JP6406481B1 - 黒皮熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1.母材熱延鋼板と、
Fe3O4とFeからなり、厚さが3.0〜20μmである、前記母材熱延鋼板の表面上のスケール、とを含む黒皮熱延鋼板であって、
前記スケールの表層における平均粒径が3.0μm以下であり、
前記スケールの断面におけるFe面積率が、
前記スケールの最表層から、前記スケールの厚さ方向に0〜1.0μmの領域において1.0%未満であり、
前記スケールと前記母材熱延鋼板との間の界面から、前記スケールの厚さ方向に0〜1.0μmの領域において1.0%以上である、
黒皮熱延鋼板。
C :0.20%以下、
Si:1.5%以下、
Mn:0.1〜3.0%、
P :0.10%以下、
S :0.10%以下、
Al:1.0%以下、および
N :0.020%以下を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有する、上記1に記載の黒皮熱延鋼板。
前記熱延鋼板を10℃/s以上の平均冷却速度で冷却し、
冷却された前記熱延鋼板を400℃以上、600℃未満の巻取温度で巻取る、黒皮熱延鋼板の製造方法であって、
前記粗圧延終了後、1100℃以下の温度で、衝突圧1.0MPa以上の高圧水を用いてデスケーリングし、
前記デスケーリング終了後、10s以内に前記仕上圧延を開始し、
前記仕上圧延の終了温度を800〜950℃とし、
前記仕上圧延終了から2.0s以内に前記冷却を開始する、
黒皮熱延鋼板の製造方法。
スケールの厚さが3.0μm未満であると、FeOがスケール/母材界面でFe3O4に変態する、いわゆるマグネタイトシームが形成されず、その結果、スケールの密着性が低下する。そのため、スケール厚さを3.0μm以上とする。一方、スケールが厚すぎると、スケールが内部で破壊しやすくなるため密着性が低下する。そのため、スケール厚さは20μm以下とする。スケール厚さは、15μm以下とすることが好ましく、10μm以下とすることがより好ましい。前記スケール厚さは、実施例に記載の方法で測定することができる。
Fe3O4(マグネタイト)は、酸化スケールの成分となり得る鉄酸化物の中で最も黒色性が優れている。また、Feは、FeO(ウスタイト)が共析変態してFe3O4となる反応にともなって生成する成分である。そのため、本発明におけるスケールは、Fe3O4およびFeのみからなる。前記スケールの組成(composition)は、実施例に記載の方法で評価することができる。
表層におけるスケールの粒径を小さくすることにより、あらゆる方向から見た際の黒色度を上げることができる。そのため、スケール表層における平均粒径を3.0μm以下とする。前記平均粒径は、2.0μm以下とすることが好ましい。一方、前記平均粒径の下限は特に限定されず、任意の値とすることができる。しかし、前記平均粒径を0.5μm以上とすれば、スケールの破壊をさらに防止することができる。そのため、前記平均粒径は0.5μm以上とすることが好ましい。なお、ここで「表層」とは、スケールの最表層から、該スケールの厚さ方向に0.5μmまでの領域を指す。また、前記平均粒径は、実施例に記載する方法で測定することができる。
スケール表層部にFeの析出が多いと黒色性が低下する。そのため、スケールの最表層から、前記スケールの厚さ方向に0〜1.0μmの領域における、スケール断面のFe面積率(以下、「表層Fe面積率」という)を1.0%未満とする。前記表層Fe面積率の下限は特に限定されないが、0%であってよい。表層Fe面積率は、0.5%未満とすることが好ましく、0%とすることがさらに好ましい。前記表層Fe面積率は、実施例に記載の方法で測定することができる。
スケールと母材熱延鋼板の界面では、マグネタイトシームの形成に伴ってFeを析出させることにより、スケールの密着性を向上させることができる。そのため、スケールと前記母材熱延鋼板の界面から、前記スケールの厚さ方向に0〜1.0μmの領域における、スケール断面のFe面積率(以下、「界面Fe面積率」という)を1.0%以上とする。界面Fe面積率は、2.0%以上とすることが好ましく、3.0%以上とすることがより好ましい。一方、界面Fe面積率の上限は特に限定されないが、前記界面Fe面積率を10%以下とすれば、スケールの破壊をさらに防止することができる。そのため、前記界面Fe面積率は10%以下とすることが好ましい。
Cは、スケールと母材熱延鋼板の界面でOと結合し、COガスを生成することで、スケールの密着性を低下させてしまう。そのため、C量は0.20%以下とすることが好ましい。一方、C量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、その場合にも不可避不純物として含有することは許容される。しかし、過度の低減はコスト増の原因となるため、C量は0.0010%以上とすることが好ましい。
Siはスケールの生成を大きく抑制するとともに、スケールと母材の界面に偏析してスケールの密着性を低下させてしまう。また、Siはフェライト生成元素であり、母材の粒径を大きくすることでスケールの粒径も大きくしてしまう。その上、Siは赤スケールの原因ともなり、赤スケールが生成すると黒色度、意匠性が大きく低下してしまう。そのため、Si量は1.5%以下とすることが好ましい。Si量は、1.0%以下とすることがより好ましく、0.5%以下とすることがさらに好ましい。一方、Si量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、その場合にも不可避不純物として含有することは許容される。しかし、過度の低減はコスト増の原因となるため、Si量は0.005%以上とすることが好ましい。
