(57)【要約】【課題】比較的厚い酸化スケールを、酸洗を行わずに除去することができる酸化スケールの除去方法および除去装置、ならびに鋼材の製造方法を提供する。【解決手段】鋼材の表面を覆う酸化スケールを除去する酸化スケールの除去方法は、酸化スケールの表面に液体を塗布する工程と、次いで、塗布された液体を酸化スケールの内部に浸透させる工程と、次いで、液体が浸透した状態の酸化スケールを機械加工により除去する工程とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材の表面を覆う酸化スケールを除去する酸化スケールの除去方法であって、
前記酸化スケールの表面に液体を塗布する工程と、
次いで、前記塗布された液体を前記酸化スケールの内部に浸透させる工程と、
次いで、前記液体が浸透した状態の酸化スケールを機械加工により除去する工程と、
を有することを特徴とする酸化スケールの除去方法。
【請求項２】
前記塗布した液体を浸透させる工程は、１５秒以上であることを特徴とする請求項１に記載の酸化スケールの除去方法。
【請求項３】
前記酸化スケールの厚さは５００μｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の酸化スケールの除去方法。
【請求項４】
前記塗布する液体の体積は、酸化スケールの体積の０．３倍以上、２．０倍以下であることを特徴とする請求項１から請求項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】
前記液体は、水、またはｐＨ５以上の酸性または塩基性の溶液であることを特徴とする請求項１から請求項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】
鋼材の表面を覆う酸化スケールを除去する酸化スケールの除去装置であって、
前記酸化スケールの表面に液体を塗布する塗布機構と、
前記塗布された液体が前記酸化スケールの内部に浸透された状態で、前記酸化スケールを除去する機械加工工具と、
を有することを特徴とする酸化スケールの除去装置。
【請求項７】
前記塗布機構は、塗布ノズルまたは塗布ローラーを有することを特徴とする請求項６に記載の酸化スケール除去装置。
【請求項８】
前記機械加工工具は、切削工具または研削工具であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の酸化スケール除去装置。
【請求項９】
前記塗布機構は、前記機械加工工具の近傍に設けられ、前記酸化スケールを除去する加工パスの次のパスに液体を塗布し、前記機械加工工具は、前記液体が塗布されて前記酸化スケールの内部に浸透された状態で、前記酸化スケールを除去することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の酸化スケールの除去装置。
【請求項１０】
鋼材の表面に酸化スケールが形成された状態の素材を準備する工程と、
前記酸化スケールの表面に液体を塗布する工程と、
次いで、前記塗布された液体を前記酸化スケールの内部に浸透させる工程と、
次いで、前記液体が浸透した状態の酸化スケールを機械加工により除去する工程と、
を有することを特徴とする鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の表面を覆う酸化スケールを除去する酸化スケールの除去方法および除去装置、ならびに鋼材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の表面は酸化スケールで覆われており、この酸化スケールを除去する必要がある。従来、酸化スケールの除去方法としては、研削や切削、ショットブラストを用いて物理的に酸化スケールを除去する機械的な除去方法と、酸洗等により化学的に酸化スケールを除去する化学的な除去方法が行われている。
【０００３】
