JP2003328072A - 連続焼鈍炉用通板材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続焼鈍用通板材通板材としての特性の劣化
が小さく、多数回の繰り返し使用が可能な鋼板と製造方
法を提案する。 【解決手段】 Ｃ：0.001〜0.08mass％、Si：0.50mass
％以下、Mn：0.05〜1.5mass％、Ｐ：0.20mass％以下、
Ｓ：0.015mass％以下、Al：0.01mass％以下、Ｎ：0.005
0〜0.025mass％を含有する鋼スラブを、加熱温度が1000
℃以上、仕上圧延出側温度が800℃以上、巻取温度が400
℃以上である熱間圧延を行い、酸洗したのち、冷間圧延
することにより、使用に供する前の固溶Ｎ量が0.0010ma
ss％以上の鋼材とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄鋼板の製造工程
の１つである連続焼鈍ラインにおいて、焼鈍条件を変更
する際に用いる通板材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続焼鈍ラインでは、１つのラインで、
一般用冷延鋼板から超深絞り用冷延鋼板まで製造するほ
か、各種の高張力鋼板も製造している。そのため、連続
焼鈍ラインでは、各々の鋼板の要求特性に応じて、種々
の異なった条件の焼鈍が行われている。しかし、連続焼
鈍ラインの炉体は大型で、熱的慣性が大きいため、焼鈍
条件の変更は瞬時には行えない。そこで、焼鈍材が変化
するのに伴って焼鈍条件を変更する場合には、通常、
「つなぎ材」と称する通板材を通板し、この通板材がラ
インを通過する間に、炉温や冷却条件等を所定の条件に
調整することが行われている。

【０００３】さらに焼鈍条件は、鋼板の板厚・板幅など
によっても変化させる必要があり、この場合にも、通板
材が使用されている。というのは、同種の製品であって
も、板厚が厚く、板幅が広いものほど熱容量が大きいた
め、同一の温度に加熱するにはより多くの熱量を投入す
る必要があり、そのためには、炉内温度はより高く設定
するか、炉内の滞留時間をより長くする(ライン速度を
低減する)といった焼鈍条件の変更が必要となるからで
ある。とくに、板幅変化が大きい場合には、鋼板の炉内
破断が起こり易いため、通板材の使用は、操業トラブル
回避のためには重要である。

【０００４】上記通板材は、高温かつ張力を付加された
状態で焼鈍炉を通過するため、この間に高温変形(クリ
ープ変形)を生じて、板厚や板幅の減少が起こるほか、
焼鈍中のフェライト(α)−オーステナイト(γ)間の相変
態によって起こる膨張・収縮によって鋼板形状の乱れ
(平坦度の劣化)などの形状劣化が生じる。そのため、何
回か使用された通板材は、寸法の変化や形状の変化があ
る基準値を超えるようになると、炉内破断や蛇行トラブ
ルなどといった操業トラブル等の不具合発生の原因とな
るため廃却される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記通板材
には、従来、何らかの欠陥を含むために製品にできない
材料が当てられることが多かった。そのため、必ずしも
高温強度を有する鋼板が使用されていたわけではなく、
わずか数回の使用で廃棄されることが多かった。また、
一本のコイル内でも、長手方向に不連続的に焼鈍条件
(通板条件)が変化するために、板厚、板幅、平坦度が長
手方向で不連続に変化し、そのため、より少ない使用回
数で廃棄される例もあった。さらに、生産量の増大や生
産品種の拡大および不具合品の減少によって、通板材が
不足する場合があり、このような場合には、やむを得ず
製品となる鋼板を通板材に転用して使用する場合もあ
り、製造コストを上げる要因にもなっていた。

【０００６】上記の問題は、いわゆる耐熱鋼を用いれば
解決できる。しかし、耐熱鋼板は、高温強度や高温クリ
ープ特性には優れるものの、合金元素を多量に含むため
高コストであり、しかも、高強度であるために圧延性
(生産性)に劣り、板厚0.2〜1.8mm程度の薄板で広幅の鋼
板を低コストで製造することは難しい。このような事情
から、通板材として用いられる鋼板には、製品となる鋼
板とは別の特性、すなわち普通鋼並の成分組成を有して
製造コストが低く、しかも、連続焼鈍炉を通過する際に
大きな変形を生ずることなく繰り返して使用可能な特性
が求められる。

