JP3802848B2

JP3802848B2 - Ｓｉ含有鋼板の熱間圧延方法

Info

Publication number: JP3802848B2
Application number: JP2002189096A
Authority: JP
Inventors: 武広中本; 徹哉山田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP2004025280A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｓｉ含有鋼板の熱間圧延方法に関するものであり、より詳しくは熱間圧延中におけるスケール除去方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の熱間圧延に際しては、圧延に先立って鋼片を加熱炉に装入して１１００〜１４００℃の高温に加熱する。加熱炉内は酸化雰囲気なので、加熱中に鋼片の表面は酸化され、スケールが生成する。スケールは酸化鉄を主体とし、加熱炉から抽出された時点での鋼片表面のスケールの厚さは１〜２ｍｍに達する。このスケールが鋼片表面に付着したままで圧延を行うと、圧延材の表面にスケールが食い込み、スケール疵として残存する。このスケール疵の発生を防止するため、従来から圧延前の鋼板表面に１０〜１５ＭＰａの圧力で水を噴射してスケールを除去する方法が知られている。
【０００３】
しかし、スケールの剥離のしやすさは鋼の成分によっても異なり、特にＳｉ含有量が多い鋼に生成するスケールは、非常に剥離しにくいことが知られている。Ｓｉを多く含む鋼材を加熱すると、加熱雰囲気中の酸素と反応して表面にＦｅＯ−Ｆｅ₂ＳｉＯ₄の共晶化合物（ファイアライト）が生成し、スケールが鋼界面にくさび状に食い込み、通常の水圧によるデスケーリングを実施してもスケールがまだら状に残存し、Ｓｉスケール又は赤スケールと呼ばれるスケール模様欠陥となる。このＳｉスケールは酸洗によって除去されるが、酸洗前にスケールが残存していた部分と残存していなかった部分とで酸洗後の鋼板表面に凹凸を生じ、部材として使用する際に塗装ムラとなって自動車ホイール等の最終製品の美観を損なうこととなる。特に近年ではフルフェースホイール化が進展しており、鋼材表面の露出部は塗装後において良好な表面性状が要求されており、スケール模様欠陥の解決が必要であった。
【０００４】
Ｓｉ含有鋼の上記問題を解決するため、特開平４−２３８６２０号公報には、難剥離性スケール鋼種を熱間圧延するに際し、仕上圧延前に、単位散布面積当たりの衝突圧が２０ｇｆ／ｍｍ²以上４０ｇｆ／ｍｍ²以下（約０．２ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下）で、かつ流量が０．１リットル／ｍｉｎ・ｍｍ²以上０．２リットル／ｍｉｎ・ｍｍ²以下の高圧スプレーを鋼板表面に噴射する技術が開示されている。また、特開平７−１４４２１３号公報には、シリコン：０．１５％以上を含むＳｉ含有鋼板の熱延スケール疵防止方法において、Ｐ：０．０１２〜０．０３０％を含有させたスラブを１２３０℃超〜１３００℃に加熱し、加熱後少なくとも仕上圧延前までに衝突圧２ＭＰａ以上の高圧水でデスケーリングを行う技術が開示されている。
【０００５】
特開２０００−２５４７２４公報には、Ｓｉ含有量０．５重量％以上の高Ｓｉ鋼の熱間圧延方法において、鋼材表面がＦｅＯとＦｅ₂ＳｉＯ₄が共晶し融解する温度（１１７３℃）未満の状態で加熱することによって鋼界面にくさび状に食い込むファイアライトの生成を防止するとともに、噴流を独立した液滴に分離して噴流エネルギーを確実にスケール表面に伝達し、さらに衝突流速Ｖ、衝突エネルギーＥをそれぞれ所定の値以上に確保し、これによってデスケーリングを行う技術が開示されている。この条件を満足するため、Ｓｉ≧１質量％の高Ｓｉ鋼においては、吐出圧力４５ＭＰａ以上の高圧水を用いた実施例が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平４−２３８６２０号公報に開示された技術では、大部分のスケールは剥離されるが、高Ｓｉ鋼で形成される地金に食い込むようなスケールは除去されずに残る場合があり、Ｓｉスケールや他のスケール疵を完全に回避することはできないため、酸洗後の鋼材表面に凹凸を生じ部材として使用する際に塗装ムラとなって自動車ホイール等の最終製品の美観を損なうという問題があった。
