ステンレス鋼の脱スケール方法
【課題】ピッチングの発生しない、光沢の優れた白肌のステンレス鋼を製造するためのコイル状ステンレス鋼線材の脱スケール方法を提供すること。
【解決手段】予めそのコイル状のステンレス鋼線材をコイル形状に保ったままショットブラストをかけてステンレス鋼線材の表面のスケール層を完全に除去することなく５〜１０μｍの範囲の厚み幅に制御してスケールを残存させ、しかる後に酸洗処理を行う。例えば酸洗処理は、第一の酸洗処理とソルト処理及び第二の酸洗処理とからなり、酸洗液として弗酸と硫酸を含有し、酸濃度が２０〜２５重量％の範囲にある比較的高濃度の酸液と酸濃度が５〜１５重量％の範囲にある比較的低濃度の酸液のうち選択された１種又は２種の酸洗液を用いてそれぞれ１段階又は２段階処理する。
【解決手段】予めそのコイル状のステンレス鋼線材をコイル形状に保ったままショットブラストをかけてステンレス鋼線材の表面のスケール層を完全に除去することなく５〜１０μｍの範囲の厚み幅に制御してスケールを残存させ、しかる後に酸洗処理を行う。例えば酸洗処理は、第一の酸洗処理とソルト処理及び第二の酸洗処理とからなり、酸洗液として弗酸と硫酸を含有し、酸濃度が２０〜２５重量％の範囲にある比較的高濃度の酸液と酸濃度が５〜１５重量％の範囲にある比較的低濃度の酸液のうち選択された１種又は２種の酸洗液を用いてそれぞれ１段階又は２段階処理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼のスケール除去方法に関し、さらに詳しくは、ステンレス鋼線材の製造工程において生成する線材コイル表面のスケール除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステンレス鋼線材は、熱間圧延により製造されることが多いが、その熱間圧延加工あるいはそれに続く熱処理により線材表面にはかなりの厚さのスケール層を生ずるので、これを酸洗処理により除去することが広く行われている。ここで、ステンレス鋼は鉄のほかにクロムが多く含まれていることから、スケール中には比較的除去しやすい酸化鉄系スケール層のほか、緻密で強固な酸化クロム系スケール層も形成される。
【０００３】
そのため、酸洗処理工程は、まず硫酸系水溶液等を用いた前酸洗により可溶性の酸化鉄系の層を除去した後、次に溶融塩浴に浸漬するいわゆるソルト処理により、クロム酸化物を可溶性のクロム酸塩等に転化し、引き続き硫酸等の酸浴でこれを溶解除去することが行われている。しかし、これでもクロム水和物等のスケール被膜が線材表面に相当量残留することから、更にこの被膜を化学的に剥離除去する仕上げ酸洗処理が行われるのが通常である。この仕上げ酸洗処理にはこれまで弗酸−硝酸系酸洗液が使われてきたが、この酸液は窒素成分を含むため、排出されると海洋、河川あるいは湖沼が富栄養化する問題があり、環境保護の観点から硝酸を含まない酸洗液を使用するという要望が高まりつつある。そこで、弗酸−硫酸系酸洗液を用いる方法で仕上げ処理が行われてきている。
【０００４】
最近、特許文献１から特許文献４に示されるように、このソルト処理と弗酸−硫酸系酸洗液処理の組み合わせによりステンレス鋼の脱スケール方法及びスマットが残存しにくい表面処理方法が提案されている。しかし、熱間加工及び熱処理を施したステンレス鋼を上記弗酸−硫酸系酸洗液を用いる方法で脱スケールした場合、表面にピッチング状の凹凸が発生する問題がある。
【０００５】
上記のような化学的処理方法では、熱処理によってスケールが厚く発生する場合、特にオーステナイト系ステンレス鋼の場合に問題となる。スケールが厚く、均一に発生していない場合、スケール除去にムラができ、スケールが残っている部分があるにもかかわらず素地が早く現れる部分が出てくるため、その素地の耐食性の低い結晶粒界が酸によって侵され、ピッチング状の凹凸が発生することになる。また、スケールが厚く発生する場合は、酸洗処理時間が長くなり、処理効率が下がるという問題もある。
【０００６】
一方、上記のような化学的処理方法に代わる、より効率的な脱スケール方法として、鋼球やカットワイヤ等のショット粒を圧縮空気や遠心力を用いて投射して鋼材表面に衝突させるショットブラスト等の機械的脱スケールを行う方法及びショットブラスト等の後、軽い酸洗処理を行う方法も提案されてきている。例えば特許文献５では、ステンレス鋼板をショットブラストによって脱スケールした後、酸洗を行うことによって光沢むらがなく、かつすぐれた表面光沢を有するステンレス鋼板を得る方法を提案している。このように板状の鋼板ではショットブラストにおけるショットが均一に鋼材にあたるため、均一にスケールを除去できることがわかっている。
【０００７】
ところが、コイル状の線材をショットブラストによって脱スケールする方法は、コイル状のステンレス鋼線材を一旦延ばした後ショットブラスト処理を行い、しかる後にリコイルを行う方法はあるものの、この方法では処理工程が長くなるため、効率的な方法とは言い難い。一方、コイル形状のままショットブラストをかける方法によりスケールを除去する方法は提案されているものの、支持棒に吊り下げられた線材コイルの軸方向の側面部や内部などのショット粒が投射されにくい部分のスケール残りが問題となる。一般にコイル形状のまま線材にショットブラストをかける場合、ショットのうちムラ（スケールの残りムラ）が出やすく、ショットブラストによって完全に除去することは難しい。そして、ほとんどスケールを除去した後、不均一に残ったスケールを化学的方法により酸洗すると、素地の溶解に至り、表面にピッチング状の凹凸が発生する。
【０００８】
ところで、本出願人により平成１６年１月１６日に特許出願したショットブラスト方法は、これらの問題を改善するものである。すなわち、コイル状線材を支持棒に吊るした後、支持棒を回転させながらコイル状線材を回転させ、外面、側面、及び内面に均一にショット粒を当てることができる方法である。この方法では、コイル状線材の径方向の外側からショット粒を投射することで外面に対応し、投射角度を軸方向の一方に傾斜させて斜めからショット粒を投射することでコイルを傾斜させ、リング部側面が投射方向を向くことによって側面に対応でき、支持棒の回転方向の反転を繰り返すことや、支持棒の外周面にその軸方向に所定間隔で複数の突起を設け、リングが重なりにくくすることにより内面への投射密度が高められ、更にコイルを支持棒の回転によって回転させ、反転させ、一方向及び他方向からショット粒を投射させることを一定間隔で交互に繰り返すことによって均一に脱スケールできるようになる。
【０００９】
しかし、この方法を用いるのみでは線材コイルの全体に対して一様なショット粒の投射は可能であるものの、もともとスケールが厚く均一に発生していない場合には完全に均一に除去されないことになる。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１７２４７４号公報
【特許文献２】特開平１１−１７２４７７号公報
【特許文献３】特開平１１−１７２４９９号公報
【特許文献４】特開平１１−１７２４７５号公報
【特許文献５】特開２００３−４１３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、ステンレス鋼線材の脱スケールにおいて、化学的処理方法で脱スケールを行う場合、スケールの厚みや鋼材表面の耐食性のばらつきのため、スケールが残ったり、素地の溶解によるピッチング（肌荒れ）が発生したりする。
【００１２】
また、機械的処理方法では、コイル形状のままショットをうつとうちムラが起き、ぎりぎりまでスケール除去した後に残った不均一なスケールを化学的処理により除去しようとすると、ピッチングが発生する。一方、ショットのばらつきを抑えるために、コイル状線材を一旦延ばした後ショットブラストを行い、しかる後にリコイルする方法をとれば均一にショットをうつことができるが、工程が長く、効率的とは言い難いという問題がある。
【００１３】
