JP5650860B1 - ステンレス鋼溶接部のスケール除去剤 - Google Patents
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Abstract
【課題】硝酸やフッ化水素酸のような化合物の使用を極力抑え、作業性と取扱いが安全で、ステンレス鋼溶接部及び熱影響部の黒色又は褐色の酸化被膜やもらい錆、汚れ等を容易かつ綺麗に除去できるスケール除去剤を提供する。【解決手段】ステンレス鋼溶接部のスケール除去剤は、硝酸マグネシウム六水和物の水溶液と、酸性フッ化アンモニウム、酸性フッ化ナトリウム及び酸性フッ化カリウムのうちの少なくとも１種類の化合物の水溶液との反応物に、コハク酸、シュウ酸、酢酸のうちの少なくとも１種類の有機酸と、アセチルアセトンと、硫酸と、リン酸と、界面活性剤の所定量と、１重量％以下の有機増粘剤とを添加・混合して生成される。【選択図】図１
Description
本発明は、ステンレス鋼に代表される含クロム合金鋼の溶接によって発生する溶接焼けを除去する際に使用されるスケール除去剤に関し、例えば刷毛塗りに適したスケール除去剤に関する。
ステンレス鋼を溶接すると、溶接部（ビード部）周辺に溶接焼け（酸化スケール）が発生するため、従来から溶接焼け取りが行われている。スケール除去に用いられる除去剤は市販されているものの、従来の除去剤では完全に焼けを除去することが困難であった。溶接焼けが残ると、溶接部分の跡が残るため、見栄えが悪く、商品価値を低下させてしまう。
また、従来の除去剤は強酸を高濃度に含有しているため、酸洗浄液に浸漬または塗布すると、その部分のステンレス鋼が白化して変色しやすい。このため除去剤を浸漬又は塗布した部分とそうでない部分との色相の差が大きくなり、また光沢が変化して製品の外観が悪化し、商品価値が低下するという問題があった。
このため、ステンレス鋼の溶接部及び熱影響部の黒色又は褐色の酸化被膜やもらい錆、汚れ等を除去する方法として、硝酸及びフッ化水素酸を主成分とする除去剤を刷毛塗りする方法が挙げられる（例えば、特許文献１及び特許文献２）。
しかしながら、フッ化水素酸は毒物であり、また硝酸は劇物で、両化合物共に強い刺激臭があり、使用に当たり作業者の健康上、作業環境上及び取扱い上、厳しく規制される。また、使用後の排水処理において、フッ化水素酸は毒物規制が、硝酸は窒素総量規制を対策する必要があった。
これらの問題を解決するために、特許文献３には、塩化第二鉄を高濃度に含有する酸洗浄液、特許文献４には、塩素イオンを必須成分とする酸洗浄液、特許文献５には、塩化アンモニウムを必須成分とする酸洗浄液、特許文献６には、高濃度の塩酸溶液を使用する酸洗浄液が開示されている。
また、特許文献７、６、８には、無機酸を含む酸洗浄液を、４０〜８０℃、５０〜１１０℃若しくは８０℃の硫酸又は６０℃の硝酸の水溶液に混入させて使用することが開示されている。
また、特許文献９では、硝酸と硝酸又は水に可溶なフッ素化合物と各種のアルカリ土類金属化合物とを反応させ、均質な金属複塩として透明なコロイド状物とした、洗浄性、安全性、取扱い性及び作業性を改良した除去剤が開示されている。
なお、特許文献９では、マグネシウム化合物とフッ素化合物を反応してコロイド状のフッ化マグネシウムを生成しているが、このようにして生成するフッ化マグネシウムはコロイド状物となることは公知である（例えば、非特許文献１参照）。
また、特許文献４には、硝酸塩と塩酸塩の混合水溶液にキサンタンガムや珪藻土からなる増粘剤を１重量％以上添加した刷毛塗り用の除去剤が開示されている。このような有機増粘剤を１重量％以上添加すると、スケール除去効果が低下する可能性がある。
