(57)【要約】【課題】線材・棒鋼の製品表面にしばしば残存するしわ状などの表面疵を、圧延材表面のスケールの生成状態をコントロールすることにより低減する表面品質の改善方法を提供することである。【解決手段】素材ビレットから、各圧延機のロールに設けた孔型によって断面積を順次減少させ、圧延材を所要の製品寸法に仕上げる圧延過程で、製品断面積に対する断面積の比が６００以下で、かつ少なくとも１回孔型で圧延した圧延材を、圧延機間で水蒸気濃度が５％から３０％雰囲気下で９００℃から１３００℃の温度範囲に加熱し、圧延材表面のスケールの生成状態をコントロールするようにしたのである。水蒸気雰囲気下での加熱により、スケールと地鉄、即ち圧延材との界面の凹凸の程度が減少し、この凹凸が以後の孔型での変形により消滅しやすくなり、またスケールの剥離性も向上し、製品に残存する表面疵が低減する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材ビレットから、それぞれの圧延機のロールに設けた孔型によって断面積を順次減少させ、圧延材を所要の製品寸法に仕上げる線材・棒鋼の表面品質改善方法であって、製品断面積に対する圧延材断面積の比率が６００以下であり、かつ、少なくとも１回孔型で圧延した圧延材を、前記圧延機間で水蒸気雰囲気下で加熱することを特徴とする線材・棒鋼の表面品質改善方法。
【請求項２】
前記水蒸気雰囲気中の水蒸気濃度が５％から３０％の範囲にあり、前記加熱温度が９００℃から１３００℃の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の線材・棒鋼の表面品質改善方法。
【請求項３】
前記線材・棒鋼が、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉの合金元素の中、少なくともいずれか１種類の合金元素を含有し、かつその含有量が０．１％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の線材・棒鋼の表面品質改善方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱間圧延過程で表面スケールの生成状態をコントロールすることによって、線材・棒鋼の圧延仕上がり状態での表面疵を低減させて、その表面品質を改善する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
線材・棒鋼には、良好な寸法精度とともに優れた表面品質が要求されるが、熱間圧延仕上がりの状態で、微細な表面疵や肌荒れなどの表面欠陥がしばしば見られる。特に、Ｓｉ，Ｃｒ，Ｎｉなどの合金元素を含む鋼種では、加熱過程で生成した、これらの合金元素の酸化物を含むスケールや、同様に圧延過程で生成するスケールの剥離性がわるく、圧延材表面のスケールが熱間圧延過程で押し込まれて表面疵となる。
【０００３】
このような熱間圧延中にスケールが押し込まれて表面疵となる問題を解消するために、例えば、特開平１１−２８６７１８号公報では、鋼板熱間圧延ラインの加熱炉において、炉内の水蒸気雰囲気濃度が２５％以上となるように、水蒸気を燃焼用空気および燃焼用ガスとともに供給しながら加熱する方法が提案されている。この方法では、水蒸気の効果により、スケール中の気孔の発生量が増大し、雰囲気ガスがこの気孔の間を通って鋼材表面で直接地鉄を酸化するため、均一な酸化反応が生じやすくなって生成スケールのばらつきが低減し、表面疵の原因となる局所的に深い楔状の粒界酸化を抑制することにより、表面疵の発生率が減少することが示されている。
【０００４】
