JP3120300B2 - ステンレス鋼薄板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷間圧延工程を含むプ
ロセスによって製造されるステンレス鋼薄板の製造方法
に関する。さらに詳しくは、連続工程でステンレス鋼冷
延薄板（ストリップ）を焼鈍した後の脱スケールを電気
化学的な方法によって施す場合に、脱スケールに要する
時間を大きく短縮し、生産性を高くし得るステンレス鋼
薄板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常ステンレス薄鋼板の製造に当たって
は、最終的には冷間圧延後焼鈍し、次いで酸洗によって
表面スケールを除去し、さらに必要に応じてスキンパス
圧延等の表面調整が行うのが一般的である。こうした工
程の中で実施される酸洗は、その前工程である焼鈍時に
表面に生成した酸化スケールを除去することを目的とす
るものであるが、スケール除去が完全でない場合には、
結果としてステンレス鋼薄板の表面美観を損ねるのみな
らず、耐食性を低下させることとなる。従って、酸洗工
程では確実に脱スケールを完了させるために、その処理
時間を長く取ったり、使用する酸の組成範囲や使用回
数、温度等の管理に厳しい規制を加えたりするなどの格
別の配慮が必要である。こうした酸洗工程をより高速で
効率よく実施する技術として、近年オーストリアのＲＵ
ＴＨＮＥＲ社が開発した、中性塩溶液を用いた電解脱ス
ケール方法が注目されている。

【０００３】このいわゆる中性塩電解脱スケール方法を
ステンレス鋼の連続焼鈍酸洗ラインに適用した場合の脱
スケール効率は、焼鈍中に鋼材表面に形成した酸化物の
性状にも強く影響されるため、この技術をより有効に実
施する上で、焼鈍中に形成する酸化スケール性状をより
脱スケールし易いものに制御することが重要である。こ
うした観点から本発明者らは焼鈍酸化スケールの性状、
およびそれを影響する焼鈍条件を種々検討した結果、中
性塩電解脱スケールの難易は主として酸化皮膜中のＣｒ
の比率によって決まり、これが高い方が容易に脱スケー
ル可能で、スケールの厚みは第二義的な影響を持つに過
ぎないことが明らかとなった。即ち、例えば比較的厚い
スケールでも十分なＣｒ比率を有するものであれば、薄
くともＣｒ比率が小さい、即ちＦｅ比率の高いスケール
よりも短時間のうちに容易に脱スケールできることを知
見した。さらにＣｒ比率の高いスケールを形成させる焼
鈍条件としては、主として雰囲気中の残留酸素濃度（ガ
スクロマトグラフィー等のガス組成分析手段によって常
温での値として検出される酸素分の容量百分率）、７５
０℃以下での滞在時間および７５０℃超の高温域での滞
在時間が重要であり、残留酸素濃度を高くした上で、７
５０℃以下での滞在時間は短く、かつ７５０℃を超える
温度域での保持時間をある程度長くとることが有効であ
ることも明らかとなった。

【０００４】脱スケール性の観点から、こうした焼鈍ス
ケールを脱スケールに有利なものに制御する方法とし
て、特開昭５９−２３２２３３号公報には、燃料として
いわゆるＣＯＧガスを用い、空気比を１．０〜１．５の
範囲とした焼鈍方法が開示され、一方特開平３−２７１
３３０号公報には同じくＣＯＧガスを燃料とし、空気比
を板温６００℃までは１．０未満、６００℃超では１．
０以上とする焼鈍方法が開示されている。

