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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-30
(45)【発行日】2024-10-08
(54)【発明の名称】酸化スケールの除去方法及びステンレス鋼材の製造方法
(51)【国際特許分類】
B23K 26/36 20140101AFI20241001BHJP
B23K 26/00 20140101ALI20241001BHJP
B21B 45/06 20060101ALI20241001BHJP
B21B 3/02 20060101ALI20241001BHJP
【ＦＩ】
B23K26/36
B23K26/00 N
B21B45/06 Z
B21B3/02
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021005995
(22)【出願日】2021-01-18
(65)【公開番号】P2022110526
(43)【公開日】2022-07-29
【審査請求日】2023-09-28
(73)【特許権者】
【識別番号】503378420
【氏名又は名称】日鉄ステンレス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】森田 一成
(72)【発明者】
【氏名】河野 明訓
【審査官】松田 長親
(56)【参考文献】
【文献】特開平０４－１８２０２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１７１６８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２６９６８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２２１４８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－０７９７１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－０８９４７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２０－５１３３２３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱間圧延後又は冷間圧延後のステンレス鋼材の表面に形成された酸化スケールをパルスレーザ光の照射によって除去する酸化スケールの除去方法であって、Ｘ方向に前記パルスレーザ光を往復走査しながら照射するとともに、前記Ｘ方向に垂直なＹ方向に前記ステンレス鋼材を移動させる照射工程と、
前記照射工程後に、酸洗処理を行う酸洗処理工程と
を含み、
前記パルスレーザ光のパルス幅が１０～１０００ｎｓであり、
前記往復走査の折り返し部及びその近傍における前記パルスレーザ光のフルエンスを、前記往復走査の主走査部における前記パルスレーザ光のフルエンスよりも小さくし、
前記照射工程は、前記ステンレス鋼材の表面のうちの部分Ａにおいて前記パルスレーザ光の照射を行う第１照射工程と、前記第１照射工程後に前記ステンレス鋼材の表面のうちの部分Ｂにおいて前記パルスレーザ光の照射を行う第２照射工程とを含み、
前記部分Ａと前記部分Ｂとの間のＸ方向における前記パルスレーザ光の照射領域の重なりが、前記部分Ａ及び前記部分ＢのそれぞれにおけるＸ方向の走査幅の１～５０％である、酸化スケールの除去方法。
【請求項2】
前記折り返し部及びその近傍は、Ｘ方向の走査幅の１％以下の領域である、請求項１に記載の酸化スケールの除去方法。
【請求項3】
前記主走査部における前記パルスレーザ光は、フルエンスをＦ［Ｊ／ｃｍ2］、パルス幅をτ［ｎｓ］とした場合に、以下の式（１）を満たす、請求項１又は２に記載の酸化スケールの除去方法。１×（τ／１００）1/2≦Ｆ≦１５×（τ／１００）1/2 ・・・（１）
【請求項4】
前記折り返し部及びその近傍における前記パルスレーザ光のフルエンスは、前記主走査部における前記パルスレーザ光のフルエンスの２０～９０％である、請求項１～３のいずれか一項に記載の酸化スケールの除去方法。
【請求項5】
前記ステンレス鋼材は、ステンレス鋼板である、請求項１～４のいずれか一項に記載の酸化スケールの除去方法。
【請求項6】
請求項１～５のいずれか一項に記載の酸化スケールの除去方法を含む、ステンレス鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸化スケールの除去方法及びステンレス鋼材の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ステンレス鋼材は、耐食性などの各種特性に優れるため、自動車用部品、建築用部品、厨房用器具などの広範な用途に用いられている。
ステンレス鋼材は、その製造工程において表面に酸化スケールが形成されることがあるため、酸洗によって酸化スケールを除去することが行われている。例えば、一般的なステンレス鋼板は、次のような工程によって製造される。ステンレス鋼の原料を溶解した溶鋼を連続鋳造してスラブとし、スラブを熱間圧延することによって熱延板（厚板材）が得られる。また、熱延板を冷間圧延することによって冷延板（薄板材）が得られる。なお、熱延板及び冷延板は、必要に応じてコイル状に巻き取られる。また、熱延板及び冷延板は、必要に応じて焼鈍が行われる。このようなステンレス鋼板の製造において、熱間圧延後の熱延板及び冷間圧延後の冷延板には酸化スケールが形成されるため、酸洗によって酸化スケールを除去することが行われる。
