線材の製造方法
【課題】圧延材に良質なスケールを簡単に形成して、カミコミ異常を防止し得る線材の製造方法を提供する。
【解決手段】ショットブラスト工程において、圧延材Ｓに対しショットブラストが実施され、圧延材Ｓの表面積が拡大される。加熱工程では、加熱炉１２において、圧延材Ｓをソーキング温度まで加熱する。圧延材Ｓがソーキング温度まで加熱されると、引き続きソーキング工程に移行する。ソーキング工程では、圧延材Ｓをソーキング温度に維持した状態で、所定時間ソーキングを行う。ソーキング工程は、液化天然ガスを燃焼させて水蒸気雰囲気下で実施する。ソーキング工程でソーキングされた圧延材Ｓは、圧延工程で熱間圧延されて線材Ｌが製造される。
【解決手段】ショットブラスト工程において、圧延材Ｓに対しショットブラストが実施され、圧延材Ｓの表面積が拡大される。加熱工程では、加熱炉１２において、圧延材Ｓをソーキング温度まで加熱する。圧延材Ｓがソーキング温度まで加熱されると、引き続きソーキング工程に移行する。ソーキング工程では、圧延材Ｓをソーキング温度に維持した状態で、所定時間ソーキングを行う。ソーキング工程は、液化天然ガスを燃焼させて水蒸気雰囲気下で実施する。ソーキング工程でソーキングされた圧延材Ｓは、圧延工程で熱間圧延されて線材Ｌが製造される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フェライト系ステンレス鋼からなる圧延材を圧延して線材を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クロム含有量の高いフェライト系ステンレス鋼からなる圧延材(鋼片)は、加熱炉で圧延温度まで加熱された後、熱間圧延工程を経ることで所定の線径まで圧延されて線材とされる。圧延工程では、一対の圧延ロールの間を圧延材が通過する間に、圧延ロールの圧力により圧延材が引き延ばされるようになっている。この圧延工程においては、圧延材の表面から剥離した破片が圧延ロールに噛み込まれて、上流側の圧延材の表面に該破片が固着する「カミコミ」と呼ばれる現象(以下、カミコミ異常と指称する)が発生することがある。
【０００３】
図４に示すように、このカミコミ異常の発生メカニズムは、概略、以下の如く説明される。前述した加熱炉における加熱工程では、圧延材Ｓが圧延温度まで加熱される間に、該圧延材Ｓの表面にスケールＴと呼ばれる酸化膜が形成される。このスケールＴは、圧延材Ｓの表面全体を覆うように形成されることで、一種のコーティング膜として機能し、圧延材Ｓへの圧延時の負荷を軽減する働きがある。しかしながら、従来の加熱工程で形成される酸化膜は、難延性のクロム酸化物(Ｃｒ２Ｏ３)を主成分としており、その膜厚も、圧延材Ｓの厚みに較べて極めて薄いものであった。このような難延性で薄膜状のスケールＴは、圧延時の負荷によって圧延材Ｓの表面から剥離し易い欠点がある。圧延材ＳからスケールＴが剥離すると、当該剥離した箇所が外部に剥き出しになってしまい、図４(ａ)に示すように、圧延材Ｓが圧延ロールＲに直接接触する。これにより、圧延材Ｓの表面が圧延ロールＲと焼き付きを起こし、圧延材Ｓの表面の一部(破片ｆ)が剥がれてしまい、当該破片ｆが圧延ロールＲに付着する(図４(ｂ)参照)。そして、圧延ロールＲに付着した破片ｆが上流側の圧延材Ｓの表面に押し付けられ、該破片ｆが圧延材Ｓの表面に固着することで、前記カミコミ異常が発生する(図４(ｃ)参照)。このカミコミ異常が発生すると、線材表面の美観や耐食性が低下すると共に、線材表面に固着した破片ｆを除去するための酸洗や研磨等の仕上工程が煩雑化し、製品コストが高騰する難点がある。
【０００４】
そこで、このカミコミ異常に対応したものとして、特許文献１には、圧延材を加熱炉で加熱する前に、スケール形成を促進させる薬剤を圧延材の表面に塗布する方法が提示されている。薬剤を塗布することで、加熱工程において圧延材表面に延性に富んだスケールが形成されて、圧延時にスケールが圧延材の表面から剥離し難くなり、圧延ロールと圧延材との焼き付きの発生を抑制し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２４７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、前述した従来技術に係る方法では、前記薬剤を塗布するためにスプレー装置等を新たに導入する必要があり、導入コストが嵩む難点がある。また、ハケ等により作業者が薬剤を塗布する場合には、人件費が嵩むと共に、塗布するための作業時間を要して、製造効率が低下する要因となる。しかも、従来技術の方法では、圧延材に塗布した薬剤にムラが生じることがあり、薬剤が塗布されなかった部位でスケールが形成されず、カミコミ異常が発生する虞もある。
【０００７】
すなわち、本発明は、従来技術に係る線材の製造方法に内在する前記問題に鑑み、これらを解決するべく提案されたものであって、簡単な方法で良質なスケールを形成してカミコミ異常の発生を防止し得る線材の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】
前記課題を解決し、所期の目的を達成するため、本発明に係る線材の製造方法は、
フェライト系のステンレス鋼からなる圧延材を圧延ロールにより圧延して線材を製造する方法であって、
前記圧延材を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程に引き続き、加熱された前記圧延材を当該加熱温度に維持した状態でソーキングするソーキング工程と、
前記ソーキング工程でソーキングされた前記圧延材を熱間圧延することで線材を形成する圧延工程とを行うことを要旨とする。
