JP6201192B2 - Nickel softening method and nickel cutting method - Google Patents
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Description
本発明は、ニッケルの軟化処理方法及びニッケルの切断方法に関する。詳しくは、電解採取で得られる電気ニッケルを加熱して、軟化した酸素含有量の少ない電気ニッケルを得る軟化処理方法及び切断機で切断してピースを作製することが可能なニッケルの切断方法に関する。 The present invention relates to a nickel softening method and a nickel cutting method. Specifically, the present invention relates to a softening treatment method for heating electric nickel obtained by electrowinning to obtain soft nickel with low oxygen content and a cutting method for nickel that can be cut with a cutting machine to produce a piece.
電気ニッケルは、ニッケル種板をカソードとし、そのカソード上に電解液中のニッケルイオンを電解析出させることにより、純度99.99%のものが製造されている。電気ニッケルは、通常800mm角〜1000mm角で厚さ10mm程度の板状であるが、切断工程で各種の大きさのピースに切断されて、ユーザーに向けて出荷される。ピースの大きさは用途に応じて様々であり、例えば、100mm×100mm×10mmの寸法のものや、ニッケルメッキ等で使われる溶解用原料として、25mm×25mm×10mmや50mm×50mm×10mmの寸法のもの等も好まれる。 Electrical nickel having a purity of 99.99% is manufactured by using a nickel seed plate as a cathode and electrolytically depositing nickel ions in the electrolytic solution on the cathode. The electric nickel is usually in the form of a plate having a size of 800 mm square to 1000 mm square and a thickness of about 10 mm, but is cut into pieces of various sizes in the cutting process and shipped to the user. The size of the piece varies depending on the application. For example, the size of 100 mm x 100 mm x 10 mm, or the size of 25 mm x 25 mm x 10 mm or 50 mm x 50 mm x 10 mm as a melting raw material used in nickel plating, etc. Are also preferred.
切断工程では、電気ニッケルを切断してピースを得るために切断機が用いられ、切断機は、厚い電気ニッケルを切断するために、頑丈だが高価な特殊鋼の刃を備えている。しかしながら、電気ニッケルは硬く、切断機の刃はわずか10万回程度の切断回数で寿命を迎えるため、刃の交換費用が負担になっている。しかも、ピースは需要が大きいことから、切断機は高頻度に稼働しており、刃の交換作業を月に何度も行う必要がある。 In the cutting process, a cutting machine is used to cut the electric nickel to obtain a piece, which is equipped with a sturdy but expensive special steel blade for cutting thick electric nickel. However, electric nickel is hard, and the blade of the cutting machine reaches the end of its service life with only about 100,000 times of cutting, so the replacement cost of the blade is a burden. Moreover, since the demand for the pieces is great, the cutting machine is operating at a high frequency, and it is necessary to perform blade replacement work many times a month.
電気ニッケルが硬い原因として、細かなニッケルの結晶粒が多数集まって電気ニッケルが構成されていることが挙げられる。電気ニッケルを構成する細かなニッケルの結晶粒を大型化することができれば、電気ニッケルの切断を小さな力で行うことができ、刃が受ける衝撃も緩和されると考えられる。 The reason why the electric nickel is hard is that a large number of fine nickel crystal grains gather to form the electric nickel. If the fine nickel crystal grains constituting the electric nickel can be enlarged, it is considered that the electric nickel can be cut with a small force, and the impact received by the blade is reduced.
例えば、特許文献1には、加熱することで銅原子が再結晶し、軟化することが示されている。ところが、銅とは異なりニッケルは酸化されやすい金属であるため、加熱空気中の酸素とよく反応するので、このような加熱処理を行うことはできない。 For example, Patent Document 1 discloses that copper atoms are recrystallized and softened by heating. However, unlike copper, since nickel is a metal that is easily oxidized, it reacts well with oxygen in the heated air, so such heat treatment cannot be performed.
酸化した金属中から酸素を取り除く方法として、例えば、特許文献2に示すような、溶融させた金属(以下、「溶融金属」という。)に不活性ガス又は一酸化炭素ガス等の還元性ガスを吹き込む方法が知られている。この方法は、高い温度を必要とするため、酸化しにくい金属である銅や銀等に限り使用可能である。 As a method for removing oxygen from the oxidized metal, for example, as shown in Patent Document 2, a reducing gas such as an inert gas or carbon monoxide gas is added to a molten metal (hereinafter referred to as “molten metal”). The method of blowing is known. Since this method requires a high temperature, it can be used only for copper, silver, and the like that are difficult to oxidize.
例えば、非特許文献1には、1500℃において酸素分圧を10−4.8気圧に抑えなければ、逆反応によってニッケルの大半が酸化することが記載されている。従って、特許文献2に示す方法をニッケルに適用する場合には、非特許文献1に記載のニッケルの酸素分圧が、銅の場合の150分の1であるため、酸素の混入を抑える必要があり、莫大な量のガスが必要となる。 For example, Non-Patent Document 1 describes that most of nickel is oxidized by a reverse reaction unless the oxygen partial pressure is suppressed to 10 −4.8 atm at 1500 ° C. Therefore, when the method shown in Patent Document 2 is applied to nickel, the oxygen partial pressure of nickel described in Non-Patent Document 1 is 1/150 that of copper. There is a huge amount of gas required.
また、溶融金属は、ガスとの接触によって熱を失うので、温度を維持するために加熱手段が必要である。ガスは、還元性ガスであれば酸素によって反応熱を生じるが、溶融金属からの酸素供給は遅いので、還元性ガスの一部だけが反応する。未反応の還元性ガスについては、例えば溶融金属が銅である場合、空気を供給して燃焼させ加熱手段とすることが可能である。一方、例えば溶融金属がニッケルである場合には、酸素分圧の許容限度が低いので、空気を供給することはできない。このため、他の加熱手段を備える必要があり、他の加熱手段によるエネルギー消費が大きいという問題がある。 Moreover, since molten metal loses heat by contact with gas, a heating means is required in order to maintain temperature. If the gas is a reducing gas, the reaction heat is generated by oxygen, but since the supply of oxygen from the molten metal is slow, only a part of the reducing gas reacts. For the unreacted reducing gas, for example, when the molten metal is copper, it is possible to supply air to burn and use as a heating means. On the other hand, for example, when the molten metal is nickel, the allowable limit of the oxygen partial pressure is low, so that air cannot be supplied. For this reason, it is necessary to provide another heating means, and there exists a problem that the energy consumption by another heating means is large.
