(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼素材を供給する供給工程、前記鋼素材に熱間加工を施す熱間加工工程、前記鋼素材から得られた鋼材を検査する検査工程、及び、前記鋼材を出荷する出荷工程を含む、一連の鋼材の製造過程において、
前記供給工程から前記出荷工程までのいずれかの段階にある前記鋼素材及び鋼材の少なくとも一方に対して、該鋼素材又は鋼材の表面での音圧レベルが３０ｄＢ以上を満たすように音波を照射する処理を、少なくとも１回行う、鋼材の脱水素方法。
【請求項２】
前記一連の鋼材の製造過程が、前記熱間加工工程後の鋼材に冷間加工を施す冷間加工工程を更に含む、請求項１に記載の脱水素方法。
【請求項３】
製鉄所から出荷される鋼材に対する、運搬工程、保管工程、及び前記鋼材に加工を施して鋼製品とする加工工程を含む、一連の鋼製品の製造過程において、
前記出荷される鋼材から、前記運搬工程、保管工程、及び加工工程のうち任意の工程までのいずれかの段階にある前記鋼材及び鋼製品の少なくとも一方に対して、該鋼材又は鋼製品の表面での音圧レベルが３０ｄＢ以上を満たすように音波を照射する処理を、少なくとも１回行う、鋼製品の脱水素方法。
【請求項４】
前記音波は、１０〜１０００００Ｈｚの周波数を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の脱水素方法。
【請求項５】
前記音波を照射する処理において、前記音波の照射時間を１秒以上とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の脱水素方法。
【請求項６】
請求項１に記載の脱水素方法を施す、鋼材の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載の脱水素方法を施す、鋼製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材及び鋼製品全般に対して、鋼中に内在する水素量を低減させる脱水素方法、及び、当該脱水素方法を用いた製造方法に関する。本発明は、鉄道、自動車、建材及び機械等の鋼製品が用いられるあらゆる分野で好適に使用され、水素起因の品質低下を抑制した鋼材及び鋼製品の提供に寄与する。
【背景技術】
【０００２】
鋼素材から製造される鋼板、形鋼、鋼管及び棒線等の各種鋼材においては、その製造過程又は製造後に、鋼中に水素が侵入して残留する。この残留水素が鋼材、ひいては該鋼材を用いて製造される鋼製品の品質に及ぼす影響に関する統一的な見解は得られていないが、鋼材及び鋼製品の延性及び曲げ性等の加工性、疲労特性、クリープ特性並びに破壊力学特性等の観点から、残留水素に起因して鋼材及び鋼製品の品質が低下することが多く報告されている。したがって、これら鋼材及び鋼製品の品質向上の観点から、鋼中水素量を低減することが求められている。【０００３】
鋼中水素量を低減する方法としては、例えば、板厚６ｍｍ未満の薄鋼板を製造する場合、めっき後の薄鋼板を室温下で数週間以上放置する、又は、１００℃程度で数十時間保持する手法が知られている。【０００４】
また、例えば、特許文献１には、板厚２ｍｍに満たない薄鋼板を製造後、最後の熱処理として５０℃以上３００℃以下の温度域内で１８００ｓ以上４３２００ｓ以下保持することによって、鋼中水素量を低減させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１９／１８８６４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの手法は、いずれもいわゆる薄鋼板に対して脱水素の効果を示しているものの、厚みの大きな鋼材・鋼製品、又は、加工後の複雑な形状を有する鋼材・鋼製品に適用することは難しかった。
また、特許文献１に記載の脱水素処理では、水素が鋼板の内部から表面に移動して、表面から脱離するのに時間がかかるため、脱水素処理に要するスペースと時間が製造過程上の問題となる。更に、加熱処理することによる、鋼板の組織変化及び機械的特性の変化が懸念される。【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、厚みの大きな、又は、複雑な形状を有する鋼材・鋼製品全般に対しても適用可能な、鋼中水素量を効率的に低減させる脱水素方法を提供することを目的とする。また、本発明は、上記脱水素方法を用いて、残留水素起因の品質低下を抑制した鋼材・鋼製品を製造可能な、製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意研究を重ねたところ、以下のことを見出した。すなわち、厚みの大きな、又は、複雑な形状を有する各種鋼材・鋼製品に対して所定の条件で音波を照射することによって、鋼中に内在する水素の量（以下、「鋼中水素量」という。）を十分にかつ効率良く低減できることが分かった。
