JP2005297008A - 表面性状の良好な高Ｓｉ含有鋼板の熱間圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高Ｓｉ含有鋼の熱間圧延において、加熱炉におけるスループット低下による生産性の低下をさせず、Ｓｉスケールを除去して十分に良好な品質の熱延鋼板を製造する方法を提供すること。
【解決方法】高Ｓｉ含有鋼板の熱間圧延方法において、Ｓｉが０．５質量％以上含有する鋼片を加熱炉で該鋼片の表面温度が１１７３℃以上で、かつ保持時間が１０分間以上の条件で加熱し、引き続き、該鋼片の表面温度が１１７３℃未満で、かつ保持時間が１０分間以上２時間以下の条件で加熱した後、該鋼片の表面に吐出力４０ＭＰａ以上の高圧水を噴射してデスケーリングを行う表面性状の良好な高Ｓｉ含有鋼板の熱間圧延方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、スケール疵が問題になりやすい高Ｓｉ含有鋼板のスケール疵を防止し、表面品質の優れた熱延鋼板の製造方法に関する。

一般に熱間圧延においては、加熱炉を用いてスラブを加熱した後、粗圧延および仕上げ圧延を行って熱延鋼板を製造する。近年、自動車や建造物等に使用される高張力鋼板においては、成形性および表面性状の良好な鋼板の需要が高まっている。これまでに成形性を向上させ強度を高くするにはＳｉ添加が有効であることが知られている。
しかしながら、Ｓｉを含有する鋼材表面に形成するスケールはデスケーリングによって完全に除去することが困難であり、スケールの一部であるＦｅＯ（ウスタイト）が鋼材表面に残存する。その後の圧延工程でＦｅＯは粉砕されながら空気と接触してＦｅ_２Ｏ_３（ヘマタイト）となって鋼材表面に押し込まれる。このようにして鋼材の表面にＳｉスケールまたは赤スケールと呼ばれるスケール模様欠陥が発生する。このＳｉスケールは酸洗によって除去されるが、酸洗前にスケールが残存していた部分と残存していなかった部分とで酸洗後の鋼板表面に凹凸を生じるため疲労破壊の起点となりやすく、また部材として使用する際に塗装ムラとなって自動車ホイール等の最終製品の美観を損なうこととなる。

前述のようにしてスケール疵が発生した鋼材であっても、冷間圧延を施せばこの凹凸を消滅させることができるが、黒スケール（ＦｅＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４を主体とする緻密なスケール）が発生した部分とＳｉスケールが発生していた部分では、鋼の表面付近の化学組成に違いがあるので、溶融亜鉛めっきの際の合金化が不均一に進行し、めっきむらを生じる。
鋼材の強度をあげる方法としてＳｉを添加するにはこれらの問題を解決しなければならない。Ｓｉ含有鋼の上記問題を解決するには熱間圧延の粗圧延あるいは仕上げ圧延の前に、表面のスケールを十分に除去することが必要である。

特許文献１には、Ｓｉ含有量０．５重量％以上の高Ｓｉ含有鋼の熱間圧延方法において、鋼材表面がＦｅＯとＦｅ_２ＳｉＯ_４系の共晶温度（１１７３℃）未満の状態で加熱することによって鋼界面にくさび状に食い込むＦｅ_２ＳｉＯ_４の生成を防止するとともに、噴流を独立した液滴に分離して噴流エネルギーを確実にスケール表面に伝達し、さらに衝突流速Ｖ、衝突エネルギーＥをそれぞれ所定の値以上に確保し、これによってデスケーリングを行う技術が開示されている。この条件を満足するため、Ｓｉ≧１質量％の高Ｓｉ含有鋼においては、吐出圧力４５ＭＰａ以上の高圧水を用いた実施例が記載されている。
しかしながら、熱間圧延時のスラブ温度が低下すると圧延抵抗が高くなるため圧延作業が困難になる。したがって、スラブの抽出温度は約１０００℃以上、好ましくは１１００℃以上でなければならない。特許文献１に示されるがごとく、鋼材表面が１１７３℃未満で加熱する方法ではデスケーリング性は向上するものの、スラブの昇温速度が低下するため加熱炉における加熱時間が長くなりスループットが低下する問題がある。

