JP7243505B2 - Method for descaling Ni-containing brake disc material - Google Patents
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本発明は、０．３～１．５質量％のＮｉ、０．００１～０．５００質量％のＳｉを含有する鋼材からブレーキディスク材を製造する過程で生成する酸化スケールをデスケーリングする方法に関係する。 The present invention provides a method for descaling oxide scale generated in the process of manufacturing a brake disc material from a steel material containing 0.3 to 1.5% by mass of Ni and 0.001 to 0.500% by mass of Si. Involved.
Ｎｉは、鋼材強度を上げる、靭性を向上させる、耐食性を上げる、まためっき密着性を向上させる等の作用を有することから、合金添加元素として広く利用されている。例えば、Ｎｉ含有鋼は、低温用の溶接構造用鋼材として液体タンクに広く利用されたり、ブレーキディスク材として利用されたりしている。 Ni is widely used as an alloy additive element because it has effects such as increasing steel material strength, improving toughness, increasing corrosion resistance, and improving plating adhesion. For example, Ni-containing steel is widely used for liquid tanks as a steel material for welded structures for low temperatures, and is used as a material for brake discs.
合金鋼では、加熱過程や圧延過程において合金元素を含む鉄酸化物（スケール）が生成する。スケールが鋼表面に残ったまま圧延や鍛造等の加工が行われると、スケールが鋼内に押し込まれてスケール疵となり、製品の表面品質を悪化させる。 In alloy steel, iron oxides (scale) containing alloying elements are generated during heating and rolling processes. If the scale is left on the steel surface during rolling, forging, or other processing, the scale is pushed into the steel and becomes scale defects, degrading the surface quality of the product.
特に、Ｎｉを含有する鋼材は、加熱時に生成するスケールと鋼との密着性を高める作用があるため、高圧水によるデスケーリングを行ってもスケールを除去しにくいという問題がある。概して、Ｎｉ含有率が高いほど、デスケーリングは困難になる。例えば、約１質量％のＮｉを含有するブレーキディスク材の熱間鍛造を行う際に、鍛造前にスケールが除去出来ていないと鍛造後にスケール疵の原因となり、歩留の低下や研削負荷の増大を招いている。 In particular, a steel material containing Ni has the effect of increasing the adhesion between the scale formed during heating and the steel, so there is a problem that the scale is difficult to remove even if descaling is performed with high-pressure water. In general, the higher the Ni content, the more difficult the descaling. For example, when hot forging a brake disk material containing about 1% by mass of Ni, if the scale is not removed before forging, it will cause scale defects after forging, resulting in a decrease in yield and an increase in grinding load. are inviting
この問題に関連して、特許文献１では、デスケーリングが困難なＮｉ含有鋼の表面を機械的に研削した後、酸化防止剤を塗布して加熱し、圧延することにより、酸化スケールの生成自体を抑制する方法を提案している。しかしながら、特許文献１は、酸化スケールは低減するものの、生成する酸化スケールの除去が困難である点は解決できていない。また、特許文献１の方法は、コストおよび作業の負担が大きい。 In relation to this problem, in Patent Document 1, after mechanically grinding the surface of Ni-containing steel, which is difficult to descal, by applying an antioxidant, heating, and rolling, the formation of oxide scale itself proposed a method to suppress However, although Patent Document 1 reduces oxide scale, it does not solve the problem of difficulty in removing the generated oxide scale. Moreover, the method of Patent Document 1 is costly and labor intensive.
特許文献２は、Ｎｉ含有鋼に、酸化防止塗料を塗布して、均熱炉などの高温酸化雰囲気中（１１００℃以下）における酸化スケールの発生を防止することを提案している。特許文献２では、当然のことながら、酸化防止塗料を塗布した箇所でしか、その酸化防止効果は得られない。そして、特許文献２も、生成した酸化スケールの除去が困難である点は解決できていない。 Patent Literature 2 proposes coating Ni-containing steel with an anti-oxidation paint to prevent generation of oxide scale in a high-temperature oxidizing atmosphere (1100° C. or lower) such as in a soaking furnace. In Patent Document 2, as a matter of course, the anti-oxidation effect can be obtained only at the places where the anti-oxidation paint is applied. Patent Document 2 also fails to solve the problem of the difficulty in removing the generated oxide scale.
特許文献３は、デスケーリングの圧力、水量、噴射幅、鋼材の通過速度で決まる衝突エネルギーを、デスケーリング前の鋼材の温度との関係で規定することで、良好なデスケーリング性が得られる、と記載している。ただし、その対象は鋼帯であり、再酸化防止のために、デスケーリング後にできるだけ早く巻き取る必要がある。また、適用できる鋼種として、普通鋼、Ｓｉ含有鋼または高Ｃｒ鋼が挙げられているが、Ｎｉ含有鋼については考慮されていない。すなわち、Ｎｉを含有するブレーキディスク材のような鍛造品についての教示はない。 In Patent Document 3, good descaling performance can be obtained by defining the impact energy determined by the descaling pressure, water volume, jet width, and passage speed of the steel material in relation to the temperature of the steel material before descaling. It states. However, the target is a steel strip, which must be wound up as soon as possible after descaling to prevent reoxidation. Also, as applicable steel types, common steel, Si-containing steel, or high-Cr steel are mentioned, but Ni-containing steel is not taken into consideration. That is, there is no teaching of forgings such as brake disc stock containing Ni.
