(57)【要約】【課題】炭素鋼やクロムモリブデン鋼等の高炭素鋼熱延鋼板の酸洗において、平滑な表面を得ると共に、スマットの生成を低減する。【解決手段】炭素を０．１０質量％以上含有する高炭素鋼熱延鋼板の硫酸を主成分とする脱スケール酸洗において、硫酸を主体とする酸液にメルカプト基を含む有機化合物を酸洗液中の濃度にして、０．０００５〜０．００３ｍｏｌ／Ｌ添加した酸洗液を用いて酸洗を行うことを特徴とする高炭素鋼熱延鋼板の脱スケール酸洗方法。硫酸の濃度は１００ｇ／Ｌ〜４００ｇ／Ｌの範囲とするのが好ましい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を０．１０質量％以上含む高炭素鋼熱延鋼板の酸洗において、硫酸を主体とする酸液に、メルカプト基を含む有機化合物を０．０００５〜０．００３ｍｏｌ／Ｌ添加した酸洗液を用いる事を特徴とする高炭素鋼熱延鋼板の脱スケール酸洗方法。
【請求項２】
硫酸の濃度を１００ｇ／Ｌ〜４００ｇ／Ｌの範囲とすることを特徴とする請求項１に記載の高炭素鋼熱延鋼板の脱スケール酸洗方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素鋼やクロムモリブデン鋼等の、炭素を０．１０質量％以上含む高炭素鋼熱延鋼板のスケールを除去する脱スケール酸洗液および脱スケール方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱延鋼帯の脱スケール処理、いわゆる「酸洗」は、塩酸、硫酸などの酸あるいはその混酸の水溶液に浸漬して行う。通常はこの酸洗に先立ち、機械的な力によってスケール除去やスケールへの亀裂導入が行われる。この機械的デスケール方法としては、ショットブラスト処理やロールベンディング処理等がある。
【０００３】
酸洗時には、スケール中の亀裂を通って酸液が素材表面に到達し、金属の溶解と水素発生が起こり、スケールが鋼板表面から脱離する。このとき鋼の金属組織に対応する不均一な素地侵食が生じ、表面粗度が大きくなる。酸洗後は酸液を温水で洗い流し乾燥させるが、この際に褐色や黒色のスマットが発生し鋼帯の色調を暗色に変えている。
【０００４】
ここで「スケール」とは、鋼板の熱延時に表面に生成する酸化物であって、これを除去することを「脱スケール」という。また「スマット」とは、酸洗によりスケール、鋼帯素地が溶解した際に、鋼の表面に付着する黒色や茶褐色の物質を総称したものであり、鉄鋼に含まれていた炭素が微粉末状になってスケール中に含まれたものや、酸洗液中の鉄イオンが水洗乾燥時に酸化鉄や水酸化鉄として鋼板表面に再析出したものからなると考えられている。鋼組織に対応する不均一な素地侵食は表面粗度を大きくし、スマットの付着は鋼板の色調を暗くすると共に、色むらを生じさせるために、これらの低減が望まれている。
【０００５】
この脱スケール酸洗の欠点を軽減するために、鋼素材の素地侵食を減らす酸洗抑制剤としてアミン系などの含窒素化合物、チオ尿素誘導体などの硫黄化合物、界面活性剤など、多くのものが知られているが、いずれも脱スケールの速度をも変化させてしまう欠点があり、十分にその効果が得られていない。
一方、酸洗で生じたスマットを除去するためには、高圧水シャワー、ブラッシング等の物理効果を用いるのが一般的であるが、設備装置、廃水処理などの負担が大きく、更にスマット除去の安定性が乏しいため酸洗後の色調を一定に保てないといった欠点を抱えている。
【０００６】
鋼帯の脱スケール酸洗は、スマット生成や素地の不均一な侵食を防止するために、酸洗抑制剤を加えると脱スケール能力が低下する問題があり、これを解決する手段として、酸洗促進剤の添加が提案されている。
例えば、特許文献１には還元剤を添加する技術が、特許文献２には界面活性剤を添加する技術が、特許文献３にはスルフィン酸を添加する技術などがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭４７−３４１２２号公報