これは、以下のメカニズムによるものと推測される。すなわち、鋼材又は鋼製品に音波を照射して強制的に微振動させることで、鋼材・鋼製品にくり返し曲げ変形が与えられる。その結果、鋼材・鋼製品では内部に比べて表面の格子間隔が拡張する。鋼材・鋼製品中の水素は、格子間隔が広くポテンシャルエネルギーの低い表面に向かって拡散し、当該表面から脱離する。【０００９】
すなわち、本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は下記のとおりである。
１．鋼素材を供給する供給工程、前記鋼素材に熱間加工を施す熱間加工工程、前記鋼素材から得られた鋼材を検査する検査工程、及び、前記鋼材を出荷する出荷工程を含む、一連の鋼材の製造過程において、
前記供給工程から前記出荷工程までのいずれかの段階にある前記鋼素材及び鋼材の少なくとも一方に対して、該鋼素材又は鋼材の表面での音圧レベルが３０ｄＢ以上を満たすように音波を照射する処理を、少なくとも１回行う、鋼材の脱水素方法。【００１０】
ここで、上記１における「一連の鋼材の製造過程」とは、製鉄所における鋼材の通常の製造過程を意図しており、中でも、鋼素材が固体状態となる鋳造工程及び／又は造塊工程よりも後の、固体状態の鋼素材の供給工程から、製鉄所からの鋼材の出荷工程までの過程を表している。
また、上記１において、「鋼材」とは、製鉄所での鋼素材の供給工程よりも後の任意の工程に供された各種対象鋼、或いは、製鉄所での加工が終了し、検査、出荷可能な状態となった各種対象鋼を指す。
そして、本明細書において、「音圧レベル」は、例えば、後述する方法に従って測定することができる。【００１１】
２．前記一連の鋼材の製造過程が、前記熱間加工工程後の鋼材に冷間加工を施す冷間加工工程を更に含む、上記１に記載の脱水素方法。【００１２】
３．製鉄所から出荷される鋼材に対する、運搬工程、保管工程、及び前記鋼材に加工を施して鋼製品とする加工工程を含む、一連の鋼製品の製造過程において、
前記出荷される鋼材から、前記運搬工程、保管工程、及び加工工程のうち任意の工程までのいずれかの段階にある前記鋼材及び鋼製品の少なくとも一方に対して、該鋼材又は鋼製品の表面での音圧レベルが３０ｄＢ以上を満たすように音波を照射する処理を、少なくとも１回行う、鋼製品の脱水素方法。【００１３】
ここで、上記３における「一連の鋼製品の製造過程」とは、製鉄所からの鋼材の出荷工程よりも後の任意の工程を含むことを意図しており、例えば、鋼材の運搬者、入荷者及び加工者に代表される任意の者が該鋼材を扱う工程を表している。
また、上記３において、「鋼材」及び「音圧レベル」は、上記１について上述した内容に従う。また、「鋼製品」とは、製鉄所から出荷される鋼材を用いて得られる各種鋼製品を指す。【００１４】
４．前記音波は、１０〜１０００００Ｈｚの周波数を有する、上記１〜３のいずれかに記載の脱水素方法。【００１５】
なお、本明細書において、「周波数」は、例えば、後述する方法に従って測定することができる。【００１６】
５．前記音波を照射する処理において、前記音波の照射時間を１秒以上とする、上記１〜４のいずれかに記載の脱水素方法。【００１７】
６．上記１に記載の脱水素方法を施す、鋼材の製造方法。【００１８】
７．上記３に記載の脱水素方法を施す、鋼製品の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、厚みの大きな、又は、複雑な形状を有する鋼材・鋼製品全般に対して、鋼中水素量を効率的に低減させることができる。また、本発明によれば、上記脱水素方法を用いて、残留水素起因の品質低下を抑制した鋼材・鋼製品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態で用いる音波照射装置１０の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における、鋼材２０と音波照射装置１０（中でもホーン１５）との位置関係を模式的に示した図であり、（Ａ）は音波の主たる進行方向Ｗに対して横から見た図、（Ｂ）は該方向Ｗに対して音波を照射する側から見た図である。
【図３】鋼材が厚鋼板である場合の製造過程の一例を示すフローチャートである。
【図４】鋼材が形鋼である場合の製造過程の一例を示すフローチャートである。
【図５】鋼材が鋼管である場合の製造過程の一例を示すフローチャートである。
【図６】鋼材が棒鋼である場合の製造過程の一例を示すフローチャートである。
【図７】鋼材がステンレス厚鋼板である場合の製造過程の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態について、具体的に説明する。
