(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．３〜１．５質量％のＮｉ、０．００１〜０．５質量％のＳｉを含有するブレーキディスク用の鋼材の加熱過程で生成する酸化スケールを除去する方法であって、前記鋼材の加熱前および/または加熱中にＳｉ含有物を、鋼材表面に、鋼材表面積あたりＳｉ換算で８５〜６００ｇ／ｍ２の量を配置した後、前記加熱を１１７０℃以上１３００℃以下の温度で１５分以上１０時間以下行い、その後高圧水デスケーリングを行うことを特徴とする、酸化スケールの除去方法。
【請求項２】
前記Ｓｉ含有物は、前記鋼材の表面の一部に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｓｉ含有物は、金属Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２のいずれかまたはその組み合わせである、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記加熱は、熱間加工のための加熱である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記加熱時を燃焼ガス雰囲気で行う場合の空気比を1.02以上1.2以下の範囲とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｓｉ含有物を配置する鋼材として、表面に厚さ１０μｍ以上の酸化スケールを有する状態で供する、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記Ｓｉ含有物を、鋼材の加熱時間に応じて下記の範囲とする、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の方法
１１７０℃以上の加熱時間が１５分以上１時間未満の場合に、Ｓｉ換算で８５ｇｍ−２以上３００ｇｍ−２未満
１１７０℃以上の加熱時間が１時間以上４時間未満の場合に、Ｓｉ換算で１５０ｇｍ−２以上５００ｇｍ−２未満
１１７０℃以上の加熱時間が４時間以上１０時間未満の場合に、Ｓｉ換算で２５０ｇｍ−２以上６００ｇｍ−２以下。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、０．３〜１．５％Ｎｉ、０．００１〜０．５％Ｓｉを含有する鋼材、特にブレーキディスク材、を熱間加工する前の鋼材の加熱過程で生成する酸化スケールを高圧水で除去する方法に関係する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｉは鋼材強度を上げたり、靭性を向上させたり、耐食性を上げたり、まためっき密着性を向上させる等の作用を有することから、合金添加元素として広く利用されている。例えば、Ｎｉ含有鋼は、低温用の溶接構造用鋼材として液体タンク等に広く利用されたり、ブレーキディスク材として利用されたりしている。
【０００３】
ところで、合金鋼の加熱過程や圧延過程において合金元素を含む鉄酸化物（スケール）が生成する。スケールが鋼表面に残ったまま熱間加工されると、スケールが鋼内に押し込まれてスケール疵となり、製品の表面品質を悪化させる。
【０００４】
特に、Ｎｉを含有する鋼材では加熱時に生成するスケールと鋼との密着性を高める作用があるため、高圧水によるデスケーリングを行ってもスケールを除去しにくいという問題がある。約１％のＮｉを含有するブレーキディスク材の熱間鍛造を行う際に、鍛造前にスケールが除去出来ていないと鍛造後にスケール疵の原因となる。
【０００５】
この問題に関連して、特許文献１では、デスケーリングが困難なＮｉ含有鋼の表面を機械的に研削した後、酸化防止剤を塗布して加熱し、圧延することにより、酸化スケールの生成自体を抑制する方法を提案している。しかしながら、特許文献１は、酸化スケールは低減するものの、生成する酸化スケールの除去が困難である点は解決できていない。
【０００６】