一方、特許文献２には、スラブを加熱炉において表面温度が１１７０〜１２５０℃で１００〜１５０分間加熱保持し、その後の熱間圧延工程で１回以上デスケーリングを行い、Ａｒ３点以上で熱間圧延を終了し、６５０℃以下で巻取ることを特徴とする表面性状に優れる高強度熱延鋼板の製造方法が開示されている。
また、特許文献３には、鋼片を１２９０℃以上に加熱した後、粗圧延仕上げ温度を１１５０℃以上とし、熱間仕上げ圧延開始温度を１１００℃以下にすることを特徴とする表面性状に優れた熱延鋼板の製造方法が開示されている。
しかしながら、この方法では加熱エネルギーコストの上昇のほか、Ｆｅ_２ＳｉＯ_４のくさび形状のばらつきが大きくなり、デスケーリング後の表面性状のばらつきが発生するなどＳｉスケール対策としても確実性に欠ける。

また、特許文献４には、デスケーリング行い、その後加熱温度１１７０〜１３００℃で３０分間以上再加熱を行い、さらにデスケーリングを行うことで表面性状に優れる熱延鋼板の製造方法が開示されている。この方法によりデスケーリング性は向上するものの、一旦鋼材が冷えてから再度加熱工程を必要とするためエネルギー効率が悪く不経済であり、また作業効率が低下することや設備製造コストが増加するなどの問題がある。
特開２０００−２５４７２４号公報 特開平５−２７９７３４号公報 特許第２６７４３２８号公報 特開平６−２６９８４１号公報

高Ｓｉ含有鋼の熱間圧延において、特許文献１に開示されている技術を適用することによりデスケーリング性は向上するものの、加熱炉における加熱時間が長くなりスループットが低下する問題がある。また、それ以外の上記公知技術を適用してデスケーリングを行ってもスケールを完全に除去することはできなかった。そのため、熱間圧延後の製品にＳｉスケールが残存し、十分な品質の熱延鋼板を製造することができなかった。
本発明は、上記課題を解決し、高Ｓｉ含有鋼の熱間圧延において、加熱炉におけるスループット低下による生産性の低下をさせず、Ｓｉスケールを除去して十分に良好な品質の熱延鋼板を製造する方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは、高Ｓｉ含有鋼板の熱間圧延方法において、Ｓｉが０．５質量％以上含有する鋼片を加熱炉で該鋼片の表面温度が１１７３℃以上で、かつ保持時間が１０分間以上の条件で加熱し、引き続き、該鋼片の表面温度が１１７３℃未満で、かつ保持時間が１０分間以上２時間以下の条件で加熱した後、該鋼片の表面に吐出力４０ＭＰａ以上の高圧水を噴射してデスケーリングを行うことを特徴とする表面性状の良好な高Ｓｉ含有鋼板の熱間圧延方法である。

本発明の製造方法によれば、熱間圧延におけるデスケーリングが困難な高Ｓｉ含有鋼を生産性を低下させることなく、スケール剥離性を大幅に改善し、十分に良好な品質の熱延鋼板を製造することが可能であり、その工業的意義は甚大である。

先ず、本発明の技術思想について説明する。
本発明は、Ｓｉが０．５質量％以上含有する高Ｓｉ含有鋼片を熱間圧延する際に、鋼片表面のスケール剥離性を改善し、熱間圧延に発生するスケールきずを抑制することによって、表面性状の良好な高Ｓｉ含有鋼板を製造するものである。
従来からＳｉが０．５質量％以上含有する高Ｓｉ含有鋼片を加熱炉で加熱する場合には、鋼片表面に生成するＦｅＯ（ウスタイト）と鋼界面との間に低融点酸化物のＦｅ_２ＳｉＯ_４（ファイアライト）が生成することが知られている。また、加熱温度がＦｅＯとＦｅ_２ＳｉＯ_４の共晶点温度（１１７３℃）以上になると、ＦｅＯとＦｅ_２ＳｉＯ_４との化合物の液相が鋼界面の結晶粒界に浸入し、くさび状の固相を形成するため、加熱後に行なわれる鋼片のデスケーリング性を悪化させる原因となっていた。

本発明者らは、上記高Ｓｉ含有鋼片表面のスケール剥離性を改善するために、加熱炉における加熱条件とスケールの生成形態との関係について実験などにより詳細に検討し、その結果、以下の知見を得た。
図１に高Ｓｉ含有鋼片の加熱条件とスケール生成形態の関係を説明するための模式図を示す。
図１（ａ）に示すように、高Ｓｉ含有鋼片をその表面温度が１１７３℃（ＦｅＯとＦｅ_２ＳｉＯ_４の共晶点温度）以上に加熱すると、ＦｅＯスケール２と鋼１界面との間にＦｅ−Ｓｉ−Ｏ系の融液相３が生成し、この外層のＦｅＯスケール２中の結晶粒界に浸透するとともに、鋼１中の結晶粒界にも浸透し、その融液相３の冷却によって、鋼１及びＦｅＯスケール２中にくさび状の凝固相４からなるスケールが形成される。これは、従来から知られている知見であり、本発明者らも実験により同様な現象を確認できた。