請求項１の発明によれば、加熱工程の後にソーキングを行うことで、圧延材の表面に延性および潤滑性に富んだ良質なスケールを形成し得るので、圧延工程においてカミコミ異常が発生するのを抑制することが可能となる。しかも、加熱工程の後に加熱炉でそのままソーキングを行い得るので、新たな設備を必要とせず、コストが嵩むことはない。また、ソーキングによりスケールを圧延材の表面全体に均一に形成することができるから、スケールの形成箇所にムラが生じるのを防止して、カミコミ異常が発生するのを確実に抑制することができる。
【０００９】
請求項２に係る線材の製造方法では、前記加熱工程の前に、前記圧延材に対しショットブラストを行って該圧延材の表面積を大きくするショットブラスト工程が実施されることを要旨とする。
請求項２の発明によれば、加熱工程の前にショットブラスト工程を実施して、圧延材の表面積を大きくするから、圧延材の表面の酸化反応が促進されて、良質なスケールを更に効率的に形成することが可能となる。
【００１０】
請求項３に係る線材の製造方法では、前記ソーキング工程は、液化天然ガスを燃焼させた雰囲気下で実施されることを要旨とする。
請求項３の発明によれば、液化天然ガスで燃焼させることで、炉内を水蒸気雰囲気とすることができ、延性および潤滑性に富んだ更に良質なスケールを形成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る線材の製造方法によれば、良質なスケールを圧延材の表面に効率的に形成し、圧延工程でのカミコミ異常を防止し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係る線材の製造方法が実施される線材製造ラインを示す説明図である。
【図２】実験例１に係る圧延材の実験条件および実験結果を示す図である。
【図３】実験例２に係る圧延材の実験条件および実験結果を示す図である。
【図４】カミコミ異常が発生するメカニズムの説明図であって、(ａ)はスケールが剥離した箇所を圧延ロールが圧延する状態を示し、(ｂ)は圧延材に焼き付きが発生した状態を示し、(ｃ)はカミコミが発生した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明に係る線材の製造方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。なお、以下の説明で、従来技術の図４で既出の部材については、同じ符号を付して説明を行うものとする。
【実施例】
【００１４】
図１は、実施例に係るフェライト系ステンレス鋼からなる圧延材(鋼片)Ｓから線材Ｌを製造する線材製造ラインを示す概略図である。この線材製造ラインは、ショットブラスト工程、加熱工程、ソーキング工程および圧延工程の４つの工程から基本的に構成され、圧延材Ｓを長尺な線材Ｌに製造するものである。本実施例では、フェライト系ステンレス鋼として、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０で規定されるステンレス鋼を採用している。但し、フェライト系ステンレス鋼としては、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０Ｆ、ＳＵＳ４３４等で規定されるステンレス鋼を採用することも可能である。なお、圧延材Ｓは、ショットブラスト工程を実施する前に、予めグラインダー(図示せず)等により表面疵が除去される。
【００１５】
前記ショットブラスト工程は、鋼材表面の疵取りやスケールの除去のために従来から用いられているショットブラスト装置１０を用い、所要速度で搬送される圧延材Ｓにショット(投射材)を衝突させて実施される。但し、実施例のショットブラスト工程では、圧延材Ｓに対しショットブラストを行うことで、該圧延材Ｓの表面に無数のショット痕ｍを形成して表面積を拡大させることを目的とする。圧延材Ｓの表面積を大きくすることで、後述するソーキング工程におけるスケールＴの形成を促進(酸化促進)するようになっている。ショットブラスト装置１０から放出されるショットとしては、例えば、粒径１.５×１.５×１.８の直方体(材質：ＪＩＳ規格ＳＳ４００)が採用される。但し、ショットの粒径や形状、材質は、実施例に限定されるものでなく、圧延材Ｓの表面に無数のショット痕ｍを形成して表面積を拡大し得るものであれば、球体等、各種の形状およびサイズのショットを適宜採用することができる。また、ショットブラスト工程の実施時間は、約１分となっている。但し、この実施時間についても、圧延材Ｓのサイズやショットブラスト装置１０における圧延材Ｓの搬送速度等に応じて適宜変更可能である。
【００１６】
加熱工程は、加熱炉１２を用いて圧延材Ｓを加熱する工程である。加熱工程で用いられる加熱炉１２は、フェライト系ステンレス鋼の酸化促進の観点から、炉内雰囲気中に水蒸気(Ｈ２Ｏ)が多く含まれるよう液化天然ガス(ＬＮＧ)を燃料としている。加熱工程では、圧延材Ｓを圧延可能な圧延温度(加熱温度)まで一気に加熱するようになっており、実施例では、加熱工程は、圧延材Ｓの加熱開始から圧延材Ｓが圧延温度に到達するまでの間の工程をいう。圧延温度は、後述するようにソーキング時の温度(以下、ソーキング温度という)と同じであり、スケール形成の観点から、好ましくは、９００℃〜１２００℃、更に好ましくは、１０００℃〜１２００℃の範囲内で設定される。
【００１７】
