(57)【要約】【課題】  酸化抑制機能を持つ薬液を被圧延材である鋼材表面に供給することにより、熱間圧延中の鋼材表面に生成するスケールの成長を抑制するスケール制御方法を提案する。【解決手段】  熱間圧延工程で、圧延鋼材表面に酸化抑制剤を供給することによりスケール生成を抑制する方法において、上記酸化抑制剤としてアスコルビン酸、アスコルビン酸の誘導体およびアスコルビン酸の金属塩のうちの１種または２種以上を含む水溶液を用いることを特徴とする熱間圧延鋼材表面のスケール生成抑制方法。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延工程で、圧延鋼材表面に酸化抑制剤を供給することによりスケール生成を抑制する方法において、上記酸化抑制剤としてアスコルビン酸、アスコルビン酸の誘導体およびアスコルビン酸の金属塩のうちの１種または２種以上を含む水溶液を用いることを特徴とする熱間圧延鋼材表面のスケール生成抑制方法。
【請求項２】
上記酸化抑制剤の供給を、熱間圧延中および／または熱間圧延後に圧延鋼材に噴霧することにより行うことを特徴とする請求項１に記載のスケール生成抑制方法。
【請求項３】
上記酸化抑制剤の供給を、熱間圧延ロールに散布する潤滑油および／または冷却水中に含ませることにより行うことを特徴とする請求項１または２に記載のスケール生成抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延により製造する薄鋼板(熱延鋼帯)、厚鋼板、形鋼、棒鋼および線材等の鋼材の表面に生成するスケールの成長を抑制することができる、熱間圧延鋼材表面のスケール生成抑制方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄鋼板(熱延鋼帯)、厚鋼板、形鋼、棒鋼および線材等の鋼材を熱間圧延して製造する工程においては、素材となるスラブやビレット、ブルーム等を、加熱炉で高温に再加熱してから、所望の寸法、材質となるよう温度や圧下率等を制御して圧延し、その後、冷却水を用いて冷却し、製品とするのが一般的である。上記熱間圧延工程は、大気中で操業するため、被圧延材である鋼材の表面には、スケールと称される厚さ数μm〜数10μmの酸化皮膜が生成する。
【０００３】
上記熱間圧延中に発生するスケールは、厚くなればなるほど、圧延中やその後のハンドリング中に剥離を起こし易くなる。また、そのスケールは、圧延鋼材に比べて硬いため、剥離したスケールが圧延ロールと鋼材間に取り込まれた場合には、鋼材表面に食い込んで、スケール疵あるいは噛み込み疵と呼ばれる表面欠陥を生じる。さらに、剥離したスケールは、圧延ロール以外のロールにも付着して、鋼板表面に押し疵やすり疵等の表面疵を発生させたりする。
【０００４】
また、熱間圧延を終了後、材質制御するために水冷却を行う場合には、スケール性状により冷却速度が変化する。そのため、鋼材表面の一部にスケール剥離が生じた場合には、その部分の冷却速度が他の部分と異なるため、均一冷却ができずに温度ムラを生じる。その結果、材質制御ができなくなったり、材質ばらつきの増大を招いたりする。
【０００５】
そこで、熱間圧延工程では、圧延中に鋼材表面に生成するスケールが成長する前に、高圧水を噴射してスケールを積極的に除去することが行われている。たとえば、薄鋼板(熱延鋼帯)は、図１に示したような設備配列を有する熱間圧延ラインで、以下のようにして製造されている。まず、素材となる鋼片(鋼スラブ)を加熱炉１に装入して、1100〜1300℃の温度に加熱したのち抽出し、加熱炉でスラブ表面に生成した一次スケールを粗圧延前デスケーリング装置(スケールブレーカー)２で除去してから、複数の圧延機で構成される粗圧延機群３で、圧延中に生成した二次スケールを各圧延機の前面および／または後面に設置した粗圧延機間デスケーリング装置４で除去しつつ中間厚まで圧延してシートバーとし、さらにそのシートバーを、その表面に生成した二次スケールを仕上圧延前デスケーリング装置５で除去してから、複数の連続した圧延機からなる仕上圧延機群６で製品板厚まで圧延し、冷却してコイルに巻き取ることにより製造されている。
【０００６】
