JP3572800B2 - オーステナイト系ステンレス熱延鋼板および冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸洗時の脱スケール性および表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス熱延鋼板、およびその熱延鋼板を用いて冷間圧延する冷延鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーステナイト系ステンレス熱延鋼板は、耐食性や加工性の優れた金属材料として多くの用途に使用されるが、近年はその特有の金属光沢を活かして、意匠性の要求される用途、例えば器物または化粧板等の用途にまで広げられている。
【０００３】
ステンレス熱延鋼板は、原料のスクラップや合金鉄を電気炉等を用いて溶解、精錬後、モールドに鋳込んでスラブ状にし、次いで熱間圧延して製造される。その後、さらに焼鈍（焼きなまし）が行われ、表面に生成した酸化スケールが、ショットブラスト処理や酸洗等によって除去されて金属光沢を有するステンレス熱延鋼板が得られる。
【０００４】
このようにして得られる熱延鋼板は、通常板厚が３〜４ｍｍ程度で、表面光沢度は比較的小さいものであり、表面仕様でＮｏ．１仕上げと呼ばれる。
【０００５】
この表面仕様のＮｏ．１仕上げのオーステナイト系ステンレス鋼板は、その耐食性を生かして、比較的腐食性の強い液体（酸、塩類の水溶液）や食品（ビール等）を貯蔵するタンク等にも多く使用される。この場合、タンク内面の耐食性を高め、異物の付着を少なくして、定期的な清掃を容易にする目的で、内面をバフ研磨仕上げすることが多い。このバフ研磨仕上げは、通常手作業であるため熟練と多くの作業時間を要する。
【０００６】
熱間圧延によって製造されたステンレス鋼板は、焼鈍後、ショットブラスト処理等の機械的方法で表面の酸化スケールに亀裂や剥離を生じさせた後、酸洗することによって脱スケールされる。オーステナイト系ステンレス鋼板の酸洗液としては、硝酸（ＨＮＯ_３ ）とふっ化水素酸（ＨＦ）を混ぜ合わせた混酸が多用される。
【０００７】
ショットブラスト処理は、直径０．３ｍｍ程度の鋼の粒を高速で吹き付けて、酸化スケールを破壊する方法であるが、粒の速度が大きすぎるとステンレス鋼板の表面に深い凹みを生じさせ、酸洗後の表面粗度が大きくなる。また、逆に速度が小さすぎるとスケールを破壊する力が弱まり、酸洗による脱スケールが不十分になる。
【０００８】
一般には、上記の表面粗度と脱スケールの両方を満足する条件を得ることは難しく、表面粗度がある程度粗くなることを覚悟の上で、脱スケールを優先した条件でのショットブラスト処理が行われることが多い。しかし、時には軽度のショットブラスト処理の後に酸洗し、残存するスケールをベルト研磨で除去することもあるが、この場合には、工程が一つ増えるために製造コストの上昇は避けられない。
【０００９】
さらに薄いステンレス鋼板を得るためには、板厚が３〜４ｍｍ程度の熱延鋼板にさらに冷間圧延が施され、焼鈍や酸洗が繰り返えされ、必要に応じて調質圧延が行われる。このようにして、板厚０．３〜２ｍｍ程度の冷延鋼板となり、鋼板表面は２Ｄ、２Ｂ、ＢＡ等に仕上げられる。
【００１０】
近年、熱間圧延技術が進歩し、熱間圧延で厚さ２ｍｍ程度の鋼板まで製造できるようになりつつある。熱間圧延で薄い鋼板を製造することができれば、冷間圧延及び焼鈍工程に要する時間が短縮され、場合によっては冷延工程の省略が可能で、製造コスト面で有利となる。
【００１１】
ところが、熱延鋼板の板厚が薄くなると、次工程の冷間圧延では製品の板厚が定まっているので圧下率を大きくすることができない。したがって、従来の製造方法では、ショットブラストの圧痕を冷間圧延で潰しきれないので、製品の表面粗度が大きくなったり、光沢がなくなる問題がある。
【００１２】
