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技術 表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 荒牧高志西村基阿部雅之三浦龍介山口清治近藤泰光
出願日 2002年6月6日 (18年8ヶ月経過) 出願番号 2002-165418
公開日 2004年1月15日 (17年1ヶ月経過) 公開番号 2004-010954
状態 特許登録済
技術分野 熱処理 物品の熱処理
主要キーワード 発生指標 最適域 歩留ロス 加熱炉雰囲気 コーナー側 不可避的元素 LNGガス 酸化挙動
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2004年1月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

本発明は、熱間圧延前普通鋼スラブの加熱時における炉内雰囲気条件を制御することで、疵の起点となる粒界酸化顕在化を防ぎ、熱間圧延時に発生する線状のスケール疵及び模様系欠陥(めっき時ムラ)の発生を少なくするための普通鋼スラブの加熱方法を提供する。

解決手段

熱間圧延の素材として質量%でC:0.20%以下、Si:0.1%以下、Mn:0.1%以下、P:0.050%以下、S:0.02%以下、その他Fe及び不可避的元素からなる普通鋼スラブを、空気比で1.0〜1.2の雰囲気で、かつスラブ加熱温度が1050℃〜1250℃の範囲内で加熱することを特徴とする表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。

概要

背景

普通鋼薄板材熱間圧延顕在化する表面欠陥として線状のスケール疵やめっき材の模様系欠陥がある。この欠陥部には加熱炉で生成するスケールが残存し、線状のスケール疵もしくはめっきにて合金化処理時にめっきムラすなわち表面模様欠陥として顕在化し問題となる。お客様表面品質に対する要求は厳格化する傾向を示しており、表面欠陥による歩留低下は大幅なコストアップを引き起こしている。

概要

本発明は、熱間圧延前の普通鋼スラブの加熱時における炉内雰囲気条件を制御することで、疵の起点となる粒界酸化の顕在化を防ぎ、熱間圧延時に発生する線状のスケール疵及び模様系欠陥(めっき時ムラ)の発生を少なくするための普通鋼スラブの加熱方法を提供する。熱間圧延の素材として質量%でC:0.20%以下、Si:0.1%以下、Mn:0.1%以下、P:0.050%以下、S:0.02%以下、その他Fe及び不可避的元素からなる普通鋼スラブを、空気比で1.0〜1.2の雰囲気で、かつスラブ加熱温度が1050℃〜1250℃の範囲内で加熱することを特徴とする表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。   

目的

本発明は、今後も品質の厳格化が進むことが予想される普通鋼用スラブにおいて、熱延加熱炉内にてスラブ表面生じる粒界酸化を抑制し、歩留低下によって大幅なコストアップを招いている線状スケール疵やめっき材のめっきムラすなわち表面模様欠陥を防止するための普通鋼スラブの加熱炉雰囲気条件を提供することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

熱間圧延素材として質量%でC:0.20%以下、Si:0.1%以下、Mn:1.0%以下、P:0.050%以下、S:0.02%以下、その他Fe及び不可避的元素からなる普通鋼スラブを、空気比で1.0〜1.2の雰囲気かつスラブ加熱温度が1050℃〜1250℃の範囲内で加熱することを特徴とする表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法

請求項2

鋼成分としてさらに、質量%でTi:0.04%以下、Nb:0.04%以下の1種または2種を以下の式を満たす範囲で含有することを特徴とする請求項1記載の表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。[C]−12/48[Ti]−12/93[Nb]≦0(但し、[C]、[Ti]、[Nb]は、各元素含有量(質量%))

請求項3

不純物であるNi、Cu、Snを、質量%でNi:0.10%以下、Cu:0.10%以下、Sn:0.10%以下、かつ、Ni+Cu+Sn≦0.20%と規制することを特徴とする請求項1または2に記載の表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。

請求項4

空気比とスラブ加熱温度の関係として疵発生指数=2290.4×(空気比−1)2+6.02×10−4×(スラブ加熱温度(℃)−1060)2≦45の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。

