JP3234180B2 - Ｆｅ−Ｎｉ系低熱膨張率合金製品の酸洗方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Fe−Ni系低熱膨張
率合金製品、例えば、板材、管材、線材、これらを素材
として作製される各種の製品の脱スケール、錆落とし等
を目的とする酸洗方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】30〜45重量％のNiを含むFe−Ni系の合金
は、熱膨張率が著しく小さい。特に、36％Ni-Fe合金お
よび42％Ni-Fe合金は、インバーと呼ばれて温度変化に
よる熱膨張を嫌う種々の部品材料として実用に供されて
いる。しかし、従来の用途は、バイメタルやブラウン管
のシャドウマスクというような比較的小型の精密機器の
部品が多い。

【０００３】上記の低熱膨張率合金を液化天然ガス（LN
G）のような低温物質の輸送用配管（低温配管）に応用
すれば、きわめて大きな実益が得られる。低温配管は、
通常、SUS304のようなオーステナイト系のステンレス鋼
で作られているが、この材料は、熱膨張率が大きいの
で、配管の温度変化に起因する膨張・収縮量が大きい。
従って、配管の所々にはこの膨張・収縮を吸収するため
のループ管を挟む必要がある。このループ管の存在によ
って、溶接継手の数が増え、ループ管の保冷作業にも
手間がかかる、ループ管用の高価なエルボ管が必要に
なる、ループ管の張り出しの分だけ大きな敷設スペー
スを要する、トンネル内配管の場合にはトンネルの径を
大きくしなければならない、ループ管により流体の流
れ方向が変化し、これに伴い圧力損失が増大する、とい
った数々の問題が生じる。

【０００４】上記のFe−Ni系合金の熱膨張率は、オース
テナイト系ステンレス鋼の約1/10である。このような合
金を低温配管用の材料とすれば、配管の途中に、ループ
管を設ける必要がなくなり、前記の問題は一挙に解決で
きる。しかしながら、低熱膨張率合金製の配管を実用化
するには、解決すべき様々な課題がある。その一つがFe
−Ni系合金の脱スケールや錆落としである。

【０００５】Fe−Ni系合金は、加熱されると表面に酸化
スケールが発生する。また、大気中に長時間放置された
り、水分に触れたりすると茶緑色の錆が生じる。これら
の酸化スケールや錆は、合金の耐食性、表面処理作業
性、外観等を損なうので、Fe−Ni系合金製の板や管を製
造する場合、製造工程の途中あるいは最終の工程で酸化
スケールや錆を除去する必要がある。

【０００６】一般のステンレスを脱スケールする場合に
は硝酸と弗酸の混合液に浸漬する方法が広く使われてい
る。しかし、Fe−Ni系低熱膨張率合金は、Crを含有して
いないので、表面にCr酸化物の保護皮膜を持たない。従
って、ステンレス鋼の脱スケールに使用されているよう
な酸液で処理すると容易に孔食を起こしてしまう。

【０００７】上記のような事情から、Fe−Ni系低熱膨張
率合金の脱スケールや錆落としは、通常は研削や切削に
よって行うことが多い。しかし、前記の低温配管のよう
な大型構造物に使用する板材や管材の脱スケールをこの
ような機械的方法で行うのは効率的でない。特に管のよ
うな曲面で構成される製品や形状の複雑な製品では、バ
フ研磨のような機械的な方法は適用し難い。

【０００８】なお、酸の代わりに塩化第二鉄を主成分と
する処理液を使って脱スケールを実施することもある
が、やはり孔食の発生を伴うことがある上、脱スケール
効率も悪い。そこで、例えば、特開平5-78788号公報に
は、塩化第２鉄を主成分とする処理液で酸洗する場合の
ピット状またはあばた状の腐食を防止する対策として、
合金の成分を調整する発明が提案されている。しかしな
がら、大量に使用する合金の化学組成を、単に酸洗性の
改善だけを目的として変更するというのも現実的ではな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Fe−
Ni系低熱膨張率合金製の板材、管材、線材（例えば溶接
ワイヤ）あるいはこれらを組み合わせて作られる機器
（本明細書ではこれらの素材、半製品、および製品を総
称して「Fe−Ni系低熱膨張率合金製品」という）の酸洗
を、前述の孔食等を発生させることなく、効率よく行う
方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は「５〜10重量％
の硝酸と1.5〜３重量％の弗酸を含み、温度が20〜45℃
の水溶液に、２〜13分浸漬することを特徴とするFe−Ni
系低熱膨張率合金製品の酸洗方法」を要旨とする。

【００１１】なお、上記のFe−Ni系低熱膨張率合金と
は、30〜45重量％のNiを含み、残部が実質的にFeから成
る合金、および更にCo、Ti、Nb、Cr、Mo等の少量の副成
分を含む合金を意味する。

【００１２】硝酸濃度の望ましい範囲は７〜10重量％、
弗酸濃度の望ましい範囲は２〜３重量％、液の望ましい
温度は25〜40℃、処理時間の望ましい範囲は３〜８分で
ある。

【００１３】

【発明の実施の形態】前記の低温配管やタンク等の構造
物に使用する管や板、あるいはこれらの溶接に用いる溶
接材料（ワイヤ）等の脱スケールや錆落としは、処理量
が多く、また形状も様々であるから、機械的な方法では
効率が悪い。従って、一般のステンレスで広く使われて
いるような、酸液に浸漬する方法（酸洗）が望ましい。
しかし、ステンレス鋼の酸洗の条件をそのまま適用する
ことはできない。前記のように、Fe-Ni系低熱膨張率合
金は、基本的にはCrを含んでいないために、孔食を防ぐ
酸化皮膜が材料表面に存在せず、従って、酸洗によりス
ケールや錆が除去されると同時に母材自身が局部的に腐
食されてしまうからである。

