JP4249865B2 - 薄鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、深絞り加工など各種加工用に使用される低炭素または極低炭素薄鋼板の製造方法において、冷間圧延工程を省略するとともに、焼鈍工程を著しく簡略化した方法に関するものである。また、さらに酸洗工程も省略した方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
深絞り加工など各種加工用の薄鋼板には、ｒ値が高く、かつ延性の優れた材質を有すると共に、表面性状の優れたものが要求されている。そのため従来から、低炭素鋼または極低炭素鋼の連鋳スラブなどを素材とし、熱間圧延、連続酸洗、冷間圧延、連続焼鈍の各工程を経て製造される冷延鋼板が使用されている。
【０００３】
熱間圧延工程では、加熱されたスラブに対して高圧水を噴射するデスケーリング処理（以下デスケ処理と略）を行ったのち粗圧延し、ついで同様のデスケ処理を行って仕上圧延し、冷却してコイルに巻き取る。デスケ処理によりスラブや鋼帯表面の厚い酸化スケールは除去されるが、仕上圧延およびその後の冷却中に新たな酸化スケールが生成するので、次工程の連続酸洗ラインにおいて、コイルを巻き戻し、ストリップ状で酸洗槽に通板し、鋼帯表面のスケールを酸洗除去したのち冷間圧延する。
【０００４】
冷間圧延後の連続焼鈍工程では、冷延コイルを巻き戻し、ストリップ状で、鋼帯表面に付着している圧延油やその反応生成物などを除去するための清浄処理を行ったのち、非酸化性雰囲気の炉内を通過させて加熱し再結晶焼鈍を行い、同雰囲気で冷却する。次いで連続焼鈍ラインのインラインミルで、またはオフラインミルでスキンパス圧延を行い、巻き取って製品コイルとする。
【０００５】
近年、連鋳スラブなど素材品質の向上や熱間圧延技術の向上に伴って、材質および表面性状の優れた熱延鋼板が製造できるようになり、従来は冷延鋼板が使用されていた分野にも、比較的厚手のものについては熱延鋼板が使用され始めている。
また、高いｒ値が要求される薄手の低炭素鋼板についても、冷間圧延工程を省略した製造法、すなわち深絞り加工性に優れた熱延鋼板の製造法が既に開発されている。
【０００６】
たとえば特開昭５９−２２６１４９号公報には、ＴｉとＮｂの一方または双方を添加した低炭素低窒素鋼について、５００℃以上Ar3 点以下の温度範囲で潤滑を施しつつ合計圧延率５０％以上の圧延を行い、その後の冷却、巻取あるいは焼鈍過程において再結晶させることにより、平均ｒ値１．１以上の成形性の優れた熱延鋼板を製造する方法が開示されている。
【０００７】
また特開昭６２−１９２５３９号公報には、Ａｌ、ＴｉおよびＮｂを添加した低炭素鋼について、粗圧延において９８０〜１１００℃の温度範囲で２０％／パス以上の大圧下を少なくとも１パス行い、仕上圧延をAr3 点〜９３０℃で終了し、仕上圧延におけるAr3 ＋１５０℃以下での全圧下量を９０％以上とし、６００〜８００℃で巻き取ることにより、平均ｒ値を高めた熱延鋼板の製造法が開示されている。
これらの方法において、熱間圧延後の鋼板の再結晶焼鈍には、前記のような連続焼鈍工程が必要とされている。
【０００８】
また従来の熱間圧延工程で行われているデスケ処理は、高温の鋼材表面に生成している厚い酸化スケールに対し、通常は５〜１５MPa 程度、難デスケ材にはそれ以上の圧の高圧水を噴射し、その衝撃でスケールを除去するものである。しかしこのデスケ処理は、その後の熱間圧延において有害となる厚いスケールを除去するために行われ、仕上圧延および冷却中には新たなスケールが生成する。
【０００９】
このため、上記技術等により冷間圧延工程が省略できても、上記のような熱延鋼帯の酸洗処理は必要であった。従来の連続酸洗ラインでは、主として塩酸や硫酸を使用する酸洗処理によってスケールを除去しており、酸洗の負荷を軽減するために、曲げやブラスト処理などの機械的処理を併用すること、さらには酸洗時に電気化学処理を施すことも行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の薄鋼板の製造方法では、たとえ冷間圧延工程を省略できても、熱延鋼帯の酸洗工程および焼鈍工程は必要としていた。
従来の連続焼鈍工程では、非酸化性雰囲気で輻射加熱したのち非酸化性ガスを吹き付けて冷却しているので、加熱および冷却に時間を要し、設備的にも大規模なものとなっていた。また酸洗工程では酸洗槽およびその周辺設備や関連設備の保全、酸洗廃液処理などが必要であり、そのためのコストが増大している。今後、環境問題などにより廃酸処理はますます厳しく、その処理コストの高騰は避け難い問題となっている。
【００１１】
そこで本発明が解決しようとする課題は、深絞り加工など各種加工用に使用される低炭素または極低炭素薄鋼板の製造方法において、冷間圧延工程を省略すると共に、連続焼鈍工程を著しく簡略化したうえで、ｒ値および延性の高い材質と優れた表面性状を有する製品を得ることである。また、さらに酸洗工程をも省略することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の第１発明法は、低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、α単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、コイルに巻き取り、コイル状にて通電加熱により再結晶焼鈍を行い、その後ｐＨが−２〜４の冷却水で冷却することを特徴とする薄鋼板の製造方法である。
【００１３】
第１発明法は、再結晶焼鈍を行った後の冷却において、ｐＨが−２〜４の冷却水で冷却する。また第１の態様として、冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加することが好ましい。また第１発明法と第１の態様を組合わせ、ｐＨが−２〜４の冷却水中で、鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加することが好ましい。
さらに第２の態様として、熱間圧延時のα単相域またはα＋γ二相域において、高圧水によるデスケーリングを施すことが好ましい。さらにまた第３の態様として、再結晶焼鈍において、通電終了後のコイルの雰囲気を還元性雰囲気にすることが好ましい。
【００１４】
第２発明法は、低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、α単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、ストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により再結晶焼鈍を行い、その後ｐＨが−２〜４の冷却水で冷却することを特徴とする薄鋼板の製造方法である。
【００１５】
第３発明法は、低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、α単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、ストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により再結晶焼鈍を行い、その後の冷却において、冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０-5〜１０A/cm2 の直流または交流を印加することを特徴とする薄鋼板の製造方法である。
【００１６】
第４発明法は、低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、α単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、ストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により再結晶焼鈍を行い、その後の冷却において、ｐＨが−２〜４の冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０-5〜１０A/cm2 の直流または交流を印加することを特徴とする薄鋼板の製造方法である。
【００１７】
