JPS6015684B2 - 熱間圧延鋼材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱間圧延によるキルド鋼材特に一次スケール癖
のすくない溶接構造用圧延鋼材ならびに高張力鋼材の製
造方法に関するものである。

一般にＳｉキルド鋼あるいは山一Ｓｉキルド鋼を用いて
製造される前記溶接構造用圧延鋼材についてはスケール
庇をできる限りすくなくすることが要望されており、特
に圧延のままで使用される形鋼などはスケール癖のない
ことが切望されている。しかしながら前記形鋼を例にと
った場合、ＳｉあるいはＮ−Ｓｉキルド鋼で製造される
ため、とかくスケール癖が発生し易く、Ｓｉ，山の含有
量が多くなるほどスケール剥離性が悪くなりスケール波
が多発するため、このスケール癖を減少させる方法が研
究されてきたが、工業上生産ラインで採用できるほどの
経済的な方法は確立されておらず、スケール癖の発生に
悩まされるのが現状であった。さて前記スケール癖の発
生がすくなく、しかも経済的な製造方法の研究を行なっ
た本発明者等はまずスケールの剥離性に着目した結果、
該剥離性は周知のように港車テストなどによる単なるス
ケール上層部の剥離性のみに注意すべきものではなく、
スケール／地鉄境界層をなす混合層およびサブスケール
の剥離性をも考慮しなければならないことを知った。前
記スケール上層部の剥離性あるいは残留スケールに関す
る研究には周知のようにロールズ（Ｒ．ＲＯｌｌｓ）の
論文があるが、これには前記混合層およびサブスケール
の剥離性についての記述に乏しく、本発明等の知る限り
では、Ｓｉｏ．２５％以上の高Ｓｉ含有鋼などについて
いまだ工業的に成功したとの報告はない。

さて、前記スケールには大別して一次スケールと二次ス
ケールの二種があり、前者は加熱工程で主として発生す
るため、黒灰色を呈する部厚し、ものとなりこれが付着
したまま圧延されると第１図に示すように雲形のスケー
ル庇１５となって鋼材表面の外観を著しく害する。

Ｓｉキルド、ＡＩ−Ｓｉキルド鋼は、前記一次スケール
の発生が著しいことが特色である。前記二次スケールは
熱間圧延末期以降に発生し、薄い青灰色あるいは赤灰色
を呈し、外観を損ねるものであるが、而して本発明は一
次スケールに起因する庇発生の防止を要点とするもので
、本発明では二次スケール癖については技術範囲に含ま
ない。

さて、スケール特に一次スケールの剥離性が悪くなる要
因としては次の【１｝〜【４１項が知られている。

‘１’ 合金成分の含有量の増加。

■ スケール／池鉄境界層における合金元素（Ｓｉ，Ｃ
ｒ，Ｎｉ，ＣリＡｓ，Ｓｎ等）の富化。

糊 加熱時の合金成分（ＦｅＳ，Ｆｅ２Ｓｉ０４，Ｍｏ
ｏ３，ＮｉＳ２，Ｖ２Ｑ等）の溶融。‘４）溶融合金成
分の粒界侵入による複雑な混合層の形成。

さて、前記各項目について研究した結果、本発明者等は
特にＳｉについて注意を払わねばならぬことを知った。

つまりＳｉは前記ｍ〜■項に該当するうえに特に１２０
０ｑｏ以上の高温になるとＳｉがスケール／地鉄境界層
に富化して鉄酸化物Ｆｅ○と合金成分を作り、Ｆｅぶｉ
０４（Ｆａ鱗ｌｉｔｅ）を生成し、前記Ｆｅ２Ｓｉ０４
の融点は１２０６０附近であるため、それ以上の温度に
加熱した場合、境界層に富化したＦｅ２Ｓｉ０４が熔融
し、第２図のスケールと地鉄の境界層を撮った顕微鏡写
真に示すように粒界に侵入し、あたかも裸１６のような
形で、スケールの固着性を高めるほか、溶融物が接着剤
のような作用をするものと推定されているからで、また
このほか熔融物がスケール生長に必要な酸素の侵入を妨
害して剥離性を阻害するとの推定もなされており、まず
このＦｅ２Ｓｊ０４の問題解決を指向すると共にＡＩに
ついての研究も行なった、と云うのはＡＩはＳｉと共に
脱酸剤並びに材質改質村として重要な成分であり、Ｓｉ
と山は共存する機会が非常に多いためでＡＩが存在する
とＭ２０３が生成し、このＭ２０３とＦｅ○との共晶物
の融点は１３３０ｑ○と高いものの、地鉄およびスケー
ルを粘〈すると共にＳｉと重合して剥離性を阻害すると
推定されるからである。さて、前述のような門題点を解
決する周知方法としては、【ａ｝ Ｓｊの富化を抑制す
る方法。

