JP2008248329A

JP2008248329A - フェライト系ステンレス鋼板の酸洗方法

Info

Publication number: JP2008248329A
Application number: JP2007091860A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nakaseko; 誠中世古; Toshiki Hiruta; 敏樹蛭田; Tomohira Matsui; 友平松居; Yukihiro Baba; 幸裕馬場
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】硫酸による酸洗の後に、フッ化水素酸と硝酸からなる混酸液で酸洗する工程を有するフェライト系ステンレス鋼板の酸洗方法として、混酸液の鉄イオン濃度を調整することなく、スラッジの発生を抑制でき、良好な酸洗性能が得られる方法を提供する。
【解決手段】第１〜第４の酸洗槽８１〜８４には硫酸が入っている。第５の酸洗槽８５にはフッ化水素酸と硝酸からなる混酸液が入っている。この混酸液のフッ化水素酸濃度を２０〜１５０ｇ／Ｌ、硝酸濃度を２０〜８５ｇ／Ｌとする。
【選択図】図１

Description

この発明はフェライト系ステンレス鋼板の酸洗方法に関する。

熱間圧延されたステンレス鋼板は、表面にスケール層を有する。その後の熱処理等によってもさらにスケール層が追加され、一般的に表面処理前のステンレス鋼板は、表層に１〜２０μｍ程度の厚みのスケール層を有する。そのスケール層を剥離・除去するために、ステンレス鋼板には酸洗等の脱スケール処理が施される。
ステンレス鋼板の酸洗方法の従来例としては、硫酸による酸洗の後に、フッ化水素酸と硝酸からなる混酸液で酸洗する工程を有する方法（特許文献１〜３等を参照）が挙げられる。また、酸洗の前には、ショットブラスト等によってスケール層に歪みを付与する前処理が行われている。

特許文献１の方法は、１８Ｃｒ系オーステナイト系ステンレス鋼板を対象とした方法で、混酸液の硝酸濃度を１００〜４００ｇ／Ｌ、フッ化水素酸濃度を７５〜４００ｇ／Ｌとしている。特許文献２の方法は、Ａｌを０．０５〜０．３ｗｔ％含むフェライト系ステンレス鋼板を対象とした方法で、混酸液の硝酸濃度を５０〜３００ｇ／Ｌ、フッ化水素酸濃度を５〜７０ｇ／Ｌとしている。特許文献３の方法は、Ａｌを２．５〜７．０％含有するフェライト系ステンレス鋼帯を対象とした方法で、混酸液の硝酸濃度を４０〜２００ｇ／Ｌ、フッ化水素酸濃度を２０〜１６０ｇ／Ｌとし、さらに鉄イオン濃度を３０ｇ／Ｌ以下にしている。

ステンレス鋼板に生じるスケール層は鉄酸化物とクロム酸化物からなり、このスケール層の直下にクロム含有率の低い脱クロム層が存在する。硫酸による酸洗では、この脱クロム層を含む自鉄（ステンレス鋼そのもの）が酸洗液に溶解することで、ステンレス鋼板からスケール層が除去されるが、その際に酸洗液中で硫酸と鉄の反応が生じて、ステンレス鋼板の表面に硫化鉄を含む汚れ（スマット）が付着する。そして、この汚れを除去するため、および不動態皮膜を形成するために、フッ化水素酸と硝酸からなる混酸液による酸洗が行われる。

混酸液による酸洗では、スケール層や自鉄の溶解により酸洗液中に存在する鉄イオンとフッ化水素酸のフッ素イオンが反応してフッ化鉄が生成し、その水和物（ＦｅＦ₃・３Ｈ₂Ｏ）が酸洗槽内で凝固して沈殿する。この沈殿物（スラッジ）は、酸洗槽だけでなく酸洗液用の配管内にも蓄積されて固化して、酸洗能力を低下させる。そのため、現状では、定期的に酸洗ラインを止めてスラッジを除去する作業が行われている。

このスラッジが生じないように、酸洗槽内の混酸液中の鉄イオン濃度や金属イオン濃度が所定値以下になるように調整する方法も提案されている（特許文献３〜５等を参照）。特許文献３の方法では、前述のように、混酸液中の鉄イオン濃度３０ｇ／Ｌ以下にしている。特許文献４には、鉄イオン濃度３０ｇ／Ｌ以下、フッ素イオン濃度５〜６０ｇ／Ｌとすれば酸洗効力も大きく、フッ化鉄沈殿物も生成しないと記載されている。特許文献５には、硝フッ酸液中の金属イオン濃度が４０ｇ／Ｌを超えるとスラッジが生じ易くなると記載されている。

しかしながら、実際の混酸液中の鉄イオン濃度５０〜８０ｇ／Ｌであり、鉄イオン濃度を３０ｇ／Ｌ以下にするためには、高性能なイオン交換装置が必要となり、費用が高くつく。
また、生じたスラッジを除去する装置を用いたり、スラッジをペースト状に生成させて除去しやすくする方法も提案されているが、腐食性の高いフッ化水素酸に耐えられる装置は費用が高い。また、ペースト状に生成させる方法では、酸洗液中に種結晶を混合しておく必要があり、種結晶が酸液のクリーニング時にイオン交換膜を詰まらせたり、送液効率を低下させたりする。

