JP2017122280A - 溶融亜鉛浴設備 - Google Patents
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Abstract
Description
[2] 前記鋼板が、さらに、質量%で、Nb:0.003〜0.050%、V:0.01〜0.10%、Ti:0.005〜0.050%のうちの1種または2種以上を含有する上記[1]に記載の溶融亜鉛浴設備。
[3] 前記鋼板が、さらに、質量%で、Cu:0.1〜0.5%、Ni:0.1〜2.0%、Cr:0.1〜2.0%、Mo:0.02〜1.0%のうちの1種または2種以上を含有する上記[1]または[2]に記載の溶融亜鉛浴設備。
[4] 前記鋼板が、さらに、質量%で、Ca:0.0002〜0.0030%、Mg:0.0002〜0.0030%、REM:0.0002〜0.0030%のうちの1種または2種以上を含有する上記[1]から[3]のいずれか一項に記載の溶融亜鉛浴設備。
[5] 前記鋼板が、さらに、質量%で、B:0.0002〜0.0010%を含有する上記[1]から[4]のいずれか一項に記載の溶融亜鉛浴設備。
なお、この実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
また、以下の説明において、化学成分組成における各成分の含有量を示す「%」は、特に指定の無い限り「質量%」を示す。
本発明の耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れた溶融亜鉛浴設備用鋼板は、質量%でC:0.10〜0.30%、Si:0.05%以下、Mn:0.20〜2.0%を含有し、P:0.015%以下、S:0.030%以下、Al:0.070%以下に制限し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板厚断面において、板厚(t)方向で板面からt/4部までの表層の金属組織が、フェライト相および、パーライト相からなる混合組織であり、且つ、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比が2以上とされ、概略構成される。
本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板は、C:0.10〜0.30%、Si:0.05%以下、Mn:0.20〜2.0%、P:0.015%以下、S:0.030%以下、Al:0.070%以下の各成分を必須元素(あるいは不可避的元素)として含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。
また、本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板では、さらに、質量%で、Nb:0.003〜0.050%、V:0.01〜0.10%、Ti:0.005〜0.050%、Cu:0.1〜0.5%、Ni:0.1〜2.0%、Cr:0.1〜2.0%、Mo:0.02〜1.0%、Ca:0.0002〜0.0030%、Mg:0.0002〜0.0030%、REM:0.0002〜0.0030%、B:0.0002〜0.0010%のうちの1種または2種以上を、適宜選択して含有する構成とすることができる。
以下に、本発明における鋼材の化学成分組成の限定理由を説明する。
Cは、鋼板の強度向上のために重要な元素である。Cの含有量が0.10質量%未満になると、鋼板の耐溶融亜鉛腐食性が大きく低下することから、0.10質量%以上のCを添加する必要があるが、詳細を後述する目標の金属組織を得るためには、0.12質量%超の添加がより好ましい。但し、Cを0.30質量%以上添加すると、鋼板の溶接性が劣化するため、0.30質量%を上限とした。
Siは、脱酸作用を有するが、強力な脱酸元素であるAlが充分に添加されている場合には不要である。Siは、母材を強化する作用もあるが、他の元素に比べるとその効果は相対的に小さい。また、Siは、耐溶融亜鉛腐食性を大きく低下させることから、その含有量が少ない方が好ましく、操業上安定して低減可能な0.05質量%を上限とする。また、製鋼上の制限もあるが、Siの含有量を0.02質量%以下とすることがより好ましい。
Mnは、母材強度を確保する観点から添加する元素であり、母材強度に寄与するためには0.20質量%以上の添加が必要である。また、同時に添加するCの添加量が0.12質量%以下と低い場合には、目標となる組織を安定的に得るため、Mnを0.5質量%超で添加することが好ましい。但し、2.0質量%以上のMnの添加は、溶接性を大きく劣化させることから、Mnの添加範囲を0.20〜2.0質量%とした。
Pは、不純物元素であり、不可避的に鋼板中に含有されるが、Siと同様に耐溶融亜鉛腐食性を大きく低下させ、溶接性にも悪影響を及ぼすことから、その含有量は少ない方が好ましく、操業上安定して低減可能な0.015質量%を上限とした。また、製鋼上の制限もあるが、Pの含有量は0.008質量%以下とすることがより好ましい。
Sも、上記Pと同様、鋼板中に不可避的に含有される元素であるが、Sは母材靭性や溶接性を低下させるため、少ない方が好ましいことから、操業上安定して低減可能な0.030質量%を上限とした。
Alは、脱酸に用いられる元素であり、その脱酸効果を得るためには0.015質量%以上の添加が好ましい。しかしながら、0.070質量%以上のAlの添加は、鋼中に粗大な介在物を多く存在させ、靭性を低下させることから、その上限を0.070質量%とした。
「V:バナジウム」0.01〜0.10質量%
「Ti:チタン」0.005〜0.050質量%