【００１４】本発明者は、この点に注目し、酸の種類、
濃度、温度および浸漬時間について詳細な検討を行っ
て、Fe−Ni系低熱膨張率合金でも孔食を起こさずに酸洗
ができる条件を見いだした。即ち、酸化スケールや錆が
完全に除去されて、しかも孔食を発生させないために
は、酸洗液の硝酸濃度を５〜10重量％、弗酸濃度を1.5
〜３重量％とし、処理温度（酸洗液の温度）を20〜45℃
とし、処理時間（浸漬時間）を２〜13分に管理する必要
があることを確認した。以下、それぞれの限定理由を説
明する。 （１）酸の種類と濃度について 使用する酸としては、ステンレス鋼の酸洗に常用されて
いる硝酸と弗酸を選んだ。それはFe−Ni系低熱膨張率合
金の加工が、ステンレス鋼を取り扱う工場で行われるこ
とが多いので、ステンレス鋼の処理に使用する資材を流
用するのが望ましいからである。そして、この硝酸と弗
酸の混合水溶液であっても、その濃度や使用条件を適正
に決定すれば、Fe−Ni系低熱膨張率合金の酸洗が効果的
に実施できることを確認した。

【００１５】硝酸濃度が10重量％を超えたばあい、ま
た、弗酸濃度が３重量％を超えた場合、いずれも被処理
材に孔食が発生し易くなる。一方、硝酸濃度が５重量％
未満の場合、および弗酸濃度が1.5重量％未満のばあい
は、酸洗能力が低下し、非効率的になる。なお、硝酸と
弗酸の濃度比率が10：３程度の場合が最も効果的であ
る。

【００１６】（２）処理温度について 処理温度（酸洗液の温度）が、20℃よりも低いと、酸洗
の能力が低下し、処理に長時間を要して作業能率が落ち
る。一方、処理温度が45℃を超える高温になると、被処
理製品に孔食が発生しやすくなって、処理時間の調整だ
けでは孔食防止が困難になる。

【００１７】（３）処理時間について 上記（１）および（２）の条件下では、２分から13分ま
での処理時間（酸洗液中の浸漬時間）で、孔食発生無し
に完全な脱スケールまたは錆落としを行うことができ
る。この時間内でスケールや錆の厚さ等に応じて、適正
な処理時間を選定すればよい。なお、原則的には、酸洗
液の酸の濃度および温度が高い時には処理時間は短く
し、逆の場合は長くする。処理液の濃度ばらつきや、処
理する合金の成分のばらつきも考慮して、浸漬時間は、
３分〜８分で管理するのが望ましい。

【００１８】

【実施例】

〔実施例１〕表１に示す試材１の熱間圧延のままの板を
試験片として表２に示す種々の条件で酸洗を行い、処理
後の試験片の表面を目視観察して、スケールの有無と孔
食の有無を調べた。その結果を表２に併記する。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】表２に示すとおり、２分から13分の処理時
間では、25℃、40℃のいずれの処理時間でも合格レベル
の脱スケール効果が得られている。特に、３分から８分
の間では、全く孔食の発生なしに、脱スケールができて
いる。

【００２２】なお、この実施例では、処理時間１分では
スケール残りが発生する場合があるが、酸洗温度を45℃
まで高めることによってこのスケール残りも解消でき
た。一方、処理時間15分と20分で生じている孔食は、酸
洗温度を20℃まで下げることによって防止することがで
きた。

【００２３】〔実施例２〕前記の表１に示した試材２の
合金から外径508mm、肉厚9.5mmの管（溶接管）を製造
し、下記の条件で酸洗してスケールと錆の残存の有無と
孔食の発生状況を調べた。どの合金製の管にもスケール
や錆は残存しておらず、また、孔食の発生もないことが
確認された。

【００２４】酸洗条件： 酸洗液・・・9％硝酸、3％弗酸の水溶液。

【００２５】処理温度（酸洗液の温度）・・・25℃ 処理時間（酸洗液への浸漬時間）・・・５分

【００２６】

【発明の効果】本発明の方法を用いれば、一般のステン
レス鋼の脱スケールに使用されている硝酸と弗酸を含む
酸洗液によって、孔食を発生させることなくFe−Ni系低
熱膨張率合金の酸洗を行うことができる。この方法は、
被処理製品の形状にかかわらず適用でき、しかも効率的
であるから、Fe−Ni系低熱膨張率合金を配管やタンク等
の材料として実用化するのに大きく貢献する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白井 政雄 大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２ 号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 久保 尚重 大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２ 号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 岩橋 拓 大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２ 号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 山川 武人 兵庫県加古郡播磨町新島８番地川崎重工 業株式会社播磨工場内 (72)発明者 政友 弘明 兵庫県尼崎市東向島西之町１番地住友金 属工業株式会社関西製造所特殊管事業所 内 (56)参考文献 特開 昭62−139888（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23G 1/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】５〜10重量％の硝酸と1.5〜３重量％の弗
   酸を含み、温度が20〜45℃の水溶液に２〜13分浸漬する
   ことを特徴とするFe−Ni系低熱膨張率合金製品の酸洗方
   法。