JP2007175745A - ステンレス鋼板の脱スケール方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステンレス鋼板の脱スケール方法として、脱スケール性能に優れた方法を提供する。
【解決手段】熱間圧延後のステンレス鋼板に５ｋｇｆ／ｍｍ² （４９ＭＰａ）以上の張力を付与した状態で曲げ歪みを付与した後に、酸洗を行う。
【選択図】図２

Description

この発明は、ステンレス鋼板の脱スケール方法に関する。

熱間圧延後のステンレス鋼板（ステンレス熱延鋼板）が有するスケールは非常に強固にその表層に付着しているため、そのまま酸洗を行っても十分に除去することができない。そのため、従来は、酸洗を行う前にショットブラスト処理等の前処理を行っている（例えば、下記の特許文献１参照）。
また、特許文献２には、圧下率５％以上４０％以下の冷間圧延を施し、次いで塩酸水溶液に浸漬してスケールを除去することを特徴とする、ステンレス熱延鋼板の脱スケール方法が記載されている。

特許文献３には、ステンレス鋼帯に対して２％以上の圧下率を付与できる圧延機と、圧延後のステンレス鋼帯に対して３回以上の曲げを加えて合計１０％以上の表面歪みを付与するスケールブレーカーと、スケールブレーカー処理後のステンレス鋼板を酸洗する２個以上の酸洗タンクとを備え、酸洗タンク間の少なくとも１カ所に研削ブラシを有することを特徴とする、ステンレス鋼帯のスケール除去装置が記載されている。

特許文献４には、表面にスケール槽を有するステンレス鋼帯に、曲げ加工、引っ張り加工、圧延加工、およびショットブラスト加工（処理）のうちの少なくとも１つの加工を施した後、第１溶液（塩化第２鉄と塩酸とを含む水溶液）で酸洗処理し、さらに第２溶液（硝酸とふっ酸とを含む水溶液）で仕上げ酸洗することを特徴とする、ステンレス鋼帯の脱スケール方法が記載されている。

特許文献５には、熱間圧延後のステンレス鋼板を、酸洗液中で（または酸洗液をスプレーで表面に吹きつけながら）外径５０〜５００ｍｍのロールにより接触角３０°以上で曲げ加工を加え、その後に酸洗することを特徴とする、ステンレス鋼板の脱スケール方法が記載されている。
特開平９−１５５４３５号公報 特開平１０−１９５６８４号公報 特開昭５９−４１４８２号公報 特開２００２−２７５６６６号公報 特開２０００−３２６００７号公報

上述の方法のうち、酸洗前のステンレス鋼板に圧延歪みを加える方法では、スケールが地鉄に押し込まれ、酸洗後にスケールが除去された跡が鱗状の模様となって残る、という問題点がある。酸洗前にショットブラスト処理を行う方法は、コストがかさむとともに、表面に疵が生じることから光沢品には適していない、という問題点がある。
また、特許文献３〜５には、酸洗前のステンレス鋼板に曲げ加工を行うことが記載されているが、これらの文献に記載されている方法には、脱スケール性能の点で更なる改善の余地がある。
本発明の課題は、ステンレス鋼板の脱スケール方法として、脱スケール性能に優れた方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のステンレス鋼板の脱スケール方法は、熱間圧延後のステンレス鋼板に５ｋｇｆ／ｍｍ² （４９ＭＰａ）以上の張力を付与した状態で曲げ歪みを付与した後に、酸洗を行うことを特徴とする。
本発明の方法によれば、熱間圧延後のステンレス鋼板に曲げ歪みを付与する際に、５ｋｇｆ／ｍｍ² （４９ＭＰａ）以上の張力を付与することで、良好な脱スケール性能を得ることができる。