更に本出願人によって提案されたショットブラスト方法のみでは、もともとスケールが厚く均一に発生していない場合には完全に均一に除去されない。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、より効率的な脱スケールを行うため、コイル形状のままステンレス鋼線材を脱スケールするに際し、スケールが残ることなく、またピッチング状の凹凸が発生しない、光沢の優れた白肌のステンレス鋼を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために本発明に係るステンレス鋼の脱スケール方法は、請求項１に記載の発明のように、熱間圧延及び熱処理されたコイル状のステンレス鋼材の酸洗脱スケール処理を行うに際し、予めそのコイル状のステンレス鋼線材をコイル形状に保ったままショットブラストをかけてステンレス鋼線材の表面のスケール層を完全に除去することなく５〜１０μｍの範囲の厚み幅に制御してスケールを残存させ、しかる後に酸洗処理を行うことを要旨とする。
【００１６】
この場合、請求項２に記載のように、前記ステンレス鋼材の酸洗処理は、酸化鉄系スケール層の除去のための第一の酸洗処理と、酸化クロム系スケール層の除去のためのソルト処理及び第二の酸洗処理とからなることが望ましい。
【００１７】
そして、請求項３に記載のように、前記酸洗処理における第一の酸洗処理及び第二の酸洗処理は、それぞれ酸洗液として弗酸と硫酸を含有するものであり、酸濃度が２０〜２５重量％の範囲にある比較的高濃度の酸液と酸濃度が５〜１５重量％の範囲にある比較的低濃度の酸液のうち選択された１種又は２種の酸洗液を用いてそれぞれ１段階又は２段階処理することに好適に用いられる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載のステンレス鋼の脱スケール方法によれば、オーステナイト系ステンレス鋼などスケールが厚く発生するものに対しても、発生したスケールの大部分をショットブラストによって予め除去するため、その後の酸洗時間は短縮される。また、ショットブラストによってスケール厚を５〜１０μｍの範囲で均一に除去するため、その後の酸洗においてスケール除去のムラが発生しない。その結果、素地の粒界腐食が発生するのを防ぐことができる。この時、５〜１０μｍより更に薄く削る場合、例えば０〜５μｍの範囲になった場合は、５〜１０μｍの範囲にした場合と同じ厚み幅ではあるが、スケールがほとんど削られている部分もあるため、その後の酸洗処理によって素地の溶解を発生させてしまう。また、１０μｍより厚くスケールを残した場合、例えば１０〜３０μｍの範囲にした場合、厚みの差が大きいため、酸洗処理によって洗いムラが発生する。更に、コイル状のままステンレス鋼にショットブラストをかけるため、コイルを延ばす工程及びリコイルする工程が短縮され、効率的なスケール除去方法となる。その結果、スケールが残ることなく、またピッチング状の凹凸が発生しない、光沢の優れた白肌のステンレス鋼を製造することができる。
【００１９】
そして、請求項２に係る酸洗処理をすることにより、ステンレス鋼被処理部材の表面に残留するクロム水和物等の強固なスケール被膜を容易に剥離除去することができる。
【００２０】
この場合、酸洗液が、請求項３に記載の２種類の濃度のものを組み合せ又は使い分けることにより、材質によるスケール厚や鋼材表面の耐食性の違いにも対応することができ、種々のステンレス鋼を脱スケールする場合においても適応可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１〜図３は、本発明におけるショットブラスト装置を示す図である。
【００２２】
図１は、ショットブラスト装置の概略構成を示すものであって、該ショットブラスト装置１０は、線材コイル１２がコイル形状のまま吊り下げられる所定長さ寸法の支持棒１４を備え、該支持棒１４は、図示しない駆動手段による正逆回転されるよう構成される。この支持棒１４に対して径方向に離間する位置には、前記線材コイル１２に対して径方向の外側からショット粒を投射する第１投射機１６及び第２投射機１８が複数基配置される。第１投射機１６及び第２投射機１８は、図１に示すように、上下に離間する位置において、上側に第１投射機１６が前記支持棒１４の軸方向に離間して配置されるとともに、下側に第２投射機１８が前記支持棒１４の軸方向に離間して配置される。なお、第１投射機１６と第２投射機１８は軸方向に対して交互に位置する関係に配置されている。
【００２３】
前記各第１投射機１６は、図１に二点鎖線で示すように、ショット粒の投射方向は、線材コイルの軸方向の一方（右側）に向けて傾斜するよう設定されている。そして、ショット粒を線材コイル１２に対して右斜め向きで投射することにより、その衝突力でコイル１２を構成している各リング部１２ａの投射機側が、右側に傾く方向に傾斜する（図２参照）。これに対して第２投射機１８は、図１に一点鎖線で示すようにショット粒の投射方向は、線材コイルの軸方向の他方（左側）に向けて傾斜するよう設定されている。そして、ショット粒を線材コイル１２に対して左斜め向きで投射することにより、その衝突力でコイル１２を構成している各リング部１２ａの投射機側が、左側に傾く方向に傾斜する（図３参照）。なお、第１投射機１６及び第２投射機１８の投射角度は向きが異なるだけで、同一の傾斜角度に設定される。
【００２４】
また、図４は、支持棒１４の外周面に所定間隔で複数の突起２０を設け、突起２０と支持棒１４の回転により各リング部１２ａを展開するようになり、コイル内面への投射密度がより高められるようになる。
【００２５】
図５は、本発明におけるコイル状のステンレス鋼材の酸洗脱スケール処理工程を示している。図５の工程（イ）の熱間圧延によって得られたステンレス鋼線材を工程（ロ）で大気中にて熱処理する。その後、ステンレス鋼線材表面に形成したスケールを工程（ハ）にてショットブラスト処理を行い、ステンレス鋼線材の表面のスケール層を完全に除去することなく５〜１０μｍの範囲の厚み幅に制御してスケールを残存させる。
【００２６】
次に工程（ニ）、（ホ）、（ヘ）にて、残存したスケール層を酸洗処理する。工程（ニ）及び（ヘ）は、弗酸と硫酸を含む酸洗液を用いて酸洗し、工程（ホ）は、苛性ソーダと硝酸ソーダとの混合塩浴によるソルト処理を行う。第一酸洗である工程（ニ）は、比較的可溶性の酸化鉄系スケール層を主に除去し、工程（ニ）で残存した緻密で強固な酸化クロム系スケール層は、工程（ホ）において重クロム酸ナトリウム等の水溶性塩成分を主体とする層に転化させ、その後第二の酸洗処理工程（ヘ）において酸洗除去される。
【００２７】
その後、工程（ト）で中和処理、工程（チ）で乾燥され、処理が終了する。
【００２８】
図６は、脱スケール処理した後の鋼材表面の表面粗さの評価方法を示す。図６（ａ）は、ピッチングの発生した鋼材を示している。このピッチング発生箇所をピッチング深さまでヤスリで削って図６（ｂ）のようにし、図６（ａ）の長さａと図６（ｂ）の長さｂの寸法差を、脱スケール処理によって発生したピッチング深さとした。
【００２９】
酸洗に用いる酸は、硫酸、塩酸、硝酸、弗酸、弗酸−硝酸系酸洗液、弗酸−硫酸系酸洗液等から一種または二種以上の酸洗槽の組み合わせで実施できるが、環境問題への対応から、硫酸、弗酸、弗酸−硫酸系酸洗液から一種または二種以上の酸洗槽の組み合わせを選ぶのが良い。より好ましくは弗酸−硫酸系酸洗液とするのが良い。浸漬する温度は、室温としても良いが、昇温することで、脱スケールの反応速度を増大させて処理の能力を向上させることができる。なお、酸洗液を昇温させる場合は蒸気が過剰に発生しない範囲で、線材の材質あるいは表面のスケール形成状態に応じて所期の脱スケール反応速度が得られるよう、適宜調整することができる。
【００３０】
ソルト処理に用いる液は、苛性ソーダと硝酸ソーダとの混合塩浴（例えば水酸化ナトリウムの重量をＷ１、硝酸ナトリウムの重量をＷ２としてＷ１／Ｗ２が２〜５）等、アルカリ金属塩を主体とした溶融塩浴が使用され、スケール層に含まれるクロム酸化物系のスケール層を、重クロム酸ナトリウム等の水溶性塩成分を主体とする層に転化する。また、高温（例えば４００〜５００℃）の溶融塩浴に浸漬加熱した後急冷することでスケール層に亀裂を生じさせ、以降の酸洗処理におけるスケール層への酸洗液の浸透を促す効果も生じうる。
【００３１】
