JPH057914A - 表面疵の発生を防止する鋼の熱間圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、Ａｌで脱酸を行った鋼を連続鋳造
後室温まで冷却することなく分塊または圧延する方法に
おいて、その際の表面疵の発生を防止する鋼の熱間圧延
方法を提供する。 【構成】 分塊または圧延前に鋳片の表面を５００℃以
下に冷却し、かつ再加熱時に７５０℃以下の温度域でシ
ョットを投射する。特に特定量のＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌ
と、その他Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｖの内１種または２種以
上を含む鋼において、分塊または圧延前に鋳片の表面を
５００℃以下に冷却し、かつ再加熱時に７５０℃以下の
温度域でショットを投射する。 【効果】 表面層の変態が確実に進行し、γ粒が微細化
して粒界が強化され、割れ等の表面疵が解消する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ａｌで脱酸を行い連続
鋳造した鋼，とりわけ低合金鋼の鋳片を、室温まで冷却
することなく熱片のまま保熱炉または加熱炉に装入し熱
間圧延するホットチャージ圧延において、表面疵の発生
を防止する熱間圧延方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼は強度や靱性等の特性を向上させるた
めに非金属介在物を減少させる必要があり、そのための
極めて有効な手段として、Ａｌによる脱酸が行われてい
る。しかしＡｌで脱酸を行った鋼は、鋳造後直送圧延
（以下ＤＲと略記する）やホットチャージ圧延（以下Ｈ
ＣＲと略記する）を行うと、表面に亀裂が発生して最終
製品で表面疵となる欠点がある。

【０００３】またＣｒ，Ｍｏ等を含有する低合金鋼は、
強度靱性が高く焼入れ性が良好なため、主として自動車
や工業機械の強度耐摩耗部品等に使用されている。しか
しこれらの低合金鋼もまた鋳造後ＤＲやＨＣＲ工程で圧
延を行うと、表面に亀裂が発生して最終製品で表面疵と
なる欠点があった。

【０００４】このように従来鋳片や鋼片を分塊圧延する
工程では、種々の表面割れ現象が認められている。中で
もＡｌ脱酸を行った炭素鋼，低合金鋼の連続鋳造鋳片
は、ＤＲ工程やＨＣＲ工程で分塊や圧延を行うと、表面
に微細な割れが生ずることが認められている。

【０００５】この割れの発生原因は、オーステナイト結
晶粒界にＡｌＮが析出し、さらにＰ，Ｓ，Ｏ等の元素が
粒界に偏析することで、粒界の強度が低下して脆化する
ものと考えられている。

【０００６】従って割れの発生防止のためには、Ｐ，
Ｓ，Ｏを低減し、ＡｌＮの析出を防止すれば良いことに
なる。しかし割れ発生を防止できるレベルまでＰ，Ｓ，
Ｏを低減することは技術的にも困難で、コスト的に著し
く不利となるだけでなく、例えば切削加工を行う材料で
はＳを低下させると切削性が著しく劣化することから、
事実上実現不可能である。

【０００７】またＡｌＮの析出防止のためにＡｌの添加
を中止することは、鋼の清浄度を著しく低下させ、加工
性や強度靱性を劣化させることから、やはり実施不可能
である。Ｎについても、Ａｌ脱酸鋼においてＡｌＮの析
出を防止できるレベルまで含有量を低減することは、技
術的に不可能であった。

【０００８】そこでＰ，Ｓ，Ｏ等の元素の偏析やＡｌＮ
の析出が特定温度域で起こることに着目して、種々の方
策が提案されてきた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】先ず特開昭５５−８４
２０１号公報および特開昭５５−８４２０３号公報に
は、粒界脆化を起こすのはフィルム状の燐化物、硫化物
等であることを見出し、鋼片を１０００℃付近の高温で
保定することで、また溶融凝固後の冷却速度を著しく小
さくすることで、Ｐ，Ｓのフィルム状析出物を球状化さ
せ、表面割れを防止する方法が開示されている。

【００１０】この方法は、比較的Ｓの少ない鋼において
は表面割れの減少に有効であるが、切削加工を考慮して
Ｓの低減を多少控え目にした鋼ではほとんど効果がな
い。さらに、高温での保定や著しい緩冷却が不可欠であ
ることから、生産性の大幅な低下を免れ得ないという欠
点がある。