本発明の方法では、ステンレス鋼板の板厚が２．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下の場合、ステンレス鋼板に対する曲げ歪みの付与は、外径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下のロールを用いて行うことが好ましい。
なお、板厚が同じでインターメッシュが同じ場合、使用するロール（曲げロール）の外径が小さいほど、大きな曲げ歪みをステンレス鋼板に付与することができるが、板幅が６００ｍｍ〜１８００ｍｍと変化するステンレス鋼板の酸洗ラインで、外径が５０ｍｍ未満の曲げロールを使用することは現実的ではない。また、外径が３００ｍｍを超える曲げロールを使用すると、インターメッシュを非現実的な大きさにしないと、ステンレス鋼板に必要な曲げ歪みを付与することができない。

本発明の方法では、曲げ歪みを付与した後のステンレス鋼板に、ショットブラスト処理を行わないで酸洗を行うことにより、ショットブラスト処理を行う方法と比較してコストを低減できるとともに、光沢品にも好適に適用できる。
本発明の方法では、曲げ歪みを付与した後のステンレス鋼板に、ショットブラスト処理を行った後に酸洗を行うことにより、酸洗時間を短くできるため、生産能率が高くなる。
本発明の方法では、塩酸を用いて酸洗を行うことにより、普通鋼と酸洗ラインを共用することができる。

本発明のステンレス鋼板の脱スケール方法によれば、優れた脱スケール性能を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
〔ロール径と張力によるスケール亀裂の差を調べる試験〕
先ず、図１に示す装置（実験用のメカニカルスケールブレーカー）を用いて、ステンレス鋼板に張力を付与した状態で曲げ歪みを付与する処理を行い、この処理によるステンレス鋼板の表面状態の変化を調べた。

図１の装置は、対をなす曲げロール１１，１２と、左右のガイドロール１３，１４と、ステンレス鋼板１の両端を支持して張力を付与する張力付与装置１５を備えている。曲げロール１１，１２としては、外径（直径）が５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍのものを用意した。
また、対象材として、厚さ３．２ｍｍの熱間圧延後のステンレス鋼板（Ｃｒ含有率１７．９mass％）の黒皮材（スケール付き鋼板）を用意した。先ず、このステンレス鋼板の処理前の状態を顕微鏡で観察した。その写真を図２に示す。

次に、用意した各曲げロールとステンレス鋼板を用いて、図１の装置を組み立て、ステンレス鋼板１に、２ｋｇｆ／ｍｍ² （１９．６ＭＰａ）または５ｋｇｆ／ｍｍ² （４９ＭＰａ）の張力を付与した状態で曲げ歪みを付与した。そして、張力を付与後の各ステンレス鋼板の状態を顕微鏡で観察した。その写真を同じく図２に示す。
ここで、左側ガイドロール１３と曲げロール１１とのロール間隔Ｌ₁ 、曲げロール１１，１２同士のロール間隔Ｌ₂ 、右側の曲げロール１２とガイドロール１４とのロール間隔Ｌ₃ を全て３００ｍｍに設定し、インターメッシュ（ステンレス鋼板１が真っ直ぐの状態で、曲げロール１１，１２とガイドロール１３，１４がステンレス鋼板１に接触する場合を基準として、ステンレス鋼板１の板厚中心線Ｐがどれだけ押し込まれたか、その押し込み量）ｈを１００ｍｍとした。

図２に示すように、曲げロールの外径が５０ｍｍの場合には、張力が２ｋｇｆ／ｍｍ² および５ｋｇｆ／ｍｍ² のいずれでもスケールに亀裂が入っている。これに対して、曲げロールの外径が１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍの場合には、張力が２ｋｇｆ／ｍｍ² ではスケールに亀裂が入っていないが、５ｋｇｆ／ｍｍ² にすると亀裂が入っていることが判る。

