JP2011032529A

JP2011032529A - 酸洗鋼板の洗浄方法

Info

Publication number: JP2011032529A
Application number: JP2009179476A
Authority: JP
Inventors: Seiji Sugiyama; 誠司杉山; Mitsugi Kajiwara; 貢梶原
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】Ｃを０．３質量％以上含有する酸洗鋼板の表面に生じる“黒変”及び“外観斑”を抑制する洗浄方法を提供する。
【解決手段】Ｃを０．３質量％以上含有する鋼板を酸洗した後、洗浄する洗浄方法において、（ｉ）酸洗後の上記鋼板を水で洗浄し、次いで、（ii-1）上記鋼板の表面に、噴射ノズルから噴射水を、２．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上のスプレー衝突圧で噴射し、ＦｅＣ₃やＣを除去する、又は、（ii-1）に続き、さらに、（ii-2）再酸洗後の鋼板の表面に、噴射ノズルから噴射水を、４．０ｋｇｆ／ｃｍ²以上のスプレー衝突圧で噴射し、ＦｅＣ₃やＣを除去する、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸洗した鋼板の表面を洗浄する方法に関するものである。

通常、鋼板の表面を洗浄する場合、必要に応じスキンパスを施した鋼板を、酸洗槽に浸漬して通過させ、鋼板表面の酸化スケールを除去し、その後、(a)鋼板表面に洗浄水を吹き付け、さらに、鋼板を洗浄槽に浸漬して洗浄するか、又は、(b)洗浄槽を用いず、洗浄水の吹付けのみで洗浄するかして、鋼板表面の変色を防止している。

しかし、鋼板表面の洗浄が十分でなく、又は、酸洗後の鋼板が洗浄槽に到達するまでの時間が長いと、鋼板表面に酸が残存した状態で空気に曝される時間が長くなり、鋼板表面に錆が発生して変色（黄変、黒変）することがある。

鋼板表面の変色は、化学反応で、鋼板表面に、Ｆｅ₃Ｏ₄（黒色）、又は、４ＦｅＯ・ＯＨ（黄色）が生成することに原因があるといわれており、これら反応生成物の生成を抑制する方法が、これまで、種々提案されている（例えば、特許文献１〜４、参照）。

また、上記変色を防ぐ手法として、(1)酸洗液として溶解作用が強くて反応生成物が生成し難い塩酸を用いるか、(2)硫酸を用いるときは、酸洗後、塩酸に浸漬することも提案されている（非特許文献１、参照）。

しかし、Ｃを０．１〜１.３質量％程度含有する鋼板を酸洗する場合、塩酸系の酸洗液を用いた場合でさえ、洗浄を充分に行ったにも拘わらず、鋼板表面に黒変が生じることがある。この黒変は、従来のＦｅ₃Ｏ₄（黒色）とは異なり、鋼板表面に残存するＦｅＣ₃に起因することが知られている。

鋼板表面に黒変が生じること自体、製品価値の点で問題であるが、さらに、鋼板表面に残存するＦｅＣ₃が、後段のロールに付着し、その後、後続の鋼板に転写されて、鋼板表面の外観を損なうという問題が生じている。

特開平１０−１４０３８０号公報特開２０００−１７８７７５号公報特開２００６−１３１９２４号公報特開２００７−２３９０９２号公報

金属表面工学（昭和４４年１月２０日、日刊工業新聞社発行）、１７４頁

本発明は、Ｃを０．３質量％以上含有する鋼板（中炭素鋼板及び高炭素鋼板）、特に、Ｃを０．３〜１.５質量％程度含有する鋼板を酸洗した場合に、鋼板表面に生じる“黒変”及び“外観斑”を抑制することを課題とし、該課題を解決する洗浄方法を提供することを目的とする。

Ｃを０．３〜１.５質量％程度含有する鋼板の場合、“黒変”及び“外観斑”の原因は、前述したように、“ＦｅＣ₃”や“Ｃ”である。“ＦｅＣ₃”や“Ｃ”は、鋼板表面に多少食い込んで残存しているので、洗浄槽を通すだけでは除去できないし、また、洗浄水の吹付けだけで除去することは困難である。

