(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗圧延設備と仕上げ圧延設備との間で先行圧延材の尾端部と後行圧延材の先端部を接合し鋼板を熱間圧延するラインにおいて、最終仕上げ圧延機とピンチロール間で還元性雰囲気を通板させることにより、鋼板表面の酸化スケールを還元除去し、還元性雰囲気を通板した後、ピンチロールと巻取機との間で塑性加工用として用いられる所定の潤滑剤を塗布することにより自己潤滑性をもった鋼板とすることを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
【請求項２】
還元性雰囲気の組成が水素５％以上、残部が不活性ガスあるいはＮ２ガスからなることを特徴とする請求項１記載の熱延鋼板の製造方法。
【請求項３】
還元性雰囲気を通板させた後、所定の潤滑剤を塗布する前に、非酸化性雰囲気中で冷却および／または焼鈍することを特徴とする請求項１または請求項２記載の熱延鋼板の製造方法。
【請求項４】
非酸化性の雰囲気の組成が不活性ガスあるいはＮ２ガス１００％とすることを特徴とする請求項３記載の熱延鋼板の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法によって得られた熱延鋼板を深絞り加工を施してなることを特徴とする缶製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱延鋼板の表面酸化スケールを、酸洗処理を行わずに、熱間圧延ラインのインラインにて除去し、巻き取り前に塑性加工一般に用いられる所定の潤滑剤を塗布し、鋼板自体に潤滑性を持たせた、深絞り性の良い熱延鋼板の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延ラインにおいて、熱延鋼板は、スラブ加熱後、粗圧延および仕上圧延で圧延された鋼板ストリップをホットランテーブル上で冷却し、巻取機でコイルにして製造される。スラブ加熱で生成したスラブの厚い酸化スケールは、粗圧延前および仕上げ圧延前に高圧水によるスケールブレーカーで除去されるが、仕上げスタンドから巻取機までの工程で鋼板表面には酸化スケールが生成する。製造された熱延鋼板は、冷延鋼板の素材となるほか、熱延製品として各種用途に加工される。いずれの場合も鋼板表面に酸化スケールがあると、冷延時あるいは各種用途への加工時に鋼板表面およびロールや工具の疵発生の原因となるので、スケール除去が行われている。従来の熱延鋼板のスケール除去は、熱間圧延後の連続酸洗ラインを通板し、塩酸や硫酸を使用する酸洗処理によって行われる。また酸洗速度を向上させるため、曲げやブラスト処理などの機械的処理を併用すること、さらには酸洗時に電気化学処理を施すことも行われる。
そしてその後、デスケーリングをされた鋼板はプレス加工や深絞り加工などの二次加工を施される。この時、塑性加工を行う際に金型や工具などに潤滑剤を塗布し、加工負荷を軽減させ、焼き付きやかじりおよびしわ等を生じないようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
まず、上記のような従来の熱延鋼板のスケール除去は、鋼材製造メーカーや一部の鋼材ユーザーで行われるが、酸洗処理を伴うため、酸洗槽およびその周辺設備や関進設備の保全、酸洗廃液の処理などに要するコストが増大している。今後、環境問題などにより廃酸処理はますます厳しく、その処理コストの高騰は避け難い課題となつている。
−方、近年における熱延素材の品質向上や熱延鋼板製造技術の向上に伴って、材質および表面性状の優れた熱延鋼板が製造できるようになり、従来は冷延鋼板が使用されていた分野に薄手の熱延鋼板が使用され始め、その用途はますます拡大することが予想される。
【０００４】
そこで本発明が解決しようとする課題は、熱延鋼板の表面酸化スケールを除去するにあたり、従来のような熱間圧延後の酸洗ラインに通板せず、熱間圧延ラインにおいて圧延終了後に存在する表面酸化スケールを、熱間圧延ラインのインラインにて酸洗処理を行わずに除去し、なおかつインラインにて塑性加工に用いられる所定の潤滑剤を塗布し、鋼板自体に潤滑性を持たせ、深絞り性の良い熱延鋼板を製造することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋼板の熱間圧延ラインあるいは粗圧延設備と仕上げ圧延設備との間で先行圧延材の尾端部と後行圧延材の先端部を接合し熱間圧延するラインにおいて、最終仕上げ圧延機とピンチロール間で還元性雰囲気を通板させることにより、鋼板表面の酸化スケールを還元除去、還元性雰囲気を通板した後、ピンチロールと巻取機との間で塑性加工用として用いられる所定の潤滑剤を塗布することにより自己潤滑性をもった鋼板とすることを特徴とする熱延鋼板の製造方法であり、前記記載の還元性雰囲気の組成が水素５％以上、残部が不活性ガスあるいはＮ２ガスからなることを特徴とする熱延鋼板の製造方法である。また、還元性雰囲気を通板させた後、所定の潤滑剤を塗布する前に、非酸化性雰囲気中で冷却および／または焼鈍することを特徴とする熱延鋼板の製造方法であり、前記記載の非酸化性の雰囲気の組成が不活性ガスあるいはＮ２ガス１００％とすることを特徴とする熱延鋼板の製造方法であり、前記記載の各熱間圧延方法によって得られた熱延鋼板を深絞り加工を施してなる缶製品である。
