(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間加工あるいは熱処理で形成されたスケールを除去した後で、（１）硝酸：５〜４０g/L、ふっ酸：２〜１０g/L、Ｆｅ(III)イオン：１５〜４０g/L含有する第１処理液に５〜１８０秒浸漬し、水洗し、引き続き（２）硝酸：１２０〜２５０g/L、Ｆｅ(III)イオン：１５〜４０g/L含有する第２処理液に３０〜３００秒浸漬し、その後水洗することを特徴とする、ステンレス鋼のデスケール後の表面仕上げ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間加工や熱処理の際に表面に生成されたスケールを除去した後の、ステンレス鋼の表面仕上げ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間加工あるいは熱処理でステンレス鋼の表面に形成されたスケールは、酸洗ラインにおいて、例えば硫酸あるいは塩酸に浸漬し、あるいはソルトバスを用いその後更に補助酸洗を行なう等により除去される。スケールを除去した後でステンレス鋼は表面の耐食性を高めるために、あるいは表面の光沢を高めるために、表面仕上げ処理が行われる。
【０００３】
表面仕上げ処理として、従来は主として硝酸−ふっ酸への浸漬があるいは硝酸への浸漬が行われていた。しかし例えばクロム含有量が低いフェライト系ステンレス鋼や、炭素含有量が高いマルテンサイト系ステンレス鋼や、硫黄等の快削化成分を含有するステンレス鋼に従来の表面仕上げ処理を行なうと、ステンレス鋼の表面が灰色化しあるいは黄味色化あるいは色むらが発生しあるいは光沢度が劣化するという問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これ等の問題点を解決する新たな表面仕上げ方法の提供を課題としている。即ち表面が灰色化することがなく、また黄味色化することがなく、また色むらが発生することがない新たな表面仕上げ方法の提供を課題としている。即ち、従来の表面仕上げ処理では、表面肌荒れや黄味色化、灰色化が発生していた例えば炭素含有量の高い１３Ｃｒ系鋼(JIS SUS440Ｃなど)、硫黄の含有量が高い１３Ｃｒ鋼(JIS SUS416，SUS420Ｆなど）も美麗で光沢の優れた乳白色の表面にする事が可能な、デスケール後の新たな表面仕上げ方法の提供を課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）熱間加工あるいは熱処理で形成されたスケールを除去した後で、（１）硝酸：５〜４０g/L、ふっ酸：２〜１０ｇ/L、Ｆｅ(III)イオン：１５〜４０g/Lを含有する第１処理液に５〜１８０秒浸漬し、水洗し、引き続き（２）硝酸：１２０〜２５０g/L、Ｆｅ(III)イオン：１５〜４０g/L含有する第２処理液に３０〜３００秒浸漬することを特徴とする、ステンレス鋼のデスケール後の表面仕上げ方法である。
【０００６】
本発明の第１処理液の硝酸の濃度は５〜４０g/Lである。デスケール後の粗いステンレス鋼の表面を溶解により平滑化するには、第１処理液のｐＨは１．００以下である事が好ましい。硝酸が５g/L未満では液のｐＨを１．００以下に安定的に保つ事が難しい。また４０g/L超では、処理材料の溶解が加速しすぎる。
【０００７】
本発明の第１処理液のふっ酸の濃度は２〜１０g/Lである。２ｇ/L未満では耐食性の高い材料では溶解を促進できない。しかし１０g/L超では、例えばJIS SUS４３０、あるいは４４０Ｃ等の耐食性の低い材料は素地の溶解が促進され過ぎる。
【０００８】
本発明の第１処理液でＦｅ(III)イオンは１５〜４０g/Lである。Ｆｅ(III)イオンは、未解離のふっ酸と反応するため、効果的に未解離のふっ酸を確保する。１５g/L未満ではその力が弱い。一方４０g/L超ではふっ化鉄の析出の問題が発生する。
【０００９】
本発明では、第１処理液に浸漬した後は十分に水洗する。第１処理液へ浸漬する事によりステンレス鋼の表面には微小なスマットが発生するが、このスマットは水洗により十分に除去する事が必要である。この水洗により、第２処理液の効果が顕著になり、ステンレス鋼の表面は一層美麗になる。尚この水洗は湯洗であってもよい。
