WO2022014172A1 - 鋼材及び鋼製品の脱水素方法、並びに、鋼材及び鋼製品の製造方法 - Google Patents

鋼材及び鋼製品の脱水素方法、並びに、鋼材及び鋼製品の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022014172A1
WO2022014172A1 PCT/JP2021/019985 JP2021019985W WO2022014172A1 WO 2022014172 A1 WO2022014172 A1 WO 2022014172A1 JP 2021019985 W JP2021019985 W JP 2021019985W WO 2022014172 A1 WO2022014172 A1 WO 2022014172A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steel
steel material
sound wave
hydrogen
amount
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/019985
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
潤也 戸畑
一輝 遠藤
勇樹 田路
Original Assignee
Jfeスチール株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jfeスチール株式会社 filed Critical Jfeスチール株式会社
Priority to JP2021550299A priority Critical patent/JP6977916B1/ja
Priority to US18/004,881 priority patent/US20230243006A1/en
Priority to KR1020237002674A priority patent/KR20230029865A/ko
Priority to MX2023000705A priority patent/MX2023000705A/es
Priority to EP21843361.3A priority patent/EP4183890A4/en
Priority to CN202180049826.5A priority patent/CN116034172A/zh
Publication of WO2022014172A1 publication Critical patent/WO2022014172A1/ja

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D3/00Diffusion processes for extraction of non-metals; Furnaces therefor
    • C21D3/02Extraction of non-metals
    • C21D3/06Extraction of hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56Continuous furnaces for strip or wire
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/60Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur

Definitions

  • the present invention relates to a dehydrogenation method for reducing the amount of hydrogen contained in steel for steel materials and steel products in general, and a manufacturing method using the dehydrogenation method.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitably used in all fields in which steel products such as railways, automobiles, building materials and machines are used, and contributes to the provision of steel materials and steel products in which quality deterioration due to hydrogen is suppressed.
  • the thin steel sheet after plating is left at room temperature for several weeks or more, or held at about 100 ° C. for several tens of hours. The method of doing is known.
  • Patent Document 1 after manufacturing a thin steel sheet having a plate thickness of less than 2 mm, the amount of hydrogen in the steel is reduced by holding 1800 s or more and 43200 s or less in a temperature range of 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower as the final heat treatment. Methods for reducing it are disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and is applicable to all steel materials and steel products having a large thickness or a complicated shape, and dehydration that efficiently reduces the amount of hydrogen in the steel.
  • the purpose is to provide a raw method.
  • Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of manufacturing a steel material / steel product in which quality deterioration due to residual hydrogen is suppressed by using the above dehydrogenation method.
  • the present inventors have conducted extensive research in order to solve the above problems, and have found the following. That is, by irradiating various steel materials and steel products having a large thickness or a complicated shape with sound waves under predetermined conditions, the amount of hydrogen contained in the steel (hereinafter referred to as "amount of hydrogen in steel"). It was found that.) Can be sufficiently and efficiently reduced. This is presumed to be due to the following mechanism. That is, by irradiating the steel material or the steel product with sound waves and forcibly vibrating the steel material or the steel product, the steel material or the steel product is repeatedly bent and deformed. As a result, in steel materials and steel products, the grid spacing on the surface is wider than that on the inside. Hydrogen in steel materials and steel products diffuses toward a surface with a wide lattice spacing and low potential energy, and desorbs from the surface.
  • the present invention has been made based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
  • 1. A series of processes including a supply process for supplying a steel material, a hot working process for hot-working the steel material, an inspection process for inspecting the steel material obtained from the steel material, and a shipping process for shipping the steel material.
  • a supply process for supplying a steel material for supplying a steel material
  • a hot working process for hot-working the steel material an inspection process for inspecting the steel material obtained from the steel material
  • a shipping process for shipping the steel material.
  • At least one of the steel material and the steel material in any stage from the supply process to the shipping process is irradiated with sound waves so that the sound pressure level on the surface of the steel material or the steel material satisfies 30 dB or more.
  • a method for dehydrogenating steel materials in which the treatment is performed at least once.
  • the "series of steel manufacturing processes” in 1 above is intended for the normal manufacturing process of steel materials in a steel mill, and above all, from the casting process and / or ingot forming process in which the steel material becomes a solid state. It also shows the process from the supply process of the solid steel material to the shipping process of the steel material from the steelworks.
  • the "steel material” is a variety of target steels used in an arbitrary process after the steel material supply process at the steelworks, or the processing at the steelworks is completed, and inspection and shipment are completed. Refers to various target steels that are in a possible state. Then, in the present specification, the "sound pressure level" can be measured, for example, according to the method described later.
  • the "manufacturing process of a series of steel products” in 3 above is intended to include an arbitrary process after the shipping process of the steel material from the steel mill, and for example, the carrier of the steel material and the arrival of the steel material. It represents a process in which an arbitrary person represented by a person and a processor handles the steel material. Further, in 3 above, the “steel material” and the “sound pressure level” follow the contents described above for 1 above. Further, “steel products” refers to various steel products obtained by using steel materials shipped from steelworks.
  • frequency can be measured, for example, according to the method described later.
  • the amount of hydrogen in steel can be efficiently reduced for all steel materials and steel products having a large thickness or a complicated shape. Further, according to the present invention, it is possible to produce a steel material / steel product in which quality deterioration due to residual hydrogen is suppressed by using the above dehydrogenation method.
  • FIG. 10 It is a schematic diagram which shows the structure of the sound wave irradiation apparatus 10 used in one Embodiment of this invention. It is a figure which showed schematically the positional relationship between a steel material 20 and a sound wave irradiation apparatus 10 (especially a horn 15) in one Embodiment of this invention, (A) is seen from the side with respect to the main traveling direction W of a sound wave. The figure (B) is a view seen from the side that irradiates a sound wave in the direction W. It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process when a steel material is a thick steel plate. It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process when a steel material is a shaped steel.
  • the steel material targeted by the dehydrogenation method of the present invention can be various target steels used in an arbitrary process after the supply process of the steel material at the steelworks, or can be inspected and shipped after processing at the steelworks is completed.
  • Specific examples of steel materials include thick steel plates, shaped steels, steel pipes, and rods (that is, various steel materials excluding so-called thin steel plates) manufactured starting from steel materials, and processing steps for obtaining them.
  • the bar includes steel bars, wire rods, and wires.
  • the steel product targeted by the dehydrogenation method of the present invention is a steel product obtained by using a steel material shipped from a steel mill.
  • steel products include thick steel plates, shaped steels, steel pipes, and / or various types obtained by further processing and assembling rods such as steel bars, wires and wires (that is, various steel materials excluding so-called thin steel plates).
  • Final products include, for example, ships, rails, vehicles, buildings, precision equipment, tools, and their intermediate parts. Steel materials and products are usually in a solid state.
  • the plate thickness is 6 mm or more.
  • the shaped steel include arbitrary shapes such as H-shaped, I-shaped, T-shaped, and L-shaped.
  • the steel pipe include forge-welded steel pipes, electrosewn steel pipes, seamless steel pipes, arc-welded steel pipes, and the like, which have any shape by any manufacturing method.
  • the bar wire include a bar material as a general mechanical part such as a shaft, and an arbitrary rod-shaped or linear steel material such as a wire material such as a piano wire and an iron wire.
  • the component composition of the steel material is not particularly limited, and regardless of the component composition, the amount of hydrogen in the steel can be reduced as long as the sound wave is irradiated under predetermined conditions.
  • the composition of the steel material is mainly iron (Fe), C, Si, Mn, P, S, N, Al, Ti, Nb, V, W, B, Ni, Cr, Mo, Cu, Sn, Sb. , Ta, Ca, Mg, Zr, REM (Rare Earth Metal) and any other alloying elements according to desired characteristics can be added to the alloy steel in any trace amount.
  • the composition of the steel product is not particularly limited, and usually, the composition of the main portion has the same composition as that of the steel.
  • the alloying elements added to iron generally have the effect of suppressing the spread of lattice spacing in steel. Therefore, when the amount of alloying elements to be added is excessive, the potential energy difference generated between the surface and the inside of the steel due to the sonic irradiation becomes small, and the reduced hydrogen ratio tends to decrease. Alloy elements (C, Si, Mn, Al, P, S, N, Ni, Cr, Mo, Ti, Nb, V, W, B, Cu, Sn, Sb, Ta, Ca, Mg, Zr, REM)
  • the suitable amount of addition to iron from the viewpoint of ensuring the reduced hydrogen ratio is as follows.
  • the amount of C is preferably 2.000% or less, more preferably 0.600% or less. On the other hand, due to restrictions on production technology, the amount of C is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.0010% or more.
  • the amount of Si is preferably 7.00% or less, more preferably 2.00% or less, and may be 0%.
  • the amount of Mn is preferably 40.00% or less, more preferably 10.00% or less, and may be 0%.
  • the amount of P is preferably 0.500% or less, more preferably 0.100% or less, and may be 0%.
  • the amount of S is preferably 0.500% or less, more preferably 0.300% or less, further preferably 0.100% or less, and may be 0%.
  • the amount of N is preferably 2.000% or less, more preferably 0.1000% or less, and may be 0%.
  • the amount of Al is preferably 5.000% or less, and may be 0%.
  • the amount of Ti is preferably 0.600% or less, and may be 0%.
  • the amount of Nb is preferably 1.000% or less, more preferably 0.500% or less, and may be 0%.
  • the amount of V is preferably 0.500% or less, more preferably 0.200% or less, and may be 0%.
  • the amount of W is preferably 10.000% or less, and may be 0%.
  • the amount of B is preferably 0.1000% or less, more preferably 0.0100% or less, and may be 0%.
  • the amount of Ni is preferably 40.000% or less, more preferably 1.000% or less, and may be 0%.
  • the amount of Cr is preferably 50.000% or less, more preferably 30.000% or less, and may be 0%.
  • the amount of Mo is preferably 10.000% or less, more preferably 2.000% or less, and may be 0%.
  • the amount of Cu is preferably 5.000% or less, more preferably 1.000% or less, and may be 0%.
  • the Sn amount is preferably 1.000% or less, and may be 0%.
  • the amount of Sb is preferably 1.000% or less, more preferably 0.100% or less, and may be 0%.
  • the amount of Ta is preferably 1.000% or less, and may be 0%.
  • the amount of Ca is preferably 0.3000% or less, and may be 0%.
  • the amount of Mg is preferably 0.0050% or less, and may be 0%.
  • the amount of Zr is preferably 0.6000% or less, and may be 0%.
  • the REM amount is preferably 0.0050% or less, and may be 0%.
  • the balance other than the above components can be unavoidable impurities.
  • the steel material may be a stainless steel material such as a stainless thick steel plate, a stainless shaped steel, a stainless steel pipe, or a stainless bar, which contains 10% or more of Cr in the composition.
  • the steel product may be a stainless steel product manufactured by using a stainless steel material containing 10% or more of Cr in the composition.
  • SUS430 alloy element amount: 0.10% C-0.5Si-0.8Mn-17Cr
  • a sound wave is applied to a steel material (or a steel material depending on the process) at any stage from the supply process to the shipping process at least once under predetermined conditions. Irradiate.
  • the amount of hydrogen in the steel can be sufficiently and efficiently reduced, and the quality deterioration due to the residual hydrogen in the finally obtained various steel materials can be reduced. It can be sufficiently suppressed. Further, by irradiating the sound wave a plurality of times, the amount of hydrogen in the steel can be further reduced as compared with the case where the irradiation of the sound wave is performed only once. Therefore, it is preferable to irradiate the sound wave a plurality of times of two or more times.
  • the sound wave When the sound wave is irradiated a plurality of times, the sound wave may be irradiated twice or more in one manufacturing process, the sound wave may be irradiated in different manufacturing processes, or a combination thereof may be used.
  • the method for dehydrogenating a steel material of the present invention can be carried out, for example, by irradiating the steel material 20 with a sound wave as shown in FIG. 2 using the sound wave irradiation device 10 shown in FIG.
  • an embodiment of the present invention in the case where the object to be irradiated with sound waves is a steel material will be described with reference to the drawings. Even when the object to be irradiated with the sound wave is a steel material other than the steel material or a steel product, the contents described later can be applied to the steel material.
  • the sound wave can be irradiated to the steel material by irradiating the steel material with sound waves from a general sound wave irradiating device 10 as shown in FIG. 1 to any part of the steel material 20 used in each step described later.
  • the sound wave irradiation device 10 generally includes a controller 11, a sound wave oscillator 12, a vibration converter (speaker) 13, a booster (amplifier) 14, a horn 15, and a sound level meter 16.
  • the sound wave oscillator 12 converts an electric signal having a general frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz) into an electric signal having a desired frequency and transmits the electric signal to the vibration converter 13.
  • the voltage is usually AC200 to 240V, but is amplified to nearly 1000V inside the sound wave oscillator 12.
  • the electric signal of a desired frequency transmitted from the sonic oscillator 12 is converted into mechanical vibration energy by the piezo piezoelectric element inside the vibration converter 13, and this mechanical vibration energy is transmitted to the booster 14.
  • the booster 14 amplifies (or converts) the amplitude of the vibration energy transmitted from the vibration converter 13 to the optimum amplitude and transmits it to the horn 15.
  • the horn 15 is a member for giving directivity to the vibration energy transmitted from the booster 14 and propagating it in the air as a directional sound wave.
  • the horn 15 can be a cylindrical member from the viewpoint of irradiating a steel material with a directional sound wave.
  • the shape of the horn 15 is not limited to a cylindrical shape as long as the sound wave can be irradiated under predetermined conditions.
  • the sound wave is generated on an arbitrary portion of the steel material 20, preferably on the main surface having a relatively large area in the steel material from the viewpoint of efficiently receiving the desired sound wave.
  • a single or multiple sound wave irradiation devices 10 are installed so as to reach them. As shown in FIG.
  • the main traveling direction W of the sound wave is perpendicular to the irradiation surface or the irradiation site of the steel material 20 (including substantially vertical due to the nature of the operation and the shape of the steel material, for example, the irradiation surface is a curved surface. If it is, it is preferable that it is perpendicular to the tangent plane or substantially perpendicular to the tangent plane).
  • sound waves are radiated toward the steel material 20 from a group of devices consisting of a plurality of sound wave irradiating devices 10 separated from the surface of the steel material 20 at arbitrary intervals (preferably upward in the vertical direction).
  • the entire surface of the steel material 20 can be efficiently exposed to sound waves, and when the steel material 20 is passed through the plate, sufficient time for exposure to sound waves can be secured. As described above, the irradiation of the sound wave can be performed without contacting the steel material.