ここで、本明細書において「ステンレス鋼板」とは熱延板及び冷延板の両方を含む概念である。また、以下、ステンレス鋼材の表面に形成された酸化スケールを除去することを「デスケール」と称することがある。
ステンレス鋼材は、その製造工程において表面に酸化スケールが形成されることがあるため、酸洗によって酸化スケールを除去することが行われている。例えば、一般的なステンレス鋼板は、次のような工程によって製造される。ステンレス鋼の原料を溶解した溶鋼を連続鋳造してスラブとし、スラブを熱間圧延することによって熱延板（厚板材）が得られる。また、熱延板を冷間圧延することによって冷延板（薄板材）が得られる。なお、熱延板及び冷延板は、必要に応じてコイル状に巻き取られる。また、熱延板及び冷延板は、必要に応じて焼鈍が行われる。このようなステンレス鋼板の製造において、熱間圧延後の熱延板及び冷間圧延後の冷延板には酸化スケールが形成されるため、酸洗によって酸化スケールを除去することが行われる。
ここで、本明細書において「ステンレス鋼板」とは熱延板及び冷延板の両方を含む概念である。また、以下、ステンレス鋼材の表面に形成された酸化スケールを除去することを「デスケール」と称することがある。
【0003】
しかしながら、酸洗によっては酸化スケールを十分に除去できないことがある。それ故、酸洗時間を長くしたり、スケールブレーカーやショットブラストなどによる機械的な前処理を施して酸化スケールにクラックを入れた後に酸洗したりすることが行われている。したがって、酸化スケールの除去に時間がかかり過ぎてしまい、ステンレス鋼材の生産効率が低下する要因となっていた。
【0004】
そこで、ステンレス鋼材の表面の酸化スケールを効率的に除去すべく、種々の方法が研究及び実施されている。例えば、特許文献１には、ステンレス鋼板を焼鈍した際に生成されたスケール層に対してレーザ光を照射することにより、スケール層を除去する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平４－１８２０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
レーザ光を用いた酸化スケールの除去方法をステンレス鋼材の製造方法に実際に適用する場合、ステンレス鋼材の幅方向の途中でレーザヘッドの移動を折り返すことによってレーザ光を往復走査しながら照射するとともに、ステンレス鋼材の長さ方向にステンレス鋼材を移動させる必要がある。このとき、ステンレス鋼材の幅方向には、レーザ光の往復走査時に往路走査のレーザ光と復路走査のレーザ光とが重なる折り返し部及びその近傍と、レーザ光が重ならない定常的な主走査部とが存在することとなる。したがって、レーザ光の往復走査では、主走査部に比べて折り返し部及びその近傍の入熱量が増大するため、折り返し部及びその近傍においてステンレス鋼材が溶融して過大な凹凸部が形成され易い。この過大な凹凸部は、表面疵の原因となる。例えば、熱間圧延後にレーザ光を用いた酸化スケールの除去を行い、その後工程で冷間圧延などを行う場合には、過大な凹凸部が冷間圧延時に潰れて表面疵が形成されるため、ステンレス鋼材の外観が著しく低下するとともに、圧延油などが過大な凹凸部に入り込んで残存し、耐食性が低下する恐れもある。
【0007】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、レーザ光の往復走査における折り返し部及びその近傍の入熱量の増大による過大な凹凸部の形成を抑制することが可能な酸化スケールの除去方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、生産効率が高く、外観が良好なステンレス鋼材の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、生産効率が高く、外観が良好なステンレス鋼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】
本発明者らは、鋭意研究を行った結果、レーザ光としてパルスレーザ光を用い、往復走査の折り返し部及びその近傍におけるパルスレーザ光のフルエンスを、往復走査の主走査部におけるパルスレーザ光のフルエンスよりも小さく制御することにより、上記のような問題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明は、熱間圧延後又は冷間圧延後のステンレス鋼材の表面に形成された酸化スケールをパルスレーザ光の照射によって除去する酸化スケールの除去方法であって、
Ｘ方向に前記パルスレーザ光を往復走査しながら照射するとともに、前記Ｘ方向に垂直なＹ方向に前記ステンレス鋼材を移動させる照射工程と、
前記照射工程後に、酸洗処理を行う酸洗処理工程と
を含み、
前記パルスレーザ光のパルス幅が１０～１０００ｎｓであり、
前記往復走査の折り返し部及びその近傍における前記パルスレーザ光のフルエンスを、前記往復走査の主走査部における前記パルスレーザ光のフルエンスよりも小さくし、
前記照射工程は、前記ステンレス鋼材の表面のうちの部分Ａにおいて前記パルスレーザ光の照射を行う第１照射工程と、前記第１照射工程後に前記ステンレス鋼材の表面のうちの部分Ｂにおいて前記パルスレーザ光の照射を行う第２照射工程とを含み、
前記部分Ａと前記部分Ｂとの間のＸ方向における前記パルスレーザ光の照射領域の重なりが、前記部分Ａ及び前記部分ＢのそれぞれにおけるＸ方向の走査幅の１～５０％である、酸化スケールの除去方法である。
Ｘ方向に前記パルスレーザ光を往復走査しながら照射するとともに、前記Ｘ方向に垂直なＹ方向に前記ステンレス鋼材を移動させる照射工程と、
前記照射工程後に、酸洗処理を行う酸洗処理工程と
を含み、
前記パルスレーザ光のパルス幅が１０～１０００ｎｓであり、