しかし、発明者らの検討結果によれば、図１（ａ）に示すように加熱温度が１１７３℃以上の条件で生成したＦｅ−Ｓｉ−Ｏ系の融液相３は、図１（ｂ）に示すように引き続き加熱温度が１１７３℃未満の低温域で所定時間の条件で加熱することにより、鋼片表面のスケールの組織形態を変化させることができ、冷却後のくさび状の凝固相４の影響を減少することができることを知見した。
つまり、図１（ａ）に示す状態の鋼片を引き続き加熱温度が１１７３℃未満の低温域で、所定時間保持すると、図１（ｂ）に示すようにＦｅ−Ｓｉ−Ｏ系の融液相３は凝固してくさび状のＦｅ−Ｓｉ−Ｏ系の凝固相４を形成するとともに、この凝固相４と鋼界面との間に新たにＦｅＯとＦｅ_２ＳｉＯ_４の複合スケール５が生成する。この複合スケール５は時間とともに増加、成長し（図中の白抜き矢印）、その速度は上記凝固相４の成長（図中の黒矢）より速いため、くさび状の上記凝固相４は複合スケール５に覆われるようになる。その結果、図１（ｃ）に示されるように鋼１界面上には平坦な複合スケール５が形成され、スケール剥離性は大幅に改善されることが判った。

本発明はこれらの知見を基になされたものであり、高Ｓｉ含有鋼を加熱炉で加熱する際に、鋼片の表面温度が１１７３℃以上で、かつ保持時間が１０分間以上の条件で加熱し、引き続き、該鋼片の表面温度が１１７３℃未満で、かつ保持時間が１０分間以上２時間以下の条件で加熱することにより、生産性を低下させずにスケール剥離性を改善することを技術思想とするものである。
本発明は、上記１１７３℃以上での高温域加熱と１１７３℃未満での低温域加熱により、特許文献１等の低温域加熱方法における課題であった加熱時間の増大にともなう生産性低下を解消するとともに、形状等の成品品質を良好に維持しつつスケール剥離性を大幅に改善することができる。

以下に本発明における各条件の限定理由について説明する。
本発明では、Ｓｉが０．５質量％以上含有する鋼片を加熱炉で加熱する際に、最初の加熱条件（以下、便宜上、一次加熱条件ということもある）として、鋼片の表面温度が１１７３℃以上で、かつ保持時間が１０分間以上の条件で加熱する。この一次加熱条件は、鋼片を均一に加熱し、熱延鋼板の成品形状や機械的特性を良好に維持するために必要である。

最初の加熱条件において、鋼片の表面温度が１１７３℃以上での保持時間が１０分間未満の場合には、鋼片の板厚中心までを均一に加熱することが困難となり、良好な熱間圧延が困難になり、熱延鋼板の成品形状や機械的特性が劣化するため、好ましくない。この保持時間の上限は、特に限定する必要はなく、熱延鋼板の成分組成や要求される組織、機械的特性、及び寸法精度に応じて決定される。
以上の理由で本発明における加熱炉での一次加熱条件を鋼片の表面温度が１１７３℃以上で、かつ保持時間が１０分間以上と規定する。

本発明では、上記加熱後に引き続き行なわれる加熱における加熱条件（以下、便宜上、二次加熱条件ということもある）として、鋼片の表面温度が１１７３℃未満で、かつ保持時間が１０分間以上２時間以下の条件で加熱する。この二次加熱条件は、一次加熱により１１７３℃以上の高温域で生成したくさび状のＦｅ−Ｓｉ−Ｏ系の融液相３（図１（ａ）、参照）を１１７３℃未満の低温域で凝固相４とし、かつこの凝固相４と鋼界面との間にＦｅＯとＦｅ_２ＳｉＯ_４の複合スケール５を生成、成長させる（図１（ｂ）、参照）ために重要な条件である。

