JP2021508765A - 被覆鋼基材 - Google Patents

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Abstract

本発明は、横方向のサイズが１〜６０μｍのナノグラファイトとバインダーとを含むコーティングを含む被覆鋼基材であって、鋼基材が重量パーセントで次の組成：０．３１≦Ｃ≦１．２％、０．１≦Ｓｉ≦１．７％、０．１５≦Ｍｎ≦１．１％、Ｐ≦０．０１％、Ｓ≦０．１％、Ｃｒ≦１．０％、Ｎｉ≦１．０％、Ｍｏ≦０．１％、及び純粋に任意基準で、次のような１つ以上の元素：Ｎｂ≦０．０５％、Ｂ≦０．００３％、Ｔｉ≦０．０６％、Ｃｕ≦０．１％、Ｃｏ≦０．１％、Ｎ≦０．０１％、Ｖ≦０．０５％、を有し、組成の残部は、鉄及び生成から生じる不可避の不純物からなる被覆鋼基材及び被覆鋼基材の製造方法に関する。

Description

本発明は、特定の横方向のサイズのナノグラファイト及びバインダーを含むコーティングで被覆された鋼基材、この被覆鋼基材の製造方法に関する。それは、特に鉄鋼業界に適している。
鋼のルート製造では、製鋼工程後、連続鋳造により鋼を鋳造する。このようにして、スラブ、ビレット又はブルームなどの半製品が得られる。通常、半製品は再加熱炉において高温で再加熱され、連続鋳造中に形成された析出物を溶解し、熱間加工性を得る。次いで、半製品は、脱スケール処理、熱間圧延される。しかし、再加熱工程中に、半製品はスケールの形態で酸化した。通常、高い比率のスケールが形成される。したがって、脱スケール処理工程中に大量のスケールが除去され、その結果、鋼製品の重要な重量損失をもたらす。
中国特許出願第１０１６９６３２８号明細書は、高温での表面の酸化と脱炭を防止し、硬度と耐摩耗性を向上させ、最終的には鋼製ワークピースの全体的な耐用年数を延ばすための、鋼片の表面の保護コーティングを開示しており、鋼製ワークピースの表面（基材）の高温での酸化と脱炭、及び加熱処理、鍛造、熱間圧延、ロール成形加熱時の酸化雰囲気下での表面酸化脱炭の場合、特に、鋼製ワークピースが容易に加熱処理により高温で酸化及び脱炭される場合に、炭素原子と炭素含有量が減少し、表面（基材）の微細構造が変化すると、硬度が低下し、耐摩耗性が低下し、全体の耐用年数が短くなる。
この特許では、コーティングの組成はグラファイト、水ガラス、表面浸透剤であり、グラファイトとケイ酸ナトリウムの体積比は１：３〜１：７であり、表面浸透剤はコーティングの量の０．０５％〜０．１５％を構成する。
中国特許出願公開第１０１６９６３２８号明細書
それにもかかわらず、試験は２５（炭素鋼）やＨＴ３００（鋳鉄）などの低炭素鋼と３２ＣｒＭｏやＭｎ１３などの超高合金鋼とを使用して行われた。
したがって、本発明の目的は、再加熱工程中の半製品の酸化による重量損失が大幅に低減された特定の鋼組成を有する高温鋼製品を提供することである。
これは、請求項１に記載の被覆鋼基材を提供することにより達成される。被覆鋼基材は、また、請求項２〜８のいずれかの特徴を含むこともできる。
本発明は、また、請求項９〜１９に記載の被覆鋼基材の製造方法に及ぶ。
本発明は、また、請求項２０〜２３に記載の熱間圧延鋼製品の製造方法に及ぶ。
最後に、本発明は、請求項２４に記載の熱間圧延鋼製品の使用に及ぶ。
本発明を説明するために、特に以下の図を参照して、非限定的な例の様々な実施形態及び試験を説明する。
本発明による被覆鋼基材の例を示す。 本発明による１つのナノグラファイトの例を示す。
本発明の他の特徴及び利点は、以下の本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
本発明は、横方向のサイズが１〜６０μｍのナノグラファイトとバインダーとを含むコーティングを含む被覆鋼基材であって、
鋼基材は、重量パーセントで次の組成：
０．３１≦Ｃ≦１．２％、
０．１≦Ｓｉ≦１．７％、
０．１５≦Ｍｎ≦１．１％、
Ｐ≦０．０１％、
Ｓ≦０．１％、
Ｃｒ≦０．５％、
Ｎｉ≦０．５％、
Ｍｏ≦０．１％、及び
純粋に任意基準で、次のような１つ以上の元素：
Ｎｂ≦０．０５％、
Ｂ≦０．００３％、
Ｔｉ≦０．０６％、
Ｃｕ≦０．１％、
Ｃｏ≦０．１％、
Ｎ≦０．０１％、
Ｖ≦０．０５％、
を有し、
組成の残部は、鉄及び生成から生じる不可避の不純物からなる、
被覆鋼基材に関する。
いかなる理論にも束縛されることを望まないが、上記特定の鋼組成を有する鋼基材上に横方向のサイズが１〜６０μｍのナノグラファイトとバインダーとを含むコーティングは、酸化、つまりは、被覆鋼基材の再加熱中のスケール形成に対するバリアのように機能するようである。発明者らは、鋼の組成だけでなくコーティングの性質もまた、加熱処理中の鋼の酸化の低減に重要な役割を果たすことを発見した。
