(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Si：0.05質量％以上、Cr，Niの１種以上：0.1 質量％以上を含有すると共にCr含有量：1.5 質量％以下である条鋼材を1200℃以下で加熱した後、熱間圧延するに際し、この熱間圧延が終了するまでに少なくとも１回、露点：30〜60℃の湿潤雰囲気中に２秒以下曝して鋼のサブスケールと地鉄との界面にウスタイトを形成させ、この後、高圧水デスケーリングをすることを特徴とする表面性状に優れた条鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面性状に優れた条鋼材の製造方法に関する技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
条鋼製品に求められる表面品質は年々厳しくなっているが、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発生する。特にCr、Si等の酸化しやすい合金元素を多く含む鋼種では、加熱過程や圧延過程において合金元素を含む鉄酸化物（以降、サブスケールともいう）が生成する。サブスケールは、1200℃程度までの低温時には緻密で薄く、また、Niが含まれる場合はさらに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（以降、高圧水デスケーリングともいう）を行っても除去が困難である。鋼表面に残ったまま圧延されるとサブ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。
【０００３】
サブスケールのデスケーリング性を向上させるため、加熱炉での高温加熱および加熱炉内への水蒸気供給によりサブスケールを脆弱化する方法が開示されている（特開2003-119517 号公報、特開2002-316207 号公報）。しかし、この方法には、スケールロスや加熱炉操業上の問題がある。さらに圧延中も密着性の高いサブスケールを有する２次スケールが形成される。このため、サブスケールを剥離しやすくする方法が求められている。
【特許文献１】特開2003-119517号公報
【特許文献２】特開2002-316207号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加熱炉内において1200℃以下で加熱（低温加熱）されて生成されるサブスケールは緻密で強固であるため、通常の高圧水デスケーリングでは取れ難い。更に、圧延機間（圧延機と圧延機との間）も密着性の高いサブスケールを有する２次スケールが形成される。このため、これらの難剥離性のサブスケールをデスケーリング前に易剥離性のサブスケールに改質する必要がある。加熱炉抽出から最初のデスケーリングに至る時間や、圧延機間の通過時間は数秒内であり、極短時間内にスケールを改質する必要がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に着目してなされたものであって、その目的は、スケールに起因する表面疵が少なくて表面性状に優れた条鋼材の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意研究を行なった結果、本発明を完成するに至った。本発明によれば上記目的を達成することができる。
【０００７】
このようにして完成され上記目的を達成することができた本発明に係る条鋼材の製造方法は、Si：0.05質量％以上、Cr，Niの１種以上：0.1 質量％以上を含有すると共にCr含有量：1.5 質量％以下である条鋼材を1200℃以下で加熱した後、熱間圧延するに際し、この熱間圧延が終了するまでに少なくとも１回、露点：30〜60℃の湿潤雰囲気中に２秒以下曝して鋼のサブスケールと地鉄との界面にウスタイトを形成させ、この後、高圧水デスケーリングをすることを特徴とする表面性状に優れた条鋼材の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る条鋼材の製造方法によれば、スケールに起因する表面疵が少なくて表面性状に優れた条鋼材を製造することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、加熱炉内や圧延機間で1200℃以下で生成した難剥離性のサブスケールを剥離しやすくする方法について検討した。その結果、下記のようなことがわかった。
