JP3169453B2 - スケール密着性のよい構造用厚鋼板の製造法 - Google Patents

スケール密着性のよい構造用厚鋼板の製造法

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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、スケール密着性のよい
構造用厚鋼板生産性よく製造する方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、厚板材の鋼板スケール性状は、曲
げ加工部材でそのまま塗装する場合の塗装むら防止、プ
レス成形時に剥離したスケールによる押し込み疵防止等
の問題より、使用される鋼板のスケールのタイト性に対
する要望は厳しさを増し、また鋼板の塗装性や美観の観
点から赤スケールの少ない鋼板に対する要望も高まって
いる。
【0003】スケールの密着性を改善する方法として、
熱間圧延された線材の分野において、例えば鉄と鋼,6
5(1979),S390に記載のように、スケール厚
みを薄くする方法が提案されている。スケール厚みを薄
くすることにより、タイトスケール化する方法を熱延鋼
板へ適用した例として、例えば特開昭58−15751
7号公報記載のように仕上げ圧延機と水冷装置間をラミ
ナー水冷で覆い、大気と遮断する方法、特開昭60−2
4320号公報、特開昭60−77922号公報記載の
ように圧延終了後の低炭素アルミキルド鋼を非酸性雰囲
気下で低温まで冷却する方法、特開昭61−12340
3号公報記載のように仕上げ圧延直後に不活性ガスある
いは還元性ガス雰囲気下で低温まで冷却する方法、特開
昭61−195702号公報記載のようにCrを添加し
た低炭素アルミキルド鋼を圧延直後に冷却する方法が提
案されている。
【0004】しかしながら、これらの方法は、実際上、
その実現には、高速で通板する鋼板を大気と遮断するた
めの設備、あるいは高速で通板する鋼板を圧延直後に直
ちに低温まで急冷する設備等を必要とするものであり、
多大な設備コストの増大を招く欠点を有する。これらの
方法を改善し、スケールを薄くかつスケールの組成を制
御する方法として、特開昭64−83615号公報記載
のように主要元素の成分を規定し、かつ圧延後の冷速の
みを規定する方法が提案されているが、引張強さが30
kgf/mm2 程度の鋼板を対象とする製造方法に関するもの
であり、本発明が対象とする構造用鋼の引張強さ40kg
f/mm2 以上の強度を満たさない。また、前記した連続圧
延工程で製造される熱延鋼板は、厚鋼板に比較して高温
滞留時間が大幅に短いので、スケールを薄スケール化す
る上では極めて有利な状況下にあり、厚鋼板の圧延で用
いられるようなリバース圧延での圧延時間の比較的長い
製造時のスケール制御方法に関して有益な方法は殆どな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はスケール密着
性のよい構造用鋼材生産性よく、経済的に効率よく製
造する方法を提供することを課題とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は以下の通
りである。
【0007】(1) 重量%で、 C :0.05〜0.20%、 Si:0.01〜1.0%、 Mn:0.3〜2.0%、 Al:0.001〜0.2%、 N :0.02%以下 を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる構造
用鋼の鋳片を、冷却しつつAr3 点以上で圧延を終了す
るに際し、前記鋳片の平均温度が1200℃〜Ar3
の間で、表面の冷却速度が2℃/秒以上である冷却時間
と総圧延時間との関係が、冷却時間/総圧延時間>0.