「無機化合物・錯体辞典」、株式会社 講談社 １９９７、ｐ８１８
しかしながら、特許文献３乃至６の方法においては、塩素イオンを高濃度に含有する水溶液を、溶接したステンレスに塗布すると酸化スケール近傍に無数の細孔を生じ、酸化スケール除去後の見栄えが悪くなるという問題がある。
また、特許文献７、６、８の方法においては、無機酸の溶液を高温にすると、無機酸の蒸気が発生し、臭気がひどくなり作業環境が悪化するという問題がある。
また、上記技術はスケール除去効果が十分でないという問題と、高濃度の強酸を使用するため、溶接部近辺の刷毛塗りした時、刷毛塗り部の光沢が消失し白くなって、非刷毛塗り部との表面光沢及び色目がまったく変わってしまい、製品の商品価値が大きく低下するという問題があった。また、溶接のいわゆる二番焼け除去が不十分であるという問題もあった。二番焼けとは、図１１の模式平面図に示すように、ステンレス鋼ＳＳの溶接部１０の両側で少し離れた位置に発生する焼けであり、溶接時の熱によりステンレス鋼の金属成分が移動し、特に黒色や褐色に着色された成分が集まって二番焼け２０が生じる。このような二番焼けも目立つため、スケールの除去においては溶接の焼け（ビード部）と二番焼けを共に除去することが肝要となる。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、硝酸やフッ化水素酸のような化合物の使用を極力抑え、作業性と取扱いが安全で、ステンレス鋼溶接部及び熱影響部の黒色又は褐色の酸化被膜やもらい錆、汚れ等を容易かつ綺麗に除去できるスケール除去剤を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係るスケール除去剤は、ステンレス鋼溶接部のスケール除去剤において、硝酸マグネシウム六水和物の水溶液と、酸性フッ化アンモニウム、酸性フッ化ナトリウム及び酸性フッ化カリウムよりなる群のうちの少なくとも１種類の化合物の水溶液との反応物に、コハク酸及び０．１〜１重量％の酢酸を必須とし、さらにシュウ酸を任意で含む有機酸と、０．１〜１重量％のアセチルアセトンと、１〜１０重量％の硫酸と、９〜２２重量％のリン酸と、０．１〜１重量％の界面活性剤と、硝酸マグネシウム六水和物の水溶液と酸性フッ化アンモニウムの水溶液から生成するフッ化マグネシウムのコロイド濃度が７．２重量％以下の場合には、さらに１重量％以下の有機増粘剤を添加・混合して生成されることを特徴とする。
本発明に係るスケール除去剤によれば、硝酸やフッ化水素酸のような化合物の使用を極力抑えながら、作業性と取扱いを安全に、ステンレス鋼溶接部及び熱影響部の黒色又は褐色の酸化被膜やもらい錆、汚れ等を容易かつ綺麗に除去できる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのスケール除去剤を例示するものであって、本発明はスケール除去剤を以下のものに特定しない。また、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
ステンレス鋼は製造方法によりＮＯ．１とＮＯ．２Ｂに代表される。ＮＯ．１ステンレス鋼は熱間圧延工程後、酸で表面処理したもので、つや消しの白っぽく粗い表面を有する。ＮＯ．２ＢはＮＯ．１を冷間圧延し、表面を仕上げロール処理して製造されているため、光沢のある滑らかな表面を有する。