【００１０】
緻密なサブスケールが生成した鋼材表面を、水蒸気を含む湿潤空気（湿潤雰囲気）中で酸化（水蒸気酸化）すると、数秒内の極短時間でサブスケール内を介して水蒸気がサブスケールと鋼の界面に作用し、酸素が内方移動することによって鋼表面を直接酸化する。その結果、Fe2SiO4 及びFeCr2O4 からなるサブスケールが地鉄と接する界面部に薄くウスタイト（FeO ）が形成されるが、ウスタイトは強度が低いので亀裂が入り、上層のサブスケールを破壊する。加えて、水蒸気の作用により均一に酸化されるため、界面が平滑となってきれいにサブスケールが地鉄から除去されやすくなり、高圧水デスケーリング性が大きく改善される。従って、圧延中にスケールが鋼表面に押し込まれることによるスケール押し込み疵の発生を抑えることが出来る。このとき、湿潤雰囲気の露点が30〜60℃であると共に、湿潤雰囲気中に曝す時間（水蒸気酸化時間）が２秒以下であるとよく、この場合に上記のような作用効果を充分に発揮する。
【００１１】
本発明は、かかる知見に基づき完成されたものであり、条鋼材の製造方法に係わるものである。このようにして完成された本発明に係る条鋼材の製造方法は、Si：0.05質量％以
上、Cr，Niの１種以上：0.1 質量％以上を含有すると共にCr含有量：1.5 質量％以下である条鋼材を1200℃以下で加熱した後、熱間圧延するに際し、この熱間圧延が終了するまでに少なくとも１回、露点：30〜60℃の湿潤雰囲気中に２秒以下曝して鋼のサブスケールと地鉄との界面にウスタイトを形成させ、この後、高圧水デスケーリングをすることを特徴とする表面性状に優れた条鋼材の製造方法である。
【００１２】
本発明に係る条鋼材の製造方法によれば、前記知見からもわかるように、スケールに起因する表面疵が少なくて表面性状に優れた条鋼材を製造することができるようになる。
【００１３】
より詳細には、上記の露点：30〜60℃の湿潤雰囲気中に条鋼材を２秒以下曝すという処理〔以降、湿潤雰囲気処理(A) ともいう〕を、条鋼材の1200℃以下での加熱後、熱間圧延前にした場合には、前記加熱により生成された緻密なサブスケールが湿潤雰囲気処理(A) により破壊され、剥離しやすいスケール性状に改質される。従って、この湿潤雰囲気処理(A) 後の高圧水デスケーリングでスケール除去することができ、このため、熱間圧延でのスケール押し込みによる表面疵が少なくて表面性状に優れた条鋼材を得ることができる。      
【００１４】
条鋼材の1200℃以下での加熱後、デスケーリングし、この後、熱間圧延する際、上記湿潤雰囲気処理(A) を、熱間圧延機間（圧延機と圧延機との間）にした場合には、上記デスケーリングでも除去できず、残存したサブスケール、及び、熱間圧延中に生成したサブスケールが湿潤雰囲気処理(A) により破壊され、剥離しやすいスケール性状に改質され、また、水蒸気の作用により均一に酸化されるために界面が平滑となってきれいにサブスケールが地鉄から除去されやすくなる。従って、この湿潤雰囲気処理(A) 後の高圧水デスケーリングでスケール除去することができ、このため、これ以降の熱間圧延でのスケール押し込みによる表面疵が少なくて表面性状に優れた条鋼材を得ることができる。
【００１５】
この場合は熱間圧延機間での湿潤雰囲気処理(A) の後に高圧水デスケーリングをしているが、上記条鋼材加熱後のデスケーリングでも除去できず、残存したサブスケールが軽微である場合や、上記熱間圧延中に生成したサブスケールが軽微である場合、湿潤雰囲気処理(A) 後にデスケーリングをしなくてもよい場合がある。このような軽微なサブスケールは、湿潤雰囲気処理(A) 後の熱間圧延中に除去される場合があるからである。従って、このような場合、湿潤雰囲気処理(A) 後にデスケーリングをしなくても、熱間圧延でのスケール押し込みによる表面疵が少なくて表面性状に優れた条鋼材を得ることができる。
【００１６】
