JP2005060768A

JP2005060768A - 合金鋼熱延材の製造方法

Info

Publication number: JP2005060768A
Application number: JP2003291974A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yoshioka; 正浩吉岡; Norio Kanemoto; 規生金本; Minoru Matsuzaki; 実松崎
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】亀甲状溝の発生を防止できる合金鋼熱延材の製造方法を提案する。
【解決手段】 Cr：0.90mass％以上および／またはMo：0.15mass％以上含有する合金鋼素材を加熱し、粗圧延を施し、ついで、加熱、粗圧延の条件から熱延板における粒界酸化層深さを推定し、該粒界酸化層深さを熱延板における必要スケール厚さｔ_ｓとして、ｌｎ（ｔ_ｓ）＝{ａ／Ｔ_L}＋ｂ（ここで、ｔ_ｓ：熱延板における必要スケール厚（μm）、Ｔ_L：必要最低仕上圧延終了温度(Ｋ)、ａ、ｂ：定数）を満足する必要最低仕上圧延終了温度Ｔ_L以上の仕上圧延終了温度となる仕上圧延を施し熱延板としたのち、巻き取る。なお、巻取温度は600℃以下とすることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、合金鋼熱延材に係り、とくにＳＣＭ４２０等のCr−Mo系機械構造用合金鋼熱延板等のCrおよび／またはMoを含有する合金鋼熱延材の表面性状の改善に関する。

通常、スラブ等の鋼素材は、所定の加熱温度に加熱されたのち、粗圧延、仕上圧延からなる熱間圧延を施されて、所定寸法、形状の熱延鋼板(鋼帯)とされる。鋼種によっては、鋼素材の加熱中や粗圧延中に、粒界酸化される場合がある。図１に、熱延鋼板断面における粒界酸化層の形成状況を模式的に示す。１は地鉄、２は粒界酸化層、３は酸化層(スケール層)である。粒界酸化は、基地(地鉄)のオーステナイト粒界に沿って、亀甲状に粒界酸化層２を生じ、さらに粒界酸化層２は表面から内部に向かって成長する。粒界酸化層２が厚く形成されると、熱間圧延後にもスケールオフされることなく、熱延鋼板に残留する場合がある。粒界酸化されやすい鋼種として、例えば含Ni鋼、Cr-Mo鋼等がある。

脱スケール処理としては、ショットブラストやグラインダー等による機械的削除や、酸洗等による化学的な削除が一般的である。従来、例えば、Niを９％含有する鋳鋼品では、基地の粒界に沿って、亀甲状に粒界酸化層が生じるため、ショットブラストでは除去できず、粒界酸化層をグラインダーで削除していた。しかし、グラインダーでの削除は、多大の作業工数を必要とし、生産性が低下し製造コストの高騰を招くという問題があった。

このような問題に対し、例えば、特許文献１には、鋳鋼品ではあるが、含Ni鋼の粒界酸化層除去方法が提案されている。特許文献１に記載された方法は、鋳造後の鋳鋼品を1050℃以上の温度に１ｈ以上保持したのち、600℃以下の温度域になるまで50℃／ｈ以上の速度で急冷する、方法である。

しかしながら、熱間圧延により製造されるCr−Mo鋼等では、粒界酸化に起因する問題が依然解決されないでいた。すなわち、JIS C 4105で規定されるCr-Mo鋼等の機械構造用合金鋼では、熱間圧延後に、脱スケール処理として、酸洗を行う。しかし、酸洗によりほとんどのスケールは除去されるが、粒界酸化層が残留していると、粒界酸化された部分が選択的に腐食され、そのため、熱延鋼板表面に亀甲状の溝が発生する場合がある。酸洗後の熱延鋼板表面に亀甲状の溝が発生すると、その後に、冷間圧延を施しても、その亀甲状模様が残留し、冷間圧延後の表面粗さが粗くなり、最終製品の寿命に悪影響を及ぼす場合があった。
特開昭57-9829号公報

例えば、軸受に適用されるCr−Mo鋼表面の粗さが粗くなると、製品（軸受）の疲労強度が低下するなどの不具合が、また、スラストベアリングケースに適用されるCr−Mo鋼表面の粗さが粗くなると、ベアリング寿命が低下するという不具合が生じる可能性がある。

本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、亀甲状の溝の発生を防止できる、合金鋼熱延材の製造方法を提案することを目的とする。なお、本発明でいう、熱延材には、熱延鋼板、熱延鋼帯を含むものとする。