前記往復走査の折り返し部及びその近傍における前記パルスレーザ光のフルエンスを、前記往復走査の主走査部における前記パルスレーザ光のフルエンスよりも小さくし、
前記照射工程は、前記ステンレス鋼材の表面のうちの部分Ａにおいて前記パルスレーザ光の照射を行う第１照射工程と、前記第１照射工程後に前記ステンレス鋼材の表面のうちの部分Ｂにおいて前記パルスレーザ光の照射を行う第２照射工程とを含み、
前記部分Ａと前記部分Ｂとの間のＸ方向における前記パルスレーザ光の照射領域の重なりが、前記部分Ａ及び前記部分ＢのそれぞれにおけるＸ方向の走査幅の１～５０％である、酸化スケールの除去方法である。
【0010】
また、本発明は、前記酸化スケールの除去方法を含む、ステンレス鋼材の製造方法である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、レーザ光の往復走査における折り返し部及びその近傍の入熱量の増大による過大な凹凸部の形成を抑制することが可能な酸化スケールの除去方法を提供することができる。
また、本発明によれば、生産効率が高く、外観が良好なステンレス鋼材の製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、生産効率が高く、外観が良好なステンレス鋼材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】ステンレス鋼板の製造方法の一例を示すフロー図である。
【図2】パルスレーザ光の照射によるデスケールに用いられるレーザ光照射装置の概略図である。
【図3】ステンレス鋼板の表面を往復走査するパルスレーザ光の中心部の軌跡を示す概略図である。
【図4】表面疵が形成されたステンレス鋼板の表面の光学顕微鏡写真である。
【図5】ステンレス鋼板の表面を往復走査するパルスレーザ光の中心部の軌跡を示す概略図である。
【図6】実施例における光学顕微鏡写真及び断面曲線の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
なお、本明細書において成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味する。
なお、本明細書において成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味する。
【0014】
本発明の実施形態に係る酸化スケールの除去方法は、ステンレス鋼材の表面に形成された酸化スケールをパルスレーザ光の照射によって除去することにより行われる。また、本発明の実施形態に係るステンレス鋼材の製造方法は、この酸化スケールの除去方法を含む。
ステンレス鋼材としては、特に限定されないが、好ましくはステンレス鋼板である。なお、本明細書において「鋼板」とは、鋼帯を含む概念である。また、ステンレス鋼板は、熱間圧延後の熱延板や冷間圧延後の冷延板であってよいし、それらを焼鈍した後の焼鈍板であってもよい。
ここで、ステンレス鋼材の製造方法としてステンレス鋼板の製造方法を例に挙げ、図１のフロー図を用いて説明する。
ステンレス鋼材としては、特に限定されないが、好ましくはステンレス鋼板である。なお、本明細書において「鋼板」とは、鋼帯を含む概念である。また、ステンレス鋼板は、熱間圧延後の熱延板や冷間圧延後の冷延板であってよいし、それらを焼鈍した後の焼鈍板であってもよい。
ここで、ステンレス鋼材の製造方法としてステンレス鋼板の製造方法を例に挙げ、図１のフロー図を用いて説明する。
【0015】
（ステンレス鋼板の製造方法）
図１は、ステンレス鋼板が熱延焼鈍板である場合の製造方法を示す例である。この製造方法は、図１に示すように、製鋼工程（Ｓ１）、連続鋳造工程（Ｓ２）、熱間圧延工程（Ｓ３）、連続焼鈍工程（Ｓ４）及び酸化スケール除去工程（Ｓ５）を含む。
ステンレス鋼板の材料となるステンレス鋼の鋼種については特に限定されない。例えば、Ｓｉを２．５～５．０％、Ｃｒを１８～２０％、Ｎｉを１２～２０％含む難酸洗鋼、及びＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３１６などの汎用鋼種をはじめ、種々のステンレス鋼を材料として用いることができる。
図１は、ステンレス鋼板が熱延焼鈍板である場合の製造方法を示す例である。この製造方法は、図１に示すように、製鋼工程（Ｓ１）、連続鋳造工程（Ｓ２）、熱間圧延工程（Ｓ３）、連続焼鈍工程（Ｓ４）及び酸化スケール除去工程（Ｓ５）を含む。
ステンレス鋼板の材料となるステンレス鋼の鋼種については特に限定されない。例えば、Ｓｉを２．５～５．０％、Ｃｒを１８～２０％、Ｎｉを１２～２０％含む難酸洗鋼、及びＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３１６などの汎用鋼種をはじめ、種々のステンレス鋼を材料として用いることができる。
【0016】
まず、製鋼工程（Ｓ１）では、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどを主成分とするスクラップを電気炉で溶解した後、精錬炉で成分調整して溶鋼を生成する。
次に、連続鋳造工程（Ｓ２）では、精錬炉で生成された溶鋼を取鍋に取り出した後、取鍋から鋳型に連続的に流し込んで冷却する。そして、冷えて固まったステンレス鋼を所定の長さに切り分けて複数のスラブを生成する。
次に、連続鋳造工程（Ｓ２）では、精錬炉で生成された溶鋼を取鍋に取り出した後、取鍋から鋳型に連続的に流し込んで冷却する。そして、冷えて固まったステンレス鋼を所定の長さに切り分けて複数のスラブを生成する。
【0017】
次に、熱間圧延工程（Ｓ３）では、連続鋳造工程（Ｓ２）で生成されたスラブを所定温度まで加熱し、所定温度に達した状態のスラブを熱間圧延機で熱間圧延する。具体的には、スラブに対して粗圧延及び仕上げ圧延を何段階も施すことにより、スラブを所定の板厚になるまで熱間圧延して熱延板を生成する。
