JP6558573B2

JP6558573B2 - ステンレス用スケール除去剤

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Publication number: JP6558573B2
Application number: JP2015150294A
Authority: JP
Inventors: 北折　典之; 典之北折; 大西　則彦; 則彦大西
Original assignee: Hakuto Co Ltd; Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Hakuto Co Ltd; Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2035-07-30
Also published as: JP2017031267A

Description

本発明は、ステンレス鋼の溶接時やレーザー加工時に生じるスケールの除去剤に関する。

ステンレス鋼は鉄を主成分とし、クロムを10.5％以上含む合金であり、クロムが合金表面に不動態皮膜を形成することにより、内部への酸化が防止される。このため、優れた耐食性を有している。さらに、クロムとともにニッケルを添加することにより、耐食性を大幅に向上させることができる。ステンレス鋼は耐食性に優れた衛生的な材料として、食品製造設備や厨房器具などの工業分野だけでなく、一般家庭におけるキッチンセット等にも広く利用されている。

ステンレス鋼の接合は、一般には溶接によって行われているが、ステンレス鋼自体の融点は高いため、かなりの高温を要する。このため、溶接部位は激しく酸化されて著しい変色をする。この変色部分はスケールと呼ばれており、直接人体や環境などに悪影響を及ぼすことはないが、美観が大きく損なわれてしまう。また、レーザーによるステンレス鋼の切断加工時も同様なスケールを生じる。このため、従来より、ステンレスの溶接やレーザー加工を行った後に、スケール除去剤によるスケールの除去が行われている。

ステンレス鋼のスケールは化学的に安定な化合物であるため、フッ化水素酸と硝酸の混合溶液という、金属に対して極めて腐食性の強い組成のスケール除去剤が用いられている。しかし、フッ化水素酸は人体に極めて有害なガスであり、スケール除去作業には換気設備や廃ガス処理設備が必要となり、問題となっていた。それにもかかわらず、フッ化水素酸と硝酸の混合溶液からなるスケール除去剤は、さらなる改良が行われており（特許文献１）、現在も使用されている。

一方、フッ化水素酸を全く含んでいないステンレス用スケール除去剤も知られている（特許文献２）。しかし、このスケール除去剤を用いた場合には、高いスケール除去効果が得られず、スケールを除去することにより金属光沢が失われてしまうという問題があった。
この点、本件発明者が開発したスケール除去剤（特許文献３）は、フッ化水素酸を全く含まず、しかも高いスケール除去効果が得られる。しかし、このスケール除去剤を常温で使用した場合は処理時間が長くなり、短時間で処理するには４０〜８０℃の加温が必要であることから、温度制御設備が必要となるという問題があった。また、低温下で白色の沈殿物を生ずるという問題もあった。

特開平９−１３１８３号公報特開２００５−２３２５８５号公報特開２０１２−１１７１１６号公報

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、有害なフッ化水素酸を含んでおらず、室温でステンレス鋼の溶接時のスケールを除去することができ、低温下においても沈殿物が生じないステンレス用スケール除去剤を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記従来の課題を解決すべく、自らが開発した特許文献３に記載の硝酸、クエン酸、キレート剤及び界面活性剤を含む水溶液からなるスケール除去剤の更なる改良をについて鋭意研究を行った。その結果、更に塩酸及び硝酸塩を共存させることによって、常温でステンレス鋼の溶接時のスケールをきれいに除去することができ、しかも低温下での沈殿物の発生を防止できることを見出した。
すなわち、本発明のステンレス用スケール除去剤は、硝酸、クエン酸、キレート剤、及び両性界面活性剤を含む水溶液であって、さらに塩酸及び硝酸塩を含むことを特徴とする。

このステンレス用スケール除去剤によれば、浸漬処理だけでステンレスの溶接部のスケールをきれいに除去することができる。また、フッ化水素酸を全く使用していないため、作業環境が大幅に改善される。さらには、スケール除去に要する時間が短く、室温下で行うことができるため、温度制御設備が不要となる。また、スケール除去剤が−５℃でも沈殿物を生じないため、冬季の保管も容易になる。

本発明者の試験結果によれば、前記硝酸の濃度は３．５質量％以上１０質量％以下、前記クエン酸の濃度は１０質量％以上２０質量％以下、前記キレート剤の濃度は０．６質量％以上１．７質量％以下、前記両性界面活性剤の濃度は３．０質量％以上１０質量％以下であれば、優れたスケール除去能を発揮することができる。

