JP4087954B2

JP4087954B2 - スラブの加熱方法

Info

Publication number: JP4087954B2
Application number: JP21000598A
Authority: JP
Inventors: 雅光槌永; 明彦高橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: JP2000045026A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラブを熱間圧延温度に昇温する際に、スラブ表面に生成する酸化スケール性状を良好にして熱延スケール疵を少なくするスラブの加熱方法に関する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は表面に塗装されることなく製品に供されるため、外観の綺麗な表面肌が要求される。ところが、ステンレス鋼の表面は、連続鋳造鋳片の不健全性、スラブ加熱炉での酸化スケール生成の不均一性などの問題から疵が発生しやすく、一般に製造するのが難しい。
【０００３】
この熱間で発生した疵は、疵内部に酸化スケールを含有するため、製造の途中工程で修復されることもなく最終製品まで残存する。このような疵の対処方法は、軽度な場合には研磨工程や酸洗工程で救済する方法が採られ、重度な場合にはスクラップになる。このため、生産性や歩留を著しく低下する問題がある。
【０００４】
従来から、このような熱間圧延で生じる疵に対処するため種々の方法がなされている。これらの中で熱延前のスラブ表面に生じる酸化スケールを改善するスラブの加熱法については、特開平９−２７９３１６号公報に、Ｃｒ濃度１０〜２７重量％のフェライト系ステンレス鋼について、１３００℃以上の高温で酸素濃度１．０〜４．０ｖｏｌ％、露点５０〜６０℃の加熱を熱間圧延前に１回以上行い、スラブ表面の酸化スケールを良好にする方法が開示されている。
【０００５】
また、特開平９−３０２４１５号公報では、Ｃｒ濃度１７重量％以上のフェライト系ステンレス鋼について、均一な厚い酸化スケールを得るために加熱条件として、酸素濃度が２〜１０ｖｏｌ％で露点が０〜７０℃の燃焼ガス雰囲気中で、高温加熱を行い、均一な厚い酸化スケール化することと、加熱炉中のスラブだれによる変形を最低限にすることを両立させる方法として、前段高温加熱し後段低温加熱化する方法を開示しており、前段高温加熱には、１３００℃以上で加熱している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの方法に見られるように、良好な酸化スケールをスラブ加熱時に生成させようとすると１３００℃以上の高温加熱が必要となる。しかし、高温加熱化は燃料原単位が上昇し、コスト高になるばかりでなく、スラブ組織を粗大化させるため、引き続き熱延し、冷延し、焼鈍し、酸洗あるいは焼鈍のまま製品を製造する際に、冷延後に判明するローピングや製品板のリジングが著しく悪化する問題があった。特に、低炭素化し、耐食性を向上させた高純鋼の場合には組織が粗大化しやすい。
【０００７】
また、ＴｉやＮｂを添加したステンレス鋼では、限界温度以上に高温加熱すると、表層の酸化スケール直下にＴｉやＮｂの酸化物粒子を含む内部酸化層を生じ、製品表面まで残存し、製品板のマクロ的なムラが生じる問題も生じた。
【０００８】
本発明は、スラブ表面に生じる酸化スケール性状を従来法に比べ低温加熱で改善し、熱延後の鋼帯表面に発生する熱延スケール疵を防止し、なおかつ、製品板でのリジング、ローピングや表面性状を良好にするスラブの加熱方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ステンレス熱延鋼帯の熱延前の加熱炉で生じる酸化スケール形態と熱延後のスケール疵の対応、酸化スケール形態の生成条件を明らかにし、実操業に適用する技術を見出し、これらの知見に基づいて本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）熱間圧延におけるＣｒ：７〜２５重量％、Ｃ：０．０５重量％以下を含むステンレス鋼、またはＣ：０．０６重量％以下とした普通鋼のスラブ加熱に際し、気体燃料を燃焼させるために、酸素濃度を３０〜７０ｖｏｌ％に高めた酸素供給ガスを用いると共に、さらにＨ _２Ｏを吹き込むことを特徴とするスラブの加熱方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
