(57)【要約】【課題】熱延板焼鈍と酸洗前処理の両方を不要とするステンレス鋼材の酸洗方法及び製造方法を提供する。【解決手段】ステンレス鋼材を酸洗液により酸洗するにあたり、該酸洗液は、濃度が70〜200g/Lの塩酸溶液と濃度が8〜30g/Lの過酸化水素溶液からなる混合溶液である。このような混合溶液で酸洗処理することにより、熱間圧延時のCr炭窒化物の析出による粒界近傍の鋭敏化による粒界侵食を抑制し、黒皮スケールを完全に除去できる。その結果、熱間圧延後のステンレス鋼熱延板を、熱延板焼鈍および酸洗前処理することなしに、直接酸洗処理することが可能となる。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼材を酸洗処理するにあたり、熱間圧延後のステンレス鋼熱延板を、熱延板焼鈍および酸洗前処理することなしに、濃度が70〜200g/Lの塩酸溶液と濃度が8〜30g/Lの過酸化水素溶液からなる混合溶液で、酸洗処理することを特徴とするステンレス鋼材の酸洗方法。
【請求項２】
ステンレス鋼材を酸洗処理するにあたり、700℃以下の温度で巻取処理後のステンレス鋼熱延板を、熱延板焼鈍および酸洗前処理することなしに、濃度が70〜200g/Lの塩酸溶液と濃度が8〜30g/Lの過酸化水素溶液からなる混合溶液で酸洗処理することを特徴とするステンレス鋼材の酸洗方法。
【請求項３】
Crを10.0〜20.0mass%含有するフェライト系ステンレス鋼熱延板に、請求項１または２に記載の酸洗方法により酸洗処理を施すことを特徴とする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、ステンレス鋼材の酸洗方法及び製造方法に関し、特にステンレス鋼熱延板を熱延板焼鈍および酸洗前処理を施すことなしに酸洗処理するステンレス鋼材の酸洗方法及び製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼は、Crを含有し、耐食性に優れるため、その用途はますます拡大する傾向にある。しかしながら、Crなどの高価な元素を多量に含有するため、原料価格が嵩むことに加え、その製造プロセスが、スラブ→熱間圧延→熱延板焼鈍→ショットブラストなどの酸洗前処理→酸洗→冷間圧延→冷延板焼鈍→冷延板酸洗、といった複雑なプロセスを経て製造されるため、製造コストが高いという問題を抱えている。そこで、これらの製造工程の一部を省略した製造方法が、製造コストおよび製造期間の短縮の観点から注目されている。
従来、ステンレス鋼は、熱間圧延後に熱延板焼鈍を行って製造されてきた。
しかし、近年、高加工性を得るためにr値などの材質特性の向上を目的として、熱延板焼鈍の省略について検討がなされ、熱延板焼鈍を省略したステンレス鋼についても、技術的に製造が可能となってきている。
例えば、特許文献1では、自動車や二輪車用燃料タンクやパイプの成形性を高めるために、ステンレス鋼スラブを熱間圧延する際、スラブ加熱温度を１１００〜１２００℃とし、粗圧延の総圧下率と仕上圧延の総圧下率の比を０．８〜１．０とする連続圧延を仕上圧延終了温度７００〜９００℃で行い、６５０〜８５０℃で巻取った後、熱間圧延板焼鈍を省略して冷間圧延と焼鈍を施す、加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼板の製造方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、熱延板焼鈍を行わない製造プロセスであるため、熱間圧延時のCr炭窒化物の析出による粒界近傍のCr濃度の低下（鋭敏化）が生じ、ステンレス熱延鋼板の酸洗液として、処理能力の高さから一般に用いられている硝酸と弗酸の組み合わせによる混合酸液では、粒界侵食は避けられない。また、その他の酸洗液として、塩酸や硫酸を用いる場合でも、ショットブラストなどの酸洗前処理を必要とする。
【０００３】
また、熱延板焼鈍を行わない場合の鋭敏化に起因する酸洗時の粒界侵食回避方法として、特許文献２では、メカニカルデスケーリングを施し、次いで、熱延板表面を予熱し、硝酸と弗酸の混合液、または、硝酸と塩酸の混合液で酸洗処理する方法が開示されている。
【０００４】