以下の実施形態は、本発明の好適な一例を示すものである。本発明はこれらの実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲でさまざまに変更可能である。
【００２２】
（脱水素方法）
［鋼材及び鋼製品］
本発明の脱水素方法で対象とする鋼材は、製鉄所での鋼素材の供給工程後の任意の工程に供された各種対象鋼、或いは、製鉄所での加工が終了し、検査、出荷可能な状態となった各種対象鋼を指す。鋼材の具体例としては、鋼素材を出発して製造される、厚鋼板、形鋼、鋼管、及び棒線（つまり、いわゆる薄鋼板を除いた各種鋼材）、並びに、それらを得るための加工段階のものが挙げられる。ここで、棒線には、棒鋼、線材、線が含まれる。
また、本発明の脱水素方法で対象とする鋼製品は、製鉄所から出荷される鋼材を用いて得られる鋼製品である。鋼製品の具体例としては、厚鋼板、形鋼、鋼管、並びに／或いは、棒鋼、線材および線といった棒線（つまり、いわゆる薄鋼板を除いた各種鋼材）を更に加工、組み立て等してなる各種最終製品、例えば、船舶、レール、車両、建築物、精密機器、工具、並びに、それらの中間部品が挙げられる。
鋼材及び鋼製品は、通常、固体状態である。
【００２３】
鋼材が厚鋼板である場合、その板厚は板厚６ｍｍ以上である。形鋼としては、Ｈ形、Ｉ形、Ｔ形、Ｌ形等の任意の形状のものが挙げられる。鋼管としては、鍛接鋼管、電縫鋼管、シームレス鋼管、アーク溶接鋼管等の任意の製法による任意の形状のものが挙げられる。棒線としては、シャフトなどの一般機械部品としての棒材、及び、ピアノ線、鉄線といった線材等の任意の棒状又は線状の鋼材が挙げられる。
【００２４】
[[成分組成]]
鋼材の成分組成は特に限定されず、いずれの成分組成であっても、所定の条件で音波を照射する限り鋼中水素量の低減を図ることができる。
鋼材の成分組成は、鉄（Ｆｅ）を主成分とし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、ＲＥＭ（Rare Earth Metal）等の、所望の特性に応じた任意の合金元素を任意の微量添加した合金鋼とすることができる。
そして、鋼製品の成分組成も特に限定されず、通常、主要部分の成分組成として、鋼材と同様の成分組成を有する。
【００２５】
以下、成分組成の具体例について、「質量％」は単に「％」と記す。
鉄に添加する合金元素は、一般に、鋼中の格子間隔の広がりを抑制する影響をもたらす。したがって、添加する合金元素量が過剰の場合、音波照射によって鋼の表面と内部とで生じるポテンシャルエネルギー差が小さくなり、低減水素率が低下しやすい。各合金元素（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、ＲＥＭ）を鉄に添加する場合の、低減水素率を確保する観点からの好適な添加量は、以下のとおりである。
Ｃ量は、２．０００％以下が好ましく、０．６００％以下がより好ましい。他方、生産技術上の制約から、Ｃ量は、０．０００５％以上とすることが好ましく、０．００１０％以上がより好ましい。
Ｓｉ量は、７．００％以下が好ましく、２．００％以下がより好ましく、０％であってもよい。
Ｍｎ量は、４０．００％以下が好ましく、１０．００％以下がより好ましく、０％であってもよい。
Ｐ量は、０．５００％以下が好ましく、０．１００％以下がより好ましく、０％であってもよい。
Ｓ量は、０．５００％以下が好ましく、０．３００％以下がより好ましく、０．１００％以下が更に好ましく、０％であってもよい。
Ｎ量は、２．００００％以下が好ましく、０．１０００％以下がより好ましく、０％であってもよい。
Ａｌ量は、５．０００％以下が好ましく、０％であってもよい。
Ｔｉ量は、０．６００％以下が好ましく、０％であってもよい。
Ｎｂ量は、１．０００％以下が好ましく、０．５００％以下がより好ましく、０％であってもよい。
Ｖ量は、０．５００％以下が好ましく、０．２００％以下がより好ましく、０％であってもよい。
Ｗ量は、１０．０００％以下が好ましく、０％であってもよい。
Ｂ量は、０．１０００％以下が好ましく、０．０１００％以下がより好ましく、０％であってもよい。
Ｎｉ量は、４０．０００％以下が好ましく、１．０００％以下がより好ましく、０％であってもよい。
Ｃｒ量は、５０．０００％以下が好ましく、３０．０００％以下がより好ましく、０％であってもよい。
Ｍｏ量は、１０．０００％以下が好ましく、２．０００％以下がより好ましく、０％であってもよい。
Ｃｕ量は、５．０００％以下が好ましく、１．０００％以下がより好ましく、０％であってもよい。
Ｓｎ量は、１．０００％以下が好ましく、０％であってもよい。
Ｓｂ量は、１．０００％以下が好ましく、０．１００％以下がより好ましく、０％であってもよい。