【００１０】
本発明の第２処理液の硝酸は１２０〜２５０g/Lである。１２０g/L未満の場合は、クロム含有量の低いステンレス鋼は水素発生反応を生じて素地溶解が加速し、活性化する。硝酸濃度が高くなると硝酸イオンによる酸化反応が強くなりステンレス鋼の表面は不動態化され易い。しかし２５０g/L超では一度活性化すると一変して激しくＮＯｘガスを発生しながらステンレス鋼を強く溶解し、素地を粗し、ステンレス鋼の表面を灰黒色化する。
【００１１】
本発明の第２処理液のＦｅ(III)イオンは１５〜４０g/Lである。後で詳述するが、本発明の第２処理液ではステンレス鋼の表面を微少溶解する反応と不動態化する反応を交互に繰り返し行わせる事により、ステンレス鋼の表面の光沢を高めるが、Ｆｅ(III)イオンは交互の繰り返し反応を安定化させる。Ｆｅ(III)イオンは１５g/L以下では安定化効果が損なわれる。４０g/Lを超えてもよいがコスト的に好ましくない。操業上は２５g/L近傍である事が好ましい。第２処理液に浸漬した後は水洗する。この水洗には湯洗が含まれる。
【００１２】
本発明の第１の処理液と第２の処理液を用いると、乳白色で光沢のある表面のステンレス鋼を得ることができるが、乳白色で光沢のあるこのステンレス鋼は、表面が緻密で平滑であり、かつ十分に不動態化されているために好ましい。
【００１３】
本発明では、第１の処理液への浸漬時間は５〜１８秒であり、第２の処理液への浸漬時間は３０〜３００秒である。第１の処理液への最適な浸漬時間や第２処理液への最適な浸漬時間は、厳密にはステンレス鋼の種類によって異なる。これ等の最適な浸漬時間は、上記の浸漬時間の範囲内で予備浸漬テストを行なうことにより容易に把握することができる。即ち、操業における最適な時間の設定は、例えば予備浸漬テストにおいて乳白色で光沢のある表面のステンレス鋼が得られる浸漬時間を目安として容易に設定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態及び実施例】
本発明者等は、硫黄の含有量が０．３５％の快削性１３クロム鋼(JIS SUS４２０Ｆ)の熱処理した直径７ｍｍφの熱間圧延線材を供試材として用いた。供試材は、硫酸酸洗→ソルトバス浸漬→硝ふっ酸酸洗によりデスケールし、その後表１に示した表面仕上げ処理を施した。
【００１５】
表１で番号１〜７は本発明例で、第１処理液及び第２処理液は本発明のものである。尚第１処理液の工程と第２処理液の工程の間、及び第２処理液の工程の後には十分な水洗を行なった。表１で番号８〜１４は比較例であり、第１処理液は通常用いられている高濃度の硝ふっ酸で、第２処理液も通常用いられている    Ｆｅ3+イオンを添加しない硝酸溶液である。尚比較例においても第１処理液の工程と第２処理液の工程の間、及び第２処理液の工程の後には十分な水洗を行なった。
【００１６】
表１の番号１〜７の第１処理液欄の表面状況欄にみられる如く、本発明の第１処理液は、ステンレス鋼を過剰に浸蝕することがなく、第１処理液後のステンレス鋼の表面は、△で示した如く、灰色と白色が混合した、あるいは黒色と白色が混合した色で、表面には強く浸蝕された跡はない。一方番号比較例の８〜１４は第１処理液欄の表面状況欄にみられる如く、第１処理液はステンレス鋼の表面を過剰に浸蝕し、この結果、第１処理液後のステンレス鋼の表面は、×印で示した如く黒色である。
【００１７】
表１の番号１〜７の本発明の第２処理液欄の表面状況欄にみられる如く、本発明の場合は、全てが乳白色で光沢のある表面のステンレス鋼となる。これは第２処理液中ではステンレス鋼の微少溶解と不動態化が交互に繰り返し発生した結果、表面の平滑化が進んだことによるものと思われる。一方、表１の番号８〜１４の比較例では表面状況は黒色で表面が粗く、平滑化は不十分であった。
【００１８】