【０００５】これらの技術は燃料としてＣＯＧガス、即
ちコークス炉ガスを用いるものであるため、高炉設備を
持たない場合にはそのための格別な設備が必要となる。
さらにこれらの方法は何れも雰囲気制御の手段として具
体的には空気比を規定しているが、空気比が概ね１．３
を超えるような場合にはバーナーが失火し易くなる他、
窒素酸化物（いわゆるＮＯ_X ）の発生が顕著となり、環
境対策上特別の配慮が必要となる。また、逆に空気比
１．０以下のＣＯＧガス燃焼環境下では煤の発生が起こ
り易くなったり、例えばバーナーノズル部で酸化／還元
の繰り返しによる、いわゆるメタルダスティング現象や
浸炭現象が生じ、ノズル閉塞を起こす等、炉内の付帯設
備の不具合が発生し易くなり、実操業上は憂慮すべき問
題を引き起こす可能性が強くなる。さらに、特開平３−
２７１３３０号公報記載の方法では、空気比１．０未満
の不完全燃焼雰囲気下では酸化スケールの成長が遅く、
薄いスケールとなるとされているが、このように低温度
側で残留酸素濃度が低く、水蒸気分圧が高い場合には、
Ｆｅリッチな酸化スケールとなるため、スケールの保護
性が小さく、場合によっては結果としてスケールはむし
ろ厚くなり、かつＦｅ濃度が高いため中性塩電解では脱
スケールし難いものとなる。

【０００６】さらにこれらの方法は燃料と空気比にのみ
制限を加えているが、本発明者らの研究結果によれば低
温側加熱中の滞在時間、即ち加熱速度およびこの時間に
関係した７５０℃を超える温度域での高温側保持時間が
脱スケール容易な酸化スケールとする上で重要な因子で
あり、燃料と空気比のみの規定では不十分である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ステンレス
薄鋼板を連続的に焼鈍、脱スケールする製造工程におい
て、可及的に脱スケールが容易な焼鈍酸化スケールを形
成させる方法を提供することを目的とするものであり、
該工程の効率を実操業上簡便かつ確実に向上させようと
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、ステンレ
ス鋼冷延鋼帯を焼鈍した後、直ちに電解脱スケールする
に際し、残留酸素濃度が２ｖｏｌ％以上とした雰囲気中
で、７５０℃までのストリップ表面の加熱速度を５０℃
／秒以上とし、７５０℃を超える温度域に、加熱開始か
ら７５０℃までの加熱に要した時間の少なくとも０．８
倍の時間保持した後、放冷以上の冷却速度で冷却するこ
とを特徴とするステンレス薄鋼板の製造方法を要旨とす
るものである。

【０００９】なお、本発明における７５０℃を超える温
度域での保定時間とは、昇温時に７５０℃を超えた時点
から冷却開始直前までの時間を意味する。

【００１０】

【作用】本発明における焼鈍炉の加熱方式としてはラジ
アントチューブ、電気抵抗発熱および燃焼ガス等を適用
することができる。雰囲気としては、少なくとも残留酸
素濃度を２ｖｏｌ．％以上とする必要があり、これ未満
ではスケール中のＣｒ濃度が低くなり、その後の中性塩
電解による脱スケール性が低下する。この場合、ラジア
ントチューブ方式、或いは電気抵抗発熱による加熱方式
では雰囲気成分ガスとして、例えばＮ₂ 、Ａｒ等の不活
性ガスを用いることができる。また、直接炉内での燃焼
発熱を利用して加熱する場合には所望の燃料を使用する
ことができる。この場合の空気比は１．１〜１．３程度
がその目安となり、残留酸素濃度が不足の場合にはこの
範囲で空気比を上げるか、若しくは空気を直接炉内に導
入することができる。燃料としては、プロパン、ブタン
等の炭化水素を主成分とするＬＮＧ、ＬＰＧ或いは軽油
等が、取扱いが比較的容易でかつ安価であることから最
適である。こうした炭化水素系燃料を燃焼させた場合、
二酸化炭素、水蒸気のほか一酸化炭素、水素および炭化
水素等が発生するが、本発明のように残留酸素濃度を２
ｖｏｌ．％以上とする場合には一酸化炭素、水素および
炭化水素濃度は極めて小さくなる。

