(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼片を熱間圧延して、コイルに巻き取り、巻き取ったコイルを冷却水により冷却したのち、バッチ焼鈍し、次いで酸洗する工程で、Ｃｒ：５〜２０ｗｔ％を含有するＣｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯を製造するに当たり、
前記冷却水中の、Ｎａ＋  、Ｋ＋  、Ｍｇ２＋及びＣａ２＋の含有量を下記  （１）式を満たす範囲に制限して冷却することを特徴とする、Ｃｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯の製造方法。
記
２［Ｎａ＋  ］／２３＋２［Ｋ＋  ］／３９＋［Ｍｇ２＋］／２４＋［Ｃａ２＋］／４０≦３（ｍｏｌ／ｌ）  ……  （１）
ただし、［Ｘ］：水中のＸイオンの含有量（ｍｇ／ｌ）
【請求項２】
鋼の組成が、Ｃｒ：５〜２０ｗｔ％のほかに、
Ａｌ：０．０５ｗｔ％以上、Ｔｉ：０．０５ｗｔ％以上から選ばれるいずれか１種または２種を含有することを特徴とする、請求項１に記載のＣｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯の製造方法。
【請求項３】
水中の陽イオン含有量が、下記  （１）式を満足することを特徴とする、Ｃｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯の製造に用いる冷却水。
記
２［Ｎａ＋  ］／２３＋２［Ｋ＋  ］／３９＋［Ｍｇ２＋］／２４＋［Ｃａ２＋］／４０≦３（ｍｏｌ／ｌ）  ……  （１）
ただし、［Ｘ］：水中のＸイオンの含有量（ｍｇ／ｌ）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｃｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯の製造方法およびその製造に用いる冷却水に関し、とくに熱間圧延後の巻き取りコイルを水冷した後、バッチ焼鈍（弱還元性雰囲気中での長時間焼鈍）した際に見られる、表面品質の劣化を改善するためのＣｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯の製造方法とその製造に用いる冷却水に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト系ステンレス鋼などのＣｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯は、通常、熱間圧延した後、焼鈍を施し、次いで酸洗による脱スケールを行って製造される。この焼鈍工程において、フェライト系ステンレス鋼の代表鋼種であるＳＵＳ４３０  （１７ｗｔ％Ｃｒ−０．０６ｗｔ％Ｃ鋼）  の場合には、一般に、バッチ焼鈍炉によって焼鈍（バッチ焼鈍）される。このほか、Ｔｉ添加高純度フェライト鋼、例えばＳＵＨ４０９  （１１ｗｔ％Ｃｒ−０．０３ｗｔ％Ｃ）  も、バッチ焼鈍されることがある。
【０００３】
ところで、このように、熱延鋼帯がバッチ焼鈍工程を経て製造される場合に、熱間圧延後巻き取ったコイル（以下、単に「熱延コイル」と略記する）をバッチ焼鈍炉まで搬送するためには、ハンドリング上の理由から、巻き取ったままの高温の状態から５０℃程度の温度まで冷却することが必要である。
