(57)【要約】【課題】孔食（ピッチング）の発生を確実に防ぎつつ硫酸浴において鋼材を脱スケール酸洗する脱スケール酸洗方法を提供する。【解決手段】鋼材を硫酸により脱スケールするための酸洗方法であって、係る鋼材を浸漬する硫酸浴中のＦｅ２＋濃度を当該硫酸浴の管理指標とするものであり、具体的には上記硫酸浴中におけるＦｅ２＋濃度を４５ｇ／リットル以下とする、脱スケール酸洗方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材を硫酸により脱スケールするための酸洗方法であって、
上記鋼材を浸漬する硫酸浴のＦｅ２＋濃度を当該硫酸浴の管理指標とする、
ことを特徴とする脱スケール酸洗方法。
【請求項２】
前記硫酸浴のＦｅ２＋濃度を、４５ｇ／リットル以下とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の脱スケール酸洗方法。
【請求項３】
前記硫酸浴のＦｅ２＋濃度は、当初に鋼材を浸漬する第１硫酸浴と、その後に施す表面調整の後で上記鋼材を浸漬する第２硫酸浴との双方に適用される、ことを特徴とする請求項１または２に記載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、熱間加工された鋼材の表面に付着するスケールを除去する際に生じる孔食を低減可能とした脱スケール酸洗方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間加工された鋼材は、例えば硫酸浴に浸漬してその表面に付着したスケールを除去する脱スケール酸洗が施される。係る硫酸浴を用いた脱スケール酸洗は、一般に図２に示すＳ１工程〜Ｓ７工程によって行われている。
即ち、図２に示すように、先ず鋼材を第１硫酸浴中に浸漬し、表面に付着したスケールを形成する酸化物（Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ）を溶解する（Ｓ１工程）。次に、シャワーで水洗した（Ｓ２工程）後、デスマット調整槽と称される表面調整槽に浸漬し、スケールのうち酸難溶解性のスマットを酸易溶解性のスケールに改質する（Ｓ３工程）。具体的には、スマットであるＦｅ−Ｃｒ−Ｏ化合物をアルカリ性のＫＭｎＯ４水溶液などに浸漬して酸に溶け易い性質にする。
【０００３】
表面調整した鋼材を、図２に示すように、再度シャワーで水洗した（Ｓ４工程）後、第２硫酸浴中に浸漬し、前記工程で酸に溶け易くされたＦｅ−Ｃｒ−Ｏ化合物を溶解する（Ｓ５工程）。このように酸洗された鋼材は、再々度シャワーで水洗された（Ｓ６工程）後、中和槽で酸を中和される（Ｓ７工程）。そして、発錆を防ぎ加工性を高めるため、リン酸塩溶液に浸漬してリン酸塩被膜が被覆される。
【０００４】
ところで、硫酸浴を用いる脱スケール酸洗方法では、当該酸洗処理を施した鋼材の表面に孔食（ピッチング）が発生するという欠点がある。
上記孔食の発生を防ぎつつ硫酸浴で鋼材を脱スケール酸洗するため、硫酸浴中におけるＭｎイオンの合計量を５００ｐｐｍ以下に規制する脱スケール酸洗方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−４１６６６号公報  （第２頁）
【０００６】
しかしながら、Ｃを約１ｗｔ％含む軸受鋼（例えばＪＩＳ：ＳＵＪ２）を、硫酸浴を用いる脱スケール酸洗方法で処理した場合、硫酸浴中のＭｎイオンの合計量を５００ｐｐｍ以下にしても、処理後の軸受鋼の表面に深さ０．０２〜０．０４ｍｍの孔食が処理量のうち約１０％の割合で発生する、という問題があった。この原因は、硫酸浴中のＭｎイオンの合計量を５００ｐｐｍ以下にした場合でも、孔食発生の原因であるＦｅ３＋が存在し且つその量が孔食の発生し易さに大きく影響しているためである。
【０００７】
【発明が解決すべき課題】
本発明は、以上に説明した従来の技術における問題点を解決し、孔食の発生を確実に防ぎつつ硫酸浴において鋼材を脱スケール酸洗する脱スケール酸洗方法を提供する、ことを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、発明者の研究および調査の結果、硫酸浴を用いる脱スケール酸洗方法において、孔食の原因となるＦｅ３＋と量的に連動するＦｅ２＋を管理指標とする、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の脱スケール酸洗方法（請求項１）は、鋼材を硫酸により脱スケールするための酸洗方法であって、上記鋼材を浸漬する硫酸浴のＦｅ２＋濃度を当該硫酸浴の管理指標とする。
