JP4786530B2 - 処理済シートメタルの酸化膜除去および酸化抑制方法 - Google Patents

Description

本発明は一般に、処理済シートメタルから酸化鉄膜を除去し、処理済シートメタル内でさらなる酸化を抑制するための方法に関する。より詳細には本発明は、処理済シートメタルの表面から、機械的な表面調整装置により、調整された表面上でのさらなる酸化を抑制し、表面の粗さを低減させる態様で酸化鉄膜を除去する方法に関する。

処理済シートメタルは広範の応用分野を有する。たとえば、航空機、自動車、ファイルキャビネット、家庭用電化器具など、シートメタル塊またはシェル（殻）を含むものを思いつくだけを挙げても多様である。シートメタルは通常、製鉄所および／または鉄鋼サービスセンターから直接購入されるが、機械設備製造者に受け渡す前に（「収集」加工業者と称されることもある）中間加工業者を介してもよい。シートメタルは通常、熱間圧延処理により形成され、金属板厚が充分薄い場合には、運搬および保存を容易にするため、コイル巻きされる。熱間圧延工程の間、炭素鋼は通常、最終仕上げ温度が延べ１５００華氏（摂氏８１５度）にも達する。熱間圧延工程が完了するとすぐに、熱間圧延された鉄鋼は通常、当該技術で既知のように、水、オイル、ポリマー内での焼き入れにより室温まで下げられる。空気および水蒸気内の酸素との反応の結果、鋼鉄材が冷却する間に、酸化鉄層（または「酸化膜」）が熱間圧延された炭素鋼の表面に形成される。生成物が冷却されるとともに合計温度が低下する速度は、冷却工程中に表面上に形成される酸化膜の量および組成に影響を及ぼす。

鉄は複合酸化物構造を有する。まず、ＦｅＯ（「ウスタイト」）が機械的にベースメタル基板に接着され、次いでＦｅ３０４（「磁鉄鉱」）の層によりウスタイトに化学的に接着され、次にＦｅ２０３（「赤鉄鉱」）の層により、空気にさらされた磁鉄鉱に化学的に接着される。酸化は熱間圧延工程で達するように、より高い温度でより早く進みやすく、このため結果としてウスタイトが形成されることになる。

ウスタイト、磁鉄鉱、赤鉄鉱層がそれぞれ相対的に特異な厚みは、熱間圧延された基材が冷却される時、自由酸素と鉄の合いやすさが関係する。華氏１０５８度（摂氏５７０度）を超える仕上げ温度から冷却されると、酸化物層は通常、少なくとも５０％のウスタイトを有し、さらに、磁鉄鉱と、赤鉄鉱とを、基板からこの順序で形成された層内に有することになる。多くの要因（例えば、焼き入れ速度、基材となる鋼鉄材の化学的性質、自由酸素の得やすさ、その他）は、ウスタイト、磁鉄鉱、赤鉄鉱の相対的な厚みのみでなく、酸化物層の全体的な厚みにも影響を及ぼす。研究によると、前記熱間圧延された炭素鋼における（前述の３つの層の全てを含む）酸化物層の全厚さは通常、鋼鉄材シートの全体的な厚みの約０５％であることが判明された。したがって、３／８インチの「熱間圧延された炭素鋼において、酸化物層の全体的な厚みは約０.００２インチとなる。

シートメタルを平坦化し、そのシートメタルの表面を調整するために種々の方法が存在する。シートメタルの平坦化は重要である。というのも打ち抜き加工および板貫き加工工程は事実上全て平坦なシートを必要とするからである。良好な表面調整もまた、薄板金の頂面および／または底面が塗装される場合または表面加工される場合には特に重要である。塗装または亜鉛めっきされる処理済シートメタルにおいて、現在の産業上の慣行では、塗装または亜鉛めっきされる表面上から全ての酸化物の存在を除去してしまうものである。塗装された表面に関しては、塗装前に全ての酸化物の存在を除去してしまうことで、好適な接着、柔軟性、目標とする塗料の表面加工層の防錆特性、を確実なものとすることができる。亜鉛の被覆に関しては、表面加工前に全ての酸化物の存在を除去してしまうことで、母材への亜鉛の化学的接着を充分なものとすることができる。

表面加工前に、熱間圧延されたシートメタルの表面から全ての酸化物を除去するための最も共通な方法は、「酸洗いおよびオイルの塗布」として既知である工程である。かかる工程においては、（既に適切な温度に冷却された）鋼鉄材の巻きをほどき、（通常、約３０％の塩酸および７０％の水の）塩酸浴をほどこして化学的に酸化膜を除去する。