また、前記塩酸の濃度は０．０５質量％以上１．５重量以下、硝酸塩は硝酸カリウムを用いることができ、その濃度は５質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。この濃度範囲内であれば、特に優れたスケール除去機能を発揮できる。

また、本発明のステンレス用スケール除去剤において、更にシュウ酸とリン酸を含む水溶液とすることが好ましい。こうであれば、ステンレスの溶接加工時のスケールのみならず、ステンレス鋼のレーザー加工時のスケールもきれいに除去できることとなる。この場合において、シュウ酸の濃度はは０．０５質量％以上１．５重量％以下、リン酸の濃度は５質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。

以下、本発明のスケール除去剤の実施形態及び実施例について詳述する。

（スケール除去剤の成分）
本発明のステンレス用スケール除去剤は、硝酸、クエン酸、キレート剤、及び両性界面活性剤を含む水溶液であって、さらに塩酸及び硝酸塩を含む。なお、本発明の効果を損なわない範囲で、これらのほかに、着色料、メチルアルコールやエチルアルコール等のアルコール類、等を添加してもよい。また、キレート剤や両性界面活性剤は、複数の種類のものが含まれていてもよい。

本発明のスケール除去剤に含まれる硝酸の濃度については、２質量％以上１５質量％以下とすることが好ましく、さらに好ましいのは３．５質量％以上１０質量％であり、最も好ましいのは４質量％以上６質量％以下である。２質量％未満ではステンレスの溶接スケールの除去が不完全となるおそれがある。また、硝酸の濃度を６質量％を超えて高くしてもスケールの除去効果はそれほど変化はなく、かえって環境負荷が増加するという問題が生ずる。

また、本発明のスケール除去剤に含まれるクエン酸の濃度については、７質量％以上２０質量％であることが好ましく、１０質量％以上２０質量％以下であることがさらに好ましい。クエン酸の濃度が７質量％未満であると、スケールが発生していた部分とスケールが発生していなかった部位との間で色に差が生ずる。一方、クエン酸が２０質量％を超えるとスケールの除去効果が低下する。

また、本発明のスケール除去剤に含まれるキレート剤は、ステンレス鋼から除去されたスケールがステンレス鋼に再付着することを防止するために添加される。キレート剤の濃度は０．１質量％以上１０質量％以下が好ましく、０．２質量％以上５質量％以下がさらに好ましく、０．６質量以上１．７質量％以下が最も好ましい。キレート剤の種類については特に限定はないが、例えばエチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸、キトサンなどを用いることができる。

また、本発明のスケール除去剤には両性界面活性剤が含まれている。両性界面活性剤としては、例えば、ラウリルヒドロキシスルホベタインを主成分とするアンヒトール２０ＨＤ（花王株式会社製）が好適に用いられる。アンヒトール２０ＨＤを用いた場合、本発明のスケール除去剤に含まれる両性界面活性剤の濃度については、３．０質量％未満では界面活性剤添加によるスケールの除去効果が不十分となり、１０質量％を超えるとスケールの除去効果がかえって低下する。したがって、両性界面活性剤の濃度は、３．０〜１０質量％とするのが好ましい。

また、本発明のスケール除去剤に含まれる硝酸塩は硝酸のアルカリ金属塩を用いることができ、特に好ましいのは硝酸カリウムである。硝酸カリウムの濃度は５質量％以上１０質量％以下が好ましい、５重量％未満ではスケール除去が不十分となるおそれがあり、１０質量％を超える処理後の金属光沢が失われるおそれがある。

また、本発明のスケール除去剤には、更に塩酸及びリン酸を含んでいることが好ましい。本発明者らの試験結果によれば、塩酸及びリン酸をさらに添加することにより、室温下においてレーザー加工部のスケールを効率的に除去することが可能となる。塩酸の濃度は
を０．０５質量％以上１．５重量％以下が好ましく、リン酸の濃度は５質量％以上１０質量％以下が好ましい。塩酸の濃度が２質量％以上となると、処理後における金属光沢が失われる。

