JP5271981B2 - 酸洗性に優れたＳｉ含有熱延鋼板の製造方法および酸洗方法 - Google Patents
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Description
本発明は、Ｓｉ含有熱延鋼板の酸洗技術に関するものである。
熱間圧延によって薄鋼板を製造するには、スラブを加熱炉で加熱した後、粗圧延および仕上げ圧延によって所定の板厚まで圧延し、更に水冷帯（水冷ゾーン）が配置されたホットランテーブル上で所定温度まで水冷し、コイル状に巻取るようにされる。
近年、自動車用途を中心に広く使用されている高強度鋼板では、強度を確保するためにＳｉが比較的多く添加されるのが一般的である。Ｓｉを多く含む鋼板に対して通常の熱間圧延を施すと、表層部にはスケール（酸化スケール）、ＳｉやＭｎが濃縮した層（Ｓｉ，Ｍｎ濃縮層）が形成される他、粒界酸化部（後記図１、２参照）が数μｍ〜数十μｍの深さで生じることが知られている。
これらスケール、Ｓｉ，Ｍｎ濃縮層および粒界酸化部が酸洗後に残っていると、酸洗後の冷間圧延において鋼板の粒界酸化部が剥離し、剥離した鋼片によって押し疵が発生し、鋼板の表面性状を悪化させる。特に、Ｓｉ，Ｍｎ濃縮層および粒界酸化部は、通常の酸洗によっては除去できない。
こうしたことから、酸洗性を強化するために、これまでにも様々の技術が提案されている。こうした技術として、例えば特許文献１には、酸洗促進剤としてのメルカプト酢酸を硫酸に加えた混酸を用いた鋼板の酸洗が開示されている。また、特許文献２には、塩酸濃度を８０〜２００ｇ／Ｌ（リットル）とし、液温を８０〜９５℃とした酸洗液を用いて酸洗性を高める技術が提案されている。
一方、特許文献３には、複数の酸洗槽が直列配置された連続式酸洗設備によって、熱延鋼帯を塩酸酸洗するに当り、少なくとも最終の酸洗槽では、塩酸濃度：３〜１０質量％、酸化剤濃度：０．０５〜５質量％未満の水溶液を用い、最先の酸洗槽を含む残りの酸洗槽では、塩酸濃度：３〜１０質量％、酸化剤濃度：０．０５〜５質量％未満の水溶液を用いて酸洗する技術が提案されている。また、酸化剤として、過酸化水素、過マンガン酸カリウム、重クロム酸塩、硝酸、硝酸塩、亜硝酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩等が例示されている。
これまで提案されている各種技術では、酸化促進剤や酸化剤を添加することや、酸洗水溶液温度を上げる等の工夫がなされている。しかしながら、Ｓｉ，Ｍｎ濃縮層および粒界酸化部を除去する技術として、必ずしも十分ではない。
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その第１の目的は、酸洗性に優れたＳｉ含有熱延鋼板を製造するための有用な方法を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、スケールの少ないＳｉ含有熱延鋼板を得るための有用な酸洗方法を提供することにある。
上記第１の目的を達成することのできた本発明のＳｉ含有熱延鋼板の製造方法とは、Ｃ：０．０４〜０．２％（質量％の意味、鋼の化学成分において以下同じ。）、Ｓｉ：０．１〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない）およびＳ：０．００４％以下（０％を含まない）を夫々含有し、残部が鉄および不可避的不純物であり、熱間圧延されたＳｉ含有鋼板を、Ｏ2を１体積％未満に制御した窒素雰囲気中で、７００℃以上に５〜６０分加熱処理する点に要旨を有するものである。
本発明の製造方法により効果を有効に発揮させるためには、熱間圧延した後、巻取りをしたＳｉ含有熱延鋼板に対し、前記の加熱処理を行なうことが好ましい。
本発明方法では、対象とする鋼板の上記基本成分は上記の通りであるが、必要によって更に（ａ）Ｎｉ：２％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：２％以下（０％を含まない）およびＢ：０．０１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上、（ｂ）Ｃｒ：２％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：１％以下（０％を含まない）、Ｖ：１％以下（０％を含まない）およびＷ：０．３％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上、（ｃ）Ａｌ：０．０６％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｃａ：０．０３％以下（０％を含まない）およびＭｇ：０．０３％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上、等を含有させることや、（ｄ）Ｎの含有量を０．０１％以下（０％を含まない）に抑制することも有効であり、含有される若しくは抑制される成分に応じて鋼板の特性が更に改善される。