  • Sound pressure level on the surface of the steel material satisfies 30 dB or more in the sound wave irradiation treatment, and it is preferable to set it to 60 dB or more. , 80 dB or more is more preferable.
  • the sound pressure level on the surface of the steel material is usually 150 dB or less, preferably 140 dB or less in the sound wave irradiation treatment.
  • the sound pressure level on the surface of the steel material 20 is the intensity (for example, output) of the sound wave generated from the sound wave irradiation device 10 and / or the installation position of the sound wave irradiation device 10 (that is, the sound wave irradiation device 10).
  • the distance of the steel material 20 from the irradiation surface) can be appropriately changed and adjusted.
  • the sound pressure level on the surface of the steel material 20 is determined by installing the sound level meter 16 in the vicinity of the surface where the sound wave is irradiated in each steel material 20 and at the position where the distance from the sound wave irradiation device 10 is the shortest. Can be measured.
  • the frequency of the sound wave irradiating the steel material is less than 10 Hz, the vibration applied by the irradiation of the sound wave is hindered by the rigidity of the steel material, the diffusion of hydrogen in the steel material is not promoted, and the amount of hydrogen in the steel is sufficient. It is hard to decrease. Therefore, the frequency of the sound wave irradiating the steel material is preferably 10 Hz or higher, more preferably 100 Hz or higher, further preferably 500 Hz or higher, and even more preferably 1000 Hz or higher.
  • the frequency of the sound wave irradiating the steel material is preferably 100,000 Hz or less.
  • the frequency of the sound wave to be irradiated can be appropriately set on the sound wave output side of, for example, the sound wave irradiation device 10. From the viewpoint of enhancing the effect of frequency on the delayed fracture resistance, the shortest linear distance between the surface of the steel material 20 and the sound wave irradiation device 10 is preferably 15 m or less, and more preferably 5 m or less.
  • the irradiation time of the sound wave to the steel material is preferably 1 second or more, preferably 5 seconds or more. More preferably, it is more preferably 10 seconds or more.
  • the irradiation time of the sound wave on the steel material is preferably 3600 seconds or less, more preferably 1800 seconds or less, and further preferably 900 seconds or less.
  • the irradiation time of a sound wave on a steel material means the total time during which a certain surface of the steel material is exposed to a sound wave during a certain step (for example, a hot working step, an inspection step, etc.).
  • a certain step for example, a hot working step, an inspection step, etc.
  • the irradiation time may be adjusted individually by, for example, the irradiation time by a single sound wave irradiation device 10, or may be adjusted by the number of irradiations by the sound wave irradiation device 10, or the sound wave irradiation device 10 constituting the device group.
  • the irradiation time when irradiating sound waves while the steel material is being passed is adjusted by the plate passing speed of the steel material and the number along the plate passing direction of the device group consisting of the plurality of sound wave irradiating devices 10. can do.
  • the method for dehydrogenizing a steel material is at any stage from the above supply process to the shipping process in the steel material manufacturing process including the supply process, the hot working process represented by hot rolling, the inspection process, and the shipping process.
  • the steel material (or steel material) is irradiated with sound at least once according to the above-mentioned conditions.
  • the manufacturing process of the steel material is a cold working process such as cold rolling, a heat treatment process such as annealing, and any other process specialized for obtaining each steel material between the above supply process and the shipping process. Steps may be further included in no particular order.
  • the irradiation of sound waves may be performed at least once in any of the steps exemplified above.
  • the steel material and the subsequent steel material are in a solid state through a casting step or a bulking step performed prior to the above-mentioned step.
  • the process after the casting process or ingot forming process in which the steel material becomes a solid state differs depending on the type of each steel material, and the typical flow is as follows.
  • FIG. 3 shows an example of the manufacturing flow of the thick steel plate.
  • the steel material supply process such as the continuous casting process and / or the ingot forming process
  • the heat treatment process such as heating
  • the hot processing process such as finish rolling
  • the cooling process etc.
  • Other steps heat treatment steps such as quenching, quenching, and tempering; other steps such as shearing, shot blasting, and painting; and inspection steps; shipping steps are continued.
  • the sound wave is irradiated under predetermined conditions, the amount of hydrogen in the steel in the final thick steel sheet can be reduced by irradiating the sound wave in any of the above steps.
  • FIG. 4 shows an example of the manufacturing flow of shaped steel.
  • the steel material supply process such as continuous casting process and / or the ingot forming process
  • the hot working process such as lump rolling
  • the heat treatment process such as heating
  • the oxide film Other processes such as removal (descaling); hot processing processes such as hot rolling such as rough rolling and intermediate rolling; other processes such as tong cut and sew; hot processing processes such as hot rolling such as finish rolling; hot saw, Other processes such as cooling and straightening; are performed, and the inspection process; the shipping process is continued.
  • the amount of hydrogen in the steel in the final shaped steel can be reduced by irradiating the sound wave in any of the above steps.
  • the shipping process and / or the inspection process and the correction process close to this are performed. It is preferable to irradiate the sound wave in the inspection step, and it is more preferable to irradiate the sound wave in the inspection step. From the viewpoint of further reducing the final amount of hydrogen in the steel, it is particularly preferable to irradiate the sound wave in two or more steps of any one of the above steps and the inspection step.
  • FIG. 5 An example of the manufacturing flow of the steel pipe is shown in FIG.
  • the steel material supply process such as the continuous casting process and / or the ingot forming process
  • the heat treatment process such as heating
  • the hot working process such as hot rolling
  • the cold rolling Cold working process
  • other processes such as pipe making, forging, welding; etc.
  • inspection process shipping process.
  • the sound wave is irradiated under predetermined conditions, the amount of hydrogen in the steel in the final steel pipe can be reduced by irradiating the sound wave in any of the above steps.
  • the shipping process and / or the inspection process and the welding process close to this are performed. It is preferable to irradiate a sound wave in the forging step, more preferably to irradiate the sound wave in the inspection step and the welding step, and further preferably to irradiate the sound wave in the inspection step. From the viewpoint of further reducing the final amount of hydrogen in the steel, it is particularly preferable to irradiate the sound wave in two or more steps of any one of the above steps and the inspection step.
  • FIG. 6 shows an example of the bar manufacturing flow.
  • the steel material supply process such as the continuous casting process and / or the ingot forming process
  • the heat treatment process such as heating
  • the hot working process such as hot rolling
  • cooling Other processes such as shot blasting and grinder
  • the inspection process the shipping process is continued.
  • the sound wave is irradiated under predetermined conditions, the amount of hydrogen in the steel in the final bar can be reduced by irradiating the sound wave in any of the above steps.
  • the shipping process and / or the inspection process and the grinder process close to this are performed. It is preferable to irradiate sound waves in the shot blasting step, more preferably to irradiate the sound waves in the inspection step and the grinder step, and further preferably to irradiate the sound waves in the inspection step. From the viewpoint of further reducing the final amount of hydrogen in the steel, it is particularly preferable to irradiate the sound wave in two or more steps of any one of the above steps and the inspection step.
  • the bar is passed through a heating furnace (heat treatment step); through a rough rolling mill (hot working step); through an intermediate water cooling zone (passing through an intermediate water cooling zone). Other steps); Passed through a finishing rolling mill (hot working step); Passed through a final cooling zone (other steps); Coil winding (other steps).
  • a method of installing a sound wave irradiation device between the line between the final cooling zone and the coil winding to irradiate the sound wave can be mentioned.
  • FIG. 7 shows an example of a manufacturing flow of a stainless thick steel plate in which the thick steel plate is made of stainless steel.
  • the steel material supply process such as the continuous casting process and / or the ingot forming process
  • the hot working process such as hot rolling
  • the cold rolling such as cold rolling.
  • a processing process; a heat treatment process such as rolling; other processes such as pickling and polishing; and an inspection process; a shipping process are continued.
  • the sound wave is irradiated under predetermined conditions, the amount of hydrogen in the steel in the final stainless steel sheet can be reduced by irradiating the sound wave in any of the above steps.
  • the shipping process and / or the inspection process and the polishing process close to this are performed. It is preferable to irradiate sound waves in the pickling step, more preferably to irradiate sound waves in the inspection step and polishing step, and further preferably to irradiate sound waves in the inspection step. From the viewpoint of further reducing the final amount of hydrogen in the steel, it is particularly preferable to irradiate the sound wave in two or more steps of any one of the above steps and the inspection step.
  • the method for dehydrogenating the steel product of the present invention is also the same as the method for dehydrogenating the steel material described above, for example, using the sound wave irradiation device 10 shown in FIG. 1, the steel material 20 or the steel product 20 as shown in FIG. It can be carried out by irradiating the subject with a sound wave.
  • the sound wave irradiation means may follow the above-mentioned dehydrogenation method for steel materials. It is possible to reduce the amount of hydrogen in steel in the final steel product by irradiating sound waves in any of the transportation process, the storage process, and the processing process in the manufacturing process of the steel product.
  • Reduced hydrogen rate (%) (AB) / A ⁇ 100 ⁇ ⁇ ⁇ (1)
  • Reduced hydrogen rate (%) (A'-B') / A'x100 ... (1)'
  • B The amount of hydrogen in steel (ppm) of a steel material manufactured by performing a dehydrogenation method by sonic irradiation.
  • A' Amount of hydrogen in steel (ppm) of steel products manufactured without dehydrogenation by sonic irradiation
  • B' The amount of hydrogen in steel (ppm) of a steel product manufactured by performing a dehydrogenation method by sonic irradiation.
  • the reduced hydrogen rate calculated according to the above formulas (1) and (1)' is 10% or more, it is determined that the amount of hydrogen in the steel of the steel material / steel product can be sufficiently reduced. ..
  • the amount of hydrogen in steel in steel materials and products can be measured by the method described in Examples described later.
  • the above-mentioned dehydrogenation method is applied. That is, in the manufacturing method of the present invention, the steel material, the steel material, or the steel product is irradiated with sound waves under the predetermined conditions described above to sufficiently reduce the amount of hydrogen in the steel, and then the steel material or the steel product is manufactured. Therefore, the quality deterioration of the obtained various steel materials and steel products due to residual hydrogen is sufficiently suppressed.
  • Example 1 In the manufacturing process for manufacturing thick steel plates, shaped steels, steel pipes, and rods according to the conditions shown in Tables 1 to 4, the steel material or steel material is irradiated with sound waves or irradiated with sound waves. Manufactured various steel materials. The steel material and steel material in each process were in a solid state. The number of times the sound wave was irradiated in each step was once.
  • Example 2 In the manufacturing process for manufacturing various steel products obtained by starting from thick steel plates, shaped steels, steel pipes, or bars according to the conditions shown in Table 5 (however, it is a post-process after the shipping process of steel materials).
  • Various steel products were manufactured by irradiating the steel material with sound waves or without irradiating the steel materials with sound waves. All steel materials were in a solid state. The number of times the sound wave was irradiated in each step was once.
  • steel products for frames for construction machines were manufactured by processing processes such as shearing, bending, punching and welding represented by laser cutting.
  • processing processes such as shearing, bending, punching and welding represented by laser cutting.
  • sound waves were irradiated during the laser cutting process as a transportation process, a storage process, or a processing process of the steel material.
  • H-shaped steel products were manufactured by processing processes such as shearing and grinding.
  • sound waves were irradiated during the grinding process as a transportation process, storage process, or processing process of steel materials.
  • steel products for impact beams for automobiles were manufactured by processing processes such as shearing, bending, and welding represented by laser cutting.
  • the steel materials and steel products of the examples of the present invention which have been subjected to sound wave irradiation treatment under predetermined conditions, have achieved a reduced hydrogen rate of 10% or more, and the amount of hydrogen in the steel is sufficient. It was found that it was reduced to.
  • the average amount of hydrogen in the steel was larger and the reduced hydrogen rate was reduced for each steel material / steel product as compared with the example of the present invention. Also remained at a low level of less than 10%.
  • the dehydrogenation method and the manufacturing method of the present invention efficiently and efficiently reduce the amount of hydrogen in the steel material and the steel product without relying on the heat treatment in which the structural change and the mechanical property change of the steel material and the steel product are concerned. It was found that it can be sufficiently reduced, and the deterioration of quality caused by hydrogen in steel materials and steel products can be efficiently and sufficiently suppressed, which is useful.
  • the present invention it is possible to efficiently reduce the amount of hydrogen in steel for steel materials and steel products having a large thickness or a complicated shape without changing the mechanical properties. .. Further, according to the present invention, it is possible to produce a steel material / steel product in which quality deterioration due to residual hydrogen is suppressed by using the above dehydrogenation method.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

