JP2783126B2 - 連続焼鈍によるほうろう用鋼板の製造方法 - Google Patents

連続焼鈍によるほうろう用鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加工性およびほうろう
性に優れたほうろう用鋼板の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ほうろう用鋼板に要求される性質は、目
的の形状に対して十分な加工性を有すること、ほうろう
層と地鉄の密着性が良好なこと、耐爪飛性が良好なこと
およびほうろう層表面に泡やピンホールを発生させない
こと等である。
【0003】従来、ほうろう用鋼板の焼鈍方法としてオ
ープンコイル焼鈍が一般的に用いられてきた。ほうろう
用鋼板は鋼中に固溶C、Nが残るため時効劣化を起こし
やすく、良好な加工性が要求される台所器物などの成形
が困難になる場合がある。また、固溶Cが原因となり、
ほうろう焼成中に泡が発生して直接一回掛けほうろう法
を適用できない場合がある。そのためオープンコイル焼
鈍で脱炭を行い鋼中のC量を下げることがおこなわれて
きた。
【0004】しかし、オープンコイル焼鈍では脱炭量の
微妙な制御が困難であり、脱炭量が多すぎて鋼中のC量
が5ppm 以下になると鋼板の結晶粒界が脆化しほうろう
製品の成形中にたて割れとよばれる脆性破壊が発生す
る。
【0005】さらにオープンコイル焼鈍は、急速な昇温
や冷却が困難なため、長時間の焼鈍時間が必要となる。
そうすると鋼中のPが粒界に偏析しやすくなり、ほうろ
う前処理(酸洗)時に粒界が優先的にエッチングされや
すく酸洗後にエッチピット状の深い溝が出来てしまう。
このような鋼板にほうろう釉薬を施釉した場合、深く掘
られた溝には施釉が行き渡らず、溝には施釉で蓋をした
ように空気が閉じ込められやすくなり、この空気により
ほうろう焼成後に泡やピンホールが発生し表面性状を劣
化させる。また、Pが粒界に偏析すると、粒内のCu/
Pの値が適切な範囲から外れ結晶粒内に微細な凹凸がで
きなくなり、ほうろう密着性も劣化するという問題もあ
る。
【0006】さらにオープンコイル焼鈍は処理時間が長
いために短納期化の要求が高まっている最近のユーザー
ニーズに対応しにくい。
【0007】最近、成形性とほうろう性を兼備えさせる
ために比較的高酸素の鋼にNbやBを添加したほうろう
用鋼板とその製造方法が提案されている(特開平3−16
6336号公報、特開平3−10048 号公報)。特開平3−10
048 号公報には、焼鈍方法として連続焼鈍が記載されて
いるが、その趣旨は、Bを含有するほうろう用鋼板にお
いて焼鈍温度を高くすることでr値を向上させることで
ある。しかし記載されている連続焼鈍の条件では、鋼板
の冷却速度が遅すぎてPの結晶粒界偏析を抑制すること
ができない。
【0008】特開平3−166336号公報には実施例として
連続焼鈍の温度と時間が1例記載されているのみで冷却
速度や炉内の雰囲気の露点等は一切記載されていない。
またそもそも比較的高酸素の鋼において、炭窒化物を形
成させるだけのNbやBを適正量に製鋼段階で制御する
ことは困難である。またNbやBの炭窒化物はほうろう
焼成時に再固溶する可能性もあり密着性不良の問題や再
固溶したCによるほうろう焼成時の泡やピンホールの発
生の問題が懸念される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、加工性に優
れ、ほうろう焼成時の泡の発生が少なく、ほうろうの密
着性などが良好なほうろう用鋼板を連続焼鈍で製造する
ことを目的としてなされたものである。
【0010】なお、加工性の具体的目標は時効後の伸び
が46%以上、降伏点が155MPa以下、たて割れ発生温度が
−20℃以下程度であり、ほうろう性の目標は、密着指数
(P.E.I. 法:米国ほうろう規格に規定された方法) が80
%以上、爪飛個数および泡の発生数は 100×200mm 当た
り0個の性質を有することとする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
ほうろう用鋼板の製造方法にある。
【0012】重量で、 C :0.0030%以下、Si:0.
