(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低炭素鋼からなる鋼材の熱間加工に先立つ鋼片の加熱方法において、少なくとも鋼片の表面温度が５００℃から９００℃まで昇温する際の、鋼片の表面温度上昇速度を実測または予測し、その値が４℃／分以下となるように鋼片を加熱することを特徴とする鋼片の加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間加工に先立つ鋼片の加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼片の熱間加工に先立って行われる加熱は、経済性と生産性から出来るだけ短時間で、必要最低限の加熱温度までとするのが原則である。
【０００３】
一般に鋼片の加熱は、バッチ式加熱炉または連続式加熱炉のいずれかで行われるが、経済性の観点からガス、液体燃料を燃焼させた熱エネルギーを利用する加熱炉で行われることがほとんどである。また、その際には炉内のガスを確実に完全燃焼させるために、空気比はやや空気を多めに設定するのがほとんどであり、このため鋼材の表面は酸化性の雰囲気にさらされる。また、必然的に炉内は燃焼に伴って発生したガスによって充満しており、鋼片の表面はそれらガスの複雑な化学反応の影響下にある。実際には、熱間加工後、あるいはその後の冷間加工、表面処理後の製品表面の状態の悪化としてこれらの要因が顕在化し、顕在化したものはスケール欠陥として認識されている。
【０００４】
このようなスケール欠陥の発生を防ぐ方法として、特公平７−８５８０６号には鋼片の上下面の温度差を無くすような加熱方法が示されており、また、特公昭５９−１３５７４号には高温に曝される時間を抑制する方法が示されている。
【０００５】
また、特開平９-３０２４１５号には、フェライト系スレンテス鋼のスラブの加熱のパターンを前段高温、後段低温の２段加熱のパターンとするような方法が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らが上述した従来技術のような方法を用いて実験的に鋼片の加熱を行い、得られた製品の表面欠陥を調査したところ、従来技術の方法はある程度の効果はあるものの、完全にスケール欠陥を無くすまでには至らなかった。
【０００７】
この原因として、製品のスケール欠陥深さから熱間加熱前の鋼片の欠陥原因の深さを推測すると数ｍｍ程度と推測され、従来技術では解消できないような加熱炉内で割れのような深い欠陥を生成することが原因と推察された。
【０００８】
割れを生成するような力が鋼片の表面に働く原因としては、加熱中途で鋼片が変態を起こすことで熱応力を生じ、表面に不可避的に存在する微細な欠陥に応力集中が起こり、割れが発生すると考えられた。
【０００９】
鋼片の加熱中は、鋼片には複雑な応力が働くが、加熱による熱膨張に起因したものと変態による寸法変化によるものが重要である。
【００１０】
熱膨張による応力は、鋼片への入熱が大きい状態、例えば加熱開始時には鋼片の表面温度が内部より早く上昇しており、表面の膨張傾向に内部が追従できずに表面が圧縮の応力を受け、表面に割れが生じにくい状態となると考えられる。ところが加熱の中途では、この表面の温度上昇が鈍り、内部の方が早く温度上昇している場合が必ず発生し、その場合は表面が引張の応力を生じ、表面が割れやすくなる。
【００１１】
変態による応力は、鋼片が９００℃付近で変態による寸法変化を起こし、これは低温から高温に向かう加熱の際には収縮となって発現する。
【００１２】
鋼片は表面が先に高温になるため、変態が先ず表面で起こって表面が収縮するため、引張応力が発生する。これは先に延べた熱応力とは無関係に付加される応力であって、加熱中の鋼片の表面に割れを生じる原因となる。
【００１３】
本発明は、上記のような問題点が複合して作用し、鋼片の表面割れを起こし、製品表面に欠陥を生じるという問題を解決するためになされたもので、鋼片の表面の欠陥を防止できる鋼片の加熱方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の鋼片の加熱方法は以下のような特徴を有する。
【００１５】
（１）極低炭素鋼からなる鋼材の熱間加工に先立つ鋼片の加熱方法において、少なくとも鋼片の表面温度が５００℃から９００℃まで昇温する際の、鋼片の表面温度上昇速度を実測または予測し、その値が４℃／分以下となるように鋼片を加熱することを特徴とする鋼片の加熱方法。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、鋼片表面の引張応力が過度にならない履歴をとるように鋼片の温度に制約を加えるものであり、それは主には加熱炉の温度を制御することによって、少なくとも鋼片の表面温度が５００℃から９００℃まで昇温する際に、後述する実施例に示されるように、鋼片の表面温度上昇速度が４℃／分以下となるように鋼片を加熱することで実現した。こうすることで、変態の進行に伴う収縮が、表面から深さ方向に一様に発生し、極表層に多大な引張応力が発生することを防げる。
【００２０】
一般に鋼片の熱間加工の温度は１０００℃以上になる。熱間加工用の加熱は、板厚中心部と表面の温度が許容差内で均一になるようにする必要があり、先行して温度上昇した表面の温度に対して、鋼片の表面温度が９００℃近辺になって、遅れて追従してきた内部の温度の上昇速度が表面の温度の上昇速度を上回るようになる。鋼片の最大厚みを３００ｍｍと考えると、鋼片表面と板厚中心部とで約４００℃の差がついていることになる。従って、表面温度の影響が中心部に現れるのを追跡するためには、その約４００℃の温度の履歴を考慮して、鋼片の表面温度を４００℃低いときから制御する必要があるとして、少なくとも鋼片の表面温度が５００℃から９００℃まで昇温する際と限定した。
