JP6938342B2

JP6938342B2 - ステンレス鋼板の製造方法

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Publication number: JP6938342B2
Application number: JP2017214664A
Authority: JP
Inventors: 末次　輝彦; 輝彦末次; 川越　崇史; 崇史川越; 孝二瀬戸
Original assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2037-11-07
Also published as: JP2019085616A

Description

本発明は、化学研磨を用いたステンレス鋼板の製造方法に関する。とくに熱延焼鈍後または冷延焼鈍後のステンレス鋼板に化学研磨を施す製造方法に関する。

ステンレス鋼は、耐食性が高い素材であるから、耐食性を付与する表面処理を施す必要がない。そのため、ステンレス鋼製品は、表面処理を施さないで無垢の表面形態で使用されることが通常である。熱間圧延、焼鈍及び酸洗が行われた後のステンレス鋼板の表面には、各処理に起因して種々の表面欠陥が発生する場合がある。例えば、熱間圧延時に生じる表面割れに起因する「ヘゲ疵」（表面が薄片状に剥離した疵、または、部分的に剥離した状態の疵）、焼鈍酸洗工程で施されたメカニカルデスケールに起因する「カサブタ状欠陥」などが知られている。

また、ステンレス鋼材の用途によっては、美麗な表面品質が求められる。上記の表面欠陥が発生したときは、研磨ベルトなどによる機械研磨を用いて、表面欠陥を機械的に削り取る処理が行われる。しかし、機械研磨を行うと、研磨後の表面には研磨目が残存し、最表層には硬質層が発生する。この研磨目から中間の冷間圧延時に微細な割れが発生し、仕上圧延後の最終製品においてスクラッチ状の欠陥として残存する場合がある。

ステンレス鋼板の表面に生じた欠陥は、表面を研磨することによって除去される。例えば、ステンレス鋼板の表面を研磨する方法に関しては、特許文献１に、ステンレス鋼の表面を艶消し状にするため、機械的研磨による研磨傷を付与する表面研磨仕上げが行われる。その後、表面研磨仕上げにより局部的に生じた耐食性に劣る表面層を、化学研磨または電解研磨により溶解除去する処理方法が記載されている。特許文献２に、化学研磨作用を有するシュウ酸水溶液に、機械研磨作用を有する研磨砥粒を分散させた研磨液を用いて、ステンレス鋼を鏡面研磨して仕上げる方法が記載されている。

特開平１−２０８４８４号公報特開平９−１５０３６３号公報

上記の特許文献１、２は、ステンレス鋼の表面を化学研磨する方法を記載している。しかし、いずれも仕上げ処理としての化学研磨を開示しており、熱延焼鈍または冷延焼鈍を行った後のステンレス鋼における表面欠陥に係る課題及び課題解決を示唆するものではない。そこで、本発明は、熱延焼鈍または冷延焼鈍を行った後のステンレス鋼に発生した表面欠陥を解消し、美麗な表面を備えたステンレス鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、熱延工程または冷延工程における焼鈍後のステンレス鋼板を、酸および界面活性剤を含む溶液中に浸漬することにより、ステンレス鋼板の表面の突起部が優先的に溶解されることに着目し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は、以下のものを提供する。

（１）本発明は、熱延焼鈍後または冷延焼鈍後のステンレス鋼板を、酸および界面活性剤を含む溶液中に浸漬し、当該ステンレス鋼板の表面を２ｍｇ／ｃｍ^２以上溶解させる化学研磨を施す工程を含む、ステンレス鋼板の製造方法である。

（２）本発明は、前記溶液が、塩酸、硝酸、リン酸および酢酸からなる群から選択された２種以上が混合された酸液と、界面活性剤と、有機化合物、無機化合物および有機溶媒からなる群から選択された２種以上とを含む、（１）に記載のステンレス鋼板の製造方法である。

（３）本発明は、前記溶液中の浸漬時間が、１ｍｉｎ以上である、（１）に記載のステンレス鋼板の製造方法である。

（４）本発明は、前記化学研磨が施されたステンレス鋼板は、中間圧延または仕上圧延を含む処理が施される、（１）に記載のステンレス鋼板の製造方法である。

本発明によれば、熱延焼鈍後または冷延焼鈍後のステンレス鋼板は、平滑な表面を有するものが得られる。その後の製造工程において、さらに中間圧延、仕上圧延などの加工が施されても、鋼板表面に欠陥の発生が抑制されるため、美麗な表面を備えた最終製品を得ることができる。