特許文献４は、Ｓｉ含有鋼の赤スケールを除去することに主眼をおき、デスケーリングの圧力と水量に加え、ノズル高さと鋼材の通過速度を規定することで、良好なデスケーリング性が得られる、と記載している。ただし、上記のとおり、鋼種としてＳｉ含有鋼に主眼をおいており、Ｎｉ含有鋼についての詳細な検討は行なわれていない。また、鋼材の通過速度は、４０～８０ｍ/分（０．６７～１．３３ｍ/秒）の範囲についてのみ検討されている。 Patent Document 4 focuses on removing red scale from Si-containing steel, and provides good descaling performance by specifying the nozzle height and the passage speed of the steel material in addition to the descaling pressure and water volume. , is described. However, as described above, the focus is on the Si-containing steel as the steel type, and no detailed study has been conducted on the Ni-containing steel. In addition, only the range of 40 to 80 m/min (0.67 to 1.33 m/sec) for the passage speed of the steel material has been studied.
特許文献５も、Ｓｉ含有鋼の赤スケールを除去することに主眼をおく。そのために、０．１５質量％以上のＳｉ含有鋼において、鋼材の通過速度および、デスケーリングの衝突力を規定することで、良好なデスケーリング性を得る、と記載されている。ただし、上記のとおり、鋼種としてＳｉ含有鋼に主眼をおいており、Ｎｉ含有鋼については考慮されていない。また、鋼材の通過速度は、５０～１００ｍ/分（０．８３～１．６７ｍ/秒）の範囲についてのみ検討されている。
上記に鑑みて、本発明は、Ｎｉ含有鋼であるブレーキディスク材を対象とするデスケーリング方法であって、酸化防止剤の塗布や、デスケーリング衝突力の増大等によらない、低コストのデスケーリング方法を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention provides a descaling method for a brake disc material made of Ni-containing steel, which is a low-cost descaling method that does not rely on the application of an antioxidant or an increase in the descaling impact force. The purpose is to provide a scaling method.
本発明者は、鋭意検討の結果、Ｎｉ含有鋼のデスケーリングにおいては、従来のＳｉ含有鋼で重要とされた噴射されるデスケ水のエネルギー（衝突力）ではなく、むしろ、スケールと母材との温度差に起因する熱応力がより重要な影響を及ぼすことを、知見した。この技術思想に基づき、鋼材の単位表面積当たりの水の散布量の制御を通じて、鋼材の冷却挙動を制御することにより、Ｎｉ含有鋼のデスケーリングが実現できることを知見し、本発明は完成された。 As a result of intensive studies, the present inventor found that in the descaling of Ni-containing steel, the energy (collision force) of the jetted descaling water, which was considered important in the conventional Si-containing steel, was rather the scale and the base material. We have found that the thermal stress due to the temperature difference between Based on this technical concept, the inventors have found that descaling of Ni-containing steel can be achieved by controlling the cooling behavior of the steel material by controlling the amount of water sprayed per unit surface area of the steel material, and the present invention has been completed.
本発明により、以下の手段が提供される。
［１］０．３～１．５質量％のＮｉ、０．００１～０．５００質量％のＳｉを含有する鋼材を、１１７０℃以上１３００℃以下の温度で、１５分以上加熱をする加熱工程、高圧水を噴射して鋼材表面に生じたスケールを除去するデスケーリング工程、デスケーリング後の鋼材を熱間鍛造する工程を順に有するブレーキディスク材の製造において、
デスケーリング工程を通過する鋼材の速度をｖ（ｍ／ｓ）、噴射される水の単位幅当たりの流量をＱ
[1] A heating step of heating a steel material containing 0.3 to 1.5% by mass of Ni and 0.001 to 0.500% by mass of Si at a temperature of 1170° C. or more and 1300° C. or less for 15 minutes or more. , a descaling step of removing scale formed on the surface of the steel material by spraying high-pressure water, and a step of hot forging the steel material after descaling.
The speed of the steel material passing through the descaling process is v (m / s), and the flow rate per unit width of the jetted water is Q
本発明によれば、従来困難であったＮｉ含有鋼（Ｎｉ：０．３～１．５質量％）から製造されるブレーキディスクのデスケーリングを、酸化防止剤の塗布や、デスケーリング衝突力の増大等を行なわずに、低コストで行うことができる。より具体的には、鋼材の単位表面積当たりの水の散布量の制御を通じて、スケールと母材（鋼材）との温度差を適切に制御し、温度差に起因する熱応力を高めることにより、デスケーリング性を向上する。 According to the present invention, descaling of brake discs manufactured from Ni-containing steel (Ni: 0.3 to 1.5% by mass), which has been difficult in the past, can be achieved by applying antioxidants and reducing descaling collision force. It can be performed at low cost without increasing the size. More specifically, by appropriately controlling the temperature difference between the scale and the base material (steel material) by controlling the amount of water sprayed per unit surface area of the steel material, and increasing the thermal stress caused by the temperature difference, the Improve scalability.