この熱延コイル冷却は、従来から自然空冷により行われていたため、上記温度まで冷却するには５日間程度の長時間を必要としていた。また、自然空冷に代わって強制空冷を採用した場合であっても、３日間程度の長時間を要していた。このような長時間冷却は、必然的に熱延鋼帯の製造工程全体の操業時間に影響を及ぼし、生産性を著しく低下させる要因となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、熱延コイルの冷却に、より冷却効果が大きい水冷を採用すれば、冷却時間ひいては製造工程の大幅な短縮が期待される。
ところが、発明者らが熱延コイルの水冷実験を行ったところ、冷却後にバッチ焼鈍して酸洗した鋼帯の表面に、「雲状模様」と呼ばれるまだら模様の表面欠陥が生じることが分かった。そして、この欠陥は、鋼帯の中央部よりも幅方向および長さ方向の端部近傍に多く分布するという特徴を持つものであった。
【０００５】
一旦雲状模様が酸洗後の熱延鋼帯の表面に発生すると、この欠陥は、その後冷間圧延−焼鈍（仕上げ焼鈍）−酸洗の工程を経て冷延鋼帯とした後にも残留するため、鋼帯製品の表面品質を著しく低下させてしまう。
このような状況から、通常の方法で熱延コイルを水冷処理して、鋼帯表面の品質を確保することは困難であり、一般的な水冷の採用は実質的に不可能であった。したがって、フェライト系ステンレス鋼をはじめとするＣｒ含有フェライト鋼の熱延コイルをバッチ焼鈍する際には、依然として長時間の空冷を行わざるを得ず、生産性の向上が阻害されていた。
【０００６】
そこで本発明の目的は、従来技術が抱えていた上記問題を解決し、熱延コイルを水冷しても、バッチ焼鈍−酸洗の後の鋼帯表面に、雲状模様を生じることがないＣｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯の製造技術を確立することにある。そして本発明は、熱延コイルの水冷を実現することにより、バッチ焼鈍工程で製造されるフェライト系ステンレス鋼などのＣｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯の一層の生産性向上を可能にすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題を解決するために、雲状模様が発生するメカニズムと発生原因の解明を行い、以下の知見を得た。
（１）雲状模様は、熱間圧延終了後の鋼帯表面に存在するスケールが熱延コイルの水冷により部分的に変質し、この変質部分ではバッチ焼鈍中の地鉄表面層の粒界酸化が顕著となり、その後の酸洗工程において粒界浸食が生じ、この領域が結果的に雲状模様として検知されたものである。
（２）バッチ焼鈍中の粒界酸化が、特に熱延コイルを水冷した鋼帯で促進されるのは、冷却水中に含まれるＮａ＋  、Ｋ＋  、Ｍｇ２＋及びＣａ２＋などの陽イオンが、水冷に伴って熱間圧延後の鋼帯表面に存在するスケール中に濃縮するためである。
そして、粒界酸化を抑制し、雲状模様の発生を防止するためには、冷却水に含まれる陽イオン量を抑制することが効果的であることを見いだした。
【０００８】
これらの知見に基づき完成した本発明は、
鋼片を熱間圧延して、コイルに巻き取り、巻き取ったコイルを冷却水により冷却したのち、バッチ焼鈍し、次いで酸洗する工程で、Ｃｒ：５〜２０ｗｔ％を含有するＣｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯を製造するに当たり、
前記冷却水中の、Ｎａ＋  、Ｋ＋  、Ｍｇ２＋及びＣａ２＋の含有量を下記式：
２［Ｎａ＋  ］／２３＋２［Ｋ＋  ］／３９＋［Ｍｇ２＋］／２４＋［Ｃａ２＋］／４０≦３（ｍｏｌ／ｌ）
ただし、［Ｘ］：水中のＸイオンの含有量（ｍｇ／ｌ）
を満たす範囲に制限して冷却することを特徴とする、Ｃｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯の製造方法である。