すなわち、本発明の要旨はつぎの通りである。
（１）Cr：0.90mass％以上および／またはMo：0.15mass％以上含有する合金鋼素材を加熱し、粗圧延と仕上圧延とからなる熱間圧延を施し熱延板としたのち巻き取るにあたり、予め前記加熱の条件および前記粗圧延の条件から熱延板における粒界酸化層深さを推定し、該粒界酸化層深さを熱延板における必要スケール厚さｔ_ｓとして、前記仕上圧延の仕上圧延終了温度を、下記（１）式の関係を満足する必要最低仕上圧延終了温度Ｔ_L以上とすることを特徴とする合金鋼熱延材の製造方法。
記
ｌｎ（ｔ_ｓ）＝{ａ／Ｔ_L}＋ｂ ………（１）
ここで、ｔ_ｓ：熱延板における必要スケール厚（μm）
Ｔ_L：必要最低仕上圧延終了温度(Ｋ)
ａ、ｂ：定数
（２）（１）において、前記熱延板を巻き取る際の巻取温度を、600℃以下とすることを特徴とする合金鋼熱延材の製造方法。
（３）（１）または（２）において、前記仕上圧延終了後、巻き取るまで、平均冷却速度15℃／ｓ以上で冷却することを特徴とする合金鋼熱延材の製造方法。

本発明によれば、機械構造用合金鋼熱延板等の合金鋼熱延材の表面に亀甲状の溝が発生することを防止でき、その後の焼鈍等の処理に際し、焼付き等の不具合の発生を回避して、製品特性の劣化を防止できるという、産業上格段の効果を奏する。

本発明で対象とする合金鋼は、Cr：0.90mass％以上および／またはMo：0.15mass％以上含有するCr鋼またはMo鋼またはCr−Mo鋼で、例えば、mass％で、Cr：0.90〜1.50％および／またはMo：0.15〜0.45％を含み、好ましくはＣ：0.13〜0.48％、Si：0.15〜0.35％、Mn：0.30〜1.00％を含有し、あるいはさらに、Ｐ：0.030％以下、Ｓ：0.030％以下、Cu：0.30％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる合金鋼である。

Crが、0.90mass％未満では、粒界酸化層の形成が顕著でない。また、Moが、0.15mass％未満では、粒界酸化層の形成が顕著でない。

また、Ｃ、Si、Mnは、所望の強度、延性が確保できるように、要求される強度、延性に応じて例えば上記した範囲内の適正量を含有できる。

転炉、電気炉等の公知の溶製法により、上記した組成を有する合金鋼溶鋼を溶製したのち、連続鋳造法、造塊法等の通常の鋳造方法により、スラブ等の合金鋼素材とする。なお、溶鋼には、さらに真空脱ガス等の取鍋精錬を行ってもよい。

ついで、得られた合金鋼素材を、加熱し、熱間圧延により熱延板とする。

本発明では、合金鋼素材の加熱は、とくに限定しないが、粒界酸化層の形成を抑制する観点から、950〜1350℃の範囲の加熱温度ＳＲＴとすることが好ましい。加熱温度ＳＲＴが、950℃未満では、熱間圧延温度が低くなりすぎて、変形抵抗が高くなり、圧延機への負荷が増大するため、圧下率を高く採ることができず、圧延能率が低下し、生産性が低下する。一方、1350℃を超えて高くなると、結晶粒が粗大化するとともに、スケールロスが増加し歩留りが低下する。

ついで、本発明では、加熱された合金鋼素材に、粗圧延および仕上圧延からなる熱間圧延を施し、熱延板としたのち、コイル状に巻き取る。

本発明では粗圧延は、所望の寸法、形状のシートバーとすることができれば、その条件はとくに限定されない。

本発明では、仕上圧延は、仕上圧延終了温度を次（１）式
ｌｎ（ｔ_ｓ）＝{ａ／Ｔ_L}＋ｂ ………（１）
ここで、ｔ_ｓ：熱延板における必要スケール厚（μm）
Ｔ_L：必要最低仕上圧延終了温度(K)
ａ、ｂ：定数
を満足する必要最低仕上圧延終了温度Ｔ_L以上とする圧延とする。仕上圧延終了温度がＴ_L未満の場合には、粒界酸化層がスケールオフされず、熱延板酸洗後に亀甲状の溝が鋼板表面に現出する。なお、（１）式は、合金鋼素材の組成ごと、あるいはさらに圧延機ごとに、仕上圧延終了温度と、熱延板表面に形成されるスケール厚さ（図１における酸化層３の厚さ）を測定して、得られた関係式を基に決定されたものである。ａ、ｂは、その際に決定される定数である。なお、ＳＣＭ420鋼では、ａ=−1.84×10⁴、b=17.44となる。

