钢材的水冷方法及采用该水冷方法制得的钢材技术

本发明专利技术对于下述式，适当地设定水冷开始温度（Ｔ↓［ｉ］）、水冷终点温度（Ｔ↓［ｏ］）、钢材厚度（ｄ）、冷却水中的溶解氧浓度（Ｄ↓［ｏ］）及冷却速度（Ｃ↓［Ｒ］）各条件，以使得钢材表面的氧化膜厚度（ｄ↓［Ｈ↓［２］Ｏ］＋ｄ↓［Ｏ↓［２］］）为不需要水冷后的后处理的１５ｎｍ以下，所述式为：ｄ↓［Ｈ↓［２］Ｏ］＋ｄ↓［Ｏ↓［２］］＝７．９８×１０↑［－４］（Ｔ↓［ｉ］－Ｔ↓［ｏ］）ｄＤ↓［ｏ］＋｛５．５０×１０↑［－３］（Ｔ↓［ｉ］↑［２］－Ｔ↓［ｏ］↑［２］）－６．５１（Ｔ↓［ｉ］－Ｔ↓［ｏ］｝／Ｃ↓［Ｒ］。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及控制被加热的钢材的氧化膜厚度的水冷方法及采用该水冷 方法制得的钢材。
技术介绍
钢材在铸造后在热和/或冷态下被加工，制成制品形状后实施退火。已 退火的钢材对表面实施化学转化处理或镀覆。该场合，若表面生成氧化膜， 则化学转化处理和镀覆不能充分地进行，其后的涂装性、镀层的粘附性和 耐腐蚀性遭到损害。因此，退火了的钢材必须在无氧化下进行冷却。在无氧化下冷却钢材的场合，在氮等非氧化性气体中进行。原因是若 气体内含有氧等氧化性气体，钢材会被氧化的缘故。作为冷却介质使用水时，由于水本身为氧化性，因此不能避免钢材的 氧化。然而，在钢材的厚度厚、或者需要较快的冷却速度的场合，使用气 体的冷却不能得到所需要的冷却速度，需要使用水的冷却。这种场合，为 了除去钢材表面生成的氧化膜，退火后需要酸洗等的后处理。作为对钢材进行水冷时的无氧化冷却方法，曾提出了降低冷却水中的 溶解氧(脱气)的方法。特开昭54-24211号公报曾提出了冷却中使用通过沸腾而先进行了脱气 的水的方法；特开昭57-198218号公报曾提出了将冷却水中的溶解氧浓度 降到0.01ppm以下而进4亍冷却的方法；另外，特开昭61-179820号/i^艮曾 提出了具有脱气设备的冷却设备。水冷中的钢材氧化有以溶解氧为氧源进行的氧化、和由冷却水本身 引起的氧化，但上述专利文献未理睬这些氧化作用而提出了只降低溶解氧的方案。特开昭63-7339号公报，考虑到存在由溶解氧及水引起的氧化的情况， 为了降低由水引起的氧化而提出了电化学的方法。然而，现有技术并没有区别由水中溶解氧引起的氧化膜的厚度、和 由与祐力口热的钢材接触而产生的水蒸气(即，冷却水本身)引起的氧化膜 的厚度，特定对各个氧化膜的厚度造成影响的因素，定量地弄清各个氧化 膜的厚度与其影响因素的关系。
技术实现思路
如上所述，在厚钢材的冷却或需要较快的冷却速度的冷却中，需JH吏 用水的冷却，但使用水的冷却需要除去用于除去钢材表面生成的氧化膜的 酸洗等的后处理。因此，本专利技术提供在水冷后不需要除去氧化膜的后处理的钢材的水冷 方法、及采用该水冷方法得到的钢材。本专利技术者们详细地调查了含有溶解氧的水所引起的氧化现象的结果， 可正确地探求氧引起的氧化和水蒸气引起的氧化的作用，还可探求外观干 净、不会妨碍化学转化处理和镀覆处理的氧化膜厚度的极限。即，可探求 可降低表面氧化膜厚度以便外观干净、不会妨碍化学转化处理和镀覆处理 的水冷条件的适宜范围。