Ｃｒ含有条鋼材の製造方法
【課題】スケール剥離性に悪影響を与えるＣｒを含有するＣｒ含有条鋼材であっても、スケール剥離性を改善でき、表面性状に優れたＣｒ含有条鋼材を製造する。
【解決手段】Ｃｒを０．１％（質量％の意味。鋼の化学成分において以下同じ。）以上含む鋼片を、加熱してからデスケーリングする工程、次いでデスケーリングした鋼片を熱間圧延する工程を含むＣｒ含有条鋼材の製造方法であって、
前記加熱を下記条件で行うことを特徴とするＣｒ含有条鋼材の製造方法。
（加熱条件）
加熱温度：１１５０〜１２５０℃
室温から上記加熱温度までの昇温速度：５〜３０℃／ｍｉｎ．
上記加熱温度での保持時間：３〜６０秒
上記加熱温度で保持時の雰囲気：Ｏ２濃度が１０〜３０体積％である雰囲気
【解決手段】Ｃｒを０．１％（質量％の意味。鋼の化学成分において以下同じ。）以上含む鋼片を、加熱してからデスケーリングする工程、次いでデスケーリングした鋼片を熱間圧延する工程を含むＣｒ含有条鋼材の製造方法であって、
前記加熱を下記条件で行うことを特徴とするＣｒ含有条鋼材の製造方法。
（加熱条件）
加熱温度：１１５０〜１２５０℃
室温から上記加熱温度までの昇温速度：５〜３０℃／ｍｉｎ．
上記加熱温度での保持時間：３〜６０秒
上記加熱温度で保持時の雰囲気：Ｏ２濃度が１０〜３０体積％である雰囲気
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｒ含有条鋼材の製造方法に関するものであり、特にスケール除去（以下、「デスケーリング」ということがある）により良好にスケールが剥離されて、表面性状に優れたＣｒ含有条鋼材を製造するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に用いられる熱間圧延用鋼、熱間鍛造用鋼、軸受鋼などの条鋼製品（ＳＣＲ４２０、ＳＣＭ４３５、ＳＵＪ２など）には、強度を確保するためＣｒやＳｉが一般に添加される（以下、この様にＣｒやＳｉを含む条鋼材を「Ｃｒ含有条鋼材」と総称する）。Ｃｒ含有条鋼材も、一般的な鋼材と同様に、ビレット等を加熱した後デスケーリングが行われ、次いで熱間圧延して製造される。一般に鉄鋼を高温で加熱すると、表面に１次スケール（ウスタイト（ＦｅＯ）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）などのＦｅ系酸化物で構成されるスケール）が形成される。また上記Ｃｒ等の酸化しやすい合金元素を多く含む鋼種では、加熱過程等で、該合金元素を含む鉄酸化物（以下、「サブスケール」という。特にはクロマイト（ＦｅＣｒ２Ｏ４））が、スケール最下層（地鉄界面付近）に生成し、鋼とスケールとの密着性を高める作用がある（以下では、１次スケールとサブスケールを併せて「スケール」と総称することがある）。よって、高圧水によるデスケーリング（高圧水デスケーリング）を行っても、上記１次スケールはほぼ除去されるがサブスケールが残留し易い。このサブスケールが残留した状態で熱間圧延を行うと、該サブスケールが鋼内に押し込まれ、熱間圧延仕上がりの状態で、微細な表面疵や肌荒れなどの表面欠陥がしばしば発生し、条鋼製品の表面品質が悪化する。
【０００３】
条鋼製品の表面品質（表面性状）に対して年々厳しくなっている要求に応えるべく、デスケーリングによりスケールを良好に剥離して（以下、この様な特性を「スケール剥離性に優れた」ということがある）、スケールによる表面欠陥を抑制し、条鋼製品の表面品質を高める方法が種々提案されている。例えば特許文献１には、スケール内の気孔の成長を促進させて剥離しやすいスケールを形成すべく、熱間圧延前の加熱において、条鋼材に直接水を供給しながら、一定温度で一定時間以上保持することが規定されている。また、特許文献２には、スケール内の気孔の成長を促進させて剥離しやすいスケールを形成すべく、熱間圧延前の加熱において、２段階加熱を行っており、各加熱段階の加熱温度・時間および水蒸気濃度を規定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１６２０７号公報
【特許文献２】特開２００３−１１９５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１や特許文献２では、加熱雰囲気中の水蒸気濃度を高めたり水を供給することにより、デスケーリング時に剥離し易いスケールを形成することが示されている。しかし、その効果は対象となる鋼種により異なることが分かった。例えばＳＣＭ鋼を対象とする場合には、加熱雰囲気への水蒸気添加は効果を奏するが、例えばＳＣＲ４２０に代表されるＳＣＲ鋼を対象とした場合には、効果があまりなく、デスケーリング時にスケールが良好に剥離されない、といった問題がある。
【０００６】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、ＳＣＲ鋼を対象とする場合であっても、デスケーリングによりスケールを良好に剥離でき（スケール剥離性に優れ）、表面性状に優れたＣｒ含有条鋼材を製造するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ＳＣＲ鋼を対象とした場合であっても、デスケーリング前の加熱条件を適切に制御すれば、その後のデスケーリング工程でスケールを十分に剥離でき、表面性状に優れたＣｒ含有条鋼材を熱間圧延して製造できることを見出した。
【０００８】
即ち、本発明に係るＣｒ含有条鋼材の製造方法は、Ｃｒを０．１％（質量％の意味。鋼の化学成分において以下同じ。）以上含む鋼片を、加熱してからデスケーリングする工程、次いでデスケーリングした鋼片を熱間圧延する工程を含むＣｒ含有条鋼材の製造方法であって、前記加熱を下記条件で行うところに特徴を有する。
（加熱条件）
加熱温度：１１５０〜１２５０℃
室温から上記加熱温度までの昇温速度：５〜３０℃／ｍｉｎ．
上記加熱温度での保持時間：３〜６０秒
上記加熱温度で保持時の雰囲気：Ｏ２濃度が１０〜３０体積％である雰囲気
【０００９】
前記鋼片としては、その成分組成が更に、
Ｃ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．０５％以上、および
Ｍｎ：０．１％以上
を満たし、残部が鉄および不可避不純物からなるものが挙げられる。
【００１０】
特に前記鋼片として、ＪＩＳ Ｇ ４１０４（１９９７年）で規定されるＳＣＲ４１５、ＳＣＲ４２０、ＳＣＲ４３０、ＳＣＲ４３５、ＳＣＲ４４０、またはＳＣＲ４４５の化学成分を満たすもの（ＳＣＲ鋼）を用いれば、本発明の効果が存分に発揮される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の製造方法によれば、条鋼製品の製造工程において、鋼片加熱後に行うデスケーリング時のスケール剥離性が向上し、熱間圧延後の、スケールが起因の微細な表面疵や肌荒れなどの表面欠陥が十分に抑制されて、表面性状に優れた条鋼製品（特には、ＳＣＲ鋼よりなる条鋼製品）を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、サブスケール厚さと残留スケール面積率の関係を示すグラフである。
【図２】図２は、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度と残留スケール面積率の関係を示すグラフである。
【図３】図３は、再加熱温度とサブスケール厚さの関係を示すグラフである。
【図４】図４は、再加熱温度とサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の関係を示すグラフである。
【図５】図５は、再加熱温度と残留スケール面積率の関係を示すグラフである。
【図６】図６は、再加熱保持時間とサブスケール厚さの関係を示すグラフである。
【図７】図７は、再加熱保持時間とサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、再加熱保持時間と残留スケール面積率の関係を示すグラフである。