2となるような冷却を行うことを特徴とするスケール密
着性のよい構造用厚鋼板の製造法。
【0008】(2) 前記構造用鋼の鋳片が、さらに重
量%で、Ni,Cr,Mo,Cu,W,P,Co,V,
Nb,Ti,Zr,Ta,Hf,希土類元素,Y,C
a,Mg,Te,Se,Bの1種または2種以上を合計
で4.5%以下含有することを特徴とする前記(1)記
載のスケール密着性のよい構造用厚鋼板の製造法。 (3) 前記(1)または(2)に記載の圧延終了後
に、引続き5℃/秒以上の冷却速度で650℃以下の温
度に加速冷却することを特徴とするスケール密着性のよ
い構造用厚鋼板の製造法。 (4) 前記(1)または(2)に記載の圧延終了後
に、引続き10秒以内に5℃/秒以上の冷却速度で65
0℃以下の温度に加速冷却することを特徴とするスケー
ル密着性のよい構造用厚鋼板の製造法。 (5) 前記(1)または(2)に記載の圧延終了後
に、焼入れ焼戻しを行うことを特徴とするスケール密着
性のよい構造用厚鋼板の製造法。
【0009】
【作用】本発明が対象とする構造用鋼は、例えば特公昭
58−14849号公報に記載され、次記するように、
通常の溶接構造用鋼で所要の材質を得るために従来から
当該分野で活用されている添加元素の種類と量を同様に
使用する。従って、これ等を含む鋼を本発明は対象鋼と
するものである。
【0010】各成分元素につきその添加理由と量を以下
に示す。Cは鋼の強度を向上する有効な成分として添加
するものであるが、0.20%を超える過剰な含有量で
はHAZ(Heat Affected Zone)に
島状マルテンサイトが析出し、HAZ靭性を著しく劣化
させるので、0.20%以下に規制する。
【0011】Siは溶鋼の脱酸元素として必要であり、
また強度増加元素として添加するが、0.01%未満で
は脱酸効果が不十分であり、1.0%を超えて添加する
と鋼の加工性が低下し、HAZの靭性が低下するため、
添加量は0.01〜1.0%に規制する。
【0012】Mnも脱酸成分元素として必要であり、
0.3%未満では鋼の清浄度が低下し、加工性を害す
る。また線材の強度を向上させる成分として0.3%以
上の添加が必要である。しかし、Mnは過剰の添加によ
り溶接性を著しく劣化させるので2.0%を上限とす
る。
【0013】Al及びNは、Al窒化物により鋼の結晶
粒径を微細化できるので必要である。しかし、添加量が
少ないとその効果がなく、過剰の場合には鋼の靭性を劣
化させるので、Alの添加量は0.001〜0.20%
に規制し、不可避的に含有されるNは0.020%以下
に限定する。
【0014】本発明が対象とする鋼の基本成分は以上の
通りである。これを基本に母材強度の上昇あるいは継手
靭性の向上を目的として、要求される性質に応じて合金
元素を添加する場合は、添加し過ぎると溶接性の確保が
困難になる。そこで、合金としては、Ni,Cr,M
o,Cu,W,P,Co,V,Nb,Ti,Zr,T
a,Hf,希土類元素,Y,Ca,Mg,Te,Se,
Bを1種類以上添加してよいが、添加量は合計で4.5
%以内に規制する。
【0015】鋼板で最も低温となる鋼板の表面がAr3
未満になると、オーステナイトから一部変態したフェ
ライトが加工されて表層部の靭性が著しく劣化するの
で、圧延終了温度はAr3 以上とする。
【0016】また、本発明の実施に当たって、上記した
Ac3 点以上の温度履歴を施す時は、圧延電力原単位と
加熱燃料原単位のバランスと鋳片のハンドリング条件か
1200℃以下とするのが望ましい。
【0017】更に圧延終了後に、引続き5℃/秒以上の
冷却速度で650℃以下の温度に加速冷却して、圧延後
冷却開始までの時間を制御するときは、スケールの成長
抑制を図る上で有効である。本発明者等は、前記従来技
術が有する問題を解消するために、下記の化学成分を有
する一般的な構造用鋼を用いて種々実験検討を繰り返し
た。 C :0.05〜0.15% Si:0.15
〜0.25% Mn:0.8〜1.6% Al:0.01
〜0.05% N :0.0020〜0.0050%
【0018】まず、実験で得られた鋼板について、スケ
ールの厚み、スケール組成中のFe3 4 の比率とスケ
ールの密着性の関係を調査したところ図1を得た。厚み
が10μm以下になると密着性が改善される傾向にある
が、同じ10μm以下のスケール厚みでもスケール組成
中のFe3 4 の比率が70%以上なければ、密着性が
改善されないことが明らかとなった。
【0019】更に、上記鋼板のスケール厚み、組成をプ
ロセス条件(1100℃からAr3点の間で圧延中に冷
却した場合の冷却速度と冷却時間/総圧延時間)から整
理し、図2を得た。図2より、表面の冷却速度が2℃/
秒以上である時間(冷却時間)/総圧延時間が0.2
の値になると、厚みが10μm以下で、かつ組成中のF
3 4 の比率が70%以上となることを知得した。
【0020】以上のことから、スケールの密着性が良好
になる原因は、スケールの厚みとスケール組成に関係が
あり、本発明ではスケール厚みと組成の双方をコントロ
ールする。尚、スケールの密着性は、スケール組成と地
鉄の結合力の差に関係があり、格子間隔の関係から、F
3 4 は地鉄との密着性がよく、スケールの色は黒色
であることが知られている。
【0021】上記のスケール形成の理由に関して、薄
スケール化、組成制御の観点から以下の2点が推察さ
れる。 薄スケール化 冷却による高温滞留時間の短縮により、地鉄が酸化され