【０００７】
上記特開平７−１４４２１３号公報に開示された技術では、衝突圧を２ＭＰａ以上の超高圧デスケーリング装置を必要とする。通常用いられるデスケーリングノズルを用いて衝突圧を２ＭＰａ以上にしようとすると、吐出圧は６５ＭＰａ以上という超高圧が必要となることが知られている。また、特開２０００−２５４７２４公報に開示された技術では、吐出圧が４５ＭＰａを超える高圧水を用いている。このような超高圧デスケーリング装置を必要とするため、デスケーリング装置がきわめて大がかりなものとなって初期投資額が膨大となり、また電力原単位などの運転コストが極めて高額であり経済性を損ねるという問題があった。
【０００８】
本発明は、Ｓｉを１質量％以上含有するＳｉ含有鋼板の熱間圧延方法において、Ｓｉスケールを完全に除去し、最終製品の美観を損ねることなく、しかもデスケーリング装置として初期投資額の少ない安価なものが使用可能であり、かつ電力原単位等のデスケーリング運転コストの低減を図ることのできる熱間圧延方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）Ｓｉを１質量％以上１．４質量％以下含有するＳｉ含有鋼板の熱間圧延方法であって、熱間圧延時に水噴射によるスケール除去を行い、Ｓｉ含有量［Ｓｉ］、加熱抽出温度Ｔ、スケール除去ノズル吐出圧Ｐおよびスケール除去時鋼材移動速度Ｖとの関係が、下記（１）〜（３）式を満足することを特徴とするＳｉ含有鋼板の熱間圧延方法。
Ｔ≦Ａ×［Ｓｉ］²＋Ｂ×［Ｓｉ］＋Ｃ（１）
Ａ＝784.0×ｘ²−1121.7×ｘ＋936.3 （２−１）
Ｂ＝−2134.0×ｘ²＋3064.2×ｘ−2608.6 （２−２）
Ｃ＝1324.7×ｘ²−1734.5×ｘ＋2641.1 （２−３）
ｘ＝Ｐ／Ｖ（３）
ただし、［Ｓｉ］：鋼中Ｓｉ含有量（質量％）、Ｐ：スケール除去ノズル吐出圧（ＭＰａ）、Ｖ：スケール除去時鋼材移動速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｔ：加熱抽出温度（℃）であり、Ｔ：９８０〜１１５０℃、Ｐ：３９〜４５ＭＰａ、Ｖ：３０〜７５ｍ／ｍｉｎ（ｍｐｍ）、Ｐ／Ｖ：０．５５〜１．５ＭＰａ／ｍｐｍである。
（２）さらに、Ｔ≦１１００℃とすることを特徴とする上記（１）に記載のＳｉ含有鋼板の熱間圧延方法。
（３）加熱抽出時に加熱抽出温度を測定し、測定した加熱抽出温度及び前記（１）〜（３）式に基づいてスケール除去時鋼材移動速度Ｖを調整することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のＳｉ含有鋼板の熱間圧延方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
Ｓｉ含有鋼の熱間圧延において、加熱抽出温度が１１７０℃を超えるとファイアライトが生成するため、加熱抽出温度を１１７０℃以下としてＳｉスケールの発生を低減することは従来から知られていた。一方、Ｓｉ含有鋼は合金含有量が比較的多いため、加熱抽出温度を低下させると熱間圧延の変形抵抗が増大するとの理由から、加熱抽出温度としては１１００℃以上の温度が採用されていた。そして、特にＳｉ含有量が１質量％以上の高Ｓｉ鋼においては、Ｓｉスケールを除去するために４５ＭＰａ以上の超高圧デスケーリングが採用されていた。
【００１１】
