JP3839090B2

JP3839090B2 - スケールの耐剥離性に優れた熱処理用鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP3839090B2
Application number: JP09056096A
Authority: JP
Inventors: 浩次面迫; 昭史平松; 誠秋月; 利郎山田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JPH09256066A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、酸洗鋼板を大気中又は非還元性雰囲気で加熱したときに生成する酸化スケールが焼入れ焼戻し等の熱処理中に下地鋼から剥離しない熱処理用鋼板を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
丸鋸用基板，ギア，ワッシャー等に使用される鋼板は、熱処理特性は勿論、高い寸法精度や良好な表面肌が要求される。そのため、熱処理工程ではスケールに起因する疵の発生を極力防止する必要がある。
通常の熱処理では、熱延時に生成した黒皮スケールが除去された鋼板が使用され、非酸化性雰囲気中で処理されている。しかし、熱処理コストを低減するため、大気雰囲気中での加熱が多用されるようになってきた。大気雰囲気中で鋼板を加熱すると、鋼板表面に酸化スケールが発生する。酸化スケールは、後続する焼入れ時に下地鋼から剥離し、プレステンパー等の次工程で押込み疵を発生させる原因となる。押込み疵がある鋼板では、熱処理後の鋼板表面の研削代が嵩み、作業コストを上昇させる。スケール疵の程度が著しいものは、寸法精度の面から製品として使用できず、不適合になる場合がある。しかも、スケール剥離があると、飛散したスケールによって作業環境も悪化する。
【０００３】
このようなことから、酸化スケールの剥離を防止するため、特開昭６３−１７９０５６号公報，特開平２−３４７９３号公報，特開平２−３８５２２号公報，特開平２−１８５９１５号公報，特開平５−１９５０５５号公報等で酸化スケールの密着性を向上させる方法が種々紹介されている。これらは、熱延過程で急冷により熱延黒皮スケールを薄くし、巻取り温度の低下や非酸化性雰囲気中での冷却によってスケール組成を密着性の良好なＦｅ₃ Ｏ₄ にしたものである。何れも熱延鋼板状態でのスケール密着性を改善しているが、熱処理時に生成するスケールの密着性については触れられていない。また、表面に凹凸をつけたワークロールによって熱延鋼板のスケール密着性を向上させることが特公平２−１８２３０２号公報に紹介されている。更に、特開平２−１０４６２５号公報では、Ｓｉ含有量を高くすることにより、熱処理時の加熱によるＦｅ₃ Ｏ₄ からＦｅＯへの変態を抑制している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６３−１７９０５６号公報，特開平２−３４７９３号公報，特開平２−３８５２２号公報，特開平２−１８５９１５号公報，特開平５−１９５０５５号公報等で紹介されている方法は、熱延黒皮ままで使用される製品に対しては有効である。このような製品としては、熱処理を施すことなく切削又は打抜き加工により製品とされる建築用材料，自動車用材料等がある。
しかし、これらの方法は、熱処理用鋼板には不向きである。熱処理用鋼板では、黒皮スケールままでは熱処理時の加熱により表面脱炭が生じることや、酸化スケールが厚くなることによって部分的な剥離が生じることから、押込み疵を発生させるためである。また、酸洗して使用する場合でも、熱延板自体のスケール密着性がよいことから逆に酸洗効率が低下し、スケール密着性のよいＦｅ₃ Ｏ₄ を除去するために熱処理時のスケール密着性が確保されない。
