JP7063997B2 - 被覆鋼基材 - Google Patents
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Description
本発明は、特定の横方向のサイズのナノグラファイト及びバインダーを含むコーティングで被覆された鋼基材、この被覆鋼基材の製造方法に関する。それは、特に鉄鋼業界に適している。
鋼のルート製造では、製鋼工程後、連続鋳造により鋼を鋳造する。このようにして、スラブ、ビレット又はブルームなどの半製品が得られる。通常、半製品は再加熱炉において高温で再加熱され、連続鋳造中に形成された析出物を溶解し、熱間加工性を得る。次いで、半製品は、脱スケール処理、熱間圧延される。しかし、再加熱工程中に、特に炭素含有量が高い半製品は脱炭し、その結果、機械的特性が変化する。実際、再加熱工程中に、半製品は大量の炭素含有量を失う可能性がある。例えば、レール鋼は脱炭して鋼の硬度を低下させる。その結果、レールヘッドでの機械的特性は低く、レールヘッド全体の機械的特性は不均一である。したがって、再加熱中の鋼基材の脱炭を防止する方法を見つける必要がある。
中国特許出願第１０１６９６３２８号明細書は、高温での表面の酸化と脱炭を防止し、硬度と耐摩耗性を向上させ、最終的には鋼製ワークピースの全体的な耐用年数を延ばすための、鋼片の表面の保護コーティングを開示しており、鋼製ワークピースの表面（基材）の高温での酸化と脱炭、及び加熱処理、鍛造、熱間圧延、ロール成形加熱時の酸化雰囲気下での表面酸化脱炭の場合、特に、鋼製ワークピースが加熱処理により高温で容易に酸化及び脱炭される場合に、炭素原子と炭素含有量が減少し、表面（基材）の微細構造が変化すると、硬度が低下し、耐摩耗性が低下し、全体の耐用年数が短くなる。
この特許では、コーティングの組成はグラファイト、水ガラス、表面浸透剤であり、グラファイトとケイ酸ナトリウムの体積比は１：３～１：７であり、表面浸透剤はコーティングの量の０．０５％～０．１５％を構成する。
それにもかかわらず、試験は２５（炭素鋼）やＨＴ３００（鋳鉄）などの低炭素鋼と３２ＣｒＭｏやＭｎ１３などの超高合金鋼とを使用して行われた。
したがって、本発明の目的は、脱炭が再加熱工程中に大幅に低減された特定の鋼組成を有する高温鋼製品を提供することである。
これは、請求項１に記載の被覆鋼基材を提供することにより達成される。被覆鋼基材は、また、請求項２～８のいずれかの特徴を含むこともできる。
本発明は、また、請求項９～１９に記載の被覆鋼基材の製造方法に及ぶ。
本発明は、また、請求項２０～２３に記載の熱間圧延鋼製品の製造方法に及ぶ。
最後に、本発明は、請求項２４に記載の熱間圧延鋼製品の使用に及ぶ。
本発明を説明するために、特に以下の図を参照して、非限定的な例の様々な実施形態及び試験を説明する。
本発明の他の特徴及び利点は、以下の本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
本発明は、横方向のサイズが１～６０μｍのナノグラファイトとバインダーとを含むコーティングを含む被覆鋼基材であって、
鋼基材が重量パーセントで次の組成：
０．３１≦Ｃ≦１．２％、
０．１≦Ｓｉ≦１．７％、
０．７≦Ｍｎ≦３．０％、
Ｐ≦０．０１％、
Ｓ≦０．１％、
Ｃｒ≦０．５％、
Ｎｉ≦０．５％、
Ｍｏ≦０．１％、及び
純粋に任意基準で、次のような１つ以上の元素：
Ｎｂ≦０．０５％、
Ｂ≦０．００３％、
Ｔｉ≦０．０６％、
Ｃｕ≦０．１％、
Ｃｏ≦０．１％、
Ｎ≦０．０１％、
Ｖ≦０．０５％、
を含み、
組成の残部は、鉄及び生成から生じる不可避の不純物からなる
被覆鋼基材に関する。
鋼基材が重量パーセントで次の組成：
