JP2006263770A

JP2006263770A - ブラシ研摩によるスケール除去性に優れる熱延鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2006263770A
Application number: JP2005085296A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yoshioka; 正浩吉岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】ブラシ研摩で容易に鋼板表面に生成したスケールを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の製造方法を提案する。
【解決手段】熱間圧延後の鋼板をコイルに巻き取ったのちあるいはさらに球状化焼鈍したのち冷却するに当たり、そのコイルの最外層を200℃以下の温度に冷却してから水と接触させることにより、鋼板表面の少なくとも一部に、好ましくは面積率にして20％以上の赤錆(水酸化鉄)を生成させる。
【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の製造方法に関し、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の製造方法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、ＪＩＳＧ４０５１に規定されている機械構造用炭素鋼(いわゆるＳＣ材)や、ＪＩＳＧ４４０１に規定されている炭素工具鋼(いわゆるＳＫ材)等の熱延鋼板が主に用いられてきた。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、この種の鋼板は、ブラシ研摩等の機械的な方法で脱スケール処理が行われるのが一般的である。

一般に、熱間圧延後の熱延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、ブラシ研摩による黒皮スケールの除去は、１回のブラシ研摩だけでは完全に行うことは困難で、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、Ｃを多量に含む高炭素鋼(高Ｃ鋼)では火花の発生が著しく、安全上採用できないという問題があった。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に、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時間と温度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以上の厚物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、鋼板表面に生成したスケールをブラシ研摩で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の製造方法を提案することにある。

発明者らは、上記課題を解決するために、熱延鋼板表面に形成されたスケール層の性状と脱スケール性との関係に着目して鋭意検討を重ねた。その結果、熱延鋼板の表面の少なくとも一部に赤錆を生成させてやれば、脱スケール性が改善されること、また、その水酸化鉄を生成させるためには、熱延後または球状化焼鈍後、所定の温度以下に冷却したコイルの鋼板表面に水を接触させてやればよいことを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、熱間圧延後の鋼板をコイルに巻き取ったのち冷却するに当たり、そのコイルの最外層が200℃以下の温度域となってから水と接触させることにより、鋼板表面の少なくとも一部に赤錆を生成させ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の製造方法である。

また、本発明は、熱間圧延後の鋼板をコイルに巻き取ったのち球状化焼鈍し、冷却するに当たり、そのコイルの最外層が200℃以下の温度域となってから水と接触させることにより、鋼板表面の少なくとも一部に赤錆を生成させ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の製造方法である。

本発明における、上記赤錆の生成量は、鋼板表面の面積率にして20％以上であることが好ましい。

また、本発明における上記熱延鋼板は、Ｃ：0.1〜1.30mass％、Si：2.0mass％以下、Mn：3.0mass％以下を含有するものであることが好ましい。

本発明によれば、特別な温度や時間管理、特別な冷却や加工設備を必要とすることなく、ブラシ研摩によるスケール除去性に優れる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スケール除去をブラシ研摩で容易に行うことができ、生産効率の向上、製造コストの低減に大いに寄与する。

熱間圧延後、冷却した鋼板表面には、上述したように、Fe₃Ｏ₄を主とするスケールが形成されている。また、熱間圧延後の鋼板に、セメンタイトの球状化焼鈍を施した場合には、さらに緻密なスケールが形成される。しかし、この鋼板表面に“赤錆”が生成することは、外観を損ねて製品価値を低下させる他、加工ラインを汚す原因ともなるため、従来から好ましくないとされており、先述した特許文献１の技術においても、赤錆の発生を防止する観点から、冷却後のコイル温度を70℃以上に保持することが好ましいとしている。

