JP6976573B2 - ステンレス鋼用電解研磨液 - Google Patents

Description

本発明は、ステンレス鋼用電解研磨液に関する。

ステンレス鋼に溶接を施すと、その溶接部分に「溶接焼け」と呼ばれる酸化スケール（溶接スケール）が発生する。この溶接スケールは種々のトラブル要因となるため除去する必要がある。溶接スケールを除去する方法としては、物理的研磨法、化学的研磨法及び電解研磨法が知られているが、なかでも、溶接スケールの除去性能に優れる電解研磨法が広く採用されている。電解研磨法は、陽極としてのステンレス鋼母材を正極に接続し、陰極を負極に接続して、陽極と陰極との間に電解液を介在させて両極間に電流を通電することにより、ステンレス鋼表面に生じた溶接スケールを除去する方法である。

この電解研磨法に用いられる電解液は、酸性電解液及び中性電解液に大別される。このうち、中性電解液は、酸性電解液と比較すると処理速度が遅いため、近年、種々の酸性電解液が提案されている。このような酸性電解液においては、処理速度を向上させるため、例えば特許文献１に記載されているように、フッ酸のナトリウム、カリウム、アンモニウム塩に代表される塩の濃度を上昇させることが行われている。

特開２００７−２７７６８２号公報

しかしながら、フッ酸のナトリウム、カリウム、アンモニウム塩に代表される塩の濃度を上昇させてもすぐに過飽和となるうえに、特に寒冷地で凝固しやすいことから、フッ酸のナトリウム、カリウム、アンモニウム塩に代表される塩の濃度はあまり上昇させることができず、十分に処理速度を向上させることができるとは言えない。

本発明は、このような課題を解決しようとするものであり、フッ酸のナトリウム、カリウム、アンモニウム塩に代表される塩の濃度を上昇させずとも、電解研磨法により溶接スケールを除去する際の処理速度に優れた電解液を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、有機酸、無機酸及びそれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種と、導電性高分子とを所定量含有させることで、フッ酸のナトリウム、カリウム、アンモニウム塩に代表される塩の濃度を上昇させずとも、電解研磨法により溶接スケールを除去する際の処理速度に優れた電解液が得られることを見出した。この知見に基づいて更に研究を重ね本発明を完成した。即ち、本発明は、以下の構成を包含する。
項１．ステンレス鋼を電解研磨処理するための電解研磨液であって、
有機酸、無機酸及びそれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種と、導電性高分子とを含有する、ステンレス鋼用電解研磨液。
項２．電解研磨液の総量を100質量%として、前記導電性高分子の含有量が0.01〜2質量%である、項１に記載のステンレス鋼用電解研磨液。
項３．前記導電性高分子が、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール及びそれらの誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項１又は２に記載のステンレス鋼用電界研磨液。
項４．前記有機酸及び無機酸が、クエン酸、酒石酸、シュウ酸、リンゴ酸、酢酸、グリコール酸、コハク酸、リン酸及び硫酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項１〜３のいずれか1項に記載のステンレス鋼用電界研磨液。
項５．直流電流法、交流電流法又は交直重畳電流法によりステンレス鋼を電解研磨処理するために使用される、項１〜４のいずれか1項に記載のステンレス鋼用電解研磨液。
項６．項１〜５のいずれか1項に記載のステンレス鋼用電解研磨液を用いて電解する、ステンレス鋼の電解研磨方法。
項７．項１〜５のいずれか1項に記載のステンレス鋼用電解研磨液を用いて電解する、ステンレス鋼の製造方法。

本発明によれば、フッ酸のナトリウム、カリウム、アンモニウム塩に代表される塩の濃度を上昇させずとも、電解研磨法により溶接スケールを除去する際の処理速度に優れた電解液を提供することができる。

本明細書において、「含有」は、「含む（comprise）」、「実質的にのみからなる（consist essentially of）」、及び「のみからなる（consist of）」のいずれも包含する概念である。また、本明細書において、数値範囲を「A〜B」で示す場合、A以上B以下を意味する。

本発明の電解研磨液は、ステンレス鋼を電解研磨処理するための電解研磨液であって、有機酸、無機酸及びそれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種と、導電性高分子とを含有し、電解研磨液の総量を100質量%として、前記導電性高分子の含有量が0.01〜2質量%である。このような構成を採用することにより、フッ酸のナトリウム、カリウム、アンモニウム塩に代表される塩の濃度を上昇させずとも、電解研磨法により溶接スケールを除去する際の処理速度を向上させることができる。