本発明が適用可能なステンレス鋼は、具体的には、日本工業規格Ｇ４３０４に記載された各種ステンレス鋼、例えば、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ２０２、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０１Ｊ、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０２Ｂ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０４Ｎ１、ＳＵＳ３０４Ｎ２、ＳＵＳ３０４ＬＮ、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｎ、ＳＵＳ３１６ＬＮ、ＳＵＳ３１６Ｊ１、ＳＵＳ３１６Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３１７Ｌ、ＳＵＳ３１７Ｊ１、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１等のオーステナイト系ステンレス鋼（常温においてもオーステナイト組織を示すステンレス鋼）、ＳＵＳ３２９Ｊ１、ＳＵＳ３２９Ｊ２Ｌ等のオーステナイト−フェライト系ステンレス鋼（オーステナイトとフェライトの２相組織を示すステンレス鋼）、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４２９、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４３６Ｌ、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４４７Ｊ１、ＳＵＳＸＭ２７等のフェライト系ステンレス鋼（熱処理によって硬化せず、かつフェライト組織をステンレス鋼）、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４１０Ｓ、ＳＵＳ４２０Ｊ１、ＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵＳ４２９Ｊ１、ＳＵＳ４４０Ａ等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３１等の析出硬化系ステンレス鋼（アルミニウム、銅などの元素を添加することにより、熱処理によってこれらの元素を主体とする化合物等を析出させ、硬化させることができるステンレス鋼）が使用できる。
【００３２】
また、本発明でいう「ステンレス鋼」の概念には、下記に示される耐熱鋼も含まれるものとし、これら鋼種に対しても本発明を適用できる。
【００３３】
ＪＩＳ：G４３１１及びG４３１２に組成が規定された、ＳＵＳ３１、ＳＵＨ３５、ＳＵＨ３６、ＳＵＨ３７、ＳＵＨ３８、ＳＵＨ３０９、ＳＵＨ３１０、ＳＵＨ３３０、ＳＵＨ６６０、ＳＵＨ６６１等のオーステナイト系耐熱鋼、ＳＵＨ４４６等のフェライト系耐熱鋼、ＳＵＳ１、ＳＵＳ３、ＳＵＳ４、ＳＵＳ１１、ＳＵＳ６００、ＳＵＳ６１６等のマルテンサイト系耐熱鋼などを例示できる。
【００３４】
オーステナイト系ステンレス鋼は圧延後に１０００〜１２００℃の高温で熱処理が施されることが多く、形成されるスケール層の厚さも厚くなりがちなので、酸洗液の酸濃度は比較的高いほうが良い。一方、フェライト系及びマルテンサイト系ステンレス鋼は熱処理温度が比較的低いため、スケールの厚さはオーステナイト系と比べて厚くはならないため、酸濃度は低い方が良い。また、これらの濃度の異なる酸洗液を組み合わせて用いることも可能である。
【００３５】
なお、酸洗処理が終わった後の線材には、スマットと呼ばれる残留スケール層が残ることがある。このスマット層が形成される原因としては、素地中に存在していた金属炭化物、例えばクロム含有炭化物（Ｃｒ２３Ｃ６あるいはＣｒ２Ｃ、）等の粒子が酸洗により遊離して、素地表面に再吸着することが考えられる。このようなスマット層が形成されると、線材の表面が黒変して外観が損なわれるほか、ばねなどの線材加工製品を製造するために、処理後の線材に伸線加工を施す場合はスマット層により摩擦が増大して傷発生や断線等のトラブルを引き起こしたり、伸線ダイスの寿命を縮めたりする問題が生じうることもある。この場合、線材を硝酸水溶液等の酸洗液に更に浸漬することにより、上記スマット層を除去することができる。
【００３６】
以下に実施例を示す。実施例における酸洗条件は以下の通りである。
酸洗液Ａ、Ｃ：弗酸−硫酸系液（酸濃度（弗酸＋硫酸）＝２０〜２５ｗｔ％）、温度＝４０〜６０℃
酸洗液Ｂ、Ｄ：弗酸−硫酸系液（酸濃度（弗酸＋硫酸）＝５〜１５ｗｔ％）、温度＝１０〜３０℃
ソルト：苛性ソーダ＋硝酸ソーダ、温度４００〜５００℃
【００３７】
（実施例１）
所定の圧延装置により熱間圧延した後、大気中にて熱処理したオーステナイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ３０３、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルを５分間ショットブラスト処理した後、残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．１）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した後、その表面のスケール残りを外観目視で確認した。また、ピッチングの有無を外観目視で確認し、その深さは、ピッチング部をヤスリでピッチングが無くなるまで研磨し、研磨前後の寸法差を計算した。
【００３８】
（比較例１）
実施例１と同様に圧延、熱処理したオーステナイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ３０３、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルをショットブラスト処理せずに残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．２〜５）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００３９】
（比較例２）
実施例１と同様に圧延、熱処理したオーステナイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ３０３、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルを１５分間ショットブラスト処理した後、残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．６〜９）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００４０】
実施例１（実施No.１）では、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０３を、コイル状のまま５分ショットブラスト処理し、スケール厚を５〜１０μｍの範囲の厚み幅にした後、酸洗処理を、酸Ａに５分、酸Ｂに５分、ソルト処理を５分、酸Ｃに５分、酸Ｄに５分と行った。その結果、スケールが残ることなく、かつピッチングが発生していない、光沢の優れた白肌のステンレス鋼が得られた。
【００４１】
一方、比較例１では、ショットブラスト処理しないで（スケール厚は１０〜３０μｍ）、実施例１と同条件で酸洗処理を行ったが（実施Ｎｏ．２）、スケールが残った。そこで、スケールを完全に除去させるために酸洗処理時間を酸A、酸B、または酸Ｃについて長くしたが（実施Ｎｏ．３〜５）、スケールを完全に除去することはできなかったにもかかわらずピッチングの発生が確認された。
【００４２】
比較例２では、１５分ショットブラスト処理し、スケール厚を０〜５μｍの範囲とした。その後、実施例１と同条件で酸洗処理を行った（実施Ｎｏ．６）。その結果、スケールは完全に除去されていたが、ピッチングの発生が確認された。そして、このピッチングの発生を抑えるために酸洗条件をマイルドにするため、濃度の高い酸Ａまたは酸Ｃを用いない条件で種々の酸洗処理を行ったが（実施Ｎｏ．７〜９）、ピッチングの発生は抑えられないにもかかわらずスケールが残る結果となった。
【００４３】
（実施例２）
所定の圧延装置により熱間圧延した後、大気中にて熱処理したマルテンサイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４０３、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルを５分間ショットブラスト処理した後、残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件（実施Ｎｏ．１０）で酸洗処理を行い、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００４４】
