CN109844143B - 含Si热轧钢板的热轧板退火设备、热轧板退火方法及除氧化皮方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热轧板退火设备，并且提出使用了上述设备的热轧板退火方法及除氧化皮方法，该热轧板退火设备是对含Si热轧钢板实施热轧板退火的热轧板退火设备，其具有加热带、均热带及冷却带，所述热轧板退火设备在比所述加热带更靠上游和/或在加热带内的前段设有快速加热装置，在使用所述热轧板退火设备对含Si热轧钢板实施热轧板退火时，利用所述快速加热装置以15℃/秒以上的升温速度将热轧钢板加热50℃以上，改善除氧化皮性，由此可以仅利用酸洗进行除氧化皮，而不需要进行机械除氧化皮、酸洗工序中的钢板加热。

Description

含Si热轧钢板的热轧板退火设备、热轧板退火方法及除氧化 皮方法
技术领域
本发明涉及热轧板退火设备、热轧板退火方法及除氧化皮方法，具体而 言，涉及对成为取向性电磁钢板、无取向性电磁钢板、高强度冷轧钢板等的 原材料的大量含有Si的含Si热轧钢板实施热轧板退火的热轧板退火设备和 热轧板退火方法、以及上述热轧板退火后的含Si热轧钢板的除氧化皮方法。
背景技术
主要作为电气装置的铁芯材料使用的电磁钢板大致分为无取向性电磁 钢板和取向性电磁钢板，为了减小铁损，通常均大量含有提高钢的电阻率的 Si、Al。上述无取向性电磁钢板一般通过以下方式制造：对调整为给定成分 组成的钢进行熔炼，利用连续铸造法等制成钢坯，然后进行热轧，根据需要 进行热轧板退火、酸洗、冷轧，实施使其进行一次再结晶的最终退火；另外， 取向性电磁钢板一般通过以下方式制造：对调整为给定成分组成的钢进行熔 炼，利用连续铸造法等制成钢坯，然后进行热轧，根据需要进行热轧板退火、 酸洗、冷轧、兼作脱碳退火的一次再结晶退火，并涂布退火分离剂，然后实 施使其进行二次再结晶的最终工退火。
这里，上述热轧板退火是为了以下原因而进行的：通过对热轧后的钢板 (热轧板)实施退火来消除热轧板的再结晶不足，通过使冷轧前的晶粒粗大化、 整粒化而将冷轧前的钢板的集合组织改善得有利于磁特性、防止起皱。
另外，在对仍然残留有因热轧、热轧板退火而形成于钢板表面的氧化皮 的钢板进行冷轧时，氧化皮被轧辊压入钢板表面而加剧钢板表面的凹凸，或 者剥离后的氧化皮堆积并附着于辊表面，通过转印而引起表面缺陷，会严重 损害最终产品的表面品质，因此，酸洗是在冷轧前从钢板表面去除氧化皮(除 氧化皮)的工序，酸洗并不限于电磁钢板用的热轧钢板，是在待进行冷轧的钢 板的制造中不可缺少的工序。需要说明的是，作为上述酸洗液，通常可使用 盐酸、硫酸、氢氟酸及将这些酸混合而成的混酸中的任一种酸。
已知如图1所示，作为大量含有Si、Al的电磁钢板、高强度冷轧钢板的 原材料的热轧钢板的氧化皮由外部氧化皮和次生氧化皮(subscale)构成，除氧 化皮性差，特别是含有Al2O3的次生氧化皮的除氧化皮性非常差，所述外部 氧化皮是因Fe从钢板内部向外部扩散而形成的FeO、Fe3O4、Fe2O3等，所述 次生氧化皮包含因氧从外部向钢板内部扩散而形成的SiO2、Fe2SiO4等Si氧 化物、Al2O3等。因此，如图2(a)所示，含Si热轧钢板的除氧化皮在酸洗之 前多数情况下组合进行轻压下轧制、辊式矫直、张力矫直、喷丸等机械除氧 化皮。
作为改善含Si热轧钢板的除氧化皮性的方法，有抑制氧化皮本身生成 的方法和促进氧化皮剥离的方法这两种。
作为前者的抑制氧化皮生成的方法，例如专利文献1中公开了下述技术： 在包括炼钢工序、热轧工序、以及使用了具有设置三个以上炉区的无氧化加 热炉部的正火炉的正火工序的硅钢基板的制造方法中，通过将上述无氧化加 热炉部所使用的炉区的能量投入率调整为15～95％的范围，并将上述无氧化 加热炉部的过剩系数α(实际燃烧空气量相对于理论燃烧空气量的比例)调节 为0.8≤α＜1.0的范围内，从而抑制正火处理过程中的高密度氧化物的形成。 但是，该方法在实际操作中由于能量投入率、过剩系数α的调整而使加热炉 的温度分布变得不均匀，因此存在难以实施适当的加热的问题。
