JP6939430B2 - コイル状鋼板の内部酸化を抑制する方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、高温巻き取りしたハイテン材は酸洗性が極めてわるく、生産性を阻害するという課題がある。
酸洗性が悪い理由として下記が考えられる。Si,Mn,Alを含有するハイテン材は高温での巻き取り状態でSi,Mn,Alの内部酸化が生ずる。内部酸化とは鋼材表面から近傍の金属状態の鋼の内部にSi,Mn及びAlの酸化物が分散している状態である。Si,Mn,Alの酸化物はそれぞれ単独の酸化物の場合もあり、それらの二種以上が複合した酸化物の場合もある。それらの酸化物は鋼の結晶粒界に分布する場合や、結晶粒内に分布する場合もある。結晶粒界に分布する場合を粒界酸化と呼ぶこともあるが、ここでは粒界酸化も含めて内部酸化と総称する。この内部酸化は、酸化スケールが酸化源となって鋼内のSi,Mn,Alを酸化させることによって生じる(図1参照)。これらの酸化物が鋼内部に生成する内部酸化の形態をとる。このような酸化物を含む内部酸化層は、表面の酸化スケールより深い鋼内部にあって、これを除去するには長時間の酸洗が必要となる。例えば、低速での通板、あるいは2回以上の酸洗等が必要である。
特許文献1は、熱延鋼板や溶融めっき熱延鋼板の化成処理性や溶融めっき性の向上を図ろうとするものであるが、めっき不良の原因が、酸洗後の熱延鋼板の表面にSiやMn,P等の酸化物が残存することが本質的な原因であると考え、これを解決するために、鋼表層近傍に内部酸化層を形成させて、内部酸化層内部に鋼表面のSiやMn,P等を閉じこめることによって、めっき性等を向上させている。すなわち、特許文献1は、積極的に内部酸化層を生成させることを提案している。なお、具体的には、特許文献1では、熱延鋼板を黒皮スケールまま、還元の起きない雰囲気、例えば100%窒素の雰囲気で、650〜950℃で熱処理している。
[1]
質量%で0.5%≦Si≦3.5%, 0.5%≦Mn≦5.0%, 0.5%≦Al≦5.0%,の1種または2種以上を合計で0.5%以上5.0%以下の範囲で含有し、さらに0.05〜0.8質量%のCを含有する鋼板を、熱間圧延し600〜900℃の温度範囲でコイル状に巻き取り冷却する際に、鋼板間にスペーサーを挿入して、鋼板間に50μm〜1000μmの厚さの隙間を形成して鋼板を巻き取ることを特徴とする、コイル状鋼板の冷却方法。
[2]
前記スペーサーは、平均粒径が50μm〜1000μmの粉体を含んでなることを特徴とする項目1に記載の方法。
[3]
前記鋼板間に100μm〜1000μmの厚さの隙間を形成することを特徴とする、項目1に記載の方法。
[4]
前記スペーサーは、平均粒径が100μm〜1000μmの粉体を含んでなることを特徴とする項目3に記載の方法。
スケールが付着した600℃以上の鋼材では、スケール(FeO等を含む)に含まれる酸素(O)と鋼に含まれる炭素(C)とが、スケール/鋼界面で反応して、COやCO2のガスが発生する。界面で生成したCOガスとCO2ガスは、スケールを透過し、コイル状で巻かれた熱延鋼板の板どうしの間に滞留する。
これらのCOやCO2のガスはスケールとの間で酸素(O)を授受しながら、スケールの主組成であるFeOとの間で下記の化学平衡に達する。
CO+FeO = CO2+Fe
ここで、Fe(綱材)とFeO(スケール)が十分に存在しているため、FeとFeOは化学平衡に達し、これに応じてCOとCO2も化学平衡に達する。即ちCOガスの分圧とCO2ガスの分圧の比は、FeOとFeが平衡するCO2分圧とCO分圧の比になる。この化学平衡反応を通じて、酸素(O)の授受が安定的に行われ、酸素分圧または酸素ポテンシャルが高く維持される。
この高い酸素分圧または酸素ポテンシャルのために、酸素(O)が鋼内部へ内方拡散し、鋼中のSi、MnおよびAlと反応して、内部酸化が深く進行する。
COとCO2が存在しない場合には、CO、CO2を介して酸素(O)が供給されず、酸素(O)はスケール(FeO)から鋼に直接的に供給されることになる。鋼中に存在するSi、MnおよびAlが、スケール(FeO)から供給された酸素(O)と反応して、すなわち酸素(O)は消費され、スケールと鋼の界面では酸素分圧または酸素ポテンシャルが低い状態になる。このような状態では、Feが安定的に存在することができ、スケール/鋼界面には還元されたFeが分布する。Feは当然のことながら酸素(O)を有しておらず、酸素(O)を供給することもできない。その結果、内部酸化が進行しなくなる。このように、コイル状に巻かれた鋼板の板間に滞留するCOとCO2のガスを、系外に排出することにより、内部酸化を抑制できることを本発明者が知見した。
そして、コイルの巻き取り温度が600〜900℃であるため、特殊な状況(例えば、コイルを600〜900℃の巻き取り温度のままで保熱する等)を除いて、コイルの鋼板間(隙間)はコイルの周囲の雰囲気との間に温度差が生じており、対流によってガスの流れが確保できる。巻き取ったコイルを、一般的な環境温度(−40℃〜40℃程度)の雰囲気中に置くことによって、コイルと周囲の雰囲気との間の温度差を十分に確保して、対流を生じさせてもよい。なお、巻き取られたコイル内での鋼板温度が高いほど、内部酸化の進行速度は速く、特に、鋼板温度650℃以上での内部酸化の酸化速度が速いが、鋼板温度650℃未満では内部酸化の進行が遅くなり、600℃未満になると内部酸化は進行しなくなる。鋼板温度が600℃以上であれば、コイルの周囲の雰囲気との間に十分な温度差を確保することができ、対流を生じさせることは容易である。
