JP2006206979A

JP2006206979A - ブラシ研摩によるスケール除去性に優れる熱延鋼板

Info

Publication number: JP2006206979A
Application number: JP2005022346A
Authority: JP
Inventors: Norio Kanemoto; 規生金本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】鋼板表面に生成した黒皮スケールのブラシ研摩除去性に優れる熱延鋼板を提供する。
【解決手段】熱延鋼板の成分組成を、Ｃ：0.1〜1.30mass％、Si：2.0mass％以下、Mn：1.2mass％未満、Cr：0.20mass％超え0.90mass％未満を含有するものとすることにより、鋼板表面に生成したスケール層と鋼板地鉄との間にポーラスな解離層を形成させた熱延鋼板を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車部品等に用いられる熱延鋼板に関し、特にブラシ研摩によるスケール除去性に優れる熱延鋼板に関するものである。

自動車の変速機の部材やポールパーキング、エンドプレート等には、主に機械構造用炭素鋼(いわゆるＳＣ材)や炭素工具鋼(いわゆるＳＫ材)等の熱延鋼板が用いられている。これらの熱延鋼板は、加工に先立って、該鋼板の表面に生成した酸化膜(黒皮スケール)を除去する脱スケール処理を行うのが普通である。しかし、上記の用途に供せられる熱延鋼板は、板厚が８mm以上と厚いため、通常の鋼板用酸洗ラインには通板することができない。そのため、この種の鋼板の脱スケール処理は、ブラシ研摩等の機械的な方法で行われることが多い。

一般に、熱間圧延後の鋼板のコイル表面に生成するスケールは、570℃以上の高温では、その大部分がウスタイト(FeＯ)と呼ばれる酸化鉄であり、その他に、ヘマタイト(Fe₂Ｏ₃)やマグネタイト(Fe₃Ｏ₄)が生成すると考えられている。上記FeＯは、冷却されて570℃以下なると、FeとFe₃Ｏ₄とに分解する。その結果、熱間圧延後の冷却したコイルの表面は、Fe₃Ｏ₄を主とし、その他にFe，FeＯおよびFe₂Ｏ₃を含む複合酸化物皮膜で覆われることになる。この皮膜は、黒色を呈することから、一般に“黒皮スケール”と呼ばれている。

上記Fe₃Ｏ₄を主成分とする黒皮スケールは、機械的強度が高く、鋼板表面に強固に付着している。そのため、ブラシ研摩でスケール除去を行う場合、１回の研摩だけでは完全に黒皮スケールを除去することは困難で、通常、複数回のブラシ研摩が行われており、生産能率の低下や製造コストの上昇の原因となっていた。また、ブラシ研摩による方法に代えて、グラインダ研削を適用することも検討されているが、高Ｃ鋼では火花の発生が著しく、安全上採用できない。以上のことから、１回のブラシ研摩のみで脱スケールすることができるスケール除去性に優れる熱延鋼板が望まれていた。

このような要望に応えられる技術として、例えば、特許文献１には、熱間圧延後の高温の鋼ストリップコイルをコイル状態に締め付けたまま液体で冷却することにより、ストリップ表面のスケールがFeＯからFe₃Ｏ₄に変態するのを抑制して機械的強度の弱いFeＯをスケール中に10％以上残存させ、その後、該コイルをストリップ状に巻き解きながらスケールを破砕除去する技術が提案されている。また、特許文献２には、熱間圧延後の鋼板を500℃以下の温度で低温巻取りして、生成されるスケールの厚さを薄くすると共に地鉄とスケール界面の残留FeＯの変態を抑制した上で、さらに、20％以下の圧下率で冷間圧延または冷間加工してスケール層に微細なクラックを導入し、その後、ワイヤブラシ等を用いたメカニカルデスケーリングを行う技術が提案されている。
特開昭５５−１２２６２２号公報特開昭５７−０７５２１７号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、FeＯを10％以上残存させるため、圧延後のコイルを２〜３時間以内に250℃以下まで液体冷却する必要がある。そのためには、厳格な温度と時間の管理が必要であり、また、多数の冷却装置が必要とされるため実用的ではない。また、特許文献２の技術は、500℃以下の低温巻取りを必要とするため、低温変態を起こし易い高Ｃ鋼に適用した場合には、鋼板の硬質化を招き、研摩ラインへの通板性を低下させる。また、冷間圧延における圧下率は20％以下とは言え、10％程度の圧下率は必要であり、板厚８mm以上の熱延鋼帯に対して、このような冷間圧延を行える設備は、多くは存在していない。