次いで、酸化膜が除去されたのち、鋼鉄材は洗い流され、乾燥されて、即時に「オイルを塗布」されて、錆を防止する。このオイルは、露出した金属が、空気および湿度にさらされるのを防ぐ障壁を提供する。露出した金属は、空気および湿度にされた場合に極めて早く酸化が始まるため、酸洗い工程を終えると即座に金属にオイルを塗布することが不可欠である。「酸洗いおよびオイルの塗布」工程は、ぴったりと接着されたウスタイト層を含む、実質的に全ての酸化物層の除去において効果的であり、このため、ほとんど全ての表面加工工程に適切な表面をもたらす。しかしながら、「酸洗いおよびオイルの塗布」工程には多くの欠点が存在する。たとえば、酸洗い工程の後に金属に塗布されるオイルは、表面加工前に除去されていなければならず、これには時間がかかる。また、塩酸は、環境的に危険な化学物質で、特別の保存と廃棄の規制がある。さらにオイル表面加工は、積み上げられたシートを互いにくっつきあわせたり、製造工程中に機械の中に入り込んでしまったりして、溶着工程などのいくつかの製造工程に妨害を与える。また、実質的に全ての酸化物層の除去に酸洗い工程工程は効果的であり、このため表面はほとんど全ての表面加工工程に適切となり、酸洗い剤（塩化水素酸）は洗浄されてわずかに荒い表面を残すのみとなる。

したがって、表面調整処理済シートメタルには改良された方法が必要とされるが、これは、充分な酸化膜を表面から除去して、表面加工を施すのに好適な状態を確保するものであり、かつ事実上全ての表面加工工程に適切な滑らかな表面をもたらし、表面加工前にさらなる酸化を抑制するための手段を含むものである。またさらにかかる方法は、より安価であるとともに、標準的な酸洗い工程およびオイル塗布工程に比較して問題が少ないものでなければならない。

したがって本発明の目的は、塗料、亜鉛の被覆、または他の表面加工をなされるために好適な表面の状態を確実にするような態様で、処理済シートメタルから酸化鉄膜を除去するための改良された方法を提供することである。これに関する目的は、処理済シートメタルから酸化鉄膜を除去するための改良された方法を提供することであるが、このことにより、事実上全ての表面加工に適切な平滑な表面他もたらされる。他の目的は、オイルによる表面加工を必要とすることなくさらなる酸化を抑制することができる態様で処理済シートメタルから酸化鉄膜を除去するための改良された方法を提供することである。さらに他の全体的な目的として、より安価であるとともに、標準的な酸洗い工程およびオイル塗布工程に比較して問題が少ない、処理済シートメタルから酸化鉄膜を除去するための改良された方法を提供することである。

本発明は、処理済シートメタルから酸化鉄膜を除去する方法を含むが、酸化鉄膜は一般に、ウスタイト層、磁鉄鉱層、赤鉄鉱層の３つの層を含む。ウスタイト層は、処理済シートメタルのベースメタル基板に接着される。磁鉄鉱層はウスタイト層に接着され、かつ赤鉄鉱層は磁鉄鉱層に接着される。一般的に、かかる方法は、表面調整装置を提供するステップと、表面調整装置で処理済シートメタルの表面を調整するステップと、を含む。表面調整装置は、少なくとも１つの表面調整部材を含む。処理済シートメタルの表面を調整するステップは、少なくとも１つの表面調整部材をシートメタルの表面に係合させることを含む。表面調整部材は、表面実質的に全ての赤鉄鉱層と磁鉄鉱層とを表面から除去するような態様で、表面と係合される。さらに、この表面からすべてではないが部分的にウスタイト層を除去し、このためにウスタイト層の一部分は処理済シートメタルのベースメタル基板に接着されたままであるように、表面調整部材は表面と係合される。

本発明の他の態様によると、処理済シートメタルから酸化鉄膜を除去する方法は、少なくとも１つの回転する調整部材を有する表面調整装置を提供するステップと、表面調整装置で処理済シートメタルの表面を調整するステップと、を含む。処理済シートメタルの表面を調整するステップは少なくとも１つの回転調整部材をシートメタル表面に係合させることを含む。回転調整部材は、表面部と係合されて、表面から部分的に除去するものの、その量は実質的に全ての酸化鉄膜より少なく、このため酸化膜の層は、処理済シートメタルのベースメタル基板に接着されたままとなる。さらに、回転調整部材は表面部と、表面上の凸凹部の開始地点からの相加平均された距離を小さくする態様で係合される。この距離は平均中間線から測定されるが、５０マイクロインチ以下である。

本発明の原則的な利点および特長を上記に説明してきたが、後述される各図面および好ましい実施形態の詳細な説明を参照することにより、本発明をより完璧でかつ詳細に理解することができるであろう。

これらの図面に示される参照番号は、後述される好ましい実施形態の詳細な説明において用いられる参照番号と対応する。

好ましい実施形態の詳細な説明

本発明の方法を行なうにあたって、詳細が後述される表面調整装置は、本発明の範囲を逸脱することなく、シートメタルの平坦化および下地均しを行なうための多くの異なる機械類とともに用いられてもよい。

