JPH11319931A - 酸洗性に優れる熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱間圧延条件を制御するのみで、熱延鋼板表
面に形成されたスケール層の酸洗性を向上させる。 【解決手段】 800 ℃未満における累積圧下率を10％〜
50％未満、かつ圧延終了温度を650 ℃以上とする条件で
熱間仕上げ圧延し、圧延後直ちに50℃／sec 超えの速度
で冷却し、550 ℃以下の温度で巻き取ることにより、体
積率で50％以上のウスタイト相からなるスケール層を形
成するとともに、スケール中に、板面に垂直な断面にお
いて単位板面平行方向の単位長さ当たり50本／mm以上の
亀裂を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板表面にスケー
ル層を有する熱延鋼板に関し、とくに酸洗性に優れる熱
延鋼板およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】普通鋼、炭素鋼、低合金鋼などに属する
組成の熱延鋼板の表面には、熱間圧延時にFe酸化物を主
成分とする酸化被膜、いわゆる酸化スケール（以下、単
に「スケール」と略記する）が生成する。熱延鋼板表面
に生成したスケールは、次工程で冷間圧延やめっきなど
を施して使用される場合に、工程の障害や製品品質の低
下などを招き有害であるので、通常、これらの工程に先
立って、塩酸、硫酸などの溶液を用いた連続酸洗ライン
にて溶解除去される。この酸洗作業には、多大の時間を
必要とするので、製造工程全体のライン速度（生産性）
を制限することにもなる。

【０００３】このような状況から、これまでにも、酸洗
速度を高めるための方法について、数多くの提案が行わ
れてきた。例えば、特開昭64-28388号公報、特開平7-27
8662号公報には、表面に薬剤を塗布する方法が、特開平
4-66203 号公報、特開平4-228204号公報には、外気を遮
断することにより仕上げ圧延中のスケール生成を抑制す
る方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
技術は、いずれも大がかりな設備を必要とするものであ
り、また薬剤や不活性ガスを用いた場合の安全性や環境
面での配慮が必要となるなど多くの問題を含んでいる。

【０００５】また、特開平4-59116 号公報には、スキン
パスやレベラーなどを用いた機械的外力により、スケー
ル層に亀裂を生じさせて酸溶液の浸透性を向上させる方
法が開示されている。しかし、上記方法は機械的外力を
冷間で付与するものであるので、延性の低下や降伏点の
上昇を招き鋼板の加工性を劣化させるほか、工程増によ
る生産性の低下を招くという問題がある。

【０００６】さらに、熱間圧延技術により、スケールの
量そのものを低減して酸洗速度を高める技術として、特
開昭61-111701 号公報には、仕上げ圧延の入側温度をＡ
r₃以下とし、出側温度を500 ℃以下とする方法が、特公
昭58-2245 号公報には、仕上げ圧延の出側温度と巻取温
度を低下させる方法が開示されている。しかし、特開昭
61-111701 号公報に開示の方法は、圧延負荷の増大や材
質の低下の点から現実的なものではなく、特公昭58-224
5 号公報に開示の方法は、スケール層がマグネタイト層
であるので酸洗性の向上に疑問が残る。

【０００７】このほか、特開平8-1229号公報には、巻き
取り後の冷却を調整して、酸洗性が良いウスタイト（Fe
Ｏ）からなるスケールを得る方法が提案されている。し
かし、この方法でも、酸洗性が未だ十分でないばかり
か、冷却方法そのものが工程的に無理なものであった。

【０００８】上述したように、酸洗性を向上させるため
の従来の既知技術では、新たに別の設備や工程を必要と
してコストの上昇や生産性の低下を招いたり、実現性に
乏しかったり、また安全、環境面での問題を含んだもの
であり、その酸洗性向上の効果もさほど期待できるもの
ではなかった。そこで、本発明の主たる目的は、従来技
術が抱えていたこのような問題を解決し、一層効率的な
酸洗が可能な熱延鋼板およびその製造方法を提供するこ
とにある。また、本発明の他の目的は、熱間圧延条件を
制御することだけで、酸洗性に優れたスケール層を有す
る熱延鋼板およびその製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記の目的
を達成すべく、まず、熱間圧延条件を制御することによ
り、通常の設備で容易に実現可能な技術について鋭意検
討した。その結果、特定の温度範囲で適正範囲の圧下率
で圧延し、かつその後の冷却と巻取を適正な条件で行っ
たときに、酸洗速度の向上に有効な亀裂をスケール層中
に導入でき、酸洗性が顕著に改善されるなどの新たな事
実を知見した。本発明はこのような知見に基づいて完成
されたものであり、その要旨とするところは次のとおり
である。

