专利名称：钢材的水冷方法及采用该水冷方法制得的钢材的制作方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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通。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. Olppm以下而进行冷却的方法；另外，特开昭61-179820号公报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、和由与被加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。
发明内容
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，需要使用水的冷却，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，本发明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。本发明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。本发明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，= 7.98x 10 4(7 -TJ(II)o + {s.5Qx (T；-T；)-6.5\(^ - T1)]/C R式中，dH O以水蒸气为氧化源而生成的氧化膜的厚度(nm)，
dllt(> = (5.50X IO 3(T12 -To1)-6.51(1； -To)}/Cr，其中，T0 ^ 573K,Cl02:以溶解氧为氧化源而生成的氧化膜的厚度(nm)，d02=7.98xI(T4(Ti-T0)ClD",其中，T0 ^ 573K，Ti :水冷开始温度(K)，T。水冷终点温度(K)，d:钢材厚度(_)，D0 :冷却水中的溶解氧浓度(mgじ1)，Ck :冷却速度(Ks—1)。本发明还提供一种钢材水冷方法，是对被加热的钢材进行水冷的水冷方法，其特征在于，通过控制下述式中diM)和d02双方来将在钢材表面上生成的氧化膜的厚度控制在15nm以下，dHi0 + d0i = 7.98xlO '(Ti-Tri)dD0 +{5.50x 10 3(Tf 一 7；2)- 6.5重(7； - Tii)}/ CHdH20+d02 ^ 15nm式中，dH20以水蒸气为氧化源而生成的氧化膜的厚度(nm)，(I110 ={5.50x10-3(7；2 — r2)-6.51 (7；.—7>}/.(い其中，T。彡 573K,d02以溶解氧为氧化源而生成的氧化膜的厚度(nm)，d0:2=7.98XI(T4(Ti-T0)ClDw,其中，T0 ^ 573K，Ti :水冷开始温度(K)，T。水冷终点温度(K)，d:钢材厚度(_)，D0 :冷却水中的溶解氧浓度(mgじ1)，Ck :冷却速度(Ks—1)。另外，本发明的水冷方法，其特征在于，水冷开始温度(Ti).水冷終点温度(T。)、钢材厚度(d)、冷却水中的溶解氧浓度(D0)及冷却速度(Ck)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。更具体而言，本发明的水冷方法，其特征在于，水冷开始温度(TiX水冷終点温度(T。)、钢材厚度(d)、冷却水中的溶解氧浓度(D。)及冷却速度(Ck)各条件处在使氧化膜厚度Wff20 +も2)为15nm以下的范围内，所述氧化膜厚度(dIl2o+d02)是采用上述钢材的水冷方法的式子算出的、在残留退火时经水冷而发生的氧化膜的原样状态下实施化学转化处理或镀覆处理的钢材表面的氧化膜厚度。另外，本发明的水冷方法，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，本发明的钢材，其特征在于，是采用本发明的水冷方法得到的钢材，钢材表面的氧化膜厚度为15nm以下。根据本发明的钢材的水冷方法、及由该水冷方法得到的钢材，可得到以下的效果。(I)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、水冷終点温度、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，因此可明确地设定水冷后的氧化膜厚度的目标值。
图I是表示本发明的水冷方法中冷却速度与氧化膜厚度的关系的图。
具体实施例方式本发明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，本发明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。本发明者们通过准确地測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，(i)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増加。用数学式表述这些关系，如下所述。dw/dt=l.60x10 5exp(-E/RT)PH20其中，dw/dt :氧化速度(gcm^V1),E :活化能E=-27100 (JmoF1),R :气体常数，T:温度(K)，Pmo :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。
dllt0 = {5.5O X 10^(7;.2 — T；)~ 6.51(1 —り},て《式中T。彡 573K,.甘中，CIho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)，
Ck :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、及水冷終点温度，采用下式决定按水的蒸发量生成的氧化膜的厚度。dO2=7.98xl0'4(Ti-To)dDo式中，T。彡573K其中，doa 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(_)，D0 :冷却水中的溶解氧浓度(mgじ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。I/耶+<,, 7.98X 10 4(I) - TJtIDii + {5.50x10 ^(7；2 - 7； )-6.51(7； - 7；)}/CwTi :水冷开始温度(K)，T。水冷终点温度(K)，d:钢材厚度(_)，D0 :冷却水中的溶解氧浓度(mgじ1)，Ck :冷却速度(Ks—1)。本发明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。即，氧化膜厚度为15nm以下吋，基本上不发生回火色，有金属光泽。但氧化膜超过15nm时，发生淡黄色的回火色，随着氧化膜厚度的増大，回火色变深，当超过30nm时，成为茶褐色的回火色。接着，准备通过在退火时使用水的冷却而带有氧化膜的钢材，实施化学转化处理，进行以下三项评价。①用肉眼观察化学转化处理后表面是否有顔色不均匀的宏观观察。②使用SEM (扫描型电子显微镜)观察是否有未载附化学转化处理的晶体的部位的显微观察。③是否充分附着有化学转化膜的附着量測定。(注1，在原硅酸钠中实施碱脱脂后，水洗，进行表面调整后，使用磷酸锌实施化学转化处理。注2，化学转化处理液使用パルポンドWL35 (商品名)，在35で处理2分钟，进行评价。)此外，对于镀层粘附性，也准备通过在退火时使用水的冷却而带有氧化膜的钢材，来进行评价。(注3:镀层粘附性通过JIS H0401中所规定的锤打试验来进行评价，利用5点的半圆凿，通过是否有剥离翘起来进行评价)。表I中表示化学转化处理及镀层粘附性的评价結果。氧化膜厚度为15nm以下吋，不发生化学转化处理及镀层粘附性的问题。氧化膜厚度为15 30nm时，在化学转化处理的微观观测、附着量及镀层粘附性上不发生问题，但在化学转化处理中发生顔色不均匀。氧化膜厚度为30nm以上时，在化学转化处理的所有评价及镀层粘附性上均发生问题。在现有技术中，除去在退火时因水冷而发生的氧化膜是常识，没有在残留氧化膜的原样状态下实施化学转化处理、镀覆的设想。本发明向即使发生氧化膜，在化学转化处理、镀覆性上没有问题即可的设想转换，将外观也考虑在内，将氧化膜厚度的极限值设定在 15nm。表I
权利要求
1.一种钢材的水冷方法，是对被加热的钢材进行水冷的水冷方法，其特征在于，通过控制下述式中duo和<1()2双方来将在钢材表面上生成的氧化膜的厚度控制在15nm以下，
2.一种钢材，其特征在于，是采用权利要求I所述的钢材的水冷方法得到的钢材，钢材表面的氧化膜厚度为15nm以下。
全文摘要
本发明提供一种对被加热的钢材进行水冷的水冷方法，通过控制下述式中和双方来将在钢材表面上生成的氧化膜的厚度控制在15nm以下，dH2O+dO2≤15nm式中，以水蒸气为氧化源而生成的氧化膜的厚度(nm)，其中，To≥573K，以溶解氧为氧化源而生成的氧化膜的厚度(nm)，其中，To≥573K，Ti水冷开始温度(K)，To水冷终点温度(K)，d钢材厚度(mm)，Do冷却水中的溶解氧浓度(mgL-1)，CR冷却速度(Ks-1)。
文档编号C21D11/00GK102851468SQ20121036190
公开日2013年1月2日 申请日期2006年4月5日 优先权日2005年4月12日
发明者若林久干, 近藤泰光, 明石透 申请人:新日本制铁株式会社