（比較例３）
実施例２と同様に圧延、熱処理したマルテンサイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４０３、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルをショットブラスト処理せずに残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．１１〜１２）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００４５】
（比較例４）
実施例２と同様に圧延、熱処理したマルテンサイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４０３、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルを１５分間ショットブラスト処理した後、残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．１３〜１４）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００４６】
実施例２、比較例３及び４は、マルテンサイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４０３）について脱スケールを行った結果である。実施例２（実施Ｎｏ．１０）では、コイル状のまま５分ショットブラスト処理し、スケール厚を５〜１０μｍの範囲の厚み幅にした後、酸洗処理を、酸Ｂに５分、ソルト処理を５分、酸Ｄに５分と行った。その結果、スケールが残ることなく、かつピッチングが発生していない、光沢の優れた白肌のステンレス鋼が得られた。
【００４７】
一方、比較例３では、ショットブラストをかけない状態（スケール厚は１０〜２０μｍ）で、実施例２と同条件で酸洗処理を行ったが（実施Ｎｏ．１１）、スケールが残り、かつピッチングが発生した。この時、酸洗Ｂの処理前に酸Ａの処理操作を加えると（実施Ｎｏ．１２）、スケールは完全に除去することができたが、ピッチング深さが大きくなった。
【００４８】
比較例４では、ショットブラストを１５分かけ、スケール厚を０〜５μｍとした。実施例２と同条件で酸洗処理を行った場合（実施Ｎｏ．１３）、スケールは完全に除去することができたが、ピッチングが発生した。このピッチングの発生を抑えるために酸洗Ｂの処理時間を５分から３分に短縮したところ（実施Ｎｏ．１４）、ピッチングの発生は抑えられず、かつスケールが残った。
【００４９】
（実施例３）
所定の圧延装置により熱間圧延した後、大気中にて熱処理したフェライト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４３０、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルを５分間ショットブラスト処理した後、残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．１５）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００５０】
（比較例５）
実施例３と同様に圧延、熱処理したフェライト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４３０、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルをショットブラスト処理せずに残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．１６〜１７）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００５１】
（比較例６）
実施例３と同様に圧延、熱処理したフェライト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４３０、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルを１５分間ショットブラスト処理した後、残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．１８〜１９）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００５２】
実施例３、比較例５及び６は、フェライト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４３０）について脱スケールを行った結果である。実施例３（実施Ｎｏ．１５）では、コイル状のまま５分ショットブラスト処理し、スケール厚を５〜１０μｍの範囲の厚み幅にした後、酸洗処理を、酸Ｂに５分、ソルト処理を５分、酸Ｄに５分と行った。その結果、スケールが残ることなく、かつピッチングが発生していない、光沢の優れた白肌のステンレス鋼が得られた。
【００５３】
一方、比較例５では、ショットブラストをかけない状態（スケール厚は１０〜２０μｍ）で、実施例３と同条件で酸洗処理を行ったが（実施Ｎｏ．１６）、スケールが残り、かつピッチングが発生した。この時、酸洗Ｂの処理前に酸Ａの処理操作を加えると（実施Ｎｏ．１７）、スケールは完全に除去することができたが、ピッチング深さが大きくなった。
【００５４】
比較例６では、ショットブラストを１５分かけ、スケール厚を０〜５μｍとした。実施例３と同条件で酸洗処理を行った場合（実施Ｎｏ．１８）、スケールは完全に除去することができたが、ピッチングが発生した。このピッチングの発生を抑えるために酸洗Ｂの処理時間を５分から３分に短縮したところ（実施Ｎｏ．１９）、ピッチングの発生は抑えられず、かつスケールが残った。
【００５５】
以上の結果から、実施例１〜３に挙げたようにスケールを５〜１０μｍの範囲の厚み幅に制御してショットブラストをかけ、その後の最適な条件で酸洗処理を行うことが効果的であり、種々の鋼材に適応可能であった。しかし、それ以外のスケール厚の範囲にスケールを残存させた場合、その後の酸洗処理によって、スケールが残ることなく、かつピッチングが発生しないような脱スケールを行うことはできないものと考察する。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００５７】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係るステンレス鋼の脱スケール方法は、コイル形状のステンレス鋼線材を効率よく脱スケールする方法として使用することができる。その結果、光沢の優れた白肌のステンレス鋼を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明にかかるショットブラスト装置の概観図である。
【図２】本発明にかかるショットブラスト装置の第１投射機１６により投射された図である。
【図３】本発明にかかるショットブラスト装置の第２投射機１８により投射された図である。
【図４】本発明にかかるショットブラスト装置において、突起部２０を含む図である。
【図５】本発明によるステンレス鋼線材の脱スケール処理の工程の図である。
【図６】脱スケール後に発生するピッチングの深さの測定方法の図である。
【符号の説明】
【００６０】
１２ 線材コイル
１２ａ リング状線材部
１４ 支持棒
１６ 第１投射機
１８ 第２投射機
２０ 突起部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼のスケール除去方法に関し、さらに詳しくは、ステンレス鋼線材の製造工程において生成する線材コイル表面のスケール除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステンレス鋼線材は、熱間圧延により製造されることが多いが、その熱間圧延加工あるいはそれに続く熱処理により線材表面にはかなりの厚さのスケール層を生ずるので、これを酸洗処理により除去することが広く行われている。ここで、ステンレス鋼は鉄のほかにクロムが多く含まれていることから、スケール中には比較的除去しやすい酸化鉄系スケール層のほか、緻密で強固な酸化クロム系スケール層も形成される。
