JP5679112B2 - スケール密着性に優れた熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
このような要望に対し、例えば、特許文献1には、熱間圧延し冷却した熱延鋼板を巻き取ったコイルに、550〜450℃で10分以上2時間以下保持し、450℃から1℃/分以上の冷却速度で冷却する処理を施し、表面に、Fe3O4−FeO−Fe3O4の3層構造を示し、地鉄と接するFe3O4層の平均厚さが全スケールの平均厚さの1/5以下である熱延鋼板が記載されている。特許文献1に記載された技術では、地鉄と接するFe3O4層を薄く形成したスケール構造とすることにより、スケール密着性が向上するとしている。
また、特許文献2に記載された熱延鋼板では、地鉄とスケールとの界面での剥離を抑制することができても、スケール表層あるいはスケール内部で生じる剥離までを防止することは困難であるという問題があった。
質量%で、0.002〜0.30%C−0.01〜0.05%Si−0.1〜1.5%Mn−0.01〜0.05%P−0.01〜0.02%S−0.01〜0.09%Al−残部Feからなる組成の鋼素材を、窒素雰囲気中で加熱し、仕上圧延途中で、露点が40〜85℃に調整された雰囲気中に0.5〜15s保持する処理を施し、仕上圧延終了温度:700〜950℃とする熱間圧延を施したのち、噴霧中で巻取温度相当温度まで冷却し、巻取処理を模擬した処理(巻取模擬処理)を施し、表面にスケール層を有する板厚2mmの熱延鋼板を得た。なお、巻取模擬処理は、窒素雰囲気で巻取温度相当温度:650〜450℃の温度に保持された炉中に装入し室温まで炉冷する処理とした。
得られた熱延鋼板から組織観察用試片を採取し、板厚断面について、走査型電子顕微鏡(倍率:1000倍)により、100μm長さにわたりスケール組織を観察し、反射電子像を撮像し、画像処理を用いて、スケール厚さ(平均)、空孔の面積率を測定した。
得られた結果を、剥離スケール面積率と空孔率との関係で、図1に、剥離スケール面積率とスケール厚さとの関係で、図2に示す。
スケール層中に空孔を適正範囲に存在させることにより、スケール密着性が向上する機構については、現在のところ明確になってはいないが、本発明者らは次のように考えている。
(1)表面にスケール層を有する熱延鋼板であって、前記鋼板が、質量%で、C:0.3%以下、Si:0.1%以下、Mn:2.0%以下、P:0.05%以下、S:0.02%以下、Al:0.10%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、前記スケール層が、面積率で0.10〜3.0%の空孔を含み、厚さ:10μm以下であることを特徴とするスケール密着性に優れた熱延鋼板。
(2)(1)において、前記スケール層が、面積率で、50%以上のFe3O4を主相とし、0〜10%のFe2O3を含み、残部Feからなるスケール組成を有することを特徴とする熱延鋼板。
(3)鋼素材を、加熱し仕上圧延を含む熱間圧延を施し熱延板とする熱延鋼板の製造方法において、前記鋼素材を、質量%で、C:0.3%以下、Si:0.1%以下、Mn:2.0%以下、P:0.05%以下、S:0.02%以下、Al:0.10%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材とし、前記仕上圧延を、仕上圧延機内で露点:50℃以上である雰囲気中に1.0〜10s間保持する酸化処理を含み、仕上圧延終了温度:700〜900℃とする圧延とし、該仕上圧延終了後、冷却し、巻取温度:450〜650℃で巻き取り、表面に、面積率で0.10〜3.0%の空孔を含み、厚さ:10μm以下であり、かつ面積率で50%以上のFe 3 O 4 を主相とし、0〜10%のFe 2 O 3 を含み、残部Feであるスケール組成のスケール層を有する熱延鋼板とすることを特徴とするスケール密着性に優れた熱延鋼板の製造方法。
(4)(3)において、前記冷却が、平均冷却速度:30℃/s以下の冷却であることを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