2 %以下、Mn:0.5 %以下、P :0.003 %以上、0.
024 %以下、S :0.02%以下、Al:0.01%以下、N
:0.0040%以下、O :0.0150%以上、0.0400%以
下、Cu:0.015 %以上、0.060 %以下、を含有し、か
つCuとPの含有量の比(Cu/P)が2.5 以上、5.5
以下、であり、残部はFeおよび不可避的不純物からな
るスラブを圧延した後、連続焼鈍炉内の雰囲気の露点を
−20℃以上10℃以下に制御して、 660℃以上 850℃以下
の温度で連続焼鈍し、その後少なくとも 400℃までを60
℃/sec 以上の速度で冷却することを特徴とするほうろ
う用鋼板の製造方法。
【0013】上記の圧延とは、通常の鋼板を製造する場
合に行う熱間圧延および冷間圧延である。圧延条件につ
いては特に制限はなく通常のほうろう用鋼板を製造する
際の熱間圧延工程および冷間圧延工程の条件でよい。た
だし熱間圧延後の巻取りについては、その温度が 700℃
を超えると結晶粒が異常に成長することやPの粒界偏析
による脆化が起こり冷間圧延が困難になるため巻取り温
度は 700℃以下が望ましい。
【0014】連続焼鈍を行う炉内の雰囲気は窒素、水
素、水蒸気の混合ガスであり、露点が−20℃以上10℃以
下となるようにガス濃度、ガス流量およびガス圧力を調
整する。この雰囲気で 660℃〜 850℃の温度に加熱保持
して鋼板の再結晶化をおこなう。その後、鋼板にジェッ
ト水や窒素ガス等を吹きつけて少なくとも 400℃までは
60℃/sec以上の速度で冷却をおこなう。
【0015】
【作用】本発明者らは、鋼板の組成、連続焼鈍炉内の雰
囲気の露点、焼鈍温度、および焼鈍後の冷却速度を適正
に制御すれば鋼中のC量を適正に調節でき、かつPの粒
界偏析も抑制され、加工性とほうろう性に優れたほうろ
う用鋼板を製造することができることを確認した。
【0016】(1) 鋼板の組成について Cについて 0.0030重量%( 以下、重量%を単に%と記す )を超える
と連続焼鈍での脱炭が不十分となり、時効劣化やほうろ
う時に泡が発生しやすくなる。また、スラブの表面にピ
ンホール欠陥が生じやすく、スリバー疵とよばれる表面
疵が発生しやすくなる。
【0017】Siについて 成形性、ほうろう性への影響は小さいが、含有量は低い
方が望ましい。0.2%を超えると鋼板の表面性状が劣化
することからその含有量を0.2 %以下とした。
【0018】Mnについて MnもSiと同様に成形性、ほうろう性への影響は小さ
いが、A3変態温度を低下させる元素であり、0.5 %を超
えるとほうろうの焼成中に変態が起こり焼成歪みが発生
する。
【0019】Pについて PはCuとともにほうろう前処理(酸洗)性に影響を及
ぼす。後述するCu量およびCu/P比の関係から、下
限を 0.003%、上限を 0.024%とした。
【0020】Sについて Sは熱間圧延中に割れを引き起こす。その防止のために
はMnを多量に添加しなければならず、コストアップに
なるのでその上限を0.02%とした。
【0021】Alについて Alは製鋼段階で脱酸剤として用いられるが、本発明で
は酸素を含有させ、形成させた介在物によって爪飛を抑
制している。Alが0.01%を超えると爪飛抑制に有効な
酸素量を鋼中に含有させることが困難になる。
【0022】Nについて Nはほうろう性への影響は少ないものの、Cと同様に時
効劣化を起こし、成形性を低下させる。それを防止する
ために0.0040%以下とした。
【0023】O(酸素)について 酸素は鋼中に介在物を形成し、爪飛発生を抑制する重要
な元素である。爪飛発生を抑制するには比較的多量の酸
素量を要し、0.0150%以上が必要である。一方、0.0400
%を超えると連続鋳造時にピンホールが発生しやすくな
り、表面疵を引き起こしたり、また粗大な介在物ができ
やすくほうろうの前処理として行われる酸洗時に膨れ欠