（発明の要旨）
本発明により、
０．３～１．５質量％のＮｉ、０．００１～０．５００質量％のＳｉを含有する鋼材を、１１７０℃以上１３００℃以下の温度で、１５分以上加熱をする加熱工程、高圧水を噴射して鋼材表面に生じたスケールを除去するデスケーリング工程、デスケーリング後の鋼材を熱間鍛造する工程を順に有するブレーキディスク材の製造において、
デスケーリング工程を通過する鋼材の速度をｖ（ｍ／ｓ）、噴射される水の単位幅当たりの流量をＱ
According to the present invention,
A heating step of heating a steel material containing 0.3 to 1.5% by mass of Ni and 0.001 to 0.500% by mass of Si at a temperature of 1170 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower for 15 minutes or more, high pressure water In the production of a brake disc material, which includes, in order, a descaling step of removing scales formed on the surface of the steel material by spraying and a step of hot forging the steel material after descaling,
The speed of the steel material passing through the descaling process is v (m / s), and the flow rate per unit width of the jetted water is Q
（従来知見）
従来、Ｎｉ含有鋼のデスケーリングが困難である原因として、以下が知られている。
Ｎｉを含有する鋼材を酸素雰囲気中で加熱した場合、スケールが生成する。雰囲気側から鋼表面に向かって、外層スケール、内層スケール、内部酸化層が生成し得る。外層スケールは、主に鉄の外向き拡散により成長したスケールであって、緻密な構造であるのに対して、内層スケールは、主に酸素の内向き拡散により成長したスケールである。内部酸化層は、酸素が鋼（地金）内に拡散し、鉄の酸化物が析出した層である。
Ｎｉを含有する鋼材に生成するスケールの一番の特徴は、内層スケールにある。そこではＮｉを固溶した金属粒子が分散している。これは、ＮｉがＦｅより貴なためにＦｅが選択的に酸化され、Ｎｉが取り残されて次第に濃化される結果生じた金属粒子である。このＮｉを固溶した金属粒子が成長し、スケールを鋼につなぎとめる作用（アンカー効果）を生じて、デスケーリングを困難にしていると考えられている。（参考として、図１に示される、内層スケール中の金属粒子の状態を参照されたい。）概して、Ｎｉ含有率が高いほど、分散する金属粒子の体積分率が高く、金属粒子中のＮｉの濃度も高いので、デスケーリングはより困難になる。
(conventional knowledge)
Conventionally, the following are known causes of the difficulty in descaling Ni-containing steel.
When a steel material containing Ni is heated in an oxygen atmosphere, scale is generated. An outer layer scale, an inner layer scale, and an inner oxide layer can be generated from the atmosphere side toward the steel surface. The outer layer scale is scale grown mainly by outward diffusion of iron and has a dense structure, whereas the inner layer scale is scale grown mainly by inward diffusion of oxygen. The internal oxide layer is a layer in which oxygen diffuses into the steel (bare metal) and iron oxide precipitates.
The most characteristic feature of the scale formed on the Ni-containing steel material is the inner layer scale. Metal particles containing Ni as a solid solution are dispersed there. Since Ni is nobler than Fe, these metal particles are produced as a result of selectively oxidizing Fe, leaving Ni behind and gradually concentrating. It is believed that the metal particles containing Ni as a solid solution grow and produce an action (anchor effect) that anchors the scale to the steel, making descaling difficult. (For reference, see the state of the metal particles in the inner layer scale shown in FIG. 1.) In general, the higher the Ni content, the higher the volume fraction of the dispersed metal particles. The concentration is also high, making descaling more difficult.
（本発明の経緯）
そのようなデスケーリングが困難なＮｉ含有鋼に対して、特許文献１、２に記載されるような酸化防止材の塗布が提案されていた。また、Ｎｉ含有鋼ではないが、やはりデスケーリングが困難とされるＳｉ含有鋼に対して、特許文献３～５に記載されるように、デスケーリング衝突力（噴射圧力等）を高めることが提案されていた。
しかしながら、本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、Ｎｉ含有鋼のデスケーリングでは、デスケーリング水の衝突エネルギーよりも、むしろスケールと鋼材（母材）との温度差に起因する熱応力が重要な影響を及ぼすことを知見した。具体的には、デスケーリング工程における、デスケーリング水の流量、およびデスケーリング対象であるＮｉ含有鋼の通過速度を種々に変化させて、スケール剥離挙動を調査し、その結果、過不足なくデスケーリングが実現できる手法およびその条件を見出し、本発明を完成させた。
(Background of the present invention)
Application of an antioxidant as described in Patent Documents 1 and 2 has been proposed for such Ni-containing steel that is difficult to descal. In addition, although it is not Ni-containing steel, it is proposed to increase the descaling impact force (injection pressure, etc.) for Si-containing steel, which is still difficult to descal, as described in Patent Documents 3 to 5. It had been.
However, as a result of extensive research, the inventors of the present invention have found that in the descaling of Ni-containing steel, the thermal stress caused by the temperature difference between the scale and the steel material (base material) is more important than the collision energy of the descaling water. It was found that Specifically, in the descaling process, the flow rate of the descaling water and the passing speed of the Ni-containing steel to be descaled were variously changed to investigate the scale exfoliation behavior. The present invention has been completed by finding a method and its conditions that can be realized.
（ブレーキディスク材の製造プロセス）
本発明は、０．３～１．５質量％のＮｉ、０．００１～０．５００質量％のＳｉを含有する鋼材から、ブレーキディスク材を製造する過程で、生成する酸化スケールをデスケーリングする方法に関係する。ブレーキディスク材の製造プロセスは、図２の概略図に示されるように、鋼材を加熱炉で加熱する加熱工程、加熱されて鋼材表面に生じたスケールを除去するデスケーリング工程、およびデスケーリングされた鋼材からブレーキディスクに鍛造するための熱間鍛造工程を時系列順に含む。
(Manufacturing process of brake disc material)
The present invention descales the oxide scale generated in the process of manufacturing a brake disc material from a steel material containing 0.3 to 1.5% by mass of Ni and 0.001 to 0.500% by mass of Si. related to the method. As shown in the schematic diagram of FIG. 2, the manufacturing process of the brake disc material consists of a heating step of heating the steel material in a heating furnace, a descaling step of removing the scale formed on the surface of the heated steel material, and a descaling process. It includes the hot forging process in chronological order for forging steel into brake discs.