この赤錆は、熱延鋼帯の表面に形成されたスケールに発生した亀裂等を介して地鉄から溶出した鉄あるいはスケール自体が、酸素や水と反応して生成した主に水酸化第２鉄(Fe(ＯＨ)₃)あるいはオキシ水酸化鉄(FeＯＯＨ)からなる水酸化鉄であり、この水酸化鉄は、上記変化の過程で体積が大きく膨張する。そこで、熱延鋼板の表面を覆っているスケールの一部に、上述した水酸化第２鉄(Fe(ＯＨ)₃)やオキシ水酸化鉄(FeＯＯＨ)からなる水酸化鉄を生成させてやれば、水酸化鉄の体積膨張により発生する内部歪みにより、スケールが浮き上がって剥離性が向上する、特に、球状化焼鈍により緻密化したスケールにおいても剥離性が向上することに想到した。

発明者らは、上記水赤錆の発生率が黒皮スケールの剥離性に及ぼす影響について調査するため、下記の実験を行った。
Ｃ：0.2mass％、Si：0.2mass％、Mn：0.5mass％、Cr：0.1mass％を含有する熱延鋼板から黒皮スケールが付いたままのサンプルを採取し、このサンプルに710℃で25hrの球状化焼鈍を施し、室温まで冷却してから水中に浸漬し、浸漬時間を変化させて、鋼板表面に生成する赤錆の発生率を０〜100％間で変化させた。ここで、上記赤錆の発生率とは、鋼板表面に発生している赤錆の面積率を目視観察により評価したものである。その後、赤錆が発生したサンプルの表面を、ワイヤブラシを用いて研摩して黒皮スケールを除去し、黒皮スケールの剥離した面積率(％)を目視にて評価した。図１は、上記実験の結果を示したものであり、赤錆の発生率が面積率で20％以上であれば、黒皮スケールの剥離性が大きく向上することがわかった。本発明は、上記知見に基き開発したものである。

熱延鋼板の表面に赤錆すなわち水酸化鉄を生成させる方法は、熱延後あるいはさらに球状化焼鈍を施した後の冷却したコイルの表面に水を接触させることにより行うことができる。具体的には、熱延コイルをコイルの状態のまま水槽中に浸漬する方法、コイルをダウンエンドの状態に載置し、両側面から水をスプレー噴霧する方法、コイルをアップエンドの状態に載置し、上方から水をスプレー噴霧する方法などがあるが、鋼板の表面に水が均一に接触できる方法であれば何れの方法を用いてもよい。なお、厚物コイルを巻き戻し・巻取り可能なラインがある場合には、コイルを巻き戻しながら水を噴霧して再度巻き取ることで水と接触させてもよい。また、この際、表面のスケールに亀裂を発生させることにより、赤錆の発生を促進させてもよい。

水と接触を開始させる際のコイルの温度は、従来技術のような高温では、水が蒸発して均一な水濡れを実現できない。むしろ、コイルのハンドリングのし易さおよび時間や温度管理が不要であるという観点からは、室温に近い200℃以下とする必要があり、効果的に赤錆(水酸化鉄)を生成させるためには、70℃以下であることがより好ましい。ここで上記コイルの温度とは、コイルの最外層すなわちコイルの外周面で測定した値である。

赤錆すなわち水酸化鉄の発生率は、上記図１からわかるように、面積率で20％以上発生していることが好ましい。この赤錆の発生率は、コイル外観を目視で観察することにより評価することができる。なお、コイルを巻き戻さずにコイル状態のまま冷却する場合には、コイル内部は、コイル外面と比較して水との接触や酸素の供給が十分ではないため、赤錆発生率が低めとなる。そこで、コイル内部のスケール除去性を確実に向上させるためには、コイル外面の赤錆発生率を上記好ましい赤錆発生率よりも50％程度高めにして判断するのが好ましい。また、水と接触させる時間は、コイル外面の赤錆発生率が上記値以上となる時間となるよう適宜調整すればよい。この時間は、通常、８ｈｒ以上であり、16ｈｒ以上でれば、十分である。なお、本発明における水は、通常の水に限られるものではなく、海水を用いてもよい。また、上記したように、コイルを巻き戻しながら水を噴霧して再度巻き取る場合も、赤錆発生率が20％以上となるように、噴霧温度、噴霧時間および噴霧量を調整すればよい。なお、コイルの状態のままあるいは巻き戻して水と接触させる場合において、接触終了温度を室温近傍とすることが、水の蒸発を抑えて、効果的に赤錆を生成させる上では好ましい。

