JP2022054487A - 厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
(1)レーザー照射で厚鋼板に高密度エネルギーを与えた際に発生する熱応力は極めて大きく、該熱応力により表層のスケールが破壊され、切断不良が発生しやすくなる。これを防ぐためには、スケールの密着性を向上させる必要がある。
(2)スケールの密着性やスケールの均一性を向上させるためには、Sbを含有し、さらにSbをスケールと地鉄の界面に濃化させることが有効であることがわかった。スケールの密着性を向上させるためには、Si、Cu、Niの含有が有効とされているが、これらはスケールの均一性にとっては、むしろ好ましくない元素である。Si、Cu、Niは結晶粒界などの特定の位置に局所的に濃化し、濃化した場所と濃化していない場所とのスケールの成長速度に差が生じるため、スケールが不均一となる。本発明において、所定量のSbを含有させると、スケールと地鉄との界面にSbが濃化した濃化層が生成し、局所的なスケールの成長速度の違いが生じず、密着性、均一性に優れたスケールを安定して生成させることができる。また、該Sb添加効果に加えて、Si、Cu、Ni含有量を所定量以下となるように厳格に管理することにより、より一層の表面酸化層の厚さの均一化をはかることができる。
(3)スケールの厚さを15μm以上50μm以下とすることにより、レーザー切断時の切断不良を抑制して切断面を平滑にすることができ、さらにドロスの付着も抑制することができる。
[1]成分組成として、質量%で、C:0.20%超0.60%以下、Sb:0.003~0.050%を含有し、厚さ15μm以上50μm以下の表面酸化層を有する厚鋼板。
[2]成分組成として、質量%で、さらに、
Si:0.60%以下、
Mn:0.10~2.50%、
P:0.030%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.070%以下、
N:0.01%以下、
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物である[1]に記載の厚鋼板。
[3]成分組成として、質量%で、さらに、
Cu:1.00%以下、
Ni:1.00%以下、
Cr:0.01~1.00%、
Mo:0.01~1.00%、
W:0.01~1.00%、
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Ca:0.0001~0.0030%、
Mg:0.0001~0.0030%、
Sn:0.001~0.030%
の1種または2種以上を含有する[2]に記載の厚鋼板。
[4]成分組成として、質量%で、Si:0.10%以下、Cu:0.03%以下、Ni:0.03%以下とし、前記表面酸化層の厚さの標準偏差が5.0μm以下である[3]に記載の厚鋼板。
[5][1]~[4]のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材を1000~1200℃に再加熱後、圧延終了温度:700~1000℃である熱間圧延を施すにあたり、(圧延終了温度+100℃)~圧延終了温度の温度領域の圧延パス中において、鋼板の少なくとも一方の面に水を噴射してデスケーリングを5回以上実施する厚鋼板の製造方法。
まず、本発明の一実施形態における厚鋼板の成分組成について、その限定理由を説明する。なお、成分組成に関する「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
Cは、機械部材に成形後、必要とされる硬さや強度を確保するために必要な元素である。ここで硬さとは、焼入れ焼戻し後の硬さのことであり(単に硬さと称する)、所望の硬さを得るためには、Cを0.20%超含有させる必要がある。好ましくは、0.30%以上とする。より好ましくは、0.35%以上とする。一方、Cが0.60%を超えると、靭性が低下する。このため、Cを0.60%以下とする。好ましくは、0.55%以下とする。