【特許文献２】
特開昭５７−１９８２７３号公報
【特許文献３】
特開平５−３３１７１号公報
【０００８】
しかしながら、これらの酸洗促進剤では、炭素鋼やクロムモリブデン鋼等の高炭素鋼熱延鋼板の脱スケール促進効果、特に硫酸酸洗においては促進効果に満足できるものがなく、逆に鋼素材を不均一に素地侵食し、スマットの増加を生じ、スマット除去のブラッシングや高圧水処理に負荷をかける問題を生じている。
このように、高炭素鋼熱延鋼帯の脱スケール酸洗では、酸洗速度を低下させずにスマット生成の抑制や、素地の不均一侵食による肌荒れ防止を有効に行う手段が無く、表面品位の高い酸洗板を造ることが困難であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、炭素鋼、クロムモリブデン鋼等の高炭素鋼熱延鋼帯の酸洗において、効率を低下させることなく、酸洗時の素地の不均一侵食による肌荒れを防止し、スマットの付着を低減して、鋼板表面を平滑で白色度が高く、均一な表面性状にする酸洗液及びこれを用いた脱スケール方法を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、鋼板の脱スケール酸洗液として硫酸または硫酸主体の酸を用い、高炭素鋼熱延鋼帯のスケールに対し、脱スケール効果を持たせながら、素地の不均一侵食による肌荒れを防止する添加材を研究した結果、メルカプト基を有する有機化合物を一定量添加することで、溶削量に影響する事無く、素地の不均一侵食を抑制し平滑な酸洗肌が得られ、かつスマットの付着を低減できることを見出した。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するため以下の構成を要旨とする。
（１）  炭素を０．１０質量％以上含む高炭素鋼熱延鋼板の酸洗において、硫酸を主体とする酸液に、メルカプト基を含む有機化合物を０．０００５〜０．００３ｍｏｌ／Ｌ添加した酸洗液を用いる事を特徴とする高炭素鋼熱延鋼板の脱スケール酸洗方法。
（２）  硫酸の濃度を１００ｇ／Ｌ〜４００ｇ／Ｌの範囲とすることを特徴とする前記（１）に記載の高炭素鋼熱延鋼板の脱スケール酸洗方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明について以下に詳しく説明する。
本発明の脱スケール酸洗液は、硫酸主体の脱スケール酸洗液に、メルカプト基を含む有機化合物を０．０００５〜０．００３ｍｏｌ／Ｌ添加したものである。これにより、高炭素鋼熱延鋼帯表面の脱スケール速度に影響すること無く、素地の不均一侵食による肌荒れを防止し、スマットの付着を低減する効果があることを見出した。
【００１３】
また、本発明において使用される硫酸の濃度は１００ｇ／Ｌ〜４００ｇ／Ｌが好ましく、より好ましくは２５０ｇ／Ｌ〜３５０ｇ／Ｌである。また、この濃度範囲の硫酸には鋼板が酸洗時に溶け込んだ鉄イオンが含まれ、酸液の温度によっても異なるが、鉄イオン濃度として５０ｇ／Ｌを平均値とし、新液の際は０ｇ／Ｌに近く、排酸時には飽和濃度に近いものとなる。
【００１４】
従来、メルカプト基を含む有機化合物はステンレス鋼の酸洗における酸洗促進剤として用いられてきた。例えば特許文献４では、ステンレス効用の酸洗液およびステンレス鋼の酸洗方法として、非酸化製の酸溶液に、メルカプト基を含む有機化合物を酸洗液中の濃度にして０．００２〜０．０１ｍｏｌ／Ｌ添加して用いることで、ステンレス鋼の溶削速度が増加することが示されている。しかし溶削量の増加を意図したもので、スマット除去性については検討されていない。
【００１５】
【特許文献４】
特開平８−３３３６９２号公報
【００１６】
本発明者らは、メルカプト基を含む有機化合物の代表として、メルカプト酢酸を用い、種々のステンレス鋼及び特殊鋼、一般構造用綱などの熱延鋼板の酸洗性に及ぼす影響を検討してきた。その結果、メルカプト酢酸はステンレス鋼の酸洗において溶削量は増加する反面、ステンレス鋼の代表的な鋼種であるＳＵＳ４３０鋼においては、スマット付着量を増加させ、ＳＵＳ４３６鋼ではピット形成等の表面の不均一侵食が起こって肌荒れを生じさせることが分かった。