【００１１】また特公昭４９−７７７１号，特開昭５５
−８４２０２号，特開昭６３−１６８２６０号および特
開昭６３−１８８４０１号の各公報には、一旦Ａ₁ 変態
点以下の特定温度まで冷却し、初晶ないし初析オーステ
ナイト相をフェライト＋炭化物相に変態させ、再加熱で
再変態によって生成するオーステナイト相を微細化する
とともに、結晶粒界の位置を冷却前とは変えることによ
って、粒界脆化を回避し表面割れを防止する方法が開示
されている。

【００１２】本方法は、一旦冷却し再度加熱するという
熱エネルギー的に不利な要素を抱えているものの、疵発
生を防止することはかなり有効な手段であった。しかし
この方法は、実験室等の比較的小さい鋼片では確実に効
果が現われるものの、実ラインでは同一の処理を行って
も必ずしも確実に効果が得られなかった。特に鋳片サイ
ズが大きくなったり低合金鋼の鋳片の場合は、所期の効
果はほとんど得られなかった。

【００１３】従来のもっとも有効で確実な表面割れ防止
対策は、室温まで冷却ししかる後再加熱する方法であっ
た。しかしこの方法は、表面割れ防止には有効であって
も、熱エネルギー的には全く無駄が大きく、かつ冷却再
加熱に長時間を要することから、生産工程に自由度がな
くなり繁雑になる等、コストの点からは採用しかねる方
法であった。

【００１４】以上示したようにこれまで提案されている
表面割れ防止方法は、室温まで冷却する方法を除いて効
果の認められる場合はあるもののその確立は低く、量産
工程に採用するのは不可能であった。特に、生産性向上
に極めて有効な断面が大きく単重の大きな鋳片で効果が
見られないことは致命的であった。

【００１５】本発明は、特公昭４９−７７７１号公報に
記載されある程度効果の認められている表面割れの防止
方法を改善し、サイズの大きな鋳片や低合金鋼の鋳片で
も確実に表面割れを防止できる熱間圧延方法を提供する
ことを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、特公昭４
９−７７７１号公報に記載されている初晶ないし初析オ
ーステナイト相のフェライト＋炭化物相への変態、およ
びその再変態によるオーステナイト相の微細化および結
晶粒界の変化を用いた表面割れ防止方法において、効果
の不安定な要因を研究した。

【００１７】その結果、同一の温度管理を行っても鋳片
の違いによって熱工程，特にこれまで検討されてこなか
った再加熱の工程に大きな差異を生ずることを見出し
た。すなわちサイズの大きな鋳片の場合、表面の温度を
所定の温度まで低下せしめても、冷媒から取り出した後
の復熱による温度上昇は、小さな鋳片に比べて早くなる
ことが判明した。

【００１８】この理由は、高温から表面だけを冷却し復
熱ないし再加熱を行うのは、いわば非平衡状態での処理
であるので、復熱の熱源となる内部の熱容量すなわち温
度を低下させない部分の大きさによって、復熱速度が急
激にも緩慢にもなるためである。

【００１９】要するに、表面温度を基準に設計した熱工
程では、その限定条件は同一であっても実際の鋳片のた
どる温度履歴は必ずしも一定にはならないので、初晶な
いし初析オーステナイト相のフェライト＋炭化物相への
変態が起きない場合が生じ、その結果表面割れ防止効果
が見られない場合があったのである。

【００２０】低合金鋼の場合、一般的に炭素鋼に比べて
オーステナイト相からフェライト相への変態に長時間を
要するため、単にフェライト相の安定な温度域に温度を
低下させても、必ずしもオーステナイト相への変態が進
行するとは限らないことが判明した。

【００２１】すなわちフェライト相が安定な温度域に保
定しても、フェライト相への変態が開始しない内にある
いは終了しない内に、オーステナイト相の安定な高温に
復熱してしまうのである。このためにもとの初晶ないし
初析オーステナイト相がそのまま安定化し、当然初晶な
いし初析オーステナイト粒界がそのまま残存することに
なるのである。

【００２２】特に従来は生産性を考慮し、冷却後の鋳片
をできる限り早く高温に戻すことを指向していたため、
冷却後直ちに加熱炉に装入するような操業になっていた
のである。従って、サイズの大きな鋳片やオーステナイ
ト相からフェライト相への変態に長時間を要する低合金
鋼では、上述したような機構で表面割れ防止効果が現れ
なかったものと考えられる。

