(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地鉄表層にスケールを有する熱延鋼板において、地鉄表層の平均結晶粒径Lが20μm以下、スケール厚さdが10μm以下であり、かつ地鉄のC含有量をmass％でCとするときL2×d≦(logC)2×300を満たすことを特徴とする熱延鋼板。
【請求項２】
熱延鋼板の製造において、複数の圧延スタンドからなる仕上圧延機を用いて、少なくとも第１スタンドから第３スタンドまでのスタンド間を含む2つ以上のスタンド間について、これら各スタンド間で単位幅（1m）当たり100L/分以上の冷却水を噴射し、スタンド間の鋼板面積の30％以上を実質的に冷却水で覆う圧延をおこない、仕上圧延を（Ar3+50℃）以下で終了し、1s以内に100℃/s以上の冷却速度で80℃以上冷却したのち、400〜600℃で巻き取ることにより、地鉄表層の平均結晶粒径Lを20μm以下、スケール厚さdを10μm以下、かつ地鉄のC含有量をmass％でCとするときL2×d≦(logC)2×300を満たすよう制御することを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
【請求項３】
mass％でP：0.03％以下、Si：0.02％以上のいずれか一方、あるいは両方を満たす鋼を用いることを特徴とする請求項２記載の熱延鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用部品、建材などに使用される縞板を含む熱延鋼板において、優れたスケール密着性を示す熱延鋼板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱延鋼板のスケール密着性の向上に関しては、従来より種々の検討がなされてきている。例えば特開平10-36939号公報では、Alを0.1％以上添加した鋼において、圧延終了後2s以内に20s℃/s以上の冷速（冷却速度の略、以下同様）で冷却を開始し、550℃以下で巻き取る技術が提案されている。
【０００３】
この従来技術では、圧延後の即冷（即時冷却の略、以下同様）および急冷により表層のスケールの成長を抑制して、薄スケール化を図っている。それとともに、550℃以下で巻き取ることにより、地鉄近傍のスケールに対し、4FeO→Fe304+Feによる共析変態を促進させることで、スケールの密着性向上を指向している。さらに、スケール／地鉄界面でのFeとAlの複合酸化物層の形成も、密着性向上に寄与するとしている。そのためこの技術では、Alを0.1〜１mass％添加している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方法では、十分なスケール密着性を得ることができなかった。また、スケールの密着性を界面でのFeとAlの複合酸化物層により向上させるので、Alの添加量が通常の薄鋼板より１桁多く必要になるという問題がある。
【０００５】
本発明は、良好なスケール密着性を示す熱延鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は次の発明により解決される。第１の発明は、地鉄表層にスケールを有する熱延鋼板において、地鉄表層の平均結晶粒径Lが20μm以下、スケール厚さdが10μm以下であり、かつ地鉄のC含有量をmass％でCとするときL2×d≦(logC)2×300を満たすことを特徴とする熱延鋼板である。
【０００７】
本発明は、上述した問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果なされた。その過程で、スケールの密着性を支配する因子を種々検討することにより、地鉄の組織を細粒化することでスケール密着性が飛躍的に向上することを見出した。さらに、スケール密着性には地鉄のC量も影響し、C量が多い場合には、スケールと地鉄の界面に存在する炭化物量が増加することでスケールの密着性は低下する。
【０００８】
したがって、地鉄のC量に応じて、スケール厚さと地鉄の平均粒径を制御することで、熱延鋼板のスケール密着性を飛躍的に高めることができる。本発明はこのような知見に基づくもので、個々の限定理由は以下の通りである。ここで、本発明が対象とする鋼板は、通常の平滑な黒皮熱延鋼板に加えて、表面が縞板状の鋼板も含む。
【０００９】
地鉄表層の平均粒径L：20μm以下
地鉄表層の平均粒径が大きくなると、スケールの4FeO→Fe304+Feによる共析変態の進行により、変態後のFe304もその粒径が大きくなる。そのため、スケール密着性が劣化する。この傾向は地鉄表層の平均粒径粒径が20μmを超えると顕著となる。従って、地鉄表層の平均粒径を20μm以下に規定する。
【００１０】
スケール厚さd：10μm以下