特公平３−６０９２０公報特公平６−９４５７５公報特許３３９８２６１公報特公昭６０−３５９９５号公報特開平８−７４０７９号公報

本発明の課題は、硫酸による酸洗の後に、フッ化水素酸と硝酸からなる混酸液で酸洗する工程を有するフェライト系ステンレス鋼板の酸洗方法であって、混酸液の鉄イオン濃度を調整しなくても、スラッジの発生を抑制でき、しかも良好な酸洗性能が得られる方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、硫酸による酸洗の後に、フッ化水素酸と硝酸からなる混酸液で酸洗する工程を有するフェライト系ステンレス鋼板の酸洗方法において、前記混酸液のフッ化水素酸濃度を２０ｇ／Ｌ以上１５０ｇ／Ｌ以下、硝酸濃度を２０ｇ／Ｌ以上８５ｇ／Ｌ以下とすることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の酸洗方法を提供する。

混酸液のフッ化水素酸濃度が２０ｇ／Ｌ未満であると、硫酸による酸洗でステンレス鋼板の表面に付着したスマットが除去されないが、２０ｇ／Ｌ以上であればスマットが除去されて、良好な酸洗性能が得られる。
混酸液のフッ化水素酸濃度が２０ｇ／Ｌの場合に、硝酸濃度と酸洗時間を変化させてスラッジ生成量を調べたところ、図１のグラフに示す結果が得られた。この結果から、硝酸濃度を８５ｇ／Ｌ以下にすることにより、１００ｇ／Ｌ以上にした場合と比較して、スラッジ生成量が著しく低下することが分かる。

混酸液のフッ化水素酸濃度の上限値は、酸洗槽の耐久性を確保する（腐食による劣化が生じ難いようにする）という観点から１５０ｇ／Ｌとする。フッ化水素酸の濃度の好ましい範囲は２０〜５０ｇ／Ｌである。
また、酸洗後のフェライト系ステンレス鋼板の耐食性に関しては、混酸液の硝酸濃度が８５ｇ／Ｌ以下で、フッ化水素酸濃度が２０ｇ／Ｌ以上であれば、十分な耐食性が確保できる。

本発明のフェライト系ステンレス鋼板の酸洗方法によれば、硫酸による酸洗の後に、フッ化水素酸と硝酸からなる混酸液で酸洗する工程で、混酸液の鉄イオン濃度を調整しなくとも、スラッジの発生を抑制でき、しかも良好な酸洗性能が得られる。
よって、本発明の方法で酸洗を行うことにより、酸洗ラインを止めてスラッジ除去作業を行う間隔を長くすることができるため、連続操業期間を長くすることができ、生産性が向上する。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図２に示すラインで、本発明の方法による酸洗性能を調べる試験を行った。
このラインは、ペイオフリール２、溶接機３、ルーパー４１、メカニカルスケールブレーカー５、ショットブラスト装置６、ルーパー４２、研削ブラシ７、第１の酸洗槽８１、第２の酸洗槽８２、第３の酸洗槽８３、第４の酸洗槽８４、第５の酸洗槽８５、面検査室９、ルーパー４３、およびコイル巻き取り機１０が、入側からこの順に配置されたステンレス鋼板１の脱スケールラインである。

メカニカルスケールブレーカー５は、一対の曲げロール５１，５２と、ガイドロール５３，５４と、ピンチロール５５，５６を備えている。
第１〜第４の酸洗槽８１〜８４には濃度２５０〜３５０ｇ／Ｌの硫酸が入っている。第５の酸洗槽８５には、フッ化水素酸と硝酸からなる混酸液が入っている。
混酸液のフッ化水素酸濃度および硝酸濃度を、試験No. １ではフッ化水素酸濃度２０〜５０ｇ／Ｌで硝酸濃度２０〜８５ｇ／Ｌ、No. ２ではフッ化水素酸濃度２０〜５０ｇ／Ｌで硝酸濃度１００〜４００ｇ／Ｌ、No. ３ではフッ化水素酸濃度５〜１５ｇ／Ｌで硝酸濃度３００〜５００ｇ／Ｌ、No. ４ではフッ化水素酸濃度２０〜５０ｇ／Ｌで硝酸濃度５〜１９ｇ／Ｌとした。また、試験No. ５ではフッ化水素酸濃度１１０〜１４０ｇ／Ｌで硝酸濃度４０〜７０ｇ／Ｌ、No. ６ではフッ化水素酸濃度５０〜８０ｇ／Ｌで硝酸濃度５０〜８０ｇ／Ｌ、No. ７ではフッ化水素酸濃度１６０〜１８０ｇ／Ｌで硝酸濃度２０〜８５ｇ／Ｌとした。

