JP3360228B2 - メカニカルデスケーリング性に優れた線材 - Google Patents

メカニカルデスケーリング性に優れた線材

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はメカニカルデスケーリン
グ特性の優れた熱間圧延線材(以後線材と称する)に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年線材の伸線加工においては、公害問
題やコスト低減の観点からバッチ酸洗法からメカニカル
デスケーリング(以後MDと示す)法に代わりつつあ
る。このため線材においては、MD性の良好なスケール
特性を備えた線材の開発が急がれている。
【0003】これまで、スケール厚みやスケール組成を
制御することにより、線材の残留スケール量は概ね調整
することは可能であった。しかし、MD法では、線材に
曲げ歪を加えたり、表面をブラッシングすることにより
スケールを落とすため、バッチ法による酸洗とは異な
り、表面全体を均一に安定的に処理することが難しく、
線材の圧延方向に沿って線状に残留スケールが発生した
り、大きさ0.1mm以下に微細に砕けたスケール粉が
表面に点在する場合がある。MD法においては局部的に
取り残した残留スケールは、伸線工程において潤滑不良
により疵が発生したり、ダイス寿命が劣化するなどの問
題を引き起こすために、MD性の良好な線材を製造する
ことは、残留スケールを限りなく少なくするか、あるい
は伸線までに剥離して伸線に悪影響を及ぼさないように
することが必要な特性である。
【0004】このような背景から、ビレットの脱炭、特
にコーナー部の脱炭を少なくして熱間圧延後の二次スケ
ールの成長を均一にする特開平5−123739号公報
記載の技術や、ビレットの熱間圧延前に90kg/cm
2 以上の高圧水を用いてデスケーリングを行い、線材の
平均表面粗度を1.5μm以下にする特開昭61−15
4702号公報記載の技術が開示されている。しかし、
多くの詳細な調査の結果、ビレットのコーナー部の脱炭
が特に大きいことはなく、かつ脱炭部と残留スケールの
発生している位置は一致しないことから、ビレットの脱
炭は残留スケール発生原因とは考えにくいこと、さらに
高圧水によるデスケーリングではビレットの温度低下が
大きいため、実操業条件としては加熱炉内でのビレット
加熱温度を高くしなければならず、ビレット表面にファ
イアライトなどのサブスケールができ易い環境にしなけ
ればならないこと、また高圧水でデスケーリングした場
合、ビレットのコーナー部は特に温度が下がり易く、ビ
レット内の硬さが一様でなくなり、圧延時の不均一な変
形による表面凹凸の粗大化を誘発させる原因となってい
た。そして、平均表面粗度ではスケールが残り易い線材
表面の凹凸の形状を評価することができないために、こ
の指標では十分な効果が得られていなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記の
ような状況に鑑みて、残留スケールを限りなく少なくす
るか、あるいは伸線までに剥離して伸線に悪影響を及ぼ
さないようにする技術について詳細な検討を行った。つ
まり、線材表面全体のスケール量に対して歪を与えて剥
離したスケールの剥離割合の管理だけでなく、歪を与え
てもなお残っているスケールの特徴についても詳しく調
査を行った。
【0006】その結果スケールの剥離割合は、スケール
の厚みや組成によって決まるものの、剥離割合が100
%でないかぎり、残留スケールはMD法では必ず問題と
なり、スケールの残り易い線材の表面凹凸の形状を詳細
に分類して統計的に整理した結果、残留スケールは線材
表面の凹凸の上に存在し、その凹凸は、線材の長さ方向
に垂直な断面で観察して、線材表面の凹部入り口の長さ
凹部入り口からの深さの比が0.5より大きく、かつ
線材表面の凹部入り口からの深さが7μmより長い場合
(例えば、入り口の長さが14μmで深さが7μmより
深い場合)に、スケールの残留が起こり易いことがわか
った。
【0007】さらに、この凹凸がどのようにして発生す
るのかについて、線材の圧延段階毎に詳しく調査した結
果、ビレットを圧延する際のビレットへの特にコーナー
部スケールの噛み込みや、ビレットの断面内の温度むら
などに起因する圧延時のビレット表層部の不均一な変形
が原因であることがわかった。本発明は、残留スケール
の少ないメカニカルデスケーリング性に優れた線材を提
供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】残留スケールの発生し易
い表面凹凸を解消するために、加熱炉から出て粗圧延す