【0018】
次に、連続焼鈍工程（Ｓ４）では、熱間圧延工程（Ｓ３）で生成された熱延板を焼鈍炉で連続焼鈍して熱延焼鈍板を生成する。熱延板を連続焼鈍することにより、硬化して延性が低下している熱延板を軟化させて、熱延板の延性を回復させる。
次に、酸化スケール除去工程（Ｓ５）では、熱延焼鈍板の表面に形成された酸化スケールに対してパルスレーザ光を照射してデスケールを行う（以下、「レーザデスケール」という）。このレーザデスケールは、レーザアブレーションを利用した技術である。レーザアブレーションは、レーザ光の照射によって照射対象の物質を蒸散させることができる。また、酸化スケール除去工程（Ｓ５）では、レーザデスケールの後に、必要に応じて酸洗処理によるデスケールを行ってもよい。
次に、酸化スケール除去工程（Ｓ５）では、熱延焼鈍板の表面に形成された酸化スケールに対してパルスレーザ光を照射してデスケールを行う（以下、「レーザデスケール」という）。このレーザデスケールは、レーザアブレーションを利用した技術である。レーザアブレーションは、レーザ光の照射によって照射対象の物質を蒸散させることができる。また、酸化スケール除去工程（Ｓ５）では、レーザデスケールの後に、必要に応じて酸洗処理によるデスケールを行ってもよい。
【0019】
なお、上記の製造方法はあくまで一例であり、上記した各工程の内容及び順序、並びに使用設備などに限定されない。また、ステンレス鋼板が冷延焼鈍板である場合には、連続焼鈍工程（Ｓ４）と酸化スケール除去工程（Ｓ５）との間に冷間圧延工程及び連続焼鈍工程を行ってもよいし、酸化スケール除去工程（Ｓ５）の後に冷間圧延工程及び連続焼鈍工程を順次行い、その後更に酸化スケール除去工程（Ｓ５）を行ってもよい。
【0020】
次に、酸化スケール除去工程（Ｓ５）の詳細について説明する。
レーザデスケールは、Ｘ方向にパルスレーザ光を往復走査しながら照射するとともに、Ｘ方向に垂直なＹ方向にステンレス鋼板を移動させる照射工程を含む。この照射工程は、図２に示すようなレーザ光照射装置１０を用いて行うことができる。レーザ光照射装置１０は、レーザ発振器１１、レーザヘッド１２、駆動部（不図示）及び制御部（不図示）を備えている。このレーザ光照射装置１０では、レーザ発振器１１からパルス発振されたパルスレーザ光１３をレーザヘッド１２からＸ方向（図２では、ステンレス鋼板１の幅方向）に往復走査しながら照射するとともに、Ｘ方向に垂直なＹ方向（図２ではステンレス鋼板１の搬送方向）にステンレス鋼板１を移動させる。このような照射工程により、酸化スケールにパルスレーザ光１３を連続的に照射することができるため、酸化スケールを効率的に蒸散させることができる。
レーザデスケールは、Ｘ方向にパルスレーザ光を往復走査しながら照射するとともに、Ｘ方向に垂直なＹ方向にステンレス鋼板を移動させる照射工程を含む。この照射工程は、図２に示すようなレーザ光照射装置１０を用いて行うことができる。レーザ光照射装置１０は、レーザ発振器１１、レーザヘッド１２、駆動部（不図示）及び制御部（不図示）を備えている。このレーザ光照射装置１０では、レーザ発振器１１からパルス発振されたパルスレーザ光１３をレーザヘッド１２からＸ方向（図２では、ステンレス鋼板１の幅方向）に往復走査しながら照射するとともに、Ｘ方向に垂直なＹ方向（図２ではステンレス鋼板１の搬送方向）にステンレス鋼板１を移動させる。このような照射工程により、酸化スケールにパルスレーザ光１３を連続的に照射することができるため、酸化スケールを効率的に蒸散させることができる。
【0021】
レーザ発振器１１は、レーザ光をパルス発振可能なものであれば、その種類は特に限定されない。レーザ発振器１１は、デスケールの時間短縮の観点から、単位面積当りのレーザ出力が大きい固体レーザであることが好ましい。
レーザヘッド１２は、レーザ発振器１１からパルス発振されたパルスレーザ光１３を集光し、ステンレス鋼板１の表面に形成された酸化スケールに照射する。
レーザヘッド１２は、レーザ発振器１１からパルス発振されたパルスレーザ光１３を集光し、ステンレス鋼板１の表面に形成された酸化スケールに照射する。
【0022】
駆動部は、レーザヘッド１２と接続されており、レーザヘッド１２を駆動してパルスレーザ光１３の照射位置を移動させる。制御部は、レーザ発振器１１及びレーザヘッド１２と接続されており、パルスレーザ光１３の照射条件を制御する。パルスレーザ光１３の照射条件としては、例えば、フルエンス、パルス幅、発振周期、レーザ出力、照射速度、照射幅及びビーム径が挙げられる。
【0023】
パルスレーザ光１３の発振周期は、特に限定されないが、６０～１２０ｋＨｚであることが好ましい。このような範囲内にパルスレーザ光１３の発振周期を制御することにより、ステンレス鋼板１の表面に形成された酸化スケールに対してフルエンスが好適化されたパルスレーザ光１３を照射することができる。パルスレーザ光１３の発振周期が６０ｋＨｚより小さいと、ステンレス鋼板１への単位時間当りの照射回数が減少し過ぎてしまう。そのため、デスケールを行うのに十分なフルエンスを有するパルスレーザ光１３を照射できないおそれがある。また、パルスレーザ光１３の発振周期が１２０ｋＨｚより大きいと、パルスレーザ光１３の１パルス当りのフルエンスが小さくなる。そのため、デスケールを行うのに十分なフルエンスを有するパルスレーザ光１３を照射できないおそれがある。
【0024】
ここで、ステンレス鋼板１の表面を往復走査するパルスレーザ光１３の中心部の軌跡を示す概略図を図３に示す。Ｘ方向（例えば、ステンレス鋼板１の幅方向）にパルスレーザ光１３を往復走査しながら照射するとともに、Ｘ方向に垂直なＹ方向（例えば、ステンレス鋼板１の搬送方向）にステンレス鋼板１を移動させると、パルスレーザ光１３の中心部が図３に示すような軌跡１５を辿る。