第２発明法、第３発明法および第４発明法の第１の態様として、熱間圧延時のα単相域またはα＋γ二相域において、高圧水によるデスケーリングを施すことが好ましい。また第２の態様として、熱間圧延された走行中の鋼帯を、還元性雰囲気にさらす還元性雰囲気にさらすことが好ましい。さらに第３の態様として、再結晶焼鈍を還元性雰囲気にて行うことが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は上記のような第１発明法〜第４発明法である。その基本構成は、低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、再結晶焼鈍し、水冷する各工程からなる。各発明法とも、冷間圧延工程を省略するために素材を低炭素鋼または極低炭素鋼とし、熱間圧延ではα単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の製品厚の鋼帯とし、ついで再結晶焼鈍を行う。
製品厚の下限は特には定めないが、熱間圧延により鋼帯の幅方向および長さ方向に均一な板厚が得られる０．５mm程度までとすることができる。再結晶焼鈍はコイル状またはストリップ状で行う。
【００１９】
素材の低炭素鋼は、Ｃ含有量が重量％にて０．０２％以上０．１％以下の鋼、極低炭素鋼はＣ含有量が同じく０．０２％未満の鋼である。またＴｉやＮｂ等の炭化物および窒化物形成元素、Ａｌなどの窒化物形成元素を添加することで固溶炭素や固溶窒素を低減した鋼も対象となる。
これら素材は、加熱された連鋳スラブなどを従来法と同様の熱間圧延ラインにて粗圧延し、粗圧延前後に高圧水噴射によりデスケ処理したものとすることができる。また連続鋳造設備のインラインミルでスラブを圧延し、コイルに巻き取ったものを素材とすることもできる。
【００２０】
熱間圧延においてα単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行い、ついで再結晶焼鈍を行うことにより、板面に平行な｛１１１｝面と｛１００｝面の比｛１１１｝／｛１００｝が高い集合組織となり、ｒ値が高くかつ延性の優れた材質が確保される。γ単相域で最終圧延を行った場合には、再結晶後、このようなｒ値の高い集合組織にはならない。α＋γ二相域におけるα相の割合は、およそ１０％以上あればよい。
最終圧延は高潤滑状態で行い、望ましくは摩擦係数を０．２以下とすることにより、表面近傍の集合組織を板厚中心部の集合組織に近付けることができ、再結晶焼鈍後、平均ｒ値が１．１以上の薄板が得られる。再結晶焼鈍はコイル状またはストリップ状で行い、加熱温度はα単相域の７００〜９００℃でよい。
【００２１】
第１発明法は、前記基本構成の再結晶焼鈍工程をコイル状にて通電加熱により行う。上記のように、α単相域またはα＋γ二相域で熱間圧延の最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、コイルに巻き取り、図２の例のようにコイル６をコイル焼鈍炉７に装入し、通電加熱により再結晶焼鈍を行う。
再結晶焼鈍は、一旦冷却したコイルを加熱して行ってもよいが、最終圧延のまま冷却することなく巻き取ったコイルについて行うこともできる。後者は投入エネルギーが少なくなり好ましい。
通電加熱前の鋼帯表面には、熱延およびその後の冷却や巻取時に生成した酸化被膜が存在するので、この被膜が絶縁体となって、コイル形成する鋼帯同士の電気的接触が防止される。このため鋼帯長手方向に均一な短時間加熱を行うことができる。
【００２２】
通電加熱は、図２のような変圧器式とするのが望ましい。本例では鋼帯コイル６内にトランス８を通し、コイル６のトップとエンドを短絡させ、一次コイル９に交流電流を流すことで、二次コイルとなったコイル６に電流を誘起させる。このような変圧器式では鋼帯に誘起される電圧により電流が流れるため、鋼帯の長手方向に高電圧がかからず、スパークの発生が回避され、かつ安全な設備となる。
【００２３】
第１発明法において、再結晶焼鈍を行った鋼帯の表面に形成されている酸化スケールを除去するには、従来のような連続酸洗ラインに通板してもよいが、焼鈍後の水冷却過程で除去することができる。
すなわち第１発明法は、ｐＨが−２〜４の冷却水で冷却することによりスケールを除去する。具体例を示すと、図３のように再結晶焼鈍後の鋼帯コイル６を巻戻機１２に装着し、ストリップ状にして冷却水槽１４に通し、上記ｐＨの冷却水で冷却する。図３は後記第１の態様の例を示したものであるが、第１発明法では冷却スプレー１６から上記ｐＨの冷却水をスプレーすればよい。また図示しないシンクロールを使用して水槽１４内の該冷却水に通板してもよい。
【００２４】
ｐＨを−２〜４とするには、塩酸、硫酸、硝酸、あるいは水の電気分解時に陽極で生成する酸化電位水等を添加する。巻戻機１２に装着したコイル６は、シールカバー１３などにより非酸化性雰囲気とし、新たな酸化スケールの生成を回避あるいは抑制する。
冷却後はリンスノズル１９により洗浄し、水切ノズル２０で水分を取り除き、乾燥して巻取機２１でコイル６とする。その後、スキンパス圧延を行って製品コイルとする。
【００２５】
一般に高温の鋼材を水冷すると、鋼材表面が酸化されてスケールが生成する。しかし第１の態様では、冷却水中の水素イオン濃度を増大し、下記（１）式による鉄の溶解反応、および下記（２）式によるスケールの溶解反応を増大させることで、コイル状での通電加熱時に絶縁体となった酸化被膜を除去する。冷却水のｐＨを４以下としたことで、さらに（１）式および（２）式の反応が高温の鋼材表面で起きるため、（１）式および（２）式の反応をスケールが剥離するのに十分な量とすることができる。ｐＨが−２未満では冷却水の取扱いが危険であり好ましくない。
Ｆｅ＋２Ｈ+ →Ｆｅ2+＋Ｈ2 ……………… （１）
ＦｅＯ＋２Ｈ+ →Ｆｅ2+＋Ｈ2 Ｏ …………… （２）
【００２６】
また第１発明法の第１の態様として、ｐＨが−２〜４の冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加することによりスケールを除去するのが好ましい。この場合の冷却水は中性であってもよい。十分な反応量とするのに１×１０−５A/cm２の電流密度が必要であり、１０A/cm２ を超えると陰極での水素発生量が多くなり安全上好ましくない。具体例を示すと、図３のように再結晶焼鈍後の鋼帯コイル６を巻戻機１２に装着し、ストリップ状にして冷却水槽１４に通し、走行中の鋼帯に通電ロール１５を接触させ、絶縁ロール１８で支持しつつ、対向する電極１７との間に電圧を付与する。通電ロール１５は、冷却水槽１４の入側および出側の一方または双方に設けることができる。
【００２７】
巻戻機１２に装着したコイル６は、シールカバー１３などにより非酸化性雰囲気とし、新たな酸化スケールの生成を回避あるいは抑制する。冷却後はリンスノズル１９により洗浄し、水切ノズル２０で水分を取り除き、乾燥して巻取機２１でコイル６とする。その後、スキンパス圧延を行って製品コイルとする。
この第２の態様では、正の電流を流した場合は下記（３）式による鉄の溶解反応が量的に増大し、負の電流を流した場合は下記（４）式の反応が量的に増大し、上記酸化被膜を安定して除去し得る反応量が確保される。
Ｆｅ→Ｆｅ2+＋２ｅ- ………………… （３）
２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 ………………… （４）
【００２８】
また上記第１発明法に第１の態様を組合わせ、ｐＨが−２〜４の冷却水中で、鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加することで、より効果的にスケールを除去することができる。具体的には、図３において冷却スプレー１６から上記ｐＨの冷却水をスプレーしつつ、電極１７との間に電圧を印加すればよい。
【００２９】
また第１発明法において、熱間圧延後のスケールを低減するのが好ましい。そこで第１発明法の第２の態様として、熱間圧延時のα単相域またはα＋γ二相域において、高圧水によるデスケーリングを施すのが好ましい。
具体例を示すと、図１のように、素材の鋼帯１を熱間圧延機２で連続圧延し、最終圧延機３よりも前で高圧水デスケ装置４によりデスケーリングを行う。デスケーリングは最終圧延機３の直前でもよく、図示のように最終から２番目の圧延機の直前でもよい。熱延後は非酸化性ガスを吹き付ける等により強制冷却し、あるいは冷却せずに、非酸化性雰囲気で巻取機５により巻き取りコイル６とする。その後、コイル６を炉に装入して再結晶焼鈍する。
【００３０】
鋼材がγ相からα相に変態するとき、地鉄の鋼は変態により体積膨脹するのに対し、スケールは体積膨脹しないためスケールと地鉄の界面に応力が働く。低炭素鋼では、この変態（Ar３ 変態）に伴い鋼が約１％膨脹する。この膨脹量は、鋼を変態させることなく室温から１０００℃まで加熱したときの熱膨張量よりも大きい。
