(57)【要約】【要  約】【課  題】  従来の技術では、フェライト系ステンレス鋼の熱間圧延時の酸化スケール欠陥の発生を十分に、あるいは他の表面疵の誘発を招かずには、防止することができない。【解決手段】  連続鋳造されたフェライト系ステンレス鋼のスラブ10を、熱延加熱炉への装入前に、該スラブの表面温度が１３００℃以上に１分以上２０分以下の時間だけ保持されるよう加熱して、該スラブの垂れを防止しつつ、該スラブ表層のＣｒ濃度を低下させ、そのまま、あるいは放冷後、前記熱延加熱炉に装入して均熱し、同炉から抽出後、該抽出以前に生成した１次スケールを熱間圧延機入側でデスケーリングし、２次スケールを生成し易くして、引続き行う熱間圧延における焼き付きを防止する。【選択図】          図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造されたフェライト系ステンレス鋼のスラブを、熱延加熱炉への装入前に、該スラブの表面温度が１３００℃以上に１分以上２０分以下の時間だけ保持されるよう加熱して、そのまま、あるいは放冷後、前記熱延加熱炉に装入して均熱し、同炉から抽出後、該抽出以前に生成した１次スケールを熱間圧延機入側でデスケーリングし、２次スケールを生成し易くして、引続き行う熱間圧延における焼き付きを防止することを特徴とする、表面品質に優れたフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記熱延加熱炉への装入前にする加熱は、酸素燃焼による直火加熱、あるいはインダクションヒータによる誘導加熱にて行うことを特徴とする請求項１に記載の表面品質に優れたフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面品質に優れたフェライト系ステンレス鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェライト系ステンレス鋼では、熱間圧延時に肌荒れと呼ばれる酸化スケール欠陥が発生する場合が多く、特にＣｒやＭｏの添加量が多い鋼種で顕著に発生する傾向にある。この酸化スケール欠陥が発生すると、その後の酸洗工程でも完全には除去できず、冷間圧延後も微小な表面疵として残存し、冷延鋼板の表面品質を劣化させる。ステンレス鋼板では、美麗な表面品質が要求されるため、このような酸化スケール欠陥が発生した場合、これを除去するため、酸洗工程の追加、あるいは、表面研削工程の追加などが必要となり、歩留まりや生産効率の著しい低下を招いていた。
【０００３】
鋼の熱間圧延工程では、連続鋳造により製造されたスラブを加熱炉にて１１５０〜１２５０℃まで再加熱し、熱間圧延に供する。この際、フェライト系ステンレス鋼、特に、ＣｒやＭｏの添加量が多い鋼種では、高温での耐酸化性が高いため、加熱炉にて酸化スケール（加熱炉で生成する酸化スケールを１次スケールという）が生成し難い。この１次スケールの生成が不十分であると、その後の圧延の際、被圧延材とロールとが金属接触することにより、焼き付きが生じ易くなる。すなわち、被圧延材表面に生成された酸化スケールが潤滑材の役割を果たし、焼き付きを抑制しているのであるが、フェライト系ステンレス鋼では、酸化スケールが生成し難いため、焼き付きが生じ易いのである。
【０００４】
従来、このような酸化スケール欠陥をなくそうとした次のような技術が知られている。
特許文献１には、熱間圧延の際、潤滑油を使用することにより、被圧延材とロールの金属接触を防止する方法が記載されている。
特許文献２には、熱間圧延前の被圧延材に、空気酸素ガス、水蒸気などを吹き付けることにより、酸化を促進し、酸化スケールを生成させることにより、金属接触を抑制する方法が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、加熱炉装入前のスラブにグラインダー研削、ショットブラスト加工などを施し、スラブ表面を粗くすることにより、スラブ表面に十分に酸化スケールを生成させ、しかる後に熱間圧延することにより、酸化スケール欠陥の発生を抑制する方法が提案されている。