パルスレーザ光１３のエネルギーは、主走査部２０に比べて折り返し部２１及びその近傍２２で集中するため、当該部分の入熱量が増大する。そのため、主走査部２０においてデスケールに必要とされるパルスレーザ光１３のフルエンスを維持した状態で、折り返し部２１及びその近傍２２でも同様にパルスレーザ光１３を照射すると、ステンレス鋼板１の表面が溶融して過大な凹凸部が形成されてしまう。この過大な凹凸部は、表面疵の原因となる。例えば、熱間圧延後にレーザ光を用いた酸化スケールの除去を行い、その後工程で冷間圧延などを行う場合には、過大な凹凸部が冷間圧延時に潰れて表面疵が形成される。表面疵が形成されたステンレス鋼板１の表面の光学顕微鏡写真を図４に示す。図４において、（ａ）は光学顕微鏡写真であり、（ｂ）は（ａ）の四角形の枠内の拡大写真である。このように表面疵が形成されると、ステンレス鋼板１の外観が著しく低下するとともに、圧延油などが過大な凹凸部に入り込んで残存し、耐食性が低下する恐れもある。
表面疵の原因となる過大な凹凸部は、算術平均高さＲａが５．０μｍ超過、最大高さＲｚが２０．０μｍ超過である。なお、本明細書において算術平均高さＲａ及び最大高さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に準拠して測定されたものを意味する。
パルスレーザ光１３のエネルギーは、主走査部２０に比べて折り返し部２１及びその近傍２２で集中するため、当該部分の入熱量が増大する。そのため、主走査部２０においてデスケールに必要とされるパルスレーザ光１３のフルエンスを維持した状態で、折り返し部２１及びその近傍２２でも同様にパルスレーザ光１３を照射すると、ステンレス鋼板１の表面が溶融して過大な凹凸部が形成されてしまう。この過大な凹凸部は、表面疵の原因となる。例えば、熱間圧延後にレーザ光を用いた酸化スケールの除去を行い、その後工程で冷間圧延などを行う場合には、過大な凹凸部が冷間圧延時に潰れて表面疵が形成される。表面疵が形成されたステンレス鋼板１の表面の光学顕微鏡写真を図４に示す。図４において、（ａ）は光学顕微鏡写真であり、（ｂ）は（ａ）の四角形の枠内の拡大写真である。このように表面疵が形成されると、ステンレス鋼板１の外観が著しく低下するとともに、圧延油などが過大な凹凸部に入り込んで残存し、耐食性が低下する恐れもある。
表面疵の原因となる過大な凹凸部は、算術平均高さＲａが５．０μｍ超過、最大高さＲｚが２０．０μｍ超過である。なお、本明細書において算術平均高さＲａ及び最大高さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に準拠して測定されたものを意味する。
【0025】
そこで、本発明の実施形態に係る酸化スケールの除去方法では、往復走査の折り返し部２１及びその近傍２２におけるパルスレーザ光１３のフルエンスを、往復走査の主走査部２０におけるパルスレーザ光１３のフルエンスよりも小さくする。このように制御することにより、パルスレーザ光１３のエネルギーが集中し易い折り返し部２１及びその近傍２２において入熱量が過剰に増大することを抑制することができる。その結果、折り返し部２１及びその近傍２２において、デスケールの効果を維持しつつ過大な凹凸部の形成を抑制することが可能となる。
【0026】
レーザデスケールを行った後の折り返し部２１及びその近傍２２の表面は、算術平均高さＲａが５．０μｍ以下、最大高さＲｚが２０．０μｍ以下であることが好ましい。このような表面粗さに制御することにより、後工程で冷間圧延などを行っても表面疵となり難い。
【0027】
パルスレーザ光１３のフルエンスを制御する方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、レーザ発振器１１を電子的に制御することによってフルエンスを調整することができる。また、レーザヘッド１２の先端にＦθレンズを配置することでパルス幅を制御することによってフルエンスを調整してもよい。
また、往復走査の折り返し部２１及びその近傍２２におけるパルスレーザ光１３のフルエンスは、所定の値まで徐々に小さくするように制御してもよいし、所定の値に急激に小さくするように制御してもよい。
また、往復走査の折り返し部２１及びその近傍２２におけるパルスレーザ光１３のフルエンスは、所定の値まで徐々に小さくするように制御してもよいし、所定の値に急激に小さくするように制御してもよい。
【0028】
折り返し部２１及びその近傍２２の領域は、パルス幅に応じて適宜設定すればよいが、走査幅の各両端からＸ方向の走査幅の１％以下の領域であることが好ましく、０．５～１％の領域であることがより好ましい。例えば、ステンレス鋼板１の幅方向（Ｘ方向）の走査幅が２００ｍｍである場合、折り返し部２１及びその近傍２２の領域は、走査幅の各両端から１～２ｍｍの領域とすることができる。このような範囲の領域であれば、折り返し部２１及びその近傍２２において入熱量が過剰に増大することを安定して抑制することができる。
【0029】
主走査部２０におけるパルスレーザ光１３のフルエンスは、特に限定されないが、パルス幅に応じて適切な範囲を決定することが好ましい。具体的には、主走査部２０におけるパルスレーザ光１３のフルエンスをＦ［Ｊ／ｃｍ2］、パルス幅をτ［ｎｓ］とした場合に、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
１×（τ／１００）1/2≦Ｆ≦１５×（τ／１００）1/2 ・・・（１）