【００１０】(1)鋼板表面にスケール層を有する熱延鋼
板であって、前記スケール層には、板面に垂直な断面に
おいて、板厚方向の寸法がスケール厚の50％以上である
亀裂が、板面平行方向の単位長さ当たり50本／mm以上形
成されていることを特徴とする酸洗性に優れる熱延鋼
板。

【００１１】(2)スケール層が、体積率で50％以上のウ
スタイト相を有していることを特徴とする上記 (1)に記
載の酸洗性に優れる熱延鋼板。

【００１２】(3)熱間仕上げ圧延により、板厚方向の亀
裂をスケール層に形成し、圧延後直ちに50℃／sec 超え
の速度で冷却し、550 ℃以下の温度で巻き取ることを特
徴とする酸洗性に優れる熱延鋼板の製造方法。

【００１３】(4)800 ℃未満における累積圧下率を10％
〜50％未満、かつ圧延終了温度を650℃以上とする条件
で熱間仕上げ圧延し、圧延後直ちに50℃／sec 超えの速
度で冷却し、550 ℃以下の温度で巻き取ることを特徴と
する酸洗性に優れる熱延鋼板の製造方法。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、上記要旨構成のとおりに限
定した理由について説明する。 ａ）スケールの性状 ・スケール中のウスタイト比率 一般に、熱延鋼板の表面に生成するFe酸化物系のスケー
ルは、ウスタイト、マグネタイトおよびヘマタイトより
なっている。これら各相のうち、マグネタイトとヘマタ
イトは、ウスタイトよりも酸溶液に溶解しにくい。この
ため、酸洗性向上の目的からは、特に塩酸酸洗のよう
に、スケール層の溶解が表面から順次進行していくよう
な場合に、マグネタイトやヘマタイトは極力少なくし
て、ウスタイト（FeＯ）相主体のスケールとすることが
必要となる。発明者らが酸洗性とウスタイト量の関係を
詳細に調査したところ、スケール中のウスタイトの量を
体積率で50％以上、好ましくは70％以上とすることによ
り、酸洗性が改善されるという結果を得た。このような
好ましい影響は、特に、後述するスケール中の亀裂発生
量が所定の範囲で存在する場合に、一層顕著に発揮され
る。したがって、本発明におけるスケール中のウスタイ
ト比率を、体積率で50％以上、好ましくは70％以上の範
囲に定める。

【００１５】・スケール中の亀裂発生量 スケール層中に亀裂が入っていると、スケールと酸液と
の接触面積が増して酸洗性が向上する。また、亀裂が入
ったスケール部分では、地鉄との界面まで酸洗が早く進
行し、一旦、地鉄が部分的に露出すると、その露出部か
ら地鉄界面に酸が回り込むために、スケール除去が促進
され、酸洗の進行が一気に早まることになる。このよう
な酸洗促進作用にとって有利な亀裂は、板面に垂直な断
面において亀裂方向が板厚方向に向いたものである。図
１は、ウスタイト比率75〜95％、厚み６〜８μｍのスケ
ール層を有する熱延鋼板を塩酸（濃度10％、液温50℃）
で酸洗したときの、圧延方向の板面垂直断面における単
位圧延方向長さ当たりの亀裂の数が目視判定による酸洗
完了時間に及ぼす影響を示したものである。ここで、亀
裂として計数の対象としたのは、図２に示すように、顕
微鏡（光学顕微鏡を用いたが、ＳＥＭでも可）観察によ
り、亀裂の板厚方向の寸法がスケール厚の50％以上ある
ものとした。なお、亀裂として定義するのは、中空にな
っているもの、異物が充填されて不連続となっているも
のを問わず、亀裂として認識できるもの全てである。

【００１６】図１から、スケール層の亀裂が増えるにし
たがい酸洗時間が短縮され、特に亀裂量を50本／mm以上
の数で形成させれば、酸洗時間が大幅に短縮できること
がわかる。その後の調査により、このような傾向は、亀
裂の観察断面が圧延方向だけに限らず、板面に垂直な断
面であればどの方向を選んで亀裂量と酸洗時間の関係を
調査しても同様であり、最も亀裂密度が大きい断面での
亀裂量が酸洗速度を律速することがわかった。ただし、
一般的な熱延鋼板においては、圧延方向に平行な断面に
おいて亀裂密度が最大である。以上の根拠に基づき、本
発明では、板面に垂直な断面において、スケール層の板
厚方向の寸法がスケール厚の50％以上である亀裂の発生
量を、板面平行方向の単位長さ当たり50本／mm以上形成
されていることが必要であるとする。なお、上記の理由
により、板面平行方向は最も亀裂密度が高い方向を採用
すればよいが、一般的には圧延方向を採用して問題な
い。