本発明の目的は、熱延鋼板表面に生成した黒皮スケールを、１回のブラシ研摩でも容易に除去することができるスケール除去性に優れる熱延鋼板を提供することにある。

発明者らは、上記課題を解決するために、素材の成分組成が熱延後の鋼板表面に生成するスケール層の性状に及ぼす影響に着目して鋭意検討を重ねた。その結果、素材中に適正量のCrを含有させ、熱延鋼板表面に生成するスケール層と鋼板地鉄との間に解離層を形成させれば、鋼板表層のスケール層の剥離性が著しく改善されることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、Ｃ：0.1〜1.30mass％、Si：2.0mass％以下、Mn：1.2mass％未満、Cr：0.20mass％超え0.90mass％未満を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、鋼板表面にスケール層を有すると共に、該スケール層と鋼板地鉄との間に解離層を有することを特徴とするブラシ研摩によるスケール除去性に優れる熱延鋼板である。

また、本発明の熱延鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、下記のＡ〜Ｃ群の中から選ばれるいずれか１以上の成分を含有することを特徴とする。
記
Ａ群：Moを3.0mass％以下
Ｂ群：Ni：0.1〜3.0mass％、Ｖ：0.05〜0.50mass％およびＢ：0.0010〜0.0050mass％のうちから選ばれるいずれか１種または２種以上
Ｃ群：Al：0.010〜0.060mass％

本発明によれば、特別な処理や設備を必要とすることなく、Crを適正量含有させるだけで、スケール除去性に優れた熱延鋼板を得ることができるので、酸洗によるスケール除去が難しい熱延鋼板の脱スケール処理を、ブラシ研摩でも容易に行うことができ、生産性の向上、製造コストの低減に大いに寄与する。

上述したように、熱間圧延後、冷却した熱延鋼板の表面には、Fe₃Ｏ₄を主とし、FeやFeＯ，Fe₂Ｏ₃等を含む、いわゆる黒皮スケールが形成されている。この黒皮スケールの主体をなすFe₃Ｏ₄は、他のFeＯ，Fe₂Ｏ₃と比較して破壊強度が高いこと、また、黒皮スケールは、鋼中に含まれている種々の元素の酸素との親和力の違いや拡散速度の違いなどによって、鋼板地鉄との界面が複雑に入り組んで形成されている。そのため、黒皮スケールは一般に密着性に優れており、ブラシ研摩でスケール除去することは容易ではない。

発明者らは、酸洗することが難しいため、ブラシ研摩でスケール除去を行っている用途向けに用いられているＣ−Si−Mn系を基本成分とし、これに各種の元素を添加することにより、それらの元素が熱延鋼板の表面に形成されるスケール層の性状に及ぼす影響を調査した。その結果、素材成分として適正量のCrを添加することにより、剥離性に優れるスケール層を生成することができることを見出した。

図１は、Ｃ：0.3mass％、Si：0.2mass％、Mn：0.7mass％にCrを0.5mass％添加した鋼スラブを、仕上げ圧延温度850℃で熱間圧延し、700℃で巻き取った熱延鋼板の表面スケール層の断面の走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)写真を示したものである。図１からわかるように、Crを添加した鋼板のスケール層と鋼板地鉄との間には解離層が形成されている。そして、この表面スケール層の断面を3000倍で30視野以上観察したところ、部分的にはスケールと鋼板地鉄とが接触している箇所もあるが、その割合は、界面全体の20％程度以下である、つまり、上記解離層は、スケールと地鉄との接触率が20％以下であることがわかった。しかもその界面は、比較的平坦であり、従来から知られているような入り組んだ構造ではない。そのため、この解離層が形成されたスケール層は、密着性に乏しく、容易に剥離することができる。