主走査部２０におけるパルスレーザ光１３のフルエンスを式（１）の範囲とすることにより、デスケールの効果を確保することができる。式（１）の下限値は、好ましくは２×（τ／１００）1/2、より好ましくは３×（τ／１００）1/2である。また、式（１）の上限値は、好ましくは１３×（τ／１００）1/2、より好ましくは１０×（τ／１００）1/2である。
例えば、パルス幅が１００ｎｓの場合、主走査部２０におけるパルスレーザ光１３のフルエンスは、好ましくは１～１５Ｊ／ｃｍ2、より好ましくは２～１３Ｊ／ｃｍ2、更に好ましくは３～１０Ｊ／ｃｍ2である。なお、パルス幅は１０～１０００ｎｓの範囲で設定可能である。パルス幅は、好ましくは３０～５００ｎｓ、より好ましくは５０～３００ｎｓの範囲で設定するのがよい。
１×（τ／１００）1/2≦Ｆ≦１５×（τ／１００）1/2 ・・・（１）
主走査部２０におけるパルスレーザ光１３のフルエンスを式（１）の範囲とすることにより、デスケールの効果を確保することができる。式（１）の下限値は、好ましくは２×（τ／１００）1/2、より好ましくは３×（τ／１００）1/2である。また、式（１）の上限値は、好ましくは１３×（τ／１００）1/2、より好ましくは１０×（τ／１００）1/2である。
例えば、パルス幅が１００ｎｓの場合、主走査部２０におけるパルスレーザ光１３のフルエンスは、好ましくは１～１５Ｊ／ｃｍ2、より好ましくは２～１３Ｊ／ｃｍ2、更に好ましくは３～１０Ｊ／ｃｍ2である。なお、パルス幅は１０～１０００ｎｓの範囲で設定可能である。パルス幅は、好ましくは３０～５００ｎｓ、より好ましくは５０～３００ｎｓの範囲で設定するのがよい。
【0030】
パルス幅は、パルスレーザ光１３が照射対象に熱作用する１パルス当りの時間である。フルエンスは、パルスレーザ光１３における単位面積当りのエネルギー密度である。本明細書においてフルエンスは、パルスレーザ光１３の１パルス当りのエネルギーをパルスレーザ光１３の照射面積で除した値となる。したがって、他の条件が同じであれば、パルスレーザ光１３のパルス幅が長くなるほどパルスレーザ光１３のフルエンスが大きくなる。
【0031】
折り返し部２１及びその近傍２２におけるパルスレーザ光１３のフルエンスは、主走査部２０におけるパルスレーザ光１３のフルエンスよりも小さければ特に限定されないが、主走査部２０におけるパルスレーザ光１３のフルエンスの好ましくは２０～９０％、より好ましくは２０～６０％である。このような範囲に制御することにより、折り返し部２１及びその近傍２２において入熱量が過剰に増大することを安定して抑制することができる。
【0032】
折り返し部２１及びその近傍２２におけるパルスレーザ光１３のフルエンスＦｍ［Ｊ／ｃｍ2］は、主走査部２０におけるパルスレーザ光１３のフルエンスよりも小さいという条件下で、式（２）で表すことができる。
０．５×（τ／１００）1/2≦Ｆｍ≦１０×（τ／１００）1/2 ・・・（２）
式中、τはパルス幅［ｎｓ］である。
フルエンスＦｍを１０×（τ／１００）1/2以下とすることにより、表面疵が発生したとしても、酸洗などによって除去することが可能になる。また、フルエンスＦｍを０．５×（τ／１００）1/2以上とすることにより、デスケールの効果を十分に得ることができる。
式（２）の下限値は、好ましくは１×（τ／１００）1/2、より好ましくは２×（τ／１００）1/2である。また、式（２）の上限値は、好ましくは８×（τ／１００）1/2、より好ましくは７×（τ／１００）1/2である。
例えば、パルス幅が１００ｎｓの場合、折り返し部２１及びその近傍２２におけるパルスレーザ光１３のフルエンスは、好ましくは０．５～１０Ｊ／ｃｍ2、より好ましくは１～８Ｊ／ｃｍ2、更に好ましくは２～７Ｊ／ｃｍ2である。
０．５×（τ／１００）1/2≦Ｆｍ≦１０×（τ／１００）1/2 ・・・（２）
式中、τはパルス幅［ｎｓ］である。
フルエンスＦｍを１０×（τ／１００）1/2以下とすることにより、表面疵が発生したとしても、酸洗などによって除去することが可能になる。また、フルエンスＦｍを０．５×（τ／１００）1/2以上とすることにより、デスケールの効果を十分に得ることができる。
式（２）の下限値は、好ましくは１×（τ／１００）1/2、より好ましくは２×（τ／１００）1/2である。また、式（２）の上限値は、好ましくは８×（τ／１００）1/2、より好ましくは７×（τ／１００）1/2である。
例えば、パルス幅が１００ｎｓの場合、折り返し部２１及びその近傍２２におけるパルスレーザ光１３のフルエンスは、好ましくは０．５～１０Ｊ／ｃｍ2、より好ましくは１～８Ｊ／ｃｍ2、更に好ましくは２～７Ｊ／ｃｍ2である。
【0033】
パルスレーザ光１３の往復走査幅がステンレス鋼板１のＸ方向（例えば、幅方向）の長さよりも小さい場合、Ｘ方向の領域を複数に分け、当該複数の領域のそれぞれでパルスレーザ光１３の往復走査を繰り返し行うことが好ましい。
ここで、一例として、Ｘ方向の領域を２つに分け、２つの領域のそれぞれでパルスレーザ光１３の往復走査を繰り返し行う場合のパルスレーザ光１３の中心部の軌跡を示す概略図を図５に示す。
図５に示すように、パルスレーザ光１３の照射工程は、ステンレス鋼板１の表面のうちの部分Ａにおいてパルスレーザ光１３の照射を行う第１照射工程と、第１照射工程後にステンレス鋼板１の表面のうちの部分Ｂにおいてパルスレーザ光１３の照射を行う第２照射工程とを含む。第１照射工程ではパルスレーザ光１３の中心部が軌跡１６を辿り、第２照射工程ではパルスレーザ光１３の中心部が軌跡１７を辿る。このとき、部分Ａと部分Ｂとの間のＸ方向におけるパルスレーザ光１３の照射領域の重なりＤが、部分Ａ及び部分ＢのそれぞれにおけるＸ方向の走査幅の１～５０％であることが好ましく、２～３０％であることがより好ましい。照射領域の重なりＤを１％以上とすることにより、デスケールの効果を高めることができる。また、照射領域の重なりＤを５０％以下とすることにより、パルスレーザ光１３の往復走査幅がステンレス鋼板１のＸ方向（例えば、幅方向）の長さよりも小さい場合であっても、効率良くデスケールすることができる。