また、特開平５−３３１５３１号公報および特開平５−３３１５３３号公報では、いずれも熱間圧延用スラブの加熱炉内に、燃焼用空気または燃料ガスに水分を混入することにより、炉内雰囲気の露点を調整して、水蒸気雰囲気下でスラブ表面の酸化を促進し、表層に存在する鋳造欠陥をスケールとして除去する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、線材・棒鋼圧延では、一般に、板圧延に比べて変形速度が速く、即ちひずみ速度が大きいため、圧延毎の加工発熱の累積により、圧延材の温度は上昇していくため、圧延過程でも圧延材表面に所謂２次スケールが生成する。一方、加熱炉でビレット表層に生成する楔状の粒界酸化は、ビレット段階では比較的深い疵でも、圧延材が圧延される毎に延伸するために、疵深さが浅くなっていく。例えば、断面が１５５ｍｍ角のビレットを直径５．５ｍｍの線材の製品に圧延する場合、ビレットでの疵深さをｄ０とすれば、製品での疵深さｄ１は、一般に、疵深さの変化が延伸のみによるとすれば、１５５ｍｍ角ビレットの等価直径（Φ１７４ｍｍ）と製品直径（Φ５．５ｍｍ）との比Ｆ（Ｆ＝５．５／１７４≒１／３２）に比例して、ｄ１≒１／３２ｄ０と浅くなる。これに対し、圧延過程で発生する２次スケールと圧延材との界面での粒界酸化による凹凸は、圧延が進行して製品寸法に近づくほど、以後の断面減少率が小さくなるため、即ち上記延伸が少なくなるために、製品で有害な表面疵として残存しやすい。
【０００６】
このような表面疵の変形挙動を考えると、前記の特開平１１−２８６７１８号公報では、一般に圧延されるごとに浅くなるスケールと地鉄、即ちビレット表面との界面での粒界酸化による凹凸を、圧延前の段階で低減する方法が提案されているが、製品に重大な影響を及ぼす、圧延過程で発生する２次スケールと圧延材との界面での粒界酸化による凹凸の低減効果は得られない。同様に、前記の特開平５−３３１５３１号公報および特開平５−３３１５３３号公報においても、熱間圧延用スラブ表層の鋳造欠陥を圧延前の段階で低減する方法が提案されているが、線材・棒鋼圧延のように、圧延材が菱孔型や角孔型、または楕円孔型や丸孔型により過酷な変形を受けることによって、即ち変形起因によるしわ疵などの表面疵の発生挙動には影響を及ぼさず、製品表面疵の低減効果は得られない。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解消するためになしたものであって、その課題は線材・棒鋼の製品表面にしばしば残存するしわ状などの表面疵を、その発生に密接に関連する圧延材表面のスケールの生成状態をコントロールすることにより、低減する表面品質の改善方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。即ち、素材ビレットから、それぞれの圧延機のロールに設けた孔型によって断面積を順次減少させ、圧延材を所要の製品寸法に仕上げる圧延過程で、製品断面積に対する圧延材断面積の比率（以下、断面積比αと記す）が６００以下であり、かつ少なくとも１回孔型で圧延した圧延材を、前記圧延機間で水蒸気雰囲気下で加熱して線材・棒鋼の表面品質を改善するようにしたのである。
【０００９】
このように、圧延材を水蒸気雰囲気下で加熱すれば、水蒸気の作用によって、スケール層中の気孔を通って水蒸気雰囲気が直接スケールと地鉄、即ち圧延材との界面に到達し、この界面での酸化反応が均一の起こりやすくなる。それにより、局部的な粒界酸化が抑制され、前記界面の凹凸の程度が減少し、この凹凸が以後の孔型での変形により消滅しやすくなって、製品に残存する表面疵が低減する。また、スケールの剥離性も向上するため、以後の孔型での変形により、スケールが押し込まれた表面疵が発生しにくくなる。
【００１０】
一方、前述のように、スケールと圧延材との界面の粒界酸化による凹凸は、圧延過程での所謂２次スケールの生成の際にも発生するため、前記界面の凹凸を減少させるための水蒸気雰囲気下での加熱を行なう圧延材の寸法、即ち断面積は、製品寸法、即ち製品断面積に近い方が望ましい。
【００１１】
特に、５．５ｍｍ線材などの細物線材では、断面積比αが６００以下の圧延段階で、この圧延材に前記水蒸気雰囲気下での加熱を行なうと、製品に至るまでの以後の圧延時間、即ち酸化時間が、圧延開始時から製品に至るまでの所要圧延時間に比べて短くなるために、この間の圧延過程で生成する２次スケールと圧延材との界面に粒界酸化により発生する凹凸は軽減し、以後の圧延過程での孔型内での変形により消滅して、この凹凸に起因する表面疵は製品に残存しにくくなる。
【００１２】