金属薄板を、酸化を防ぎつつ軟化させる方法として、例えば、特許文献3に示すような、非酸化性雰囲気下で焼鈍する方法が知られている。この方法では、コバルト等の金属薄板を処理しており、焼鈍炉内を真空にし、窒素で置換し、加熱中にも窒素を流し、炭素材によって酸素を捕集することによって、酸素分圧を低く抑えられる点で優れている。 As a method of softening a metal thin plate while preventing oxidation, for example, a method of annealing in a non-oxidizing atmosphere as shown in Patent Document 3 is known. In this method, a thin metal plate such as cobalt is treated, the inside of the annealing furnace is evacuated, replaced with nitrogen, nitrogen is also flowed during heating, and oxygen is collected by the carbon material, thereby reducing the oxygen partial pressure. It is excellent in that it can be kept low.
しかしながら、特許文献3に示す方法をニッケルに適用する場合には、炭素材から生じた一酸化炭素によって、猛毒のニッケルカルボニルを生じるため、ニッケルカルボニルを分解してニッケルを回収するための設備を要し、経済的でない。また、特許文献3の記載内容から、ニッケルは935℃〜1367℃で加熱する必要があると考えられるが、これはニッケルを溶融させる程の温度(ニッケルの融点1455℃程度)ではないものの、ニッケルと一緒に窒素や焼鈍炉の炉体も昇温されるので、経済的でない。 However, when the method shown in Patent Document 3 is applied to nickel, since carbon monoxide generated from the carbon material produces highly toxic nickel carbonyl, equipment for decomposing nickel carbonyl and recovering nickel is required. And not economical. Moreover, although it is thought that it is necessary to heat nickel from 935 degreeC to 1367 degreeC from description content of patent document 3, although this is not the temperature (melting | fusing point of nickel about 1455 degreeC) to melt nickel, Since the temperature of the furnace body of nitrogen and annealing furnace is also raised, it is not economical.
また、特許文献3では、金属薄板として吊手を処理している。吊手は、陰極板を吊る役目があるので引っ張り強度を求められているが、吊手自体はピース等の製品にならないので薄さを求められている。引っ張り強度と薄さを両立させるため、吊手は、圧延又は低速の電解析出により生産されている。このため、特許文献3の方法を、特に電気ニッケルに適用する場合には、吊手と電気ニッケルとでは結晶組織の緻密さや厚みが大きく異なるために、そのまま適用することはできない。 Moreover, in patent document 3, the handle is processed as a metal thin plate. Since the hanger has a role of hung the cathode plate, it is required to have a tensile strength. However, since the hanger itself does not become a product such as a piece, it is required to be thin. In order to achieve both tensile strength and thinness, the handle is produced by rolling or low-rate electrolytic deposition. For this reason, especially when applying the method of patent document 3 to electrical nickel, since the denseness and thickness of a crystal structure differ greatly with a handle and electrical nickel, it cannot apply as it is.
従って、例えば電気ニッケルのような、ある程度の大きさで厚みを有したニッケルを、酸化を防ぎつつ軟化させることは、非常に困難である。また、ニッケルの酸化を防止するために、所望の酸素分圧を維持するためのガス利用量やエネルギー消費量が増加してしまう。そのため、これらのニッケルの酸化を未然に防止するために要する経済的負担を軽減することも難しい。 Therefore, it is very difficult to soften nickel having a certain size and thickness, such as electric nickel, while preventing oxidation. Moreover, in order to prevent nickel oxidation, the amount of gas used and the amount of energy consumption for maintaining a desired oxygen partial pressure increase. For this reason, it is difficult to reduce the economic burden required to prevent the oxidation of nickel.
本発明は、ニッケルの酸化を防ぎつつ軟化させることが可能なニッケルの軟化処理方法及び小さな力で容易に切断させることが可能なニッケルの切断方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a nickel softening method capable of softening while preventing oxidation of nickel and a nickel cutting method capable of being easily cut with a small force.
本発明者らは、上記従来技術の問題点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、焼鈍によりニッケルを軟化させる際に、所定条件で保温することで、例えば、ある程度の大きさで厚みを有する電気ニッケルであっても均一に昇温でき、従来法より低い温度でニッケルの再結晶を進めることができることを見出した。 As a result of intensive studies in view of the above-mentioned problems of the prior art, the inventors of the present invention have, for example, an electric nickel having a certain size and thickness by keeping warm under predetermined conditions when softening nickel by annealing. Even so, it was found that the temperature could be increased uniformly, and the recrystallization of nickel could proceed at a temperature lower than that of the conventional method.
更に、低温で再結晶を進めることにより、ニッケルの酸化反応の速度を抑えることができるので、炭素材が不要となり、非酸化性雰囲気下で酸素含有量の低いニッケルが得られることを見出し、本発明を完成した。 Furthermore, by recrystallizing at a low temperature, the rate of nickel oxidation reaction can be suppressed, so that no carbon material is required and nickel having a low oxygen content can be obtained in a non-oxidizing atmosphere. Completed the invention.
即ち、上記目的を達成するための本発明に係るニッケルの軟化処理方法は、ニッケルを非酸化性雰囲気下で加熱し、ニッケルの温度を420℃〜1000℃の範囲で1時間以上保温し、保温後のニッケルの温度が100℃以上である間に、ニッケルの温度を40℃/h以下で低下させて軟化したニッケルを得て、軟化したニッケルのビッカース硬度が187kgf/mm2未満であることを特徴とする。 That is, the nickel softening treatment method according to the present invention for achieving the above object is to heat nickel in a non-oxidizing atmosphere and to keep the temperature of the nickel within a range of 420 ° C. to 1000 ° C. for 1 hour or more. While the temperature of the later nickel is 100 ° C. or higher, the nickel temperature is decreased at 40 ° C./h or less to obtain softened nickel, and the softened nickel has a Vickers hardness of less than 187 kgf / mm 2. Features.