本発明法は、熱間圧延の最終圧延をα単相域またはα＋γ二相域で行うので、熱間圧延機２での圧延の間にγ相の全部または一部をAr３ 変態させる。第２の態様は、この変態により上記界面に発生した応力と高圧水の相乗効果によってスケールを剥離する。噴射圧は、従来の熱間圧延における高圧水デスケ装置４での圧力５〜１５MPa 程度でよい。
【００３１】
ｒ値の高い集合組織にするため、最終圧延時のα相の割合はおよそ１０％以上あればよいことを前に述べたが、スケール剥離に際しても、α相の割合がこの程度以上となるようにγ相をAr３ 変態させればよい。
第２の態様によりスケールを剥離しても、剥離後の熱延およびその後の冷却や巻取時に、非酸化性雰囲気ではあっても薄い酸化被膜が生成するので、コイル状での通電加熱に際しては、この被膜が絶縁体となって鋼帯同士の電気的接触が防止される。
また第２の態様を行った後、上記第１の態様を行うと、より効果的にスケールが除去できる。
【００３２】
さらに第１発明法において、再結晶焼鈍工程でのスケール発生を抑制あるいは防止し、さらにはスケールを還元するのが好ましい。そこで第１発明法の第３の態様として、再結晶焼鈍において、通電終了後のコイルの雰囲気を還元性雰囲気にするのが好ましい。
具体例を示すと、図２の例において、通電加熱中は鋼帯間の絶縁体としてスケールが必要なので還元を行わず、通電終了後のコイル焼鈍炉７内を水素等の還元性ガス雰囲気にしてスケールを還元する。このとき排気装置１１により炉内を排気し、雰囲気ガス供給系１０から還元性ガスを供給する。
【００３３】
この第３の態様において、積層されてコイルを形成している鋼帯間には、スケール還元により生じる水蒸気が滞留し、水蒸気により還元反応が律速される。通電加熱によれば鋼帯コイルは短時間で加熱されるので、再結晶焼鈍が完了するまでに所望のスケール還元が進行しない場合は、還元性雰囲気ガスの炉内圧増減を繰り返すことが望ましい。図２の例では、雰囲気ガス供給系１０の開閉と排気装置１１の作動オンオフを連動させて繰り返すことにより、炉内圧を所定範囲で増減させ、所定ピッチで繰り返す。雰囲気ガスの炉内圧増減を繰り返すことにより、鋼帯間の水蒸気と還元性ガスの置換が促進され、還元時間が短縮される。
【００３４】
また第３の態様を行った後、上記第１の態様を行うと、より効果的にスケールが除去できる。さらに上記第２の態様を行った後、第３の態様を行うのもより効果的であり、第２の態様および第３の態様を行った後、第１の態様を行うのもより一層効果的である。
【００３５】
つぎに第２発明法は、前記基本構成の再結晶焼鈍をストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により行い、その後の水冷却をｐＨが−２〜４の冷却水で行う。 誘導加熱または通電加熱によれば、鋼帯の再結晶焼鈍を数秒の短時間加熱で行える。このため、熱延後の鋼帯を巻き取らずに熱延ラインのオンラインで行うことができる。この場合は熱延後の保有熱を利用できる。また巻き取ったのちオフラインで巻き戻して行うことができる。
再結晶焼鈍後の水冷却は、上記第１発明法の態様と同様、上記ｐＨの冷却水槽にストリップを通板し、あるいは通板中のストリップに上記ｐＨの冷却水をスプレーすることにより行うことができ、冷却と同時にスケールが除去される。ただし第１発明法と異なり、図４および図５の例のように、熱間圧延のオンラインで、再結晶焼鈍に引き続き冷却を行うことができる。
【００３６】
誘導加熱は、図４の例に示すように、誘導加熱装置２７の間に鋼帯１を通過させ、鋼帯に誘導電流を発生させて行う。
通電加熱は変圧器式で行うのが好ましい。変圧器式で通電するには、図５の例に示すように、走行中の鋼帯１を囲繞するようにトランス２６を設け、トランス２６を挟んで鋼帯１に通電ロール２４および２５を接触させ、両通電ロール２４，２５を電気的に接続して二次コイル形成する。そして、トランス２６の図示しない一次コイルに電流を流すことで鋼帯１に二次電流を発生させる。
【００３７】
つぎに第３発明法は、前記基本構成の再結晶焼鈍をストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により行い、その後の水冷却に際し、冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加する。
再結晶焼鈍は上記第２発明法におけると同様である。水冷却は上記第１発明法の第１の態様と同様、図４および図５の例のように、冷却水槽１４に通し、走行中の鋼帯に通電ロール１５を接触させ、絶縁ロール１８で支持しつつ、対向する電極１７との間に電圧を付与して行うことができ、冷却と同時にスケールが除去される。通電ロール１５は、冷却水槽１４の入側および出側の一方または双方に設けることができる。ただし第１発明法と異なり、熱間圧延のオンラインで、再結晶焼鈍に引き続き冷却を行うことができる。
【００３８】
つぎに第４発明法は、前記基本構成の再結晶焼鈍をストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により行い、その後の水冷却に際し、ｐＨが−２〜４の冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０-5〜１０A/cm2 の直流または交流を印加する。再結晶焼鈍は上記第２発明法におけると同様である。水冷却は、図４および図５の例のように、冷却水槽１４に通し、冷却スプレー１６から上記ｐＨの冷却水をスプレーし、走行中の鋼帯に通電ロール１５を接触させ、絶縁ロール１８で支持しつつ、対向する電極１７との間に電圧を付与して行うことができ、冷却と同時にスケールが除去される。通電ロール１５は、冷却水槽１４の入側および出側の一方または双方に設けることができる。第４発明法でも、熱間圧延のオンラインで、再結晶焼鈍に引き続き冷却を行うことができる。
【００３９】
上記第２、第３および第４発明法において、熱間圧延後のスケールを低減するのが好ましい。そこで第２、第３、および第４発明法の第１の態様として、熱間圧延時のα単相域またはα＋γ二相域において、高圧水によるデスケーリングを施すのが好ましい。このデスケーリングは、上記第１発明法における第３の態様と同様である。
【００４０】
また第２、第３および第４発明法において、熱間圧延後、再結晶焼鈍までの間でスケールを還元するのが好ましい。そこで第２の態様として、熱間圧延された走行中の鋼帯を還元性雰囲気にさらすのが好ましい。
具体例を示すと、図４および図５のように、熱間圧延された鋼帯１の通過ラインに還元パッド２２を設け、還元パッド２２内を水素等の還元性雰囲気にして、鋼帯１を通過させることで、表面酸化スケールを還元することができる。
【００４１】
高温の鉄酸化物は水素含有雰囲気で還元されるが、熱延鋼帯の表面酸化スケールを熱延後のオンラインで通板中に還元除去するのは、還元所要時間および通板速度から導出される還元装置の長さが膨大なものとなり、実用的には不可能とされていた。
しかし本発明者らの実験結果、鋼板表面の１〜３μｍ厚さのスケールが、８００℃程度の温度で２秒以内に還元除去されることが判明した。その理由を解明すべく詳細な実験観察を行ったところ、厚さ１μｍ以上の比較的厚いスケールは、水素ガスに接触する表面から還元が進行して還元鉄層が形成されるが、還元による体積減少に伴い、限界の厚さを超えた還元鉄層には厚さ方向にクラックが発生する。すると、このクラックを通して侵入する水素ガスによってスケールが還元されるので、還元鉄層を拡散してくる水素による還元に比べてはるかに高速でスケール還元が進行していくことが判明した。
【００４２】
第２、第３および第４発明法の第２の態様はこの実験事実に基づくものであり、熱間圧延後にストリップ状で通板中の鋼帯を、熱間圧延ラインのインラインにて還元することができる。
この第２の態様を行うにあたり、熱間圧延において上記第１の態様を行っておくのがより効果的である。
【００４３】
さらに第２、第３および第４発明法において、再結晶焼鈍工程でのスケール発生を抑制あるいは防止し、さらにはスケールを還元するのが好ましい。そこで第３の態様として、再結晶焼鈍を還元性雰囲気にて行うのが好ましい。
具体例を示すと、再結晶焼鈍を誘導加熱で行う場合は、図４のように誘導加熱装置２７の部分をシールカバー２３で囲み、内部を水素ガスなどの還元性雰囲気とする。再結晶焼鈍を通電加熱で行う場合は、図５のように、通電ロール２４および２５とトランス２６の部分をシールカバー２３で囲み、同様に還元性雰囲気とする。
【００４４】