特許文献２は、Ｓｉを含有する鋼材はデスケーリング性が低いという課題に関するものである。そのデスケーリング性が低い原因を、Ｓｉを含有する鋼材のスケール内に生成するＦｅ−Ｓｉの酸化物であると考え、１度デスケーリングを行った後に鋼材を再加熱することで、Ｆｅ−Ｓｉの酸化物と鋼の間に新たなＦｅＯ層（デスケーリングが容易）を生成させ、再度デスケーリングすることを提案している。特許文献２は、２度目のデスケーリング、そのための再加熱が必要であるので、操作が煩雑であり且つ高コスト化しやすい、また、Ｎｉ含有鋼でデスケーリング可能であるかどうかは記載していない。
【０００７】
特許文献３は、Ｎｉ含有鋼に、酸化防止塗料を塗布して、均熱炉などの高温酸化雰囲気中（１１００℃以下）における酸化スケールの発生を防止することを提案している。特許文献３では、当然のことながら、酸化防止塗料を塗布した箇所でしか、その酸化防止効果は得られない。そして、特許文献３も、生成した酸化スケールの除去が困難である点は解決できていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２１２６７１号公報
【特許文献２】特開平６−２６９８４１号公報
【特許文献３】特開平１１−２２２５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記に鑑みて、本発明は、Ｎｉ含有鋼材のデスケーリング性を改善して、表面疵の発生を抑制する、新規な方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、鋭意検討の結果、Ｎｉ含有鋼の表面の一部に所定のＳｉ含有物を配置し、加熱することにより、Ｎｉ含有鋼の表面全面においてデスケーリング性が著しく改善することを知見し、本発明を完成させた。
【００１１】
本発明により、以下の手段が提供される。
［１］０．３〜１．５質量％のＮｉ、０．００１〜０．５質量％のＳｉを含有する鋼材の加熱過程で生成する酸化スケールを除去する方法であって、前記鋼材の加熱前および/または加熱中にＳｉ含有物を、鋼材表面に、鋼材表面積あたりＳｉ換算で８５〜６００ｇ／ｍ２の量を配置した後、前記加熱を１１７０℃以上１３００℃以下の温度で１５分以上１０時間以下行い、その後高圧水デスケーリングを行うことを特徴とする、酸化スケールの除去方法。
［２］前記Ｓｉ含有物は、前記鋼材の表面の一部に配置される、［１］に記載の方法。
［３］前記Ｓｉ含有物は、金属Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２のいずれかまたはその組み合わせである、［１］または［２］に記載の方法。
［４］前記加熱は、熱間加工のための加熱である、［１］〜［３］のいずれか１項に記載の方法。
［５］前記鋼材は、ブレーキディスク材である、［１］〜［４］のいずれか１項に記載の方法。
[６]    前記加熱時を燃焼ガス雰囲気で行う場合の空気比を１．０２以上１．２０以下の範囲とする、請求鋼１〜請求項５のいずれか１項に記載の方法。
[７]  前記Ｓｉ含有物を配置する鋼材として、表面に厚さ１０μｍ以上の酸化スケールを有する状態で供する、請求鋼１〜請求項６のいずれか１項に記載の方法。
[８] 前記Ｓｉ含有物を、鋼材の１１７０℃以上での加熱時間に応じて下記の範囲とする、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の方法
１１７０℃以上の加熱時間が１５分以上１時間未満の場合に、Ｓｉ換算で８５ｇｍ−２以上３００ｇｍ−２未満
１１７０℃以上の加熱時間が１時間以上４時間未満の場合に、Ｓｉ換算で１５０ｇｍ−２以上５００ｇｍ−２未満
１１７０℃以上の加熱時間が４時間以上１０時間未満の場合に、Ｓｉ換算で２５０ｇｍ−２以上６００ｇｍ−２以下。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来困難であったＮｉ含有鋼のデスケーリングを容易に行うことができる。そのため、その後の加工においてスケール疵を抑制できる。加えて、本発明では、鋼材の表面の一部にＳｉ含有物を配置するだけで、鋼材の全面でデスケーリングが容易であり、またＳｉ含有物として、入手が容易なＳｉＯ２等を利用できることから、低負荷、低コストでの運用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】Ｎｉ含有鋼に生成する酸化スケールの模式図。