【０００６】
即ち、本発明は、鋼板の熱間圧延ラインにおいて、最終圧延後の通板中の鋼板を水素ガス含有雰囲気中を通板し、巻き取り前に潤滑剤を塗布することを持微とする熱延鋼板の製造方法であり、そして、前記通板中の鋼板を非酸化性雰囲気中で冷却および／または焼鈍することが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
鋼板の熱間圧延ラインにおいて、仕上圧延後の鋼板ストリップは、ホットランテーブル上を搬送されつつ冷却され、巻取機で巻き取られてコイルとなる。本発明法はこのような熱間圧延ラインにおいて、仕上圧延機で最終圧延された通板中の熱延鋼板を水素ガス含有雰囲気中を通板することで、鋼板表面の酸化スケールを還元除去する。
【０００８】
熱間圧延ラインで生成する鋼板表面の酸化スケールは鉄酸化物を主体とするものであり、水素で還元されて鉄となる。この還元反応は温度が高いほど速く、本発明者が実験の結果、熱間圧延ラインにおける仕上最終圧延後の鋼板温度５００〜９００℃では、この段階での厚さ１〜３μｍ程度の酸化スケールが１〜１０秒以内の短時間で十分に還元除去できた。
【０００９】
従来、鉄酸化物のスケールが水素雰囲気で還元されることはよく知られていたものの、処理ラインを通板中に還元除去できる表面酸化スケールは、処理時間および処理温度と還元速度から判断すると、厚さが０．１μｍ以下の極めて薄いものとされていた。したがって従来は、厚さが１μｍ以上もある熱延鋼板の表面酸化スケールを、水素ガス含有雰囲気で還元除去するには極めて長い時間を必要とし、熱間圧延ラインのインライン処理で行うことは実用的には不可能と考えられていた。
【００１０】
ところが本発明者が実験検討の結果、実際の熱間圧延ラインで圧延された仕上最終圧延後の鋼板の表面酸化スケールは、厚さが１μｍ以上であるにもかかわらず、水素ガス含有雰囲気中を通板することで上記のように短時間で還元除去でき、インラインでのスケール除去が可能であることが判明した。以下にその実験結果について説明する。
【００１１】
図１は、熱間圧延により生成した鋼板の表面酸化スケールを、水素濃度２５％、残部Ｎ2 ７５％の雰囲気で還元したときの、還元温度とスケール除去に必要な還元所要時間の関係を示したものである。この図からわかるように、還元温度が高いほど還元所要時間は短縮する。また、スケール厚さが増すと還元所要時間が長くなるが、還元温度８００℃以上では、スケール厚さ１．５μｍと３μｍではほとんど変わらず１秒程度で還元除去できる。
【００１２】
図２は、図１における厚さ３μｍのスケールについて、還元温度８００℃で、雰囲気の水素濃度と還元所要時間との関係を示し、水素濃度５％以上では、濃度に関係なく１秒程度で還元除去できることがわかる。よって、還元性雰囲気の水素濃度を５％以上とした。５％未満では還元時間が長くなり設備上困難なためである。
【００１３】
以上の実験結果と、表面酸化スケールおよびその還元過程の観察結果から、熱間圧延後の鋼板の表面酸化スケールが水素含有雰囲気で還元される過程について、図３および図４のスケッチ図により説明する。図３（ａ）は厚さが１μｍ未満の酸化スケールの還元前の伏態であり、地鉄１の表面にスケール層２が存在する。図３（ｂ）は還元初期段階の状態であり、スケール層２は水素ガスと接触する表面から還元されて、表層が還元鉄層３で覆われる。そしてスケール層２の還元反応が終了すると、図３（ｃ）に示すように地鉄１が還元鉄層３で覆われる。
【００１４】
これに対してスケール層２の厚さが１μｍ以上の場合は、図４（ａ）に示すように、還元前のスケール層２は１μｍ未満の場合と変わらないが、還元初期段階では、図４（ｂ）に示すように、スケール層２は表面が還元鉄層３で覆われているほか、図３（ｂ）の場合と異なり、スケール層２の内部には厚さ方向のクラック４が観察され、クラック４に沿って還元鉄５が観察される。