また、厚鋼板は、図２に示したような設備配列を有する厚板圧延ラインで、以下のようにして製造されている。まず、素材となる鋼スラブを加熱炉１に装入して1100〜1300℃の温度に加熱後、抽出し、デスケーリング装置(スケールブレーカー)２でスラブ表面に生成した一次スケールを除去し、その後、厚板圧延機８で、その前後面に設置されたデスケーリング装置９で圧延中に生成する二次スケールを除去しながら、リバース圧延を繰り返して行い、製品板厚とし、その後、冷却することにより製造されている。なお、形鋼、棒鋼、線材の製造設備およびそれらの製造方法についての詳細説明は省略するが、加熱炉で加熱し、圧延機でデスケーリングしながら圧延し、最後に冷却するといった工程は、上記熱延鋼帯や圧鋼板の製造と同じである。
【０００７】
このように、薄鋼板や厚鋼板、形鋼、棒鋼、線材を製造する熱間圧延工程においては、製品の表面品質を確保するために、高圧水のデスケーリング装置を圧延ラインの各所に設置して、圧延中に生成する二次スケールを可能な限り除去することが行われている。
【０００８】
ところで、スケールに起因する上記問題点を解決する方法としては、スケール除去を行う方法以外に、圧延中に生成する二次スケールを薄くすることが有効である。スケールの厚さを薄くできれば、耐剥離性が向上し、圧延ロールなどによる変形を受けても、スケールは剥離し難くなり、被圧延材の表面に食い込むことも避けられる。また、スケール剥離が無くなれば、被圧延材のスケール厚みを、全長、全幅に亘って均一化できるので、表面品質が向上するだけでなく、圧延後の水冷でも均一冷却が可能となるため、材質の均一化が図れる。さらに、スケールを薄くすることにより、圧延素材のスケールロスを低減できるので、歩留まり向上にも寄与するからである。
【０００９】
そこで、酸化抑制機能を持つ薬液を被圧延材の表面に散布等することにより、被圧延材の表面に生成するスケールの成長を抑制する技術がいくつか開発されている。たとえば、特許文献１には、圧延スタンド間または最終仕上圧延機後の熱間鋼材に、界面活性剤等を含む水溶液の薄膜により形成された泡沫を、冷媒として供給して冷却する方法が提案されている。上記泡沫は、界面活性剤等の発泡剤を含む水溶液中に空気あるいは窒素ガスなどの不活性ガスあるいは還元性ガスを吹き込んで生成した場合には、酸化防止効果があることが記載されている。
【００１０】
また、特許文献２には、脂肪族カルボン酸のアルカノールアミン塩、アンモニウム塩、アルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩の少なくとも１種を含有する水溶液からなるスケール抑制剤を、熱間圧延工程の圧延スタンド間ないしは最終仕上圧延機後の熱間圧延鋼材表面にノズル等から供給するスケール抑制方法が開示されている。この方法によれば、上記抑制剤の有効成分が、鋼材から放射される熱で容易に熱分解し、Ｈ2やＣＯ等の還元性ガスを生成し、そのガス雰囲気が鋼材表面を包囲して表面スケールの生成を抑制することができる。
【００１１】
さらに、特許文献３には、金属の熱間加工時に、シラノールやシロキサン、酸化硼素(硼酸)、水素化硼素のうちの1種以上を組成物とし、水性造膜性無機高分子化合物を、高温の鋼帯に塗布して造膜し、金属の酸化を防止してスケール化を抑制する方法が開示されている。上記水性造膜性無機高分子化合物は、高温状態の鋼板に塗布すると、瞬時に造膜し、酸素を遮断して酸化を抑制し、スケールの成長を抑制する作用効果を有する。
【特許文献１】特開昭６３−２５６２１５号公報
【特許文献２】特開平１０−２６５９７８号公報
【特許文献３】特開２００１−０６２５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来技術は、何れも実用的なものではない。
たとえば、特許文献１の技術は、不活性ガスや還元性ガスを用いて泡沫を形成した場合には、泡沫が崩壊した時に発生する不活性ガスや還元性ガスによって酸欠が起きる危険性がある。そのため、この技術を実施するには、安全上の観点から、圧延設備の全体を覆う付帯設備が必要となり、熱延鋼帯や厚鋼板のような大規模な圧延設備にこれを設置することは現実的ではない。
【００１３】