【図２】Ｎｉ含有鋼に通常のデスケーリングをした場合の酸化スケールの除去状況を示す模式図。
【図３】本発明を用いて、Ｎｉ含有鋼にデスケーリングをした場合の酸化スケールの除去状況を示す模式図。
【図４】Ｓｉ含有物以外の物質を用いて、デスケーリングをした場合の酸化スケールの除去状況を示す模式図。
【図５】Ｓｉ含有物の移動（鋼材上面から下面への回り込み）の確認する実験方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明により、０．３〜１．５質量％Ｎｉ、０．００１〜０．５質量％Ｓｉを含有する鋼材の加熱過程で生成する酸化スケールを高圧水で除去する方法であって、前記鋼材の加熱前および/または加熱中にＳｉ含有物を、鋼材表面に、鋼材表面積あたりＳｉ換算で８５〜６００ｇ／ｍ２の量を配置した後、前記加熱を１１７０℃以上１３００℃以下の温度で１５分以上１０時間以下行い、その後高圧水デスケーリングを行うことを特徴とする、酸化スケールの除去方法、が提供される。
【００１５】
特定の理論に拘束されるものではないが、Ｎｉ含有鋼のデスケーリングが困難である原因は、以下であると考えられる。
Ｎｉを含有する鋼材を酸素雰囲気中で加熱すると、図１に示すようなスケールが生成する。いちばんの特徴は鋼とスケールとが入り組んだ内部酸化層を形成することである。その上部に外層スケールと内層スケールが生成する。外層スケールは、主に鉄の外向き拡散により成長したスケールであって、緻密な構造であるのに対して、内層スケールは、主に酸素の内向き拡散により成長したスケールであって、内部に多くのボイドを有する。内部酸化層は、酸素が鋼（地金）内に拡散し、鉄の酸化物が析出した層である。
【００１６】
内部酸化層では、ＮｉがＦｅより貴なためＦｅが選択的に酸化され、Ｎｉが取り残されて次第に濃化される。Ｎｉの濃化した層ではＮｉよりも酸化しやすいＦｅが酸化されるため、Ｎｉの濃化した層内にＦｅが酸化物として分散する内部酸化層を形成する。内部酸化層は、Ｎｉが濃化した鋼に内部酸化したＦｅの酸化物が食い込んだ形で残存するため、スケールが地鉄の探さ方向に食い込んだ状態となり、この内部酸化層（特に濃化部）がスケールを鋼につなぎとめる作用（アンカー効果）が生じる。
その結果スケールの除去は困難となり、高圧水によるデスケーリングを施しても、外層スケール、内層スケールを含めたスケール全体のデスケーリングが困難である（図２）
【００１７】
本発明によれば、加熱前および/または加熱中にＳｉ含有物を、鋼材表面に、鋼材表面積あたりＳｉ換算で８５〜６００ｇ／ｍ２の量を配置した後、前記加熱を１１７０℃以上１３００℃以下の温度で１５分以上１０時間以下行う。これにより、スケールをデスケーリングしやすい構造に変えることができる。模式的な図３を参照しながら説明すると、Ｓｉ含有物が加熱されて、スケール内に液相成分を生成させる。その液相成分がスケール内に浸透し、スケールの粒界での結合を弱めることで外層スケールと内層スケールとからなるスケールを剥離させやすい状態とすることが出来る。（図３）
【００１８】
液相成分は、Ｓｉ含有物と鋼材中のＦｅに由来する、Ｓｉ−Ｆｅ系酸化物である。ＦｅＯとＦｅ２ＳｉＯ４との共晶点が１１７０℃であるため、前記のＳｉ−Ｆｅ系酸化物は１１７０℃以上で液相成分となる。したがって、加熱温度の下限を１１７０℃とする。加熱温度の上限は、Ｓｉ−Ｆｅ系酸化物が液相である限り特に限定されるものではないが、１３００℃とした。その理由は、１３００℃を超えると内部酸化層（特に濃化部）が溶融しており、デスケーリングはさらに容易であるが、スケールロスが大きくなり、熱エネルギーの損失にもなるので、好ましくないからである。
【００１９】