本発明に係る条鋼材の製造方法は、プロセス的には、上記のようなプロセス、即ち、条鋼材の1200℃以下での加熱→湿潤雰囲気処理(A) →デスケーリング→熱間圧延というプロセスや、条鋼材の1200℃以下での加熱→デスケーリング→熱間圧延→熱間圧延機間に湿潤雰囲気処理(A) →デスケーリング→熱間圧延というプロセス、条鋼材の1200℃以下での加熱→デスケーリング→熱間圧延→熱間圧延機間に湿潤雰囲気処理(A) →熱間圧延というプロセスがある他、下記のようなプロセスもある。即ち、条鋼材の1200℃以下での加熱→湿潤雰囲気処理(A) →デスケーリング→熱間圧延→熱間圧延機間に湿潤雰囲気処理(A) →熱間圧延というプロセスや、条鋼材の1200℃以下での加熱→湿潤雰囲気処理(A) →デスケーリング→熱間圧延→熱間圧延機間に湿潤雰囲気処理(A) →デスケーリング→熱間圧延というプロセスがあり、これらも本発明に係る条鋼材の製造方法に含まれる。いずれのプロセスを採用するかは、サブスケールの生成の時点や程度によって決めるとよい。このサブスケールの生成の時点や程度は、条鋼材の成分や加熱温度、熱間圧延条件などによって決まる。
【００１７】
本発明に係る条鋼材の製造方法において、条鋼材の鋼種を成分的にはSi：0.05質量％（重量％）以上、Cr，Niの１種以上：0.1 質量％以上（Cr，Niの２種の場合、Cr量，Ni量の合計で0.1 質量％以上）を含有すると共にCr含有量：1.5 質量％以下であるものとし、熱間圧延前の加熱温度を1200℃以下としている。この理由は、下記の点にある。このような鋼種および加熱温度の場合に、サブスケールが生成しやすく、従来は、熱間圧延でのスケール押し込みによる表面疵が発生しやすいという問題点があった。本発明はかかる問題点を解消しようとするものであるので、このような鋼種および加熱温度であることが前提であり、必要である。本発明は、このような鋼種および加熱温度の場合に効果的である。
【００１８】
湿潤雰囲気中に曝すという処理（以降、湿潤雰囲気処理ともいう）における湿潤雰囲気は露点：30〜60℃であることとしている。この理由は、下記の点にある。サブスケールの破壊に要する湿潤雰囲気の露点は30℃以上であり、露点：30℃未満の湿潤雰囲気の場合にはサブスケールの破壊が不充分である。露点：60℃以上の湿潤雰囲気の場合には、スケールが成長しすぎてスケール剥離が却って悪くなる。かかる点から、湿潤雰囲気は露点：30〜60℃であることとしている。なお、かかるスケール成長によるスケール剥離性の低下をより抑制するという点から、湿潤雰囲気処理での湿潤雰囲気は露点：55℃以下であることが望ましく、ひいては露点：30〜55℃であることが望ましい。露点：30〜60℃の湿潤雰囲気を、絶対水蒸気量を用いて表現すると、絶対水蒸気量：30.3〜122g/m3 となる。露点：30〜55℃の湿潤雰囲気を、絶対水蒸気量を用いて表現すると、絶対水蒸気量：30.3〜99.1g/m3となる。
【００１９】
湿潤雰囲気処理における湿潤雰囲気中に曝す時間（湿潤雰囲気処理時間）は２秒以下であることとしている。この理由は、下記の点にある。湿潤雰囲気処理での水蒸気酸化による界面部のウスタイト形成効果は、湿潤雰囲気処理時間（水蒸気酸化時間）が短いほど出やすい。湿潤雰囲気処理時間が２秒を超えると、表面酸化が進行し、界面部に形成されたウスタイトがマグネタイトに変化する。マグネタイトは、地鉄との整合性が高く、サブスケールが剥離しにくくなるため、熱間圧延でのスケール押し込みによる表面疵の発生を助長してしまう。また、地鉄とスケールの界面を平滑化する効果もなくなってしまう。かかる点から、湿潤雰囲気処理時間：２秒以下であることとしている。なお、上記２秒以下には０秒は含まれない。
【００２０】
湿潤雰囲気処理(A) は少なくとも１回行う。即ち、湿潤雰囲気処理(A) は１回に限定されるものではなく、必要に応じて１回または２回以上行う。
【００２１】
本発明において、条鋼材は、棒状または線状の鋼材の総称である。条鋼には、形鋼、鋼矢板、レール、棒鋼、鋼線材などがある。
【００２２】
湿潤雰囲気とは、水蒸気を含む湿潤な雰囲気のことである。通常、湿潤雰囲気としては水蒸気を含む湿潤な空気を用いる。湿潤雰囲気中の露点は、鋼線材などの条鋼材の表面近傍（鋼表面より50cm以内の高さ内）の雰囲気ガスを採取して鏡面式露点計を用いて測定する。湿潤雰囲気は、湿潤雰囲気ブースを設置し、水蒸気供給配管より水蒸気を導入して所定の露点に調整する。
【実施例】
【００２３】
本発明の実施例および比較例について、以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２４】