一般に、Crは、強固な酸化皮膜を形成し、耐酸化性を向上させる元素として知られており、ステンレス鋼においては必須の元素としてとして多量に添加されている。しかし、本発明では、Crの添加量が微量である場合には、逆に、地鉄との界面に剥離しやすいポーラスな酸化スケールが生成し、解離層が形成されるという新規な現象を見出した。このような現象が起こる原因については、十分に解明されているわけではないが、図２に示した表面スケール層断面のＥＰＭＡ写真からわかるように、スケール表層にはCrが集中して存在し、Cr酸化物を形成していると考えられており、このCr酸化物によって高温で生成したFeＯへの酸素供給が阻害される。その結果、FeＯが変態を起こして多量のFeがスケール層中に発生し、密度の違いから空隙が形成されるものと考えている。本発明は、上記の知見に基くものである。

次に、本発明に係る熱延鋼板の成分組成を限定する理由について説明する。
本発明の熱延鋼板は、上述したように、板厚が８mm以上の厚物でかつ鋼板表面のスケールを除去した後、成形加工される自動車部品等の用途に用いられるものであり、従来、その素材としては、主にＳＣ材と呼ばれている機械構造用炭素鋼やＳＫ材と呼ばれている炭素工具鋼等が用いられている。しかし、本発明は、このようなＳＣ材やＳＫ材に限られるものではなく、以下の成分組成を有する熱延鋼板に適用することができる。

Ｃ：0.1〜1.30mass％
Ｃは、鋼を高強度化するために添加される必須の元素であり、本発明の熱延鋼板が対象とする用途では、0.1mass％以上含有させる必要がある。しかし、Ｃが1.30mass％を超えると、高強度化し過ぎて加工が困難になる。よって、Ｃは0.1〜1.30mass％の範囲に制限する。

Si：2.0mass％以下
Siは、脱酸元素である他、鋼の高強度化に有効な元素である。また、低温での焼戻し軟化を抑制するという効果も有する。これらの効果を得るためには、0.1mass％以上含有させることが好ましい。しかし、2.0mass％を超えて添加すると、加工性が劣化するようになる。よって、Siは2.0mass％以下に制限する。好ましくは、1.0mass％以下である。

Mn:1.2mass％未満
Mnは、脱酸元素である他、鋼の高強度化に有効な元素である。また、焼入れ性を向上させる効果を有する元素でもある。これらの効果を得るためには、0.3mass％以上含有させることが好ましい。しかし、1.2mass％以上添加すると、加工性が劣化するため、Mnは1.2mass％未満に制限する。好ましくは、1.15mass％未満である。

Cr：0.20mass％超え0.90mass％未満
Crは、本発明においては、耐酸化性を向上させる従来技術とは異なり、熱間圧延後の鋼板表面に形成されるスケール層と地鉄との界面にポーラスナな解離層を生成させることによって、スケール層の剥離を促進するために必須として添加する。このような効果を得るためには、0.20mass％超え添加する必要がある。一方、0.90mass％以上の多量の添加は、その効果が飽和するだけでなく、原料コストの上昇を招く。よって、Crは、0.20mass％超え0.90mass％未満の範囲で添加する。好ましくは、0.3mass％以上0.85mass％未満の範囲である。

本発明の熱延鋼板は、上記の必須成分以外に、Moを3.0mass％以下、必要に応じて添加することができる。Moは、焼入れ性を向上し、また、高温強度を増大するという効果を有する元素である。これらの効果を得るためには、0.1mass％以上含有させることが好ましい。しかし、3.0mass％を超えて添加しても、その効果が飽和する。

