JPS62501981A - ステンレス鋼製品の酸洗い方法 - Google Patents
ステンレス鋼製品の酸洗い方法Info
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Classifications
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ステンレス鋼製品の酸洗い方法
本発明は表面処理の分野に関し、より詳細にはステンレス鋼製品の酸洗いに係る
。
[問題点の説明]
ステンレス鋼の酸洗いは一般にフッ素硝酸(fluonitrique)浴を用
いて実施されているが、硝酸の使用により大気を汚染する亜硝酸ガスや廃液を汚
染する可溶性硝酸塩の生成が引き起こされるという欠点がある。
ステンレス鋼板の連続的な酸洗いの背景の)で本出願人は、工業的経済性は維持
したままで上記のような汚染を制限あるいはより良好な場合には回避し得る改良
された酸洗い方法を見出した。
[公知技術の水準]
ジエー・エイチ・ジー・モニベニ−(J、 H,G、 HONYPENNY)は
その著書[ステンレス鋼及びスチール<5TAINLESS IRON AND
STEEL)J (チャツプマンアンドホール社(CHAPHAN & HAL
L LTD)、ロンドン、1951年)の中で183〜184頁に次のように指
摘1ノでいる。酸洗い用のフッ素硝酸浴のガス(蒸気)の問題を最少限にするた
めに、90%の硫酸第二鉄溶液6〜12%とフッ化水素酸浴の三価の鉄の初期濃
度は従って約16.5〜33g/Ilである。本出願人の研究では、このような
浴中でステンレス鋼板のサンプルを連続的に酸洗いすると酸洗いの速度及び質が
急速に低下することが示された。従って、ステンレス鋼製品を大量又は連続的に
酸洗いするにはこの酸洗い浴はそのままでは満足すべきものではない。
酸洗いにフッ化水素酸及び過酸化水素を含有する浴を用いることも知られている
。本出願人はステンレス鋼帯の工業的な酸洗い試験を実施し、浴の温度が急上昇
すること及び過酸化水素を大Mに消費してステンレス鋼のフッ素硝酸による酸洗
い方法と比較して非常に費用がかかることを観察した。従ってこの方法において
硝酸を過酸化水素で置換することは工業的利用には適さないと思われる。
[発明の説明]
本発明はステンレス鋼製品の酸洗い方法を目的とし、該方法においては、公知の
如く初期組成:
HFl0〜50SF/j!
溶解している第二鉄(Fe3+)≧15s / It水:残部
の酸洗い浴を15〜70℃の温度で用い、新規なことは1回又は複数回の酸洗い
処理操作中、酸洗いされる表面の各部分(61ement)の酸洗い1h(時間
)毎に酸洗いされるステンレス鋼1d当り1Nm以上の総流量の空気を少なくと
も1回以上注入することが、又は外気(1°air fibre)の循環による
同等な通気からなる浴の酸化により浴の第二鉄濃度(含量)を少なくとも15g
/j!に維持することである。
■7的実施、特に少なくとも1個の大きな容器(bac)中でのステンレス鋼製
品の繰り返しあるいは連続的酸洗いには、典型的な場合、最初HF10〜35g
/j!及びFe3+1度0g/lを含有する1つ又は複数個の酸洗い浴を用い、
1回又は複数回の酸洗い処理中、酸洗いするステンレス鋼の1ゴ当り及び酸洗い
する表前記1つ又は複数個の浴のFe3+W度を少なくとも20g/ 1に維持
する。これより多い総流量の空気を注入しても益がないことが明らかにないる。
浴は空気中の酸素で確実に飽和し、追加の空気流は明らかに浴を撹拌するだけで
あり、しかもこれは場合によって過大となる。
2十
本発明方法において導入した空気中の酸素はFe をF e 3+に再生する酸
化剤として働くと考えられ、一方Fe3”Lt基材金属に作用してこれを溶解す
る酸化剤を構成している。本質的な反応は次のように表わされうる。
一溶解反応:
平衡は酸洗いの通常の条件ではほとんど完全に1の方向に移動している。
−もう一つの溶解反応:
今の場合がそうであるが酸化性媒体中ではこの反応も可能である。
一適宜他の酸化手段で補った、酸洗い溶液の通気によるFc2+の酸化:
溶液が的確に酸化され酸洗い浴のpHが約1〜3の場合、平衡は3の方向に大き
