JP2007136469A - 熱延鋼帯の高粗度、高能率脱スケール方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱延鋼帯の脱スケールにおいて、高粗度の熱延鋼帯を製造する場合も、高い脱スケールの生産性を確保できる、熱延鋼帯の高粗度、高能率脱スケール方法を提供する。
【解決手段】熱延鋼帯１０に、平均粒径０．３０ｍｍ未満のショット粒を用いてショットブラスト処理を施し、続いて平均粒径０．４０ｍｍ以上のショット粒を用いてショットブラスト処理を施す。あるいはさらにその後、酸洗を施す。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱延鋼帯を高粗度、高能率にて脱スケールする方法に関するものである。

鋼種、用途により、表面粗度の高い熱延鋼帯の需要がある。このような場合、熱延鋼帯にショットブラスト処理を施すことにより、高粗度の熱延鋼帯を製造するのが一般的である。すなわち、鋼帯表面にショット粒を投射し、鋼帯表面にショット痕を転写させることにより、鋼帯表面を粗くするのである。衝突時の転写効果を大きくするため、ショット粒には、平均粒径０．４ｍｍ以上の、グリットと呼ばれるショット粒を用いるのが一般的である。グリットとは、鋼球を粉砕することにより得られる角材である。ショット粒は大きい方が、衝突エネルギーが大きく、また、角材の方が鋼帯表面にショット痕が転写し易いため、容易に高粗度の鋼帯表面を得ることが可能である。

ところで、ショットブラスト処理には、熱延鋼帯の酸洗における脱スケール促進というもう一つの重要な目的がある。すなわち、熱延鋼帯、特にスケールが緻密なため脱スケールが極めて困難なステンレス熱延鋼帯では、ショットブラスト処理を施した後、酸洗することにより、熱延鋼帯のスケールを除去するのが一般的である。ショットブラスト処理により、スケールに予めクラックを入れ、酸洗の際に、スケール中のクラックに酸を浸透し易くし、地鉄とスケールの界面からスケールを剥離、除去し易くするのである。このように、ショットブラスト処理は、酸洗の生産性向上を図る上で重要な処理である。

以上のような、酸洗、あるいは、ショットブラスト（併せて脱スケールとも言う）の生産性向上のため、発明者らは、特許文献１（但し、本発明の出願時には未公開）において、平均粒径０．３０ｍｍ未満の鋼球のショット粒を用いてショットブラスト処理を施すことにより、脱スケールの生産性を向上する方法を提案した。冷延後の光沢度が要求されるような場合、ショット粒径は小さい方が好ましく、表面品質の観点からも特許文献１で提案した方法は有効である。

なお、金属製品の疲労強度を向上する方法として、ショットピーニング法が知られており、その中でも、例えば、特許文献２、特許文献３には、大径のショット粒を投射した後、小径のショット粒を投射することにより、金属製品の疲労強度の向上を図る技術が提案されている。これらによれば、大径のショット粒を投射した後、小径のショット粒を投射することにより、深さ方向の広範囲にわたり高い圧縮残留応力を付与でき、疲労強度を向上することができ、小径のショット粒を投射した後、大径のショット粒を投射した場合、その効果は小さいと記載されている。
特願２００５−２１８３９７号 特開昭６３−２５６３６２号公報 特開平４−１９３４７８号公報

上述したような、高粗度の熱延鋼帯が必要な場合、粒径０．３０ｍｍ未満の鋼球のショット粒を投射する特許文献１の方法では、熱延鋼帯表面の高粗度化に限界があった。すなわち、高粗度の熱延鋼帯として要求される表面粗度は、Ra＝５μｍ以上であるのに対し、粒径０．３０ｍｍ未満の鋼球のショット粒を用いるのでは、投射速度を高くしても、投射密度を大きくしても、得られる表面粗度はRa＝２〜３μｍ程度が限界であった。ここで、表面粗度の指標であるRaは、後述するように、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１、ＪＩＳ Ｂ ０６５１−２００１に準拠して測定できる。なお、特許文献２、３には、高粗度化について、何ら記載されていない。

本発明の目的は、上述の限界を打破し、熱延鋼帯の脱スケールにおいて、高粗度の熱延鋼帯を製造する場合も、高い脱スケールの生産性を確保できる、熱延鋼帯の高粗度、高能率脱スケール方法を提供することである。