また、本発明のスケール除去剤において溶媒となる水としては純水が好ましいが、価格の観点から、水道水や工業用水を用いることもできる。

（スケール除去剤の調製方法）
本発明のスケール除去剤の調製方法に特に制限はないが、通常、水に硝酸、塩酸を加えて均一に混合し、そこにクエン酸、ＥＤＴＡ及び硝酸カリウムを投入し均一に溶解して本発明のスケール除去剤を調製する。更にリン酸とシュウ酸を加える場合は、通常、リン酸を投入して均一に混合した後、シュウ酸を投入し均一に溶解するのが好ましい。また、硝酸カリウムに替えてその配合量に相当する硝酸と水酸化カリウムを配合することもできる。尚、調製容器及び接液機器には樹脂コーティング、ガラスライニング又はプラスチック製を用いることが好ましい。

（スケール除去剤の使用方法）
スケール除去剤を浴槽に入れておき、ここにステンレスを溶接した被処理物を浸漬処理する。この時、特に加熱を要することはなく、したがってスケール除去処理における加温設備等は不要となる。このため、処理施設の設置面積も小さくなる。また、傾斜、垂直部位の溶接部に対する適用において液体のスケール除去剤に増粘剤を配合して液だれを防止する手法は、本技術分野では従来から通常行われてきたことであり、本発明のスケール除去剤に増粘剤を配合して該適用に供することを妨げない。

（スケール除去剤の保管方法）
本発明のスケール除去剤は、−５℃となっても沈殿を生ずることはない。これに対して、塩酸及び硝酸塩を含まない、特許文献３に記載のスケール除去剤では、−５℃にすると白色沈殿が生じる。従って、本発明のスケール除去剤の使用が想定される日本国内の冬季の保管に対しても、従来のスケール防止剤より取り扱い性が向上した。

＜スケール除去剤の調製＞
硝酸、クエン酸、EDTA・2Na及びアンヒトール20-HD（ラウリルヒドロキシスルホベタイン）を含有する、以下の組成のベース水溶液を調製し、さらにこのベース溶液に塩酸、硝酸カリウム、シュウ酸及びリン酸に所定量を必要に応じて添加し、更に純水を加えて、下記表１に示す組成の実施例及び比較例のスケール除去剤を調製した。
＜ベース水溶液＞
硝酸８．３５重量部
クエン酸１６．４０重量部
ＥＤＴＡ０．１９重量部
アンヒトール20-HD ３．７０重量部
（ラウリルヒドロキシスルホベタイン）
純水４５．００重量部

−評価−
上記のようにして調製した実施例及び比較例のスケール除去剤から何種類かを選定し、（１）ステンレス鋼溶接部のスケール除去試験、（２）ステンレス鋼のレーザー加工時のスケール除去試験、及び、（３）低温における安定性試験を行った。以下、それらの３試験についての詳細を以下に示す。

（１）ステンレス鋼溶接部のスケール除去試験
２枚のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、厚さ５ｍｍ、縦３ｃｍ、横５ｃｍ）の板をアーク溶接し、これを試験片とした。そして、各試験片を２０℃に保った実施例１〜９及び比較例１〜３のスケール除去剤２００ｍＬ中に６０分間浸漬した。その後、水で十分に洗浄した。スケール除去の評価方法としては、可視領域における分光式色差計(日本電色ＮＦ３３３)を用い、溶接部分の表面反射率を８ｍｍ径のプローブを用いて測定し、目標値の反射率（電解研磨後の試験片の反射率）と比較することで、スケール除去効果を評価した。また、スケール除去効果を数値で示すために、除去率を算出した。算出式には（１）式を用いた。なお、表面反射率の測定は、それぞれの試験片について４点測定し、そのときの測定範囲は、可視光領域である４００〜７００ｎｍとした。結果を表２に示す。