鋼片の表面温度が１１７３℃以上の高温加熱の場合には、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ系の融液相３（図１（ａ）、参照）を凝固相４とし、かつこの凝固相４と鋼界面との間にＦｅＯとＦｅ_２ＳｉＯ_４の複合スケール５を生成、成長させる（図１（ｂ）、参照）ことが困難となる。また、この加熱条件が満足しても、保持時間が１０分未満の条件では、上記複合スケール５を十分に成長させ、図１（ｃ）に示されるように鋼１界面上には平坦な複合スケール５を形成されることは困難であるため、スケール剥離性を十分に改善できず好ましくない。一方、保持時間が１２０分を超えると上記スケール剥離性の改善効果は飽和し、加熱の保持時間が過度に長くなると、生産性を低下させるため好ましくない。
以上の理由で本発明における加熱炉での一次加熱後に引き続き行なわれる二次加熱条件を鋼片の表面温度が１１７３℃未満で、かつ保持時間が１０分間以上２時間以下と規定する。なお、スケール剥離性さらに向上させるためには、二次加熱の保持時間を３０分間以上とするのが好ましい。

本発明では、上記のような加熱炉での一次加熱条件及び二次加熱条件でＳｉが０．５質量％以上含有する鋼片を加熱することにより、鋼片表面のスケール剥離性が従来に比べ大幅に向上することができる。しかし、加熱炉で生成したスケールを充分に除去し、熱間圧延におけるスケールきずの発生を十分に抑制し、表面性状の良好な熱延鋼板を製造するためには、デスケーリング条件のうちで、特に鋼片表面に噴射する高圧水の吐出力が重要になる。

本発明では、加熱炉で生成したスケールを高圧水噴射によるデスケーリングにより完全に除去するために、高圧水噴射の吐出力を４０ＭＰａ以上とする。
上記デスケーリングのための高圧水噴射は、加熱炉出側から粗圧延前までの間で行なってもよいが、鋼片の表面温度が高い状態でデスケーリングを行うと、その後、鋼片表面温度の復熱により上述のＳｉ成分に由来するスケールが発生するおそれがある。したがって、鋼片の表面温度が１１００℃以下と比較低温条件となる粗圧延出側から仕上圧延前の間で行うのがより好ましい。なお、粗圧延後にデスケーリングを行うと、粗圧延により表面のスケール中に亀裂が生じるためスケール剥離性が向上する作用が得られるため好ましい。

以下に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

表１に示すＳｉが１．３質量％含有する成分組成の高Ｓｉ含有鋼片を用い、この鋼片を加熱炉で表２に示す一次加熱条件（表面温度１、保定時間１）及び二次加熱条件（表面温度２、保定時間２）で加熱した後、鋼片を加熱炉から抽出後、ノズル出口の圧力（吐出力）が４５ＭＰａの高圧水を鋼片表面に噴射してデスケーリングを行った。

なお、スケール剥離性の評価は、デスケーリング後の鋼片表面を光学顕微鏡を用いて観察しスケールの残存する面積率を求め、スケール残存率と定義し、このスケールの残存率が１０％以下を合格（○）とした。また、表２に示す条件で鋼片を加熱、デスケーリングした場合の成品形状及び生産性の評価も行った。成品形状は成品板厚の測定値が基準値以内のものを合格（○）とし、生産性はトータル加熱時間が基準値以内のものを合格（○）とした。

表２からＮｏ．４〜７（発明例）は、本発明で規定する一次加熱条件、二次加熱条件及びデスケーリング条件のいずれも範囲内であり、スケール残存率、成品形状および生産性の何れも良好な評価結果であった。
一方、Ｎｏ．１〜３、および８〜１１（比較例）は、本発明で規定する一次加熱条件、二次加熱条件及びデスケーリング条件のいずれかが本発明範囲から外れているため、スケール残存率、成品形状および生産性の何れかの結果が満足いくものではない。

加熱条件とスケールと鋼界面の構造を示す模式図である。

符号の説明

１：鋼（Ｆｅ）
２：ＦｅＯスケール
３：Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ系の融液相
４：Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ系の凝固相
５：ＦｅＯとＦｅ_２ＳｉＯ_４の複合スケール

Claims (1)

1. 高Ｓｉ含有鋼板の熱間圧延方法において、Ｓｉが０．５質量％以上含有する鋼片を加熱炉で該鋼片の表面温度が１１７３℃以上で、かつ保持時間が１０分間以上の条件で加熱し、引き続き、該鋼片の表面温度が１１７３℃未満で、かつ保持時間が１０分間以上２時間以下の条件で加熱した後、該鋼片の表面に吐出力４０ＭＰａ以上の高圧水を噴射してデスケーリングを行うことを特徴とする、表面性状の良好な高Ｓｉ含有鋼板の熱間圧延方法。

Images