本実施形態に係るステンレス鋼板の製造方法の一例を示す図である。化学研磨をした試験材の重量減少割合を示す図である。硬さ試験の測定箇所を説明するための模式図である。化学研磨をした試験材の表面近傍の硬さを示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、これらの記載により限定されるものではない。

本実施形態に係るステンレス鋼板の製造方法は、熱延焼鈍後のステンレス鋼板を、酸および界面活性剤を含む溶液中に浸漬し、鋼板表面を溶解させる化学研磨を施す工程を含むものである。本実施形態に係る化学研磨処理は、熱延焼鈍後のステンレス鋼板に適用できる。熱延焼鈍及び酸洗が施された後、研削ブラシ等によるメカニカルデスケールが施されたステンレス鋼板に対しても適用できる。

図１は、本実施形態に係るステンレス鋼板の製造方法の一例を示す図である。ステンレス鋼板については、スラブを熱間圧延して熱延板とした後、焼鈍処理および酸洗処理を経て、熱延焼鈍板が製造される。焼鈍および酸洗工程においては、焼鈍後にメカニカルデスケールを行い、酸洗後にブラシ研削が行われることがある。また、焼鈍および酸洗後に、熱延焼鈍板の表面疵を除去するために、研磨ベルトなどによる機械研磨が行われる場合もある。その後、熱延焼鈍板に冷間圧延（中間焼鈍及び酸洗を含む）が施されて、冷延焼鈍板を製造するのが一般的である。用途によっては、さらに、仕上圧延（仕上焼鈍、酸洗、光輝焼鈍等を含む）が施される。また、その後、調質圧延、ダル圧延、エンボス圧延、研磨などの仕上処理が施されることもある。得られたステンレス鋼板は、各種形状に成形加工される。

本明細書においては、熱間圧延、焼鈍及び酸洗を経て得られたステンレス鋼板を「熱延焼鈍後のステンレス鋼板」または「熱延焼鈍鋼板」ということがある。冷間圧延、焼鈍を経て得られたステンレス鋼板を「冷延焼鈍後のステンレス鋼板」または「冷延焼鈍鋼板」ということがある。

熱延焼鈍後のステンレス鋼板の表面には、熱間圧延や焼鈍・酸洗などの各工程で生じた欠陥が残存する場合がある。また、熱延焼鈍鋼板の表面欠陥に起因し、冷延焼鈍後のステンレス鋼板においても表面欠陥が残存している場合がある。その表面欠陥を効率的に除去するためには、ステンレス鋼板に化学研磨処理を施すことが好ましい。本実施形態の化学研磨処理は、酸および界面活性剤を含む溶液中に浸漬し、鋼板の表面を一定量以上で溶解することにより、バリ、粒界浸食溝、ヘゲ疵などの凹凸状に存在する表面欠陥および機械研磨による表面の硬質層を十分に除去することができて、鋼板表面の平滑性が向上する。２ｍｇ／ｃｍ^２未満であると、表面欠陥の除去が不十分であり、良好な平滑面が得られないため、２ｍｇ／ｃｍ^２以上を溶解することが好ましい。他方、溶解量が過多であると、表面部分の溶解が過度に進行し、炭化物の付着（スマット）の発生を招く可能性があるので、経済性の観点から６０ｍｇ／ｃｍ^２以下でよい。

本実施形態は、化学研磨液が、塩酸、硝酸、リン酸および酢酸からなる群から選択された２種以上が混合された酸液と、界面活性剤と、有機化合物、無機化合物および有機溶媒からなる群から選択された２種以上とを含むことが好ましい。例えば、＃５０７Ｎ（株式会社横浜ネプロス製）のような塩酸および硝酸が混合された酸液と界面活性剤と有機化合物と有機溶媒を含有する化学研磨液を使用してもよい。また、エスクリーンＳ−２００ＬＳ（佐々木化学薬品株式会社製）のような塩酸、硝酸、リン酸および酢酸が混合された酸液と界面活性剤と有機溶媒を含有する化学研磨液を使用してもよい。

