JP3872609B2

JP3872609B2 - 高Ｓｉ鋼の熱間圧延方法

Info

Publication number: JP3872609B2
Application number: JP06342399A
Authority: JP
Inventors: 英樹村上; 三好大澤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2019-03-10
Also published as: JP2000254724A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｓｉ含有量が多い鋼を熱間圧延する際の圧延材表面のスケールの除去方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の熱間圧延に際しては、圧延に先立って鋼片を加熱炉に装入して１１００〜１４００℃の高温に加熱する。加熱炉内は酸化雰囲気なので、加熱中に鋼片の表面は酸化され、スケールが生成する。スケールは酸化鉄を主体とし、加熱炉から抽出された時点での鋼片表面のスケールの厚さは１〜２ｍｍに達する。このスケールが鋼片表面に付着したままで圧延を行うと、圧延材の表面にスケールが食い込み、スケール疵として残存する。このスケール疵の発生を防止するため、従来から圧延前の鋼板表面に１００〜１５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で水を噴射してスケールを除去する方法が知られている。
【０００３】
しかし、スケールの剥離のしやすさは鋼の成分によっても異なり、特にＳｉ含有量が多い鋼に生成するスケールは、非常に剥離しにくいことが知られている。この理由は、スケール生成の際にファイアライト（Ｆｅ₂ＳｉＯ₄）が生成し、スケールと鋼との界面が複雑に入り組んだ特有の構造が形成されるからである。このような構造のスケールが生成する鋼を熱間圧延する場合には、上記のスケール除去方法ではスケールを十分に除去することができず、圧延後の製品表面にスケール疵が残存し、製品欠陥の原因となる。
【０００４】
Ｓｉ含有鋼の上記問題を解決するため、特開平６−１１４４３２号公報では、加熱炉から抽出した後、一次スケールの上部層を除去した鋼片に、粗圧延の前あるいは少なくとも１パスの粗圧延後に吐出圧力３００〜７００ｋｇ／ｃｍ²の高圧水を衝突エネルギーＥが０．０５Ｊ／ｍｍ²以上となる条件で吹き付ける高Ｓｉ鋼の熱延鋼板の製造方法が開示されている。ここで、衝突エネルギーＥは、（ノズル吐出圧力×１ノズル当たり流量）／（１ノズル辺りの噴射幅×鋼片の走行速度）で表される。
【０００５】
また、同じ問題を解決するため、特開平８−２４９３７号公報では、鋼板の表面温度を８５０℃以上とし、吐出圧力×吐出量（ｋｇ／ｃｍ²×リットル／ｃｍ²）≧０．８×（ｗｔ％Ｓｉ）でノズルから吐出させた液体の流れのうち液滴流領域で生成した液滴を鋼板表面に衝突させて清浄にする鋼板表面の清浄方法が記載されている。ノズルと鋼板表面との距離Ｌは、下記式の範囲とすることが好ましい。
390000/(x+360)+P/5-960≦Ｌ≦ 390000/(x+360)+P/29-960
また、上記公報では、実施例において吐出圧力３００、４５０、８００ｋｇ／ｃｍ²の条件での実施結果が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高Ｓｉ鋼の熱間圧延において、前記公知技術を適用してスケール除去を行っても、スケールを十分に除去することができなかった。そのため、圧延後の製品にＳｉスケールが残存し、十分な品質の熱延鋼板を製造することが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決し、高Ｓｉ鋼の熱間圧延において、Ｓｉスケールを除去して十分に良好な品質の熱延鋼板を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは、