【０００３】
そのため、酸洗処理工程は、まず硫酸系水溶液等を用いた前酸洗により可溶性の酸化鉄系の層を除去した後、次に溶融塩浴に浸漬するいわゆるソルト処理により、クロム酸化物を可溶性のクロム酸塩等に転化し、引き続き硫酸等の酸浴でこれを溶解除去することが行われている。しかし、これでもクロム水和物等のスケール被膜が線材表面に相当量残留することから、更にこの被膜を化学的に剥離除去する仕上げ酸洗処理が行われるのが通常である。この仕上げ酸洗処理にはこれまで弗酸−硝酸系酸洗液が使われてきたが、この酸液は窒素成分を含むため、排出されると海洋、河川あるいは湖沼が富栄養化する問題があり、環境保護の観点から硝酸を含まない酸洗液を使用するという要望が高まりつつある。そこで、弗酸−硫酸系酸洗液を用いる方法で仕上げ処理が行われてきている。
【０００４】
最近、特許文献１から特許文献４に示されるように、このソルト処理と弗酸−硫酸系酸洗液処理の組み合わせによりステンレス鋼の脱スケール方法及びスマットが残存しにくい表面処理方法が提案されている。しかし、熱間加工及び熱処理を施したステンレス鋼を上記弗酸−硫酸系酸洗液を用いる方法で脱スケールした場合、表面にピッチング状の凹凸が発生する問題がある。
【０００５】
上記のような化学的処理方法では、熱処理によってスケールが厚く発生する場合、特にオーステナイト系ステンレス鋼の場合に問題となる。スケールが厚く、均一に発生していない場合、スケール除去にムラができ、スケールが残っている部分があるにもかかわらず素地が早く現れる部分が出てくるため、その素地の耐食性の低い結晶粒界が酸によって侵され、ピッチング状の凹凸が発生することになる。また、スケールが厚く発生する場合は、酸洗処理時間が長くなり、処理効率が下がるという問題もある。
【０００６】
一方、上記のような化学的処理方法に代わる、より効率的な脱スケール方法として、鋼球やカットワイヤ等のショット粒を圧縮空気や遠心力を用いて投射して鋼材表面に衝突させるショットブラスト等の機械的脱スケールを行う方法及びショットブラスト等の後、軽い酸洗処理を行う方法も提案されてきている。例えば特許文献５では、ステンレス鋼板をショットブラストによって脱スケールした後、酸洗を行うことによって光沢むらがなく、かつすぐれた表面光沢を有するステンレス鋼板を得る方法を提案している。このように板状の鋼板ではショットブラストにおけるショットが均一に鋼材にあたるため、均一にスケールを除去できることがわかっている。
【０００７】
ところが、コイル状の線材をショットブラストによって脱スケールする方法は、コイル状のステンレス鋼線材を一旦延ばした後ショットブラスト処理を行い、しかる後にリコイルを行う方法はあるものの、この方法では処理工程が長くなるため、効率的な方法とは言い難い。一方、コイル形状のままショットブラストをかける方法によりスケールを除去する方法は提案されているものの、支持棒に吊り下げられた線材コイルの軸方向の側面部や内部などのショット粒が投射されにくい部分のスケール残りが問題となる。一般にコイル形状のまま線材にショットブラストをかける場合、ショットのうちムラ（スケールの残りムラ）が出やすく、ショットブラストによって完全に除去することは難しい。そして、ほとんどスケールを除去した後、不均一に残ったスケールを化学的方法により酸洗すると、素地の溶解に至り、表面にピッチング状の凹凸が発生する。
【０００８】
ところで、本出願人により平成１６年１月１６日に特許出願したショットブラスト方法は、これらの問題を改善するものである。すなわち、コイル状線材を支持棒に吊るした後、支持棒を回転させながらコイル状線材を回転させ、外面、側面、及び内面に均一にショット粒を当てることができる方法である。この方法では、コイル状線材の径方向の外側からショット粒を投射することで外面に対応し、投射角度を軸方向の一方に傾斜させて斜めからショット粒を投射することでコイルを傾斜させ、リング部側面が投射方向を向くことによって側面に対応でき、支持棒の回転方向の反転を繰り返すことや、支持棒の外周面にその軸方向に所定間隔で複数の突起を設け、リングが重なりにくくすることにより内面への投射密度が高められ、更にコイルを支持棒の回転によって回転させ、反転させ、一方向及び他方向からショット粒を投射させることを一定間隔で交互に繰り返すことによって均一に脱スケールできるようになる。
【０００９】
しかし、この方法を用いるのみでは線材コイルの全体に対して一様なショット粒の投射は可能であるものの、もともとスケールが厚く均一に発生していない場合には完全に均一に除去されないことになる。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１７２４７４号公報
【特許文献２】特開平１１−１７２４７７号公報
【特許文献３】特開平１１−１７２４９９号公報
【特許文献４】特開平１１−１７２４７５号公報
【特許文献５】特開２００３−４１３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、ステンレス鋼線材の脱スケールにおいて、化学的処理方法で脱スケールを行う場合、スケールの厚みや鋼材表面の耐食性のばらつきのため、スケールが残ったり、素地の溶解によるピッチング（肌荒れ）が発生したりする。
【００１２】
また、機械的処理方法では、コイル形状のままショットをうつとうちムラが起き、ぎりぎりまでスケール除去した後に残った不均一なスケールを化学的処理により除去しようとすると、ピッチングが発生する。一方、ショットのばらつきを抑えるために、コイル状線材を一旦延ばした後ショットブラストを行い、しかる後にリコイルする方法をとれば均一にショットをうつことができるが、工程が長く、効率的とは言い難いという問題がある。
【００１３】
更に本出願人によって提案されたショットブラスト方法のみでは、もともとスケールが厚く均一に発生していない場合には完全に均一に除去されない。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、より効率的な脱スケールを行うため、コイル形状のままステンレス鋼線材を脱スケールするに際し、スケールが残ることなく、またピッチング状の凹凸が発生しない、光沢の優れた白肌のステンレス鋼を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために本発明に係るステンレス鋼の脱スケール方法は、請求項１に記載の発明のように、熱間圧延及び熱処理されたコイル状のステンレス鋼材の酸洗脱スケール処理を行うに際し、予めそのコイル状のステンレス鋼線材をコイル形状に保ったままショットブラストをかけてステンレス鋼線材の表面のスケール層を完全に除去することなく５〜１０μｍの範囲の厚み幅に制御してスケールを残存させ、しかる後に酸洗処理を行うことを要旨とする。
【００１６】
この場合、請求項２に記載のように、前記ステンレス鋼材の酸洗処理は、酸化鉄系スケール層の除去のための第一の酸洗処理と、酸化クロム系スケール層の除去のためのソルト処理及び第二の酸洗処理とからなることが望ましい。
【００１７】
そして、請求項３に記載のように、前記酸洗処理における第一の酸洗処理及び第二の酸洗処理は、それぞれ酸洗液として弗酸と硫酸を含有するものであり、酸濃度が２０〜２５重量％の範囲にある比較的高濃度の酸液と酸濃度が５〜１５重量％の範囲にある比較的低濃度の酸液のうち選択された１種又は２種の酸洗液を用いてそれぞれ１段階又は２段階処理することに好適に用いられる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載のステンレス鋼の脱スケール方法によれば、オーステナイト系ステンレス鋼などスケールが厚く発生するものに対しても、発生したスケールの大部分をショットブラストによって予め除去するため、その後の酸洗時間は短縮される。また、ショットブラストによってスケール厚を５〜１０μｍの範囲で均一に除去するため、その後の酸洗においてスケール除去のムラが発生しない。その結果、素地の粒界腐食が発生するのを防ぐことができる。この時、５〜１０μｍより更に薄く削る場合、例えば０〜５μｍの範囲になった場合は、５〜１０μｍの範囲にした場合と同じ厚み幅ではあるが、スケールがほとんど削られている部分もあるため、その後の酸洗処理によって素地の溶解を発生させてしまう。また、１０μｍより厚くスケールを残した場合、例えば１０〜３０μｍの範囲にした場合、厚みの差が大きいため、酸洗処理によって洗いムラが発生する。更に、コイル状のままステンレス鋼にショットブラストをかけるため、コイルを延ばす工程及びリコイルする工程が短縮され、効率的なスケール除去方法となる。その結果、スケールが残ることなく、またピッチング状の凹凸が発生しない、光沢の優れた白肌のステンレス鋼を製造することができる。