【ｂ）Ｆｅ２Ｓｉ０４の溶融を避ける方法。

‘ｃ｝ 鋼材中にＦｅ２ＳｉＱの分散を計る方法。の三
方法が考えられてきた。Ｓｉの富化を抑制する手段とし
ては、被加熱材の表面に塗料を塗布して加熱する方法が
あるが、材料費および処理費が嵩むので、特別な高級鋼
材は別として、経済性がないため、酸化を抑制する方法
、つまり加熱に際して比較的低空気比で燃焼させる手段
が採用されてきた。またそのほか前述のように低温加熱
法によってＦｅ２Ｓｉ０４の溶遊を避ける手段や冷鋼片
の表面をフカーフイングすることにより、表面のＳｉを
鋼片中に分散させる方法も行なわれてきた。しかしなが
ら、いずれの方法も、実用性あるいは経済性の点で問題
があった。

而して、本発明者等は前述の如き問題点のない製造方法
を研究した結果、極めて実用的かつ経済性に富む本発明
の製造方法を開発したもので、その要旨は「ＣＯ．０５
〜０．６０％、Ｎｈｏ．５〜２．０％、Ｓｉｏ．２５〜
０．６０％、Ｎｏ．０５％以下、ＰＯ．０３％以下、Ｓ
Ｏ．０３％以下、残部がＦｅと不可避不純物からなる鋼
材を、加熱炉の均熱帯において酸素濃度を２〜８％とし
１２５０ｑｏ超〜１３２０ｑ０未満の温度領域において
１０〜８粉ご間均熱したのち、通常の熱間圧延を行なう
熱間圧延鋼材の製造方法」にある。

次に、本発明の方法を図に従って詳細に説明する。

第３図は鋼材の加熱に用いられる周知の加熱炉の概略縦
断面であって、予熱帯１，加熱帯２，均熱帯３からなる
多帯式加熱炉を示し、４ａ〜４ｐは加熱バーナー、５は
被加熱材（以下単に鋼材と云う）、６は煙道、７ａ〜７
ｃは酸素メーターである。辞して前記加熱炉は予熱帯と
加熱帯が一体となった形式のものであっても、本発明の
方法を適用することができる。さて鋼材５は矢印８の方
向から図示していないプッシャ−によって加熱炉中に押
し込まれるか、あるいはウオーキングビームによって装
入され、加熱バーナー４ａ〜４ｐによる子熱、加熱およ
び均熱の各工程を経て抽出口９から抽出され圧延工程に
送られる。本発明者等は従来のような低空気比つまり理
論空気量を１．０部付近とし雰囲気中の自由酸素の低い
燃焼制御をやめて、主として均熱帯３における加熱バー
ナー４ｃ，４ｎ，４ｏ，４ｐの空気比を１．１〜１．４
と変化させて、雰囲気中の自由酸素濃度を２〜１０％と
することにより、積極的にスケールの生成を行なわせ、
しかるのちデスケーリングを含む通常の熱間圧延即ち粗
、仕上圧延を行ない、スケール舵の発生率と前記自由酸
素濃度との対比を行なった結果、従来スケール癖の発生
が必らずしも減らないと信じられていた高空気比の燃焼
制御による高い自由酸素濃度の雰囲気がむしろスケール
癖発生を少なくすると云う新知見を得た。

即ち第４図に示す通り横軸に空気比と自由酸素濃度（％
）をとり、縦軸にスケール癖発生率をとった場合、折線
１０に示すように空気比１．１附近からスケール癖発生
率は激減し、空気比１．４〆上でもスケール癖の発生は
ほとんど見られない。この結果から明らかなように自由
酸素濃度の最も好ましい範囲は２〜８％であることが判
る。つまり自由酸素濃度は９〜１０％と多くしても良い
が、加熱が不均一になるうえスケール生成量をいたずら
に多くすることは経済性を矢ない、また２％以下ではス
ケール庇防止が安定しないので、本発明では自由酸素濃
度（以下単に酸素濃度と云う）を２〜８％と限定するも
のである。また本発明者等の数多くの実験によれば、灼
熱帯に加えて子熱帯および加熱帯の酸素濃度も２〜８％
としても良いことが判ったが、加熱効率、生産性、スケ
ール生成量の点から酸素濃度をあまり上げることは経済
性の点でやや不利となるため、予熱帯、加熱帯の酸素濃
度を低くする、つまり空気比を１．０附近とする燃焼制
御を行ない、均熱帯のみを酸素濃度２〜８％に保って操
業したが、スケール癖についてはやはり良い成績を収め
ることができ、生産性を落さなくて済んだ。さて、前記
折線１０は均熱帯の温度が１２９０００の場合であり、
温度を１２６０ｑ０とした場合を折線１１、１３２０ｑ
ｏの場合を折線１２、１３５０ｏｏの場合を折線１４、
また温度が１２２０００の場合を折線１３で示す、図か
ら明らかなように温度は１２２０００より低くとも、ま
た１３５０午○より高くともスケール癖の発生が多いこ
とが判る。