【００１７】
それに対して、クロムモリブデン鋼熱延鋼板に代表される高炭素鋼熱延鋼板の脱スケールにおいては、溶削量の変化がほとんど見られず、表面粗度が小さくなり、スマット付着量が減少するという有益な特性を見出した。
メルカプト基を含む有機物の添加量としては、０．０００５ｍｏｌ／Ｌから顕著な効果が認められ、０．００３ｍｏｌ／Ｌまでは同じ効果を有する。それ以上の添加はスマットの不均一性を生じさせるため、望ましくない。
【００１８】
素地侵食の不均一に起因する肌荒れをメルカプト基が防止する機構については明確でないが、酸洗後の鋼板表面を観察するとある程度類推できる。
図１はクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４１５熱延鋼板を硫酸３００ｇ／Ｌ、鉄イオン濃度５０ｇ／Ｌの８０℃酸液に１００秒間酸洗した表面を、酸液へのメルカプト基の有無で比較したものであるが、メルカプト基を含まない酸液で酸洗した表面には、鋼板の金属組織に対応するフェライト＋パーライト状の凹凸が生じているのに対して、メルカプト基を含む硫酸で酸洗した表面は、滑らかで結晶粒界に対応すると思われる凹凸が生じる反面、炭化物に起因するような凹凸は無くなっている。
【００１９】
酸洗時における電気化学的な現象は金属の溶解と水素発生であるが、アノードとカソードは同じ鋼板表面上に無数のミクロなセルを形成して電子の受け渡しを行っている。アノードとカソードの位置は常に変化しているため、鋼板表面が均一に溶削させるのであるが、金属組織に起因する溶解速度差やアノード、カソードとしての働きに差が生じることで素地侵食が不均一に進み、肌荒れを起こしているものと考えられる。
【００２０】
すなわち、メルカプト基が無い場合は炭化物の有無が溶解挙動に差を生じ、炭化物の形態に対応して溶解したものと思われる。
一方、メルカプト基がある場合、炭化物の有無に対応した溶解反応は抑制され、粒内と粒界の溶解速度差が酸洗時に生じているものと考えられる。それは、炭化物、母地のフェライト、粒界、粒内各部位における、溶解速度、水素ガスの脱離、電子の移動等の差がメルカプト基の存在によって変化したものと推察される。
【００２１】
一方、スマットの付着挙動に対するメルカプト基の影響についても、その機構は明確でないが、スマットが酸化鉄や水酸化鉄主体であることから、メルカプト基が鉄イオンの酸化鉄、水酸化鉄としての析出を抑制する効果を有しているものと考えられた。
【００２２】
メルカプト基が、不均一な素地侵食の抑制とスマット低減に働く鋼板が、クロムモリブデン鋼や炭素を０．１０％以上含む、近年の熱延鋼帯としては高炭素鋼に分類される鋼種に限定される理由としては、鋼板組織がフェライト＋パーライト状になっているため、通常の酸洗ではフェライト＋パーライト組織起因の肌荒れが生じやすいことが考えられる。またスマット付着性に関しても、酸液に混濁した炭化物、クロム炭化物などが作用し、特定の炭素、クロム濃度下で有効に作用したものと考えられる。
【００２３】
以下、具体例に基づいて本発明を説明する。
クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４１５熱延鋼板をショットブラストし硫酸３００ｇ／Ｌ、Ｆｅイオン濃度５０ｇ／Ｌ、メルカプト酢酸０〜０．００６ｍｏＬ／Ｌの９０℃酸液に時間を変えて浸漬し、浸漬後は直ちに水中でブラシ洗浄し、高圧エアーで直ちに水を除去し乾燥させた。酸洗前後における質量減（溶削量）と酸洗後の表面粗度、明度（Ｌ＊）を測定した。その結果を図１〜３に示す。
【００２４】
図１は溶削量に及ぼす酸洗時間とメルカプト酢酸の添加量を示す図である。酸洗時間と共に溶削量が単純増加するが、その傾きに対するメルカプト酢酸の添加量の影響は認められない。
