表面性状优良的含Ｃｕ钢材的制造方法技术

本发明专利技术是可以抑制热轧钢材时的起因于Ｃｕ的钢材的热脆性发生的表面性状优良的含Ｃｕ钢材及其制造方法，其特征在于，表面具有氧化铁皮的含Ｃｕ钢材，母材的Ｃｕ浓度ＣＣｕ是０．０５～３质量％，在将与轧制方向垂直的钢材断面的断面积ｓ除以其周长ｌ的钢材有效厚度设为ｄ（ｍｍ）时，使在氧化铁皮和基体铁的界面附近富集的每单位表面积的Ｃｕ富集量ＥＣｕ（μｇ.ｃｍ－２）低于１８．６ＣＣｕ×ｄ。另外，该制造方法的特征在于，通过使加热炉内的加热在低氧浓度气氛条件下进行，仅生成由氧化亚铁层构成的氧化铁皮层，可以使在氧化铁皮／基体铁界面的熔融Ｃｕ蒸发.飞散，或在从将钢材加热并从加热炉中抽出后到最初的热轧期间实施２次以上的氧化铁皮除去处理。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及实施热轧制造的表面性状优良的含Cu钢材及其制造方法。更具体地说，涉及在实施热轧之前的钢材的加热处理时可以抑制Cu向钢材表面的富集而防止钢材热脆性的发生的表面性状优良的含Cu钢材及其制造方法。
技术介绍
作为钢铁材料的铁源，人们在再循环利用许多钢材废料。在这样的钢材废料再循环中，在钢材废料中含有Cu的场合，由于通过精炼难以除去铜，所以Cu直接混入钢材中，在热轧等时有时成为问题。也就是说，在热轧之前加热钢材时，Cu在氧化铁皮和基体铁的界面上富集，而当该Cu富集量多时，会引起钢材表面产生裂纹的热脆性的问题。为了避免该问题，目前人们只能限制含有Cu的钢材废料的使用量。 但是，如果考虑由铁矿石制造钢材时的能量消耗量和积蓄的钢材废料量的增加，则今后希望作为铁源，能够使用更多的钢材废料，并迫切希望开发即使含有Cu也不会发生热脆性的钢材的制造方法。 一般在利用热轧的钢材的制造中，钢材是在热轧之前先被装入加热炉中，由燃烧气体加热1～4小时左右，大约在1100～1300℃的温度下从加热炉中抽出，其后用高压水除去氧化铁皮(除鳞)后进行热轧的。通常，由于供给到加热炉内的燃烧气体含有氧、水蒸气、二氧化碳等的氧化性气体，所以在加热炉内被加热到高温的钢材表面会生成氧化铁皮层。这样的氧化铁皮层主要由铁的氧化物构成，一般从表层起由三氧化二铁(Fe2O3)、四氧化三铁(Fe3O4)、氧化亚铁(FeO)的3层构成。 而且，铁在高温下被燃烧气体中的氧化性气体氧化时，在含有Cu、Ni等的比铁稳定的金属的场合中，这些金属不会被氧化而在氧化铁皮层和基体铁的界面上富集。在含Cu的场合中，在γ铁中只有百分之几左右的溶解度，因此当Cu富集量达到该值以上时，Cu作为金属相出现。Cu的熔点是1080℃，由于通常热轧前的钢材的加热在该值以上的温度下进行，所以在氧化铁皮/基体铁界面上会生成熔融状态的Cu的液相，其侵入基体铁的晶界，热轧时不能耐受剪切应力和拉伸应力，产生表面裂纹，即产生热脆性。 众所周知，为了防止起因于Cu的热脆性，添加与Cu浓度大体等量程度以上的Ni是有效的。这是由于通过添加Ni可以增大γ铁中Cu的固溶限度，另外Cu富集相的熔点增高，所以可以抑制Cu在氧化铁皮层/基体铁界面上出现(例如，参照特开平7-242938号公报)。 另外，特开平6-297026号公报认为添加Si也有防止热脆性的效果。如果添加Si，则在氧化铁皮/基体铁界面附近生成硅酸铁，在1170℃以上时与氧化铁皮中的氧化亚铁反应生成液相的氧化物。