（鋼材の成分に関する規定）
本発明では、０．３～１．５質量％のＮｉ、および、０．００１～０．５００質量％のＳｉを含有する鋼材を取り扱う。このような濃度のＮｉおよびＳｉを含有する鋼材では、燃焼加熱時の鋼材表面の最高到達温度が１１７０℃以上に一旦でも加熱されれば、図１のように、Ｎｉを固溶した金属粒は大きくて複雑な形状となり、除去困難なスケールが生成する。
(Rules Concerning Components of Steel Materials)
The present invention deals with steel materials containing 0.3 to 1.5% by mass of Ni and 0.001 to 0.500% by mass of Si. In the steel material containing Ni and Si in such concentrations, if the steel material surface reaches a maximum temperature of 1170° C. or more during combustion heating, the metal grains in which Ni is solid-dissolved will form as shown in FIG. It has a large and complicated shape and produces scale that is difficult to remove.
Ｎｉ含有率が高いほど、デスケーリングは困難となるが、Ｎｉ含有率が０．３質量％未満である場合には、本発明を用いなくとも、一般的なデスケーリング手法によって、デスケーリング可能である。Ｎｉ含有率が０．３質量％以上である場合に、デスケーリングが特に困難になり、本発明の効果が明確に現れる。Ｎｉ含有率が１．５質量％を超えると、本発明を用いてもデスケーリングが困難である。 The higher the Ni content, the more difficult the descaling. However, when the Ni content is less than 0.3% by mass, descaling is possible by a general descaling method without using the present invention. be. When the Ni content is 0.3% by mass or more, descaling becomes particularly difficult, and the effect of the present invention appears clearly. When the Ni content exceeds 1.5% by mass, descaling is difficult even with the present invention.
本発明で取り扱う鋼材は、０．００１～０．５００質量％のＳｉを含有する。Ｓｉは、強度を確保したり、溶接性を向上させたりする観点から、鋼材に添加される元素であって、求める性能に応じて適宜添加してもよい。ただし、Ｓｉ含有量を０．００１質量％未満にするにはコストの上昇を招くことから、これを下限とする。また、Ｓｉは０．５００質量％超を含むと、１１７０℃以上では本発明を用いなくてもデスケーリング性がよい。これは、鋼材が加熱されてスケールを形成する際に、鋼材中に含まれるＳｉ分によって、Ｓｉ－Ｆｅ系の液相酸化物が形成され、デスケーリング性を向上させるからである。そのため、本発明で取り扱う鋼材は、Ｓｉ含有量の上限を０．５００質量％とする。 The steel material handled in the present invention contains 0.001 to 0.500% by mass of Si. Si is an element that is added to steel materials from the viewpoint of ensuring strength and improving weldability, and may be added as appropriate according to the desired performance. However, if the Si content is less than 0.001% by mass, the cost will increase, so this is the lower limit. In addition, when the Si content exceeds 0.500% by mass, the descalability is good at 1170° C. or higher without using the present invention. This is because when the steel material is heated to form scales, the Si content in the steel material forms Si—Fe-based liquid-phase oxides, thereby improving the descaling property. Therefore, the upper limit of the Si content of the steel material handled in the present invention is set to 0.500% by mass.
これら以外の鋼に含有する化学成分は、特に限定されないが、Ｃで０．００１～１．０００質量％、Ｍｎで０．００１～２．０００質量％、Ｐで０．００１～０．１００質量％、Ｓで０．００１～０．１００質量％の範囲の組成であれば、本発明範囲のデスケーリング性に影響を与えることはなく、本発明の効果を享受できる。
Ｃは、安価に強度を確保するために有効な元素であるが、添加量が多くなると加工性が低下するため、０．００１～１．０００質量％とするのが望ましい。
Ｍｎも強度の改善に添加される元素である。Ｍｎによる強度改善効果はＭｎ含有量が多いほど大きい。しかし、Ｍｎ含有量が２．０００質量％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傾向である。そのため、Ｍｎ含有量を０．００１～２．０００質量％とするのが望ましい。
Ｐも強度の改善に有効な合金元素であるとともに、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。この効果を得るために、Ｐを０．００１質量％以上含有してもよい。しかし、０．１００質量％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傾向であるため、上限は０．１００質量％とするのが望ましい。
Ｓは、本来不純物であり、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０．１００質量％以下であれば本発明上何ら問題はない。
なお、Ｃｒは耐蝕性や、耐酸化性を高めるために有効な元素であり、本発明で取り扱う鋼がそれらの目的で一定程度のＣｒを含んでもよい。しかしながら、Ｃｒを多く含有する鋼、例えば９．０００質量％以上のＣｒを含有するステンレス鋼は、スケールの生成が遅く、スケールの生成機構が、ほかの鋼材とは大きく異なることがある。そのため、本発明で取り扱う鋼は、Ｃｒ含有率を９．０００質量％未満としてもよい。一般的に、ステンレス鋼はＮｉを含有するものの、９．０００質量％以上のＣｒを含むので、ステンレス鋼を本発明で取り扱う鋼の対象外としてもよい。
Chemical components contained in the steel other than these are not particularly limited, but C is 0.001 to 1.000% by mass, Mn is 0.001 to 2.000% by mass, and P is 0.001 to 0.100% by mass. % and S in the range of 0.001 to 0.100% by mass, the effects of the present invention can be enjoyed without affecting the descalability within the scope of the present invention.
