JP2006009081A - Ｆｅ−Ｎｉ系合金熱延板のスケール除去方法 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 表面性状に優れたFe−Ni系合金熱延板のスケール除去方法を提供する。
【解決手段】 Fe−Ni系合金の熱延板に、酸洗処理前に、該熱延板の表面粗さを算術平均粗さRaで1.5μｍ以下に調整する機械研削処理を施した後、質量％で硝酸：10〜20％および弗酸：１〜５％を含む混酸溶液を酸洗液とする酸洗処理を施して表層のスケールを除去する。これにより、表面荒れや、表面欠陥の発生を防止することができ、良好な表面性状のFe−Ni系合金熱延板を安価に製造することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＲＴシャドウマスク用として好適なFe−Ni系合金薄板に係り、とくにFe−Ni系合金薄板の原板となるFe−Ni系合金熱延板のスケール除去方法に関するものである。本発明でいう、「Fe−Ni系合金」とは、30質量％以上のNiを含む合金をいうものとする。なお、シャドウマスク用として好適な低熱膨張特性を有する合金としては、例えば、34〜38質量％Niを含有する合金が好ましい。なお、本発明でいう「熱延板」には、熱延板、熱延帯板をも含むものとする。

インバー合金等のFe−Ni系合金は、電気炉等で溶解された後、分塊圧延、あるいは連続鋳造によりスラブにしたのち、熱間圧延され、さらに冷間圧延および焼鈍されたのち、ＣＲＴシャドウマスク等用の素材として供給されている。インバー合金等のFe−Ni系合金は、酸化されやすく表面にスケールが発達しやすいため、熱間圧延されたFe−Ni系合金熱延板の表層には、一般に、厚いスケール層が形成されている。スケール層は、表面の黒皮スケールの下に、深いものでは100μｍ以上の内部酸化層（以下、サブスケールという）が点在する。このサブスケールは、スラブ加熱時に生成した粒界酸化層、粒内酸化層のなごりと考えられ、Fe酸化物とNi濃化層が混在した組織である。このようなスケールの組織形態は、Fe−Ni系合金に特有のものである。

このため、Fe−Ni系合金板の製造工程には、これら厚いスケール層を除去するために、脱スケール工程を必要とする。

一般に、熱延鋼板の脱スケール方法としては、機械的研削法、酸洗によるケミカル処理法、あるいはそれらを組合せた方法などが考えられている。

例えば、特許文献１には、表面研削工程において円筒形研削工具の偏心量を小さくし、潤滑液の供給量を適正量とし、最終研削スタンドの砥粒番手を#100以上とする機械研削を施し、研削仕上面におけるチャタマークの発生を防止して、冷延仕上面の光沢ムラを防止するFe−Ni合金材の製造方法が提案されている。

また、特許文献２には、Fe−Ni合金熱間圧延板を、硝酸５〜11wt％及び弗酸６〜15wt％を含む40〜70℃の混酸中で酸洗し、優れた表面性状の熱延板とするFe−Ni合金熱間圧延板の酸洗方法が提案されている。

また、特許文献３には、塩酸３〜12wt％と塩化第二鉄溶液20〜35wt％を含む60〜80℃の混酸中で酸洗し、スケール除去するFe−Ni合金熱延板の表面酸化層の除去方法が提案されている。

また、特許文献４には、メカニカル処理を施しスケールに亀裂や剥離を生じせしめ、ついで砥粒番手が#46〜100の範囲の第一研削ロールを用いて研削し、ついで砥粒番手が#80〜400の範囲で、かつ第一研削ロールの砥粒番手より細かいか、あるいは等しい砥粒番手の第二研削ロールを用いて研削し研削目の目ならしを行ない、しかる後に酸洗処理を行なう、熱延合金鉄鋼帯の処理方法が提案されている。
特開平５−253816号公報 特開昭62−139888号公報 特開平10−317166号公報 特開平１−273607号公報

しかし、特許文献１に記載された技術では、Fe−Ni系合金熱延板は軟質のため、研削材に含まれる砥粒がFe−Ni系合金熱延板中に埋め込まれ、次工程の冷間圧延時に表面疵の原因となったり、あるいは脱落せずに製品板まで残存し、シャドウマスクなどに加工された際にはエッチング不良を生じるなどの問題があった。

また、特許文献２に記載された技術では、高価な弗酸を６％以上使用することから、酸洗液費用が増大し、製造コストの上昇を招くという問題があった。弗酸濃度を６％未満と低くすると、溶解速度がやや低下し、さらに、酸洗後に板表面の荒れが発生するという問題があった。

また、特許文献３に記載された技術では、母材歩留りは向上するが、酸洗速度が遅いため、処理能率が低く、生産性が低下するという問題があった。

また、特許文献４に記載された技術では、機械研削と酸洗の併用となるが、スケール除去のほとんどを研削ロール（機械研削）で行ない、酸洗処理は表面の平滑化とボカシを施す程度であるため、研削材に含まれる砥粒が熱延板表面に埋め込まれたまま残留し、冷間圧延時に表面疵の原因となったり、シャドウマスクなどに加工された際にはエッチング不良を生じるなど、機械的研削のみの場合とほぼ同様の問題が残されたままとなっている。