另外，作为后者的促进氧化皮剥离的方法，可采用上述的喷丸、张力矫 直等机械除氧化皮，但含Si量高的钢板因硬质而易断裂，存在容易导致严重 的操作不良情况的问题。另外，还具有提高酸洗液的浓度、温度的方法，但 在因某些原因而使板通过速度降低时会导致过度酸洗，存在对表面品质造成 不良影响、使酸洗时的操作环境变差等问题。
因此，在专利文献2中提出了下述技术：利用感应加热装置对酸洗前的 钢板进行加热，使氧化皮的裂纹行发展至基础金属表面，然后，将酸洗液灌 注于该裂纹中，由此提高除氧化皮性。另外，在专利文献3中公开了下述技 术：在酸洗槽前设置氧化皮破碎机，并将多个偏导轧辊、喷射喷嘴及感应加 热装置设置在酸洗槽内，利用氧化皮破碎机使氧化皮产生裂纹，然后，通过 利用偏导轧辊产生的弯曲使裂纹开口，将酸液喷射至该开口，且为了使化学 反应进行而利用感应加热使钢板温度升高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2015-511995号公报
专利文献2：日本特开昭61-079790号公报
专利文献3：日本特开平09-078273号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，对于上述专利文献2中公开的技术而言，在酸洗前对钢板进行加 热时，存在酸洗液升温而产生有害的酸雾、钢板过度酸洗、酸洗槽的耐久性 降低等的问题。另外，上述专利文献3中公开的技术需要在酸洗槽内设置加 热设备等及辊、喷嘴等，存在机器设备的寿命变短、难以维护等的问题。
本发明是鉴于现有技术所具有的上述问题而开发的，其目的在于提供一 种能够改善含Si热轧钢板的除氧化皮性而不需要机械除氧化皮、酸洗工序 中的钢板加热的热轧板退火设备，并且提出一种使用了上述设备的热轧板退 火方法及除氧化皮方法。
用于解决问题的方法
为了解决上述课题，从对于为了改善除氧化皮性而言、提高氧化皮的剥 离性是很重要的观点考虑，发明人等着眼于加热方法并进行了深入研究。其 结果发现：由于钢板表面的氧化皮层与基础钢板的热膨胀系数不同，因此， 即使加热至与基础钢板相同的温度，也会在氧化皮与基础钢板之间产生热膨 胀量不同所引起的热应力；另外，作为钢板的加热方法，在应用使钢板自身 发热的感应加热、通电加热而不是从钢板的外部进行加热的辐射加热时，因 导热性的差异而在基础钢板与氧化皮之间产生温度差；此外，使用上述感应 加热、通电加热对钢板进行快速加热时，基础钢板与钢板之间的温度差变得 更大，在氧化皮与基础钢板之间产生非常大的热应力，其结果是生成于钢板 表面的氧化皮产生裂纹，可改善剥离性。因此，发明人等对于在对热轧钢板 实施热轧板退火的工序中实施上述快速加热进行了研究，结果发现在除氧化 皮性的改善方面具有显著的效果，从而完成了本发明。
即，本发明是一种热轧板退火设备，其是对含Si热轧钢板实施热轧板退 火的热轧板退火设备，该热轧板退火设备具有加热带、均热带及冷却带，所 述热轧板退火设备是在比上述加热带更靠上游和/或在加热带内的前段设置 快速加热装置而成的。
本发明的上述热轧板退火设备中的上述快速加热装置是感应加热装置 或通电加热装置。
另外，本发明是一种热轧板退火方法，该方法包括：在使用上述热轧板 退火设备对含Si热轧钢板实施热轧板退火时，利用上述快速加热装置以15℃ /秒以上的升温速度将含Si热轧钢板加热50℃以上。
另外，在本发明的上述热轧板退火方法中，将利用上述快速加热装置加 热含Si热轧钢板时的加热开始温度设为室温～700℃之间。
另外，本发明是一种除氧化皮方法，该方法包括：对利用上述方法实施 了热轧板退火的含Si热轧钢板实施酸洗而不实施机械除氧化皮。
另外，本发明是一种除氧化皮方法，该方法包括：在对利用上述方法实 施了热轧板退火的含Si热轧钢板实施了机械除氧化皮之后，实施酸洗。
另外，作为本发明的上述除氧化皮方法的对象的上述含Si热轧钢板含 有1.0质量％以上的Si。