０．３１≦Ｃ≦１．２％、
０．１≦Ｓｉ≦１．７％、
０．７≦Ｍｎ≦３．０％、
Ｐ≦０．０１％、
Ｓ≦０．１％、
Ｃｒ≦０．５％、
Ｎｉ≦０．５％、
Ｍｏ≦０．１％、及び
純粋に任意基準で、次のような１つ以上の元素：
Ｎｂ≦０．０５％、
Ｂ≦０．００３％、
Ｔｉ≦０．０６％、
Ｃｕ≦０．１％、
Ｃｏ≦０．１％、
Ｎ≦０．０１％、
Ｖ≦０．０５％、
を含み、
組成の残部は、鉄及び生成から生じる不可避の不純物からなる
被覆鋼基材に関する。
いかなる理論にも束縛されることを望まないが、上記特定の鋼組成を有する鋼基材上に横方向のサイズが１～６０μｍのナノグラファイトとバインダーとを含むコーティングは、被覆鋼基材の再加熱中の脱炭を低減するようである。発明者らは、鋼の組成だけでなくコーティングの性質もまた、加熱処理中の鋼の脱炭の低減又は除去に重要な役割を果たすことを発見した。
実際、再加熱中の酸化と脱炭の反応速度には競争があるようである。上記の特定の鋼基材（５）の場合、鋼の鉄がスケールに形成されると、脱炭層が減少する。さらに、図１に示すように、コーティング（１）では、特定の横方向のサイズの片状ナノグラファイト（２）が、蛇行した経路（４）を形成するバインダー（３）に十分に分散して脱炭領域の炭化を可能にすると考えられる。実際、特定の横方向のサイズのナノグラファイトがコーティングに存在するため、復炭があるようである。
鋼の化学組成に関して、好ましくは、Ｃ量は０．３１～１．０重量％である。
好ましくは、Ｍｎ量は０．９～２．５重量％、好ましくは１．１～２．０重量％である。
有利には、Ｃｒの量は０．３重量％以下である。
好ましくは、Ｎｉの量は０．１重量％以下である。
有利には、Ｍｏの量は０．１％以下である。
図２は、本発明による片状ナノグラファイトの例を示す。この例では、横方向のサイズはＸ軸を通るナノプレートレットの最高長さを意味し、厚さはＺ軸を通るナノプレートレットの高さを意味する。ナノプレートレットの幅はＹ軸を通って示されている。
好ましくは、ナノ粒子の横方向のサイズは、２０～５５μｍ、より好ましくは３０～５５μｍである。
好ましくは、コーティングの厚さは１０～２５０μｍである。例えば、コーティングの厚さは１０～１００μｍ又は１００～２５０μｍである。
有利には、鋼基材は、スラブ、ビレット又はブルームである。
好ましくは、バインダーはケイ酸ナトリウムであるか、又はバインダーは硫酸アルミニウム、及び添加剤であるアルミナを含む。この場合、いかなる理論にも束縛されることを望まないが、本発明によるコーティングは鋼基材上により良好に付着し、その結果、鋼基材がさらに保護されるようである。このようにして、鋼基材を脱炭に曝す、コーティング亀裂及びコーティング剥離のリスクがより防止される。
好ましくは、コーティングはさらに有機金属化合物を含む。例えば、有機金属化合物は、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル（ＣＨ３ＯＣ３Ｈ６ＯＣ３Ｈ６ＯＨ）、１，２－エタンジオール（ＨＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）、２－エチルヘキサン酸、マンガン塩（Ｃ８Ｈ１６ＭｎＯ２）を含む。実際、いかなる理論にも束縛されることを望まないが、有機金属化合物は、コーティングの迅速な硬化を可能にし、高温での乾燥工程を回避すると考えられる。
また、本発明は、以下の連続工程：
Ａ．上記の鋼組成を有する鋼基材の提供、
Ｂ．コーティングを形成するために水性混合物を使用したコーティング堆積、
Ｃ．任意に、工程Ｂ）で得られた被覆鋼基材の乾燥
を含む、本発明による被覆鋼基材の製造方法に関する。
Ａ．上記の鋼組成を有する鋼基材の提供、