また、本発明の熱延鋼板は、焼入れ性の改善を目的として、Ni：0.1〜3.0mass％、Ｖ：0.05〜0.50mass％およびＢ：0.0010〜0.0050mass％の範囲で添加することができる。Ni，ＶおよびＢの含有量が、上記範囲より少ないと、焼入れ性の改善効果が十分ではなく、一方、上記範囲超えでは、その効果が飽和する。

上記成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。具体的には、Ｐ：0.10mass％以下、Ｓ：0.010mass％以下、Al：0.010mass％未満であることが好ましい。なお、脱酸のためにAlを添加することがあるが、その場合には、0.010〜0.060mass％の範囲とすることが好ましい。このレベルのAl含有量であれば、本発明の効果に何ら影響を及ぼすものではない。

本発明の熱延鋼板の製造方法は、通常公知の方法でよく、例えば、上記に説明した成分組成を有する鋼を、転炉や電気炉で溶製後、脱ガス処理等の二次精錬を必要に応じて行った後、連続鋳造法を用いて鋼スラブとし、この鋼スラブを、従来公知の条件で再加熱し、粗圧延、仕上圧延を行う熱間圧延により熱延鋼板とする方法を用いることができ、特に、製造条件に制限はない。ただし、本発明の上記成分系における熱延条件としては、スラブ加熱温度は1000〜1200℃、熱延仕上温度は800〜900℃、熱延後のコイル巻取温度は600〜700℃であることが好ましい。

表１に示すNo.１〜１０の成分組成を有する鋼スラブを、従来公知の方法で、表１に示す板厚に熱間圧延し、水冷して600〜700℃の温度でコイルに巻取り、その後、空冷して熱延コイルとした。これらの熱延コイルを、ブラシ研摩ラインに通板してブラシ研摩を行い、黒皮スケールが完全に除去されるまでの研摩回数を調査した。なお、上記ブラシ研摩は、研摩ブラシとして耐熱性の紙やすりを束ねたブラシロールを用い、ブラシの回転数は1000rpm、ブラシへの負荷荷重(線圧)は4.9Ｎ/mm、通板速度は５ｍ/minの条件で行った。

上記の調査結果を、表１中に併記して示した。この表１から、Crを適正量添加した本発明の熱延鋼板(No.１〜３、６〜８)は、１回のブラシ研摩で脱スケールが完了しており、スケール除去性に優れていることがわかる、一方、Cr添加していない比較例の熱延鋼板(No.４，５，９，１０)では、脱スケールに要するブラシ研摩回数がいずれも３回以上であり、脱スケール性に劣ることがわかる。なお、得られた熱延鋼板の表面スケール層の断面を3000倍で30視野以上観察したところ、本発明の熱延鋼板には、スケール層と地鉄との間に解離層が形成されており、該解離層は、スケールと地鉄との接触率を20％以下とするものであることを確認した。

本発明の技術は、熱延薄鋼板に限らず、厚鋼板にも適用することができる。

Crを添加した熱延鋼板のスケール層断面の拡大写真(ＳＥＭ像)である。 Crを添加した熱延鋼板のスケール層断面のＥＰＭＡ像である。

Claims

Ｃ：0.1〜1.30mass％、
Si：2.0mass％以下、
Mn：1.2mass％未満、
Cr：0.20mass％超え0.90mass％未満
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、鋼板表面にスケール層を有すると共に、該スケール層と鋼板地鉄との間に解離層を有することを特徴とするブラシ研摩によるスケール除去性に優れる熱延鋼板。
上記成分組成に加えてさらに、Moを3.0mass％以下含有することを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼板。
上記成分組成に加えてさらに、Ni：0.1〜3.0mass％、Ｖ：0.05〜0.50mass％およびＢ：0.0010〜0.0050mass％のうちから選ばれるいずれか１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の熱延鋼板。
上記成分組成に加えてさらに、Al：0.010〜0.060mass％を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱延鋼板。