【００１７】ｂ）製造条件 本発明に従うスケールを表面に有する熱延鋼板を製造す
るためには、連続鋳造法または造塊−分塊法によって得
たスラブを、熱間粗圧延によってシートバーとなし、こ
のシートバーを熱間仕上げ圧延する工程によって行う。
この工程において、上述したようにスケール中に板厚方
向の亀裂を生じさせ、主としてウスタイト相からなるス
ケールを形成するためには、特に熱間仕上げ圧延から巻
き取りまでの条件が重要である。以下にその条件を定め
た理由について説明する。

【００１８】・熱間仕上げ圧延 熱間仕上げ圧延において、スケール中に板厚方向の亀裂
を十分に生じさせるためには、熱間仕上げ圧延の条件
は、800 ℃未満における累積圧下率を10％〜50％未満、
かつ圧延終了温度を650 ℃以上とする必要がある。図３
は、スケール厚が15μｍであるシートバーを、圧下率40
％一定とし、圧延温度を種々の範囲に変更して熱間仕上
げ圧延し、得られた鋼板のスケール中の亀裂発生量と圧
延温度との関係を調べたものである。図３から、板面に
垂直な断面における板面平行方向 (圧延方向を採用) の
亀裂発生量を単位長さ当たり50本／mm以上とするために
は、800 ℃未満〜650 ℃の温度範囲で圧延する必要があ
ることがわかる。800 ℃未満の温度域で所望量の亀裂発
生が得られる理由は、この温度域ではスケールの変形が
地鉄の変形に追従することができず、スケール中に多数
の亀裂が発生したと考えられる。これに対し、圧延温度
が800 ℃よりも高い場合には、スケールの変形能が大き
く、圧延による亀裂の発生は少なくなる。

【００１９】このように、800 ℃未満の温度域における
圧延はスケール中の亀裂形成に有効であるが、その圧下
率は累積圧下率にして10％〜50％未満、好ましくは20〜
40％の範囲とするのがよい。圧下率が10％に満たない場
合には、亀裂発生に必要な歪みをスケールに付与するこ
とができず、一方50％を超えるとスケールが粉砕され、
押し固められて緻密なスケール層となり、かえって圧延
後に亀裂が残存しなくなる。

【００２０】また、熱間仕上げ圧延の終了温度は650 ℃
以上、好ましくは700 ℃以上とする必要がある。その理
由は、650 ℃未満の温度域で行うと、スケールの粉砕に
よって亀裂が消失しやすくなるほか、延性の劣化など材
質上の問題を招くことになるからである。

【００２１】・圧延後の冷却と巻き取り 上記熱間仕上げ圧延の後、直ちに、好ましくは0.5 秒以
内に、50℃／sec 超えの速度で冷却し、550 ℃以下の温
度で巻き取る必要がある。スケールの生成速度は、温度
が高くなると指数関数的に上昇し、また亀裂内では薄い
ほど速くなる。このため、スケール成長による亀裂の閉
塞を抑制する観点から、仕上げ圧延後の高温での滞留時
間を極力少なくする必要がある。具体的には、仕上げ圧
延の後、直ちに、好ましくは0.5 秒以内に冷却を開始す
るとともに、巻取温度に至るまでの間を50℃／sec 超え
の速度で冷却する必要がある。ただし、余りに早い速度
で冷却すると、均一な冷却が困難となり、良好な板形状
を得られにくくなるほか、設備能力上の限界もあるの
で、その上限は80℃／sec に抑えるのが好ましい。

【００２２】巻取温度も所定の酸に溶解しやすい酸化ス
ケール（ウスタイト）を得る上で重要な要件である。熱
間仕上げ圧延中にはウスタイト主体であったスケール層
を、550 ℃を超える温度で巻き取ると、表層およびスケ
ールと地鉄との界面にマグネタイトを生じて、スケール
中に亀裂が存在しても酸洗性が低下する。すなわち、巻
取温度が550℃を超えると、巻き取り後にコイルが徐冷
される間に、表層およびスケールと地鉄との界面で、ウ
スタイトからマグネタイト＋鉄への共析変態が起こる。
このマグネタイトは、酸溶液中でウスタイトよりも溶解
しにくい。したがって、酸溶液と接する表層がマグネタ
イト化すると酸洗性が低下し、またスケールと地鉄との
界面がマグネタイト化すると酸洗後のスケール残りが増
大する。よって、巻取温度は550 ℃以下で行う必要があ
る。なお、巻取温度が余りに低くなると鋼板形状が劣る
ことがあるので、550 〜450 ℃の温度範囲で巻き取るこ
とが望ましい。