特許文献４には、熱間圧延前の被圧延材表面に、被圧延材よりも酸化し易い、炭素鋼または低合金鋼の粉末を供給することにより、表面欠陥を防止する方法が記載されている。
【０００６】
特許文献５には、ＣａＯ，ＢａＯ，Ｎａ２Ｏなどを含有するフラックスを用いて連続鋳造することにより、酸化スケールを生成させ、熱間圧延時の焼き付き欠陥を防止する方法が記載されている。
なお、上記の他、特許文献６には、連続鋳造後のオーステナイト系ステンレス鋼に対し、加熱炉装入に先立ってスラブ表層部を１２００〜１３００℃に加熱することにより、冷間圧延後の表面光沢のムラを抑制する方法が記載されているが、これは、オーステナイト系ステンレス鋼のデルタフェライト相を低減することにより、鋼板の組織を変更して冷延鋼板の表面光沢のムラを低減する技術であって、フェライト系ステンレス鋼の熱間圧延時の酸化スケール欠陥防止に関して何ら記載がない。
【特許文献１】特開２００４−２３８４９１号公報
【特許文献２】特開昭６０−１７４２０２号公報
【特許文献３】特開平７−２８４８０４号公報
【特許文献４】特開平５−３２９５０８号公報
【特許文献５】特開２０００−１９７９５０号公報
【特許文献６】特開平１１−１８１５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１〜５に記載の技術には次のような問題がある。
特許文献１に記載の方法では、潤滑油を使用すると、摩擦係数が低下するため、噛み込み不良が生じるという問題がある。圧延の初期では、ロール径に対し、被圧延材の板厚が厚いため、被圧延材がロールに噛み込むためには、十分な摩擦係数が必要であるが、潤滑油を使用すると十分な摩擦係数が得られない。このため、被圧延材がロールに噛み込んだ後、潤滑油の供給を開始するのが一般的であり、こうした場合、潤滑油の効果は被圧延材長手方向全長では得られないため、酸化スケール欠陥の発生を完全に防止することはできないのが実情である。
【０００８】
特許文献２に記載の方法では、熱間圧延途中に特別な吹き付け装置を必要とし、設備の大幅な改造が必要という問題があった。また、Ｃｒ添加量が２０％を超える場合、あるいは、Ｍｏ添加量が１％を超える場合など、高温での耐食性が高い鋼種では、水蒸気などを吹き付けた場合も、酸化スケールはほとんど生成せず、酸化スケールを完全には抑制できないという問題があった。
【０００９】
特許文献３に記載の方法は、酸化スケール生成に有効であるものの、スラブ表面を加工する工程の追加が必要であり、製造コストの点から好ましくない。また、表面加工をした場合も、高温での耐食性が高い鋼種では、酸化スケールの生成が十分ではなく、酸化スケール欠陥を完全には防止できない。
特許文献４に記載の方法では、供給した炭素鋼または低合金鋼の粉末が、圧延後の鋼板表面に残存する場合があり、逆に、表面欠陥が発生する場合があった。
【００１０】
特許文献５に記載の方法では、連続鋳造後、加熱炉に装入する間のスラブ搬送中、スラブに塗布したフラックスが、他のスラブやロールなどに部分的に削り取られる場合があり、そうした場合、十分な効果が得られないなどの問題があった。
また、特許文献２、特許文献３、特許文献５に記載の方法は、いずれも熱間圧延前の被圧延材表面の1次スケールとしての酸化スケールを厚く生成させるものである。一方、熱間圧延時の酸化スケールによる疵を防ぐため、圧延前には高圧水などを噴射してデスケーリングを行っている。したがって、このデスケーリングによって1次スケールとしての酸化スケールが除去される結果、上記の特許文献２、特許文献３、特許文献５に記載の方法ではほとんど焼き付き防止効果が得られなかった。
【００１１】