本発明においては、Ｓｉ含有量［Ｓｉ］（質量％）、加熱抽出温度Ｔ（℃）、スケール除去ノズル吐出圧Ｐ（ＭＰａ）、スケール除去時鋼材移動速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）とスケール除去適否の間に上記（１）〜（３）式のような一定の関係があり、加熱抽出温度Ｔを１１００℃以下の所定の温度まで低下させることにより、スケール除去ノズル吐出圧Ｐが４５ＭＰａ以下であっても、Ｓｉ含有量１質量％以上の高Ｓｉ鋼のスケールを良好に除去できることを明らかにした。
【００１２】
加熱抽出温度が１１００℃以下の低温であっても、９５０℃以上であれば圧延時の変形抵抗の増大はさほど問題とはならず、むしろデスケーリング圧力を低下させることによる本発明の効果が大きい。
【００１３】
Ｓｉ含有量０．８７〜１．４質量％のＳｉ含有鋼の熱間圧延において、仕上圧延前にスケール除去ノズルを配置し、加熱抽出温度Ｔ：９８０〜１１５０℃、吐出圧Ｐ：３９〜７２ＭＰａ、スケール除去時鋼材移動速度Ｖ：３０〜７５ｍ／ｍｉｎ（ｍｐｍ）、Ｐ／Ｖ：０．５５〜１．５ＭＰａ／ｍｐｍの範囲で条件を変化させ、Ｓｉスケールの除去状況を比較した。その結果を図１に示す。図１（ａ）〜（ｃ）とも、横軸に［Ｓｉ］、縦軸に加熱抽出温度Ｔをとり、Ｓｉスケール評価結果が良好（目視でなし）であれば○、不良（目視で薄膜状に残存）であれば×、目視でわずかに薄膜状に残る部分がある場合であれば△とした。図１（ａ）はＰ／Ｖ：０．５〜０．７ＭＰａ／ｍｐｍ、図１（ｂ）はＰ／Ｖ：０．９〜１．１ＭＰａ／ｍｐｍ、図１（ｃ）はＰ／Ｖ：１．４〜１．５ＭＰａ／ｍｐｍの範囲のデータをプロットしている。
【００１４】
図１（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、加熱抽出温度Ｔの低い領域にＳｉスケール評価の良好範囲があり、良好範囲の境界は［Ｓｉ］濃度の関数となっている。また、良好範囲の境界はＰ／Ｖの値によって異なり、Ｐ／Ｖが高くなるほど良好範囲は加熱抽出温度Ｔの高温側に広がっている。以上の結果に基づいて、良好範囲の境界（図１に示す閾線）を関数の形で表したのが前記（１）式〜（３）式である。（２−１）式〜（２−３）式を総称して（２）式という。
【００１５】
（３）式から明らかなように、スケール除去状況はｘ＝Ｐ／Ｖの値によって左右されるので、もちろん、吐出圧Ｐを高圧とするかわりに移動速度Ｖを低下させることとしても良い。しかし、スケール除去は通常熱間圧延の仕上圧延前に行うので、スケール除去時鋼材移動速度Ｖを低下させると圧延の生産性を直接低下させる要因となり、さらに、移動速度Ｖを低下させると仕上圧延時の温度が低下して圧延不能に陥ることから、採用することができない。通常の熱間圧延において、移動速度Ｖとしては２０ｍ／ｍｉｎ以上の速度が採用される。
【００１６】
Ｓｉ含有量１質量％以上の品種において、移動速度Ｖを４５ｍ／ｍｉｎ程度とし、吐出圧Ｐを４５ＭＰａ以下に保とうとすると、必然的にｘ＝Ｐ／Ｖを１程度に抑えることが必要である。図１（ａ）（ｂ）より明らかなように、ｘ＝Ｐ／Ｖが１程度においても、Ｓｉスケールが発生しない良好ゾーン（即ち、（１）〜（３）式で示される範囲）が存在するので、この良好ゾーンに入るように加熱抽出温度を選択しさえすれば、高Ｓｉ鋼においてもＳｉスケールを除去して良好な表面品質を得ることが可能である。
【００１７】
加熱抽出温度を１１００℃以下と規定しておけば、図１（ａ）〜（ｃ）（（１）〜（３）式）から明らかなとおり、吐出圧Ｐを確実に低い値に保つことができる。
【００１８】
また、吐出圧Ｐを４５ＭＰａ以下と規定しておいても良い。これによってスケール除去装置の初期投資額を低く抑えるとともに、運転コストをも低く抑えることができ、一方Ｓｉスケールについては（１）〜（３）式から適正な加熱抽出温度を選択することができ、Ｓｉスケール付着のない良好な熱間圧延鋼板を製造することができる。吐出圧Ｐは４０ＭＰａ以下とするとより好ましい。
【００１９】