Ｂ．コーティングを形成するために水性混合物を使用したコーティング堆積、
Ｃ．任意に、工程Ｂ）で得られた被覆鋼基材の乾燥
を含む、本発明による被覆鋼基材の製造方法に関する。
好ましくは、工程Ｂ）において、コーティングの堆積は、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング又はブラシコーティングによって行われる。
有利には、工程Ｂ）において、水性混合物は、１～６０ｇ／Ｌのナノグラファイト及び１５０～２５０ｇ／Ｌのバインダーを含む。より好ましくは、水性混合物は、１～３５ｇ／Ｌのナノグラファイトを含む。
好ましくは、工程Ｂ）において、水性混合物は、９５重量％を超える、有利には９９重量％のＣを含むナノグラファイトを含む。
有利には、工程Ｂ）において、バインダーに対するナノグラファイトの重量比は、０．３以下である。
好ましくは、工程Ｂ）において、水性混合物は有機金属化合物を含む。より好ましくは、有機金属化合物の濃度は、０．１２重量％以下である。実際、いかなる理論にも束縛されることを望まないが、この濃度により、いかなる硬化なしで、又は室温での硬化で、最適化されたコーティングが可能になると考えられる。
好ましい実施形態では、コーティングは工程Ｃ）で乾燥される。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、乾燥工程は、コーティングの付着の改善を可能にするものと考えられる。実際、水が蒸発するため、バインダーは粘着性が増し、粘度が増して硬化状態になる。好ましい実施形態では、工程Ｃ）において、乾燥は、室温又は５０～１５０℃、好ましくは８０～１２０℃の温度で行われる。
別の好ましい実施形態では、乾燥工程は行われない。
好ましくは、工程Ｃ）において、乾燥が適用される場合、乾燥工程は熱風で行われる。
有利には、工程Ｃ）において、乾燥が適用される場合、乾燥は、５～６０分間、例えば１５～４５分間行われる。
本発明は、また、以下の連続工程：
Ｉ．本発明に記載の被覆鋼基材の提供；
ＩＩ．７５０～１３００℃の温度での再加熱炉内の被覆鋼基材の再加熱；
ＩＩＩ．工程ＩＩ）で得られた再加熱された被覆鋼板の脱スケール処理；及び
ＩＶ．脱スケール処理された鋼製品の熱間圧延
を含む熱間圧延鋼製品の製造方法に関する。
Ｉ．本発明に記載の被覆鋼基材の提供；
ＩＩ．７５０～１３００℃の温度での再加熱炉内の被覆鋼基材の再加熱；
ＩＩＩ．工程ＩＩ）で得られた再加熱された被覆鋼板の脱スケール処理；及び
ＩＶ．脱スケール処理された鋼製品の熱間圧延
を含む熱間圧延鋼製品の製造方法に関する。
好ましくは、工程Ｉ）において、再加熱は、８００～１３００℃、より好ましくは９００～１３００℃、有利には１１００～１３００℃の温度で行われる。
有利には、工程ＩＩＩ）において、脱スケール処理は、圧力下で水を使用して行われる。例えば、水圧は１００～１５０バールである。別の実施形態では、脱スケール処理は、例えば、スケール層を引っ掻くか、又はブラッシングすることにより機械的に行われる。
本発明の方法により、主に表面が脱炭されていない熱間圧延鋼製品が得られる。
例えば、熱間圧延後、熱間製品をコイル状にし、冷間圧延し、焼鈍炉で焼鈍し、さらに金属コーティングを被覆することができる。
最後に、本発明は、本発明による方法から得られる熱間圧延鋼製品の、自動車両の部品、レール、ワイヤー又はばねの製造のための使用に関する。
本発明は、ここで、データのみに関して行われた試験において説明される。それら試験は限定的ではない。
実施例では、重量パーセントで次の鋼組成を有する鋼基材を使用した。
試験１はスラブの形態で鋳造され、試験２及び３はブルームの形態で鋳造された。
［実施例１］