C is an effective element for securing strength at a low cost, but if the amount added increases, workability decreases, so it is desirable to add 0.001 to 1.000% by mass.
Mn is also an element added to improve strength. The strength improvement effect of Mn increases as the Mn content increases. However, even if the Mn content exceeds 2.000% by mass, the workability tends to deteriorate although the strength increases with the amount added. Therefore, it is desirable to set the Mn content to 0.001 to 2.000% by mass.
P is also an alloying element that is effective in improving strength, and P-based oxides lower the eutectic temperature and increase the liquid phase, so that scale removability is improved. In order to obtain this effect, P may be contained in an amount of 0.001% by mass or more. However, even if the content exceeds 0.100% by mass, the effect on scale exfoliation tends to be saturated, and grain boundary embrittlement tends to occur, which tends to deteriorate workability, so the upper limit is 0.100 mass%. % is preferable.
S is originally an impurity, and if it is contained in a large amount, it impairs cold or hot workability. No problem above.
Cr is an effective element for enhancing corrosion resistance and oxidation resistance, and the steel handled in the present invention may contain a certain amount of Cr for these purposes. However, steel containing a large amount of Cr, for example, stainless steel containing 9.000% by mass or more of Cr, is slow in scale formation, and the scale formation mechanism may differ greatly from other steel materials. Therefore, the steel used in the present invention may have a Cr content of less than 9.000% by mass. In general, stainless steel contains Ni, but contains 9.000% by mass or more of Cr, so stainless steel may be excluded from the scope of the steel handled in the present invention.
（加熱工程）
本発明では、鋼材の加熱温度を１１７０℃以上１３００℃以下の場合に限定した。その理由は、前述のとおり、加熱温度が１１７０℃以上の場合には、内層スケールに含まれるＮｉを固溶した金属粒が大きく複雑な形状となり、デスケーリングが困難となるためである。ここに、鋼板加熱温度は、厳密には鋼材の表面温度またはスケール温度で管理されるべきである。実用的には、それを加熱炉内温度（雰囲気温度）で管理してもよい。それは、鋼材の表面温度またはスケール温度に概ね一致するので、デスケーリングの難易度を制御することが可能である。表面温度は放射温度計を用いて計測してもよい。
(Heating process)
In the present invention, the heating temperature of the steel material is limited to 1170°C or higher and 1300°C or lower. The reason for this is that, as described above, when the heating temperature is 1170° C. or higher, the metal grains in which Ni contained in the inner layer scale becomes a solid solution and has a large and complicated shape, making descaling difficult. Strictly speaking, the steel plate heating temperature should be controlled by the surface temperature or scale temperature of the steel material. Practically, it may be controlled by the temperature in the heating furnace (ambient temperature). Since it roughly matches the surface or scale temperature of the steel, it is possible to control the degree of descaling difficulty. The surface temperature may be measured using a radiation thermometer.
鋼材を加熱する温度は、本来、圧延、鍛造等の熱間加工に要する変形抵抗や加工の程度を考慮して必要十分な温度が採用される。通常、１１００～１３００℃の温度範囲となる。１１００℃未満では、圧延不良、鍛造不良等の加工不良が生じるおそれがある。ただし、本発明では、１１７０℃以上で鋼板の加熱をするので、その後の熱間加工上で問題が生じることはない。圧延不良、鍛造不良等の加工不良は生じず、圧延負荷が高くなることもない。
一方で、この加熱により、鋼材にスケールが成長し、表面疵の原因となるため、デスケーリングが必要となる。特に、１３００℃超では、加工のしやすさは飽和する一方で、スケールの生成が促進され歩留まりが低下する。そのため、鋼材の加熱温度の上限を１３００℃とする。
加熱手段は、１１７０℃以上に加熱することができるものであればよく、特に限定されない。メタンやプロパンのような燃焼ガスを直接鋼材に吹き付けながら燃焼させることにより、加熱してもよい。また、誘導加熱、ランプ加熱、通電加熱、電気炉加熱、ラジアントチューブ、ロータリーキルン炉等の加熱手段を用いてもよい。
加熱雰囲気は、特に限定されず、加熱燃焼のための燃焼ガス雰囲気としてよい。
加熱時間は、鍛造等の加工の対象となる鋼材の中心まで、所望の温度になるように設定される。一般的なブレーキディスク材では、およそ１５分以上の加熱をしてもよい。さらに、鋼材の内部が十分に加熱されるように、加熱時間の下限を１時間としてもよい。加熱時間の上限は特に制限されるものではないが、長くしすぎても、加工のしやすさは飽和する一方でスケールの生成が促進され歩留まりが低下するので、加熱時間の上限を１０時間としてもよい。
As for the temperature for heating the steel material, a necessary and sufficient temperature is originally adopted in consideration of the degree of deformation resistance and working required for hot working such as rolling and forging. Usually, the temperature range is 1100-1300°C. If the temperature is less than 1100°C, processing defects such as poor rolling and poor forging may occur. However, in the present invention, since the steel sheet is heated at 1170° C. or higher, no problem occurs in subsequent hot working. Processing defects such as poor rolling and poor forging do not occur, and the rolling load does not increase.