請求項5

スラブ加熱時間を350分以内となるよう制御することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。

請求項6

炉内雰囲気CO濃度が0.5%以下になるように制御することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。

技術分野

0001

本発明は、熱間圧延前普通鋼スラブの加熱時における炉内雰囲気条件を制御することで、疵の起点となる粒界酸化顕在化を防ぎ、熱間圧延時に発生する線状のスケール疵及び模様系欠陥(めっき時ムラ)の発生を少なくするための普通鋼スラブの加熱方法に関する。

0002

普通鋼薄板材で熱間圧延後顕在化する表面欠陥として線状のスケール疵やめっき材の模様系欠陥がある。この欠陥部には加熱炉で生成するスケールが残存し、線状のスケール疵もしくはめっきにて合金化処理時にめっきムラすなわち表面模様欠陥として顕在化し問題となる。お客様表面品質に対する要求は厳格化する傾向を示しており、表面欠陥による歩留低下は大幅なコストアップを引き起こしている。

0003

上述の表面欠陥の原因となるスケールの残存原因としては次のように考えられている。まず加熱炉内で進行した粒界酸化がスラブコーナーで顕著な場合は、圧延時にそれを起点とし割れを発生させる。その後の圧延で伸ばされ線状のスケール疵となるか、または粒界酸化部に濃化したSiが粗圧延でのデスケーリング後も残存し、これが圧延され表層に引きのばされて鋼板表面を覆うことで合金化挙動に影響し、模様として表面に顕在化することが原因と考えられる。

0004

この疵発生の起点となる粒界酸化の抑制方法として、ステンレスの場合については、例えば特開昭62−13527号公報に酸素濃度コントロールしてスケールオフ量をコントロールし改善する技術が、また特開平1−122606号公報にはオーステナイト系ステンレスについてスラブ加熱温度と酸素濃度及び圧下率をコントロールすることで粒界酸化を起因とする疵を低減する技術が、または特開平9−279316号公報にはフェライト系ステンレスにおいて異常ノジュール形成を抑制する技術などが報告されている。

0005

しかしながら、これらには積極的に粒界酸化の生じやすい成分であるCrやNiが多い場合にのみに限定されて研究されているという特徴があり、Cr、Niが不可避的な量しか含まれない普通鋼に関して疵につながる粒界酸化を低減し、その発生を抑制する技術について最適域が求められていないのが現状である。

背景技術

0006

また、Siを含有している熱間圧延鋼材に関しては、例えば特開昭53−140219号公報にスケール剥離性を向上させるためにスラブ加熱温度と酸素濃度をコントロールする技術が開示されているが、粒界酸化しやすいSiを含んでいることや、粒界酸化そのものが起点となり疵になるのとは異なり加熱炉内で生成されたスケールが剥離しにくいことによってスケール疵が発生するという点で本発明が課題とする疵とは発生メカニズムが異なっていることから、そのまま適用することは困難なのが現状である。

発明が解決しようとする課題

0007

本発明は、今後も品質の厳格化が進むことが予想される普通鋼用スラブにおいて、熱延加熱炉内にてスラブ表面生じる粒界酸化を抑制し、歩留低下によって大幅なコストアップを招いている線状スケール疵やめっき材のめっきムラすなわち表面模様欠陥を防止するための普通鋼スラブの加熱炉雰囲気条件を提供することを目的とする

0008

本発明者らは、普通鋼スラブにおいて加熱炉内の雰囲気変動と粒酸化挙動の関係を実験により明らかにした。併せて、粒界酸化と熱延表面疵発生の関係を明確にし、疵につながる粒界酸化を抑制でき、実機熱延操業に反映可能な雰囲気条件を見出した。本発明はこれらの知見に基づき完成させるに至った。

0009

すなわち本発明の要旨は、以下のとおりである。

0010

(1) 熱間圧延の素材として質量%でC:0.20%以下、Si:0.1%以下、Mn:1.0以下、P:0.050%以下、S:0.02%以下、その他Fe及び不可避的元素からなる普通鋼スラブを、空気比で1.0〜1.2の雰囲気で、かつスラブ加熱温度が1050℃〜1250℃の範囲内で加熱することを特徴とする表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。