一方、上記第２の目的を達成できた酸洗方法とは、上記のような本発明方法によって得られた熱延鋼板に対して、塩酸濃度：５質量％以上、２０質量％以下、過酸化水素濃度：５質量％以上、８質量％未満で、温度が５０〜７５℃の水溶液を用いて酸洗する点に要旨を有するものである。
本発明によれば、熱間圧延後に、酸素（Ｏ2）濃度を適切に抑制した窒素雰囲気中で、所定の条件で加熱処理することによって、Ｓｉ含有熱延鋼板表面に形成される酸化スケール層の形態を適正なものとでき、このような鋼板は酸洗性に優れたものとなる。また、上記方法によって得られた鋼板に対して、塩酸濃度や過酸化水素濃度、および温度を適切に制御した水溶液を用いて酸洗することによって、優れた酸洗性が実現できることになる。
本発明者らは、Ｓｉ含有熱延鋼板の表面が酸洗除去されやすくなる構造について、様々な角度から検討した。その結果、コイル巻取り後に、酸素濃度が抑制された窒素雰囲気で高温加熱すれば、Ｓｉ含有熱延鋼板の表面が酸洗除去されやすい構造になることを見出し、本発明を完成した。
一般的な、コイル巻取り後の熱延（熱間圧延）鋼板の表面は、図１（模式図）に示すような構造となっている。即ち、最表面に表層スケール（非ポーラスな構造）１が形成されると共に、その内側にＳｉ，Ｍｎ濃縮層（非ポーラスな構造）２が形成され、更に鋼板３の表層付近に、Ｓｉ，Ｍｎが軽度に濃縮した粒界酸化部４が形成されている。これら表層スケール１、Ｓｉ，Ｍｎ濃縮層２および粒界酸化部４は、いずれも通常の酸洗によっては除去しにくいものである。
これに対し、コイル巻取り後に、酸素濃度が抑制された窒素雰囲気で高温加熱すれば、下記（１）〜（３）のような現象が起こり、酸洗性が良好になるものと考えられる。
（１）表層スケール１を構成する酸素が、母材（鋼板３）側に拡散し、表層スケール１がポーラス（酸素欠乏）な構造になり、酸洗除去されやすくなる。
（２）Ｓｉ，Ｍｎ濃縮層２を構成する酸素が、母材（鋼板３）側に拡散し、Ｓｉ，Ｍｎ濃縮層２がポーラス（酸素欠乏）な構造になり、酸洗除去されやすくなる。
（３）粒界酸化部４のＳｉ，Ｍｎが更に局部的に濃縮する一方、Ｓｉ，Ｍｎが欠乏した純鉄に近い組成を有する構造（Ｓｉ，Ｍｎ欠乏層）も部的に形成され、このＳｉ，Ｍｎ欠乏層酸洗除去されやすくなる。
（１）表層スケール１を構成する酸素が、母材（鋼板３）側に拡散し、表層スケール１がポーラス（酸素欠乏）な構造になり、酸洗除去されやすくなる。
（２）Ｓｉ，Ｍｎ濃縮層２を構成する酸素が、母材（鋼板３）側に拡散し、Ｓｉ，Ｍｎ濃縮層２がポーラス（酸素欠乏）な構造になり、酸洗除去されやすくなる。
（３）粒界酸化部４のＳｉ，Ｍｎが更に局部的に濃縮する一方、Ｓｉ，Ｍｎが欠乏した純鉄に近い組成を有する構造（Ｓｉ，Ｍｎ欠乏層）も部的に形成され、このＳｉ，Ｍｎ欠乏層酸洗除去されやすくなる。
本発明を適用したときのコイル巻取り後の熱延鋼板表面の構造を模式的に図２に示す。即ち、ポーラスな構造の表層スケール１ａが形成されると共に、その内側に存在していたＳｉ，Ｍｎ濃縮層（非ポーラスな構造）２（前記図１）が殆どなくなり、更に鋼板３の表層付近で、Ｓｉ，Ｍｎ濃縮層２からＳｉ，Ｍｎが濃縮した部分５が形成されると共に、Ｓｉ，Ｍｎ欠乏層６が形成されることになる。これら表層スケール１ａ、Ｓｉ，Ｍｎが濃縮した部分５、Ｓｉ，Ｍｎ欠乏層６は、いずれも通常の酸洗によっても除去されやすいものとなる。
本発明のＳｉ含有熱延鋼板を製造するためには、その製造条件を厳密に規定する必要があるが、これらの要件を規定した理由は次の通りである。
［Ｏ2を１体積％未満に制御した窒素雰囲気］
雰囲気中の酸素（Ｏ2）濃度が１体積％以上になると、熱処理中に酸素が鋼板表面から供給されやすくなり、粒界酸化部において、Ｓｉ，Ｍｎ欠乏層が形成されにくくなる。尚、本発明において熱処理雰囲気を窒素雰囲気とするのは、酸素供給源となる酸化層を付けすぎないという理由からである。
雰囲気中の酸素（Ｏ2）濃度が１体積％以上になると、熱処理中に酸素が鋼板表面から供給されやすくなり、粒界酸化部において、Ｓｉ，Ｍｎ欠乏層が形成されにくくなる。尚、本発明において熱処理雰囲気を窒素雰囲気とするのは、酸素供給源となる酸化層を付けすぎないという理由からである。
［熱処理温度：７００℃以上］
熱処理温度が７００℃未満では、酸素の拡散が不十分となり、粒界酸化部において、Ｓｉ，Ｍｎ欠乏構造（図２に示したＳｉ，Ｍｎ欠乏層６）が形成されにくくなる。この熱処理温度は７５０℃以上であることが好ましいが、あまり高くなり過ぎると、ポーラスとはいえ、スケール層（図２に示した表層スケール１ａ）が厚くなり過ぎ、その下層まで酸素が供給されにくくなり、粒界酸化部においてＳｉ，Ｍｎが濃縮した部分５、更にはＳｉ，Ｍｎ欠乏層６が形成されにくくなる。こうした観点から、加熱温度は１０００℃以下（より好ましくは９００℃以下）とすることが好ましい。
熱処理温度が７００℃未満では、酸素の拡散が不十分となり、粒界酸化部において、Ｓｉ，Ｍｎ欠乏構造（図２に示したＳｉ，Ｍｎ欠乏層６）が形成されにくくなる。この熱処理温度は７５０℃以上であることが好ましいが、あまり高くなり過ぎると、ポーラスとはいえ、スケール層（図２に示した表層スケール１ａ）が厚くなり過ぎ、その下層まで酸素が供給されにくくなり、粒界酸化部においてＳｉ，Ｍｎが濃縮した部分５、更にはＳｉ，Ｍｎ欠乏層６が形成されにくくなる。こうした観点から、加熱温度は１０００℃以下（より好ましくは９００℃以下）とすることが好ましい。