一方、前記断面積比αが６００を超える圧延段階で、この圧延材に前記水蒸気雰囲気下での加熱を行なっても、製品に至るまでのこの加熱後の圧延時間、即ち酸化時間が比較的長くなり、製品に至るまでの以後の圧延過程で生成する２次スケールによる前記粒界酸化による凹凸が、以後の圧延過程での孔型内での変形により消滅せず、このスケールに起因する凹凸が、有害な表面疵として製品に残存しやすくなるからである。
【００１３】
また、ここで、水蒸気雰囲気下で加熱する前に、少なくとも１回、孔型で圧延しておく理由は以下の通りである。線材・棒鋼の製品直径によっては、製品断面積に対する圧延材の断面積の比率（α）が、素材ビレットの段階で既に６００以下となる場合がある。このような場合には、少なくとも１回、孔型で圧延しておくことにより、加熱過程で生成し、素材ビレットに残存するスケールが孔型での変形に伴って剥離し、圧延材表面の平滑度が改善される。それによって、水蒸気雰囲気下での加熱にあたり、前述のように、スケールと圧延材との界面での酸化反応が均一に起こりやすくなり、この界面の凹凸の程度が減少し、以後の孔型での変形によりこの凹凸が消滅しやすくなるからである。
【００１４】
前記水蒸気雰囲気中の水蒸気濃度が５％から３０％の範囲にあり、前記加熱温度が９００℃から１３００℃の範囲にあることが望ましい。
【００１５】
前記水蒸気濃度が５％未満であると、生成したスケールと圧延材表面との界面に発生する粒界酸化による凹凸を低減する効果が不十分となる。また、この水蒸気濃度が３０％を超えても、スケールと圧延材との界面の前記凹凸を低減する効果は、それ以上高まらず、逆にスケールが成長し過ぎて、スケール自体が強固に地鉄、即ち圧延材表面に付着するおそれがある。さらに、スケールロスによる製品歩留まり低下のおそれもある。なお、ここで、水蒸気濃度は雰囲気に占める体積％を示す。
【００１６】
前記水蒸気雰囲気で加熱する温度が９００℃よりも低くなると、スケールの成長速度が遅くなって、前記のスケールと圧延材との界面の凹凸を低減する効果が得られない。また、前記加熱温度が１３００℃を超えても、水蒸気濃度の場合と同様に、スケールと圧延材との界面の前記凹凸を低減する効果は、それ以上高まらず、逆にスケールが成長し過ぎて、スケール自体が強固に地鉄、即ち圧延材に付着するおそれがあり、スケールロスによる製品歩留まり低下のおそれもある。なお、加熱時間は圧延材表面が加熱温度に達するまでの時間を確保すれば十分である。
【００１７】
上記の線材・棒鋼の表面品質改善方法を用いて、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉの合金元素を少なくとも１種類含有し、その含有量が０．１％以上である線材および棒鋼を製造することができる。
【００１８】
これらの合金元素を含む鋼種では素材ビレットの加熱過程で、Ｆｅ２ＳｉＯ４、（ファイヤライト）のほか、ＳｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＮｉＯ２などの酸化物が生成し、スケールと地鉄、即ち圧延材表面との界面に凹凸が形成されやすく、スケールの剥離性がわるい。このため、上述のように、圧延過程で、水蒸気雰囲気下で加熱することにより、前記界面での凹凸の程度が減少し、孔型での変形の際にスケールが剥離しやすくなり、かつ前記凹凸が減少しやすくなって、残存する表面疵が低減して、線材・棒鋼の表面品質が改善される。なお、上記合金元素は、機械的性質や耐食性などの改善のために、通常、０．１％（質量％）以上添加される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施形態を添付の図１および図２に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、水平圧延機１ａおよび垂直圧延機１ｂからなる圧延機列１、同様に水平圧延機２ａおよび垂直圧延機２ｂからなる圧延機列２の間に加熱装置３が設置された線材・棒鋼の熱間圧延ラインを示した平面図である。
【００２１】