0011

(2) 鋼成分としてさらに、質量%でTi:0.04%以下、Nb:0.04%以下の1種または2種を以下の式を満たす範囲で含有することを特徴とする上記(1)記載の表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。[C]−12/48[Ti]−12/93[Nb]≦0
(但し、[C]、[Ti]、[Nb]は、各元素含有量(質量%))

0012

(3) 不純物であるNi、Cu、Snを、質量%で
Ni:0.10%以下、Cu:0.10%以下、Sn:0.10%以下、かつ、Ni+Cu+Sn≦0.20%
規制することを特徴とする上記(1)または(2)に記載の表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。

0013

(4) 空気比とスラブ加熱温度の関係として、
発生指数=2290.4×(空気比−1)2+6.02×10−4×(スラブ加熱温度(℃)−1060)2≦45
の関係を満たす上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。

0014

(5) スラブ加熱時間を350分以内となるよう制御する上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。

課題を解決するための手段

0015

(6) 炉内雰囲気CO濃度が0.5Vol%以下になるように制御する上記(1)乃至(5)のいずれかに記載の表面疵の少ない熱延板を得るための普通鋼スラブの加熱方法。

0016

本発明者らは、熱間圧延に起因すると思われる普通鋼の線状スケール疵及びめっき模様系欠陥について多くの調査をした結果、次のような現象を見出した。

0017

(1) 線状スケール疵は、コイルコーナー側に発生しやすい。また、疵部の断面調査ではスケールの上にメタルが被さったスケール疵となっている。

0018

(2) 模様系欠陥部を調査すると、めっきと鋼板の界面にスケールが存在する。そのスケール部には、EPMAやSIMSによる調査結果、SiやNiのような元素が確認できる。

0019

(3) スケール疵やめっき表面模様欠陥を発生しやすい普通鋼スラブの熱延加熱直後スケール性状は、地鉄/スケール界面にSiの濃化層が存在し、Siを含んだスケールをもつ粒界酸化部が数多く存在する。

0020

(4) 粒界酸化がコーナー側に存在する場合、その後の粗圧延での幅方向の圧下により、割れを生ずることがある。また、コーナーにない場合では、粒界酸化の深さが深い場合は粒界酸化のみがデスケでも取り除かれないことがある。

0021

(5) 上記した幅圧下による割れが存在しない場合、製品にて線状スケール疵は発生しない。また、デスケにて粒界酸化が消失している場合、めっき材にて模様系欠陥が発生しない。

0022

このような現象から、普通鋼の線状スケール疵及びめっき模様系欠陥は、加熱炉にて生成した粒界酸化部が熱間圧延時幅圧下するために割れに結びついたり、粒界酸化部のみがスケールを噛み込んだまま引きのばされたりしたため、合金化時にムラとなり模様系の欠陥となることを見出した。

0023

そこで本発明者らは、実機における通常のスラブ加熱温度である1100℃〜1250℃の条件で、普通鋼として一般的なアルミキルド鋼について、粒界酸化を顕在化させない加熱炉内雰囲気と加熱条件を調査した。

0024

厚さ30mm、幅100mm、長さ100mmの表1に示す成分のサンプルを、LNGガス雰囲気でスラブ加熱温度と空気比を変更して加熱した。その後サンプルの断面検鏡を行い、サンプル界面の割れや模様系欠陥の原因となる粒界酸化の個数を調査した。その結果を図1に示す。

0025

この結果、粒界酸化は図1に示すように空気比が低下すると深さ及び個数は低下して品位改善されるが、空気比が1.0未満になると粒界酸化の品位は悪化する。加えて、高温加熱を実施した場合は空気比に関係なく総じて悪化することが判明した。これより、粒界酸化を起点とする表面疵を防止するにはスラブ加熱温度及び空気比に適正範囲が存在することを知見し、これらを制御するに至ったのである。

