(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造された鋳片の表面を手入れする工程において、冷間又は表面温度が１００℃以下の鋳片の表面を溶削により手入れし、該手入れ終了後、直ちに手入れした鋳片表面を１０Ｋ／sec以上の冷却速度で少なくともＡｒ１点まで急冷し、その後、さらなる鋳片表面の手入れを行うことなく熱間圧延することを特徴とする表面欠陥の少ない鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面欠陥の少ない鋼材の製造方法に関するもので、詳細には鋳造された鋳片表面の手入れを行うプロセスの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な鉄鋼製品の製造方法では、まず、溶鋼を鋳型に流し込んで鋼塊を得る造塊法か或いは連続鋳造機にて鋳造して鋳片を得る連続鋳造法により、鋳片を製造する。得られた鋳片は、必要に応じて鋳片表面を溶削や研削などの方法により手入れした後、加熱炉に代表される熱補償プロセスにおいて温度を均一化し、次いで鋳片表面に生成したスケールを高圧水等により除去しながら熱間圧延を行う。
【０００３】
近年の製品価格の下落や人件費の高騰などの理由から、鋳片の手入れを省略して圧延を実施したり、加熱炉の在炉時間を短くしたりして、製造コストの低減化が図られている。一方、鉄鋼製品の品質に対するユーザーの要求は益々厳しさを増しており、とりわけ自動車の外板やスチール缶に代表される容器材料などは、従来の基準を大きく上回るレベルの品質が要求されている。
【０００４】
特に、自動車外板用などの鋼板は、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍、メッキというプロセスを経て最終製品が得られるが、最終製品ができてから表面欠陥が発見されると、多大な製造コストをかけたにもかかわらず、ユーザーの向け先を変更するか、最悪の場合は屑となり、経済性の面で非常に問題となっていた。したがってこのような問題を回避するには、製造コストがかかっていない早い段階で欠陥を発見するか、若しくは欠陥の発生がゼロとなるようなプロセスを開発する必要がある。特に、鋳造段階での欠陥をなくすことは表面欠陥のない鉄鋼製品を得る上で非常に重要である。
【０００５】
鋳造段階での要因に基づく欠陥は、大きく分けて２つに分類される。一つ目は、鋳型／鋳片間の潤滑や溶鋼表面の酸化防止、メニスカスの保温など様々な役割を持つモールドパウダーが、鋳型内の溶鋼流速が速いときなどに溶鋼中にトラップされ、それが圧延され、メッキされたときに発見されるパウダー性欠陥と呼ばれるものである。従来、このパウダー性欠陥を防止するために、パウダーの物性を変更する、浸漬ノズルの形状を最適化する、鋳型内流動制御に使用されている電磁ブレーキや電磁撹拌を最適化する、などによってパウダーの溶鋼中への巻き込みを防止している。
【０００６】
二つ目は、溶鋼中に含まれる介在物がオシレーションマーク部にトラップされ、それが圧延されたときに表れる介在物性欠陥である。なかでも、脱酸剤として添加されたアルミニウムが溶鋼中の酸素と結合してできるアルミナが、製品の表面欠陥部分から検出される。この介在物性欠陥の対策としては、精錬段階で使用されるスラグを改質し、溶鋼をできるだけ清浄化すること、パウダー巻き込みの防止と同様に電磁撹拌を最適化して、初期凝固シェル部にアルミナがトラップされないように撹拌し、ウォッシング効果を狙うことなどが挙げられる。
【０００７】