必要スケール厚ｔ_ｓは、粒界酸化層をスケールオフするために必要な熱延板のスケール厚さであり、熱間仕上圧延中および仕上圧延終了後巻取りまで、および巻取り後コイル冷却中に形成される必要があるスケール厚さを意味する。本発明では、合金鋼素材の成分、合金鋼素材の加熱条件および粗圧延条件に依存して、形成される粒界酸化層深さを熱延板における必要スケール厚さｔ_ｓと定義する。（なお、ここでいう必要スケール厚さｔ_ｓは図１における酸化層３と粒界酸化層２とを含む厚さを意味する。）熱延板における粒界酸化層深さは、予め、合金鋼素材の成分、合金鋼素材の加熱条件、粗圧延条件ごとに、実験等により得られた熱延板の断面組織から粒界酸化層深さを実測して得られたデータをもとに設定したテーブル等を使用して推定するか、あるいは、予め求めた各要因と粒界酸化層深さとの関係式を使用して推定することが好ましい。

本発明では、仕上圧延終了後、巻き取るまでの間空冷し、好ましくは巻取温度までの平均冷却速度で15℃／s以上の冷却を行い、600℃以下の巻取温度で巻き取ることが好ましい。巻取温度が、600℃を超えて高くなると、巻取後の結晶粒の粗大化が懸念される。なお、巻取温度は低すぎると熱延鋼板の形状が乱れる場合があるため、400℃以上とすることが好ましい。また、仕上圧延終了後の平均冷却速度が15℃／ｓ未満では、冷却が遅すぎてコイル状に巻き取るまでに長時間を要し、生産性が低下したり、結晶粒の粗大化が起こる。また、平均冷却速度が100℃／sを超えると熱延鋼板の形状が乱れる場合があるため、100℃／s以下とすることが好ましい。

表１に示す組成のＳＣＭ４１５鋼（鋼No.Ａ）、およびＳＣＭ４２０鋼（鋼No.Ｂ）を転炉で溶製し、連続鋳造法でスラブ（260mm厚）(合金鋼素材)とした。これら合金鋼素材に、加熱温度ＳＲＴ：1130℃とする加熱を施したのち、粗圧延によりシートバーとし、該シートバーに表２に示す条件で仕上圧延を施し、熱延板とする熱間圧延を施し、表２に示す条件でコイル状に巻き取った。

得られた熱延板について、塩酸酸洗により表面のスケールを除去したのち、熱延板表面を走査型電子顕微鏡（倍率：1000倍）により観察し、亀甲状模様（割れ）の有無を調査した。

なお、上記したスラブ加熱条件、粗圧延条件から、予め求めたテーブルにより、熱延板における粒界酸化層深さを推定し表２に示した。推定した粒界酸化層深さを必要スケール厚さtsとして、ＳＣＭ４２０鋼、ＳＣＭ４１５鋼について求めた、ａ=−1.84×10⁴、b=17.44とする（１）式を用いて、必要最低仕上圧延終了温度Ｔ_Lを求めた。

得られた結果を表２に示す。

本発明に適合する例（適合例）はいずれも、亀甲状模様は観察されず、良好な酸洗後表面を有している。一方、本発明の範囲から外れる例（比較例）はいずれも亀甲状模様が現出された。

熱延板断面における粒界酸化層の形成状況を模式的に示す断面説明図である。

符号の説明

１基地
２粒界酸化層
３酸化層（スケール層）

Claims

Cr：0.90mass％以上および／またはMo：0.15mass％以上含有する合金鋼素材を加熱し、粗圧延と仕上圧延とからなる熱間圧延を施し熱延板としたのち、巻き取るにあたり、予め前記加熱の条件および前記粗圧延の条件から熱延板における粒界酸化層深さを推定し、該粒界酸化層深さを熱延板における必要スケール厚さｔ_ｓとして、前記仕上圧延の仕上圧延終了温度を、下記（１）式の関係を満足する必要最低仕上圧延終了温度Ｔ_L以上とすることを特徴とする合金鋼熱延材の製造方法。
記
ｌｎ（ｔ_ｓ）＝{ａ／Ｔ_L}＋ｂ ………（１）
ここで、ｔ_ｓ：熱延板における必要スケール厚（μm）
Ｔ_L：必要最低仕上圧延終了温度(Ｋ)
ａ、ｂ：定数
前記熱延板を巻き取る際の巻取温度を600℃以下とすることを特徴とする請求項１に記載の合金鋼熱延材の製造方法。
前記仕上圧延終了後、巻き取るまで、平均冷却速度15℃／ｓ以上で冷却することを特徴とする請求項１または２に記載の合金鋼熱延材の製造方法。