また、本発明に係るニッケルの切断方法は、ニッケルを非酸化性雰囲気下で加熱し、ニッケルの温度を420℃〜1000℃の範囲で1時間以上保温し、保温後のニッケルの温度が100℃以上である間に、ニッケルの温度を40℃/h以下で低下させ、保温後に冷却されたニッケルを切断し、切断時のニッケルのビッカース硬度が187kgf/mm2未満であることを特徴とする。 In the nickel cutting method according to the present invention, nickel is heated in a non-oxidizing atmosphere, and the temperature of nickel is kept in the range of 420 ° C. to 1000 ° C. for 1 hour or longer. While being above, the temperature of nickel is lowered at 40 ° C./h or less, the nickel cooled after the heat insulation is cut, and the Vickers hardness of nickel at the time of cutting is less than 187 kgf / mm 2 .
本発明によれば、酸素含有量を低減し、軟化したニッケルを得ることができる。また、本発明によれば、軟化したニッケルを得ることができるので、小さな力で容易に切断させることができる。 According to the present invention, softened nickel can be obtained with a reduced oxygen content. Further, according to the present invention, since softened nickel can be obtained, it can be easily cut with a small force.
以下、本発明の実施の形態に係るニッケルの軟化処理方法及びニッケルの切断方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明に係るニッケルの軟化処理方法及びニッケルの切断方法は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることが可能である。 Hereinafter, a nickel softening method and a nickel cutting method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The nickel softening method and the nickel cutting method according to the present invention are not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. is there.
ニッケルの軟化処理方法では、所定条件下でニッケルの加熱、保温及び徐冷を行い、酸素含有量を低減し、軟化したニッケルを得る。 In the nickel softening treatment method, nickel is heated, kept warm, and gradually cooled under predetermined conditions to reduce the oxygen content and obtain softened nickel.
ニッケルとしては、ある程度の大きさで厚みを有したニッケル、例えば、ニッケル板やニッケルシート等を用いることができ、これらのうち、ニッケル板としては、電気ニッケル等を用いることができる。電気ニッケルとしては、例えば、ニッケルを含む塩化浴を用い、電解採取にて精製して得られたものを用いることができる。 As the nickel, nickel having a certain size and thickness, for example, a nickel plate or a nickel sheet can be used, and among these, as the nickel plate, electric nickel or the like can be used. As the electric nickel, for example, a nickel chloride-containing bath obtained by purification by electrowinning can be used.
ニッケルの軟化処理方法では、まず、ニッケルを非酸化性雰囲気下で加熱する。加熱によってニッケルの反応性が高くなっているため、ニッケルと酸素との接触を避けることで、ニッケルの酸化を防止することができる。 In the nickel softening method, first, nickel is heated in a non-oxidizing atmosphere. Since the reactivity of nickel is increased by heating, oxidation of nickel can be prevented by avoiding contact between nickel and oxygen.
ニッケルの軟化処理方法では、ニッケルを非酸化性雰囲気下で加熱することにより、ニッケルに含まれる不純物元素が、加熱中にニッケルの表面や結晶粒界に移動し、不純物元素である酸素の一部が、酸素ガスとして表面から放出されるので、ニッケルの酸素含有量を低減することが可能である。 In the nickel softening treatment method, by heating nickel in a non-oxidizing atmosphere, impurity elements contained in nickel move to the surface of nickel and crystal grain boundaries during heating, and a part of oxygen as an impurity element. However, since it is released from the surface as oxygen gas, it is possible to reduce the oxygen content of nickel.
非酸化性雰囲気は、窒素、アルゴン、水素等といった非酸化性ガスを用いて形成することができる。これらの中でも、安価な点で窒素が優れている。 The non-oxidizing atmosphere can be formed using a non-oxidizing gas such as nitrogen, argon, or hydrogen. Among these, nitrogen is excellent in terms of inexpensiveness.
また、非酸化性雰囲気下におけるニッケルの加熱は、焼鈍炉内で行うことが好ましい。焼鈍炉を用いることで、ニッケルの周囲の雰囲気を非酸化性雰囲気に保ちやすいだけでなく、ニッケルから熱エネルギーが散逸するのを防止することができる。熱エネルギーの散逸を防止することにより、加熱に伴うエネルギー使用量を低減し、製造コストの削減を図ることができる。 Moreover, it is preferable to heat nickel in a non-oxidizing atmosphere in an annealing furnace. By using the annealing furnace, not only the atmosphere around the nickel can be easily maintained in a non-oxidizing atmosphere, but also the heat energy can be prevented from being dissipated from the nickel. By preventing the dissipation of thermal energy, the amount of energy used for heating can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
非酸化性雰囲気は、焼鈍炉内を真空にすることより形成できるほか、焼鈍炉内に非酸化性ガスを充填して形成することができる。 The non-oxidizing atmosphere can be formed by evacuating the inside of the annealing furnace, or can be formed by filling the non-oxidizing gas in the annealing furnace.
ニッケルの軟化処理方法では、焼鈍炉内に非酸化性ガスを供給して、焼鈍炉内の気圧を大気圧よりも高くして保温することが好ましい。焼鈍炉内の気圧を高めることで、外部からの空気の侵入を抑制することができる。非酸化性ガスの供給時間の長さは、許される酸素含有量や非酸化性ガスのコストに応じて決定する。 In the nickel softening method, it is preferable to supply a non-oxidizing gas into the annealing furnace and keep the pressure in the annealing furnace higher than the atmospheric pressure. By increasing the atmospheric pressure in the annealing furnace, it is possible to suppress the intrusion of air from the outside. The length of the supply time of the non-oxidizing gas is determined according to the allowable oxygen content and the cost of the non-oxidizing gas.