しかし、数百μｍ以上の比較的厚い酸化スケールが形成されている場合は、工具寿命の点から機械的な除去方法のみで酸化スケールを除去することは困難であり、また、酸洗のみでも酸化スケールを完全に除去することが困難な場合がある。このため、酸洗により酸化スケールの機械的強度および化学的強度を低下させた後に、研削を行うことにより、酸化スケールを除去する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２５６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のような方法では、酸洗の際に強酸性または強塩基性の溶液が大量に必要であり、人体に有害であるとともに、酸化スケールの除去後の鋼材に付着した酸を水で洗い流す必要があり大規模な配管設備が必要である。
【０００６】
したがって、本発明は、比較的厚い酸化スケールを、酸洗を行わずに除去することができる酸化スケールの除去方法および除去装置、ならびに鋼材の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、以下の［１］〜［１０］を提供する。
【０００８】
［１］鋼材の表面を覆う酸化スケールを除去する酸化スケールの除去方法であって、
前記酸化スケールの表面に液体を塗布する工程と、
次いで、前記塗布された液体を前記酸化スケールの内部に浸透させる工程と、
次いで、前記液体が浸透した状態の酸化スケールを機械加工により除去する工程と、
を有することを特徴とする酸化スケールの除去方法。
【０００９】
［２］前記塗布した液体を浸透させる工程は、１５秒以上であることを特徴とする上記［１］に記載の酸化スケールの除去方法。
【００１０】
［３］前記酸化スケールの厚さは５００μｍ以上であることを特徴とする上記［１］または［２］に記載の酸化スケールの除去方法。
【００１１】
［４］前記塗布する液体の体積は、酸化スケールの体積の０．３倍以上、２．０倍以下であることを特徴とする上記［１］〜［３］のいずれかに記載の酸化スケールの除去方法。
【００１２】
［５］前記液体は、水、またはｐＨ５以上の酸性または塩基性の溶液であることを特徴とする上記［１］〜［４］のいずれかに記載の酸化スケールの除去方法。
【００１３】
［６］鋼材の表面を覆う酸化スケールを除去する酸化スケールの除去装置であって、
前記酸化スケールの表面に液体を塗布する塗布機構と、
前記塗布された液体が前記酸化スケールの内部に浸透された状態で、前記酸化スケールを除去する機械加工工具と、
を有することを特徴とする酸化スケールの除去装置。
【００１４】
［７］前記塗布機構は、塗布ノズルまたは塗布ローラーを有することを特徴とする上記［６］に記載の酸化スケール除去装置。
【００１５】
［８］前記機械加工工具は、切削工具または研削工具であることを特徴とする上記［６］または［７］に記載の酸化スケール除去装置。
【００１６】
［９］前記塗布機構は、前記機械加工工具の近傍に設けられ、前記酸化スケールを除去する加工パスの次のパスに液体を塗布し、前記機械加工工具は、前記液体が塗布されて前記酸化スケールの内部に浸透された状態で、前記酸化スケールを除去することを特徴とする上記［６］〜［８］のいずれかに記載の酸化スケールの除去装置。
【００１７】
［１０］鋼材の表面に酸化スケールが形成された状態の素材を準備する工程と、
前記酸化スケールの表面に液体を塗布する工程と、
次いで、前記塗布された液体を前記酸化スケールの内部に浸透させる工程と、
次いで、前記液体が浸透した状態の酸化スケールを機械加工により除去する工程と、
を有することを特徴とする鋼材の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、酸化スケールに液体を塗布し、液体を酸化スケール内部に浸透させるので、酸化スケール内部の空隙が液体で満たされることで、機械加工により酸化スケールを除去する際に、酸化スケールによる機械加工工具の急速な摩耗が抑制され、工具寿命を延ばすことができるようになる。したがって、酸化スケールの厚さが比較的厚い場合でも、酸洗を行うことなく、機械加工により酸化スケールを除去することができる。また、塗布する液体を水等の無害な液体とすることができるので、排液処理の必要がなくなるという効果もある。さらに、塗布する液体の量は、酸化スケールの体積程度でよく、酸洗後の水洗や一般的な湿式加工と比較して使用する液体の量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸化スケール除去方法を示すフローチャートである。
