取り、そ
の後の冷却を水蒸気濃度が３０％を超える雰囲気中で処
理したもので、いずれも巻取り温度が本発明条件より高
くかつ水蒸気濃度が本発明条件より高かったことからス
ピネル型酸化物の個数の低減や、ＦｅＯ比率を８０％以
上に増加させることができたが、スケール層が厚く生成
したため、酸洗時間がやや長くかかり、本発明例よりも
酸洗性が劣っている。

【００３０】また、鋼Ａに対して鋼ＢはＣｒ量を多く且
つＭｏを添加したもの、鋼ＣはＣｒ量のみをより多く添
加したもので、Ｃｒを多く添加したことでスピネル型酸
化物の個数が増加することが懸念されたが、ほとんど影
響もなく、３鋼種は酸洗性に影響を及ぼす、スピネル型
酸化物の個数、ＦｅＯ比率、スケール層の厚みが同様の
傾向を示した。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
０．１〜２質量％のＣｒを含有する軸受鋼、低合金鋼等
の鋼材を対象として、熱間圧延後に行われる酸洗の際の
酸洗性を向上させることができ、従来のＣｒを含有する
鋼材に見られた、長い酸洗時間や、使用する酸の寿命が
短いといった欠点を解消でき、生産性を著しく向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱間圧延後の鋼材のスケール状態を説明するた
めの断面模式図であって、ａは熱間圧延後に水蒸気雰囲
気中で冷却した本発明方法の場合、ｂは熱間圧延後に大
気中で放冷した比較方法の場合の図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小泉富士雄兵庫県神戸市灘区灘浜東町２番地株式会社神戸製鋼所神戸製鉄所内 (72)発明者串田仁兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内Ｆターム(参考） 4K032 AA11 AA12 CC03 CC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｒを０．１〜２質量％含有する鋼材を
熱間圧延して得られた鋼材であって、スケール層と地鉄
の界面に粒径０．１〜５μｍのＦｅＯ・Ｃｒ ₂Ｏ₃なる組
成のスピネル型酸化物が５×１０⁶個／ｃｍ²以下有する
ことを特徴とする酸洗性に優れた鋼材。
【請求項２】スケール層が体積率で８０％以上のＦｅ
Ｏ相を有し、かつスケール層の平均厚みが８μｍ以下で
ある請求項１に記載の酸洗性に優れた鋼材。
【請求項３】請求項１又は２に記載の酸洗性に優れた
鋼材の製造方法であって、Ｃｒを０．１〜２質量％含有
する鋼材を熱間圧延すると共に８００〜９００℃で熱間
圧延を終了した後、引き続いて水蒸気濃度が１〜３０％
の雰囲気中で５７０℃以下まで冷却することを特徴とす
る酸洗性に優れた鋼材の製造方法。