さらに、図１に示すように、コーティング（１）では、この特定の横方向のサイズの片状ナノグラファイト（２）が、蛇行した経路（４）の形態でバインダー（３）に十分に分散していると考えられる。したがって、コーティングを通した酸素の拡散は非常に制限されて、スケール形成の重要な減少と鋼基材の大幅な重量増加を可能にしているようである。最後に、横方向のサイズが１〜６０μｍのナノグラファイトを使用すると、大量の片状ナノグラファイトを含むクラスターが可能になり、各ナノグラファイト粒子間のスペースが狭くなると考えられる。したがって、蛇行した経路は、鋼基材（５）に向かう酸素の拡散を大幅に相反して低減することがより困難である。
鋼の化学組成に関して、好ましくは、Ｃ量は０．３１〜１．０重量％である。
好ましくは、Ｍｎ量は０．１５〜０．７重量％である。
有利には、Ｃｒの量は０．３重量％以下である。
好ましくは、Ｎｉの量は０．１重量％以下である。
有利には、Ｍｏの量は０．１％以下である。
図２は、本発明による片状ナノグラファイトの例を示す。この例では、横方向のサイズはＸ軸を通るナノプレートレットの最高長さを意味し、厚さはＺ軸を通るナノプレートレットの高さを意味する。ナノプレートレットの幅はＹ軸を通って示されている。
好ましくは、プレートレットの横方向のサイズは、２０〜５５μｍ、より好ましくは、３０〜５５μｍである。
好ましくは、コーティングの厚さは１０〜２５０μｍである。例えば、コーティングの厚さは１０〜１００μｍ又は１００〜２５０μｍである。
有利には、鋼基材は、スラブ、ビレット又はブルームである。
好ましくは、バインダーはケイ酸ナトリウムであるか、又はバインダーは硫酸アルミニウム及び添加剤であるアルミナを含む。この場合、いかなる理論にも束縛されることを望まないが、本発明によるコーティングは鋼基材上により良好に付着し、その結果、鋼基材がさらに保護されるようである。このようにして、鋼基材を酸化に曝す、コーティング亀裂及びコーティング剥離のリスクがより防止される。
好ましくは、コーティングはさらに有機金属化合物を含む。例えば、有機金属化合物は、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル（ＣＨ３ＯＣ３Ｈ６ＯＣ３Ｈ６ＯＨ）、１，２−エタンジオール（ＨＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）、２−エチルヘキサン酸、マンガン塩（Ｃ８Ｈ１６ＭｎＯ２）を含む。実際、いかなる理論にも束縛されることを望まないが、有機金属化合物は、コーティングの迅速な硬化を可能にし、高温での乾燥工程を回避すると考えられる。
また、本発明は、連続する以下の工程：
Ａ．上記の鋼組成を有する鋼基材の提供、
Ｂ．コーティングを形成するために水性混合物を使用したコーティング堆積、
Ｃ．任意に、工程Ｂ）で得られた被覆鋼基材の乾燥
を含む、本発明による被覆鋼基材の製造方法に関する。
好ましくは、工程Ｂ）において、コーティングの堆積は、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング又はブラシコーティングによって行われる。
有利には、工程Ｂ）において、水性混合物は、１〜６０ｇ／Ｌのナノグラファイト及び１５０〜２５０ｇ／Ｌのバインダーを含む。より好ましくは、水性混合物は、１〜３５ｇ／Ｌのナノグラファイトを含む。
好ましくは、工程Ｂ）において、水性混合物は、９５重量％を超える、有利には９９重量％のＣを含むナノグラファイトを含む。
有利には、工程Ｂ）において、バインダーに対するナノグラファイトの重量比は、０．３以下である。
好ましくは、工程Ｂ）において、水性混合物は有機金属化合物を含む。より好ましくは、有機金属化合物の濃度は、０．１２重量％以下である。実際、いかなる理論にも束縛されることを望まないが、この濃度により、いかなる硬化なしで、又は室温での硬化で、最適化されたコーティングが可能になると考えられる。
好ましい実施形態では、コーティングは工程Ｃ）で乾燥される。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、乾燥工程は、コーティングの付着の改善を可能にするものと考えられる。実際、水が蒸発するため、バインダーは粘着性が増し、粘度が増して硬化状態になる。好ましい実施形態では、工程Ｃ）において、乾燥は、室温又は５０〜１５０℃、好ましくは、８０〜１２０℃の温度で行われる。
別の好ましい実施形態では、乾燥工程は行われない。