本発明の方法を実行するために用いられるタイプの表面調整装置は一般に、参照番号１０により図１に示される。図１は、表面調整装置１０、引き延ばしレベラ１２、およびこれらとともに用いられる他の構成部材を内蔵するインラインの金属工程システムを示す概略図である。

図１はその左側から右側に見て、上流巻き戻しリール１６に装着されたシートメタル１６のコイル、ストレートナ２０、巻き取り縦坑２２、引き延ばしレベラ１２、表面調整器１０を示す。ストレートナ２０はリール１６のすぐ下流に配置され、比較的直径の大きい複数の上部ローラ２４と下部ローラ２６とを有する。これらのローラは、当該技術では既知のように、互いを基準にして配置され、シート３０に巻きつけ機を逆転させるのに充分なほどの深い逆転湾曲部を有する。巻き取り縦坑２２はストレートナ２０のすぐ下流に配置され、引き延ばしレベラ１２は、巻き取り縦坑のすぐ下流に配置されている。細長い帯３０は当該技術では既知のように、引き延ばし工程が連続するように引き延ばしレベラ１２を介して漸増的に進む。巻き取り縦坑２２はストレートナ２０の終了端部に配置されて、細長い帯３０がストレッチャ１２を介して漸増的に進むと、ストレートナを退出して連続的に進む細長い帯３０のゆるみを巻き取る。本願明細書の出願人により権利が所有されている米国特許第６、２０５、８３０号に示されるように、引き延ばしレベラ１２は圧締め機構を含むが、この機構は、長い帯３０の一セグメント上を圧締めするとともに、そのセグメントを、降伏電気接点を越えて引き延ばし、内部残留応力を解除し、、これによりそのセグメントの下地均しを行なう。米国特許第６、２０５、８３０号で説明されているように、引き延ばしレベリングはシートメタルの下地均しには望ましい方法である。なぜならばこの方法は、事実上全ての内部残留応力を排除し、かつ優秀な平坦化を達成するからである。図１をさらに続けて参照すると、表面調整装置１０は、引き延ばしレベラ１２のすぐ下流に配置されている。図４および図５に示されるように、また下記にさらなる詳細が示されるように、表面調整装置１０は少なくとも１つのわずかに研摩する回転式洗浄ブラシを有するが、このブラシは、シートメタルの細長い帯３０の表面に係合され、表面部から酸化膜および他の異物を除去する。このように図１は、本発明の方法を実行するために、表面調整装置１０が引き延ばしレベラ１２とともに用いられている好ましい環境を示すものである。しかしながらここでも、表面調整装置１０とともに、シートメタルの平坦化、下地均しのために他の多くの装置類が本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の方法を実行するために用いられてもよいということを理解されたい。

図２は、表面調整装置１０が引張りレベラ４０とともに用いられる、インラインの金属工程システムを示す概略図である。

図２はその左側から右側に見て、上流巻き戻しリール４２、リール４２に取り付けられたシートメタル４６のコイル４４、引張り下地均し装置４０、表面調整装置１０、下流巻き取りリール４８を示す。引張り下地均し装置４０は一般に、当該技術では既知なように、ひき手綱５０、レベラ５２、引き寄せ手綱５４を含む。ひき手綱５０は複数の引きローラ５６を有し、このローラは上流リール４２から薄板金４６を受ける。引き寄せ手綱５４は複数の引き寄せローラ５８を有する。当該技術では公知なように、引き手綱５０および引き寄せ手綱５４のローラには動力電源が与えられ、引張りレベラ４０を介して回転し薄板金を進める。レベラ５２は引き手綱５０と引き寄せ手綱５４との間に配置されて、かつ旋回半径のより小さい複数の下地均しローラ６０を含む。これらのローラは、シートがこれらのローラの間を進むと、互いに相殺しあって、湾曲する薄板金４６に応力を与える。引き寄せ手綱５４の引き寄せローラ５８は、ひき手綱５０の引きローラ５６よりわずかに早く回転する。これにより、引き手綱５０と引き寄せ手綱５４との間の薄板金４６の部分は実質的な引っ張り応力下に置かれる。当該技術では既知なように、薄板金４６が下地均しローラ６０を通過する際に、薄板金４６が引き手綱５０と引き寄せ手綱５４との間に配置される下地均しローラ６０のより小さい旋回半径と合致すると、この引っ張り応力は、薄板金４６の全ての繊維を引き延ばして、物質の降伏電気接点を超えるのに充分であることが好ましい。図２を続けて参照すると、（下記により詳細が説明されている）表面調整装置１０は、引張りレベラ４０のすぐ下流に配置される。このように図２は、表面調整装置１０が引張りレベラ４０とともに用いられる、本発明の方法を実行するための他の好ましい環境を示す。引張り下地均しもまた、シートメタルの下地均しの好ましい方法である。なぜならば、連続的なコイルからコイルへの工程において、シートメタルは非常に平坦化された状態を達成し、巻きつけ機および内部残留応力により生じた他の変形部から実質的に自由であるためである。しかしながらここで再度留意していただきたいことは、本発明の方法を実行するために、本発明の範囲を逸脱することなく、表面調整装置１０とともに、シートメタルの平坦化、下地均しのために他の装置類が用いられてもよいということである。