厚みの大きな、又は、複雑な形状を有する鋼材・鋼製品全般に対して、鋼中水素量を効率的に低減させる脱水素方法を提供する。鋼素材の供給工程、前記鋼素材の熱間加工工程、前記鋼素材から得られた鋼材の検査工程、前記鋼材の出荷工程を含む、一連の鋼材の製造過程において、前記供給工程から前記出荷工程までのいずれかの段階にある前記鋼素材及び鋼材の少なくとも一方に対して、該鋼素材又は鋼材の表面での音圧レベルが30dB以上を満たすように音波照射処理を少なくとも1回行う、鋼材の脱水素方法。

Description

鋼材及び鋼製品の脱水素方法、並びに、鋼材及び鋼製品の製造方法
 本発明は、鋼材及び鋼製品全般に対して、鋼中に内在する水素量を低減させる脱水素方法、及び、当該脱水素方法を用いた製造方法に関する。本発明は、鉄道、自動車、建材及び機械等の鋼製品が用いられるあらゆる分野で好適に使用され、水素起因の品質低下を抑制した鋼材及び鋼製品の提供に寄与する。
 鋼素材から製造される鋼板、形鋼、鋼管及び棒線等の各種鋼材においては、その製造過程又は製造後に、鋼中に水素が侵入して残留する。この残留水素が鋼材、ひいては該鋼材を用いて製造される鋼製品の品質に及ぼす影響に関する統一的な見解は得られていないが、鋼材及び鋼製品の延性及び曲げ性等の加工性、疲労特性、クリープ特性並びに破壊力学特性等の観点から、残留水素に起因して鋼材及び鋼製品の品質が低下することが多く報告されている。したがって、これら鋼材及び鋼製品の品質向上の観点から、鋼中水素量を低減することが求められている。
 鋼中水素量を低減する方法としては、例えば、板厚6mm未満の薄鋼板を製造する場合、めっき後の薄鋼板を室温下で数週間以上放置する、又は、100℃程度で数十時間保持する手法が知られている。
 また、例えば、特許文献1には、板厚2mmに満たない薄鋼板を製造後、最後の熱処理として50℃以上300℃以下の温度域内で1800s以上43200s以下保持することによって、鋼中水素量を低減させる方法が開示されている。
国際公開第2019/188642号
 これらの手法は、いずれもいわゆる薄鋼板に対して脱水素の効果を示しているものの、厚みの大きな鋼材・鋼製品、又は、加工後の複雑な形状を有する鋼材・鋼製品に適用することは難しかった。
 また、特許文献1に記載の脱水素処理では、水素が鋼板の内部から表面に移動して、表面から脱離するのに時間がかかるため、脱水素処理に要するスペースと時間が製造過程上の問題となる。更に、加熱処理することによる、鋼板の組織変化及び機械的特性の変化が懸念される。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、厚みの大きな、又は、複雑な形状を有する鋼材・鋼製品全般に対しても適用可能な、鋼中水素量を効率的に低減させる脱水素方法を提供することを目的とする。また、本発明は、上記脱水素方法を用いて、残留水素起因の品質低下を抑制した鋼材・鋼製品を製造可能な、製造方法を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意研究を重ねたところ、以下のことを見出した。すなわち、厚みの大きな、又は、複雑な形状を有する各種鋼材・鋼製品に対して所定の条件で音波を照射することによって、鋼中に内在する水素の量(以下、「鋼中水素量」という。)を十分にかつ効率良く低減できることが分かった。
 これは、以下のメカニズムによるものと推測される。すなわち、鋼材又は鋼製品に音波を照射して強制的に微振動させることで、鋼材・鋼製品にくり返し曲げ変形が与えられる。その結果、鋼材・鋼製品では内部に比べて表面の格子間隔が拡張する。鋼材・鋼製品中の水素は、格子間隔が広くポテンシャルエネルギーの低い表面に向かって拡散し、当該表面から脱離する。
 すなわち、本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は下記のとおりである。
 1.鋼素材を供給する供給工程、前記鋼素材に熱間加工を施す熱間加工工程、前記鋼素材から得られた鋼材を検査する検査工程、及び、前記鋼材を出荷する出荷工程を含む、一連の鋼材の製造過程において、
 前記供給工程から前記出荷工程までのいずれかの段階にある前記鋼素材及び鋼材の少なくとも一方に対して、該鋼素材又は鋼材の表面での音圧レベルが30dB以上を満たすように音波を照射する処理を、少なくとも1回行う、鋼材の脱水素方法。
 ここで、上記1における「一連の鋼材の製造過程」とは、製鉄所における鋼材の通常の製造過程を意図しており、中でも、鋼素材が固体状態となる鋳造工程及び/又は造塊工程よりも後の、固体状態の鋼素材の供給工程から、製鉄所からの鋼材の出荷工程までの過程を表している。
 また、上記1において、「鋼材」とは、製鉄所での鋼素材の供給工程よりも後の任意の工程に供された各種対象鋼、或いは、製鉄所での加工が終了し、検査、出荷可能な状態となった各種対象鋼を指す。
 そして、本明細書において、「音圧レベル」は、例えば、後述する方法に従って測定することができる。
 2.前記一連の鋼材の製造過程が、前記熱間加工工程後の鋼材に冷間加工を施す冷間加工工程を更に含む、上記1に記載の脱水素方法。
 3.製鉄所から出荷される鋼材に対する、運搬工程、保管工程、及び前記鋼材に加工を施して鋼製品とする加工工程を含む、一連の鋼製品の製造過程において、
 前記出荷される鋼材から、前記運搬工程、保管工程、及び加工工程のうち任意の工程までのいずれかの段階にある前記鋼材及び鋼製品の少なくとも一方に対して、該鋼材又は鋼製品の表面での音圧レベルが30dB以上を満たすように音波を照射する処理を、少なくとも1回行う、鋼製品の脱水素方法。
 ここで、上記3における「一連の鋼製品の製造過程」とは、製鉄所からの鋼材の出荷工程よりも後の任意の工程を含むことを意図しており、例えば、鋼材の運搬者、入荷者及び加工者に代表される任意の者が該鋼材を扱う工程を表している。
 また、上記3において、「鋼材」及び「音圧レベル」は、上記1について上述した内容に従う。また、「鋼製品」とは、製鉄所から出荷される鋼材を用いて得られる各種鋼製品を指す。
 4.前記音波は、10~100000Hzの周波数を有する、上記1~3のいずれかに記載の脱水素方法。
 なお、本明細書において、「周波数」は、例えば、後述する方法に従って測定することができる。
 5.前記音波を照射する処理において、前記音波の照射時間を1秒以上とする、上記1~4のいずれかに記載の脱水素方法。
 6.上記1に記載の脱水素方法を施す、鋼材の製造方法。
 7.上記3に記載の脱水素方法を施す、鋼製品の製造方法。
 本発明によれば、厚みの大きな、又は、複雑な形状を有する鋼材・鋼製品全般に対して、鋼中水素量を効率的に低減させることができる。また、本発明によれば、上記脱水素方法を用いて、残留水素起因の品質低下を抑制した鋼材・鋼製品を製造することができる。
本発明の一実施形態で用いる音波照射装置10の構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態における、鋼材20と音波照射装置10(中でもホーン15)との位置関係を模式的に示した図であり、(A)は音波の主たる進行方向Wに対して横から見た図、(B)は該方向Wに対して音波を照射する側から見た図である。 鋼材が厚鋼板である場合の製造過程の一例を示すフローチャートである。 鋼材が形鋼である場合の製造過程の一例を示すフローチャートである。 鋼材が鋼管である場合の製造過程の一例を示すフローチャートである。 鋼材が棒鋼である場合の製造過程の一例を示すフローチャートである。 鋼材がステンレス厚鋼板である場合の製造過程の一例を示すフローチャートである。
 本発明の実施形態について、具体的に説明する。
 以下の実施形態は、本発明の好適な一例を示すものである。本発明はこれらの実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲でさまざまに変更可能である。
(脱水素方法)
[鋼材及び鋼製品]
 本発明の脱水素方法で対象とする鋼材は、製鉄所での鋼素材の供給工程後の任意の工程に供された各種対象鋼、或いは、製鉄所での加工が終了し、検査、出荷可能な状態となった各種対象鋼を指す。鋼材の具体例としては、鋼素材を出発して製造される、厚鋼板、形鋼、鋼管、及び棒線(つまり、いわゆる薄鋼板を除いた各種鋼材)、並びに、それらを得るための加工段階のものが挙げられる。ここで、棒線には、棒鋼、線材、線が含まれる。