そこで、本発明者らは、酸洗後の鋼板表面から“ＦｅＣ₃”や“Ｃ”を剥離する手法について鋭意検討した。その結果、鋼板表面を水洗した後、ノズル噴射圧を所定圧以上に高めて、水を鋼板表面に噴射すると、“ＦｅＣ₃”や“Ｃ”を除去することができ、“黒変”及び“外観斑”の発生を抑制できることが判明した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）Ｃを０．３０質量％以上含有する鋼板を酸洗した後、洗浄する洗浄方法において、
（ｉ）酸洗後の上記鋼板を水で洗浄し、次いで、
（ii-1）上記鋼板の表面に、噴射ノズルから噴射水を、２．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上のスプレー衝突圧で噴射し、ＦｅＣ₃やＣを除去する、
ことを特徴とする酸洗鋼板の洗浄方法。

（２）Ｃを０．３０質量％以上含有する鋼板を酸洗した後、洗浄する洗浄方法において、
（ｉ）酸洗後の上記鋼板を水で洗浄し、次いで、
（ii-1）上記鋼板の表面に、噴射ノズルから噴射水を、２．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上のスプレー衝突圧で噴射し、ＦｅＣ₃やＣを除去し、さらに、
（ii-2）再酸洗後の鋼板の表面に、噴射ノズルから噴射水を、４．０ｋｇｆ／ｃｍ²以上のスプレー衝突圧で噴射し、ＦｅＣ₃やＣを除去する、
ことを特徴とする酸洗鋼板の洗浄方法。

（３）前記鋼板が、Ｃを１．３０質量％以下含有するものであることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の酸洗鋼板の洗浄方法。

（４）前記鋼板を、Ｆｅ²⁺：２〜１００ｇ／ｌ、Ｆｅ³⁺：１〜１０ｇ／ｌを含有し、液温８０℃以上の塩酸系の酸洗液に、０．５〜５分浸漬して、酸洗を行うことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の酸洗鋼板の洗浄方法。

（５）前記塩酸系の酸洗液が、２〜１５質量％の塩酸を含むものであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の酸洗鋼板の洗浄方法。

（６）前記噴射水の噴射を、噴射距離１００〜２００ｍｍ、噴射角５〜１０°で行うことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の酸洗鋼板の洗浄方法。

本発明によれば、Ｃ：０．３質量％以上の酸洗鋼板の表面に生じるＦｅＣ₃やＣ起因の“黒変”及び“外観斑”を抑制することができるので、表面性状が均一で、外観品質が優れた鋼板を提供することができる。

本発明を実施する酸洗ラインの一態様を示す図である。水噴射試験装置を模式的に示す図である。噴射角：５°、噴射距離Ｌ：１５０ｍｍ、１２５ｍｍ、及び、１００ｍｍの場合における、試験材Ｅ（Ｃ：０．５３質量％）についてのノズル噴射圧と白黒値の関係を示す図である。水噴射ノズルにつき、噴射角５°、噴射距離Ｌ：１００ｍｍ、ノズル噴射圧：１００ｋｇ／ｃｍ²と設定した場合における、白黒値の推移を示す図である。所定の噴射角、噴射距離、及び、ノズル噴射圧で水を噴射して、鋼板表面にかかる噴射水の力と、噴射距離における噴射水の噴射面積から算出した、鋼板表面に作用する噴射水の噴射圧、即ち、スプレー衝突圧と水噴射ノズルの噴射圧との関係を示す図である。

本発明について図面に基づいて説明する。

図１に、本発明を実施する酸洗ラインの一態様を示す。

ペイオフリール１から鋼板１が巻き解かれる鋼板Ｓは、鋼板接合機２、スキンパスミル３を経て、酸洗装置４に導入される。鋼板Ｓの搬送速度を一定に維持するため、通常、鋼板接合機２とスキンパスミル３の間に、フリーループ１１を形成する。なお、スキンパスは、必要に応じて実施すればよい。

酸洗装置４は、通常、塩酸濃度が異なる複数槽の酸洗槽４ａを連ねて構成されている。酸洗槽４ａを通過する間に酸洗された鋼板Ｓは、酸洗装置４をでた後、洗浄槽５に導入される。洗浄槽５で、表面に残留する酸や、その他の付着物が除去された鋼板Ｓは、通常、ドライヤー７で乾燥された後、トリマー８で幅寸法が整えられ、オイラー９を経て、テンションリール１０に巻き取られる。

なお、鋼板Ｓを巻き取る際、巻取り速度を一定に維持するため、ドライヤー７とトリマー８の間に、フリーループ１１を形成する。

本発明においては、洗浄槽５の次に、水噴射装置６を配置し、水噴射装置６から、水（洗浄水）を、鋼板表面における噴射水のスプレー衝突圧が２．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上となるように鋼板表面に噴射し、水（洗浄水）の衝突力で、洗浄槽５では除去されず、鋼板表面に残存し、黒変の原因となるＦｅＣ₃やＣを除去する。この点が、本発明の特徴である。