Sbは、スケール密着性を向上させるために必要な元素である。Sbは、鋼材加熱~熱間圧延中までに表面に拡散し、スケール(表面酸化層)と地鉄の界面に均一に濃化する。この濃化層によってスケールが剥離しにくくなる。また、均一に濃化することにより、スケール成長速度に局所的な違いが生じず、スケールの均一性も阻害しない。この効果を得るためには、Sbを0.003%以上含有させる必要がある。好ましくは、0.005%以上とする。一方、Sbが0.050%を超えると、厚鋼板表面に疵が発生しやすくなり、レーザー切断性を劣化させる。そのため、Sbを0.050%以下とする。好ましくは0.030%未満とする。さらに好ましくは、0.020%以下とする。
Siは、脱酸材として作用する元素である。しかしながら、0.60%を超えると、母材の靭性が著しく劣化することがある。このため、Siを0.60%以下とするのが好ましい。より好ましくは、0.40%以下とする。なお、Si含有量の下限は特に限定されないが、0.01%以上が好ましい。
Mnは、鋼の焼入れ性を増加させる効果を有し、母材の硬さを確保するために0.10%以上含有させることが好ましい。より好ましくは、0.20%以上とする。さらに好ましくは、1.30%以上とする。一方、Mnが2.50%を超えると、母材の靭性、延性が著しく劣化することがある。このため、2.50%以下とすることが好ましい。より好ましくは、2.00%以下とする。
Pは、不純物として鋼中に存在し、粒界に偏析することによって、母材の低温靭性や延性を劣化させるなど悪影響を及ぼすおそれがある。このため、できる限りP含有量を低くすることが望ましいが、0.030%以下であれば許容できる。なお、P含有量の下限は特に限定されないが、0.001%未満に低減することは工業的規模の製造では難しい。このため、生産性の観点からは、P含有量を0.001%以上とすることが好ましい。
Sは、MnS等の硫化物系介在物として鋼中に存在し、母材の低温靭性や延性を劣化させるなど、悪影響を及ぼすおそれがある。このため、できる限りS含有量を低くすることが望ましいが、0.030%以下であれば許容できる。なお、S含有量の下限は特に限定されないが、0.001%未満に低減することは工業的規模の製造では難しい。このため、生産性の観点からは、S含有量を0.001%以上とすることが好ましい。
Alは、脱酸剤として作用するとともに、鋼中のNをAlNとして固定し、母材の靭性向上に寄与する元素である。しかし、0.07%を超えて含有すると、母材の靭性が低下することがある。よって、Al含有量を0.070%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.050%以下とする。なお、Al含有量の下限は特に限定されないが、0.015%以上が好ましい。
Nは、不純物として鋼中に存在する元素である。N含有量が0.01%を超えると、母材靭性が著しく低下するおそれがある。このため、N含有量を0.01%以下とすることが好ましい。
Cuは厚鋼板の硬さ向上に寄与する元素である。この効果を得るために、Cuを添加する場合は、0.01%以上とすることが好ましい。Cu含有量が1.00%を超えると、熱間脆性を生じて鋼板の表面性状が著しく劣化するおそれがある。このため、Cu含有量を1.00%以下とすることが好ましい。
Niは厚鋼板の硬さ向上に寄与する元素である。この効果を得るために、Niを含有させる場合は、0.01%以上とすることが好ましい。Ni含有量が1.00%を超えるとスケール厚さが著しく不均一となり、レーザー切断性が劣化する。このため、Niを含有させる場合は、Ni含有量を1.00%以下とすることが好ましい。
Crは厚鋼板の硬さ向上に寄与する元素である。この効果を得るために、Crを含有させる場合は、0.01%以上とすることが好ましい。1.00%を超えて含有すると、母材靭性、延性が著しく劣化するおそれがある。このため、Crを含有させる場合は、Cr含有量を1.00%以下とすることが好ましい。
