JP4087954B2 - スラブの加熱方法 - Google Patents
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Description
【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 2 O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H2 O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H2 O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H2 O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H2 O濃度が少ない場合は、Crの酸化が勝るため緻密なCr2 O3 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H2 O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H2 O量との関係を示す。そして図3に示す量までH2 Oを添加することで、図4の「H2 O追加あり」に示すように、燃焼ガス中のH2 O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、H2 O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H2 SO4 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、H2 O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H2 O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H2 O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H2 Oの有無と、燃焼ガス中のH2 O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 (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 2 Oを吹き込むことを特徴とするスラブの加熱方法。
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