例えば、非酸化性ガスのコストが無視できる場合には、ニッケルの加熱開始時から徐冷終了時までの間に、非酸化性ガスを供給する。 For example, when the cost of the non-oxidizing gas can be ignored, the non-oxidizing gas is supplied between the start of heating nickel and the end of slow cooling.
ニッケルの酸化を若干許容して非酸化性ガスのコストを抑えたい場合には、例えば、ニッケルの温度が100℃以上である間に、焼鈍炉内が非酸化性ガスで満たされるように非酸化性ガスを供給する。 If you want to allow a little oxidation of nickel and reduce the cost of non-oxidizing gas, for example, while the temperature of nickel is 100 ° C or more, non-oxidizing so that the annealing furnace is filled with non-oxidizing gas. Supply sex gas.
ニッケルの軟化処理方法では、加熱前の焼鈍炉内には大量の空気があるため、各種ガスを供給する代わりに、真空ポンプで空気を汲み出すことができる。真空ポンプの使用によって、焼鈍炉内の酸素の大部分を取り除くことができるので、各種ガスの使用量を節約することができる。焼鈍炉から空気を汲み出すと、外部から焼鈍炉内へ空気が侵入しやすくなるので、速やかに焼鈍炉内に各種ガスを充填するとよい。 In the nickel softening method, since there is a large amount of air in the annealing furnace before heating, air can be pumped out with a vacuum pump instead of supplying various gases. By using a vacuum pump, most of the oxygen in the annealing furnace can be removed, so that the amount of various gases used can be saved. When air is pumped out from the annealing furnace, air easily enters the annealing furnace from the outside, so it is preferable to quickly fill the annealing furnace with various gases.
焼鈍炉内へガスを供給する場合は、まず、焼鈍炉内の気圧を大気圧+4torr以上とし、その後のガスの流量を、空の焼鈍炉内を20時間以内に埋められる程度にするとよい。また、ガスの圧力や流量を測定するために、焼鈍炉内及び/又は焼鈍炉に接続された配管内に、圧力計や流量計を備えてもよい。 When supplying the gas into the annealing furnace, first, the atmospheric pressure in the annealing furnace is set to atmospheric pressure + 4 torr or more, and the flow rate of the gas after that is preferably set so that the empty annealing furnace can be filled within 20 hours. Further, in order to measure the pressure and flow rate of the gas, a pressure gauge and a flow meter may be provided in the annealing furnace and / or in a pipe connected to the annealing furnace.
ニッケルの軟化処理方法では、これらの圧力及び流量を圧力計や流量計で常時監視できることにより、焼鈍炉内の酸素分圧を一定値に制御できるので、ニッケルの酸化が抑制される。ニッケルの反応性が高い300℃以上においては、焼鈍炉内を10−4.8気圧未満の酸素分圧に制御することが、ニッケルの酸化抑制に特に有効である。 In the nickel softening treatment method, these pressures and flow rates can be constantly monitored with a pressure gauge or a flow meter, so that the oxygen partial pressure in the annealing furnace can be controlled to a constant value, so that oxidation of nickel is suppressed. When the nickel reactivity is high at 300 ° C. or higher, controlling the inside of the annealing furnace to an oxygen partial pressure of less than 10 −4.8 atm is particularly effective for suppressing oxidation of nickel.
ニッケルの軟化処理方法では、焼鈍炉内及び/又は焼鈍炉に接続された排ガス用配管内に、酸素濃度計を備えてもよい。これによって、酸素濃度が常時監視できるので、各種ガスの流量を調節することで、焼鈍炉内の酸素分圧を一定値に制御できる。しかも、酸素濃度計を備えることで、必要最小限の各種ガス量で運転できるので、運転コストの低減等の観点から有利である。 In the nickel softening method, an oxygen concentration meter may be provided in the annealing furnace and / or in the exhaust gas pipe connected to the annealing furnace. Thereby, since the oxygen concentration can be constantly monitored, the oxygen partial pressure in the annealing furnace can be controlled to a constant value by adjusting the flow rates of various gases. In addition, the provision of the oxygen concentration meter is advantageous from the standpoint of reducing the operating cost because it can be operated with a minimum amount of various gases.
ニッケルの軟化処理方法では、焼鈍炉からニッケルを回収する際に焼鈍炉を開放するが、付近の人が酸欠空気等を吸い込まないように、焼鈍炉内の各種ガスを、開放に先立って空気で置き換えてもよい。 In the nickel softening method, the annealing furnace is opened when nickel is recovered from the annealing furnace, but various gases in the annealing furnace are air prior to opening so that nearby people do not inhale oxygen-deficient air. May be replaced.
ニッケルの軟化処理方法では、ニッケルを加熱した後、420℃〜1000℃の範囲で1時間以上保温することが必要であり、好ましくは、750℃〜1000℃の範囲で6時間以上保温する。 In the nickel softening treatment method, after heating nickel, it is necessary to keep the temperature in the range of 420 ° C. to 1000 ° C. for 1 hour or longer, and preferably in the range of 750 ° C. to 1000 ° C. for 6 hours or longer.
ニッケルの温度が420℃未満の場合には、ニッケルを構成する細かな結晶粒を中程度の大きさに成長させることができたとしても、中程度の大きさの結晶粒を大型の結晶粒に成長させることができない。 When the temperature of nickel is less than 420 ° C., even if the fine crystal grains constituting nickel can be grown to a medium size, the medium size crystal grains are converted into large crystal grains. Can't grow.
ニッケルの温度が420℃以上の場合には、ニッケルを構成する細かな結晶粒を中程度の大きさに成長させることができる。なお、中程度の大きさの結晶粒を大型の結晶粒に成長させるには多大な時間を要してしまう。 When the temperature of nickel is 420 ° C. or higher, fine crystal grains constituting nickel can be grown to a medium size. It takes a long time to grow medium-sized crystal grains into large crystal grains.
