JP4153734B2

JP4153734B2 - タイトスケール性に優れる熱延鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP4153734B2
Application number: JP2002187310A
Authority: JP
Inventors: 稔小寺; 博阿部; 康裕宮谷; 勝義山上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP2004027312A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面スケールのタイトスケール化が要求される黒皮コイルのまま使用する塗装用等の熱間鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スケール密着性、即ちタイトスケール性に優れた材料が求められており、Ｓｉ、Ｃｒを添加した素材が主流であった。これまでのタイトスケール鋼板は、例えば特開平２−１８５９１５号公報にタイトスケール性の熱延鋼板の製造方法が開示されている。
しかし、この従来の鋼板は、Ｓｉ添加のため溶融Ｚｎメッキ不良およびＳｉスケール発生による表面性状が劣り、これらの問題のない鋼材が要望されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年では、タイトスケール化の要望は更に高まっており、溶融Ｚｎメッキ不良およびＳｉスケール発生がなく、全長・全幅のスケール密着性が良好な熱延鋼板が求められている。
特に、薄物のコイルエッジ部のスケール剥離、厚物コイルの全幅浮遊スケールによる外観不良、塗装時の耐食性低下、レーザー切断時の切断不良や、作業環境の悪化が問題指摘されている。
【０００４】
黒皮コイルにおいては、成分、熱間圧延、熱間圧延後の鋼板の冷却パターン、巻き取り後の空冷等温度履歴の影響がスケールに影響する為剥離の改善は非常に難しい。
従って、特開平２−１８５９１５号公報で開示された成分や製造方法では仕様を満足できない。
本発明は、この課題を解決して、薄物、厚物共に、全長・全幅タイトスケール性を確保するとともに、色調の均一性を具備する鋼材およびその製造方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するための本発明の手段は、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）質量％として、
Ｃ：０．０２〜０．２０％、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ｓｉ：０．３％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０３％以下、
Ｎｉ：０．０３〜０．３％、
Ｃｕ：０．０４〜０．５％、
Ｃｒ：０．０３〜０．３％を含有し、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる熱延鋼板であって、鋼板表面スケールと鋼板地鉄界面の表面粗度として長さ１インチ当たりの０．５ μ ｍ以上の凹凸高さの回数が３００以上であることを特徴とするタイトスケール性に優れる熱延鋼板。
【０００６】
（２）質量％として、
Ｔｉ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、
Ｖ：０．０１〜０．０７％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）に記載のタイトスケール性に優れる熱延鋼板。
（３）（１）或いは（２）に記載の成分のスラブを１１００℃以上で加熱した後、８００℃〜９５０℃の温度範囲で熱間圧延を終了させ、４００℃〜６５０℃で捲き取ることを特徴とするタイトスケール性に優れる熱延鋼板の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記課題の解決のために、多鋼種の鋼板製造の検討調査を行って、本発明に至ることができた。以下に、本発明の実施形態について詳細に説明する。
