JP3949846B2 - ステンレス鋼の脱スケール方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延後のステンレス鋼の脱スケール方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延した後のステンレス鋼板（以下、ステンレス熱延鋼板ともいう）の表面には厚いスケールが形成されている。そのため、ステンレス熱延鋼板は、通常、酸洗等の脱スケール処理が施された後、次工程に送られる。
【０００３】
このステンレス熱延鋼板の脱スケール工程は、ショット、グリットなどによるブラスト処理等のメカニカル処理を行ってスケールに割れを導入した後、酸洗液を割れにしみこませてスケール直下の母材を溶解し、スケールを剥離除去することによって行われている。これは、ステンレス熱延鋼板表面に形成されているスケールが非常に安定で、酸やアルカリに容易に溶解しないからである。酸洗液としては、硫酸、混酸（硝酸とふっ酸の混合溶液）が用いられ、直列に複数槽配置された酸洗槽内に熱間圧延後のステンレス鋼帯を連続的に通板させ、脱スケール処理を行うのが通例である。このように、ブラスト処理等のメカニカル処理を行うので、コストアップになるばかりか、ブラスト処理等により鋼板の表面品質が低下する懸念がある。
【０００４】
一方、ステンレス熱延鋼板の脱スケール速度は、炭素鋼、低合金鋼等（ここでは、これらを一般鋼という）の脱スケール速度と比較してきわめて遅く、ライン速度で、前者が最大４０〜５０ｍ／分（常用２０〜３０ｍ／分）であるのに対し、後者は３００〜４００ｍ／分（常用１５０〜２５０ｍ／分）と大きな差がある。この相違は、ステンレス熱延鋼板では、スケールの組成が一般鋼とは異なるため前記のようにスケール直下の母材が溶解するのに対し、一般鋼では酸洗によりスケールが溶解するという酸洗機構の違いや、ステンレス鋼板では要求される表面品質が高く、高速通板による表面キズの発生を避ける必要があることによるものであるが、脱スケール速度の差が酸洗の効率を大きく左右しており、ステンレス鋼板のコストアップ要因の一つになっている。
【０００５】
この問題の解決策として、一般鋼の酸洗設備でステンレス熱延鋼板の脱スケールを行う方法が提案されている。しかし、一般鋼の酸洗設備では、設備上の制約から、使用する酸が塩酸であるため、適用できる鋼種がＳＵＳ４０９等の低クロム鋼に限られ、大量生産品種であるＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０には適用できない。
【０００６】
一方、特開昭６３−１１１１８９号公報には、ステンレス冷延鋼板（冷間圧延した後のステンレス鋼板）の脱スケール方法として、１５０〜３００℃の温度域にある鋼帯を中性塩水溶液に浸漬し、その溶液中で座屈を生じない範囲で曲げ加工を与えた後、その溶液中で電解処理を行う方法が提案されている。しかし、処理の対象が冷延鋼帯で、中性塩水溶液中での電解処理に関するものであることや、鋼帯の温度が１５０〜３００℃と高いことなどから、ステンレス熱延鋼板の脱スケールには適用できない方法である。
【０００７】
また、特開昭５８−１２８２１７号公報には、熱間圧延後の一般鋼を対象として、圧延による軽圧下を加えた後酸洗を行い、その後高圧水の噴射により脱スケールする方法が提案されているが、圧下を加えることによって母材が加工硬化するために、熱間圧延後成形加工を施して製品とするようなものには適用できない等の制限がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような状況に鑑みなされたもので、ステンレス鋼板を製造するに際し、生産性を大幅に低下させ、しかも鋼板の表面品質を悪化させる可能性の大きいブラスト処理等のメカニカル処理を省略できるステンレス鋼の脱スケール方法を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記のステンレス鋼の脱スケール方法にある。
【００１０】
熱間圧延後のステンレス鋼板を、酸洗液中でまたは酸洗液をスプレーで前記ステンレス鋼板表面に吹き付けながら、外径５０〜５００ｍｍのロールにより接触角３０°以上で曲げ加工を加え、その後酸洗するステンレス鋼の脱スケール方法。
【００１１】
ステンレス鋼板の脱スケールは、前述したように、スケールに割れを生じさせ、その割れに酸洗液をしみ込ませてスケール直下の母材を溶解させることによって行われる。
【００１２】