発明者らは、高い脱スケールの生産性と熱延鋼帯表面の高粗度化の両立について鋭意検討し、粒径の小さいショット粒を投射した後、粒径の大きいショット粒を投射することにより、上記の二つを両立できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、熱延鋼帯に、平均粒径０．３０ｍｍ未満のショット粒を用いてショットブラスト処理を施し、続いて平均粒径０．４０ｍｍ以上のショット粒を用いてショットブラスト処理を施すこと、あるいはさらにその後、酸洗を施すこと、を特徴とする熱延鋼帯の高粗度、高能率脱スケール方法である。

本発明によれば、熱延鋼帯を脱スケールして高粗度の熱延鋼帯を製造する際、従来に比べ、脱スケールの生産性を向上させることができる。

本発明を完成させるに至った実験について述べる。実験には、熱間圧延後、箱型の焼鈍炉にて焼鈍したＳＵＨ４０９熱延鋼帯より切り出した、２ｍｍ厚×５０ｍｍ幅×５０ｍｍ長さのサンプルを用いた。ＳＵＨ４０９の化学成分は表１に示す通りである。

遠心式投射装置を用いて、表２に示す各条件でショットブラストを施した。ショットブラストは２回に分けて施した。投射速度はＪＩＳ Ｂ ６６１４（１９８９）に準拠し、ホイール径と回転速度より算出した。投射距離は、遠心投射装置とサンプルとの垂直距離であり、３５０ｍｍとした。ショット粒には、平均粒径０．６０ｍｍのスチールグリット（角材）（表２では０．６０グリットと略記）、および、平均粒径０．２５ｍｍ、０．４０ｍｍのスチールショット（球形）（表２では０．２５ショット、０．４０ショットと略記）の３種を用いた。ショット粒の材質は炭素鋼である。平均粒径は、ＪＩＳ Ｚ ８８０１に準拠した、公称目開きが７１０、５００、４２５、３５５、３００、２５０、２１２、１８０、１５０、１００、７５、５３μｍの各標準ふるいを用いて粒径選別を行い、重量平均により求めた。

ショットブラスト処理後、濃度１０mass％、温度８０℃の塩酸槽中にて６０、９０秒の各時間、浸漬酸洗を施した。
得られたサンプルにつき、スケール残りの有無を確認した。さらに、スケール残りのないサンプルについては、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１、ＪＩＳ Ｂ ０６５１−２００１に準拠し、触針式表面粗さ測定器をサンプル表面に当てて長さ方向に移動させ、粗さ曲線用の基準長さlr(λc)を０．８ｍｍ、うねり曲線用の基準長さlw(λf)を８ｍｍ、断面曲線用の基準長さ、すなわち、評価長さlp(λn)を４０ｍｍとしてRa（算術平均粗さ）を測定した。

得られた結果を表２に併せて示す。いずれもラボでの実験データであるが、実機のショットブラストラインにおけるショットブラスト条件においては、投射密度がショットブラストライン通帯速度に相当し、投射密度０．５倍が通帯速度２倍に相当する。酸洗条件において、酸洗時間が酸洗ライン通帯速度に相当するものであり、酸洗時間０．５倍が通帯速度２倍に相当する。

１回目ショット、２回目ショットとも、ショット粒を平均粒径０．６０ｍｍのスチールグリットとした場合（条件Ａ；従来例）、Ra＝５μｍ以上と、高粗度の熱延鋼帯を得ることは可能であるが、ショット粒投射密度を低くした場合、あるいは、酸洗時間を短くした場合、スケールを完全に除去することはできない。一方、１回目ショット、２回目ショットとも、ショット粒を平均粒径０．２５ｍｍのスチールショットとした場合（条件Ｂ；特許文献１相当の従来例）、さらにショット粒の投射密度を低くした場合、あるいは、酸洗時間を短くした場合とも、スケールを完全に除去することはできるものの、表面粗度はRa＝２μｍ程度と、高粗度の熱延鋼板を得ることはできない。

これに対し、１回目ショットのショット粒を平均粒径０．２５ｍｍのスチールショット、２回目ショットのショット粒を平均粒径０．６０ｍｍのスチールグリットとした場合（条件Ｃ；本発明例）、ショット粒の投射密度低減、酸洗時間の短縮、および、熱延鋼帯の表面の高粗度化をいずれも実現できることが分かる。
一方、１回目ショットのショット粒を平均粒径０．６０ｍｍのスチールグリット、２回目ショットのショット粒を平均粒径０．２５ｍｍのスチールショットとした場合（条件Ｄ；比較例）、表面粗度がわずかに低く、目標とするRa＝５μｍ以上の高粗度の熱延鋼帯を得ることはできない。