この第３の態様を行うにあたり、熱間圧延において上記第１の態様を行っておくのがより効果的である。また、熱間圧延と再結晶焼鈍の間において上記第２の態様を行っておくのもより効果的である。さらに、熱間圧延において第１の態様を行い、かつ、熱間圧延と再結晶焼鈍の間において上記第２の態様を行っておくのがより一層効果的である。
【００４５】
図４および図５は、第３発明および第４発明法について、第１の態様、第２の態様および第３の態様を連続して行う例である。素材の鋼帯１を熱間圧延機２で連続圧延し、最終圧延機３より前で高圧水デスケ装置４によりデスケーリングを行う。デスケーリングを行うときの鋼帯１は、α単相域またはα＋γ二相域であり、最終圧延機３での圧延時もα単相域またはα＋γ二相域である。続いて水素等の還元性雰囲気にした還元パッド２２を通過させ、スケールを還元する。
【００４６】
その後、シールカバー２３で還元性雰囲気に維持された加熱装置を通し、図４では誘導加熱により、図５では通電加熱によりそれぞれ再結晶焼鈍を行う。その後、冷却水槽１４に通し、走行中の鋼帯に通電ロール１５を接触させ、絶縁ロール１８で支持しつつ、冷却スプレー１６から冷却水をスプレーし、対向する電極１７との間に電圧を付与し、鋼板の単位面積当たり１×１０-5〜１０A/cm2 の直流または交流を印加し、リンスノズル１９により洗浄し水切ノズル２０水を切って巻取機２１でコイル６に巻き取る。このとき、冷却スプレー１６からの冷却水は第３発明では中性でもよく、第４発明法ではｐＨ−２〜４とする。
なお第２発明法は、冷却水槽１４においてｐＨが−２〜４の冷却水に浸漬するか、あるいは該冷却水をスプレーする。
【００４７】
【実施例】
（第１発明例） Ｃ含有量０．０４重量％の低炭素鋼スラブを、粗圧延に引き続き仕上圧延を行って厚さ０．５mmの鋼帯とした。熱延ラインでは一部について、図１のように高圧水デスケ装置４により５．０MPa の高圧水噴射を行った。このときの鋼帯組織はα単相であった。高圧水噴射しなかった場合の鋼帯はα相が１５％以上のα＋γ二相組織であった。熱延後は非酸化性雰囲気で巻取機５によりコイル６とし、コイル状で再結晶焼鈍を行った。
【００４８】
再結晶焼鈍は図２のような変圧器式の通電加熱により、７００℃から８５０℃まで５分で加熱し、８５０℃で１０分間保定した。通電終了後の炉内には、雰囲気ガス供給系１０により水素１０％窒素９０％の還元性ガスを供給し、一定の雰囲気組成で一定の圧力になるように維持した。また、ガス供給系１０と排気装置１１を連動させ、圧力差０．０１MPa 、ピッチ１分の圧力スイングを行った。
焼鈍後のコイル６は直ちに冷却装置に移し、図３のように、非酸化性雰囲気のシールカバー１３内で巻戻機１２に装着し、巻き戻して冷却水槽１４に通板し、ストリップ状で水冷した。冷却水は塩酸を加えてｐＨを調整した。また、冷却中の鋼帯１への印加電流も調整した。
【００４９】
得られた鋼板は、平均ｒ値が１．０〜１．２の範囲の良好な材質であった。また鋼帯コイルを展開して表面観察し、残存スケール厚を測定した。その結果、表１に示すように、第１発明例１〜６はいずれも残存スケール厚が０であり、肉眼的にもスケール残りは認められなかった。
第１発明例７および８は、焼鈍後の冷却時、ｐＨ５．２の冷却水をスプレーし鋼帯に電流を印加しなかったもので、いずれもスケールが残存したが、連続酸洗ラインにて塩酸により容易に除去できた。
【００５０】
【表１】
【００５１】
（第２発明例） 第１発明例と同じ成分のスラブを、粗圧延に引き続き仕上圧延を行い厚さ０．５mmの鋼帯とし、図４および図５に示すような設備により、ストリップ状で再結晶焼鈍を行い冷却した。熱延では、第１発明例と同様、一部については高圧水デスケ装置４により５．０MPa の高圧水噴射を行った。このときの鋼帯組織はα単相であった。高圧水噴射しなかった場合の鋼帯はα相が１５％以上のα＋γ二相組織であった。
最終圧延機３を出た直後の鋼帯を、水素２５％の水素＋窒素雰囲気とした還元パッド２２内に１秒間通板してスケールを還元したのち、図４の例では誘導加熱装置２７の間を通し、図５の例では変圧器式の通電加熱により、いずれも９００℃まで加熱し再結晶焼鈍した。シールカバー２３内は水素１％窒素９９％の雰囲気として行った。加熱後は、保定することなく冷却水槽１４で、電流を印加せず冷却スプレー１６により冷却した。
【００５２】
得られた鋼板は、第１発明例と同様、平均ｒ値が１．０〜１．２の範囲の良好な材質であった。また鋼帯コイルを展開して表面観察し、残存スケール厚を測定した。その結果、表２に示すように、第２発明例はいずれも残存スケール厚が０であり、肉眼的にもスケール残りは認められなかった。
比較例１および２は、焼鈍後の冷却時、冷却水のｐＨが第２発明法の条件をはずれたもので、いずれもスケールが残存した。
【００５３】
【表２】
【００５４】
（第３発明例および第４発明例） 上記第２発明例と同じ条件で、図４および図５に示すような設備により再結晶焼鈍までを行い、その後、冷却水槽１４で通電ロール１５と電極１７の間に電流を印加しつつ、冷却スプレー１６により冷却した。
得られた鋼板は、第１発明例と同様、平均ｒ値が１．０〜１．２の範囲の良好な材質であった。また鋼帯コイルを展開して表面観察し、残存スケール厚を測定した。その結果、表３に示すように、第３発明例および第４発明例はいずれも残存スケール厚が０であり、肉眼的にもスケール残りは認められなかった。
比較例１および２は、焼鈍後の冷却時に冷却水のｐＨが第２発明例の条件をはずれ、印加した電流条件が第３発明法の条件をはずれたもので、いずれもスケールが残存した。
【００５５】
【表３】
【００５６】
【発明の効果】
本発明法によれば、深絞り加工など各種加工用に使用される低炭素または極低炭素薄鋼板の製造方法において、冷間圧延工程を省略すると共に、連続焼鈍工程が著しく簡略化され、省エネルギーを達成することができる。さらに、酸洗工程も省略可能である。得られた鋼板は、ｒ値および延性の高い材質と優れた表面性状を有する。
したがって、大幅な工程省略、工程簡略化による製造コストの削減、省エネ、製造工期の短縮が達成されるほか、特に環境問題によりますます厳しくなる廃酸処理の不要化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法における熱間圧延工程の説明図である。
【図２】本発明法における鋼帯コイルの再結晶焼鈍工程の説明図である。
【図３】本発明法における焼鈍後の水冷却工程の説明図である。
【図４】本発明法における連続製造工程の説明図である。
【図５】本発明法における別の連続製造工程の説明図である。
【符号の説明】
１…鋼帯 ２…熱間圧延機
３…最終圧延機 ４…高圧水デスケ装置
５…巻取機 ６…コイル
７…コイル焼鈍炉 ８…トランス
９…一次コイル １０…雰囲気ガス供給系
１１…排気装置 １２…巻戻機
１３…シールカバー １４…冷却水槽
１５…通電ロール １６…冷却スプレー
１７…電極 １８…絶縁ロール
１９…リンスノズル ２０…水切ノズル
２１…巻取機 ２２…還元パッド
２３…シールカバー ２４，２５…通電ロール
２６…トランス ２７…誘導加熱装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、深絞り加工など各種加工用に使用される低炭素または極低炭素薄鋼板の製造方法において、冷間圧延工程を省略するとともに、焼鈍工程を著しく簡略化した方法に関するものである。また、さらに酸洗工程も省略した方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
深絞り加工など各種加工用の薄鋼板には、ｒ値が高く、かつ延性の優れた材質を有すると共に、表面性状の優れたものが要求されている。そのため従来から、低炭素鋼または極低炭素鋼の連鋳スラブなどを素材とし、熱間圧延、連続酸洗、冷間圧延、連続焼鈍の各工程を経て製造される冷延鋼板が使用されている。
【０００３】
熱間圧延工程では、加熱されたスラブに対して高圧水を噴射するデスケーリング処理（以下デスケ処理と略）を行ったのち粗圧延し、ついで同様のデスケ処理を行って仕上圧延し、冷却してコイルに巻き取る。デスケ処理によりスラブや鋼帯表面の厚い酸化スケールは除去されるが、仕上圧延およびその後の冷却中に新たな酸化スケールが生成するので、次工程の連続酸洗ラインにおいて、コイルを巻き戻し、ストリップ状で酸洗槽に通板し、鋼帯表面のスケールを酸洗除去したのち冷間圧延する。
【０００４】