この問題を解消する方法として、従来の冷間圧延における圧下率よりも小さい圧下率で圧延しても、ショットブラストにより生じた圧痕を潰すことができるように、ショットブラスト条件を調整することが考えられる。具体的には、ショット粒径を小さくしたり、投射速度を小さくする手段がある。しかし、これらいずれの手段にしてもスケールを剥離させる能力が低下するので、後の酸洗に長時間を要することになる。酸洗では、結晶粒界が腐食されやすく、酸洗時間が長くなると結晶粒界の溝が深くなり、表面粗度が低下し、光沢も悪くなる。
【００１３】
このように、冷間圧延以降の工程での処理時間の短縮のために、熱延鋼板の板厚を薄くした場合、従来の製造方法では、表面性状に優れた冷延鋼板が得られないのが現状である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解消し、熱延後の鋼板表面に生成したスケールの除去が容易で、表面性状に優れた熱延鋼板を提供すると共に、この熱延鋼板を用いて表面性状の優れた冷延鋼板を製造する方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
ステンレスの熱延鋼板を焼鈍した後の鋼板表面に生じた酸化スケールには、地金に比べてかなり多くのクロムが、酸化物の形で含有していることが知られている［Ｈ．Ｍｕｈｌｂｅｒｇ、Ｊ．Ｍｅｎｓｌｅｒ、Ｐ．Ｂｊｏｒｋｌｕｎｄ；Ｓｔａｈｌ ｕｎｄ Ｅｉｓｅｎ、Ｖｏｌ．９５（１９７５）、ｐ．６３９参照］。この場合、クロムは地金中を拡散して酸化スケール中に入るため、スケール直下の地金中のクロム濃度は相対的に低下する。上記の文献に示された例では、１９％Ｃｒ−８．５〜１０％Ｎｉステンレス鋼のスケール直下のクロム濃度は、約１０％にまで低下するといわれる。しかし、このことは酸洗にとって好都合であり、このクロム濃度が低下して耐食性の劣化した層（クロム欠乏層と呼ばれる）が酸で容易に溶解するために、酸化スケールが剥離し、脱スケールが速やかに進行するというのが従来の考え方である。
【００１６】
本発明者は、焼鈍後脱スケールする前の熱延鋼板の表面に生成したスケールおよびスケール下の鋼表層の成分を分析し、脱スケール性に優れたステンレス鋼の化学組成について実験、検討を重ねた。
【００１７】
オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４熱延鋼板を、１１００℃で、１．５分間焼鈍した後、その表面を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって分析し、表面近傍における各元素の濃度分布がどのようになっているかを調べた。
【００１８】
その結果、オーステナイト系ステンレス鋼の焼鈍後の表面組成は、それほど単純なものではなく、クロム以外の成分元素であるＳｉやＭｎも、表面近傍に濃化しやすく、これらが混合した複雑な組成を有していた。
【００１９】
スケール直下の鋼表面には、Ｃｒ欠乏層が存在することが確認できたが、この付近の深さにおいては、ＳｉとＭｎが濃化しており、Ｃｒ欠乏層の耐食性が、これらの元素の濃化程度によって影響を受けるものと思われる。
【００２０】
このような検討の結果、下記の知見を得た。
【００２１】
１）スケール中およびスケール下の鋼表面層には、クロム以外の成分元素としてＳｉやＭｎが濃化して、これらが混合した複雑な組成となっており、脱スケール性を悪くしている。
【００２２】
２）スケール中のＳｉ、Ｍｎ量およびスケール下の鋼表層に生じるＭｎ濃化層のＭｎ量を低減することにより脱スケール性が改善される。
【００２３】
３）そのために、ステンレス鋼中のＳｉ含有量を０．３重量％以下（以下％表示は、重量％で示す）、Ｍｎ含有量を１重量％以下にするのがよい。
【００２４】
４）このように、ステンレス鋼中のＳｉ、Ｍｎ含有量を低減することにより、脱スケール性が改善されるため、酸洗前のショットブラスト処理の省略または軽減化ができ、鋼板の表面性状が改善される。
【００２５】
５）熱延鋼板の焼鈍、酸洗後の表面粗度Ｒｍａｘを１０μｍ以下にすれば、熱延鋼板の板厚を３ｍｍ以下と薄くしても、表面性状に優れた熱延鋼板が得られると共に、それをさらに冷間圧延して得られる冷延鋼板の表面性状も優れている。