（１）酸
本発明において使用される酸としては、特に制限はなく、有機酸及び無機酸のいずれも採用することができる。このような有機酸及び無機酸としては、従来からステンレス鋼の電界研磨に使用することができるものであれば特に制限はなく、クエン酸、酒石酸、ホスホン酸、シュウ酸、リンゴ酸、酢酸、グリコール酸、コハク酸、リン酸（ピロリン酸、オルトリン酸、メタリン酸等）、硫酸等を使用することができる。このような有機酸及び無機酸としては、処理速度の観点からは、ステンレス鋼に対して非酸化性の酸が好ましく、具体的には、クエン酸、酒石酸、シュウ酸、リンゴ酸、酢酸、グリコール酸、コハク酸、リン酸等が好ましく、クエン酸、酒石酸、リン酸等がより好ましい。なお、ホスホン酸を使用した場合は、鉄イオンを十分に捕捉して不活性化させることによって、電解研磨液中で鉄塩が生成することを抑制するため、処理速度を高めつつもステンレス鋼表面の白濁化を抑制することも可能である。

また、上記した酸はそのまま使用することもできるし、塩として使用することもできる。このような塩としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩等が挙げられ、カリウム塩、ナトリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、アンモニウム塩等が挙げられる。また、上記した酸の水和物を用いることも可能である。なお、酸性水溶液中での溶解度があまり高くない酸を使用する場合は、酸の塩を使用することが好ましい。これらは単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。

本発明の電解研磨液中の酸の含有量は、本発明の電解研磨液の総量を100質量%として、12〜19.96質量%が好ましく、14〜90質量%がより好ましい。なお、酸を水溶液等の溶液として使用する場合は、上記含有量は固形分（溶質）としての濃度を意味する。また、2種以上の酸を使用する場合、その合計含有量が上記範囲となるように調整することが好ましい。酸の含有量をこの範囲とすることにより、電解研磨処理における処理速度をさらに向上させることができる。

（２）導電性高分子
導電性高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等やこれらの誘導体を使用することができる。このような導電性高分子には、水酸基、アルキル基（メチル基、エチル基等）、アルケニル基（ビニル基等）、アルコキシ基（メトキシ基、エトキシ基等）、アリール基（フェニルキ等）、スルホ基、アミノ基、チオール基、カルボキシ基等の誘導体基が1つ以上導入されていてもよい。

このような導電性高分子としては、後述のように本発明の電解研磨液は水溶液であることが好ましいことから、水溶性導電性高分子が好ましい。

このような導電性高分子としては、具体的には、三菱ケミカル製のポリアニリンスルホン酸水分散液（アクアパス（登録商標）−０１ｘ、アクアパス（登録商標）−５０Ｐ）、バイエル製ポリエチレンジオキシチオフェン水分散液（バイトロンＰ）等を用いることができる。

本発明の電解研磨液中の導電性高分子の含有量は、本発明の電解研磨液の総量を100質量%として、0.01〜2質量%が好ましく、0.02〜1.5質量%がより好ましい。なお、導電性高分子を水溶液等の溶液として使用する場合は、上記含有量は固形分（溶質）としての濃度を意味する。また、導電性高分子を水溶液等の溶液として使用する場合は、当該溶液中の導電性高分子の濃度は、実用性の観点からは5質量%以上（上限は特に制限はなく、過飽和とすることもできる）とすることが好ましい。さらに、2種以上の導電性高分子を使用する場合、その合計含有量が上記範囲となるように調整することが好ましい。導電性高分子の含有量をこの範囲とすることにより、電解研磨処理における処理速度をさらに向上させることができる。

（３）電解研磨液
本発明の電解研磨液には、上記した酸と、導電性高分子以外にも、様々な成分を含ませることもできる。

本発明の電解研磨液には、ゲル化剤を含ませることもできる。ゲル化剤を含有させることにより、本発明の電解研磨液により適切な粘性を付与し、ペースト状の電解研磨液を得ることも可能である。電解研磨処理の際の液だれを避けたい場合、例えば、ステンレス鋼母材が垂直方向に設置された現場で溶接され、その溶接焼けを除去したい場合等に有用である。このような観点から、本発明の電解研磨液にゲル化剤を含ませる場合、その含有量は、0.01〜1質量%が好ましく、0.02〜0.5質量%がより好ましい。このようなゲル化剤としては、特に限定されないが、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等の化学修飾されたセルロース誘導体、キサンタンガム、グアーガム、カラギーナン、タマリンドガム、ローカストビーンガム、ペクチン等の多糖類等の1種又は2種以上を挙げることができる。

また、本発明の電解研磨液には、ジエチレングリコールを含ませることもできる。ジエチレングリコールを含有させることにより、処理速度をさらに向上させることも可能である。このような観点から、本発明の電解研磨液にジエチレングリコールを含ませる場合、その含有量は、0.01〜1質量%が好ましく、0.02〜0.5質量%がより好ましい。

このような本発明の電解研磨液は、電解研磨法により溶接スケールを除去する際の処理速度をより向上させることができる観点から、水溶液が好ましい。水の使用量は、本発明の電解研磨液中の各成分の含有量を上記範囲となるように調整することが好ましい。この結果、本発明の電解研磨液を酸性とすることができ、溶接スケールを特に効果的に除去することができる。