【図９】図９は、再加熱雰囲気中のＯ２濃度とサブスケール厚さの関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、再加熱雰囲気中のＯ２濃度とサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、再加熱雰囲気中のＯ２濃度と残留スケール面積率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上述した通り、特許文献１等に示された水蒸気雰囲気下で加熱することで、その後のデスケーリング時にスケールを良好に剥離できる鋼種（Ｃｒ含有条鋼材）がある。例えば、ＳＣＭ４３５を対象とした場合、水蒸気（Ｈ２Ｏ濃度：２５〜３０体積％が最適範囲）雰囲気下で加熱することで、デスケーリング時のスケール剥離性は向上する。しかしながら、ＳＣＲ４２０に代表されるＳＣＲ鋼を対象とした場合には、上記水蒸気雰囲気下での加熱があまり効果なく、デスケーリング時のスケール剥離性が向上しない、といった問題がある。
【００１４】
本発明者らは、この様にＣｒ含有条鋼材の中でも特にＳＣＲ鋼を対象とした場合に、上記問題が存在することをまず突き止めた上で、上記ＳＣＲ鋼を対象とした場合であっても、デスケーリング時のスケール剥離性を向上させるべく鋭意研究を行ったところ、まずサブスケールとして、（ａ）厚み：４０μｍ以上、かつ（ｂ）サブスケール中の平均Ｃｒ濃度（後述する実施例に示す方法で測定した値をいう）：１０質量％以下を満たすものを形成すればよいことがわかった。
【００１５】
更に、上記条件を満たすサブスケールを形成するための具体的手段について検討したところ、特に、デスケーリング直前に行う加熱の雰囲気中のＯ２濃度を高めると共に、該加熱のその他の条件を規定すればよいことを見出した。
【００１６】
まず、加熱雰囲気中のＯ２濃度について説明する。サブスケールは、Ｃｒ２Ｏ３主体の内部酸化層が表面に移行して外部酸化層となり、更にその表面に形成されるＦｅＯ層と、この外部酸化層（Ｃｒ２Ｏ３主体）が合わさって形成される。一般にスケールは、Ｆｅイオンの外方拡散とＯ２の内方拡散によって形成され、雰囲気中のＯ２濃度が低い、即ち、Ｏ２の内方拡散が遅いと、平衡酸素圧がＦｅよりも低いＣｒが優先的に酸化され、その結果、上記サブスケールとしてＣｒ濃度の高いものが形成される。これに対し、雰囲気中のＯ２濃度を高くすれば、Ｏ２の内方拡散が速くなり、Ｃｒの酸化とＦｅの酸化が拮抗して起こるため、結果として、地鉄と剥離しやすく脆い、Ｃｒ濃度の低いサブスケールが形成されると考えられる。
【００１７】
上記作用効果を十分に発揮させるため、デスケーリング直前に行う加熱の、後述する加熱温度で保持時の雰囲気（加熱雰囲気）中のＯ２濃度を１０体積％以上とする。加熱雰囲気中のＯ２濃度をより増加させることで、上記の通り、Ｏ２の内方拡散がより速まり、剥離しやすいサブスケールが形成されると考えられるが、その効果は飽和する。また必要以上の加熱（酸化）は、エネルギー原単位の増加によるコストアップ、過剰なスケール生成（材料ロス）による歩留まりの低下を招く。よって本発明では、加熱雰囲気中のＯ２濃度を３０体積％以下とする。
【００１８】
尚、上記Ｏ２以外にＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏなどの酸化性ガスが加熱雰囲気中に含まれると、スケールの成長がより促進されるため望ましい。しかし本発明では、上記の通りＯ２濃度を高めており、またスケール成長速度はＯ２濃度に支配されるため、上記Ｏ２以外の酸化性ガスは含まれていても含まれていなくてもよい。
【００１９】
加熱雰囲気において、上記Ｏ２以外のガスは特に限定されず、必要に応じて更に含まれうる前記酸化性ガス：ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏの他、例えばＮ２、Ａｒ、Ｈ２が含まれうる。
【００２０】
以下では、デスケーリング直前に行う加熱のその他の条件を規定した理由について説明する。
【００２１】
〔加熱温度：１１５０〜１２５０℃〕
加熱温度を１１５０℃以上とすることで、サブスケール厚さが増大し、また、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度が低減して、デスケーリング時に容易に剥離しやすいサブスケールを形成することができる。一方、必要以上の加熱（酸化）は、エネルギー原単位の増加によるコストアップ、過剰なスケール生成（材料ロス）による歩留まりの低下を招く。この様な観点から、本発明における加熱温度の上限は１２５０℃である。
【００２２】
尚、本発明において、上記加熱温度、後記する昇温速度、降温速度とは、それぞれ鋼片の表面温度、鋼片の表面温度の昇温速度、降温速度をいうものとする。
【００２３】
〔上記加熱温度での保持時間：３〜６０秒〕
上記加熱温度で加熱して、サブスケール厚さを増大させると共にサブスケール中の平均Ｃｒ濃度を低減させるには、上記加熱温度で保持する時間を３秒以上とする必要がある。好ましくは５秒以上、より好ましくは１０秒以上である。
【００２４】
通常、鋼片の加熱には燃焼ガスが用いられ、加熱炉内の雰囲気は、一般的にＮ２−１％（体積％）Ｏ２−１０％ＣＯ２−２０％Ｈ２Ｏである。しかしこの雰囲気は、Ｏ２濃度が１％と低いため、上述した通り、Ｏ２の内方拡散が遅く、Ｃｒ濃度の高いサブスケールが形成されやすくなる。これに対し本発明では、上記の通り、加熱温度を高くすると共にＯ２濃度を高めた雰囲気で加熱するため、短時間で、Ｃｒ濃化の抑制された厚いサブスケールを形成でき、結果としてスケール剥離性を向上できる。
【００２５】
上記保持時間をより増加させることで、スケールがより成長してスケール剥離性を向上できるが、その効果は飽和する。また必要以上の加熱（酸化）は、エネルギー原単位の増加によるコストアップ、過剰なスケール生成（材料ロス）による歩留まりの低下を招く。よって本発明では、上記保持時間を６０秒以下とする。好ましくは２０秒以下である。
【００２６】
〔室温から上記加熱温度までの昇温速度：５〜３０℃／ｍｉｎ．〕
本発明では、室温から上記加熱温度までの昇温速度を５〜３０℃／ｍｉｎ．とする。昇温速度が５℃／ｍｉｎ．未満だと、鋼片の加熱に長時間を要し、条鋼材の生産性低下を招くので好ましくない。上記昇温速の範囲内であれば、高周波加熱炉等の特別な装置を用いず、一般的な加熱炉を用いて昇温させることができる。該昇温時の雰囲気は特に問わない。
【００２７】
本発明では、上記加熱雰囲気におけるＨ２Ｏ濃度は特に限定されず、加熱雰囲気中にＨ２Ｏが存在してもほとんど存在しなくてもよい。実操業レベルとしてはおおよそ１０〜２５体積％の範囲内である。また、上記加熱温度から室温まで降温時の降温速度・雰囲気についても、特に限定されない。
【００２８】
上記条件で加熱してからデスケーリングする工程、次いでデスケーリングした鋼片を熱間圧延する工程を含む製造工程（一部）として、例えば下記（Ａ）（Ｂ）が挙げられる。
（Ａ）（加熱炉にて上記条件で鋼片を加熱後、抽出）→（デスケーリング）→（熱間圧延）
（Ｂ）（加熱炉で鋼片を加熱後、抽出）→（上記条件で加熱（この場合の加熱を「再加熱」ということがある））→（デスケーリング）→（熱間圧延）
【００２９】
鋼片は、通常、加熱炉において１１００℃前後の温度で３０〜６０分加熱される。これにより、後工程の熱間圧延に最適な鋼片の均温化を図ることができる。一方、上記（Ａ）の工程の通り、加熱炉で１２００℃前後に加熱すると鋼片のスケール剥離性は向上するが、このような高温の加熱設備（加熱炉）を実現することは、技術的、コスト的に難しい。また、対象鋼種（例えばＳＵＪ２、ＳＣＲ４２０、ＳＣＭ４３５など）以外の鋼種は、１１００℃前後で加熱することが一般的であるため、加熱炉での加熱を、対象鋼種と対象鋼種以外の鋼種に分けて行わなければならず、製造コストがアップする。
【００３０】