これは、厚さ１μｍ以上のスケール層２は、水素ガスに接触する表面から還元されて還元鉄層３が生成し、還元による体積減少に伴って還元鉄層３の厚さがある限界を超えると、図４（ｂ）のように厚さ方向にクラック４が発生し、クラック４が新たな表面となって、スケール層２と水素ガスとの反応が進行するためと考えられる。
【００１５】
したがって、厚さが１μｍ以上の酸化スケールを有する場合でも、スケールと水素ガスとの反応面積が増大して、インライン処理可能な短時間でスケールが還元除去される。なお、上記図１および図２の実験結果から、還元温度は８００℃以上、水素ガス濃度は５％以上とするのが好ましい。還元反応が終了すると、図４（ｃ）に示すように、地鉄１の表面は還元鉄層３で覆われ、還元鉄層３内にはクラック４が観察される。
【００１６】
上記のような鋼板表面の酸化スケールの還元除去は、熱間圧延ラインのホットランテーブルを走行中の鋼板ストリップに対して行うことができる。例えば、ホットランテーブルに走行中のストリップを覆う保定炉を設け、該保定炉中の雰囲気を水素ガス含有雰囲気にすればよい。また、鋼板温度が５７０℃を超える温度域では酸化スケールの生成速度が速いので、鋼板ストリップが大気に触れる際の温度は５７０℃以下とすることにより、還元除去後のスケール生成を防止する。上記保定炉などによる水素ガス含有雰囲気を出るときの鋼板温度が酸化しやすい温度になる場合は、非酸化性雰囲気中で冷却する。
【００１７】
本発明法により得られた熱延鋼板は、上記のような過程で表面の酸化スケールが還元され、鋼板表面にはクラックを含む還元鉄層が形成されている。このような過程を経て形成された鉄の層は、不純物の固溶や析出物が極めて少ないので、耐食性にも優れている。
【００１８】
通常の鋼には、原料および精錬過程で不可避的な不純物が含まれ、Ｆｅよりも卑な元素であるＡ１やＳｉ等が固溶していると、腐食環境でのＦｅの溶出速度が速くなって耐食性が低下する。またＭｎＳ、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＮｂＮ、ＮｂＣなどの析出物が表面に存在すると、析出物を陽極とし、鋼表面を陰極とするミクロ的な局部電池の形成により腐食が促進される。ところが、酸化スケールは主としてＦｅの外方拡散により成長し、上記のような鋼中の不純物成分はスケール中にはほとんど含有されないので、このスケールを還元して形成される還元鉄層は、不純物の固溶や析出物が極めて少なくなる。
【００１９】
また、還元後巻き取り前に該熱延鋼板に所定の潤滑剤を塗布することによって、鋼板中のクラックに潤滑剤が含浸され、自己潤滑性を持たせることができる。したがって、本発明法により自己潤滑性を有する鋼板が得られる。また、前記理由にて耐食性にも優れた鋼板が得られる。
【００２０】
次に、熱延鋼板が冷延鋼板のような加工用に使用される場合、熱間圧延後に焼鈍を行って再結晶組織にする必要がある。この焼鈍も、仕上最終圧延後、インラインにてホットランテーブル上で行うことができる。この場合は、仕上げ最終圧延後、水素ガス雰囲気で酸化スケールを還元除去したのち、引き続き非酸化性雰囲気で焼鈍することもでき、また水素含有雰囲気でスケール還元と焼鈍を同時に行うこともできる。ここで非酸化性雰囲気の組成としては不活性ガスあるいはＮ2 ガス１００％が好ましい。
【００２１】
【実施例】
（参考例）
熱間圧延ラインにおいて、仕上圧延終了後の低炭素鋼熱延鋼帯を、本発明法によりインラインにてスケール除去した。図５に示すように、粗圧延後の熱延鋼帯６を高圧水デスケーリング装置７によりスケール除去した後、仕上圧延機８にて板厚２．０ｍｍに圧延し、引続きホットランテーブル上にて還元性雰囲気炉９に通板して酸化スケールを還元除去した。還元性雰囲気炉９に入る直前の鋼帯１の温度はα域あるいはγ域であり、保定炉９内は水素ガス５％窒素ガス９５％の雰囲気とし、炉内の通板時間は１．２秒間であった。得られた鋼板の表面には肉眼的にはテンパーカラー状の酸化スケールが認められなかった。
【００２２】
（実施例１）
熱間圧延ラインにおいて、仕上圧延終了後の低炭素鋼熱延鋼帯を、本発明法によりインラインにてスケール除去した。図５に示すように、粗圧延後の熱延鋼帯６を高圧水デスケーリング装置７によりスケール除去した後、仕上圧延機８にて板厚２．０ｍｍに圧延し、引続きホットランテーブル上にて還元性雰囲気炉９に通板して酸化スケールを還元除去し、ピンチロールと巻取機との間で潤滑剤（１００％合成エステル）を塗布した。還元性雰囲気炉９に入る直前の鋼帯６の温度はα域あるいはγ域であり、保定炉９内は水素ガス５％窒素ガス９５％の雰囲気とし、炉内の通板時間は１．２秒間であった。得られた鋼板の表面には肉眼的にはテンパーカラー状の酸化スケールが認められず、この鋼板を深絞り加工を施したところ、潤滑剤が塗布されていたため、深絞り加工は行えた。
