(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉの少なくとも１種を０．１％以上含有する熱間圧延用の鋼材のメカニカルデスケーリング方法であって、前記鋼材が鋼ビレットであり、この鋼ビレットを加熱炉内で１２００℃以上の雰囲気温度で加熱した後、この鋼ビレットの表面温度が９００℃以上で、軸心を圧延方向に垂直な方向に対して一定の角度傾けたブラシロールを、所要の力で鋼ビレットの４面にそれぞれ押し付けて、このブラシロールの回転によりメカニカルデスケーリングを行なうことを特徴とする鋼材のメカニカルデスケーリング方法。
【請求項２】
Ｓｉ，Ｃｒ，Ｎｉの少なくとも１種を０．１％以上含有する熱間圧延用の鋼材のメカニカルデスケーリング方法であって、前記鋼材が鋼ビレットであり、この鋼ビレットが９００℃未満の温度で加熱炉から抽出され、かつ、加熱炉とメカニカルデスケーリング装置の間に配置された急速加熱装置により、前記鋼ビレットが、加熱炉から抽出されてからメカニカルデスケーリング装置に到達するまでの間に、メカニカルデスケーリングを行うときの鋼ビレットの表面温度が９００℃以上となるように前記鋼ビレットの表面温度を上昇させることを特徴とする鋼材のメカニカルデスケーリング方法。
【請求項３】
Ｓｉ，Ｃｒ，Ｎｉの少なくとも１種を０．１％以上含有する熱間圧延用の鋼材のメカニカルデスケーリング方法であって、前記鋼材が鋼ビレットであり、この鋼ビレットが加熱炉内で９００℃未満の低温に加熱され、かつ、加熱炉の最終加熱ゾーンの雰囲気温度を、メカニカルデスケーリングを行うときの鋼ビレットの表面温度が９００℃以上となるように高く設定することを特徴とする鋼材のメカニカルデスケーリング方法。
【請求項４】
前記メカニカルデスケーリングを、軸心を圧延方向に垂直な方向に対して一定の角度傾けたブラシロールを所要の力で鋼ビレットの４面にそれぞれ押し付けて、このブラシロールの回転により行なうことを特徴とする請求項２または３に記載の鋼材のメカニカルデスケーリング方法。
【請求項５】
前記ブラシロールを鋼ビレットの４面にそれぞれ押し付ける所要の力が、１００〜２００ｋｇｆの範囲にあることを特徴とする請求項１または４に記載の鋼材のメカニカルデスケーリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧延開始前に素材の鋼材表面に生成しているスケールを除去するための、鋼材の熱間圧延工程でのメカニカルデスケーリング方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延によって、鋼板や線材、棒鋼等の圧延製品を製造する場合、加熱炉から抽出されたスラブやビレットなどの鋼材表面には、加熱過程で生成したスケール（酸化層）が付着しており、スケールを除去せずに圧延を開始すると、このスケールが鋼材に押し込まれ、表面疵が発生し、製品での表面欠陥となる。このため、一般に、加熱炉から抽出された、圧延開始前の前記鋼材表面に、高圧水を吹き付けることによりスケールを除去するデスケーリング方法が用いられている。しかし、鋼材の材質によっては、高圧水によるデスケーリング方法では、スケールを完全に除去することが困難な場合があるため、高圧水の圧力上昇または吹き付け流量の増加等により、鋼材表面への衝突圧を上昇させる対策がとられてきた。この対策には、高圧水の圧力を大きく上昇させるためには、大きな設備が必要となること、また吹き付け流量増加により鋼材の温度低下量が大きくなるため加熱温度を上昇させる必要があること、などの問題点を伴う。
【０００３】
このような問題点を解消するためのデスケーリング方法として、例えば、特許文献１では、圧延機の入側にブラシロールとスプレイノズルを設け、ブラシロールの前面側で鋼材の温度を測定し、この測定温度に基づいて、ブラシロールの周速および／または流体スプレイ圧を制御するようにした、ブラシロールによる機械的方法（メカニカルデスケーリング）と高圧水を用いた流体噴射による方法を併用したデスケーリング方法が開示されている。このデスケーリング方法では、鋼材温度とデスケール効果に強い相関があることを見出し、スケール欠陥が生じやすい鋼材温度域（実施例では１２００℃以上または９５０℃以下）では、ブラシロールの周速度およびスプレイ圧のいずれか一方または双方を増加させ、スケール欠陥が生じにくい鋼材温度域（実施例では９５０℃超１２００℃未満）では、その逆の操作を行なうことにより、鋼材全長にわたって、デスケール不足や過剰なデスケールを生じない適切なデスケーリング処理を可能としている。