金属の酸液中での腐食傾向を把握する目安として、標準水素電極を基準としてそれぞれの環境での浸漬電位の調査が広く用いられている。本発明者等は、実用的にＡｇ−ＡｇＣｌ照合電極を用いて電位の調査を行なった。図１はステンレス鋼の活性化と不動態化の一般的な説明図である。尚Ｘ軸は電流密度を示し腐食速度に相当する。またＹ軸は電位を示し、プラス方向に大きいほど、この酸洗液の酸化性が大きい事を示す。この図において曲線 あ はステンレス鋼の溶解の曲線で、曲線い−▲１▼、い−▲２▼、い−▲３▼は酸洗液中の酸化剤(硝酸イオン、あるいはＦe(III)イオン）の還元反応に相当し、曲線 う は水素イオンの還元反応に相当する。ステンレス鋼の表面状態はこれ等の還元曲線と溶解曲線との交差する条件での反応量とその位置で決定される。
【００１９】
例えば１３クロム鋼(SUS 420J2)を、硝酸：４０g/LとＨＦ：１０g/Lを含有する第１処理液に浸漬すると、ステンレス鋼の電位は図１のマイナス側の活性化領域となり、表面が溶解する。このステンレス鋼を水洗し、次に硝酸に浸漬すると、電位はプラスとなり不動態化する。硝酸の代わりに硝酸：２００g/LとＦｅ(III)イオン：２５g/Lを含有する第２処理液に浸漬すると、電位は初期にはマイナスとプラスの間を振動し、振動を繰り返しながらやがて安定して一定のプラス電位に落ち着き不動態化する。本発明ではこの振動現象を利用してステンレス鋼の表面を平滑化する。即ち電位がマイナスになる事で微少な溶解反応を進行させ、電位がプラスになる事で不動態化させ表面に残留したスマットを除去する。即ち本発明ではこの微少溶解と不動態化を繰り返させる事により、ステンレス鋼の表面を平滑化し美麗にする。
【００２０】
本発明者等は、供試材を表１の番号１〜１４の第１処理液に浸漬し、供試材を一方の単極とし、Ａｇ−ＡｇＣｌの照合電極を他方の単極とする電池を形成し、ポテンシオメーターを用いて供試材の電位を測定した。尚浸漬温度、時間は表１の第１処理液欄と同じである。図２はその測定結果の例である。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
図２で、本発明例の第１処理液の場合は浸漬によりマイナス側になるが、マイナスの程度はゆるやかで表面は平滑で灰色である。一方比較例の第１処理液は浸漬直後に急激にマイナス側に移行し、その程度も大きく浸蝕反応が大きい。この際には厚いスマットが発生し表面は粗く黒色である。
【００２３】
第１処理液に浸漬した各供試材は十分に水洗し、表１の第２処理液中に浸漬される。図３はその際の電位の測定結果である。比較例の第２処理液においては、電位はマイナス側に短時間で移行し、その後略同じ電位の一定値となる。この状態は活性状態であり、ステンレス鋼の表面は不動態化せず、水素発生反応を伴いながら溶解が進行してゆく。この結果、処理が終了した際の供試材の表面は黒色になる。一方本発明例の第２処理液の場合は、初期に電位は一度はマイナス側になるが短時間でプラス側に転じ、この変移を繰り返した後で電位はプラス側に維持される。このマイナス側での活性溶解とプラス側での不動態化が繰り返されることにより、表面が微少溶解と不動態化を繰り返し、この結果ステンレス鋼の表面は平滑化し乳白色化する。
【００２４】
尚表１及び図２、図３の調査をJIS SUS420Ｆ以外の、従来は処理後は灰色あるいは灰黒色となる他のステンレス鋼、例えばJIS SUS416，SUS420J2、SUS440Ｃ等についても行なったが、同様の結果が得られた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明を実施すると、従来の方法は仕上げ後の表面が黒色で平滑性も不十分であったステンレス鋼、例えばJIS SUS416，SUS420Ｆ，SUS420，SUS440Ｃなどの表面を、十分に平滑にし且つ需要家から望まれている光沢のある乳白色にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】はステンレス鋼の活性−不動態の一般的な説明図。
【図２】は本発明例及び比較例の第１処理液中におけるステンレス鋼の電位の説明図。
【図３】は本発明例及び比較例の第２処理液中におけるステンレス鋼の電位の説明図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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