JP2012153928A

JP2012153928A - 橋梁用鋼板の製造方法

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Publication number: JP2012153928A
Application number: JP2011012959A
Authority: JP
Inventors: Kengo Hashimoto; 健吾橋本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2012-08-16

Abstract

【課題】表面疵のない美麗な橋梁用鋼板を製造する。
【解決手段】Ｓｉ、及び、Ｎｂを含有するスラブを加熱した後、熱間圧延を施して橋梁用鋼板を製造する製造方法において、加熱炉で前記スラブを加熱する際、下記式（１）で定義する過加熱度DOHを、１．１以下に制御することを特徴とする橋梁用鋼板の製造方法。
過加熱度DOH＝∫_t1 ^t2ｆ（ｔ）ｄｔ／｛（１１７０）・（t2−t1）｝・・・（１）
ｆ（ｔ）：スラブ表面の温度上昇曲線、t1：スラブ表面の温度が１１７０℃に達した時間、t2：スラブを加熱炉から抽出した時間
【選択図】図２

Description

本発明は、強度確保のためにＳｉやＮｂを含有する橋梁用鋼板の製造において、熱間圧延で、表面疵のない鋼板を製造する方法に関するものである。

橋梁用鋼板は、強度確保のためにＳｉやＮｂを含有するが、ＳｉやＮｂを含有した鋳片を熱間圧延して鋼板を製造する場合、加熱工程において、デスケーリングで除去することが困難なスケールが発生することがある。

通常、デスケーリングは、粗圧延の前後で、鋼片又は鋼板の表面に高圧水等を吹き付けて行い、加熱工程で生成した酸化層（一次スケール）を除去するが、鋼板が含有するＳｉにより、一次スケールと地鉄の界面に、硬いファイアライト（Ｆｅ₂ＳｉＯ₄）が生成し、一次スケールの剥離が困難になる場合がある。

一次スケールが鋼板表面に残ったままで仕上圧延を行うと、一次スケールは、鋼板表層に押し込まれて表面疵として残ることになる。図１に、橋梁用鋼板の表面疵の態様を示す。表面疵は、橋梁用鋼板表面の美麗性を損なうので、表面疵の発生を抑制する方法が、これまで数多く提案されている（例えば、特許文献１及び２、参照）。

特許文献１には、Ｓｉを０．２５〜０．６０％含むキルド鋼材を、加熱炉の均熱帯において、酸素濃度を２〜８％とし、１２５０℃超〜１３２０℃未満で１０〜８０分、均熱することが開示されている。特許文献２には、スケールの発生を抑制するため、Ｓｉ含有量に応じて加熱炉温度を設定すること、及び、圧延後のデスケーリング条件を設定すること開示されている。

一次スケールの発生は、Ｓｉ含有量に応じて、加熱条件を設定することにより、ある程度、抑制することができるが、強度向上のためＮｂを含有する橋梁用鋼板の製造においては、Ｎｂの固溶硬化を充分に得るため、鋳片の加熱工程では、鋳片の断面平均温度が、ＮｂとＣの溶解度積で定まる固溶温度以上になるように、鋳片を加熱する必要がある。

しかし、Ｎｂ含有鋼を高温で加熱すると、前述したように、一次スケールの剥離を困難にする、硬いファイアライト（Ｆｅ₂ＳｉＯ₄）が生成する。

特開昭５３−１４０２１９号公報特開２００３−１２６９０６号公報

橋梁用鋼板として使用するＳｉ、Ｎｂを含有する鋼板の製造においては、Ｎｂの析出硬化を充分に得るため、スラブを、Ｎｂが固溶する温度、例えば、１１９０℃以上に加熱する必要があるが、前述したように、Ｎｂ含有スラブを、高温に加熱すると、一次スケールと地鉄の界面に、一次スケールの剥離を困難にする、硬いファイアライト（Ｆｅ₄ＳｉＯ₂）が生成する。

その結果、デスケーリングで、一次スケールを完全に除去できず、鋼板の表面に残った一次スケールが、表面疵の原因となる。

橋梁用鋼板は、外観及び美観が重視される構造材である。それ故、需要家がこの鋼板の表面性状に求める要求は厳しく、鋼板表面に、深さ５０〜１００μｍ程度の表面疵（残存する一次スケールが押し込まれて生成した疵）も許容されない。