この様な観点から、上記（Ｂ）に示す通り、加熱炉で通常行われている加熱（１１００℃前後で加熱）後に、コンベア上に設けられたブース内の例えば電気式加熱装置やガス式加熱装置（高周波加熱装置であってもよい）で、上記条件で加熱（このときの加熱と加熱炉での加熱を区別すべく、このときの加熱時の加熱温度を再加熱温度、該加熱温度での保持時間を再加熱保持時間、加熱雰囲気を再加熱雰囲気という）することが好ましい。
【００３１】
上記（Ｂ）の工程を実施する場合、加熱炉で鋼片を加熱する条件については、特に限定されず、通常行われている通り、例えば１０００℃〜１１５０℃の温度で３０〜６０分保持（加熱雰囲気も特に問わず、例えば燃焼ガスを用いて形成される雰囲気とすればよい）し、抽出後に規定の条件で加熱（再加熱）することが挙げられる。
【００３２】
その他の製造条件については特に限定されず、例えば、連続鋳造にてスラブまたはビレットを得てから、例えば上記（Ａ）または（Ｂ）に示す通り加熱し、ただちに（例えば２０秒以内に）、スケールを高圧水デスケーラーで除去し、その後、例えば粗圧延、仕上げ圧延、製品水冷、巻取りを順次経て条鋼材（線状の鋼材）を得ることができる。
【００３３】
尚、本発明は上述の通り、スケール剥離性に悪影響を与える特にＣｒを含有する条鋼材のスケール剥離性を改善するものである。よって本発明は、Ｃｒを０．１％以上（好ましくは０．８％以上）含むＣｒ含有条鋼材を対象とする。さらに本発明によれば、Ｃｒを多量に含有していても、スケール剥離性を良好にでき、Ｃｒ含有量は、例えば、１．０％以上、好ましくは１．１％以上であってもよい。尚、Ｃｒ量が過剰になると、延性の確保が困難となるため、Ｃｒ量は、２．０％以下であることが好ましく、より好ましくは１．５％以下である。
【００３４】
本発明は、特にＣｒに起因するサブスケールを制御するものであるため、熱間圧延材（条鋼材）として使用できる限り、Ｃｒ以外の鋼成分は特に限定されないが、Ｃｒ以外の元素とその量が、例えば、Ｃ：０．１〜０．５％、Ｓｉ：０．０５％以上、およびＭｎ：０．１％以上を含むものが挙げられる。
【００３５】
上記Ｃｒ、Ｃ、ＳｉおよびＭｎ以外の残部は、鉄および不可避不純物であってもよい。不可避不純物として、例えば、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不純物が鋼中に含まれることは、当然に許容される。
【００３６】
特に前記鋼片として、下記表１に示すＪＩＳ Ｇ ４１０４（１９９７年）で規定されるＳＣＲ４１５、ＳＣＲ４２０、ＳＣＲ４３０、ＳＣＲ４３５、ＳＣＲ４４０、またはＳＣＲ４４５の化学成分を満たすＳＣＲ鋼を対象とすると、本発明の効果が存分に発揮され、該ＳＣＲ鋼を対象とした場合であっても、デスケーリング時のスケール剥離性を十分に高めることができる。
【００３７】
【表１】
【００３８】
本発明における条鋼材とは、棒状または線状の鋼材の総称であり、例えば自動車用の懸架ばね、弁ばね、軸受などに用いられうる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４０】
〔実施例１〕
まず、サブスケール厚さとサブスケール中の平均Ｃｒ濃度がスケール剥離性に及ぼす影響について調べた。
【００４１】
下記４種類の鋼片（いずれも、合金元素（Ｃ、Ｃｒ）以外の残部は鉄および不可避不純物）を溶製して得た。
・炭素０．１質量％を含む、Ｆｅ−０．１％Ｃ合金、
・炭素０．１質量％およびＣｒ０．５質量％を含む、Ｆｅ−０．１％Ｃ−０．５％Ｃｒ合金、
・炭素０．１質量％およびＣｒ１．０質量％を含む、Ｆｅ−０．１％Ｃ−１．０％Ｃｒ合金、
・炭素０．１質量％およびＣｒ１．５質量％を含む、Ｆｅ−０．１％Ｃ−１．５％Ｃｒ合金
【００４２】
そして上記鋼片から、機械加工によりφ８．０ｍｍ×１２ｍｍの円柱状に切り出した試料を用意した。前記加工の際、円柱状試料の側面はＲｍａｘ≦６μｍの表面粗度に研磨した。
【００４３】
上記試料を雰囲気制御型熱処理装置に設置し、Ｎ２−１％（体積％）Ｏ２−１０％ＣＯ２−１８％Ｈ２Ｏの雰囲気下、種々の温度および時間で加熱した。該温度は１０５０〜１３００℃の範囲で変化させ、該温度での保持時間は３０〜１２０ｍｉｎ．の範囲で変化させて、厚さや平均Ｃｒ濃度が種々のサブスケールを形成した。尚、室温から上記加熱温度までの昇温速度は１０℃／ｍｉｎ．とし、上記加熱温度から室温までの降温速度は１０℃／ｍｉｎ．とした。
【００４４】
（スケール剥離性の評価）
上記加熱後の試料を加工フォーマスターにセットし、真空中で昇温させて１０００℃に到達後、デスケーリングを模擬して試料を圧縮してスケールを剥離させ、残留したスケールの面積率からスケール剥離性を評価した。
【００４５】
上記圧縮は、真空雰囲気で圧縮歪率５０％、歪速度１０ｍｍ／ｓｅｃ.の条件で行い、圧縮試験後はＡｒ中で試料を常温まで急冷し、剥離後のスケール生成（２次スケール生成）を抑制した。圧縮後は、試料側面の外観をスキャナで取り込み、画像を２値化処理し、圧縮後の試料におけるスケール残留部の面積率（残留スケール面積率）を算出した。
【００４６】
（サブスケール厚さおよびサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の測定）
また上記加熱後の試料（同時に加熱した、スケール剥離性の評価用の試料とは別個の試料）を樹脂に埋め込んだ後、断面研磨を行い、試料断面（上記円柱状試料の中心軸を通る断面）を露出させた。
【００４７】
この断面露出試料をＳＥＭにて観察し、そのスケール断面観察からサブスケール厚さを計測するとともに、該サブスケールをＥＰＭＡにより定量分析し、ＳＥＭ−ＥＰＭＡ写真における３視野のサブスケール中の平均Ｃｒ濃度（質量％）を求めた。
【００４８】
尚、サブスケールは、上記ＳＥＭの反射電子像を撮影すれば、コントラストの違いから特定することができる。また、Ｃｒ元素に対してＥＰＭＡによりマッピング像を撮影することにより、サブスケール層を確実に特定することができる。
【００４９】
上記サブスケール厚さと残留スケール面積率の関係を図１に示す。サブスケール厚さが増加すると、残留スケール面積率が減少する（スケール剥離性が向上する）ことがわかる。良好なスケール剥離性を確保するには、残留スケール面積率を５０％以下にすることが望ましく、そのためには図１より、サブスケール厚さを４０μｍ以上とすればよいことがわかる。
【００５０】
また、上記サブスケール中の平均Ｃｒ濃度と残留スケール面積率の関係を図２に示す。この図２より、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度が減少すると、残留スケール面積率が減少する（スケール剥離性が向上する）ことがわかる。良好なスケール剥離性を確保するには、残留スケール面積率を５０％以下にすることが望ましく、そのためには図２より、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度を１０質量％以下とすればよいことがわかる。
【００５１】
〔実施例２〕
次に、厚み：４０μｍ以上かつ平均Ｃｒ濃度が１０質量％以下であるサブスケールを得るための条件として、再加熱における再加熱温度について調べた。
【００５２】
まず、Ｃ：０．２２％、Ｓｉ：０．３１％、Ｃｒ：０．９５％、Ｍｎ：０．７２％、Ｐ：０．００２％、およびＳ：０．００３％を含み、残部鉄および不可避不純物である鋼片を溶製により作製した。この鋼種はＳＣＲ４２０に相当する。
【００５３】
上記鋼片を用いて、実施例１と同様に加工した試料を用意した。
【００５４】
上記試料を雰囲気制御型熱処理装置に設置し、Ｎ２−１％Ｏ２−１０％ＣＯ２−１８％Ｈ２Ｏの雰囲気下、１１００℃で６０分保持する加熱を行った。この際、室温から１１００℃までの昇温速度および１１００℃から室温までの降温速度はいずれも１０℃／ｍｉｎ．とした。また昇温および降温過程の雰囲気はＮ２フローとし、１１００℃で保持時のみ前記雰囲気とした。
【００５５】
引き続き、前記雰囲気制御型熱処理装置にてＮ２−２０％Ｏ２−１０％ＣＯ２−１８％Ｈ２Ｏの雰囲気下、後記する加熱温度（再加熱温度）で１０秒保持する再加熱を行った。この際、室温から上記再加熱温度までの昇温速度、および上記再加熱温度から室温までの降温速度はいずれも１０℃／ｍｉｎ．とした。再加熱温度は１１００℃から１３００℃の範囲で変化させた。