Ｔａ量は、１．０００％以下が好ましく、０％であってもよい。
Ｃａ量は、０．３０００％以下が好ましく、０％であってもよい。
Ｍｇ量は、０．００５０％以下が好ましく、０％であってもよい。
Ｚｒ量は、０．６０００％以下が好ましく、０％であってもよい。
ＲＥＭ量は、０．００５０％以下が好ましく、０％であってもよい。
なお、上記成分以外の残部は、不可避的不純物とすることができる。
【００２６】
鋼材は、成分組成にＣｒを１０％以上含む、ステンレス厚鋼板、ステンレス形鋼、ステンレス鋼管、ステンレス棒線等のステンレス鋼材であってもよい。同様に、鋼製品は、成分組成にＣｒを１０％以上含むステンレス鋼材を用いて製造されたステンレス鋼製品であってもよい。例えば、ステンレス鋼材及びステンレス鋼製品の成分組成の一例としては、ＳＵＳ４３０（合金元素量：０．１０％Ｃ−０．５Ｓｉ−０．８Ｍｎ−１７Ｃｒ）が挙げられる。
【００２７】
［鋼材の製造過程］
本発明の鋼材の脱水素方法では、鋼素材を供給する供給工程、鋼素材に熱間加工を施す熱間加工工程、鋼素材から得られた鋼材を検査する検査工程、及び、鋼材を出荷する出荷工程を含む、一連の鋼材の製造過程において、供給工程から出荷工程までのいずれかの段階にある鋼材（又は、工程によっては鋼素材）に対して、少なくとも１回、所定の条件にて音波を照射する。このように、鋼材の製造過程における対象鋼に音波を照射することにより、鋼中水素量を十分にかつ効率良く低減することができ、最終的に得られる各種鋼材における残留水素起因の品質低下を十分に抑制することができる。また、音波の照射を複数回行うことにより、音波の照射を１回のみ行う場合よりも更に鋼中水素量を低減させることができる。したがって、音波の照射を２回以上の複数回行うことが好ましい。音波の照射を複数回行う場合は、１つの製造工程において音波を２回以上照射してもよいし、異なる製造工程において音波をそれぞれ照射してもよいし、これらの組み合わせでもよい。
そして、本発明の鋼材の脱水素方法は、例えば、図１に示す音波照射装置１０を用いて、図２に示すように鋼材２０に対して音波を照射することにより実施可能である。以下、図を参照しながら、音波を照射する対象が鋼材である場合の本発明の一実施形態について説明する。音波を照射する対象が鋼材以外の鋼素材、鋼製品である場合にも、鋼材について後述する内容を適用することができる。
【００２８】
[[音波の照射手段]]
鋼材への音波の照射は、図１に示すような一般的な音波照射装置１０から、後述する各工程に供されている鋼材２０の任意の部位に音波を当てることにより行うことができる。
音波照射装置１０は、一般に、制御器１１と、音波発振器１２と、振動変換子（スピーカー）１３と、ブースター（アンプ）１４と、ホーン１５と、騒音計１６とを備える。音波発振器１２は、一般的な周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を有する電気信号を所望の周波数の電気信号に変換して、振動変換子１３に伝達する。なお、電圧は通常ＡＣ２００〜２４０Ｖが一般的なところ、音波発振器１２内部で１０００Ｖ近くまで増幅される。音波発振器１２から伝達された所望の周波数の電気信号は、振動変換子１３内部にあるピエゾ圧電素子によって、機械的振動エネルギーに変換され、この機械的振動エネルギーはブースター１４に伝達される。ブースター１４は、振動変換子１３から伝達された振動エネルギーの振幅を増幅（あるいは最適な振幅に変換）して、ホーン１５に伝達する。ホーン１５は、ブースター１４から伝達された振動エネルギーに指向性を持たせて、指向性を持った音波として空気中を伝搬させるための部材である。
【００２９】
好適な一例として、鋼材に向けて指向性のある音波を照射する観点から、ホーン１５は円筒状の部材とすることができる。しかし、所定の条件で音波を照射できる限り、ホーン１５の形状は円筒状には限られない。そして、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、鋼材２０の任意の部位、好ましくは、所望の音波を効率的に受けやすい観点から鋼材において比較的広い面積を有する主表面に音波が到達するように、単数又は複数の音波照射装置１０を設置する。図２（Ａ）に示すように、音波の主たる進行方向Ｗが鋼材２０の照射面又は照射部位に対して垂直（操作の性質及び鋼材の形状上、略垂直を含み、例えば、照射面が曲面である場合はその接平面に対して垂直又は略垂直）であることが好ましい。また、図２（Ｂ）に示すように、鋼材２０の表面から任意の間隔で（好ましくは鉛直方向上方に）離間する複数の音波照射装置１０からなる装置群から鋼材２０に向けて音波を照射することで、当該鋼材２０の表面全体を効率的に音波に晒すことができ、鋼材２０を通板させる場合には音波に晒される時間を十分に確保することもできる。このように、音波の照射は、鋼材に非接触で行うことができる。