【０００５】
特公平２−１８２３０２号公報の方法では、ワークロール表面に凹凸を付ける加工が必要とされるため、ロールの製造コストが高くなる。しかも、実際の操業では種々の鋼種を熱延するため、ロールの摩耗を考慮すると安定した製品を得ることが難しくなる。また、鋼種を限定した場合でも、ロール交換に要する時間がかかり、ロール原単位が上昇する。
特開平２−１０４６２５号公報のように、Ｓｉ含有量を高くした熱処理用鋼板では、熱延鋼板の表面に黒皮が付着しているため、中〜高炭素鋼の場合にはスケール中の酸素による表面脱炭が生じ、焼入れ不足が発生し、必要な熱処理特性が得られないことがある。また、熱処理温度が９５０℃以上になると、Ｓｉによる変態抑制効果が希薄になり、生成スケールがＦｅＯになって、スケールが剥離することもある。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、熱延条件の制御によってアンカー効果をもつ適正な粒界酸化を促進させ、大気雰囲気或いは酸化性雰囲気中における熱処理時に生成する酸化スケールの密着性を向上させ、焼入れ焼戻しの熱処理工程で酸化スケールが剥離することがない熱処理用鋼板を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱処理用鋼板製造方法は、その目的を達成するため、Ｃ：０．３〜１．２重量％，Ｓｉ：０．１〜１．８重量％及びＭｎ：０．３〜２．０重量％，Ｃｒ：２重量％以下及びＮｉ：２重量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する鋼帯を熱間圧延した後、仕上げ圧延機出側温度から巻取り温度までの平均冷却速度を３０℃／秒未満で冷却し、その後に、次式を満足する巻取り温度Ｃ_Tで巻き取ることを特徴とする。
Ｃ_T≧６６０−３８×（％Ｃｒ）^1/2−６２×（％Ｎｉ）
また、熱間圧延後の仕上げ圧延機出側温度を８５０〜７５０℃とし、巻取り後のコイルを冷却速度２５℃／時以下で３５０℃まで冷却することが好ましい。
この熱処理用鋼板は、特に丸鋸用基板やギヤ，ワッシャー等の焼入れ焼戻し等の熱処理を大気雰囲気中の加熱で行う場合に最適な熱処理用鋼板である。
【０００７】
【作用】
本発明者等は、熱延鋼板の表面に形成される酸化スケールの密着性に及ぼす要因を種々調査・研究した。その結果、粒界酸化よって地鉄界面に付与された凹凸の深さや個数がスケール密着性に大きな影響を及ぼしていることを見い出し、特願平７−８７３９２号として提案した。本発明は、このような粒界酸化を適正に行わせるべく熱延条件を制御したものである。
粒界酸化に起因する凹部によってスケール密着性が改善されることは、凹部のスケールアンカー効果が奏せられると共に、スケール剥離の伝播が凹部によって抑制されることが原因であると推察される。これにより、大気雰囲気中での加熱によって生成される酸化スケールは、焼入れ焼戻し等の熱処理工程で地鉄から剥離することがなくなる。
このような観点から、本発明では、このような粒界酸化を適正に行わせるべく、具体的には深さ：３〜２０μｍ及び個数：１０００μｍ線分長さ当り１０〜２００個の粒界酸化部を形成するため、鋼材の組成との関連で熱延条件を制御したものである。
【０００８】
Ｃ：０．３〜１．２重量％
熱処理製品の強度を確保するために、０．３重量％以上，望ましくは０．４重量％以上のＣが必要である。しかし、１．２重量％を超える多量のＣが含まれると、セメンタイトの析出を抑えるために熱処理時の加熱温度を下げることが必要とされる。この場合には、熱処理加熱時に酸化スケールの生成が抑えられ、本発明を用いる必要が生じない。通常、焼入れ焼戻し等の熱処理に使用される材料としては中〜高炭素鋼板が一般的であり、そのＣ含有量は０．４〜１．０重量％の範囲にある。このような中〜高炭素鋼板に対しては、本発明が顕著な効果を発揮する。
