JP6406481B1 - 黒皮熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
何れの方向から見ても十分な黒色性を備え、かつ、スケールの密着性に優れる黒皮熱延鋼板を提供する。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。
Description
本発明は、黒皮熱延鋼板に関し、特に、建材、配管、農耕具など、スケールを除去せずに残した状態のままで使用される構造用部材に最適な黒皮熱延鋼板に関する。また、本発明は前記黒皮熱延鋼板の製造方法に関する。
黒皮熱延鋼板（non-pickled hot-rolled steel sheet）からスケール（scale）、すなわち酸化スケール（oxide scale）を除去するには、塩酸酸洗やショットブラストなどをおこなう必要があるため、スケールを除去した裸材は非常にコストが高くなる。そのため、これまでも、コスト削減のために、安価でスケール密着性のよい黒皮熱延鋼板に対する要求は大きかった。また、近年では、黒皮熱延鋼板に対して黒さによる意匠性を求める新たなニーズも増えつつある。
スケール密着性に優れた黒皮熱延鋼板としては、例えば、特許文献１および２に記載の鋼板が挙げられる。
特許文献１では、Ｃ：０．００１〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｎ：０．０２０％以下を含有し、表面に厚みが４μｍ以下のスケールを有し、表面粗度が０．８μｍ以下である熱延鋼板が提案されている。
特許文献２では、Ｃ：０．０１〜０．４％、Ｓｉ：０．００１〜２．０％、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ａｌ：０．３％以下、Ｎ：０．０１％以下を含有し、厚さ２０μｍ以下のスケールを備える熱延鋼板が提案されている。前記熱延鋼板においては、鋼板の地鉄とスケールとの圧延方向での接触長さに対する前記地鉄とマグネタイトとの接触長さの割合が８０％以上であり、かつ、マグネタイトの平均粒径が３μｍ以下である。
一方、スケールの密着性と黒色性に優れた黒皮熱延鋼板としては、例えば、特許文献３〜５に記載の熱延鋼板が挙げられる。
特許文献３では、厚さが４μｍを超えるスケールを有し、該スケールは体積比で５０％以上のＦｅ３Ｏ４を含む熱延鋼板が提案されている。前記熱延鋼板のスケールは、表面から厚み方向に少なくと２μｍ深さまでの領域に析出Ｆｅを含有しない。
特許文献４では、各圧下直後あるいは各２圧下直後に高圧水で水冷しながら圧延を行い、かつ圧延終了温度を８５０℃以下とする熱延鋼板の製造方法が提案されている。
特許文献５では、各圧下直後に高圧水で水冷しながら圧延を行い、圧延終了後ただちに８００℃以下７００℃以上の温度まで水冷する熱延鋼板の製造方法が提案されている。
しかし、特許文献１、２に記載の技術では、十分な黒色性が得られないという問題があった。また、特許文献３に記載の技術では、黒色度が光の方向で大きく変わるため、特定方向でのみ黒く見え、それ以外の方向では黒く見えないという問題があった。さらに、特許文献４、５に記載の技術では、得られるスケールが青黒色であり、黒色度という点からは不十分であった。
本発明は、前記実状に鑑みてなされたものであり、何れの方向から見ても十分な黒色性を備え、かつ、スケールの密着性に優れる黒皮熱延鋼板とその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の要旨構成は、次のとおりである。
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。
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。
２．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、上記１に記載の黒皮熱延鋼板。
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。
３．上記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。
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。
本発明によれば、何れの方向から見ても十分な黒色性を備え、かつ、スケールの密着性に優れる黒皮熱延鋼板を得ることができる。
次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な実施態様を示すものであり、本発明は以下の説明によって何ら限定されるものではない。
本発明の黒皮熱延鋼板は、母材としての熱延鋼板と、前記熱延鋼板の表面に形成されたスケール（黒皮）とを備えている。そして、前記スケールは、上述した厚さ、組成、およびＦｅ面積率を有している。以下、その限定理由を説明する。
厚さ：３．０〜２０μｍ
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。
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。
組成：Ｆｅ３Ｏ４およびＦｅ
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。
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。
表層平均粒径：３．０μｍ以下
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。
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。
表層Ｆｅ面積率：１．０％未満
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。
界面Ｆｅ面積率：１．０％以上
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。
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。
上記母材熱延鋼板は、以下に述べる化学組成を有することが好ましい。なお、以下の説明における「％」は、特に断らない限り「質量％」を意味するものとする。
Ｃ：０．２０％以下
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。
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：１．５％以下
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。
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：０．１〜３．０％、
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。
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：０．１０％以下