【０００７】本発明の目的は、普通鋼並の成分組成を有
する鋼でありながら、高温条件下でも通板材としての特
性の劣化が小さく、多数回の繰り返し使用が可能な連続
焼鈍炉用通板材とその製造方法を提案することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記課題を
解決するために、種々の成分組成を有し、種々の製造方
法で製造した鋼板について、通板材としての特性評価実
験を行った。その結果、通板板が、高温かつ張力付与下
でも高い強度(塑性変形しない)を有するためには、低炭
素鋼をベースとした成分組成でかつ固溶Ｎを多く含有し
ていることのほか、フェライト−オーステナイト変態温
度が高いことが有効であることを知見し、本発明を完成
させた。

【０００９】すなわち、上記知見に基づく本発明は、
Ｃ：0.001〜0.08mass％、Si：0.50mass％以下、Mn：0.0
5〜1.5mass％、Ｐ：0.20mass％以下、Ｓ：0.015mass％
以下、Al：0.01mass％以下、Ｎ：0.0050〜0.025mass
％、残部はFeおよび不可避的不純物からなる組成を有す
るとともに、固溶Ｎ量が0.0010mass％以上であることを
特徴とする連続焼鈍炉用通板材である。

【００１０】なお、本発明の鋼板は、上記成分組成に加
えてさらに、Moを0.005〜0.2mass％含有することが好ま
しい。

【００１１】また、本発明は、Ｃ：0.001〜0.08mass
％、Si：0.50mass％以下、Mn：0.05〜1.5mass％、Ｐ：
0.20mass％以下、Ｓ：0.015mass％以下、Al：0.01mass
％以下、Ｎ：0.0050〜0.025mass％を含有する鋼スラブ
を、加熱温度が1000℃以上、仕上圧延出側温度が800℃
以上、巻取温度が400℃以上である熱間圧延を行い、酸
洗したのち、冷間圧延することにより、使用に供する前
の固溶Ｎ量が0.0010mass％以上の鋼材とすることを特徴
とする連続焼鈍炉用通板材の製造方法を提案する。

【００１２】なお、本発明の製造方法においては、上記
冷間圧延後の鋼材を、さらに、900℃以下の温度に加熱
し、500℃までを20℃／sec以上で冷却する焼鈍を行うこ
とにより、使用に供する前の固溶Ｎ量が0.0010mass％以
上の鋼材とすることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】まず、本発明に係る鋼の成分組成
を限定する理由について説明する。 Ｃ：0.001〜0.08mass％ Ｃは、その含有量が0.08mass％を超えるとフェライト−
オーステナイト変態温度の低下が大きくなり過ぎる。そ
のため、フェライト−オーステナイト変態温度以上の高
温焼鈍を行うと、加熱時には、フェライトからオーステ
ナイトへの逆変態が進行して体積収縮が起こり、一方、
均熱終了後の冷却時には加熱時とは逆に、オーステナイ
トからフェライトへの変態によって体積膨張が起こるた
め、鋼板形状が大きく乱れる。この現象は、鋼板内の温
度や冷却速度のバラツキが大きい場合に特に著しく、絞
り込み等の操業トラブルを引き起こす。一方、Ｃ量が0.
001mass％を下回ると、高温域で、フェライト粒が部分
的に異常粒成長して鋼板組織が不均一となり、機械的性
質が大きく変動する結果、使用中に破断を生じ易くなり
好ましくない。従って、Ｃ量は0.001〜0.08mass％の範
囲に制限する。加熱・冷却に対する鋼板組織の安定性を
より高めるには、0.002〜0.05mass％がより好ましい。

【００１４】Si：0.5mass％以下 Siは、鋼板の高温強度を高める元素であり、適宜含有さ
せることができる。この効果を顕著に発揮させるために
は、0.005mass％以上含有させることが好ましい。しか
し、0.5mass％を超えて添加すると、焼鈍中に鋼板表面
に生ずる酸化皮膜(焼鈍後にはテンパーカラーとして認
識される)によって、炉内のロールにピックアップが発
生し、表面欠陥を発生する危険がある。このため、Siは
0.5mass％以下、好ましくは0.3mass％以下とする。

【００１５】Mn：0.05〜1.5mass％ Mnは、Ｓによる熱間割れを防止するのに有効な元素であ
り、この効果を得るためには、0.05mass％以上添加する
必要がある。しかし、1.5mass％を超えて添加すると、
フェライト−オーステナイト変態温度が大きく低下し、
焼鈍中に起こる逆変態・変態に起因して鋼板の歪みが大
きくなり好ましくない。また、多量のMn添加は、鋼板表
面への元素濃化を引き起こし、炉内ロールへの酸化物の
ピックアップを生ずる危険がある。従って、Mnは0.05〜
1.5mass％の範囲とする。より高い繰り返し使用回数が
要求される場合には、1.0mass％以下とすることが望ま
しい。