本专利技术是对被加热的钢材进行水冷的水冷方法，其特征在于，利用下 述式控制在钢材表面上生成的氧化膜的厚度，^/20 +rf。2 =7.98xio-4(7; -r。)<M)。 + {5.50x10—3 (t;2 -r。2)-6.5i(7; -:r。)卜Cw 式中，dH20:以水蒸气为氧化源而生成的氧化膜的厚度(nm)， rf&o = {5.50 x 10-3(r,z - r。" - 6.5i(r,. - r。)}/ c** ，其中，T。 > 573K, d02:以溶解氧为氧化源而生成的氧化膜的厚度(nm)， do产7.98xlO-4(Ti-T。)dD。，其中，T0>573K， Tj:水冷开始温度(K),T。水冷终点温度(K)，d:钢材厚度(mm),D。冷却水中的溶解氧浓度(mgL—1),CR:冷却速度(Ks")。另外，本专利技术的水冷方法，其特征在于，水冷开始温度(Ti)、水冷 终点温度(T。)、钢材厚度(d)、冷却水中的溶解氧浓度(D。)及冷却 速度(CR)各条件，处在使采用上述式算出的钢材表面的氧化膜厚度为 15nm以下的范围内。另外，本专利技术的水冷方法，其特征在于，使用利用脱气装置降低了溶 解氧的冷却水，对被加热的钢材进行水冷。此外，本专利技术的钢材，其特征在于，是采用本专利技术的水冷方法得到的 钢材，钢材表面的氧化膜厚度为15nm以下。根据本专利技术的钢材的水冷方法、及由该水冷方法得到的钢材，可得到 以下的效果。(1) 由于将以冷却水中的溶解氧为氧化源而生成的氧化膜的厚度作 为水冷开始温度、水冷终点温度、钢材厚度、及冷却水中的溶解氧浓度的 函数来求出，并且将以冷却水蒸发形成的水蒸气为氧化源而生成的氧化膜 的厚度作为水冷开始温度、水冷终点温度、及冷却速度的函数来求出，因 此可定量地设定用于水冷后获得所需的氧化膜厚度的各种条件。(2) 由于在水冷了的钢材表面上，发现了外观干净、不会成为化学 转化处理和镀覆处理的障碍的氧化膜厚度的极限，因此可明确地"&定水冷 后的氧化膜厚度的目标值。附图说明图1是表示本专利技术的水冷方法中冷却速度与氧化膜厚度的关系的图。 具体实施例方式本专利技术者们详细地调查了含有溶解氧的水所引起的氧化现象。其结果发现，由水引起的氧化现象有以溶解氧为氧源的氧化、和以水蒸气为氧 源的氧化。此外，本专利技术者们还成功地定量求出了以各自为氧化源的氧化 速度，发现以各自为氧化源的氧化膜的厚度之和为在水冷时生成的氧化膜 的厚度。对加热了的钢材进行水冷期间，钢材总是被水蒸气氧化。本专利技术者们 通过准确地测定钢材的水蒸气氧化，定量地求出了水蒸气氧化速度。其结 果判明，在由水蒸气引起的氧化中，(0氧化速度不取决于氧化膜厚度； (ii)氧化速度与水蒸气速度成比例；及，(iii)氧化速度相对于温度呈指 数函数地增加。用数学式表述这些关系，如下所述。dw/dt=1.60xl(T5exp(-E/RT)PH2O 其中，dw/dt:氧化速度(gcnrY1), E:活化能E=-27100 ( Jmor1)， R:气体常数， T:温度(K)， P出o:水蒸气分压(atm)。