本発明者等の経験によるとこの温度の下限は１２５０ｏ
ｏ超で上限は１３２０００未満であった。つまり１２５
０００未満ではスケールの生成が不充分であり、また１
３２０ｏｏを越えるとスケールの溶融が生じともにスケ
ールの剥離性が向上しないためと思われる。前記温度は
鋼材に接近した炉壁の温度測定計による測定値をパィロ
メーターによる鋼材の温度測定値によって補正して求め
た値である。

操業中の加熱炉において鋼材に直接接触し、連続的にそ
の温度を計る方法は現在のところ知られていないが前記
手段あるいは炉温のみかもし〈はパィロメーターによる
榎Ｕ温又はそれに類似した測定手段を採用すれば充分目
的を達成することが出来る。次に均熱帯における均熱時
間とスケール癖の発生率を第５図に示す。第５図は横軸
に均熱帯における鋼材の滞留時間換言すると均熱時間（
分）をとり、縦軸にスケール庇発生率（％）をとったも
ので、前述のように酸素濃度を２〜８％としても、あま
り灼熱時間が短いとスケール庇の減少に対して効果がう
すし、ことが判る。

即ちすくなくとも１０分間以上が望ましい、しかしなが
ら灼熱時間をあまりにも長くすることは生産性および省
エネルギーの点で望ましくないうえに、かえってスケー
ル癖発生率を助長する煩向を示すので通常は１０〜８０
分間程度とすることが好ましい。さらに加熱炉中での鋼
材の在炉時間についてスケール癖発生率との相互関係を
研究した結果を第６図に示す。第６図は機軸に在炉時間
（時）をとり、縦軸にスケール癖発生率（％）をとった
ものであるが、在炉時間が５時間を越えるとスケール癖
の発生率が増加する煩向にあるので、本発明の方法を実
施する場合にも在炉時間は５時間を越えないように留意
した方がよい。次に、加熱炉における雰囲気ガスの組成
について説明する。本発明者等の行なった前述の第４図
〜第６図の実施例における加熱炉での酸素を除く雰囲気
ガスの組成は日２０８〜２５％、Ｃ０２７〜１５％、Ｓ
０２３００脚ｍ以下、残部はＮ２であった、ところでＨ
２０，Ｃ０２，Ｓ０２は酸素（０２）と同様に酸化力を
有し、温度の上昇と共にほぼ０２に近い酸化力を発揮す
るけれども前途の含有量範囲ではスケール癖に結びつく
ような影響力がうすく、スケール生成にあたってその作
用は０２の作用とは異なるように思われる。

その理由は詳かではないが本発明における雰囲気ガス組
成としては０２２〜８％に加えて、＆０３０％以下およ
び／もしくはＣ０２２０％以下と残部Ｎ２からなる燃焼
雰囲気であれば良い。ただしＳ０２についてはいずれの
場合も１００の伽以下であることが好ましい。さて、前
述のように加熱炉において圧延温度に達した鋼材は、通
常のエッジング圧延あるいは上下方向のスケール割り込
み圧延を経て、１００〜２００ｋｇ／地の高圧デスケー
リング水によって上層のスケールが剥離され、ついで圧
下、デスケーリングの繰返いこよって残留スケールが剥
離される。

而して、本発明者等の推定では、スケールの剥雛性が前
述のように向上し、スケール庇が減少する理由は従来ス
ケール／地鉄境界層に富化して剥離性を阻害するといわ
れて来た合金化合物が、本発明における０２条件と温度
条件下においてスケール中への分散量を増し、また残部
は上層スケール剥離後もサブスケールの酸化膨張力が旺
盛で密着力以上の剥離力が働らくのであたかも低Ｓｉ鋼
と同様の良好なスケール剥離をすることにあると思われ
る。次に本発明における成分の限定理由について説明す
る。

