JP2008229652A

JP2008229652A - Ｃｕ、Ｓｎ含有鋼材の熱間圧延材の表面疵の防止方法

Info

Publication number: JP2008229652A
Application number: JP2007071666A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Oba; 大塲康英
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】本発明では、ＣｕおよびＳｎ含有の鋼材において、従来避けられてきた１２００℃前後の温度の熱間圧延温度とすることで、１２００℃程度の高温領域での鋼材の延性の回復を図って、圧延後の鋼材表面の表面疵の発生を防止する方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃｕ：０．２〜０．５％、かつ、Ｓｎ：０．０３〜０．３０％を含有する機械構造用炭素鋼や機械構造用合金鋼や軸受鋼の鋼材を加熱して熱間圧延の鋼材表面の温度を１１５０〜１２５０℃として熱間圧延して鋼材とするＣｕ、Ｓｎ含有鋼材の熱間圧延材の表面疵の防止方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械構造用炭素鋼や機械構造用合金鋼や軸受鋼にＣｕ、Ｓｎ成分を含有する鋼材に関し、特にＣｕ、Ｓｎ成分を含有する鋼材の熱間圧延後の鋼材の表面に疵が生成することを防止する方法に関する。

スクラップを溶解して、機械構造用炭素鋼鋼材や機械構造用合金鋼鋼材を熱間圧延して製造する場合、スクラップ中にＣｕやＳｎが含まれていると、鋼材の要求される特性が阻害される問題がある。特にＣｕ含有量が０．３質量％以上になると、熱間圧延により得られた鋼材の表面に小さな割れ疵が発生する。この割れ疵はＣｕ含有量に比例して増加し、０．８質量％以上になると、割れ疵は著しく増加することが知られており（例えば、特許文献１〜３参照。）、ＣｕやＳｎは割れキズ等を招くので少ない方がよい。そのためには、ＣｕやＳｎの少ないスクラップを用いるのが本来の対策である。しかし、ＣｕやＳｎの含まれているスクラップも増えてきたし、資源の有効利用の点からも全くこれらを使わないわけにも行かない。また製鋼メーカーに納品されるまでの段階で、ＣｕやＳｎの高いスクラップが混入し、それが意図せず納入され、溶解中の分析にて判明する場合もあり、この場合は、これを一旦屑にし、小量ずつに分けて、後の溶解時に配合してＣｕやＳｎの濃度を下げるしかなかった。そのために適切な対策をとる必要がある。

そこで、従来、加熱温度をＣｕやＳｎの含有量の少ない鋼材と同等の１３００℃程度とし、熱間圧延時の温度を１０５０℃程度の低温条件として熱間圧延していた（例えば、特許文献１参照）。このように、熱間圧延温度を低くする狙いは、Ｃｕ−Ｓｎ合金の融点以下とすることでＣｕ−Ｓｎ合金の液体金属化による脆化を生じさせないためである（例えば、特許文献３参照）。さらに、Ｓｎを含有するとＣｕが融液化しやすく、γ粒界への侵入現象が顕著になるといわれている（例えば、特許文献１参照）。これは、Ｃｕ−Ｓｎの二元系状態図より、Ｃｕ−Ｓｎ合金の融点が低下するためと考えられている。

さらに、加工温度を下げてもＳｎ含有量が多い場合には、鋼材自身が延性低下するために脆化は顕著となる。１１５０℃以上の加熱で鋼の表面に生成するＣｕ、Ｓｎの融液を鋼中のＳｉを優先させたスケール中に取り込む方法（例えば、特許文献２参照。）がある。しかし、加工温度を下げてもＳｎ含有量が多い場合には、スケール化が無くても、延性は低下するため、熱間圧延により深い疵が鋼材表面に発生する。一方、Ｃｕによる炭素鋼の脆化に及ぼす温度と歪の影響が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

従来技術では、以上のように、ＣｕやＳｎを含有する鋼材の熱間圧延では、ＣｕやＳｎの液体金属化による脆性が顕著となるため、１２００℃程度の圧延温度は避けられていた。

特開平７−３６５０８号公報特開平６−２９７０２６号公報特開平５−２２２４３２号公報梶谷外著、鉄と鋼、８１（１９９５）、ｐ．１８５

本発明では、ＣｕおよびＳｎ含有の鋼材において、従来避けられてきた１２００℃前後の温度の熱間圧延温度とすることで、１２００℃程度の高温領域での鋼材の延性の回復を図って、圧延後の鋼材表面の表面疵の発生を防止する方法を提供する。すなわち、本発明の課題は、上記のＣｕ−Ｓｎの液体金属による脆性を回避することを目的とするものではない。