Ｓｉ含有鋼板の熱間圧延において、通常は上記のようにまずＳｉ含有量、吐出圧Ｐ、移動速度Ｖを定め、次に（１）〜（３）式に基づいてＳｉスケールを除去することのできる加熱抽出温度Ｔを定める。これに対し、加熱抽出時に加熱抽出温度を測定し、測定した加熱抽出温度及び（１）〜（３）式に基づいてスケール除去時鋼材移動速度Ｖを調整することとしてもよい。当初予定していた加熱抽出温度よりも高い温度となった場合、（１）〜（３）式を満足する範囲とするためには吐出圧Ｐを上げるか移動速度Ｖを下げるかの対応をとることによってＳｉスケール発生を防止することができる。吐出圧Ｐの上限はスケール除去装置の設備仕様によって限界があるので、このような場合には移動速度Ｖを低下させることにより、Ｓｉスケール発生を防止する。逆に加熱抽出温度実績が予定していた温度よりも低い場合には、（１）〜（３）式に基づいて移動速度Ｖを上昇させることが可能になるので、Ｓｉスケール発生を防止できるぎりぎりの値まで移動速度Ｖを上げ、これによって熱間圧延の生産性を向上させることもできる。
【００２０】
本発明において、鋼のＳｉ含有量を１質量％以上と規定しているのは、このような高Ｓｉ領域において、本発明の効果が十分に発揮されるからである。Ｓｉ含有量１．１質量％以上であれば本発明の効果をより一層発揮することができる。Ｓｉ含有量１．２質量％以上であれば本発明の効果をさらに発揮することができる。
【００２１】
吐出流量が多くなると鋼板の温度降下量を大きくし仕上圧延後の変態点温度の確保性に支障を生じるため従来の１０〜１５Ｍｐａの圧力の噴射と同等程度の吐出流量（＝ノズル１本あたり６０〜１００リッター／分）が好ましい。ノズルと鋼板の面間距離は、鋼板の先後端の上反り、下反りがヘッダーノズルに突っかけて設備破損を招く、または鋼板の搬送が不能となり、生産性の低下を生じることの回避のため、上反り、下反り量の測定等により接触しない適切な面間距離が必要であり１６０ｍｍ〜２００ｍｍ程度が好ましい。
【００２２】
本発明のスケール除去のための噴流を発生するノズルとして、吐出流が熱延鋼板の幅方向に広がるフラットノズルを用いることができる。幅方向の広がり角度が大きいほど熱延鋼板の全幅をカバーするためのノズル個数を減らすことが可能になるが、一方で鋼片表面への衝突流速垂直成分を確保するためには広がり角度θを大きくすることは得策ではない。吐出流の広がり幅の両端における衝突流速垂直成分は、ノズル吐出流速のｃｏｓ（θ／２）倍となる。ノズルの広がり角度θは４０°以下が好ましい。吐出流の広がり幅の中央においては、鋼片表面への衝突流速はノズルからの吐出流速と同等の流速を得ることができる。
【００２３】
特開２０００−２５４７２４公報にも記載のとおり、高圧噴流の衝突によって十分な衝突エネルギーを生み出すためには、衝突時において噴流の液滴がお互いに独立して分離しており、かつ個々の液滴の大きさを適切な範囲に保つと好ましい。そのためには、噴流の衝突面において、噴流全体が占める断面積のうち、液滴が占める断面積の割合を無次元で表示した噴流液相化率αの値を、０．０１以上０．１以下とすると良い。
【００２４】
スケール除去のための本発明のノズルからの水噴射は、表面温度が１１００℃以下の仕上圧延の手前で行うのが好ましい。粗圧延前にスケール除去を行っても鋼板表面温度が高温である（高温に復熱する）ため、仕上圧延までにＳｉスケールが発生するからであり、加えて粗圧延で生じるスケール中の亀裂がデスケ性向上に作用するからである。また、本発明のスケール除去を行う手前で、従来方法の低圧水噴射によるスケール除去を行ってもよい。低圧水噴射によって加熱炉で生成した付着スケールのうちの除去しやすい上層部を除去した後、本発明のノズルからの水噴射で最も除去しにくい鋼との境界部のＳｉスケールを除去することにより、より確実にスケール除去を完了することができる。
【００２５】
本発明のスケール除去を行う際の鋼材表面温度には特に制限はなく、一般的には、９５０℃〜１１００℃でスケール除去が行われている。
【００２６】
【実施例】