好ましくは、工程Ｃ）において、乾燥が適用される場合、乾燥工程は熱風で行われる。
有利には、工程Ｃ）において、乾燥が適用される場合、乾燥は、５〜６０分間、例えば１５〜４５分間行われる。
本発明は、また、以下の連続工程：
Ｉ．本発明に記載の被覆鋼基材の提供；
ＩＩ．７５０〜１２００℃の温度での再加熱炉内の被覆鋼基材の再加熱；
ＩＩＩ．工程ＩＩ）で得られた再加熱された被覆鋼板の脱スケール処理；及び
ＩＶ．脱スケール処理された鋼製品の熱間圧延
を含む熱間圧延鋼製品の製造方法に関する。
再加熱は７５０〜１２００℃の温度で行われる。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、１２００℃を超えると、鋼基材とコーティングとの界面にファイアライトを形成する可能性があると考えられる。好ましくは、工程ＩＩ）において、再加熱は７５０〜９００℃又は９００〜１２００℃の温度で行われる。
好ましくは、工程ＩＩＩ）において、脱スケール処理は、圧力下で水を使用して行われる。例えば、水圧は１００〜１５０バールである。別の実施形態では、脱スケール処理は、例えば、スケール層を引っ掻くか、又はブラッシングすることにより機械的に行われる。
本発明による方法を用いて、従来技術と比較して、重量が大きい熱間圧延鋼製品が得られる。
例えば、熱間圧延後、熱間製品をコイル状にし、冷間圧延し、焼鈍炉で焼鈍し、さらに金属コーティングを被覆することができる。
最後に、本発明は、本発明による方法から得られる熱間圧延鋼製品の、自動車両の部品、レール、ワイヤー又はばねの製造のための使用に関する。
本発明は、ここで、データのみに関して行われた試験において説明される。それら試験は限定的ではない。
実施例では、重量パーセントで次の鋼組成を有する鋼基材を使用した。
Figure 2021508765
試験１はスラブの形態で鋳造され、試験２〜４はビレットの形態で鋳造された。
［実施例１］
酸化試験
試験１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７の場合、鋼１〜４は、横方向のサイズが３５〜５０μｍの３０ｇ／Ｌのナノグラファイトとバインダーとを含む水性混合物を鋼に噴霧することによって被覆した。次に、コーティングを１００℃で３０分間乾燥させた。
次に、被覆されていない鋼（試験２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８）及び被覆鋼（試験１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７）を、８００℃、１０００℃、１２５０℃で再加熱した。再加熱後、すべての試験の重量を測定した。各試験で、Δ重量は、再加熱前の重量から再加熱後の重量を差し引いて決定した。次いで、被覆試験の重量増加の割合を次の式で計算した。
Figure 2021508765
結果を次の表１に示す。
Figure 2021508765
本発明による試験は、重量増加の割合の大幅な増加を示す。実際、本発明による特定の鋼組成を有する鋼基材は、再加熱工程の間、コーティングで十分に保護される。

Claims (24)

  1. 横方向のサイズが１〜６０μｍのナノグラファイトとバインダーとを含むコーティングを含む被覆鋼基材であって、
    前記鋼基材が重量パーセントで次の組成：
    ０．３１≦Ｃ≦１．２％、
    ０．１≦Ｓｉ≦１．７％、
    ０．１５≦Ｍｎ≦１．１％、
    Ｐ≦０．０１％、
    Ｓ≦０．１％、
    Ｃｒ≦１．０％、
    Ｎｉ≦１．０％、
    Ｍｏ≦０．１％、及び
    純粋に任意基準で、次のような１つ以上の元素：
    Ｎｂ≦０．０５％、
    Ｂ≦０．００３％、
    Ｔｉ≦０．０６％、
    Ｃｕ≦０．１％、
    Ｃｏ≦０．１％、
    Ｎ≦０．０１％、
    Ｖ≦０．０５％、
    を有し、
    前記組成の残部は、鉄及び生成から生じる不可避の不純物からなる、
    被覆鋼基材。
  2. ナノ粒子の横方向のサイズが２０〜５５μｍである、請求項１又は２に記載の被覆鋼基材。
  3. ナノ粒子の横方向のサイズが３０〜５５μｍである、請求項２に記載の被覆鋼基材。
  4. コーティングの厚さが１０〜２５０μｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の被覆鋼基材。
  5. 鋼基材がスラブ、ビレット又はブルームである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の被覆鋼基材。