【００５６】
上記再加熱を施した試料に対し、実施例１と同様にスケール剥離性の評価（残留スケール面積率の測定）、サブスケール厚さおよびサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の測定を行った。
【００５７】
上記再加熱温度とサブスケール厚さの関係を図３に示す。図３より、再加熱温度が高くなるとサブスケールは厚くなる傾向にあり、再加熱温度が１１５０℃以上であれば、サブスケール厚さは４０μｍ以上となることがわかる。
【００５８】
また、上記再加熱温度とサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の関係を図４に示す。図４より、再加熱温度が高くなるとサブスケール中の平均Ｃｒ濃度は減少する傾向にあり、再加熱温度が１１５０℃以上であれば、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度は５質量％以下となることがわかる。
【００５９】
更に、上記再加熱温度と残留スケール面積率の関係を図５に示す。図５より、再加熱温度が高くなると残留スケール面積率は減少する傾向にあり、再加熱温度が１１５０℃以上であれば、残留スケール面積率を５０％以下に低減できることがわかる。
【００６０】
この図３〜５の結果は、前記図１および図２において、サブスケール厚さを４０μｍ以上かつサブスケール中の平均Ｃｒ濃度を１０質量％以下とすれば、残留スケール面積率を５０％以下に低減できることとほぼ一致している。
【００６１】
〔実施例３〕
次に、厚み：４０μｍ以上かつ平均Ｃｒ濃度が１０質量％以下であるサブスケールを得るための条件として、再加熱における再加熱保持時間について調べた。
【００６２】
まず実施例２と同様にして、ＳＣＲ４２０に相当する鋼片を溶製し、加工した試料を用意した。
【００６３】
上記試料を雰囲気制御型熱処理装置に設置し、Ｎ２−１％Ｏ２−１０％ＣＯ２−１８％Ｈ２Ｏの雰囲気下、１１００℃で６０分保持する加熱を行った。この際、室温から１１００℃までの昇温速度および１１００℃から室温までの降温速度はいずれも１０℃／ｍｉｎ．とした。また昇温および降温過程の雰囲気はＮ２フローとし、１１００℃で保持時のみ前記雰囲気とした。
【００６４】
その後、引き続き、前記雰囲気制御型熱処理装置にてＮ２−２０％Ｏ２−１０％ＣＯ２−１８％Ｈ２Ｏの雰囲気下、１２００℃で保持する再加熱を行った。この際、室温から１２００℃までの昇温速度、および上記１２００℃から室温までの降温速度はいずれも１０℃／ｍｉｎ．とした。また、上記１２００℃で保持する時間（再加熱保持時間）を０〜６０秒の範囲で変化させた。
【００６５】
上記再加熱を施した試料に対し、実施例１と同様にスケール剥離性の評価（残留スケール面積率の測定）、サブスケール厚さおよびサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の測定を行った。
【００６６】
上記再加熱保持時間とサブスケール厚さの関係を図６に示す。図６より、再加熱保持時間が長くなるとサブスケールは厚くなる傾向にあり、再加熱保持時間が３秒以上であれば、サブスケール厚さは４０μｍ以上となることがわかる。
【００６７】
また、上記再加熱保持時間とサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の関係を図７に示す。図７より、再加熱保持時間が長くなるとサブスケール中の平均Ｃｒ濃度は減少する傾向にあり、再加熱保持時間が３秒以上であれば、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度は１０質量％以下となることがわかる。
【００６８】
更に、上記再加熱保持時間と残留スケール面積率の関係を図８に示す。図８より、再加熱保持時間が長くなると残留スケール面積率は減少する傾向にあり、再加熱保持時間が３秒以上であれば、残留スケール面積率を５０％以下に抑えられることがわかる。
【００６９】
この図６〜８の結果は、前記図１および図２において、サブスケール厚さを４０μｍ以上かつサブスケール中の平均Ｃｒ濃度を１０質量％以下とすれば、残留スケール面積率を５０％以下に低減できることとほぼ一致している。
【００７０】
〔実施例４〕
次に、厚み：４０μｍ以上かつ平均Ｃｒ濃度が１０質量％以下であるサブスケールを得るための条件として、再加熱雰囲気について調べた。
【００７１】
まず実施例２と同様にして、ＳＣＲ４２０に相当する鋼片を溶製し、加工した試料を用意した。
【００７２】
上記試料を雰囲気制御型熱処理装置に設置し、Ｎ２−１％Ｏ２−１０％ＣＯ２−１８％Ｈ２Ｏの雰囲気下、１１００℃で６０分保持する加熱を行った。この際、室温から１１００℃までの昇温速度および１１００℃から室温までの降温速度はいずれも１０℃／ｍｉｎ．とした。また昇温および降温過程の雰囲気はＮ２フローとし、１１００℃で保持時のみ前記雰囲気とした。
【００７３】
その後、引き続き、前記雰囲気制御型熱処理装置にて下記の雰囲気（再加熱雰囲気）下、１２００℃で１０秒保持する再加熱を行った。この際、室温から１２００℃までの昇温速度および１２００℃から室温までの降温速度はいずれも１０℃／ｍｉｎ．とした。再加熱雰囲気は、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２およびＨ２Ｏの混合ガス雰囲気とし、ＣＯ２濃度：１０体積％、Ｈ２Ｏ濃度：１８体積％に固定し、Ｏ２濃度を０体積％から４０体積％の範囲で変化させ、残部はＮ２とした。
【００７４】
上記再加熱を施した試料に対し、実施例１と同様にスケール剥離性の評価（残留スケール面積率の測定）、サブスケール厚さおよびサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の測定を行った。
【００７５】
上記再加熱雰囲気中のＯ２濃度とサブスケール厚さの関係を図９に示す。図９より、再加熱雰囲気中のＯ２濃度が高くなるとサブスケールは厚くなる傾向にあり、上記Ｏ２濃度が１０体積％以上であれば、サブスケール厚さは４０μｍ以上となることがわかる。
【００７６】
また、上記再加熱雰囲気中のＯ２濃度とサブスケール中の平均Ｃｒ濃度との関係を図１０に示す。図１０より、再加熱雰囲気中のＯ２濃度が高くなるとサブスケール中の平均Ｃｒ濃度は減少する傾向にあり、上記Ｏ２濃度が１０体積％以上であれば、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度は１０質量％以下となることがわかる。
【００７７】
更に、再加熱雰囲気中のＯ２濃度と残留スケール面積率の関係を図１１に示す。図１１より、再加熱雰囲気中のＯ２濃度が高くなると残留スケール面積率は減少する傾向にあり、上記Ｏ２濃度が１０体積％以上であれば、残留スケール面積率を５０％以下に抑えられることがわかる。
【００７８】