るまでに、ビレットのコーナー部の温度を面部より10
0℃以上冷やすことなく、かつ表面に付いたスケールを
コーナー部も含めて完全に除去し、不均一変形を生じさ
せることなく圧延することにより製造された線材は、線
材の長さ方向に垂直な断面で観察した表面凹凸におい
て、次のような形状的な特長を有していることがわかっ
た。
【0009】すなわち本発明は、線材の長さ方向に垂直
な断面の表面にある凹部入り口の長さに対して凹部入り
口からの深さの比が0.5以下で、凹部入り口からの深
さが7μm以下の表面凹凸を持ち、スケールの厚さが3
μm以上15μm以下で、スケールの組成のうちFeO
の割合が65%以上であることを特徴とするメカニカル
デスケーリング性に優れた線材を要旨とするものであ
る。
【0010】
【作用】本発明は、残留スケールの少ない線材の断面形
状を明確化したものである。つまりスケールの厚みや組
成の制御によって引張り歪によるスケールの剥離割合を
向上させつつ、MD法で問題となるスケールの残留につ
いては、線材の長さ方向に垂直な断面で観察して、線材
表面の凹部入り口の長さと凹部入り口からの深さの比が
0.5より大きく、かつ線材表面の凹部入り口からの深
が7μmより長い場合(例えば、入り口の長さが14
μmで深さが7μmより深い場合)にスケールの残留が
起こり易いことがわかった。
【0011】線材の長さ方向に垂直な断面の表面にある
凹部入り口の長さに対して凹部入り口からの深さの比を
0.5以下に限定した理由は、この比が0.5より大き
くなると、MD法では凹部の中にスケールが残り易くな
るためである。特にこの比が1.0以上の鋭角に食い込
んだ凹部があると、ベンディング、ブラッシング、ショ
ットブラストなどのような方法の組み合わせでも、スケ
ールを完全に除去することは困難になる。
【0012】凹部の入り口からの深さを7μm以下に限
定した理由は、この深さが7μmより大きくなると、凹
部の中にスケールが残り易くなるためである。これは上
記の深さの比を0.5以下に限定した理由とほぼ同じ
で、MD法で利用されるブラッシングやショットブラス
トなどでは、スケールに対して直接外力を加えることに
よりスケールを剥離させるので、凹部の底に残されたス
ケールを掃き出すことは非常に困難である。この深さが
7μm以下であれば、曲げ歪を加えることにより凹部が
開いて、ブラッシングなどにより掃き出すことは可能で
ある。
【0013】ここで任意の断面において、上記のような
凹凸が一つでも確認されることは、1tonで約500
0mになる線材全長を考慮すると、伸線時にダイス寿命
を劣化させるのに十分な量の残留スケールが残っている
ことを表している。一方、凹凸の深さを粗度計などによ
り計測した表面粗度、例えばRmaxやRaなどによる
凹凸の指標では、測定した値を演算処理するために1つ
1つの凹凸を正確に評価していないことや、凹部にスケ
ールが線材の表面まで詰まった状態になっている場合に
は粗度計でスケールや凹凸の存在を測定することはでき
ないので、凹凸の指標とMD性の相関は極めて小さくな
る。さらに、粗度計による凹凸の指標では、深さ方向の
凹凸は数1000倍の感度があるため、1μmオーダー
まで測定可能であるが、凹部の入り口を図るための長さ
方向の倍率はせいぜい数100倍程度であり、チャート
上の微小な凹凸も実際の線材の上では台地状あるいは盆
地状の長さを持ったものを測定したことになり、そのた
め本発明のように入り口の長さと深さを限定したものと
は凹凸の形状が全く異なり、MD性を評価する指標には
ならない。
【0014】スケールの厚さを3μm以上15μm以下
に限定した理由は、スケールの厚みが3μmより薄いと
ベンディングなどで曲げ加工を行っても、スケールに十
分な歪が入らないために残留スケールができ易くなるた
めであり、スケール厚みが15μmより厚いとファイア
ライトなどのサブスケールが発生し、剥離性を阻害する
ことがあるためである。
【0015】スケールの組成のうちFeOの割合が65
%以上である理由は、FeO分率が下がるとFe2 3
やFe3 4 の緻密なスケールの割合が増加するため
に、剥離性が劣化するためである。
【0016】
【実施例】本発明に係る線材は、加熱炉で加熱されたビ
レット表面のスケールをウォータージェットにより完全
に除去する際に、スプレーの圧力と水の流量を調整する
ことにより、ビレット表面の温度差が100℃を超えな
いようにして熱間圧延を行い、最終パスにおいて100
0℃以上の圧延温度で圧延してから900℃以下の温度
で線材を巻取り、巻取られた後の冷却速度を15℃/秒
以下に制御することにより製造した。また、比較例につ
いては、ビレットの温度むらや圧延温度、巻取温度など