【０００４】
また、特許文献２では、メカニカルブラシに到達する前の段階で、圧力水により鋼材を急冷して脆い性質のＦｅ３Ｏ４の生成を促進してスケールの剥離性を向上させた後に、メカニカルブラシによりスケールの破壊および剥離を行い、さらに浮遊状態にあるスケールを圧力水により飛散させるという各段階を実施するデスケーリング方法が開示され、スケール除去能力の向上および動力費の低減、並びに過冷却の防止が図られている。
【特許文献１】特開昭５９−２１４２６号公報
【特許文献２】特開昭５９−８２１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、本発明者らが行なった実機実験によれば、デスケーリング性向上の対象とした、合金元素Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉの中、少なくとも１種を０．１％以上含有する鋼材の場合、鋼材温度が８５０℃程度以下の低温になると、スケールの剥離性が急激に低下し、特許文献１に開示されたように、メカニカルデスケーリングのブラシロールの回転数、または流体噴射デスケーリングのスプレイ圧を増加させても、スケール剥離性は改善されないことが判明した。また、特許文献２に開示されたように、圧延ラインに沿って移送中の鋼材表面を急冷することにより、脆い性質のＦｅ３Ｏ４の生成は促進されることになるが、Ｓｉ、Ｃｒ，Ｎｉ等の合金元素を含有する鋼材では、これらの合金元素とＦｅ、Ｏ２との化合物である、ファイヤライト（Ｆｅ２ＳｉＯ２）などの剥離困難な問題となるスケールはそのまま残存し、単にメカニカルデスケーリングと流体噴射デスケーリングを組み合わせただけでは、前記スケールを剥離させることはできないことも判明した。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、Ｓｉ、ＣｒまたはＮｉを含有する鋼材を熱間圧延温度域まで加熱したときに鋼材表面に生成する、３層からなる通常の酸化スケール（鉄−酸素化合物）と、この酸化スケールと地鉄（鋼材）界面に生成する剥離困難スケール（サブスケール）の両方を、設備面およびエネルギー消費面の両面で効率的に除去できるデスケーリング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前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。
【０００８】
即ち、請求項１に係る鋼材のメカニカルデスケーリング方法は、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉの少なくとも１種を０．１％以上含有する熱間圧延用の鋼材のメカニカルデスケーリング方法であって、前記鋼材が鋼ビレットであり、この鋼ビレットを加熱炉内で１２００℃以上の雰囲気温度で加熱した後、この鋼ビレットの表面温度が９００℃以上で、軸心を圧延方向に垂直な方向に対して一定の角度傾けたブラシロールを、所要の力で鋼ビレットの４面にそれぞれ押し付けて、このブラシロールの回転によりメカニカルデスケーリングを行なうことを特徴とする。
【０００９】
前記鋼材の加熱温度が上昇すると、前記酸化スケールと地鉄界面に生成する剥離困難スケール（サブスケール）内に気泡が発生し、地鉄ヘのスケール密着性が低下する。前記合金元素としてＣｒに着目し、Ｃｒ含有量が１．５質量％程度の鋼材から切り出した円筒状試験片を、１１００〜１３００℃の異なる温度域にそれぞれ加熱した後、試験温度（１０００℃）まで冷却して圧縮加工試験（加工歪５０％、歪速度１０ｍｍ／ｓ）を行なった後の、試験片表面に残留したスケールの面積率を測定した。測定結果から、１．５質量％程度のＣｒ量を含有する鋼材は、Ｃｒ含有量が多く、サブスケールが多く生成する鋼材であるため、加熱温度が上昇すると、サブスケールの気孔率が上昇してよりポーラスな構造となり、地鉄へのスケール密着性が低下して残存スケールの面積率が減少し、メカニカルデスケーリング性が向上することを把握した。