由于Cu的液相可以进入该液相中，所以可以抑制Cu向基体铁晶界的液相Cu的侵入。 但是，在添加Ni来防止起因于Cu的热脆性的方法中，因要使用昂贵的金属Ni而存在增加成本的问题。另外，由于Ni会助长加热时的晶界氧化，所以即使可以防止起因于Cu的热脆性，有时却也会因阻碍氧化铁皮的剥离性而发生氧化铁皮缺陷的问题。 另外，在添加Si来防止起因于Cu的热脆性的方法中，添加了Si的钢材存在的氧化铁皮的剥离性差，即使轧制前通过由高压水的除鳞，也会残留氧化铁皮，钢材表面发红等的损害表面性状的问题。另外，在其后有酸洗工序的场合，由于用酸洗难以溶解氧化铁皮，所以有增大酸洗工序的成本同时降低生产率的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，提供优选不改变添加Ni和Si那样的钢成分而可以抑制热轧含Cu钢材时起因于Cu的钢材的热脆性发生，更具体地说，在加热含Cu为0.5～3质量％的钢材时可以有利地抑制钢材表面Cu的富集而避免热脆性发生，表面性状优良的含Cu钢材及其制造方法。 为了解决上述课题，本专利技术以下述(1)～(15)作为要旨。 (1)一种，是将以质量计含有0.05％～3％Cu的钢材在加热炉中加热后开始热轧的含Cu钢材的制造方法，其特征在于，通过使在上述加热炉中加热时，在钢材表面温度成为1080℃以上的状态的加热炉内的全部区域或者部分区域内，形成成为以下述表示的氧浓度PO2(容量％)以下的气氛(低氧浓度气氛条件)，使钢材的表面生成由氧化亚铁构成的氧化铁皮，由此，使热轧终了后的钢材，在将与轧制方向垂直的钢材断面的断面积s除以周长l的钢材有效厚度设为d(mm)时，含Cu钢材的在氧化铁皮和基体铁的界面附近富集的每单位表面积的Cu富集量ECu(μg·cm-2)低于18.6CCu×d， PO2＝kp/(2wk1) (4) 其中，Kp是抛物线法则速度常数(g2·cm-4·s-1)，更具体地说， Kp＝KpO×exp(-E/RT) (5) 其中，KpO＝0.60g2·cm-2·S-1，E是活化能(E＝140kJ·mol-1·k-1)，R是气体常数，T是温度(K)，w是氧化增量(g·cm-2)，k1是直线法则速度常数(k1＝9.6×10-6g·cm-2·％-1·s-1)，这里，氧化增量w(g·cm-2)可以用下述式由氧化铁皮厚度换算得到，x是氧化铁皮厚度(μm)， w＝x/7519(13)。 (2)一种，是将以质量计含有0.05％～3％Cu的钢材在加热炉中加热后开始热轧的含Cu钢材的制造方法，其特征在于，将在1000℃～1300℃的温度区域内对于氧化比铁稳定、并且熔点在1300℃以下的热脆性诱发元素的母材浓度的合计的热脆性诱发元素总母材浓度设为Ci时， 在上述加热炉中加热时，通过使在钢材表面温度成为1080℃以上的状态的加热炉内的全部区域或者部分区域内，形成成为以下述表示的氧浓度PO2(容量％)以下的气氛(低氧浓度气氛条件)，使钢材的表面生成由氧化亚铁构成的氧化铁皮，由此，使热轧终了后的钢材，在将与轧制方向垂直的钢材断面的断面积s除以周长l的钢材有效厚度设为d(mm)时， 热脆性诱发元素的在氧化铁皮和基体铁的界面附近富集的每单位表面积的富集量的合计的热脆性诱发元素总富集量Ei(μg·cm-2)具有下述式的关系， Ei＜18.6Ci×d (2) PO2＝kp/(2wk1) (4) 