  6. バインダーがケイ酸ナトリウムであるか、又は前記バインダーが硫酸アルミニウム、及び添加剤であるアルミナを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の被覆鋼基材。
  7. コーティングが有機金属化合物をさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の被覆鋼基材。
  8. 有機金属化合物が、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル（ＣＨ３ＯＣ３Ｈ６ＯＣ３Ｈ６ＯＨ）、１，２−エタンジオール（ＨＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）及び２−エチルヘキサン酸、マンガン塩（Ｃ８Ｈ１６ＭｎＯ２）を含む、請求項７に記載の被覆鋼基材。
  9. 連続する以下の工程：
    Ａ．請求項１に記載の鋼基材の提供；
    Ｂ．請求項１〜８のいずれか一項に記載のコーティングを形成するために水性混合物を使用するコーティング堆積；
    Ｃ．任意に、工程Ｂ）で得られた被覆鋼基材の乾燥
    を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の被覆鋼基材の製造方法。
  10. 工程Ｂ）において、コーティングの堆積が、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング又はブラシコーティングによって行われる、請求項９に記載の方法。
  11. 工程Ｂ）において、水性混合物が、１〜６０ｇ／Ｌのナノグラファイト及び１５０〜２５０ｇ／Ｌのバインダーを含む、請求項９又は１０に記載の方法。
  12. 工程Ｂ）において、水性混合物が９５重量％を超えるＣを含むナノグラファイトを含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 工程Ｂ）において、水性混合物が９９重量％以上の量のＣを含むナノグラファイトを含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 工程Ｂ）において、バインダーに対するナノグラファイトの重量比が０．３以下である、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 工程Ｂ）において、水性混合物が有機金属化合物を含む、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 工程Ｂ）において、有機金属化合物の濃度が０．１２重量％以下である、請求項１５に記載の方法。
  17. 工程Ｃ）において、乾燥が適用される場合、前記乾燥が５０〜１５０℃の温度又は室温で行われる、請求項９〜１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 工程Ｃ）において、乾燥が適用される場合、乾燥工程が熱風で行われる、請求項９〜１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 工程Ｃ）において、乾燥が適用される場合、前記乾燥が５〜６０分間行われる、請求項９〜１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 以下の連続工程：
    Ｉ．請求項１〜８のいずれか一項に記載の、又は請求項９〜１９のいずれか一項に従って得られる被覆鋼基材の提供；
    ＩＩ．７５０〜１２００℃の温度で再加熱炉内での前記被覆鋼基材の再加熱；
    ＩＩＩ．工程ＩＩ）で得られた再加熱された被覆鋼板の脱スケール処理；及び
    ＩＶ．脱スケール処理された鋼製品の熱間圧延
    を含む、熱間圧延鋼製品の製造方法。
  21. 工程ＩＩ）において、再加熱が７５０〜９００℃又は９００〜１２００℃の温度で行われる、請求項２０に記載の方法。
  22. 工程ＩＩＩ）において、脱スケール処理が圧力下で水を使用して行われるか、又は前記脱スケール処理が機械的に行われる、請求項２０又は２１に記載の方法。
  23. 工程ＩＩＩ）において、水圧が１００〜１５０バールである、請求項２２に記載の方法。
  24. 請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の方法から得られる熱間圧延鋼製品の、自動車両の部品、レール、ワイヤー又はばねの製造のための使用。
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