とくに加熱温度が１２００℃以上になると、上記のような一軸圧縮加工試験後であっても、残留したスケール面積率が５０％を下回るようになり、また、生成したスケール自体も高温になるほど、すなわち９００℃以上ではスケールおよびサブスケールともに硬さの減少割合が大きくなり、サブスケールの破壊強度自体も低下するため、加熱雰囲気温度とメカニカルデスケーリング時の鋼材温度を上記の温度域に収めることにより、サブスケールのメカニカルデスケーリング性が向上する。なお、上記雰囲気温度は、過熱による局部的溶融等の防止のため、１４００℃以下とすることが望ましい。
【００１０】
請求項２に係る鋼材のメカニカルデスケーリング方法は、Ｓｉ，Ｃｒ，Ｎｉの少なくとも１種を０．１％以上含有する熱間圧延用の鋼材のメカニカルデスケーリング方法であって、前記鋼材が鋼ビレットであり、この鋼ビレットが９００℃未満の温度で加熱炉から抽出され、かつ、加熱炉とメカニカルデスケーリング装置の間に配置された急速加熱装置により、前記鋼ビレットが、加熱炉から抽出されてからメカニカルデスケーリング装置に到達するまでの間に、メカニカルデスケーリングを行うときの鋼ビレットの表面温度が９００℃以上となるように前記鋼ビレットの表面温度を上昇させることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る鋼材のメカニカルデスケーリング方法は、Ｓｉ，Ｃｒ，Ｎｉの少なくとも１種を０．１％以上含有する熱間圧延用の鋼材のメカニカルデスケーリング方法であって、前記鋼材が鋼ビレットであり、この鋼ビレットが加熱炉内で９００℃未満の低温に加熱され、かつ、加熱炉の最終加熱ゾーンの雰囲気温度を、メカニカルデスケーリングを行うときの鋼ビレットの表面温度が９００℃以上となるように高く設定することを特徴とする。
【００１２】
材質制御を目的とした９００℃未満の低温加熱材でも、圧延ラインのトラブル等で在炉時間が長くなった場合、前記サブスケールが成長して、剥離が困難な問題となるスケールが地鉄界面に生成する。上記のように、鋼材表面温度のみを９００℃以上に急速加熱すれば、材質制御を行いつつ、サブスケールのデスケール性を向上させることができる。なお、この急速加熱は、メカニカルデスケーリング装置の入側に急速加熱装置を設置することにより、または加熱炉の最終加熱ゾーンの雰囲気温度を高く設定することにより、行なうことができる。
【００１３】
請求項４に係る鋼材のメカニカルデスケーリング方法は、上記メカニカルデスケーリングを、軸心を圧延方向に垂直な方向に対して一定の角度傾けたブラシロールを、所要の力で鋼ビレットの４面にそれぞれ押し付けて、このブラシロールの回転により行なうことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る鋼材のメカニカルデスケーリング方法は、前記ブラシロールを鋼ビレットの４面にそれぞれ押し付ける所要の力が、１００〜２００ｋｇｆの範囲にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明では、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉの少なくとも１種を合金元素として含有する熱間圧延用鋼材を、１２００℃以上の雰囲気温度で加熱して抽出した後、鋼材表面温度が９００℃以上でブラシロールを用いてメカニカルデスケーリングを行なうようにしたので、通常の酸化スケールと地鉄界面に生成する剥離困難なスケール（サブスケール）も含めて、効率的にスケール除去を行なうことができる。それにより、スケールに起因する表面疵の発生が抑制され、製品での表面欠陥を大幅に減少させることが可能となり、製品表面品質が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、この発明の実施形態を、実施例を交えて、添付の図１から図４に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、線材圧延ラインの加熱炉１および粗圧延機列２を示したもので、ＮＯ．