陥が発生する。
【0024】Cuについて Cuはほうろうの密着性確保のために有効な元素であ
り、 0.015%以上含有するとその効果を発揮する。一
方、ほうろうの前処理として行われる酸洗での酸洗速度
を下げる元素であり、 0.060%を超えるとほうろうの密
着に必要な酸洗後の鋼板表面の適度な凹凸が得られなく
なる。
【0025】Cu/Pについて Cu/P比はほうろう掛け後の良好な表面性状を確保す
るために必要である。図1はCu/Pの値と連続焼鈍時
の炉内雰囲気の露点を様々に変化させて製造した鋼板の
ほうろう密着性と泡防止性を表したものである。図から
Cu/Pの値が2.5 以上5.5 以下の範囲でほうろう密着
性、泡防止性に優れていることがわかる。そこでCu/
Pの値の範囲を2.5 以上5.5 以下とした。なお、泡の判
定において○は鋼板表面100 ×200mm 当たり泡の発生数
が0個、△は1〜10個、×は11個以上を示す。
【0026】(2) 焼鈍温度について 焼鈍温度が660 ℃未満では再結晶粒が充分成長せず、本
発明の目的の一つである良好な成形性の確保において時
効後の伸びが46%以上でかつYP( 降伏点)が200MPa
以下という特性を得ることが困難になる。また、850 ℃
を超える焼鈍では後述する露点制御をおこなっても脱炭
が充分に行われず鋼中の固溶C量が下がらなくなり時効
劣化やほうろう焼成中の泡発生の原因となる。
【0027】(3) 焼鈍炉内の露点について 焼鈍中の雰囲気の露点を−20℃〜10℃とすると適量の脱
炭をおこなうことができる。鋼板のC含有量が0.0030%
以下であれば、焼鈍後に脱炭よって鋼中のC含有量が0.
0005%〜0.0015%となり、たて割れ、泡発生の抑制およ
び時効劣化の防止が可能となる。そこで炉内の雰囲気の
露点を−20℃〜10℃とした。
【0028】(4) 焼鈍後の冷却速度について 焼鈍後の冷却速度を5〜120 ℃/sec の範囲で種々に変
化させて400 ℃まで冷却しほうろう用鋼板を製造した。
その鋼板に、ほうろう前処理を施した後、鋼板表面のエ
ッチピット状の溝の存在や結晶粒内あるいは結晶粒界の
凹凸についてS.E.M 観察を行ったところ、冷却速度が60
℃/sec 以上で製造した鋼板については、表面にエッチ
ピット状の深い溝は全く認められなかった。また結晶粒
内や結晶粒界は均一で微細な凹凸となっていた。その
後、直接1回掛けほうろうを施して泡発生や鋼板とほう
ろうの密着性を調査した。
【0029】図2に冷却速度とほうろう焼成後の泡発生
および密着性との関係を示した。冷却速度を60℃/sec
以上として作製したほうろう用鋼板では図2に示すよう
に密着性(P.E.I.密着試験)が優れ、泡発生(外観判
定)が抑制されていることがわかる。これは 400℃まで
の冷却速度を60℃/sec 以上にすることによってPの粒
界偏析が抑制されたためである。なお、 400℃よりも低
温になればPの拡散はほとんど起きないので冷却速度に
特別な制限はない。
【0030】
【実施例】転炉で溶解しRH真空脱ガス処理で成分調整
を行った溶鋼を連続鋳造で鋳込んで表1で示したさまざ
まな成分のスラブを作製した。得られたスラブを1150℃
〜1220℃で加熱し、仕上温度 880℃〜 920℃で3.8mm の
厚さまで熱間圧延した。酸洗後、冷圧率79%で冷間圧延
し、連続焼鈍ライン内の加熱炉、均熱炉および徐冷炉の
雰囲気を露点10℃〜−30℃に制御し、昇温速度10℃/se
c 〜30℃/sec で 780℃〜 800℃まで昇温し、その温度
で80秒間保持した。その後400 ℃までを冷却速度5℃/
sec 〜 120℃/sec で冷却し、引き続き 360℃〜 380℃
で過時効処理を施した後、5℃/sec 〜20℃/sec の速
度で常温まで冷却した。次いで伸び率0.6 〜1.0 %のス
キンパス圧延を行った。
【0031】これらの鋼板について引張試験およびたて