ところで、Crを含有するステンレス鋼は、普通鋼とは異なり、熱延または焼鈍時に難脱スケール性のCr2O3を含む黒皮スケールを形成する。このため、酸浸漬のみによる酸洗では脱スケールに長時間を必要とするため、酸洗前処理としてショットブラストやメカニカルスケールブレーカー（MSB）による歪付与などの機械的なスケールの破壊が不可欠となる。この酸洗前処理方法としては、例えば、特許文献３では、スチールショットを高速回転する投射手段で走行中の鋼材表面に打ちつけ、該表面の付着スケールを除去するに際し、上記投射手段の回転数を鋼材の走行速度に応じて調整することを特徴とするショットブラストによる鋼材の脱スケール方法が開示されている。また、特許文献４では、表層にスケールを有するステンレス鋼に歪みを付与し、その後酸洗によりスケールを除去するステンレス鋼の脱スケール方法において、ステンレス鋼の化学成分中、ＭｏおよびＴｉの含有量に応じて、前記歪みの付与の仕方を変更することを特徴とするステンレス鋼の脱スケール方法が開示されている。
しかしながら、粒界侵食やスケール残りに起因する冷延板での表面欠陥の発生を防止した上で、熱延板焼鈍と酸洗前処理の両者を省略可能とする製造プロセスは、これまで実現していない。
【特許文献１】特開2006-89814号公報
【特許文献２】特公平2-50810号公報
【特許文献３】特開平9-155435号公報
【特許文献４】特開2006-95587号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、熱延板焼鈍を省略しようとする場合、熱間圧延時のCr炭窒化物の析出による粒界近傍の鋭敏化が問題となり、粒界侵食を抑制するための脱スケール処理を行わなければならなかった。
一方、熱延時などに形成するステンレス鋼の黒皮スケールは難脱スケール性のCr2O3を含むため、機械的にスケールに亀裂を与えなければ酸浸透が不十分となり完全な脱スケールには至らない。そのため、酸洗前処理は必須であった。
本発明者らは、以上のような事情に鑑み、ステンレス鋼の熱延板焼鈍の省略に加え、更なる工程省略として、ショットブラストやMSBなどによる酸洗前処理の省略の可否に着目した。
そして、本発明は、ステンレス鋼材の製造において、上記従来技術では成し得なかった熱延板焼鈍と酸洗前処理の両方を不要とするステンレス鋼材の酸洗方法及び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】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決するために、熱間圧延後の熱延板焼鈍、更には、酸洗前処理による黒皮スケールへのスケールブレークを施さずに、酸洗工程のみで脱スケールするために、酸洗処理時の酸洗液に着目した。そして、酸洗液として塩酸溶液を選択し、その塩酸溶液に酸化剤を添加することが、上記課題に対して効果的であることがわかった。さらに、詳細な検討を行った結果、塩酸溶液に酸化剤としての働きを有する過酸化水素を適量添加することで、所期の目的が達成できるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［１］ステンレス鋼材を酸洗処理するにあたり、熱間圧延後のステンレス鋼熱延板を、熱延板焼鈍および酸洗前処理することなしに、濃度が70〜200g/Lの塩酸溶液と濃度が8〜30g/Lの過酸化水素溶液からなる混合溶液で、酸洗処理することを特徴とするステンレス鋼材の酸洗方法。
［２］ステンレス鋼材を酸洗処理するにあたり、700℃以下の温度で巻取処理後のステンレス鋼熱延板を、熱延板焼鈍および酸洗前処理することなしに、濃度が70〜200g/Lの塩酸溶液と濃度が8〜30g/Lの過酸化水素溶液からなる混合溶液で酸洗処理することを特徴とするステンレス鋼材の酸洗方法。
［３］Crを10.0〜20.0mass%含有するフェライト系ステンレス鋼熱延板に、前記［１］または［２］に記載の酸洗方法により酸洗処理を施すことを特徴とするステンレス鋼材の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の酸洗方法を用いることで、スケール残りや粒界侵食のない表面性状に優れたステンレス鋼材を、熱延板焼鈍と酸洗前処理を施すことなしに製造することができる。
【０００９】
