(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸２０〜１００ｇ／Ｌ、弗酸０．５〜２０ｇ／Ｌの水溶液に、亜鉛素酸塩、塩素酸塩、過マンガン酸塩、沃素酸塩、過硫酸塩、過酸化水素から選ばれる１を０．５〜５％または２以上を合計で０．０５５〜５．０％含有せしめた事を特徴とする、硝酸を用いない硫黄を０．１５％以上含有する１３％Ｃｒ系ステンレス鋼の不動態化処理液。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼のデスケール酸洗の後で用いる不動態化処理液に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステンレス鋼は、硝酸−弗酸系の酸洗液を用いてデスケール酸洗を行い、その後、硝酸の含有量が５０〜２５０ｇ／Ｌの不動態化処理液に浸漬する事により、不動態化処理が行われていた。しかし硝酸は、閉塞海域、内海の環境劣化の誘因となるため、近年その排出が厳しく抑制され、このためその使用も抑制されるという問題点がある。またクロム含有量が高いオーステナイト系ステンレス鋼は、上記の硝酸の含有量が５０〜２００ｇ／Ｌの不動態化処理液中で不動態化し易いが、クロム含有量が低いフェライト系あるいはマルテンサイト系のステンレスや硫黄の含有量が高いステンレス鋼は、この不動態化処理液では不動態が不十分であるという問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の従来の問題点を解決するもので、硝酸を用いない不動態化処理液の提供を課題としている。また本発明者等の知見では、ステンレス鋼の内で、硫黄含有量が高い１３Ｃｒ鋼（JIS SUS 416, SUS420F）は従来の不動態化処理液では不動態化し難いが、これ等のステンレス鋼にも効果が大きい新たな不動態化処理液の提供を課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は（１）硫酸２０〜１００ｇ／Ｌ、弗酸０．５〜２０ｇ／Ｌの水溶液に、亜塩素酸塩、塩素酸塩、過マンガン酸塩、沃素酸塩、過硫酸塩、過酸化水素から選ばれる１を０．５〜５％または２以上を合計で０．０５５〜５．０％含有せしめた事を特徴とする、硝酸を用いないステンレス鋼の不動態化処理液である。
【０００５】
本発明では、硫酸２０〜１００ｇ／Ｌ、弗酸０．５〜２０ｇ／Ｌの水溶液を用いる。硫酸が２０ｇ／Ｌ未満では、液のｐＨを、＜１．００に安定的に保つことが難しい。しかし１００ｇ／Ｌ超では、処理材の溶解を加速しすぎるためこの範囲に限定した。また弗酸は０．５ｇ／Ｌ以下では耐食性の高い材料、例えば３０４，３１６では活性化しにくい。しかし２０ｇ／Ｌ超では、素地を活性化しすぎるため、これ以下に押えた。
【０００６】
亜塩素酸塩としては例えば亜塩素酸ナトリウムを、塩素酸塩としては例えば塩素酸ナトリウムを、過マンガン酸塩としては例えば過マンガン酸ナトリウムを、沃素酸塩としては例えば沃素酸ナトリウムを、過硫酸塩としては例えば二硫酸ナトリウムを用いる事ができる。
【０００７】
これ等の含有量は１種類の場合は０．５〜５．０重量％であり、２種以上を用いる場合は合計で０．０５５〜５．０重量％である。これ未満では不動態の形成が不十分でありあるいは不安定である。不動態の形成の上限は５．０％で十分である。過剰に添加しても経済的に不利益である。
【０００８】
本発明はまた、（２）前記（１）に記載の不動態化処理液が、更に飽和脂肪酸アルコール類から選ばれる１または２以上を合計で０．３％以下含有する不動態化処理液である。不動態化処理液はステンレス鋼に対して優れた濡れ性を有するものが好ましい。また本発明で硫酸−弗酸に添加する添加剤は化学的に安定化させる事が好ましい。飽和脂肪酸アルコール類は、ステンレス鋼に対する濡れ性を改善し、同時に硫酸−弗酸水溶液中への亜塩素酸塩などの添加物に対して安定化剤としての作用を有する。しかし添加量は０．３％以下で十分である。
【０００９】
【発明の実施の形態及び実施例】
金属の本質的な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た該金属の与えられた環境中での浸漬電位（以下電位と略記する）が広く用いられている。基準電極には、実用的にはＡｇ−ＡｇＣｌ照合電極を用いる。