本実施形態に係るスケール除去剤は、硝酸マグネシウム六水和物の水溶液と、酸性フッ化アンモニウム、酸性フッ化ナトリウム及び酸性フッ化カリウムのうちの少なくとも１種類の化合物の水溶液との反応物に、コハク酸、シュウ酸、酢酸のうちの少なくとも１種類の有機酸と、アセチルアセトンと、硫酸と、リン酸と、界面活性剤の所定量と、１重量％以下の有機増粘剤とを添加・混合して生成される。ここで本発明の有用性を示すため、実施例１〜５に係るスケール除去剤、及び成分比率を変更した比較例１〜５に係るスケール除去剤を用いて、実際にステンレス鋼のスケール除去試験を行った。なお界面活性剤として、ラピゾールＡ−８０（日油株式会社製）、有機増粘剤として、ケルザンＡＳＸＴ（三晶株式会社製）を使用した。この結果を表１に示す。
各実施例、比較例においては、２０ｃｍ×２０ｃｍのステンレス鋼に対し、同じ条件で電気溶接を行った試験片を３個用意し、それぞれにスケール除去剤を刷毛塗りで塗布した。この状態で１０分後の写真を撮影すると共に、さらに２０分経過後、４０分経過後、６０分経過後の時点で、それぞれスケール除去剤を洗浄して除去し、写真を撮影して、スケールが除去されたかどうかを目視により確認した。実施例１〜５に係るスケール除去剤をステンレス鋼に塗布し、２０分、４０分、６０分経過後に洗浄した状態で撮影した写真を図１〜図５に、比較例３〜４に係るスケール除去剤を同様に用いた結果の写真を図６〜図７に、さらに参考例１〜３として、スケール除去剤の市販品を同様に用いた結果の写真を図８〜図１０に、それぞれ示す。
各写真においてＡはスケール除去剤塗布後１０分後のステンレス鋼の写真、Ｂは２０分後に洗浄した状態の写真、ＣはＢの拡大写真、Ｄは４０分後に洗浄した状態の写真、ＥはＤの拡大者写真、Ｆは６０分後に洗浄した状態の写真、ＧはＦの拡大写真を、それぞれ示している。ただし図９Ａのみ、塗布後１３分後の写真を示している。また表１において二重丸は、ビード部や二番焼け部が除去できたことを示し、×は焼けを除去できなかったことを示している。また塗布部の光沢の低下が生じたかどうか、及びスケール除去剤を刷毛塗りした際の液だれが生じたかどうかも目視により確認した。
実施例１〜５に係るスケール除去剤を用いたスケール除去によれば、溶接焼けを短時間で綺麗に除去することができた。特に図１〜図５の写真から明らかなとおり、実施例１〜５に係るスケール除去剤を用いた場合は、綺麗にスケールを除去することができた。また２０分経過時でも概ね綺麗なスケール除去結果が得られた。また光沢低下もみられなかった。
一方、成分比率を変えた比較例１、３（図６）では十分なスケール除去効果が得られなかった。また比較例２では強い刺激臭が生じたため試験を中止した。また比較例４ではスケールは除去できたものの、光沢の低下がみられた（図７）。さらに比較例５では粘度が高すぎて塗布が困難であったため、試験を中止した。
さらに参考例１〜３として、市販されているスケール除去剤についても試験を行った。まず参考例１として、小厚化成製ＳＵＳクリーン＃３００を用いた場合（図ｄ）、参考例２としてタセト製ニューブライト＃３００Ｅを用いた場合（図ｅ）、参考例３としてダイワテック製ステンクリーンＳを用いた場合（図ｆ）はいずれも、スケール除去剤を塗布したステンレス鋼の表面に白化がみられ、製品の外観を損ねることが確認された。