また、鋳造段階での要因に基づく欠陥を防止するための様々な手段を講じても、鋳片の手入れが必要になる場合がある。この鋳片の手入れ方法として、大きく分けて以下のような３種類の方式が知られている。
▲１▼ 燃焼ガスを鋳片表面に吹き付けて加熱することによって手入れする鋳片表層厚み部分を溶融させ、これを取り除く方法（溶削法）
▲２▼ グラインダーなどを用いて鋳片表面を研削する方法（研削法）
▲３▼ 多数の小鋼球（ショット）を鋳片表面に高圧で衝突させることによって、表層欠陥を除去する方法（ショットブラスト法）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような方法によって鋳片表面の手入れを行うことにより、鋳片表面のパウダー性欠陥等の要因はある程度取り除くことができるが、このように手入れを施した鋳片を圧延した得られた鋼板には、鋳片の略中央に相当する部分に表面欠陥が発生することがあり、原因が解明できない状態が続いていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは多数の鋳片とこの鋳片から得られる鋼板を照し合わせ、表面欠陥が発生した鋼板部分に対応する鋳片の部位とその性状を調査した。その結果、鋳片手入れが安定的に行われた定常部に相当する鋼板部分に表面欠陥が生じている場合、その部分の鋳片の表層部を観察してみると、結晶粒が粗大化していることが判った。
【００１０】
そして、この原因について調査、検討した結果、以下のような事実を知見した。すなわち、溶削法により鋳片手入れを行う場合、一度、鋳片表層部が短時間で鋼の融点近傍まで瞬間的に上昇した後、主に空冷されるため、鋳片の表層部は徐冷状態になり、この結果、鋳片表層部の結晶粒が粗大化することになる。このため鋳片の表層部は粒界の強度が弱く、圧延時に粒界強度の弱い鋳片表層部に割れなどが発生することにより鋼板の表面欠陥が生じる。
【００１１】
したがって以上の点から、手入れ後の鋳片表層部の組織を微細化し、粒界の強度が増すような鋳片の組織制御を行うことにより、圧延時に鋳片表層部に割れなどが発生せず、鋼板の表面欠陥が減少することが判った。また、鋳片表層部の組織を微細化する手法としては、鋳片表面を手入れする工程において、手入れ終了後、直ちに手入れ表面を急冷することが有効であることが判った。
【００１２】
本発明は以上のような知見に基づきなされたもので、その要旨は、鋳造された鋳片の表面を手入れする工程において、冷間又は表面温度が１００℃以下の鋳片の表面を溶削により手入れし、該手入れ終了後、直ちに手入れした鋳片表面を１０Ｋ／sec以上の冷却速度で少なくともＡｒ１点まで急冷し、その後、さらなる鋳片表面の手入れを行うことなく熱間圧延することを特徴とする表面欠陥の少ない鋼材の製造方法である。
【００１３】
本発明法は、鋳片表面の手入れを溶削法（燃焼ガスを鋳片表面に吹き付けて加熱することによって手入れすべき鋳片表層厚み部分を溶融させ、これを取り除く手入れ法）により行った場合に、特にその効果が大きい。これは溶削法は他の手入れ法に較べて手入れ終了時の鋳片表層部の温度が高く、それだけ急冷による組織の微細化効果が大きいためである。また溶削法は処理時間、設備費ともに他の手入れ法に較べて有利である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実験室において、ポータブルタイプの溶削機を用いて鋳片表層部を厚さ約２ｍｍに亘って溶削した。鋳片としては、真空溶解炉でＣ：０．０４mass％、Ｓｉ：０．１mass％、Ｍｎ：０．