JP5534319B2 - 酸洗性および加工性に優れた熱延鋼板の製造方法 - Google Patents
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素材となる厚さ200mm程度のスラブは、加熱炉(図示せず)にて、例えば、1200〜1300℃に加熱されている。その後、表面に生成したスケールを高圧水デスケーリング装置(図示せず)にてデスケーリングした後、粗圧延機1にて厚さ25〜45mm程度まで薄くする。続いて、仕上げ圧延機2にて厚さ1.2〜6.0mm程度まで圧下して圧延を終えた後、ホットランテーブル4上にて冷却し、コイラー5にて巻取り、熱延鋼板を得ている。なお、仕上げ圧延機2の入側にも、高圧水デスケーリング装置3が設けられている。
巻取った熱延鋼板は、その後、伸び率0.5〜3%程度の軽圧延(スキンパス)またはレベラーにより、熱延鋼板表面のスケールへクラック(微細な割れ)を導入した後に、酸洗ラインにてスケールを除去するのが一般的である。
1次スケールは粗圧延機1の入側に設置された高圧水デスケーリング装置(図示せず)によって除去される。その後に生成した2次スケールは、仕上げ圧延機2の入側に設置された高圧水デスケーリング装置3によりほとんどの場合除去され、均質な3次スケールが圧延材の表面に生成する。
赤スケールとは、高圧水デスケーリングによって除去されなかった2次スケールが、鋼帯表面に帯状、あるいは縞状に残存して模様として観察されるものである。
一方、仕上げ圧延中に生成した3次スケールは鋼板と一緒に圧延されるが、鋼板表面温度が高い場合には、仕上げ圧延中に3次スケールが剥離し、仕上げ圧延機の第2列スタンドロールに巻き付き、これに起因して鋼板の表面にスケールの噛込み疵が発生したり、鋼板表面の肌荒れが生じる場合がある。
前述のように、熱延鋼板に軽圧延(スキンパス)またはレベラーを施すことにより表面に生成したスケールへクラック(微細な割れ)を導入するのは、酸液がクラックに入り込み酸とスケールの化学反応が促進され、スケール除去を効率的に進むためである。
例えば特許文献1では、仕上げ圧延開始前にデスケーリングを実施した後、仕上げ圧延終了温度、巻取温度(550℃以下)、仕上げ圧延終了から巻取までの時間を特定範囲に制御することにより、スケールが薄く(6μm以下)酸洗性に優れた熱延鋼板の製造方法を提案している。
しかしながら、これらは、コイル長手方向、幅方向で材質がばらつく欠点がある。
一方、加工性を重視するため高温巻取りを行うと、スケールが厚く成長しやすく、酸洗性の点で不利である。
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、熱延鋼板を製造する際に、熱延鋼板の酸洗性が良好で、かつ機械的特性も良好な熱延鋼板を得ることができる製造方法を提供することを目的とする。
なお、熱延鋼板の組成が、さらにCu:0.01〜0.30%、Ni:0.01〜0.20%、Ti:0.01〜0.20%、Nb:0.01〜0.20%、B:0.0005〜0.005%の1種または2種以上を含有するものあってもよい。
3:高圧水デスケーリング装置 4:ホットランテーブル
5:コイラー
また、EPMAによりスケール/地鉄の界面を詳細に分析した結果、熱延鋼板に含有されるSi量に応じ、一次スケールをデスケーリングした後の仕上げ圧延以降で、地鉄/スケール界面にFe−Si系の酸化物が形成されることがわかった。
そこで、所定量のSiを含有するスラブを熱延する際に、熱間仕上げ圧延機の出側の鋼板温度と巻取り温度を規定して巻取り後の熱延鋼板のスケールと地鉄界面にFe−Si系の酸化物を積極的に形成させれば、酸洗効率が向上すると推測し、本発明に到達した。
なお本発明は、熱延鋼板や本素材を基材鋼とした冷延鋼板およびめっき鋼板の表面性状に関するものであり、冷延鋼板の焼鈍方法やめっき方法の種類を特定するものではない。
C:0.30%以下
Cは強度を確保するために有効な元素である。添加量が多くなると加工性が低下するとともにスケール剥離が不均一となり疵を発生しやすくなるため、上限値を0.30%とした。
Siは一般に脱酸と鋼の強化のために添加される。Si量の増加に伴ってスケール層と地鉄界面に生成するFe−Si系の酸化物の濃化が進み、酸洗性が向上する。0.05%以下では、Fe−Si系酸化物の濃化が不十分であり酸洗性が劣る。
一方、Si量が多くなると、表面肌がスケールの噛み込み疵や赤スケールにより、酸洗性が悪くなるため上限値を0.40%以下とした。
Mnは強度の改善に添加される元素である。しかし、Mn含有量が1.0%を超えても、添加量に伴い強度は増大するものの加工性を劣化させる。したがって、1.0%を上限とした。
Pは高強度化に有効な合金元素である。また、Pの増加にともなって、スケール層と地鉄界面にFe−Si−P系の酸化物が生成し濃化する。P系の酸化物は、共晶温度を低下させ液相が増加するため、スケールの剥離性は良好となる。しかし、0.04%を超えて含有させてもスケールの剥離性におよぼす効果は飽和するとともに、粒界脆化が起こりやすくなり加工性が劣化する。したがって、0.04%を上限とした。
Sは多量に含有すると冷間または熱間加工性を害するので、可能な限り少ないことが好ましいが、通常不可避的に含有される0.02%以下であれば本発明上何ら問題はない。