以上のように、鋼材にＣｕを多く含有する場合に、熱間圧延により表面疵が発生しやすくなることは周知の事実であり、さらにＳｎが加わると、Ｃｕによる脆化を助長すると考えられている。Ｃｕ含有による脆化機構は、液体金属脆性の理論によって理解されている。しかし、Ｓｎの含有量が多くなると、スケール化しない無酸化雰囲気条件で加熱および加工した場合にも、鋼材の延性が低下することが明らかとなり、これは液体金属脆性だけでは説明できず、液体金属脆性の発現防止に着目した従来の表面疵防止策では十分な疵防止効果が得られない。

この従来の表面疵防止策では、圧延温度１０５０℃以下と規定しているが、Ｃｕ：０．５質量％、Ｓｎ：０．０５０質量％の鋼材を１０５０℃で圧延した鋼片には、疵取り手入れ困難な疵が多発する。上記の特許文献２の方法では、Ｓｉ添加によって低融点化した液体スケール中に液体Ｃｕ−Ｓｎ合金を吸収させることで、割れ発生を抑制できるとしているが、Ｃｕ：０．５％、Ｓｎ：０．０５０％の鋼材はスケール化しなくても割れが発生する。上記の特許文献３では、Ｓｎ／Ｃｕを規定しており、Ｓｎ含有の悪影響について触れているが、規定以上にＳｎが多い場合は、Ｓｎを除去する対策は設備的に困難を伴う。

そこで、上記の課題を解決するための本発明の手段は、質量％で、Ｃｕ：０．２〜０．５％、かつ、Ｓｎ：０．０３〜０．３０％を含有する鋼材を加熱して熱間圧延の鋼材の表面温度を１１５０〜１２５０℃として熱間圧延して鋼材とすることを特徴とするＣｕ、Ｓｎ含有鋼材の熱間圧延材の表面疵の防止方法である。

請求項２の手段は、鋼材は機械構造用炭素鋼や機械構造用合金鋼や軸受鋼にＣｕ、Ｓｎ成分を含有する鋼材であることを特徴とする請求項１の手段のＣｕ、Ｓｎ含有鋼材の熱間圧延材の表面疵の防止方法である。

熱間圧延温度の条件設定理由を説明すると、Ｃｕ、Ｓｎ含有鋼の延性は、熱間圧延温度が９００〜１０００℃の範囲で、図１に示すように、著しく低下する。このため、この温度域で圧延すると鋼材自身の延性不足によって深い疵が鋼材の表面に多発する。しかし、加工温度が１２００℃付近の温度範囲では、延性が回復するため、疵取り手入れ困難な深い疵の発生を防止できる。

スクラップを原料として製造のＣｕ、Ｓｎを含有する鋼材を１２００℃付近の温度で熱間圧延することにより圧延後の鋼材における表面の疵取り手入れの程度が低く、かつ、表面性状が良好な鋼材を得ることができた。

本発明を実施する清涼の形態について、図面および表を参照して説明する。先ず、Ｓｎを含まず、Ｃｕの含有量が多い鋼の脆化機構は、Ｃｕ液体金属の脆性に起因することは既によく知られている。本発明は、Ｃｕの含有量が多いだけでなく、Ｓｎも多く含有する鋼材を対象としている。ところで、Ｓｎ含有による鋼材の脆化は、Ｃｕの存在抜きには発現しないため、質量％で、Ｃｕの含有率をＣｕ：０．２％を下限とした。一方、Ｃｕの含有率がＣｕ：０．５％を超えると、高温加熱でＦｅより酸化が少ないため、表面に富化して融液層を生じ脆性を生じる。そこで、本発明におけるＣｕの含有率を０．２〜０．５％とした。

圧延温度について説明すると、図１より、Ｃｕ、Ｓｎ含有量の違いによって、程度の差はあるが、９００℃近傍で鋼材の延性低下が顕著となる。しかし、１２００℃付近では大幅に回復する。