另外，作为本发明的上述除氧化皮方法的对象的上述含Si热轧钢板是 用于电磁钢板的原材料。
发明的效果
根据本发明，通过在对含Si热轧钢板实施热轧板退火的退火设备中设 置快速加热装置，实施给定的升温速度以上且给定的温度量以上的快速加热， 可对氧化皮导入裂纹，改善剥离性，因此能够不实施机械除氧化皮而仅利用 酸洗来去除钢板表面的氧化皮。
其结果是，根据本发明，不仅能够提高含Si热轧钢板的酸洗效率、大幅 简化酸洗工序，而且可以稳定地制造表面品质优异的产品。
另外，根据本发明，由于用于对钢板进行快速加热的加热装置作为热轧 板退火设备的加热带的一部分发挥功能，因此有助于提高热能效率。
附图说明
图1是说明形成于含Si热轧钢板的表面的氧化皮的剖面结构的图。
图2是比较示出本发明和现有技术的除氧化皮工序的设备组的图。
图3是比较示出本发明和现有技术在热轧板退火后、机械除氧化皮后及 酸洗后的含Si热轧钢板减少量的图。
具体实施方式
如上所述，从对于为了改善含Si热轧钢板的除氧化皮性而言、提高氧化 皮的剥离性是很重要的观点考虑，发明人等着眼于钢板的加热方法的差异、 即着眼于从外部对钢板进行慢速加热的辐射加热与从钢板的内部进行快速 加热的感应加热、直接通电加热的差异对于除氧化皮性带来的影响。
这是由于，如上述的图1所示，形成于热轧钢板表面的氧化皮由成分组 成不同的多层构成，任一层与基础钢板的热膨胀系数均有很大不同，因此， 即使加热至与基础钢板相同的温度，也会在氧化皮与基础钢板之间产生因热 膨胀量差异所导致的热应力。
另外，在从外部对钢板进行加热的辐射加热的情况下，在氧化皮被加热 后钢板被加热，因此在两者之间不会产生很大的温度差，但在利用感应加热 等进行加热的情况下，由于钢板自身发热，因此在氧化皮与基础钢板之间产 生温度差。另外，在感应加热等的情况下，由于可进行快速加热，因此与辐 射加热那样的利用热传导进行的慢速加热相比，可进一步增大氧化皮与基础 钢板之间的温度差。其结果是，在氧化皮与基础钢板之间产生因热膨胀差引 起的很大的热应力，氧化皮产生大量微小的开裂(裂纹)，促进氧化皮的剥离，可以期待改善除氧化皮性。
因此，为了确认上述想法的合理性，发明人等进行了以下的实验。
＜实验1＞
从含有3.0质量％的Si的(无)取向性电磁钢板用的热轧钢板(热轧板)采 集试验片，对该热轧板实施了模拟1050℃×60秒的热轧板退火的热处理。 此时，上述热处理的加热使用电磁线圈式感应加热装置以升温速度50℃/秒 从室温(20℃)快速加热至30℃、50℃、70℃、100℃、400℃及700℃，然后， 使用直火式加热炉(辐射式加热炉)从上述快速加热后的各温度加热至1050℃， 保持了60秒钟后，以25℃/秒进行冷却。需要说明的是，上述热处理时的气 体氛围为氮气氛围。
接着，进行将上述热处理后的试验片在保持80℃温度的8质量％HCl水 溶液中浸渍60秒钟的酸洗，对酸洗后钢板表面的氧化皮的剥离情况进行肉眼观察，评价了除氧化皮性。
需要说明的是，对于上述除氧化皮性的评价基准而言，将除氧化皮后的 表面外观为现有的含Si热轧钢板的除氧化皮法(机械除氧化皮+酸洗)同等以 上的情况评价为除氧化皮性为优(○)；将比现有的除氧化皮法(机械除氧化皮 +酸洗)差，但比现有的仅酸洗的情况良好的情况评价为除氧化皮性不良(△)； 将与现有的仅酸洗的情况同等的情况评价为除氧化皮性差(×)
将上述评价的结果示于表1。根据该结果可知，在通过感应加热以升温 速度50℃/秒进行快速加热的情况下，通过将升温量设为50℃以上，即使仅 进行酸洗，除氧化皮性也比组合了机械除氧化皮和酸洗的现有条件有所改善。
表1
钢板加热温度(℃) 30 50 70 100 400 700
从室温(20℃)起的升温量(℃) 10 30 50 80 380 680
除氧化皮性的评价 × △ ○ ○ ○ ○
<实验2>
接着，基于上述<实验1>的结果，将从室温(20℃)起的升温量设为50℃、 即将加热温度设为70℃(恒定)，使升温速度改变为5℃/秒、10℃/秒、15℃/ 秒、20℃/秒及50℃/秒这五个水平，其它的条件及除氧化皮性的评价基准与 上述<实验1>相同，由此调查了钢板的升温速度对除氧化皮性的影响。