まず、鋼板組成の限定理由について説明する。以下、とくに断わらないかぎり質量%は、単に%で記す。
Cは、固溶して鋼板強度を増加させる元素であり、所望の強度に応じて、0.001%以上含有させることが望ましいが、0.3%を超える含有は、本発明で仕上圧延時に行う酸化処理に際し、スケールと地鉄との界面でCOガスを生成し、界面の密着性を低下させる。このため、Cは0.3%以下に限定した。なお、界面の密着性の観点から、好ましくは0.1%以下である。
Siは、脱酸剤として作用する元素であり、このような効果を得るためには、0.01%以上含有することが望ましいが、0.1%を超えるSi含有は、仕上圧延時に行う酸化処理に際し、Siが地鉄表層で選択的に酸化され、Si酸化層を形成しやすくなる。このSi酸化層と、その上に形成されるスケール層とは、その界面でスケール剥離を起こしやすい。このため、Siは0.1%以下に限定した。なお、好ましくは0.05%以下である。
Pは、固溶して鋼板強度を増加させる元素であるが、地鉄とスケールとの界面で非常に脆い酸化層を形成し、スケール密着性を低下させる。このような悪影響を防止するため、Pは0.05%以下に限定した。なお、好ましくは0.02%以下、さらに好ましくは0.01%以下である。
Sは、鋼中では硫化物として存在し、延性等を低下させるため、できるだけ低減することが望ましい。また、Sは、地鉄とスケールとの界面で濃化し、スケール密着性を低下させるため、スケール密着性の観点からもできるだけ低減することが望ましいが、0.02%以下であれば許容できる。このため、Sは0.02%以下に限定した。なお、好ましくは0.01%以下である。
Mn:2.0%以下
Mnは、Sと結合しMnSを形成し、Sによる熱間脆性等の悪影響を防止する作用を有する。Mnは0%でもよいが、このような効果を得るためには、0.1%以上含有することが望ましい。また、Mnは、鋼板強度を増加させる作用を有し、所望の強度に応じて、含有させることが好ましい。一方、2.0%を超える含有は、加工性が低下する。このため、含有する場合には、Mnは2.0%以下とすることが好ましい。なお、より好ましくは1.0%以下である。なお、Mnが2.0%以下の範囲であれば、スケール生成への影響は少ない。
Alは、脱酸剤として作用する元素である。Alは0%であってもよいが、このような効果を得るためには0.01%以上含有することが望ましい。一方、0.10%を超えて含有すると、酸化物系介在物が増加し、清浄度が低下する。このため、含有する場合には、Alは0.10%以下に限定することが好ましい。より好ましくは、0.06%以下である。なお、Alが0.10%以下の範囲であれば、スケールの生成に影響は少ない。
本発明熱延鋼板の表層に形成されるスケール層は、面積率で0.10〜3.0%の空孔を含み、厚さ:10μm以下である。
スケール層の厚さが、10μmを超えて厚くなると、加工時にスケール層に歪が蓄積しやすく、密着性が低下する。このため、熱延鋼板表面に形成するスケール厚を10μm以下に限定した。なお、好ましくは5μm以下である。一方、スケール層厚さが薄すぎると、巻き取り時、スケール/地鉄界面近傍でのスケール共析変態が生じにくくなり、スケール密着性改善効果が期待できなくなる。なお、好ましくは2μm以上である。
スケール密着性は、高温で生成したFeOが、Fe3O4とFeに変態(共析変態)することにより向上する。このため、密着性に優れたスケール層は、FeO が存在しないことが重要であり、50%以上のFe3O4と、残部は変態で生成したFeと、あるいはさらに、不可避的に生成するFe2O3とからなる組成とする。なお、不可避的に生成するFe2O3は、面積率で0〜10%である。
上記した組成の鋼素材を、加熱し、仕上圧延を含む熱間圧延を施し熱延板とする。鋼素材の製造方法は、とくに限定する必要はなく、常用の方法がいずれも適用できる。例えば、上記した組成を有する溶鋼を、転炉等で溶製し、連続鋳造法等の鋳造方法によりスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。なお、造塊−分塊方法を用いてもなんら問題はない。