【００２３】これらの条件に加えて、熱間仕上げ圧延に
おいて、スケール中に亀裂をより効果的に導入するため
には、亀裂導入のため 800℃未満で圧延する圧延スタン
ド数は２〜３スタンドとすること、圧延速度は500 ｍ／
分以上とすること、摩擦係数0.3 以上の無潤滑圧延とす
ることなどが有効である。すなわち、スタンド数が多く
なると前スタンドにて導入された亀裂が次スタンドで押
し固められる弊害が生じることがある。また、圧延速度
が低いとスケールが変形に耐えて亀裂を生じにくくな
り、潤滑圧延を行うとロールからの破壊力がスケールに
伝わりにくい。上述したような条件で、熱間仕上げ圧
延、冷却および巻き取りを行って製造した熱延鋼板は、
熱延後の機械的加工によることなく、スケール中に亀裂
を導入されたものとなり、亀裂発生量が、板面に垂直な
断面において50本／mm以上となる。また、スケール層の
酸化物は、面積率50％以上のウスタイト相となる。そし
て、形成されたスケール厚も３〜10μｍとなり、酸洗性
に優れたスケールが形成される。

【００２４】

【実施例】表１に示す成分と残部が実質的にFeからなる
成分組成の鋼を溶製し、連続鋳造スラブとし、粗圧延に
より３５ｍｍ厚のシートバーとした。このシートバーを
７スタンドの圧延機で仕上げ圧延（圧延速度は1000ｍ／
分、摩擦係数0.35）し、５ｍｍ厚の熱延鋼板とした。こ
のとき、仕上げ圧延における800 ℃未満の温度域での圧
下率（後段の２スタンドで付与）、仕上げ圧延の終了温
度、冷却速度および巻取温度を表２のように変化させ
た。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】このようにして得られた熱延鋼板につい
て、スケール層中の亀裂発生量、スケール層にしめるウ
スタイト（FeＯ）の比率および酸洗性を調査した。それ
ぞれの試験方法は以下のとおりである。 ・スケール層中の亀裂発生数：板面に垂直な圧延方向の
断面（被検面積：スケール厚×１０ｍｍ長さ）につい
て、光学顕微鏡を用いて、板面平行方向（この場合圧延
方向と同じ）の単位長さ当たりの亀裂発生数を測定し
た。 ・スケール層のFeＯの比率：表面にスケール層を有した
状態の熱延鋼板を用いて、Ｘ線回折による各組成のスケ
ールからの回折ピークの強度比よりウスタイトの比率を
求めた。 ・酸洗性：塩酸濃度10％の水溶液（液温50℃）にて酸洗
を行い、目視判定によってスケールが完全に無くなるま
での時間（酸洗時間）を測定した。

【００２８】これらの結果を表２に併せて示す。表２か
ら、亀裂の発生量が所定の範囲を満たした発明例では、
酸洗時間が大幅に短縮されることがわかる。また、亀裂
発生量に加えてウスタイト比率が本発明範囲を満たせ
ば、さらに著しく酸洗時間が短縮されることが分かる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
酸洗性が極めて良好な熱延鋼板を提供することが可能に
なる。また、本発明によれば、新たな設備や工程を必要
とはせず、生産性の低下を招くことなく、熱間圧延の条
件を制御するだけで、酸洗性の向上を図ることが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スケール層中の亀裂発生数と酸洗速度との関係
を示すグラフである。

【図２】スケール層における亀裂の発生状況を示す模式
図である。

【図３】熱間仕上げ圧延の圧延終了温度がスケール層中
の亀裂発生数に及ぼす影響を示すグラフである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板表面にスケール層を有する熱延鋼板
   であって、前記スケール層には、板面に垂直な断面にお
   いて、板厚方向の寸法がスケール厚の50％以上である亀
   裂が、板面平行方向の単位長さ当たり50本／mm以上形成
   されていることを特徴とする酸洗性に優れる熱延鋼板。
2. 【請求項２】 スケール層が、体積率で50％以上のウス
   タイト相を有していることを特徴とする請求項１に記載
   の酸洗性に優れる熱延鋼板。
3. 【請求項３】 熱間仕上げ圧延により、板厚方向の亀裂
   をスケール層に形成し、圧延後直ちに50℃／sec 超えの
   速度で冷却し、550 ℃以下の温度で巻き取ることを特徴
   とする酸洗性に優れる熱延鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】 800 ℃未満における累積圧下率を10％〜
   50％未満、かつ圧延終了温度を650 ℃以上とする条件で
   熱間仕上げ圧延し、圧延後直ちに50℃／sec超えの速度
   で冷却し、550 ℃以下の温度で巻き取ることを特徴とす
   る酸洗性に優れる熱延鋼板の製造方法。