Al:0.005〜0.10%
Alは脱酸剤として添加されるが、十分な脱酸効果を得るためには酸可溶Alとして0.005%以上の添加が必要である。Al脱酸の効果は0.10%で飽和しそれ以上に添加しても却って鋼材のコストの上昇を招く。
Cuは地鉄からスケール界面、スケール層内に拡散し融点も低いため、デスケーリングの際にスケールの剥離性が向上する。このため、必要に応じて添加する。しかし、添加量が0.01%未満であると濃化層の地鉄界面側に十分濃化しない。しかし、0.30%を超えると熱間圧延の際に脆化しやすくなる。
Niは地鉄とスケール界面に濃化し、スラブ加熱時のCu溶融によるスラブの脆化を防止する作用を有するので、必要に応じて添加する。Ni含有量は、0.01%未満であると濃化層の地鉄界面側に十分濃化しない。しかし、0.20%を超えると熱間圧延の際に脆化しやすくなるとともに、表面性状が悪化する。
TiはC、SおよびNと化合し析出物を形成し、析出強化により鋼帯の高強度化に有効な元素である。さらにこれらの析出物により溶接熱影響部の加工歪の回復を抑制するとともに、溶接加熱時の固溶、再析出により熱影響部の軟化が防止できるので、必要に応じて添加する。添加量が0.01%に満たないと顕著な効果は発現しない。しかし、0.20%を超えて添加しても、その効果が飽和するとともに製造コストの上昇を招く。
NbはTiと同様にCと化合し析出物を形成し、析出強化により鋼帯の高強度化に有効な元素であるとともに、鋼板の金属組織を微細化して強度を向上させる。さらに溶接部においては、Tiの効果と同様に析出物により溶接熱影響部の加工歪の回復を抑制するとともに固溶、再析出により熱影響部の軟化が防止できるので、必要に応じて添加する。添加量が0.01%に満たないと顕著な効果は発現しない。しかし、0.20%を超えて添加しても、その効果が飽和するとともに製造コストの上昇を招く。
Bは、時効性や焼入れ性を改善するために必要に応じて添加する。Bの添加量が0.0005%未満では添加効果がなく、0.005%を超えると効果が飽和し経済的に不利となる。
熱延仕上げ圧延の出側温度は、スケール厚さに大きく影響を与える。従って、スケール厚さを薄くするためには、仕上げ出側温度は極力低いほうが望ましい。一方、仕上げ圧延出側温度がAr3点未満では、2相(ガンマ+フェライト)域圧延となりフェライト粒が粗大化し表面肌が劣化し、加工性が劣化する。
スケール厚さの観点では、巻取り温度は低いほど好ましい。しかし、巻取り温度が低くなると機械的特性が劣化する。特に、伸びの低下により加工性が悪くなることから、巻き取り温度の下限を550℃以上とした。上限は、フェライト粒や炭化物の成長により機械的特性を劣化させることから700℃以下とした。
試験方法としては、60℃に加熱した濃度10%の塩酸中に試験片を浸漬し、浸漬時間を変化させてスケールの残存面積率が0%になった時間を酸洗完了時間とした。
鋼種No.1、No.2のSi添加量が少ない鋼では、酸洗完了時間が120秒、75秒と非常に長くかかった。それに対し、No.10鋼は30秒で酸洗が完了している。これらの3とおりの鋼では、スケール厚さはほぼ同等である。EPMA分析結果では、No.1鋼およびNo.2鋼はいずれもFe−Si系酸化物の鋼板表面のスケールと地鉄界面への生成は認められなかったが、No.10鋼ではFe−Si系酸化物が認められた。
鋼種No.3〜No.9のSi添加量が0.05〜0.40%のものについては、酸洗完了時間が30〜40秒と非常に短時間となった。
これらのEPMA分析結果では、いずれも鋼板表面のスケールと地鉄界面へFe−Si系酸化物の生成が認められた。なおスケール厚さは6.0〜10μmであった。
表1に示す鋼種No.3、No.4、No.7を用いて、上述の実験工程により熱延鋼板を作製した。熱延条件のうち、仕上げ圧延機出側の温度は共通とし、巻取り温度を2水準変化させた。
作製した熱延鋼板よりJIS5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241に準拠した引張試験を実施して降伏強度(YS)、引張強さ(TS)、全伸びを測定した。その結果、本発明の範囲内で作製した熱延鋼板の全伸びは、550℃以下の低温巻取り材よりも4〜6%高い値を示した。
Claims (2)
- 質量%で、C:0.001〜0.30%、Si:0.05〜0.40%、Mn:0.5%以下、P:0.04%以下、S:0.02%以下、酸可溶性Al:0.005〜0.10%を含有し、かつ残部がFeおよび不可避的不純物の組成を持つ鋼を連続鋳造した後に熱間圧延する際に、熱間圧延仕上げ圧延機出側の温度をAr3点以上、巻取り温度550〜700℃とし、鋼板表面に膜厚6〜10μmのスケールと、当該スケールと地鉄界面にFe−Si系酸化物を形成することを特徴とする酸洗性および加工性に優れた熱延鋼板の製造方法。
- 熱延鋼板の組成が、さらにCu:0.01〜0.30%、Ni:0.01〜0.20%、Ti:0.01〜0.20%、Nb:0.01〜0.20%、B:0.0005〜0.005%の1種または2種以上を含有するものである請求項1に記載の酸洗性および加工性に優れた熱延鋼板の製造方法。
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