また、上記の方法で生成させた1次スケールとしての酸化スケールについて、脱スケールを弱めて、残存させると、その表面ががさがさに荒れており、熱間圧延時の疵を誘発して問題であった。
さらに、デスケーリングを全く行わずに熱間圧延すると、酸化スケール以外の、砂や小さい鉄片等が噛み込んで疵となる場合があって問題視されていた。
【００１２】
以上のように、従来の技術では、フェライト系ステンレス鋼の熱間圧延時の1次スケールとしての酸化スケール欠陥の発生を十分に、あるいは他の表面疵の誘発を招かずには、防止することができないという、未解決の課題があった。本発明は、この課題を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）
連続鋳造されたフェライト系ステンレス鋼のスラブを、熱延加熱炉への装入前に、該スラブの表面温度が１３００℃以上に１分以上２０分以下の時間だけ保持されるよう加熱して、そのまま、あるいは放冷後、前記熱延加熱炉に装入して均熱し、同炉から抽出後、該抽出以前に生成した１次スケールを熱間圧延機入側でデスケーリングし、２次スケールを生成し易くして、引続き行う熱間圧延における焼き付きを防止することを特徴とする、表面品質に優れたフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
（２）
前記熱延加熱炉への装入前にする加熱は、酸素燃焼による直火加熱、あるいはインダクションヒータによる誘導加熱にて行うことを特徴とする請求項１に記載の表面品質に優れたフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱間圧延中のフェライト系ステンレス鋼板表面での酸化スケール欠陥の発生を十分に防止することができ、他の表面疵を誘発することもないから、表面品質に優れたフェライト系ステンレス鋼板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
スラブを加熱した際の酸化スケール生成については、加熱温度が高いほど、また、均熱時間が長いほど、酸化スケール生成量が多くなることが知られている。すなわち、連続鋳造で製造したスラブは、これを熱間圧延に先立って再加熱する際、通常、２〜３時間かけて、１１５０〜１２５０℃まで昇温されるが、より高温まで加熱、あるいはより長時間加熱することにより、1次スケールとしての酸化スケール生成量が増加し、そのままで熱間圧延した場合、酸化スケール欠陥が発生し難くなると考えられる。
【００１６】
スラブ再加熱時の酸化スケール生成を促進することにより、焼き付きに起因する酸化スケール欠陥を抑制できる理由は以下のとおりである。
前述のように、圧延時にロールと被圧延材間に酸化スケールが介在することにより、金属接触を抑制するので、圧延前の被圧延材に酸化スケールが生成していることが重要であるが、ＣｒやＭｏの添加量が多いほど、耐酸化性が高く、酸化スケールは生成し難いため、焼き付きが生じ易い。
【００１７】
ところで、スラブ再加熱中に１次スケールは、酸化スケール破片や砂や微小な鉄片などの噛み込み防止の観点から、高圧水によりデスケーリングすることが必須である。すなわち、スラブ再加熱中に酸化スケールを積極的に生成させても、圧延前には、除去されているのである。しかしながら、フェライト系ステンレス鋼の場合、スラブ再加熱時に酸化スケールが生成する際、スラブ表層のＣｒと雰囲気中のＯが反応して、ＣｒＯ、Ｃｒ２Ｏ３などの酸化物（スケール）が生成するので、この反応により、スラブ表層のＣｒ濃度は低下する。このため、１次スケール除去後も、デスケーリングと圧延の間、あるいは、圧延と圧延の間に、新たな酸化スケール（通常、２次スケールと呼ばれる）が生成し易い。
【００１８】
本発明者らはこの点に着目した。