また、特許文献２の技術は、界面活性剤として、脂肪族カルボン酸のアルカノールアミン塩、アンモニウム塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などを用いているが、これらは、還元能力が低く、酸化抑制効果が小さい。
【００１４】
さらに、特許文献３の技術は、金属の熱間加工時に、水性造膜性無機高分子化合物を高温の金属に塗布して造膜し、酸化を防止する技術であるが、被膜が薄い場合には、皮膜中を酸素や鉄が拡散するため、酸化を抑えることが出来ない。一方、皮膜を厚くすると、酸化を抑えることができるが、加工中に被膜が剥離して、この被膜による噛み込み疵が発生する虞があり、また、剥離した部分のスケール厚みが他の部分と異なるため、その後の冷却において冷却ムラを起こして材質変動の原因となる虞もある。また、水性造膜性無機高分子化合物は、高温ではペースト状であるが、温度が下がると硬化するので、テーブルロールや圧延ロールに付着して、製品への異物付着や表面疵等の原因となったり、あるいは、作業環境を悪化したりする可能性もある。また、酸化硼素は、第２種特定汚染物質に指定されており、使用すること自体が好ましくない。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術とは異なる、酸化抑制機能を持つ薬液を被圧延材である鋼材表面に供給することにより、熱間圧延中の鋼材表面に生成するスケールの成長を抑制するスケール制御方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
発明者らは、酸化抑制機能を持つ薬液を熱間圧延時の圧延鋼材表面に供給することで、熱間圧延時に鋼材表面に生成するスケールの成長を抑制する方法について、各種の薬液を用いて検討を重ねた。その結果、アスコルビン酸もしくはアスコルビン酸の誘導体、アスコルビン酸の金属塩等を含む水溶液は、酸化抑制効果が高く、これを圧延鋼材表面に噴霧等の方法で供給した場合には、スケールの成長を効果的に抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１７】
すなわち、本発明は、熱間圧延工程で、圧延鋼材表面に酸化抑制剤を供給することによりスケール生成を抑制する方法において、上記酸化抑制剤としてアスコルビン酸、アスコルビン酸の誘導体およびアスコルビン酸の金属塩のうちの１種または２種以上を含む水溶液を用いることを特徴とする熱間圧延鋼材表面のスケール生成抑制方法である。
【００１８】
本発明のスケール生成抑制方法は、上記酸化抑制剤の供給を、熱間圧延中および／または熱間圧延後に圧延鋼材に噴霧することにより行うことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のスケール生成抑制方法は、上記酸化抑制剤の供給を、熱間圧延ロールに散布する潤滑油および／または冷却水中に含ませることにより行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、アスコルビン酸やその化合物を含有する水溶液を熱間圧延中の鋼材表面に供給することにより、鋼材表面に生成するスケールの厚みを薄くすることができるので、製品表面のスケールの均質化や、スケールに起因した表面疵の軽減、さらには製品歩留まりの向上に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
発明者らは、熱間圧延において発生するスケールに起因する表面疵を軽減するために、酸化抑制機能を持つ薬液を鋼材表面に供給することにより、鋼材表面に生成するスケールの成長を抑制してその厚さを薄くする方法について、各種の薬液を用いて調査した。その結果、アスコルビン酸もしくはアスコルビン酸の誘導体やアスコルビン酸の金属塩等(以降、「アルコルビン酸化合物」と略記する)を含む水溶液において、最も酸化抑制効果があることを見出した。上記アスコルビン酸化合物の水溶液を熱間圧延鋼材に供給すると、鋼材に先んじてアスコルビン酸化合物が酸化されるのに加え、鋼材が有する熱によって熱分解し、還元性ガスであるＨ2やＣＯ等の還元性ガスが発生して鋼材表面を覆うため、鋼材表面の酸化が抑制され、生成するスケールが薄くなる効果がある。