ニッケルの温度が750℃以上の場合には、ニッケルを構成する細かな結晶粒を中程度の大きさに成長させ、更に中程度の大きさの結晶粒を、多大な時間を要することなく大型の結晶粒に成長させることができる。 When the temperature of nickel is 750 ° C. or higher, the fine crystal grains constituting the nickel are grown to a medium size, and the medium size crystal grains are enlarged without requiring much time. Can grow into crystal grains.
ニッケルの温度が800℃以上の場合には、中程度の大きさの結晶粒を大型の結晶粒に成長させる点で特に有利であり、ニッケルの硬度を十分に低下させることができる。 When the temperature of nickel is 800 ° C. or higher, it is particularly advantageous in growing medium-sized crystal grains into large crystal grains, and the hardness of nickel can be sufficiently reduced.
ニッケルの温度が935℃以上の場合には、温度の昇降に時間を要し、熱エネルギーの消費も大きすぎる。 When the temperature of nickel is 935 ° C. or higher, it takes time to increase and decrease the temperature, and the consumption of heat energy is too large.
ニッケルの温度が1000℃を超えた場合には、焼鈍炉に用いる耐火材の寿命も低下し、しかも高価となる。 When the temperature of nickel exceeds 1000 degreeC, the lifetime of the refractory material used for an annealing furnace will also fall and it will become expensive.
また、ニッケルの温度が420℃以上であっても、その温度を保温する時間が1時間未満の場合には、ニッケルの結晶成長が十分に進まない。ニッケルの軟化処理方法では、ニッケルの温度における保温時間の上限は特にないが、酸素と接触した場合の酸化等の危険性の最小化や、時間と熱エネルギーの節約のために、6時間〜12時間程度で切り上げることが好ましい。 Even if the temperature of nickel is 420 ° C. or higher, if the time for keeping the temperature is less than 1 hour, the crystal growth of nickel does not proceed sufficiently. In the nickel softening method, there is no particular upper limit of the heat retention time at the temperature of nickel, but in order to minimize the risk of oxidation and the like when in contact with oxygen, and to save time and heat energy, it is 6 hours to 12 hours. It is preferable to round up in about time.
ニッケルの軟化処理方法では、ニッケルの昇温速度を5℃/h〜30℃/hとするとよい。昇温速度が5℃/hより遅いと、所定の温度に達するまで長時間を要するだけでなく、各種ガスの使用量も増加してしまう。一方、昇温速度が30℃/hより早いと、焼鈍炉内の治具や壁面等から放出された酸素が完全に除去される前にニッケルの反応性が高くなってしまうので、各種ガスの使用量を非常に大きくしなければ、ニッケルが酸化される恐れがある。 In the nickel softening treatment method, the temperature rising rate of nickel is preferably 5 ° C./h to 30 ° C./h. When the rate of temperature increase is slower than 5 ° C./h, not only a long time is required until a predetermined temperature is reached, but also the amount of various gases used increases. On the other hand, if the heating rate is faster than 30 ° C./h, the reactivity of nickel becomes high before oxygen released from jigs and walls in the annealing furnace is completely removed. If the amount used is not very large, nickel may be oxidized.
また、ニッケルの軟化処理方法では、ニッケルの降温速度を10℃/h〜40℃/hとするとよい。 In the nickel softening treatment method, the temperature drop rate of nickel is preferably 10 ° C./h to 40 ° C./h.
降温速度が10℃/hより遅いと、焼鈍炉に十分な断熱能力を備えていない場合に、保温のために多大な熱エネルギーを要する。特に、保温後のニッケルの温度が100℃以上の場合では、熱源として低圧蒸気が使えないので、降温速度は10℃/hと同じかそれより速いことが望ましい。一方、降温速度が40℃/hより速いと、ニッケルの結晶粒が不均一になる恐れがある。 When the temperature lowering rate is slower than 10 ° C./h, a large amount of heat energy is required for heat retention when the annealing furnace does not have sufficient heat insulation capability. In particular, in the case where the temperature of nickel after the heat retention is 100 ° C. or higher, low-pressure steam cannot be used as a heat source. On the other hand, if the temperature lowering rate is higher than 40 ° C./h, nickel crystal grains may become non-uniform.
従って、ニッケルの軟化処理方法では、ニッケルの昇温速度を5℃/h〜30℃/h、降温速度を40℃/h以下とすることが好ましい。 Therefore, in the nickel softening treatment method, it is preferable to set the temperature rising rate of nickel to 5 ° C./h to 30 ° C./h and the temperature decreasing rate to 40 ° C./h or less.
即ち、以上のようなニッケルの軟化処理方法では、ニッケルを非酸化性雰囲気下で加熱し、その温度を420℃〜1000℃で1時間以上保温することにより、ニッケルの結晶粒が大型化するので、ニッケルを軟化させることができる。また、この方法により、厚み10mmもの中にさまざまな大きさの結晶粒が混在している電気ニッケルであっても、投入エネルギーと処理時間を抑えながら、確実に軟化させることができる。 That is, in the above nickel softening method, nickel is heated in a non-oxidizing atmosphere, and the temperature is kept at 420 ° C. to 1000 ° C. for 1 hour or more, so that the nickel crystal grains are enlarged. Nickel can be softened. In addition, this method can surely soften even nickel nickel in which crystal grains of various sizes are mixed in a thickness of 10 mm while suppressing input energy and processing time.
また、ニッケルの軟化処理方法では、ニッケルを非酸化性雰囲気下で加熱しているため、酸化されにくい。従って、軟化させるだけでなく、ニッケルの酸素含有量を低減させることができる。 Further, in the nickel softening method, since nickel is heated in a non-oxidizing atmosphere, it is difficult to be oxidized. Therefore, not only can it be softened, but also the oxygen content of nickel can be reduced.
更に、ニッケルの軟化処理方法では、焼鈍炉内及び/又は焼鈍炉に接続された配管内に圧力計、流量計、酸素濃度計の少なくとも何れかを備えることで、必要最小限の各種ガス量で運転して経済的に軟化処理ができるので、その工業的価値は極めて大きい。 Furthermore, in the nickel softening treatment method, by providing at least one of a pressure gauge, a flow meter, and an oxygen concentration meter in the annealing furnace and / or a pipe connected to the annealing furnace, the necessary minimum amount of various gases can be obtained. Since it can be operated and economically softened, its industrial value is extremely high.