【００３０】
[[音波の照射条件]]
音圧レベル
鋼材に確実に振動を与えて、水素の拡散を促進するため、音波照射処理では、鋼材表面での音圧レベルが３０ｄＢ以上を満たすことが肝要であり、６０ｄＢ以上とすることが好ましく、８０ｄＢ以上とすることがより好ましい。他方、一般に入手可能な音波照射装置の性能上、音波照射処理では、鋼材表面での音圧レベルは、通常、１５０ｄＢ以下であり、１４０ｄＢ以下とすることが好ましい。ここで、鋼材２０の表面での音圧レベルは、音波照射装置１０から発生する音波の強さ（例えば、出力）、及び／又は、音波照射装置１０の設置位置（すなわち、音波照射装置１０と鋼材２０の照射面との距離）を適宜変更して調整することができる。また、鋼材２０の表面での音圧レベルは、各鋼材２０において音波が照射される表面近傍、かつ、音波照射装置１０との距離が最短距離となる位置に騒音計１６を設置することにより、測定することができる。
【００３１】
周波数
鋼材に照射する音波の周波数が１０Ｈｚ未満であると、音波の照射により付与された振動が鋼材の剛性に妨げられ、鋼材中での水素の拡散が促進されず、鋼中水素量が十分に減少し難い。したがって、鋼材に照射する音波の周波数は、１０Ｈｚ以上であることが好ましく、１００Ｈｚ以上であることがより好ましく、５００Ｈｚ以上であることが更に好ましく、１０００Ｈｚ以上であることが一層好ましい。他方、鋼材に照射する音波の周波数が１０００００Ｈｚを超えると、発生させた音波の空気中での減衰が著しく、鋼材の表面に十分な振動が付与されないため、効率よく鋼中水素量を減少させ難い。したがって、鋼材に照射する音波の周波数は、１０００００Ｈｚ以下であることが好ましい。
ここで、照射する音波の周波数は、例えば、音波照射装置１０等の音波出力側で適宜設定することができる。そして、周波数による耐遅れ破壊特性への効果を高める観点からは、鋼材２０の表面と音波照射装置１０との最短直線距離を１５ｍ以内とすることが好ましく、５ｍ以内とすることがより好ましい。
【００３２】
照射時間
鋼材から水素を脱離させて鋼中水素量を十分に低減させる観点から、音波照射処理では、鋼材に対する音波の照射時間は１秒以上とすることが好ましく、５秒以上とすることがより好ましく、１０秒以上とすることが更に好ましい。他方、生産性を阻害しない観点から、鋼材に対する音波の照射時間は３６００秒以下とすることが好ましく、１８００秒以下とすることがより好ましく、９００秒以下とすることが更に好ましい。
本明細書において、鋼材に対する音波の照射時間とは、鋼材のある表面が、ある一工程（例えば、熱間加工工程、検査工程等）の間に音波に晒される合計時間を意味し、当該表面が一度に複数の音波照射装置１０からの音波に晒される場合、又は、一工程中に複数回にわたって音波に晒される場合には、その積算時間を意味する。照射時間は、例えば、単数の音波照射装置１０による照射時間を個別に調整してもよいし、音波照射装置１０による照射回数によって調整してもよいし、装置群を構成する音波照射装置１０の数によって調整してもよい。また、鋼材を通板させている最中に音波を照射する場合の照射時間は、鋼材の通板速度と、複数の音波照射装置１０からなる装置群の通板方向に沿った数とによって調整することができる。
【００３３】
[[音波を照射する工程]]
鋼材の脱水素方法では、供給工程、熱間圧延に代表される熱間加工工程、検査工程、及び出荷工程を含む鋼材の製造過程において、上記供給工程から出荷工程までのいずれかの段階にある鋼材（又は鋼素材）に対して、上述した条件に従って少なくとも１回音波を照射する。ここで、鋼材の製造過程は、上記供給工程から出荷工程までの間に、冷間圧延等の冷間加工工程、焼鈍等の熱処理工程、その他、各鋼材を得るために特化した任意のその他の工程を順不同で更に含み得る。音波の照射は、上記に例示されるいずれかの工程において少なくとも１回行えばよい。
通常、鋼素材及びその後の鋼材は、上述した工程に先立って行われる鋳造工程又は造塊工程を経て固体状態である。鋼材が固体状態となる鋳造工程又は造塊工程よりも後の工程は各鋼材の種類によって異なり、代表的なフローは以下のとおりある。
【００３４】
厚鋼板の製造フローの一例を図３に示す。図３上段の厚鋼板の製造過程では、連続鋳造工程等の鋳造工程及び／又は造塊工程後に、鋼素材の供給工程；加熱等の熱処理工程；仕上圧延等の熱間加工工程；冷却等のその他の工程；焼準、焼入れ、焼戻し等の熱処理工程；せん断、ショットブラスト、塗装等のその他の工程；を行い、検査工程；出荷工程へと続く。