【００２２】
ここで、上記アスコルビン酸化合物とは、通常ビタミンＣとして知られるＬ−アスコルビン酸やその誘導体であるイソアスコルビン酸(エリトルビン酸)、アルカリ金属を含むアスコルビン酸ナトリウムやアルカリ土類金属を含むアスコルビン酸カルシウムなどを含むものである。アスコルビン酸は、酸化防止剤として食品などに添加されているものであり、人体には無害で安全性が高い。なお、酸化抑制剤として、アスコルビン酸化合物を用いる場合には、工業的によく使用されかつ安価であるイソアスコルビン酸を用いることが好ましい。
【００２３】
アスコルビン酸化合物は、水溶液として、熱間圧延中の鋼材表面に供給方法としては、噴霧することが好ましい。噴霧する水溶液の濃度は、0.05〜30mass％であることが好ましく、経済的には、0.1〜5.0mass％がより好ましい。因みに、アスコルビン酸の水に対する溶解度は、水100ｍｌに対して33ｇである。このアスコルビン酸の噴霧量には、特に制限は無く、要求されるスケール厚みとコストとの兼ね合いから決定すればよい。
【００２４】
上記アスコルビン酸化合物の水溶液の噴霧方法としては、独立した薬液噴霧装置を設置して圧延鋼材の表面に噴霧する方法が好ましい。また、噴霧方式としては、特に限定されるものではなくアスコルビン酸化合物の水溶液を、ポンプなどで加圧してスプレーで直接噴射する方式でもよいし、加圧した空気と混ぜてミストノズルで噴霧する方式でもかまわない。
【００２５】
また、上記アスコルビン酸化合物の水溶液を噴霧する位置は、高圧水を噴射するデスケーリング装置の前方で行うことが好ましい。例えば、上述した熱延鋼帯を製造する熱間圧延ラインで実施する場合には、図３に示したように、粗圧延機群３の前、粗圧延機群３の各圧延機間、粗圧延機群３と仕上圧延機群６の間、仕上圧延機群６の各圧延機間、仕上圧延機群６の出側などに、薬液噴霧装置を設置し噴霧すればよい。また、厚板圧延ラインで実施する場合には、図４に示したように、圧延機の前後面に薬液噴霧装置を設置して、リバース圧延における各パス後に、鋼板を噴霧装置まで搬送して、鋼板全体に亘ってアスコルビン酸の水溶液を噴霧すればよい。
【００２６】
なお、上記アスコルビン酸水溶液の供給方法の説明では、デスケーリング装置の前方に、薬液噴霧装置を設置する例で説明したが、たとえば、噴霧装置としてデスケーリング装置を併用してもかまわない。また、デスケーリング装置と噴霧装置の使い分けは、デスケーリング装置はスケールを剥離させること、噴霧装置はスケール生成を抑制させることが目的で、それぞれ目的が異なることから、デスケーリングの前後に酸化抑制剤を含む水溶液を噴霧するようにすればよい。また、酸化抑制剤のスケール成長抑制効果が大きい場合には、デスケーリングを全パスで行わずに、適宜省略してもよい。
【００２７】
また、上記アスコルビン酸水溶液の供給は、上記薬液噴霧装置を用いて噴霧する方法に限られることなく、例えば、圧延機のロール潤滑で使われる潤滑油中に含有させて供給する方法や、ロール冷却のために供給される冷却水に含有させて供給する方法、熱間圧延後の冷却水中に含有させて供給する方法を用いてもよい。この場合には、鋼板表面に生成するスケールを抑制できるだけでなく、熱間圧延ロールの表面に生成するスケール生成の抑制も可能であるため、表面品質向上効果がさらに向上する。
【実施例】
【００２８】
本発明を、図４に示した厚鋼板の製造ラインである厚板圧延機に適用した実施例について説明する。Ｃ：0.12mass％、Si：0.3mass％、Mn:1.0mass％を含有する、厚さ250mmのスラブを、加熱炉１で1200℃まで加熱した後、デスケーリング装置(スケールブレーカー)２でスケールを除去した後、厚板圧延機８で、デスケーリングと酸化抑制剤の噴霧を行いつつ、 15パスのリバース圧延を行い、板厚 30mm、板幅 3000mmの厚鋼板を製造した。上記デスケーリングは、各パス前の鋼板の表面に、圧延機の前後面に設置したデスケーリング装置９から高圧水を噴射することで行った。また、酸化抑制剤の噴霧は、各パス後の鋼板を薬液噴霧装置１０が設置されている位置まで搬送し、この装置から濃度５mass％のイソアスコルビン酸水溶液を噴霧し、再び厚板圧延機８に戻して次のパスを行う工程を全パスで実施することにより、行った。圧延した厚鋼板は、その後、室温まで放冷し、鋼板の外観を目視観察すると共に、鋼板の一部から試料を切り出して顕徴鏡観察を行い、スケールの厚みを測定した。