図３は、本発明の方法が実行されうる、さらに他のインラインの金属工程システムを示す概略図である。図２に示されるシステムのように、図３のシステムは、引張りレベラ４０とともに用いられる表面調整装置１０を示すが、本実施形態では表面調整装置１０は、図２に示されるように引き寄せ手綱５４の下流というより、レベラ部５２と引き寄せ手綱５４との間に配置される。引張りレベラ４０の構成部材に対する表面調整装置１０の配置は別として図３の実施形態は一般に、図２の実施形態に類似する。

表面調整装置１０は、下地均しローラ６０と引き寄せ手綱５４との間に配置され、表面調整装置１０は（後述される態様で）薄板金４６と噛合する。一方、薄板金４６は、引き手綱５０と引き寄せ手綱５４との間の引っ張り応力を受ける。このように引っ張られて、薄板金１４は極めて平坦化された状態となり、これにより表面調整装置１０は最良の性能を出せるようになる。しかしながらここでも、図３のシステムは本発明の方法が実行されうる、さらなる好ましい環境を示すために意図されたものであることに留意されたい。当然ながら、他のシートメタルを平坦化するとともに下地均しする装置が、本発明の範囲を逸脱することなしに本願明細書で請求される方法を実行するために用いられてもよい。

図４は表面調整器１０の特定の主要構成部材を示す拡大図であり、また、図５は表面調整器１０の特定の主要構成部材を示す上面図である。図４および図５で示されるように、表面調整器１０は、回転洗浄ブラシ７０、複数の冷却／潤滑噴霧器７２、後退ローラ７４を含む。回転洗浄ブラシ７０は、一般に円柱状の構成を有して、わずかに研摩された調整面７６を含む。

Ｓｃｏｔｃｈ−Ｂｒｉｔｅの商品名でＭｉｎｎｅｏｔ Ｍｉｎｉｎｇｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｅ（３Ｍ）により製造された洗浄ブラシ、またはこれらと同等な洗浄ブラシは、本発明の表面調整器１０で用いられるのに適切であることが見出された。これらのブラシにおいて研摩粒子はブラシの（たとえばナイロンなどの）弾性合成繊維に樹脂系接着剤により接着される。Ｓｃｏｔｃｈ−Ｂｒｉｔｅによる生成物の弾性ブラシ繊維は、開いた羽弁構造である。この構造により繊維は、不連続な表面に合致するとともに表面ガウジングを防止するばね様の反応をおこす。Ｓｃｏｔｃｈ−Ｂｒｉｔｅブランドの洗浄ブラシは種々の荒さおよび繊維密度を有する等級が揃っているが、これ以外の会社により製造された適切な研摩を行なうあるいは研摩を行わない洗浄ブラシもまた、本発明の範囲を逸脱することない範囲で用いられてもよい。３Ｍの商品番号０４８０１１−９０６２６−３、ＰＲ２２２９３で識別される３ＭのＳｃｏｔｃｈ−Ｂｒｉｔｅブランドの仕上げ洗浄ブラシは、本発明の方法を実行するために使用されるのに適切であることを発明者は確認したが、他の等級の荒さおよび繊維密度を有するブラシもまた適切である。他の適切なブラシの選択は、当該技術における当業者の技能の範囲内のものとなろう。

図４に示されるように、洗浄ブラシ７０は好ましくは、シートメタルの細長い帯４６の上に配置されて、その表面部と係合する。好ましくは、洗浄ブラシ７０は、表面調整器１０を介して細長い帯の動きとは逆の方向に（図４でみる場合は時計回りに、細長い帯４６が左から右に進む方向に）回転される。後退ローラ７４は細長い帯４６に対向する表面部とは逆に噛合し、かつ洗浄ブラシ７０により加えられる下向きの力と同様であり、かつ対向する力を加える。好ましくは、後退ローラ７４は（図４でみる場合は時計回りに）細長い帯４６と同じ方向に移動する。後退ローラ７４には電気動力が与えられて、細長い帯４６の表面調整器１０を介しての進行を支援させてもよい。しかしながら、図４および図５では、細長い帯４６の頂面に係合するために配置された洗浄ブラシ７０を１つのみ示しているが、本発明の範囲を逸脱することなしに、さらなるブラシを用いて、細長い帯の上方および／または下方表面に係合するために配置してもよい。