また、熱延板焼鈍と酸洗前処理の工程を省略することにより、製造コストの低減および製造期間の短縮が可能となり、生産性の高いステンレス鋼材が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明は、熱間圧延後のステンレス鋼熱延板を、熱延板焼鈍および酸洗前処理することなしに、酸洗処理し、スケール残りや粒界侵食のない表面性状に優れたステンレス鋼材を得ることを第一の特徴とする。そして、酸洗処理時の処理液として、濃度が70〜200g/Lの塩酸溶液と濃度が8〜30g/Lの過酸化水素溶液からなる混合液を用いることで、熱間圧延時のCr炭窒化物の析出による粒界近傍の鋭敏化に起因した粒界侵食を抑制し、黒皮スケールを完全に除去することを第二の特徴とする。
【００１１】
まず、本発明の主要な要件である、酸洗処理液について説明する。
本発明者らは、熱延板焼鈍を行っていない黒皮ままの熱延板を、ショットブラストなどの酸洗前処理を施さずに脱スケールするため、酸洗液として塩酸溶液に着目した。ステンレス鋼熱延板の酸洗は、一般的に硝弗酸溶液が多く用いられるが、熱延板焼鈍を行わない場合、熱間圧延時に粒界へCr炭窒化物が析出し、粒界近傍のCr濃度が低下する、いわゆる鋭敏化が生じる。そして、硝弗酸溶液は、母材のCr量が高いほど溶解力が急激に低下するため、鋭敏化した熱延板を硝弗酸溶液で酸洗した場合、粒界侵食が生じ、冷間圧延後の表面欠陥の原因となる。そこで、地鉄溶解のCr量依存性が少ない塩酸溶液を酸洗液としてまず選択した。さらに、塩酸溶液の濃度が70g/L未満では、溶解力が不十分である。一方、塩酸溶液の濃度が200g/L超えでは、過酸洗による肌荒れが生じる。よって、塩酸の濃度は70g/L以上200g/L以下とした。
【００１２】
次に、酸洗時に地鉄部分への酸浸透の妨げとなる黒皮スケールの剥離を促進するために、塩酸溶液中への酸化剤の添加について検討した。
まず、酸化剤としての働きを有する溶液から、高い酸化還元電位を有する酸化剤として過酸化水素溶液を選択した。次に酸化剤として過酸化水素を用いるにあたって、最も効果的な濃度を調査するため、以下の実験を行った。
熱間圧延後、巻取処理を700℃で行い、11%Cr鋼の黒皮ままの熱延板を得た。次いで、得られた黒皮ままの熱延板から採取した試験片を用いて、ショットブラストなどの酸洗前処理を施さずに、液温80℃、60秒の条件で酸洗処理を行った。なお、試験片は、11%Cr鋼の黒皮ままの熱延板から30mm×40mmの寸法に切り出して作製した。また、酸洗液としては、市販の塩酸試薬を用いて、濃度が100g/Lである塩酸溶液に、酸化剤として過酸化水素を5〜40g/Lまで変化させて添加した混合溶液を調合し用いた。
酸洗処理後、脱スケールの判定を行った。脱スケールの判定については、酸洗後の試験片表面をX線回折により分析し、スケール残留の有無を確認した。また、酸洗前後での重量変化を測定して、単位面積あたりの酸洗減量を算出した。得られた結果を表1および図1に示す。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
表１および図1より、塩酸溶液に酸化剤として過酸化水素を添加すると、酸洗減量が増加することがわかる。また、脱スケール性については、8g/L以上の濃度の過酸化水素添加により、黒皮スケールが完全に除去され、黒皮スケールの残留がない良好な表面が得られている。
以上の結果より、70〜200g/Lの濃度の塩酸溶液に、酸化剤として8g/L以上の濃度の過酸化水素を添加することが、黒皮スケールの除去等に対して効果的であることがわかる。
ここで、30g/L超えの濃度の過酸化水素添加は、黒皮スケールの除去に対して効果的ではあるが、酸洗減量は飽和傾向にあるため、上限を30g/Lとする。
よって、本発明においては、70〜200g/Lの濃度の塩酸溶液に、酸化剤として8〜30g/Lの濃度の過酸化水素溶液を添加することとする。このような塩酸と過酸化水素の混合溶液を用いることで、ショットブラストなどの酸洗前処理を施さずに黒皮スケールの脱スケールが可能となる。
【００１５】
酸洗処理液以外の酸洗条件として、液温は65〜90℃が好ましい。65℃未満では溶解力が不十分である。一方、90℃超えでは、塩酸濃度がゆらぎ、均一な酸洗が困難となる。
また、処理時間は30〜180secが好ましい。30sec未満では溶解量が不十分である。一方、180sec超えでは、酸洗時間が長くなり、生産性が低下する。
【００１６】
次に本発明のステンレス鋼材の成分組成について説明する。