加熱前および／または加熱途中で鋼材表面にＳｉ含有物を乗せると、１１７０℃以上の状態では、鋼材からスケール内を外側に拡散するＦｅが、スケール表面で新たなスケールを形成するため、スケール内にＳｉ含有物が取り込まれて、スケール内にＦｅ−Ｓｉ系の液相酸化物を生成させることができる。そして、このＦｅ−Ｓｉ系の液相酸化物は、スケール内を容易に移動することができ、スケール/鋼（内部酸化層）界面にも浸透する。スケール/鋼（内部酸化層）界面まで浸透するためにかかる時間は、１１７０℃であれば、１５分である。加熱時間は、１５分以上であれば特に制限はないが、１０時間を上限とした。それ以上長くしても、効果は飽和しており、熱エネルギーの損失になると考える。
【００２０】
さらに、Ｆｅ−Ｓｉ系の液相酸化物は、スケール内を容易に移動する性質があることから、数十ｃｍ程度の距離を動くことも可能である。そのため、スケール内に浸透させるＳｉ含有物は、必ずしも鋼材表面の全面に均一に塗布や張り付ける必要はなく、鋼材表面の一部に配置した場合、不均一に散布した場合であっても、鋼材全面のデスケーリング性を改善できる。具体的には、鋼材表面の上面（おもて面）の一部に配置したＳｉ含有物が、鋼材の側面や下面（裏面）にまで回り込み、鋼材全面のデスケーリング性を改善できる。
【００２１】
Ｓｉ含有物を配置させるための手段に、特に制約はなく、液体塗料の形態で塗布してもよく、シートの形態で貼付してもよく、塊状物や粉体の形態で載せ置くだけでもよい。もっとも、好ましくは、実施に適した条件で、鋼材の上面（おもて面）にのみＳｉ含有物を塗布または貼り付けることである。この塗布または貼り付けは必ずしも均一である必要はない。このようにして、本発明では図３に示すように、加熱前に、鋼材表面にＳｉ含有物を配置すると、１１７０℃以上の高温で１５分以上加熱する間に、スケール内にＦｅ−Ｓｉの液相酸化物がスケールの粒界を通して浸透し、スケール全体およびスケール/鋼（内部酸化層）界面まで分布する。したがって、その後の高圧水デスケーリングで外層スケールと内層スケールを除去することができる。尚、Ｓｉ含有物は、加熱前だけでなく、加熱中にスケール表面に配置しても、例えば塗布または貼り付けても同様の作用を有する。
また、本発明における高圧水デスケーリングとは、９００℃以上の高温の鋼材表面に、３MPa以上１００MPa以下の高圧水をノズルから噴射することで、鋼材表面のスケールを剥離させて除去する方法をいう。
【００２２】
これに対して、Ｓｉ含有物以外の物質を用いた場合、つまり、スケールと反応して生成する液相酸化物がスケール内に浸潤する性質をもたない物質を用いた場合、図４に示すように、加熱前および/または加熱中に配置した物質は、外層スケールと内層スケールの間にとどまる。これは外層スケールがＦｅイオンの拡散で外方に成長する性質をもち、内層スケールが酸素の内方移動で成長する性質をもつことと、溶融した液相酸化物がスケール内を移動できないためである。このような状態で、デスケーリングを行うと、液相酸化物とその上の外層スケールは除去できるが、内層スケールを除去することは困難である。
【００２３】
なお、従来の酸化防止剤は、鋼材表面が加熱時に酸化するのを防止するために用いられ、その基本原理は鋼材の表面から酸素を遮断するものである。そのため、酸化防止剤は、酸化をさせたくない箇所にはその全面を均一に塗布することが必要である。また、酸化防止剤は高い密着性が必要である。なぜなら、わずかなクラックからであっても酸素が浸入し鋼材表面へ到達することがあるので、塗布後に微細な剥離が生じたり、加熱時に酸化防止剤が発泡したりしないようにする必要がある（例えば特許文献３を参照）。このように、酸化防止剤は鋼材にしっかり密着して使用されるものであるので、酸化防止剤を液相にしてスケール内を移動させることは想定されていない。
【００２４】
Ｓｉ含有物を鋼材表面に配置する量は、鋼材表面積あたりＳｉ換算で８５〜６００ｇ／ｍ２である。ここで、鋼材表面積とは鋼材の表面と裏面と側面の面積の合計である。配置する量が８５ｇ／ｍ２未満であると、Ｆｅ−Ｓｉ系液相酸化物のスケール全体およびスケール/鋼（内部酸化層）界面への分布が十分でなく、デスケーリング性が向上しないことがある。デスケーリング性向上の観点からは、Ｓｉ含有物を配置する量は多いほど好ましく、配置する量の上限は特に限定されない。ただし、配置する量が６００ｇ／ｍ２を超えると、Ｆｅ−Ｓｉ系液相酸化物の余剰分が鋼材から加熱炉内にこぼれ落ちやすくなり、デスケーリング性能の向上に寄与しないだけでなく、こぼれ落ちた液相酸化物が加熱炉内の耐火物を損傷させることがある。そのため、Ｓｉ含有物を配置する量は、６００ｇ／ｍ２を上限とする。