このように、機械研削のみのスケール除去方法では、研削材の砥粒が残留し製品板の品質を低下させるという問題が残されたままであり、一方、酸洗処理のみによるスケール除去方法では、酸洗液コストが高く、しかも溶解速度が遅く生産性が低下するという経済的な問題に加えて、弗酸濃度を低くした安価な酸洗液を用いる場合には、溶解速度がやや劣り、さらに、酸洗後の鋼板表面の荒れが発生するという問題が残されたままである。

本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、研削材の砥粒の残留もなく、また板表面の荒れ発生もなくスケール除去ができ、表面性状に優れたFe−Ni系合金熱延板を安価に製造できる、Fe−Ni系合金熱延板のスケール除去方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した課題を達成するために、安価なFe−Ni系合金熱延板のスケール除去方法として、弗酸濃度の低い硝弗酸溶液による酸洗処理を用いることとした。しかし、硝弗酸溶液を用いてスケール除去を行うと、酸洗後に表面荒れにより異物付着などの表面欠陥が発生しやすくなる。そこで、本発明者らは、弗酸濃度の低い硝弗酸溶液を用いたFe−Ni系合金熱延板の酸洗処理において、酸洗後に良好な表面性状を得るために、酸洗前の予備処理法について鋭意検討した。

その結果、酸洗前に予め機械研削により、表面性状パラメータである粗さ曲線の算術平均粗さRaを1.5μｍ以下に調整しておくことが重要であり、表面の荒れもなく、異物付着などの表面欠陥発生のない良好な表面性状を有するFe−Ni系合金熱延板を得ることができることを見出した。

まず、本発明者らが行なった本発明の基礎となった実験結果について説明する。

36質量％Niを含むFe−Ni系合金を常法に従い溶製し、鋳造して圧延素材とした後、通常の熱間圧延によりFe−Ni系合金熱延板（板厚：3.5mm）とした。これらFe−Ni系合金熱延板の表面を、砥粒番手の異なる研削材を用いて研削（機械研削）し、スケール除去を行った。なお、機械研削後の熱延板表面の粗さ曲線を、触針式粗さ計を用いて測定し算術平均粗さRaを求め、酸洗前の表面粗さRaとした。

ついで、これら熱延板に、硝酸10〜20質量％と弗酸１〜５質量％を含む混酸を酸洗液とし、該酸洗液中に１分間浸漬する酸洗処理を施した。そして、酸洗処理後の熱延板の粗さ曲線を、触針式粗さ計を用いて同様に測定し算術平均粗さRaを求め、酸洗後の表面粗さRaとした。この酸洗処理により機械研削時に表層に埋め込まれた研削砥粒は完全に除去できる。なお、本発明でいう表面粗さRaはJIS Ｂ 0601−2001の規定に準拠した算術平均粗さRaをいうものとする。酸洗処理後の熱延板の表面粗さRaが4.0μｍを超えた場合には、酸洗処理後の熱延板表面の荒れに起因して、スラッジなどの異物が付着する表面欠陥が発生する。表面粗さRaが4.0μｍ以下ではそのような欠陥は全く発生しない。そこで、本発明では、酸洗処理後の熱延板の表面粗さRa：4.0μｍを評価基準とした。

得られた結果を図１に示す。

図１から、酸洗前の鋼板の表面粗さRaを1.5μｍ以下に制御することにより、酸洗後の表面粗さRaを4.0μｍ以下にできることがわかる。さらに、酸洗前の鋼板の表面粗さRaが0.6μｍ以下の場合には、より一層、酸洗後の表面粗さRaが小さく、平滑な表面が得られることがわかる。

本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）Fe−Ni系合金の熱延板に酸洗処理を施して表層のスケールを除去するに当たり、前記酸洗処理を質量％で硝酸：10〜20％および弗酸：１〜５％を含む混酸溶液を酸洗液とする処理とし、前記酸洗処理前に該熱延板に、該熱延板の表面粗さを算術平均粗さRaで1.5μｍ以下に調整する、機械研削処理を施すことを特徴とする表面性状に優れたFe−Ni系合金熱延板のスケール除去方法。

本発明によれば、Fe−Ni系合金熱延板のスケール除去が容易に、しかも安価にでき、表面性状に優れたFe−Ni系合金熱延板を生産性高く製造できるという、産業上格段の効果を奏する。

Fe−Ni系合金熱延板を硝弗酸溶液により酸洗処理を行う際には、熱延板表面の不動態皮膜の均一性が、酸洗処理後の表面性状に重要な影響を与える因子となる。不動態皮膜が不均一であると、不動態皮膜が薄い領域から溶解が進行し、大きなピット状の溶解表面になるため、酸洗後熱延板表面の凹凸は大きくなる。