冷間圧延後の連続焼鈍工程では、冷延コイルを巻き戻し、ストリップ状で、鋼帯表面に付着している圧延油やその反応生成物などを除去するための清浄処理を行ったのち、非酸化性雰囲気の炉内を通過させて加熱し再結晶焼鈍を行い、同雰囲気で冷却する。次いで連続焼鈍ラインのインラインミルで、またはオフラインミルでスキンパス圧延を行い、巻き取って製品コイルとする。
【０００５】
近年、連鋳スラブなど素材品質の向上や熱間圧延技術の向上に伴って、材質および表面性状の優れた熱延鋼板が製造できるようになり、従来は冷延鋼板が使用されていた分野にも、比較的厚手のものについては熱延鋼板が使用され始めている。
また、高いｒ値が要求される薄手の低炭素鋼板についても、冷間圧延工程を省略した製造法、すなわち深絞り加工性に優れた熱延鋼板の製造法が既に開発されている。
【０００６】
たとえば特開昭５９−２２６１４９号公報には、ＴｉとＮｂの一方または双方を添加した低炭素低窒素鋼について、５００℃以上Ar3 点以下の温度範囲で潤滑を施しつつ合計圧延率５０％以上の圧延を行い、その後の冷却、巻取あるいは焼鈍過程において再結晶させることにより、平均ｒ値１．１以上の成形性の優れた熱延鋼板を製造する方法が開示されている。
【０００７】
また特開昭６２−１９２５３９号公報には、Ａｌ、ＴｉおよびＮｂを添加した低炭素鋼について、粗圧延において９８０〜１１００℃の温度範囲で２０％／パス以上の大圧下を少なくとも１パス行い、仕上圧延をAr3 点〜９３０℃で終了し、仕上圧延におけるAr3 ＋１５０℃以下での全圧下量を９０％以上とし、６００〜８００℃で巻き取ることにより、平均ｒ値を高めた熱延鋼板の製造法が開示されている。
これらの方法において、熱間圧延後の鋼板の再結晶焼鈍には、前記のような連続焼鈍工程が必要とされている。
【０００８】
また従来の熱間圧延工程で行われているデスケ処理は、高温の鋼材表面に生成している厚い酸化スケールに対し、通常は５〜１５MPa 程度、難デスケ材にはそれ以上の圧の高圧水を噴射し、その衝撃でスケールを除去するものである。しかしこのデスケ処理は、その後の熱間圧延において有害となる厚いスケールを除去するために行われ、仕上圧延および冷却中には新たなスケールが生成する。
【０００９】
このため、上記技術等により冷間圧延工程が省略できても、上記のような熱延鋼帯の酸洗処理は必要であった。従来の連続酸洗ラインでは、主として塩酸や硫酸を使用する酸洗処理によってスケールを除去しており、酸洗の負荷を軽減するために、曲げやブラスト処理などの機械的処理を併用すること、さらには酸洗時に電気化学処理を施すことも行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の薄鋼板の製造方法では、たとえ冷間圧延工程を省略できても、熱延鋼帯の酸洗工程および焼鈍工程は必要としていた。
従来の連続焼鈍工程では、非酸化性雰囲気で輻射加熱したのち非酸化性ガスを吹き付けて冷却しているので、加熱および冷却に時間を要し、設備的にも大規模なものとなっていた。また酸洗工程では酸洗槽およびその周辺設備や関連設備の保全、酸洗廃液処理などが必要であり、そのためのコストが増大している。今後、環境問題などにより廃酸処理はますます厳しく、その処理コストの高騰は避け難い問題となっている。
【００１１】
そこで本発明が解決しようとする課題は、深絞り加工など各種加工用に使用される低炭素または極低炭素薄鋼板の製造方法において、冷間圧延工程を省略すると共に、連続焼鈍工程を著しく簡略化したうえで、ｒ値および延性の高い材質と優れた表面性状を有する製品を得ることである。また、さらに酸洗工程をも省略することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の第１発明法は、低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、α単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、コイルに巻き取り、コイル状にて通電加熱により再結晶焼鈍を行い、その後ｐＨが−２〜４の冷却水で冷却することを特徴とする薄鋼板の製造方法である。
【００１３】
第１発明法は、再結晶焼鈍を行った後の冷却において、ｐＨが−２〜４の冷却水で冷却する。また第１の態様として、冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加することが好ましい。また第１発明法と第１の態様を組合わせ、ｐＨが−２〜４の冷却水中で、鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加することが好ましい。
さらに第２の態様として、熱間圧延時のα単相域またはα＋γ二相域において、高圧水によるデスケーリングを施すことが好ましい。さらにまた第３の態様として、再結晶焼鈍において、通電終了後のコイルの雰囲気を還元性雰囲気にすることが好ましい。
【００１４】
第２発明法は、低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、α単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、ストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により再結晶焼鈍を行い、その後ｐＨが−２〜４の冷却水で冷却することを特徴とする薄鋼板の製造方法である。
【００１５】
第３発明法は、低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、α単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、ストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により再結晶焼鈍を行い、その後の冷却において、冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０-5〜１０A/cm2 の直流または交流を印加することを特徴とする薄鋼板の製造方法である。
【００１６】
第４発明法は、低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、α単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、ストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により再結晶焼鈍を行い、その後の冷却において、ｐＨが−２〜４の冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０-5〜１０A/cm2 の直流または交流を印加することを特徴とする薄鋼板の製造方法である。
【００１７】
第２発明法、第３発明法および第４発明法の第１の態様として、熱間圧延時のα単相域またはα＋γ二相域において、高圧水によるデスケーリングを施すことが好ましい。また第２の態様として、熱間圧延された走行中の鋼帯を、還元性雰囲気にさらす還元性雰囲気にさらすことが好ましい。さらに第３の態様として、再結晶焼鈍を還元性雰囲気にて行うことが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は上記のような第１発明法〜第４発明法である。その基本構成は、低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、再結晶焼鈍し、水冷する各工程からなる。各発明法とも、冷間圧延工程を省略するために素材を低炭素鋼または極低炭素鋼とし、熱間圧延ではα単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の製品厚の鋼帯とし、ついで再結晶焼鈍を行う。
製品厚の下限は特には定めないが、熱間圧延により鋼帯の幅方向および長さ方向に均一な板厚が得られる０．５mm程度までとすることができる。再結晶焼鈍はコイル状またはストリップ状で行う。
【００１９】
素材の低炭素鋼は、Ｃ含有量が重量％にて０．０２％以上０．１％以下の鋼、極低炭素鋼はＣ含有量が同じく０．０２％未満の鋼である。またＴｉやＮｂ等の炭化物および窒化物形成元素、Ａｌなどの窒化物形成元素を添加することで固溶炭素や固溶窒素を低減した鋼も対象となる。
これら素材は、加熱された連鋳スラブなどを従来法と同様の熱間圧延ラインにて粗圧延し、粗圧延前後に高圧水噴射によりデスケ処理したものとすることができる。また連続鋳造設備のインラインミルでスラブを圧延し、コイルに巻き取ったものを素材とすることもできる。