く移動している。
浴の第二鉄濃度は、例えば原子吸収により測定される鉄の総3+
濃度と、過マンガン酸塩KMnO4の存在下でのFe への酸化で測定されるF
e2+8a度との差として計算できる。典型的には空気注入による酸洗い浴の適
当な通気により、ステンレス鋼製品の連続的酸洗いあるいは継続的酸洗いの間、
Fe3+を再生しながら酸洗いの質が維持できる。
酸洗い浴に注入する空気の総容量は主として酸洗いするステンレス鋼の量に依存
し、この量目体は酸洗いする表面及びこの表面を酸洗いする時間に比例する。こ
のようにして考察してきた酸洗いに関しては既に行った実験及び工業的実施によ
ると、本発明の酸洗い浴中に注入する空気の総流量は、典型的な場合、酸洗いす
るステンレスfI41コ当り及び酸洗いする表面の各部分の酸洗いの1時間当り
2〜5N尻である。酸洗い浴を適度に通気するためには、浴の下半分まで浴の底
部に向けて通した導管を用い、この空気容aの適当な部分、賎型的には少なくと
も半分を注入するのが適当である。注入する空気は浴の温度に近い温度、典型的
には35〜60℃に予め加熱しておくのが好ましい。
酸洗い浴を工業的に管理するには、HFの再装填は慣用の如く行ない、また浴の
Fe3+s度を測定するよりむしろ浴の酸化還元(REDOX)電位を測定し、
必要に応じて浴を酸化して酸化還元電位をO〜+800mV、好ましく ハ+
100mV 〜+300mVニ調整スルノが実用的である。基準の酸化還元°電
位は帯(ストリップ)のグ酸洗い後の表面の状態の観察後頁調整される。
酸化還元電位はプラチナ電極とA9/A9Cfl基準電極又は再現性のある固定
された電位で不可逆の出力(puissanced’1rreversibil
ite)がゼロである基準電極との間で測定する。
この酸化還元電位の測定装置は、浴中で連続的に測定できるように適当に防水す
ることができる。
確めたFe3+1度又はより適当には酸化還元電位の値に応じて、良好な酸洗い
を回復するように所望のF e ”m度又は設定した
キ屯酸化還元電位を迅速に回復するための一時的に及び/又は局所的に空気の作
用を補足する酸化手段が必要となり得る。そこで、浴の酸化の補足手段として少
なくとも1回強力な酸化剤、例えば過酸化水素水又は過マンガン酸カリウムを添
加する。又、場合によっては酸素を注入するか空気の流量を増加することもでき
る。
同一の浴を用いて多量の非酸化性(ステンレス鋼)製品を酸洗いする工業的によ
くある場合には、常時または繰り返して添加する形態で少量の過酸化水素を浴に
加えるのが好ましく、典型的な平均添加間は酸洗いする表面の各部分の酸洗い1
h毎に酸洗いするステンレス鋼の1Td、当りH202が0.1〜0,41であ
る。前述した過マンガン酸カリウムのような他の酸化剤を同等な方法で用いるこ
ともできる。本発明の方法においては注入した空気中の酸素が主要な酸化剤であ
り、典型的な場合酸化作用の90%を担う。
本出願人は、酸洗い中の浴の酸化還元電位を調整することによって汚泥(スラッ
ジ)または使用済の浴の沈澱物の溶解度を変更することが可能であることを確認
した。浴を+100mV以下または+300〜350mV以上に調整したときに
は「スラッジ」はほとんど溶けないが、+ 100mVと+300mVの間、よ
り特定的には+ 190mVから+260mVまででは溶解度が大幅に改善され
る。浴操作の最適な調整は220+−20mVである。
こうしてステンレス鋼帯の酸洗いに使用され、酸化還元電位が200〜240m
Vで、沈澱したフン化物の「スラッジ」の形態で鉄を約60g/ρ含有する浴の
場合、このスラッジを新しい浴中で再利用するには次のようにできる。使用湯浴
から液体を吸引し、次にスラッジ上に湯(40〜60℃)を送ってスラッジを溶
かし、次いで遊離のHFを添加してHF11度を調整しく15〜20g/l)、
かき淀ぜる。次に、電位を約+220eVに調整するために過酸化水素を少し注
入して新しい浴を得る。このスラッジを再利用する可能性は工業的計画において
特に有望である。実施例3〜5に示しであるように、スラッジの有利な溶解は鉄
の混合フッ化物の沈澱に結びつくようであり、この混合フッ化物は大部分が+1
00mV 〜+300mV、より特定的には+190mV 〜+260mVテ形