前記加熱装置３には、複数のバーナ４が設けられ、このバーナ４に予熱された燃焼用空気の供給管５が配管され、この供給管５に水蒸気の供給管６が接続されている。加熱装置３の入側および出側には、圧延材の装入口７および抽出口８が設けられ、抽出口８側の端部天井壁に排ガス口９が設けられている。バーナ４に、燃料として、例えば、ＬＮＧガスが供給され、そして、予熱された燃焼用空気が供給管５から供給され、この燃焼による排ガスで、加熱装置３内の温度が、圧延材１０の表面温度を９００℃から１３００℃の範囲に加熱できるように、所要の温度に保たれる。
【００２２】
そして、水蒸気発生装置により生成した水蒸気が供給管６から燃焼用空気の供給管５を経て加熱装置３内に供給され、その供給量が、雰囲気中の水蒸気濃度が５％から３０％の範囲にあるように調節され、この加熱装置３内の雰囲気ガスは、排ガス口９から排出される。なお、水蒸気濃度は、雰囲気ガス中での体積％であり、この水蒸気濃度は、雰囲気の露点を測定するなどして管理することができる。また、加熱装置３は、電気加熱方式を採用することもでき、この場合には、水蒸気が前記の所要の濃度範囲にあるように、直接、加熱装置３内に供給される。
【００２３】
前記加熱装置３内へは、例えば、直径５．５ｍｍの細物線材などの圧延過程で断面積比αが６００以下、望ましくは５００以下になるまで、各圧延機の孔型により断面積を減少させた圧延材１０、または、素材ビレットの段階で前記断面積比αが既に６００以下の場合には、少なくとも１回孔型により圧延された圧延材１０が、好ましくは素材ビレットから４０％以上断面積を減少させた圧延材１０が装入され、その表面温度が９００℃から１３００℃の範囲、望ましくは９００℃から１１００℃の範囲に加熱される。断面積比αが６００以下でも比較的大きい比率の場合には、図１に示したように、圧延材を切断したりせずに、そのまま加熱装置３に装入してバッチ式で加熱することができる。加熱時間としては、圧延材表面温度がこれらの温度範囲内の所望の温度に達するまでの時間を確保すれば十分である。また、加熱時間をあまり長くすると、スケールの成長が進行しすぎて、前述のように、スケール自体が強固に地鉄、即ち圧延材表面に付着するおそれがあり、スケールロスによる製品歩留まり低下のおそれもあるため、およそ１０分以内とすることが望ましい。加熱終了後には、圧延材１０は、例えば、加熱炉床面に設けたローラにより、加熱装置３から、矢印１１ａで示した方向に抽出することができる。
【００２４】
一方、例えば、製品直径が５．５ｍｍの場合に、断面積比αが６００以下の比較的小さい比率である場合には、加熱する圧延材の長さが長くなり、圧延材をそのまま装入可能とするためには、加熱装置３が非常に長くなって実用的ではなくなる。この場合には、圧延材の断面積は素材ビレットからかなり減少しているので、加熱装置３内での圧延材の表面温度の上昇は比較的はやく、数秒以上の加熱時間を確保すれば、前述の水蒸気雰囲気下での加熱の効果が得られるため、図２に平面図で示すように、圧延材１０を、矢印１１ｂで示した方向に圧延しながら連続的に、即ち連続式で加熱することもできる。
【００２５】
なお、図１に示した、圧延材を一旦加熱装置３に入れて加熱する場合、図２に示した、圧延材を圧延しながら連続して加熱する場合、のいずれの場合にも、加熱装置３の出側に、高圧水等を利用したデスケーリング装置を設置し、次圧延機の孔型に咬みこむ前に、水蒸気雰囲気下での加熱後の圧延材表面に生成しているスケールを除去しておけば、製品での表面疵の低減により効果的となる。以下に、実施例について説明する。
【００２６】
【実施例１】
鋼種がＳＣＭ４３５の１５５ｍｍ角の素材ビレットを製品直径が５．５ｍｍの線材に圧延する過程で、可搬式の前記加熱装置３を用いて、圧延機間の水蒸気雰囲気下での加熱場所、即ち前記断面積比α、水蒸気雰囲気加熱の条件を変化させて、断面積比αと製品での表面疵の深さとの関係を調査した。なお、圧延材の加熱は、図２に示した連続加熱方式で行ない、また、この水蒸気雰囲気下での加熱後のデスケーリングは行なっていない。
【００２７】
