JP2003025209A - ステンレス鋼の研磨方法 - Google Patents
ステンレス鋼の研磨方法Info
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Abstract
を研削する際に、簡易に、かつ低コストで優れた表面外
観および耐食性を有するステンレス鋼を得る方法を提供
する。 【構成】 ステンレス鋼表面を、弾性を有する研磨工具
で研磨する際に、希土類元素酸化物を主成分とする研磨
剤を研磨工具に塗布しながら、あるいは希土類元素酸化
物を主成分とする研磨剤を付着させた研磨工具で研磨す
る。 【硬化】 希土類元素酸化物が、研磨焼けの生成を抑制
し、ステンレス鋼本来の不動態皮膜の生成に有効に作用
し、表面外観および耐食性の双方に優れたステンレス鋼
を得ることができる。
Description
に優れた装飾用ステンレス鋼を得る研磨方法に関する。
に用いられる装飾用ステンレス研磨管は、通常、研削砥
石、フラップホイールおよびブラシなどの研磨工具によ
る研磨により所定の研磨面に仕上げられる。しかし、研
削砥石、フラップホイール、研磨ベルトおよびブラシな
どの研磨工具による疵取り研磨や仕上げ研磨では、研磨
条件によっては局部的に研磨発熱が300℃を超えるよ
うになるため、ステンレス鋼の合金相中のFeが優先酸
化し、ステンレス鋼の表面に、通常の不動態皮膜に比べ
てFe酸化物を多く含有した淡黄色あるいは茶褐色の酸
化皮膜、いわゆる研磨焼けが発生し、ステンレス鋼本来
の耐食性を著しく低下させている。
させるとともに光沢を有する研磨面に仕上げる場合、バ
フ、フェルトおよびスポンジなどの弾性を有する研磨工
具にアルミナ、炭化珪素などの砥粒を主体とした研磨剤
を塗布しながら研磨したり、研磨面全体の研磨焼けを完
全に除去するために、研磨後のステンレス鋼を硝酸や硫
酸などの酸液に浸漬させたり、研磨砥粒を分散させた硝
酸などの酸を含む研磨液を研磨面に供給しながら弾性を
有する研磨工具で研磨するメカノケミカル研磨を行って
いる。
ナ、炭化珪素などの砥粒を主体とした研磨剤を塗布しな
がら研磨工具で研磨する方法では、研磨面の微小な凹凸
に追従し難いため、研磨工具が接触しない領域に表面の
研磨焼けが残存し易くなる。これらを完全に除去するた
めには研磨のパス回数を増やさねばならず、作業時間の
増加と研磨コストの増大を招いている。また、酸液に浸
漬する方法では、バッチ処理のため工数大となる。さら
に、研磨砥粒を分散させた酸液を研磨面に供給しながら
研磨するメカノケミカル研磨では、研磨焼けの完全除去
に工数がかかり、生産性が低下し、高コストとなる。
出されたものであり、弾性を有する研磨工具を用いてス
テンレス鋼を研削する際に、簡易に、かつ低コストで優
れた表面外観および耐食性を有するステンレス鋼を得る
方法を提供することを目的とする。
研磨方法は、その目的を達成するため、弾性を有する研
磨工具での疵取り研磨および仕上げ研磨の際に、希土類
元素酸化物を主成分とする研磨剤を研磨工具に塗布しな
がら、あるいは希土類元素酸化物を主成分とする研磨剤
を付着させた研磨工具で研磨するものである。同様に、
光沢研磨の際に、弾性を有する研磨工具での乾式研磨の
際に、希土類元素酸化物を主成分とする研磨剤を研磨工
具に塗布しながら、あるいは希土類元素酸化物を主成分
とする研磨剤を付着させた研磨工具で研磨する。また、
酸液を研磨剤として湿式研磨の際には、研磨液に希土類
元素の酸化物を分散させて弾性を有する研磨工具で研磨
したり、希土類元素の酸化物を主成分とする研磨剤を付
着させた繊維状物質からなる研磨工具で研磨するもので
ある。希土類元素酸化物としては、Y2O3、CeO2あ
るいはLa2O3などが使用される。
のように考えられている。すなわち、図1に示すよう
に、ステンレス鋼1の表面は、通常Crの不動態皮膜2
で覆われており、この不動態皮膜2がステンレス鋼の地
肌に対して防食作用を呈する。ところが、ステンレス鋼
1を研削砥石、フラップホイール、研磨ベルトおよびブ
ラシなどの研磨工具で研磨すると、研磨条件によっては
局部的に研磨発熱が300℃を超えるようになるため、
ステンレス鋼の合金相中のFeが優先酸化し、ステンレ
ス鋼の表面に通常の不動態皮膜に比べて、Fe酸化物を
多く含有した淡黄色あるいは茶褐色の酸化皮膜3、いわ