熱延において出現する酸化スケール疵の発生原因について解析した結果、スケール疵を発生する時のスラブ加熱直後のスラブ表面は、図６（Ａ）の断面模式図で示すように、酸化スケールがスラブ金属部１に深く進行している部分を持つ厚さ０．４〜１．５mm程度の瘤状スケール、いわゆる異常酸化ノジュール２と、酸化が殆ど起こらない１０μｍ程度の薄い酸化スケール３の混在した凹凸の激しい表面を生成する。この異常酸化ノジュールは、剥離しやすい外側の酸化層と、密着性の良いＣｒを多く含有する内部酸化層から成る。熱延時にはこの密着性の良い酸化スケール層の上に金属が覆い被さるような形になり、除去しにくい疵となる。
【００１２】
一方、図６（Ｂ）の断面模式図で示すような均一な１〜２mmの厚さの酸化スケール４が熱延加熱直後のスラブ表面に生成している場合には、酸化スケール層４の上に金属が覆い被さるような形態の疵は発生しなかった。
【００１３】
この均一な厚さの酸化スケールを生成するための条件は、スラブのＣｒ濃度と加熱温度の関係を示した図２における、従来加熱法の温度以上に加熱することが必要である。この従来加熱法は、燃料ガスとしてＬＮＧを用い、空気を酸素源として燃焼させた場合の結果である。図２に示すように、均一な厚い酸化スケールを生成させるための条件は、Ｃｒ濃度の増加に伴い、より高温が必要になる。
【００１４】
この均一な厚い酸化スケールの生成する温度を低温化させるため、燃焼方法を検討した結果、酸素供給ガスとして従来用いていた空気に代えて、酸素濃度を増やしたガスを用いることが効果的であることを見出した。
【００１５】
図１に、１９％Ｃｒステンレス鋼について、酸素供給ガス中の酸素濃度を変更し、ＬＮＧを燃焼させた時に生じた燃焼ガス中のＨ₂Ｏ濃度とスラブ表面に生成した酸化スケール状態の関係を、加熱温度１１００℃，１２００℃，１２７０℃の場合についてそれぞれ示す。異常酸化ノジュールの発生を抑え、良好な酸化スケールをスラブ表面に形成するには、酸素供給ガスの酸素濃度が２１ｖｏｌ％の場合（空気）には１２７０℃が必要であるが、酸素濃度が増加すると、例えば３０ｖｏｌ％では１２００℃、４０ｖｏｌ％では１１００℃というように低温化が可能になる。
【００１６】
同様にして、供給酸素ガス中の酸素濃度を変えた時の、スラブのＣｒ濃度毎の異常酸化ノジュールの発生限界温度を求めた結果を図２に示す。酸素供給ガス中の酸素濃度を３０ｖｏｌ％以上に増加させることで、均一な厚い酸化スケール生成に必要な加熱温度を低減することが可能になった。
【００１７】
このように酸素供給ガス中の酸素濃度を増やすと均一な厚い酸化スケールの生成する限界温度が低減できるのは、酸素供給ガス中の酸素濃度が増えると、燃焼に必要な酸素供給ガスの量を少なくすることができ、その結果燃焼ガス中のＨ₂Ｏ濃度を著しく高めることができるためである。また、これはＨ₂Ｏはスラブ表面に生成する酸化スケールをポーラスにする作用が強いため、酸化スケールとメタルの界面に充分な酸化源が供給され、安定した酸化スケールの成長が続くためと考えられる。
【００１８】
一方、この燃焼ガス中のＨ₂Ｏ濃度が少ない場合は、Ｃｒの酸化が勝るため緻密なＣｒ₂Ｏ₃を形成し、全体的には薄い酸化スケールを形成するが、表面の微少欠陥がある部分は酸化が進行し、瘤状の形態を示すものと考えられる。
【００１９】
被加熱材としては、クロム系ステンレス鋼ではＣｒ量が７〜２５重量％、Ｃ量が０．０５重量％以下の、高温加熱で粗粒化を生じやすいスラブについて、均一な厚い酸化スケールの生成と加熱温度の低減が可能である。
【００２０】
また、オーステナイト系ステンレス鋼についても均一な厚い酸化スケールがより低温で生成できる。またＣｒを含まない普通鋼においても、スラブ鋳造時に生成した表面疵を酸化スケール生成量を増やして酸化スケールと共にスケールオフすることが通常のスラブ加熱温度で可能になる。特に、Ｃ量が０．０６重量％以下の低炭・高純度鋼に対して、スラブ組織を粗大化せずに冷延焼鈍後のイヤリングの良好な製品を製造することができる。
【００２１】
このような鋼のスラブを、ＬＮＧ，ＬＰＧ，ＣＯＧなどの気体ガスを燃料として用い、酸素供給ガスと共に燃焼させて加熱する。