成される。
酸洗い浴をy4製するためには、一般にフッ化第二鉄、硫酸第二鉄あるいは塩化
第二鉄を、20〜409/J2の第二鉄濃度で用い、好ましくは浴中に単一の酸
基を得るようフッ化第二鉄を用いる。
本発明の酸洗い方法は典型的には下記のHF初期濃度と酸洗い温度でステンレス
鋼製の板又は帯に適用するニーフェライトステンレス鋼:
1−IFlo〜25g/j!、35〜50℃−オーステナイトステンレス鋼:
HF20〜35g/l、40〜60℃
提起された汚染の問題を解決するだけでなく、本発明の酸洗い方法は次のような
重大な利点の工業的利用を提供するものである。
一酸化の大部分が1回又は複数回の空気の注入によって行なわれるのでそれだけ
浴の質の調整はますます容易かつ正確になり、
一酸化還元電位のレベルの調整によって直接新しい浴の形で再利用できる「スラ
ッジ」を得ることが可能になる。
[試験及び実施例]
一連の試験第1
過酸化水素水の追加注入を行った時又は行わない時の空気注入の効果を定性的に
試験することを目的とした。
熱間圧延し、ショットブラスティングし、電解的酸洗いを行った、sox 25
X 3 mの長方形の試験片形状を有する、17%Cr含有Al5I430型フ
エライトステンレス鋼サンプルに対して酸洗い試験を実施した。
これらサンプルの酸洗い条件は下記の通りであった。
・HFlNl度: 20g/ 1
・浴の容量: 250 ml!
・浴中にサンプルを浸漬する時間=2分間□・溶解している鉄(フッ化第二鉄)
の初期濃度:0〜609/1で変化
・H2o2s度:0〜59/j!
・温 度:45℃
この空気注入はここではIJ/分のオーダで実施しており、°すなわち有効流曾
に比し大過剰であった。
各条件について、3〜5個のサンプルを連続して酸洗いした。
得られた酸洗いの質についての評価は25倍の双眼顕微鏡で試験して定性的に行
い、「0」から「5」までの符号をつけた:・「0」:酸洗いされていない
・「1」:酸洗いされ始め、不均一
・「3」:許容し得る酸洗い、かなり均一・「5」:非常に良質の酸洗い。
異なる条件での3つのサンプルに対応して得られた主要な符号を下記表Iにまと
めて示す。
この試験により、過酸化水素水を添加しないときには、空気注入によって溶解し
ているFe3+が5〜30!?/j!での酸洗いの質が改善されることと、この
ときの酸洗いの質はFe3+が15〜20g/j!から「許容しうる」であり、
F e 3”/15〜309 / j!から「良」であることが示されている。
過酸化水素水を2g/lで少量添加すると、空気注入によりFe3+が1og/
j!で非常に良質の酸洗いを得ることができる。F e34が60!?/j!
のレベルのときには、試験の時間が短いため浴の消耗の効果は観察できず、どの
場合でも一様に「5」の評価であり、初期条件が満足であったということ以外の
実用的結論を得ることはできない。
有する終始同一の酸洗い溶液中、一方でl−lF2Oグ/1を維持するようにH
Fを定期的に追加し、他方で溶液中の鉄濃度を考慮して最少限必要なI−t20
2c度を定期的に追加し、同時に酸洗い浴中に空気を注入した。
溶解鉄の総濃度、HFの累積消費、過酸化水素H2o2の累積消費を酸洗いサン
プル数の関数として各2分間毎に追跡した。
25〜27g/ j!の溶解鉄に対応する275〜300(liilのサンプル
の酸洗いまではHF及びH2O2の消費は酸洗いサンプルの数にほぼ比例してか
なり−し昇し、それ以上ではHF及びH2O2の消費は非常に少なくなることが
観察された。このように、溶解鉄濃度が25q/1を超えると10%に濃縮した
1−IFの消費は驚くべきことに酸洗いサンプル100個について7mから酸洗
いサンプル100個について0.3dにある。
解釈の仮説は次の通りである。浴中に1入した空気中の酸素は上記平衡反応(C
)に従ってイオン(Fe3+)の再生剤として働き、この平衡は矢印3の方向に
移動してF e ”tf=生成し、この溶液のI)Hは有利なものとなり、HF
濃度によって2のオーダーである。常にFe3+>20〜25Q/ lとするの
に十分迅速なIFe”+のFe3+への再生が可能なようにこの反応(c)を調
整すればH2O2はほとんど必要ない。又、非常に驚くべきことにる。