すなわち、熱間圧延前のスラブを十分に酸化させれば、Ｃｒ濃度の高いステンレス鋼であっても、スラブ表層についてＣｒ濃度を低下させることができるので、その後にデスケーリングして１次スケールを除去しても２次スケールが十分に生成して、ロールと被圧延材の金属接触を防止できるのである。この際、従来の、１２５０℃程度の加熱では、スラブ表層のＣｒ濃度の低下が十分ではなく、本発明者らの検討では従来の文献には記載されていない１３００℃以上とすることにより、Ｃｒ濃度が顕著に低下することを把握した。
【００１９】
本発明を完成させるに至った実験について述べる。
実験には、表１に示す化学組成に溶製された３種のフェライト系ステンレス鋼を用いた。各鋼種につき、板厚１ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験片を複数作成し、加熱温度を１１００〜１４００℃、当該温度での保持時間を１〜２０分の範囲内で種々変えた条件で加熱、空冷後、表層近傍のＣｒ濃度、酸化スケール厚を測定した。Ｃｒ濃度はＥＰＭＡ分析により、酸化スケール層と地鉄との界面から、地鉄表層５０μｍの平均Ｃｒ濃度を測定した値で評価し、酸化スケール厚はＳＥＭ観察により、平均酸化スケール厚を測定した値で評価した。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
鋼種Ａ（Ｃｒ２３％含有）における、スラブ表層のＣｒ濃度低下に相当する実験結果を図１、図２に示す。加熱温度が高いほど、また、保持時間が長いほど、酸化スケール量は増加し、表層のＣｒ濃度は低下する。特に、加熱温度が１３００℃以上で、Ｃｒ濃度の低下が顕著であり、保持時間が短い場合も、Ｃｒ濃度が顕著に低下することが分かる。
一方、２次スケールの生成を模擬した実験として、鋼種Ａ，Ｂ，Ｃの各鋼種（供試材）における、加熱温度１１００℃、保持時間１分での酸化スケール厚の測定結果を図３に示す。Ｃｒ濃度の影響は明確であり、Ｃｒ濃度が低いほど、酸化スケールは厚い。
【００２２】
すなわち、Ｃｒ量が２２％を超える、高耐食性ステンレス鋼では、通常のスラブ加熱条件である１２００℃で２０分程度の保持（常温〜３００℃程度から２〜３時間かけて、１２００℃まで昇温する場合、１２００℃を超えるのは長くても２０分程度である）の条件では、酸化スケールはほとんど生成せず、表層のＣｒ濃度は母材とほぼ同等の２１％程度のままである。この場合、２次スケールも含め、酸化スケールの生成はほとんど期待できない。
【００２３】
一方、図２に示すとおり、例えば１４００℃で５分間保持した場合、酸化スケール生成は促進され、表層のＣｒ濃度は、１０％程度まで低下する。Ｃｒ濃度が低下すると、デスケーリングなどで１次スケールが除去された後も、図３に示すとおり、Ｃｒ濃度が２３％では０．５μｍ程度が、Ｃｒ濃度１０％では１０μｍを超えるとおり、２次スケールの成長が期待でき、圧延時の焼き付き防止に有効となることを知見し、本発明を完成させたのである。
【００２４】
しかしながら、フェライト系ステンレス鋼では、１１５０℃以上の温度域でもフェライト単相であり、高温強度が低いため、スラブを１２５０℃を超えて高温まで加熱すると、スラブが垂れるという問題がある。
熱間圧延に先立つスラブ再加熱では、一定間隔に配置されたスキッドでスラブを支えながら、ウォーキングビームでスラブを順次搬送していくわけであるが、スラブ温度が高温になると、スキッドで片持ちとなるスラブ両端部、あるいは、スキッドとスキッドの間で、スラブが垂れるようにクリープ変形してウォーキングビームでの搬送が困難となるのである。このため、特許文献４の実施例などに示されるように、スラブ加熱温度の上限は一般的に１２５０℃程度とされている。スラブ垂れの対策として、スキッド間隔を狭くすることなどが考えられるが、加熱効率が低下するため、実現困難である。また、酸化スケールを増大させるためスラブを長時間加熱することは、生産性の著しい低下を招く。
【００２５】