【００２３】本発明者らは、以上の考え方に基づいて、
確実に再変態オーステナイト相の微細化を達成させる方
法を検討し、冷却温度の限定に加えて、復熱時に表面に
加工歪を付与することを想起した。歪を加えることで非
平衡状態のオーステナイト相から安定なフェライト＋炭
化物相への変態を促進させ、比較的急速な昇温速度で変
態を完了させようとするものである。本発明はこの知見
に基づきなされたものである。

【００２４】すなわち第１の本発明は、Ａｌで脱酸を行
った鋼を連続鋳造後室温まで冷却することなく分塊また
は圧延する方法において、分塊または圧延前に鋳片の表
面を５００℃以下に冷却し、かつ再加熱時に７５０℃以
下の温度域でショットを投射することを特徴とする表面
疵の発生を防止する鋼の熱間圧延方法である。

【００２５】さらに第２の本発明は、Ｃｒ，Ｍｏ等を含
む低合金鋼に対する実施態様として、Ｃ：１．０％以
下，Ｓｉ：０．０１％以上１％以下，Ｍｎ：０．０１％
以上２％以下，Ａｌ：０．００１％以上０．１％以下を
含み、その他Ｃｒ：０．２％以上３．５％以下，Ｍｏ：
０．１％以上１．５％以下，Ｎｉ：０．１％以上２．５
％以下，Ｖ：０．０５％以上０．５％以下の内１種また
は２種以上を含む鋼を連続鋳造後室温まで冷却すること
なく分塊または圧延する方法において、分塊または圧延
前に鋳片の表面を５００℃以下に冷却し、かつ再加熱時
に７５０℃以下の温度域でショットを投射することを特
徴とする表面疵の発生を防止する鋼の熱間圧延方法であ
る。

【００２６】

【作用】以下作用とともに本発明を詳述する。先ず本発
明の限定理由を説明する。

【００２７】鋳片ないし鋼片の冷却温度は、表面温度で
５００℃より高い場合、その後の復熱ないし再加熱中に
ショットを投射しても変態が進行せず一部に未変態部分
が残留し、そこが割れの起点となるため、５００℃以下
に限定した。

【００２８】ショットの投射温度域は、７５０℃を超え
ると、歪が加わっても非平衡状態のオーステナイト相か
ら安定なフェライト＋炭化物相への変態の促進に寄与せ
ず、特にＡｒ₁ 点の温度を超えるとオーステナイト相が
安定に存在し得るようになり、フェライト＋炭化物相へ
の変態は起こらなくなるため、これを上限とした。

【００２９】第２の発明における鋼の成分の内、Ｃは
１．０％を超えると初析のセメンタイトが多量に析出し
て靱性が劣化するため、通常の低合金鋼では使用できな
いことから上限とした。

【００３０】Ｓｉは、０．０１％未満では脱酸が不十分
となるため下限とし、１％を超えると熱間加工性が劣化
して本発明で対象とする表面割れ以外の巨大な割れが発
生するため上限とした。

【００３１】Ｍｎは、０．０１％未満では脱酸が不十分
となるため下限とし、２％を超えると５００℃以下さら
には常温まで冷却してもなおオーステナイト相が残留す
るため上限とした。

【００３２】Ａｌは、０．００１％未満では脱酸が不十
分となるため下限とし、０．１％を超えると熱間加工性
が劣化するために上限とした。

【００３３】Ｃｒは、低合金鋼として焼入れ性を確保す
るために０．２％を下限とし、多量に添加しても効果に
大きな変化がなくコストだけが上昇することから、３．
５％を上限とした。

【００３４】Ｍｏもまた、低合金鋼として焼入れ性を確
保するために０．１％を下限とし、多量に添加しても効
果に大きな変化がなくコストだけが上昇することから、
１．５％を上限とした。

【００３５】Ｎｉもまた、低合金鋼として焼入れ性を確
保するために０．１％を下限とし、多量に添加しても効
果に大きな変化がなくコストだけが上昇することから、
２．５％を上限とした。

【００３６】Ｖは、低合金鋼として焼入れ性を確保する
ために０．０５％を下限とし、多量に添加すると炭化物
が多量に析出し加工性靱性が劣化する上にコストだけが
上昇することから、０．５％を上限とした。