Moは厚鋼板の硬さ向上に寄与する元素である。この効果を得るために、Moを含有させる場合は、0.01%以上とすることが好ましい。Mo含有量が1.00%を超えると、母材靭性、延性に悪影響を及ぼすことがある。このため、Moを含有させる場合は、Mo含有量を1.00%以下とすることが好ましい。
Wは厚鋼板の硬さ向上に寄与する元素である。この効果を得るために、Wを含有させる場合は、0.01%以上とすることが好ましい。W含有量が1.00%を超えると、母材靭性、延性に悪影響を及ぼすことがある。このため、Wを含有させる場合は、W含有量を1.00%以下とすることが好ましい。
Vは厚鋼板の硬さ向上に大きく寄与する元素である。この効果を得るために、Vを含有させる場合は、0.003%以上とすることが好ましい。V含有量が0.100%を超えると、母材靭性および延性を劣化させるおそれがある。このため、Vを含有させる場合は、V含有量を0.100%以下とすることが好ましい。
Nbは厚鋼板の硬さ向上に大きく寄与する元素である。この効果を得るために、Nbを含有させる場合は、0.003%以上とすることが好ましい。より好ましくは、0.005%以上である。Nb含有量が0.030%を超えると、母材靭性および延性を劣化させる。このため、Nbを含有させる場合は、Nb含有量を0.030%以下とすることが好ましい。
Tiは、Nとの親和力が強く凝固時にTiNとして析出し、部材熱処理時のオーステナイト粒の粗大化を抑制して高靭化に寄与する元素である。この効果を得るために、Tiを含有させる場合は、0.003%以上とすることが好ましい。一方、T含有量が0.050%を超えると、TiN粒子が粗大化して、母材靭性を劣化させるおそれがある。このため、Tiを含有させる場合は、Ti含有量を0.050%以下とすることが好ましい。
Bは、焼入れ性の向上を介して、鋼の硬さを増加させる作用を有する元素である。この効果を得るために、Bを含有させる場合は、0.0001%以上とすることが好ましい。一方、B含有量が0.0030%を超えると、焼入れ性を著しく増加させ、母材の靭性、延性を劣化させるおそれがある。このため、Bを含有させる場合は、B含有量を0.0030%以下とすることが好ましい。
REM、CaおよびMgは、いずれもSと結合し硫化物の形態制御を行うことにより、鋼の靭性向上に寄与する。この効果を得るために、これらの元素を含有させる場合は、それぞれ0.0001%以上とすることが好ましい。一方、これらの元素をそれぞれ0.0030%以上含有させても効果が飽和する。このため、これらの元素を含有させる場合は、それぞれ0.0030%以上とすることが好ましい。
Snは耐食性向上に寄与する。この効果を得るために、Snを含有させる場合は、0.001%以上とすることが好ましい。ただし、Sn含有量が0.030%を超えると、靭性を劣化させるおそれがあるので、Snを含有させる場合は0.030%以下とすることが好ましい。
Siは、易酸化元素でありスケールに取込まれやすいため、スケールの均一化にとってはできる限りSi含有量を低くすることが望ましいが、0.10%以下であれば許容できる。なお、脱酸の点から、0.01%以上が好ましい。
CuおよびNiは、Si同様、スケールの均一化にとっては、できる限りCuおよびNiの含有量を低くすることが望ましいが、それぞれ0.03%以下であれば許容できる。
表面酸化層(スケール)は、厚鋼板の製造時に厚鋼板の表面が酸化されて形成された酸化物層である。表面酸化層は、素地のFeに比べてレーザー光の吸収率が高く、切断時に必要な酸素源ともなるため、レーザー切断に際し必要な層である。レーザー光の吸収エネルギーを増加させて切断効率を向上させるために、表面酸化層の厚さは15μm以上とする。表面酸化層の厚さが厚くなるほど、レーザー吸収エネルギーが高くなる。しかしながら、表面酸化層と地鉄の界面で剥離しやすくなり、表面酸化層の厚さも不均一になりやすい。このため、表面酸化層の厚さは50μm以下とする。
[板厚]
本発明の厚鋼板の板厚は、特に限定されず、任意の板厚とすることができる。本発明において、板厚が4.5~28mmの厚鋼板には、特にレーザー切断時に優れた切断品質が得られることから、厚鋼板の板厚を4.5~28mmとすることが好ましい。