７mass％、Ｐ：０．０１mass％、Ｓ：０．０１mass％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０４mass％の組成を有する低炭素鋼を溶製し、小型試験連鋳機（鋳型形状：幅２００ｍｍ，厚さ１００ｍｍ）を用いて鋳造速度１ｍ／ｍｉｎで鋳造して得られた鋳片を用いた。ポータブルタイプの溶削機の溶削用ガスとしては燃焼熱量の大きいアセチレンガスを採用し、酸素を混合して用いた。酸素の圧力は５ｋｇｆ／ｃｍ２、切断に用いた酸素流量は３６００Ｎｌ／ｈｒ、予熱に用いた酸素流量は４８０Ｎｌ／ｈｒとし、またアセチレンガスの圧力は０．２ｋｇｆ／ｃｍ２、流量は５５０Ｎｌ／ｈｒとした。
【００１５】
実験は次の３通りの方法で行った。第一の方法では上記溶削後そのまま放冷し、第二の方法では上記溶削後、直ちに手入れ部分のエアー冷却を実施し、第三の方法では上記溶削後、直ちに手入れ部分の水冷を実施した。強制冷却の方法としてはエアー冷却、冷却体の接触、水冷などが考えられるが、本実験では水冷とエアー冷却を採用した。水冷では角吹きノズルを用い、このノズルから吐出圧力４ｋｇｆ／ｃｍ２、流量５０ｌ／ｍｉｎで手入れ直後の鋳片表面に水を吹き付けることにより冷却を行った。また、エアー冷却は気体噴射ノズルを用い、このノズルから吐出圧力４ｋｇｆ／ｃｍ２、エア流量２００Ｎｌ／ｍｉｎで手入れ直後の鋳片表面にエアーを吹き付けることにより冷却を行った。なお、水冷、エアー冷却とともにノズル先端から鋳片表面までの距離は１００ｍｍと一定にした。また、鋳片表層の冷却速度を測定するために、溶削前の鋳片の幅中央部分において鋳片表面から５ｍｍ深さ、１０ｍｍ深さ、２０ｍｍ深さの各位置にそれぞれ熱電対を埋め込み、温度履歴の測定を行った。また、鋳片表面温度は２次元の温度測定が可能な放射温度計を用いて測定を行った。
【００１６】
図１に、放冷材、水冷材及びエアー冷却材の鋳片表面の温度履歴の一例を、図２に各鋳片表面から５ｍｍ深さの部分の平均結晶粒径を示す。これによれば、鋳片表層部を溶削した後、直ちにその手入れ表面を水冷またはエアー冷却により急冷することにより鋳片表層部の結晶粒が微細化されていることが判る。また、特に水冷の方が微細化効果が大きいことが判る。このときの鋳片表面のＡｒ１温度までの冷却速度は、水冷時で１０Ｋ／ｓｅｃ前後、エアー冷却時で３Ｋ／ｓｅｃ前後であり、放冷材は約０．５Ｋ／ｓｅｃであった。
【００１７】
このため本発明では、鋳造された鋳片の表面を手入れする工程において、手入れ終了後、直ちに手入れした鋳片表面を急冷し、鋳片表層部の組織の微細化を図るものである。鋳片の手入れは鋳片が冷間又は表面温度が１００℃以下であるような状態で行われる。このような温度の鋳片に手入れ（溶削法による手入れ）を行った場合、この手入れにより鋳片温度は上昇する。本発明法では、この手入れを行った直後の鋳片表面を急冷する。
【００１８】
鋳片表面の急冷は放冷を超える冷却速度で行うが、その冷却手段には特別な制約はない。代表的な冷却手段としては先に挙げたエアー冷却と水冷がある。これらのうち鋳片表層部の組織の微細化効果を十分に得るには水冷の方が好ましく、またその場合には冷却能力が高い水冷設備を用いることが好ましい。但し、設備コスト等を考慮すると水冷よりもエアー冷却の方が排水設備を設置する必要がない等の点で有利である。