以下、各実施例について詳述する。まず実施例１においては、硝酸マグネシウム六水和物７３ｇ（２８重量％）を水３２ｇに溶解させ、酸性フッ化アンモニウム１６．４ｇ（６．３重量％）を水４３ｇに溶解させた。次に、撹拌機を使用して両溶液をゆっくりと混合した後、約４０分間撹拌を続けると、粘稠なコロイド溶液となった。これにコハク酸１２ｇ（４．６重量％）、酢酸０．７２ｇ（０．２７重量％）、７０％硫酸１７．１ｇ（４．６重量％）、７５％リン酸６４ｇ（１８．４重量％）、アセチルアセトン０．７２ｇ（０．２７重量％）、ラピゾールＡ−８０（界面活性剤）１．２ｇ（０．４６重量％）を加え約１時間撹拌してスケール除去剤を調合した。２０ｃｍＸ２０ｃｍの電気溶接した３枚のステンレス鋼を室温で溶接部及び２番焼け部にスケール除去剤を刷毛塗りした。塗布時に液だれは起こらなかった。３枚のステンレス鋼を各２０分、４０分、６０分後に水洗し状態を観察した。どのテストピースも溶接焼け、２番焼け、共に綺麗に除去できており、洗浄部、非洗浄部の境界も判別できないほどに綺麗であった。
次に実施例２について説明する。まず、硝酸マグネシウム六水和物７３ｇ（３３重量％）を水３２ｇに溶解し、酸性フッ化アンモニウム１６．４ｇ（７．４重量％）を水４３ｇに溶解した。次に、撹拌機を使用して両溶液をゆっくりと混合した後、約４０分間撹拌を続けると、粘稠なコロイド溶液となった。これにコハク酸１０．５ｇ（４．６重量％）、酢酸０．６３ｇ（０．２７重量％）、７０％硫酸１５ｇ（４．６重量％）、７５％リン酸２７．９ｇ（９．５重量％）、アセチルアセトン０．６３ｇ（０．２７重量％）、ラピゾールＡ−８０（界面活性剤）１ｇ（０．４７重量％）を加え約１時間撹拌してスケール除去剤を調合した。２０ｃｍＸ２０ｃｍの電気溶接した３枚のステンレス鋼を室温で溶接部及び２番焼け部にスケール除去剤を刷毛塗りした。塗布時に液だれは起こらなかった。３枚のステンレス鋼を各２０分、４０分、６０分後に水洗し状態を観察した。どのテストピースも溶接焼け、二番焼け、共にきれいに除去できており、洗浄部、非洗浄部の境界もわからないほどにきれいであった。リン酸の使用量を１／２に減量しても刷毛塗りむらは起こらず問題ないことがわかった。
さらに実施例３について説明する。まず、硝酸マグネシウム六水和物７３ｇ（３０．３重量％）を水３９ｇに溶解し、酸性フッ化アンモニウム１６．４ｇ（６．８重量％）を水５２ｇに溶解した。撹拌機を使用して両溶液をゆっくりと混合した後、約４０分間撹拌を続けると、粘稠なコロイド溶液となった。これにコハク酸１１．４ｇ（４．６重量％）、酢酸０．６８ｇ（０．２７重量％）、７０％硫酸１６．３ｇ（４．６重量％）、７５％リン酸３０．５ｇ（９．５重量％）、アセチルアセトン０．６８ｇ（０．２７重量％）、ラピゾールＡ−８０（界面活性剤）１．１ｇ（０．４７重量％）を加え約１時間撹拌してスケール除去剤を調合した。２０ｃｍＸ２０ｃｍの電気溶接した３枚のステンレス鋼を室温で溶接部及び２番焼け部にスケール除去剤を刷毛塗りした。塗布時に液だれは起こらなかった。３枚のステンレス鋼を各２０分、４０分、６０分後に水洗し状態を観察した。どのテストピースも溶接焼け、二番焼け、共にきれいに除去できており、洗浄部、非洗浄部の境界もわからないほどにきれいであった。硝酸マグネシウムと酸性フッ化アンモニウムも溶解する水の量を増加し生成するフッ化マグネシウムの濃度を７．３重量％に低下しても刷毛塗り時の液だれは起こさず、及び刷毛塗りむらにも問題なく、溶接焼けが除去できた。
さらに実施例４について説明する。まず、硝酸マグネシウム六水和物５８．４ｇ（２４．６重量％）を水２５．６ｇに溶解し、酸性フッ化アンモニウム１３ｇ（５．５重量％）を水３５．２ｇに溶解した。撹拌機を使用して両溶液をゆっくりと混合した後、約４０分間撹拌を続けると、粘稠なコロイド溶液となった。これにコハク酸４．７ｇ（２．０重量％）シュウ酸７．１ｇ（３．０重量％）、酢酸０．２４ｇ（０．１重量％）、７０％硫酸１７ｇ（５重量％）、７５％リン酸６３．４ｇ（２０重量％）、６７．５％硝酸１０．５ｇ（３重量％）、アセチルアセトン０．７１ｇ（０．