スケール厚さは、厚くなると鋼板加工時にスケールに加わる歪量が大きくなり、それにともなってスケールも剥離しやすくなる。この傾向はスケール厚さが10μmを超えると顕著となる。したがって、スケール厚さは10μm以下と規定する。
【００１１】
C含有量C（mass％）との関係：L2×d≦(logC)2×300
さらに、スケール密着性はつぎに説明するように、平均粒径やスケール厚さに加えて、地鉄のC量の影響も受ける。これは、C量が多い場合には、スケールと地鉄の界面に存在する炭化物量が増加することにより、スケールの密着性が低下するためと考えられる。この不等式は実験結果を整理する中で得られたものである。
【００１２】
この不等式の左辺/右辺の比、即ち[L2×d]/[(logC)2×300]は、スケールの剥離のし易さを表す指標（以下、非整合歪指数と呼ぶ）と考えられる。この非整合歪指数が1.0を超えると、スケールの密着性が低下し始める。したがって、地鉄のC量に応じて、スケール厚さと地鉄の平均粒径を制御し、非整合歪指数が1.0以下、即ちL2×d≦(logC)2×300も満たさなければならない。
【００１３】
第２の発明は、熱延鋼板の製造において、複数の圧延スタンドからなる仕上圧延機を用いて、少なくとも第１スタンドから第３スタンドまでのスタンド間を含む2つ以上のスタンド間について、これら各スタンド間で単位幅（1m）当たり100L/分以上の冷却水を噴射し、スタンド間の鋼板面積の30％以上を実質的に冷却水で覆う圧延をおこない、仕上圧延を（Ar3+50℃）以下で終了し、1s以内に100℃/s以上の冷却速度で80℃以上冷却したのち、400〜600℃で巻き取ることにより、地鉄表層の平均結晶粒径Lを20μm以下、スケール厚さdを10μm以下、かつ地鉄のC含有量をmass％でCとするときL2×d≦(logC)2×300を満たすよう制御することを特徴とする熱延鋼板の製造方法である。
【００１４】
この発明は、仕上圧延後に急冷して所定温度で巻き取ることにより、地鉄表層の平均粒径とスケール厚さを制御して、熱延鋼板のスケールの密着性を向上させるものである。本発明の製造条件を限定する理由を、つぎに説明する。
【００１５】
仕上圧延は、その圧延終了温度が高い場合には、スケールが厚くなるとともに、Feの粒径が大きくなる。それに伴い、後述のようにFeOが共析変態した後のFe304の粒径も大きくなることから、スケールの密着性が劣化し、この傾向は仕上温度がAr3点より50℃を超えると顕著となる。したがって、仕上の最終圧延の上限を（Ar3+50℃）とする。
【００１６】
圧延終了後は、1s以内に100℃/s以上の冷速（冷却速度）で80℃以上冷却することで、スケールの生成を抑制するとともに、地鉄を細粒化することでスケールの密着性を向上させる。とくに、圧延終了から冷却開始までの時間、冷却速度、急冷による温度降下量のうち、いずれか1つでも本規定を外れる場合には、地鉄の粒径が大きくなってしまうため良好なスケール密着性を得ることはできない。
【００１７】
巻き取り温度が600℃より高い場合には、スケールは表層側からのみ4FeO→Fe304+Fe反応による共析変態が進行し、スケール／地鉄界面において共析変態が進行しない。巻き取り温度が400℃を下回る場合は、スケール／地鉄界面で共析変態が進行しないため、スケール内部において4FeO→Fe304+Feによる共析変態が島状にランダムに進行し、良好なスケール密着性を得ることはできない。すなわち、巻き取り温度は、スケールの地鉄側において4FeO→Fe304+Fe反応による共析変態を促進させるため、実質的に400〜600℃で巻き取らなければならない。
【００１９】
この発明では、さらに、仕上圧延における圧延スタンドの間での鋼板の冷却、即ちスタンド間冷却の冷却方法を適切に調整することにより、スケールの密着性を向上させる。一般に、仕上圧延においては、入側で高圧水により一旦スケールを完全に除去したのち、圧延を開始するが、デスケーリング後の仕上スタンド間においても、鋼板の酸化が進行し、スケールは成長する。スケールの密着性に関しては、仕上スタンド間で生成するスケール（FeO）を細粒化すれば、共析変態後のFe304も細粒化することができ、密着性を向上させることができる。
【００２０】
第３の発明は、mass％でP：0.03％以下、Si：0.02％以上のいずれか一方、あるいは両方を満たす鋼を用いることを特徴とする第２の発明の熱延鋼板の製造方法である。
【００２１】
この発明では、鋼板の化学成分を適切に調製することにより、スケールの密着性を向上させる。化学成分の限定理由を、次に説明する。
【００２２】
P：0.03％以下