ソーキング工程は、加熱工程と同様に、加熱炉１２内で実施される。すなわち、加熱工程で圧延材Ｓが前記ソーキング温度に到達すると、引き続きソーキング工程に移行して、当該ソーキング温度を維持した状態(当該加熱温度に維持した状態)で圧延材Ｓを所定時間(ソーキング時間)だけ保持する(ソーキングする)。ソーキング工程を実施することで、圧延材Ｓの表面酸化が促進されて、ソーキング工程を実施しない場合に較べ、良質なスケールＴが多く均一に形成される。また、前記液化天然ガスを燃焼させることで、ソーキング工程時の炉内雰囲気は、水蒸気を多く含むから、延性および潤滑性の富むＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４等の酸化成分(特に、ＦｅＯ)を多く含んだ良質なスケールＴが形成される。なお、ソーキング工程での炉内雰囲気は、水蒸気濃度が約１６.５％であるのが望ましい。また、スケールＴの形成は、ソーキング温度が高いほど促進されるため、ソーキング温度は、前述のように、好ましくは、９００℃以上、更に好ましくは、１０００℃以上に設定される。但し、ソーキング時の燃料コスト等に鑑みて、ソーキング温度は、前述のように、１２００℃以下に設定される。
【００１８】
圧延材Ｓの表面に形成されるスケールＴの厚み(量)は、ソーキング時間に応じて大きくなる(多くなる)ことから、圧延材Ｓの保護の観点からは、ソーキング時間を長く設定することが望ましい。但し、圧延材Ｓの表面に余りに大量のスケールＴが形成されると、圧延工程後のスケールＴの残留量が多くなり、酸洗処理等、スケールＴの除去作業が煩雑となってしまう。また、ソーキング時間に応じて燃料コストも嵩んでしまう。従って、ソーキング時間は、圧延工程においてカミコミ異常が発生しない程度の適度な厚みのスケールＴが形成される時間に設定される。具体的には、ソーキング時間は、好ましくは、５分〜５０分、更に好ましくは、２０分〜３０分の範囲内で設定される。
【００１９】
前記圧延工程は、複数の圧延ロール(図示せず)を備えた公知の圧延装置１４により実施される。複数の圧延ロールにより圧延材Ｓを熱間圧延することで、長尺な線材Ｌを形成するものである。圧延時には、前記ソーキング工程で形成された良質なスケールＴが圧延材Ｓの表面を保護するので、該圧延材Ｓが圧延ロールと焼き付きを起こすのは防止される。なお、圧延工程の終了後、得られた線材Ｌに対し酸洗処理が施されて、該線材Ｌの表面に残留しているスケールＴが除去される。
【００２０】
次に、実施例に係る線材Ｌの製造方法について、図１に示す線材製造ラインで線材Ｌを製造する場合を例に説明する。グラインダーにより圧延材Ｓの表面疵を予め除去した後に、ショットブラスト工程において、圧延材Ｓに対しショットブラストが約１分間行われる。これにより、圧延材Ｓの表面に無数のショット痕ｍが形成され、圧延材Ｓの表面積が大きくなる。ショットブラスト工程が終了すると、次に、加熱工程に移行して、圧延材Ｓを加熱炉１２内で加熱する。加熱工程では、圧延材Ｓがソーキング温度(例えば、１０００℃)まで一気に加熱される。なお、この加熱工程で、圧延材Ｓの表面が酸化してスケールＴが形成されるものの、形成されるスケールＴの量は僅かである。
【００２１】
圧延材Ｓがソーキング温度に到達すると、加熱工程は終了して、そのままソーキング工程に移行する。ソーキング工程では、加熱炉１２内をソーキング温度に維持した状態で、圧延材Ｓを所定時間(例えば、２０分)ソーキングする。このソーキングを行うことで、圧延材Ｓの表面の酸化が促進されて、スケールＴが圧延材Ｓの表面に均一に形成される。しかも、ショットブラスト工程で圧延材Ｓの表面積が大きくなっているから、圧延材Ｓの表面酸化が促進され、所定の厚み(例えば、約３.０μｍ)のスケールＴが圧延材Ｓの表面全体に形成される。更に、液化天然ガスを燃焼させた加熱炉１２内の水蒸気雰囲気下で圧延材Ｓがソーキングされるから、特にＦｅＯを多く含有し、延性および潤滑性が富んだ良質なスケールＴが形成される。
【００２２】
ソーキング工程が終了すると、圧延工程が実施される。圧延工程では、圧延ロールによる圧延材Ｓの熱間圧延が行われる。このとき、圧延ロールにより圧延材Ｓの表面が押圧されて、該表面に大きな負荷が加わる。しかるに、圧延材Ｓの表面には、ソーキング工程で十分な厚みのスケールＴが形成されているから、該スケールＴにより圧延材Ｓが保護される。しかも、水蒸気雰囲気下で形成されたスケールＴは、延性及び潤滑性に富んでいるから、圧延ロールの負荷によって圧延材Ｓから剥離するのは抑制される。すなわち、スケールＴが剥がれ落ちて圧延材Ｓの表面が外部に露出する事態が生じ難くなるから、圧延材Ｓが圧延ロールと焼き付きを起こすのは好適に抑制される。
【００２３】
このように、実施例に係る線材Ｌの製造方法によれば、ソーキング工程により圧延材Ｓの表面に良質なスケールＴを十分な量で形成し得るから、圧延工程において、圧延材Ｓが圧延ロールと焼き付きを起こすのを抑制することができる。従って、圧延時に材料表面にカミコミ異常が発生するのを好適に抑制して、表面品質の高い線材Ｌを製造することができる。しかも、加熱工程の終了後、加熱炉１２内でソーキングを行うだけで簡単に良質なスケールＴを形成し得るから、コストを抑えることができる。また、ソーキングによりスケールＴを形成するから、圧延材Ｓの表面全体に均一にスケールＴが形成されて、スケールＴの形成にムラが生じることはない。
【００２４】
〔実験例１〕
次に、前述した実施例に係る線材Ｌの製造方法の効果を確認するため、液化天然ガスを燃焼させた雰囲気下の加熱炉１２を用いて評価試験を行った。具体的には、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス鋼からなる圧延材Ｓに対し、ショットブラスト、ソーキングおよびデスケーラーの実施の有無により、(1) 形成されるスケールＴの厚み、(2) 形成されたスケールＴの組成、(3) 圧延時のカミコミ異常の発生の有無の相違について評価を行った。
【００２５】