３重量％）、ラピゾールＡ−８０（界面活性剤）１．２ｇ（０．５重量％）、及びケルザンＡＳＸＴ０．５９ｇ（０．２５重量％）を加え約１時間撹拌してスケール除去剤を調合した。２０ｃｍＸ２０ｃｍの電気溶接した３枚のステンレス鋼を室温で溶接部及び２番焼け部にスケール除去剤を刷毛塗りした。塗布時に液だれは起こらなかった。３枚のステンレス鋼を、各２０分、４０分、６０分後に水洗し状態を観察した。どのテストピースも溶接焼け、二番焼け、共にきれいに除去できており、洗浄部、非洗浄部の境界もわからないほどにきれいであった。刷毛塗りむらにも問題なく、溶接焼けが除去できた。不動態電位は０．６５Ｖで良好であった。
さらに実施例５について説明する。まず、硝酸マグネシウム六水和物７３ｇ（２８重量％）を水３２ｇに溶解し、酸性フッ化アンモニウム１６．４ｇ（６．２重量％）を水４４ｇに溶解した。撹拌機を使用して両溶液をゆっくりと混合した後、約４０分間撹拌を続けると、粘稠なコロイド溶液となった。これにコハク酸５．２ｇ（２．０重量％）シュウ酸７．８ｇ（３．０重量％）、酢酸０．２６ｇ（０．１重量％）、７０％硫酸１８．６ｇ（５重量％）、７５％リン酸５２．１ｇ（１５重量％）、６７．５％硝酸８．６ｇ（２．２重量％）、アセチルアセトン０．７７ｇ（０．３重量％）、ラピゾールＡ−８０（界面活性剤）０．６５ｇ（０．５重量％）、及びケルザンＡＳＸＴ０．６５ｇ（０．２５重量％）を加え約１時間撹拌してスケール除去剤を調合した。２０ｃｍＸ２０ｃｍの電気溶接した３枚のステンレス鋼を室温で溶接部及び２番焼け部にスケール除去剤を刷毛塗りした。塗布時に液だれは起こらなかった。３枚のステンレス鋼を、各２０分、４０分、６０分後に水洗し状態を観察した。どのテストピースも溶接焼け、二番焼け、共にきれいに除去できており、洗浄部、非洗浄部の境界もわからないほどにきれいであった。
上記実施例においては、酸性フッ化アンモニウムを用いたが、その代わりに、酸性フッ化ナトリウム又は酸性フッ化カリウムを使用しても良い。その際に、それらの分子量が同じになるように留意しなければならない。
以上、焼け取りを適切に行うことのできたスケール除去剤の各実施例について説明したが、続いて、コハク酸、酢酸、リン酸、硝酸マグネシウム六水和物の好適な配合量について、説明する。
一方、比較例１は、スケール除去に重要なコハク酸と酢酸を使用しない比較例である。硝酸マグネシウム六水和物７３ｇ（３０重量％）を水３２ｇに溶解し、酸性フッ化アンモニウム１６．４ｇ（６．７重量％）を水４３ｇに溶解した。撹拌機を使用して両溶液をゆっくりと混合した後、約４０分間撹拌を続けた。粘稠なコロイド溶液となった。コハク酸と酢酸は使用せず、７０％硫酸１６ｇ（４．６重量％）、７５％リン酸５９．７ｇ（１８．４重量％）、アセチルアセトン０．６６ｇ（０．２７重量％）、ラピゾールＡ−８０（界面活性剤）１．１ｇ（０．４６重量％）、及びケルザンＡＳＸＴ０．６１ｇ（０．２５重量％）を加え約１時間撹拌してスケール除去剤を調合した。
２０ｃｍＸ２０ｃｍの電気溶接した３枚のステンレス鋼を室温で溶接部及び２番焼け部にスケール除去剤を刷毛塗りした。塗布時に液だれは起こらなかった。３枚のステンレス鋼を、各２０分、４０分、６０分後に水洗し状態を観察した。スケール除去剤塗布時の液だれ、塗布の刷毛むらも全く問題なかったが、肝心の溶接焼け、二番焼けの除去が良好に出来なかった。以上より、コハク酸と酢酸を使用しない場合は、それらを使用しない場合と較べて、溶接焼け、二番焼けの除去の効果が少なることが判明した。