［熱処理時間：５〜６０分］
熱処理時間が５分未満では、酸素の拡散が不十分となり、粒界酸化部において、Ｓｉ，Ｍｎ欠乏構造（図２に示したＳｉ，Ｍｎ欠乏層６）が形成されにくくなる。この熱処理時間は１０分以上であることが好ましいが、あまり長く熱処理を施すと、生産性が低下することになるので、６０分以下とする必要がある（好ましくは３０分以下）。
熱処理時間が５分未満では、酸素の拡散が不十分となり、粒界酸化部において、Ｓｉ，Ｍｎ欠乏構造（図２に示したＳｉ，Ｍｎ欠乏層６）が形成されにくくなる。この熱処理時間は１０分以上であることが好ましいが、あまり長く熱処理を施すと、生産性が低下することになるので、６０分以下とする必要がある（好ましくは３０分以下）。
本発明方法は、熱間圧延後の熱処理条件を規定したものであるが、熱間圧延処理は常法に従って行えばよい。例えば、鋼片（スラブ）を加熱するときの加熱温度は、仕上げ温度確保の観点から１０００〜１３００℃とすることが好ましい。また、熱間圧延の仕上げ温度は、加工性を阻害する集合組織を形成させないという観点から８００〜９５０℃の温度範囲とし、仕上げ圧延後の冷却速度はパーライトの生成を抑制するため３０〜１２０℃／秒程度とすることが好ましい（より好ましくは５０〜１００℃／秒程度）。
本発明は、巻取りを行った後に、鋼板表面の構造を適切に制御することを想定したものであるが、巻取りを行う場合の温度（巻取り温度）については、５５０〜７５０℃程度であることが好ましい。巻取り温度が５５０℃未満の場合は、ヘマタイトが生成して酸素供給過剰となる。一方、巻取り温度が７５０℃を超えると、スケールが付きすぎて酸素供給過剰になる。より好ましくは、６００℃以上、７００℃以下である。
本発明では、熱間圧延後（および巻取り後）、熱処理条件を適切に制御することによって、酸洗性に優れた鋼板を得るものであり、この鋼板の化学成分組成については、高強度鋼板としての特性を満足するものであればよい。こうした観点から、基本成分として、Ｃ：０．０４〜０．２％、Ｓｉ：０．１〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない）およびＳ：０．００４％以下（０％を含まない）を夫々含有するものが挙げられる。各元素の添加理由は、以下の通りである。
［Ｃ：０．０４〜０．２％］
Ｃは鋼材（即ち、鋼板）の強度を高めるのに有効な元素である。Ｃ含有量が０．０４％未満では、自動車用の高強度のニーズに応えることができなくなり、一方、Ｃ含有量が０．２％を超えて過剰になると、冷間加工性が低下する。好ましいＣ含有量は、０．０６％以上、０．１５％以下である。
Ｃは鋼材（即ち、鋼板）の強度を高めるのに有効な元素である。Ｃ含有量が０．０４％未満では、自動車用の高強度のニーズに応えることができなくなり、一方、Ｃ含有量が０．２％を超えて過剰になると、冷間加工性が低下する。好ましいＣ含有量は、０．０６％以上、０．１５％以下である。
［Ｓｉ：０．１〜３．０％］
Ｓｉは鋼材の強度を発現しつつ、延性や加工性を確保できる重要な元素である。本発明で対象とする鋼板では、強度確保に最低限必要なＳｉ量としてその含有量は０．１％とした。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰となると、延性を損なうので３．０％以下とした。好ましいＳｉ含有量は、０．３％以上、２．８％以下である。
Ｓｉは鋼材の強度を発現しつつ、延性や加工性を確保できる重要な元素である。本発明で対象とする鋼板では、強度確保に最低限必要なＳｉ量としてその含有量は０．１％とした。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰となると、延性を損なうので３．０％以下とした。好ましいＳｉ含有量は、０．３％以上、２．８％以下である。
［Ｍｎ：０．１〜３．０％］
Ｍｎは鋼材の強度および靭性を確保するために有用な元素である。こうした効果を発揮させるためには、少なくとも０．１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、延性が劣化するので３．０％以下とする必要がある。好ましいＭｎ含有量は、０．３％以上、２．８％以下である。
Ｍｎは鋼材の強度および靭性を確保するために有用な元素である。こうした効果を発揮させるためには、少なくとも０．１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、延性が劣化するので３．０％以下とする必要がある。好ましいＭｎ含有量は、０．３％以上、２．８％以下である。
［Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない）］
Ｐは不可避的に含有される元素であるが、微量のＰの存在はセメンタイトの析出を遅延させ変態を抑制するのに有効に作用する。しかしながら、Ｐ含有量が０．０２％を超えて過剰になると、延性の低下と共に、めっき密着性（例えば、溶融亜鉛めっき）の悪化を招くので、その上限を０．０２％に止める必要がある。Ｐ含有量は、好ましくは０．０１％以下にするのが良い。尚、工業生産上、鋼材中のＰ含有量を０％にすることは困難である。