割れ試験を行った。
【0032】(1) 引張試験の条件 100℃で60分間保持する時効処理を行った後、 JIS5号
試験片に加工し、圧延方向に引張り荷重を懸けて、時効
後の伸び( EL)と降伏点(YP)を測定した。
【0033】(2) たて割れ試験の条件 試験片に絞り比1.8 、直径50mmの円筒絞りを施し、各試
験片を−40℃〜室温とし、高さ1000mmの位置から100Kg
の重錘を試験片に落下させた。その後破面観察を行い、
各温度の試験片3つのうち1つでも脆性破面が観察され
た最高温度をたて割れ発生温度と決定した。
【0034】さらに次のように直接一回ほうろうを施
し、ほうろう性能を調査した。
【0035】ほうろう前処理として13%硫酸(75℃)に
試験片を2.5 分間浸漬した後、13g/L の硫酸ニッケル
(70℃)に2.5 分間浸漬した。その後ほうろう釉薬をス
プレーで試験片両面に約 120μm の厚さに塗布した。次
に 830℃で2.5 分間焼成した。
【0036】ほうろう性能の調査として、密着指数はP.
E.I.法で求め、耐爪飛性は100 ×200mm 当たりの試験片
の表面上の爪飛発生数を求めることで評価した。また泡
は外観目視によって判定した。それらの試験結果を表2
に示した。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】高い成形性とほうろう性が要求される台所
器物用ほうろう鋼板は、時効後のYPが155MPa以下、E
Lが46%以上、たて割れ発生温度が−20℃以下、密着指
数(P.E.I) が80%以上、爪飛個数および泡の発生数は 1
00×200mm 当たり0個の性質を有することが求められ
る。
【0040】表2は本発明方法で作製した鋼板が何れも
良好な加工性、ほうろう性を有することを示しており、
台所器物に適用できることがわかる。当然ながら家電部
品等、広く一般ほうろう製品にも適用できる。
【0041】一方、比較鋼1はスラブのC量が高く、脱
炭工程で適当なC量に減少させることができなかったの
で、ほうろう後に泡を発生している。比較鋼2はP量が
高くCu/P比が低いためにほうろう後に泡を発生して
いる。比較鋼3は冷却速度が遅いのでPが粒界に偏析し
ており、ほうろうの密着性が悪い。またスラブでのC量
が高くほうろう後に泡を発生している。比較鋼4、5は
O量が低く、爪飛が発生しており、さらに比較鋼5は焼
鈍後の冷却速度が遅く密着性が悪い。
【0042】
【発明の効果】本発明方法により優れた成形性とほうろ
う性を兼ね備えたほうろう用鋼板を製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋼中のCuとPの含有量の比と、ほうろう性の
関係を示す図である。
【図2】焼鈍後の冷却速度とほうろう性の関係を示す図
である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量で、 C :0.0030%以下、 Si:0.2 %以下、 Mn:0.5 %以下、 P :0.003 %以上、0.024 %以下、 S :0.02%以下、 Al:0.01%以下、 N :0.0040%以下、 O :0.0150%以上、0.0400%以下、 Cu:0.015 %以上、0.060 %以下、 を含有し、かつCuとPの含有量の比(Cu/P)が2.
    5 以上、5.5 以下であり、残部はFeおよび不可避的不
    純物からなるスラブを圧延した後、連続焼鈍炉内の雰囲
    気の露点を−20℃以上10℃以下に制御して、 660℃以上
    850℃以下の温度で連続焼鈍し、その後少なくとも 400
    ℃までを60℃/sec 以上の速度で冷却することを特徴と
    するほうろう用鋼板の製造方法。
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