【００１０】
Ｆｅを例えば濃硝酸に浸漬すると、Ｆｅの電位は上昇し腐食され難くなる。この電位の上昇は不動態化と称せられ、金属を使用する際の腐食傾向を把握する目安として用いられる。本発明ではステンレス鋼の不動態化を目的とする。即ち本発明はステンレス鋼の電位を上昇せしめるのに有効な処理液に関する。
【００１１】
ＪＩＳ，ＳＵＳ４１６及びＳＵＳ４２０は、硫黄の含有量が０．１５％以上の１３クロム系ステンレス鋼で、快削性ステンレス鋼として広く用いられている。通常ステンレス鋼の不動態化はステンレス鋼を硝酸水溶液に浸漬する事によって行われている。しかし本発明者等の知見によるとＳＵＳ４１６，ＳＵＳ４２０等の硫黄の含有量が高いステンレス鋼は、硝酸水溶液に浸漬する従来の方法では、不動態化および白色化は不十分である。
【００１２】
本発明は、従来の硝酸水溶液に代替し得る、硝酸を含有しない新たな不動態化・白色化処理液を目的とするが、更に、従来の硝酸水溶液では不動態化・白色化が不十分であったＳＵＳ４１６，ＳＵＳ４２０等も十分に不動態化する事が可能な、新たな不動態化処理液を目的としている。
【００１３】
本発明者等は、表１に示す主成分を含むＳＵＳ４１６とＳＵＳ４２０の直径が５．５ｍｍのステンレス鋼線を供試材とし、各種の処理液に５分間浸漬する事により不動態化・白色化を試みた。なお何れの試験片も、熱処理後にＨ2ＳＯ4酸洗、ソルト処理につづけて硫酸−弗酸系の酸洗液を用いて酸化スケールを完全に除去した直後のものである。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表２は処理液のベースとなる溶液の成分である。番号１〜５は本発明のベースとなる溶液の例で硝酸を含有しない硫酸−弗酸系のベース溶液である。なお番号６及び７は従来例で、ステンレス鋼の不動態化に慣用されている硝酸溶液である。本発明者等は番号１〜５のベースとなる溶液に亜塩素酸ナトリウムを０．００５％，０．０５％，０．５％，５％それぞれ添加し、表３の供試処理液とした。また番号１〜５のベースとなる溶液に塩素酸ナトリウムを０．００５％，０．０５％，０．５％，５％それぞれ添加し、表４の供試処理液とした。また番号１〜５のベースとなる溶液に沃素酸ナトリウムを０．００５％，０．０５％，０．５％，５％それぞれ添加し表５の供試処理液とした。また番号１〜５のベースとなる溶液に二硫酸ナトリウムを０．００５％，０．０５％，０．５％，５％それぞれ添加し表６の供試処理液とした。また番号１〜５のベースとなる溶液に過酸化水素を０．００５％，０．０５％，０．５％，５％それぞれ添加し表７の供試溶液とした。同様に過マンガン酸ナトリウムを用いて表８の供試溶液を得た。
【００１６】
また、番号１〜５のベースとなる溶液に亜塩素酸ナトリウムを０．０５％添加し更に塩素酸ナトリウムを０．００５％，０．０５％，０．５％，５％それぞれ添加し表９の供試処理液とした。また番号１〜５のベースとなる溶液に過マンガン酸ナトリウムを０．０１％添加し更に沃素酸ナトリウムを０．００５％，０．０５％，０．５％，５％それぞれ添加し表１０の供試処理液とした。また番号１〜５のベースとなる溶液に二硫酸ナトリウムを０．０５％添加し更に塩素酸ナトリウムを０．００５％，０．０５％，０．５％，５％それぞれ添加し表１１の供試処理液とした。また番号１〜５のベースとなる溶液に過酸化水素を０．０５％添加し更に二硫酸ナトリウムを０．００５％，０．０５％，０．５％，５％それぞ添加し表１２の供試処理液とした。なお番号６及び７は添加剤がない慣用の硝酸溶液である。
【００１７】
【表２】
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【００１８】
【表３】
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【００１９】
【表４】
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【００２０】
【表５】
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【００２１】
【表６】
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【００２２】
