JP3895824B2 - ステンレス鋼の表面不動態化処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気、淡水、化学プラント環境など・塩化物環境でステンレス鋼を使用する場合の、不動態皮膜を強化し耐食性を向上させる不動態化処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼の不動態化処理方法は、大きく分けて以下の３方法がある。
（ｌ）硝酸その他強力な酸化剤を含む溶液に浸漬する方法。
（２）酸素または、清浄な空気中における低温加熱による方法。
（３）酸化剤を含む溶液中における陽極分極による方法。
【０００３】
このうち、（１）による方法が一般的で、硝弗酸（約１％ＨＦ、３０％ＨＮ０₃ 、残りＨ₂ Ｏ）１０〜３０％の硝酸、などの酸化性の強い酸液中で浸漬あるいは電解処理されている（ステンレス鋼便覧，１９７３年８月３０日，日刊工業新聞社発行，ｐ．８４６）。あるいは、特開昭５２−１０６３３３号公報に硝酸を５〜４０％、塩酸を０．５〜２．０％を含み、残りが水およびインヒビタ０．１ｇ〜１０ｇ／ｌからなる５０〜７０℃の液に３０〜９０秒ステンレス鋼を浸漬することを特徴とするステンレス鋼表面の不動態化処理方法が開示されている。
【０００４】
ステンレス鋼表面の不動態皮膜は、その構造はまだ完全には明確になっていない。本質的にはＣｒ₂ Ｏ₃ ・ｎＨ₂ Ｏで表されるような、厚さが１０〜３０Åの酸化膜で、ガラスのような固体の非晶質であり、均一で薄い化学的に安定な膜になっていると考えられている。硝弗酸や硝酸中での不動態化処理は、不動態皮膜中のＣｒ元素の濃縮により、安定な不動態皮膜を形成させると考えられている（ステンレス鋼便覧‐第３版‐，１９９５年１月２４日，日刊工業新聞社発行，ｐ．４２７）。
【０００５】
これらの不動態化処理のうち、弗化水素酸（ＥＦ）は労働安全衛生法施行令特定化学物質等第２類物質に指定されていること、および、硝酸との混合物においては窒素酸化物が発生するため、これを用いない工程の開発が望まれていた。
【０００６】
また、不動態皮膜の形成には、硝酸などの強い酸化性酸が有効であるが、不動態化処理後の廃酸の中和処理など廃棄のための処理工程が必要である。電解する場合は、電解設備が必要であり、製造コストの上昇に繋がる。
【０００７】
組立製造現場において、溶接スケール除去、グラィンダ手入れの後に不動態処理を施す場合がある。このような屋外の製造現場では、特に廃酸の処理工程を簡略化できる不動態化処理方法が望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術による不動態化処理は、弗酸、硝酸あるいは塩酸のごとき強酸を用いており、そこで本発明はこれらの有害物質や強酸の使用を極力抑えることを課題とし、中性〜弱酸性でも可能な不動態化処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題に対し、以下の本発明によって解決を図る。
（１）ＮａＣｌ濃度が０．１％以上５％以下で、過酸化水素濃度が０．１％以上１％以下含有する溶液を液膜状態に塗布し水洗することを特徴とするステンレス鋼の不動態化処理方法。
（２）ステンレス鋼帯の最終雰囲気焼鈍あるいは最終焼鈍酸洗後に、ＮａＣｌ濃度が０．１％以上５％以下で、過酸化水素濃度が０．１％以上１％以下含有する溶液を噴霧後あるいは浸漬乾燥を繰り返した後、水洗、乾燥することを特徴とするステンレス鋼帯の不動態化処理方法。
【００１０】
この不動態化処理法を発明したのは、以下の現象を把握したことによる。すなわち、発銹のスクリーニング試験として０．５％ＮａＣｌ水溶液に０．５％Ｈ₂ Ｏ₂ を加えた溶液を３５℃で２４時間以上連続噴霧した結果、全く発銹しないステンレス鋼製品板があることが判明した。その理由は、過酸化水素の酸化作用が不動態皮膜を強化し、その不動態皮膜はＣｌ^- によっても容易に破壊されないためであると考えた。
【００１１】
そこで、０．５％ＮａＣｌ水溶液に０．５％Ｈ₂ Ｏ₂ を加えた３５℃溶液中で、２０分間乾湿繰り返しを施した１７％Ｃｒ−０．５％Ｍｏを基本成分とするフェライト系ステンレス鋼について、３０℃、３．５％ＮａＣｌ溶液中で孔食発生電位を測定した結果、硫酸塩中での電解酸洗仕上げ材に比較し平均２００mV孔食電位が上回っていた。硝弗酸および硝酸浸漬による不動態化処理においては５０〜４００mV上昇した。また人工海水噴霧−乾燥−湿潤を繰り返す複合サイクル腐食試験（３サイクル）においても、本不動態化処理材はステンレス協会レイティングナソバーで１〜２ランク高く発銹は少なかった。
したがって、硝弗酸や硝酸等の強酸を用いなくても同等以上の不動態化処理ができることが判明した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、中性塩電解質濃度を０．１％以上５％以下に規定し、過酸化水素濃度が０．１％以上１％以下と規定し、液膜状態に塗布し水洗することを規定した理由を説明する。
中性塩電解質濃度が０．１％以上５％以下である理由を以下に説明する。
表面を均一に不動態化させるためには、表面電位を均一に上昇させる必要があり、これにはある程度の電気伝導度が必要である。電解質濃度０．１％未満の場合、試料表面電位の不均一分布が測定されたため、０．ｌ％以上とした。硫酸塩や硝酸塩の場合上限はとくに規定する必要はないが、塩化物イオン（Ｃｌ^- ）を含む場合は、多すぎると短時間で孔食が発生するため５％を上限とした。
【００１３】
発銹起点としては不動態皮膜の欠陥となる酸化物（ＣａＯなど）や硫化物（ＭｎＳなど）といった鋼中介在物がある。発銹起点の減殺のため、硝弗酸、硝酸、硫酸などを用いた酸洗による塩基性介在物の溶解が、不動態化処理の前に行われれば、不動態化処理効果は一層増す。
【００１４】
過酸化水素濃度が０．１％以上ｌ％以下である理由は、０．ｌ％以上で酸化剤としての効果が現れ、１％を超えると酸化作用が強過ぎ、表面に腐食が発生しやすくなるため、上限を１％とした。
【００１５】
液膜状態に塗布する理由としては、不動態皮膜（酸化皮膜）を緻密化するために、酸素の拡散層を簿くし、大気中からの酸素の供給量を増やすためである。塗布に引き続き水洗する理由は、Ｃｌ^- 等不動態化処理後に不動態皮膜を破壊する有害なイオンを残留させないためである。
【００１６】
温度に関しては、特に規定しないが、３０〜５０℃の低温でも効果は現れる。処理時間は、温度に依存する。温度が３０〜５０℃であれば１０分以上が望ましい。
【００１７】
水溶液を液膜状態に塗布する方法としては、刷毛等を使って塗る、噴霧器を使って噴霧する、浸漬しながら大気中暴露を繰り返す（乾湿繰り返し）等何れでも良い。
【００１８】
またステンレス鋼帯に不動態化処理する場合は、通常のステンレス鋼帯製造ラインにおいて、最終雰囲気焼鈍工程あるいは最終焼鈍酸洗工程後に中性塩電解質濃度が０．１％以上５％以下で、過酸化水素濃度が０．１％以上１％以下含有する溶液を、連続噴霧あるいは浸漬乾燥を繰り返した後、水洗、乾燥することによって、不動態化処理したステンレス鋼帯を得ることができる。
【００１９】
過酸化水素は、ステンレス鋼板に触れた直後、あるいは粉状白金、パラジウム、二酸化マンガン等の触媒添加によって、
２Ｈ₂ Ｏ₂ →２Ｈ₂ Ｏ＋Ｏ₂
の化学反応式によって分解するため、中和処理を省略することができる。
【００２０】
【実施例】
［実施例１］
表１に、本発明による、不動態化処理を施したステンレス鋼板の３．５％ＮａＣｌ中での孔食発生電位と、不動態化処理を施さないステンレス鋼板の孔食発生電位を比較して示すが、不動態化処理したステンレス鋼板が平均で２００mV〜３００mV上回っており、本発明の不動態化処理方法で耐孔食性が向上することは明らかである。また、硝弗酸や硝酸を使った不動態化処理後の孔食発生電位は、不動態化処理を施さないステンレス鋼板の孔食発生電位を５０mV〜４００mV上回っており、本発明法と殆ど変わらない。
【００２１】
【表１】