次に比較例２は、酢酸を３重量％に増量した比較例である。まず、硝酸マグネシウム六水和物７３ｇ（２６．６重量％）を水３２ｇに溶解し、酸性フッ化アンモニウム１６．４ｇ（６重量％）を水４３ｇに溶解した。撹拌機を使用して両溶液をゆっくりと混合した後、約４０分間撹拌を続けると、粘稠なコロイド溶液となった。これにコハク酸１２．６ｇ（４．６重量％）、酢酸８．２ｇ（３重量％）、７０％硫酸１８ｇ（４．６重量％）、７５％リン酸６７．２ｇ（１８．４重量％）、アセチルアセトン０．７４ｇ（０．２７重量％）、ラピゾールＡ−８０（界面活性剤）１．２６ｇ（０．４６重量％）、及びケルザンＡＳＸＴ０．６８ｇ（０．２５重量％）を加え約１時間撹拌してスケール除去剤を調合した。しかし、酢酸臭が強く刷毛塗りに耐えられずテスト中止した。以上より、酢酸を３重量％以上にすると、取扱いが難しくなるので、約１重量％以下が望ましいことが判明した。
また比較例３は、リン酸の濃度を高くした比較例である。まず、硝酸マグネシウム六水和物５１．１ｇ（２１．０重量％）を水２２．６ｇに溶解し、酸性フッ化アンモニウム１１．３ｇ（４．６重量％）を水３０．６ｇに溶解した。撹拌機を使用して両溶液をゆっくりと混合した後、約４０分間撹拌を続けると、粘稠なコロイド溶液となった。これにコハク酸４．９ｇ（２重量％）、シュウ酸７．３ｇ（３重量％）、酢酸０．２４ｇ（０．１重量％）、７０％硫酸１７．４ｇ（５重量％）、７５％リン酸８１．２ｇ（２５重量％）、アセチルアセトン０．７３ｇ（０．３重量％）、ラピゾールＡ−８０（界面活性剤）１．２ｇ（０．５重量％）、及びケルザンＡＳＸＴ０．６１ｇ（０．２５重量％）を加え約１時間撹拌してスケール除去剤を調合した。
２０ｃｍＸ２０ｃｍの電気溶接した３枚のステンレス鋼を室温で溶接部及び２番焼け部にスケール除去剤を刷毛塗りした。３枚のステンレス鋼を、各２０分、４０分、６０分後に水洗し状態を観察した。図６に示すようにどのテストピースも刷毛塗りむらはまったく無かったが、溶接焼けの除去効果が不十分で二番焼けが良好に除去されなかった。以上より、リン酸の濃度は、約２２重量％以下が望ましいことが判明した。
さらに比較例４は、リン酸の濃度を低くした比較例である。まず、硝酸マグネシウム六水和物７３ｇ（３３重量％）を水３２ｇに溶解し、酸性フッ化アンモニウム１６．２ｇ（７．３重量％）を水４３ｇに溶解した。撹拌機を使用して両溶液をゆっくりと混合した後、約４０分間撹拌を続けると、粘稠なコロイド溶液となった。これにコハク酸４．３ｇ（２重量％）、シュウ酸６．５ｇ、酢酸０．２２ｇ（０．３重量％）、７０％硫酸１５．５ｇ（５重量％）、７５％リン酸２３．１ｇ（８重量％）、アセチルアセトン０．６５ｇ（０．３重量％）、ラピゾールＡ−８０（界面活性剤）１．１ｇ（０．５重量％）を加え約１時間撹拌してスケール除去剤を調合した。
２０ｃｍＸ２０ｃｍの電気溶接した３枚のステンレス鋼を室温で溶接部及び２番焼け部にスケール除去剤を刷毛塗りした。３枚のステンレス鋼を各２０分、４０分、６０分後に水洗し状態を観察した。図７に示すように溶接焼けの除去効果は問題なかったが、どのテストピースも刷毛塗りむらがひどく観察された。特にビード部、２番焼け部以外のところも白くなっており、塗布部の光沢低下（ハケむら）が顕著であった。以上より、リン酸の濃度は、約９重量％以上が望ましいことが判明した。
さらにまた比較例５は、フッ化マグネシウムのコロイド濃度を高くした比較例である。まず、硝酸マグネシウム六水和物７３ｇ（３８．２重量％）を水３２ｇに溶解し、酸性フッ化アンモニウム１６．２ｇ（８．５重量％）を水４４ｇに溶解した。撹拌機を使用して両溶液をゆっくりと混合した後、約４０分間撹拌を続けると、粘稠なコロイド溶液となった。これにコハク酸１．９ｇ（１重量％）、酢酸０．２ｇ（０．１重量％）、７０％硫酸５．５ｇ（２重量％）、７５％リン酸１７．８ｇ（７重量％）、アセチルアセトン０．２ｇ（０．１重量％）、ラピゾールＡ−８０（界面活性剤）０．２ｇ（０．１重量％）を加え約１時間撹拌してスケール除去剤の調製を試みた。その結果、溶液粘度が高すぎてうまく塗布できず以下の実験を取りやめた。