好ましくは、複数の噴霧器ノズル７２を有する噴霧バー８０は洗浄ブラシ７０のすぐ下流に、一般に噴霧器ノズル７２を洗浄ブラシ７０の係合する電気接点および細長い帯４６の表面部に向けて、配置される。噴霧器ノズル７２は表面調整器１０の工程の間、洗浄ブラシ７０に水などの冷却剤／潤滑剤を施す。好ましくはこの冷却剤／潤滑剤は、１２インチの長さの洗浄ブラシ７０につき、１分間に約４ないし６ガロンの割合で塗布される。これにより工程で冷却器が運転される一方で、（ブラシの研摩表面により除去された酸化膜および異物などの）副生成物が洗浄され流されること、ならびに洗浄ブラシ７０の耐用年数がのびることにより表面調整器１０の性能が高められる。図５に示されるように、噴霧ノズル７２は好ましくは、重なり合う噴霧パターンの冷却剤／潤滑剤を塗布するために配置されて、このために、ノズルがつまると、近接のノズルが実質的に完全な補償をする。噴霧棒８０が洗浄ブラシ７０のすぐ下流に配置されていることは正しい性能のために重要なことであり、さらに他の噴霧棒（図示せず）を洗浄ブラシ７０および後退ローラ７４の上流および下流の他の場所に加えてもよい。

好適に動作するために、表面調整器１０は極めて平坦化された表面を必要とする。

このことが図１から図３に示され、かつ上述されたストレッチャ下地均し装置１２および引張り下地均し装置４０が好ましいという理由である。しかしながらここでもまた、平坦化された表面部が充分に達成されうるとしても、本願明細書で主張される本発明の方法を実行するための表面調整装置１０に関して、シートメタルを平坦化するとともに下地均しする他の装置類が用いられてもよい。

好ましくは本発明を実施するために、上述された種々の装置および環境が用いられてもよく、処理済シートメタルから酸化鉄膜を除去するための方法を含む。図６は、本発明の方法にしたがった表面調整を施す前に、表面上の酸化鉄膜の層を有する（たとえば、熱間圧延された炭素鋼などの）処理済シートメタル８６の部分を示す。図６に示されるように、酸化鉄膜は一般にウスタイト層８８、磁鉄鉱層９０、赤鉄鉱層９２の３層を含む。ウスタイト層８８は処理済シートメタルのベースメタル基板９４に接着され、磁鉄鉱層９０はウスタイト層８８に接着され、赤鉄鉱層９２は磁鉄鉱層９０に接着される。図６に示される種々の層は、容易に見ることができるような態様で図示されているが、図６は必ずしも酸化膜である必要はないことに留意されたい。上記に説明されたように、熱間圧延され、華氏１０５８度（摂氏５７０度）以上の仕上げ温度から冷却された炭素鋼においては、酸化物層は通常は、少なくとも５０％のウスタイトと、いくらかの磁鉄鉱および赤鉄鉱と、を含み、これらの３つの層の全体的な厚みは、鋼鉄材シートの合計の厚みの約０.５％となる。したがって、たとえば、３／８インチの熱間圧延された炭素鋼においては、酸化物層の全体的な厚みは約０.００２インチとなる。

本発明の方法は通常、処理済シートメタル４６の表面部を、表面調整装置１０により、調整することを含む。これは回転洗浄ブラシ７０の一般に円柱状の調整面７６をシートメタル４６の表面部内に係合させることによりなされる。シートメタル４６が表面調整装置１０を介して進むと、回転洗浄ブラシ７０はシートメタル４６の長さ方向に下流に進まずに、上流方向に回転される。ブラシ７０がシートメタル４６の表面に抗して係合されるので、赤鉄鉱層９２と磁鉄鉱層９０とを全て、表面部から実質的に除去する。さらに、ブラシ７０がシートメタル４６の表面に抗して係合されるので、表面部からウスタイト層８８を（全部ではないが）部分的に除去する。これにより前記ウスタイト層８８の部分は図７に示されるように、処理済シートメタルのベースメタル基板９４に接着されたままとなる。図７は、本発明の方法にしたがった表面調整に続く処理済シートメタル９６の部分を図示している。図６と同様に、図７に示される層は酸化膜ではないことに留意されたい。

ここでもまた、華氏約１０５８度（摂氏５７０度）以上の仕上げ温度から冷却された熱間圧延された炭素鋼において、本発明にしたがった表面調整の前の３つの酸化物層の全体的な厚みは、鋼鉄材シートの合計厚みの約０.５％であり、本発明にしたがった表面調整の後では、残されたウスタイト層８８の厚みは合計厚みの約０.５％以下である。好ましくは、ウスタイト層８８の少なくとも１０％はシートメタル４６の表面から除去される。より好ましくは、このような態様での処理済シートメタルの表面調整により、シートメタル４６の表面から１０％ないし５０％のウスタイト層８８を除去する。さらにより好ましくは、シートメタル４６の表面から約３０％のウスタイト層８８が除去され、ウスタイトの層の残りはそのままとなるような態様で調整のステップが行なわれる。限定された研究において、ウスタイトの残りの層を測定すると、その平均的な厚みは約０.００１インチ以下であることが示されたが、好ましくはその平均的な厚みが、約０.０００３５インチないし０.０００８５インチの間である。さらにより好ましくは、ウスタイトの残りの層を測定すると、その平均的な厚みは約０.０００５５インチである。