【００２５】
Ｓｉ含有分としては、Ｓｉを含んでいる限り特に限定されるものではなく、金属Ｓｉ，  ＳｉＣ，  ＳｉＮ、ＳｉＯ２のいずれかまたはその組み合わせを使うことができる。安定で取扱いが容易であり、入手も容易であり、且つ安価なため、シリカ（ＳｉＯ２）を用いてもよい。
【００２６】
本発明で取り扱う鋼材は、０．３〜１．５質量％のＮｉを含有する。Ｎｉ含有率が高いほど、デスケーリングは困難となるが、Ｎｉ含有率が０．３％未満である場合には、本発明を用いなくとも、一般的なデスケーリング手法によって、デスケーリング可能である。Ｎｉ含有率が０．３％以上である場合に、デスケーリングが困難になり、本発明の効果が明確に現れる。Ｎｉ含有率が１．５％を超えると、本願発明を用いてもデスケーリングが困難である。
【００２７】
本発明で取り扱う鋼材は、０．００１〜０．５質量％のＳｉを含有する。  Ｓｉは、強度を確保したり、溶接性を向上させたりする観点から、鋼材に添加される元素であって、求める性能に応じて適宜添加してもよい。ただし、Ｓｉ含有量を０．００１％未満にするにはコストの上昇を招くことから、これを下限とする。また、Ｓｉは０．５％超を含むと、１１７０℃以上では本発明を用いなくてもデスケーリング性がよい。これは、鋼材が加熱されてスケールを形成する際に、鋼材中に含まれるＳｉ分によって、Ｆｅ−Ｓｉ系の液相酸化物が形成され、デスケーリング性を向上させるからである。そのため、本発明で取り扱う鋼材は、Ｓｉ含有量の上限を０．５質量％とする。
【００２８】
これら以外の鋼に含有する化学成分は、Ｃで０．００１〜１．０％、Ｍｎで０．００１〜２％、Ｐで０．００１〜０．１％、Ｓで０．００１〜０．１％の範囲の組成であれば、本発明範囲のデスケーリング性に影響を与えることはなく、本発明の作用を享受できる。
Ｃは、安価に強度を確保するために有効な元素であるが、添加量が多くなると加工性が低下するため、０．００１〜１．０％とする。
Ｍｎも強度の改善に添加される元素である。Ｍｎによる強度改善効果はＭｎ含有量が多いほど大きい。しかし、Ｍｎ含有量が２％を超えても、添加量に伴い強度は増大するものの加工性を劣化させる。そのため、Ｍｎ含有量を０．００１〜２％とする。
Ｐも強度の改善に有効な合金元素であるとともに、Ｐ系の酸化物は、共晶温度を低下させ液相が増加するため、スケールの剥離性は良好となる。しかし、０．１％を超えて含有させてもスケールの剥離性におよぼす効果は飽和するとともに、粒界脆化が起こりやすくなり加工性が劣化するため、上限は０．１％とする。
Ｓは、本来不純物であり、多量に含有すると冷間または熱間加工性を害するので、可能な限り少ないことが好ましいが、通常不可避的に含有される０．１％以下であれば本発明上何ら問題はない。
【００２９】
本発明の加熱は、熱間加工のための加熱を兼ねてもよい。鋼材に所望の形状、性質が備わるように、しばしば鋼材に熱間加工が行われる。本発明により、１１７０℃以上１３００℃以下の加熱をし、高圧水デスケーリングを行った後は、スケールが除去されている。また、デスケーリングの鋼材の温度は、熱間加工に必要な温度を維持できていることが多い。そのため、デスケーリング後に、別途の加熱をすることなく熱間加工が可能であり、且つスケールが十分に除去されているため、加工時にスケール疵を生じることもない。熱間加工の種類は、特に限定されるものではなく、熱間圧延、熱間鍛造、熱間押し出し等が挙げられる。
【００３０】
鋼材は、ブレーキディスク材であってもよい。概して、ブレーキディスクは、Ｎｉ含有鋼を、熱間鍛造して成形される。熱間鍛造は、鋼材を加熱し、柔らかい状態にした上で、プレス機等によって圧力をかけ、金型成形される。鋼材を柔らかくするための加熱温度域は、前記の１１７０℃以上１３００℃以下の温度範囲と重なるか、またはそれよりも低い温度とすることができる。したがって、ブレーキディスク材の熱間鍛造に、本発明を適用することで、酸化スケールのないブレーキディスクを容易且つ効率的に得ることができる。