本実施形態は、熱延焼鈍後のステンレス鋼板、当該ステンレス鋼板に研磨ベルトなどによる機械研磨が施された後のステンレス鋼板、または、冷延焼鈍後のステンレス鋼板などのステンレス鋼板を化学研磨用溶液に浸漬し、表面欠陥を除去する。浸漬時間が短いと、表面欠陥を十分に除去することができない。そのため、浸漬時間は、対象となる表面欠陥により異なるが、機械研磨による表面の硬質層には１ｍｉｎ以上、バリや粒界浸食溝には２ｍｉｎ以上、ヘゲ疵には５ｍｉｎ以上であることが好ましい。表面性状に応じて、６ｍｉｎ以上、８ｍｉｎ以上であってもよい。他方、浸漬時間が過度に長いと、鋼板表面に炭化物の付着（スマット）が発生する場合がある。また、作業時間が長くなるので、経済性の観点からも１０ｍｉｎ程度まで浸漬すればよい。

本実施形態に係る化学研磨が施された熱延焼鈍後のステンレス鋼板は、中間圧延（中間焼鈍及び酸洗を含む）及び仕上圧延を含む処理工程に送られて、冷延焼鈍鋼板にされる。仕上圧延が行われた後は、仕上焼鈍、調質圧延をしてもよい。得られたステンレス鋼板は、各種用途の製品素材として使用され、製品形状に成形加工される。

本発明に適用されるステンレス鋼板の鋼種は、制限されるものではない。フェライト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ４３０）、オーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）などを用いることができる。公知の製造方法により、熱間圧延、焼鈍・酸洗、メカニカルデスケールなどの各工程を経て製造された鋼板に適用できる。

以下、本発明の実施例について説明する。本発明は、以下の説明に限定されない。

表１に示すように４つの試験用の鋼板Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４を用意した。フェライト系フェライト鋼としてＳＵＳ４３０ＪＩＬ、オーステナイト系ステンレス鋼としてＳＵＳ３０４の２種のステンレス鋼を用いた。常法によりスラブを、加熱炉内で１２３０℃、２ｈ加熱後、圧下率９８％の熱間圧延を行い、板厚４ｍｍの熱延鋼板を製造した。次いで、熱延鋼板に１０６０℃、２ｍｉｎの焼鈍を施した後、メカニカルデスケールおよび酸洗処理を行った。上記のメカニカルデスケールにおいては、スケールブレーカ処理後にショットブラスト処理を施して、次いで酸洗処理を施した。当該酸洗処理では、酸液に浸漬する毎にその後に砥粒入りブラシで研削処理を施した。これらの各処理によって得られた熱延焼鈍鋼板を鋼板Ｎｏ．１、鋼板Ｎｏ．２として用いた。

鋼板Ｎｏ．３は、鋼板Ｎｏ．２に対して、さらに研磨ベルトなどによる機械研磨を施して作製した熱延焼鈍鋼板である。鋼板Ｎｏ．４は、鋼板Ｎｏ．１と同じ工程で熱延焼鈍鋼板を作製した後、冷間圧延、焼鈍処理および酸洗処理を施して作製した板厚２ｍｍの冷延焼鈍鋼板である。

このような圧延、メカニカルデスケール、酸洗などの各処理が施された結果、鋼板Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の表面状態は、表１に示すような表面欠陥が発生した。

得られた試験用の鋼板Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４において、５０ｍｍ×２５ｍｍの寸法の試験材を切り出した。試験材の表面をアセトンにより脱脂した後、当該試験材を化学研磨液中に浸漬して化学研磨を行った。所定の浸漬時間を経過した後、試験材を化学研磨液から引き上げて、水洗した後、アセトン脱脂、乾燥を行った。得られた試験材を評価試験に供した。浸漬時間（以下、「化学研磨時間」ということもある。）は、１ｍｉｎ、２ｍｉｎ、５ｍｉｎ、１０ｍｉｎとした。

化学研磨液は、エスクリーンＳ−２００ＬＳ（佐々木化学薬品株式会社製）を用いた。当該研磨液は、販売会社の説明書によると、エスクリーンＳ−２００ＬＳ−Ａ（主剤）と、エスクリーンＳ−２００ＬＳ−Ｂ（光沢剤）とを混合して調製した水溶液であり、前者のＡ液は、酸液に相当し、リン酸１６％、硝酸１０％超、塩酸７％、酢酸４％を含有し、後者のＢ液は、アルコール系溶剤５０〜６０％、カチオン系界面活性剤５〜１５％を含有する。本試験の化学研磨液は、Ａ液、Ｂ液、水を、１０００：４３：１０００の配合比で混合して調製した。処理温度（９３〜９５℃）に加熱した化学研磨液中に試験材を浸漬し、化学研磨を行った。