このようにして、鋼材から発生したCO,CO2ガスを、コイルの鋼板間(隙間)から系外(コイルの周囲)に速やかに放出することができる。この作用を利用して、鋼板コイルの板間に滞留するCO、CO2ガスを排出、除去を行うことにより、スケール/鋼界面の酸素分圧または酸素ポテンシャルを低減して、内部酸化の生成を抑制できることを、本願発明者は知見し、本願発明を完成させた。
また、隙間(空間)は、最小厚さが50μm以上とする。隙間(空間)の厚さが小さすぎると、コイルの鋼板間(隙間)と雰囲気との間でのガスの連通が十分に確保できないおそれがあり、その結果、コイル板間のCO、CO2ガスは板間から放出されにくくなり、内部酸化を抑制できない場合がある。隙間(空間)の厚さが50μm以上であれば、ガスの連通が十分に確保でき、内部酸化を抑制できる。
通気性の観点から、鋼板間の隙間(空間)がスペーサーで占有されることは好ましくない。鋼板間に形成される隙間(空間)の90体積%以上をスペーサーのない空間とすることが好ましい。一方で、鋼板間の隙間(空間)を保つように鋼板どうしを支持するために、鋼板間の隙間(空間)の0.3体積%以上をスペーサーの体積が占めることが好ましい。
従って、鋼板間の隙間(空間)においてスペーサーが上記の体積比率を保つように、鋼板面積あたりのスペーサーの量(密度)を調整することが好ましい。
なお、上記では、スペーサーの一例として粉体を用いて説明しているが、スペーサーは粉体に限られるものではない。スペーサーは、鋼板間に挿入でき、鋼板間の隙間(空間)を形成できるものであればよく、鋼材ワイヤーや板状スペーサー等を用いることもできる。
また、鋼材ワイヤーをスペーサーとして用いる場合、ワイヤーの外径をスペーサーの実質的な大きさ(厚み)としてもよい。板状スペーサーをスペーサーとして用いる場合、板状スペーサーの厚さをスペーサーの実質的な大きさ(厚み)としてもよい。
鋼材の熱間圧延の終了時に鋼材をコイル状に巻き取る際、または巻き取る直前に、巻き取られる鋼板の表面にスペーサー(粉体やワイヤー等)を供給し、鋼板どうしの間にスペーサーが挿入されるようにする方法が好ましい。スペーサーは、スペーサーのみで、または水等の液体と混合したスラリー状で、鋼板巻き取り時の鋼板間に供給することができる。スラリー状とすることで、スペーサーの輸送が容易になり、スペーサーの密度調整が容易になり、スペーサー挿入を均等に行うことができるため、スラリー状で供給することがより好ましい。
S=(t-n×d)/(n-1)
板間の隙間が0,35,33μmの場合(No.1、2、5)に内部酸化が生成しており×の評価となった。50μm以上の隙間を確保することで内部酸化の生成を抑制することができた。
まず、スペーサーのない条件での内部酸化について調査した。具体的には、30×30mmに切断した鋼板の四隅に穴を開け、2枚重ね合わせてボルトで締めることで、巻取り時の板の重なりを模擬した状態とした。さらに、加熱雰囲気自体を無酸化雰囲気とした。N2雰囲気中、900℃(γ相域)に加熱して2分間保持した後、10℃/秒で750℃(α相域)に降温して1時間保持し、急冷した。冷却後に、鋼板からサンプル片を切り出して、サンプル片断面を、光学顕微鏡により観察し、内部酸化層の厚みが20μmであることを確認した。
次に、スペーサーを用いて、板間に隙間を作った状態での実験を行った。板間の四隅に厚さ約35μmのステンレス箔を1枚(板間約35μm)あるいは5枚(板間約175μm)挟み、スペーサーを用いない場合と同様に板を2枚重ね合わせた状態とし、スペーサーを用いない場合と同様の条件で加熱、保持、急冷を行った。その結果、箔1枚を挟んだ場合(板間約35μm)には、10μm 近くの内部酸化層の生成が確認された。一方、箔5枚を挟んだ場合(板間約175μm)には、内部酸化層の生成は確認されなかった。板間の隙間が大きくなる程、内部酸化層は薄くなっており、CO、CO2ガスの滞留防止の効果が生じていることが確認された。
Claims (6)
- 質量%で0.5%≦Si≦3.5%,0.5%≦Mn≦5.0%,0.5%≦Al≦5.0%,の1種または2種以上を合計で0.5%以上5.0%以下の範囲で含有し、さらに0.05〜0.8質量%のCを含有する鋼板を、熱間圧延し600〜900℃の温度範囲でコイル状に巻き取り冷却する際に、鋼板間にスペーサーを挿入して、鋼板間に50μm〜1000μmの厚さの隙間を形成して鋼板を巻き取ることを特徴とする、コイル状鋼板の内部酸化を抑制する方法。
- 前記スペーサーは、平均粒径が50μm〜1000μmの粉体を含んでなることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記鋼板間に100μm〜1000μmの厚さの隙間を形成することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記スペーサーは、平均粒径が100μm〜1000μmの粉体を含んでなることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記鋼板間の前記隙間(空間)の90体積%以上を前記スペーサーのない空間とすることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記鋼板間の前記隙間(空間)の0.3体積%以上を前記スペーサーの体積が占めることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
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