On the other hand, this heating causes scale to grow on the steel material and cause surface defects, so descaling is required. In particular, when the temperature exceeds 1300° C., the ease of processing is saturated, but the formation of scale is promoted and the yield is lowered. Therefore, the upper limit of the heating temperature of the steel material is set to 1300°C.
The heating means is not particularly limited as long as it can heat to 1170° C. or higher. The steel material may be heated by burning while blowing a combustion gas such as methane or propane directly onto the steel material. Heating means such as induction heating, lamp heating, electric heating, electric furnace heating, radiant tube, rotary kiln furnace, etc. may also be used.
The heating atmosphere is not particularly limited, and may be a combustion gas atmosphere for heating and combustion.
The heating time is set so that the center of the steel material to be processed such as forging reaches a desired temperature. Typical brake disc materials may be heated for approximately 15 minutes or longer. Furthermore, the lower limit of the heating time may be 1 hour so that the inside of the steel material is sufficiently heated. The upper limit of the heating time is not particularly limited, but if it is too long, the ease of processing will be saturated, but the production of scale will be promoted and the yield will decrease, so the upper limit of the heating time is set to 10 hours. good too.
（デスケーリング工程）
加熱工程で加熱された鋼材の表面にはスケールが生成しており、そのスケールをデスケーリング工程で除去する。デスケーリングとは、高温（例えば９００℃以上）の鋼材表面に、水をノズルから噴射することで、鋼材表面のスケールを剥離させて除去する方法をいう。図３は、デスケーリング装置を模式的に説明する概略構成図である。搬送台１によって鋼材２が速度ｖ（ｍ／ｓ）で移動（通過）し、噴射ノズル４から噴射されたデスケーリング水によって、鋼材２の表面のデスケーリングが行なわれる。なお、搬送台１で搬送される鋼材２の表面に対して、均一にデスケーリングするため、つまり、もれがなく且つ重複もないように、デスケーリングするために、噴射ノズル４から噴射されたデスケーリング水を、扇状に広がって噴射する、フラットスプレーノズルを用いる。このとき、噴射ノズル４からのデスケーリング水量は、単位時間、単位長さ（幅）当たりに噴射される量Ｑ
Scale is generated on the surface of the steel material heated in the heating process, and the scale is removed in the descaling process. Descaling refers to a method of exfoliating and removing scales on the steel material surface by spraying water from a nozzle onto the surface of the steel material at a high temperature (for example, 900° C. or higher). FIG. 3 is a schematic configuration diagram for schematically explaining the descaling device. Steel material 2 is moved (passed) by carrier 1 at a speed v (m/s), and descaling of the surface of steel material 2 is performed by descaling water jetted from jet nozzle 4 . In order to perform uniform descaling on the surface of the steel material 2 transported on the carriage 1, that is, to perform descaling without omission or overlap, the injection nozzle 4 sprayed A flat spray nozzle is used to fan out the descaling water. At this time, the amount of descaling water from the injection nozzle 4 is the amount Q injected per unit length (width) per unit time.
本発明では、デスケーリング工程を通過する鋼材の速度をｖ（ｍ／ｓ）、噴射される水の単位幅当たりの流量をＱ
上記の条件でデスケーリングを行うと、スケールと母材（鋼材）との温度差が適切に制御され、温度差に起因する熱応力を高まることにより、スケールと母材（鋼材）との間の密着性が低下し、結果としてデスケーリング性が向上する。特定の理論に拘束されることは望まないが、以下が考えられる。Ｑ／ｖ（ｋｇ／ｍ2）は、鋼材表面の単位面積当たりに噴射されるデスケーリング水量に相当するものであり、概ね、スケールおよび母材（鋼材）表面近傍の冷却量に比例すると考えられる。なお、過度に長時間冷却するなどの特殊な条件をのぞけば、通常のデスケーリング条件では、母材の表面近傍より内部（母材の中心部等）は、ほとんど冷却されない。
In the present invention, v (m/s) is the velocity of the steel material passing through the descaling process, and Q is the flow rate per unit width of the jetted water.
When descaling is performed under the above conditions, the temperature difference between the scale and the base material (steel) is appropriately controlled, and the thermal stress caused by the temperature difference is increased, resulting in Adhesion is reduced, resulting in improved descalability. While not wishing to be bound by any particular theory, the following is believed. Q/v (kg/m 2 ) corresponds to the amount of descaling water injected per unit area of the surface of the steel material, and is generally considered to be proportional to the amount of cooling in the vicinity of the scale and base material (steel) surface. . Except for special conditions such as cooling for an excessively long period of time, under normal descaling conditions, the interior (such as the center of the base material) is hardly cooled from the vicinity of the surface of the base material.