【００２０】
熱間圧延においてα単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行い、ついで再結晶焼鈍を行うことにより、板面に平行な｛１１１｝面と｛１００｝面の比｛１１１｝／｛１００｝が高い集合組織となり、ｒ値が高くかつ延性の優れた材質が確保される。γ単相域で最終圧延を行った場合には、再結晶後、このようなｒ値の高い集合組織にはならない。α＋γ二相域におけるα相の割合は、およそ１０％以上あればよい。
最終圧延は高潤滑状態で行い、望ましくは摩擦係数を０．２以下とすることにより、表面近傍の集合組織を板厚中心部の集合組織に近付けることができ、再結晶焼鈍後、平均ｒ値が１．１以上の薄板が得られる。再結晶焼鈍はコイル状またはストリップ状で行い、加熱温度はα単相域の７００〜９００℃でよい。
【００２１】
第１発明法は、前記基本構成の再結晶焼鈍工程をコイル状にて通電加熱により行う。上記のように、α単相域またはα＋γ二相域で熱間圧延の最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、コイルに巻き取り、図２の例のようにコイル６をコイル焼鈍炉７に装入し、通電加熱により再結晶焼鈍を行う。
再結晶焼鈍は、一旦冷却したコイルを加熱して行ってもよいが、最終圧延のまま冷却することなく巻き取ったコイルについて行うこともできる。後者は投入エネルギーが少なくなり好ましい。
通電加熱前の鋼帯表面には、熱延およびその後の冷却や巻取時に生成した酸化被膜が存在するので、この被膜が絶縁体となって、コイル形成する鋼帯同士の電気的接触が防止される。このため鋼帯長手方向に均一な短時間加熱を行うことができる。
【００２２】
通電加熱は、図２のような変圧器式とするのが望ましい。本例では鋼帯コイル６内にトランス８を通し、コイル６のトップとエンドを短絡させ、一次コイル９に交流電流を流すことで、二次コイルとなったコイル６に電流を誘起させる。このような変圧器式では鋼帯に誘起される電圧により電流が流れるため、鋼帯の長手方向に高電圧がかからず、スパークの発生が回避され、かつ安全な設備となる。
【００２３】
第１発明法において、再結晶焼鈍を行った鋼帯の表面に形成されている酸化スケールを除去するには、従来のような連続酸洗ラインに通板してもよいが、焼鈍後の水冷却過程で除去することができる。
すなわち第１発明法は、ｐＨが−２〜４の冷却水で冷却することによりスケールを除去する。具体例を示すと、図３のように再結晶焼鈍後の鋼帯コイル６を巻戻機１２に装着し、ストリップ状にして冷却水槽１４に通し、上記ｐＨの冷却水で冷却する。図３は後記第１の態様の例を示したものであるが、第１発明法では冷却スプレー１６から上記ｐＨの冷却水をスプレーすればよい。また図示しないシンクロールを使用して水槽１４内の該冷却水に通板してもよい。
【００２４】
ｐＨを−２〜４とするには、塩酸、硫酸、硝酸、あるいは水の電気分解時に陽極で生成する酸化電位水等を添加する。巻戻機１２に装着したコイル６は、シールカバー１３などにより非酸化性雰囲気とし、新たな酸化スケールの生成を回避あるいは抑制する。
冷却後はリンスノズル１９により洗浄し、水切ノズル２０で水分を取り除き、乾燥して巻取機２１でコイル６とする。その後、スキンパス圧延を行って製品コイルとする。
【００２５】
一般に高温の鋼材を水冷すると、鋼材表面が酸化されてスケールが生成する。しかし第１の態様では、冷却水中の水素イオン濃度を増大し、下記（１）式による鉄の溶解反応、および下記（２）式によるスケールの溶解反応を増大させることで、コイル状での通電加熱時に絶縁体となった酸化被膜を除去する。冷却水のｐＨを４以下としたことで、さらに（１）式および（２）式の反応が高温の鋼材表面で起きるため、（１）式および（２）式の反応をスケールが剥離するのに十分な量とすることができる。ｐＨが−２未満では冷却水の取扱いが危険であり好ましくない。
Ｆｅ＋２Ｈ+ →Ｆｅ2+＋Ｈ2 ……………… （１）
ＦｅＯ＋２Ｈ+ →Ｆｅ2+＋Ｈ2 Ｏ …………… （２）
【００２６】
また第１発明法の第１の態様として、ｐＨが−２〜４の冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加することによりスケールを除去するのが好ましい。この場合の冷却水は中性であってもよい。十分な反応量とするのに１×１０−５A/cm２の電流密度が必要であり、１０A/cm２ を超えると陰極での水素発生量が多くなり安全上好ましくない。具体例を示すと、図３のように再結晶焼鈍後の鋼帯コイル６を巻戻機１２に装着し、ストリップ状にして冷却水槽１４に通し、走行中の鋼帯に通電ロール１５を接触させ、絶縁ロール１８で支持しつつ、対向する電極１７との間に電圧を付与する。通電ロール１５は、冷却水槽１４の入側および出側の一方または双方に設けることができる。
【００２７】
巻戻機１２に装着したコイル６は、シールカバー１３などにより非酸化性雰囲気とし、新たな酸化スケールの生成を回避あるいは抑制する。冷却後はリンスノズル１９により洗浄し、水切ノズル２０で水分を取り除き、乾燥して巻取機２１でコイル６とする。その後、スキンパス圧延を行って製品コイルとする。
この第２の態様では、正の電流を流した場合は下記（３）式による鉄の溶解反応が量的に増大し、負の電流を流した場合は下記（４）式の反応が量的に増大し、上記酸化被膜を安定して除去し得る反応量が確保される。
Ｆｅ→Ｆｅ2+＋２ｅ- ………………… （３）
２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 ………………… （４）
【００２８】
また上記第１発明法に第１の態様を組合わせ、ｐＨが−２〜４の冷却水中で、鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加することで、より効果的にスケールを除去することができる。具体的には、図３において冷却スプレー１６から上記ｐＨの冷却水をスプレーしつつ、電極１７との間に電圧を印加すればよい。
【００２９】
また第１発明法において、熱間圧延後のスケールを低減するのが好ましい。そこで第１発明法の第２の態様として、熱間圧延時のα単相域またはα＋γ二相域において、高圧水によるデスケーリングを施すのが好ましい。
具体例を示すと、図１のように、素材の鋼帯１を熱間圧延機２で連続圧延し、最終圧延機３よりも前で高圧水デスケ装置４によりデスケーリングを行う。デスケーリングは最終圧延機３の直前でもよく、図示のように最終から２番目の圧延機の直前でもよい。熱延後は非酸化性ガスを吹き付ける等により強制冷却し、あるいは冷却せずに、非酸化性雰囲気で巻取機５により巻き取りコイル６とする。その後、コイル６を炉に装入して再結晶焼鈍する。
【００３０】
鋼材がγ相からα相に変態するとき、地鉄の鋼は変態により体積膨脹するのに対し、スケールは体積膨脹しないためスケールと地鉄の界面に応力が働く。低炭素鋼では、この変態（Ar３ 変態）に伴い鋼が約１％膨脹する。この膨脹量は、鋼を変態させることなく室温から１０００℃まで加熱したときの熱膨張量よりも大きい。
本発明法は、熱間圧延の最終圧延をα単相域またはα＋γ二相域で行うので、熱間圧延機２での圧延の間にγ相の全部または一部をAr３ 変態させる。第２の態様は、この変態により上記界面に発生した応力と高圧水の相乗効果によってスケールを剥離する。噴射圧は、従来の熱間圧延における高圧水デスケ装置４での圧力５〜１５MPa 程度でよい。
【００３１】
ｒ値の高い集合組織にするため、最終圧延時のα相の割合はおよそ１０％以上あればよいことを前に述べたが、スケール剥離に際しても、α相の割合がこの程度以上となるようにγ相をAr３ 変態させればよい。
第２の態様によりスケールを剥離しても、剥離後の熱延およびその後の冷却や巻取時に、非酸化性雰囲気ではあっても薄い酸化被膜が生成するので、コイル状での通電加熱に際しては、この被膜が絶縁体となって鋼帯同士の電気的接触が防止される。
また第２の態様を行った後、上記第１の態様を行うと、より効果的にスケールが除去できる。
【００３２】
さらに第１発明法において、再結晶焼鈍工程でのスケール発生を抑制あるいは防止し、さらにはスケールを還元するのが好ましい。そこで第１発明法の第３の態様として、再結晶焼鈍において、通電終了後のコイルの雰囲気を還元性雰囲気にするのが好ましい。
具体例を示すと、図２の例において、通電加熱中は鋼帯間の絶縁体としてスケールが必要なので還元を行わず、通電終了後のコイル焼鈍炉７内を水素等の還元性ガス雰囲気にしてスケールを還元する。このとき排気装置１１により炉内を排気し、雰囲気ガス供給系１０から還元性ガスを供給する。