【図２】酸化スケール除去装置の一例を示す斜視図である。
【図３】酸化スケール除去装置の他の例を示す斜視図である。
【図４】酸化スケール除去装置のさらに他の例を示す斜視図である。
【図５】酸化スケール除去装置のさらにまた他の例を示す斜視図である。
【図６】酸化スケールに塗布した液体の浸透時間と工具摩耗量との関係を示す図である。
【図７】本発明に従って液体を塗布した後に切削工具により酸化スケールを除去した場合、液体を塗布せずに切削工具によりスケールを除去した場合、および一般的な湿式加工により酸化スケールを除去した場合について、液体を塗布せずに酸化スケールを除去した場合の工具寿命に対する工具寿命比を示す図である。
【図８】酸化スケールに塗布した液体の体積と酸化スケールの体積の比と、切削後の工具摩耗量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る酸化スケール除去方法を示すフローチャートである。
【００２１】
本実施形態では、酸化スケールに覆われた鋼材の酸化スケールを除去するにあたり、最初に酸化スケールの表面に液体を塗布し（ステップ１）、次いで、塗布した液体を酸化スケールの内部に浸透させ（ステップ２）、次いで、液体が浸透した状態の酸化スケールを機械加工により除去する（ステップ３）。
【００２２】
本発明が適用される鋼材は特に制限はなく、厚板であっても薄板であってもよい。また、本発明は、酸化スケールの厚さが数百μｍ以上と比較的厚い場合に有効である。好ましくは５００μｍ（０．５ｍｍ）以上である。
【００２３】
また、上記ステップ１において、塗布される液体は、特に限定されない。酸洗に用いられる人体に有害な高濃度の酸性または塩基性溶液を用いる必要はなく、人体に無害な、水（純水）または微弱な酸性もしくは塩基性の溶液（ｐＨ５以上）であってよい。
【００２４】
液体を塗布するための手法は特に限定されない。例えば、ノズルから液体を酸化スケールに供給して塗布する手法や、刷毛やローラーを用いて塗布する手法を用いることができる。
【００２５】
ステップ２の塗布した液体を酸化スケールの内部に浸透させる工程は、ステップ１の液体を塗布する工程の後、所定時間放置することによりなされる。酸化スケール内部に浸透した液体により、酸化スケールの空隙が満たされる。
【００２６】
ステップ３の機械加工は、研削加工または切削加工により行われる。この機械加工の際、酸化スケールの内部に液体が浸透することにより、酸化スケール内部の空隙が液体で満たされるので、酸化スケール粒子が液体に覆われた状態になり、酸化スケール粒子と機械加工工具（研削工具もしくは切削工具）とが直接接触することが防止されて工具に及ぼされる摩擦力が小さくなる。このため、酸化スケールによる工具の急速な摩耗が抑制され、工具寿命を延ばすことができるようになる。したがって、酸化スケールの厚さが比較的厚い場合でも、酸洗を行うことなく、機械加工により酸化スケールを除去することができる。
【００２７】
このような効果を有効に発揮させるためには、塗布する液体の体積は、工具摩耗を十分に減少できる程度に酸化スケール粒子を覆うことができる量であることが好ましく、酸化スケールの体積の０．３倍以上、２．０倍以下であることが好ましい。酸化スケールの体積は、鋼材の表面積と酸化スケールの厚さの積により求めることができる。また、塗布した液体を酸化スケールの内部に浸透させるための時間、すなわち液体を塗布してから機械加工を行うまでの時間は、１５秒以上であることが好ましい。これにより、液体を酸化スケールに十分浸透させることができる。また、作業効率の点から２０分以下が好ましい。ここで、液体が酸化スケールに十分浸透した状態とは、工具の摩耗量を低下させる効果が飽和した状態をいう。
【００２８】
また、塗布する液体を水等の無害な液体とすることができるので、排液処理の必要がなくなるという効果もある。水を用いる場合には、設備が錆び難い水、例えば還元水を用いることが好ましい。
【００２９】
さらに、液体を塗布することで、使用する液体の量を、酸洗後に必要な量と比較して極めて少なくすることができる。すなわち、酸洗を行う場合には、酸を洗い流すために大量の水が必要であるが、本発明のように液体を塗布する場合は、上述したように、液体の量は、工具摩耗を十分に減少できる程度に酸化スケール粒子を覆うことができる量であればよく、酸化スケールの体積と同程度の量で十分であり、酸洗後の水洗と比較して使用する液体の量を少なくすることができる。なお、一般的な湿式加工では液体を流しながら加工を行うが、本発明では液体を塗布すればよく、一般的な湿式加工と比べても液体の量を少なくすることができる。