Ｐは不可避的に含有される元素であるが、微量のＰの存在はセメンタイトの析出を遅延させ変態を抑制するのに有効に作用する。しかしながら、Ｐ含有量が０．０２％を超えて過剰になると、延性の低下と共に、めっき密着性（例えば、溶融亜鉛めっき）の悪化を招くので、その上限を０．０２％に止める必要がある。Ｐ含有量は、好ましくは０．０１％以下にするのが良い。尚、工業生産上、鋼材中のＰ含有量を０％にすることは困難である。
［Ｓ：０．００４％以下（０％を含まない）］
Ｓは不可避的に含有される元素であるが、硫化物系介在物のＭｎＳを形成し、これが鋼材の熱間圧延時に偏析することにより、鋼材を脆化させるので、その上限を０．００４％とする必要がある。Ｓ含有量は、好ましくは０．００３％以下にするのが良い。尚、工業生産上、鋼材中のＳ含有量を０％にすることは困難である。
Ｓは不可避的に含有される元素であるが、硫化物系介在物のＭｎＳを形成し、これが鋼材の熱間圧延時に偏析することにより、鋼材を脆化させるので、その上限を０．００４％とする必要がある。Ｓ含有量は、好ましくは０．００３％以下にするのが良い。尚、工業生産上、鋼材中のＳ含有量を０％にすることは困難である。
上記の化学成分組成以外の成分は、実質的に鉄である。残部が実質的に鉄の場合、不可避的不純物（例えば、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不純物（Ｏ，Ｎ等））が鋼板中に含まれることは、当然に許容される。
本発明で対象とする鋼材には、必要に応じて（ａ）Ｎｉ：２％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：２％以下（０％を含まない）およびＢ：０．０１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上、（ｂ）Ｃｒ：２％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：１％以下（０％を含まない）、Ｖ：１％以下（０％を含まない）およびＷ：０．３％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上、（ｃ）Ａｌ：０．０６％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｃａ：０．０３％以下（０％を含まない）およびＭｇ：０．０３％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上等を含有させることや、（ｄ）Ｎの含有量を０．０１％以下（０％を含まない）に抑制することも有効であり、含有される若しくは抑制される成分に応じて鋼板の特性が更に改善される。これらの元素を含有若しくは抑制するときの範囲限定理由は以下の通りである。
［Ｎｉ：２％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：２％以下（０％を含まない）およびＢ：０．０１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上］
Ｎｉ，Ｃｕ，ＭｏおよびＢは、いずれも焼入れ性を向上させる上で有効な元素である。このうちＮｉは、適量含有させることによって連続焼鈍ライン（ＣＡＬ）、冷却時点でのマルテンサイト比率の増大とマルテンサイトのラス構造を微細化する作用を通じて、次工程の連続溶融亜鉛めっき焼鈍ライン（ＣＧＬ）における二相域再加熱−冷却処理時の焼入れ性を良好にし、冷却後の最終的な複合組織を良好なものとし、各種成形加工性を向上させることができる。こうしたＮｉの効果は微量でも発揮できるが、好ましくは０．１％以上（より好ましくは０．２％以上）であることが好ましい。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であるため、製造コストの観点から２％以下にすることが好ましい。より好ましくは、１．５％以下、更に好ましくは１．０％以下である。
Ｎｉ，Ｃｕ，ＭｏおよびＢは、いずれも焼入れ性を向上させる上で有効な元素である。このうちＮｉは、適量含有させることによって連続焼鈍ライン（ＣＡＬ）、冷却時点でのマルテンサイト比率の増大とマルテンサイトのラス構造を微細化する作用を通じて、次工程の連続溶融亜鉛めっき焼鈍ライン（ＣＧＬ）における二相域再加熱−冷却処理時の焼入れ性を良好にし、冷却後の最終的な複合組織を良好なものとし、各種成形加工性を向上させることができる。こうしたＮｉの効果は微量でも発揮できるが、好ましくは０．１％以上（より好ましくは０．２％以上）であることが好ましい。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であるため、製造コストの観点から２％以下にすることが好ましい。より好ましくは、１．５％以下、更に好ましくは１．０％以下である。