Pは、仕上スタンド間でのスケール成長において、スケールの成長方位をランダム化させることで、スケール内部に働く圧縮応力を増加させる元素である。そのため、仕上圧延時、圧縮応力の増大によりスケールが地鉄から一旦剥離した場合、スケール自体に十分な圧延歪みを加えることはできなくなる。この傾向は、P量が0.03wt％を超えると顕著となる。したがって、P添加量を低減することで、圧延による歪みをスケールに与え、それによりスケールを細粒化する。以上より、P量は0.03wt％以下とするのが好ましい。
【００２３】
Si：0.02％以上
Siは、仕上スタンド間でのスケール成長において、スケールが地鉄から一旦剥離するのを抑制する元素である。したがって、Si添加量を増加させることで、圧延による歪みをスケールに与え、それによりスケールを細粒化することができる。この効果は、Si量が0.02wt％未満では得られない。そのため、Si量は0.02wt％以上とするのが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
発明の実施に当たっては、目的の化学成分の鋼を転炉や電気炉等の鋼の精錬装置にて溶製し、連続鋳造等によりスラブを鋳造する。このスラブを直接あるいは一旦冷却後再加熱して、熱間圧延を行う。デスケーリングは、その後のスケール生成を抑制するため、仕上圧延開始直前に行うことが望ましい。熱間圧延の仕上圧延スタンドの間では、冷却水を噴射することで、仕上スタンド間の広い鋼板面積を冷却水で覆うことが望ましい。
【００２５】
ここで、仕上スタンド間で成長するスケールは、スケール生成時の地鉄の結晶粒に対応して成長するため、仕上スタンド間での地鉄組織を細粒化すれば、スケールも細粒化することができる。スケール成長後の粒径は生成初期段階でのスケール粒径に大きく影響するので、生成初期段階でのスケール粒径を小さくすることがとくに効果的である。したがって、複数の圧延スタンドからなる仕上圧延機列のスタンド間において、前段より水冷をおこない地鉄組織を細粒化することが有効である。
【００２６】
また、このような仕上スタンド間で水冷をおこなうことにより、同時にスケール成長も抑制することができる。このようなことから、各仕上スタンドを入側よりF1、F2、F3・・・・としたとき、少なくとも前段のF1-F2間、F2-F3間を含む2スタンド間以上を各スタンド毎において単位幅（1m）当たり100L/分以上の冷却水を噴射し、実質的にスタンド間の30％以上の鋼板面積を冷却水で覆うことで、仕上スタンド間の地鉄組織を細粒化し、スケールの粒径を小さくすることができ、同時にスケール成長も抑制することができる。
【００２７】
圧延終了後は、即座に冷却を開始して巻取りを行う。このようにして、発明を実施することにより、スケール密着性に優れた熱延鋼板を得ることができる。
【００２８】
その理由に関しては、本発明の請求範囲を限定するものではないが、つぎのように考えられる。すなわち、熱間圧延過程において生成するスケール（FeO）に関し、巻き取り後、4FeO→Fe304+Fe反応による共析変態を促進させることにおいて、FeOは地鉄側でFeが吐き出され、その上にFe304が生成する。ここで、吐き出されたFeは、地鉄の粒径（方位）に対応して地鉄と整合性を保ちながら析出し、Fe304も吐き出されたFeの方位に対応して析出する。
【００２９】
その際、Fe304はFeとの整合性を保とうとしながら析出するため、この共析変態により、ある程度スケールの密着性は向上する。しかし、Fe304とFeは結晶の格子定数が異なるため完全には整合せず、Fe304とFeの界面において歪みが生じ、この歪みがスケールの密着性を低下させてしまう。したがって、Fe304を細粒化し、粒界でこの歪みを吸収させることができれば、スケールの密着性を大幅に向上させることができる。
【００３０】
そこで、この共析変態で析出するFe304を細粒化する方法として、地鉄を細粒化すれば、この地鉄方位に対応してFeが析出するため、その析出Feに対応して析出するFe304も細粒化することができる。また、変態前のFeOを細粒化すれば、さらに変態後のFe304も細粒化することができる。
【００３１】
ここで、スケール密着性について考える。地鉄表層とスケールの界面は、地鉄のγ／α相変態およびスケールのFe0/Fe304相変態による相互の寸法変化、あるいは熱膨張率の差により応力が発生する。一般に、多結晶物質においては粒界に応力が集中し、その大きさは結晶粒が大きいほど大きくなり破壊し易くなる。逆に、スケールの結晶粒を細粒化することにより、応力集中を低減し、スケールの破壊、即ち地鉄表面からの剥離を防止することができる。
【００３２】
前述のスケールの剥離のし易さを表す指標[L2×d]/[(logC)2×300]（非整合歪指数）については、次のように考えられる。この非整合歪指数の分子[L2×d]については、地鉄表層の平均粒径Lの増加に伴い増加するスケールの粒径およびスケール厚さdの増加により、スケールが剥離し易くなることを表している。平均粒径Lが２乗になっているのは、スケールの剥離のし易さが、スケールの結晶粒の断面積あるいは界面での接触面積に関係があるためと考えられる。