【００３０】
次に、本発明を実施するための装置について説明する。
図２は、酸化スケール除去装置の一例を示す斜視図である。本例の酸化スケール除去装置は、鋼材１０の表面の酸化スケール１１を除去するものであり、図示しない移動機構により移動可能に設けられた加工ヘッド１を有している。加工ヘッド１には機械加工工具としての切削工具２および液体を塗布する塗布機構としての塗布ノズル３が設けられている。
【００３１】
酸化スケール除去装置においては、加工ヘッド１を矢印Ａ方向に移動させながら、切削工具２により酸化スケール１１を除去する。１２は酸化スケール除去加工後の面である。
【００３２】
一方、塗布ノズル３からは液体が吐出され、吐出された液体が酸化スケール１１に塗布される。１３は液体が塗布された酸化スケール表面である。このとき、液体が塗布されるのは、加工パスの次のパスである。したがって、酸化スケール１１に液体が塗布されてから切削工具２により除去されるまでは時間があり、塗布された液体は酸化スケール１１に十分に浸透する。
【００３３】
このため、酸化スケール粒子が液体に覆われた状態となり、酸化スケール１１を除去する際に工具摩耗が減少し、工具寿命を延ばすことができる。また、液体を塗布する塗布機構としての塗布ノズル３が機械加工工具としての切削工具２に隣接して設けられ、次のパスに液体を塗布しながら、液体塗布後の酸化スケールを除去するので、効率良く酸化スケールの除去を行うことができる。
【００３４】
図３は、酸化スケール除去装置の他の例を示す斜視図である。本例の酸化スケール除去装置は、塗布機構として、塗布ノズル３の代わりに塗布ローラー４が設けられている以外は、図２の酸化スケール除去装置と同様に構成されている。
【００３５】
本例においても、同様に、酸化スケール粒子が液体に覆われた状態となり、酸化スケール１１を除去する際に工具摩耗が減少し、工具寿命を延ばすことができる。また、液体を塗布する塗布機構としての塗布ローラー４が機械加工工具としての切削工具２に隣接して設けられ、次のパスに液体を塗布しながら、液体塗布後の酸化スケールを除去するので、効率良く酸化スケールの除去を行うことができる。
【００３６】
図４は、酸化スケール除去装置のさらに他の例を示す斜視図である。本例の酸化スケール除去装置は、機械加工工具として、切削工具２の代わりに研削工具５が設けられている以外は、図２の酸化スケール除去装置と同様に構成されている。
【００３７】
本例においても、同様に、酸化スケール粒子が液体に覆われた状態となり、酸化スケール１１を除去する際に工具摩耗が減少し、工具寿命を延ばすことができる。また、液体を塗布する塗布機構としての塗布ノズル３が機械加工工具としての研削工具５に隣接して設けられ、次のパスに液体を塗布しながら、液体塗布後の酸化スケールを除去するので、効率良く酸化スケールの除去を行うことができる。
【００３８】
図５は、酸化スケール除去装置のさらにまた他の例を示す斜視図である。本例の酸化スケール除去装置は、塗布機構として、塗布ノズル３の代わりに塗布ローラー４が設けられている以外は、図４の酸化スケール除去装置と同様に構成されている。
【００３９】
本例においても、同様に、酸化スケール粒子が液体に覆われた状態となり、酸化スケール１１を除去する際に工具摩耗が減少し、工具寿命を延ばすことができる。また、液体を塗布する塗布機構としての塗布ローラー４が機械加工工具としての研削工具５に隣接して設けられ、次のパスに液体を塗布しながら、液体塗布後の酸化スケールを除去するので、効率良く酸化スケールの除去を行うことができる。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
まず、本発明により十分な摩耗抑制効果を有するまでの浸透時間を確認した。ここでは、本発明に従って液体を塗布した後に切削加工により酸化スケールを除去した。酸化スケール表面に塗布する液体の体積を酸化スケールの体積の０．３倍に固定して、浸透時間を変化させて切削加工により工具摩耗を比較した。