また、１回目ショット、２回目ショットとも、ショット粒を平均粒径０．４０ｍｍのスチールショットを用いた場合（条件Ｅ；従来例）は、Ra＝３μｍ程度と、高粗度の熱延鋼帯を得ることはできず、さらに、ショット粒の投射密度を低くし、酸洗時間を短くした場合、スケールを完全に除去することもできない。
図１に一般的なショットブラストラインを示すが、鋼帯の通帯方向に２基のショットブラスト１１、２１を有している。以下に、２基のショットブラストで異なるショット粒を使用する場合を考える。ショット粒は、投射回数とともに摩耗するため、粒径は小さくなり、ある一定値より小さくなると廃棄される。このため、大径のショット粒の中には、小径のショット粒も数多く含まれている。すなわち、大径のショット粒の中に、少量の小径のショット粒が混入していてもその影響は少ない。一方、通常、小径のショット粒の中には、大径のショット粒は含まれておらず、混入は好ましくない。なぜなら、大径のショット粒は重量が大きいため、小径のショット粒の個数比が大きく低下するからである。小径のショット粒を投射した場合、ショットブラスト、酸洗の生産性を向上できるのは、大径のショット粒の場合に比べ、同一重量では粒子個数が多く、スケールを効率的に破壊できるからであり、大径のショット粒が混入すると、その効果が低下するのである。

ところで、当然のことではあるが、上流側のショットブラストのショット粒は、下流側のショットブラストのショット粒に混入し易いのに対し、下流側のショットブラストのショット粒は、上流側のショットブラストのショット粒には混入しにくい。ショット粒の混入は、エアーブローなどにより、ある程度抑制することは可能であるが、完全に防止することは困難である。

以上の表面高粗度化、さらには、ショット粒の混入を考慮することにより、本発明においては、最初に小径のショット粒を投射し（これにより、ショットブラスト、酸洗の生産性の向上を図り）、続いて、大径のショット粒を投射する（これにより、熱延鋼帯表面の高粗度化を図る）。
以上は、ショットブラストラインに２基のショットブラストがある場合について述べたが、本発明は、これに限定するものではなく、ショットブラストが１基の場合、ショットブラストのショット粒を交換し、２回通帯することにより、同様の効果を得てもよい。

本発明において、ショット粒の平均粒径を規定した理由を以下に示す。最初に投射するショット粒は、ショットブラスト、酸洗の生産性向上のため、特許文献１で提案したように、平均粒径を０．３０ｍｍ未満に規定する。ショット粒径の下限は特に規定するものではないが、ショット粒径が小さくなると、ショット粒と、発生するスケール微粉、ショット粒摩耗粉、の分別が困難になり、実質的に実現困難となるため、平均粒径０．０５ｍｍ以上が好ましい。

続いて投射するショット粒は、熱延鋼帯表面の高粗度化のため、平均粒径を０．４０ｍｍ以上に規定する。ショット粒径の上限は特に規定するものではないが、ショット粒径が大きくなり過ぎると、ショット粒が摩耗、破壊し易くなるため、平均粒径０．８０ｍｍ以下が好ましい。また、熱延鋼帯表面の高粗度化のためには、スチールグリットの使用が好ましいが、スチールショットを使用してもよく、特に限定するものではない。

なお、本発明に用いるスチールグリットおよびスチールショットの材質については、炭素鋼、高張力鋼、ステンレス鋼等が好ましい。
また、本発明において、ショットブラスト後、酸洗を施す場合、酸の種類は、塩酸、硫酸、硝酸、硝酸と弗酸の混酸などいずれの酸を用いてもよく、特に限定するものではない。例えば、酸洗後の熱延鋼帯表面の品質として、白色度や耐食性が重要である場合は、硫酸や硝酸と弗酸の混酸などを用いればよく、上記白色度や耐食性を特に必要としない場合、塩酸を用いればよい。

表１に示す化学成分の鋼片を、熱間圧延後、箱型の焼鈍炉にて焼鈍してなる、板厚４ｍｍ、板幅１４００ｍｍのＳＵＨ４０９熱延鋼帯を用いた。これを、図１に示すショットブラストラインに、種々の速度で通帯しながらショットブラスト処理を施した。ショットブラストラインは、Ｎｏ．１ショットブラスト１１とＮｏ．２ショットブラスト２１、払出し機３１、巻取り機４１により構成され、上記ＳＵＨ４０９熱延鋼帯の通帯方向に沿う流れの上流側に位置するショットブラストをＮｏ．１ショットブラスト、下流側に位置するショットブラストをＮｏ．２ショットブラストとする。ショットブラストは、１基につき、ＯＰ側（操作側）上面、ＤＲ側（駆動側）上面、ＯＰ側下面、ＤＲ側下面の各位置にそれぞれ１台の遠心式投射装置１２、１３、１４、１５（あるいは２２、２３、２４、２５）を備え、ショットブラスト１基につき、それぞれ、回収装置１６（あるいは２６）、循環装置１７（あるいは２７）を有している。本実施例では、各遠心投射装置の投射重量を１０００ｋｇ/分、投射速度を７０ｍ／秒、投射距離を１２００ｍｍとした。投射密度は、通帯速度が１０ｍ／分のとき、ショットブラスト１基につき１００ｋｇ/ｍ²である。