ゆる研磨焼けが発生し、ステンレス鋼本来の不動態皮膜
の形成を抑制するため、耐食性を著しく低下させると考
えられている。
カニズムに着目し、研磨焼けの発生を抑制し、ステンレ
ス鋼の表面に正常なCrの不動態皮膜を形成する研磨方
法について検討した。その結果、希土類元素酸化物を主
成分とする研磨剤を弾性を有する研磨工具に塗布する
か、希土類元素酸化物を主成分とする研磨剤を用いて研
磨することにより、研磨焼けの発生が抑制され、耐食性
に有効な不動態皮膜が形成されることにより、耐候性が
向上することを見出した。
の研磨剤を用いた疵取り研磨、仕上げ研磨および光沢研
磨での不動態皮膜の形成は、図2に示すような過程をと
ると考えられる。研磨前のステンレス鋼1の表面不動態
皮膜2は、機械的な研磨により表面から除去される。こ
こで、研磨工具に塗布された希土類元素の酸化物が、ス
テンレス鋼の表面で優先的に酸化層4を形成するため、
Feの優先酸化による研磨焼けの形成を抑制できる。さ
らに、ステンレス鋼表面に形成した希土類元素の酸化物
層は、ステンレス鋼表面のイオン欠陥構造を金属イオン
欠損型から酸素イオン欠損型に変化させる。このため、
拡散速度の遅い酸素イオンは拡散律速になり、Crの不
動態皮膜の成長方向が外側から内側に変化し、ボイドの
形成を抑制できる。このCrの不動態皮膜は、通常のC
rの不動態皮膜に比べて表面欠陥が少なく、緻密、かつ
強固であり、耐食性向上に極めて有効である。
では、酸性水溶液のケミカル作用により、疵取り研磨お
よび仕上げ研磨で形成したステンレス鋼の表面の研磨焼
けを溶解し、さらに、除去能力を向上するために砥粒に
よるメカニカル作用により活性化された研磨面で、希土
類元素が上記と同様に作用し、緻密かつ強固なCrの不
動態膜を形成する。なお、本発明の光沢研磨を適用する
ステンレス鋼を仕上げ研磨の際にも、希土類元素酸化物
を主成分とする研磨剤を用いて研磨することが好まし
い。
般に実施されている砥石研磨、研磨ベルト、フラップホ
イールおよびブラシなどを工具として疵取り研磨や仕上
げ研磨を行い、光沢を有する研磨面に仕上げる場合、
綿、麻およびフェルトなどのバフに研磨剤を塗布しなが
ら研磨するバフ研磨や、研磨砥粒を分散させた硝酸など
の酸を含む研磨液を研磨面に供給しながら弾性を有する
研磨工具で研磨するメカノケミカル研磨を行っている。
この研磨に使用する装置・方法は、研磨剤の使用を除い
て従来のものと変わらない。
ては、Y2O3、CeO2あるいはLa2O3などが使用さ
れる。一般的に使用される砥粒に準ずる粒径のものを用
いればよいが、研磨目への作用効率の観点から粒径3μ
m以下のものを使用することが好ましい。また、メカノ
ケミカル研磨に使用する場合でも、研磨液への均一な分
散状態を得るために粒径3μm以下のものを使用するこ
とが好ましい。希土類元素酸化物を主成分とする研磨剤
の使用は、その効果から、疵取り研磨、仕上げ研磨およ
び光沢研磨のいずれの工程でも、最終パスで塗布または
付着させれば十分である。その他の研磨では、従来の研
磨工具やアルミナ砥粒を主体とした研磨剤を使用すれば
よい。
の使用形態は、研磨工具の形状、研磨剤の塗布・付着効
率を考慮して決められる。脂肪酸等の油脂を粘着剤とし
て固めて研磨工具に擦り付ける方法、油脂と水および乳
化剤で形成したエマルジョンに分散させてエアースプレ
ーなどで吹き付ける方法、固体微粒子のまま振りかける
方法のいずれでも構わない。研磨工具中に均一に塗布・
付着されていれば十分である。本発明のステンレス鋼の
表面研磨方法は、オーステナイト系はもとより、フェラ
イト系、あるいはマルテンサイト系のいずれにも適用で
きる。
鋼であるSUS304を300×300×2.5tに切
り出し、研磨工具に#120、#150の砥粒を有する
幅150mm、周長960mmの研磨ベルト6を用い
て、研磨速度1000m/分、押付け荷重100N、送
り速度4m/分の条件で1パスの研磨を行った。この時
のステンレス鋼板1に研磨ベルト6に押付けるコンタク
トホイール7には、ウレタンゴム製のφ100mm、硬
度Hs70のものを用いた。
1をNo.4仕上げに仕上げるために、疵取り研磨と同
様に図3の研磨装置を用いて、仕上げ研磨工程に#18
0の砥粒を有する幅150mm、周長960mmの研磨
ベルト6を用いて、研磨速度1000m/分、押付け荷