【００１９】
そして、請求項２に係る酸洗処理をすることにより、ステンレス鋼被処理部材の表面に残留するクロム水和物等の強固なスケール被膜を容易に剥離除去することができる。
【００２０】
この場合、酸洗液が、請求項３に記載の２種類の濃度のものを組み合せ又は使い分けることにより、材質によるスケール厚や鋼材表面の耐食性の違いにも対応することができ、種々のステンレス鋼を脱スケールする場合においても適応可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１〜図３は、本発明におけるショットブラスト装置を示す図である。
【００２２】
図１は、ショットブラスト装置の概略構成を示すものであって、該ショットブラスト装置１０は、線材コイル１２がコイル形状のまま吊り下げられる所定長さ寸法の支持棒１４を備え、該支持棒１４は、図示しない駆動手段による正逆回転されるよう構成される。この支持棒１４に対して径方向に離間する位置には、前記線材コイル１２に対して径方向の外側からショット粒を投射する第１投射機１６及び第２投射機１８が複数基配置される。第１投射機１６及び第２投射機１８は、図１に示すように、上下に離間する位置において、上側に第１投射機１６が前記支持棒１４の軸方向に離間して配置されるとともに、下側に第２投射機１８が前記支持棒１４の軸方向に離間して配置される。なお、第１投射機１６と第２投射機１８は軸方向に対して交互に位置する関係に配置されている。
【００２３】
前記各第１投射機１６は、図１に二点鎖線で示すように、ショット粒の投射方向は、線材コイルの軸方向の一方（右側）に向けて傾斜するよう設定されている。そして、ショット粒を線材コイル１２に対して右斜め向きで投射することにより、その衝突力でコイル１２を構成している各リング部１２ａの投射機側が、右側に傾く方向に傾斜する（図２参照）。これに対して第２投射機１８は、図１に一点鎖線で示すようにショット粒の投射方向は、線材コイルの軸方向の他方（左側）に向けて傾斜するよう設定されている。そして、ショット粒を線材コイル１２に対して左斜め向きで投射することにより、その衝突力でコイル１２を構成している各リング部１２ａの投射機側が、左側に傾く方向に傾斜する（図３参照）。なお、第１投射機１６及び第２投射機１８の投射角度は向きが異なるだけで、同一の傾斜角度に設定される。
【００２４】
また、図４は、支持棒１４の外周面に所定間隔で複数の突起２０を設け、突起２０と支持棒１４の回転により各リング部１２ａを展開するようになり、コイル内面への投射密度がより高められるようになる。
【００２５】
図５は、本発明におけるコイル状のステンレス鋼材の酸洗脱スケール処理工程を示している。図５の工程（イ）の熱間圧延によって得られたステンレス鋼線材を工程（ロ）で大気中にて熱処理する。その後、ステンレス鋼線材表面に形成したスケールを工程（ハ）にてショットブラスト処理を行い、ステンレス鋼線材の表面のスケール層を完全に除去することなく５〜１０μｍの範囲の厚み幅に制御してスケールを残存させる。
【００２６】
次に工程（ニ）、（ホ）、（ヘ）にて、残存したスケール層を酸洗処理する。工程（ニ）及び（ヘ）は、弗酸と硫酸を含む酸洗液を用いて酸洗し、工程（ホ）は、苛性ソーダと硝酸ソーダとの混合塩浴によるソルト処理を行う。第一酸洗である工程（ニ）は、比較的可溶性の酸化鉄系スケール層を主に除去し、工程（ニ）で残存した緻密で強固な酸化クロム系スケール層は、工程（ホ）において重クロム酸ナトリウム等の水溶性塩成分を主体とする層に転化させ、その後第二の酸洗処理工程（ヘ）において酸洗除去される。
【００２７】
その後、工程（ト）で中和処理、工程（チ）で乾燥され、処理が終了する。
【００２８】
図６は、脱スケール処理した後の鋼材表面の表面粗さの評価方法を示す。図６（ａ）は、ピッチングの発生した鋼材を示している。このピッチング発生箇所をピッチング深さまでヤスリで削って図６（ｂ）のようにし、図６（ａ）の長さａと図６（ｂ）の長さｂの寸法差を、脱スケール処理によって発生したピッチング深さとした。
【００２９】
酸洗に用いる酸は、硫酸、塩酸、硝酸、弗酸、弗酸−硝酸系酸洗液、弗酸−硫酸系酸洗液等から一種または二種以上の酸洗槽の組み合わせで実施できるが、環境問題への対応から、硫酸、弗酸、弗酸−硫酸系酸洗液から一種または二種以上の酸洗槽の組み合わせを選ぶのが良い。より好ましくは弗酸−硫酸系酸洗液とするのが良い。浸漬する温度は、室温としても良いが、昇温することで、脱スケールの反応速度を増大させて処理の能力を向上させることができる。なお、酸洗液を昇温させる場合は蒸気が過剰に発生しない範囲で、線材の材質あるいは表面のスケール形成状態に応じて所期の脱スケール反応速度が得られるよう、適宜調整することができる。
【００３０】
ソルト処理に用いる液は、苛性ソーダと硝酸ソーダとの混合塩浴（例えば水酸化ナトリウムの重量をＷ１、硝酸ナトリウムの重量をＷ２としてＷ１／Ｗ２が２〜５）等、アルカリ金属塩を主体とした溶融塩浴が使用され、スケール層に含まれるクロム酸化物系のスケール層を、重クロム酸ナトリウム等の水溶性塩成分を主体とする層に転化する。また、高温（例えば４００〜５００℃）の溶融塩浴に浸漬加熱した後急冷することでスケール層に亀裂を生じさせ、以降の酸洗処理におけるスケール層への酸洗液の浸透を促す効果も生じうる。
【００３１】
本発明が適用可能なステンレス鋼は、具体的には、日本工業規格Ｇ４３０４に記載された各種ステンレス鋼、例えば、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ２０２、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０１Ｊ、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０２Ｂ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０４Ｎ１、ＳＵＳ３０４Ｎ２、ＳＵＳ３０４ＬＮ、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｎ、ＳＵＳ３１６ＬＮ、ＳＵＳ３１６Ｊ１、ＳＵＳ３１６Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３１７Ｌ、ＳＵＳ３１７Ｊ１、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１等のオーステナイト系ステンレス鋼（常温においてもオーステナイト組織を示すステンレス鋼）、ＳＵＳ３２９Ｊ１、ＳＵＳ３２９Ｊ２Ｌ等のオーステナイト−フェライト系ステンレス鋼（オーステナイトとフェライトの２相組織を示すステンレス鋼）、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４２９、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４３６Ｌ、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４４７Ｊ１、ＳＵＳＸＭ２７等のフェライト系ステンレス鋼（熱処理によって硬化せず、かつフェライト組織をステンレス鋼）、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４１０Ｓ、ＳＵＳ４２０Ｊ１、ＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵＳ４２９Ｊ１、ＳＵＳ４４０Ａ等のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ６３１等の析出硬化系ステンレス鋼（アルミニウム、銅などの元素を添加することにより、熱処理によってこれらの元素を主体とする化合物等を析出させ、硬化させることができるステンレス鋼）が使用できる。
【００３２】
また、本発明でいう「ステンレス鋼」の概念には、下記に示される耐熱鋼も含まれるものとし、これら鋼種に対しても本発明を適用できる。