所定の条件で音波を照射する限り、上記いずれの工程において音波を照射しても、最終的な厚鋼板における鋼中水素量の低減を図ることができる。しかし、水素は、各工程において不可避的に鋼中に侵入するので、鋼中水素量をより低減させた状態で鋼材を出荷する観点からは、出荷工程及び／又はこれに近い、検査工程、塗装工程、ショットブラスト工程において音波を照射することが好ましく、検査工程、塗装工程において音波を照射することがより好ましく、検査工程において音波を照射することが更に好ましい。そして、最終的な鋼中水素量をより低減させる観点からは、上記いずれかの工程と検査工程との２工程以上において音波を照射することがとりわけ好ましい。
【００３５】
形鋼の製造フローの一例を図４に示す。図４上段の形鋼の製造過程では、連続鋳造工程等の鋳造工程及び／又は造塊工程後に、鋼素材の供給工程；分塊圧延等の熱間加工工程；加熱等の熱処理工程；酸化被膜除去（デスケーリング）等のその他の工程；粗圧延、中間圧延といった熱間圧延等の熱間加工工程；トングカットソー等のその他の工程；仕上圧延といった熱間圧延等の熱間加工工程；ホットソー、冷却、矯正等のその他の工程；を行い、検査工程；出荷工程へと続く。
所定の条件で音波を照射する限り、上記いずれの工程において音波を照射しても最終的な形鋼における鋼中水素量の低減を図ることができる。しかし、水素は、各工程において不可避的に鋼中に侵入するので、鋼中水素量をより低減させた状態で鋼材を出荷する観点からは、出荷工程及び／又はこれに近い検査工程、矯正工程において音波を照射することが好ましく、検査工程において音波を照射することがより好ましい。そして、最終的な鋼中水素量をより低減させる観点からは、上記いずれかの工程と検査工程との２工程以上において音波を照射することがとりわけ好ましい。
形鋼の矯正工程において音波を照射する場合は、例えば、形鋼を矯正機に通し、矯正機の出側に設置した音波照射装置を用いて形鋼に対して音波を照射する手法が挙げられる。
【００３６】
鋼管の製造フローの一例を図５に示す。図５上段の鋼管の製造過程では、連続鋳造工程等の鋳造工程及び／又は造塊工程後に、鋼素材の供給工程；加熱等の熱処理工程；熱間圧延等の熱間加工工程；冷間圧延等の冷間加工工程；造管、鍛接、溶接等のその他の工程；を行い、検査工程；出荷工程へと続く。
所定の条件で音波を照射する限り、上記いずれの工程において音波を照射しても最終的な鋼管における鋼中水素量の低減を図ることができる。しかし、水素は、各工程において不可避的に鋼中に侵入するので、鋼中水素量をより低減させた状態で鋼材を出荷する観点からは、出荷工程及び／又はこれに近い検査工程、溶接工程、鍛接工程において音波を照射することが好ましく、検査工程、溶接工程において音波を照射することがより好ましく、検査工程において音波を照射することが更に好ましい。そして、最終的な鋼中水素量をより低減させる観点からは、上記いずれかの工程と検査工程との２工程以上において音波を照射することがとりわけ好ましい。
【００３７】
棒線の製造フローの一例を図６に示す。図６上段の棒線の製造過程では、連続鋳造工程等の鋳造工程及び／又は造塊工程後に、鋼素材の供給工程；加熱等の熱処理工程；熱間圧延等の熱間加工工程；冷却、ショットブラスト、グラインダー等のその他の工程；を行い、検査工程；出荷工程へと続く。
所定の条件で音波を照射する限り、上記いずれの工程において音波を照射しても最終的な棒線における鋼中水素量の低減を図ることができる。しかし、水素は、各工程において不可避的に鋼中に侵入するので、鋼中水素量をより低減させた状態で鋼材を出荷する観点からは、出荷工程及び／又はこれに近い検査工程、グラインダー工程、ショットブラスト工程において音波を照射することが好ましく、検査工程、グラインダー工程において音波を照射することがより好ましく、検査工程において音波を照射することが更に好ましい。そして、最終的な鋼中水素量をより低減させる観点からは、上記いずれかの工程と検査工程との２工程以上において音波を照射することがとりわけ好ましい。
棒線を製造する際のより具体的な手順の一例としては、例えば、棒線を加熱炉に通し（熱処理工程）；粗圧延機に通し（熱間加工工程）；中間水冷却帯に通し（その他の工程）；仕上圧延機に通し（熱間加工工程）；最終冷却帯に通し（その他の工程）；コイル巻取り（その他の工程）を行う流れで作業が行われる。ここで、例えば、上記最終冷却帯とコイル巻取りとのライン間に音波照射装置を設置して、音波を照射する手法が挙げられる。
【００３８】
更に具体的な例として、厚鋼板がステンレス鋼からなるステンレス厚鋼板の製造フローの一例を図７に示す。図７上段のステンレス厚鋼板の製造過程では、連続鋳造工程等の鋳造工程及び／又は造塊工程後に、鋼素材の供給工程；熱間圧延等の熱間加工工程；冷間圧延等の冷間加工工程；焼鈍等の熱処理工程；酸洗、研磨等のその他の工程；を行い、検査工程；出荷工程へと続く。