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。
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：０．１０％以下
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。
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：１．０％以下
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。
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：０．０２０％以下
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。
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。
本発明の一実施形態における母材熱延鋼板の化学組成は、上記元素と、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものとすることができる。なお、ここで「残部がＦｅおよび不可避不純物からなる」とは、本発明の作用・効果を損なわない限り、他の微量元素を含有する場合が本発明の範囲に含まれることを意味する。例えば、本発明の一実施形態においては、前記化学組成が、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃａ、ＲＥＭ（希土類金属）、Ｓｂ、Ｂ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｚｎ、およびＯからなる群より選択される１または２以上を、合計で１．０％以下、さらに任意に含有することができる。
次に本発明の一実施形態における、黒皮熱延鋼板の製造方法について説明する。
本発明の黒皮熱延鋼板は、上記化学組成を有する鋼スラブに対し、以下の処理を順次施すことによって製造することができる。
（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。
（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。
以下、上記各工程における条件の限定理由を説明する。
デスケーリング温度：１１００℃以下
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。
衝突圧：１．０ＭＰａ以上
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。
デスケーリング終了から仕上圧延開始までの時間：１０ｓ以内
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。
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。
仕上圧延終了温度：８００〜９５０℃
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：２．０ｓ以下
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。
平均冷却速度：１０℃／ｓ以上
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。
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。
なお、前記冷却の方法は特に限定されず、上記条件を満たすものであれば任意の方法で行うことができる。好適には、前記冷却は水冷で行うことができる。
巻取り温度：４００℃以上６００℃未満
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。
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。
次に、本発明の実施例について説明する。
表１に示す化学組成を有する鋼スラブに対して、粗圧延、デスケーリング、仕上圧延、冷却、および巻取りを順次施して、板厚３ｍｍの黒皮熱延鋼板を製造した。前記冷却は水冷で行い、各工程における製造条件は表２に示したとおりとした。
次いで、得られた黒皮熱延鋼板のそれぞれについて、スケールの厚さ、組成、表層平均粒径、表層Ｆｅ面積率、界面Ｆｅ面積率、黒色度、および密着性を、以下の方法で評価した。評価結果を表３に示す。
（スケール厚さ）
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。
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。
（組成）
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。
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。
（表層平均粒径）
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。
（Ｆｅ面積率）
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。
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）
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。
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。
（密着性）
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。
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。
表１〜３に示した結果から分かるように、本発明の条件を満たす黒皮熱延鋼板は、何れの方向から見ても十分な黒色性と、優れたスケールの密着性とを兼ね備えていた。さらに、得られた結果を図１および２にまとめた。
図１は、デスケーリングにおける衝突圧とスケールの表層平均粒径との関係を示したプロットである。なお、図１には、衝突圧以外の製造条件が本発明の条件を満たしている場合の結果のみをプロットした。図１に示した結果より、デスケーリング衝突圧を本発明の範囲内とすることで、スケールの表層平均粒径を本発明の範囲内とすることができることが分かる。
図２は、スケールの表層平均粒径とＬ＊との関係を示したプロットである。なお、図２には、スケールの表層平均粒径以外のパラメータが本発明の条件を満たしている場合の結果のみをプロットした。図２に示した結果より、スケール表層平均粒径を本発明の範囲内とすることで、Ｌ＊を４０以下とできることがわかる。
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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