【００３３】
ＪＩＳ：G４３１１及びG４３１２に組成が規定された、ＳＵＳ３１、ＳＵＨ３５、ＳＵＨ３６、ＳＵＨ３７、ＳＵＨ３８、ＳＵＨ３０９、ＳＵＨ３１０、ＳＵＨ３３０、ＳＵＨ６６０、ＳＵＨ６６１等のオーステナイト系耐熱鋼、ＳＵＨ４４６等のフェライト系耐熱鋼、ＳＵＳ１、ＳＵＳ３、ＳＵＳ４、ＳＵＳ１１、ＳＵＳ６００、ＳＵＳ６１６等のマルテンサイト系耐熱鋼などを例示できる。
【００３４】
オーステナイト系ステンレス鋼は圧延後に１０００〜１２００℃の高温で熱処理が施されることが多く、形成されるスケール層の厚さも厚くなりがちなので、酸洗液の酸濃度は比較的高いほうが良い。一方、フェライト系及びマルテンサイト系ステンレス鋼は熱処理温度が比較的低いため、スケールの厚さはオーステナイト系と比べて厚くはならないため、酸濃度は低い方が良い。また、これらの濃度の異なる酸洗液を組み合わせて用いることも可能である。
【００３５】
なお、酸洗処理が終わった後の線材には、スマットと呼ばれる残留スケール層が残ることがある。このスマット層が形成される原因としては、素地中に存在していた金属炭化物、例えばクロム含有炭化物（Ｃｒ２３Ｃ６あるいはＣｒ２Ｃ、）等の粒子が酸洗により遊離して、素地表面に再吸着することが考えられる。このようなスマット層が形成されると、線材の表面が黒変して外観が損なわれるほか、ばねなどの線材加工製品を製造するために、処理後の線材に伸線加工を施す場合はスマット層により摩擦が増大して傷発生や断線等のトラブルを引き起こしたり、伸線ダイスの寿命を縮めたりする問題が生じうることもある。この場合、線材を硝酸水溶液等の酸洗液に更に浸漬することにより、上記スマット層を除去することができる。
【００３６】
以下に実施例を示す。実施例における酸洗条件は以下の通りである。
酸洗液Ａ、Ｃ：弗酸−硫酸系液（酸濃度（弗酸＋硫酸）＝２０〜２５ｗｔ％）、温度＝４０〜６０℃
酸洗液Ｂ、Ｄ：弗酸−硫酸系液（酸濃度（弗酸＋硫酸）＝５〜１５ｗｔ％）、温度＝１０〜３０℃
ソルト：苛性ソーダ＋硝酸ソーダ、温度４００〜５００℃
【００３７】
（実施例１）
所定の圧延装置により熱間圧延した後、大気中にて熱処理したオーステナイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ３０３、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルを５分間ショットブラスト処理した後、残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．１）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した後、その表面のスケール残りを外観目視で確認した。また、ピッチングの有無を外観目視で確認し、その深さは、ピッチング部をヤスリでピッチングが無くなるまで研磨し、研磨前後の寸法差を計算した。
【００３８】
（比較例１）
実施例１と同様に圧延、熱処理したオーステナイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ３０３、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルをショットブラスト処理せずに残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．２〜５）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００３９】
（比較例２）
実施例１と同様に圧延、熱処理したオーステナイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ３０３、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルを１５分間ショットブラスト処理した後、残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．６〜９）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００４０】
実施例１（実施No.１）では、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０３を、コイル状のまま５分ショットブラスト処理し、スケール厚を５〜１０μｍの範囲の厚み幅にした後、酸洗処理を、酸Ａに５分、酸Ｂに５分、ソルト処理を５分、酸Ｃに５分、酸Ｄに５分と行った。その結果、スケールが残ることなく、かつピッチングが発生していない、光沢の優れた白肌のステンレス鋼が得られた。
【００４１】
一方、比較例１では、ショットブラスト処理しないで（スケール厚は１０〜３０μｍ）、実施例１と同条件で酸洗処理を行ったが（実施Ｎｏ．２）、スケールが残った。そこで、スケールを完全に除去させるために酸洗処理時間を酸A、酸B、または酸Ｃについて長くしたが（実施Ｎｏ．３〜５）、スケールを完全に除去することはできなかったにもかかわらずピッチングの発生が確認された。
【００４２】
比較例２では、１５分ショットブラスト処理し、スケール厚を０〜５μｍの範囲とした。その後、実施例１と同条件で酸洗処理を行った（実施Ｎｏ．６）。その結果、スケールは完全に除去されていたが、ピッチングの発生が確認された。そして、このピッチングの発生を抑えるために酸洗条件をマイルドにするため、濃度の高い酸Ａまたは酸Ｃを用いない条件で種々の酸洗処理を行ったが（実施Ｎｏ．７〜９）、ピッチングの発生は抑えられないにもかかわらずスケールが残る結果となった。
【００４３】
（実施例２）
所定の圧延装置により熱間圧延した後、大気中にて熱処理したマルテンサイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４０３、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルを５分間ショットブラスト処理した後、残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件（実施Ｎｏ．１０）で酸洗処理を行い、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００４４】
（比較例３）
実施例２と同様に圧延、熱処理したマルテンサイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４０３、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルをショットブラスト処理せずに残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．１１〜１２）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００４５】
（比較例４）
実施例２と同様に圧延、熱処理したマルテンサイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４０３、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルを１５分間ショットブラスト処理した後、残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．１３〜１４）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００４６】
実施例２、比較例３及び４は、マルテンサイト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４０３）について脱スケールを行った結果である。実施例２（実施Ｎｏ．１０）では、コイル状のまま５分ショットブラスト処理し、スケール厚を５〜１０μｍの範囲の厚み幅にした後、酸洗処理を、酸Ｂに５分、ソルト処理を５分、酸Ｄに５分と行った。その結果、スケールが残ることなく、かつピッチングが発生していない、光沢の優れた白肌のステンレス鋼が得られた。
【００４７】
一方、比較例３では、ショットブラストをかけない状態（スケール厚は１０〜２０μｍ）で、実施例２と同条件で酸洗処理を行ったが（実施Ｎｏ．１１）、スケールが残り、かつピッチングが発生した。この時、酸洗Ｂの処理前に酸Ａの処理操作を加えると（実施Ｎｏ．１２）、スケールは完全に除去することができたが、ピッチング深さが大きくなった。