重100N、送り速度4m/分の条件で1パスの研磨を
行った。この仕上げ研磨工程では、粒径2.0μm以下
のCeO2を主成分とした希土類元素酸化物を80%以
上含有した(残りは鉱物からの精製時の残渣)砥粒を脂
肪酸などの油脂に50wt%分散させたものをφ50×
200Lの固形に固めた固形研磨剤8を適量ずつ研磨ベ
ルト6に塗布しながら研磨した。
用し、仕上げ研磨工程に使用する#180の研磨ベルト
6には何も塗布しない条件で研磨を行った。
鋼であるSUS304のφ42.7×1.5t×100
0mmのパイプ9を適用し、図4に示す研磨装置を用い
て、研磨工具10である#240、#400の砥粒を有
するφ150×50×50mmのフラップホイールで送
り速度2m/分、工具回転数1000rpm、切込み量
2mmの研磨条件で疵取り研磨を施したものを用いた。
この疵取り研磨後のステンレスパイプ9を準鏡面に仕上
げるために、疵取り研磨と同様に図2の研磨装置を用い
て、送り速度2m/分、工具回転数1000rpm、切
込み量2mmの研磨条件で仕上げ研磨および光沢研磨を
行った。仕上げ研磨工程では、研磨工具10として、#
800の砥粒を有するφ150×50×50mmのフラ
ップホイールで1パス研磨した。光沢研磨工程では研磨
工具10にφ200×50×10mmの綿バフを5枚を
1組として3パス研磨を行った。
は、粒径2.0μm以下のCeO2を主成分とした希土
類元素酸化物を80%以上含有した(残りは鉱物からの
精製時の残渣)砥粒を脂肪酸などの油脂に50wt%分
散させたものをφ50×200Lの固形に固めた固形研
磨剤8を適量ずつ研磨ベルト6に塗布しながら研磨し
た。なお、光沢研磨工具では、最終パス(3パス目)の
み希土類元素酸化物を有する固形研磨剤8を塗布してお
り、その他のパスは通常のアルミナ系の研磨剤を用い
た。
たステンレスパイプ9の仕上げ研磨工程として、#80
0の砥粒を有するφ150×50×50mmのフラップ
ホイールに研磨剤は塗布しない条件で1パス研磨したも
のを被研磨材とした。光沢研磨工程では、粒径5μm以
下のアルミナ砥粒を脂肪酸などの油脂に80wt%分散
させたものをφ50×200Lの固形に固めた固形研磨
剤8を適量ずつ綿バフに塗布しながら研磨した。研磨条
件は、実施例2と同様である。
テンレスパイプ9を被研磨材として、準鏡面に仕上げる
ためにマシニングセンタを用いてカップ方式の光沢研磨
を行った。研磨工具には、ナイロン66繊維で編んだシ
ートに粒径1μm以下のCeO2を主成分とした希土類
元素を80%以上含有した(残りは鉱物からの精製時の
残渣)研磨剤を付着させ、φ150×50×50mmの
ディスク状に成形固化させたカップ型のフェルトバフ1
1を用いた。このフェルトバフ11を図5に示すように
接着剤などで塩ビ製の台座12に固定し、駆動軸13を
マシニングセンタの研磨ヘッド部の回転軸14に装着し
て、送り速度2m/分、工具回転数1000rpm、切
込み量1mmの研磨条件で研磨した。
テンレスパイプ9を被研磨材として、図6に示すメカノ
ケミカル研磨装置を用いて準鏡面に仕上げるための光沢
研磨を行った。このメカノケミカル研磨装置は、ステン
レスパイプ9をウレタンゴム製の回転ロール15、駆動
ロール16および押えロール17で固定しながら送り込
み、研磨工具10をパイプ9に接触させて研磨する図5
と同様のカップ方式の研磨装置である。研磨液18は、
研磨工具の内部から供給する構造となっている。
40LにCeO2を主成分とした希土類元素を80%以
上含有した研磨剤1000gを均一に分散させて液温が
25℃になるように管理しながらポンプで循環して使用
した。研磨工具には、ナイロン66繊維で編んだシート
をφ150×50×50mmのディスク状に成形固化さ
せたカップ型のフェルトバフ11を用いた。研磨条件
は、工具回転数500rpm、研磨荷重200N、送り
速度4m/分、パイプ回転数500rpmとした。
テンレスパイプ9を被研磨材として、図6に示すメカノ
ケミカル研磨装置を用いて準鏡面に仕上げるための光沢
研磨を行った。研磨液18に、濃度5wt%の硝酸水溶
液40L、研磨工具10にナイロン66繊維で編んだシ
ートに、粒径1μm以下のCeO2を主成分とした希土
類元素を80%以上含有した研磨剤を付着させてディス
ク状に成形固化させたカップ型のフェルトバフ11を用