この処理によってスケールに生じる亀裂が多いほど、後に行う酸洗にて、スケールに生じた亀裂に酸液が侵入し易くなるため、酸洗の促進効果が高い。したがって、曲げロールの外径が５０ｍｍの場合には、張力が２ｋｇｆ／ｍｍ² 以上であれば、この処理により酸洗の促進効果が得られる。曲げロールの外径が１００〜２００ｍｍの場合には、張力が５ｋｇｆ／ｍｍ² 以上であれば、この処理により酸洗の促進効果が得られる。

〔ロール径と張力による酸洗減量の差を調べる試験〕
図１の装置を用いて、熱間圧延されたステンレス鋼板に、張力を付与した状態で曲げ歪みを付与した後、酸洗を行った。そして、酸洗によって減少した質量を測定し、この測定値をステンレス鋼板の面積で除算することで、脱スケール性能を示す「酸洗減量」を得た。

ステンレス鋼板としては、厚さ２．１ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ３ｍのＳＵＳ４３０材を用意した。
曲げ歪み付与の各条件を以下のように変化させた。曲げロール１１，１２として、外径（直径）が５０ｍｍ、８０ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、３５０ｍｍの各ロールを使用した。付与する張力を２、５、８、１０ｋｇｆ／ｍｍ² の各値とした。インターメッシュｈを、ロールの外径（以下、単に「ロール径」）５０ｍｍ、８０ｍｍ、１５０ｍｍの場合で１００ｍｍに、２００ｍｍ、３００ｍｍ、３５０ｍｍの場合で１５０ｍｍに設定した。また、ロール間隔Ｌ₁ ，Ｌ₂ ，Ｌ₃ は全て４００ｍｍとした。

酸洗は、ステンレス鋼板１の曲げロール１１で曲げられた部分を、熱が発生しないように冷鋸で切断したものに対して行った。この切断部分を、濃度が２７質量％の硫酸に４４秒間浸漬した後、濃度が３質量％の弗酸と濃度が１３質量％の硝酸との混合液に２４秒浸漬した。また、対照例として、同じステンレス鋼板に曲げ歪みを付与しないで、同じ方法で酸洗したものも用意した。

この試験の結果を図３にグラフで示す。ＳＵＳ４３０材の場合の「必要酸洗減量」は９８ｇ／ｍ² であるが、図３より、ロール径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の場合、張力５ｋｇｆ／ｍｍ² （４９ＭＰａ）以上で「必要酸洗減量」が得られることが分かる。また、厚さ２．１ｍｍであれば、ロール径が５０ｍｍの場合、張力２ｋｇｆ／ｍｍ² （１９．６ＭＰａ）以上で「必要酸洗減量」が得られることが分かる。

〔ラインでの脱スケール性能の違いを調べる試験〕
図４に示すラインで、脱スケール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。使用時に、インターメッシュの設定値に応じて曲げロール５１，５２の上下方向の位置を決める。また、このメカニカルスケールブレーカー５は、出側のピンチロール５６を入側のピンチロール５５より速く回転するよう指令することで、両ピンチロール５５，５６間のステンレス鋼板１に張力を付与するため、張力の設定値に応じてピンチロール５５，５６の回転速度を決める。

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の液温度を、酸洗液が「弗酸＋硝酸」の場合は４５〜５８℃に、塩酸の場合は８０〜８８℃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、ＳＵＳ４３０に相当し、厚さが２．０ｍｍ、３．１ｍｍ、５．０ｍｍ、８．０ｍｍである各熱延コイルを用意した。これらを下記の表１に示す条件で脱スケール処理した。表１に示すように、板厚と処理条件で１４種類のデータが得られた。
なお、ショットブラスト処理を行う（ＳＢ処理有り）場合には、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、各サンプルのステンレス鋼板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。その結果も表１に併せて示す。表１では、完全に脱スケールされている場合に「○」、スケール残りがある場合を「×」と表示した。