従来例では、Ｎｏ．１ショットブラスト、Ｎｏ．２ショットブラストともに、平均粒径０．６０ｍｍのスチールグリットを用い、本発明例では、Ｎｏ．１ショットブラストに平均粒径０．２５ｍｍのスチールショット、Ｎｏ．２ショットブラストに平均粒径０．６０ｍｍのスチールグリットを用いた。ショット粒の材質は、スチールショット、スチールグリットとも炭素鋼である。

ショットブラスト後、図２に示す酸洗ラインにて、酸温度８０℃、酸濃度５mass％、１０mass％、１５mass％の各濃度の塩酸を満たした各酸洗槽７１中に、熱延鋼帯１０が浸漬するようにして種々の速度で通帯した。得られた熱延鋼帯について、鋼帯表裏面のスケール残りを調査し、脱スケール性の良否を判定した。また、脱スケール性の良かった鋼帯については、同鋼帯の長手方向中央部、幅方向中央部よりサンプルを採取し、前述同様に表面粗度Raを測定した。

なお、図１、図２に示したショットブラストライン、酸洗ラインは、一般的なライン構成を示したものであり、本発明を適用できる対象は、これに限るものではなく、ショットブラストラインと酸洗ラインは連続ラインでもよく、また、焼鈍ラインや圧延ラインとの連続ラインであってもよい。また、形状矯正のためのテンションレベラーや、スケールへのクラック導入のためのメカニカルスケールブレーカなどを併設しても良い。

得られた結果を、ショットブラストライン、酸洗ラインの各々における通帯速度とともに表３に示す。

表３より、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２ショットブラストともに平均粒径０．６０ｍｍのスチールグリット（表３では０．６０グリットと略記）を用いた条件Ｆ（従来例）の場合、高粗度の熱延鋼帯を得ることはできるものの、例えば、ショットブラストラインの通帯速度を２０ｍ／分以上とした場合、酸洗ラインの通帯速度を６０ｍ／分とすると、スケールを完全には除去できない場合がある。これに対し、Ｎｏ．１ショットブラストに平均粒径０．２５ｍｍのスチールショット（表３では０．２５ショットと略記）、Ｎｏ．２ショットブラストに平均粒径０．６０ｍｍのスチールグリットを用いた条件Ｇ（本発明例）では、従来例と同程度の高粗度の熱延鋼帯を得ることができるとともに、例えば、ショットブラストラインの通帯速度を３０ｍ／分、酸洗ラインの通帯速度を６０ｍ／分とした場合も、スケールを完全に除去できることが分かる。

以上のように、本発明によれば、熱延鋼帯の表面を高粗度とし、かつ、高い生産性で脱スケールできることが分かる。
なお、本発明において、ショットブラスト間のショット粒の混入は特に問題とならなかった。

本発明に用いられる熱延鋼帯のショットブラストラインの１例を示す概略図である。 本発明に用いられる熱延鋼帯の酸洗ラインの１例を示す概略図である。

符号の説明

１０ 鋼帯（熱延鋼帯）
１１ ショットブラスト（Ｎｏ．１ショットブラスト）
２１ ショットブラスト（Ｎｏ．２ショットブラスト）
３１ 払出し機
４１ 巻取り機
１２、１３、１４、１５、２２、２３、２４、２５ 遠心投射機
１６、２６ 回収装置
１７、２７ 循環装置
５１ 溶接機
６１ 入側ルーパー
７１ 酸洗槽
８１ 出側ルーパー

Claims (2)

1. 熱延鋼帯に、平均粒径０．３０ｍｍ未満のショット粒を用いてショットブラスト処理を施し、続いて平均粒径０．４０ｍｍ以上のショット粒を用いてショットブラスト処理を施すことを特徴とする熱延鋼帯の高粗度、高能率脱スケール方法。
2. 前記平均粒径０．４０ｍｍ以上のショット粒子を用いてショットブラスト処理を施した後、酸洗を施すことを特徴とする請求項１記載の熱延鋼帯の高粗度、高能率脱スケール方法。

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