【００１１】一般に燃焼排気ガス環境下では、残留酸素
と水蒸気がステンレス鋼の表面酸化スケール形成挙動に
強く影響し、酸素濃度が低くかつ水蒸気分圧が高い場合
には、スケール中のＦｅ比率が高くなる傾向があり、特
に７５０℃以下の低温側でこの傾向が著しい。一般の汎
用的な炭化水素系燃料（概ね分子中のＣが４までの飽和
炭化水素を主成分とする）の燃焼ガス中の水蒸気分は高
々１８ｖｏｌ．％以下であり、本発明のように残留酸素
濃度を２ｖｏｌ．％以上とすれば、こうした水蒸気によ
る悪影響を抑制できる。本発明における残留酸素濃度の
下限値は、この目的で設定されるものである。

【００１２】一方、本発明者らの検討によれば、こうし
た雰囲気下にあっても、比較的低温側に滞在する時間が
長い場合にはスケール中のＦｅ濃度が高くなり、Ｃｒ濃
度が相対的に低下する。本発明にあっては、７５０℃が
この意味からの臨界温度で、加熱開始から少なくとも２
０秒以内でこの温度よりも高温に加熱することが望まし
い。ところで、この昇温過程でのスケール中のＣｒ比率
は、当然のことながら被加熱物であるステンレス鋼薄板
のＣｒ量とも関係するが、少なくとも重量％で１３％以
上のＣｒを含むステンレス鋼にあっては、加熱開始から
７５０℃までを１５秒以内で昇温すれば、中性塩電解に
よって比較的容易に脱スケール可能な酸化皮膜とするこ
とができる。従って、本発明にあっては、７５０℃まで
の平均昇温速度を５０℃／秒以上とする。

【００１３】さらに、上記雰囲気および昇温条件を採っ
た場合でも、時として脱スケール性の低いスケールが形
成することがある。これは、被加熱物であるステンレス
鋼薄板の表面状態がそれまでの前工程の影響、例えばホ
ットコイル焼鈍酸洗後の表面Ｃｒ欠乏層や冷延ロール肌
等、によって異なることに起因すると推定されるが、こ
うしたバラツキを抑え、確実に脱スケール性を改善する
ためには高温側での保持が有効であることも、この一連
の検討の中で知見するに至った。５０℃／秒以上という
急速加熱を一つの要件とする本発明にあっては、７５０
℃を超える温度に、少なくとも加熱開始から７５０℃ま
での加熱に要した時間の０．８倍の時間以上保持すれ
ば、安定的に脱スケール性の良好なスケールとすること
ができる。

【００１４】なお、こうした一連の焼鈍プロセスにおい
て、上述した各条件の範囲内であれば、本発明の目的と
する脱スケールの容易な酸化スケールとすることができ
るが、極端に遅い冷却は避けるべきで、通常放冷以上で
あれば問題ない。また、冷却方法については、ガスジェ
ット、気水噴霧或いは冷却ロールとの接触による冷却
等、通常この種の焼鈍に際して採用されるものを適用で
きる。

【００１５】さらに、実際の脱スケールに際しては中性
塩電解脱スケールの他、通常この種のステンレス鋼薄板
の脱スケール方法として行われる硝酸溶液中での電解、
或いは硝酸とフッ酸の混合液中への浸漬処理を必要に応
じて併用できる。

【００１６】

【実施例】以下に実施例を示し本発明の効果をさらに詳
しく説明する。表１に示す化学組成を有するＳＵＳ４３
０、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４４４およびＳＵＳ３０
４の４種のステンレス鋼を、通常のステンレス鋼薄板製
造ラインで厚さ０．６ｍｍにまでゼンジミア冷間圧延機
にて冷間圧延したままの薄板を用いて、以下の手順でそ
の焼鈍後の電解脱スケール性を実験室的に評価した。