本発明の実施の形態に係るニッケルの切断方法では、上記軟化処理条件下でニッケルの加熱、保温及び徐冷を行い、酸素含有量を低減させ、軟化させたニッケルを作製し、得られたニッケルを切断する。なお、ニッケルの軟化処理条件については、上述した通りであるので、ここでの説明は省略する。 In the nickel cutting method according to the embodiment of the present invention, nickel is heated, kept warm, and gradually cooled under the softening treatment conditions to reduce the oxygen content and produce softened nickel. Disconnect. Since the nickel softening treatment conditions are as described above, description thereof is omitted here.
一般的には、金属の変形(切断)が容易であるかどうかは、ビッカース硬度で評価することができる。一般的な鉄材のビッカース硬度として、純鉄が110kgf/mm2、SUS304が187kgf/mm2であることが知られている。軟化処理を施したニッケルの切断が容易であるか否かについては、このニッケルがこれらの鉄材より小さいビッカース硬度を有しているか否かで判断することができる。 Generally, whether or not metal deformation (cutting) is easy can be evaluated by Vickers hardness. As the Vickers hardness of a general iron material, it is known that pure iron is 110 kgf / mm 2 and SUS304 is 187 kgf / mm 2 . Whether or not the softened nickel can be easily cut can be determined by whether or not this nickel has a Vickers hardness smaller than these iron materials.
つまり、上記鉄材より小さいビッカース硬度とは、上記鉄材のビッカース硬度における最大値、即ち187kgf/mm2未満の数値である。従って、軟化処理を施すことによりニッケルのビッカース硬度が187kgf/mm2未満となれば、このニッケルを容易に切断することができる。例えば、図1に示す切断機10を用いて軟化処理を施したニッケル20を切断し、ピース30を得ることができる。
That is, the Vickers hardness smaller than the iron material is a maximum value in the Vickers hardness of the iron material, that is, a numerical value less than 187 kgf / mm 2 . Therefore, if the Vickers hardness of nickel becomes less than 187 kgf / mm 2 by performing the softening treatment, the nickel can be easily cut. For example, the
まず、図1に示すように、ニッケル20を下側切断機本体11の上に、所望のピース30の大きさに合わせてニッケル20の一端部21が上刃12の真下にくるように載置する。次いで、上側切断機本体13を下方向に作動させることにより、ニッケル20の一端部21が切断されてピース30が得られる。
First, as shown in FIG. 1, the
ニッケル20のビッカース硬度が187kgf/mm2未満である場合には、切断機の上刃12及び下刃14、特に上刃12を変形させることなく、ニッケル20を切断して、ピース30を得ることができる。一方、ニッケル20のビッカース硬度が187kgf/mm2以上である場合には、切断に大きな力を要するうえ、切断機の上刃12及び下刃14、特に上刃12が変形してしまい、変形の大きくなった刃を用いると、適切な形状のピース30を得ることもできない。従って、ニッケルを容易に切断するためには、軟化処理を施したニッケルのビッカース硬度が187kgf/mm2未満であることが好ましい。
When the
以上のようなニッケルの切断方法では、軟化処理を施したニッケルを用いることにより、軟化により小さな外力で切断が可能であるので、ニッケルを切断するための切断機の刃の寿命を延ばすことができる。 In the nickel cutting method as described above, since the softened nickel can be used to cut with a small external force due to the softening, the life of the blade of the cutting machine for cutting nickel can be extended. .
以下に示すサンプル1〜サンプル4によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらによって何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to Samples 1 to 4 below, but the present invention is not limited thereto.
(サンプル1)
サンプル1では、図2に示すように、ニッケルを含む塩化浴を用い、電解採取にて精製した1000mm×1000mm×10mmの電気ニッケルを焼鈍炉に装入し、焼鈍炉内の気圧が0.01torrになるまで真空ポンプで減圧し、その後、焼鈍炉内に窒素を供給した。焼鈍炉内の気圧が大気圧を超えてから、窒素の流量を5L/minまで絞ったところ、焼鈍炉内の気圧は、大気圧に対して+8torrで安定した。
(Sample 1)
In sample 1, as shown in FIG. 2, a 1000 mm × 1000 mm × 10 mm electric nickel purified by electrowinning is charged into an annealing furnace using a chloride bath containing nickel, and the atmospheric pressure in the annealing furnace is 0.01 torr. Then, the pressure was reduced with a vacuum pump until nitrogen gas was obtained, and then nitrogen was supplied into the annealing furnace. When the flow rate of nitrogen was reduced to 5 L / min after the atmospheric pressure in the annealing furnace exceeded the atmospheric pressure, the atmospheric pressure in the annealing furnace was stabilized at +8 torr with respect to the atmospheric pressure.
また、電気ニッケルの温度は、2枚の電気ニッケルによって熱電対を挟んで測定を行った。 The temperature of the electric nickel was measured by sandwiching a thermocouple between two sheets of electric nickel.
次に、焼鈍炉内の温度が800℃になるまで15℃/hで昇温し、電気ニッケルを加熱し、焼鈍炉内の温度800℃を6時間維持した。その後、1日半かけて自然冷却し、焼鈍炉内の温度が25℃になった時点で窒素の供給を停止し、焼鈍炉を開けて、焼鈍した電気ニッケル(以下、「焼鈍後電気ニッケル」という。)を回収した。 Next, the temperature was raised at 15 ° C./h until the temperature in the annealing furnace reached 800 ° C., the electric nickel was heated, and the temperature in the annealing furnace was maintained at 800 ° C. for 6 hours. After that, it was naturally cooled over a day and a half, and when the temperature in the annealing furnace reached 25 ° C., the supply of nitrogen was stopped, the annealing furnace was opened, and the annealed electrical nickel (hereinafter referred to as “post-annealed electrical nickel”). Recovered).