（結果）
実施例１〜９については７７％以上の良好なスケール除去率を示した。
また、比較例１の除去率は８０％であるのに対し、比較例１に塩酸を０．８５重量％加えた比較例２の除去率は４６％に低下した。一方、比較例１に硝酸カリウムを９．３８重量％加えた比較例３の除去率は７７％であり、比較例１とほぼ同等であった。比較例１〜３と、実施例１〜３との結果から、比較例１に塩酸と硝酸カリウムを加えた実施例１〜３の除去率は、９８％〜１２０％という良好な除去率となった。
以上の結果から、比較例１のスケール除去剤に更に塩酸と硝酸カリウムを加えることにより、スケール除去機能が良くなるという特異な相乗効果が明らかとなった。
また、実施例１〜４のスケール除去剤では、全て９８％以上の高いスケール除去率を示すが、実施例１〜３では処理後に金属光沢を有していたのに対し、実施例４では処理後に金属光沢を失っていた。したがって、塩酸の配合量は０．０５重量％以上１．５重量％以下が好ましい範囲と判定された。
また、塩酸濃度を０．８５重量％とし、硝酸カリウムの濃度を変化させた実施例５〜９では、硝酸カリウムが５重量％以上とした実施例６〜９において９５％以上の優れた除去率を示すが、実施例９では処理後に金属光沢を失っていた。したがって、硝酸カリウムの添加量は５重量％以上１０質量％以下が好ましいことが分かった。

（２）ステンレス鋼レーザー加工時スケール除去試験
ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４ 10mm×10mm×3mm）を2B法（冷間圧延，熱処理，酸洗い後，軽く冷間圧延して光沢をあげる処理）によって表面仕上げを行った後、レーザービームによって切断（三菱電機ML2512LX，出力670W，切断速度1500mm/min（酸素吹き付け））したものを試験片とし、ステンレス鋼溶接部のスケール除去試験の場合と同様のスケール除去試験を行った。スケール除去剤は実施例７，８，１０及び比較例１，４のものを用いた。結果を表３に示す。

（結果）
その結果、比較例１のスケール除去剤では、ステンレス鋼レーザー加工時のスケールの除去率は３１％と低く、常温処理でのスケールの除去は困難であった。
また、シュウ酸とリン酸が添加されているが、塩酸と硝酸カリウムが添加されていない比較例４では除去率が１４％となり、さらに低下した。
また、塩酸と硝酸カリウムが添加されているが、シュウ酸及びリン酸が添加されていない実施例７及び８では、除去率それぞれ５７％、６６％となり、比較例１や比較例４よりは向上した。
さらに、塩酸、硝酸カリウム、シュウ酸及びリン酸が添加された実施例１０では１０５％となり、ステンレス鋼レーザー加工時のスケールに対しても常温浸漬によって優れたスケール除去機能を発揮することが分かった。即ち、本発明のスケール除去剤における塩酸と硝酸塩に更にシュウ酸とリン酸を加えた場合の特異な相乗効果が明示された。

（３）低温における安定性試験
低温におけるスケール除去剤の安定性を評価するため、実施例１，３，６，７、８及び１０の各スケール除去剤を２５０ｍＬのガラス瓶に２００ｍＬ投入して蓋をし、−５℃の恒温槽内に静置した。４８時間後の状況を目視確認した。また、比較として、特許文献３の実施例１に記載された下記表４の比較例５に示す組成のスケール除去剤を調製し、同様の試験を行った。

その結果、表５に示すように、塩酸及び硝酸カリウムを添加した実施例１，３，６，７、８及び１０では、沈殿物は生じなかったのに対し、比較例５では白色沈殿物が認められた。これらの結果から、塩酸及び硝酸カリウムをさらに添加することにより、低温安定性が良好となることが分かった。

本発明のスケール除去剤は、ステンレス溶接部やレーザー加工部のスケールを除去してするために、好適に用いることができる。

Claims

硝酸、クエン酸、及び両性界面活性剤、並びにＥＤＴＡ又はその塩、を含む水溶液であって、さらに塩酸及び硝酸塩を含むことを特徴とするステンレス用スケール除去剤。
前記硝酸の濃度は２質量％以上１５質量％以下、前記クエン酸の濃度は７質量％以上２０質量％以下、前記ＥＤＴＡ又はその塩の濃度は０．６質量％以上１．７質量％以下、前記両性界面活性剤の濃度は３．０質量％以上１０質量％以下である請求項１に記載のステンレス用スケール除去剤。
前記塩酸の濃度は０．０５質量％以上１．５重量％以下、前記硝酸塩は硝酸カリウムであって５質量％以上１０質量％以下である請求項１又は２に記載のステンレス用スケール除去剤。
更にシュウ酸及びリン酸を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステンレス用スケール除去剤。
シュウ酸の濃度は０．０５質量％以上１．５重量％以下、リン酸の濃度は５質量％以上１０質量％以下である請求項４に記載のステンレス用スケール除去剤。