【表７】
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【００２３】
【表８】
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【００２４】
【表９】
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【００２５】
【表１０】
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【００２６】
【表１１】
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【００２７】
【表１２】
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【００２８】
本発明者等は、処理液中に、供試材を一方の単極とし、照合電極（Ａｇ−ＡｇＣｌ）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。この供試材の電位の測定は、供試材が変わる毎に、また処理液が変わる毎に行った。また測定は供試材の浸漬開始直後から５分間連続に行なった。
【００２９】
浸漬開始直後（３０sec後）の電位（Ｅ0）と浸漬開始３分後の電位（Ｅ3）を比較し、（Ｅ3−Ｅ0）≧０．２Ｖの場合は十分に不動態化したと評価した。即ち供試材は処理液中に３分間浸漬する事により、０．２ボルト以上、貴側に移行し、不動態化し、表面も白色化している。また（Ｅ3−Ｅ0）＜０．２ボルトの場合は不動態化が不十分であると評価した。
【００３０】
この方法で評価した各処理液の効果を表３〜表１２に示した。表中の○印は  Ｅ3−Ｅ0が０．２ボルト以上で不動態化の効果が顕著な場合を、また×印はＥ3−Ｅ0が０．２ボルト未満で不動態化の効果が不十分な場合である。
【００３１】
表３は亜塩素酸塩を添加した例であるが、表２の１〜５で示した何れのベース溶液においても０．００５％の添加では不動態化の効果がない。０．０５％に添加量を増加すると、番号１及び番号３のベース溶液においては不動態化の効果があるが番号２，４，５のベース溶液においては不動態化が不十分である。亜塩素酸塩を０．５％あるいは５％添加した場合は表２の１〜５の何れのベース溶液においても顕著な不動態化の効果がみられる。なお表２、表３の番号６及び７の従来の硝酸溶液を用いた場合であるが不動態化は不十分である。
【００３２】
表４は添加剤が塩素酸塩の場合の結果で、表５は添加剤が沃素酸塩の場合の結果で、表６は添加剤が二硫酸塩の場合の結果で表７は添加剤が過酸化水素の場合の結果で、表８は添加剤が過マンガン酸塩の場合の結果である。これ等の表にみられる如く、添加剤の添加量が０．５％及び５％の場合は表２の何れのベース溶液に対しても、また何れの添加剤であってもSUS416の供試材もSUS420の供試材も顕著に不動態化する。
【００３３】
表９〜表１２は、前記の添加剤の２種類を複合添加した例である。表９は亜塩素酸塩と塩素酸塩を複合添加した例である。亜塩素酸のみの添加では表３の如く添加量が０．０５％場合は不動態化は不十分であるが、これに塩素酸塩を０．００５％添加すると顕著に不動態化する。即ち表９〜表１２にみられる如く、添加剤を複合して添加すると、添加剤の合計量が０．０５５％で少なくても不動態化する。
【００３４】
これ等の結果に基づき本発明の不動態化処理液は、硫酸２０〜１００ｇ／Ｌ、弗酸０．５〜２０ｇ／Ｌの水溶液に、亜塩素酸塩、塩素酸塩、過マンガン酸塩、沃素酸塩、過硫酸塩、過酸化水素から選ばれる１を０．５％〜５％または２以上を合計で０．０５５〜５．０％含有せしめた事を特徴とするが、本発明の不動態化処理液を用いると、表３〜表１２の番号６及び７の如く硝酸を用いる従来の方法では不動態化が不十分であったSUS416, SUS420も、顕著に不動態化し白色化する事ができる。
【００３５】
なお本発明者等は、本発明の不動態化処理液を用いて、JIS SUS 304鋼及びSUS430鋼に対しても不動態化を試みたが、何れの鋼種に対しても、従来の硝酸の場合と同等のあるいは更に優れた不動態化を達成する事ができた。従って本発明の不動態化処理液は、これ等のオーステナイト系ステンレス鋼（例えばSUS304）あるいはフェライト系ステンレス鋼（例えばSUS 430）に対しても優れた不動態化の性能を発揮する。