【０００９】
上記発明は、成分組成として、Ａｌ：０．０５ｗｔ％以上、Ｔｉ：０．０５ｗｔ％以上から選ばれるいずれか１種または２種を含有する、フェライト系ステンレス鋼をはじめとするＣｒ含有フェライト鋼に対して特に有効である。
【００１０】
さらに、本発明は、水中の陽イオンの含有量が下記式：
２［Ｎａ＋  ］／２３＋２［Ｋ＋  ］／３９＋［Ｍｇ２＋］／２４＋［Ｃａ２＋］／４０≦３（ｍｏｌ／ｌ）
ただし、［Ｘ］：水中のＸイオンの含有量（ｍｇ／ｌ）
を満たすことを特徴とする、Ｃｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯の製造に用いる冷却水である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。
一般の水には、Ｎａ＋  、Ｋ＋  、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋等の陽イオンが存在する。これらの陽イオンを含んだ冷却水を使用して熱延コイルを冷却すると、陽イオンが熱延コイルのスケール中に侵入し、濃縮される。スケール中にこれら陽イオンが多量に存在した場合に、粒界酸化が促進される機構は必ずしも明らかではないが、発明者らは以下のように推測している。
熱延コイルに生成するスケールは、主にｎ型半導体酸化物であるＦｅ２Ｏ３  ，  Ｆｅ３Ｏ４  で構成される。そしてこのスケール中で、Ｆｅの大半はＦｅ３＋となっているものと考えられる。熱延コイルの水冷により、かかるスケール中に、Ｎａ＋  、Ｋ＋  、Ｍｇ２＋及びＣａ２＋が侵入した場合、Ｆｅ３＋がＮａ＋  、Ｋ＋  、Ｍｇ２＋及びＣａ２＋に置換される。ここで、スケールを電気的に中性に保とうとする作用が働く。すなわち、Ｆｅ３＋が価数の小さいＮａ＋  、Ｋ＋  、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋に置換された場合、その電荷を補うために酸素イオン空孔濃度が増加する。その後、熱延コイルをバッチ焼鈍した際に、酸素の熱延コイル内部への拡散が増大し、粒界酸化が促進される。
この推定に立てば、スケール中のＮａ＋  、Ｋ＋  、Ｍｇ２＋及びＣａ２＋をできるだけ少なくすることにより、酸素イオン空孔濃度が減少して、粒界酸化を抑制することが可能になる。
【００１２】
発明者らは、上記の仮定に基づいて、コイル冷却水中のＮａ＋  、Ｋ＋  、Ｍｇ２＋及びＣａ２＋の含有量を変化させて、種々の冷却実験を試み、かかる金属イオン含有量を制御することの有効性を確認した。
すなわち、雲状模様を抑制するためには、冷却水中のＮａ＋  、Ｋ＋  、Ｍｇ２＋及びＣａ２＋の含有量を所定の量以下に低減することが肝要であり、具体的には、冷却水中の陽イオン濃度を２［Ｎａ＋  ］／２３＋２［Ｋ＋  ］／３９＋［Ｍｇ２＋］／２４＋［Ｃａ２＋］／４０、ただし、［Ｘ］：水中のＸイオンの含有量（ｍｇ／ｌ）  、にして３（ｍｏｌ／ｌ）以下、好ましくは１．８  （ｍｏｌ／ｌ）以下まで低減する必要がある。
【００１３】
上式で表される冷却水中の陽イオン含有量が上記上限値を超えると、粒界酸化が顕著になり、雲状模様が目立つようになる。陽イオン含有量はこの範囲で低いほど好ましいが、過度な低減は処理工程の増大、コストの上昇を招くので、実用的には０．０６  ｍｏｌ／ｌ〜３  ｍｏｌ／ｌの範囲が好適である。なお、実験的には０．００６ｍｏｌ／ｌまで実現できることを確認している。
冷却水中の陽イオン含有量を減少させる方法としては、例えば、イオン交換樹脂による冷却水処理が挙げられる。また、ゼオライトなどの多孔質無機物による処理と組み合わせてもよい。
【００１４】