Ｓｉ：０．１〜１．８重量％
Ｍｎと共に粒界酸化層を得るのに適した合金元素であるが、１．８重量％を超えるＳｉ含有量では表面肌が劣化する。他方、０．１重量％に満たないＳｉ含有量は、粒界酸化層を形成させる作用が小さくなる。
【０００９】
Ｍｎ：０．３〜２．０重量％
Ｓｉと同様に粒界酸化層を得るのに適した合金元素である。０．３重量％未満のＭｎ含有量では焼入れ不足が生じ、２重量％を超えるＭｎ含有量では焼き割れが発生し易くなる。
Ｃｒ：２重量％以下
粒界酸化を促進させて地鉄界面に凹凸を生成することにより、スケール密着性を向上させる有効な合金元素であり、熱処理時のスケール剥離防止効果が顕著になる。Ｃｒの添加効果は、１重量％を超えるとほぼ飽和する。また、２重量％を超える過剰のＣｒを添加しても、経済的でないばかりか、却って靭性の低下を招く。
【００１０】
Ｎｉ：２重量％以下
Ｎｉは、熱間圧延中の二次酸化によって地鉄界面に濃化する傾向を示す。濃化部分は凸状に残り、地鉄界面がミクロ的に凹凸形状になる。その結果、スケールに対するアンカー効果が増大する。そのため、Ｎｉ添加量に応じて巻取り温度を低くしても、有効な凹凸を地鉄界面に形成することができる。しかし、２．０重量％を超えるＮｉ含有量は、経済的に不利となるばかりでなく、靭性，延性を低下させる原因ともなる。
他の合金元素としては、必要に応じてＭｏ，Ｖ等を含有することも可能である。
【００１１】
仕上げ圧延機出側温度：８５０〜７５０℃
熱間圧延された鋼帯は、仕上げ温度に応じて結晶粒の成長が大きく変わる。
本発明においては、仕上げ温度を適正に調整するため、仕上げ圧延機の出側温度を８５０〜７５０℃の範囲に設定している。仕上げ圧延機出側温度が８５０℃を超えると、熱延鋼帯の結晶粒径が大きくなり、粒界酸化の起点となる凹部の個数が減少し、熱処理時にスケールが剥離し易くなる。そこで、熱延鋼板で得られるフェライトやパーライトの粒径を極微細にするため、仕上げ圧延機出側温度を８５０℃以下に規制した。結晶粒を微細化する効果は、仕上げ圧延機出側温度が低いほど大きくなる。しかし、７５０℃を下回る仕上げ圧延機出側温度では変形抵抗が増大し、通板性が著しく悪化し、板厚精度の不良や電力原単位の増大等を引き起こす。
【００１２】
平均冷却速度：４０℃／秒以下
粒界酸化は、熱間圧延機を出た後の熱延鋼帯が冷却される速度によっても影響される。このときの冷却速度が４０℃／秒以下の緩慢な速度であると、粒界酸化が促進され、酸化スケールの剥離がより効果的に防止される。
巻取り温度：Ｃ_T ≧６６０−３８×（％Ｃｒ）^1/2 −６２×（％Ｎｉ）
巻取り温度Ｃ_T は、本発明者等による多数の実験結果から定められたものであり、前掲の式に基づきＣｒ，Ｎｉの含有量に応じて巻取り温度を設定することにより、粒界酸化が促進され、粒界酸化を起因とした凹部を生成することが可能となる。その結果、熱処理スケールの剥離を防止するアンカー効果が十分に引出される。これに対し、前掲の式を満足しない巻取り温度Ｃ_T で製造すると、必要とする粒界酸化に由来する地鉄界面の凹凸が得られないため、熱処理時にスケールが剥離し易くなる。なお、粒界酸化は、一般的に巻取り温度を高く設定することにより促進されるが、過度に高い巻取り温度では熱延後にコイルの変形が生じ易くなることから、上限を７５０℃とすることが好ましい。
【００１３】
巻取り後の冷却速度：２５℃／時以下
巻取り後のコイルを冷却速度２５℃／時以下で３５０℃まで冷却すると、粒界酸化層が安定的に成長し、板幅方向及び長さ方向に関して均一な粒界酸化層が形成される。その結果、熱処理時にスケールが更に剥離し難くなる。冷却速度の制御は３５０℃まででよく、３５０℃以下の温度領域では冷却速度を遅くしても粒界酸化に起因した凹部が生成しない。