【００２６】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は、
「重量％で、Ｓｉ：０．３％以下、もしくはＭｎ：１％以下、またはＳｉ：０．３％以下およびＭｎ：１％以下を同時に満たす組成を有し、焼鈍、酸洗後の表面粗度がＲｍａｘ で１０μｍ以下であることを特徴とする脱スケール性と表面性状に優れたオ−ステナイト系ステンレス熱延鋼板、およびこの熱延鋼板を焼鈍、脱スケールした後冷間圧延することを特徴とする表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス冷延鋼板の製造方法」にある。
【００２７】
【発明の実施の形態】
Ｓｉ、Ｍｎの含有量を規定したのは以下の理由による。
【００２８】
Ｓｉは、０．３％を超えると脱スケール性改善効果が認められないので、０．３％以下とし、望ましくは０．１５％以下である。下限は特に限定しないが、Ｓｉは製鋼の過程で溶鋼の脱酸のために、ある程度の添加が必要であるので、０．０５％以上とするのが好ましい。
【００２９】
Ｍｎは、１％を超えると脱スケール性改善効果なくなるので、上限を１％とした。望ましくは０．８％以下、さらに望ましくは０．６％以下とするのがよい。Ｍｎも溶鋼の脱酸に有効であり、オーステナイト組織を安定化する働きもするので、０．１０％程度以上とするのが好ましい。
【００３０】
ＳｉとＭｎ含有率は、それぞれ単独で上記の上限以下に低めても効果があるが、両方を低めれば効果はさらに大きくなる。
【００３１】
次に、表面粗度をＪＩＳ Ｂ０６０１規定のＲｍａｘで１０μｍ以下と規定したのは、１０μｍを超えると、熱延鋼板を製品として使用する場合には表面粗度や光沢度が不十分で、表面研磨が必要となるためである。また、熱延鋼板を板厚を３ｍｍ以下と薄く仕上げて、さらに冷間圧延して冷延鋼板を製品として使用する場合、１０μｍを超えると冷延後に良好な表面粗度が得られない。したがって、熱延鋼板の表面粗度を１０μｍ以下とした。なお、表面粗度は当然のことながら熱延鋼板を焼鈍、酸洗した後の脱スケールした状態での粗度である。
【００３２】
熱延鋼板の表面粗度を、１０μｍ以下にするには、従来と同じ条件でショットブラスト処理を施したのでは１０μｍを超えた粗度になるので、ショットブラスト条件を緩和しなければならない。
【００３３】
ＳＵＳ３０４の焼鈍済み熱延鋼板に、従来の条件でショットブラストと酸洗を施した後、表面粗度を測定した結果、１５〜２０μｍ程度であった。酸洗にによって生じる粒界溝深さは２〜３μｍ程度なので、従来のショットブラスト条件では、鋼板表面をＲｍａｘで十数μｍ以上の粗度にしていると考えられる。１０μｍ以下にするには、ショットブラストの投射速度を従来の速度の１／２程度に遅くするのが簡単である。
【００３４】
熱延鋼板の板厚を３ｍｍ以下と薄くした場合は、鋼板の昇温時間を短くすることができること、および低Ｓｉ、Ｍｎ化の影響で、ショットブラスト処理を省いても酸洗時間を長くすることなく脱スケールができる。したがって、本発明例の熱延鋼板は、特に薄板厚の熱延鋼板を冷間圧延する場合に好都合である。
【００３５】
冷延鋼板を製造するに際し、熱延での仕上げ板厚を３ｍｍ以下にする場合は、冷間圧延での圧下率を大きくすることができないので、熱延後の脱スケールでは、ショットブラスト処理を省略すると、表面性状がより優れた鋼板が得られる。なお、熱延鋼板を焼鈍する条件は特に限定されないが、好ましい条件は以下の通りである。
【００３６】
焼鈍温度 ： １０５０〜１１５０℃
焼鈍温度まで昇温時間 ： ２０〜６０秒
均熱時間 ： ３０秒以内
焼鈍温度が、１０５０℃未満では鋼の軟化や再結晶に長時間を要し、その間にスケール中へのＳｉ、Ｍｎの濃化や鋼の極表面でのＭｎの濃化が促進されやすい。一方１１７０℃を超えるとＳｉ、Ｍｎの濃化が著しくなり、脱スケール性の悪いスケールが生成される。したがって、焼鈍温度は１０５０〜１１５０℃とするのが好ましい。
【００３７】