ここで、一例として、Ｘ方向の領域を２つに分け、２つの領域のそれぞれでパルスレーザ光１３の往復走査を繰り返し行う場合のパルスレーザ光１３の中心部の軌跡を示す概略図を図５に示す。
図５に示すように、パルスレーザ光１３の照射工程は、ステンレス鋼板１の表面のうちの部分Ａにおいてパルスレーザ光１３の照射を行う第１照射工程と、第１照射工程後にステンレス鋼板１の表面のうちの部分Ｂにおいてパルスレーザ光１３の照射を行う第２照射工程とを含む。第１照射工程ではパルスレーザ光１３の中心部が軌跡１６を辿り、第２照射工程ではパルスレーザ光１３の中心部が軌跡１７を辿る。このとき、部分Ａと部分Ｂとの間のＸ方向におけるパルスレーザ光１３の照射領域の重なりＤが、部分Ａ及び部分ＢのそれぞれにおけるＸ方向の走査幅の１～５０％であることが好ましく、２～３０％であることがより好ましい。照射領域の重なりＤを１％以上とすることにより、デスケールの効果を高めることができる。また、照射領域の重なりＤを５０％以下とすることにより、パルスレーザ光１３の往復走査幅がステンレス鋼板１のＸ方向（例えば、幅方向）の長さよりも小さい場合であっても、効率良くデスケールすることができる。
【0034】
照射工程（レーザデスケール）後には、必要に応じて酸洗処理を行う酸洗処理工程を更に含むことができる。酸洗処理工程を行うことにより、酸化スケールを安定して除去することができる。
酸洗処理の方法としては、特に限定されないが、ステンレス鋼板１を酸洗浴に浸漬すればよい。酸洗浴は、例えば、ＨＮＯ3（硝酸）、Ｈ2ＳＯ4（硫酸）、ＦｅＣｌ3（塩化第二鉄液）、又はＨＮＯ3とＨＦ（フッ化水素酸）との混合液を用いることができる。
酸洗処理の方法としては、特に限定されないが、ステンレス鋼板１を酸洗浴に浸漬すればよい。酸洗浴は、例えば、ＨＮＯ3（硝酸）、Ｈ2ＳＯ4（硫酸）、ＦｅＣｌ3（塩化第二鉄液）、又はＨＮＯ3とＨＦ（フッ化水素酸）との混合液を用いることができる。
【0035】
なお、酸洗処理工程の前処理として、照射工程と酸洗処理工程との間にステンレス鋼板１の表面に対して中性塩電解処理を行ってもよい。中性塩電解処理は、ステンレス鋼板１を、Ｎａ2ＳＯ4、Ｋ2ＳＯ4又はＮａＮＯ3などの中性塩を主成分とする中性塩水溶液中に浸漬すればよい。中性塩電解処理を行うことにより、照射工程を経た後のステンレス鋼板１が中性塩水溶液中で電解する。そのため、酸化スケールが、例えばＣｒ系の酸化物のような組織が緻密で化学的に安定した酸化物であっても、中性塩電解処理後の酸洗処理によって確実に酸化スケールを除去することができる。
【0036】
また、冷間圧延を施した場合には、前処理として、例えば照射工程（Ｓ５１）と酸洗処理工程との間に、ステンレス鋼板１の表面に対して溶融塩浸漬（ソルトバス）処理を行ってもよい。ソルトバス処理は、ステンレス鋼板１を、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）を主剤として４００～５００℃に保持した混合アルカリ溶融塩浴中に浸漬すればよい。
【0037】
なお、酸化スケール除去工程（Ｓ５）において、レーザ光照射工程を経た後のステンレス鋼板１の表面に対して酸洗処理を施すことは必須ではない。処理対象となるステンレス鋼板１の鋼種及びレーザ照射における各条件にもよるが、レーザ光照射工程だけで十分に酸化スケールを除去できる場合は、酸洗処理工程を省略してもよい。すなわち、酸化スケール除去工程（Ｓ５）では、少なくともレーザ光照射工程が行われていればよい。
また、上記ではステンレス鋼板１を例に挙げて具体的に説明したが、本発明の実施形態に係る酸化スケールの除去方法は、ステンレス鋼板１以外のステンレス鋼材にも適用可能であることに留意すべきである。
また、上記ではステンレス鋼板１を例に挙げて具体的に説明したが、本発明の実施形態に係る酸化スケールの除去方法は、ステンレス鋼板１以外のステンレス鋼材にも適用可能であることに留意すべきである。
【実施例】
【0038】
以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
上記で説明した製鋼工程（Ｓ１）、連続鋳造工程（Ｓ２）、熱間圧延工程（Ｓ３）及び連続焼鈍工程（Ｓ４）を行うことにより、ＳＵＳ３１６の鋼種の熱延焼鈍板（ステンレス鋼板）を作製した。
次に、熱延焼鈍板に対し、酸化スケール除去工程（Ｓ５）としてレーザデスケールを行った。レーザデスケールは、市販の装置（株式会社ＩＨＩ検査計測社製ＬａｓｅｒＣｌｅａｒ５０Ａ）を用いて行った。この装置の可動ステージに熱延焼鈍板を設置し、熱延焼鈍板の上方から板幅方向（Ｘ方向）に一定速度で往復走査しながらパルスレーザ光を照射するとともに、圧延方向（Ｙ方向）に沿って０．５ｍ／分で移動させた。往復走査幅は２５ｍｍとし、パルスレーザ光の照射条件は以下の通りとした。
上記で説明した製鋼工程（Ｓ１）、連続鋳造工程（Ｓ２）、熱間圧延工程（Ｓ３）及び連続焼鈍工程（Ｓ４）を行うことにより、ＳＵＳ３１６の鋼種の熱延焼鈍板（ステンレス鋼板）を作製した。
次に、熱延焼鈍板に対し、酸化スケール除去工程（Ｓ５）としてレーザデスケールを行った。レーザデスケールは、市販の装置（株式会社ＩＨＩ検査計測社製ＬａｓｅｒＣｌｅａｒ５０Ａ）を用いて行った。この装置の可動ステージに熱延焼鈍板を設置し、熱延焼鈍板の上方から板幅方向（Ｘ方向）に一定速度で往復走査しながらパルスレーザ光を照射するとともに、圧延方向（Ｙ方向）に沿って０．５ｍ／分で移動させた。往復走査幅は２５ｍｍとし、パルスレーザ光の照射条件は以下の通りとした。
【0039】
（照射条件Ａ）
波長：１０８５ｎｍ
パルス幅：１００ｎｓ