ＣｕもＮｉと同様に焼入れ性を向上させる元素であり、Ｎｉと同様の作用により各種成形加工性を向上させるのに有効に作用する。こうした効果を発揮させるためには、Ｃｕは０．１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．２％以上である。しかしながら、Ｃｕは高価な元素であるため、製造コストの観点から２％以下にすることが好ましい。より好ましくは、１．５％以下、更に好ましくは１．０％以下である。
Ｍｏは、ＮｉやＣｕと同様に焼入れ性を向上する効果があり、Ｎｉと同様の作用により各種成形加工性を向上させるのに有効に作用する。また、Ｍｏは、めっき性を損なうことなく、固溶強化を図る上で有効に作用する元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｍｏは０．１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．２％以上である。しかしながら、Ｍｏは高価な元素であるため、製造コストの観点から、２％以下にすることが好ましい。より好ましくは、１．５％以下、更に好ましくは１．０％以下である。
Ｂは、ＮｉやＣｕと同様に焼入れ性を向上する効果があり、必要に応じて含有される。こうした効果を発揮させるためには、Ｂは０．０００１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０００２％以上である。しかしながら、Ｂを過剰に含有させると、めっき性を劣化させるため、０．０１％以下にすることが好ましい。より好ましくは、０．００５％以下、更に好ましくは０．００１％以下である。
［Ｃｒ：２％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：１％以下（０％を含まない）、Ｖ：１％以下（０％を含まない）およびＷ：０．３％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上］
Ｃｒ，Ｎｂ，ＶおよびＷは、いずれも鋼板の強度向上に有効な元素である。このうちＣｒは、鋼材（鋼板）および冷間鍛造品に強度を付与するために必要に応じて含有させることができる。こうした効果を発揮させるためには、Ｃｒは０．０１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｃｒを過剰に含有させると、延性を損なうので、２％以下にすることが好ましい。より好ましくは、１．０％以下である。
Ｃｒ，Ｎｂ，ＶおよびＷは、いずれも鋼板の強度向上に有効な元素である。このうちＣｒは、鋼材（鋼板）および冷間鍛造品に強度を付与するために必要に応じて含有させることができる。こうした効果を発揮させるためには、Ｃｒは０．０１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｃｒを過剰に含有させると、延性を損なうので、２％以下にすることが好ましい。より好ましくは、１．０％以下である。
Ｎｂは、微量の添加で微細組織を得ることができ、靭性を損なわずに高強度化を図れる元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｎｂは０．００１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．００５％以上である。しかしながら、Ｎｂを過剰に含有させると、炭化物が生成し、マルテンサイトの体積減少或はその析出強化により強度と加工性のバランスが劣化する。こうしたことから、Ｎｂを含有させるときには、その含有量は１％以下にすることが好ましく、より好ましくは、０．５％以下、更に好ましくは０．１％以下である。
Ｖは、Ｎｂと同様に炭化物を生成する元素であり、鋼板の強度向上に寄与する。こうした効果を発揮させるためには、Ｖは０．００１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．００５％以上である。しかしながら、Ｖを過剰に含有させると、コスト高の原因となるだけでなく、鋼板の降伏点（降伏比）を上昇させて加工性を低下させるので、Ｖを含有させるときには、その含有量は１％以下にすることが好ましく、より好ましくは、０．５％以下、更に好ましくは０．１％以下である。
Ｗは、析出強化、フェライト結晶粒の成長抑制による細粒強化、および再結晶の抑制を通じた転位強化により、鋼板の強度向上に寄与する元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｗは０．００１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．００５％以上である。しかしながら、Ｗを過剰に含有させると、炭窒化物の析出を過剰にし、成形性の劣化を招くので、Ｗを含有させるときには、その含有量は０．３％以下にすることが好ましく、より好ましくは、０．２％以下、更に好ましくは０．１％以下である。
［Ａｌ：０．０６％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｃａ：０．０３％以下（０％を含まない）およびＭｇ：０．０３％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上］
Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＭｇは、いずれも脱酸剤として有効に作用する。このうち、Ａｌは、脱酸剤として作用する他、焼きならし加熱の際に、オーステナイト結晶粒の粗大化を防止する効果も発揮する。こうした効果を発揮させるためには、Ａｌは０．０１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０２％以上である。しかしながら、Ａｌを過剰に含有させると、靭性が劣化するので、Ａｌを含有させるときには、その含有量は０．０６％以下にすることが好ましく、より好ましくは０．０５％以下、更に好ましくは０．０４％以下である。
Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＭｇは、いずれも脱酸剤として有効に作用する。このうち、Ａｌは、脱酸剤として作用する他、焼きならし加熱の際に、オーステナイト結晶粒の粗大化を防止する効果も発揮する。こうした効果を発揮させるためには、Ａｌは０．０１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０２％以上である。しかしながら、Ａｌを過剰に含有させると、靭性が劣化するので、Ａｌを含有させるときには、その含有量は０．０６％以下にすることが好ましく、より好ましくは０．０５％以下、更に好ましくは０．０４％以下である。
Ｔｉも、脱酸剤として有効に作用する。こうした効果を発揮させるためには、Ｔｉは０．０１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０２％以上である。しかしながら、Ｔｉを過剰に含有させると、その効果が飽和することに加え、結晶粒が不安定になるため、Ｔｉを含有させるときには、その含有量は０．１％以下にすることが好ましく、より好ましくは、０．０８％以下、更に好ましくは０．０５％以下である。
ＣａおよびＭｇも脱酸に用いられる元素であり、必要によって含有される。こうした効果を発揮させるためには、いずれも０．００２％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．００３％以上である。しかしながら、Ｃａ，Ｍｇを過剰に含有させると、成形性が劣化するので、いずれもその含有量は０．０３％以下にすることが好ましく、より好ましくは、０．０２％以下、更に好ましくは０．０１％以下である。
［Ｎ：０．０１％以下（０％を含まない）］
Ｎは、粗大な窒化物を形成して曲げ性や穴広げ性を劣化させ、且つ溶接時のブローホールの原因となることから、できるだけ抑制することが好ましい。こうした観点から、Ｎは０．０１％以下に抑制することが好ましい。尚、Ｎ含有量は０％にすることは困難であるが、低ければ低いほど良好な特性が発揮できることになる。
Ｎは、粗大な窒化物を形成して曲げ性や穴広げ性を劣化させ、且つ溶接時のブローホールの原因となることから、できるだけ抑制することが好ましい。こうした観点から、Ｎは０．０１％以下に抑制することが好ましい。尚、Ｎ含有量は０％にすることは困難であるが、低ければ低いほど良好な特性が発揮できることになる。
上記のようにして製造される鋼板は、それ自体で酸洗性が良好なものとなる、通常の酸洗条件で良好な酸性性を発揮するものとなる。本発明者らは、こうした鋼板を酸洗したときに、より良好な酸洗性が発揮される条件（酸洗水溶液の組成および温度）についても検討した。その結果、塩酸を所定量含む水溶液中に、特に過酸化水素を５質量％以上含有させたものを用い、その温度を適切に制御した状態で酸洗すれば、酸洗速度がより高められ、極めて優れた酸洗性が発揮できることも見出している。この酸洗水溶液の成分組成および温度制御による作用効果は次の通りである。
［塩酸濃度：５質量％以上、２０質量％以下］
塩酸濃度が５質量％未満では、酸洗速度が遅過ぎて、十分に粒界酸化部を除去できなくなる。しかしながら、塩酸濃度が２０質量％を超えると、過酸洗となって、必要以上に鋼板を溶解させ、酸洗歩留まりが低下することになる。
塩酸濃度が５質量％未満では、酸洗速度が遅過ぎて、十分に粒界酸化部を除去できなくなる。しかしながら、塩酸濃度が２０質量％を超えると、過酸洗となって、必要以上に鋼板を溶解させ、酸洗歩留まりが低下することになる。
［過酸化水素濃度：５質量％以上、８質量％未満］
過酸化水素濃度が５質量％未満では、酸洗速度が遅過ぎて、十分に粒界酸化部を除去できなくなる。しかしながら、過酸化水素濃度が８質量％以上になると、酸洗水溶液の急激な温度上昇によって、温度を適正な範囲（下記）に制御することが困難になる。更に、過酸洗となって、必要以上に鋼板を溶解させ、酸洗歩留まりが低下することになる。
過酸化水素濃度が５質量％未満では、酸洗速度が遅過ぎて、十分に粒界酸化部を除去できなくなる。しかしながら、過酸化水素濃度が８質量％以上になると、酸洗水溶液の急激な温度上昇によって、温度を適正な範囲（下記）に制御することが困難になる。更に、過酸洗となって、必要以上に鋼板を溶解させ、酸洗歩留まりが低下することになる。
［酸洗水溶液温度：５０〜７５℃］