【００２３】
（実施例２）
熱間圧延ラインにおいて、仕上圧延終了後の低炭素鋼熱延鋼帯を、本発明法によりインラインにてスケール除去した。図５に示すように、粗圧延後の熱延鋼帯６を高圧水デスケーリング装置７によりスケール除去した後、仕上圧延機８にて板厚２．０ｍｍに圧延し、引続きホットランテーブル上にて還元性雰囲気炉９に通板して酸化スケールを還元除去し、ピンチロールと巻取機との間で潤滑剤（１００％合成エステル）を塗布した。還元性雰囲気炉９に入る直前の鋼帯６の温度はα域あるいはγ域であり、還元性雰囲気炉９内は水素ガス５％窒素ガス９５％の雰囲気とし、炉内の通板時間は１．２秒間であった。還元性雰囲気炉９を通過後、直ちに非酸化性雰囲気の冷却ゾーン１０で鋼帯の温度を３５０℃まで急冷却したので得られた鋼板の表面には肉眼的には酸化スケールがまったく認められず、深絞り加工を施したところ、まったく割れが生じなかった。
【００２４】
（実施例３）
熱間圧延ラインにおいて、仕上圧延終了後の低炭素鋼熱延鋼帯を、本発明法によりインラインにてスケール除去した。図５に示すように、粗圧延後の熱延鋼帯６を高圧水デスケーリング装置７によりスケール除去した後、仕上圧延機８にて板厚２．０ｍｍに圧延し、引続きホットランテーブル上にて還元性雰囲気炉９に通板して酸化スケールを還元除去し、ピンチロールと巻取機との間で潤滑剤（１００％合成エステル）を塗布した。還元性雰囲気炉９に入る直前の鋼帯６の温度はα域あるいはγ域であり、還元性雰囲気炉９内は水素ガス５％窒素ガス９５％の雰囲気とし、炉内の通板時間は１．２秒間であった。還元性雰囲気炉９を通過後、直ちに非酸化性雰囲気の冷却ゾーン１０で鋼帯の温度を３５０℃まで急冷却した後、８５０℃の焼鈍を施した。得られた鋼板の表面には肉眼的には酸化スケールは認められなかった。また、この鋼板を深絞り加工を施したところ、割れの発生も無く良好な加工が行えた。この本発明例と、還元性雰囲気炉９および冷却ゾーン１０を大気雰囲気とした比較例について、ＧＤＳ分析により測定したＦｅとＯの深さ方向分布を図６および図７に示す。
【００２５】
図７の比較例には、従来の熱延鋼板と同様の酸化スケールが認められた。これに対して図６の本発明例は、図７の比較例と比べて明らかなように、表面の酸化スケールが還元されていることがわかる。
すなわち、本発明によれば圧延材表面にスケールが無い熱延鋼板を製造することができ、なおかつ深絞りなどの２次加工においても潤滑剤の塗布が不要になる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明方法は、鋼板の熱間圧延ラインにおいて、最終圧延後の通板中の鋼板を水素ガス含有雰囲気にさらすことで、圧延終了後に存在する表面酸化スケールを還元し、インラインにて酸洗処理を行わずに除去することができる。このため、従来のような酸洗ラインが不要となり、工程省略のほか、環境問題などにより今後ますます厳しくなる廃酸処理が不要になる。また、インラインで潤滑を施すことにより鋼板に潤滑性を持たすことができ、その後の二次加工での潤滑剤の塗布が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法における酸化スケールの還元温度と還元所要時間との関係例を示すグラフである。
【図２】本発明法における雰囲気中の水素濃度と酸化スケールの還元所要時間との関係例を示すグラフである。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来の酸化スケールの還元過程を示す説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明法における酸化スケールの還元過程を示す説明図である。
【図５】本発明法における実施例の設備概要を示す説明図である。
【図６】本発明例で得られた鋼板について、ＦｅおよびＯの表面からの深さ方向濃度分布を示すグラフである。
【図７】比較例で得られた鋼板について、ＦｅおよびＯの表面からの深さ方向濃度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１    地鉄
２    スケール層
３    還元鉄層
４    クラック
５    還元鉄
６    熱延鋼帯
７    高圧水デスケーリング装置
８    仕上圧延機
９    還元性雰囲気炉
１０  冷却炉および／または焼鈍炉
１１  ピンチロール
１２  巻取機
１３  潤滑ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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