そこで、本発明は、（ｘ）ファイアライト（Ｆｅ₂ＳｉＯ₄）の生成を抑制する１１７０℃以下の低温加熱が好ましい、及び、（ｙ）Ｎｂを充分に固溶させる温度以上の、例えば、１１９０℃以上の高温加熱が必要という２律背反の要請を満足する加熱条件を見いだし、表面疵のない橋梁用鋼板を製造することを課題とし、該課題を解決する製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。本発明者らは、デスケーリングで除去できる程度の一次スケールの生成を許容するにしても、（ｉ）ファイアライト（Ｆｅ₂ＳｉＯ₄）の生成を極力抑制し、かつ、（ii）Ｎｂを充分に固溶させる加熱条件を探索した。

その結果、加熱炉において、ＳｉやＮｂを含有するスラブを加熱する際、１１７０℃を超える時間が長くても、１次スケールの残存量が少なかったり、逆に、１１７０℃を超える時間が短かくても、１次スケールの残存量が多かったりする現象があることを見いだした。そして、下記式（１）で定義する過加熱度DOHを導入し、DOHを１．１以下に制御すると、上記（ｉ）及び（ii）を達成できることが判明した。

過加熱度DOH＝∫_t1 ^t2ｆ（ｔ）ｄｔ／｛（１１７０）・（t2−t1）｝・・・（１）
ｆ（ｔ）：スラブ表面の温度上昇曲線
t1：スラブ表面の温度が１１７０℃に達した時間
t2：スラブを加熱炉から抽出した時間

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下の通りである。

（１）質量％で、Ｓｉ：０．０５〜０．４０％、及び、Ｎｂ：０．００４〜０．０５％を含有するスラブを加熱した後、熱間圧延を施して橋梁用鋼板を製造する製造方法において、加熱炉で前記スラブを加熱する際、下記式（１）で定義する過加熱度DOHを、１．１以下に制御することを特徴とする橋梁用鋼板の製造方法。
過加熱度DOH＝∫_t1 ^t2ｆ（ｔ）ｄｔ／｛（１１７０）・（t2−t1）｝・・・（１）
ｆ（ｔ）：スラブ表面の温度上昇曲線
t1：スラブ表面の温度が１１７０℃に達した時間
t2：スラブを加熱炉から抽出した時間

（２）前記橋梁用鋼板が、さらに、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２５％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ｐ：０．０２３％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０５５％、Ｎ：０．００５０％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする前記（１）に記載の橋梁用鋼板の製造方法。

（３）前記橋梁用鋼板が、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．３０〜０．３５％、Ｎｉ：０．０５〜０．１１％、Ｃｒ：０．４５〜０．５４％、Ｍｏ：０．０４％以下、Ｖ：０．０２〜０．０４％、Ｔｉ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０００５％以下の１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（２）に記載の橋梁用鋼板の製造方法。

本発明によれば、橋梁等の構造材として使用し得る、表面疵のない美麗な鋼板を製造することができる。

Ｓｉ、Ｎｂを含有する橋梁用鋼板の表面疵を示す図である。式（１）の技術的意味を示す図である。過加熱度DOHと、微小スケールに起因する疵の発生率（＝発生枚数／全製造枚数）の相関を示す図である。本発明のＮｂ含有鋼板の表面性状を示す図である。過加熱度DOHと、微小スケールに起因する疵による格落発生率（＝疵あり鋼板の重量／鋼板の総生産重量）の相関を示す図である。

本発明は、質量％で、Ｓｉ：０．０５〜０．４０％、及び、Ｎｂ：０．００４〜０．０５％を含有する橋梁用鋼板用のスラブを熱間圧延するのに先立って加熱炉で加熱する際、加熱炉において、下記式（１）で定義する過加熱度DOHを、１．１以下に制御することを特徴とする。

以下、本発明について説明する。

本発明で製造する橋梁用鋼板は、好ましくは、さらに、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２５％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ｐ：０．０２３％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０５５％、Ｎ：０．００５０％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼板である。

さらに、上記鋼板は、質量％で、Ｃｕ：０．３０〜０．３５％、Ｎｉ：０．０５〜０．１１％、Ｃｒ：０．４５〜０．５４％、Ｍｏ：０．０４％以下、Ｖ：０．０２〜０．０４％、Ｔｉ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０００５％以下の１種又は２種以上を含有する。

以下、それぞれの成分の好ましい範囲の理由を説明する。以下、％は、質量％を意味する。

Ｃは、強度を確保するため、好ましくは、０．０１％以上添加するが、０．２５％を超えると、延性や靭性が低下するので、上限は０．２５％が好ましい。０．０２〜０．１５％が、より好ましい。

Ｓｉは、強度を確保するため、好ましくは、０．０５％以上添加するが、０．４０％を超えると、ファイアライトの生成量が増えて、デスケーリング性が悪化するので、上限は、０．４０％が好ましい。０．１０〜０．２０％が、より好ましい。