0026

次に本発明が対象とする鋼成分の限定理由について説明する。C、Mn、P、Sに関しては、普通鋼の一般的成分として使用されている範囲として、それぞれ質量%でC:0.20%以下、Mn:1.0%以下、P:0.050%以下、S:0.02%以下に限定したものである。

0027

Siに関しては、0.1%以上の場合は加熱炉雰囲気に関係なくスケール生成時に地鉄スケール界面に濃化し、割れやすくデスケさせにくいスケールを含んだ粒界酸化部を生成するため限定する。

0028

また、鋼中のCを無害化して加工性を向上するために、Ti:0.04%以下やNb:0.04%以下の1種または2種を含有させても良い。このときの含有量としては、Ti及びNbを、Cとの関係で、[C]−12/48[Ti]−12/93[Nb]≦0
(但し、[C]、[Ti]、[Nb]は、各元素の含有量(質量%))
のように含有させるのが好ましい。但し、多すぎても効果が飽和するばかりか、鋼の強度が低下するなどの弊害があるため、Ti及びNbのそれぞれの上限を0.04質量%以下に制限する。

0029

さらに、不可避的不純物もしくは特性向上を狙って添加される元素のうち、Ni、Cu、SnのようなFeよりも酸化されにくくスケール生成時に地鉄スケール界面に濃化する元素も、粒界酸化を顕在化させる。それぞれの元素が単独で0.10%超、もしくはNi、Cu、Snの合計で0.20%超存在した場合には、加熱炉雰囲気と関係なく表面疵が発生する。よって、この範囲にて規制する。

0030

このような成分構成の普通鋼スラブの加熱温度を1050℃〜1250℃の範囲内とする。1050℃より低温にて加熱した場合は、圧延可能な温度まで均一にスラブを昇温するためには長時間保定が必要となるため、生産性阻害される。また高温で加熱した場合は、空気比つまりは酸素濃度を制御しても、生成スケールが非常に厚くなるため地鉄スケール界面にSiが多量に濃化する。これが極度に粒界酸化を進行させ、疵発生率を上昇させる問題が発生するためこの範囲で規制する。

0031

また加熱時間は、加熱炉総在炉時間を100分以上かつ350分以下の範囲内にて加熱する。100分未満ではスラブを均一に加熱できないためスラブコーナー部とセンター部で変形応力が大きく異なるため疵発生率は高くなり、また熱間圧延自体も困難となる。また350分を超えると、空気比つまりは酸素濃度を制御した場合も生成スケールが厚くなるためスケール界面にSiが多量に濃化する。この結果、図2に示すように疵発生率が高くなる傾向を示す。

0032

このスラブ加熱温度及び時間条件のもとLNGLPGCOG燃焼ガス中で加熱する。このときの燃焼ガスと空気の空気比は、1.0〜1.2の範囲として、CO濃度が0.5Vol%以下となる条件に調整する。このときの酸素濃度はおよそ0.0〜4.0Vol%程度となる。空気比を制御することにより、粒界酸化を疵発生に影響しない個数・深さまで低減できる。COが0.5Vol%を超えると、図3に示すように疵発生個数が大幅に増加する。

0033

空気比が1.0未満でCO濃度が0.5Vol%超存在する状態となると、スケールオフ量が少なくなるため地鉄界面に濃化するSi量は少なくなるものと予想されてきたが、調査結果ではこの予想に反しSiが多量に濃化し、粒界酸化が顕著となった。EPMAによるSi定量分析の結果、鋼中のスケールオフによってスケール/地鉄界面に濃化する量が、想定されるよりも明らかに多いことが判明した。

0034

本発明者は多くの調査を実施した結果、加熱炉内に存在するスケールや耐火物等のSi酸化物が雰囲気中のCOガスと、以下の反応式
SiO2+CO→CO2+SiO(g)
で示される反応を起こし、Si酸化物が還元され、雰囲気中にSiOガスとして存在することを知見した。さらに調査の結果、還元されたSiOガスがスラブ表層析出することでスケール生成時に地鉄/スケール界面に濃化するために、粒界酸化が顕在化したことを突き止めた。よって空気比は、必ずCO濃度が0.5Vol%以下の領域、つまり空気比1.0以上にする必要がある。