以上の比較例１〜５より、硝酸マグネシウム六水和物の水溶液と酸性フッ化アンモニウムの水溶液から生成するフッ化マグネシウムのコロイド濃度が７〜１０重量％、コハク酸は１〜７重量％、シュウ酸は１〜７重量％、酢酸は０．１〜１重量％、アセチルアセトンは０．１〜１重量％、硫酸は１〜１０重量％、リン酸は９〜２２重量％、界面活性剤は０．１〜１重量％、有機増粘剤は０．１〜１重量％であることが望ましい。
ここで、各成分の濃度について検討する。スケール除去剤は刷毛塗りによって溶接鋼の溶接焼け部に塗布することで、必要な部位に必要量を手軽にかつ容易に供給できる。また電解研磨方法のように除去剤を負極に含浸して手で一定時間擦るといった作業も不要である。このような刷毛塗り時のハンドリングのし易さを考慮すると、液だれしない粘度に調整することが好ましい。ここで、硝酸マグネシウム六水和物の水溶液と酸性フッ化アンモニウムの水溶液から生成するフッ化マグネシウムのコロイド濃度について検討する。フッ化マグネシウムのコロイドは、硝酸マグネシウム六水和物と酸性フッ化アンモニウムが１：１の水溶液中での反応によって発生する。この反応を行う際の水溶液の量を変化させることで、生成するフッ化マグネシウムの濃度が変化する。またこの濃度変化によって、粘度も変化する。本発明者が行った試験では、フッ化マグネシウムのコロイド濃度を７〜１０重量％とすることで、スケール除去剤を液だれしない粘度に調整できた。
次にコハク酸とシュウ酸の濃度について検討すると、１％以下では、スケール除去効果が小さく、目的とするきれいな除去が達成困難である。またコハク酸は、溶解度が７．７ｇ／１００ｍｌなので、７重量％以上の濃度になると溶解しないコハク酸が生じ、液中に粒状が生成され好ましくない。よってコハク酸の濃度範囲は１〜７重量％が望ましい。
一方シュウ酸は溶解度が１４ｇ／１００ｍｌであってコハク酸よりも多く溶解させることができる。
また酢酸の濃度については、０．１重量％以下になるとスケール除去効果が小さくなるので好ましくない。一方で濃度が高くなると、酢酸臭が大きくなり作業に支障を来す場合がある。１％以下であれば、殆ど問題無く作業可能なレベルである。酢酸の濃度を０．１〜１重量％とすることで、作業環境を悪化させることなく、かつスケール除去効果を維持したスケール除去剤を実現できる。
さらにアセチルアセトンを添加することで、二番焼けの除去効果を増大させることができる。ただし０．１重量％以下では、二番焼け除去効果が薄くなる。一方で１重量％以上になると刷毛塗りの刷毛痕が目立つようになって好ましくない。よってアセチルアセトンの添加量を０．１〜１重量％が好ましいといえる。
さらにまたリン酸の濃度は、スケール除去剤を塗布した塗布部と非塗布部の光沢差に大きく影響する。すなわちリン酸濃度が９重量％以下の場合は、塗布部が白化し、光沢が大きく低下して非塗布部のステンレス鋼の表面光沢を大きく落とすため好ましくない。一方で２２重量％を超えると、溶接部及び二番焼け部分の焼け除去効果が小さくなる。よって、リン酸の濃度は９〜２２重量％とすることが好ましい。
さらにまた硫酸を添加することで、スケール除去剤の酸性度を維持できる。ただし硫酸の濃度が１０％を超えると劇物に該当するため、好ましくは硫酸は１〜１０重量％とする。さらに界面活性剤や有機増粘剤を添加することで、塗布時の作業性を向上できる。