【００３１】
加熱時の空気比を１．０２−１．２の範囲とすることは、より好ましい。配置したＳｉとスケールとが反応してＦｅ−Ｓｉの液相酸化物が生成しやすくなるためである。配置したＳｉは鋼材が加熱する過程で酸化されてシリカ（ＳｉＯ２）になる。シリカはスケールを構成するウスタイト（ＦｅＯ）との間で１１７０℃に共晶点があり液相のＳｉ―Ｆｅ系酸化物を生成する。しかしながらスケールを構成するヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）との間では液相の酸化物は生成しない。従って、スケールの表面がウスタイトである場合はより早く液相のＳｉ−Ｆｅ系酸化物を生成しやすい。一方、スケールの表面がヘマタイトで覆われている場合は、配置したＳｉとスケールとはすぐには反応せず、配置したＳｉがスケール内部に取り込まれた後に液相のＳｉ−Ｆｅ系酸化物を生成する。スケールの表面がヘマタイトであるかウスタイトであるかは、加熱時の雰囲気中の酸素濃度で決まる。比較的低い酸素濃度の場合にスケール表面がウスタイトで覆われる。酸素濃度は燃焼時の空気比で決まる。ウスタイトが表層を覆うスケールを得るには、空気比を１．２以下とすることで実現できる。但し、空気比が１．０２を下回ると燃焼排ガス中に煤が混入する。したがって、空気比は１．０２以上１．２以下の範囲とすることで、デスケーリングしやすいスケールをより早く得ることができて好ましい。
【００３２】
Ｓｉ配置時の鋼材表面にスケールが生成した状態であるとより好ましい。これはＳｉとスケールとが反応してＦｅ−Ｓｉの液相酸化物が生成しやすくなるためである。これは加熱する鋼材として切断や研削等の加工を施した鋼材を用いる場合に有効である。この場合加熱前の鋼材表面はスケールのない金属面である。この場合に鋼材上に配置したＳｉとスケールとから液相のＳｉ−Ｆｅ系酸化物を生成させるには、鋼材表面が酸化されてスケールが生成される必要がある。この場合に、鋼材表面を予め加熱してスケールを生成させておくと、配置したＳｉとスケール（既に生成している）とから液相のＳｉ−Ｆｅ系酸化物が早く生成して好ましい。鋼材を鋳造する時に表面に生成するスケールの厚さは１０μmから１００μmの範囲であることが多く、これだけの厚さのスケールがあれば十分にSiと反応させることができる。このスケールの表面は、前述のとおり、ウスタイトであることが液相酸化物の生成が速い点で好ましい。ただし、スケール表面がヘマタイトであっても、スケール厚さが１０μｍ以上であれば、スケール内部に十分な量のウスタイトが存在することになり、スケール厚さが１０μｍ未満の場合よりも速やかに液相酸化物が生成する。鋼材を加熱して厚さ10μmのスケールを生成させるには、酸化性雰囲気（または煤が出ないように空気比１．０２以上）で鋼材表面を600℃まで加熱させれば10分、800℃まで加熱させれば30秒程度の間加熱させればよい。スケール厚みは１００μｍを上限としてもよい。それ以上厚くしても、液相化酸化物の生成促進の効果は飽和しており、スケール生成のための熱エネルギーの損失になると考える。
【００３３】
鋼材の加熱時間に応じてＳｉの配置量を変えることがより好ましい。これはスケール内に液相のＳｉ−Ｆｅ系の酸化物の割合を一定量確保してデスケーリング性をより高く確保するためと、必要以上に液相のＳｉ−Ｆｅ系の酸化物を生成させないことでコストの低減につながるためである。すなわち想定されるスケールの生成量に応じて配置するＳｉ量を制御するものである。スケールの生成量は１１７０℃以上での加熱時間に依存する。加熱時間が長いほどスケールの生成量は多くなる。従って加熱時間に応じてＳｉの配置量を変えることが好ましい。デスケーリング性を確保するためにはスケール内の液相Ｓｉ−Ｆｅ系酸化物量の体積割合を２割以上確保することが好ましい。また４割以上になるとそれ以上増えてもデスケーリング性に影響しない。これを実現するためにはＳｉの配置量を下記のようにするとよい。１１７０℃以上の加熱時間が１５分以上１時間未満の場合に、Ｓｉ換算で８５ｇｍ−２以上３００ｇｍ−２未満、１１７０℃以上の加熱時間が１時間以上４時間未満の場合に、Ｓｉ換算で１５０ｇｍ−２以上５００ｇｍ−２未満、１１７０℃以上の加熱時間が４時間以上１０時間未満の場合に、Ｓｉ換算で２５０ｇｍ−２以上６００ｇｍ−２以下とすることが好ましい。