次に、以上の操作で得られた焼鈍後電気ニッケルを、図1に示す全て未使用の刃を装着した切断機10で切断した。その結果、166,463回の切断を終えたところで異常な形状のピースが産出され、切断機10の刃に大きな刃こぼれが見られた。
Next, the electronickel after annealing obtained by the above operation was cut with a cutting
サンプル1では、166,463回の切断作業で発生した騒音は95dBであった。更に、切断作業で得られたピースから3枚を採取し、ビッカース硬さ試験によりビッカース硬度を測定したところ、その平均値は、108.4kgf/mm2であった。 In sample 1, the noise generated by the cutting operations of 166 and 463 times was 95 dB. Further, three pieces were collected from the pieces obtained by the cutting operation, and the Vickers hardness was measured by a Vickers hardness test. The average value was 108.4 kgf / mm 2 .
また、サンプル1では、焼鈍炉から回収した焼鈍後電気ニッケルを分析したところ、表1に示した組成であり、その中でも、焼鈍後電気ニッケルに含まれる酸素は0.0037%であった。 Moreover, in the sample 1, when the electronickel after annealing collect | recovered from the annealing furnace was analyzed, it was the composition shown in Table 1, Among them, the oxygen contained in the electronickel after annealing was 0.0037%.
(サンプル2)
サンプル2では、図3に示すように、焼鈍炉で加熱処理を施さなかった電気ニッケル(以下、「非加熱電気ニッケル」という。)を用い、非加熱電気ニッケルを、図1に示す全て未使用の刃を装着した切断機10で切断した。その結果、110,975回の切断を終えたところで異常な形状のピースが産出され、切断機10の刃に大きな刃こぼれが見られた。
(Sample 2)
In Sample 2, as shown in FIG. 3, the electric nickel not heated in the annealing furnace (hereinafter referred to as “non-heated electric nickel”) is used, and the non-heated electric nickel is completely unused as shown in FIG. Was cut with a cutting
また、サンプル2では、110,975回の切断作業で発生した騒音は105dBであった。更に、切断作業で得られたピースから3枚を採取し、ビッカース硬さ試験により、非加熱電気ニッケルのビッカース硬度を測定したところ、その平均値は200.4kgf/mm2であった。 In sample 2, the noise generated by the cutting operation 110,975 times was 105 dB. Further, three pieces were collected from the pieces obtained by the cutting operation, and the Vickers hardness of the non-heated electric nickel was measured by the Vickers hardness test. As a result, the average value was 200.4 kgf / mm 2 .
一般的な鉄材のビッカース硬度として、純鉄が110kgf/mm2、SUS304が187kgf/mm2であることが知られているが、非加熱電気ニッケルのビッカース硬度の平均値は200.4kgf/mm2であり、鉄材と比較して非常に硬いことがわかった。 As a general iron material, it is known that pure iron is 110 kgf / mm 2 and SUS304 is 187 kgf / mm 2 , but the average value of non-heated electric nickel is 200.4 kgf / mm 2. It was found to be very hard compared to iron materials.
また、サンプル2では、得られた非加熱電気ニッケルを分析したところ、表1に示した組成であり、その中でも、非加熱電気ニッケルに含まれる酸素は0.0046%であった。 Moreover, in the sample 2, when the obtained non-heated electric nickel was analyzed, it was the composition shown in Table 1, and oxygen contained in non-heated electric nickel was 0.0046% among them.
サンプル1とサンプル2において、各電気ニッケルのビッカース硬度を比較したところ、サンプル2の200.4kgf/mm2から、サンプル1の108.4kgf/mm2へと低下していた。このことから、焼鈍炉での加熱処理によって、電気ニッケルが軟化することがわかった。 In Sample 1 and Sample 2, it was compared Vickers hardness of each electric nickel, 200.4kgf / mm 2 Sample 2 was reduced to 108.4kgf / mm 2 of the sample 1. From this, it was found that the electric nickel was softened by the heat treatment in the annealing furnace.
各電気ニッケルの切断作業で生じる騒音を比較したところ、サンプル2の105dBから、サンプル1の95dBへと低下していた。このことから、電気ニッケルの軟化によって、切断機の刃にかかる衝撃が低減されることがわかった。 When the noise generated by the cutting work of each electric nickel was compared, it was reduced from 105 dB of sample 2 to 95 dB of sample 1. From this, it was found that the impact on the blade of the cutting machine is reduced by the softening of the electric nickel.
各電気ニッケルの切断作業における切断機10の刃の寿命は、サンプル2の110,975回から、サンプル1の166,463回へ向上していた。これらのことから、切断機の刃にかかる衝撃が低減されることによって、刃の寿命の延長が可能になることがわかった。
The life of the blade of the cutting
サンプル1とサンプル2において、各電気ニッケルに含まれる元素について比較したところ、表1に示す通り、両者に含まれる元素組成は略同じであった。このことから、焼鈍炉での加熱処理によって、各電気ニッケルの組成に変化は見られず、非加熱電気ニッケルと比較して、焼鈍後電気ニッケルの酸化が抑えられることがわかった。 In Sample 1 and Sample 2, when the elements contained in each electric nickel were compared, as shown in Table 1, the elemental compositions contained in both were substantially the same. From this, it was found that the heat treatment in the annealing furnace did not change the composition of each electric nickel, and compared with the non-heated electric nickel, the oxidation of the electric nickel after annealing was suppressed.
(サンプル3)
サンプル3では、焼鈍炉内の温度800℃を6時間維持した後、焼鈍炉内に供給する窒素を15℃以下としたこと、及び、1日半かけて自然冷却するところを19時間かけて焼鈍炉内の温度25℃まで冷却したこと以外はサンプル1と同様にして操作を行い、焼鈍後電気ニッケルを回収した。
(Sample 3)
In sample 3, after maintaining the temperature in the annealing furnace at 800 ° C. for 6 hours, the nitrogen to be supplied into the annealing furnace was set to 15 ° C. or less, and the place to be naturally cooled over a day and a half was annealed over 19 hours. The operation was performed in the same manner as Sample 1 except that the temperature in the furnace was cooled to 25 ° C., and the electronickel was recovered after annealing.