この図９〜１１の結果は、前記図１および図２において、サブスケール厚さを４０μｍ以上かつサブスケール中の平均Ｃｒ濃度を１０質量％以下とすれば、残留スケール面積率を５０％以下に低減できることとほぼ一致している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｒ含有条鋼材の製造方法に関するものであり、特にスケール除去（以下、「デスケーリング」ということがある）により良好にスケールが剥離されて、表面性状に優れたＣｒ含有条鋼材を製造するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に用いられる熱間圧延用鋼、熱間鍛造用鋼、軸受鋼などの条鋼製品（ＳＣＲ４２０、ＳＣＭ４３５、ＳＵＪ２など）には、強度を確保するためＣｒやＳｉが一般に添加される（以下、この様にＣｒやＳｉを含む条鋼材を「Ｃｒ含有条鋼材」と総称する）。Ｃｒ含有条鋼材も、一般的な鋼材と同様に、ビレット等を加熱した後デスケーリングが行われ、次いで熱間圧延して製造される。一般に鉄鋼を高温で加熱すると、表面に１次スケール（ウスタイト（ＦｅＯ）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）などのＦｅ系酸化物で構成されるスケール）が形成される。また上記Ｃｒ等の酸化しやすい合金元素を多く含む鋼種では、加熱過程等で、該合金元素を含む鉄酸化物（以下、「サブスケール」という。特にはクロマイト（ＦｅＣｒ２Ｏ４））が、スケール最下層（地鉄界面付近）に生成し、鋼とスケールとの密着性を高める作用がある（以下では、１次スケールとサブスケールを併せて「スケール」と総称することがある）。よって、高圧水によるデスケーリング（高圧水デスケーリング）を行っても、上記１次スケールはほぼ除去されるがサブスケールが残留し易い。このサブスケールが残留した状態で熱間圧延を行うと、該サブスケールが鋼内に押し込まれ、熱間圧延仕上がりの状態で、微細な表面疵や肌荒れなどの表面欠陥がしばしば発生し、条鋼製品の表面品質が悪化する。
【０００３】
条鋼製品の表面品質（表面性状）に対して年々厳しくなっている要求に応えるべく、デスケーリングによりスケールを良好に剥離して（以下、この様な特性を「スケール剥離性に優れた」ということがある）、スケールによる表面欠陥を抑制し、条鋼製品の表面品質を高める方法が種々提案されている。例えば特許文献１には、スケール内の気孔の成長を促進させて剥離しやすいスケールを形成すべく、熱間圧延前の加熱において、条鋼材に直接水を供給しながら、一定温度で一定時間以上保持することが規定されている。また、特許文献２には、スケール内の気孔の成長を促進させて剥離しやすいスケールを形成すべく、熱間圧延前の加熱において、２段階加熱を行っており、各加熱段階の加熱温度・時間および水蒸気濃度を規定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１６２０７号公報
【特許文献２】特開２００３−１１９５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１や特許文献２では、加熱雰囲気中の水蒸気濃度を高めたり水を供給することにより、デスケーリング時に剥離し易いスケールを形成することが示されている。しかし、その効果は対象となる鋼種により異なることが分かった。例えばＳＣＭ鋼を対象とする場合には、加熱雰囲気への水蒸気添加は効果を奏するが、例えばＳＣＲ４２０に代表されるＳＣＲ鋼を対象とした場合には、効果があまりなく、デスケーリング時にスケールが良好に剥離されない、といった問題がある。
【０００６】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、ＳＣＲ鋼を対象とする場合であっても、デスケーリングによりスケールを良好に剥離でき（スケール剥離性に優れ）、表面性状に優れたＣｒ含有条鋼材を製造するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ＳＣＲ鋼を対象とした場合であっても、デスケーリング前の加熱条件を適切に制御すれば、その後のデスケーリング工程でスケールを十分に剥離でき、表面性状に優れたＣｒ含有条鋼材を熱間圧延して製造できることを見出した。
【０００８】
即ち、本発明に係るＣｒ含有条鋼材の製造方法は、Ｃｒを０．１％（質量％の意味。鋼の化学成分において以下同じ。）以上含む鋼片を、加熱してからデスケーリングする工程、次いでデスケーリングした鋼片を熱間圧延する工程を含むＣｒ含有条鋼材の製造方法であって、前記加熱を下記条件で行うところに特徴を有する。
（加熱条件）
加熱温度：１１５０〜１２５０℃
室温から上記加熱温度までの昇温速度：５〜３０℃／ｍｉｎ．
上記加熱温度での保持時間：３〜６０秒
上記加熱温度で保持時の雰囲気：Ｏ２濃度が１０〜３０体積％である雰囲気
【０００９】
前記鋼片としては、その成分組成が更に、
Ｃ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．０５％以上、および
Ｍｎ：０．１％以上
を満たし、残部が鉄および不可避不純物からなるものが挙げられる。
【００１０】
特に前記鋼片として、ＪＩＳ Ｇ ４１０４（１９９７年）で規定されるＳＣＲ４１５、ＳＣＲ４２０、ＳＣＲ４３０、ＳＣＲ４３５、ＳＣＲ４４０、またはＳＣＲ４４５の化学成分を満たすもの（ＳＣＲ鋼）を用いれば、本発明の効果が存分に発揮される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の製造方法によれば、条鋼製品の製造工程において、鋼片加熱後に行うデスケーリング時のスケール剥離性が向上し、熱間圧延後の、スケールが起因の微細な表面疵や肌荒れなどの表面欠陥が十分に抑制されて、表面性状に優れた条鋼製品（特には、ＳＣＲ鋼よりなる条鋼製品）を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、サブスケール厚さと残留スケール面積率の関係を示すグラフである。
【図２】図２は、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度と残留スケール面積率の関係を示すグラフである。
【図３】図３は、再加熱温度とサブスケール厚さの関係を示すグラフである。
【図４】図４は、再加熱温度とサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の関係を示すグラフである。
【図５】図５は、再加熱温度と残留スケール面積率の関係を示すグラフである。
【図６】図６は、再加熱保持時間とサブスケール厚さの関係を示すグラフである。
【図７】図７は、再加熱保持時間とサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、再加熱保持時間と残留スケール面積率の関係を示すグラフである。
【図９】図９は、再加熱雰囲気中のＯ２濃度とサブスケール厚さの関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、再加熱雰囲気中のＯ２濃度とサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、再加熱雰囲気中のＯ２濃度と残留スケール面積率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上述した通り、特許文献１等に示された水蒸気雰囲気下で加熱することで、その後のデスケーリング時にスケールを良好に剥離できる鋼種（Ｃｒ含有条鋼材）がある。例えば、ＳＣＭ４３５を対象とした場合、水蒸気（Ｈ２Ｏ濃度：２５〜３０体積％が最適範囲）雰囲気下で加熱することで、デスケーリング時のスケール剥離性は向上する。しかしながら、ＳＣＲ４２０に代表されるＳＣＲ鋼を対象とした場合には、上記水蒸気雰囲気下での加熱があまり効果なく、デスケーリング時のスケール剥離性が向上しない、といった問題がある。
【００１４】
本発明者らは、この様にＣｒ含有条鋼材の中でも特にＳＣＲ鋼を対象とした場合に、上記問題が存在することをまず突き止めた上で、上記ＳＣＲ鋼を対象とした場合であっても、デスケーリング時のスケール剥離性を向上させるべく鋭意研究を行ったところ、まずサブスケールとして、（ａ）厚み：４０μｍ以上、かつ（ｂ）サブスケール中の平均Ｃｒ濃度（後述する実施例に示す方法で測定した値をいう）：１０質量％以下を満たすものを形成すればよいことがわかった。
【００１５】
更に、上記条件を満たすサブスケールを形成するための具体的手段について検討したところ、特に、デスケーリング直前に行う加熱の雰囲気中のＯ２濃度を高めると共に、該加熱のその他の条件を規定すればよいことを見出した。
【００１６】