図２は表面粗度に及ぼす酸洗時間、メルカプト酢酸添加量の影響を示す図であるが、メルカプト酢酸無添加では、酸洗時間と共に表面粗度が大きくなるのに対して、メルカプト酢酸を添加すると酸洗時間の影響を受けず表面粗度が小さいことが判る。
また図３は、Ｌ＊に及ぼす酸洗時間とメルカプト酢酸添加量の影響を示す図であるが、メルカプト酢酸の添加によりスマットが軽減し、肌が白っぽくなることでＬ＊が上がっていることが判る。但し、過剰な添加はＬ＊の低下を生じているため、添加量は０．００３ｍｏＬ／Ｌ以下にすることが望ましい。
【００２５】
【実施例】
実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
本発明の対象鋼である、炭素鋼Ｓ４５Ｃ、炭素工具鋼ＳＫ２，ＳＫ５、合金工具鋼ＳＫＳ５１、クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４３５の熱延鋼板をショットブラストした後、メルカプト基を含む有機化合物の添加量を変えた８０℃の硫酸中で１００秒間の酸洗を行い、流水中でブラシ洗浄し、高圧エアーで水を除去し乾燥させた。引き続き表面粗度、Ｌ＊を測定した。
【００２６】
また比較例として、クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４１５の熱延鋼帯をショットブラストし、８０℃の硫酸中でメルカプト基を含む有機化合物を無添加あるいは０．００６ｍｏＬ／Ｌ添加した酸液中で、１００秒間酸洗し、流水中でブラシ洗浄し、高圧エアーで水を除去し乾燥させた。引き続き表面粗度、Ｌ＊を測定した。
【００２７】
また比較鋼として、ＳＵＨ４０９、ＳＵＳ４３０の熱延鋼帯をバッチ焼鈍した鋼帯をショットブラストし、メルカプト基を含む有機化合物の添加量を変えた８０℃の硫酸中で１００秒間の酸洗を行い、流水中でブラシ洗浄し、高圧エアーで水を除去し乾燥させた。引き続き表面粗度、Ｌ＊を測定した。
【００２８】
結果を表１に示す。本発明法で酸洗した鋼板は表面粗度が小さく、色調もＬ＊が高い白っぽい色に仕上がったが、比較法で酸洗した鋼板は、表面粗度が大きかったり、スマットの付着によりＬ＊が小さく色調として黒っぽい仕上がりとなったりした。
【００２９】
【表１】
2004331994.tif 000003
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、酸洗時の溶削量の変化無しに、脱スケール時の素地の不均一な侵食を防止し、表面粗度の小さい酸洗鋼板が得られると共に、スマットの付着が抑制され、白色度の高い酸洗鋼板を製造することが可能となる。また本発明によって、スマット除去工程におけるブラシ、洗浄水の軽減によるコスト削減効果が得られると共に、表面粗度と色調の安定化による品質向上効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸洗板の表面状態に及ぼす酸洗液へのメルカプト酢酸添加の効果を示す図である。
【図２】クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４１５の硫酸酸洗における溶削量におよぼすメルカプト酢酸添加量と酸洗時間の影響を示す図である。
【図３】クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４１５の硫酸酸洗における表面粗度におよぼすメルカプト酢酸添加量と酸洗時間の影響を示す図である。
【図４】クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４１５の硫酸酸洗における明度Ｌ＊におよぼすメルカプト酢酸添加量と酸洗時間の影響を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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