本発明者らは、脱スケール速度、ひいては酸洗の効率を高めるためには、このスケールに生じさせる割れがスケールと母材の界面に達していることが必要であるとの観点から調査を行った。その結果、通常行われているショットブラスト等のメカニカルな手法では、母材に達している割れは少ないことを見いだし、さらに、これに代わる有効な方法を検討した結果、後述するスケール割れ指数と脱スケール速度とが密接な相関関係を有すること、そして、このスケール割れ指数が所定の範囲に入るように酸洗液中で曲げ加工を行うことによって脱スケール時間を著しく短縮できることを知見した。上記本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のステンレス鋼の脱スケール方法について詳細に説明する。
【００１４】
本発明の脱スケール方法は、前記のように、酸洗液中でまたはスプレーで酸洗液を前記ステンレス鋼板表面に吹き付けながら外径５０〜５００ｍｍのロールにより接触角３０°以上で曲げ加工を加え、その後酸洗する方法である。
【００１５】
図１は、本発明の脱スケール方法を実施するための曲げ加工用ロールの一例の概略配置図である。図示するように、ロール２ａ、２ｂが対をなして配置されている。表裏両面にスケールが形成されたステンレス熱延鋼板１は、このロール２ａ、２ｂを通過する間に、最初のロール２ａで曲げ加工が加えられ、次いで、ロール２ｂにより、ロール２ａによる曲げ加工とは反対向きの曲げ加工が加えられる。これによって、ステンレス熱延鋼板の表裏両面のスケールに張力が作用し、割れが生じる。２本で一対のロールを用いるのは、表裏面に働く力の差を小さくするためである。図中に示したθ₁ およびθ₂ 、すなわち、ロールの軸線に垂直な断面において、ロールの外周がステンレス熱延鋼板と接触している部分の両端（図中のｐおよびｑ）と中心Ｏとを結んだときに形成される角が接触角である。
【００１６】
上記の曲げ加工がステンレス鋼の脱スケールに及ぼす効果を評価するに際し、本発明者らが新たに導入したスケール割れ指数を指標として用いることができる。スケール割れ指数とは、曲げ加工後の鋼板の圧延方向断面を観察し、母材まで達している割れを数え、鋼板断面１ｃｍ当たりに換算して求めた割れの本数Ｎの対数（ｌｏｇＮ）で定義される指標である。なお、鋼板断面の割れの本数Ｎの測定は顕微鏡観察により行い、観察する鋼板断面の一個所または複数個所で観察総長さ（トータルの長さ）が１ｃｍ程度となるように行うのが望ましい。
【００１７】
後述する実施例に示すように、このスケール割れ指数が大きくなるに従い、酸洗時間は短縮され、スケール割れ指数が３以上では、酸洗完了時間、すなわち脱スケール速度が２０秒以下となる。これは、従来の酸洗時間の１／２以下である。
【００１８】
本発明の脱スケール方法において、ステンレス熱延鋼板に対する曲げ加工を酸洗液中で行うのは、その方が、曲げ加工を加えた後に酸洗液中に浸漬するよりも脱スケール効果が大きいからである。酸洗液中で曲げ加工を加える代わりに、スプレーで酸洗液をステンレス熱延鋼板に吹き付けながら曲げ加工を加えても同様の効果が得られる。酸洗液中での加工およびスプレーによる酸洗液の吹き付け加工のいずれであっても、スケール割れの発生と同時に酸洗液が割れ内に侵入するので、スケール割れを発生させた後酸洗液中に浸漬する場合に比べてスケール割れ内に侵入する酸洗液量が多くなるためと考えられる。
【００１９】
次ぎに、本発明の脱スケール方法において、ステンレス熱延鋼板に曲げ加工を加えるロール２ａ、２ｂの外径を５０〜５００ｍｍと規定したのは、ロールの外径が５００ｍｍを超えるとスケール割れ指数が３を下回り、曲げ加工を加える効果が小さく、また、５０ｍｍ未満ではロールの強度が不足し、長時間使用する実機設備において問題が生じるおそれがあるからである。
【００２０】
曲げ加工時のロールの本数は特に限定されない。しかし、ステンレス熱延鋼板の表面および裏面における脱スケール効果の差を小さくする意味で、図１に例示したように、２本、または偶数本のロールがそれぞれ対をなして配置されたロールを用いるのが望ましい。ロールの数は２本（１対）でもよいし、４本（２対）以上としてもよい。ただし、ロール数を増すとコストが嵩むので、６本（３対）以下とするのが望ましい。
【００２１】
また、接触角を３０°以上と規定したのは、３０°未満ではスケール割れ指数が３を下回り、酸洗完了時間の短縮効果が小さいからである。なお、上限は特に規定しないが、１８０°を超えると、補助ロールを要する等の制約が生じるので、１８０°以下とするのが好ましい。
【００２２】
上記本発明の脱スケール方法を実施するに際しては、後述する実施例で行ったように、単一の酸洗槽を用い、ステンレス熱延鋼板を酸洗液中に浸漬してその中で曲げ加工を加え、引き続き酸洗する方式を採ることも可能である。
【００２３】