まず、加熱雰囲気中のＯ２濃度について説明する。サブスケールは、Ｃｒ２Ｏ３主体の内部酸化層が表面に移行して外部酸化層となり、更にその表面に形成されるＦｅＯ層と、この外部酸化層（Ｃｒ２Ｏ３主体）が合わさって形成される。一般にスケールは、Ｆｅイオンの外方拡散とＯ２の内方拡散によって形成され、雰囲気中のＯ２濃度が低い、即ち、Ｏ２の内方拡散が遅いと、平衡酸素圧がＦｅよりも低いＣｒが優先的に酸化され、その結果、上記サブスケールとしてＣｒ濃度の高いものが形成される。これに対し、雰囲気中のＯ２濃度を高くすれば、Ｏ２の内方拡散が速くなり、Ｃｒの酸化とＦｅの酸化が拮抗して起こるため、結果として、地鉄と剥離しやすく脆い、Ｃｒ濃度の低いサブスケールが形成されると考えられる。
【００１７】
上記作用効果を十分に発揮させるため、デスケーリング直前に行う加熱の、後述する加熱温度で保持時の雰囲気（加熱雰囲気）中のＯ２濃度を１０体積％以上とする。加熱雰囲気中のＯ２濃度をより増加させることで、上記の通り、Ｏ２の内方拡散がより速まり、剥離しやすいサブスケールが形成されると考えられるが、その効果は飽和する。また必要以上の加熱（酸化）は、エネルギー原単位の増加によるコストアップ、過剰なスケール生成（材料ロス）による歩留まりの低下を招く。よって本発明では、加熱雰囲気中のＯ２濃度を３０体積％以下とする。
【００１８】
尚、上記Ｏ２以外にＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏなどの酸化性ガスが加熱雰囲気中に含まれると、スケールの成長がより促進されるため望ましい。しかし本発明では、上記の通りＯ２濃度を高めており、またスケール成長速度はＯ２濃度に支配されるため、上記Ｏ２以外の酸化性ガスは含まれていても含まれていなくてもよい。
【００１９】
加熱雰囲気において、上記Ｏ２以外のガスは特に限定されず、必要に応じて更に含まれうる前記酸化性ガス：ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏの他、例えばＮ２、Ａｒ、Ｈ２が含まれうる。
【００２０】
以下では、デスケーリング直前に行う加熱のその他の条件を規定した理由について説明する。
【００２１】
〔加熱温度：１１５０〜１２５０℃〕
加熱温度を１１５０℃以上とすることで、サブスケール厚さが増大し、また、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度が低減して、デスケーリング時に容易に剥離しやすいサブスケールを形成することができる。一方、必要以上の加熱（酸化）は、エネルギー原単位の増加によるコストアップ、過剰なスケール生成（材料ロス）による歩留まりの低下を招く。この様な観点から、本発明における加熱温度の上限は１２５０℃である。
【００２２】
尚、本発明において、上記加熱温度、後記する昇温速度、降温速度とは、それぞれ鋼片の表面温度、鋼片の表面温度の昇温速度、降温速度をいうものとする。
【００２３】
〔上記加熱温度での保持時間：３〜６０秒〕
上記加熱温度で加熱して、サブスケール厚さを増大させると共にサブスケール中の平均Ｃｒ濃度を低減させるには、上記加熱温度で保持する時間を３秒以上とする必要がある。好ましくは５秒以上、より好ましくは１０秒以上である。
【００２４】
通常、鋼片の加熱には燃焼ガスが用いられ、加熱炉内の雰囲気は、一般的にＮ２−１％（体積％）Ｏ２−１０％ＣＯ２−２０％Ｈ２Ｏである。しかしこの雰囲気は、Ｏ２濃度が１％と低いため、上述した通り、Ｏ２の内方拡散が遅く、Ｃｒ濃度の高いサブスケールが形成されやすくなる。これに対し本発明では、上記の通り、加熱温度を高くすると共にＯ２濃度を高めた雰囲気で加熱するため、短時間で、Ｃｒ濃化の抑制された厚いサブスケールを形成でき、結果としてスケール剥離性を向上できる。
【００２５】
上記保持時間をより増加させることで、スケールがより成長してスケール剥離性を向上できるが、その効果は飽和する。また必要以上の加熱（酸化）は、エネルギー原単位の増加によるコストアップ、過剰なスケール生成（材料ロス）による歩留まりの低下を招く。よって本発明では、上記保持時間を６０秒以下とする。好ましくは２０秒以下である。
【００２６】
〔室温から上記加熱温度までの昇温速度：５〜３０℃／ｍｉｎ．〕
本発明では、室温から上記加熱温度までの昇温速度を５〜３０℃／ｍｉｎ．とする。昇温速度が５℃／ｍｉｎ．未満だと、鋼片の加熱に長時間を要し、条鋼材の生産性低下を招くので好ましくない。上記昇温速の範囲内であれば、高周波加熱炉等の特別な装置を用いず、一般的な加熱炉を用いて昇温させることができる。該昇温時の雰囲気は特に問わない。
【００２７】
本発明では、上記加熱雰囲気におけるＨ２Ｏ濃度は特に限定されず、加熱雰囲気中にＨ２Ｏが存在してもほとんど存在しなくてもよい。実操業レベルとしてはおおよそ１０〜２５体積％の範囲内である。また、上記加熱温度から室温まで降温時の降温速度・雰囲気についても、特に限定されない。
【００２８】
上記条件で加熱してからデスケーリングする工程、次いでデスケーリングした鋼片を熱間圧延する工程を含む製造工程（一部）として、例えば下記（Ａ）（Ｂ）が挙げられる。
（Ａ）（加熱炉にて上記条件で鋼片を加熱後、抽出）→（デスケーリング）→（熱間圧延）
（Ｂ）（加熱炉で鋼片を加熱後、抽出）→（上記条件で加熱（この場合の加熱を「再加熱」ということがある））→（デスケーリング）→（熱間圧延）
【００２９】
鋼片は、通常、加熱炉において１１００℃前後の温度で３０〜６０分加熱される。これにより、後工程の熱間圧延に最適な鋼片の均温化を図ることができる。一方、上記（Ａ）の工程の通り、加熱炉で１２００℃前後に加熱すると鋼片のスケール剥離性は向上するが、このような高温の加熱設備（加熱炉）を実現することは、技術的、コスト的に難しい。また、対象鋼種（例えばＳＵＪ２、ＳＣＲ４２０、ＳＣＭ４３５など）以外の鋼種は、１１００℃前後で加熱することが一般的であるため、加熱炉での加熱を、対象鋼種と対象鋼種以外の鋼種に分けて行わなければならず、製造コストがアップする。
【００３０】
この様な観点から、上記（Ｂ）に示す通り、加熱炉で通常行われている加熱（１１００℃前後で加熱）後に、コンベア上に設けられたブース内の例えば電気式加熱装置やガス式加熱装置（高周波加熱装置であってもよい）で、上記条件で加熱（このときの加熱と加熱炉での加熱を区別すべく、このときの加熱時の加熱温度を再加熱温度、該加熱温度での保持時間を再加熱保持時間、加熱雰囲気を再加熱雰囲気という）することが好ましい。
【００３１】
上記（Ｂ）の工程を実施する場合、加熱炉で鋼片を加熱する条件については、特に限定されず、通常行われている通り、例えば１０００℃〜１１５０℃の温度で３０〜６０分保持（加熱雰囲気も特に問わず、例えば燃焼ガスを用いて形成される雰囲気とすればよい）し、抽出後に規定の条件で加熱（再加熱）することが挙げられる。
【００３２】
その他の製造条件については特に限定されず、例えば、連続鋳造にてスラブまたはビレットを得てから、例えば上記（Ａ）または（Ｂ）に示す通り加熱し、ただちに（例えば２０秒以内に）、スケールを高圧水デスケーラーで除去し、その後、例えば粗圧延、仕上げ圧延、製品水冷、巻取りを順次経て条鋼材（線状の鋼材）を得ることができる。
【００３３】
尚、本発明は上述の通り、スケール剥離性に悪影響を与える特にＣｒを含有する条鋼材のスケール剥離性を改善するものである。よって本発明は、Ｃｒを０．１％以上（好ましくは０．８％以上）含むＣｒ含有条鋼材を対象とする。さらに本発明によれば、Ｃｒを多量に含有していても、スケール剥離性を良好にでき、Ｃｒ含有量は、例えば、１．０％以上、好ましくは１．１％以上であってもよい。尚、Ｃｒ量が過剰になると、延性の確保が困難となるため、Ｃｒ量は、２．０％以下であることが好ましく、より好ましくは１．５％以下である。
【００３４】
本発明は、特にＣｒに起因するサブスケールを制御するものであるため、熱間圧延材（条鋼材）として使用できる限り、Ｃｒ以外の鋼成分は特に限定されないが、Ｃｒ以外の元素とその量が、例えば、Ｃ：０．１〜０．５％、Ｓｉ：０．０５％以上、およびＭｎ：０．１％以上を含むものが挙げられる。
【００３５】