No. １〜５、No. ９〜１４は、本発明の実施例に相当し、熱間圧延後のステンレス鋼板に５ｋｇｆ／ｍｍ² （４９ＭＰａ）以上の張力を付与した状態で曲げ歪みを付与した後に、酸洗を行っている。これらのサンプルは全て、完全に脱スケールされていた。
これらのうち、ショットブラスト処理の有無と搬送速度が異なる以外は同じ条件のNo. ９とNo. １０の比較、No. １１とNo. １２の比較では、ショットブラスト処理を行っているNo. １０とNo. １２で、搬送速度を９０ｍ／分と速くしても良好な脱スケール性能が得られた。これに対して、ショットブラスト処理を行っていないNo. ９とNo. １１は、搬送速度５０ｍ／分では良好な脱スケール性能が得られているが、搬送速度を９０ｍ／分にすると脱スケール性能が低下する。

No. ６は、No. ９と張力以外の条件は同じであるが、張力が２ｋｇｆ／ｍｍ² で「５ｋｇｆ／ｍｍ² 以上」を満たさないため本発明の比較例に相当する。No. ６の脱スケール性能は「×」であり、表面にスケールが斑に残っていた。
No. ７は、No. １１と張力以外の条件は同じであるが、張力が２ｋｇｆ／ｍｍ² で「５ｋｇｆ／ｍｍ² 以上」を満たさないため本発明の比較例に相当する。No. ７の脱スケール性能は「×」であり、板の表面全体が黒くなって、スケールが残っていた。

No. ８は、No. １０と張力および搬送速度以外の条件は同じであるが、張力が２ｋｇｆ／ｍｍ² で「５ｋｇｆ／ｍｍ² 以上」を満たさないため本発明の比較例に相当する。しかし、No. ８ではショットブラスト処理を行っているため、搬送速度５０ｍ／分では良好な脱スケール性能が得られているが、搬送速度を９０ｍ／分にすると脱スケール性能が低下する。

この結果から、熱間圧延後のステンレス鋼板に曲げ歪みを付与する際に、ステンレス鋼板の板厚が２．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下の場合、外径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下のロールを用いて、５ｋｇｆ／ｍｍ² （４９ＭＰａ）以上の張力を付与することで、ショットブラスト処理を行わなくても、良好な脱スケール性能が得られることが分かる。
また、同じ条件で曲げ歪みを付与した後のステンレス鋼板に、ショットブラスト処理を行った後に酸洗を行うことで、ショットブラスト処理を行わない場合と比較して、搬送速度が速くても良好な脱スケール性能が得られるため、生産能率を向上できることが分かる。

試験に使用した、実験用メカニカルスケールブレーカーを示す図である。 ステンレス鋼板に張力を付与した状態で曲げ歪みを付与する処理を各種条件で行った後の表面の状態と、前記処理を行う前の表面の状態を示す顕微鏡写真である。 ロール径と張力による酸洗減量の差を調べた試験の結果を示すグラフである。 脱スケール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
１１，１２ 曲げロール
１３，１４ ガイドロール
１５ 張力付与装置
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 (5)

1. 熱間圧延後のステンレス鋼板に５ｋｇｆ／ｍｍ² （４９ＭＰａ）以上の張力を付与した状態で曲げ歪みを付与した後に、酸洗を行うことを特徴とするステンレス鋼板の脱スケール方法。
2. ステンレス鋼板の板厚は２．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下であり、ステンレス鋼板に対する曲げ歪みの付与は、外径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下のロールを用いて行う請求項１記載のステンレス鋼板の脱スケール方法。
3. 曲げ歪みを付与した後のステンレス鋼板に、ショットブラスト処理を行わないで酸洗を行う請求項１または２記載のステンレス鋼板の脱スケール方法。
4. 曲げ歪みを付与した後のステンレス鋼板に、ショットブラスト処理を行った後に酸洗を行う請求項１または２記載のステンレス鋼板の脱スケール方法。
5. 塩酸を用いて酸洗を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載のステンレス鋼板の脱スケール方法。