【実施例】
【００３４】
下記表１の化学成分の鋼材を用意し、１２５０℃に加熱して炉から取り出し、鋼材温度１２００℃で高圧水デスケーリング（デスケーリング水圧力  １５０ｋｇ/ｃｍ２）を行った後、熱間鍛造（プレス圧力  ２０００ｋｇ/ｃｍ２）を行った。
実施例として、ＳｉＯ２を、その質量、形態、配置時期、配置位置、を変えて、鋼材に配置し、デスケーリングを行い、さらに熱間鍛造した後の表面疵（スケール疵）の有無を判定した。
比較例として、本発明の範囲外となるようにＳｉＯ２を鋼材に配置し、デスケーリングを行って、さらに熱間鍛造した後の表面疵（スケール疵）の有無を判定した。
表面疵の判定は目視で行い、許容できない表面疵が確認されたものを×とし、軽微な表面疵はあるものの許容できる範囲であるものを○とし、表面疵が全くないものを◎とした。
配置条件および表面疵の結果を表２に示す。
【００３５】
【表１】
0006665688.tif 000002
【００３６】
【表２】
0006665688.tif 000003
【００３７】
（ＳｉＯ２量、および加熱時間について）
本発明例１〜１１では、本発明の範囲内の量でＳｉＯ２を配置し、本発明の範囲内の温度と時間で加熱をしており、いずれもデスケーリングによりスケールが十分に除去され、その後の鍛造で許容できない疵を生じることはなかった。
比較例１、２では、ＳｉＯ２量が本発明の範囲より少ない量で配置し、デスケーリングを行ってもスケールが十分に除去されず、その後の鍛造で疵を生じた（×）。比較例３は、ＳｉＯ２量が７００ｇ（本発明の範囲外）であり、鍛造後の表面疵は生じなかったが、余剰のＳｉＯ２により生成した溶融したスケールが加熱炉内に堆積していた。比較例４は、１１７０℃での加熱が１０分の例であり、鍛造後に許容できない表面疵が確認された。これは、１１７０℃での加熱時間が十分でなく、液相酸化物がスケール/鋼（内部酸化層）界面に浸透できず、十分なデスケーリングができなかったためと考えられる。
【００３８】
（空気比について）
ここでは、空気比について考察する。
本発明例６では、加熱時の燃焼ガス雰囲気の空気比を１．００としたことにより、燃焼排ガスに煤が見られたが、鍛造後の表面疵は全く無かった（◎）。
本発明例５では、加熱時の燃焼ガス雰囲気の空気比を１．０２としたことにより、燃焼排ガスに煤も発生することなく、鍛造後の表面疵も全く無かった（◎）。
本発明例９では、加熱時の燃焼ガス雰囲気の空気比を１．２５とし、且つ、スケールのない金属面にＳｉＯ２を配置した例であり、鍛造後に軽微な表面疵はあるものの許容できる範囲であった（○）。これは、スケールがない状態から、空気比が１．２５で加熱したために、スケール表面にヘマタイト（ＳｉＯ２と反応して液相酸化物を形成しない）が生成し、スケールが成長してＳｉＯ２がスケール内に取り込まれてから液相酸化物が形成されるまでに時間がかかったことが考えられる。
本発明例３〜６では、本発明例９と同様にスケールのない金属面にＳｉＯ２を配置したが、空気比を１．２以下にした例であり、鍛造後の表面疵も全く無かった（◎）。空気比を１．２以下としたことにより、スケール表面にウスタイト（ＳｉＯ２と反応して液相酸化物を形成する）が生成し、液相酸化物が速やかに生成したことが考えられる。
また、本発明例１０では、本発明例９と同様に加熱時の燃焼ガス雰囲気の空気比を１．２５であるが、厚さが１５μｍのスケール面にＳｉＯ２を配置した例であり、鍛造後の表面疵も全く無かった（◎）。空気比を１．２５としても、スケール厚さを十分に確保していれば、スケール内部にウスタイト（ＳｉＯ２と反応して液相酸化物を形成する）が十分に存在しており、デスケーリング性が向上することが示唆された。そこで、次に、スケール厚さについて考察する。
【００３９】
（スケール厚さについて）
本発明例２、７、１０では、厚さが１０μｍ以上のスケール面にＳｉＯ２を配置した例であり、鍛造後の表面疵も全く無かった（◎）。