【００４１】
図６は、酸化スケールに塗布した液体の浸透時間と工具摩耗量との関係を示す図である。この図に示すように、浸透時間１５秒で工具摩耗量を低下させる効果は飽和する。これは、酸化スケール内部の空隙に十分液体が浸透したためである。この結果から、酸化スケールに塗布した液体の浸透時間は１５秒以上が好ましいことが確認された。また、工具摩耗量は２０分で飽和しており、作業効率を考慮すると２０分以内が好ましいことが確認された。
【００４２】
［実施例２］
次に、本発明の効果を確認した。ここでは、本発明に従って液体を塗布した後に切削工具により酸化スケールを除去した場合、液体を塗布せずに切削工具によりスケールを除去した場合、および一般的な湿式加工により酸化スケールを除去した場合で工具寿命を比較した。なお、塗布用の液体として、切削液原液、切削液の希釈液（１０倍希釈）、および水を用いた。
【００４３】
図７は、これらの場合について、液体を塗布せずに酸化スケールを除去した乾式切削の場合の工具寿命に対する工具寿命比を示す図である。なお、工具寿命は、フライス切削により、厚さ１０００μｍの酸化スケールに覆われた鋼材を加工し、逃げ面摩耗量が１．５ｍｍとなったときの切削面積をいう。この図に示すように、酸化スケール表面に液体を塗布した後に酸化スケールを除去することで、液体を塗布せずに酸化スケールを除去した場合よりも工具寿命が約２．５倍となっている。また、湿式加工により酸化スケールを除去した際の工具寿命よりも、酸化スケール表面に液体を塗布した後に酸化スケールを除去した際の工具寿命のほうが大きい。これは、湿式加工では、切削液を供給しながら酸化スケールの除去加工を行うため切削液はほとんど酸化スケールに浸透しないが、液体塗布後の除去加工では、液体が酸化スケールに浸透した状態で除去加工を行うため酸化スケールとの摩擦力が小さくなり、工具摩耗が減少したためと考えられる。さらに、塗布する液体として切削液原液、希釈液、水を用いた場合の工具寿命はほとんど同じであり、液体として水を用いても効果があることが確認された。
【００４４】
［実施例３］
ここでは、切削加工により酸化スケールを除去する際に、酸化スケール表面に塗布する液体の体積を変化させ、工具摩耗量を比較した。その結果を図８に示す。図８は、酸化スケールに塗布した液体の体積と酸化スケールの体積の比と、切削後の工具摩耗量との関係を示す図である。この図に示すように、酸化スケールに塗布した液体の体積が酸化スケールの体積の０．３倍で急激に工具摩耗量が低下していることがわかる。しかし、酸化スケールに塗布した液体の体積が酸化スケールの体積の２倍を超えても工具摩耗量を低下させる効果は飽和する。これは、酸化スケールに塗布した液体の体積が酸化スケールの体積の２倍を超えても、液体がそれ以上酸化スケールに浸透せず、酸化スケール外に流れ出るだけであるためである。この結果から、酸化スケールに塗布した液体の体積は、酸化スケールの体積の０．３倍以上、２倍以下が好ましいことが確認された。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、これらはあくまで例示であって制限的なものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱することなく、種々の形態で、省略、置換、変更可能であることはいうまでもない。
【００４６】
例えば、図２〜５に示す酸化スケール除去装置は例示に過ぎず、機械加工工具や塗布機構として他のものを使用可能である。また、酸化スケールに塗布する液体についても、酸化スケールに浸透するものであれば上述したものに限らない。
【符号の説明】
【００４７】
１  加工ヘッド
２  切削工具
３  塗布ノズル
４  塗布ローラー
５  研削工具
１０  鋼材
１１  酸化スケール
１２  酸化スケール除去加工後の面
１３  液体が塗布された酸化スケール表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020037174.tif 000008
【図７】
2020037174.tif 000009
【図８】
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