其中，Kp是抛物线法则速度常数(g2·cm-4·S-1)，更具体地说， Kp＝KpO×exp(-E/RT) (5) 其中，KpO＝0.60g2·cm-2·S-1，E是活化能(E＝140kJ·mol-1·k-1)，R是气体常数，T是温度(K)，w是氧化增量(g·cm-2)，k1是直线法则速度常数(k1＝9.6×10-6g·cm-2·％-1·s-1)，这里，氧化增量w(g·cm-2)可以用下式由氧化铁皮厚度换算得出，x是氧化铁皮厚度(μm)， w＝x/7519 (13)。 (3)如上述(2)所述的，其特征在于，上述热脆性诱发元素的1种是Cu，其它是Sn、Sb、As的任1种或者1种以上。 (4)如上述(1)～(3)的任一项所述的，其特征在于，母材Ni的浓度CNi(质量％)和母材Cu的浓度CCu(质量％)的关系具有下述式的关系。 0.061CCu2+0.32CCu+0.0035≤CNi≤1.5(3) (5)如上述(1)～(3)的任一项所述的，其特征在于，上述含Cu钢材以质量％计含有Ti＝0.01～0.15％、Nb＝0.01～0.15％、V＝0.01～0.15％的任1种或者1种以上，还含有P＝0.010～0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面性状优良的含Ｃｕ钢材的制造方法，是将以质量计含有０．０５％～３％Ｃｕ的钢材在加热炉中加热后开始热轧的含Ｃｕ钢材的制造方法，其特征在于，将在１０００℃～１３００℃的温度区域内对于氧化比铁稳定、并且熔点在１３００℃以下的热脆性诱发元素的母材浓度的合计的热脆性诱发元素总母材浓度设为Ｃ↓［ｉ］时，　　在上述加热炉中加热时，通过使在钢材表面温度成为１０８０℃以上的状态的加热炉内的全部区域或者部分区域内，形成成为以下述表示的以容量％计的氧浓度ｐ↓［Ｏ２］以下的气氛、即低氧浓度气氛条件，使钢材的表面生成由氧化亚铁构成的氧化铁皮，由此，使热轧终了后的钢材，在将与轧制方向垂直的钢材断面的断面积ｓ除以周长ｌ的钢材有效厚度设为ｄ时，热脆性诱发元素的在氧化铁皮和基体铁的界面附近富集的每单位表面积的富集量的合计的热脆性诱发元素总富集量Ｅｉ具有下述式的关系，其中ｄ的单位是ｍｍ，Ｅｉ的单位是μｇ.ｃｍ↑［－２］；　　Ｅ↓［ｉ］＜１８．６Ｃｉ×ｄ　（２）　　ｐ↓［Ｏ２］＝ｋ↓［ｐ］／（２ｗｋ↓［１］）　（４）　　其中，ｋ↓［ｐ］是抛物线法则速度常数，单位是ｇ↑［２］.ｃｍ↑［－４］.ｓ↑［－１］，更具体地说，ｋ↓［ｐ］＝ｋ↓［ｐＯ］×ｅｘｐ（－Ｅ／ＲＴ）　（５）　　其中，ｋ↓［ｐＯ］＝０．６０ｇ↑［２］.ｃｍ↑［－２］.ｓ　↑［－１］，Ｅ是活化能，Ｅ＝１４０ｋＪ.ｍｏｌ↑［－１］.Ｋ↑［－１］，Ｒ是气体常数，Ｔ是温度、单位是Ｋ，ｗ是氧化增量、单位是ｇ.ｃｍ↑［－２］，ｋ↓［１］是直线法则速度常数，ｋ↓［１］＝９．６×１０↑［－６］ｇ.ｃｍ↑［－２］.％↑［－１］.ｓ↑［－１］，这里，氧化增量ｗ用下式由氧化铁皮厚度换算得出，ｘ是氧化铁皮厚度、单位是μｍ，　　ｗ＝ｘ／７５１９　（１３）。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：近藤泰光，川崎薰，原田宽，大桥渡，
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]