本発明は、バッチ焼鈍を行う領域である、Ｃｒ：５〜２０ｗｔ％を含有するＣｒ含有フェライト鋼に適用した場合に、大きな効果が発揮される。焼鈍時間の短い連続焼鈍に対し、バッチ焼鈍は焼鈍時間が長く、酸化が促進する時間が長いため、本発明のように空孔濃度を抑制しておくことが、雲状模様の発生防止に効果があるのである。Ｃｒ量が５ｗｔ％に満たない鋼では、再結晶温度の低下のため、普通鋼と同様にコイル巻き取り後の自己焼鈍により再結晶化が可能となり、バッチ焼鈍を行う必要がない。一方、Ｃｒ量が２０ｗｔ％を超える鋼では、オーステナイト変態温度の上昇により、γループ領域が減少し、結果的に連続焼鈍が可能になるので、バッチ焼鈍を行う必要がない。したがって、本発明の効果が顕著に現れるのは、Ｃｒ：５〜２０ｗｔ％を含有するＣｒ含有フェライト鋼である。
また、バッチ焼鈍による酸化は粒界で促進しやすい。バッチ焼鈍中の粒界酸化は、ＡｌやＴｉといった酸化しやすい元素を含む鋼種で顕著であり、雲状模様の発生傾向はこれらの鋼種で強く現れる。この観点から、本発明は、Ａｌ：０．０５ｗｔ％以上、Ｔｉ：０．０５ｗｔ％以上の少なくとも一方の元素を含有するＣｒ含有フェライト鋼、とりわけフェライト系ステンレス鋼において、一段と大きな効果が発揮される。
【００１５】
【実施例】
表１の化学成分を有するＳＵＳ４３０鋼片を熱間圧延後、コイルに巻き取り、巻き取った熱延コイルを、表２に示すイオンを含む冷却水を噴射して、５０℃以下まで冷却した。ここに、表２中の冷却水１〜３については、陽イオン交換樹脂を用い、処理水流量を変えることによってイオン含有量を変化させた。その後、ガス組成１０  ｖｏｌ％Ｈ２  、９０  ｖｏｌ％Ｎ２  、および不可避的に混入するＯ２  、Ｈ２  Ｏなどよりなり、露点が−２０℃の雰囲気でバッチ焼鈍を行った。焼鈍パターンは、２０℃／ｈで８５０℃まで昇温、８５０℃で８ｈの均熱、−１５℃／ｈで２００℃まで降温するものとした。
得られたバッチ焼鈍後の熱延鋼帯をショットブラストした後、８０℃の２０ｗｔ％硫酸水溶液中で６０ｓｅｃ  浸漬→６０℃の３ｗｔ％弗酸と１５ｗｔ％硝酸の混合水溶液中で３０ｓｅｃ  浸漬の条件で酸洗した。
以上の工程の途中過程で採取したバッチ焼鈍後の熱延鋼帯について、圧延方向断面の５０視野について顕微鏡組織観察（倍率４００倍）して、各視野の粒界酸化の最も深い場所３０点について深さを測定し、その平均値を求めた。また、酸洗後の鋼帯表面を目視観察して、表面の雲状模様の発生程度を４段階で評価した。これらの結果を表３にまとめて示す。
【００１６】
【表１】
0003567789.tif 000002
【００１７】
【表２】
0003567789.tif 000003
【００１８】
【表３】
0003567789.tif 000004
【００１９】
これらの結果から、陽イオンを２［Ｎａ＋  ］／２３＋２［Ｋ＋  ］／３９＋［Ｍｇ２＋］／２４＋［Ｃａ２＋］／４０≦３（ｍｏｌ／ｌ）  の範囲で含む冷却水を用いて冷却した発明法では、粒界酸化の程度が小さく、また雲状模様が発生しない熱延鋼帯が得られることがわかる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱間圧延後巻き取ったコイルの冷却を、Ｎａ＋  、Ｋ＋  、Ｍｇ２＋及びＣａ２＋を所定量以下に制限した冷却水により行うようにしたので、熱間圧延後のバッチ焼鈍における粒界酸化が小さく、酸洗後に危惧された雲状模様の発生を回避することが可能になる。したがって、本発明は、表面品質を損なうことなくコイル水冷が可能になるので、バッチ焼鈍工程によるＣｒ含有フェライト鋼熱延鋼帯の製造所要日数を、従来よりも短縮することが可能になり、生産性の向上に大きく寄与する。