【００１６】Ｐ：0.20mass％以下 Ｐは、鋼のフェライト−オーステナイト変態温度を上昇
させて焼鈍中のフェライトからオーステナイトへの逆変
態を抑制するため、これに起因する鋼板形状の乱れを防
止するのに有効な元素であり、0.005mass％以上含有す
ることが好ましい。しかし、0.20mass％を超えて含有さ
せると、鋼板強度が高くなり、脆化する傾向がある。さ
らに、焼鈍炉入側で、先行材と後行材とをシーム溶接す
る際、溶接部が脆化する傾向があるので好ましくない。
よって、Ｐの添加量は0.20mass％以下とする。好ましく
は0.005〜0.15mass％の範囲とするのがよい。

【００１７】Ｓ：0.015mass％以下 Ｓは、介在物として鋼中に存在し、鋼板の延性と伸びフ
ランジ性を低下させ、鋼板エッジ荒れ部への応力集中に
よる炉内破断の危険性を増加させるので、できるだけ低
くすることが望ましい。しかし、過度の低減は、溶製コ
ストの上昇を招くため望ましくない。よって、鋼板特性
と製造コストの観点から、0.015mass％以下とする。望
ましくは0.01mass％以下である。

【００１８】Al：0.01mass％以下 Alは、鋼の脱酸元素として添加され、鋼の清浄度を向上
させるのに有用な元素である。また、鋼板組織の均一・
微細化のためにも望ましい元素であり、0.001％以上含
有することが好ましい。しかし、本発明において、最も
重要な役割を担う固溶状態のＮを確保するためには多く
の添加は好ましくなく、固溶Ｎを熱延、酸洗、冷延後で
も安定して確保するためには、Alの上限を0.01mass％と
する必要がある。さらにこの効果を安定して得るために
は0.007mass％以下が望ましい。

【００１９】Ｎ：0.005〜0.025mass％以下 Ｎは、本発明では最も重要な添加元素である。特に、固
溶状態のＮが多量に存在することにより、連続焼鈍にお
ける高温・張力付与下で起こる塑性変形量を著しく小さ
く抑えることができる。この効果を安定して得るために
は、Ｎは0.005％以上含有させることが必要である。し
かし、Ｎ量が0.025mass％を超えて含有した場合には、
鋳造後のスラブ表面にブローホールが発生する危険性が
増大する。これらのことから、Ｎ含有量は、0.005〜0.0
25mass％とする。

【００２０】固溶Ｎ：0.0010mass％以上 固溶Ｎは、本発明では、連続焼鈍工程における鋼板の塑
性変形量を小さく抑えるために最も重要な役割を担う。
そのため、本発明では、少なくとも通板材として繰り返
し熱処理を受ける前の状態において、固溶Ｎ量を0.0010
mass％以上含有していることが必要である。繰り返し使
用回数をより高めるためには、固溶Ｎ量は、0.0030mass
％以上とすることが好ましい。なお、上記固溶Ｎ量は、
化学分析により求めた鋼中の全Ｎ量から析出物としての
Ｎ量を差引いて求めることができる。析出Ｎ量の測定方
法としては、例えば、アセチルアセトン系電解液を用い
た定電位電解法によって電解抽出した残渣を化学分析
し、残渣中のＮ量を求め、これを析出Ｎ量とすればよ
い。

【００２１】なお、本発明では、上記必須成分の他に、
必要に応じて、Moを0.005〜0.2mass％の範囲で添加する
ことができる。このMoは、高温域での変形抵抗を増加さ
せる望ましい効果があり、重要な選択的添加元素であ
る。この効果を発揮させるためには0.005mass％以上添
加する。しかし、0.2mass％を超えて添加しても、その
効果が飽和するのみならず、室温での変形抵抗も上昇
し、冷間圧延性を低下させる。特に薄い板厚の鋼板を得
るためには、0.05〜0.15mass％の範囲で添加するのがよ
い。

【００２２】なお、本発明の鋼板は、その組織をフェラ
イト相の面積率：90％以上とすることが好ましい。とい
うのは、本発明の鋼板は、フェライト−オーステナイト
変態温度以上の高温域に加熱される場合にはα→γ変態
を、また、高温域から冷却される場合にはγ→α変態を
起こす。しかし、室温時にフェライト以外の炭化物相な
どが多量に存在すると、これらの相にはオーステナイト
安定化元素が濃化しているため、高温に加熱される際に
生成するオーステナイト量が増大する。そのため、繰り
返し熱処理により受けるα→γ変態、γ→α変態に伴っ
て起こる収縮・膨張量も増大する。しかも、これらの変
態は可逆的な変化ではないため、変態が繰返される度に
収縮・膨張による歪が蓄積し、変形歪となって鋼板の平
坦度を悪化させて、繰り返し使用回数を低下させる。よ
って、高温域での繰り返し焼鈍による変態歪を小さく抑
え、形状劣化を防止するためには、通板材として使用に
供する前の段階における鋼板組織は、フェライト面積率
が90％以上であることが望ましい。