脱炭試験
一部の試験では、横方向のサイズが３５～５０μｍの３０ｇ／Ｌのナノグラファイトと、Ｎａ２ＳｉＯ３（ケイ酸ナトリウム）であるバインダーと、任意にＤｒｉＣＡＴ（Ｒ）である有機金属化合物を含む水性混合物を鋼にスプレーして、鋼を被覆した。次いで、任意に、コーティングを室温で、又は１００℃で３０分間乾燥させた。
脱炭試験
一部の試験では、横方向のサイズが３５～５０μｍの３０ｇ／Ｌのナノグラファイトと、Ｎａ２ＳｉＯ３（ケイ酸ナトリウム）であるバインダーと、任意にＤｒｉＣＡＴ（Ｒ）である有機金属化合物を含む水性混合物を鋼にスプレーして、鋼を被覆した。次いで、任意に、コーティングを室温で、又は１００℃で３０分間乾燥させた。
次いで、非被覆鋼及び被覆鋼を１２５０℃で再加熱した。再加熱後、試験は光学顕微鏡（ＯＭ）によって分析された。０は、再加熱中に脱炭領域が試験表面にほとんどないこと、つまり、脱炭がほとんど起こらないことを意味し、１は、試験表面に多くの脱炭領域が存在することを意味する。
結果を次の表１に示す。
本発明による試験の場合、非常に少量の炭素が試験表面で除去された。それどころか、比較試験では、多くの脱炭領域が存在し、微細構造、したがって機械的特性を変化させることができた。実際、多くの炭素が欠乏している領域、すなわち脱炭領域では、パーライトの代わりにフェライトが形成される。
［実施例２］
微小硬度試験
この場合、１２５０℃で再加熱した後、一部の試験を水中で急冷してマルテンサイトを形成し、高温鋼製品の表面から１５００μｍの深さまでの微小硬度の変化を微小硬度測定によって測定した。実際、マルテンサイトが形成されると、マルテンサイトの炭素含有量は、微細構造内の炭素の量に正比例する。したがって、微小硬度が高いほど、炭素含有量は高くなる。
微小硬度試験
この場合、１２５０℃で再加熱した後、一部の試験を水中で急冷してマルテンサイトを形成し、高温鋼製品の表面から１５００μｍの深さまでの微小硬度の変化を微小硬度測定によって測定した。実際、マルテンサイトが形成されると、マルテンサイトの炭素含有量は、微細構造内の炭素の量に正比例する。したがって、微小硬度が高いほど、炭素含有量は高くなる。
結果を次の表２に示す。
試験４及び８の微小硬度は、脱炭が、試験９及び１０と比較して、本発明による被覆鋼基材を用いて大幅に低下されたことを明らかに示す。
Claims (22)
- 横方向のサイズが１～６０μｍの片状ナノグラファイトと、ケイ酸ナトリウム、並びに硫酸アルミニウム及びアルミナの混合物から選択されるバインダーと、任意に、有機金属化合物とからなるコーティングを含む被覆鋼基材であって、
前記鋼基材が重量パーセントで次の組成：
０．３１≦Ｃ≦１．２％、
０．１≦Ｓｉ≦１．７％、
０．７≦Ｍｎ≦３．０％、
Ｐ≦０．０１％、
Ｓ≦０．１％、
Ｃｒ≦０．５％、
Ｎｉ≦０．５％、
Ｍｏ≦０．１％、及び
純粋に任意基準で、次のような１つ以上の元素：
Ｎｂ≦０．０５％、
Ｂ≦０．００３％、
Ｔｉ≦０．０６％、
Ｃｕ≦０．１％、
Ｃｏ≦０．１％、
Ｎ≦０．０１％、
Ｖ≦０．０５％、
を含み、
前記組成の残部は、鉄及び生成から生じる不可避の不純物からなる、
被覆鋼基材。 - ナノ粒子の横方向のサイズが２０～５５μｍである、請求項１に記載の被覆鋼基材。
- ナノ粒子の横方向のサイズが３０～５５μｍである、請求項２に記載の被覆鋼基材。
- コーティングの厚さが１０～２５０μｍである、請求項１～３のいずれか一項に記載の被覆鋼基材。
- 鋼基材がスラブ、ビレット又はブルームである、請求項１～４のいずれか一項に記載の被覆鋼基材。
- コーティングが有機金属化合物をさらに含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の被覆鋼基材。