熱延鋼板は、一般的にスラブを加熱炉で加熱する際に表面に生成した初期スケール（１次スケール）をデスケーリング後、粗圧延、仕上げ圧延し、水冷却後に巻き取られる。
この仕上げ圧延〜水冷却〜巻き取り〜コイル冷却間で熱延鋼板のスケール（２次スケール）が生成される。
【０００８】
このとき、発明者らは鋭意検討した結果、タイトスケール化には、Ｎｉ、ＣｕおよびＣｒを有効に活用すれば、目的を達成できることを見出したのである。
即ち、成分としてＮｉ、Ｃｒを含ませると地鉄とスケール界面が凹凸に乱れて密着面積の増加し、さらにスケールが地鉄に食い込んで「アンカー効果」によりタイトスケール性が向上することが判った。
また、Ｃｕを含ませると１次スケール生成時にスケールと鋼板側の地鉄界面に液相のＣｕが生成し、この液相と接したスケールは濡れ性が良く密着性が高く２次スケール生成のベースとなり、２次スケールも地鉄に接着させる効果があることが判った。
【０００９】
しかし、一方でＣｕは融点が低く熱間圧延前のスラブ加熱時に過度に鋼板組織中の粒界に溶けこむと、それが熱間圧延時に粒界割れとなり、得られた熱延鋼板はＣｕへゲとして悪影響をもたらす可能性もある。このため従来からＣｕ添加鋼の製造においてはＣｕを溶解させないように圧延前の加熱炉におけるスラブを比較的低温で抽出して圧延していたが、加熱温度制約で熱間圧延時に生産障害が発生すると共に、品質的にもＣｕへゲが散発し不安定となる課題があった。
そこで、鋼材表面の凹凸状況である表面粗度として、スケールの剥離評点との関係を調査した。図１にその結果を示す。調査に用いた鋼板は、成分を質量％として、Ｃ＝０．７％、Ｍｎ＝１．４５％、Ｓｉ＝０．０１％、Ｐ＝０．０１５％、Ｓ＝０．０１％をベース成分とし、さらにＮｉ＝０．０１〜０．２５％、Ｃｕ＝０．０１〜０．３７％、Ｃｒ＝０．０１〜０．２８％の範囲に各成分を変更したスラブを、１１５０℃に加熱し、粗圧延を経て、仕上げ圧延を９００℃で終了させ、５５０℃で巻き取ったものである。
【００１０】
なお、図１の縦軸は熱間圧延後の鋼板を９０度曲げ試験（半径Ｒ（ｍｍ）＝１．５×板厚としたポンチを押しつけて９０度に曲げた鋼板ピースの曲がり外面にテープを貼着した後剥離し、スケール剥離面積率（％）を求め、これを９区分の評点付けしたもの）を行い、タイトスケール性の評価として剥離評点の結果を示したものである。ここで剥離評点が小さいほどテープに転写したスケール量が小さく、タイトスケール性に優れたものとなり、特に評点３以下では、ユーザーの品質合格水準を著しく超えるレベルであり、評点４〜６であり、少しスケ−ル剥離がみられる場合はあるがユーザーの品質合格水準をやや越えた合格レベル、評点７〜９であり、スケ−ル剥離が著しく品質不合格なレベルである。また図１の横軸は同じ条件で得られた鋼板を酸洗して表面スケールを完全剥離した後に、表面粗度計を用いて鋼板地鉄の表面で長さ１インチ当たりの０．５μｍ以上の凹凸高さの回数を表面粗度ＰＰＩ（Ｐｅａｋｐｅｒｉｎｃｈ）として測定した結果を示したものである。
【００１１】
図１に示すように表面粗度ＰＰＩが大きく、凹凸が大きい程、剥離評点が小さくなり、特に表面粗度ＰＰＩが３００回以上では、ユーザーでの鋼品質合格基準である評点６６以下を達成することが明らかになった。さらに、表面粗度ＰＰＩが３００回以上を満足する条件として、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒが、質量％としてＮｉ≧０．０３％、Ｃｕ≧０．０４％、Ｃｒ≧０．０３％を満足するものであった。なお、従来課題であったＣｕヘゲについても、Ｎｉを適正に添加することにより、表面粗度ＰＰＩが３００回以上では発生しないことが確認できた。
また、表面のスケール厚としては、３〜１２μｍが好ましいことが判った。これよりもスケール厚が薄いと耐食性が劣りし易く、一方厚い場合には逆に鋼板を加工時にスケールが割れやすくなり剥離しやすくなるからである。
さらに、スケール組成としては、Ｆｅ_３Ｏ_４が８５〜１００％の範囲が好ましい。即ち他のスケール組成であるＦｅ_２Ｏ_３が多くなるとスケールの延性が劣り剥離しやすくなるからである。
【００１２】
次に、前記Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒも含む本発明の添加元素の限定理由について、以下に詳細に記す。なお、以降の成分の単位は％と記載しているが、全て質量％を意味するものである。