【００２３】次に、本発明の通板材を製造する方法のう
ち特徴的な条件について、その限定理由を説明する。ス
ラブは、鋼成分のマクロ偏析を防止し、均一性を確保す
るためには連続鋳造法で製造することが望ましいが、造
塊法、薄スラブ鋳造法によって製造してもよい。

【００２４】また、スラブ製造後、熱間圧延する際の加
熱方法は、いったん室温まで冷却し、その後、再加熱す
る従来法の外、冷却しないで温片のままで加熱炉に装入
するかあるいはわずかの保熱をおこなった後、直ちに圧
延する直送圧延や直接圧延などの省エネルギープロセス
を採用することができる。

【００２５】スラブ加熱温度(ＳＲＴ)は、初期状態とし
て固溶状態のＮ量を確保する観点から下限が規定され、
1000℃以上とする必要がある。上限温度は、酸化ロスの
増大などから1280℃以下とすることが望ましい。

【００２６】仕上圧延の出側温度(ＦＤＴ)は、本発明の
重要な要件である固溶Ｎ量を確保するためには、800℃
以上とすることが必要である。仕上圧延温度が800℃を
下回ると、固溶Ｎが、AlＮとして歪み誘起析出する結
果、最終的に残存する固溶Ｎ量が低減し、鋼の高温域で
の変形抵抗を高めることが難しくなる。また、800℃以
下の温度で圧延を終了した場合、板厚・板幅方向で均一
な組織を得られず、繰り返しの熱処理をうけた時の異常
変形の発生につながるため好ましくない。また、機械的
性質のバラツキを低減するという観点からは、850℃以
上の仕上圧延温度が望ましい。

【００２７】熱延後の巻取温度(ＣＴ)は、400℃以上と
する。巻取温度が400℃を下回ると、鋼板の形状が乱
れ、圧延トラブルの原因となる。また、冷間圧延性も顕
著に低下する。一方、巻取温度が750℃を上回ると、コ
イルの長手方向の材質差が顕著となるほか、酸化膜が厚
くなり、脱スケール性が悪化するので700℃以下とする
ことが好ましい。

【００２８】仕上圧延終了後〜巻取までの冷却は、常法
に従い、空冷と水冷を適宜組み合わせて行えばよい。な
お、水冷に際しては、冷却中の平均冷却速度を40℃／se
c以上とすることが、AlＮの析出を抑制し、析出物を微
細化するのに有効である。一方、水冷による冷却速度の
上限は、フェライト面積率を90％以上とし、かつ材質の
均一性と形状の均一性を確保するためには、300℃／sec
以下とするのが好ましい。以上の熱延条件を満たすこと
により、固溶Ｎ量を安定して0.0010mass％以上確保する
ことが可能となる。

【００２９】熱延に続く酸洗工程は、常法に準じて行え
ばよい。また、酸洗後の冷間圧延は、鋼板の機械的性質
を安定させるために、冷間圧下率を40％以上とするのが
好ましい。

【００３０】本発明の鋼板は、上記冷間圧延後、焼鈍を
行っても、行わなくても良い。しかし、焼鈍を行う場合
には、焼鈍温度は900℃以下とする。焼鈍温度が900℃を
超えると、焼鈍終了後の鋼板の組織が粗大化する傾向が
あり、繰り返し使用回数が減少する。望ましくは880℃
以下である。

【００３１】焼鈍後から500℃までの冷却は、平均冷却
速度20℃／sec以上とすることが好ましい。この冷却速
度が20℃／secを下回ると、AlＮの析出が顕著となって
固溶状態のＮ量が減少するため、通板材として使用する
際の高温域での変形抵抗(強度)が低下する。固溶Ｎ量を
さらに安定して確保するには、30℃／sec以上の冷却速
度とすることが望ましい。一方、冷却速度の上限は、前
記好ましいフェライト面積率を確保し鋼板の形状の乱れ
を抑えるためには、300℃／sec以下とするのが好まし
い。500℃未満の温度域の冷却は、通常の冷却方法で行
えばよい。