 また、本発明の脱水素方法で対象とする鋼製品は、製鉄所から出荷される鋼材を用いて得られる鋼製品である。鋼製品の具体例としては、厚鋼板、形鋼、鋼管、並びに/或いは、棒鋼、線材および線といった棒線(つまり、いわゆる薄鋼板を除いた各種鋼材)を更に加工、組み立て等してなる各種最終製品、例えば、船舶、レール、車両、建築物、精密機器、工具、並びに、それらの中間部品が挙げられる。
 鋼材及び鋼製品は、通常、固体状態である。
 鋼材が厚鋼板である場合、その板厚は板厚6mm以上である。形鋼としては、H形、I形、T形、L形等の任意の形状のものが挙げられる。鋼管としては、鍛接鋼管、電縫鋼管、シームレス鋼管、アーク溶接鋼管等の任意の製法による任意の形状のものが挙げられる。棒線としては、シャフトなどの一般機械部品としての棒材、及び、ピアノ線、鉄線といった線材等の任意の棒状又は線状の鋼材が挙げられる。
 [[成分組成]]
 鋼材の成分組成は特に限定されず、いずれの成分組成であっても、所定の条件で音波を照射する限り鋼中水素量の低減を図ることができる。
 鋼材の成分組成は、鉄(Fe)を主成分とし、C、Si、Mn、P、S、N、Al、Ti、Nb、V、W、B、Ni、Cr、Mo、Cu、Sn、Sb、Ta、Ca、Mg、Zr、REM(Rare Earth Metal)等の、所望の特性に応じた任意の合金元素を任意の微量添加した合金鋼とすることができる。
 そして、鋼製品の成分組成も特に限定されず、通常、主要部分の成分組成として、鋼材と同様の成分組成を有する。
 以下、成分組成の具体例について、「質量%」は単に「%」と記す。
 鉄に添加する合金元素は、一般に、鋼中の格子間隔の広がりを抑制する影響をもたらす。したがって、添加する合金元素量が過剰の場合、音波照射によって鋼の表面と内部とで生じるポテンシャルエネルギー差が小さくなり、低減水素率が低下しやすい。各合金元素(C、Si、Mn、Al、P、S、N、Ni、Cr、Mo、Ti、Nb、V、W、B、Cu、Sn、Sb、Ta、Ca、Mg、Zr、REM)を鉄に添加する場合の、低減水素率を確保する観点からの好適な添加量は、以下のとおりである。
 C量は、2.000%以下が好ましく、0.600%以下がより好ましい。他方、生産技術上の制約から、C量は、0.0005%以上とすることが好ましく、0.0010%以上がより好ましい。
 Si量は、7.00%以下が好ましく、2.00%以下がより好ましく、0%であってもよい。
 Mn量は、40.00%以下が好ましく、10.00%以下がより好ましく、0%であってもよい。
 P量は、0.500%以下が好ましく、0.100%以下がより好ましく、0%であってもよい。
 S量は、0.500%以下が好ましく、0.300%以下がより好ましく、0.100%以下が更に好ましく、0%であってもよい。
 N量は、2.0000%以下が好ましく、0.1000%以下がより好ましく、0%であってもよい。
 Al量は、5.000%以下が好ましく、0%であってもよい。
 Ti量は、0.600%以下が好ましく、0%であってもよい。
 Nb量は、1.000%以下が好ましく、0.500%以下がより好ましく、0%であってもよい。
 V量は、0.500%以下が好ましく、0.200%以下がより好ましく、0%であってもよい。
 W量は、10.000%以下が好ましく、0%であってもよい。
 B量は、0.1000%以下が好ましく、0.0100%以下がより好ましく、0%であってもよい。
 Ni量は、40.000%以下が好ましく、1.000%以下がより好ましく、0%であってもよい。
 Cr量は、50.000%以下が好ましく、30.000%以下がより好ましく、0%であってもよい。
 Mo量は、10.000%以下が好ましく、2.000%以下がより好ましく、0%であってもよい。
 Cu量は、5.000%以下が好ましく、1.000%以下がより好ましく、0%であってもよい。
 Sn量は、1.000%以下が好ましく、0%であってもよい。
 Sb量は、1.000%以下が好ましく、0.100%以下がより好ましく、0%であってもよい。
 Ta量は、1.000%以下が好ましく、0%であってもよい。
 Ca量は、0.3000%以下が好ましく、0%であってもよい。
 Mg量は、0.0050%以下が好ましく、0%であってもよい。
 Zr量は、0.6000%以下が好ましく、0%であってもよい。
 REM量は、0.0050%以下が好ましく、0%であってもよい。
 なお、上記成分以外の残部は、不可避的不純物とすることができる。
 鋼材は、成分組成にCrを10%以上含む、ステンレス厚鋼板、ステンレス形鋼、ステンレス鋼管、ステンレス棒線等のステンレス鋼材であってもよい。同様に、鋼製品は、成分組成にCrを10%以上含むステンレス鋼材を用いて製造されたステンレス鋼製品であってもよい。例えば、ステンレス鋼材及びステンレス鋼製品の成分組成の一例としては、SUS430(合金元素量:0.10%C-0.5Si-0.8Mn-17Cr)が挙げられる。
[鋼材の製造過程]
 本発明の鋼材の脱水素方法では、鋼素材を供給する供給工程、鋼素材に熱間加工を施す熱間加工工程、鋼素材から得られた鋼材を検査する検査工程、及び、鋼材を出荷する出荷工程を含む、一連の鋼材の製造過程において、供給工程から出荷工程までのいずれかの段階にある鋼材(又は、工程によっては鋼素材)に対して、少なくとも1回、所定の条件にて音波を照射する。このように、鋼材の製造過程における対象鋼に音波を照射することにより、鋼中水素量を十分にかつ効率良く低減することができ、最終的に得られる各種鋼材における残留水素起因の品質低下を十分に抑制することができる。また、音波の照射を複数回行うことにより、音波の照射を1回のみ行う場合よりも更に鋼中水素量を低減させることができる。したがって、音波の照射を2回以上の複数回行うことが好ましい。音波の照射を複数回行う場合は、1つの製造工程において音波を2回以上照射してもよいし、異なる製造工程において音波をそれぞれ照射してもよいし、これらの組み合わせでもよい。
 そして、本発明の鋼材の脱水素方法は、例えば、図1に示す音波照射装置10を用いて、図2に示すように鋼材20に対して音波を照射することにより実施可能である。以下、図を参照しながら、音波を照射する対象が鋼材である場合の本発明の一実施形態について説明する。音波を照射する対象が鋼材以外の鋼素材、鋼製品である場合にも、鋼材について後述する内容を適用することができる。
[[音波の照射手段]]
 鋼材への音波の照射は、図1に示すような一般的な音波照射装置10から、後述する各工程に供されている鋼材20の任意の部位に音波を当てることにより行うことができる。
 音波照射装置10は、一般に、制御器11と、音波発振器12と、振動変換子(スピーカー)13と、ブースター(アンプ)14と、ホーン15と、騒音計16とを備える。音波発振器12は、一般的な周波数(例えば50Hz又は60Hz)を有する電気信号を所望の周波数の電気信号に変換して、振動変換子13に伝達する。なお、電圧は通常AC200~240Vが一般的なところ、音波発振器12内部で1000V近くまで増幅される。音波発振器12から伝達された所望の周波数の電気信号は、振動変換子13内部にあるピエゾ圧電素子によって、機械的振動エネルギーに変換され、この機械的振動エネルギーはブースター14に伝達される。ブースター14は、振動変換子13から伝達された振動エネルギーの振幅を増幅(あるいは最適な振幅に変換)して、ホーン15に伝達する。ホーン15は、ブースター14から伝達された振動エネルギーに指向性を持たせて、指向性を持った音波として空気中を伝搬させるための部材である。
 好適な一例として、鋼材に向けて指向性のある音波を照射する観点から、ホーン15は円筒状の部材とすることができる。しかし、所定の条件で音波を照射できる限り、ホーン15の形状は円筒状には限られない。そして、図2(A)、(B)に示すように、鋼材20の任意の部位、好ましくは、所望の音波を効率的に受けやすい観点から鋼材において比較的広い面積を有する主表面に音波が到達するように、単数又は複数の音波照射装置10を設置する。図2(A)に示すように、音波の主たる進行方向Wが鋼材20の照射面又は照射部位に対して垂直(操作の性質及び鋼材の形状上、略垂直を含み、例えば、照射面が曲面である場合はその接平面に対して垂直又は略垂直)であることが好ましい。また、図2(B)に示すように、鋼材20の表面から任意の間隔で(好ましくは鉛直方向上方に)離間する複数の音波照射装置10からなる装置群から鋼材20に向けて音波を照射することで、当該鋼材20の表面全体を効率的に音波に晒すことができ、鋼材20を通板させる場合には音波に晒される時間を十分に確保することもできる。このように、音波の照射は、鋼材に非接触で行うことができる。
[[音波の照射条件]]
 音圧レベル