【００３７】本発明では鋳片は５００℃以下まで冷却さ
れ、その後復熱および再加熱時にショット投射を受け、
再びＡｒ₃ 点の温度以上になる。鋳片の結晶組織は、５
００℃以下まで冷却されただけではまだオーステナイト
単相と推定される。その後、復熱あるいは加熱によって
Ａｒ₁ 点まで温度が上昇していくが、この過程でショッ
ト投射の歪を受けてオーステナイト相からフェライト＋
炭化物相に変態が促進される。その後さらに昇温してＡ
ｒ₃ 点の温度を超えると、フェライト＋炭化物相は比較
的短時間で再びオーステナイト単相に再変態する。

【００３８】この結果、冷却前の初晶ないし初析オース
テナイト相に比べ形状サイズは微細化し粒界の位置も変
化する。新しいオーステナイト粒界には析出ＡｌＮはな
く、Ｓ，Ｐ，Ｏ等も偏析していないので、粒界が健全
で、分塊や圧延で割れを発生しないことになる。

【００３９】復熱あるいは加熱時にショット投射等の歪
を受けない場合、オーステナイト相からフェライト＋炭
化物相への変態が完了しない内に、甚だしい場合は開始
しない内にＡｒ₃ 点の温度を超えることとなる。

【００４０】この場合は、初晶ないし初析オーステナイ
ト相がそのままオーステナイト相の安定な温度域に戻っ
たことになるので、冷却前の初晶ないし初析オーステナ
イト相がそのままの状態で残ることとなる。すなわち冷
却しない場合となんら変らないことになる。

【００４１】従って、オーステナイト相の形状サイズお
よび粒界の位置は冷却前と変らないため、やはりオース
テナト粒界には析出ＡｌＮが存在し、Ｓ，Ｐ，Ｏ等も偏
析しているので粒界は脆化しており、分塊や圧延で割れ
を発生することになる。

【００４２】

【実施例】表１に示した化学組成の鋼を断面サイズ３５
０角に連続鋳造後、直ちに水中に浸漬し表面温度を５０
０℃以下まで冷却した。その後、水中より取り出し大気
中にて表面にショットを投射した。しかる後加熱炉に装
入して復熱させ、さらに１２００℃まで再加熱して、１
６５角まで分塊圧延を行った。

【００４３】分塊圧延した鋼片の表面を目視で観察し、
表面割れの有無を調査した。比較のために常温まで冷却
し再加熱したもの、および冷却時の表面温度が５００℃
より高い時点で復熱を開始したもの、および冷却せずに
分塊圧延を行ったものについても表面割れの調査を行っ
た。

【００４４】表面割れの調査結果と、使用鋼材の種類，
冷却後の再加熱方法およびショット投射条件を合わせて
表２に示した。５００℃以下に冷却しかつ７５０℃まで
の間にショットを投射した鋳片は表面割れの発生が少な
いことがわかった。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】

【発明の効果】以上説明したごとく本発明の熱間圧延方
法によれば、Ａｌで脱酸を行った鋼や低合金鋼の連続鋳
造鋳片の熱間加工性が向上し、ホットチャージ圧延工程
の採用が可能となった。特に従来の方法では、生産性を
向上させるのに有効なサイズの大きな鋳片や、コストの
比較的高い低合金鋼等には効果がなく表面割れが多発し
たため、鋳片の表面研削等の手入れを行っていたが、本
発明によりこれらの表面生成が不要となり、鋳片品質の
向上とともに、製造コストの低減を図り得る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌで脱酸を行った鋼を連続鋳造後室温
   まで冷却することなく分塊または圧延する方法におい
   て、分塊または圧延前に鋳片の表面を５００℃以下に冷
   却し、かつ再加熱時に７５０℃以下の温度域でショット
   を投射することを特徴とする表面疵の発生を防止する鋼
   の熱間圧延方法。
2. 【請求項２】 Ｃ：１．０％以下，Ｓｉ：０．０１％以
   上１％以下，Ｍｎ：０．０１％以上２％以下，Ａｌ：
   ０．００１％以上０．１％以下を含み、その他Ｃｒ：
   ０．２％以上３．５％以下，Ｍｏ：０．１％以上１．５
   ％以下，Ｎｉ：０．１％以上２．５％以下，Ｖ：０．０
   ５％以上０．５％以下の内１種または２種以上を含む鋼
   を連続鋳造後室温まで冷却することなく分塊または圧延
   する方法において、分塊または圧延前に鋳片の表面を５
   ００℃以下に冷却し、かつ再加熱時に７５０℃以下の温
   度域でショットを投射することを特徴とする表面疵の発
   生を防止する鋼の熱間圧延方法。