より好ましくは、生成するフッ化マグネシウムのコロイド濃度を８〜９重量％、酢酸を０．１〜０．５重量％、アセチルアセトンを０．１〜０．５重量％、硫酸を２〜７重量％、リン酸を１０〜２０重量％とする。
以上、詳細に説明した本実施形態に係るスケール除去剤によれば、硝酸やフッ化水素酸のような化合物の使用を極力抑えて、作業性と安全性を高めながら、ステンレス鋼溶接部及び熱影響部の黒色又は褐色の酸化被膜やもらい錆、汚れ等を容易かつ綺麗に除去できる。また、このスケール除去剤は、使用時の刺激臭もほとんどなく、作業終了後の水洗水はｐＨを調整するだけで排水できる。また、スケール除去後の表面光沢が低下しない。
以上、本実施形態について説明したが、本発明の実施形態は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ステンレス鋼の溶接焼け取りに使用する場合を例に挙げて説明したが、上記実施形態に係るスケール除去剤は、ステンレス鋼に限らず、広く含クロム合金鋼のスケール除去に使用することができる。
また、上記実施形態に係るスケール除去剤として、硝酸マグネシウム六水和物の水溶液と、酸性フッ化アンモニウム、酸性フッ化ナトリウム及び酸性フッ化カリウムのうちの少なくとも１種類の化合物の水溶液との反応物に、コハク酸、シュウ酸、酢酸のうちの少なくとも１種類の有機酸と、アセチルアセトンと、硫酸と、リン酸と、界面活性剤の所定量と、所定量の１重量％以下の有機増粘剤とを添加・混合して生成されるものについて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で、他の添加剤を加えた水溶液としても良い。
本発明のスケール除去剤は、ステンレス鋼の刷毛塗り洗浄剤として好適に利用できる。
１０…溶接部
２０…二番焼け
ＳＳ…ステンレス鋼
２０…二番焼け
ＳＳ…ステンレス鋼
Claims (3)
- ステンレス鋼溶接部のスケール除去剤において、
硝酸マグネシウム六水和物の水溶液と、
酸性フッ化アンモニウム、酸性フッ化ナトリウム及び酸性フッ化カリウムよりなる群のうちの少なくとも１種類の化合物の水溶液との反応物に、
コハク酸及び０．１〜１重量％の酢酸を必須とし、さらにシュウ酸を任意で含む有機酸と、
０．１〜１重量％のアセチルアセトンと、１〜１０重量％の硫酸と、９〜２２重量％のリン酸と、０．１〜１重量％の界面活性剤と、
硝酸マグネシウム六水和物の水溶液と酸性フッ化アンモニウムの水溶液から生成するフッ化マグネシウムのコロイド濃度が７．２重量％以下の場合には、さらに１重量％以下の有機増粘剤を添加・混合して生成されることを特徴とするスケール除去剤。 - 硝酸マグネシウム六水和物の水溶液と酸性フッ化アンモニウムの水溶液から生成するフッ化マグネシウムのコロイド濃度が６〜１０重量％、コハク酸は１〜７重量％、シュウ酸は１〜７重量％、有機増粘剤は０．１〜１重量％であることを特徴とする請求項１に記載のスケール除去剤。
- 硝酸マグネシウム六水和物の水溶液と酸性フッ化アンモニウムの水溶液から生成するフッ化マグネシウムのコロイド濃度が６〜９重量％、コハク酸は１〜７重量％、シュウ酸は１〜７重量％、酢酸は０．１〜０．５重量％、アセチルアセトンは０．１〜０．５重量％、硫酸は２〜７重量％、リン酸は１０〜２０重量％、界面活性剤は０．１〜０．５重量％、有機増粘剤は０．１〜１重量％であることを特徴とする請求項１に記載のスケール除去剤。
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