【００３３】
この非整合歪指数の分母[(logC)2×300]については、分母のlogCは、通常のC含有量（1％以下）では負数であり、絶対値はCの増加に伴い小さくなる。このlogCが分母にあるので、非整合歪指数はCの増加に伴い大きくなり、スケールが剥離し易くなることを示す。ここで、C量の寄与を対数としたのは、スケールの剥離のし易さが、C量の増加量に比例するのではなく、C量が一定比率で増加する毎に徐々に変化する傾向を反映したものである。
【００３４】
【実施例】
本発明を実施例によって説明する。なお、当然のことながら本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３５】
表1に示す成分の鋼を実験室真空溶解炉にて溶製し、ラボ熱間圧延をおこなった。圧延開始直前に一旦デスケーリングをおこなったのち圧延を開始し、4パスにて板厚3.Ommまで圧延した。1パス目、および2パス目の直後には、単位幅（1m）当たり200L/分の冷却水を、パス間時間の3sに対し1s間噴射することで、仕上スタンド間の33％の鋼板面積を冷却水で覆うことを模擬した。圧延終了後は即座に冷却を開始し、巻取りを模擬した炉にて徐冷をおこなった。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
スケール密着性の評価は、室温まで冷却された黒皮ままの鋼板を、U曲げしたのち、曲げ部のテープ剥離試験をおこない、剥離したテープ表面におけるスケール付着面積率を測定した。ここで曲げ半径（U曲げポンチの半径/鋼板の板厚）は2.0とし、テープ剥離試験は鋼板の曲げ部外側にておこなった。表2に実験条件と、地鉄表層の平均粒径、スケール厚さおよびテープ剥離試験結果を示す。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
ここで、圧延終了温度はFT、圧延終了から冷却開始までの時間はST、急冷時の平均冷却速度はCR、急冷による温度降下量は△T、巻き取り処理温度はCT、スケール付着面積率はRAとする。
【００４０】
図1にスケール付着面積率RAにおよぼす非整合歪指数L2×d/(logC)2×300の影響を示す。非整合歪指数が本発明の請求範囲である1以下のとき、RAは5％以下で、良好なスケール密着性を示している。
【００４１】
図2に鋼種Bの非整合歪指数L2×d/(logC)2×300値におよぼすSTの影響を示す。本発明の請求範囲であるSTが1s以下のとき、非整合歪指数は1以下となるが、STが1sを上回ると非整合歪指数は1を超えている。
【００４２】
図3に鋼種Bの非整合歪指数L2×d/(logC)2×300におよぼすCRの影響を示す。本発明の請求範囲であるCRが100℃/s以上のとき、非整合歪指数は1以下となるが、CRが100℃/sを下回ると非整合歪指数は1を超えている。
【００４３】
図4に鋼種Bの非整合歪指数L2×d/(logC)2×300におよぼす△Tの影響を示す。△Tが本発明の請求範囲である80℃以上のとき、非整合歪指数は1以下となるが、△Tが80℃を下回ると非整合歪指数は1を超えている。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の熱延鋼板は、地鉄のC量に応じて、スケール厚さと地鉄の平均粒径が制御されており、スケール密着性が飛躍的に向上している。製造方法としては、仕上圧延後に急冷して所定温度で巻き取ることにより、地鉄表層の平均粒径とスケール厚さを制御して、熱延鋼板のスケールの密着性を向上させることができる。このようにして、スケール密着性に優れた熱延鋼板が提供され、工業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スケール付着面積率（RA）におよぼす非整合歪指数L2×d/(logC)2×300の影響を示した図である。
【図２】非整合歪指数L2×d/(logC)2×300におよぼす圧延終了から冷却開始までの時間（ST）の影響を示した図である。
【図３】非整合歪指数L2×d/(logC)2×300におよぼす圧延終了後の急冷時の平均冷却速度（CR）の影響を示した図である。
【図４】非整合歪指数L2×d/(logC)2×300におよぼす圧延終了後の急冷による温度降下量（△T）の影響を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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