次に、本発明の厚鋼板の製造方法について説明する。本発明の厚鋼板は、上述した成分組成を有する鋼素材を再加熱し、熱間圧延中に生成する表面酸化層を所定の条件でデスケーリングを実施することによって製造することができる。なお、以下の説明における温度に関する「℃」表示は、厚鋼板表層の温度を意味するものとする。
再加熱温度が1000℃未満では、熱間圧延での変形抵抗が高く、1パス当たりの圧下量が大きく取れなくなる。その結果、圧延パス数が増加し、圧延能率の低下を招くとともに、鋼素材(スラブ)中の鋳造欠陥を圧着することができない場合が生じる。一方、再加熱温度が1200℃を超えると、加熱時に生成する過度の高温スケールによって表面疵が生じやすく、圧延後の手入れ負荷が増大するとともに、結晶粒が粗大化して母材の脆性、延性を劣化させる。このため、再加熱温度は1000~1200℃の範囲とする。
熱間圧延の圧延終了温度が1000℃を超えると、表面酸化層にブリスターが発生するだけでなく、圧延終了後の冷却過程で表面酸化層が過度に成長する。このため、所望の厚さの表面酸化層が得られない。また、組織が粗大化するため靭性が劣化する。一方、圧延終了温度が700℃より低いと、変形抵抗が高くなりすぎて、圧延荷重が増大し、圧延機への負担が大きくなる。また、圧延温度を低下させるためには、圧延途中で待機する必要があり、生産性を大きく阻害するだけでなく、鋼板温度が低いため表面酸化層が成長せずに薄くなり、所望の厚さの表面酸化層が得られない。さらには、厚鋼板中に蓄積される歪が大きくなるため、レーザー切断中に厚鋼板が変形し、切断精度の低下を招いたり、切断が途中で停止することが問題となる。このため、圧延終了温度を700~1000℃の範囲とする。
所望の厚さの表面酸化層を安定して生成させるためには、本発明では、圧延中のデスケーリングの回数を厳格に管理することが重要である。本発明では、(圧延終了温度+100℃)~圧延終了温度の温度領域の圧延パス中において、デスケーリングの回数を5回以上とする。デスケーリングの回数が5回より少ないと、圧延中に生成、成長する表面酸化層の剥離が不十分となり、表面酸化層が過度に成長する。さらに、局所的にはがれるため、表面酸化層の厚さのばらつきが大きくなる。
Claims (5)
- 成分組成として、質量%で、C:0.20%超0.60%以下、Sb:0.003~0.050%を含有し、厚さ15μm以上50μm以下の表面酸化層を有する厚鋼板。
- 成分組成として、質量%で、さらに、
Si:0.60%以下、
Mn:0.10~2.50%、
P:0.030%以下、
S:0.030%以下、
Al:0.070%以下、
N:0.01%以下、
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物である請求項1に記載の厚鋼板。 - 成分組成として、質量%で、さらに、
Cu:1.00%以下、
Ni:1.00%以下、
Cr:0.01~1.00%、
Mo:0.01~1.00%、
W:0.01~1.00%、
V:0.003~0.100%、
Nb:0.003~0.030%、
Ti:0.003~0.050%、
B:0.0001~0.0030%、
REM:0.0001~0.0030%、
Ca:0.0001~0.0030%、
Mg:0.0001~0.0030%、
Sn:0.001~0.030%
の1種または2種以上を含有する請求項2に記載の厚鋼板。 - 成分組成として、質量%で、Si:0.10%以下、Cu:0.03%以下、Ni:0.03%以下とし、前記表面酸化層の厚さの標準偏差が5.0μm以下である請求項3に記載の厚鋼板。
- 請求項1~4のいずれかに記載の成分組成を有する鋼素材を1000~1200℃に再加熱後、圧延終了温度:700~1000℃である熱間圧延を施すにあたり、(圧延終了温度+100℃)~圧延終了温度の温度領域の圧延パス中において、鋼板の少なくとも一方の面に水を噴射してデスケーリングを5回以上実施する厚鋼板の製造方法。
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