図３は、鋳片表面のＡｒ１点までの冷却速度と鋳片表層部の平均結晶粒径（鋳片表面から５ｍｍ深さ部分での平均結晶粒径）との関係を整理して示したもので、鋳片表面の冷却速度が２Ｋ／ｓｅｃ以上において鋳片表層部の組織が効果的に微細化しており、特に冷却速度が５Ｋ／ｓｅｃ以上、より好ましくは１０Ｋ／ｓｅｃ以上において組織は著しく微細化している。以上の結果から、急冷による冷却速度は２Ｋ／ｓｅｃ以上、好ましくは５Ｋ／ｓｅｃ以上、特に好ましくは１０Ｋ／ｓｅｃ以上とすることが望ましく、このような冷却速度で鋳片表面を少なくともＡｒ１点まで急冷することが好ましい。
【００１９】
また、本発明法の効果は“溶削法”、すなわち燃焼ガスを鋳片表面に吹き付けて加熱することによって手入れすべき鋳片表層厚み部分を溶融させ、これを取り除く手入れ法を採る場合に、特にその効果が大きい。これは溶削法は他の手入れ法に較べて手入れ終了時の鋳片表層部の温度が高く、それだけ急冷による組織の微細化効果が大きいためである。また、溶削法は処理時間、設備費ともに他の手入れ法に較べて有利である。
以上のような本発明法を実施するための手入れ設備は、手入れ終了の鋳片表面を急冷するための冷却手段を備えている。この冷却手段としては、例えば水冷機構やエアー冷却機構が挙げられる。
【００２０】
図４は、本発明の実施に供される設備構成とこれによる本発明の一実施形態を示すもので、１は連続鋳造設備、２は鋳片表面の手入れ設備、３は加熱炉、４は熱間圧延設備である。
前記連続鋳造設備１の鋳型５で鋳造された鋳片Ａは、鋳型下方に設けられた複数のロール６によって下方に引き抜かれ、これらロール６間に設けられた２次冷却スプレー７からスプレーされる冷却水により冷却され、且つロール６にサポート及びガイドされつつ移送され、最終的にカッター８によって所定の長さの鋳片ａに切断される。
【００２１】
その後、手入れを必要としない鋳片ａはそのまま加熱炉３に装入し、圧延可能な所定の温度まで加熱する。また、手入れが必要な鋳片ａは溶削機９、研削機１０、ショットブラスト設備１１の１つ以上を備えた手入れ設備２に送り、上記のうちの１つ以上の手入れ手段により鋳片表面の手入れを行う。この鋳片表面の手入れは、例えば、溶削法＋研削法、溶削法＋ショットブラスト法というように２つ以上の方法を組み合せて実施してもよい。そして、この手入れ終了後直ちに急冷手段１２により手入れ部の急冷を行う。急冷手段１２としては、例えば水冷機構、エアー冷却機構などが用いられる。このような手入れ工程を経た鋳片ａを加熱炉３に装入し、圧延可能な所定の温度まで加熱する。
【００２２】
加熱炉３から抽出された鋳片は、スケールの除去が行われる。このスケール除去では、幅圧下圧延機１３によって鋳片に幅圧下を加えることによりスケールに塑性変形を加えた後、高圧水噴射装置１４から高圧水を鋳片表面に噴射してもよいし、幅圧下圧延機１３による幅圧下を行うことなく高圧水噴射装置１４による高圧水の噴射だけを行ってもよい。
上記のようにして表面のスケールが除去された鋳片ａを熱間圧延設備４に送って粗圧延機１５で粗バーに圧延し、さらにこの粗バーを仕上圧延機１６で所定の厚みまで圧延して熱延鋼板を製造する。この製造された熱延鋼板は、そのまま製品とされる場合と、冷間圧延や鍍金等の後工程を経て冷延鋼板や表面処理鋼板として製品化される場合がある。
【００２３】
このように本発明法によれば、鋳造された鋳片から鋼板を製造するに際し、手入れ後の鋳片表層部の組織を微細化し、表層部の粒界強度が増すような鋳片の組織制御を行うことにより、圧延時に鋳片表層部に割れなどが発生せず、表面欠陥が少ない鋼板を製造することができる。
【００２４】
【実施例】
図４に示す一連の鋼板製造設備を用いて、表１に示す極低炭素鋼と低炭素鋼の２つの鋼種の鋳片から先に述べたような工程にしたがって熱延鋼板を製造した。連続鋳造設備では厚さ２５０ｍｍ、幅１０５０ｍｍのサイズの鋳片を鋳造速度２．５ｍ／ｍｉｎで鋳造した。