１圧延機の入側に、図２（ａ）に示すように、ビレット６の各面（４つの表面）に対して、その対向する面の中央Ａ１、Ａ２に、ブラシロール３ａ、３ｂおよび３ｃ、３ｄのロール幅中央部が位置するように配置したメカニカルデスケーリング装置３が配置され、このメカニカルデスケーリング装置３に引き続いて、高圧水を噴射する流体噴射デスケーリング装置４が配置されている。また、加熱炉１とメカニカルデスケーリング装置３との間に、例えば高周波加熱コイルを備えた急速加熱装置５が配置されている。加熱炉１で、１２００℃以上の雰囲気温度で所要時間、例えば２０分程度の加熱を受け、所要の熱間圧延温度を満足するように加熱炉１から抽出された、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉの少なくとも１種を合金元素として含有する鋼ビレット６の４面に、図２（ｂ）に示したように、ブラシロール３ａ〜３ｄが、使用し続けたときのブラシの局部的損耗等を緩和するため、その軸心を圧延方向に垂直な方向に対して、一定の角度、例えば、３０°だけ傾けて、所要の力（例えば、１００〜２００ｋｇｆ）で押し付けられ、このブラシロール３ａ〜３ｄの回転により、ビレット６の表面に生成したスケールが、圧延開始前に、破壊され、剥離される。そして、通常、流体噴射デスケーリング装置４で、ビレット６の４面に高圧水が噴射され、ビレット６の表面上に残存するスケール剥離片が吹き飛ばされる。このようにしてスケール除去されたビレット６すなわち圧延材６ａは、ＮＯ．１圧延機(NO.1st)で最初の圧下を受け、後続の圧延機での圧延の進行とともに順次その断面積が減少し、所定の寸法の線材に仕上げられる。なお、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉの少なくとも１種を合金元素として含有し、前記サブスケールが生成しやすい熱間圧延用鋼材としては、例えば、軸受鋼、バネ鋼、耐熱鋼などを挙げることができる。
【００１８】
前記メカニカルデスケーリング装置３を用いた場合のデスケーリング性（スケール除去能力）に及ぼすデスケーリング温度、すなわちビレット（圧延材）温度の影響を調査するため、１５５ｍｍ角のビレット（軸受鋼）からΦ５．５ｍｍ線材の圧延時に、流体噴射デスケーリングを併用した実機メカニカルデスケール実験を実施した。加熱雰囲気温度を１２００℃として、加熱炉から抽出したビレットに、８００〜１２００℃の温度域でそれぞれメカニカルデスケーリングと流体噴射デスケーリングを実施した後、これらのビレット（圧延材）をＮＯ．１〜ＮＯ．８圧延機からなる粗圧延機列で順次断面積を減少させて直径５．５ｍｍの線材に仕上げ圧延した後、この線材製品からサンプル材を採取し、酸洗して表面疵の発生状況を目視観察した。そして、表面疵発生部を疵が消失するまで削り、表面疵深さを測定して、各デスケーリング温度の場合の表面最大疵深さを求めた。図３は、この表面最大疵深さをデスケーリング時のビレット（鋼材）温度に対してプロットしたものである。９００℃以上のデスケーリング温度では、製品表面最大疵深さが著しく減少し、製品表面疵許容値０．０２ｍｍ以内に収まっていることがわかる。
【実施例】
【００１９】
前記メカニカルデスケーリング装置を用いた場合のデスケーリング性（スケール除去能力）に及ぼすデスケーリング温度、すなわちビレット（圧延材）温度の影響を調査するため、図１に示した場合と同様に、１５５ｍｍ角のビレット（軸受鋼）からΦ５．５ｍｍ線材の圧延時に、表１に示すように、加熱温度が１０００℃〜１３００℃の４ケースについて、メカニカルデスケーリングを行なうビレット温度（デスケーリング温度）を変化させて、流体噴射デスケーリングを併用した実機メカニカルデスケール実験を実施した。その際に、ブラシロールの押し付け力を２水準変化させた。前記温度範囲のそれぞれの温度に加熱されたビレットにメカニカルデスケーリングをそれぞれ実施し、剥離したスケールを流体噴射デスケーリングで除去した後、これらのビレット（圧延材）を粗圧延機列から仕上げ圧延機にかけてで順次断面積を減少させて直径５．５ｍｍの線材に仕上げ圧延した後、この線材製品からサンプル材を採取し、酸洗して表面疵の発生状況を目視観察した。そして、表面疵発生部を疵が消失するまで削り、表面疵深さを測定して、各デスケーリング温度の場合の表面最大疵深さを求めた。製品表面疵深さが０．