しかし、曲げ加工を行う酸洗糟を独立させ、酸洗液に浸漬した状態で曲げ加工を加える槽（脱スケールを目的とする槽）と、その後の酸洗液中に浸漬して酸洗するための槽（母材表面の欠陥の除去を目的とする槽）とに分けて実施すれば、本発明の脱スケール方法の効果を更に高めることが可能である。通常の酸洗の目的は、脱スケールと、母材表面の欠陥の酸洗による溶解除去であり、分離槽方式を採れば、この目的にもっとも適した酸組成を選択することができるからである。なお、脱スケールの目的のためには、通常、５０〜１００ｇ／ｌ（リットル）の硝酸に１０〜５０ｇ／ｌのふっ酸を加えた混酸が用いられている。
【００２４】
【実施例】
焼鈍および酸洗工程を有する実機生産設備を用い、熱間圧延により３．２ｍｍ厚に仕上げたステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を鋼板到達温度１１００℃で連続焼鈍した後、酸洗液中で種々の条件で曲げ加工を加え、続いて酸洗液中での浸漬酸洗を行い、酸洗完了時間を求めた。なお、酸洗の完了は、ステンレス鋼の表面を目視観察することにより判断した。
【００２５】
一方、上記の試験とは別に、曲げ加工のみ行った鋼板を採取し、前述したスケール割れ指数を求めた。
【００２６】
また、比較のために、曲げ加工を加えた後に浸漬酸洗を行う方法、従来のブラスト処理を行った後、浸漬酸洗する方法についても上記と同様の試験を行った。
【００２７】
曲げ加工には、前記の図１に示した２本１対のロールを使用した。用いたロールの外径は３０〜８００ｍｍで、接触角は１０°〜８０°とした。
【００２８】
酸洗槽は１槽で、酸洗完了時間を求めるときは、酸洗液に浸漬した状態で曲げ加工を加えた後のステンレス鋼をそのまま引き続き酸洗液中で浸漬酸洗した。また、スケール割れ指数を求めるときは、曲げ加工用ロールを酸洗液から引き上げ、ステンレス鋼に酸洗液がかからないようにして曲げ加工を加えた。
【００２９】
酸洗液には、６０℃の混酸（硝酸：８０ｇ／ｌおよびふっ酸：２０ｇ／ｌの混酸）を使用した。
【００３０】
試験結果を図２〜図４に示す。
【００３１】
図２は、スケール割れ指数と酸洗完了時間との関係を示す図である。図中の◆印は酸洗液中で曲げ加工を加え、続いて浸漬酸洗を行った場合であり、□印は曲げ加工を加えた後に浸漬酸洗を行った場合であるが、いずれも、酸洗完了時間はスケール割れ指数が大きくなるに伴い短縮した。すなわち、図２に示したスケール割れ指数と酸洗完了時間との関係は、曲げ加工を酸洗液中で行うか、酸洗液に浸漬せずに行うか、によらず成り立つ関係である。なお、従来のブラスト処理を行った後、浸漬酸洗した場合についても図示した（×印）。
【００３２】
図２から、酸洗液中で曲げ加工を加え、続いて浸漬酸洗を行った場合（◆印）、スケール割れ指数が３以上であれば、酸洗完了時間は２０秒以下、すなわち、従来のブラスト処理を行った後、浸漬酸洗した場合の酸洗時間（およそ４０秒）の１／２以下になる。なお、ブラスト処理を行った場合のスケール割れ指数は、図示したように、２程度であった。
【００３３】
図３は、スケール割れ指数に及ぼすロールの外径の影響を示す図である。ロールの外径が５００ｍｍを超えるとスケール割れ指数が３を下回り、曲げ加工の効果が小さくなる。また、５０ｍｍ未満では、ロールの強度が不足し、長時間使用する実機設備において問題が生じるおそれがあると判断された。
【００３４】
図４は、スケール割れ指数に及ぼす接触角の影響を示す図である。接触角が３０°未満ではスケール割れ指数が３を下回り、酸洗完了時間の短縮効果が小さい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のステンレス鋼の脱スケール方法によれば、脱スケールに要する時間を大幅に短縮することができ、しかも、表面欠陥に結びつきやすいショット、グリットなどによるブラスト処理を省略することが可能で、ステンレス鋼の生産性および品質の向上に大きな効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱スケール方法を実施するための曲げ加工用ロールの一例の概略配置図である。
【図２】スケール割れ指数と酸洗完了時間の関係を示す図である。
【図３】スケール割れ指数に及ぼすロールの外径の影響を示す図である。
【図４】スケール割れ指数に及ぼすロールの接触角の影響を示す図である。
【符号の説明】
１：ステンレス熱延鋼板
２ａ、２ｂ：ロール
θ₁ 、θ₂ ：接触角

Claims (1)

1. 熱間圧延後のステンレス鋼板を、酸洗液中でまたは酸洗液をスプレーで前記ステンレス鋼板表面に吹き付けながら、外径５０〜５００ｍｍのロールにより接触角３０°以上で曲げ加工を加え、その後酸洗することを特徴とするステンレス鋼の脱スケール方法。

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