赤鉄鉱層９２と磁鉄鉱層９０とはどちらかというと脆弱である。このため上述された機械的なブラッシングは、これらの層の全てまたは実質的に全てを除去するのに極めて効果的である。これらの層の除去は（たとえば表面をナプキンで払拭する）ナプキン払拭試験確認されてきたが、これは標準的な工程制御と考えられる。本発明の方法にしたがって表面が調整されると、表面を払拭したナプキンは、視覚的に認識可能ないかなる塊片または異物をも捕捉してはならない。また、上述されるように、かかる機械的ブラッシングもまた好ましくは、シートメタル４６の表面からきっちりと接着された約３０％のウスタイト層８８を除去し、ベースメタル基板９４に接着されたウスタイト層を残すことが見出された。残りのウスタイト層８８は有利である。なぜならばこれによりシートメタルの表面が調整されて、さらなる酸化に耐えるからである。本願発明者による限定された研究によると、この有利性は少なくとも部分的には全てのまたは実質的に全ての磁鉄鉱と赤鉄鉱との組成層を除去する機械的なブラッシングの結果として起こることが見出された。これらの層が除去されると、「赤錆」酸化物を形成する自由鉄がより少なくなる。（Ｆｅ３０４として化学的に公知である）磁鉄鉱と（Ｆｅ２０３として化学的に公知である）赤鉄鉱とは（ＦｅＯとして化学的に公知である）残りのウスタイト層より多くの鉄原子を含む。さらに機械的なブラッシング工程は残っているウスタイト層上に「スメアリング」効果を与え、これはシートメタルのさらなる'酸化に持ちこたえる能力に貢献するものであるかもしれないという仮説が立てられている。このことは残りのウスタイト層をより平均化させ、かつこれによりベースメタル基板９４に達する可能性のある周囲の酸素および湿度を減少させることによりなされる。しかしながらこの仮定は未だに確認されていない。

本発明の他の態様において、酸化鉄膜を処理済シートメタルから除去する方法は、少なくとも１つの回転調整ブラシ７０を有する表面調整装置１０を提供するステップと、処理済シートメタル４６の表面を、回転調整ブラシ７０をシートメタル４６の表面と係合させる態様で、表面から部分的にしかし実質的に全ての酸化物鉄膜よりは少なく除去して、ウスタイト８８の層をベースメタル基板９４に接着されたままとし、かつ表面を平滑にする態様で調整するステップと、を含む。好ましくは、「平滑」はシートメタル４６の表面と回転調整ブラシ７０を係合させることにより達成され、平均中間線から測定される５０マイクロインチ以下の表面上の凸凹部の始まりの距離の相加平均を減少させるのに十分である。より好ましくは、回転調整ブラシ７０により達成される平滑さは、平均中間線から測定される約３５マイクロインチから４５マイクロインチとの間にある表面上の凸凹部の始まりの距離の相加平均を減少させるのに十分である。

面の粗さは当該技術では公知なように、粗面計で測定され、通常はマイクロメータまたはマイクロインチの「Ｒa」値により示される。このＲ値は表側面の凸凹部の開始点の平均中間線からいくつかの基準長さにわたる相加平均を示す。したがってまた、「中心線平均」（ＣＬＡ）と呼ばれることもある。Ｒa値が低いほど、表面仕上がりはより平滑なものとなる。限定された量的な証拠が存在するがこれによると、本発明の方法にしたがって調整された、熱間圧延されたシートメタル表面を、粗面計で測定すると、酸洗いされた通常の熱間圧延された鋼鉄材より低い（すなわち良好な）Ｒa値を示す。実際に、限定された研究では本発明の方法にしたがって調整された、熱間圧延されたシートメタル表面は、（通常のＲa値は４０マイクロインチから６０マイクロインチの間である）通常の冷間圧延された艶消仕上げのもののＲa値と匹敵する、またはよりよい値を有する。