【００３３】
この第３の態様において、積層されてコイルを形成している鋼帯間には、スケール還元により生じる水蒸気が滞留し、水蒸気により還元反応が律速される。通電加熱によれば鋼帯コイルは短時間で加熱されるので、再結晶焼鈍が完了するまでに所望のスケール還元が進行しない場合は、還元性雰囲気ガスの炉内圧増減を繰り返すことが望ましい。図２の例では、雰囲気ガス供給系１０の開閉と排気装置１１の作動オンオフを連動させて繰り返すことにより、炉内圧を所定範囲で増減させ、所定ピッチで繰り返す。雰囲気ガスの炉内圧増減を繰り返すことにより、鋼帯間の水蒸気と還元性ガスの置換が促進され、還元時間が短縮される。
【００３４】
また第３の態様を行った後、上記第１の態様を行うと、より効果的にスケールが除去できる。さらに上記第２の態様を行った後、第３の態様を行うのもより効果的であり、第２の態様および第３の態様を行った後、第１の態様を行うのもより一層効果的である。
【００３５】
つぎに第２発明法は、前記基本構成の再結晶焼鈍をストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により行い、その後の水冷却をｐＨが−２〜４の冷却水で行う。 誘導加熱または通電加熱によれば、鋼帯の再結晶焼鈍を数秒の短時間加熱で行える。このため、熱延後の鋼帯を巻き取らずに熱延ラインのオンラインで行うことができる。この場合は熱延後の保有熱を利用できる。また巻き取ったのちオフラインで巻き戻して行うことができる。
再結晶焼鈍後の水冷却は、上記第１発明法の態様と同様、上記ｐＨの冷却水槽にストリップを通板し、あるいは通板中のストリップに上記ｐＨの冷却水をスプレーすることにより行うことができ、冷却と同時にスケールが除去される。ただし第１発明法と異なり、図４および図５の例のように、熱間圧延のオンラインで、再結晶焼鈍に引き続き冷却を行うことができる。
【００３６】
誘導加熱は、図４の例に示すように、誘導加熱装置２７の間に鋼帯１を通過させ、鋼帯に誘導電流を発生させて行う。
通電加熱は変圧器式で行うのが好ましい。変圧器式で通電するには、図５の例に示すように、走行中の鋼帯１を囲繞するようにトランス２６を設け、トランス２６を挟んで鋼帯１に通電ロール２４および２５を接触させ、両通電ロール２４，２５を電気的に接続して二次コイル形成する。そして、トランス２６の図示しない一次コイルに電流を流すことで鋼帯１に二次電流を発生させる。
【００３７】
つぎに第３発明法は、前記基本構成の再結晶焼鈍をストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により行い、その後の水冷却に際し、冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加する。
再結晶焼鈍は上記第２発明法におけると同様である。水冷却は上記第１発明法の第１の態様と同様、図４および図５の例のように、冷却水槽１４に通し、走行中の鋼帯に通電ロール１５を接触させ、絶縁ロール１８で支持しつつ、対向する電極１７との間に電圧を付与して行うことができ、冷却と同時にスケールが除去される。通電ロール１５は、冷却水槽１４の入側および出側の一方または双方に設けることができる。ただし第１発明法と異なり、熱間圧延のオンラインで、再結晶焼鈍に引き続き冷却を行うことができる。
【００３８】
つぎに第４発明法は、前記基本構成の再結晶焼鈍をストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により行い、その後の水冷却に際し、ｐＨが−２〜４の冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０-5〜１０A/cm2 の直流または交流を印加する。再結晶焼鈍は上記第２発明法におけると同様である。水冷却は、図４および図５の例のように、冷却水槽１４に通し、冷却スプレー１６から上記ｐＨの冷却水をスプレーし、走行中の鋼帯に通電ロール１５を接触させ、絶縁ロール１８で支持しつつ、対向する電極１７との間に電圧を付与して行うことができ、冷却と同時にスケールが除去される。通電ロール１５は、冷却水槽１４の入側および出側の一方または双方に設けることができる。第４発明法でも、熱間圧延のオンラインで、再結晶焼鈍に引き続き冷却を行うことができる。
【００３９】
上記第２、第３および第４発明法において、熱間圧延後のスケールを低減するのが好ましい。そこで第２、第３、および第４発明法の第１の態様として、熱間圧延時のα単相域またはα＋γ二相域において、高圧水によるデスケーリングを施すのが好ましい。このデスケーリングは、上記第１発明法における第３の態様と同様である。
【００４０】
また第２、第３および第４発明法において、熱間圧延後、再結晶焼鈍までの間でスケールを還元するのが好ましい。そこで第２の態様として、熱間圧延された走行中の鋼帯を還元性雰囲気にさらすのが好ましい。
具体例を示すと、図４および図５のように、熱間圧延された鋼帯１の通過ラインに還元パッド２２を設け、還元パッド２２内を水素等の還元性雰囲気にして、鋼帯１を通過させることで、表面酸化スケールを還元することができる。
【００４１】
高温の鉄酸化物は水素含有雰囲気で還元されるが、熱延鋼帯の表面酸化スケールを熱延後のオンラインで通板中に還元除去するのは、還元所要時間および通板速度から導出される還元装置の長さが膨大なものとなり、実用的には不可能とされていた。
しかし本発明者らの実験結果、鋼板表面の１〜３μｍ厚さのスケールが、８００℃程度の温度で２秒以内に還元除去されることが判明した。その理由を解明すべく詳細な実験観察を行ったところ、厚さ１μｍ以上の比較的厚いスケールは、水素ガスに接触する表面から還元が進行して還元鉄層が形成されるが、還元による体積減少に伴い、限界の厚さを超えた還元鉄層には厚さ方向にクラックが発生する。すると、このクラックを通して侵入する水素ガスによってスケールが還元されるので、還元鉄層を拡散してくる水素による還元に比べてはるかに高速でスケール還元が進行していくことが判明した。
【００４２】
第２、第３および第４発明法の第２の態様はこの実験事実に基づくものであり、熱間圧延後にストリップ状で通板中の鋼帯を、熱間圧延ラインのインラインにて還元することができる。
この第２の態様を行うにあたり、熱間圧延において上記第１の態様を行っておくのがより効果的である。
【００４３】
さらに第２、第３および第４発明法において、再結晶焼鈍工程でのスケール発生を抑制あるいは防止し、さらにはスケールを還元するのが好ましい。そこで第３の態様として、再結晶焼鈍を還元性雰囲気にて行うのが好ましい。
具体例を示すと、再結晶焼鈍を誘導加熱で行う場合は、図４のように誘導加熱装置２７の部分をシールカバー２３で囲み、内部を水素ガスなどの還元性雰囲気とする。再結晶焼鈍を通電加熱で行う場合は、図５のように、通電ロール２４および２５とトランス２６の部分をシールカバー２３で囲み、同様に還元性雰囲気とする。
【００４４】
この第３の態様を行うにあたり、熱間圧延において上記第１の態様を行っておくのがより効果的である。また、熱間圧延と再結晶焼鈍の間において上記第２の態様を行っておくのもより効果的である。さらに、熱間圧延において第１の態様を行い、かつ、熱間圧延と再結晶焼鈍の間において上記第２の態様を行っておくのがより一層効果的である。
【００４５】
図４および図５は、第３発明および第４発明法について、第１の態様、第２の態様および第３の態様を連続して行う例である。素材の鋼帯１を熱間圧延機２で連続圧延し、最終圧延機３より前で高圧水デスケ装置４によりデスケーリングを行う。デスケーリングを行うときの鋼帯１は、α単相域またはα＋γ二相域であり、最終圧延機３での圧延時もα単相域またはα＋γ二相域である。続いて水素等の還元性雰囲気にした還元パッド２２を通過させ、スケールを還元する。
【００４６】
その後、シールカバー２３で還元性雰囲気に維持された加熱装置を通し、図４では誘導加熱により、図５では通電加熱によりそれぞれ再結晶焼鈍を行う。その後、冷却水槽１４に通し、走行中の鋼帯に通電ロール１５を接触させ、絶縁ロール１８で支持しつつ、冷却スプレー１６から冷却水をスプレーし、対向する電極１７との間に電圧を付与し、鋼板の単位面積当たり１×１０-5〜１０A/cm2 の直流または交流を印加し、リンスノズル１９により洗浄し水切ノズル２０水を切って巻取機２１でコイル６に巻き取る。このとき、冷却スプレー１６からの冷却水は第３発明では中性でもよく、第４発明法ではｐＨ−２〜４とする。