将其结果示于表2。根据该结果可知，在将基于感应加热的升温量设为 50℃(恒定)的情况下，通过以15℃/秒以上进行快速加热，仅进行酸洗的除氧 化皮性被改善至同等或高于组合了机械除氧化皮和酸洗的现有条件。
表2
钢板加热温度(℃) 70 70 70 70 70
从室温(20℃)起的升温度(℃) 50 50 50 50 50
升温速度(℃/秒) 5 10 15 20 50
除氧化皮性的评价 × △ ○ ○ ○
根据上述<实验1>及<实验2>的结果可知，在热轧板退火的加热过程中使用感应加热进行快速加热的情况下，通过使升温速度为15℃/秒以上且升温量为50℃以上，可以获得与在酸洗前实施了机械除氧化皮时同等以上的除氧化皮性改善效果，因此，在热轧板退火的加热过程中满足上述条件对 热轧板进行加热的情况下，即使省略酸洗前进行的机械除氧化皮，也能够实 现同等或高于现有技术的除氧化皮性。
本发明是基于上述的新见解的发明。
接着，对本发明进行具体说明。
首先，作为本发明的对象的热轧钢板优选为含有1.0质量％以上的Si的 热轧钢板。这是由于，在低于1.0质量％时，酸洗的除氧化皮性的降低不明 显，因此不需要酸洗前的机械除氧化皮。但是，本发明当然也可以适用于Si： 低于1.0质量％的热轧钢板。需要说明的是，Si的上限没有特别限制，从确 保板通过制造线的观点考虑，上限为5.0质量％左右，优选为1.8～4.0质量％ 的范围。
需要说明的是，作为以上述范围含有Si的热轧钢板，具体而言，有作为 取向性电磁钢板、无取向性电磁钢板的原材料和作为热轧钢板、高强度冷轧 钢板、高强度表面处理钢板的原材料的热轧钢板等，均要求表面性状优异。
另外，应用本发明的热轧板退火设备优选为连续退火炉。这是由于在分 批式(箱式)的退火炉中无法进行快速加热。
另外，用于上述快速加热的加热装置优选为能够从钢板自身进行发热且 进行快速加热的感应加热装置或通电加热装置。需要说明的是，在感应加热 装置的情况下，与横向式相比，优选适于在宽度方向均匀加热钢板的电磁线 圈式。
另外，如根据上述的＜实验1＞及＜实验2＞可知，为了在热轧板退火 中改善含Si热轧钢板的除氧化皮性，需要将钢板的升温速度设为15℃/秒以 上，进行50℃以上的升温量的快速加热。这里，从增大基础钢板与氧化皮之 间的温度差的观点考虑，优选上述升温速度为30℃/秒以上，更优选为50℃ /秒以上。另外，从相同的观点考虑，优选上述快速加热的升温量为80℃以 上，更优选为100℃以上。但是，在快速加热的终点温度超过700℃时，加热 时需要大电流、加热装置也变得大型化。另外，在电磁线圈式感应加热的情 况下，钢板温度超过居里点时，加热效率急剧降低，因此优选快速加热的上 限(终点温度)为700℃左右，更优选为680℃以下。
另外，在上述热轧板退火设备中设置快速加热装置的位置优选为比加热 带更靠上游(紧邻加热带之前)和/或加热带内。需要说明的是，在将快速加热 装置在紧邻加热带之前的情况下没有问题，但在设置于加热带内的情况下， 从防止感应加热线圈、通电辊的热损伤的观点考虑，优选设为加热带内的前 段(最上游侧)的炉内温度为700℃以下的区域。因此，设置快速加热装置的 温度范围、即对钢板进行快速加热的开始温度优选为室温～700℃的范围，更 优选为室温～620℃的范围，进一步优选为室温～600℃的范围。
对于在上述条件下实施了快速加热的热轧板退火后的含Si热轧钢板而 言，在形成于钢板表面的氧化皮导入大量微细的裂纹，提高了氧化皮的剥离 性，因此，即使在酸洗前未进行机械除氧化皮，也能够获得与实施了机械除 氧化皮时同等以上的除氧化皮性。因此，在含Si热轧钢板的酸洗工序中，目 前如图2(a)所示，酸洗前的机械除氧化皮工序是必须的工序，但例如如图2(b) 所示，通过在紧邻热轧板退火设备的加热带之前设置快速加热装置，可以省 略该机械除氧化皮工序。另外，虽然在上述图2(b)中示出了设置于紧邻加热带之前的例子，但也可以设置于加热带内上游侧的低温区域。其中，为了进 一步改善酸洗性，当然也可以实施机械除氧化皮。