を変えることにより、表1に示す線材を製造した。
【0017】そして、2tonの線材コイルのうちの1
tonをベンディングした後、ワイヤーブラシでスケー
ルを落とした。その後、約100m毎にコイルを切り込
んで約50箇所からサンプリングを行い、それぞれのサ
ンプルについて残留スケールの有無と線材の長さ方向に
垂直な断面から表面凹凸を確認した。また残りの1to
nを利用して、線材のスケール特性を調査した。図1は
本発明による線材の長さ方向に垂直な断面を観察した表
面状態を示す顕微鏡写真であるが、地鉄とスケールの境
界には凹凸は認められず、厚さ約3μmのスケールが付
いている。図2は比較材のMD後の線材の長さ方向に垂
直な断面を観察した表面状態を示す顕微鏡写真であり、
表面に凹凸が認められ、その中にスケールが残留してい
る例である。
【0018】表1において、スケール厚さとは、線材の
長さ方向に垂直な断面の円周上45度づつ8箇所におい
てスケールの厚みを測定したものの平均値で算出した。
スケール組成は、100m毎に30cm長さのスケール
が落ちていない部分をサンプリングして、捻り試験機で
スケールを剥離させて、X線回折によりFeO、Fe2
3 、Fe3 4 の回折強度を計測し、強度の合計に占
めるFeO回折強度の割合をFeO比率とした。深さ比
0.5超の凹凸数とは、100m毎に切り出した線材の
長さ方向に垂直な断面サンプルを顕微鏡(倍率400
倍)で観察し、1つの断面上で観察される全ての表面の
凹凸の内、凹部入り口からの深さ凹部入り口の長さで
割った値が0.5超になるものを深さ比0.5超の凹凸
として数えた。また深さ比とは別に、凹部入り口からの
深さが7μm超の凹みを深さ7μm超の凹凸数として数
えた。
【0019】
【表1】
【0020】水準1〜5は、本発明例の線材であり、こ
のサンプルではMD後の微細なスケールの残留は全くな
かった。水準10、11はコイルのスケール厚みを変化
させたものである。スケール厚みが3μmより薄い場合
と15μmより厚い場合に残留スケールが発生している
ことがわかる。
【0021】水準12はスケール組成を変化させたもの
である。FeO比率が65%より小さくなるとMDして
もスケールが残ることがわかる。水準6、7、8、9
は、凹凸の深さ比0.5超、および7μm超の深さの凹
凸数の影響を見たものである。1断面の中にこれらが1
つでもあるとスケールが残り、表面凹凸をなくすことが
MD性に重要であることがわかる。
【0022】また、深さ比が0.5以下の凹凸数と、深
さが7μm以下の凹凸の数については、線材表面のうね
りとの区別がつき難くなるために、測定者による計測誤
差が大きくなるが、400倍に拡大して計数した結果は
表1に示すとおりである。この結果から明らかなよう
に、これらは残留スケールの発生とは関係がなく、本発
明例の場合には、これらの凹凸が何個あっても、MD性
には影響がないことがわかる。
【0023】
【発明の効果】本発明による線材は、MD性が良好なた
めに、スケールの取り残しによる線材表面疵や潤滑不良
が起こり難くなり、線材二次メーカーで安定した伸線状
態が得られ、品質の高い鋼線を製造することが可能にな
った。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による線材の断面の表面状態を示す顕微
鏡写真である。
【図2】比較例の線材をMDした後の特徴的な表面凹凸
状態を示す顕微鏡写真である。写真中のAは深さ比0.
5超の凹凸であり、Bは深さが7μm超の凹凸の例であ
る。それぞれの凹凸の中にはスケールが線材の表面部ま
で詰まった状態で残留している。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21C 1/00 - 19/00 B21B 1/16 B21B 37/74 B21B 45/04 C21D 9/52

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 線材の長さ方向に垂直な断面の表面にあ
    る凹部入り口の長さ(凹部入り口の隣り合う屈曲点間の
    距離)に対して凹部入り口からの深さ(凹部の底側の
    曲点と凹部入り口側の隣り合う屈曲点の中間点との距
    離)の比が0.5以下で、凹部入り口からの深さが7μ
    m以下の表面凹凸を持ち、スケールの厚さが3μm以上
    15μm以下で、スケールの組成のうちFeOの割合が
    65%以上であることを特徴とするメカニカルデスケー
    リング性に優れた線材。
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