したがって、熱間圧延のスラブ再加熱の際は、スラブを１３００℃以上の高温に加熱することは困難である。そこで、本発明では、連続鋳造後のスラブが加熱炉に装入される前に、スラブ表層のみ、１３００℃以上に急速加熱し、スラブが垂れないよう短時間にＣｒ濃度を低下させることとした。この際の加熱では、スラブ表層から入熱し、短時間で加熱を終了する。このため、スラブ板厚中央の温度上昇は小さく抑えることが可能であり、スラブの垂れの問題は発生しない。表層のみ急速加熱した後は、従来のスラブの扱いと同様に、可能な限り高温のまま加熱炉に装入し、加熱原単位の削減を図っても良いし、種々の制約などから室温近くまで放冷した後、加熱炉に装入しても良く、いずれも、本発明を妨げるものではない。
【００２６】
本発明において、加熱炉装入前の加熱温度を１３００℃以上に限定した理由は、１３００℃未満の加熱では、表層のＣｒ濃度低下が十分でないためである。また、１３００℃以上に保持する時間を１分以上２０分以下に限定した理由は、１分未満の保持では、表層のＣｒ濃度の低下が十分でないこと、また、２０分を超える保持では、生産性の低下を招き、さらに、スラブの垂れなどの懸念があるためである。なお、加熱炉装入前の加熱温度は、スラブ表面の溶融の観点から、上限を１５００℃とするのが好ましい。
【００２７】
本発明において、加熱炉装入前のスラブの加熱方法は、インダクションヒータによる誘導加熱、または酸素燃焼による直火加熱が好ましい。これは、両方式が加熱効率に優れ、本発明の特徴である、表層部への局所的な短時間加熱に有効であるためである。加熱設備の設置場所は、連続鋳造機の出側や、連続鋳造機から熱延工場への搬送テーブル上とすればよい。また、別ラインに設置された加熱設備を用いても良い。
【００２８】
なお、特許文献２に記載のように、水蒸気雰囲気中では、スラブ表層の酸化が促進されるといわれている。Ｃｒ濃度が高いフェライト系ステンレス鋼の場合、通常の熱間圧延工程での温度範囲（１１００〜１２００℃）では水蒸気噴射の効果はほとんどない。しかしながら、本発明の温度範囲（１３００℃以上、好ましくは１５００℃以下）では、酸化の促進、Ｃｒ濃度の低下に有効であることが確認された。本発明において、加熱炉装入前に水蒸気雰囲気中でスラブ表層を１３００〜１５００℃まで加熱すれば、さらなる効果が期待できる。
【００２９】
図４に本発明の実施に好適な設備列の一例を示す。所定の化学組成に調製された溶鋼を連続鋳造機11にて鋳造してスラブとなし、トーチカッター12にて適当な長さに切断する。通常、連続鋳造機出側のスラブ温度は７００〜９００℃程度である。本発明では、連続鋳造後のスラブを、表層加熱装置13にて、スラブ表層が１３００℃以上（好ましくは１５００℃以下）の温度まで昇温し、その温度に1分以上２０分以下の時間保持されるよう、加熱する。図中、表層加熱装置は、トーチカッターの下流側に連続鋳造機の一部として記載しているが、トーチカッターの上流側に配置しても良く、あるいは、製鋼工場と熱延工場間の搬送経路上に設置しても良く、本発明を何ら妨げるものではない。
【００３０】
スラブ表層を１３００℃以上（好ましくは１５００℃以下）まで加熱されたスラブは、そのまま熱延工場の加熱炉21に装入されても良く、また、放冷により、常温まで温度低下した後、加熱炉に装入されても良い。加熱炉21にて、所定の温度（通常、スラブ板厚平均で１１５０〜１２５０℃）まで均熱されたスラブは、高圧水などを利用したデスケーリング装置22にてスラブ表面の酸化スケールを除去され、場合によって、サイジングプレス設備23にて幅調整された後、粗圧延機列24、仕上げ圧延機列25にて熱延鋼板とされ、冷却帯26で冷却された後、巻き取り機27にてコイルに巻き取られる。
【実施例１】
【００３１】