- 有機金属化合物が、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル（ＣＨ３ＯＣ３Ｈ６ＯＣ３Ｈ６ＯＨ）、１，２－エタンジオール（ＨＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）及び２－エチルヘキサン酸、マンガン塩（Ｃ８Ｈ１６ＭｎＯ２）を含む、請求項６に記載の被覆鋼基材。
- 連続する以下の工程：
Ａ．請求項１に記載の鋼基材の提供；
Ｂ．請求項１～７のいずれか一項に記載のコーティングを形成するために水性混合物を使用するコーティング堆積；
Ｃ．任意に、工程Ｂ）で得られた被覆鋼基材の乾燥
を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の被覆鋼基材の製造方法。 - 工程Ｂ）において、コーティングの堆積が、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング又はブラシコーティングによって行われる、請求項８に記載の方法。
- 工程Ｂ）において、水性混合物が、１～６０ｇ／Ｌのナノグラファイト及び１５０～２５０ｇ／Ｌのバインダーを含む、請求項８又は９に記載の方法。
- 工程Ｂ）において、水性混合物が９５重量％を超えるＣを含むナノグラファイトを含む、請求項８～１０のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ｂ）において、工程Ｂ）において、水性混合物が９９重量％以上の量のＣを含むナノグラファイトを含む、請求項１１に記載の方法。
- 工程Ｂ）において、バインダーに対するナノグラファイトの重量比が０．３以下である、請求項８～１２のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ｂ）において、水性混合物が有機金属化合物を含む、請求項８～１３のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ｂ）において、有機金属化合物の濃度が０．１２重量％以下である、請求項１４に記載の方法。
- 工程Ｃ）において、乾燥が適用される場合、前記乾燥が５０～１５０℃の温度又は室温で行われる、請求項８～１５のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ｃ）において、乾燥が適用される場合、乾燥工程が熱風で行われる、請求項８～１６のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ｃ）において、乾燥が適用される場合、前記乾燥が５～６０分間行われる、請求項８～１７のいずれか一項に記載の方法。
- 以下の連続工程：
Ｉ．請求項１～７のいずれか一項に記載の、又は請求項８～１８のいずれか一項に記載の方法に従って得られる被覆鋼基材の提供；
ＩＩ．７５０～１３００℃の温度で再加熱炉内での前記被覆鋼基材の再加熱；
ＩＩＩ．工程ＩＩ）で得られた再加熱された被覆鋼板の脱スケール処理；及び
ＩＶ．脱スケール処理された鋼製品の熱間圧延
を含む、熱間圧延鋼製品の製造方法。 - 工程ＩＩ）において、再加熱が８００～１３００℃の温度で行われる、請求項１９に記載の方法。
- 工程ＩＩＩ）において、脱スケール処理が圧力下で水を使用して行われるか、又は前記脱スケール処理が機械的に行われる、請求項１９又は２０に記載の方法。
- 工程ＩＩＩ）において、水圧が１００～１５０バールである、請求項２１に記載の方法。
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