本願発明者らは、機械的なブラッシングにより残された、本発明にしたがったウスタイト層８８の表面は（上述されるＲa値により示されるように）比較的平滑であり、かつ塗装または他の表面加工の前に、表面にほどこす必要のある処理工程は最小限であるかまたは全く必要とされないということを見出した。本発明にしたがって調整された材料表面の塗装特性は、酸洗いされた材料と同様またはよりよいことが見出された。これら２つとも酸化物塊片がないように見えるため、裸眼では表面を識別することは事実上不可能である。しかしながら、試験により示されたのは、時間を経るにつれ、本発明にしたがって調整された材料表面は酸洗いされ、油を塗布された同様の材料より、さらなる酸化に耐えるようになされるということである。（業界では標準である）独立した「塩分噴霧試験」が、評判の高い工業塗料製造会社であるＶａｌｓｐａｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより行なわれた。材料は引き延ばしレベリングされ、次いで本発明にしたがって調整された表面は１０００時間にも及ぶ塩分噴霧試験ののちにも実質的に腐食がないことが見られた。一方では熱間圧延されたのちに、酸洗いされてオイルを塗布された鋼鉄材は、塩分噴霧試験を始めてわずか１４４時間後にはさらなる腐食の兆候を示した。

本発明の方法にしたがった機械的なブラッシング後に残ったウスタイト８８の層は、さらなる酸化を抑制するものであるため有利であることがここでもまた見出された。これは「赤錆」酸化物を形成する自由鉄がより少なくなっているため、全てのまたは実質的に全ての磁鉄鉱および赤鉄鉱組成層を少なくとも部分的に除去するからである。しかしながらこれに加えて、ならびに上述される平滑さの有利性に加えて、本発明の方法にしたがった機械的なブラッシングは好ましい。なぜならば酸洗い工程をしてオイルを塗布されるため、表面加工前にオイルを除去する必要がないからである。また、塩酸（専用の光学ファイバを用い、使い捨て規定が設けられている、環境的に危険な化学物質）は使用されない。さらに溶着工程などの製造工程に妨害を与えるオイルが存在しないこと、などがその理由である。

上記を鑑みると、本発明のいくつかの利点が実施され、かつ達成されていることが理解されるであろう。本発明の原則およびその実際的な用途を最もよく説明するために、これまで実施形態を選択して説明してきた。これにより当該技術の専門技術者ならば、その意図する特定の使用に適した形で、本発明を種々の実施形態を用いながら種々の改良を加えることが可能となろう。本発明の範囲から逸脱することなく説明されてきた本発明において種々の改良が用いられてもよいが、前述された説明または添付された図面に示される本願明細書は、説明のためになされているものであり、本願を限定するものではないことに留意されたい。したがって、上述されるいかなる例示的な実施形態によって制限されるべきものではなく、後述される本願明細書の特許請求の範囲およびこれに類するものにしたがって画定されるものであることを理解されたい。

添付された図面は、本発明の例示的な実施形態に記載されるとともに具体例の一部を形成するものであり、本願明細書の説明とともに、本発明の原則を説明するために用いられるものである。

本発明の方法を実施するために用いられるタイプの引き延ばしレベラと表面調整装置とを内蔵したインラインの金属工程システムを示す概略的な図である。 本発明の方法を実施するために用いられるタイプの引張りレベラと表面調整装置とを含むインラインの金属工程システムを示す概略的な図である。 本発明の方法を実施するために用いられるタイプの引張りレベラと表面調整装置とを含むインラインの金属工程システムの他の実施形態を示す概略的な図である。 本発明の方法を実施するために用いられるタイプの表面調整装置の一部を示す側面図である。 図４で示された表面調整装置の一部を示す上面図である。 本発明の方法にしたがった表面調整を行なう前の酸化鉄膜の層を有する処理済シートメタルの全長を示す破断横断面図である。 発明の方法にしたがった表面調整を行なったあとの酸化鉄膜の層を有する処理済シートメタルの全長を示す破断横断面図である。

Claims (22)