なお第２発明法は、冷却水槽１４においてｐＨが−２〜４の冷却水に浸漬するか、あるいは該冷却水をスプレーする。
【００４７】
【実施例】
（第１発明例） Ｃ含有量０．０４重量％の低炭素鋼スラブを、粗圧延に引き続き仕上圧延を行って厚さ０．５mmの鋼帯とした。熱延ラインでは一部について、図１のように高圧水デスケ装置４により５．０MPa の高圧水噴射を行った。このときの鋼帯組織はα単相であった。高圧水噴射しなかった場合の鋼帯はα相が１５％以上のα＋γ二相組織であった。熱延後は非酸化性雰囲気で巻取機５によりコイル６とし、コイル状で再結晶焼鈍を行った。
【００４８】
再結晶焼鈍は図２のような変圧器式の通電加熱により、７００℃から８５０℃まで５分で加熱し、８５０℃で１０分間保定した。通電終了後の炉内には、雰囲気ガス供給系１０により水素１０％窒素９０％の還元性ガスを供給し、一定の雰囲気組成で一定の圧力になるように維持した。また、ガス供給系１０と排気装置１１を連動させ、圧力差０．０１MPa 、ピッチ１分の圧力スイングを行った。
焼鈍後のコイル６は直ちに冷却装置に移し、図３のように、非酸化性雰囲気のシールカバー１３内で巻戻機１２に装着し、巻き戻して冷却水槽１４に通板し、ストリップ状で水冷した。冷却水は塩酸を加えてｐＨを調整した。また、冷却中の鋼帯１への印加電流も調整した。
【００４９】
得られた鋼板は、平均ｒ値が１．０〜１．２の範囲の良好な材質であった。また鋼帯コイルを展開して表面観察し、残存スケール厚を測定した。その結果、表１に示すように、第１発明例１〜６はいずれも残存スケール厚が０であり、肉眼的にもスケール残りは認められなかった。
第１発明例７および８は、焼鈍後の冷却時、ｐＨ５．２の冷却水をスプレーし鋼帯に電流を印加しなかったもので、いずれもスケールが残存したが、連続酸洗ラインにて塩酸により容易に除去できた。
【００５０】
【表１】
（第２発明例） 第１発明例と同じ成分のスラブを、粗圧延に引き続き仕上圧延を行い厚さ０．５mmの鋼帯とし、図４および図５に示すような設備により、ストリップ状で再結晶焼鈍を行い冷却した。熱延では、第１発明例と同様、一部については高圧水デスケ装置４により５．０MPa の高圧水噴射を行った。このときの鋼帯組織はα単相であった。高圧水噴射しなかった場合の鋼帯はα相が１５％以上のα＋γ二相組織であった。
最終圧延機３を出た直後の鋼帯を、水素２５％の水素＋窒素雰囲気とした還元パッド２２内に１秒間通板してスケールを還元したのち、図４の例では誘導加熱装置２７の間を通し、図５の例では変圧器式の通電加熱により、いずれも９００℃まで加熱し再結晶焼鈍した。シールカバー２３内は水素１％窒素９９％の雰囲気として行った。加熱後は、保定することなく冷却水槽１４で、電流を印加せず冷却スプレー１６により冷却した。
【００５２】
得られた鋼板は、第１発明例と同様、平均ｒ値が１．０〜１．２の範囲の良好な材質であった。また鋼帯コイルを展開して表面観察し、残存スケール厚を測定した。その結果、表２に示すように、第２発明例はいずれも残存スケール厚が０であり、肉眼的にもスケール残りは認められなかった。
比較例１および２は、焼鈍後の冷却時、冷却水のｐＨが第２発明法の条件をはずれたもので、いずれもスケールが残存した。
【００５３】
【表２】
（第３発明例および第４発明例） 上記第２発明例と同じ条件で、図４および図５に示すような設備により再結晶焼鈍までを行い、その後、冷却水槽１４で通電ロール１５と電極１７の間に電流を印加しつつ、冷却スプレー１６により冷却した。
得られた鋼板は、第１発明例と同様、平均ｒ値が１．０〜１．２の範囲の良好な材質であった。また鋼帯コイルを展開して表面観察し、残存スケール厚を測定した。その結果、表３に示すように、第３発明例および第４発明例はいずれも残存スケール厚が０であり、肉眼的にもスケール残りは認められなかった。
比較例１および２は、焼鈍後の冷却時に冷却水のｐＨが第２発明例の条件をはずれ、印加した電流条件が第３発明法の条件をはずれたもので、いずれもスケールが残存した。
【００５５】
【表３】
【発明の効果】
本発明法によれば、深絞り加工など各種加工用に使用される低炭素または極低炭素薄鋼板の製造方法において、冷間圧延工程を省略すると共に、連続焼鈍工程が著しく簡略化され、省エネルギーを達成することができる。さらに、酸洗工程も省略可能である。得られた鋼板は、ｒ値および延性の高い材質と優れた表面性状を有する。
したがって、大幅な工程省略、工程簡略化による製造コストの削減、省エネ、製造工期の短縮が達成されるほか、特に環境問題によりますます厳しくなる廃酸処理の不要化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法における熱間圧延工程の説明図である。
【図２】本発明法における鋼帯コイルの再結晶焼鈍工程の説明図である。
【図３】本発明法における焼鈍後の水冷却工程の説明図である。
【図４】本発明法における連続製造工程の説明図である。
【図５】本発明法における別の連続製造工程の説明図である。
【符号の説明】
１…鋼帯 ２…熱間圧延機
３…最終圧延機 ４…高圧水デスケ装置
５…巻取機 ６…コイル
７…コイル焼鈍炉 ８…トランス
９…一次コイル １０…雰囲気ガス供給系
１１…排気装置 １２…巻戻機
１３…シールカバー １４…冷却水槽
１５…通電ロール １６…冷却スプレー
１７…電極 １８…絶縁ロール
１９…リンスノズル ２０…水切ノズル
２１…巻取機 ２２…還元パッド
２３…シールカバー ２４，２５…通電ロール
２６…トランス ２７…誘導加熱装置
Claims (10)
- 低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、α単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、コイルに巻き取り、コイル状にて通電加熱により再結晶焼鈍を行い、その後ｐＨが−２〜４の冷却水で冷却することを特徴とする薄鋼板の製造方法。
- 再結晶焼鈍を行った後の冷却において、冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加することを特徴とする請求項１記載の薄鋼板の製造方法。
- 熱間圧延時のα単相域またはα＋γ二相域において、高圧水によるデスケーリングを施すことを特徴とする請求項１または２記載の薄鋼板の製造方法。
- 再結晶焼鈍において、通電終了後のコイルの雰囲気を還元性雰囲気にすることを特徴とする請求項１、２または３記載の薄鋼板の製造方法。
- 低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、α単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、ストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により再結晶焼鈍を行い、その後、ｐＨが−２〜４の冷却水で冷却することを特徴とする薄鋼板の製造方法。
- 低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、α単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、ストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により再結晶焼鈍を行い、その後の冷却において、冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加することを特徴とする薄鋼板の製造方法。
- 低炭素鋼または極低炭素鋼の素材を熱間圧延し、α単相域またはα＋γ二相域で最終圧延を行って厚さ３．０mm以下の鋼帯とし、ストリップ状にて誘導加熱または通電加熱により再結晶焼鈍を行い、その後の冷却において、ｐＨが−２〜４の冷却水中で鋼板の単位面積当たり１×１０−５〜１０A/cm２ の直流または交流を印加することを特徴とする薄鋼板の製造方法。
- 熱間圧延時のα単相域またはα＋γ二相域において、高圧水によるデスケーリングを施すことを特徴とする請求項５、６または７記載の薄鋼板の製造方法。
- 熱間圧延された走行中の鋼帯を、還元性雰囲気にさらすことを特徴とする請求項５、６、７または８記載の薄鋼板の製造方法。
- 再結晶焼鈍を還元性雰囲気にて行うことを特徴とする請求項５、６、７、８または９記載の薄鋼板の製造方法。
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