（１）ノズルから水を吐出させ鋼板の表面に衝突させてスケールを除去して熱間圧延を行う、加熱炉において表面温度が１１００℃以上に加熱されたＳｉ含有量０．５重量％以上の高Ｓｉ鋼の熱間圧延方法において、鋼片表面温度が１１７３℃未満となるように鋼片を加熱し、鋼片表面への衝突流速垂線成分Ｖ（ｍ／ｓ）をＶ≧（２２０＋３００・ｌｏｇ［％Ｓｉ］）とし、鋼片表面への衝突エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ2）を［％Ｓｉ］≦１でＥ≧１．１Ｊ／ｍｍ2、［％Ｓｉ］＞１でＥ≧１．１×［％Ｓｉ］（Ｊ／ｍｍ2）とし、鋼片表面への衝突時の噴流液相化率αを０．０１≦α≦０．１とすることを特徴とする高Ｓｉ鋼の熱間圧延方法。
ただし、Ｅ＝（Ｐ・Ｑ）／（Ｗ・Ｌ）
α＝Ｑ／（Ｖ・Ａ）
Ｐ：ノズルからの吐出圧力（Ｐａ）
Ｑ：ノズルからの吐出流量（ｍ³／ｓ）（１ノズル当たり）
Ｗ：鋼片の移動速度（ｍ／ｓ）
Ｌ：鋼片表面への衝突時の噴流幅（ｍ）（１ノズル当たり）
Ａ：鋼片表面への衝突時の噴流面積（ｍ²）
（２）ホットスカーフ又はコールドスカーフによって鋳片表面を溶削した後に加熱−圧延を行うことを特徴とする請求項１に記載の高Ｓｉ鋼の熱間圧延方法。である。
【０００９】
高Ｓｉ鋼のＳｉスケール除去のために重要な第１のポイントは、鋼材表面がＦｅＯとＦｅ₂ＳｉＯ₄が共晶し融解する温度（１１７３℃）未満の状態で加熱することである。共晶物が融解し、地鉄とスケールの密着性が強化された後では、８０ＭＰａの超高圧デスケを用いても除去は困難であった。
【００１０】
第２のポイントは、高速噴流のエネルギーを確実にスケール表面に伝達してスケールを除去するため、噴流を多数の独立した液滴に分離し、かつ個々の液滴の大きさを適切な範囲に保つことである。本発明は、上記液滴の適切化条件が、噴流液相化率αで表せることを明らかにした。即ち、噴流液相化率αを上記範囲とすることにより、噴流の液滴は適切な大きさを保ちつつ、独立した液滴として分離し、噴流のエネルギーを最大限活用してスケール剥離を行うことができる。
【００１１】
第３のポイントは、噴流の衝突流速垂直成分Ｖを上記値以上に確保することである。本発明においては、ある特定の衝突流速垂直成分を確保しないと、流量をどんなに流しても高Ｓｉ鋼のスケールの破壊を開始することができない点、および該必要流速が鋼のＳｉ含有量の関数になっている点を明らかにした。
【００１２】
第４のポイントは、鋼片単位面積当たりの衝突エネルギーＥを上記値以上に確保することである。本発明は、限界となる衝突エネルギーＥが鋼のＳｉ含有量の関数となることをも明らかにした。第３のポイントの流速を有する噴流でスケールの破壊を開始した後、第４のポイントの衝突エネルギーを確保することによってスケールを完全に除去することが可能になる。
【００１３】
上記４つのポイントをすべて満足したときにはじめて、Ｓｉスケールに起因する表面欠陥の発生しない高Ｓｉ鋼の熱間圧延が可能になった。
【００１４】
更に、ホットスカーフ又はコールドスカーフによって鋳片表面を溶削した後に加熱−圧延を行うことによって熱間圧延後の鋼板表面の良好な品質をより確実に確保することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のスケール除去のための噴流を発生するノズルとして、吐出流が熱延鋼板の幅方向に広がるフラットノズルを用いることができる。幅方向の広がり角度が大きいほど熱延鋼板の全幅をカバーするためのノズル個数を減らすことが可能になるが、一方で鋼片表面への衝突流速垂直成分Ｖを確保するためには広がり角度θを大きくすることは得策ではない。ノズル吐出流速をＶ₀とすると、吐出流の広がり幅の両端においては、Ｖ＝Ｖ₀・ｃｏｓ（θ／２）となる。ノズルの広がり角度θは４０°以下が好ましい。吐出流の広がり幅の中央においては、鋼片表面への衝突流速はノズルからの吐出流速と同等の流速を得ることができる。
【００１６】
本発明においては、鋼片表面への衝突流速垂線成分Ｖ（ｍ／ｓ）を
Ｖ≧２２０＋３００・ｌｏｇ［％Ｓｉ］
とする。Ｓｉスケールを有する鋼板表面に液滴を衝突させたときの、Ｓｉスケールが破壊するまでに要する同一箇所に衝突した液滴個数と液滴流速との関係を図１に示す。液滴の流速を減じていくとスケール破壊に要する液滴個数が増大していくが、ある限界流速以下まで液滴流速を減じると、液滴個数をいくら増大してもスケールの破壊は起こらなくなることが判明した。また、この限界流速は鋼のＳｉ含有量によっても変動し、Ｓｉ含有量が高いほど限界流速も高くなることがわかった。この限界流速を式で表現したのが、上記式であり、この式を満足する流速で噴流を鋼片に吹きつけた場合にはじめて、高Ｓｉ鋼におけるスケールを十分に除去することが可能になる。