Nb、V、Tiは、本発明における選択的元素であり、母材強度を確保させるために必要に応じて添加するが、ともに多く添加すると母材靭性や溶接性を劣化させることから、Nbを0.003〜0.050質量%、Vを0.01〜0.10質量%、Tiを0.005〜0.050質量%の添加量とした。また、これらの各元素は、母材強度確保の観点から、それぞれ単独で添加しても、複合添加しても良い。
「Ni:ニッケル」0.1〜2.0質量%
「Cr:クロム」0.1〜2.0質量%
「Mo:モリブデン」0.02〜1.0質量%
Cu、Ni、Cr、Moも、本発明における選択的元素であり、上述したNb、V、Tiと同様に、母材強度を確保させるために必要に応じて添加するが、ともに多く添加すると母材靭性や溶接性を劣化させることから、Cuを0.1〜0.5質量%、Niを0.1〜2.0質量%、Crを0.1〜2.0質量%、Moを0.02〜1.0質量%の添加量とした。また、これらの各元素は、母材強度確保の観点から、それぞれ単独で添加しても、複合添加しても良い。
「Mg:マグネシウム」0.0002〜0.0030質量%
「REM:希土類元素(ランタノイド系元素)」0.0002〜0.0030質量%
Ca、Mg、REMも、本発明における選択的元素であり、大入熱溶接熱影響部の靭性を確保するために必要に応じて添加するが、大量に添加すると鋼中に粗大介在物が残留して母材や溶接熱影響部の靭性を低下させることから、Caを0.0002〜0.0030質量%、Mgを0.0002〜0.0030質量%、REMを0.0002〜0.0030質量%の添加量とした。また、これらの各元素は、母材強度確保の観点から、それぞれ単独で添加しても、複合添加しても良い。
Bも、本発明における選択的元素であり、鋼板の母材強度を確保するために必要に応じて添加する。その母材強度効果は、Bの0.0002%以上の添加から発現するが、大量に添加すると母材靭性や溶接性を劣化させることがあることから、0.0002〜0.0010質量%の添加量とした。
本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板は、圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板厚断面において、板厚(t)方向で板面からt/4部までの表層の金属組織が、フェライト相および、パーライト相からなる混合組織であり、且つ、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比が2以上として構成されている。
ここで、本発明で説明するフェライト相の結晶粒のアスペクト比とは、結晶粒の長軸と短軸との比である。
図1は、板厚(t)方向で板面からt/4部までの表層におけるフェライト相の結晶粒のアスペクト比と、温度500℃に設定した溶融亜鉛中における腐食速度(腐食量)との関係を示すグラフである。図1のグラフに示すように、上記アスペクト比の違いによる腐食速度の変化は認められなかった。
図2は、板厚(t)方向で板面からt/4部までの表層におけるフェライト相の結晶粒のアスペクト比と、SLM−400値(%)との関係を示すグラフである。SLM−400値は溶融亜鉛割れ性の指標で、SLMとは、試験片に溶融亜鉛めっきを施した場合の破断強度を、めっきを施さない場合の破断強度で除した値であり、SLM−400値は、破断時間が400秒の際のSLMを表し、この数値が大きいほど耐亜鉛割れ性が高いことを示す。
本発明の耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れた溶融亜鉛浴設備用鋼板の製造方法は、上述した化学成分組成を有する鋼を鋳造してスラブとし、該スラブをそのままか、あるいは、冷片とした後、950℃以上に加熱し鋼板表面温度が、Ar3点未満、且つ、Ar3点−150℃以上の温度域で最終の仕上げ圧延を行い、その後、空冷する方法である。ここで、Ar3点は下記(1)式で規定される。
Ar3(℃)=910−310C−80Mn−20Cu−15Cr−55Ni−80Mo−0.35(t−8) ・・・・・ (1)
但し、上記(1)式において、tは仕上げ圧延後の板厚(mm)であり、各成分は質量%である。
以下に、本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板の製造方法における限定理由について説明する。
本発明の製造方法においては、圧延前の鋳片の加熱温度を950℃以上とする。本発明では、規定の化学成分組成を有した鋼を鋳造して鋳片(スラブ)とした後、この鋳片をそのままか、あるいは冷片とした後、950℃以上に加熱し、圧延前の鋳片全体が950℃以上となるように、炉内に保持する。
このような圧延前の鋳片の加熱温度が低くなり過ぎると、鋳片の圧延時に、圧延機にかかる負荷が大きくなることから、下限温度を950℃とした。この加熱温度は、好ましくは1000℃以上、より好ましくは1100℃以上とする。なお、加熱温度の上限は、特に制限しないが、生産性を考慮すると、1250℃が好ましい。また、金属組織の粗大化を抑制するために、より好ましくは加熱温度の上限を1150℃とする。
本発明の製造方法においては、上述したように、最終の仕上げ圧延温度について、圧延後の鋼板の板厚をtとした際の、鋼板の板厚(t)方向で板面からt/4部までの表層におけるAr3点の温度を、次式{Ar3(℃)=910−310C−80Mn−20Cu−15Cr−55Ni−80Mo−0.35(t−8)}で規定したうえで、Ar3点未満、且つ、Ar3点−150℃以上の温度域としている。最終の仕上げ圧延を行なう際の温度域をこの範囲とすることで、鋼板の表層、つまり、板面からt/4部までの層域における金属組織を、フェライト相、パーライト相および不可避的析出相の混合組織とし、且つ、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比を2以上とすることが可能となる。