【０００９】
これによれば、孔食発生の原因であるＦｅ３＋が短時間にＦｅ２＋となるため、硫酸浴中におけるＦｅ２＋（イオン）濃度を管理することにより、鋼材の種類に拘わらず、熱間加工により表面に付着したスケールを孔食を生じることなく確実に除去することができる。従って、脱スケール酸洗工程の信頼性および処理効率の向上に寄与することが可能となる。
【００１０】
また、本発明には、前記硫酸浴のＦｅ２＋濃度を、４５ｇ／リットル以下とする、脱スケール酸洗方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、鋼材の表面に付着したスケールを孔食を生じることなく一層確実に除去することができる。尚、望ましいＦｅ２＋濃度は、４０ｇ／リットル以下、さらに望ましいＦｅ２＋濃度は、３０ｇ／リットル以下である。尚更に、硫酸浴中のＦｅ２＋濃度を測定するには、例えば一定時間毎に硫酸浴の一部をサンプリングし、これを試薬に接触させて測定する方法が挙げられる。
【００１１】
更に、本発明には、前記硫酸浴のＦｅ２＋濃度は、当初に鋼材を浸漬する第１硫酸浴と、その後に施す表面調整の後で上記鋼材を浸漬する第２硫酸浴との双方に適用される、脱スケール酸洗方法（請求項３）も含まれる。
これによれば、スケールのうちＦｅ３Ｏ４などの酸化物を溶解する第１硫酸浴と、表面調整によって酸易溶解性となったＦｅ−Ｃｒ−Ｏ化合物を溶解する第２硫酸浴と、の双方における実操業上の点において、孔食を生じることなく安定且つ確実な脱スケールを行うことが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施に好適な形態について図面と共に説明する。
例えば、熱間圧延により所定の直径に縮径された軸受鋼（ＪＩＳ：ＳＵＪ２）からなる長尺な線材を円筒状に巻き付けた約１トンのコイル（図示せず）は、図２に示すように、Ｆｅ２＋濃度を４５ｇ／リットル以下とされた第１硫酸浴中に浸漬され、その表面に付着したスケール中の酸化物（Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ）が溶解される（Ｓ１工程）。この際、コイルの表面に発生する孔食は微少である。
次いで、シャワーで水洗した（Ｓ２工程）後、デスマット調整槽と呼ばれる表面調整槽に浸漬し、スケールのうち酸難溶解性のスマットが酸易溶解性のスケールに改質される（Ｓ３工程）。即ち、スマットであるＦｅ−Ｃｒ−Ｏ化合物をアルカリ性のＫＭｎＯ４およびＮａＯＨ水溶液に浸漬して酸に溶け易い性質にする。
【００１３】
更に、図２に示すように、表面調整した上記コイル（鋼材）をシャワーで水洗した（Ｓ４工程）後、Ｆｅ２＋濃度を４５ｇ／リットル以下とされた第２硫酸浴中に浸漬して、前記工程で酸に溶け易くされたＦｅ−Ｃｒ−Ｏ化合物を溶解する（Ｓ５工程）。この際にも、処理後のコイルの表面に発生する孔食は微少となる。
上記のように酸洗されたコイル（鋼材）は、シャワー水洗された（Ｓ６工程）後、中和槽で酸を中和される（Ｓ７工程）。そして、発錆を防ぎ加工性を高めるため、リン酸塩溶液に浸漬してリン酸塩被膜を被覆した後、次の冷間加工に送られる。
以上のような本発明の脱スケール酸洗方法では、第１および第２硫酸浴中におけるＦｅ２＋濃度を４５ｇ／リットル以下としているため、係る脱スケール時に生じる孔食を従来に比べて著しく低減することが可能となる。
【００１４】
ここで、本発明の脱スケール酸洗方法の詳細について説明する。
熱間圧延により直径５〜３０ｍｍとした軸受鋼（ＪＩＳ：ＳＵＪ２）を円筒状に巻き付けた重さ１トンのコイルを多数用意した。一方、Ｈ２ＳＯ４濃度が１０％で６０℃に保った硫酸水溶液を１０ｍ３満たした硫酸浴を２つ用意し、これらを第１および第２硫酸浴とした。
図２に示した条件に従って、上記コイルを第１硫酸浴に１０分間ずつ浸漬し、シャワー水洗、表面調整、およびシャワー水洗すると共に、第２硫酸浴に１０分間ずつ浸漬した後、シャワー水洗および中和の工程（Ｓ１〜Ｓ７）を順次施した。
この間において、表１に示すように、第１および第２硫酸浴中のＦｅ２＋濃度が５ｇ／ｌ（リットル）ずつ上昇する間に、上記処理をしたコイルの表面における孔食の発生率を測定した。