Ｍｎは、強度を高め、かつ、靭性を確保するため、好ましくは０．６０％以上添加するが、２．００％を超えると、延性や靭性が低下するので、上限は２．００％が好ましい。１．１０〜１．６０％が、より好ましい。

Ｐは、靭性確保のため、０．０２３％以下とし、Ｓは、同じく靭性確保のため、０．０１０％以下とする。Ａｌは、起因ワレ防止のため、０．０１０〜０．０５５％とし、Ｎは、０．００５０％以下とする。

Ｎｂは、析出硬化作用で強度を高めるため、好ましくは、０．００４％以上添加するが、０．０５％を超えると、強度向上効果が飽和するので、上限は０．０５％が好ましい。０．００４〜０．０２５％が、より好ましい。

上記元素の他、橋梁用鋼板の機械特性及び表面性状を損なわない範囲で、材質の調整や、スケール以外の品質の調整を目的としてＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ等の元素を、１種又は２種以上含有してもよい。なお、これらの元素の添加は、本発明におけるスケールの生成や改善には、実質的に無関係である。

Ｃｕは、耐候性能を確保するため、好ましくは、０．３０％以上添加するが、０．３５％を超えると、鋼板表面に微小割れが発生しやすくなるので、上限は０．３５％が好ましい。

Ｎｉは、耐候性能を確保するため、好ましくは、０．０５％以上添加するが、０．１１％を超えると、スケールの剥離性が低下するので、上限は０．１１％が好ましい。

Ｃｒは、耐候性能を確保するため、好ましくは、０．４５％以上添加するが、０．５４％を超えると、強度が仕様範囲を超過するので、上限は０．５４％が好ましい。

Ｍｏは、強度を確保するため添加するが、０．０４％を超えると、強度が仕様範囲を超過するので、上限は０．０４％が好ましい。

Ｖは、強度を確保するため、好ましくは、０．０２％以上添加するが、０．０４％を超えると、強度が仕様範囲を超過するので、上限は、０．０４％が好ましい。

Ｔｉは、強度を確保するため添加するが、０．０１０％を超えると、強度が仕様範囲を超過するので、上記は、０．０１０％が好ましい。

Ｂは、強度を確保するため添加するが、０．０００５％を超えると、強度が仕様範囲を超過するので、上限は、０．０００５％が好ましい。

本発明者らは、上記成分組成の橋梁用鋼板において、上記（ｉ）及び（ii）を達成するため、前記式（１）で定義する過加熱度DOHを導入した。

本発明では、加熱炉におけるスラブ表面の温度上昇曲線に基づいて、上記（ｉ）及び（ii）を達成する。図２に、前記式（１）の技術的意味を示す。

加熱炉における加熱で、スラブの表面温度が１１７０℃以上に達していれば、スラブの表層において、一次スケールの生成と、Ｎｂの固溶がともに進行する。そこで、本発明では、前記式（１）で、加熱炉におけるスラブの過加熱度DOHを規定することにより、ファイアライト（Ｆｅ₂ＳｉＯ₄）の生成を抑制する。この点が、本発明の基礎をなす技術思想である。

即ち、一次スケールと地鉄の界面において、ファイアライトの生成が極力抑制されていれば、次のデスケーリング工程で、表面疵の原因となる一次スケールを容易に除去することができ、その結果、仕上圧延で、疵のない美麗な表面を有する橋梁用鋼板を製造することができる。

スラブの表面温度は、加熱炉内にある熱電対で、雰囲気温度を測定し、伝熱計算で算出することができるので、スラブ表面の温度上昇曲線ｆ（ｔ）を求めることができる。なお、伝熱計算は、スラブサイズ、物性値（比重量、熱伝導率）、上記測定温度、スラブ装入時の表面温度、加熱抽出目標温度の情報を踏まえ、二次元差分式にて行なう。

過加熱度DOHは小さいほうが好ましいが、本発明者らは、所要のｆ（ｔ）のもとで、過加熱度DOHの許容できる限度を見いだすため、質量％で、Ｃ：０．１５〜０．１８％、Ｓｉ：０．３０〜０．４０％、Ｍｎ：１．２０〜１．５０％、Ｐ：０．０２３％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０５５％、Ｎ：０．００５０％以下、Ｎｂ：０．０１５〜０．０２５％を含有するスラブ（厚さ２５０ｍｍ）の１２３１本につき、過加熱度DOHを変えて、疵の発生率（＝発生枚数／全製造枚数）を調査した。