本発明例９は、金属面にＳｉＯ２を配置したことを除いて、本発明例１０と同じ条件である。本発明例９、１０ともに空気比は１．２５であり、スケール表面にウスタイトが生じにくい条件である。本発明例９では、鍛造後に軽微な表面疵はあるものの許容できる範囲であった（○）。このことから、スケール厚さが１０μｍ以上であれば、スケール内部にウスタイトが存在しやすくなり、スケール厚さが１０μｍ未満の場合よりも速やかに液相酸化物が生成し、表面状態が向上したと考えられる。
本発明例１１では、厚さが１０μｍのスケール面にＳｉＯ２を配置したが、加熱時間（スケール量に影響する）に対して配置したＳｉＯ２量が好ましい範囲より少ない例であり、鍛造後に軽微な表面疵はあるものの許容できる範囲であった（○）。これは、加熱時間が４００分と比較的長く、その間にスケール成長が進んだが、それに対して液相酸化物が好ましい範囲より少なかったために、軽微な表面疵が確認されたと考えられる。
また、本発明例５では、本発明例１１と同様に加熱時間を４００分とし、且つスケールのない金属面にＳｉＯ２を配置した例であるが、鍛造後の表面疵は全く無かった（◎）。本発明例５では、加熱時間に応じてスケール成長が進んだが、それに対して液相酸化物が好ましい範囲であったと考えられる。すなわち、スケール内に液相のＳｉ−Ｆｅ系の酸化物の割合を一定量確保することにより、デスケーリング性をより高く確保できることが示唆された。そこで、次に、加熱時間（スケール量）とＳｉＯ２量の好ましい範囲ついて、考察する。
【００４０】
（加熱時間とＳｉＯ２量の好ましい範囲ついて）
前述のとおり、本発明例１〜１１では、本発明の範囲内の量でＳｉＯ２を配置し、本発明の範囲内の温度と時間で加熱をしており、いずれもデスケーリングによりスケールが十分に除去され、その後の鍛造で許容できない疵を生じることはなかった（×はなかった）。
ただし、スケール内に液相のＳｉ−Ｆｅ系の酸化物の割合を一定量確保することにより、デスケーリング性をより高く確保できると考えられる。
本発明例１、１１は、加熱時間（スケール量に影響する）に対して配置したＳｉＯ２量が好ましい範囲より少ない例であり、鍛造後に軽微な表面疵はあるものの許容できる範囲であった（○）。
これに関して、本発明例２は、ＳｉＯ２量は２００ｇ/ｍ２（Ｓｉ換算）であり、本発明例１１のＳｉＯ２量２３０ｇ/ｍ２（Ｓｉ換算）よりも少ないが、加熱時間が本発明例２では３０分であり本発明例１１では４００分であった。つまり、発明例２はＳｉＯ２量も少ないが、加熱時間も短く、すなわちスケール量も少なく、Ｓｉ量とスケール量のバランスがとれており、一方、発明例１１はＳｉＯ２量に対して加熱時間が長く、スケール量が多かった（好ましい範囲との比較）ため、軽微な表面疵が見られたと考えられる。これらのことから、加熱時間に応じてスケール成長が進むが、スケールの量に応じて液相酸化物（またはその原料となるＳｉＯ２量）を好ましい範囲とすることにより、デスケーリング性をより高く確保できることが示唆された。
なお、本発明例７、８は、加熱時間に対して好ましい範囲よりも多くのＳｉＯ２量を配置した例であり、鍛造後の表面疵も全く無かった（◎）。ただし、必要以上にＳｉＯ２量を配置していることになるので、好ましい範囲のＳｉＯ２量にすることで、コストの低減に繋げることも可能である。
【００４１】
別途、鋼材の上面にのみ配置したＳｉＯ２が移動して、鋼材下面へ回り込むことの確認を行った。図５に示すように、表１の組成を有する、２２０ｍｍ×１５０ｍｍ×２０ｍｍの鋼材を用意し、鋼材の上面の中央部にＳｉＯ２粉末１０ｇを配置し、１２３０℃で、２時間加熱した。炉内では、鋼材をステンレス製の小さな台の上に置き、炉内構造物（炉床等）との直接の接触を避けた。その後、炉から鋼材を取り出し、鋼材の上面、下面、側面でのＳｉの分布の様子を観察した。Ｆｅ−Ｓｉ系の液相酸化物が、鋼材の上面だけでなく、側面および下面にまで達しており、ほぼ均一な分布となっていることを確認した。
【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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