〔例１〕
表１に示す組成の鋼ビレット(150mm角）を燃焼ガス雰囲気中で加熱炉内で加熱した後、加熱炉より抽出直後に湿潤雰囲気ブースで湿潤雰囲気処理（水蒸気酸化処理）をし、高圧水デスケーリングをした後、熱間圧延して鋼線材（直径：13.5mm）を製造した。このとき、加熱炉内での加熱温度、湿潤雰囲気ブースの湿潤雰囲気の露点、湿潤雰囲気ブースでの湿潤雰囲気処理時間（水蒸気酸化処理時間）を、表２に示すように変化させた。
【００２５】
このようにして製造された鋼線材について、スケール疵（スケールに起因する表面疵）の個数を測定した。この結果を表２に示す。
【００２６】
なお、スケール疵の有無、個数は、鋼材断面を光学顕微鏡で100 〜200 倍程度の倍率で観察することにより評価することができる。スケール疵の断面をEPMAマッピングにより分析すると、Fe，Ｏのほか、Si，Crの濃縮を確認でき、サブスケールが押し込まれたスケール疵であると判別できる。
【００２７】
上記の鋼線材についてのスケール疵の個数の測定は、このような方法により行った。即ち、このような方法により、上記の鋼線材の長手方向（鋼の圧延方向）に垂直な横断面10個所以上で観察されるスケール疵の個数を計測し、その平均値（スケール疵の個数の合計数／測定断面数の合計数＝１測定断面当たりのスケール疵の個数）を算出した。そして、このスケール疵個数の平均値が０（スケール疵無し）のものをランク０、スケール疵個数の平均値が０超10個以下のものをランク１、10個超20個未満のものをランク２、20個以上30個未満のものをランク３、30個超のものをランク４とした。ランク１以下であれば、製品として全く問題ない。
【００２８】
表２からわかるように、No.5, 10, 14, 17の場合、表面性状レベル：ランク３〜４であり、スケール疵が多い。これは、湿潤雰囲気ブースでの水蒸気酸化処理時間（湿潤雰囲気処理時間）が２秒超と長すぎて、サブスケールと鋼の界面にマグネタイトが形成し、スケール剥離性が悪くなったためである。
【００２９】
No.3の場合、表面性状レベル：ランク３であり、スケール疵が多い。これは、湿潤雰囲気ブースの湿潤雰囲気の露点が10℃であり、湿潤雰囲気中の水分量が少ないため、水蒸気効果が不十分でサブスケールの破壊が不充分であったからである。
【００３０】
No.9の場合、表面性状レベル：ランク２であり、No.21 の場合、表面性状レベル：ランク４であり、いずれの場合もスケール疵が多い。これは、湿潤雰囲気ブースの湿潤雰囲気の露点が76℃であり、湿潤雰囲気中の水分量が多すぎて水蒸気効果が強すぎるために、破壊されたサブスケールを介して、さらに内部への酸化が進んでウスタイトの成長が加速し、スケールが厚く成長しすぎてスケール剥離が悪くなったからである。
【００３１】
No.4の場合、表面性状レベル：ランク２であり、No.15, 20 の場合、表面性状レベル：ランク３であり、いずれの場合もスケール疵が多い。これは、加熱炉内での加熱温度が高いためにポーラスで厚いスケールが生成し、水蒸気酸化することによりさらに厚いスケールが生成するために、高圧水デスケーリングを行ってもスケール除去が不十分となったからである。
【００３２】
No.1, 2, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 16, 18, 19の場合、表面性状レベル：ランク０またはランク１であり、スケール疵が無いか、スケール疵があっても少ない。これは、加熱炉内での加熱温度、湿潤雰囲気ブースの湿潤雰囲気の露点、および、湿潤雰囲気ブースでの湿潤雰囲気処理時間（水蒸気酸化処理時間）が本発明に係る条件（加熱温度：1200℃以下、湿潤雰囲気の露点：30〜60℃、湿潤雰囲気処理時間：２秒以下）を満たすため、サブスケールが水蒸気効果により破壊されて、デスケーリングで完全、もしくは、ほぼ完全に除去されたからである。
【００３３】
このように、鋼ビレットを加熱炉内で本発明に係る条件（加熱温度：1200℃以下）で加熱した後、加熱炉より抽出直後に浸潤雰囲気ブースで本発明に係る条件（湿潤雰囲気の露点：30〜60℃、湿潤雰囲気処理時間：２秒以下）で湿潤雰囲気処理（水蒸気酸化処理）を行った場合は、加熱炉内で生成したスケールを介して、水蒸気が鋼界面部に達しウスタイトが形成されるため、界面が脆くなり、直後に高圧水ジェットなどでデスケーリングを行うと完全もしくはほぼ完全にスケール層が除去されて、加熱炉で出来たスケールの取れ残りが圧延中に鋼材に押し込まれることがないため、スケール疵が発生しにくくなる。