上記Ｃｒ、Ｃ、ＳｉおよびＭｎ以外の残部は、鉄および不可避不純物であってもよい。不可避不純物として、例えば、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不純物が鋼中に含まれることは、当然に許容される。
【００３６】
特に前記鋼片として、下記表１に示すＪＩＳ Ｇ ４１０４（１９９７年）で規定されるＳＣＲ４１５、ＳＣＲ４２０、ＳＣＲ４３０、ＳＣＲ４３５、ＳＣＲ４４０、またはＳＣＲ４４５の化学成分を満たすＳＣＲ鋼を対象とすると、本発明の効果が存分に発揮され、該ＳＣＲ鋼を対象とした場合であっても、デスケーリング時のスケール剥離性を十分に高めることができる。
【００３７】
【表１】
【００３８】
本発明における条鋼材とは、棒状または線状の鋼材の総称であり、例えば自動車用の懸架ばね、弁ばね、軸受などに用いられうる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４０】
〔実施例１〕
まず、サブスケール厚さとサブスケール中の平均Ｃｒ濃度がスケール剥離性に及ぼす影響について調べた。
【００４１】
下記４種類の鋼片（いずれも、合金元素（Ｃ、Ｃｒ）以外の残部は鉄および不可避不純物）を溶製して得た。
・炭素０．１質量％を含む、Ｆｅ−０．１％Ｃ合金、
・炭素０．１質量％およびＣｒ０．５質量％を含む、Ｆｅ−０．１％Ｃ−０．５％Ｃｒ合金、
・炭素０．１質量％およびＣｒ１．０質量％を含む、Ｆｅ−０．１％Ｃ−１．０％Ｃｒ合金、
・炭素０．１質量％およびＣｒ１．５質量％を含む、Ｆｅ−０．１％Ｃ−１．５％Ｃｒ合金
【００４２】
そして上記鋼片から、機械加工によりφ８．０ｍｍ×１２ｍｍの円柱状に切り出した試料を用意した。前記加工の際、円柱状試料の側面はＲｍａｘ≦６μｍの表面粗度に研磨した。
【００４３】
上記試料を雰囲気制御型熱処理装置に設置し、Ｎ２−１％（体積％）Ｏ２−１０％ＣＯ２−１８％Ｈ２Ｏの雰囲気下、種々の温度および時間で加熱した。該温度は１０５０〜１３００℃の範囲で変化させ、該温度での保持時間は３０〜１２０ｍｉｎ．の範囲で変化させて、厚さや平均Ｃｒ濃度が種々のサブスケールを形成した。尚、室温から上記加熱温度までの昇温速度は１０℃／ｍｉｎ．とし、上記加熱温度から室温までの降温速度は１０℃／ｍｉｎ．とした。
【００４４】
（スケール剥離性の評価）
上記加熱後の試料を加工フォーマスターにセットし、真空中で昇温させて１０００℃に到達後、デスケーリングを模擬して試料を圧縮してスケールを剥離させ、残留したスケールの面積率からスケール剥離性を評価した。
【００４５】
上記圧縮は、真空雰囲気で圧縮歪率５０％、歪速度１０ｍｍ／ｓｅｃ.の条件で行い、圧縮試験後はＡｒ中で試料を常温まで急冷し、剥離後のスケール生成（２次スケール生成）を抑制した。圧縮後は、試料側面の外観をスキャナで取り込み、画像を２値化処理し、圧縮後の試料におけるスケール残留部の面積率（残留スケール面積率）を算出した。
【００４６】
（サブスケール厚さおよびサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の測定）
また上記加熱後の試料（同時に加熱した、スケール剥離性の評価用の試料とは別個の試料）を樹脂に埋め込んだ後、断面研磨を行い、試料断面（上記円柱状試料の中心軸を通る断面）を露出させた。
【００４７】
この断面露出試料をＳＥＭにて観察し、そのスケール断面観察からサブスケール厚さを計測するとともに、該サブスケールをＥＰＭＡにより定量分析し、ＳＥＭ−ＥＰＭＡ写真における３視野のサブスケール中の平均Ｃｒ濃度（質量％）を求めた。
【００４８】
尚、サブスケールは、上記ＳＥＭの反射電子像を撮影すれば、コントラストの違いから特定することができる。また、Ｃｒ元素に対してＥＰＭＡによりマッピング像を撮影することにより、サブスケール層を確実に特定することができる。
【００４９】
上記サブスケール厚さと残留スケール面積率の関係を図１に示す。サブスケール厚さが増加すると、残留スケール面積率が減少する（スケール剥離性が向上する）ことがわかる。良好なスケール剥離性を確保するには、残留スケール面積率を５０％以下にすることが望ましく、そのためには図１より、サブスケール厚さを４０μｍ以上とすればよいことがわかる。
【００５０】
また、上記サブスケール中の平均Ｃｒ濃度と残留スケール面積率の関係を図２に示す。この図２より、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度が減少すると、残留スケール面積率が減少する（スケール剥離性が向上する）ことがわかる。良好なスケール剥離性を確保するには、残留スケール面積率を５０％以下にすることが望ましく、そのためには図２より、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度を１０質量％以下とすればよいことがわかる。
【００５１】
〔実施例２〕
次に、厚み：４０μｍ以上かつ平均Ｃｒ濃度が１０質量％以下であるサブスケールを得るための条件として、再加熱における再加熱温度について調べた。
【００５２】
まず、Ｃ：０．２２％、Ｓｉ：０．３１％、Ｃｒ：０．９５％、Ｍｎ：０．７２％、Ｐ：０．００２％、およびＳ：０．００３％を含み、残部鉄および不可避不純物である鋼片を溶製により作製した。この鋼種はＳＣＲ４２０に相当する。
【００５３】
上記鋼片を用いて、実施例１と同様に加工した試料を用意した。
【００５４】
上記試料を雰囲気制御型熱処理装置に設置し、Ｎ２−１％Ｏ２−１０％ＣＯ２−１８％Ｈ２Ｏの雰囲気下、１１００℃で６０分保持する加熱を行った。この際、室温から１１００℃までの昇温速度および１１００℃から室温までの降温速度はいずれも１０℃／ｍｉｎ．とした。また昇温および降温過程の雰囲気はＮ２フローとし、１１００℃で保持時のみ前記雰囲気とした。
【００５５】
引き続き、前記雰囲気制御型熱処理装置にてＮ２−２０％Ｏ２−１０％ＣＯ２−１８％Ｈ２Ｏの雰囲気下、後記する加熱温度（再加熱温度）で１０秒保持する再加熱を行った。この際、室温から上記再加熱温度までの昇温速度、および上記再加熱温度から室温までの降温速度はいずれも１０℃／ｍｉｎ．とした。再加熱温度は１１００℃から１３００℃の範囲で変化させた。
【００５６】
上記再加熱を施した試料に対し、実施例１と同様にスケール剥離性の評価（残留スケール面積率の測定）、サブスケール厚さおよびサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の測定を行った。
【００５７】
上記再加熱温度とサブスケール厚さの関係を図３に示す。図３より、再加熱温度が高くなるとサブスケールは厚くなる傾向にあり、再加熱温度が１１５０℃以上であれば、サブスケール厚さは４０μｍ以上となることがわかる。
【００５８】
また、上記再加熱温度とサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の関係を図４に示す。図４より、再加熱温度が高くなるとサブスケール中の平均Ｃｒ濃度は減少する傾向にあり、再加熱温度が１１５０℃以上であれば、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度は５質量％以下となることがわかる。
【００５９】
更に、上記再加熱温度と残留スケール面積率の関係を図５に示す。図５より、再加熱温度が高くなると残留スケール面積率は減少する傾向にあり、再加熱温度が１１５０℃以上であれば、残留スケール面積率を５０％以下に低減できることがわかる。
【００６０】
この図３〜５の結果は、前記図１および図２において、サブスケール厚さを４０μｍ以上かつサブスケール中の平均Ｃｒ濃度を１０質量％以下とすれば、残留スケール面積率を５０％以下に低減できることとほぼ一致している。
【００６１】
〔実施例３〕
次に、厚み：４０μｍ以上かつ平均Ｃｒ濃度が１０質量％以下であるサブスケールを得るための条件として、再加熱における再加熱保持時間について調べた。
【００６２】
まず実施例２と同様にして、ＳＣＲ４２０に相当する鋼片を溶製し、加工した試料を用意した。
【００６３】