所定の条件で音波を照射する限り、上記いずれの工程において音波を照射しても最終的なステンレス厚鋼板における鋼中水素量の低減を図ることができる。しかし、水素は、各工程において不可避的に鋼中に侵入するので、鋼中水素量をより低減させた状態で鋼材を出荷する観点からは、出荷工程及び／又はこれに近い検査工程、研磨工程、酸洗工程において音波を照射することが好ましく、検査工程、研磨工程において音波を照射することがより好ましく、検査工程において音波を照射することが更に好ましい。そして、最終的な鋼中水素量をより低減させる観点からは、上記いずれかの工程と検査工程との２工程以上において音波を照射することがとりわけ好ましい。
【００３９】
［鋼製品の製造過程］
本発明の鋼製品の脱水素方法では、製鉄所から出荷される鋼材に対する、運搬工程、保管工程、及び鋼材に加工を施して鋼製品とする加工工程を含む、一連の鋼製品の製造過程において、出荷される鋼材から、運搬工程、保管工程、及び加工工程のうち任意の工程までのいずれかの段階にある鋼材（又は、工程によっては鋼製品）に対して、少なくとも１回、所定の条件にて音波を照射する。このように、鋼製品の製造過程における対象鋼に音波を照射することによっても、鋼中水素量を十分にかつ効率良く低減することができ、最終的に得られる各種鋼製品における残留水素起因の品質低下を十分に抑制することができる。
そして、本発明の鋼製品の脱水素方法も、上述した鋼材の脱水素方法と同様に、例えば、図１に示す音波照射装置１０を用いて、図２に示すように鋼材２０又は鋼製品２０に対して音波を照射することにより実施可能である。
【００４０】
本発明の鋼製品の脱水素方法における、音波の照射手段；音圧レベル、周波数、照射時間といった音波の照射条件；は、上述した鋼材の脱水素方法に従えばよい。鋼製品の製造過程における運搬工程、保管工程、及び加工工程のいずれの工程において音波を照射しても最終的な鋼製品における鋼中水素量の低減を図ることができる。
【００４１】
［鋼中水素量］
そして、上述した方法に従って脱水素処理を施した鋼材・鋼製品では、鋼材・鋼製品の表面へ音波が照射されて強制加振させられたので、鋼中に内在する水素が効率よく十分に低減されている。これは、上述のとおり、鋼材・鋼製品を強制加振させることにより表面の格子間隔を拡張し、格子間を膨張させる鋼内部の水素をよりポテンシャルエネルギーの低い有利な引張側への拡散を誘起させることで水素拡散が促進されためであると考えられる。脱水素処理による鋼中水素量の減少の効果は、以下の式（１）又は（１）’で表される低減水素率で評価することができる。
低減水素率(％)＝（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００  ・・・（１）
又は、
低減水素率(％)＝（Ａ’−Ｂ’）／Ａ’×１００  ・・・（１）’
ここで、
Ａ：音波照射による脱水素方法を施さずに製造した鋼材の鋼中水素量（ｐｐｍ）、
Ｂ：音波照射による脱水素方法を施して製造した鋼材の鋼中水素量（ｐｐｍ）であり、
Ａ’：音波照射による脱水素方法を施さずに製造した鋼製品の鋼中水素量（ｐｐｍ）、
Ｂ’：音波照射による脱水素方法を施して製造した鋼製品の鋼中水素量（ｐｐｍ）である。
本明細書では、上記式（１）、（１）’に従って算出される低減水素率が１０％以上である場合に、鋼材・鋼製品の鋼中水素量が十分に低減できたものと判断する。
なお、鋼材・鋼製品における鋼中水素量は、後述する実施例に記載の手法により測定することができる。
【００４２】
（製造方法）
本発明の鋼材及び鋼製品の製造方法では、上述した脱水素方法を施す。つまり、本発明の製造方法では、上述した所定の条件にて、鋼素材、鋼材又は鋼製品に対して音波を照射し、鋼中水素量を十分に低減したうえで鋼材又は鋼製品を製造しているので、得られる各種鋼材・鋼製品は、残留水素起因の品質低下が十分に抑制されたものとなる。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明する。なお、以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明を何ら限定するものではない。また、以下の実施例は、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、そのような態様も本発明の技術的範囲に含まれる。【００４４】
（実施例１）
表１〜４に示す条件に従って、厚鋼板、形鋼、鋼管、及び棒線を製造するための製造過程において、鋼素材又は鋼材に対して、音波を照射して、又は、音波を照射することなく、各種鋼材を製造した。各工程における鋼素材・鋼材は固体状態であった。
なお、各工程において音波を照射した回数は１回であった。【００４５】