なお、Ar3点を求めるための上記(1)式としては、参考文献{「制御圧延・制御冷却」小指軍夫著、地人書館(1997)}p.26に記載の式(2−3)を用いた。
また、鋼板の表層で、フェライト粒の平均アスペクト比を2以上にするためには、Ar3点未満で1パス以上の圧延を行えばよいが、さらに、Ar3点未満の圧下率(二相域圧下率)を、5%以上にすることが好ましい。この二相域圧下率は、鋼板の温度がAr3点未満に低下し、且つ、圧延前の板厚と仕上げ圧延後の板厚の差から求めることができる。二相域圧下率の上限は特に制限しないが、生産性の観点から、30%以下が好ましい。
本発明の製造方法においては、上記温度領域において最終の仕上げ圧延を行なった後、鋼板を空冷手段によって冷却することが好ましい。
製鋼工程において溶鋼の脱酸・脱硫と化学成分を制御し、連続鋳造によって下記表1に示す化学成分のスラブを製造した。この際、加熱温度は、下記表2に示す温度とした。次いで、下記表2及び表3に示す製造条件で前記スラブを再加熱(仕上げ圧延温度)し、仕上げ圧延することで板厚32〜70mmに仕上げた後、空冷による加速冷却を行い、溶融亜鉛浴設備用鋼板を製造した。ここで、表2に示す仕上げ圧延温度が、表3に示すAr3よりも低い温度である例は、Ar3点未満で1パス以上の圧延を行っている例である。
上記方法によって製造した溶融亜鉛浴設備用鋼板について、以下のような評価試験を行った。
金属組織の評価である、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比は、圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板断面の光学顕微鏡観察試料を作製し、表面直下25μm、板面からt/8部、板面からt/4部から板面側に25μmの位置を視野中心においた、50μm×50μm範囲の100倍の光学顕微鏡視野を、各3視野ずつ計9視野を光学顕微鏡観察し、画像処理により、各視野ごとにフェライト相の結晶粒の平均アスペクト比を測定した後、その9視野の視野ごとの平均アスペクト比を総加算した後、9で割って求めた。表3に、アスペクト比が3以上のものを「◎」、2以上3未満のものを「○」とし、アスペクト比が2未満のものを「×」として評価した。
また、耐亜鉛割れ性の評価については、NBT試験(切欠付き丸棒引張り試験)で評価した(新日鉄技報348号、1993年、p.63−70を参照)。そして、試験片の切欠に亜鉛線材を巻き付けて加熱し、溶融亜鉛を付着させ、試験温度を500℃として、破断時間400秒におけるSLM値(SLM−400値)が80%以上であるものを「○」とし、80%未満のものを「×」として評価した。
表1〜表3に示すように、本発明で規定する化学成分組成を有し、本発明で規定する製造条件によって作製した溶融亜鉛浴設備用鋼板(本発明鋼)は、鋼板表層の金属組織におけるフェライト結晶粒の平均アスペクト比が2以上であり、金属組織が「○」または「◎」の評価となった。また、本発明鋼からなる溶融亜鉛浴設備用鋼板は、耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性の評価が何れも「○」または「◎」であり、耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れていることが明らかとなった。
また、比較鋼である鋼板記号C6、C6−2、C7、C8は、化学成分組成は本発明で規定する範囲に含まれているものの、仕上げ圧延温度が何れもAc3点を超える温度であり、製造条件が本発明で規定する範囲に含まれていないため、鋼板表層の金属組織におけるフェライト結晶粒のアスペクト比が2未満となり、耐溶融亜鉛腐食性は良好であるものの、耐亜鉛割れ性が劣っている。
Claims (5)
- 質量%で
C :0.10〜0.30%、
Si:0.05%以下、
Mn:0.2〜2.0%
を含有し、
P :0.015%以下、
S :0.030%以下、
Al:0.070%以下
に制限し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板厚断面において、板厚(t)方向で板面からt/4部までの表層の金属組織が、フェライト相および、パーライト相からなる混合組織であり、且つ、前記フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比が2以上である鋼板を用いて構成される溶融亜鉛浴設備。 - 前記鋼板が、さらに、質量%で、
Nb:0.003〜0.050%、
V :0.01〜0.10%、
Ti:0.005〜0.050%
のうちの1種または2種以上を含有する請求項1に記載の溶融亜鉛浴設備。 - 前記鋼板が、さらに、質量%で、
Cu:0.1〜0.5%、
Ni:0.1〜2.0%、
Cr:0.1〜2.0%、
Mo:0.02〜1.0%
のうちの1種または2種以上を含有する請求項1または請求項2に記載の溶融亜鉛浴設備。 - 前記鋼板が、さらに、質量%で、
Ca:0.0002〜0.0030%、
Mg:0.0002〜0.0030%、
REM:0.0002〜0.0030%
のうちの1種または2種以上を含有する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の溶融亜鉛浴設備。 - 前記鋼板が、さらに、質量%で、
B:0.0002〜0.0010%
を含有する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の溶融亜鉛浴設備。
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