实施例
从含有3.5质量％的Si的板厚为2.5mm的电磁钢板用的热轧钢板采集 宽度100mm×长度300mm的试验片，实施了以下所示的模拟热轧板退火的 条件A及B的热处理。需要说明的是，条件A及B在退火时的气体氛围均 为N2气氛围。
＜热轧板退火条件＞
·条件A：在模拟直火式侧燃烧器加热炉的实验炉(辐射式加热炉)中以 10℃/秒从室温(20℃)加热至1050℃，在1050℃保持了40秒钟，然后以25℃ /秒进行冷却。
·条件B：使用感应加热装置以60℃/秒从室温(20℃)快速加热至700℃， 然后在以上述条件A使用的辐射式加热炉中以20℃/秒从700℃加热至 1050℃，在1050℃保持了40秒钟后，以25℃/秒进行冷却。
接着，沿长度方向将上述热轧板退火后的试验片二等分，对一部分在下 述的条件下实施机械除氧化皮(喷丸)，对另一部分不实施机械除氧化皮。
＜喷丸条件＞
·投射材料的种类：粒径0.35±0.15mm、钢丸粒、密度7.5g/cm3、硬度40～50Rc
·投射压力(速度)：12.5kg/m2
·投射角度：90°
·投射量×时间：1000(g/秒)×15(秒)
然后，将上述沿长度方向进行了二等分的试验片进一步沿宽度方向进行 二等分，对一个试验片在下述条件a下进行酸洗，除去氧化皮，对另一个试 验片在下述条件b下进行酸洗，除去氧化皮。
＜酸洗条件＞
·条件a：在80℃的8质量％的HCl水溶液中浸渍20秒钟
·条件b：在80℃的8质量％的HCl水溶液中浸渍40秒钟
另外，在现有的酸洗前实施了机械除氧化皮后，在上述酸洗条件下进行 酸洗时的除氧化皮所需要时间(酸洗时间)约为60秒钟。
将上述热轧板退火后、机械除氧化皮后及酸洗后的各阶段的试验片的减 少量(g/m2)示于图3。
根据该结果可知，对于利用感应加热将热轧板退火的加热过程快速加热 至700℃而得到的试验片而言，即使不实施机械除氧化皮、即仅实施酸洗， 也具有与实施了机械除氧化皮时同等的除氧化皮性。而且可知，对于利用感 应加热快速加热至700℃而得到的试验片而言，即使从通常的酸洗时间60秒 钟缩短至40秒钟、20秒钟，也充分地去除了表面的氧化皮。因此可知，根 据本申请发明，不仅能够从除氧化皮工序中省略机械除氧化皮工序，而且也 可以缩短酸洗时间。
工业实用性
本发明的技术无论是否含有Si均能够获得除氧化皮性的改善效果，因 此不仅可以应用于电磁钢板、高强度钢板用的含Si热轧钢板，而且还可以应 用于不含Si的普通热轧钢板。

Claims (2)

1.一种除氧化皮方法，该方法包括：
使用热轧板退火设备对含有1.8～5.0质量％的Si的含Si热轧钢板实施热轧板退火，所述热轧板退火设备具有加热带、均热带及冷却带，所述热轧板退火设备是在比所述加热带更靠上游和/或在加热带内的前段设置快速加热装置而成的，所述快速加热装置是感应加热装置或通电加热装置，在实施上述实施热轧板退火时，在氮气氛围中利用所述快速加热装置以15℃/秒以上的升温速度将含Si热轧钢板从室温～600℃的加热开始温度加热50℃以上，
对实施了热轧板退火的含Si热轧钢板实施酸洗而不实施机械除氧化皮。
2.一种除氧化皮方法，该方法包括：
使用热轧板退火设备对含有1.8～5.0质量％的Si的含Si热轧钢板实施热轧板退火，所述热轧板退火设备具有加热带、均热带及冷却带，所述热轧板退火设备是在比所述加热带更靠上游和/或在加热带内的前段设置快速加热装置而成的，所述快速加热装置是感应加热装置或通电加热装置，在实施上述实施热轧板退火时，在氮气氛围中利用所述快速加热装置以15℃/秒以上的升温速度将含Si热轧钢板从室温～600℃的加热开始温度加热50℃以上，
在对实施了热轧板退火的含Si热轧钢板实施了机械除氧化皮之后，实施酸洗。
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