表１は、上記の圧延過程で、加熱装置３での加熱温度を９００℃、水蒸気濃度を５％と一定にした場合の、断面積比αと製品表面疵深さとの関係を示したものである。ここで、製品疵深さは、巻き取った直径５．５ｍｍの線材の先端側コイル部、中央コイル部、後端側コイル部からそれぞれ複数のサンプルを採取して断面内に存在する表面疵の最大深さを測定し、それらを平均した値である。表１には比較として、断面積比αが６００を超える場合の調査結果についても記した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１から、水蒸気雰囲気下で加熱される圧延材の断面積比αが６００以下の場合の方が、６００を超える場合に比べて、製品での表面疵深さは、明瞭に低減していることがわかる。
【００３０】
【実施例２】
表２は、実施例１の場合と同じ圧延過程で、水蒸気雰囲気下で加熱される圧延材の断面積比αを６００、水蒸気濃度を５％と一定にした場合の、加熱装置３での加熱温度と製品表面疵深さとの関係を示したものである。表２には、加熱温度が９００℃未満の場合についての調査結果も記した。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
表２から、加熱装置３での加熱温度が９００℃未満の場合には、同加熱温度が９００℃以上の場合に比べて、製品疵深さは顕著に深くなっており、水蒸気雰囲気下での加熱は、９００℃以上の温度域で行なう必要があることがわかる。
【００３３】
【実施例３】
表３は、実施例１の場合と同じ圧延過程で、水蒸気雰囲気下で加熱される圧延材の断面積比αを６００、加熱温度を９００℃と一定にした場合の、加熱装置３での雰囲気中の水蒸気濃度と製品表面疵深さとの関係を示したものである。表３には、水蒸気濃度が５％未満の場合の調査結果も記した。
【００３４】
【表３】
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【００３５】
表３から、水蒸気濃度が５％未満の場合には、同５％以上の場合に比べて、製品疵深さは顕著に深くなっており、水蒸気雰囲気下での加熱は、水蒸気濃度を５％以上にする必要があることがかる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、線材・棒鋼の圧延過程で、圧延材を水蒸気雰囲気下で加熱することにより、水蒸気の作用によって、スケール層中に気孔や亀裂が増加して水蒸気雰囲気が直接スケールと圧延材との界面に到達するため、この界面での酸化反応が均一の起こりやすくなるため、それまでに生成した界面の凹凸が減少する効果が得られる。
【００３７】
それに加えて、この水蒸気雰囲気下での加熱を、例えば、直径５．５ｍｍの細物線材などで、断面積比αが６００以下の、断面積がある程度小さくなった圧延段階で行なうため、この加熱後の製品に至るまでの圧延時間が短くなり、この間に粒界酸化により発生するスケールと圧延材との界面の凹凸も軽減する。また、いずれの製品寸法の線材・棒鋼でも、水蒸気過熱を行う前に、少なくとも１回孔型で圧延しているため、素材ビレットの加熱上がりに比べて圧延材表面の平滑度が改善され、スケールと圧延材との界面での酸化反応による凹凸の減少が効果的に行われる。
【００３８】
これらによって、水蒸気雰囲気下での加熱以後の圧延過程で界面の凹凸は消滅しやすくなり、この凹凸に起因する表面疵深さが低減され、製品に残存しにくくなって、表面品質が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の水蒸気雰囲気下での加熱をバッチ式で行なう場合の平面図
【図２】同上の加熱を連続式で行なう場合の平面図
【符号の説明】
１、２：圧延機列　　　１ａ、２ａ：水平圧延機　　１ｂ、２ｂ：垂直圧延機
３：加熱装置　　　　　４：バーナ　　　　　　　　５：燃焼用空気供給管
６：水蒸気供給管　　　７：装入口　　　　　　　　８：抽出口
９：排ガス口　　　　　１０：圧延材　　　　　　　１１ａ、１１ｂ：矢
【図１】
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【図２】
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