1. 処理済シートメタルから酸化物膜を除去するための方法であって、前記酸化物膜は、前記処理済シートメタルのベースメタル基板に接着されたウスタイト層と、前記ウスタイト層に接着された磁鉄鉱層と、前記磁鉄鉱層に接着された赤鉄鉱層と、を含み、前記方法は
   少なくとも１つの表面調整部材を有する表面調整装置を提供するステップと、
   前記少なくとも１つの表面調整部材を前記シートメタルの前記表面と係合させて全ての前記赤鉄鉱と磁鉄鉱層とを前記表面から除去する態様と、かつ前記表面から前記ウスタイト層を全部には満たない程度除去し、該除去後にはシートメタル表面の全面に薄くウスタイト層が存在しており、これにより前記ウスタイト層の部分は、前記処理済シートメタルの前記ベースメタル基板に接着されたままとなる態様とにより、前記処理済シートメタルの表面を前記表面調整装置により調整するステップと、を含むことを特徴とする処理済シートメタルから酸化物膜を除去するための方法。
2. 前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、前記シートメタルの前記表面から少なくとも１０％の前記ウスタイト層を除去するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、前記シートメタルの前記表面から１０％から５０％の間の前記ウスタイト層を除去するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、前記シートメタルの前記表面から少なくとも３０％の前記ウスタイト層を除去するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、前記表面から一定量の前記ウスタイト層を除去し、このために残るウスタイトの層の平均厚みは０.０２５４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、前記表面から一定量の前記ウスタイト層を除去し、このために残るウスタイトの層の平均厚みは０.００８８９ｍｍから０.０２１５９ｍｍの間であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの表面調整部材は管状の調整面を有する回転調整部材であり、前記表面調整装置を用いて前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、前記回転調整部材の前記管状の調整面を前記シートメタルの前記表面に係合させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記少なくとも１つの回転調整部材は、複数の弾性繊維を有するブラシを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記表面調整装置を介して長寸の前記シートメタルを下流方向に前進させるステップをさらに含み、前記少なくとも１つの回転調整部材を前記シートメタルの前記表面と係合させて前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、長寸の前記シートメタルが前記表面調整装置を介して前進される際になされることを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 前記少なくとも１つの回転調整部材を前記シートメタルの前記表面と係合させて前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、前記長寸のシートメタルの下流方向への進行に抗して、上流方向に前記少なくとも１つの回転調整部材を回転させることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記表面調整装置はさらに少なくとも１つの冷却剤噴霧器を含み、前記シートメタルの前記表面を前記表面調整装置で調整するステップは、前記回転調整部材と前記表面とのうちの１つに前記少なくとも１つの冷却剤噴霧器により冷却剤を施すことを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記シートメタルの前記表面から除去された酸化物膜を、前記回転調整部材と前記表面とのうちの１つに前記少なくとも１つの冷却剤噴霧器により冷却剤を施すことにより洗い流すステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、平均中間線から測った前記表面上の酸化物膜の凹凸部の逸脱距離の相加平均を０．００１２７ｍｍ以下に抑える様態で前記少なくとも１つの表面調整部材を前記シートメタルの前記表面と係合させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、平均中間線から測った前記表面上の酸化物膜の凹凸部の逸脱距離の相加平均を０．０００８８９ｍｍから０．００１１４３ｍｍの間に抑える態様で前記少なくとも１つの表面調整部材を前記シートメタルの前記表面と係合させることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 処理済シートメタルから酸化鉄膜を除去するための方法であって、前記方法は、
    少なくとも１つの回転調整部材を有する表面調整装置を提供するステップと、
    前記処理済シートメタルの表面を前記表面調整装置により調整するステップと、を含み、
    前記処理済シートメタルの表面を前記表面調整装置により調整するステップは、前記酸化鉄膜を部分的に、しかし全部よりは少なく前記表面から除去し、該除去後にはシートメタル表面の全面に薄くウスタイト層が存在しており、ウスタイトを含む酸化鉄膜の層が前記処理済シートメタルのベースメタル基板に接着されたままとする態様で、かつ平均中間線から測った前記表面上の酸化物膜の凹凸部の逸脱距離の相加平均を０．００１２７ｍｍ以下に抑える様態で、前記少なくとも１つ表面調整部材を前記シートメタルの前記表面と係合させることを特徴とする処理済シートメタルから酸化鉄膜を除去するための方法。
16. 前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、平均中間線から測った前記表面上の酸化物膜の凹凸部の逸脱距離の相加平均を０．０００８８９ｍｍから０．００１１４３ｍｍの間に抑える態様で、前記少なくとも１つの回転調整部材を前記シートメタルの前記表面と係合させることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記少なくとも１つの回転調整部材は管状の調整面を有し、前記処理済シートメタルの前記表面を前記表面調整装置により調整するステップは、前記回転調整部材の前記管状の調整面を前記シートメタルの前記表面と係合させることを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
18. 前記少なくとも１つの回転調整部材は、複数の弾性繊維を有するブラシを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記表面調整装置はさらに少なくとも１つの冷却剤噴霧器を含み、前記シートメタルの前記表面を前記表面調整装置により調整するステップは、前記回転調整部材と前記表面とのうちの１つに前記少なくとも１つの冷却剤噴霧器により冷却剤を施すことを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
20. 前記シートメタルの前記表面から除去された酸化膜を、前記回転調整部材と前記表面とのうちの１つに前記少なくとも１つの冷却剤噴霧器により冷却剤を施すことにより洗い流すためのステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記表面調整装置を介して長寸のシートメタルを下流方向に進行させるステップをさらに含み、前記少なくとも１つの回転調整部材を前記シートメタルの前記表面と係合させて前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、前記長寸のシートメタルが前記表面調整装置を介して進行することにより行なわれることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
22. 前記少なくとも１つの回転調整部材を前記シートメタルの前記表面と係合させて前記処理済シートメタルの前記表面を調整するステップは、前記長寸のシートメタルの下流方向への進行に抗して、上流方向に前記少なくとも１つの回転調整部材を回転させることを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。

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