【００３６】
なお、理由は必ずしも詳かではないが、ステンレス鋼線の需要家においては、表面が白色のステンレス鋼線が好まれている。本発明の不動態化処理液で不動態化したステンレス鋼線は何れも表面は白色である。本発明により不動態化したステンレス鋼線は需要家に出荷されるが、表面が白色であるために、需要家においても好評である。
【００３７】
本発明の不動態化処理液が、ステンレス鋼、とりわけＣｒ含有量の低いフェライト系、マルテンサイト系ステンレス鋼や硫黄含有量の高いステンレス鋼の不動態化に顕著に効果を示す理由は、下記の如く考えられる。
【００３８】
図１にその概略を示した。図中領域Ａは不動態化領域、領域Ｂは活性化領域という。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、＋方向に大きいほど、系（この場合、酸洗液）の酸化性が増大する方向となる。この図において曲線Ｉは、ステンレス鋼の溶解曲線を、曲線II▲１▼、II▲２▼、II▲３▼は、酸洗液中の酸化剤の還元反応曲線に相当する。また、曲線IIIは、酸洗液中の水素イオンの還元曲線に相当する。酸洗液環境での浸漬されたステンレス鋼の安定性（不動態化、白色化）は、これらの還元反応曲線と溶解曲線との交差する状態で決まる。すなわち、どの点に交差する点が位置するかが重要である。
【００３９】
このことを明確に判断するには、処理材料の酸洗液中での浸漬電位（前述の酸洗液中での基準電極に対する処理材料の電位）を測定することで評価される。不動態化、白色化したステンレス鋼の電位は、最終的には＞＋０．２Ｖを示しすが、図２に示すように電位の時間変化を見ると酸洗初期の短時間内に電位は、−側に短時間変化したのちに＋側に移行し、安定的に＋０．２Ｖ以上を示している。
【００４０】
このことから、表面の安定化には不動態化処理前の工程において表面に残留した反応物（例えばスマット、或いは表面に残った反応生成物など）を不動態化処理液浸漬初期に短時間に活性反応を誘発し、その後安定化することが重要であることを示している。
【００４１】
図２の（１）の軌跡は図１からみると、交点▲３▼→▲２▼→▲１▼を経て不動態化、白色化していること、また、図２の（２）の軌跡は、酸洗初期に活性反応を示す▲２▼、または▲３▼に移行するが、その後も変化せずに活性反応を維持したままであることを示している。
この時の表面は、灰黒色でむらの有る表面となっている。表面の安定化には、活性状態から不動態状態に移行する条件が必須であることを示している。
【００４２】
本発明者らは、このような表面反応を誘発するのに適した添加剤の種類と添加剤の必要量を検討することにより本発明をなすに至った。すなわち、活性溶解を適度に誘発し、且つ酸化性を有する亜塩素酸塩、塩素酸塩、過マンガン酸塩、ヨウ素酸塩、過硫酸塩、過酸化水素が好ましく、またその添加量をこれら１または２以上を０．０５〜５．０％にすると、活性反応→不動態化反応への移行を容易に誘発して不動態化、白色化を達成することができることを知得して本発明をなすに至った。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の不動態化処理液は環境を損なう硝酸を含有していないために、環境管理の点で好ましい。また本発明の不動態化処理液を用いると、従来は不動態化が不十分であったSUS416，SUS420Fも容易に不動態化する事ができる。なお本発明の不動態化処理液で不動態化したステンレス鋼の表面は乳白色であるために、需要家の要望に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】不動態化処理液におけるステンレス鋼の活性／不動態を示す一般的な図。
【図２】不動態化処理液におけるステンレス鋼の電位の時間変化を示す図。
【図３】不動態化処理液におけるステンレス鋼の電位を測定するための装置図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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