上記試料を雰囲気制御型熱処理装置に設置し、Ｎ２−１％Ｏ２−１０％ＣＯ２−１８％Ｈ２Ｏの雰囲気下、１１００℃で６０分保持する加熱を行った。この際、室温から１１００℃までの昇温速度および１１００℃から室温までの降温速度はいずれも１０℃／ｍｉｎ．とした。また昇温および降温過程の雰囲気はＮ２フローとし、１１００℃で保持時のみ前記雰囲気とした。
【００６４】
その後、引き続き、前記雰囲気制御型熱処理装置にてＮ２−２０％Ｏ２−１０％ＣＯ２−１８％Ｈ２Ｏの雰囲気下、１２００℃で保持する再加熱を行った。この際、室温から１２００℃までの昇温速度、および上記１２００℃から室温までの降温速度はいずれも１０℃／ｍｉｎ．とした。また、上記１２００℃で保持する時間（再加熱保持時間）を０〜６０秒の範囲で変化させた。
【００６５】
上記再加熱を施した試料に対し、実施例１と同様にスケール剥離性の評価（残留スケール面積率の測定）、サブスケール厚さおよびサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の測定を行った。
【００６６】
上記再加熱保持時間とサブスケール厚さの関係を図６に示す。図６より、再加熱保持時間が長くなるとサブスケールは厚くなる傾向にあり、再加熱保持時間が３秒以上であれば、サブスケール厚さは４０μｍ以上となることがわかる。
【００６７】
また、上記再加熱保持時間とサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の関係を図７に示す。図７より、再加熱保持時間が長くなるとサブスケール中の平均Ｃｒ濃度は減少する傾向にあり、再加熱保持時間が３秒以上であれば、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度は１０質量％以下となることがわかる。
【００６８】
更に、上記再加熱保持時間と残留スケール面積率の関係を図８に示す。図８より、再加熱保持時間が長くなると残留スケール面積率は減少する傾向にあり、再加熱保持時間が３秒以上であれば、残留スケール面積率を５０％以下に抑えられることがわかる。
【００６９】
この図６〜８の結果は、前記図１および図２において、サブスケール厚さを４０μｍ以上かつサブスケール中の平均Ｃｒ濃度を１０質量％以下とすれば、残留スケール面積率を５０％以下に低減できることとほぼ一致している。
【００７０】
〔実施例４〕
次に、厚み：４０μｍ以上かつ平均Ｃｒ濃度が１０質量％以下であるサブスケールを得るための条件として、再加熱雰囲気について調べた。
【００７１】
まず実施例２と同様にして、ＳＣＲ４２０に相当する鋼片を溶製し、加工した試料を用意した。
【００７２】
上記試料を雰囲気制御型熱処理装置に設置し、Ｎ２−１％Ｏ２−１０％ＣＯ２−１８％Ｈ２Ｏの雰囲気下、１１００℃で６０分保持する加熱を行った。この際、室温から１１００℃までの昇温速度および１１００℃から室温までの降温速度はいずれも１０℃／ｍｉｎ．とした。また昇温および降温過程の雰囲気はＮ２フローとし、１１００℃で保持時のみ前記雰囲気とした。
【００７３】
その後、引き続き、前記雰囲気制御型熱処理装置にて下記の雰囲気（再加熱雰囲気）下、１２００℃で１０秒保持する再加熱を行った。この際、室温から１２００℃までの昇温速度および１２００℃から室温までの降温速度はいずれも１０℃／ｍｉｎ．とした。再加熱雰囲気は、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２およびＨ２Ｏの混合ガス雰囲気とし、ＣＯ２濃度：１０体積％、Ｈ２Ｏ濃度：１８体積％に固定し、Ｏ２濃度を０体積％から４０体積％の範囲で変化させ、残部はＮ２とした。
【００７４】
上記再加熱を施した試料に対し、実施例１と同様にスケール剥離性の評価（残留スケール面積率の測定）、サブスケール厚さおよびサブスケール中の平均Ｃｒ濃度の測定を行った。
【００７５】
上記再加熱雰囲気中のＯ２濃度とサブスケール厚さの関係を図９に示す。図９より、再加熱雰囲気中のＯ２濃度が高くなるとサブスケールは厚くなる傾向にあり、上記Ｏ２濃度が１０体積％以上であれば、サブスケール厚さは４０μｍ以上となることがわかる。
【００７６】
また、上記再加熱雰囲気中のＯ２濃度とサブスケール中の平均Ｃｒ濃度との関係を図１０に示す。図１０より、再加熱雰囲気中のＯ２濃度が高くなるとサブスケール中の平均Ｃｒ濃度は減少する傾向にあり、上記Ｏ２濃度が１０体積％以上であれば、サブスケール中の平均Ｃｒ濃度は１０質量％以下となることがわかる。
【００７７】
更に、再加熱雰囲気中のＯ２濃度と残留スケール面積率の関係を図１１に示す。図１１より、再加熱雰囲気中のＯ２濃度が高くなると残留スケール面積率は減少する傾向にあり、上記Ｏ２濃度が１０体積％以上であれば、残留スケール面積率を５０％以下に抑えられることがわかる。
【００７８】
この図９〜１１の結果は、前記図１および図２において、サブスケール厚さを４０μｍ以上かつサブスケール中の平均Ｃｒ濃度を１０質量％以下とすれば、残留スケール面積率を５０％以下に低減できることとほぼ一致している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを０．１％（質量％の意味。鋼の化学成分において以下同じ。）以上含む鋼片を、加熱してからデスケーリングする工程、次いでデスケーリングした鋼片を熱間圧延する工程を含むＣｒ含有条鋼材の製造方法であって、
前記加熱を下記条件で行うことを特徴とするＣｒ含有条鋼材の製造方法。
（加熱条件）
加熱温度：１１５０〜１２５０℃
室温から上記加熱温度までの昇温速度：５〜３０℃／ｍｉｎ．
上記加熱温度での保持時間：３〜６０秒
上記加熱温度で保持時の雰囲気：Ｏ２濃度が１０〜３０体積％である雰囲気
【請求項２】
前記鋼片は、更に、
Ｃ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．０５％以上、および
Ｍｎ：０．１％以上
を満たし、残部が鉄および不可避不純物からなるものである請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記鋼片は、ＪＩＳ Ｇ ４１０４（１９９７年）で規定されるＳＣＲ４１５、ＳＣＲ４２０、ＳＣＲ４３０、ＳＣＲ４３５、ＳＣＲ４４０、またはＳＣＲ４４５の化学成分を満たすものである請求項２に記載の製造方法。
【請求項１】
Ｃｒを０．１％（質量％の意味。鋼の化学成分において以下同じ。）以上含む鋼片を、加熱してからデスケーリングする工程、次いでデスケーリングした鋼片を熱間圧延する工程を含むＣｒ含有条鋼材の製造方法であって、
前記加熱を下記条件で行うことを特徴とするＣｒ含有条鋼材の製造方法。
（加熱条件）
加熱温度：１１５０〜１２５０℃
室温から上記加熱温度までの昇温速度：５〜３０℃／ｍｉｎ．
上記加熱温度での保持時間：３〜６０秒
上記加熱温度で保持時の雰囲気：Ｏ２濃度が１０〜３０体積％である雰囲気
【請求項２】
前記鋼片は、更に、
Ｃ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．０５％以上、および
Ｍｎ：０．１％以上
を満たし、残部が鉄および不可避不純物からなるものである請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記鋼片は、ＪＩＳ Ｇ ４１０４（１９９７年）で規定されるＳＣＲ４１５、ＳＣＲ４２０、ＳＣＲ４３０、ＳＣＲ４３５、ＳＣＲ４４０、またはＳＣＲ４４５の化学成分を満たすものである請求項２に記載の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２０１４６１（Ｐ２０１０−２０１４６１Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４９４１４（Ｐ２００９−４９４１４）
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
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