なお、本発明においては、熱延鋼鋼板の表面に形成されているスケールは、熱延後、空冷した場合に生成されるFe₃Ｏ₄を主体とした黒皮スケールであることが好ましいが、これに限らず、熱延後、水冷等により急冷した場合に生成されるFeＯが多く残存したスケールであってもよい。また、黒皮のまま球状化焼鈍した際に共析反応により発生するFe₃Ｏ₄＋Fe(マグネタイトシーム)であってもよい。

次に、本発明が対象とする熱延鋼板の成分組成について説明する。
本発明が対象とする熱延鋼板は、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、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主に用いられている。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％以上含有させることが好ましい。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％の範囲に制限するのが好ましい。より好ましくは、0.2〜0.8mass％である。

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、300℃以下の焼戻し抵抗を向上するという効果も有する。これらの効果を得るためには、0.10mass％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、加工性を害する。よって、Siは2.0mass％以下に制限するのが好ましい。より好ましくは、0.35mass％以下である。

Mn:3.0mass％以下
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、0.30mass％以上含有させることが好ましい。しかし、3.0mass％を超えて添加すると、炉材を侵食するという問題が起こるようになる。よって、Mnは3.0mass％以下に制限するのが好ましい。より好ましくは、0.90mass％以下である。

上記した本発明の熱延鋼板は、上記成分以外の残部は、特に規定しないが、先述したＳＣ材やＳＫ材で許容される範囲の成分組成であればよい。

表１に示したNo.１〜３の成分組成を有するＳＣ材の鋼スラブを従来公知の方法で熱間圧延し、水冷し、600〜700℃でコイルに巻取り、板厚：10mm×板幅：1000mmの熱延コイルとした。その後、それらのコイルを710℃で25hrの球状化焼鈍を施し、大気中で放冷して、コイル最外層(外周)の表面温度が表１に示した所定の温度まで冷却してから、表１に示した３種類の方法で水との接触を開始し、室温まで冷却した。これらの熱延コイルを、ブラシ研摩ラインに通板して、赤錆の発生面積率を測定すると共に、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、赤錆発生率は、コイル全長に亘って目視で観察し、赤錆発生が最も低い面積率を代表値とした。また、ブラシ研摩は、研摩ブラシロールを用いて、回転数：1200rpm、ブラシへの負荷荷重：980Ｎ/ｍ(100kgf/ｍ)、通板速度：５ｍ/minの条件で行った。なお、比較材として、水との接触を400℃から開始して200℃で終了したもの(No.４)と、球状化焼鈍後、空冷しただけのもの(No.５)についても同様の調査を行った。

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、本発明の条件に従って表面スケール中に赤錆(水酸化鉄)を生成させたNo．１〜３の熱延鋼板は、いずれも１回のブラシ研摩で黒皮スケールが除去されており、脱スケール性に優れていることがわかる。一方、本発明外のNo.４，５の熱延鋼板は、いずれも３回以上のブラシ研摩が必要であり、脱スケール性に劣ることがわかる。

熱延鋼板表面の赤錆発生率とスケール剥離性との関係を示すグラフである。

Claims

熱間圧延後の鋼板をコイルに巻き取ったのち冷却するに当たり、そのコイルの最外層が200℃以下の温度域となってから水と接触させることにより、鋼板表面の少なくとも一部に赤錆を生成させ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の製造方法。
熱間圧延後の鋼板をコイルに巻き取ったのち球状化焼鈍し、冷却するに当たり、そのコイルの最外層が200℃以下の温度域となってから水と接触させることにより、鋼板表面の少なくとも一部に赤錆を生成させ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の製造方法。
上記赤錆の生成量は、鋼板表面の面積率にして20％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱延鋼板の製造方法。
上記熱延鋼板は、Ｃ：0.1〜1.30mass％、Si：2.0mass％以下、Mn：3.0mass％以下を含有するものであ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の製造方法。