表面の疵の有無は、デプスゲージにて疵深さを測定し、疵深さ３０μｍ以下を合格と判定した。

その結果を、図３に示す。図３から、過加熱度DOHが１．１以下であれば、多くの橋梁メーカーが格落発生率の許容限度としている１％以下に、疵の発生率（％）を抑制できることが解る。それ故、過加熱度DOHの上限は１．１とする。好ましくは、１．０５以下である。

ｆ（ｔ）が定まれば、過加熱度DOHが１．１以下になるように、加熱炉における加熱温度及び／又は時間の管理を行うことができる。例えば、スラブを加熱する加熱速度を制御するか、又は、スラブの表面温度が１１７０℃超になっても、過加熱度DOHが１．１を超えないように、加熱炉内の雰囲気温度を管理する。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、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。

（実施例１）
質量％で、Ｃ：０．１５〜０．１８％、Ｓｉ：０．３０〜０．４０％、Ｍｎ：１．４０〜１．５０％、Ｐ：０．０２３％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０５５％、Ｎ：０．００５０％以下、Ｎｂ：０．０２５〜０．０４５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるスラブ（厚さ２５０ｍｍ）と、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．３０〜０．３５％、Ｎｉ：０．０５〜０．１１％、Ｃｒ：０．４５〜０．５４％、Ｍｏ：０．０４％以下、Ｖ：０．０２〜０．０４％、Ｔｉ：０．０１０％以下、Ｂ：０．０００５％以下の１種又は２種以上を含有するスラブを、合計で１００本、熱間圧延する際、加熱炉で、過加熱度をDOH１．１以下で変えて加熱し、鋼板表面の疵の有無を調査した。

一方，同様なスラブ１００本を，過加熱度DOH１．１を超える条件で加熱し、同様に、前述の判定方法にて、鋼板表面の疵の有無を調査した。デスケーリングと熱間圧延は、いずれも、通常の条件で行った。

図４に、過加熱度DOH１．０３で製造した橋梁用鋼板の表面性状を示す。図４に示すように、鋼板の表面に疵は見当たらない。過加熱度DOH１．１を超える条件で製造した鋼板には，表面疵が発生した。

図５に、上記調査結果を示す。ファイアライトが生成する温度１１７０℃を基とした式（１）のDOHの範囲を示す図（図２、参照）において，その閾値を超えた過加熱度DOHと微小スケールに起因する疵による格落発生率（＝疵あり鋼板の重量／鋼板の総生産重量）の相関を示す。

図５から，過加熱度DOHが１．１以下となるよう過加熱度DOHを制御すれば、疵による格落発生率を１％以下に抑制できることが解る。

（実施例２）
実施例１で用いたスラブと同種のスラブを、過加熱度DOH１．０３で加熱し、実施例１と同様に、熱間圧延を施し、表面疵の有無を調査した。その結果、残存一次スケールに起因する表面疵による製品鋼板の格落発生率は、従来の約２．３％から０．１％以下に減少した。なお、「格落発生率＝疵あり鋼板の重量／鋼板の総生産重量」である。

前述したように、本発明によれば、橋梁等の構造材として使用し得る、表面疵のない美麗な橋梁用鋼板を製造することができる。よって、本発明は、鋼構造材製造産業及び鋼構造物建造産業において利用可能性が高いものである。

Claims

質量％で、
Ｎｂ：０．００４〜０．０５％、及び、
Ｓｉ：０．０５〜０．４０％
を含有するスラブを加熱した後、熱間圧延を施して橋梁用鋼板を製造する製造方法において、加熱炉で前記スラブを加熱する際、下記式（１）で定義する過加熱度DOHを、１．１以下に制御することを特徴とする橋梁用鋼板の製造方法。
過加熱度DOH＝∫_t1 ^t2ｆ（ｔ）ｄｔ／｛（１１７０）・（t2−t1）｝・・・（１）
ｆ（ｔ）：スラブ表面の温度上昇曲線
t1：スラブ表面の温度が１１７０℃に達した時間
t2：スラブを加熱炉から抽出した時間
前記橋梁用鋼板が、さらに、質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．２５％、
Ｍｎ：０．６０〜２．００％、
Ｐ：０．０２３％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．０１０〜０．０５５％、
Ｎ：０．００５０％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の橋梁用鋼板の製造方法。
前記橋梁用鋼板が、さらに、質量％で、
Ｃｕ：０．３０〜０．３５％、
Ｎｉ：０．０５〜０．１１％、
Ｃｒ：０．４５〜０．５４％、
Ｍｏ：０．０４％以下、
Ｖ：０．０２〜０．０４％、
Ｔｉ：０．０１０％以下、
Ｂ：０．０００５％以下
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項２に記載の橋梁用鋼板の製造方法。