高温圧延ではＣｕ−Ｓｎによる液体金属脆性を発現するが、鋼材は高延性のため深い疵を発生しない。この場合、Ｃｕ−Ｓｎの液体金属による割れは比較的浅いため、ピーリングなどの処置が可能である。一方、圧延温度が低いと、Ｃｕ−Ｓｎは低延性のため、深い疵が鋼材表面に多発し、この結果、ピーリングなどの手入れは困難である。

表１に実施例を鋼種、成分、圧延温度、圧延寸法および疵成績を示す。ここで表１において、疵成績の総合評価は、圧延後の鋼材の表面疵個数および疵深さにより、グラインダー研削やピーリングによる疵取り作業の負荷で評価した。なお、鋼はＪＩＳ規格の鋼種とし、この鋼種にさらにＣｕおよびＣｕを表１に示す質量％添加したものとした。以下に実施例の発明例と比較例を説明した。

疵成績について
１）疵個数（個／本） ◎：０〜１０、〇：１０〜２０、△：２０〜３０、×：全面（計数不可能）、××：全面網目状）（計数不可能）
２）疵深さ（ｍｍ）〇：≦０．５、△：０．５〜１、×：１〜１０、××：１０＜
３）総合１）、２）より疵取り手入れ作業負荷より評価

発明例１：ＪＩＳ規格のクロムモリブデン鋼鋼材のＳＣＭ４２０にＣｕを質量％で０．２％およびＳｎを質量％で０．３０％添加した鋼を溶製し、これをＶｃ＝０．５０ｍ／ｍｉｎで連続鋳造し、連続鋳片をブルームクーラーで冷却し、次いで、加熱炉に装入して圧延温度に加熱して抽出し、次いで圧延温度１２５０℃で熱間圧延した。圧延前の断面寸法は５００ｍｍ×４００ｍｍで、圧延後の断面寸法はΦ１９０ｍｍであった。疵成績は、疵個数が△、疵深さが△、総合が〇であった。

発明例２：ＪＩＳ規格のクロム鋼鋼材のＳＣｒ４１５にＣｕを質量％で０．５％およびＳｎを質量％で０．１０％添加した鋼を溶製し、これをインゴット鋳造し、次いで、加熱炉に装入して圧延温度に加熱して抽出し、次いで圧延温度１２００℃で熱間圧延した。圧延前の断面寸法はΦ１７０ｍｍで、圧延後の断面寸法はΦ３５ｍｍであった。疵成績は、疵個数が×、疵深さが〇、総合が〇であった。

発明例３：ＪＩＳ規格の高炭素クロム軸受鋼鋼材のＳＵＪ２にＣｕを質量％で０．３％およびＳｎを質量％で０．０３％添加した鋼を溶製し、これをインゴット鋳造し、次いで、加熱炉に装入して圧延温度に加熱して抽出し、次いで圧延温度１１５０℃で熱間圧延した。圧延前の断面寸法はΦ１７０ｍｍで、圧延後の断面寸法はΦ５０ｍｍであった。疵成績は、疵個数が〇、疵深さが△、総合が◎であった。

発明例４：ＪＩＳ規格の高炭素クロム軸受鋼鋼材のＳＵＪ２にＣｕを質量％で０．２％およびＳｎを質量％で０．０５％添加した鋼を溶製し、これをＶｃ＝０．５０ｍ／ｍｉｎで連続鋳造し、連続鋳片をブルームクーラーで冷却し、次いで、加熱炉に装入して圧延温度に加熱して抽出し、次いで圧延温度１１８０℃で熱間圧延した。圧延前の断面寸法は５００ｍｍ×４００ｍｍで、圧延後の断面寸法はΦ１１０ｍｍであった。疵成績は、疵個数が△、疵深さが△、総合が〇であった。

発明例５：ＪＩＳ規格の機械構造用炭素鋼鋼材のＳ４５ＣにＣｕを質量％で０．４％およびＳｎを質量％で０．０４％添加した鋼を溶製し、これをＶｃ＝０．５０ｍ／ｍｉｎで連続鋳造し、連続鋳片をブルームクーラーで冷却し、次いで、加熱炉に装入して圧延温度に加熱して抽出し、次いで圧延温度１２３０℃で熱間圧延した。圧延前の断面寸法は５００ｍｍ×４００ｍｍで、圧延後の断面寸法はΦ１７０ｍｍであった。疵成績は、疵個数が△、疵深さが〇、総合が◎であった。