酸素供給ガス中の酸素濃度は、空気に純酸素ガスを混合させるか、窒素を部分的に分離することで変更することができる。そして酸素濃度を３０ｖｏｌ％以上にすることで、均一な厚い酸化スケールの生成する限界温度を、空気を用いた場合より５０〜７０℃低減させることができる。また４０ｖｏｌ％以上にすると１００〜１７０℃の低減が可能である。また、５０ｖｏｌ％以上にすると１７０〜２００℃の著しい低減が可能である。
【００２２】
さらに酸素供給ガス中の酸素濃度を増加させると、空気で燃焼させていた時に比べ、不燃性の窒素ガスの代わりに燃焼に直接関与する酸素ガスの濃度が増加するため、燃焼効率は良くなり、その結果燃焼ガス温度は高温化する。
【００２３】
この温度を調節するために、燃料ガス、酸素供給ガスと共に第３のガスを吹き込む。この第３のガスとしてＨ₂Ｏを用いることで、燃焼ガスの露点をさらに増加させることができる。
【００２４】
例として、図３にプロパンガス燃焼の場合において同じ燃焼温度になるような、酸素供給ガス中の酸素濃度と追加Ｈ₂Ｏ量との関係を示す。そして図３に示す量までＨ₂Ｏを添加することで、図４の「Ｈ₂Ｏ追加あり」に示すように、燃焼ガス中のＨ₂Ｏ濃度を２１〜４４ｖｏｌ％から４０〜７７ｖｏｌ％（酸素供給ガス中の酸素濃度３０〜７０ｖｏｌ％の場合）まで上昇させることができ、酸化スケールの形成をさらに良好に行うことができる。
【００２５】
さらに酸素供給ガス中の酸素濃度を高くすることで、図５のように燃焼ガス中のＮ₂ガス濃度を低減させることができ、有害なＮＯｘガスの低減も可能になる。
【００２６】
【実施例】
（実施例１）
厚さ２５０mm、巾１０００mm、長さ６０００mmの表１に成分組成を示したフェライト系ステンレス鋼のスラブを熱延するために、表４に示す燃料ガス、酸素供給ガス、Ｈ₂Ｏを追加した酸素供給ガスを用いて燃焼させた燃焼雰囲気で、燃焼ガス組成、加熱温度を変更して加熱した。
【００２７】
加熱終了後、熱延を開始し、３〜４mm厚の鋼板を得た。さらにショットブラストでメカニカルデスケーリングした後、３００ｇ／リッターのＨ₂ＳＯ₄溶液９０℃で６０〜１２０sec 酸洗し、酸化スケールの上にメタルが被さった熱延スケール疵の有無を評価した。さらに、冷延後のローピング、冷延焼鈍後のリジング、冷延・焼鈍・酸洗後の製品表面のマクロムラを評価した。
【００２８】
また、一部のスラブについては、加熱終了後のスラブをそのまま炉外に取り出して表面に生成した酸化スケールを肉眼観察し、断面観察して酸化スケールの形態を確認した。また、組織観察して結晶の平均粒径を求めた。
【００２９】
表４に示したように、本発明条件を適用すると、従来の酸素供給ガスを空気を用いていた場合に比べ、加熱温度を低温化しても異常酸化ノジュールの生成がなく、均一な厚い酸化スケールが成長し、熱延疵のない良好な熱延鋼帯を製造することができる。
【００３０】
（実施例２）
厚さ２００mm、巾１２００mm、長さ５５００mmの表２，３に成分組成を示したオーステナイト系ステンレス鋼や普通鋼のスラブを熱延するために、表５に示す燃料ガス、酸素供給ガス、Ｈ₂Ｏを追加した酸素供給ガスを用いて燃焼させた燃焼雰囲気で、燃焼ガス組成、加熱温度を変更して加熱した。
【００３１】
加熱終了後、熱延を開始し、３〜４mm厚の鋼板を得た。さらにショットブラストでメカニカルデスケーリングした後、オーステナイト系ステンレス鋼については、１５０ｇ／リッターのＨＮＯ₃と８０ｇ／リッターのＨＦを混合した溶液７０℃でスプレーして２０〜１５０sec 酸洗し、普通鋼については８０ｇ／リッターのＨＣｌ溶液８０℃で２０〜７０sec 酸洗し、酸化スケールの上にメタルが被さった熱延スケール疵の有無を評価した。さらに、冷延・焼鈍・酸洗後の製品板のイヤリングを評価した。
【００３２】
また、加熱終了後のスラブ表面は、加熱後炉外に取り出したスラブ表面の酸化スケールを肉眼観察し、断面観察して酸化スケールの形態を確認した。さらに、組織観察して結晶の平均粒径を求めた。
【００３３】
表５に示したように、本発明条件を適用すると、従来の酸素供給ガスを空気を用いていた場合に比べ、加熱温度を低温化しても、異常酸化ノジュールや酸化スケールと地鉄との界面が３０〜５０μｍ以上の凹凸形態を示す酸化スケールの生成がなく、均一な厚い酸化スケールが成長し、熱延疵のない良好な熱延鋼帯を製造することができる。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【表２】