いた以外は、実施例4と同じ条件とした。
テンレスパイプ9を被研磨材として、図6に示すメカノ
ケミカル研磨装置を用いて準鏡面に仕上げるための光沢
研磨を行った。研磨液18は、濃度5wt%の硝酸水溶
液40Lに#3000の緑色炭化珪素(GC)の研磨剤
1000gを均一に分散させて液温が25℃になるよう
に管理した。その他の実験条件は、実施例4と同じであ
る。
レス鋼板1またはステンレスパイプ9と、疵取り研磨後
のステンレス鋼板1を硝酸濃度10%で20秒浸漬した
ものについて、濃度5%、温度35℃の食塩水を15分
間噴霧した後、相対湿度20%の乾燥した雰囲気中で6
0℃に1時間保持し、相対湿度98%の湿潤雰囲気中で
50℃に保持する塩水噴霧−乾燥−湿潤を1サイクルと
する発銹試験を50サイクル行った。その試験結果を表
1に示す。なお、発銹試験の評価は、発銹が見られない
ものを○、赤錆の原因となるシミが発生していたものを
△、赤錆が発生していたものを×として判定した。
磨を行っても良好な表面外観および耐食性を有したステ
ンレス鋼板1およびステンレスパイプ9が得られた。し
かし、仕上げ研磨工程の研磨ベルト6への研磨剤8を塗
布しない比較例1や、光沢研磨工程においてアルミナや
炭化珪素の砥粒を含有した固定研磨剤を使用して研磨し
た比較例2および比較例3では、ステンレス鋼表面に多
量の赤錆やシミが発生していた。このステンレス鋼1の
表面を細かく観察したところ、凹部に研磨焼け3が残存
し、その研磨焼け3を起点としてシミが発生しているこ
とがわかった。
は、ステンレス鋼の表面を、弾性を有する研磨工具で研
磨する際に、Y2O3やCeO2などの希土類元素酸化物
を主体とする研磨剤を研磨工具に塗布するか、あるいは
研磨工具に付着させた状態で研磨することにより、希土
類金属酸化物がステンレス鋼表面の研磨焼けの生成の抑
制および除去に有効に作用し、表面外観および耐食性の
双方に優れ、長期間にわたっての金属光沢の維持が可能
なステンレス鋼を得ることができる。
る図
の変化を説明する図
3:Fe酸化物を多く含有した酸化皮膜、 4:希土
類元素の酸化物層、 5:希土類元素の酸化物により
緻密化された不動態皮膜、 6:研磨ベルト、
7:コンタクトホイール、 8:固定研磨剤、
9:ステンレスパイプ、 10:フラップホイール、
11:フェルト、 12:台座、 13:回転
軸、 14:駆動軸、 15:回転ロール、 1
6:送りロール、 17:押えロール、18:研磨液
Claims (2)
- 【請求項1】 ステンレス鋼表面を弾性を有する研磨工
具で研磨する際に、希土類元素酸化物を主成分とする研
磨剤を研磨工具に塗布しながら研磨することを特徴とす
るステンレス鋼の研磨方法。 - 【請求項2】 ステンレス鋼表面を弾性を有する研磨工
具で研磨する際に、希土類元素酸化物を主成分とする研
磨剤を付着させた研磨工具で研磨することを特徴とする
ステンレス鋼の研磨方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001221156A JP2003025209A (ja) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | ステンレス鋼の研磨方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2001221156A JP2003025209A (ja) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | ステンレス鋼の研磨方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003025209A true JP2003025209A (ja) | 2003-01-29 |
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JP2001221156A Pending JP2003025209A (ja) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | ステンレス鋼の研磨方法 |
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