Mnは、母材の粒径を小さくすることで、スケールの細粒化に寄与する。前記作用を得るため、Mn量は0.1%以上とすることが好ましい。一方、Mnはオーステナイト生成元素であるため、Mnが多量に含まれると、熱間圧延後の冷却において母材の変態温度が低下する。変態温度が低下すると変態歪が低温で発生するため、スケールに亀裂が生じ、スケールの密着性が低下する場合がある。そのため、Mn量は3.0%以下とすることが好ましい。Mn量は、2.0%以下とすることがより好ましい。
Pは、スケールと母材の界面に偏析してスケールの密着性を低下させてしまう。そのため、P量は0.10%以下とすることが好ましい。P量は、0.03%以下とすることがより好ましく、0.01%以下とすることがさらに好ましい。一方、P量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、その場合にも不可避不純物として含有することは許容される。しかし、過度の低減はコスト増の原因となるため、P量は0.005%以上とすることが好ましい。
Sは、熱間における鋼の延性を著しく低下させることで、熱間割れを誘発し、鋼板の表面性状を著しく劣化させる。そのため、S量は0.10%以下とすることが好ましい。S量は、0.03%以下とすることがより好ましい。一方、S量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、その場合にも不可避不純物として含有することは許容される。しかし、過度の低減はコスト増の原因となるため、S量は0.0001%以上とすることが好ましい。
Alは、フェライト生成元素であり、母材の粒径を大きくすることでスケールの粒径も大きくしてしまう。そのため、Al量は1.0%以下とすることが好ましい。Al量は、0.5%以下とすることがより好ましい。一方、Al量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、その場合にも不可避不純物として含有することは許容される。しかし、過度の低減はコスト増の原因となるため、Al量は0.01%以上とすることが好ましい。
Nは、熱間における鋼の延性を著しく低下させることで、熱間割れを誘発し、鋼板の表面性状を著しく劣化させる。そのため、N量は0.020%以下とすることが好ましい。N量は、0.010%以下とすることがより好ましい。一方、N量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、その場合にも不可避不純物として含有することは許容される。しかし、過度の低減はコスト増の原因となるため、N量は0.001%以上とすることが好ましい。
(1)粗圧延と仕上圧延とを含む熱間圧延
(2)冷却
(3)巻取り
そして、前記粗圧延と仕上圧延との間に、高圧水を用いたデスケーリングを行う。
デスケーリング温度が高いと、母材の粒径が大きくなり、デスケーリング後に新たに生成するスケールの粒径が大きくなってしまう。そのため、デスケーリング温度は1100℃以下とする必要がある。デスケーリング温度は、1050℃以下とすることが好ましい。一方、デスケーリング温度の下限は特に限定されないが、仕上圧延における鋼板温度を確保するという観点からは、950℃以上とすることが好ましい。なお、ここで「デスケーリング温度」とは、デスケーリング開始時の鋼板の表面温度を指すものとする。
デスケーリングに用いる高圧水の衝突圧を高めることで、母材表層を冷却し、デスケーリング後のスケール生成時の粒径を小さくすることができる。そのため、前記衝突圧は1.0MPa以上とする必要がある。前記衝突圧は2.0MPa以上とすることが好ましく、3.0MPa以上とすることがより好ましい。一方、前記衝突圧の上限は特に限定されないが、仕上圧延における鋼板温度を確保するという観点からは、10MPa以下とすることが好ましい。
デスケーリングが終了した後は、仕上圧延が行われる。その際、デスケーリング終了から仕上圧延開始までの時間が長いと、スケール厚が大きくなるとともにスケール粒径も大きくなってしまう。そのため、デスケーリング終了後10s以内に仕上圧延を開始する必要があり、デスケーリング終了後5s以内に仕上圧延を開始することが好ましい。
仕上圧延の終了温度が高いと、スケールの厚さ、および、スケール粒径が大きくなってしまう。そのため、仕上圧延終了温度は950℃以下とする必要があり、900℃以下とすることが好ましい。一方、仕上圧延の終了温度が低すぎると、圧延時にスケールが割れるとともに、スケールが薄くなりすぎてしまう。そのため、仕上圧延の終了温度は800℃以上とする必要があり、830℃以上とすることが好ましい。
仕上圧延終了から冷却開始までの時間が長いと、スケール厚さ、および、スケール粒径が大きくなってしまう。そのため、仕上圧延終了から冷却開始までの時間は2.0s以下とする必要があり、1.0s以下とすることが好ましい。一方、仕上圧延終了から冷却開始までの時間の下限は特に限定されず、0sであってよいが、0.1s以上とすることが好ましい。