酸洗するときの水溶液の温度が５０℃未満になると、酸洗速度が遅過ぎて、十分に粒界酸化部を除去できなくなる。しかしながら、この温度が７５℃を超えると、塩酸のミストが発生し、周辺設備の腐食等の問題を起こすことになる。更に、過酸洗となって、必要以上に鋼板を溶解させ、酸洗歩留まりが低下することになる。
酸洗するときの水溶液の温度が５０℃未満になると、酸洗速度が遅過ぎて、十分に粒界酸化部を除去できなくなる。しかしながら、この温度が７５℃を超えると、塩酸のミストが発生し、周辺設備の腐食等の問題を起こすことになる。更に、過酸洗となって、必要以上に鋼板を溶解させ、酸洗歩留まりが低下することになる。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
［実施例１］
下記表１に示す化学成分組成の鋼（鋼種Ａ〜Ｖ）を溶製し、溶鋼を鋳造して得られたスラブを１２５０℃に加熱し（温度管理は、熱電対を埋め込んだ測定用スラブを一般スラブと同様に加熱して実測する方法による）、仕上げ温度：８７０〜９００℃で、厚さ：２．６ｍｍまで熱間圧延し、次いで、平均冷却速度：４０℃／秒で冷却した後、コイルに巻取り（巻取り温度：６５０℃）、その後、大気中で放冷却した。
下記表１に示す化学成分組成の鋼（鋼種Ａ〜Ｖ）を溶製し、溶鋼を鋳造して得られたスラブを１２５０℃に加熱し（温度管理は、熱電対を埋め込んだ測定用スラブを一般スラブと同様に加熱して実測する方法による）、仕上げ温度：８７０〜９００℃で、厚さ：２．６ｍｍまで熱間圧延し、次いで、平均冷却速度：４０℃／秒で冷却した後、コイルに巻取り（巻取り温度：６５０℃）、その後、大気中で放冷却した。
コイルから２ｃｍ×２ｃｍに切り出した鋼板小片を、下記表２に示す条件で熱処理を行ない、放冷後、５質量％過酸化水素を含む１５質量％塩酸水溶液で、６０℃×１分間の条件で酸洗した後、表層スケールと粒界酸化部の生成状況および除去状況を、断面光学顕微鏡観察により行ない、除去できている場合を酸洗性良好（酸洗性評価：「○」）、除去できていない場合を酸洗性不良（酸洗性評価：「×」）とした。その結果を加熱条件（雰囲気、水洗水溶液温度、時間）と共に、下記表２に示す。
これらの結果から、次のように考察できた。まず試験Ｎｏ．１のものでは、熱処理後に３０μｍの厚い表層スケールが形成される上、Ｓｉ，Ｍｎ欠乏層が形成されず、酸洗してもこれらの層は除去できない状況であった。試験Ｎｏ．２では、熱処理後に表層スケールは１５μｍと薄かったが、Ｓｉ，Ｍｎ欠乏層が形成されず、酸洗後には表層スケールのみ除去されて、粒界酸化部は除去されていなかった。
試験Ｎｏ．３〜５では、熱処理後に約２０μｍの表層スケールと、約１５μｍの粒界酸化部が形成されていた。そして、粒界酸化物では、Ｓｉ，Ｍｎ欠乏層が形成されており、酸洗後は表層スケールも粒界酸化部も除去されていた。
試験Ｎｏ．６，７では、熱処理後に約２０μｍの表層スケールと、約１５μｍの粒界酸化部が形成されていた。粒界酸化部では、Ｓｉ，Ｍｎ欠乏層が部分的にしか形成されておらず、酸洗後には表層スケールは除去されたものの、粒界酸化部は除去されずに残っていた。
［実施例２］
前記表１に示した化学成分組成の鋼（鋼種Ａ〜Ｖ）を溶製し、溶鋼を鋳造して得られたスラブを１２５０℃に加熱し（温度管理は、熱電対を埋め込んだ測定用スラブを一般スラブと同様に加熱して実測する方法による）、仕上げ温度：８７０〜９００℃で、厚さ：２．６ｍｍまで熱間圧延し、次いで、平均冷却速度：４０℃／秒で冷却した後、コイルに巻取り（巻取り温度：６５０℃）、その後、大気中で放冷却した。
前記表１に示した化学成分組成の鋼（鋼種Ａ〜Ｖ）を溶製し、溶鋼を鋳造して得られたスラブを１２５０℃に加熱し（温度管理は、熱電対を埋め込んだ測定用スラブを一般スラブと同様に加熱して実測する方法による）、仕上げ温度：８７０〜９００℃で、厚さ：２．６ｍｍまで熱間圧延し、次いで、平均冷却速度：４０℃／秒で冷却した後、コイルに巻取り（巻取り温度：６５０℃）、その後、大気中で放冷却した。
コイルから２ｃｍ×２ｃｍに切り出した鋼板小片を、０．５％Ｏ2−Ｎ2雰囲気で、７００℃、６０分熱処理し放冷後、下記表３に示す条件（酸洗水溶液中の塩酸濃度、過酸化水素濃度、温度）で酸洗した。酸洗後の表層スケールと粒界酸化部の生成状況および除去状況を、断面光学顕微鏡観察により行ない、除去できている場合を酸洗性良好（酸洗性評価：「○」）、除去できていない場合を酸洗性不良（酸洗性評価：「×」）とした。その結果を酸洗条件（酸洗水溶液中の塩酸濃度、過酸化水素濃度、温度）と共に、下記表３に示す。
これらの結果から、次のように考察できた。まず試験Ｎｏ．８のものでは、１５％塩酸に過酸化水素を１％添加した酸洗水溶液を用い、５０℃で酸洗を行なったものであるが、表層スケールは除去できなかった。試験Ｎｏ．９は、酸洗水溶液温度を７５℃まで上げたものであるが、表層スケールの一部は除去できたが、粒界酸化部は除去できなかった。
試験Ｎｏ．１０では、１５％塩酸に過酸化水素を３％添加した酸洗水溶液を用い、５０℃で酸洗を行なったものであるが、表層スケールの一部しか除去できず、粒界酸化部は全く除去できなかった。試験Ｎｏ．１１は、酸洗水溶液温度を７５℃まで上げても、粒界酸化部の一部は除去できなかった。