図２に示すように、実施例１は、ショットブラストは実施せず、デスケーラーおよびソーキングを実施した場合、実施例２はショットブラストおよびデスケーラーは実施せずにソーキングのみを行った場合、実施例３はショットブラストおよびソーキングを実施し、デスケーラーは実施しなかった場合である。一方、比較例１は、デスケーラーのみを実施した場合、比較例２は、ショットブラスト、デスケーラーおよびソーキングの何れも実施しなかった場合である。スケールＴの厚みは、圧延材Ｓの表面をマイクロ顕微鏡(×４００倍)で捉えた観察写真から任意３箇所でのスケールＴの厚さを実測し、その平均値を算出した。また、スケールＴの組成は、Ｘ線解析結果から同定した。なお、スケールＴの厚みおよび組成は、圧延工程に移行する前に測定した。また、実験を行う前に、圧延材Ｓに対し、加熱工程を実施した。ソーキング工程でのソーキング温度は９５０℃、ソーキング時間は５分とした。
【００２６】
図２から分かるように、実施例および比較例の何れも、形成されたスケールＴの組成はＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３およびＦｅ３Ｏ４の成分を含んでいる。これは、水蒸気雰囲気下で加熱(およびソーキング)したことで、形成されたスケールＴにＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３およびＦｅ３Ｏ４の成分が生成されたものと判断される。但し、比較例１,２では、ソーキングをしておらず、実施例１〜３に較べ、ＦｅＯの成分量が極めて少ない結果となった。すなわち、良質なスケールを構成するＦｅＯの生成は、ソーキング工程により促進されることが分かる。スケールＴの厚みは、ショットブラストおよびソーキングを行ってデスケーラーを実施しなかった実施例３が最も大きくなっている。また、実施例３は、カミコミ異常が発生しておらず、殆ど疵のない高い表面品質となっている。実施例２は、ショットブラストを実施しておらず、実施例３に較べてスケール厚は小さくなっているものの、カミコミ異常は発生しておらず、殆ど疵のない良好な表面品質が得られている。一方、実施例１は、デスケーラーの実施によりスケールＴの厚みが実施例２,３より小さくなっている。但し、ソーキングの効果により、ＦｅＯを多く含む良質なスケールＴが形成されたと考えられ、カミコミ異常は確認されなかった。また、実施例１の表面品質は、実施例２,３に較べて僅かに劣るものの、疵等が僅かに確認された程度で高い品質であるといえる。
【００２７】
一方、ソーキングを行っていない比較例１,２は、何れもスケールＴの厚みが小さく、圧延後にカミコミ異常が確認された。特に、デスケーラーを実施した比較例１では、カミコミ異常が２箇所確認され、圧延材Ｓの表面疵も多く確認された。実験例１の結果から、ソーキングを行うことで、特にＦｅＯを多く含む良質なスケールＴが圧延材Ｓの面に十分に形成されて、カミコミ異常を好適に抑制し得ることが確認された。また、ショットブラスト工程を経ることで、圧延材Ｓの酸化が促進され、ソーキングのスケール厚を大きくし得ることが確認された。なお、スケールＴの厚みを確保する観点から、デスケーラーは実施すべきでないといえる。
【００２８】
〔実験例２〕
次に、実験例１と同様にして、ソーキング時間を変えた場合のスケールＴの厚みおよびカミコミ異常の有無について確認した。圧延材Ｓの材質としては、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０のステンレス鋼を採用した。図３に示すように、実施例４,５では、ソーキング温度を９５０℃とし、実施例６では、ソーキング温度を１１２０℃とした。また、実施例４〜６の各ソーキング時間は、３０分、２０分、４５分とした。なお、圧延材Ｓに対しては、予めショットブラスト工程および加熱工程が実施されている。
【００２９】
図３におけるスケールＴの厚みは、実験例１と同様に、圧延材Ｓの表面をマイクロ顕微鏡(×４００倍)で捉えた観察写真から任意３箇所におけるスケールＴの厚さを実測し、その平均値を算出した。この結果から分かるように、ソーキング時間が最も長く、ソーキング温度も最高とした実施例６では、スケールＴの厚みが最大(４.２μｍ)となっている。一方、ソーキング時間を最短とした実施例５では、スケールＴの厚みも最小(３.８μｍ)となっている。また、ソーキング時間が実施例５と実施例６の間の実施例４では、スケールＴの厚みも両者の間の値(４.０μｍ)となっている。そして、実施例４〜６の何れも、圧延時のカミコミ異常は確認されなかった。実験例２の結果から、スケールＴの厚みは、ソーキング時間に応じて大きくなる傾向にあることが分かる。また、ソーキング時間は、２０分以上でより十分な量のスケールＴを形成し得ることが分かる。
【００３０】
なお、実施例では、加熱工程の前にショットブラスト工程を実施したが、必ずしもショットブラスト工程を実施する必要はなく、ショットブラスト工程を省略することも可能である。また、実施例では、液化天然ガスを燃料とする加熱炉を用いてソーキングを行ったが、炉内の雰囲気が水蒸気を含む状態となるものであれば、他の燃料を採用してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１２ 加熱炉，Ｓ 圧延材，Ｌ 線材
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フェライト系ステンレス鋼からなる圧延材を圧延して線材を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クロム含有量の高いフェライト系ステンレス鋼からなる圧延材(鋼片)は、加熱炉で圧延温度まで加熱された後、熱間圧延工程を経ることで所定の線径まで圧延されて線材とされる。圧延工程では、一対の圧延ロールの間を圧延材が通過する間に、圧延ロールの圧力により圧延材が引き延ばされるようになっている。この圧延工程においては、圧延材の表面から剥離した破片が圧延ロールに噛み込まれて、上流側の圧延材の表面に該破片が固着する「カミコミ」と呼ばれる現象(以下、カミコミ異常と指称する)が発生することがある。