実施例1(本発明による酸洗い)
巾が1mの17%Cr含有フェライトステンレス鋼帯を連続的に酸洗いするには
下記の条件で十分であることが分った。長さ16次×巾2mで約30000 j
の酸洗い浴を含有する容器中で帯を酸洗いした。帯は20m1分の速度で浴中を
通過し、次いで水中でブラシをかけた。
浴はHF20g/Jと出発時25g/lの、浴中に溶解しているフン化第二鉄に
由来するFe3+&を含有していた。2〜3TrL間隔で垂直に対し15°傾斜
して底部に向いている導管を主として用いて空気を浴中に注入し、空気は容器の
底部に向けて底から15cmの所で導管の先端から放出された。浴中に注入され
た全空気流量は1100N/hであり、その273は前記導管により底部に向の
電位が非常に低くなったときには急速に修正するために過酸化水素水の添加を準
備した。実際にはζH2o2を添加することなく、充分な酸化還元電位を保った
まま3日間連続して作動させ得た。そのうえ注目すべきことに、酸化還元電位が
+100mVのレベルでも酸洗いが充分に行われた。
1時間で酸洗いした帯の全表面は20X2 XI X60=2400ゴ/時で、
表面の各部分の酸洗い時間は16/20= 0.8分=0.8/60時間である
。従って、注入した空気の全流量は:1100N / 321TLX h
であり、すなわち酸洗いするステンレス鋼1′rIt当り及び酸洗い表面の各部
分の酸洗い1時間当り3.1h=である。
前例2(本発明による酸洗い)
これは中1.25m 、厚さ0.8Mのオーステナイトステンレス鋼帯の連続的
酸洗いに関するものである。これらの帯を電解浴中で処理した後、約30000
12の酸洗い浴を含有する実施例1と同じ大きさの2つの容器で連続的に酸洗い
した。帯は各浴に0.4分間滞留するように40m/分でこれらの浴を通過させ
た。
これらの浴はHF259/j!と初期F e 34209 / j!を含有して
いた。実施例1と同様の配置の導管を用いて空気を注入した。
各容器に対する全流量は80ffl/hで0.2HPaの圧力、すなわち約16
01!Nff1/hであった。浴の温度は50〜55℃であった。
酸化還元電位を測定し、+200mV以下に調整して浴を操作した。
酸化還元電位が非常に低くなったときに再調整するために、追加の酸化方法とし
て過酸化水素水の追加を準備した。この追加中
の酸化方法を用いることなく、酸化還元電位を+200〜÷300raVに維持
することにより数日間作動でき、良質な酸洗いが得られた。
ここで注入した空気の流量は、酸洗いするステンレス鋼1況当り及び酸洗い表面
の各部分の酸洗い1時間当り4N尻である。
実施例3(本発明による酸洗い)
実施例2に対して次の修正をしてオーステナイトステンレス銅帯を酸洗いした。
HF 35’j/1
酸化還元電位二÷350〜+400mV溶解している鉄=609/1、そのうち
約80%がFe3゜形成される錯体はFeF3.3H20のタイプである。この
化合物は20℃の水に溶けず、20℃のHF20y/#水溶液(加水分解する)
にも溶けないことが確認された。逆に50℃では普通可溶であり、水には31g
/l 、 209 /pHFには38g/ρである。この溶解は冷却すると不安
定であり不満足なものである。
実施例4(本発明による酸洗い)
酸化還元電位が+50〜+80mVである以外の酸洗い条件は同じ。
F e2 +が溶解している鉄の約80%であり、形成される錯体はFeF2.
nH,、Oである。実施例3と同じ溶解試験を行なった。この化合物はほとん
ど不溶であり、溶解が測定されたのは50℃のHF20g/jの場合の13w/
1だけである。
′、前例5(水 明による酸洗い)
酸洗い条件は実施例2の酸洗い条件に対応するが、酸化還元電位は+220mV
+−20mVに維持(プラチナ電極とA9/A9C1基準電極との間で測定)。
Fe3+は溶解している鉄の70%〜80%であり、形成される大部分の化合物
はFe2 F5 、 7H20のタイプのようである。
溶解試験の結果は次の通り(11当り溶解しているg)。
20℃溶解度 50℃溶解度
22.3 26 53 61
国際調査報告
ANNEX To THE INτERNATIONAI−5EARCHRE?