ここで、Ｑ／ｖ（ｋｇ／ｍ2）が２０未満であると、冷却が十分でなく、デスケーリング性が向上しない。つまりスケールおよび母材（鋼材）表面近傍が十分に冷却されないので、スケールと母材の温度差が十分でなく、温度差に起因する熱応力が十分に得られず、結果としてデスケーリング性が向上しない。Ｑ／ｖ（ｋｇ／ｍ2）が２０以上であると、冷却が十分であり、デスケーリング性が向上する。つまりスケールと母材（鋼材）の表面近傍が十分に冷却され、スケールと母材の温度差が十分に得られ、温度差に起因する熱応力が高まり、スケールと母材（鋼材）との間の密着性が低下し、結果としてデスケーリング性が向上する。Ｑ／ｖ（ｋｇ／ｍ2）が２０以上であれば、原理的には、十分な熱応力が得られ、デスケーリング性が向上するが、実際の操業では、Ｑ
鋼材の通過速度ｖ（ｍ／ｓ）は、０．０５～０．５である。０．５ｍ／ｓ以下に通過速度を低下させることにより、冷却時間が適度に長くなり、鋼材の単位表面積当たりに所望の水量（Ｑ／ｖ）を散布できる。０．５ｍ／ｓを超えると鋼材が受ける水量が減り、十分な冷却が得られず、デスケーリング性が低下することがある。
一般的なデスケーリング装置では、ｖが０．０５ｍ／ｓ未満では、デスケーリング装置の入口から実際にデスケーリングが行なわれる位置まで、またそこからデスケーリング装置出口までの搬送時間が長くなり、冷却時間が長くなりすぎて、母材（鋼材）内部の温度も低下し、デスケの際に、スケールと母材の温度差が十分に得られず、温度差に起因する熱応力が十分に得られず、結果としてデスケーリング性が向上しないことがある。また、生産性も低下する。
The passing speed v (m/s) of the steel material is 0.05 to 0.5. By lowering the passing speed to 0.5 m/s or less, the cooling time becomes moderately long, and the desired amount of water (Q/v) can be sprayed per unit surface area of the steel material. If it exceeds 0.5 m/s, the amount of water that the steel material receives decreases, sufficient cooling cannot be obtained, and descalability may deteriorate.
In a general descaling device, when v is less than 0.05 m/s, the transportation time from the entrance of the descaling device to the position where descaling is actually performed and from there to the exit of the descaling device becomes long, resulting in a long cooling time. If the time is too long, the temperature inside the base metal (steel) will also drop, and a sufficient temperature difference between the scale and the base metal cannot be obtained during descaling, and the thermal stress caused by the temperature difference cannot be obtained sufficiently. As a result, the descalability may not be improved. Moreover, productivity also falls.
デスケーリング水量Ｑ
デスケーリングの圧力は、Ｎｉ含有鋼のためのデスケーリングで一般的に採用される、比較的高圧の条件でよく、噴射ノズル前のヘッダー圧で１００ｋｇ／ｃｍ2（９．８ＭＰａ）以上であることが望ましい。上限は特に制限されないが、装置コスト等を考慮して、１０００ｋｇ／ｃｍ2（９８ＭＰａ）以下としてもよい。この範囲であれば、鉄鋼の熱間圧延や鍛造プロセスで一般的に使われている条件範囲であり、追加の設備や手間を必要とせず好ましい。また、上記のデスケーリング条件を満たす限り、デスケーリング水の噴射距離、噴射角度等は適宜調整することが可能である。 The descaling pressure may be a relatively high pressure condition generally employed in descaling for Ni-containing steel, and the header pressure before the injection nozzle should be 100 kg/cm 2 (9.8 MPa) or more. is desirable. Although the upper limit is not particularly limited, it may be 1000 kg/cm 2 (98 MPa) or less in consideration of equipment cost and the like. This range is a range of conditions generally used in hot rolling and forging processes of steel, and is preferable because it does not require additional equipment or labor. Further, as long as the above descaling conditions are satisfied, the injection distance, injection angle, etc. of the descaling water can be appropriately adjusted.
（鍛造工程）
鍛造は、鋼材を加熱し、柔らかい状態にした上で、プレス機等によって圧力をかけ、金型成形することである。上記のデスケーリングされた鋼材の内部は未だ十分に高い温度を維持しており、鍛造により、ブレーキディスクに成形される。上記のデスケーリングにより、十分にスケールが除去されているので、ブレーキディスクのスケール疵を抑制できる。鍛造の条件は、一般的な条件を採用することができ、所望のブレーキディスクを得るために適宜調整してもよい。
(Forging process)
Forging is the process of heating steel to make it soft, and then applying pressure with a press or the like to mold it. The interior of the descaled steel still maintains a sufficiently high temperature and is formed into a brake disc by forging. Since the scale is sufficiently removed by the above-described descaling, scale defects on the brake disc can be suppressed. General conditions can be adopted for the forging conditions, and they may be adjusted as appropriate to obtain a desired brake disc.
（発明の効果）
本発明によれば、従来困難であったＮｉ含有鋼（Ｎｉ：０．３～１．５質量％）のデスケーリングを、酸化防止剤の塗布や、デスケーリング衝突力の増大等を行なわずに、低コストで行うことができる。
(Effect of the invention)
According to the present invention, descaling of Ni-containing steel (Ni: 0.3 to 1.5% by mass), which was conventionally difficult, can be performed without applying an antioxidant or increasing the descaling impact force. , can be done at low cost.
本発明について、以下の実施例を用いて説明する。ただし、本発明は、この実施例に限定して解釈されるべきものではない。 The invention is illustrated using the following examples. However, the present invention should not be construed as being limited to this example.