【０００３】
図４に示すように、このカミコミ異常の発生メカニズムは、概略、以下の如く説明される。前述した加熱炉における加熱工程では、圧延材Ｓが圧延温度まで加熱される間に、該圧延材Ｓの表面にスケールＴと呼ばれる酸化膜が形成される。このスケールＴは、圧延材Ｓの表面全体を覆うように形成されることで、一種のコーティング膜として機能し、圧延材Ｓへの圧延時の負荷を軽減する働きがある。しかしながら、従来の加熱工程で形成される酸化膜は、難延性のクロム酸化物(Ｃｒ２Ｏ３)を主成分としており、その膜厚も、圧延材Ｓの厚みに較べて極めて薄いものであった。このような難延性で薄膜状のスケールＴは、圧延時の負荷によって圧延材Ｓの表面から剥離し易い欠点がある。圧延材ＳからスケールＴが剥離すると、当該剥離した箇所が外部に剥き出しになってしまい、図４(ａ)に示すように、圧延材Ｓが圧延ロールＲに直接接触する。これにより、圧延材Ｓの表面が圧延ロールＲと焼き付きを起こし、圧延材Ｓの表面の一部(破片ｆ)が剥がれてしまい、当該破片ｆが圧延ロールＲに付着する(図４(ｂ)参照)。そして、圧延ロールＲに付着した破片ｆが上流側の圧延材Ｓの表面に押し付けられ、該破片ｆが圧延材Ｓの表面に固着することで、前記カミコミ異常が発生する(図４(ｃ)参照)。このカミコミ異常が発生すると、線材表面の美観や耐食性が低下すると共に、線材表面に固着した破片ｆを除去するための酸洗や研磨等の仕上工程が煩雑化し、製品コストが高騰する難点がある。
【０００４】
そこで、このカミコミ異常に対応したものとして、特許文献１には、圧延材を加熱炉で加熱する前に、スケール形成を促進させる薬剤を圧延材の表面に塗布する方法が提示されている。薬剤を塗布することで、加熱工程において圧延材表面に延性に富んだスケールが形成されて、圧延時にスケールが圧延材の表面から剥離し難くなり、圧延ロールと圧延材との焼き付きの発生を抑制し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２４７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、前述した従来技術に係る方法では、前記薬剤を塗布するためにスプレー装置等を新たに導入する必要があり、導入コストが嵩む難点がある。また、ハケ等により作業者が薬剤を塗布する場合には、人件費が嵩むと共に、塗布するための作業時間を要して、製造効率が低下する要因となる。しかも、従来技術の方法では、圧延材に塗布した薬剤にムラが生じることがあり、薬剤が塗布されなかった部位でスケールが形成されず、カミコミ異常が発生する虞もある。
【０００７】
すなわち、本発明は、従来技術に係る線材の製造方法に内在する前記問題に鑑み、これらを解決するべく提案されたものであって、簡単な方法で良質なスケールを形成してカミコミ異常の発生を防止し得る線材の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】
前記課題を解決し、所期の目的を達成するため、本発明に係る線材の製造方法は、
フェライト系のステンレス鋼からなる圧延材を圧延ロールにより圧延して線材を製造する方法であって、
前記圧延材を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程に引き続き、加熱された前記圧延材を当該加熱温度に維持した状態でソーキングするソーキング工程と、
前記ソーキング工程でソーキングされた前記圧延材を熱間圧延することで線材を形成する圧延工程とを行うことを要旨とする。
請求項１の発明によれば、加熱工程の後にソーキングを行うことで、圧延材の表面に延性および潤滑性に富んだ良質なスケールを形成し得るので、圧延工程においてカミコミ異常が発生するのを抑制することが可能となる。しかも、加熱工程の後に加熱炉でそのままソーキングを行い得るので、新たな設備を必要とせず、コストが嵩むことはない。また、ソーキングによりスケールを圧延材の表面全体に均一に形成することができるから、スケールの形成箇所にムラが生じるのを防止して、カミコミ異常が発生するのを確実に抑制することができる。
【０００９】
請求項２に係る線材の製造方法では、前記加熱工程の前に、前記圧延材に対しショットブラストを行って該圧延材の表面積を大きくするショットブラスト工程が実施されることを要旨とする。
請求項２の発明によれば、加熱工程の前にショットブラスト工程を実施して、圧延材の表面積を大きくするから、圧延材の表面の酸化反応が促進されて、良質なスケールを更に効率的に形成することが可能となる。
【００１０】
請求項３に係る線材の製造方法では、前記ソーキング工程は、液化天然ガスを燃焼させた雰囲気下で実施されることを要旨とする。
請求項３の発明によれば、液化天然ガスで燃焼させることで、炉内を水蒸気雰囲気とすることができ、延性および潤滑性に富んだ更に良質なスケールを形成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る線材の製造方法によれば、良質なスケールを圧延材の表面に効率的に形成し、圧延工程でのカミコミ異常を防止し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係る線材の製造方法が実施される線材製造ラインを示す説明図である。
【図２】実験例１に係る圧延材の実験条件および実験結果を示す図である。
【図３】実験例２に係る圧延材の実験条件および実験結果を示す図である。