仕上圧延終了後、得られた熱延鋼板を冷却する。その際、冷却速度が小さいと、スケール厚さ、および、スケール粒径が大きくなってしまう。そのため、冷却開始から、次の巻取り開始までの平均冷却速度を10℃/s以上とする必要がある。前記平均冷却速度は20℃/s以上とすることが好ましい。前記平均冷却速度の上限は特に限定されないが、前記平均冷却速度が過度に大きいとスケールが割れやすくなるため、前記平均冷却速度は100℃/s以下とすることが好ましい。
巻取り温度が高いと、スケール表層のFe3O4がFeOに変態したのち、冷却時にFe3O4とFeに再変態することでFeが表層に析出し、黒色度が低下してしまう。そのため、巻取り温度は600℃未満とする必要がある。巻取り温度は580℃未満とすることが好ましい。一方、巻取り温度が過度に低いと、母材熱延鋼板とスケールの界面におけるFe析出が抑制されてスケールの密着性が低下するとともに、スケール中にFeOが残存し、黒色性が低下してしまう。そのため、巻取り温度は400℃以上とする必要があり、450℃以上とすることが好ましい。
スケール厚さは以下の手順で測定した。黒皮熱延鋼板の圧延方向−板厚方向断面を埋め込み研磨し、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて、研磨後の前記断面の反射電子像を撮影した。前記撮影においては、倍率1000倍で、スケール全厚が視野内に入るように、圧延方向における幅100μmの領域の写真を3枚撮影した。次いで、得られた反射電子像を画像処理することによりスケール部の面積を求め、観察領域の合計幅である300μmで割ることで、平均のスケール厚さを求めた。
Co管球を用いたX線回折装置を使用して、スケールを構成する成分(相)を同定した。なお、X線では母材熱延鋼板のFeピークも検出されるため、Feの判別は、SEMの反射電子像における、母材と同じような薄いグレーの部分の有無に基づいて行った。
表層におけるスケールの平均粒径は、上記スケール厚さ測定と同様のサンプルを用い、後方散乱電子回折(Electron BackScatter Diffraction:EBSD)により評価した。EBSD測定は、測定ステップ0.1μmで、スケール表層が入るように圧延方向の幅100μmの領域3か所について行った。方位差15°以上を粒界として、スケール最表層からスケールの厚さ方向に0.5μm母材熱延鋼板側の位置における、測定領域の幅方向全体における粒界数を数え、観察領域である300μmを粒界数で割ることにより求めた。
表層Fe面積率および界面Fe面積率は、上記スケール厚さ測定と同様のSEM写真を画像処理することによって求めた。なお、スケールと母材熱延鋼板の界面に凹凸がある場合でも、界面基準に0〜1.0μm領域を測定した。
黒色度の定量化には、JIS Z8729(CIE1976)で規定されるL*を用いた。なおL*が小さいほど黒色に近いことを意味する。L*の測定は、あらゆる方向における黒色度を反映するためにJIS Z8722に規定の幾何条件c(de:8°)の条件で行い、光源としてはD65を用いた。
スケールの密着性は、黒皮熱延鋼板に曲げを付与した後、テープ剥離試験を行って評価した。前記曲げの付与は、JIS Z 2248の押し曲げ法に従い、内側ポンチ2t(t:板厚)の170°曲げで行った。テープ剥離試験は曲げ試験片の外周部で行い、目視により剥離状態を評価した。評価基準は次のとおりとした。
〇:ほとんど剥離が認められない。
△:一部剥離が認められるもの。
×:全面剥離が認められるもの。
Claims (3)
- 母材熱延鋼板と、
Fe3O4とFeからなり、厚さが3.0〜20μmである、前記母材熱延鋼板の表面上のスケール、とを含む黒皮熱延鋼板であって、
前記スケールの表層における平均粒径が3.0μm以下であり、
前記スケールの断面におけるFe面積率が、
前記スケールの最表層から、前記スケールの厚さ方向に0〜1.0μmの領域において1.0%未満であり、
前記スケールと前記母材熱延鋼板との間の界面から、前記スケールの厚さ方向に0〜1.0μmの領域において1.0%以上である、
黒皮熱延鋼板。 - 前記母材熱延鋼板が、質量%で、
C :0.20%以下、
Si:1.5%以下、
Mn:0.1〜3.0%、
P :0.10%以下、
S :0.10%以下、
Al:1.0%以下、および
N :0.020%以下を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有する、請求項1に記載の黒皮熱延鋼板。 - 請求項2に記載の化学組成を有する鋼スラブに対し、粗圧延と仕上圧延とを含む熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板を10℃/s以上の平均冷却速度で冷却し、
冷却された前記熱延鋼板を400℃以上、600℃未満の巻取温度で巻取る、黒皮熱延鋼板の製造方法であって、
前記粗圧延終了後、1100℃以下の温度で、衝突圧1.0MPa以上の高圧水を用いてデスケーリングし、
前記デスケーリング終了後、10s以内に前記仕上圧延を開始し、
前記仕上圧延の終了温度を800〜950℃とし、
前記仕上圧延終了から2.0s以内に前記冷却を開始する、
黒皮熱延鋼板の製造方法。
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