Ｓｉ含有量０．８７〜１．４％の高Ｓｉ鋼の熱間圧延について、本発明を適用した。圧延に用いた鋼片サイズは、長さ１０ｍ前後、幅は９００〜１４００ｍｍ、厚は約２５０ｍｍである。本発明のスケール除去は仕上圧延前に実施し、そのときの鋼板厚みは約３５ｍｍである。熱間圧延後の鋼板厚みは３ｍｍである。スケール除去用のノズルにはフラットノズルを用いた。ノズル口径は１．９ｍｍ、ノズルの広がり角度θは２０〜４０°、１個のノズルによるスケール除去範囲は鋼板幅方向で８０ｍｍである。
【００２７】
Ｓｉスケール状況に関する品質評価については、熱延鋼板の断面をＥＰＭＡ観察し、スケール地金界面にＳｉの濃化した部分があるかどうかで判断を行った。鋼板の表層にＳｉ濃化層が存在しない（目視で見えない）場合に「○」、鋼板表層にＳｉ濃化層が１μｍ以上５μｍ未満である（目視で見えないか薄膜状に見える）場合には「△」、鋼板表面にＳｉ濃化層が５μｍ以上存在する（目視で薄膜状にあり〜それ以上に明確に存在する）場合には「×」と評価した。
【００２８】
【表１】

【００２９】
結果を表１に示す。Ｎｏ．１〜５が本発明例である。本発明例Ｎｏ．３は、加熱抽出温度を１００２℃という低温にした結果として、吐出圧４４ＭＰａという低圧、かつ移動速度７０ｍｐｍという高速移動にもかかわらず、Ｓｉスケール評価結果は○であった。本発明例Ｎｏ．５は、Ｓｉ含有量が１．４質量％と高いにも関わらず、加熱抽出温度を１０６５℃とした結果により、吐出圧は４４ＭＰａと低圧でＳｉスケール評価結果は良好であった。
【００３０】
Ｎｏ．８〜１３は比較例である。比較例Ｎｏ．８は、Ｓｉ含有量が本発明範囲よりも低い値であるが、（１）〜（３）式を満足するデスケーリング条件を採用しており、Ｓｉスケール評価結果は良好であった。比較例Ｎｏ．９〜１３は、いずれも加熱抽出温度実績が（１）〜（３）式を満足しておらず、Ｓｉスケール評価結果は△あるいは×であった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により、Ｓｉを１質量％以上含有するＳｉ含有鋼板の熱間圧延方法において、Ｓｉスケールを完全に除去し、最終製品の美観を損ねることなく、しかもデスケーリング装置として初期投資額の少ない安価なものが使用可能であり、かつ電力原単位等のデスケーリング運転コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｉ含有量、加熱抽出温度とシリコンスケール評価結果との関係を示す図であり、（ａ）はｘ＝Ｐ／Ｖ：０．５〜０．７、（ｂ）はｘ＝Ｐ／Ｖ：０．９〜１．１、（ｃ）はｘ＝Ｐ／Ｖ：１．４〜１．５の場合を示す。

Claims

Ｓｉを１質量％以上１．４質量％以下含有するＳｉ含有鋼板の熱間圧延方法であって、熱間圧延時に水噴射によるスケール除去を行い、Ｓｉ含有量［Ｓｉ］、加熱抽出温度Ｔ、スケール除去ノズル吐出圧Ｐおよびスケール除去時鋼材移動速度Ｖとの関係が、下記（１）〜（３）式を満足することを特徴とするＳｉ含有鋼板の熱間圧延方法。
Ｔ≦Ａ×［Ｓｉ］²＋Ｂ×［Ｓｉ］＋Ｃ（１）
Ａ＝784.0×ｘ²−1121.7×ｘ＋936.3 （２−１）
Ｂ＝−2134.0×ｘ²＋3064.2×ｘ−2608.6 （２−２）
Ｃ＝1324.7×ｘ²−1734.5×ｘ＋2641.1 （２−３）
ｘ＝Ｐ／Ｖ（３）
ただし、［Ｓｉ］：鋼中Ｓｉ含有量（質量％）、Ｐ：スケール除去ノズル吐出圧（ＭＰａ）、Ｖ：スケール除去時鋼材移動速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｔ：加熱抽出温度（℃）であり、Ｔ：９８０〜１１５０℃、Ｐ：３９〜４５ＭＰａ、Ｖ：３０〜７５ｍ／ｍｉｎ（ｍｐｍ）、Ｐ／Ｖ：０．５５〜１．５ＭＰａ／ｍｐｍである。
さらに、Ｔ≦１１００℃とすることを特徴とする請求項１に記載のＳｉ含有鋼板の熱間圧延方法。
加熱抽出時に加熱抽出温度を測定し、測定した加熱抽出温度及び前記（１）〜（３）式に基づいてスケール除去時鋼材移動速度Ｖを調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のＳｉ含有鋼板の熱間圧延方法。