【図４】カミコミ異常が発生するメカニズムの説明図であって、(ａ)はスケールが剥離した箇所を圧延ロールが圧延する状態を示し、(ｂ)は圧延材に焼き付きが発生した状態を示し、(ｃ)はカミコミが発生した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明に係る線材の製造方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。なお、以下の説明で、従来技術の図４で既出の部材については、同じ符号を付して説明を行うものとする。
【実施例】
【００１４】
図１は、実施例に係るフェライト系ステンレス鋼からなる圧延材(鋼片)Ｓから線材Ｌを製造する線材製造ラインを示す概略図である。この線材製造ラインは、ショットブラスト工程、加熱工程、ソーキング工程および圧延工程の４つの工程から基本的に構成され、圧延材Ｓを長尺な線材Ｌに製造するものである。本実施例では、フェライト系ステンレス鋼として、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０で規定されるステンレス鋼を採用している。但し、フェライト系ステンレス鋼としては、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０Ｆ、ＳＵＳ４３４等で規定されるステンレス鋼を採用することも可能である。なお、圧延材Ｓは、ショットブラスト工程を実施する前に、予めグラインダー(図示せず)等により表面疵が除去される。
【００１５】
前記ショットブラスト工程は、鋼材表面の疵取りやスケールの除去のために従来から用いられているショットブラスト装置１０を用い、所要速度で搬送される圧延材Ｓにショット(投射材)を衝突させて実施される。但し、実施例のショットブラスト工程では、圧延材Ｓに対しショットブラストを行うことで、該圧延材Ｓの表面に無数のショット痕ｍを形成して表面積を拡大させることを目的とする。圧延材Ｓの表面積を大きくすることで、後述するソーキング工程におけるスケールＴの形成を促進(酸化促進)するようになっている。ショットブラスト装置１０から放出されるショットとしては、例えば、粒径１.５×１.５×１.８の直方体(材質：ＪＩＳ規格ＳＳ４００)が採用される。但し、ショットの粒径や形状、材質は、実施例に限定されるものでなく、圧延材Ｓの表面に無数のショット痕ｍを形成して表面積を拡大し得るものであれば、球体等、各種の形状およびサイズのショットを適宜採用することができる。また、ショットブラスト工程の実施時間は、約１分となっている。但し、この実施時間についても、圧延材Ｓのサイズやショットブラスト装置１０における圧延材Ｓの搬送速度等に応じて適宜変更可能である。
【００１６】
加熱工程は、加熱炉１２を用いて圧延材Ｓを加熱する工程である。加熱工程で用いられる加熱炉１２は、フェライト系ステンレス鋼の酸化促進の観点から、炉内雰囲気中に水蒸気(Ｈ２Ｏ)が多く含まれるよう液化天然ガス(ＬＮＧ)を燃料としている。加熱工程では、圧延材Ｓを圧延可能な圧延温度(加熱温度)まで一気に加熱するようになっており、実施例では、加熱工程は、圧延材Ｓの加熱開始から圧延材Ｓが圧延温度に到達するまでの間の工程をいう。圧延温度は、後述するようにソーキング時の温度(以下、ソーキング温度という)と同じであり、スケール形成の観点から、好ましくは、９００℃〜１２００℃、更に好ましくは、１０００℃〜１２００℃の範囲内で設定される。
【００１７】
ソーキング工程は、加熱工程と同様に、加熱炉１２内で実施される。すなわち、加熱工程で圧延材Ｓが前記ソーキング温度に到達すると、引き続きソーキング工程に移行して、当該ソーキング温度を維持した状態(当該加熱温度に維持した状態)で圧延材Ｓを所定時間(ソーキング時間)だけ保持する(ソーキングする)。ソーキング工程を実施することで、圧延材Ｓの表面酸化が促進されて、ソーキング工程を実施しない場合に較べ、良質なスケールＴが多く均一に形成される。また、前記液化天然ガスを燃焼させることで、ソーキング工程時の炉内雰囲気は、水蒸気を多く含むから、延性および潤滑性の富むＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４等の酸化成分(特に、ＦｅＯ)を多く含んだ良質なスケールＴが形成される。なお、ソーキング工程での炉内雰囲気は、水蒸気濃度が約１６.５％であるのが望ましい。また、スケールＴの形成は、ソーキング温度が高いほど促進されるため、ソーキング温度は、前述のように、好ましくは、９００℃以上、更に好ましくは、１０００℃以上に設定される。但し、ソーキング時の燃料コスト等に鑑みて、ソーキング温度は、前述のように、１２００℃以下に設定される。
【００１８】
圧延材Ｓの表面に形成されるスケールＴの厚み(量)は、ソーキング時間に応じて大きくなる(多くなる)ことから、圧延材Ｓの保護の観点からは、ソーキング時間を長く設定することが望ましい。但し、圧延材Ｓの表面に余りに大量のスケールＴが形成されると、圧延工程後のスケールＴの残留量が多くなり、酸洗処理等、スケールＴの除去作業が煩雑となってしまう。また、ソーキング時間に応じて燃料コストも嵩んでしまう。従って、ソーキング時間は、圧延工程においてカミコミ異常が発生しない程度の適度な厚みのスケールＴが形成される時間に設定される。具体的には、ソーキング時間は、好ましくは、５分〜５０分、更に好ましくは、２０分〜３０分の範囲内で設定される。
【００１９】
前記圧延工程は、複数の圧延ロール(図示せず)を備えた公知の圧延装置１４により実施される。複数の圧延ロールにより圧延材Ｓを熱間圧延することで、長尺な線材Ｌを形成するものである。圧延時には、前記ソーキング工程で形成された良質なスケールＴが圧延材Ｓの表面を保護するので、該圧延材Ｓが圧延ロールと焼き付きを起こすのは防止される。なお、圧延工程の終了後、得られた線材Ｌに対し酸洗処理が施されて、該線材Ｌの表面に残留しているスケールＴが除去される。