また、焼鈍時間は、上記焼鈍温度では加熱時間が長いほどスケール下層部、母材表層のＳｉの濃化層が厚くなり、また母材表層のＭｎ濃化層（第２ピーク値）が大きくなる傾向があり、焼鈍温度までの昇温時間を２０〜３０秒程度と速くし、均熱時間を３０秒以内とすることにより、鋼中ののＳｉとＭｎの含有率を低めた効果と相俟って、脱スケール性が改善され易い。
【００３８】
脱スケールのための酸洗液は、一般に多用されているＨＮＯ_３ とＨＦの混酸が好ましいが、例えば、硫酸と硝酸との混酸のような他の酸を用いた場合でも同様な結果が得られる。
【００３９】
【実施例】
表１に示す８鋼種のオーステナイト系ステンレス鋼を熱間圧延し、板厚２．０ｍｍと３．７ｍｍの２種類の熱延鋼板を製造した。この熱延鋼板を電気炉で、炭化水素ガス燃焼炉と類似の混合ガス（ＣＯ_２ ：１０％、Ｈ_２ Ｏ：１２％、Ｏ_２ ：３．５％、Ｎ_２ ：Ｂａｌ．）を流しながら下記条件で焼鈍した。鋼板の温度は熱電対を用いて測定した。
【００４０】
焼鈍温度 ： １１００℃
焼鈍温度までの昇温時間 ： ５０秒
均熱時間 ： １０秒
【００４１】
【表１】

【００４２】
焼鈍した板厚２ｍｍの熱延鋼板は、そのまま液温５０℃の硝ふっ酸（１０％ＨＮＯ_３ −２％ＨＦ）水溶液により酸洗し、表面スケールが完全に除去されるのに要した時間を測定した。脱スケール終了の判定は、脱スケール後の表面を光学顕微鏡を用いて観察し、スケールの残存が認められない状態を脱スケール終了とした。
【００４３】
焼鈍した板厚３．７ｍｍの熱延鋼板は、投射速度を通常の２０ｍ／秒にしてショットブラストを施し、上記酸洗液で酸洗してスケールが完全に除去されるまでの時間を測定した。また、鋼種ＡとＦについては、板厚２ｍｍと３．７ｍｍの両方の熱延鋼板に従来と同じ条件（投射速度：４０ｍ／秒）でショットブラストを施した後、酸洗した。
【００４４】
酸洗後の各鋼板について、ＪＩＳ Ｂ０６０１ 規定の表面粗度（Ｒａ）とＪＩＳ Ｚ８７４１ 規定のＧｓ４５度で表面光沢度を測定した。測定後、各鋼板を冷間圧延し、板厚１ｍｍに仕上げた後上記と同様表面粗度と光沢度を測定した。
【００４５】
これらの測定結果を表２に示す。
【００４６】
【表２】

【００４７】
表２から明らかなように、板厚２ｍｍのショットブラストを施さないで酸洗した場合の本発明例では、脱スケール所要時間は、Ｍｏを含有してないＳＵＳ３０４相当鋼のＡ、Ｂ、Ｃの場合は、いずれも７０秒間以内であった。また、Ｍｏを含有するＳＵＳ３１６相当鋼のＦ、Ｇの場合は、いずれも８０秒間以内と短かく、また光沢度も熱延鋼板、冷間圧延の双方とも優れている。
【００４８】
これに対して、Ｓｉ、Ｍｎの高い比較例の脱スケール所要時間は、ＳＵＳ３０４相当鋼のＤで１８０秒間以上、ＳＵＳ３１６相当鋼のＥ、Ｈでは２００秒間以上と長くなり、光沢度も低下している。
【００４９】
また、通常行われている条件でショットブラストを施した後、酸洗した試験番号４、５、１７および１８は、酸洗後のＲｍａｘ が１０μｍ以上となっており、光沢度に劣っている。それに対し、ショットの投射速度を従来の半分にしてショットブラストを施し、酸洗後のＲｍａｘを１０μｍ以下にした本発明例 では、熱延鋼板および冷延鋼板の表面光沢度が優れている。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、鋼中のＳｉ、Ｍｎ含有量を低減し、熱間圧延後の鋼板表面の粗さを制限することにより、鋼板表面に生成したスケールを短時間で容易に除去することができると共に、表面性状に優れた鋼板が得られる。

Claims (2)

1. 重量％で、Ｓｉ：０．３％以下、もしくはＭｎ：１％以下、またはＳｉ：０．３％以下およびＭｎ：１％以下を同時に満たす組成を有し、焼鈍、酸洗後の表面粗度がＲｍａｘ で１０μｍ以下であることを特徴とする脱スケール性と表面性状に優れたオ−ステナイト系ステンレス熱延鋼板。
2. 請求項１記載のオーステナイト系ステンレス熱延鋼板を焼鈍、脱スケールした後冷間圧延することを特徴とする表面性状に優れたオーステナイト系ステンレス冷延鋼板の製造方法。