【００２１】
図１および図２は、本発明の鋼片の加熱方法の一実施形態を示すもので、図１は小型炉の中での加熱状況、図２は連続式加熱炉の中での加熱状況を示す。
【００２２】
図１に示す実施形態は、小型炉１に装入した鋼片３の表面温度および表面温度上昇速度を放射温度計５により計測し、この計測結果より鋼片の板厚中心部温度および板厚中心部温度上昇速度を予測した。本願の第１の発明は、少なくとも鋼片の表面温度が５００℃から９００℃まで昇温する際に、小型炉１の温度を調節して、鋼片３の温度上昇を制御して、鋼片の表面温度上昇速度が４℃／分以下となるように鋼片を加熱する。加熱温度の調節は燃焼器４の調節による。
【００２３】
図２に示す実施形態は、連続式加熱炉２において鋼片３を移動しながら加熱する場合で、炉温６より計算機７などの手段によって、鋼片３の表面温度および表面温度上昇速度を予測している。また、この予測結果より鋼片３の板厚中心部温度および板厚中心部温度上昇速度を予測している。これとは別に、連続式加熱炉２の放射温度計５を用いて、鋼片３の表面温度および表面温度上昇速度を計測して、この時間変化から計算機７などの手段によって、鋼片３の板厚中心部温度および板厚中心部温度上昇速度を予測して、炉温６からのこれらの予測結果と比較したところよく一致した。本願の第１の発明は、少なくとも鋼片３の表面温度が５００℃から９００℃まで昇温する際の、連続式加熱炉２の炉温度を制御して、鋼片の表面温度上昇速度が４℃／分以下となるように鋼片を加熱する。
【００２４】
これらの処理は、主に炉の温度を下げ、鋼片への入熱とそれに伴う温度上昇によって行なえるが、冷たいガスを鋼片に吹き付けるなどの方法によってもかまわない。
【００２５】
また、本願の第２の発明は、鋼片表面の引張応力が過度にならない履歴をとるように鋼片の温度に制約を加えるものであり、それは主には加熱炉の温度を制御することによって、少なくとも鋼片の表面温度が５００℃から９００℃まで昇温する際に、後述する実施例に示されるように、鋼片の表面から深さ方向の温度勾配が３℃／ｍｍとなるように鋼片を加熱することで実現した。
【００２６】
さらに、本願の第３の発明は、少なくとも鋼片の表面温度が５００℃から９００℃まで昇温する際に、後述する実施例に示されるように、鋼片板厚中心部と鋼片表面との温度上昇速度差が２℃／分以下となるように鋼片を加熱することで実現した。
【００２７】
図３には本発明により、炉の温度を制御した際の鋼片の温度履歴を示す。上記本願の第１〜第３の発明において、特に好ましくは初期に高温の温度で加熱した後、一旦炉の温度を下げ、再度熱間圧延に必要なより高い温度まで加熱する。図３は少なくとも鋼片の表面温度が５００℃から９００℃まで昇温する際の、鋼片の入熱量を抑制するために、炉の温度を高温から一旦低温に下げ、再度高温にすることにより、鋼片表面温度および鋼片板厚中央温度の上昇速度が緩慢となって好ましいことを示している。
【００２８】
【実施例】
極低炭鋼で２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×５００ｍｍの鋼片を実験的に鋳造し、図１の炉を用いて、炉の温度を調節して室温から１２００℃まで加熱した後に熱間圧延と冷間圧延を施し、表面処理を行った後に１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズのサンプル板を任意の位置から１００枚切り出して表面を精査し欠陥の有無を調査した。
【００２９】
欠陥を検出した実験結果を表１〜表３に示す。表１〜表３には各加熱条件において、上記１００枚のサンプル板の中で表面に欠陥が発生した割合を単位面積当たりの表面欠陥の数密度により示した。
【００３０】
表１には、少なくとも鋼片の表面温度が５００℃から９００℃まで昇温する際の、表面の温度上昇速度の最大値と欠陥の関係を示す。表面温度上昇速度が概ね４℃／分を下回れば、欠陥が発生しなくなった。
【００３１】
【表１】
0004019658.tif 000002
【００３２】
表２には、少なくとも鋼片の表面温度が５００℃から９００℃まで昇温する際の、鋼片の表面から深さ方向の温度勾配の最大値と欠陥の関係を示す。鋼片の表面から深さ方向の温度勾配が概ね３℃／ｍｍを下回ると欠陥が発生しなくなった。
【００３３】
【表２】
0004019658.tif 000003
【００３４】
表３には、少なくとも鋼片の表面温度が５００℃から９００℃まで昇温する際の、鋼片板厚中心部と鋼片表面との温度上昇速度差の最大値と欠陥の関係を示す。鋼片板厚中心部と鋼片表面との温度上昇速度差が概ね２℃／分を下回れば、欠陥が発生しなくなった。
【００３５】
【表３】
0004019658.tif 000004
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋼片の加熱時における表層の引張応力が過大にならないように加熱制御を行うことで、表面性状に優れた製品を得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鋼片の加熱方法の一実施形態を示すもので、小型炉中での加熱状況を示す説明図
【図２】本発明の鋼片の加熱方法の一実施形態を示すもので、連続式加熱炉中での加熱状況を示す説明図
【図３】本発明の鋼片の加熱方法の一実施形態を示すもので、炉の温度を制御した際の鋼片の温度履歴を示す説明図
【符号の説明】
１  小型炉
２  連続式加熱炉
３  鋼片
４  燃焼器
５  放射温度計
６  炉の温度計
７  計算機
【図１】
0004019658.tif 000005
【図２】
0004019658.tif 000006
【図３】
0004019658.tif 000007