ここで、本発明の基礎をなす知見を得るに至った試験とその結果について説明する。

液組成：「１２％ＨＣｌ＋Ｆｅ²⁺８０ｇ／Ｌ＋Ｆｅ³⁺１０ｇ／Ｌ」、液温：８５℃の酸洗浴に、表１に示す成分組成の試験材Ａ（Ｃ：０．５３質量％）及びＤ（Ｃ：１．３０質量％）（いずれも、厚み２ｍｍ×幅５０ｍｍ×長さ５０ｍｍ）を、４分間、浸漬して酸洗を施し、引き上げた後、水洗し、試験材の半分に、噴射ノズルで、噴射角：５°、噴射距離：１５０ｍｍ、及び、ノズル噴射圧：１００ｋｇ／ｃｍ²でスプレー噴射した後、乾燥した。乾燥後、試験材の表面に黒変が生じた。

試験材表面において黒変が生じない部分と黒変が生じた部分に、所定の光を照射し、白黒値を白黒測定器（富士フィルム製FBD401-5型のFUJI BLACK & WHITE DENSITOMETER）で測定したところ、黒変が生じない部分０．６８（試験材Ａ）と、黒変が生じた部分０．８５（試験材Ａ）、１．３３（試験材Ｄ）であった。

白黒値は、試験材表面において黒変が生じない部分と黒変が生じた部分に、所定の光を照射し、照射量と、照射した光が試験材表面から反射する反射量の比率である。白黒値が大きいと黒く、小さいほど白く、本実験では、目視による表面品質の確保の点から、白黒値０．６８以下を目標とした。

次に、同じく、表１に示す試験材Ａ及びＤを、上記酸洗浴に４分間浸漬し、引き上げた後、水洗し、次いで、図２に模式的に示す水噴射試験装置を用いて、試験材表面に、水を噴射した。

給水タンク１５から、水が、高圧ポンプ１４で、ヘッダー１３に供給される。ヘッダー１３は、試験材Ｔの移動経路から噴射距離（ノズル高さ）Ｌの位置に、噴射角θ1で、２本の噴射ノズル１２を備えていて、噴射ノズル１２から、図中、矢印方向に、速度３ｍ／分で移動する試験材Ｔの表面に、水を噴射した。水噴射後の試験材表面の白黒値を、白黒測定器で測定した。

試験材Ａ（Ｃ：０．５３質量％）について、噴射角を５°とし、噴射距離Ｌを１５０ｍｍ、１２５ｍｍ、及び、１００ｍｍとし、ノズル噴射圧を８０ｋｇ／ｃｍ²から、１００ｋｇ／ｃｍ²、１２０ｋｇ／ｃｍ²と上げた場合の白黒値を図３に示す。

図３から、水噴射を行わない場合、試験材表面には、白黒値０．８５の黒変が生じたが、ノズル噴射圧８０ｋｇ／ｃｍ²以上で、水を、試験材表面に噴射すると、試験材表面に、白黒値０．８５程度の黒変は生じず、ノズル噴射圧の増大とともに、試験材の全表面において、白黒値を、目標の０．６８以下に向けて低減できることが解る。

特に、噴射距離を１００〜１５０ｍｍに設定し、ノズル噴射圧１００ｋｇ／ｃｍ²以上で、水を、試験材表面に噴射すると、試験材の全面において、白黒値を、目標の０．６８以下に維持できることが解る。

図４に、水噴射ノズルにつき、噴射角５°、噴射距離Ｌ：１００ｍｍ、ノズル噴射圧：１００ｋｇ／ｃｍ²と設定した場合における、白黒値の推移を示す。図中、●（表１に示す試験材Ａ）及び◆（表１に示す試験材Ｄ）は、水噴射を行わない場合で、黒変部の白黒値は、それぞれ、０．８５及び１．３３である。

図４から、噴射距離：１００ｍｍ、ノズル噴射圧：１００ｋｇ／ｃｍ²の条件で、水噴射を行うと、試験材Ａ（Ｃ：０．５３質量％）及び試験材Ｄ（Ｃ：１．３０質量％）のいずれの場合も、図中、○（試験材Ａ）及び◇（試験材Ｄ）に示すように、ノズル直下、及び、２つの水噴射が重畳する重畳部で、白黒値が低下していることが解る。