【００２０】
次に、実施例に係る線材Ｌの製造方法について、図１に示す線材製造ラインで線材Ｌを製造する場合を例に説明する。グラインダーにより圧延材Ｓの表面疵を予め除去した後に、ショットブラスト工程において、圧延材Ｓに対しショットブラストが約１分間行われる。これにより、圧延材Ｓの表面に無数のショット痕ｍが形成され、圧延材Ｓの表面積が大きくなる。ショットブラスト工程が終了すると、次に、加熱工程に移行して、圧延材Ｓを加熱炉１２内で加熱する。加熱工程では、圧延材Ｓがソーキング温度(例えば、１０００℃)まで一気に加熱される。なお、この加熱工程で、圧延材Ｓの表面が酸化してスケールＴが形成されるものの、形成されるスケールＴの量は僅かである。
【００２１】
圧延材Ｓがソーキング温度に到達すると、加熱工程は終了して、そのままソーキング工程に移行する。ソーキング工程では、加熱炉１２内をソーキング温度に維持した状態で、圧延材Ｓを所定時間(例えば、２０分)ソーキングする。このソーキングを行うことで、圧延材Ｓの表面の酸化が促進されて、スケールＴが圧延材Ｓの表面に均一に形成される。しかも、ショットブラスト工程で圧延材Ｓの表面積が大きくなっているから、圧延材Ｓの表面酸化が促進され、所定の厚み(例えば、約３.０μｍ)のスケールＴが圧延材Ｓの表面全体に形成される。更に、液化天然ガスを燃焼させた加熱炉１２内の水蒸気雰囲気下で圧延材Ｓがソーキングされるから、特にＦｅＯを多く含有し、延性および潤滑性が富んだ良質なスケールＴが形成される。
【００２２】
ソーキング工程が終了すると、圧延工程が実施される。圧延工程では、圧延ロールによる圧延材Ｓの熱間圧延が行われる。このとき、圧延ロールにより圧延材Ｓの表面が押圧されて、該表面に大きな負荷が加わる。しかるに、圧延材Ｓの表面には、ソーキング工程で十分な厚みのスケールＴが形成されているから、該スケールＴにより圧延材Ｓが保護される。しかも、水蒸気雰囲気下で形成されたスケールＴは、延性及び潤滑性に富んでいるから、圧延ロールの負荷によって圧延材Ｓから剥離するのは抑制される。すなわち、スケールＴが剥がれ落ちて圧延材Ｓの表面が外部に露出する事態が生じ難くなるから、圧延材Ｓが圧延ロールと焼き付きを起こすのは好適に抑制される。
【００２３】
このように、実施例に係る線材Ｌの製造方法によれば、ソーキング工程により圧延材Ｓの表面に良質なスケールＴを十分な量で形成し得るから、圧延工程において、圧延材Ｓが圧延ロールと焼き付きを起こすのを抑制することができる。従って、圧延時に材料表面にカミコミ異常が発生するのを好適に抑制して、表面品質の高い線材Ｌを製造することができる。しかも、加熱工程の終了後、加熱炉１２内でソーキングを行うだけで簡単に良質なスケールＴを形成し得るから、コストを抑えることができる。また、ソーキングによりスケールＴを形成するから、圧延材Ｓの表面全体に均一にスケールＴが形成されて、スケールＴの形成にムラが生じることはない。
【００２４】
〔実験例１〕
次に、前述した実施例に係る線材Ｌの製造方法の効果を確認するため、液化天然ガスを燃焼させた雰囲気下の加熱炉１２を用いて評価試験を行った。具体的には、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス鋼からなる圧延材Ｓに対し、ショットブラスト、ソーキングおよびデスケーラーの実施の有無により、(1) 形成されるスケールＴの厚み、(2) 形成されたスケールＴの組成、(3) 圧延時のカミコミ異常の発生の有無の相違について評価を行った。
【００２５】
図２に示すように、実施例１は、ショットブラストは実施せず、デスケーラーおよびソーキングを実施した場合、実施例２はショットブラストおよびデスケーラーは実施せずにソーキングのみを行った場合、実施例３はショットブラストおよびソーキングを実施し、デスケーラーは実施しなかった場合である。一方、比較例１は、デスケーラーのみを実施した場合、比較例２は、ショットブラスト、デスケーラーおよびソーキングの何れも実施しなかった場合である。スケールＴの厚みは、圧延材Ｓの表面をマイクロ顕微鏡(×４００倍)で捉えた観察写真から任意３箇所でのスケールＴの厚さを実測し、その平均値を算出した。また、スケールＴの組成は、Ｘ線解析結果から同定した。なお、スケールＴの厚みおよび組成は、圧延工程に移行する前に測定した。また、実験を行う前に、圧延材Ｓに対し、加熱工程を実施した。ソーキング工程でのソーキング温度は９５０℃、ソーキング時間は５分とした。
【００２６】
図２から分かるように、実施例および比較例の何れも、形成されたスケールＴの組成はＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３およびＦｅ３Ｏ４の成分を含んでいる。これは、水蒸気雰囲気下で加熱(およびソーキング)したことで、形成されたスケールＴにＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３およびＦｅ３Ｏ４の成分が生成されたものと判断される。但し、比較例１,２では、ソーキングをしておらず、実施例１〜３に較べ、ＦｅＯの成分量が極めて少ない結果となった。すなわち、良質なスケールを構成するＦｅＯの生成は、ソーキング工程により促進されることが分かる。スケールＴの厚みは、ショットブラストおよびソーキングを行ってデスケーラーを実施しなかった実施例３が最も大きくなっている。また、実施例３は、カミコミ異常が発生しておらず、殆ど疵のない高い表面品質となっている。実施例２は、ショットブラストを実施しておらず、実施例３に較べてスケール厚は小さくなっているものの、カミコミ異常は発生しておらず、殆ど疵のない良好な表面品質が得られている。一方、実施例１は、デスケーラーの実施によりスケールＴの厚みが実施例２,３より小さくなっている。但し、ソーキングの効果により、ＦｅＯを多く含む良質なスケールＴが形成されたと考えられ、カミコミ異常は確認されなかった。また、実施例１の表面品質は、実施例２,３に較べて僅かに劣るものの、疵等が僅かに確認された程度で高い品質であるといえる。