サンプル3では、得られた焼鈍後電気ニッケルを、サンプル1と同様にして切断機10で切断した。その後、切断作業で得られたピースの、サンプル1と同様にしてビッカース硬度を測定したところ、その平均値は、192.7kgf/mm2であった。
In Sample 3, the obtained post-annealed electronickel was cut with a cutting
サンプル1とサンプル3において、各電気ニッケルの降温速度を比較したところ、サンプル1では約21.5℃/hであったが、サンプル3では約40.8℃/hであった。このことから、降温速度の上昇により、サンプル1の焼鈍後電気ニッケルと比較して、サンプル3の焼鈍後電気ニッケルが硬くなることがわかった。 Sample 1 and sample 3 were compared with each other in terms of temperature drop rate, and in sample 1, it was about 21.5 ° C./h, but in sample 3, it was about 40.8 ° C./h. From this, it was found that the electrical nickel after annealing of sample 3 becomes harder than the electrical nickel after annealing of sample 1 due to the increase in the temperature drop rate.
(サンプル4)
サンプル4では、焼鈍炉内に窒素を供給しなかったこと以外はサンプル1と同様にして操作を行い、焼鈍後電気ニッケルを回収した。焼鈍炉内の気圧は、真空ポンプの停止時が0.01torr、加熱開始時が0.05torr、自然冷却の終了時が大気圧+0torrであった。
(Sample 4)
Sample 4 was operated in the same manner as Sample 1 except that nitrogen was not supplied into the annealing furnace, and the electronickel was recovered after annealing. The atmospheric pressure in the annealing furnace was 0.01 torr when the vacuum pump was stopped, 0.05 torr when heating was started, and atmospheric pressure + 0 torr when natural cooling was finished.
得られた焼鈍後電気ニッケルは、サンプル1と同等のビッカース硬度を有する程度に軟化されたものであったが、灰黒色を呈しており、酸素含有量は1%を超えていた。 The obtained post-annealed electric nickel was softened to such an extent that it had a Vickers hardness equivalent to that of Sample 1, but was grayish black and had an oxygen content of over 1%.
サンプル1とサンプル4において、各焼鈍後電気ニッケルの酸素含有量を比較したところ、焼鈍炉内へ窒素ガスを供給したサンプル1より、供給しなかったサンプル4の方が、焼鈍後電気ニッケルに含まれる酸素量が多かった。このことから、焼鈍炉内へ窒素ガスを供給しなかったことにより、サンプル1の焼鈍後電気ニッケルと比較して、サンプル4の焼鈍後電気ニッケルの方が酸化されやすいことがわかった。 In sample 1 and sample 4, when the oxygen content of the electronickel after annealing was compared, sample 4 that was not supplied was included in the electronickel after annealing rather than sample 1 in which nitrogen gas was supplied into the annealing furnace. There was a lot of oxygen. From this, it was found that the electric nickel after annealing of sample 4 was more easily oxidized than the electric nickel after annealing of sample 1 because nitrogen gas was not supplied into the annealing furnace.
以上のサンプル1〜サンプル4の結果より、窒素ガスで形成した非酸化性雰囲気下で電気ニッケルを加熱し、その温度を420℃〜1000℃の範囲で1時間以上保温し、保温後の降温速度を40℃/h以下とすることによって、電気ニッケルを軟化させることができ、電気ニッケルを切断する切断機10の刃の寿命を延ばすことが可能となることがわかった。
From the results of Sample 1 to Sample 4 above, the electric nickel is heated in a non-oxidizing atmosphere formed with nitrogen gas, and the temperature is kept in the range of 420 ° C. to 1000 ° C. for 1 hour or more. It was found that by setting the temperature to 40 ° C./h or less, the electric nickel can be softened and the life of the blade of the cutting
また、電気ニッケルの焼鈍処理を上述の条件とすることで、ニッケル中の酸素含有量を低く抑えることができることがわかった。これにより、ピース作製時に酸化されたとしても、製品として出荷可能な程度に酸素含有量の低いピースを得ることが可能となる。 Moreover, it turned out that the oxygen content in nickel can be restrained low by making the annealing treatment of electric nickel into the above-mentioned conditions. This makes it possible to obtain a piece having a low oxygen content to the extent that it can be shipped as a product even if it is oxidized during the production of the piece.
10 切断機、11 下側切断機本体、12 上刃、13 上側切断機本体、14 下刃、20 ニッケル、21 一端部、30 ピース 10 cutting machine, 11 lower cutting machine body, 12 upper blade, 13 upper cutting machine body, 14 lower blade, 20 nickel, 21 one end, 30 pieces
Claims (6)
保温後のニッケルの温度が100℃以上である間に、該ニッケルの温度を40℃/h以下で低下させて軟化したニッケルを得て、
前記軟化したニッケルのビッカース硬度が187kgf/mm2未満であることを特徴とするニッケルの軟化処理方法。 Heating nickel in a non-oxidizing atmosphere, keeping the temperature of the nickel within a range of 420 ° C. to 1000 ° C. for 1 hour or more;
While the temperature of the nickel after the heat retention is 100 ° C. or more, the temperature of the nickel is reduced at 40 ° C./h or less to obtain a softened nickel ,
The nickel softening method, wherein the softened nickel has a Vickers hardness of less than 187 kgf / mm 2 .
保温後のニッケルの温度が100℃以上である間に、該ニッケルの温度を40℃/h以下で低下させ、
前記保温後に冷却されたニッケルを切断し、
切断時のニッケルのビッカース硬度が187kgf/mm2未満であることを特徴とするニッケルの切断方法。 Heating nickel in a non-oxidizing atmosphere, keeping the temperature of the nickel within a range of 420 ° C. to 1000 ° C. for 1 hour or more;
While the temperature of the nickel after the heat retention is 100 ° C. or higher, the temperature of the nickel is decreased at 40 ° C./h or lower,
Cutting the cooled nickel after the heat retention ,
A nickel cutting method, wherein the nickel has a Vickers hardness of less than 187 kgf / mm 2 during cutting.
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