０２ｍｍを判定基準として、この表面最大疵深さが０．０２ｍｍ以下の場合を合格として○印で、０．０２ｍｍを超える場合を不合格として×印で、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２４のそれぞれのデスケーリング条件に対して表１に記載した。表１から、加熱温度が１２００℃以上で、デスケーリング温度が９００℃以上の場合は、いずれのブラシロール押付力でも、製品最大表面疵深さが０．０２ｍｍ以下で疵判定基準を満たしている。これに対し、加熱温度およびデスケーリング温度がこれらの温度域に達しない場合には、製品最大表面疵深さが０．０２ｍｍ以上で疵判定基準を満たしていない。
【００２０】
【表１】
0004764135.tif 000002
【００２１】
このように、加熱温度が１２００℃以上およびデスケーリング温度が９００℃以上でデスケーリング性が良好であったのは、高温の加熱雰囲気下で生成するサブスケールの構造がポーラスになること、および高温になるほどサブスケールの硬さの減少割合が大きくなり、サブスケールの破壊強度自体が低下することにより、ブラシロールによる破壊および剥離が容易になることによる。また、従来から使用されている高圧水を噴射する流体噴射デスケーリングだけでは、高温状態でデスケーリングを行なう場合の上記の利点があっても、地鉄界面からサブスケールを剥離させる力が不十分であるため、スケールの生成量（生成厚さ）自体は増加する高温での剥離性がわるかったと見なすことができる。
【００２２】
また、材質制御を目的として、加熱炉内で低温加熱を行ない、９００℃未満の温度で抽出する低温加熱材については、圧延ラインのトラブル等で在炉時間が長くなった場合、前記サブスケールが成長して、剥離が困難な問題となるスケールが地鉄界面に生成するため、図１に示した急速加熱装置５により、ビレットの表面温度のみを９００℃以上に急速加熱すれば、材質制御を行いつつ、サブスケールのデスケール性を向上させることができる。なお、この急速加熱は、加熱炉抽出直後のみならず、熱間圧延工程の途中で行い、例えば、低温圧延時に、鋼材表面を９００℃以上に上昇させてメカニカルデスケーリングを行なうようにすることもできる。
【００２３】
図４は、上述の実機メカニカルデスケール実験時に、図１に示した粗圧延機列２の出側の圧延材をサンプリングし、このサンプル圧延材に発生した表面疵の個数とデスケ−リング時のビレット温度との関係を模式的に示したものである。高圧水を吹き付ける流体噴射デスケーリングのみの場合よりも、メカニカルデスケーリングを行なった後に、流体噴射デスケーリングにより、破壊、剥離したスケールを吹き飛ばすようにすれば、表面疵発生個数は減少し、デスケーリング性が向上し、製品（仕上げ線材）に残存する表面疵の深さが減少する。このデスケーリング性の向上（表面疵発生個数の減少）は、メカニカルデスケーリング温度が高温になるほど顕著となる。なお、本発明のメカニカルデスケーリング方法は、線材や棒鋼のみならず、鋼板など他の鋼材の熱間圧延時のスケール除去にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】線材圧延ラインの粗圧延機列と、メカニカルデスケーリング装置の配置の一例を示す説明図である。
【図２】（ａ）ブラシロールの配置の一例を示す説明図である。（ｂ）ビレット表面に対するブラシロールの傾斜角の一例を示す説明図である。
【図３】デスケーリング温度が製品表面最大疵深さに及ぼす影響を示す説明図である。
【図４】デスケーリング温度と表面疵発生個数を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１：加熱炉        ２：粗圧延機列        ３：メカニカルデスケーリング装置
３ａ〜３ｄ：ブラシロール    ４：流体噴射デスケーリング装置
５：急速加熱装置            ６：ビレット        ６ａ：圧延材
【図１】
0004764135.tif 000003
【図２】
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【図３】
0004764135.tif 000005
【図４】
0004764135.tif 000006