 鋼材に確実に振動を与えて、水素の拡散を促進するため、音波照射処理では、鋼材表面での音圧レベルが30dB以上を満たすことが肝要であり、60dB以上とすることが好ましく、80dB以上とすることがより好ましい。他方、一般に入手可能な音波照射装置の性能上、音波照射処理では、鋼材表面での音圧レベルは、通常、150dB以下であり、140dB以下とすることが好ましい。ここで、鋼材20の表面での音圧レベルは、音波照射装置10から発生する音波の強さ(例えば、出力)、及び/又は、音波照射装置10の設置位置(すなわち、音波照射装置10と鋼材20の照射面との距離)を適宜変更して調整することができる。また、鋼材20の表面での音圧レベルは、各鋼材20において音波が照射される表面近傍、かつ、音波照射装置10との距離が最短距離となる位置に騒音計16を設置することにより、測定することができる。
 周波数
 鋼材に照射する音波の周波数が10Hz未満であると、音波の照射により付与された振動が鋼材の剛性に妨げられ、鋼材中での水素の拡散が促進されず、鋼中水素量が十分に減少し難い。したがって、鋼材に照射する音波の周波数は、10Hz以上であることが好ましく、100Hz以上であることがより好ましく、500Hz以上であることが更に好ましく、1000Hz以上であることが一層好ましい。他方、鋼材に照射する音波の周波数が100000Hzを超えると、発生させた音波の空気中での減衰が著しく、鋼材の表面に十分な振動が付与されないため、効率よく鋼中水素量を減少させ難い。したがって、鋼材に照射する音波の周波数は、100000Hz以下であることが好ましい。
 ここで、照射する音波の周波数は、例えば、音波照射装置10等の音波出力側で適宜設定することができる。そして、周波数による耐遅れ破壊特性への効果を高める観点からは、鋼材20の表面と音波照射装置10との最短直線距離を15m以内とすることが好ましく、5m以内とすることがより好ましい。
 照射時間
 鋼材から水素を脱離させて鋼中水素量を十分に低減させる観点から、音波照射処理では、鋼材に対する音波の照射時間は1秒以上とすることが好ましく、5秒以上とすることがより好ましく、10秒以上とすることが更に好ましい。他方、生産性を阻害しない観点から、鋼材に対する音波の照射時間は3600秒以下とすることが好ましく、1800秒以下とすることがより好ましく、900秒以下とすることが更に好ましい。
 本明細書において、鋼材に対する音波の照射時間とは、鋼材のある表面が、ある一工程(例えば、熱間加工工程、検査工程等)の間に音波に晒される合計時間を意味し、当該表面が一度に複数の音波照射装置10からの音波に晒される場合、又は、一工程中に複数回にわたって音波に晒される場合には、その積算時間を意味する。照射時間は、例えば、単数の音波照射装置10による照射時間を個別に調整してもよいし、音波照射装置10による照射回数によって調整してもよいし、装置群を構成する音波照射装置10の数によって調整してもよい。また、鋼材を通板させている最中に音波を照射する場合の照射時間は、鋼材の通板速度と、複数の音波照射装置10からなる装置群の通板方向に沿った数とによって調整することができる。
[[音波を照射する工程]]
 鋼材の脱水素方法では、供給工程、熱間圧延に代表される熱間加工工程、検査工程、及び出荷工程を含む鋼材の製造過程において、上記供給工程から出荷工程までのいずれかの段階にある鋼材(又は鋼素材)に対して、上述した条件に従って少なくとも1回音波を照射する。ここで、鋼材の製造過程は、上記供給工程から出荷工程までの間に、冷間圧延等の冷間加工工程、焼鈍等の熱処理工程、その他、各鋼材を得るために特化した任意のその他の工程を順不同で更に含み得る。音波の照射は、上記に例示されるいずれかの工程において少なくとも1回行えばよい。
 通常、鋼素材及びその後の鋼材は、上述した工程に先立って行われる鋳造工程又は造塊工程を経て固体状態である。鋼材が固体状態となる鋳造工程又は造塊工程よりも後の工程は各鋼材の種類によって異なり、代表的なフローは以下のとおりある。
 厚鋼板の製造フローの一例を図3に示す。図3上段の厚鋼板の製造過程では、連続鋳造工程等の鋳造工程及び/又は造塊工程後に、鋼素材の供給工程;加熱等の熱処理工程;仕上圧延等の熱間加工工程;冷却等のその他の工程;焼準、焼入れ、焼戻し等の熱処理工程;せん断、ショットブラスト、塗装等のその他の工程;を行い、検査工程;出荷工程へと続く。
 所定の条件で音波を照射する限り、上記いずれの工程において音波を照射しても、最終的な厚鋼板における鋼中水素量の低減を図ることができる。しかし、水素は、各工程において不可避的に鋼中に侵入するので、鋼中水素量をより低減させた状態で鋼材を出荷する観点からは、出荷工程及び/又はこれに近い、検査工程、塗装工程、ショットブラスト工程において音波を照射することが好ましく、検査工程、塗装工程において音波を照射することがより好ましく、検査工程において音波を照射することが更に好ましい。そして、最終的な鋼中水素量をより低減させる観点からは、上記いずれかの工程と検査工程との2工程以上において音波を照射することがとりわけ好ましい。
 形鋼の製造フローの一例を図4に示す。図4上段の形鋼の製造過程では、連続鋳造工程等の鋳造工程及び/又は造塊工程後に、鋼素材の供給工程;分塊圧延等の熱間加工工程;加熱等の熱処理工程;酸化被膜除去(デスケーリング)等のその他の工程;粗圧延、中間圧延といった熱間圧延等の熱間加工工程;トングカットソー等のその他の工程;仕上圧延といった熱間圧延等の熱間加工工程;ホットソー、冷却、矯正等のその他の工程;を行い、検査工程;出荷工程へと続く。
 所定の条件で音波を照射する限り、上記いずれの工程において音波を照射しても最終的な形鋼における鋼中水素量の低減を図ることができる。しかし、水素は、各工程において不可避的に鋼中に侵入するので、鋼中水素量をより低減させた状態で鋼材を出荷する観点からは、出荷工程及び/又はこれに近い検査工程、矯正工程において音波を照射することが好ましく、検査工程において音波を照射することがより好ましい。そして、最終的な鋼中水素量をより低減させる観点からは、上記いずれかの工程と検査工程との2工程以上において音波を照射することがとりわけ好ましい。
 形鋼の矯正工程において音波を照射する場合は、例えば、形鋼を矯正機に通し、矯正機の出側に設置した音波照射装置を用いて形鋼に対して音波を照射する手法が挙げられる。
 鋼管の製造フローの一例を図5に示す。図5上段の鋼管の製造過程では、連続鋳造工程等の鋳造工程及び/又は造塊工程後に、鋼素材の供給工程;加熱等の熱処理工程;熱間圧延等の熱間加工工程;冷間圧延等の冷間加工工程;造管、鍛接、溶接等のその他の工程;を行い、検査工程;出荷工程へと続く。
 所定の条件で音波を照射する限り、上記いずれの工程において音波を照射しても最終的な鋼管における鋼中水素量の低減を図ることができる。しかし、水素は、各工程において不可避的に鋼中に侵入するので、鋼中水素量をより低減させた状態で鋼材を出荷する観点からは、出荷工程及び/又はこれに近い検査工程、溶接工程、鍛接工程において音波を照射することが好ましく、検査工程、溶接工程において音波を照射することがより好ましく、検査工程において音波を照射することが更に好ましい。そして、最終的な鋼中水素量をより低減させる観点からは、上記いずれかの工程と検査工程との2工程以上において音波を照射することがとりわけ好ましい。
 棒線の製造フローの一例を図6に示す。図6上段の棒線の製造過程では、連続鋳造工程等の鋳造工程及び/又は造塊工程後に、鋼素材の供給工程;加熱等の熱処理工程;熱間圧延等の熱間加工工程;冷却、ショットブラスト、グラインダー等のその他の工程;を行い、検査工程;出荷工程へと続く。
 所定の条件で音波を照射する限り、上記いずれの工程において音波を照射しても最終的な棒線における鋼中水素量の低減を図ることができる。しかし、水素は、各工程において不可避的に鋼中に侵入するので、鋼中水素量をより低減させた状態で鋼材を出荷する観点からは、出荷工程及び/又はこれに近い検査工程、グラインダー工程、ショットブラスト工程において音波を照射することが好ましく、検査工程、グラインダー工程において音波を照射することがより好ましく、検査工程において音波を照射することが更に好ましい。そして、最終的な鋼中水素量をより低減させる観点からは、上記いずれかの工程と検査工程との2工程以上において音波を照射することがとりわけ好ましい。
 棒線を製造する際のより具体的な手順の一例としては、例えば、棒線を加熱炉に通し(熱処理工程);粗圧延機に通し(熱間加工工程);中間水冷却帯に通し(その他の工程);仕上圧延機に通し(熱間加工工程);最終冷却帯に通し(その他の工程);コイル巻取り(その他の工程)を行う流れで作業が行われる。ここで、例えば、上記最終冷却帯とコイル巻取りとのライン間に音波照射装置を設置して、音波を照射する手法が挙げられる。