【００１５】
尚、Ｆｅ２＋濃度の測定は、各硫酸浴の一部を一定時間経過ごとに、１ｃｃずつサンプリングし、第１の試薬（５０％Ｈ２ＳＯ４）１ｃｃと共にフラスコに入れて混合した後、これに第２の試薬（０．１８Ｎ過マンガン酸カリウム）を順次滴下し、液体が無色からピンク色になるまでに用いた第２の試薬の量を基に算出した。
また、孔食の発生率は、５ｇ／ｌ（リットル）刻みＦｅ２＋濃度レベル毎の処理コイル数を分母とし、そのうち孔食が発生したコイル数を分子として算出した。但し、上記各濃度レベルごとでの処理コイル数は、少なくとも５０コイル以上とした。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
更に、表１のデータに基づいて、各硫酸浴中のＦｅ２＋濃度を横軸とし、孔食発生率を縦軸として、両者の関係を図１のグラフに示した。
図１のグラフによれば、Ｆｅ２＋濃度が０〜５ｇ／ｌから４１〜４５ｇ／ｌの範囲では、孔食発生率は約３％以下と低いのに対し、Ｆｅ２＋濃度が４６〜５０ｇ／ｌ以上になると、約１０％以上と高くなった。これは、Ｆｅ２＋濃度が４６ｇ／ｌ以上の硫酸浴では、孔食の原因となるＦｅ３＋が著しく多くなったことによると推定される。
【００１８】
従って、図１中のグラフで一点鎖線から左側向きの矢印で示すように、硫酸浴中のＦｅ２＋濃度を４５ｇ／ｌ以下の範囲内に管理することにより、鋼材の脱スケール酸洗方法において、孔食の発生を確実に抑制できることが判明した。これにより、本発明の脱スケール酸洗方法の優位性が裏付けられた。
尚、硫酸浴中のＦｅ２＋濃度を４０ｇ／ｌ以下にすることにより、孔食の発生率が約２．５％以下にすることができるので、更に望ましくなる。また、Ｆｅ２＋濃度が４６ｇ／ｌ以上となった場合は、直ちに当該硫酸溶液を排出して新たなものに更新するか、一部を新たな硫酸溶液と入れ替える操作が行われる。
【００１９】
本発明は、以上に説明した形態に限定されるものではない。
例えば、脱スケール処理すべき鋼材には、前記以外の軸受鋼（ＪＩＳ：ＳＵＪ１，ＳＵＪ３〜５）はもとより、クロムモリブデン鋼（ＪＩＳ：ＳＣＭ４３２など）、クロム鋼（ＪＩＳ：ＳＣｒ４３０など）、ニッケルクロム鋼（ＪＩＳ：ＳＮＣ２３６など）、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＪＩＳ：ＳＮＣＭ４３１など）、マンガン鋼（ＪＩＳ：ＳＭｎ４３３など）、マンガンクロム鋼（ＪＩＳ：ＳＭｎＣ４４３など）、ステンレス鋼（ＪＩＳ：ＳＵＳ４４０Ａ〜Ｃ）なども含まれる。
【００２０】
また、前記図２で示した脱スケール工程で、「中和」Ｓ７工程を、「シャワー」Ｓ２工程の直後において更に行う方法も本発明の脱スケール酸洗方法に含まれる。
更に、第１および第２硫酸浴におけるＦｅ２＋濃度の測定は、各硫酸浴の一部をタイマーなどにより一定時間毎に１ｃｃずつ採取し、前記第１の試薬１ｃｃと混合した後、前記第２の試薬を滴下すると共に、その液体が無色からピンク色に変色するまでの滴下量を測定し、且つこれに基づきＦｅ２＋濃度を算出する作業を、例えばパソコンにより管理された弁や色彩測定手段などによって自動的に行うことも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明した本発明の脱スケール酸洗方法（請求項１）によれば、硫酸浴中におけるＦｅ２＋（イオン）濃度を管理することで、鋼材の種類に拘わらず、その表面に付着したスケールを孔食を生じることなく確実に除去することができる。
また、請求項２の脱スケール酸洗方法によれば、孔食を生じることなくスケールを一層確実に除去することができる。
更に、請求項３の脱スケール酸洗方法によれば、実操業上において、孔食を生じることなく安定且つ確実な脱スケールを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における硫酸溶液中のＦｅ２＋濃度と孔食発生率との関係を示すグラフ。
【図２】一般的な硫酸浴を用いた脱スケール酸洗方法の各工程を示す流れ図。
【図１】
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【図２】
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