本発明では、熱間圧延ままのFe−Ni系合金熱延板に酸洗処理を施す前に、予備処理として、まず機械研削処理を施す。機械研削処理により、酸洗前の熱延板の表面粗さRaを1.5μｍ以下に調整する。酸洗前の熱延板の表面粗さRaが1.5μｍを超えると、酸洗前の熱延板表面の凹凸が大きいため、不動態皮膜が不均一になり、硝弗酸溶液による溶解の進行も不均一になることから、酸洗後の表面粗さRaが大きく、表面欠陥が発生しやすくなると考えられる。

一方、酸洗前の熱延板の表面粗さRaが1.5μｍ以下の場合には、不動態皮膜も均一になり、硝弗酸溶液による溶解の進行も均一になっていくことから、酸洗後の表面粗さRaが小さくなり、平滑な酸洗処理面になると考えられる。さらに、酸洗前の表面粗さRaが0.6μｍ以下になると、酸洗前の熱延板表面は非常に平滑となり、硝弗酸溶液による溶解が均一に行われ、その結果、酸洗後の表面粗さRaはより小さく、非常に平滑な酸洗処理面となるものと考えられる。

このようなことから、本発明では機械研削処理による熱延板の酸洗前の表面粗さRaを、1.5μｍ以下に調整することとした。なお、好ましくは、Ra：0.6μｍ以下である。

なお、熱延板の酸洗前の表面粗さRaを、上記した範囲に調整する機械研削方法は、とくに限定されないが、本発明では機械研削処理に用いる研削工具の仕上げ砥粒番手は#120〜#320のものを使用することが好ましい。

機械研削処理後、熱延板に質量％で硝酸：10〜20％および弗酸：１〜５％を含む混酸溶液を酸洗液とする酸洗処理を施す。

溶液中の硝酸の濃度が、10質量％未満では酸化剤としての効果が弱いため溶解速度が遅く、一方、20質量％を超えるとNOxの発生により生産性が悪くなる。このため、硝酸を10〜20質量％の範囲に限定した。

また、溶液中の弗酸の濃度が、１質量％未満では溶解速度が遅く、一方、５質量％を超えると、酸洗処理コストが増大する。このため、弗酸を１〜５質量％の範囲に限定した。

上記した酸洗処理を行なうことにより、予備処理として行なった機械研削処理により熱延板表層に埋め込まれた研削砥粒を完全に除去できることを確認している。

上記した酸洗処理を施され、所望の表面性状とされたFe−Ni系合金熱延板は、その後冷間圧延、焼鈍を繰り返し、製品板とすることができる。本発明によれば、砥粒の埋め込みがないため、冷間圧延に際しても砥粒起因の表面疵等の発生はなく、またその後にシャドウマスクなどに加工された際にはエッチング不良を生じることはないという利点がある。

質量％で、Ｃ：0.004％、Si：0.04％、Mn：0.31％、Ｐ：0.003％、Ｓ：0.0015％、Ni：35.9％、残部Fe及び不可避不純物からなる組成の溶鋼を溶製し、熱延素材とした。これら熱延素材を1100℃に加熱し、熱間圧延して3.5mm厚のFe−Ni系合金熱延帯板（熱延板）とした。

これら熱延まま熱延板に、機械研削処理を施し、表１に示す酸洗前表面粗さRaを有する熱延板とした。なお、機械研削処理では、仕上げ砥粒番手#40〜#320の研削工具を用いた。

機械研削処理後、酸洗前の表面粗さは、JIS Ｂ 0601−2001の規定に準拠して、触針式粗さ計を用いて表面の輪郭曲線を測定し、粗さ曲線の算術平均粗さRaを求めた。

ついで、これら熱延板に、表１に示す条件で酸洗処理を施した。酸洗処理後の熱延板の表面粗さを酸洗前と同様に測定し、酸洗後の表面粗さRaを評価した。

本発明例はいずれも、酸洗後の表面粗さRaが4.0μｍ以下と、良好な表面性状を有する熱延板となっている。一方、酸洗前の表面粗さRaが本発明範囲を外れる比較例は、酸洗後の表面粗さRaが4.0μｍを超え、表面の凹凸が大きく、表面荒れによる異物が付着した表面欠陥が発生した。また、酸洗条件が本発明範囲を外れるNo.12は、NOxが多量発生し、No.13は、酸洗後の表面粗さRaが4.0μｍを超える表面性状となっている。

酸洗前の熱延板の表面粗さRaと酸洗後の表面粗さRaとの関係を示すグラフである。

Claims (1)

1. Fe−Ni系合金の熱延板に酸洗処理を施して表層のスケールを除去するに当たり、前記酸洗処理を質量％で硝酸：10〜20％および弗酸：１〜５％を含む混酸溶液を酸洗液とする処理とし、前記酸洗処理前に該熱延板に、該熱延板の表面粗さを算術平均粗さRaで1.5μｍ以下に調整する、機械研削処理を施すことを特徴とする表面性状に優れたFe−Ni系合金熱延板のスケール除去方法。

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