得られた、厚鋼板、形鋼、鋼管、及び棒線の各鋼材について、それぞれ１００個ずつ、長さが３０ｍｍ、幅が５ｍｍの試験片を採取した。これらの試験片について、昇温脱離分析法（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＴＤＳ）により鋼中水素量を測定した。そして、測定された鋼中水素量から、１００個の鋼材の平均鋼中水素量（ｐｐｍ）を算出し、平均鋼中水素量と上記式（１）とから低減水素率（％）を算出した。
結果を表１〜４に示す。【００４６】
（実施例２）
表５に示す条件に従って、厚鋼板、形鋼、鋼管、又は棒線を出発して得られる各種鋼製品を製造するための製造過程（ただし、鋼材の出荷工程よりも後工程である）において、鋼材に対して、音波を照射して、又は、音波を照射することなく、各種鋼製品を製造した。いずれの鋼材も固体状態であった。
なお、各工程において音波を照射した回数は１回であった。【００４７】
厚鋼板の場合、レーザー切断に代表されるせん断、曲げ、打ち抜きおよび溶接等の加工工程により建産機用フレームの鋼製品を製造した。製造に際し、鋼材の運搬工程、保管工程、又は加工工程としてのレーザー切断加工時に音波を照射した。
形鋼の場合、せん断、研削等の加工工程によりＨ形鋼の鋼製品を製造した。製造に際し、鋼材の運搬工程、保管工程、又は加工工程としての研削加工時に音波を照射した。
鋼管の場合、レーザー切断に代表されるせん断、曲げ、および溶接等の加工工程により自動車用インパクトビームの鋼製品を製造した。製造に際し、鋼材の運搬工程、保管工程、又は加工工程としてのレーザー切断加工時に音波を照射した。
棒線の場合、冷間圧造、熱処理、および研削等の加工工程によりボルトの鋼製品を製造した。製造に際し、鋼材の運搬工程、保管工程、又は加工工程としての研削加工時に音波を照射した。
厚鋼板、形鋼、鋼管、又は棒線を出発して得られた各鋼製品について、実施例１と同様の手法で、算出された平均鋼中水素量と上記式（１）’とから低減水素率（％）を算出した。
結果を表５に示す。【００４８】
【表１】
0006977916.tif 000002
【００４９】
【表２】
0006977916.tif 000003
【００５０】
【表３】
0006977916.tif 000004
【００５１】
【表４】
0006977916.tif 000005
【００５２】
【表５】
0006977916.tif 000006
【００５３】
表１〜５から明らかなとおり、所定の条件で音波照射処理を施した本発明例の鋼材・鋼製品では、いずれも１０％以上の低減水素率を達成しており、鋼中水素量が十分に低減されていることが分かった。
一方、音波を照射しなかった、又は、照射した音圧レベルが３０ｄＢに満たない比較例では、鋼材・鋼製品ごとに、本発明例と比べて、平均鋼中水素量が多く、低減水素率も１０％未満と低レベルに留まった。【００５４】
これにより、本発明の脱水素方法及び製造方法は、鋼材及び鋼製品の組織変化及び機械的特性の変化が懸念される熱処理に頼ることなく、鋼材及び鋼製品の鋼中水素量を効率的かつ十分に低減でき、鋼材及び鋼製品における水素起因の品質低下を効率的かつ十分に抑制でき、有用であることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、厚みの大きな、又は、複雑な形状を有する鋼材・鋼製品全般に対して、機械的特性を変化させることなく、効率的に鋼中水素量を低減させることが可能である。また、本発明によれば、上記脱水素方法を用いて、残留水素起因の品質低下を抑制した鋼材・鋼製品を製造することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  音波照射装置
１１  制御器
１２  音波発信器
１３  振動変換子
１４  ブースター
１５  ホーン
１６  騒音計
２０  鋼素材、鋼材、鋼製品
【要約】
厚みの大きな、又は、複雑な形状を有する鋼材・鋼製品全般に対して、鋼中水素量を効率的に低減させる脱水素方法を提供する。鋼素材の供給工程、前記鋼素材の熱間加工工程、前記鋼素材から得られた鋼材の検査工程、前記鋼材の出荷工程を含む、一連の鋼材の製造過程において、前記供給工程から前記出荷工程までのいずれかの段階にある前記鋼素材及び鋼材の少なくとも一方に対して、該鋼素材又は鋼材の表面での音圧レベルが３０ｄＢ以上を満たすように音波照射処理を少なくとも１回行う、鋼材の脱水素方法。【図１】
0006977916.tif 000007
【図２】
0006977916.tif 000008
【図３】
0006977916.tif 000009
【図４】
0006977916.tif 000010
【図５】
0006977916.tif 000011
【図６】
0006977916.tif 000012
【図７】
0006977916.tif 000013