表２に示す３種の化学組成のフェライト系ステンレス鋼について、それぞれ連続鋳造によりスラブを製造した。従来例では、上記スラブを３００℃まで放冷した後、加熱炉に装入し、１２００℃まで再加熱後、熱間圧延を行った。本発明例では、酸素燃焼を利用した直火加熱により、スラブ表面温度が１３００℃以上で約５分間保持されるよう、スラブを加熱した後、３００℃まで放冷した。その後、加熱炉に装入し、１２００℃まで再加熱後、熱間圧延を行った。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
図５に本発明例において直火加熱によりスラブを急速加熱した際の温度のシミュレーション結果の例を示す。スラブ10は、スラブ搬送路の上下にそれぞれ千鳥状に設置した上下の酸素燃焼バーナー９の間を１ｍ/分で通過させるようにした。スラブ表面は１３００℃以上で約５分（３００秒）間保持できており、また、スラブの板厚平均温度は、１１００℃程度までしか昇温しておらず、スラブの垂れは起こらなかった。
【００３４】
従来例、本発明例のいずれの場合も、加熱炉から抽出後、デスケーリングしつつ３基の圧延機からなる粗圧延機列で３０ｍｍ厚のシートバーまで圧延し、さらに７基の圧延機からなる仕上げ圧延機の入側でデスケーリングして、同仕上げ圧延機により板厚２．５ｍｍまで仕上げ圧延を施した。得られた熱延コイルは連続焼鈍、酸洗処理した。酸洗条件は、ショットブラスト処理を施した後、７０℃の１５０ｇ/ｌ硫酸水溶液に６０秒浸漬し、６０℃の１００ｇ/ｌ硝酸＋５０ｇ/ｌ弗酸水溶液に３０秒浸漬するものとした。
【００３５】
得られた熱延板酸洗コイルの、長手中央部からサンプルを切り出し、表面のスケール疵（酸化スケール欠陥）の発生頻度（コイル長手１ｍあたりの表面疵の個数）を調査した。図６に得られた結果を鋼種別に示す。３種のフェライト系ステンレス鋼のいずれにおいても、本発明例である、加熱炉装入前のスラブを１３００℃以上で約５分間保持したスラブの方が、表面品質に優れていることが分かる。
【実施例２】
【００３６】
実施例２では、本発明例として、実施例１で用いたのと同じ３鋼種の連続鋳造スラブを、スラブ搬送路の上下に配置したインダクションヒータの間を１ｍ/分で通過させ、該通過中のスラブを上下のインダクションヒータによる誘導加熱にて、スラブ表面温度が１３００℃以上の温度に約２分間保持されるように加熱した。この加熱中、スラブの垂れは起こらなかった。この加熱後のスラブはそのまま加熱炉に装入し、１２００℃まで再加熱後、熱間圧延を行った。熱間圧延は実施例１と同じくデスケーリングしつつ圧延する仕様で行い、得られた熱延コイルを実施例１と同じ仕様で連続焼鈍、酸洗し、得られた熱延板酸洗コイルの、長手中央部からサンプルを切り出し、表面のスケール疵（酸化スケール欠陥）の発生頻度（コイル長手１ｍあたりの表面疵の個数）を調査した。その結果、本発明例のサンプルは、各鋼種とも実施例１の場合と同程度に低いスケール疵発生頻度を示し、いずれも表面品質に優れたものであることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】加熱条件と酸化スケール厚の関係を示す線グラフ
【図２】加熱条件と表層Ｃｒ濃度の関係を示す線グラフ
【図３】供試材Ｃｒ濃度と一定時間加熱後の酸化スケール厚の関係を示す線グラフ
【図４】本発明の実施に好適な設備列の一例を示す模式図
【図５】本発明において、搬送中のスラブを直火加熱により急速加熱したときの温度計算結果の例を示す昇温曲線図
【図６】本発明の効果を示す棒グラフ
【符号の説明】
【００３８】
９  バーナー
10  スラブ
11  連続鋳造機
12  トーチカッター
13  表層加熱装置
21  加熱炉
22  デスケーリング装置
23  サイジングプレス設備
24  粗圧延機列
25  仕上げ圧延機列
26  冷却帯
27  巻き取り機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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