0035

また空気比1.2超となる場合は、スケール生成量が多くなる。このため地鉄スケール界面にSiが濃化し、粒界酸化は顕在化する。加えて実操業にて高酸素濃度で操業した場合は、排ガス中のNOxの濃度が高くなるため、実操業面からも空気比は下げるほうが好ましい。

0036

以上のように得られた空気比及びスラブ加熱温度と表面疵の発生量との関係についてさらに調査した結果、空気比及びスラブ加熱温度の関係について、以下の式で示される疵発生指数
疵発生指数=2290.4×(空気比−1)2+6.02×10−4×(スラブ加熱温度(℃)−1060)2
を定義し、この疵発生指標で45以下となる場合は疵が発生しないことを知見した。

0037

以上のような成分かつ加熱炉雰囲気条件にて熱間圧延された場合、線状のスケール疵及び模様系欠陥(めっき時ムラ)の発生は、非常に少なくすることができる。

0038

【実施例】
(実施例1)
本発明の実施例を以下に示す。

0039

厚さ30mm、幅100mm、長さ100mmの表1に示す成分組成(質量%)のサンプルを、LNG燃料ガス雰囲気でスラブ加熱温度及び空気比を変更して加熱した。このときの加熱時間は200分とした。

0040

加熱後サンプルの断面検鏡を行い、割れや模様系欠陥につながる粒界酸化の個数を調査した。その結果を図1に示す。本発明範囲においては、粒界酸化個数は低位安定することが判る。

0041

【表1】

0042

(実施例2)
厚さ30mm、幅100mm、長さ100mmの表1の鋼1に示す成分組成(質量%)のサンプルを、LNG燃料ガス雰囲気でスラブ加熱温度1230℃、空気比1.1として、加熱時間を種々変更して加熱した。

0043

加熱後サンプルの断面検鏡を行い、割れや模様系欠陥につながる粒界酸化の個数を調査した。その結果を図2に示す。本発明範囲においては、粒界酸化個数は低位安定することが判る。

0044

(実施例3)
厚さ30mm、幅100mm、長さ100mmの表1の鋼1に示す成分組成(質量%)のサンプルを、LNG燃料ガス雰囲気でスラブ加熱温度1230℃、CO濃度が0〜4%となるよう、空気比を変更して加熱した。このときの加熱時間は200分とした。

0045

加熱後サンプルの断面検鏡を行い、割れや模様系欠陥につながる粒界酸化の個数を調査した。その結果を図3に示す。本発明範囲においては、粒界酸化個数は低位安定することが判る。

0046

(実施例4)
厚み252mm、幅1000mm、長さ6000mmの表2に示す成分組成(質量%)の普通鋼スラブを、LNG燃料ガス雰囲気でスラブ加熱温度及び空気比を変更して加熱した。このスラブを200分間加熱した後に熱間にて圧延を実施、3mmの熱延鋼板を得た。さらに、7〜10%かつ70〜90℃のHClで酸洗を50〜250sec実施した。その後、めっきを施し線状スケール疵や表面模様の有無を評価した。評価結果を表3に示す。本発明条件を適用すると、疵発生もなく表面外観良好な製品を製造できることが判る。

0047

【表2】

発明を実施するための最良の形態

0048

【表3】

図面の簡単な説明

0049

本発明は、熱間圧延前の普通鋼スラブの加熱時における炉内雰囲気条件を制御することで、疵の起点となる粒界酸化の顕在化を防ぎ、熱間圧延時に発生する線状のスケール疵及び模様系欠陥(めっき時ムラ)の発生を低減でき、表面外観良好な製品を製造できる。これにより、疵や模様発生に伴い生じていた歩留ロスを改善できるため、工業的価値は非常に大きい。

図1
図1はスラブ加熱温度、空気比と粒界酸化の発生数との関係を示す図である。
図2
図2はスラブ加熱時間と疵発生の関係を示す図である。
図3
図3はCO濃度と疵発生率の関係を示す図である。

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