なお、比較例として、薬液噴霧をしなかった場合(比較例１)、水を噴霧した場合(比較例２)、特許文献２を模して、濃度５mass％のギ酸ナトリウム、濃度５mass％クエン酸ナトリウム水溶液を噴霧した場合(比較例３，４)および特許文献３を模して、酸化硼素水溶液を噴霧した場合(比較例５)についても同様の調査を行った。ただし、特許文献１の技術については、実用性が低いため実施しなかった。
【００２９】
上記実験の結果を表１に示した。表１の結果から、本発明に係る実施例(発明例)は、濃度５mass％のイソアスコルビン酸水溶液を各圧延パス後に噴霧した例であるが、スケールの厚みが５μmと非常に薄く、表面外観も良好であることがわかる。これに対して、比較例１は、薬液噴霧を行わずに熱間圧延した例であるが、スケールの厚みが25μmと厚く、アバタ状のスケール疵が発生した。また、比較例２は、薬液噴霧装置から水を噴霧して、熱間圧延を実施した例であるが、スケールの厚みが20μmと厚く、アバタ状のスケール疵が発生した。また、比較例３，４は、特許文献２で用いているギ酸ナトリウム水溶液、クエン酸ナトリウム水溶液をそれぞれ薬液噴霧装置から噴霧して、熱間圧延した例であるが、スケールの厚みはそれぞれ10μm、12μmで、比較例１や比較例２よりスケールは薄くなったものの、本発明例よりも厚く、しかもいずれの鋼板表面にも軽微なアバタ状のスケール疵が発生した。上記比較例１〜４において観察された、アバタ状のスケール疵は、圧延中にスケールの一部が剥離して、これが圧延機のロールと鋼板の間に噛み込まれて発生したものである。また、比較例５は、特許文献３で用いている酸化硼素水溶液を薬液噴霧装置から噴霧して熱間圧延した例であるが、スケールの厚みは８μmと、他の比較例１〜４よりも薄くなったものの、本発明の実施例よりも厚く、しかも、軽微なアバタ状のスケール疵が発生した。これは、圧延中にスケールの一部が剥離したことに加えて、酸化硼素の被膜が剥がれ落ち、それらが圧延機内に噛み込まれて発生したものと考えられる。また、テーブルロールに酸化硼素が付着し、作業環境上も問題があった。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
なお、上記実施例では、厚鋼板の製造プロセスにおいて、薬液噴霧装置からアスコルビン酸を噴霧した場合について説明したが、その他の熱間加工プロセス、例えば、熱延鋼帯の圧延プロセスに適用しても同様の効果を得ることができる。さらに、薬液噴霧装置からの噴霧の他、熱延潤滑剤やロール冷却水あるいは鋼板の冷却水にアスコルビン酸を添加しても同様の効果が得られることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の技術は、熱間圧延中のロール潤滑油に酸化抑制剤を添加し、潤滑効果とロールおよび鋼板の酸化抑制とを同時に達成する場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】熱延鋼帯を製造する熱間圧延ラインを説明する図である。
【図２】厚鋼板を製造する厚板圧延ラインを説明する図である。
【図３】熱間圧延ラインに酸化抑制剤噴霧装置を設置した例を示す図である。
【図４】厚板圧延ラインに酸化抑制剤噴霧装置を設置した例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１：加熱炉
２：粗圧延前デスケーリング装置(スケールブレーカー)
３：粗圧延機群
４：粗圧延機間デスケーリング装置
５：仕上圧延前デスケーリング装置
６：仕上圧延機群
７：圧延鋼材の搬送ライン
８：厚板圧延機
９：厚板圧延デスケーリング装置
１０：薬液噴霧装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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