【００３４】
〔例２〕
表１に示す組成の鋼ビレットを用いて、下記工程により鋼線材を製造した。即ち、表１に示す組成の鋼ビレット（150mm 角）を燃焼ガス雰囲気中で加熱炉内で加熱→高圧水デスケーリング→熱間圧延→熱間圧延機間に湿潤雰囲気ブースで湿潤雰囲気処理（水蒸気酸化処理）→高圧水デスケーリング→熱間圧延の工程により、鋼線材（直径：13.5mm）を製造した。このとき、熱間圧延開始温度、湿潤雰囲気ブースの湿潤雰囲気の露点、湿潤雰囲気ブースでの水蒸気酸化処理時間を、表３に示すように変化させた。なお、上記熱間圧延開始温度は加熱炉内での加熱温度よりも僅か低いが、加熱炉内での加熱温度とほぼ等しい。従って、加熱炉内での加熱温度は、表３に示す熱間圧延開始温度よりも僅か高いが、この熱間圧延開始温度とほぼ等しく、全て1200℃以下である。
【００３５】
このようにして製造された鋼線材について、例１の場合と同様の方法により、スケール疵（スケールに起因する表面疵）の個数を測定し、スケール疵個数の平均値を求めた。そして、例１の場合と同様、スケール疵個数の平均値が０（スケール疵無し）のものをランク０、スケール疵個数の平均値が０超10個以下のものをランク１、10個超20個未満のものをランク２、20個以上30個未満のものをランク３、30個超のものをランク４とした。この結果を表３に示す。
【００３６】
表３からわかるように、湿潤雰囲気ブースの湿潤雰囲気の露点が30〜60℃の範囲内にあると共に、湿潤雰囲気処理時間が２秒以下を満たすもの（No.1, 5, 6, 8, 10, 11, 13, 14 ）の場合、表面性状レベル：ランク０またはランク１であり、スケール疵が無いか、スケール疵があっても少ない。これは、鋼表面の凹凸に起因する表面疵が水蒸気酸化によって減少し、表面品質が改善されたためである。即ち、熱間圧延中に生成したサブスケールが湿潤雰囲気処理により破壊され、剥離しやすいスケール性状に改質され、また、水蒸気の作用により均一に酸化されるために界面が平滑となってきれいにサブスケールが地鉄から除去されやすくなるため、湿潤雰囲気処理後の高圧水デスケーリングでスケール除去することができ、このため、これ以降の熱間圧延でのスケール押し込みによる表面疵の発生が少なくなるからである。
【００３７】
湿潤雰囲気処理時間が２秒を超えるもの（No.3, 7, 9, 12, 15）の場合、表面性状レベル：ランク３〜４であり、スケール疵が多い。これは、サブスケールと鋼の界面にマグネタイトが形成し、スケール剥離性が悪くなったためである。
【００３８】
湿潤雰囲気ブースの湿潤雰囲気の露点が30℃未満のもの（No.2）の場合、表面性状レベル：ランク４であり、スケール疵が多い。これは、湿潤雰囲気中の水分量が少ないため、水蒸気効果が不十分でサブスケールの破壊が不充分であったからである。
【００３９】
このように、鋼ビレットを加熱炉内で本発明に係る条件（加熱温度：1200℃以下）で加熱し、次いでデスケーリングした後、熱間圧延機間に湿潤雰囲気ブースで本発明に係る条件（湿潤雰囲気の露点：30〜60℃、湿潤雰囲気処理時間：２秒以下）で湿潤雰囲気処理を行った場合は、水蒸気が表面スケールを介して界面部に達し、地鉄表面を均一に酸化してスケール化（ウスタイトを形成）するために、スケールと鋼の界面を平滑化する効果があり、それまでの工程で発生した凹凸に起因する表面疵深さを低減する。従って、表面疵深さが製品まで残存しにくくなり、表面性状に優れたものが得られる。
【００４０】
【表１】
0004546408.tif 000002
【００４１】
【表２】
0004546408.tif 000003
【００４２】
【表３】
0004546408.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る条鋼材の製造方法によれば、スケールに起因する表面疵が少なくて表面性状に優れた条鋼材を製造することができるので、本発明に係る条鋼材の製造方法は表面性状に優れた条鋼材の製造方法として好適に用いることができて有用である。