発振周期：１２０ｋＨｚ
照射速度：１００Ｈｚ
レーザのビーム径：９０μｍ
フルエンス：６．５５Ｊ／ｃｍ2
波長：１０８５ｎｍ
パルス幅：１００ｎｓ
発振周期：１２０ｋＨｚ
照射速度：１００Ｈｚ
レーザのビーム径：９０μｍ
フルエンス：６．５５Ｊ／ｃｍ2
【0040】
（照射条件Ｂ）
波長：１０８５ｎｍ
パルス幅：１００ｎｓ
発振周期：１２０ｋＨｚ
照射速度：１００Ｈｚ
レーザのビーム径：９０μｍ
フルエンス：３．９３Ｊ／ｃｍ2
波長：１０８５ｎｍ
パルス幅：１００ｎｓ
発振周期：１２０ｋＨｚ
照射速度：１００Ｈｚ
レーザのビーム径：９０μｍ
フルエンス：３．９３Ｊ／ｃｍ2
【0041】
レーザデスケール後の熱延焼鈍板の表面について、光学顕微鏡を用いて観察を行った。その結果（１５０倍の光学顕微鏡写真）を図６に示す。
観察した光学顕微鏡写真について、酸化スケールが残存している部分と酸化スケールが除去された部分とを、輝度の差を利用して二値化し、酸化スケールが除去された部分の面積を観察範囲の面積で除することにより、スケール除去率を算出した。その結果、照射条件Ａでレーザデスケールを行った場合、折り返し部及びその近傍のスケール除去率が７５％、主走査部のスケール除去率が７２％であった。また、照射条件Ｂでレーザデスケールを行った場合、折り返し部及びその近傍のスケール除去率が５５％、主走査部のスケール除去率が５２％であった。なお、スケール除去率が５０％以上であれば、酸洗などによって残りのスケールを容易に除去できることから、スケール除去の効果は良好であると判断することができる。
観察した光学顕微鏡写真について、酸化スケールが残存している部分と酸化スケールが除去された部分とを、輝度の差を利用して二値化し、酸化スケールが除去された部分の面積を観察範囲の面積で除することにより、スケール除去率を算出した。その結果、照射条件Ａでレーザデスケールを行った場合、折り返し部及びその近傍のスケール除去率が７５％、主走査部のスケール除去率が７２％であった。また、照射条件Ｂでレーザデスケールを行った場合、折り返し部及びその近傍のスケール除去率が５５％、主走査部のスケール除去率が５２％であった。なお、スケール除去率が５０％以上であれば、酸洗などによって残りのスケールを容易に除去できることから、スケール除去の効果は良好であると判断することができる。
【0042】
また、光学顕微鏡写真における往復走査の主走査部（Ｐ１）及び折り返し部の近傍（Ｐ２）において断面曲線を測定し、算術平均高さＲａ及び最大高さＲｚを算出した。Ｐ１は端部から７００μｍの位置、Ｐ２は端部から１００μｍの位置とした。また、断面曲線の測定は、レーザ顕微鏡（オリンパス株式会社製ＯＬＳ４１００）を用いて行った。測定された断面曲線の結果を図６に示す。
【0043】
図６に示されるように、照射条件Ａ（図６の上段）でレーザデスケールを行った場合、折り返し部及びその近傍に過大な凹凸部の形成が確認された。この過大な凹凸部は、算術平均高さＲａが４．７μｍ、最大高さＲｚが３０．０μｍであった。したがって、この過大な凹凸部は、表面疵の原因となる。一方、主走査部では、過大な凹凸部は確認されず、算術平均高さＲａが１．１μｍ、最大高さＲｚが７．４μｍであった。
また、照射条件Ｂ（図６の下段）でレーザデスケールを行った場合、折り返し部及びその近傍に小さな凹凸部が確認された。この小さな凹凸部は、算術平均高さＲａが２．１μｍ、最大高さＲｚが１４．９μｍであった。したがって、この小さな凹凸部は、表面疵の原因とはなり難い。また、主走査部では、小さな凹凸部も確認されず、算術平均高さＲａが０．９μｍ、最大高さＲｚが６．５μｍであった。
したがって、パルスレーザ光を往復走査しながら照射する際に、主走査部におけるパルスレーザ光の照射を照射条件Ａで行い、折り返し部及びその近傍におけるパルスレーザ光の照射を照射条件Ｂで行うことにより、折り返し部及びその近傍に過大な凹凸部を形成させることなく、デスケールを行うことができると推察される。
また、照射条件Ｂ（図６の下段）でレーザデスケールを行った場合、折り返し部及びその近傍に小さな凹凸部が確認された。この小さな凹凸部は、算術平均高さＲａが２．１μｍ、最大高さＲｚが１４．９μｍであった。したがって、この小さな凹凸部は、表面疵の原因とはなり難い。また、主走査部では、小さな凹凸部も確認されず、算術平均高さＲａが０．９μｍ、最大高さＲｚが６．５μｍであった。
したがって、パルスレーザ光を往復走査しながら照射する際に、主走査部におけるパルスレーザ光の照射を照射条件Ａで行い、折り返し部及びその近傍におけるパルスレーザ光の照射を照射条件Ｂで行うことにより、折り返し部及びその近傍に過大な凹凸部を形成させることなく、デスケールを行うことができると推察される。
【0044】
以上の結果からわかるように、本発明によれば、レーザ光の往復走査における折り返し部及びその近傍の入熱量の増大による過大な凹凸部の形成を抑制することが可能な酸化スケールの除去方法を提供することができる。また、本発明によれば、生産効率が高く、外観が良好なステンレス鋼材の製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【0045】
１ ステンレス鋼板
１０ レーザ光照射装置
１１ レーザ発振器
１２ レーザヘッド
１３ パルスレーザ光
１５，１６，１７ パルスレーザ光の中心部の軌跡
２０ 主走査部
２１ 折り返し部
２２ 折り返し部の近傍
１０ レーザ光照射装置
１１ レーザ発振器
１２ レーザヘッド
１３ パルスレーザ光
１５，１６，１７ パルスレーザ光の中心部の軌跡
２０ 主走査部
２１ 折り返し部
２２ 折り返し部の近傍
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