試験Ｎｏ．１２、１３では、１５％塩酸に過酸化水素を５％添加した酸洗水溶液を用い、５０℃、７５℃で酸洗を行なったものであるが、表層スケールも粒界酸化部も完全に除去することができた。また、酸洗中に酸洗水溶液の温度が急激に上昇することもなかった。
試験Ｎｏ．１４では、１５％塩酸に過酸化水素を８％添加した酸洗水溶液を用い、６５℃で酸洗を行なったものであるが、表層スケールも粒界酸化部も完全に除去することができた。また、酸洗中に酸洗水溶液の温度が急激に上昇することもなかった。
試験Ｎｏ．１５では、１５％塩酸に過酸化水素を１０％添加した酸洗水溶液を用い、５０℃で酸洗を行なったものであるが、表層スケールも粒界酸化部も完全に除去することができた。しかしながら、酸洗中に酸洗水溶液の温度が急激に上昇し（７５℃を超える温度）、早期に制御不能となった。
試験Ｎｏ．１６では、３％塩酸に過酸化水素を１０％添加した酸洗水溶液を用い、７５℃で酸洗を行なったものであるが、表層スケールの除去できなかった。
試験Ｎｏ．１７では、５％塩酸に過酸化水素を５％添加した酸洗水溶液を用い、５０℃で酸洗を行なったものであるが、表層スケールも粒界酸化部も完全に除去することができた。
試験Ｎｏ．１８では、５％塩酸に過酸化水素を８％添加した酸洗水溶液を用い、７５℃で酸洗を行なったものであるが、表層スケールも粒界酸化部も完全に除去することができた。また、酸洗中に酸洗水溶液の温度が急激に上昇することもなかった。
試験Ｎｏ．１９では、２０％塩酸に過酸化水素を５％添加した酸洗水溶液を用い、５０℃で酸洗を行なったものであるが、表層スケールも粒界酸化部も完全に除去することができた。また、酸洗中に酸洗水溶液の温度が急激に上昇することもなかった。
試験Ｎｏ．２０では、２０％塩酸に過酸化水素を８％添加した酸洗水溶液を用い、７５℃で酸洗を行なったものであるが、表層スケールも粒界酸化部も完全に除去することができた。また、酸洗中に酸洗水溶液の温度が急激に上昇することもなかった。
試験Ｎｏ．２１では、２５％塩酸に過酸化水素を５％添加した酸洗水溶液を用い、５０℃で酸洗を行なったものであるが、表層スケールも粒界酸化部も完全に除去することができた。しかしながら、酸洗中に酸洗水溶液の温度が急激に上昇し（７５℃を超える温度）、早期に制御不能となった。
１，１ａ 表層スケール
２ Ｓｉ，Ｍｎ濃縮層
３ 鋼板
４ 粒界酸化部
５ Ｓｉ，Ｍｎが濃縮した部分
６ Ｓｉ，Ｍｎ欠乏層
２ Ｓｉ，Ｍｎ濃縮層
３ 鋼板
４ 粒界酸化部
５ Ｓｉ，Ｍｎが濃縮した部分
６ Ｓｉ，Ｍｎ欠乏層
Claims (7)
- Ｃ：０．０４〜０．２％（質量％の意味、鋼の化学成分において以下同じ。）、Ｓｉ：０．１〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない）およびＳ：０．００４％以下（０％を含まない）を夫々含有し、残部が鉄および不可避的不純物であり、熱間圧延されたＳｉ含有鋼板を、Ｏ2を１体積％未満に制御した窒素雰囲気中で、７００℃以上に５〜６０分加熱処理することを特徴とする酸洗性に優れたＳｉ含有熱延鋼板の製造方法。
- 熱間圧延した後、巻取りをしたＳｉ含有熱延鋼板に対し、前記の加熱処理を行なう請求項１に記載のＳｉ含有熱延鋼板の製造方法。
- 前記鋼板は、更にＮｉ：２％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：２％以下（０％を含まない）およびＢ：０．０１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上を含有するものである請求項１または２に記載のＳｉ含有熱延鋼板の製造方法。
- 前記鋼板は、更にＣｒ：２％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：１％以下（０％を含まない）、Ｖ：１％以下（０％を含まない）およびＷ：０．３％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上を含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載のＳｉ含有熱延鋼板の製造方法。
- 前記鋼板は、更にＡｌ：０．０６％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｃａ：０．０３％以下（０％を含まない）およびＭｇ：０．０３％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上を含有するものである請求項１〜４のいずれかに記載のＳｉ含有熱延鋼板の製造方法。
- 前記鋼板は、Ｎの含有量を０．０１％以下（０％を含まない）に抑制したものである請求項１〜５のいずれかに記載のＳｉ含有熱延鋼板の製造方法。
- 請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法によって得られたＳｉ含有熱延鋼板に対して、塩酸濃度：５質量％以上、２０質量％以下、過酸化水素濃度：５質量％以上、８質量％未満で、温度が５０〜７５℃の水溶液を用いて酸洗することを特徴とするＳｉ含有熱延鋼板の酸洗方法。
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