【００２２】
［実施例２］
表２に、本発明による、不動態化処理を施したステンレス鋼帯の３．５％ＮａＣｌ中での孔食発生電位と、不動態化処理を施さない電解酸洗仕上げステンレス鋼板の人工海水噴霧（３５℃，４時間）−乾燥（６０℃，２時間）−湿潤（９５％ＲＨ，５０℃，２時間）を繰り返す複合サイクル腐食試験（３サイクル）を施した場合を比較して示すが、不動態化処理したステンレス鋼板がステンレス協会レイティングナンバーで１〜２ランク高く、本発明の不動態化処理方法で耐銹性が向上することは明らかである。
【００２３】
【表２】

【００２４】
【発明の効果】
本発明の不動態化処理方法は、硝弗酸や硝酸を用いた従来法と同等以上に不動態皮膜を強化でき、また過酸化水素は、処理過程あるいは触媒添加により水と酸素に化学変化することから、溶液の後処理が従来の硝弗酸、硝酸等強酸の不動態化処理液に比較し簡略化できる。ステンレス鋼帯製造工程および屋外のステンレス鋼製装置組立設置現場においても本発明を広く適用することができる。

Claims (2)

1. ＮａＣｌ濃度が０．１％以上５％以下で、過酸化水素濃度が０．１％以上１％以下含有する溶液を液膜状態に塗布し水洗することを特徴とするステンレス鋼の不動態化処理方法。
2. ステンレス鋼帯の最終雰囲気焼鈍あるいは最終焼鈍酸洗後に、ＮａＣｌ濃度が０．１％以上５％以下で、過酸化水素濃度が０．１％以上１％以下含有する溶液を噴霧後あるいは浸漬乾燥を繰り返した後、水洗、乾燥することを特徴とするステンレス鋼帯の不動態化処理方法。