加熱温度が1000℃未満では、変形抵抗が高くなり、圧延機への負荷が増大し、熱間圧延が困難となる場合がある。一方、1250℃を超えて高温となると、発生するスケール量が増大し、歩留り低下が著しくなる。
加熱された鋼素材は、粗圧延を施され、シートバーとされる。粗圧延では所定寸法のシートバーとすることができればよく、粗圧延の条件はとくに限定する必要はない。
本発明では、仕上圧延中に、すなわち、仕上圧延機内で、圧延中の熱延板を水蒸気を含む酸化性雰囲気に晒し、熱延板表面に、所望量の空孔を含むスケールを生成させる酸化処理を施す。ここでいう水蒸気を含む酸化性雰囲気とは、露点:50℃以上、好ましくは70℃以上の雰囲気をいう。このような雰囲気に、熱延板を1.0〜10s間保持する。保持時間が1.0s未満では、空孔を含むスケールの生成が不十分であり、一方、10sを超えて保持すると、生成する空孔量が多すぎてスケール密着性が低下する。このため、酸化処理は、露点:50℃以上の雰囲気、保持時間:1.0〜10s間に限定する処理とした。なお、露点:50℃以上の雰囲気は、仕上圧延途中で仕上圧延機内で、水を噴霧するか、熱延板表面に接した水を水蒸気化することで、形成することができる。
仕上圧延終了後の冷却は、30℃/s以下の冷却速度とすることが好ましい。冷却速度が30℃/sを超えて速くなると、熱収縮によりスケールに亀裂が発生しやすく、スケール密着性が低下する。なお、ここでいう「冷却速度」は、表面温度で、仕上圧延終了温度〜650℃までの平均冷却速度とする。なお、好ましくは10〜20℃/sである。
得られた熱延板(熱延鋼板)から、試験片を採取して、板厚方向断面を研磨し、走査型電子顕微鏡(倍率:1000倍)を用いて、スケール組織を観察し、長さ:100μmにわたり、スケール層の反射電子像を撮影した。得られた組織写真を用い、画像処理により、スケールの平均厚さ、空孔面積率を求めた。また、反射電子像のコントラストの相違により、スケール組成を推定し、各スケール相の面積率を、画像処理により求めた。なお、スケール組成については、X線回折法でも測定し確認している。
Claims (4)
- 表面にスケール層を有する熱延鋼板であって、前記鋼板が、質量%で、
C:0.3%以下、 Si:0.1%以下、
Mn:2.0%以下、 P:0.05%以下、
S:0.02%以下、 Al:0.10%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、
前記スケール層が、面積率で0.10〜3.0%の空孔を含み、厚さ:10μm以下であることを特徴とするスケール密着性に優れた熱延鋼板。 - 前記スケール層が、面積率で50%以上のFe3O4を主相とし、0〜10%のFe2O3を含み、残部Feであるスケール組成を有することを特徴とする請求項1に記載の熱延鋼板。
- 鋼素材を、加熱し仕上圧延を含む熱間圧延を施し熱延板とする熱延鋼板の製造方法において、
前記鋼素材を、質量%で、
C:0.3%以下、 Si:0.1%以下、
Mn:2.0%以下、 P:0.05%以下、
S:0.02%以下、 Al:0.10%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材とし、
前記仕上圧延を、仕上圧延機内で露点:50℃以上である雰囲気中に1.0〜10s間保持する酸化処理を含み、仕上圧延終了温度:700〜900℃とする圧延とし、
該仕上圧延終了後、冷却し、巻取温度:450〜650℃で巻き取り、表面に、面積率で0.10〜3.0%の空孔を含み、厚さ:10μm以下であり、かつ面積率で50%以上のFe 3 O 4 を主相とし、0〜10%のFe 2 O 3 を含み、残部Feであるスケール組成のスケール層を有する熱延鋼板とすることを特徴とするスケール密着性に優れた熱延鋼板の製造方法。 - 前記冷却が、平均冷却速度:30℃/s以下の冷却であることを特徴とする請求項3に記載の熱延鋼板の製造方法。
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