【００２７】
一方、ソーキングを行っていない比較例１,２は、何れもスケールＴの厚みが小さく、圧延後にカミコミ異常が確認された。特に、デスケーラーを実施した比較例１では、カミコミ異常が２箇所確認され、圧延材Ｓの表面疵も多く確認された。実験例１の結果から、ソーキングを行うことで、特にＦｅＯを多く含む良質なスケールＴが圧延材Ｓの面に十分に形成されて、カミコミ異常を好適に抑制し得ることが確認された。また、ショットブラスト工程を経ることで、圧延材Ｓの酸化が促進され、ソーキングのスケール厚を大きくし得ることが確認された。なお、スケールＴの厚みを確保する観点から、デスケーラーは実施すべきでないといえる。
【００２８】
〔実験例２〕
次に、実験例１と同様にして、ソーキング時間を変えた場合のスケールＴの厚みおよびカミコミ異常の有無について確認した。圧延材Ｓの材質としては、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０のステンレス鋼を採用した。図３に示すように、実施例４,５では、ソーキング温度を９５０℃とし、実施例６では、ソーキング温度を１１２０℃とした。また、実施例４〜６の各ソーキング時間は、３０分、２０分、４５分とした。なお、圧延材Ｓに対しては、予めショットブラスト工程および加熱工程が実施されている。
【００２９】
図３におけるスケールＴの厚みは、実験例１と同様に、圧延材Ｓの表面をマイクロ顕微鏡(×４００倍)で捉えた観察写真から任意３箇所におけるスケールＴの厚さを実測し、その平均値を算出した。この結果から分かるように、ソーキング時間が最も長く、ソーキング温度も最高とした実施例６では、スケールＴの厚みが最大(４.２μｍ)となっている。一方、ソーキング時間を最短とした実施例５では、スケールＴの厚みも最小(３.８μｍ)となっている。また、ソーキング時間が実施例５と実施例６の間の実施例４では、スケールＴの厚みも両者の間の値(４.０μｍ)となっている。そして、実施例４〜６の何れも、圧延時のカミコミ異常は確認されなかった。実験例２の結果から、スケールＴの厚みは、ソーキング時間に応じて大きくなる傾向にあることが分かる。また、ソーキング時間は、２０分以上でより十分な量のスケールＴを形成し得ることが分かる。
【００３０】
なお、実施例では、加熱工程の前にショットブラスト工程を実施したが、必ずしもショットブラスト工程を実施する必要はなく、ショットブラスト工程を省略することも可能である。また、実施例では、液化天然ガスを燃料とする加熱炉を用いてソーキングを行ったが、炉内の雰囲気が水蒸気を含む状態となるものであれば、他の燃料を採用してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１２ 加熱炉，Ｓ 圧延材，Ｌ 線材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト系のステンレス鋼からなる圧延材(S)を圧延ロールにより圧延して線材(L)を製造する方法であって、
前記圧延材(S)を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程に引き続き、加熱された前記圧延材(S)を当該加熱温度に維持した状態でソーキングするソーキング工程と、
前記ソーキング工程でソーキングされた前記圧延材(S)を熱間圧延することで線材(L)を形成する圧延工程とを行う
ことを特徴とする線材の製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程の前に、前記圧延材(S)に対しショットブラストを行って該圧延材(S)の表面積を大きくするショットブラスト工程が実施される請求項１記載の線材の製造方法。
【請求項３】
前記ソーキング工程は、液化天然ガスを燃焼させた雰囲気下で実施される請求項１または２記載の線材の製造方法。
【請求項１】
フェライト系のステンレス鋼からなる圧延材(S)を圧延ロールにより圧延して線材(L)を製造する方法であって、
前記圧延材(S)を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程に引き続き、加熱された前記圧延材(S)を当該加熱温度に維持した状態でソーキングするソーキング工程と、
前記ソーキング工程でソーキングされた前記圧延材(S)を熱間圧延することで線材(L)を形成する圧延工程とを行う
ことを特徴とする線材の製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程の前に、前記圧延材(S)に対しショットブラストを行って該圧延材(S)の表面積を大きくするショットブラスト工程が実施される請求項１記載の線材の製造方法。
【請求項３】
前記ソーキング工程は、液化天然ガスを燃焼させた雰囲気下で実施される請求項１または２記載の線材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２５０２４４（Ｐ２０１２−２５０２４４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２２８７６（Ｐ２０１１−１２２８７６）
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]