＜Ｃ＞
Ｃは強度を高める元素として、活用される。固溶強化としての活用の他、ＴｉやＮｂと炭化物を作り、析出強化としても活用できる。しかし、多用すると加工性を低下させる。鋼材強度が高くなる程、加工性が低下するため、Ｃ量は低い方がよい。下限を０．０２％としたのは、これより低いとスリットやシャー時のカエリが問題になるためである。また、０．２０％以下にしたのは、加工による割れを防止するためである。
【００１３】
＜Ｍｎ＞
Ｍｎは、鋼材の強度上昇に必要な元素である。０．１％より少ないと、強度上およびＡＲ３点がアップするために加工組織の問題がある。また、２．０％を越えて添加すると加工性を保つことが難しくなるため、０．１〜２．０％の範囲とした。
＜Ｓｉ＞
Ｓｉは、鋼板表面でファイアライト（２ＦｅＯ・ＳｉＯ₂）となり最表面に微細なＦｅ₂Ｏ₃を残存させ赤スケールを発生させやすい元素である。赤スケールが鋼板表面にできると、まだら模様となり、ユーザーから敬遠される。また、溶融Ｚｎメッキ時にメッキ不良になるため、Ｓｉ含有量は、０．３％を上限とした。
【００１４】
＜Ｐ＞
Ｐは、鋼材脆化の起因となり、加工性、溶接性が劣化する。極力添加しない方が良く、上限を０．０３％とした。
＜Ｓ＞
Ｓは、Ｍｎと硫化物ＭｎＳを形成する。この硫化物は変形しやすく、圧延によって伸張し鋼材中に存在する。ＭｎＳは鋼材の加工性を劣化させる。できるだけ減らした方がよいが加工レベルに応じ上限を０．０３％とした。
【００１５】
＜Ｎｉ＞
Ｎｉは、上述のように地鉄とスケール界面が凹凸に乱れ密着面積の増加、およびスケールが地鉄に食い込みアンカー効果によりスケールの密着性が向上する。この効果を有効に活用するためには、上述のように０．０３％以上の添加が必要である。反面、Ｎｉは高価な金属であり、０．３％程度を越えるとその効果が飽和するため、上限を０．３％とした。
【００１６】
＜Ｃｕ＞
Ｃｕは上述のように１次スケール生成時にスケールと地鉄界面に液相のＣｕが生成する。この液相と接したスケールは濡れ性が良く密着性が高く２次スケール生成のベースとなり、２次スケールも地鉄に接着させる。この効果を有効に活用するためには、上述のように０．０４％以上の添加が必要である。反面、添加しすぎるとＣｕへゲの問題が発生し、対策として高価なＮｉの添加量をアップする必要が生じてくる。０．５％程度で十分効果が得られるため、上限を０．５％とした。
＜Ｃｒ＞
ＣｒもＮｉと同様に地鉄とスケール界面が凹凸に乱れ密着面積の増加、およびスケールが地鉄に食い込みアンカー効果によりタイトスケール性の形成に有効な元素である。この効果を有効に活用するためには、上述のように０．０３％以上が必要である。しかし、０．３％を越えても効果は変わらなくなるため、０．０３〜０．３％とした。
さらに、高強度鋼板を製造するためには、析出強度の活用が有効である。以下の析出効果を活用可能な４元素については、強度不足分を補うものであり、１種または２種以上の利用で目的を達することができる。
【００１７】
＜Ｔｉ＞
Ｔｉは、Ｃ、Ｎと炭化物、窒化物を形成し、鋼材の強度を向上させる。０．０１％以上の添加で効果が発現し、０．１％以上添加しても効果は変わらなくなる。
＜Ｎｂ＞
ＮｂもＣ、Ｎと炭化物、窒化物を形成し、鋼材の強度を向上させる。０．０１％以上の添加で効果が発現し、０．０７％以上添加しても効果は変わらなくなる。
【００１８】
＜Ｖ＞
Ｖも、Ｃ、Ｎと炭化物、窒化物を形成し、鋼材の強度を向上させる。０．０１％以上の添加で効果が発現し、０．０７％以上添加しても効果は変わらなくなる。
＜Ｂ＞
Ｂは、炭化物、窒化物を形成するとともに、焼き入れ性の向上にも有効で強度向上に有効な元素である。０．０００５％以上の添加で効果が発現し、０．００５０％以上添加しても効果は変わらない。
次に、製造条件の限定理由について延べる。
加熱温度を１１００℃以上にしたのは、仕上げ圧延温度確保の観点から設定した。
【００１９】
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂを添加する場合には析出効果を活用するためには、スラブ段階で炭化物・窒化物を固溶させることにより、鋼板製造時に微細な析出物を生成させて析出効果を充分活用できるようにするために添加量に応じ１２００℃以上の設定とする。