各酸洗槽８１〜８５には図示しない蒸気配管が設置され、この配管からの熱交換で酸洗槽内の酸洗液が加熱される。ここでは、第１〜第４の酸洗槽８１〜８４の酸洗液温度を８０〜８８℃に保持し、第５の酸洗槽８５の酸洗液温度を５５〜６０℃に保持した。
面検査室９は、第５の酸洗槽８５を出た後のステンレス鋼板１の表面状態を、人による監視と画像で認識する空間となっている。

ステンレス鋼板１としては、Ｃｒ含有率が１０〜２４質量％であるフェライト系ステンレス鋼板に相当する各種熱延コイルを用意し、平均ラインスピード５０ｍ／ｍｉｎでラインを稼働させた。なお、ショットブラスト処理は、ショット粒の平均粒径：４５０μｍ、投射密度：２０ｋｇ／ｍ²、投射速度：５０ｍ／ｓの条件で行った。
そして、各試験のステンレス鋼板１の脱スケール性能を、面検査室９の画像に基づいて判定した。また、第５の酸洗槽８５に生じたスラッジの沈殿量を測定した。

その結果、本発明の実施例に相当する試験No. １では、一月当たり約３万５千トンの酸洗処理を行ったが、第５の酸洗槽８５に生じたスラッジの沈殿量は、一月当たり２．７ｍ³であり、１３０日連続で操業が可能であった。また、脱スケール性能は良好であり、ステンレス鋼板１の耐食性にも問題がなかった。なお、第５の酸洗槽８５内の混酸液中の鉄イオン濃度は６０〜７５ｇ／Ｌであった。

これに対して、本発明の比較例に相当する試験No. ２では、第５の酸洗槽８５に生じたスラッジの沈殿量は、一月当たり２８．５ｍ³であり、７日目には操業できない状態になった。なお、脱スケール性能は良好であり、ステンレス鋼板１の耐食性にも問題がなかった。
本発明の比較例に相当する試験No. ３では、第５の酸洗槽８５に生じたスラッジの沈殿量は、一月当たり１８．３ｍ³であり、１４日目には操業できない状態になった。なお、耐食性には問題がなかったが、スマットが十分に除去されず表面に黒色模様が発生した。

本発明の比較例に相当する試験No. ４では、３日目にステンレス鋼板に腐食が生じていることが発見されたため、操業を中止した。
また、本発明の実施例に相当する試験No. ５では、第５の酸洗槽８５に生じたスラッジの沈殿量は、一月当たり４．３ｍ³であり、７０日連続で操業が可能であった。また、脱スケール性能は良好であり、ステンレス鋼板１の耐食性にも問題がなかった。なお、第５の酸洗槽８５内の混酸液中の鉄イオン濃度は７５〜８７ｇ／Ｌであった。

また、本発明の実施例に相当する試験No. ６では、第５の酸洗槽８５に生じたスラッジの沈殿量は、一月当たり３．７ｍ³であり、９３日連続で操業が可能であった。また、脱スケール性能は良好であり、ステンレス鋼板１の耐食性にも問題がなかった。なお、第５の酸洗槽８５内の混酸液中の鉄イオン濃度は７０〜８２ｇ／Ｌであった。
また、本発明の比較例に相当する試験No. ７では、第５の酸洗槽８５に生じたスラッジの沈殿量は、一月当たり４．７ｍ³と少なく、脱スケール性能は良好であり、ステンレス鋼板１の耐食性にも問題がなかったが、１２日間の操業で第５の酸洗槽８５を点検した際に内壁が減肉していたため、操業を停止した。
これらの結果を下記の表１にまとめて示す。

表１から、フッ化水素濃度および硝酸濃度をともに本発明の範囲内とすることで酸洗性能、ステンレス鋼の耐食性、スラッジ抑制、酸洗槽の耐久性のいずれにも良好な結果が得られ、連続操業日数を長くできることが分かる。

混酸液のフッ化水素酸濃度が２０ｇ／Ｌの場合に、硝酸濃度と酸洗時間を変化させてスラッジ生成量を調べた結果を示すグラフである。酸洗性能を調べる試験を行ったラインを示す図である。

符号の説明

１ステンレス鋼板
２ペイオフリール
３溶接機
４１ルーパー
４２ルーパー
４３ルーパー
５メカニカルスケールブレーカー
５１，５２曲げロール
５３，５４ガイドロール
５５，５６ピンチロール
６ショットブラスト装置
７研削ブラシ
８１第１の酸洗槽
８２第２の酸洗槽
８３第３の酸洗槽
８４第４の酸洗槽
８５第５の酸洗槽
９面検査室
１０コイル巻き取り機

Claims

硫酸による酸洗の後に、フッ化水素酸と硝酸からなる混酸液で酸洗する工程を有するフェライト系ステンレス鋼板の酸洗方法において、
前記混酸液のフッ化水素酸濃度を２０ｇ／Ｌ以上１５０ｇ／Ｌ以下、硝酸濃度を２０ｇ／Ｌ以上８５ｇ／Ｌ以下とすることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の酸洗方法。