試験材Ｄの場合、１回の水噴射後、再度、酸洗−水洗をし、その後、噴射距離：１００ｍｍ、ノズル噴射圧：６０ｋｇ／ｃｍ²の条件で水噴射すると、図中、黒三角（試験材Ｄ）に示すように、白黒値は、目標の０．６８以下に達しないが、噴射距離が１００ｍｍの場合、ノズル噴射圧を８０ｋｇ／ｃｍ²以上に設定することで、図中、△（試験材Ｄ）に示すように、白黒値を、目標の０．６８以下に下げることができることを、本発明者らは確認した。

本発明者らは、表１に成分組成示す試験材Ｂ（Ｃ：０．５６質量％）及びＣ（Ｃ：０．８５質量％）についても、同じ試験を行い、白黒値の低減に関し、同様の結果を得るに至った。

さらに、図３及び図４で求めた目標の白黒値０．６８以下を確保するために必要な、鋼板表面に噴射する噴射水のスプレー衝突圧を求めるために、ノズル噴射圧、噴射距離、及び、鋼板表面における噴射水のスプレー衝突圧の関係を調査した。その結果を、図５に示す。

図３に示すように、目標白黒値０．６８を確保するために、ノズル噴射圧は、噴射距離１５０ｍｍで、１００ｋｇ／ｃｍ²が下限であるので、図５に示す噴射距離１５０ｍｍでのノズル噴射圧１００ｋｇ／ｃｍ²から、目標白黒値０．６８を確保するための鋼板表面における噴射水のスプレー衝突圧は２．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上に設定することが好ましい。

再度の酸洗−水噴射の場合も、目標白黒値０．６８以下を確保することができる、噴射距離１００ｍｍでのノズル噴射圧８０ｋｇ／ｃｍ²（図４、参照）から、鋼板表面における噴射水のスプレー衝突圧を４．０ｋｇｆ／ｃｍ²以上に設定することが好ましい。

本発明は、以上の試験で得た知見に基づくものであり、酸洗鋼板の表面に、ＦｅＣ₃やＣに起因する黒変が生じないよう、上記表面からＦｅＣ₃やＣを除去する洗浄方法において、
（ｉ）酸洗後の鋼板を水で洗浄し、次いで、
（ii-1）鋼板の表面に、噴射水を、２．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上のスプレー衝突圧で噴射し、ＦｅＣ₃やＣを除去するか、又は、（ii-1）に続き、さらに、
（ii-2）再酸洗後の鋼板の表面に、噴射水を、４．０ｋｇｆ／ｃｍ²以上のスプレー衝突圧で噴射し、ＦｅＣ₃やＣを除去する、
ことを特徴とする。

本発明者らの試験に用いた試験材Ａ〜Ｄ（表１、参照）は、高炭素鋼（Ｃ：０．５０質量％程度以上）の範疇に入るものであるが、Ｃ量が比較的多く、酸洗後の鋼板表面に、ＦｅＣ₃やＣが残存する可能性がある中炭素鋼（Ｃ：０．３０〜０．５０質量％程度）に対しても、本発明の効果は当然に期待できるので、本発明の対象鋼材は、Ｃ：０．３０質量％以上を含有する鋼板とした。

Ｃ量が多いものでも、前記（ii-2）の工程を繰り返して行えば、白黒値を、目標の０．６８以下に下げることはできるが、当然に、生産性は低下し、製造コストは上昇する。

それ故、本発明の対象鋼板は、生産性及び製造コストの点で、Ｃ：０．３０〜１．３０質量％を含有するものが好ましい。

鋼板を酸洗する酸洗液は、特定の酸洗液に限定されないが、現在、塩酸系の酸洗液が、広く使用されている。塩酸系の酸洗液を使用する場合、２〜１５質量％の塩酸を含有し、Ｆｅ²⁺：２〜１００ｇ／ｌ、Ｆｅ³⁺：１〜１０ｇ／ｌを含有するものが好ましい。酸洗浴は、酸洗時間の短縮の点で、液温を８０℃以上に保持することが好ましい。

鋼板の酸洗浴への浸漬時間は、酸洗液の塩酸濃度にもより、特に制限はないが、短すぎると酸洗効果が充分に得られず、一方、長すぎると、Ｆｅの溶出量が増加し、鋼板表面が粗くなり、品質低下の原因となるので、０．５〜５分が好ましい。