本発明のステンレス鋼材の成分組成については、特に限定しない。しかし、中でも以下に示す成分組成とするのが、以下の理由から好ましく、好適に用いられる。
Cr含有量：10.0〜20.0mass%以下
Crは、耐食性を付与するために必要不可欠な元素であり、使用目的の耐食性レベルに応じて含有される。Cr含有量が10.0 mass %未満では、Crによる耐食性向上が顕著ではないので、含有量の下限を10.0mass%とする。一方、Cr含有量が20.0mass%を超えると、本発明の酸洗方法を用いて酸洗を行ったとしても酸洗後にスケールが残存する可能性があるため、上限を20.0 mass %とする。
更に、本発明は、難脱スケール性のNi含有量の少ないフェライト系ステンレス鋼に好適に用いられる。
【００１７】
次に本発明のステンレス鋼材の製造方法について説明する。
本発明のステンレス鋼材は、通常用いられる製造方法により製造される。しかし、本発明においては、上述の通り、熱延板焼鈍、ショットブラストなどの酸洗前処理を省略し、熱間圧延後、酸洗処理し、次いで、冷間圧延、冷延板焼鈍、冷延板酸洗を行い、ステンレス鋼材を得ることが可能となる。
中でも、熱間圧延後に700℃以下の巻取温度で巻取処理を行うことが好ましい。巻取温度を700℃以下とすることによって、コイル徐冷中に生じるFe酸化物の還元と、それに伴うCrの酸化によるCr系スケールの生成を抑制することができる。巻取温度が700℃を超えるとコイル冷却中にスケール内層にCr濃度の高いスケール層の生成が促進されるため、酸洗性が低下する場合がある。よって、熱間圧延後の巻取温度は、700℃以下とすることが好ましい。
また、より良好な酸洗後の表面性状を得るために、スマット除去の目的で鋼板表面をブラッシングすることが好ましい。
また、本発明の酸洗の次工程として、良好な表面性状を得るために硝酸などによる仕上げ酸洗を行ってもよい。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
通常の方法で製造し、Crを11mass％、16 mass %、25 mass %とそれぞれ含有するスラブを熱間圧延し、表2に示す条件にて巻き取り、熱延板を得た。次いで、得られた熱延板に対して、熱延板焼鈍およびショットブラストなどの酸洗前処理を施さずに、表2に示すように塩酸濃度および過酸化水素濃度が異なる酸性処理液で、液温80℃、処理時間60秒の条件にて酸洗処理を行った。なお、酸洗処理を行うにあたって、試験片としては、熱延板から30mm×40mmの寸法に切り出したものを使用した。また、酸洗処理液は、市販の塩酸試薬と過酸化水素試薬を用いて調合した。
【００１９】
酸洗処理後、脱スケールの判定を行った。脱スケールの判定については、酸洗後の試験片表面をX線回折により分析し、スケール残留の有無を確認した。また、酸洗前後での重量変化を測定することにより、単位面積あたりの酸洗減量を算出した。
得られた結果を、条件と併せて表２に示す。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
表２に示されるとおり、本発明例は、酸洗による減量が多く、黒皮スケールが完全に除去されていた。その結果、酸洗後の表面にスケール残りがなく、表面性状が良好なステンレス鋼材が得られた。
一方、塩酸濃度もしくは過酸化水素濃度が本発明範囲外である比較例は本発明例に比べ酸洗減量が少なく、表面の一部もしくは全面に黒皮スケールが残留していた。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の酸洗方法を用いることで、従来技術では成し得なかった熱延板焼鈍と酸洗前処理の両方を不要とすることが可能となる。その結果、生産性の高いステンレス鋼の製造方法を提供することになり、必要溶解量の多いＳＵＳ４３０などの高Cr鋼、難脱スケール鋼材であるＮｉ含有オーステナイト系ステンレス鋼やＭｏ含有ステンレス鋼を中心とするステンレス鋼材に対して好適に使用される。また、ステンレス鋼材に限らず、あらゆる鋼板に対しても利用が可能となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】過酸化水素添加量と酸洗減量および脱スケール性との関係を示す図である。
【図１】
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