【００３２】

【実施例】（実施例１）表１に示す成分組成を含み、残
部が実質的にFeからなる鋼を転炉で溶製してスラブと
し、この鋼スラブを、表２，３に示す条件で熱間圧延を
行った。この際、仕上圧延終了から巻取までの冷却は、
空冷と水冷を適宜組み合わせて行い、水冷に際しては、
50〜70℃／secの冷却速度となるよう制御した。その
後、この熱延板を、酸洗し、冷間圧延して冷延板とし、
焼鈍を行わずに通板材に用いた。なお、この通板材につ
いては、繰り返し使用する前の固溶Nb量、フェライト面
積率を調査し、結果を、表２，３に併記した。ここで、
上記固溶Ｎ量は、前述した方法により分析し、また、フ
ェライト面積率は、圧延方向と直交する方向すなわち板
幅方向の断面を光学顕微鏡により400倍にて観察して測
定した。上記冷延板を、表２，３に示す条件で連続焼鈍
ラインの通板材として繰り返し使用し、固溶Ｎ量の減少
等により鋼板組織が粗大化しあるいは板厚や板幅の減少
により鋼板形状(平坦度)の劣化などが生じて再使用に耐
えなくなるまでの繰り返し使用回数を調査した。この結
果も、表２，３中に併記したが、本発明の鋼板は、比較
鋼に比べ格段に優れた使用回数を示すことがわかる。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】（実施例２）Ｃ：0.013％、Si：0.005mass
％、Mn：0.8mass％、Ｐ：0.009mass％、Ｓ：0.001mass
％、Al：0.003mass％およびＮ：0.0095mass％の鋼スラ
ブを素材とし、表４に示すような製造条件で、熱間圧
延、冷間圧延を行い、冷延板とした。熱延終了後から巻
取までの冷却は、実施例１と同様に行い、水冷に際して
は、50〜70℃／secの冷却速度となるよう制御した。こ
の冷延板について、実施例１と同様に、固溶Ｎ量とフェ
ライト面積率を調査した。そして、この冷延板を、通板
材として繰り返し使用し、再使用不可能となるまでの使
用回数を調査した。なお、この実施例においては、冷延
後、通板材として使用に供する前に、連続焼鈍法にて事
前焼鈍を行った場合についても調査した。上記の結果を
表４中に併記したが、本発明に従い製造した鋼板は、通
板材として優れた耐久性(繰り返し使用回数)を示すこと
がわかる。

【００３７】

【表４】

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
連続焼鈍工程における「つなぎ材」として好適な、寸法
変化や形状劣化の小さく多数回使用ができるという特性
を有する通板材を安価に製造することができるので、操
業トラブルの防止に役立つほか、製品の製造コストの低
減にも大きく寄与する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 光正 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 Ｆターム(参考） 4K037 EA01 EA04 EA05 EA15 EA17 EA23 EA25 EA27 EB02 EB06 EB08 FA02 FA03 FC03 FC04 FE01 FJ04 FJ05 FJ06 FK03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ：0.001〜0.08mass％、Si：0.50mass％
   以下、Mn：0.05〜1.5mass％、 Ｐ：0.20mass％以下、
   Ｓ：0.015mass％以下、 Al：0.01mass％以下、Ｎ：0.0
   050〜0.025mass％、残部はFeおよび不可避的不純物から
   なる組成を有するとともに、固溶Ｎ量が0.0010mass％以
   上であることを特徴とする連続焼鈍炉用通板材。
2. 【請求項２】上記成分組成に加えてさらに、Moを0.005
   〜0.2mass％含有することを特徴とする請求項１に記載
   の連続焼鈍炉用通板材。
3. 【請求項３】Ｃ：0.001〜0.08mass％、Si：0.50mass％
   以下、Mn：0.05〜1.5mass％、 Ｐ：0.20mass％以下、
   Ｓ：0.015mass％以下、 Al：0.01mass％以下、Ｎ：0.0
   050〜0.025mass％を含有する鋼スラブを、加熱温度が10
   00℃以上、仕上圧延出側温度が800℃以上、巻取温度が4
   00℃以上である熱間圧延を行い、酸洗したのち、冷間圧
   延することにより、使用に供する前の固溶Ｎ量が0.0010
   mass％以上の鋼材とすることを特徴とする連続焼鈍炉用
   通板材の製造方法。
4. 【請求項４】上記冷間圧延後の鋼材を、さらに、900℃
   以下の温度に加熱し、500℃までを20℃／sec以上で冷却
   する焼鈍を行うことにより、使用に供する前の固溶Ｎ量
   が0.0010mass％以上の鋼材とすることを特徴とする請求
   項３に記載の連続焼鈍炉用通板材の製造方法。