好ましくは、鋼板を、Ｆｅ²⁺：５〜８０ｇ／ｌ、Ｆｅ³⁺：１ｇ／ｌ以下を含有し、液温８０℃以上の塩酸系の酸洗液に、０．５〜５分、浸漬して、酸洗を行う。

上記試験では、水の噴射角（ノズルの傾斜角）を５°に設定したが、噴射角は０°（ノズルが、鋼板に対し垂直）にすると、鋼板表面に噴射した噴射水により、鋼板表面に付着している付着残留物を鋼板に押し付ける力が作用し、付着物の除去効率が低下する。また、水の噴射角を大きくすると、鋼板表面に噴射した噴射水の噴射力が分散してしまい、やはり、付着物の除去効率が低下する。水の噴射角は、ＦｅＣ₃やＣの除去効率の点から、５〜１０°が好ましい。

水噴射ノズルの位置が、鋼板から離れすぎると、ノズル噴射圧を高くしても、水の衝突力が低下し、ＦｅＣ₃やＣの除去効率が低下するので、水の噴射距離は、１００〜２００ｍｍが好ましい。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
表１に示す成分組成の鋼板を、酸洗後、鋼板表面に、噴射ノズルから噴射水を噴射して、白黒値を測定した。表２〜５に、酸洗条件、噴射条件、及び、白黒値を示す。表２〜５において、本発明の範囲内で水噴射を行った発明例では、白黒値が、目標の０．６８以下に達していることが解る。一方、本発明の範囲外で水噴射を行った比較例では、黒変が生じている。

表３に示す実験ＮＯ２８の試験材Ａ、及び、表５に示す実験ＮＯ８１の試験材Ｄを、再度、酸洗−水洗をし、その後、鋼板表面に、噴射ノズルから噴射水を噴射して、白黒値を測定した。

表６に、ＮＯ２８の試験材Ａに係る白黒値を示し、表７にＮＯ８１の試験材Ｄに係る白黒値を示す。表６及び７において、本発明の範囲内で水噴射を行った発明例では、白黒値が、目標の０．６８以下に達していることが解る。一方、本発明の範囲外で水噴射を行った比較例では、黒変が生じている。

前述したように、本発明によれば、酸洗鋼板の表面に生じるＦｅＣ₃やＣ起因の“黒変”及び“外観斑”を抑制することができるので、表面性状が均一で、外観品質が優れた鋼板を提供することができる。よって、本発明は、鉄鋼産業において利用可能性が高いものである。

１ペイオフリール
２鋼板接合機
３スキンパスミル
４酸洗装置
４ａ酸洗槽
５洗浄槽
６水噴射装置
７ドライヤー
８トリマー
９オイラー
１０テンションリール
１１フリーループ
１２噴射ノズル
１３ヘッダー
１４高圧ポンプ
１５給水タンク
θ1 噴射角
Ｌ噴射距離（水噴射ノズル高さ）
Ｓ鋼板
Ｔ試験材

Claims

Ｃを０．３０質量％以上含有する鋼板を酸洗した後、洗浄する洗浄方法において、
（ｉ）酸洗後の上記鋼板を水で洗浄し、次いで、
（ii-1）上記鋼板の表面に、噴射ノズルから噴射水を、２．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上のスプレー衝突圧で噴射し、ＦｅＣ₃やＣを除去する、
ことを特徴とする酸洗鋼板の洗浄方法。
Ｃを０．３０質量％以上含有する鋼板を酸洗した後、洗浄する洗浄方法において、
（ｉ）酸洗後の上記鋼板を水で洗浄し、次いで、
（ii-1）上記鋼板の表面に、噴射ノズルから噴射水を、２．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上のスプレー衝突圧で噴射し、ＦｅＣ₃やＣを除去し、さらに、
（ii-2）再酸洗後の鋼板の表面に、噴射ノズルから噴射水を、４．０ｋｇｆ／ｃｍ²以上のスプレー衝突圧で噴射し、ＦｅＣ₃やＣを除去する、
ことを特徴とする酸洗鋼板の洗浄方法。
前記鋼板が、Ｃを１．３０質量％以下含有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸洗鋼板の洗浄方法。
前記鋼板を、Ｆｅ²⁺：２〜１００ｇ／ｌ、Ｆｅ³⁺：１〜１０ｇ／ｌを含有し、液温８０℃以上の塩酸系の酸洗液に、０．５〜５分浸漬して、酸洗を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸洗鋼板の洗浄方法。
前記塩酸系の酸洗液が、２〜１５質量％の塩酸を含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸洗鋼板の洗浄方法。
前記噴射水の噴射を、噴射距離１００〜２００ｍｍ、噴射角５〜１０°で行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸洗鋼板の洗浄方法。