【００４８】
比較例４では、ショットブラストを１５分かけ、スケール厚を０〜５μｍとした。実施例２と同条件で酸洗処理を行った場合（実施Ｎｏ．１３）、スケールは完全に除去することができたが、ピッチングが発生した。このピッチングの発生を抑えるために酸洗Ｂの処理時間を５分から３分に短縮したところ（実施Ｎｏ．１４）、ピッチングの発生は抑えられず、かつスケールが残った。
【００４９】
（実施例３）
所定の圧延装置により熱間圧延した後、大気中にて熱処理したフェライト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４３０、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルを５分間ショットブラスト処理した後、残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．１５）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００５０】
（比較例５）
実施例３と同様に圧延、熱処理したフェライト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４３０、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルをショットブラスト処理せずに残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．１６〜１７）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００５１】
（比較例６）
実施例３と同様に圧延、熱処理したフェライト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４３０、１０φ）を、所定の大きさのコイルに巻き取った。このコイルを１５分間ショットブラスト処理した後、残存するコイル厚を測定した。その後、表１の条件で酸洗処理を行い（実施Ｎｏ．１８〜１９）、苛性ソーダ水溶液で中和・洗浄・乾燥した。乾燥後のスケール残り及びピッチング深さについては、実施例１と同様に確認した。
【００５２】
実施例３、比較例５及び６は、フェライト系ステンレス鋼線材（ＳＵＳ４３０）について脱スケールを行った結果である。実施例３（実施Ｎｏ．１５）では、コイル状のまま５分ショットブラスト処理し、スケール厚を５〜１０μｍの範囲の厚み幅にした後、酸洗処理を、酸Ｂに５分、ソルト処理を５分、酸Ｄに５分と行った。その結果、スケールが残ることなく、かつピッチングが発生していない、光沢の優れた白肌のステンレス鋼が得られた。
【００５３】
一方、比較例５では、ショットブラストをかけない状態（スケール厚は１０〜２０μｍ）で、実施例３と同条件で酸洗処理を行ったが（実施Ｎｏ．１６）、スケールが残り、かつピッチングが発生した。この時、酸洗Ｂの処理前に酸Ａの処理操作を加えると（実施Ｎｏ．１７）、スケールは完全に除去することができたが、ピッチング深さが大きくなった。
【００５４】
比較例６では、ショットブラストを１５分かけ、スケール厚を０〜５μｍとした。実施例３と同条件で酸洗処理を行った場合（実施Ｎｏ．１８）、スケールは完全に除去することができたが、ピッチングが発生した。このピッチングの発生を抑えるために酸洗Ｂの処理時間を５分から３分に短縮したところ（実施Ｎｏ．１９）、ピッチングの発生は抑えられず、かつスケールが残った。
【００５５】
以上の結果から、実施例１〜３に挙げたようにスケールを５〜１０μｍの範囲の厚み幅に制御してショットブラストをかけ、その後の最適な条件で酸洗処理を行うことが効果的であり、種々の鋼材に適応可能であった。しかし、それ以外のスケール厚の範囲にスケールを残存させた場合、その後の酸洗処理によって、スケールが残ることなく、かつピッチングが発生しないような脱スケールを行うことはできないものと考察する。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００５７】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係るステンレス鋼の脱スケール方法は、コイル形状のステンレス鋼線材を効率よく脱スケールする方法として使用することができる。その結果、光沢の優れた白肌のステンレス鋼を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明にかかるショットブラスト装置の概観図である。
【図２】本発明にかかるショットブラスト装置の第１投射機１６により投射された図である。
【図３】本発明にかかるショットブラスト装置の第２投射機１８により投射された図である。
【図４】本発明にかかるショットブラスト装置において、突起部２０を含む図である。
【図５】本発明によるステンレス鋼線材の脱スケール処理の工程の図である。
【図６】脱スケール後に発生するピッチングの深さの測定方法の図である。
【符号の説明】
【００６０】
１２ 線材コイル
１２ａ リング状線材部
１４ 支持棒
１６ 第１投射機
１８ 第２投射機
２０ 突起部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延及び熱処理されたコイル状のステンレス鋼材の酸洗脱スケール処理を行うに際し、予めそのコイル状のステンレス鋼線材をコイル形状に保ったままショットブラストをかけてステンレス鋼線材の表面のスケール層を完全に除去することなく５〜１０μｍの範囲の厚み幅に制御してスケールを残存させ、しかる後に酸洗処理を行うことを特徴とするステンレス鋼材の脱スケール処理方法。
【請求項２】
前記ステンレス鋼材の酸洗処理は、酸化鉄系スケール層の除去のための第一の酸洗処理と、酸化クロム系スケール層の除去のためのソルト処理及び第二の酸洗処理とからなることを特徴とする請求項１に記載されるステンレス鋼材の脱スケール処理方法。
【請求項３】
前記酸洗処理における第一の酸洗処理及び第二の酸洗処理は、それぞれ酸洗液として弗酸と硫酸を含有するものであり、酸濃度が２０〜２５重量％の範囲にある比較的高濃度の酸液と酸濃度が５〜１５重量％の範囲にある比較的低濃度の酸液のうち選択された１種又は２種の酸洗液を用いてそれぞれ１段階又は２段階処理することを特徴とする請求項２に記載されるステンレス鋼材の脱スケール処理方法。
【請求項１】
熱間圧延及び熱処理されたコイル状のステンレス鋼材の酸洗脱スケール処理を行うに際し、予めそのコイル状のステンレス鋼線材をコイル形状に保ったままショットブラストをかけてステンレス鋼線材の表面のスケール層を完全に除去することなく５〜１０μｍの範囲の厚み幅に制御してスケールを残存させ、しかる後に酸洗処理を行うことを特徴とするステンレス鋼材の脱スケール処理方法。
【請求項２】
前記ステンレス鋼材の酸洗処理は、酸化鉄系スケール層の除去のための第一の酸洗処理と、酸化クロム系スケール層の除去のためのソルト処理及び第二の酸洗処理とからなることを特徴とする請求項１に記載されるステンレス鋼材の脱スケール処理方法。
【請求項３】
前記酸洗処理における第一の酸洗処理及び第二の酸洗処理は、それぞれ酸洗液として弗酸と硫酸を含有するものであり、酸濃度が２０〜２５重量％の範囲にある比較的高濃度の酸液と酸濃度が５〜１５重量％の範囲にある比較的低濃度の酸液のうち選択された１種又は２種の酸洗液を用いてそれぞれ１段階又は２段階処理することを特徴とする請求項２に記載されるステンレス鋼材の脱スケール処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１９３８０８（Ｐ２００６−１９３８０８Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９１４０（Ｐ２００５−９１４０）
【出願日】平成１７年１月１７日（２００５．１．１７）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１７日（２００５．１．１７）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
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