本発明の対象の鋼種は前述のようにＳｊキルドあるいは
Ｎ−Ｓｉキルド鋼であって、用途としては主として溶接
構造用圧延鋼材ならびに高張力鋼材を対象とする。而し
て各成分元素は該鋼材の物理通および化学的性能を維持
するためのもので、その成分範囲の限定理由は次の通り
である。

Ｃは強度を増加させるために必要であるが含有量が多く
なり０．６０％以上となると延性を害するので０．６０
％以下とする。

逆に０．０５％以下になると強度が充分に得られないの
で下限は０．０５％とする。Ｍｎは強度靭性向上効果の
大きい元素であり、Ｍｎ○のような酸化物になってもス
ケール中に固溶し癖発生などの原因とはなり難いが、２
，０％以＊上になると靭性が急激に低下して問題があり
、また０．５％以下になると強度が得られない。Ｓｉは
機械的性質を均一化するため必要であるが０．２５％以
下では強度が出に〈くなることと、スケール癖発生がす
くないことから０．２５％を下限とするもので、また０
．６％以上では靭性が急激に低下するので上限は０．６
％とする。ＡＩは鋼の結晶を級粒化し靭性を向上せしめ
るのに効果があるが、０．０５％を超えると介在物を生
成し易くなるため０．０５％以下がよい、しかし下限に
ついてはごく徴量でも、それなりの効果があり、またＳ
ｉキルドのように意図的に添加しない場合もあり、下限
については特に限定しない。

Ｐはキルド鋼材としては少ないほうが良く、０．０３％
以上多くなると表面癖が発生し易くなり、鋤性ならびに
延性の面で問題が生ずる。ＳはＦｅＳ，Ｃ船，ＮｉＳ２
など低融点硫化物を作り高温脆性を起し易くまた轍性を
悪化させるので、少ないほど良い元素であるが、０．０
３％以下の含有量であれば本発明において問題になるこ
とはない。

而して、本発明を適用した鋼材の成分とスケール癖の減
少率に関する実施例を次の第１表に示す。

第１表 第１表中のスケール癖減少率とは、通常の低空気比燃焼
制御を行なって加熱後圧延した鋼材のうち癖の発生した
鋼材数と本発明による製造法で製造した鋼材のうち癖の
発生した鋼材数とを比較しその減少率を云うものである
。

前述のように溶接構造用鋼に適用し、スケール癖の減少
について効果が認められたので、さらにＣ，Ｓ；，Ｍｎ
の含有量の高い高強度あるいは高硬度鋼材について試験
を行なった結果、第２表に示す通り好結果を得た。

この原因はＣ，Ｍｎなどはガス化またはスケール中への
固溶性が良く剥離阻害因子とならないからであると思わ
れる。第２表 本発明者等は前述のような成分の鋼材について良好な成
績をおさめたが、前記成分に加えて、Ｃｕ，Ｖ，Ｎｉ，
Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｒｅｍ等を少量添加し
た鋼材についても効果が認められる。

以上詳細に説明したように本発明の方法はＳｉもしくは
Ｎ−Ｓｉキルド鋼材についてスケ−ル庇の発生を激減せ
しめうる有用な製造法である。

【図面の簡単な説明】

第１図はスケール波の概略説明図、第２図はスケールと
地鉄の境界層を示す顕微鏡写真（２００倍）、第３図は
加熱炉の概略縦断面図、第４図は酸素濃度とスケール庇
発生率との関係を示すグラフ、第５図は均熱時間とスケ
ール庇発生率との関係を示すグラフ、第６図は在炉時間
とスケール癖発生率との関係を示すグラフである。 １・・・子熱帯、２・・・加熱帯、３・・・均熱帯、４
ａ〜４ｐ・・・加熱バーナー、５・・・被加熱材、６・
・・煙道、７ａ〜７ｃ・・・酸素メーター。 ガー図 オ２図 力３図 才４図 ズ５図 矛６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｃ０．０５〜０．６０％、Ｍｎ０．５〜２．０％、
   Ｓｉ０．２５〜０．６０％、Ａｌ０．０５％以下、Ｐ０
   ．０３％以下、Ｓ０．０３％以下、残部がＦｅと不可避
   不純物からなるキルド鋼材を加熱炉の均熱帯において、
   酸素濃度を２〜８％とし１２５０℃超〜１３２０℃未満
   の温度領域において１０〜８０分間均熱したのち、通常
   の熱間圧延を行なうことを特徴とするスケール疵のすく
   ない熱間圧延鋼材の製造方法。