発明例６：ＪＩＳ規格の機械構造用炭素鋼鋼材のＳ４５ＣにＣｕを質量％で０．４５％およびＳｎを質量％で０．２０％添加した鋼を溶製し、これをインゴット鋳造し、次いで、加熱炉に装入して圧延温度に加熱して抽出し、次いで圧延温度１１９０℃で熱間圧延した。圧延前の断面寸法はΦ１７０ｍｍで、圧延後の断面寸法はΦ３０ｍｍであった。疵成績は、疵個数が×、疵深さが〇、総合が〇であった。

次いで、比較例を以下に説明した。表１において網かけ部分が本発明と相違する部分である。
比較例１：ＪＩＳ規格のクロムモリブデン鋼鋼材のＳＣＭ４２０にＣｕを質量％で０．３％およびＳｎを質量％で０．２５％添加した鋼を溶製し、これをインゴット鋳造し、次いで、加熱炉に装入して圧延温度に加熱して抽出し、次いで圧延温度１０００℃で熱間圧延した。圧延前の断面寸法はΦ１７０ｍｍで、圧延後の断面寸法はΦ５０ｍｍであった。疵成績は、疵個数が△、疵深さが××、総合が××であった。

比較例２：ＪＩＳ規格の高炭素クロム軸受鋼鋼材のＳＵＪ２にＣｕを質量％で０．１％およびＳｎを質量％で０．０１％添加した鋼を溶製し、これをインゴット鋳造し、次いで、加熱炉に装入して圧延温度に加熱して抽出し、次いで圧延温度１０５０℃で熱間圧延した。圧延前の断面寸法はΦ１７０ｍｍで、圧延後の断面寸法はΦ５０ｍｍであった。疵成績は、疵個数が◎、疵深さが〇、総合が〇であった。

比較例３：ＪＩＳ規格のクロムモリブデン鋼鋼材のＳＣＭ４２０にＣｕを質量％で０．４％およびＳｎを質量％で０．４０％添加した鋼を溶製し、これをＶｃ＝０．５０ｍ／ｍｉｎで連続鋳造し、連続鋳片をブルームクーラーで冷却し、次いで、加熱炉に装入して圧延温度に加熱して抽出し、次いで圧延温度１２００℃で熱間圧延した。圧延前の断面寸法は５００ｍｍ×４００ｍｍで、圧延後の断面寸法はΦ１９０ｍｍであった。疵成績は、疵個数が×、疵深さが×、総合が××であった。

比較例４：ＪＩＳ規格のクロム鋼鋼材のＳＣｒ４１５にＣｕを質量％で０．５％およびＳｎを質量％で０．１０％添加した鋼を溶製し、これをＶｃ＝０．５０ｍ／ｍｉｎで連続鋳造し、連続鋳片をブルームクーラーで冷却し、次いで、加熱炉に装入して圧延温度に加熱して抽出し、次いで圧延温度１２７０℃で熱間圧延した。圧延前の断面寸法は５００ｍｍ×４００ｍｍで、圧延後の断面寸法はΦ１７０ｍｍであった。疵成績は、疵個数が×、疵深さが××、総合が××であった。

比較例５：ＪＩＳ規格の機械構造用炭素鋼鋼材のＳ４５ＣにＣｕを質量％で０．６％およびＳｎを質量％で０．２０％添加した鋼を溶製し、これをＶｃ＝０．５０ｍ／ｍｉｎで連続鋳造し、連続鋳片をブルームクーラーで冷却し、次いで、加熱炉に装入して圧延温度に加熱して抽出し、次いで圧延温度１２５０℃で熱間圧延した。圧延前の断面寸法は５００ｍｍ×４００ｍｍで、圧延後の断面寸法はΦ１７０ｍｍであった。疵成績は、疵個数が××、疵深さが△、総合が×であった。

鋼材中のＣｕおよびＳｎの含有量、延性指数、加工温度の関係を示すグラフである。

Claims

質量％で、Ｃｕ：０．２〜０．５％、かつ、Ｓｎ：０．０３〜０．３０％を含有する鋼材を加熱して熱間圧延の鋼材の表面温度を１１５０〜１２５０℃とし、熱間圧延して鋼材とすることを特徴とするＣｕ、Ｓｎ含有鋼材の熱間圧延材の表面疵の防止方法。
鋼材は機械構造用炭素鋼や機械構造用合金鋼や軸受鋼にＣｕ、Ｓｎ成分を含有する鋼材であることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ、Ｓｎ含有鋼材の熱間圧延材の表面疵の防止方法。