【００２５】
鋳片ａの手入れは溶削機９を用いて実施した。手入れ後の急冷手段としては水冷機構とエアー冷却機構を設け、水冷機構では角吹きノズルを用い、このノズルから吐出圧力４ｋｇｆ／ｃｍ２、流量５０ｌ／ｍｉｎで手入れ直後の鋳片表面に水を吹き付けることにより冷却を行った。また、エアー冷却機構では気体噴射ノズルを用い、このノズルから吐出圧力４ｋｇｆ／ｃｍ２、流量２００Ｎｌ／ｍｉｎで手入れ直後の鋳片表面にエアーを吹き付けることにより冷却を行った。なお、水冷及びエアー冷却とともにノズルから鋳片までの距離は１００ｍｍと一定にした。
【００２６】
上記手入れ後の鋳片ａ（比較例である手入れ後に放冷した鋳片及び無手入れの鋳片も同様）を雰囲気温度が１２００℃の加熱炉３に装入して均熱処理を施した後、幅圧下を５０ｍｍ／パスで１パス行い、その後、高圧水吹き付けによるスケール除去を行った後に、粗圧延機で粗バーとし、この粗バーを熱間仕上圧延機で圧延して板厚３．２ｍｍの熱延鋼板とし、その後冷間圧延により板厚０．８ｍｍの冷延鋼板とした。次いで、この冷延鋼板に連続溶融亜鉛めっき設備で表裏面それぞれに５０ｇ／ｍ２の付着量の合金化溶融亜鉛めっきを施した。
【００２７】
このようにして製造された合金化溶融亜鉛めっき鋼板について、検査ラインにおいて製品コイル１本当たりに生じている１ｍｍ以上の大きさの表面欠陥の個数を目視により調べ、下記のように評価した。
◎：表面欠陥が全くないもの
○：表面欠陥の個数が１〜１０個
△：表面欠陥の個数が１０個超、２０個以下
×：表面欠陥の個数が２０個超
【００２８】
その結果を、鋳片の手入れした後に放冷した比較例及び鋳片の手入れをしなかった比較例の結果とともに表２に示す。これによれば、鋳片の手入れにより欠陥発生率は大きく減少するが、手入れ後に急冷することにより、欠陥発生がほぼ完全に抑えられることが判る。
【００２９】
【表１】
0004001264.tif 000002
【００３０】
【表２】
0004001264.tif 000003
【００３１】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、表面欠陥の非常に少ない鋼板を製造することができる。このため表面性状の優れた製品を安定して製造することが可能となり、歩留まりの向上や製造コストの削減等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳片の手入れ後に放冷、水冷及びエアー冷却を行った場合の鋳片表層部の温度履歴の一例を示すグラフ
【図２】鋳片の手入れ後に放冷、水冷及びエアー冷却を行った場合における鋳片表面から５ｍｍ深さの部分の結晶粒径を示すグラフ
【図３】手入れ終了直後の鋳片表面の冷却速度と鋳片表層部の平均結晶粒径との関係を示すグラフ
【図４】本発明の実施に供される一連の設備構成とこれによる本発明の一実施形態を示す説明図
【符号の説明】
１…連続鋳造設備、２…手入れ設備、３…加熱炉、４…熱間圧延設備、５…鋳型、６…ロール、７…２次冷却スプレー、８…カッター、９…溶削機、１０…研削機、１１…ショットブラスト装置、１２…急冷手段、１３…幅圧下圧延機、１４…高圧水噴射装置、１５…粗圧延機、１６…仕上圧延機
【図１】
0004001264.tif 000004
【図２】
0004001264.tif 000005
【図３】
0004001264.tif 000006
【図４】
0004001264.tif 000007