【００１７】
ノズル吐出流速はノズルからの吐出圧力Ｐの平方根に比例するため、鋼片表面への衝突流速垂直成分Ｖを本発明の範囲に確保するためには、吐出圧力を確保することが必要である。［％Ｓｉ］＝１％、ノズル広がり角度θ＝３０°の市販デスケノズルを用いた場合、吐出圧力として４０ＭＰａ以上とすれば本発明の必要Ｖを確保することができる。
【００１８】
上記流速で噴流を衝突させることによってスケールの破壊が開始されれば、その後は噴流による衝突エネルギーＥの投入量に比例してスケールの剥離が進行する。衝突エネルギーとスケール剥離率との関係を図２に示す。本発明においては、図２においてスケール剥離率が１００％となる衝突エネルギーを下限とし、それ以上の衝突エネルギーで噴流を衝突させる。即ち、
［％Ｓｉ］≦１でＥ≧１．１Ｊ／ｍｍ²、
［％Ｓｉ］＞１でＥ≧１．１×［％Ｓｉ］（Ｊ／ｍｍ²）
とする。ここで、
Ｅ＝（Ｐ・Ｑ）／（Ｗ・Ｌ）
α＝Ｑ／（Ｖ・Ａ）
Ｐ：ノズルからの吐出圧力（Ｐａ）
Ｑ：ノズルからの吐出流量（ｍ³／ｓ）（１ノズル当たり）
Ｗ：鋼片の移動速度（ｍ／ｓ）
Ｌ：鋼片表面への衝突時の噴流幅（ｍ）（１ノズル当たり）
と表すことができるので、所定の鋼片の移動速度Ｗ、ノズル当たりの噴流幅Ｌにおいて、吐出圧力Ｐと吐出流量Ｑを確保することによって上記衝突エネルギーを確保することができる。
【００１９】
高圧噴流の衝突によって十分な衝突エネルギーを生み出すためには、衝突時において噴流の液滴がお互いに独立して分離しており、かつ個々の液滴の大きさを適切な範囲に保つことが必要である。本発明は、上記液滴の適切化条件が、噴流液相化率αで表せることを明らかにした。噴流液相化率αとは、噴流の衝突面において、噴流全体が占める断面積のうち、液滴が占める断面積の割合を無次元で表示したものである。即ち、
α＝Ｑ／（Ｖ・Ａ）
Ｑ：ノズルからの吐出流量（ｍ³／ｓ）（１ノズル当たり）
Ａ：鋼片表面への衝突時の噴流面積（ｍ²）
と表すことができる。噴流面積Ａは、ノズルの衝突面に相当する位置に圧力測定フィルムを配置し、所定の時間、例えば５秒間の噴出を行った後に圧力測定フィルム上の発色した部分の面積を測定することによって実測することができる。フラットノズルを採用した場合、ノズルの吐出口から衝突面までの距離が増えるほど噴流面積Ａが増大し、結果として液相化率αが減少する。
【００２０】
本発明でαの上限を０．１としたのは、０．１を超えると未だ液滴の分離独立が不十分であり、有効な液滴個数密度が少なくスケールを破壊する十分な能力が得られないからである。また、αの下限を０．０１としたのは、０．０１未満では噴流が広がり過ぎ、各液滴が小さくなり過ぎてスケールを破壊する衝撃力を持ち得なくなるからである。ノズル広がり角度θ＝３０°、吐出断面積４ｍｍ²の市販デスケノズルを用いた場合、０．０１≦α≦０．１となるのは、ノズルと衝突面との距離が３０〜１８０mmの範囲である。
【００２１】
液相化率αとスケールの破壊力との関係は、噴流をアルミ板に衝突させたときのアルミ板の壊食量によっても評価することができる。図３に、吐出流量１８５リットル／分／本、吐出流速２４０ｍ／ｓ、３０°広角でアルミ板に衝突させた場合のαと平均壊食指数（最大壊食量で規格化）との関係を示す。スケール除去能力と同様、壊食量も０．０１≦α≦０．１の範囲で大きな値を示している。
【００２２】
加熱炉における鋼片の加熱は、鋼片表面温度が１１７３℃未満となるように加熱する。前述したとおり、鋼材表面温度が１１７３℃以上となると、ＦｅＯとＦｅ₂ＳｉＯ₄が共晶し融解し、地鉄とスケールの密着性が強化されるからである。スケール除去のための本発明のノズルからの水噴射は、表面温度が１１００℃以下の仕上圧延の手前で行うのが好ましい。粗圧延前にスケール除去を行っても鋼板表面温度が高温である（高温に復熱する）ため、仕上圧延までにＳｉスケールが発生するからであり、加えて粗圧延で生じるスケール中の亀裂がデスケ性向上に作用するからである。また、本発明のスケール除去を行う手前で、従来方法の低圧水噴射によるスケール除去を行ってもよい。低圧水噴射によって加熱炉で生成した付着スケールのうちの除去しやすい上層部を除去した後、本発明のノズルからの水噴射で最も除去しにくい鋼との境界部のＳｉスケールを除去することにより、より確実にスケール除去を完了することができる。