使用した鋼材の化学成分を下記表１に示す。各鋼材を、空気比１．１に設定したＬＰＧの燃焼ガス雰囲気中、共晶点（１１７０℃）以上の所定温度にて所定時間で加熱（表２参照）した。ここで、加熱温度は、炉内雰囲気温度を用いた。加熱完了後の鋼材を炉から取り出し、デスケーリング（デスケーリング水圧力 １００～２００ｋｇ／ｃｍ2（９．８～１９．６ＭＰａ））を行った後、熱間鍛造（プレス圧力２０００ｋｇ／ｃｍ2（１９６ＭＰａ））を行った。熱間鍛造した後の表面疵（スケール疵）の有無を判定した。
ここで、デスケーリング時の水の流量（Ｑに相当）はオリフィス径（ノズル型番）とデスケーリング水圧力を変えて調整した
表面疵の判定は、製品の表面品質上問題となる程度のものが目視で確認された場合、または、品質上問題無い程度のものが断面観察で確認された場合を×（「表面疵発生」）、表面疵のないことが目視および断面観察で確認された場合を○（「表面疵なし」）とした。
The chemical compositions of the steel materials used are shown in Table 1 below. Each steel material was heated for a predetermined time at a predetermined temperature above the eutectic point (1170° C.) in an LPG combustion gas atmosphere with an air ratio of 1.1 (see Table 2). Here, the temperature of the atmosphere in the furnace was used as the heating temperature. After the completion of heating, the steel material is taken out from the furnace and subjected to descaling (descaling water pressure 100 to 200 kg/cm 2 (9.8 to 19.6 MPa)), followed by hot forging (press pressure 2000 kg/cm 2 (196 MPa). )). The presence or absence of surface flaws (scale flaws) after hot forging was determined.
Here, the water flow rate (equivalent to Q) during descaling was adjusted by changing the orifice diameter (nozzle model number) and the descaling water pressure.
In the judgment of surface flaws, x (“Occurrence of surface flaws”) when a surface flaw that poses a problem with the surface quality of the product is visually confirmed, or when a cross-sectional observation shows no problem with quality. ), and the case where it was confirmed visually and cross-sectionally that there were no surface flaws was evaluated as ◯ (“no surface flaws”).
本発明例１～１１では、本発明の範囲内の温度と時間で加熱をしており、本発明の範囲内の鋼材通過速度ｖ（ｍ／ｓ）および単位面積当たりの水量Ｑ／ｖ（ｋｇ／ｍ2）を満たすので、いずれもデスケーリングによりスケールが十分に除去され、その後の鍛造で表面品質上許容できない疵を生じることはなかった（○）。
比較例２、４、６、７では、本発明の上限値（０．５ｍ／ｓ）より高速で鋼材を通過させ、デスケーリングを行ってもスケールが十分に除去されず、その後の鍛造で表面品質上問題となる疵を生じた（×）。デスケーリングによる単位面積当たりの冷却水量が十分でなかったことが示唆される。
比較例３、５では、本発明の下限値（０．０５ｍ／ｓ）より低速で鋼材を通過させたところ、デスケーリングを行ってもスケールが十分に除去されず、その後の鍛造で表面品質上問題となる疵を生じた（×）。鋼材の搬送開始後、デスケーリング前に鋼材表面温度が低くなり、デスケーリングによる冷却の効果が十分でなかったことが示唆される。
In Examples 1 to 11 of the present invention, heating was performed at a temperature and time within the scope of the present invention, and the steel material passing speed v (m / s) and the amount of water per unit area Q / v (kg /m 2 ), the scale was sufficiently removed by descaling, and the subsequent forging did not cause unacceptable defects in terms of surface quality (○).
In Comparative Examples 2, 4, 6, and 7, the steel material was passed through at a speed higher than the upper limit value (0.5 m/s) of the present invention, and even if descaling was performed, the scale was not sufficiently removed. Scratches that pose a problem in terms of quality were produced (×). It is suggested that the amount of cooling water per unit area by descaling was not sufficient.
In Comparative Examples 3 and 5, when the steel material was passed at a speed lower than the lower limit value (0.05 m/s) of the present invention, the scale was not sufficiently removed even by descaling, and the subsequent forging caused problems in surface quality. Problematic flaws were produced (×). After the start of transportation of the steel, the surface temperature of the steel decreased before descaling, suggesting that the cooling effect of descaling was not sufficient.
本発明例１１では、加熱温度を１３００℃、加熱時間を１０時間としたが、この場合にも本発明の範囲内のデスケーリングをすることによりスケールが十分に除去され、その後の鍛造で表面品質上許容できない疵を生じることはなかった（○）。すなわち、本発明は高温且つ長時間の加熱をした場合でも有効であるという結果が得られた。
また、本発明例１０では、加熱温度を１１８０℃、加熱時間を１時間としたが、この場合でもデスケーリングによりスケールが十分に除去され、その後の鍛造で表面品質上許容できない疵を生じることはなかった。すなわち、本発明の範囲の下限付近の加熱温度、加熱時間であっても、本発明の効果が奏されることが裏付けられた。
In Inventive Example 11, the heating temperature was 1300° C. and the heating time was 10 hours. There were no unacceptable flaws (○). That is, it was found that the present invention is effective even when heated at high temperature for a long time.
In Example 10 of the present invention, the heating temperature was 1180° C. and the heating time was 1 hour. I didn't. That is, it was confirmed that the effects of the present invention can be achieved even at a heating temperature and a heating time near the lower limits of the range of the present invention.
Claims (1)
デスケーリング工程を通過する鋼材の速度をｖ（ｍ／ｓ）、噴射される水の単位幅当たりの流量をＱ
The speed of the steel material passing through the descaling process is v (m / s), and the flow rate per unit width of the jetted water is Q
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