ORT ONE’R−A−255)465 08103/85 NoneDE−
A−322253222/12/83 None
Claims (13)
- (1)15〜70℃の温度において、初期組成:HF10〜50g/l 溶解第二鉄(Fe3+)≧15g/l 水:残部 の酸洗い浴を用いるステンレス鋼製品の酸洗い方法であって、1回又は複数回の 酸洗い操作の間、酸洗いする表面の各部分の酸洗い1h毎に酸洗いするステンレ ス鋼1m2当り1Nm2以上の総流量の空気の少なくとも1回以上の注入からな る浴の酸化によって浴の第二鉄含量を少なくとも15g/lに維持することを特 徴とする方法。
- (2)HF10〜35g/l及びFe3+≧20g/lを当初含有する酸洗い浴 を用い、1回又は複数回の酸洗い操作の間、酸洗いするステンレス鋼の1m2当 り及び酸洗いする表面の各部分の酸洗い1h当り1〜8Nm2の総流量の空気を 1回又は複数回注入することからなる浴の酸化によりFe3+含量を少なくとも 20g/lに維持することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。
- (3)酸洗いするステンレス鋼1m2当り及び酸洗いする表面の各部分の酸洗い 1h当り全部で2〜5Nm2の空気を注入すること、及びこの2〜5Nm2/m 2/hについて少なくとも半分を浴の底部に向けてこの浴の下半分に注入するこ とを特徴とする請求の範囲第2項に記載の方法。
- (4)十分なFe3+濃度を確保するために浴の酸化還元電位を測定し、必要に 応じて浴を酸化して0〜+800mVに調整することを特徴とする請求の範囲第 1項から第3項のいずれかに記載の方法。
- (5)浴の酸化還元電位を+100〜+300mVに調整することを特徴とする 請求の範囲第4項に記載の方法。
- (6)浴の酸化還元電位を+190〜+260mV調整することを特徴とする請 求の範囲第5項に記載の方法。
- (7)フッ化第二鉄を用いて第二鉄の初期濃度20〜40g/lの酸洗い浴を調 製することを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項のいずれかに記載の方法。
- (8)浴酸化の追加手段として過酸化水素又は過マンガン酸カリウムを用いるこ とを特徴とする請求の範囲第2項、第3項、第5項又は第6項のいずれかに記載 の方法。
- (9)浴酸化の唯一の追加手段として酸洗いする表面の各部分の酸洗い1h毎に 酸洗いするステンレス鋼1m2当り0.1〜0.4lの過酸化水素H2O2を用 いることを特徴とする請求の範囲第2項、第3項、第5項又は第6項のいずれか に記載の方法。
- (10)フェライトステンレス鋼製の板又は帯を酸洗いする場合に、酸洗い浴の HFの初期濃度が10〜25g/lであり酸洗い温度が35〜50℃である請求 の範囲第1項から第3項のいずれかに記載の方法。
- (11)オーステナイトステンレス鋼製の板又は帯を酸洗いする場合に、酸洗い 浴のHFの初期濃度が20〜35g/lであり、酸洗い浴の温度が40〜60℃ である請求の範囲第1項から第3項のいずれかに記載の方法。
- (12)最初にHF10〜35g/lとFe3+≧20g/lを含有している酸 洗い浴を用いてステンレス鋼製品を酸洗いし、かつ使用した酸洗い浴中に沈澱し たスラッジを再利用する方法であって、a)1回又は複数回の酸洗い操作の間、 酸洗いする表面の各部分の酸洗い1h毎に酸洗いするステンレス鋼1m2当り1 〜8Nm2の総流量の空気の1回又は複数回の注入と場合により強力な酸化剤1 種以上とからなる浴の酸化によってFe3+含量を少なくとも20g/lに維持 し、浴の酸化還元電位は必要であれば浴を酸化することによって+100〜+3 00mVに調整し、次いで、b)使用済浴から液体を吸引し、次にスラッジ上に 湯を送ってこれを溶解し、次いで遊離のHFを加えることによってHF含量を調 節し、かき混ぜる。次いで電位を+200〜+240Vに調節するように過酸化 水素水を注入して新しい酸洗い浴を得ることを特徴とする方法。
- (13)a1)空気の複数回の注入の総流量が酸洗いする表面の各部分の酸洗い 1h毎に酸洗いするステンレス鋼1m2当り2〜5Nm2であり、 a2)強力な酸化剤の1種だけの添加として、酸洗いする表面の各部分の酸洗い 1h毎に酸洗いするステンレス鋼1m2当り0.1〜0.4lの過酸化水素H2 O2を使用し、a3)酸洗い浴の酸化還元電位を+190〜+260Vに調整し 、b)使用済の酸洗い浴のスラッジの再利用のために40〜60℃の湯を使用す る ことを特徴とする請求の範囲第12項に記載の方法。
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