【００３６】
【表３】

【００３７】
【表４】

【００３８】
【表５】

【００３９】
【発明の効果】
本発明に示すようにスラブ加熱条件を制御することで、熱延のためのスラブ加熱時に、異常酸化ノジュールを生じずに均一な厚い酸化スケールを、従来より低い加熱温度で生じさせることができる。
【００４０】
このため、熱延後の酸化スケールの上にメタルが被さった特異な熱延スケール疵の発生がなく、生産性を阻害するコイル表面の研削工程を省略したり、再酸洗の発生を防止できる。加えて加熱後のスラブ組織を粗大化することがなくなり、熱延後の鋼帯の結晶粒径を細粒化し、結晶方位もランダム化できるため、冷延後の鋼板表面に生成するローピングや焼鈍後の製品板のリジングも低減することができるので、その工業的価値は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラブ加熱時における、加熱温度と、酸素供給ガス中の酸素濃度と、燃焼ガス中のＨ₂Ｏ濃度と、均一な厚い酸化スケールや異常酸化ノジュールの生成状況との関係を示す図表である。
【図２】スラブ加熱時における、Ｃｒ濃度と、加熱方法と、均一な厚い酸化スケールの生成温度の関係を示す図表である。
【図３】プロパンガスの燃料ガス量と酸素供給ガス中の酸素濃度に対して、燃焼ガス温度が空気で燃焼するのと同じ温度にするために必要な酸素供給ガスに追加するＨ₂Ｏ量の関係を示す図表である。
【図４】プロパンガス燃焼時の、酸素供給ガス中の酸素濃度と、酸素供給ガスに追加するＨ₂Ｏの有無と、燃焼ガス中のＨ₂Ｏ濃度の関係を示す図表である。
【図５】プロパンガス燃焼時の、酸素供給ガス中の酸素濃度と、燃焼ガス中の窒素濃度の関係を示す図表である。
【図６】（Ａ）は異常酸化ノジュールを生成したスラブ表面の断面模式図であり、（Ｂ）は均一な厚い酸化スケールを生成したスラブ表面の断面模式図である。
【符号の説明】
１スラブの金属部
２異常酸化ノジュール
３薄い保護性酸化皮膜
４均一な厚い酸化スケール

Claims

熱間圧延におけるＣｒ：７〜２５重量％、Ｃ：０．０５重量％以下を含むステンレス鋼、またはＣ：０．０６重量％以下とした普通鋼のスラブ加熱に際し、気体燃料を燃焼させるために、酸素濃度を３０〜７０ｖｏｌ％に高めた酸素供給ガスを用いると共に、さらにＨ _２Ｏを吹き込むことを特徴とするスラブの加熱方法。