 更に具体的な例として、厚鋼板がステンレス鋼からなるステンレス厚鋼板の製造フローの一例を図7に示す。図7上段のステンレス厚鋼板の製造過程では、連続鋳造工程等の鋳造工程及び/又は造塊工程後に、鋼素材の供給工程;熱間圧延等の熱間加工工程;冷間圧延等の冷間加工工程;焼鈍等の熱処理工程;酸洗、研磨等のその他の工程;を行い、検査工程;出荷工程へと続く。
 所定の条件で音波を照射する限り、上記いずれの工程において音波を照射しても最終的なステンレス厚鋼板における鋼中水素量の低減を図ることができる。しかし、水素は、各工程において不可避的に鋼中に侵入するので、鋼中水素量をより低減させた状態で鋼材を出荷する観点からは、出荷工程及び/又はこれに近い検査工程、研磨工程、酸洗工程において音波を照射することが好ましく、検査工程、研磨工程において音波を照射することがより好ましく、検査工程において音波を照射することが更に好ましい。そして、最終的な鋼中水素量をより低減させる観点からは、上記いずれかの工程と検査工程との2工程以上において音波を照射することがとりわけ好ましい。
[鋼製品の製造過程]
 本発明の鋼製品の脱水素方法では、製鉄所から出荷される鋼材に対する、運搬工程、保管工程、及び鋼材に加工を施して鋼製品とする加工工程を含む、一連の鋼製品の製造過程において、出荷される鋼材から、運搬工程、保管工程、及び加工工程のうち任意の工程までのいずれかの段階にある鋼材(又は、工程によっては鋼製品)に対して、少なくとも1回、所定の条件にて音波を照射する。このように、鋼製品の製造過程における対象鋼に音波を照射することによっても、鋼中水素量を十分にかつ効率良く低減することができ、最終的に得られる各種鋼製品における残留水素起因の品質低下を十分に抑制することができる。
 そして、本発明の鋼製品の脱水素方法も、上述した鋼材の脱水素方法と同様に、例えば、図1に示す音波照射装置10を用いて、図2に示すように鋼材20又は鋼製品20に対して音波を照射することにより実施可能である。
 本発明の鋼製品の脱水素方法における、音波の照射手段;音圧レベル、周波数、照射時間といった音波の照射条件;は、上述した鋼材の脱水素方法に従えばよい。鋼製品の製造過程における運搬工程、保管工程、及び加工工程のいずれの工程において音波を照射しても最終的な鋼製品における鋼中水素量の低減を図ることができる。
[鋼中水素量]
 そして、上述した方法に従って脱水素処理を施した鋼材・鋼製品では、鋼材・鋼製品の表面へ音波が照射されて強制加振させられたので、鋼中に内在する水素が効率よく十分に低減されている。これは、上述のとおり、鋼材・鋼製品を強制加振させることにより表面の格子間隔を拡張し、格子間を膨張させる鋼内部の水素をよりポテンシャルエネルギーの低い有利な引張側への拡散を誘起させることで水素拡散が促進されためであると考えられる。脱水素処理による鋼中水素量の減少の効果は、以下の式(1)又は(1)’で表される低減水素率で評価することができる。
   低減水素率(%)=(A-B)/A×100 ・・・(1)
 又は、
   低減水素率(%)=(A’-B’)/A’×100 ・・・(1)’
 ここで、
 A:音波照射による脱水素方法を施さずに製造した鋼材の鋼中水素量(ppm)、
 B:音波照射による脱水素方法を施して製造した鋼材の鋼中水素量(ppm)であり、
 A’:音波照射による脱水素方法を施さずに製造した鋼製品の鋼中水素量(ppm)、
 B’:音波照射による脱水素方法を施して製造した鋼製品の鋼中水素量(ppm)である。
 本明細書では、上記式(1)、(1)’に従って算出される低減水素率が10%以上である場合に、鋼材・鋼製品の鋼中水素量が十分に低減できたものと判断する。
 なお、鋼材・鋼製品における鋼中水素量は、後述する実施例に記載の手法により測定することができる。
(製造方法)
 本発明の鋼材及び鋼製品の製造方法では、上述した脱水素方法を施す。つまり、本発明の製造方法では、上述した所定の条件にて、鋼素材、鋼材又は鋼製品に対して音波を照射し、鋼中水素量を十分に低減したうえで鋼材又は鋼製品を製造しているので、得られる各種鋼材・鋼製品は、残留水素起因の品質低下が十分に抑制されたものとなる。
 以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明する。なお、以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明を何ら限定するものではない。また、以下の実施例は、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、そのような態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
(実施例1)
 表1~4に示す条件に従って、厚鋼板、形鋼、鋼管、及び棒線を製造するための製造過程において、鋼素材又は鋼材に対して、音波を照射して、又は、音波を照射することなく、各種鋼材を製造した。各工程における鋼素材・鋼材は固体状態であった。
 なお、各工程において音波を照射した回数は1回であった。
 得られた、厚鋼板、形鋼、鋼管、及び棒線の各鋼材について、それぞれ100個ずつ、長さが30mm、幅が5mmの試験片を採取した。これらの試験片について、昇温脱離分析法(Thermal Desorption Spectrometry:TDS)により鋼中水素量を測定した。そして、測定された鋼中水素量から、100個の鋼材の平均鋼中水素量(ppm)を算出し、平均鋼中水素量と上記式(1)とから低減水素率(%)を算出した。
 結果を表1~4に示す。
(実施例2)
 表5に示す条件に従って、厚鋼板、形鋼、鋼管、又は棒線を出発して得られる各種鋼製品を製造するための製造過程(ただし、鋼材の出荷工程よりも後工程である)において、鋼材に対して、音波を照射して、又は、音波を照射することなく、各種鋼製品を製造した。いずれの鋼材も固体状態であった。
 なお、各工程において音波を照射した回数は1回であった。
 厚鋼板の場合、レーザー切断に代表されるせん断、曲げ、打ち抜きおよび溶接等の加工工程により建産機用フレームの鋼製品を製造した。製造に際し、鋼材の運搬工程、保管工程、又は加工工程としてのレーザー切断加工時に音波を照射した。
 形鋼の場合、せん断、研削等の加工工程によりH形鋼の鋼製品を製造した。製造に際し、鋼材の運搬工程、保管工程、又は加工工程としての研削加工時に音波を照射した。
 鋼管の場合、レーザー切断に代表されるせん断、曲げ、および溶接等の加工工程により自動車用インパクトビームの鋼製品を製造した。製造に際し、鋼材の運搬工程、保管工程、又は加工工程としてのレーザー切断加工時に音波を照射した。
 棒線の場合、冷間圧造、熱処理、および研削等の加工工程によりボルトの鋼製品を製造した。製造に際し、鋼材の運搬工程、保管工程、又は加工工程としての研削加工時に音波を照射した。
 厚鋼板、形鋼、鋼管、又は棒線を出発して得られた各鋼製品について、実施例1と同様の手法で、算出された平均鋼中水素量と上記式(1)’とから低減水素率(%)を算出した。
 結果を表5に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表1~5から明らかなとおり、所定の条件で音波照射処理を施した本発明例の鋼材・鋼製品では、いずれも10%以上の低減水素率を達成しており、鋼中水素量が十分に低減されていることが分かった。
 一方、音波を照射しなかった、又は、照射した音圧レベルが30dBに満たない比較例では、鋼材・鋼製品ごとに、本発明例と比べて、平均鋼中水素量が多く、低減水素率も10%未満と低レベルに留まった。
 これにより、本発明の脱水素方法及び製造方法は、鋼材及び鋼製品の組織変化及び機械的特性の変化が懸念される熱処理に頼ることなく、鋼材及び鋼製品の鋼中水素量を効率的かつ十分に低減でき、鋼材及び鋼製品における水素起因の品質低下を効率的かつ十分に抑制でき、有用であることがわかった。
 本発明によれば、厚みの大きな、又は、複雑な形状を有する鋼材・鋼製品全般に対して、機械的特性を変化させることなく、効率的に鋼中水素量を低減させることが可能である。また、本発明によれば、上記脱水素方法を用いて、残留水素起因の品質低下を抑制した鋼材・鋼製品を製造することが可能である。
10 音波照射装置
11 制御器
12 音波発信器
13 振動変換子
14 ブースター
15 ホーン
16 騒音計
20 鋼素材、鋼材、鋼製品