仕上げ圧延温度は、Ａｒ₃点以上を確保することために８００℃とした。析出物を微細にするためには、８５０℃以上が必要であるが、９５０℃を越えると、結晶粒の粗大化・スケール疵が発生しやすくなるなどの問題があり、温度範囲を８００℃〜９５０℃とした。
捲き取り温度は、析出物のサイズに影響を及ぼし、析出効果の度合いが異なってくる。高温で捲き取ると、析出物が成長し、大きくなりすぎて強度効果が小さくなる。また、低すぎると析出物生成が不十分になって強度上昇が望めない。このため、強度上昇が望める適度な温度規制範囲を、４００℃〜６５０℃とした。
【００２０】
【実施例】
表１に本発明例である実施例１〜８および比較例１〜５を示す。
実施例１〜３は鋼板の強度レベルはＴＳ＝３２０ＭＰａクラス、実施例４〜５はＴＳ４００ＭＰａクラス、実施例６〜７はＴＳ＝５９０ＭＰａクラス、実施例８はＴＳ＝６９０ＭＰａクラスである。
表１に示す成分のスラブを加熱炉で１１００℃以上に加熱し、粗圧延を経て圧延温度はＡｒ₃以上、巻き取り温度は４５０〜６３０℃の水準で製造した。
【００２１】
ここで、タイトスケール性は前記に示したように９０度曲げ試験（Ｒ＝１．５×板厚）後テープ転写による剥離評点を９段階で評価した。表１中では表面粗度ＰＰＩに剥離評点を示し、凡例の◎は評点１〜３であり、ユーザーの品質合格水準を著しく超えるレベルであり、○は評点４〜６であり、少しスケ−ル剥離がみられる場合はあるがユーザーの品質合格水準をやや越えた合格レベル、×は評点７〜９であり、スケ−ル剥離が著しく品質不合格なレベルである。
本発明例である実施例１〜実施例７は、いずれもスケール厚は３〜１２μｍの、スケール組成もＦｅ_３Ｏ_４が８５〜９８％の範囲にあり、タイトスケール性は剥離評点１〜３の◎レベルまたは剥離評点４〜６の品質合格基準をクリアしており、さらにＣｕへゲも発生していなかった。
一方、比較例１〜５は、いずれもＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒが何れも本発明範囲よりも低く、スケール厚も３μｍ未満や１２μｍ以上の場合もあり、更にスケール組成もＦｅ_３Ｏ_４が８５％未満の場合もあり、タイトスケール性は剥離評点７〜８の×レベルであり、Ｃｕへゲも発生していていた。
【表１】

【００２２】
【発明の効果】
本発明によって、スケールの剥離し難い熱間圧延鋼材を供給することができる。
また、鋼材保管中の結露、水濡れによる錆びに対しても有効であり、色調も均一な鋼材としての用途拡大も期待でき、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸洗後の表面粗度ＰＰＩと剥離評点の関係を示す図である。

Claims

質量％として、
Ｃ：０．０２〜０．２０％、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ｓｉ：０．３％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０３％以下、
Ｎｉ：０．０３〜０．３％、
Ｃｕ：０．０４〜０．５％、
Ｃｒ：０．０３〜０．３％を含有し、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる熱延鋼板であって、鋼板表面スケールと鋼板地鉄界面の表面粗度として長さ１インチ当たりの０．５ μ ｍ以上の凹凸高さの回数が３００以上であることを特徴とするタイトスケール性に優れる熱延鋼板。
質量％として、
Ｔｉ：０．０１〜０．１％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０７％、
Ｖ：０．０１〜０．０７％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のタイトスケール性に優れる熱延鋼板。
請求項１或いは請求項２に記載の成分のスラブを１１００℃以上で加熱した後、８００℃〜９５０℃の温度範囲で熱間圧延を終了させ、４００℃〜６５０℃で捲き取ることを特徴とするタイトスケール性に優れる熱延鋼板の製造方法。