（４）電解研磨処理
本発明の電解研磨液は、ステンレス鋼表面の溶接スケールを除去するために使用されることが好ましい。この際、電解研磨処理中の処理速度を向上させることができる。また、上記のとおりフッ酸のナトリウム、カリウム、アンモニウム塩に代表される塩の濃度を上昇させていないために寒冷地であっても凝固することがない。

この本発明の電解研磨液を用いてステンレス鋼表面の溶接スケールを除去する場合、直流電流法、交流電流法又は交直重畳電流法により電解研磨処理する。

この場合、直流電流法、交流電流法又は交直重畳電流法において、本発明の電解研磨液を使用すること以外は従来と同様の条件で行うことができる。例えば、交直重畳電流法を採用する場合は、ステンレス鋼母材を、交流電流や、直流に交流を重ねた交直重畳電流の陽極側に接続し、本発明の電解研磨液を使用して電解処理することができる。この際、電解液の保持性が良好な布又はフェルトに本発明の電解研磨液を含浸させて陽極であるステンレス鋼母材に押し当てることにより、本発明の電解研磨液を電気分解における電解質とすることもできる。これにより、陽極で溶解が起こり、陽極であるステンレス鋼母材表面から溶接スケールが溶出することにより、溶接スケールが除去される。これらの電流方式や条件は、ステンレス鋼の表面処理の用途、電解処理液の仕様、表面処理を行う母材の材質、母材の表面処理加工の種類等によって、最適な方式を選択することが好ましい。なお、直流電流法、交流電流法又は交直重畳電流法による電解研磨処理時の電流、電圧等の各種条件は常法にしたがい調整することができる。例えば、出力電圧は10〜70Vの範囲で調節し、5〜90Aの電流を流すことが好ましい。

以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらのみに限定されないことは言うまでもない。

なお、実施例において、各種試薬は以下のものを使用した。
酒石酸ナトリウム：昭和化工（株）製（20質量%水溶液）
クエン酸三カリウム：扶桑化学工業（株）製（20質量%水溶液）
リン酸ナトリウム：富士フイルム和光純薬（株）製（20質量%水溶液）
ポリアニリンスルホン酸：三菱ケミカル（株）製のアクアパス（登録商標）−０１ｘ（5質量%水溶液）。

速度試験用ステンレス鋼板には、SUS-304（50mm×100mm×1.6mm；2B材）に溶接でビードを作成したものを使用した。溶接条件は、初期電流20A、溶接電流60A、クレーター電流20A、ガス流量6L/min、スピード約1000m/m/分とした。

上記したステンレス鋼板に対して、表１〜３に示す電解研磨液を用いて、交流電流法（AC）による電解研磨処理を施した。具体的には、上記したステンレス鋼板を電源の一極に接続し、他の一極は上記したステンレス鋼板と同じ材質の電極を合成繊維製の不織布で巻き、その不織布に表１〜３に示す電解研磨液（pHは、酒石酸ナトリウムベースは約7、クエン酸三カリウムベースは約8、リン酸ナトリウムベースは約7である）を染み込ませて摺動させた。この際、電圧35.4V及び電流6Aとした。電解研磨処理の処理速度（溶接スケール除去速度）に関する結果を表１に示す。なお、表１における処理速度については、導電性高分子を入れない電解液（酒石酸ナトリウム水溶液又はクエン酸三カリウム水溶液）を基準電解液とし、基準電解液に対して処理速度の向上度合いをパーセンテージで示した。

以上のとおり、いずれの例においても、有機酸、無機酸及びそれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種に導電性高分子を所定量配合することで、処理速度が向上することが示された。これらの電解液はフッ酸のナトリウム、カリウム、アンモニウム塩に代表される塩の濃度を上昇させていない（含んでいない）ため、寒冷地でも凝固しないことも明らかである。なお、上記では交流電流法（AC）における結果のみを掲載しているが、直流電流法（DC）及び交直重畳電流法で実験した場合も同様に、処理速度が向上する結果が得られた。

Claims (6)

1. ステンレス鋼を電解研磨処理するための電解研磨液であって、
   有機酸、無機酸及びそれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種と、導電性高分子とを含有し、
   電解研磨液の総量を100質量%として、前記導電性高分子の含有量が0.01〜2質量%である、ステンレス鋼用電解研磨液。
2. 前記導電性高分子が、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール及びそれらの誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項１に記載のステンレス鋼用電界研磨液。
3. 前記有機酸及び無機酸が、クエン酸、酒石酸、シュウ酸、リンゴ酸、酢酸、グリコール酸、コハク酸、リン酸及び硫酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項１又は２に記載のステンレス鋼用電界研磨液。
4. 直流電流法、交流電流法又は交直重畳電流法によりステンレス鋼を電解研磨処理するために使用される、請求項１〜３のいずれか1項に記載のステンレス鋼用電解研磨液。
5. 請求項１〜４のいずれか1項に記載のステンレス鋼用電解研磨液を用いて電解する、ステンレス鋼の電解研磨方法。
6. 請求項１〜４のいずれか1項に記載のステンレス鋼用電解研磨液を用いて電解する、ステンレス鋼の製造方法。