Claims (7)

  1.  鋼素材を供給する供給工程、前記鋼素材に熱間加工を施す熱間加工工程、前記鋼素材から得られた鋼材を検査する検査工程、及び、前記鋼材を出荷する出荷工程を含む、一連の鋼材の製造過程において、
     前記供給工程から前記出荷工程までのいずれかの段階にある前記鋼素材及び鋼材の少なくとも一方に対して、該鋼素材又は鋼材の表面での音圧レベルが30dB以上を満たすように音波を照射する処理を、少なくとも1回行う、鋼材の脱水素方法。
  2.  前記一連の鋼材の製造過程が、前記熱間加工工程後の鋼材に冷間加工を施す冷間加工工程を更に含む、請求項1に記載の脱水素方法。
  3.  製鉄所から出荷される鋼材に対する、運搬工程、保管工程、及び前記鋼材に加工を施して鋼製品とする加工工程を含む、一連の鋼製品の製造過程において、
     前記出荷される鋼材から、前記運搬工程、保管工程、及び加工工程のうち任意の工程までのいずれかの段階にある前記鋼材及び鋼製品の少なくとも一方に対して、該鋼材又は鋼製品の表面での音圧レベルが30dB以上を満たすように音波を照射する処理を、少なくとも1回行う、鋼製品の脱水素方法。
  4.  前記音波は、10~100000Hzの周波数を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の脱水素方法。
  5.  前記音波を照射する処理において、前記音波の照射時間を1秒以上とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の脱水素方法。
  6.  請求項1に記載の脱水素方法を施す、鋼材の製造方法。
  7.  請求項3に記載の脱水素方法を施す、鋼製品の製造方法。
PCT/JP2021/019985 2020-07-14 2021-05-26 鋼材及び鋼製品の脱水素方法、並びに、鋼材及び鋼製品の製造方法 WO2022014172A1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021550299A JP6977916B1 (ja) 2020-07-14 2021-05-26 鋼材及び鋼製品の脱水素方法、並びに、鋼材及び鋼製品の製造方法
US18/004,881 US20230243006A1 (en) 2020-07-14 2021-05-26 Dehydrogenation method for steel material and steel product, and production method for steel material and steel product
KR1020237002674A KR20230029865A (ko) 2020-07-14 2021-05-26 강재 및 강 제품의 탈수소 방법, 그리고, 강재 및 강 제품의 제조 방법
MX2023000705A MX2023000705A (es) 2020-07-14 2021-05-26 Metodo de deshidrogenacion para material de acero y producto de acero, y metodo de produccion para material de acero y producto de acero.
EP21843361.3A EP4183890A4 (en) 2020-07-14 2021-05-26 DEHYDROGENATION METHOD FOR STEEL MATERIAL AND STEEL PRODUCT, AND METHOD FOR MANUFACTURING STEEL MATERIAL AND STEEL PRODUCT
CN202180049826.5A CN116034172A (zh) 2020-07-14 2021-05-26 钢材和钢制品的脱氢方法以及钢材和钢制品的制造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020120971 2020-07-14
JP2020-120971 2020-07-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022014172A1 true WO2022014172A1 (ja) 2022-01-20

Family

ID=79555188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/019985 WO2022014172A1 (ja) 2020-07-14 2021-05-26 鋼材及び鋼製品の脱水素方法、並びに、鋼材及び鋼製品の製造方法

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2022014172A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0641711A (ja) * 1992-07-23 1994-02-15 Nkk Corp Cglアップレグクーラ
WO2002046479A1 (fr) * 2000-12-07 2002-06-13 Aoyama Seisakusho Co., Ltd. Procede de cuisson d'element d'acier
JP2004131794A (ja) * 2002-10-10 2004-04-30 Nippon Steel Corp 鋼板の脱水素方法およびそれを用いた鋼板の製造方法
JP2008208451A (ja) * 2007-01-31 2008-09-11 National Institute Of Advanced Industrial & Technology オーステナイト系ステンレス鋼、及びその水素除去方法
CN101692382A (zh) * 2009-09-30 2010-04-07 常熟市友邦散热器有限责任公司 变压器用散热器的驱氢方法
WO2019189842A1 (ja) * 2018-03-30 2019-10-03 Jfeスチール株式会社 高強度亜鉛めっき鋼板、高強度部材およびそれらの製造方法
WO2019188642A1 (ja) 2018-03-30 2019-10-03 Jfeスチール株式会社 高強度鋼板およびその製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0641711A (ja) * 1992-07-23 1994-02-15 Nkk Corp Cglアップレグクーラ
WO2002046479A1 (fr) * 2000-12-07 2002-06-13 Aoyama Seisakusho Co., Ltd. Procede de cuisson d'element d'acier
JP2004131794A (ja) * 2002-10-10 2004-04-30 Nippon Steel Corp 鋼板の脱水素方法およびそれを用いた鋼板の製造方法
JP2008208451A (ja) * 2007-01-31 2008-09-11 National Institute Of Advanced Industrial & Technology オーステナイト系ステンレス鋼、及びその水素除去方法
CN101692382A (zh) * 2009-09-30 2010-04-07 常熟市友邦散热器有限责任公司 变压器用散热器的驱氢方法
WO2019189842A1 (ja) * 2018-03-30 2019-10-03 Jfeスチール株式会社 高強度亜鉛めっき鋼板、高強度部材およびそれらの製造方法
WO2019188642A1 (ja) 2018-03-30 2019-10-03 Jfeスチール株式会社 高強度鋼板およびその製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6977916B1 (ja) 鋼材及び鋼製品の脱水素方法、並びに、鋼材及び鋼製品の製造方法
TWI493057B (zh) Fat iron stainless steel
JP7259974B2 (ja) 連続焼鈍装置及び連続溶融亜鉛めっき装置、並びに鋼板の製造方法
JP4728710B2 (ja) 加工性に優れる熱延鋼板およびその製造方法
JP7350057B2 (ja) ホットスタンプ成形体
JP5234876B2 (ja) 高張力冷延鋼板の製造方法
JP4285843B2 (ja) 曲げ加工時の形状凍結性に優れたフェライト系ステンレス鋼とその製造方法
JP6831254B2 (ja) 耐酸露点腐食性に優れる溶接鋼管およびその製造法並びに熱交換器
JP7388570B2 (ja) 連続焼鈍装置及び連続溶融亜鉛めっき装置、並びに鋼板の製造方法
JP7366121B2 (ja) ホットスタンプ用鋼板
WO2022014172A1 (ja) 鋼材及び鋼製品の脱水素方法、並びに、鋼材及び鋼製品の製造方法
JP7006857B1 (ja) 脱水素装置及び鋼板の製造システム、並びに鋼板の製造方法
EP4357467A1 (en) Dehydrogenation device, system for manufacturing steel sheet, and method for manufacturing steel sheet
JP7455112B2 (ja) ホットスタンプ成形体
JP6024401B2 (ja) 表面品質に優れる厚鋼板の製造方法
JP2010174291A (ja) 熱間打抜き性に優れたダイクエンチ用鋼板
JP4586479B2 (ja) 連続焼鈍プロセスにおける高張力冷延鋼板の製造方法
JP4733950B2 (ja) 鋼板の線状加熱変形方法
JPH04289122A (ja) 偏平化試験特性に優れた車輌ドアインパクトバー用アズロールタイプ超高張力電縫鋼管の製造方法
JP2003266105A (ja) 超塑性ステンレス鋼材の製造方法及びステンレス鋼材の超塑性加工方法
JP3666376B2 (ja) 高周波焼鈍特性に優れた高強度鋼とその製造方法
JP2004292936A (ja) 耐衝撃貫通性及び加工性に優れた広幅鋼板の製造方法
JP2023089963A (ja) 二相ステンレス鋼およびその製造方法
JP2001009503A (ja) 圧延h形鋼の製造方法
JP2010174299A (ja) 熱間打抜き性に優れたダイクエンチ用鋼板

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021550299

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21843361

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202317001751

Country of ref document: IN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021843361

Country of ref document: EP

Effective date: 20230214