可用下述式求出改变钢材水冷时的水冷开始温度和冷却速度的场合的 钢材表面的氧化膜厚度。该场合的水蒸气分压是latm。rfHz0 = {5.50 x 10-3( ;z - r。z) - 6.51(z; — J;)}/" 式中T。>573K, 其中，dH20:以水蒸气为氧化源而生成的氧化膜的厚度(nm)， Ti:水冷开始温度(K)， T。水冷终点温度(K)， CR:冷却速度(Ks-1)。水冷中，即使冷却水中的溶解氧也进行氧化，由氧引起的氧化速度非常快，蒸发的水中所含的溶解氧全部消耗在氧化中。因此，由钢的比热、 钢材厚度、水冷开始温度、及水冷终点温度，采用下式决定按水的蒸发量 生成的氧化膜的厚度。d。产7.98xlO-4(Ti-T。)dD。 式中，T。>573K 其中，d02:以溶解氧为氧化源而生成的氧化膜的厚度(nm)，Ti:水冷开始温度(K)，T。水冷终点温度(K)，d:钢材厚度(mm),D。冷却水中的溶解氧浓度(mgL-1)。因水而生成的氧化膜的厚度与因溶解氧而生成的氧化膜的厚度之和， 是因水冷而生成的氧化膜的厚度。、o +rf。2 = 7.98xl0"(r, — r。)rf"。 +{5.50xl(T3(f2 -7;2) — 6.51(7;. —r。)卜CjjTi:水冷开始温度(K)，T。水冷终点温度(K)，d:钢材厚度(mm)，D。冷却水中的溶解氧浓度(mgL")，CR:冷却速度(Ks")。本专利技术者们准备通过在退火时使用水的冷却而带有氧化膜的钢材，进 行了外观确认。对于水冷后的钢材可确认与氧化膜厚度相应的颜色本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢材的水冷方法，是对被加热的钢材进行水冷的水冷方法，其特征在于，利用下述式来控制在钢材表面上生成的氧化膜的厚度，　　　　ｄ↓［Ｈ↓［２］Ｏ］＋ｄ↓［Ｏ↓［２］］＝７．９８×１０↑［－４］（Ｔ↓［ｉ］－Ｔ↓［ｏ］）ｄＤ↓［ｏ］＋｛５．５０×１０↑［－３］（Ｔ↓［ｉ］↑［２］－Ｔ↓［ｏ］↑［２］）－６．５１（Ｔ↓［ｉ］－Ｔ↓［ｏ］）｝／Ｃ↓［Ｒ］　　　　式中，　　　　ｄ↓［Ｈ↓［２］Ｏ］：以水蒸气为氧化源而生成的氧化膜的厚度（ｎｍ），　　　　ｄ↓［Ｈ↓［２］Ｏ］＝｛５．５０×１０↑［－３］（Ｔ↓［ｉ］↑［２］－Ｔ↓［ｏ］↑［２］）－６．５１（Ｔ↓［ｉ］－Ｔ↓［ｏ］）｝／Ｃ↓［Ｒ］，其中，Ｔ↓［ｏ］≥５７３Ｋ，　　　　ｄ↓［Ｏ↓［２］］：以溶解氧为氧化源而生成的氧化膜的厚度（ｎｍ），　　　　ｄ↓［Ｏ↓［２］］＝７．９８×１０↑［－４］（Ｔ↓［ｉ］－Ｔ↓［ｏ］）ｄＤ↓［ｏ］，其中，Ｔ↓［ｏ］≥５７３Ｋ，　　　　Ｔ↓［ｉ］：水冷开始温度（Ｋ），　　　　Ｔ↓［ｏ］：水冷终点温度（Ｋ），　　　　ｄ：钢材厚度（ｍｍ），　　　　Ｄ↓［ｏ］：冷却水中的溶解氧浓度（ｍｇＬ↑［－１］），　　　　Ｃ↓［Ｒ］：冷却速度（Ｋｓ↑［－１］）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：若林久干，近藤泰光，明石透，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]