【００１７】焼鈍に際しては、ＬＮＧ、ＬＰＧおよび軽
油を燃料とするバーナーにて鋼板を直接加熱する、メッ
シュベルト搬送方式の連続加熱炉を用い、火炎フレーム
が直接被加熱物に当たらないように搬送位置を設定し
た。炉内の残留酸素濃度はガスクロマトグラフィーで測
定し、残留酸素濃度は加熱炉入り口シール部の隙間およ
びガスシール用のＮ₂ ガス流量で調整するとともに、加
熱帯および均熱帯にそれぞれ設けた空気導入口からの空
気吹き込みによって制御した。加熱速度は主として炉内
に設置したバーナーの燃焼本数で調整し、保定時間は炉
内の搬送速度を随時変えることで制御した。また冷却は
加熱炉の均熱帯直後に設けた冷却ゾーンにて高圧Ｈｅガ
ス吹き付けにより実施し、８０℃／秒以上の急冷とする
場合には純水ミスト吹き付けを、逆に緩冷の場合には高
温側で保定カバーを用いた。温度パターンは、予め熱電
対を取り付けた試験材を通板して測定し、加熱炉の運転
条件を決定した。各々の焼鈍処理に際しては、放射温度
計により炉内数カ所での鋼板表面温度を測定した。ま
た、一部のものについては、赤外線加熱方式による加熱
炉内に、上記燃料の燃焼ガスを導入して焼鈍を実施し、
この時の残留酸素濃度は空気を同時吹き込みして調整し
た。

【００１８】また、雰囲気としてＮ₂ とＯ₂ の混合ガス
を用いた焼鈍は、直接通電加熱方式の加熱炉にこれらの
ガスを導入しつつ加熱し、冷却はＨｅガス吹き付けとし
た。中性塩電解は、液温８０℃、濃度２００ｇ／ＬのＨ
₂ ＳＯ₄ 溶液中にて電解電流密度１８０ｍＡ／ｃｍ² に
て２０秒間実施し、水洗いした後、脱スケール状況を目
視判定した。これらの結果を表２、表３に示す。この際
の脱スケール状況の判定基準は、完全に脱スケールされ
ているものを○印、スケール残りがあるもののうち軽度
なものを△印、重度のスケール残りがあり、中性塩電解
のみで完全脱スケールするためには肌荒れの発生が伴う
と予想されるものを×印で表した。

【００１９】さらに、こうして得られた中性塩電解脱ス
ケール板を、さらに液温６０℃、濃度８０ｇ／Ｌの硝酸
溶液中にて電流密度４０ｍＡ／ｃｍ² 、電解時間２５秒
で電解処理し、表面状況を目視判定した。その結果を、
完全に脱スケールされ、表面の肌荒れも実用上問題ない
と判断されるものを○印、軽度のスケール残りが認めら
れるものを△印、目だったスケール残りがあるものを×
印で表し、表２、表３中に併記した。

【００２０】表２、表３から明らかなように、本発明に
従って焼鈍した各種ステンレス鋼薄板は、安定的に良好
な中性塩電解脱スケール性を示すとともに、硝酸電解処
理を組み合わせた場合にもなんら問題ない。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、ステンレス鋼薄板の焼
鈍時に形成される表面スケールが、より脱スケールしや
すいものとなり、かつ加熱速度が大きいほどこの効果を
大きくすることができることから、この種のステンレス
鋼薄板を製造する場合に、その製造効率を顕著に向上す
ることが可能となる。また同時に、焼鈍および脱スケー
ルのための連続設備をより小型のものとすることも可能
となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 1/70,1/76 C21D 6/00,9/46,9/52

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステンレス鋼冷延薄板を焼鈍した後、直
   ちに電解脱スケールするに際し、残留酸素濃度を２ｖｏ
   ｌ％以上とした雰囲気中で、７５０℃までのストリップ
   表面の加熱速度を５０℃／秒以上とし、７５０℃を超え
   る温度域に、加熱開始から７５０℃までの加熱に要した
   時間の少なくとも０．８倍の時間保持した後、放冷以上
   の冷却速度で冷却することを特徴とするステンレス鋼薄
   板の製造方法。