【００２３】
本発明のスケール除去を行う際の鋼材表面温度には特に制限はなく、一般的には、９５０℃〜１１００℃でスケール除去が行われている。
【００２４】
本発明において、高Ｓｉ鋼とは鋼中のＳｉ含有量が０．５重量％以上のものをいう。０．５重量％未満では、従来技術によるスケール除去が充分可能であったためである。
【００２５】
【実施例】
Ｓｉ含有量１〜２％の高Ｓｉ鋼の熱間圧延について、本発明を適用した。圧延に用いた鋼片サイズは、長さ８５００ｍｍ前後、幅は６００〜１５００ｍｍ、厚は約２４０ｍｍである。本発明のスケール除去は仕上圧延前に実施し、そのときの鋼板厚みは約４０ｍｍである。スケール除去用のノズルにはフラットノズルを用いた。ノズルの広がり角度θは１５〜４０°である。
【００２６】
表１にその他の実施条件及び実施結果を示す。ここで、「表面温度」は加熱炉における鋼片表面温度を示す。スカーフ有りの場合のスカーフには酸素バーナーによるホットスカーフを用いた。スカーフ溶削量は片面１ｍｍとした。吐出流量の単位はリットル／分／本である。衝突流速垂線成分Ｖは、吐出流速Ｖ₀と広がり角度θからＶ＝Ｖ₀×ｃｏｓ（θ／２）の式によって計算できる。実施結果は、酸洗後の鋼板表面の表面疵におけるスケール残存率（％）によって評価した。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１のＮｏ．１〜１０が本発明例である。表面温度、吐出流速Ｖ₀、液相化率α、衝突エネルギーＥのいずれも本発明の範囲内となっており、スケール残存率はいずれも５％以下と良好な結果を得ることができた。
【００２９】
表１のＮｏ．１１〜２２は比較例である。Ｎｏ．１６、２０は表面温度が、Ｎｏ．１２、１７、２１は吐出流速（衝突流速垂線成分）が、Ｎｏ．１８、１９は液相化率が、Ｎｏ．１１、１３〜１５、２２は衝突エネルギーが、いずれも本発明の範囲を外れており、結果としてスケール残存率がいずれも不良であった。
【００３０】
【発明の効果】
ノズルから水を吐出させ鋼板の表面に衝突させてスケールを除去して熱間圧延を行う高Ｓｉ鋼の熱間圧延方法において、鋼片の加熱温度、鋼片表面への衝突流速垂線成分Ｖ、鋼片表面への衝突エネルギーＥ、鋼片表面への衝突時の噴流液相化率αを特定することにより、Ｓｉスケールを除去して十分に良好な品質の熱延鋼板を製造することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｉスケールが破壊するまでに要する同一箇所に衝突した液滴個数と液滴流速との関係を示す図である。
【図２】ノズルから鋼片表面への衝突エネルギーとスケール剥離率との関係を示す図である。
【図３】アルミ板にノズル噴流を衝突させた場合のαと単位時間の壊食量との関係を示す図である。

Claims

ノズルから水を吐出させ鋼板の表面に衝突させてスケールを除去して熱間圧延を行う、加熱炉において表面温度が１１００℃以上に加熱されたＳｉ含有量０．５重量％以上の高Ｓｉ鋼の熱間圧延方法において、鋼片表面温度が１１７３℃未満となるように鋼片を加熱し、鋼片表面への衝突流速垂線成分Ｖ（ｍ／ｓ）をＶ≧（２２０＋３００・ｌｏｇ［％Ｓｉ］）とし、鋼片表面への衝突エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ²）を［％Ｓｉ］≦１でＥ≧１．１Ｊ／ｍｍ²、［％Ｓｉ］＞１でＥ≧１．１×［％Ｓｉ］（Ｊ／ｍｍ²）とし、鋼片表面への衝突時の噴流液相化率αを０．０１≦α≦０．１とすることを特徴とする高Ｓｉ鋼の熱間圧延方法。
ただし、
Ｅ＝（Ｐ・Ｑ）／（Ｗ・Ｌ）
α＝Ｑ／（Ｖ・Ａ）
Ｐ：ノズルからの吐出圧力（Ｐａ）
Ｑ：ノズルからの吐出流量（ｍ³／ｓ）（１ノズル当たり）
Ｗ：鋼片の移動速度（ｍ／ｓ）
Ｌ：鋼片表面への衝突時の噴流幅（ｍ）（１ノズル当たり）
Ａ：鋼片表面への衝突時の噴流面積（ｍ²）
ホットスカーフ又はコールドスカーフによって鋳片表面を溶削した後に加熱−圧延を行うことを特徴とする請求項１に記載の高Ｓｉ鋼の熱間圧延方法。