このように、熱延仕上げ温度，巻取りまでの冷却速度，巻取り温度，巻取り後の冷却速度等を制御することにより、酸化スケールに対するアンカー効果を発揮する好適な粒界酸化層が形成される。この粒界酸化層は、先願・特願平７−８７３９２号で提案したように深さ：３〜２０μｍ及び個数：１０００μｍ線分長さ当り１０〜２００個を満足することが好ましい。また、酸化スケールの厚みに対する粒界酸化部の深さの比が１以上であるとき、スケールの耐剥離性が一層向上する。
巻き取られたコイルは、熱延鋼帯としてそのまま、或いは酸洗後に熱処理を施して使用される。また、通常の高炭素鋼で実施されている軟質化焼鈍を施した後で熱処理を行った場合でも、スケールに対するアンカー効果は低下せず、良好な耐剥離性が維持される。また、冷間圧延によって板厚調整や表面粗さを調整した場合でも、同様に良好な耐剥離性が維持される。
【００１４】
【実施例】
表１に示した組成をもつ鋼種Ａ〜Ｄのスラブを熱間圧延し、板厚３．５ｍｍの熱延板を製造した。酸洗後、いくつかの熱延板については更に冷延−焼鈍又は焼鈍−冷延−焼鈍を施し、板厚２．４ｍｍの冷延板を製造した。
【００１５】

【００１６】
各熱処理用鋼板から幅２５ｍｍ及び長さ２００ｍｍの試験片を切り出し、大気雰囲気中で加熱温度８８０℃，保持時間１０分で加熱した後、６０℃の油槽に焼入れする熱処理を施した。熱処理後に酸化スケールの剥離性を、テープ剥離試験による剥離面積で定量化した。そして、スケール剥離性に及ぼす仕上げ圧延機出側温度，巻取りまでの平均冷却速度，巻取り温度及び巻取り後のコイル冷却速度との関係を調査した。
表２の調査結果にみられるように、試験番号１２〜１４の比較例では、巻取り温度が何れもＸ値より低いため、スケールの耐剥離性が劣っていた。これに対し、巻取り温度がＸ値より高い試験番号１〜１１の本発明例では、スケールの剥離が全く観察されなかった。これは、仕上げ温度，巻取りまでの冷却速度及び巻取り後の冷却速度がスケールの耐剥離性に対して好適な範囲に調整されていることが原因である。
【００１７】

【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、スケールに対して有効なアンカー作用を呈する粒界酸化が生じるように熱延条件を調整することにより、加熱雰囲気に関係なく熱処理時にスケールが地鉄から剥離することを抑制している。そのため、大気雰囲気或いは非還元性雰囲気中で焼入れ焼戻し等の熱処理をしても、スケール剥離を生じることなく焼入れ焼戻し等の熱処理が可能となり、従来の問題であったスケール押込み疵の発生や寸法精度の不良等が解消される。その結果、熱処理品の表面品質が向上されると共に、製造コストの低減や作業環境の悪化防止も図られる。

Claims

Ｃ：０．３〜１．２重量％，Ｓｉ：０．１〜１．８重量％及びＭｎ：０．３〜２．０重量％，Ｃｒ：２重量％以下及びＮｉ：２重量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する鋼帯を熱間圧延した後、仕上げ圧延機出側温度から巻取り温度までの平均冷却速度を３０℃／秒未満で冷却し、その後に、次式を満足する巻取り温度Ｃ_Tで巻き取ることを特徴とするスケールの耐剥離性に優れた熱処理用鋼板の製造方法。
Ｃ_T≧６６０−３８×（％Ｃｒ）^1/2−６２×（％Ｎｉ）
熱間圧延後の仕上げ圧延機出側温度を８５０〜７５０℃とする請求項１記載のスケールの耐剥離性に優れた熱処理用鋼板の製造方法。
巻取り後のコイルを冷却速度２５℃／時以下で３５０℃まで冷却する請求項１又は２に記載のスケールの耐剥離性に優れた熱処理用鋼板の製造方法。