る厚みの絶対値の減少が促進され、スケールが薄スケー
ル化したと推察される。 スケール組成の制御 本発明では、表面が圧延中に極度に急冷されるために、
高温で生成したFeOがFeOの共析変態点(4FeO
→Fe3 4 +Fe)である570℃以下にさらされる
時間が結果的に長くなり、Fe3 4 が多く生成したも
のと推察される。
【0022】
【実施例】
供試鋼 本発明の鋼成分は、前記した一般的な構造用鋼の元素と
添加量であれば何れの組合せでもよい。実施例に用いた
化学成分を表1に示す。これは構造用鋼の分野で強度レ
ベルが異なる代表的な化学成分でもある。
【0023】
【表1】
【0024】製造条件及び材質結果 製造条件及び得られた材質、スケールの厚み、組成及び
密着性を表2,表3に示す。尚、Fe2 3 の比率、ス
ケールの色も併記した。スケールの色と組成の関係は、
Fe3 4 は黒色で、Fe2 3 の比率が多いほど赤色
を呈することが知られている。
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】溶接ビードのり性は下記の方法で実施、評
価した。 溶接方法:CO2 アーク溶接、水平隅肉溶接、ワイヤー
1.6mmφ 溶接条件:電流400A、電圧37V、狙い角度55
°、 トーチ角度90°、速度50cpm判定は図3の要領で実
施した。
【0028】表1に示す供試鋼は、鋼番1,2が40キ
ロ級鋼、鋼番3〜6が50キロ級鋼、鋼番7が60キロ
級鋼である。また、供試鋼には必要に応じてV,Nb,
Ni,Ti,Cu,Cr,Mo等の合金元素を添加して
いる。No.A1〜A10の本発明例では、何れも材質、
スケールの密着性が優れた構造用鋼板が得られた。これ
に対し、圧延中に十分な冷却を行わなかった比較例No.
B1〜B9は、スケール厚み、組成ともに所定の特性を
満足せず、密着性が不良であった。
【0029】また、最近要求の高まっている鋼板のレー
ザーによる切断性、溶接ビードのり性も評価し本発明鋼
は、それらの物性が極めて優れることがわかった。
【0030】
【発明の効果】本発明は、赤スケールが少ない構造用鋼
板を極めて高い生産性の下で円滑に安定して製造するこ
とを可能としたもので、当該分野を中心に産業界にもた
らす経済的効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】スケール厚み、スケール組成中のFe3 4
比率とスケールの密着性との関係を示す図である。
【図2】冷却速度別の冷却時間/総圧延時間とスケール
厚み、組成比との関係を示す図である。
【図3】(a)及び(b)は溶接ビードのり性評価の模
式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 宏 大分市大字西ノ洲1番地 新日本製鐵株 式会社 大分製鐵所内 (72)発明者 川島 善樹果 大分市大字西ノ洲1番地 新日本製鐵株 式会社 大分製鐵所内 (72)発明者 土師 利昭 大分市大字西ノ洲1番地 新日本製鐵株 式会社 大分製鐵所内 (56)参考文献 特開 平5−39523(JP,A) 特開 昭59−218202(JP,A) 特開 昭64−83616(JP,A) 特開 平1−159348(JP,A) 特開 昭57−9504(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/02 - 8/04 C22C 38/00 - 38/60 B21B 1/00 - 3/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.05〜0.20%、 Si:0.01〜1.0%、 Mn:0.3〜2.0%、 Al:0.001〜0.2%、 N :0.02%以下 を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる構造
    用鋼の鋳片を、冷却しつつAr3 点以上で圧延を終了す
    るに際し、前記鋳片の平均温度が1200℃〜Ar3
    の間で、表面の冷却速度が2℃/秒以上である冷却時間
    と総圧延時間との関係が、冷却時間/総圧延時間>0.
    2となるような冷却を行うことを特徴とするスケール密
    着性のよい構造用厚鋼板の製造法。
  2. 【請求項2】 前記構造用鋼の鋳片が、さらに重量%
    で、Ni,Cr,Mo,Cu,W,P,Co,V,N
    b,Ti,Zr,Ta,Hf,希土類元素,Y,Ca,
    Mg,Te,Se,Bの1種または2種以上を合計で
    4.5%以下含有することを特徴とする請求項1記載の
    スケール密着性のよい構造用厚鋼板の製造法。
  3. 【請求項3】 圧延終了後に、引続き5℃/秒以上の冷
    却速度で650℃以下の温度に加速冷却することを特徴
    とする請求項1または2に記載のスケール密着性のよい
    構造用厚鋼板の製造法。
  4. 【請求項4】 圧延終了後に、引続き10秒以内に5℃
    /秒以上の冷却速度で650℃以下の温度に加速冷却す
    ることを特徴とする請求項1または2に記載のスケール
    密着性のよい構造用厚鋼板の製造法。
  5. 【請求項5】 圧延終了後に、焼入れ焼戻しを行うこと
    を特徴とする請求項1または2に記載のスケール密着性
    のよい構造用厚鋼板の製造法。
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