（評価試験）
化学研磨液に浸漬する前と浸漬する後において、それぞれ試験材の表面性状を観察し、また、重量および板厚を測定した。

化学研磨前の試験材は、表１に示すように、鋼板Ｎｏ．１、Ｎｏ．２の表面には、ショット痕のバリ、粒界浸食溝が存在していた。鋼板Ｎｏ．３は、鋼板Ｎｏ．２の表面に機械研磨を施すことによって、バリなどの表面欠陥が除去された一方で、機械研磨に起因する研磨目や硬質層が存在した。鋼板Ｎｏ．４の表面には、ヘゲ疵が存在していた。

それに対し、化学研磨を施した後の鋼板Ｎｏ．１、鋼板Ｎｏ．２は、化学研磨時間が２ｍｉｎであると、バリや粒界浸食溝のような表面欠陥の多くが消失し、５ｍｉｎ以上であると、ほぼ消失した。また、化学研磨を施した後の鋼板Ｎｏ．４は、化学研磨時間が５ｍｉｎ以上であると、ヘゲ疵のカサブタが無くなって窪みになり、鋼板表面の平滑性が良好であった。

図２は、化学研磨時間（ｍｉｎ）に対する試験材の重量減少量（ｍｇ／ｃｍ^２）の変化を示す。化学研磨作用により試験材の表面が溶解されるため、化学研磨時間の経過につれて重量減少量が増加した。化学研磨時間が１ｍｉｎ以上で重量減少量が２ｍｇ／ｃｍ^２以上であった。また、板厚減少量についても、化学研磨時間の経過とともに増加し、化学研磨時間が２ｍｉｎ、５ｍｉｎで、それぞれ板厚減少率が５μｍ以上、１６μｍ以上であった。

（硬さ試験）
鋼板Ｎｏ．３は、熱延焼鈍後の機械研磨により形成された表面の硬質層について調べるため、ナノインデンテーション（Nano Indentation）法により、試験材の断面における硬さを測定した。ナノインデンテーション法は、物質の硬さや弾性率、降伏応力などの力学物性をナノメートルスケールで測る技術である。試料台の上に置かれた試料にダイヤモンド製圧子を押し込むことにより、圧入荷重と圧入変位を測定し、得られた荷重−変位曲線から硬さなどの力学物性を算出できる。試験材を冶具に挟んで固定し、硬さを測定した。なお、測定装置は、ＭＴＳＳｙｓｔｅｍｓ社製のＮａｎｏＩｎｄｅｎｔｅｒＸＰ／ＤＣＭを用いた。

鋼板Ｎｏ．３の試験材を用いて、化学研磨を行う前と化学研磨を行った後において、各試験材の断面の表面近傍における硬さを測定した。図３に示すように、測定箇所は、サンプルの表層から１μｍ以内の位置Ａに３点、表層から約２μｍの位置Ｂに３点、表層から約３μｍの位置Ｃに２点、表層から約１０μｍの位置Ｄに２点、の合計１０箇所を選定した。各測定箇所は、平面方向に沿って１０μｍ程度の間隔を空けて分散するように選定した。

測定結果を図４に示す。熱延焼鈍後に研磨ベルトなどによる機械研磨を行った試験材は、内部の硬さが３ＧＰａ程度であったものの、表面近傍では５ＧＰａ程度と硬さが上昇したことから、表面近傍に硬質層が存在した。この硬質層を有する試験材に対して化学研磨時間が１ｍｉｎ以上であると、表面から内部にかけての硬さが３ＧＰａ程度の範囲にあり、表面近傍の硬質層が除去された。

（冷間圧延処理）
化学研磨された試験材を冷間圧延工程に供して、化学研磨による表面改質効果を確認した。本発明に相当する化学研磨によって表面欠陥を取り除いた鋼板Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の各試験材は、中間圧延、中間焼鈍・酸洗、仕上圧延等の各処理を経て、平滑な表面を有する冷延板が得られた。それに対し、鋼板Ｎｏ．１、鋼板Ｎｏ．２の試験材は、化学研磨が行われていない場合、熱焼鈍鋼板の表面欠陥に起因した、カサブタ状欠陥が残存した。鋼板Ｎｏ．３の試験材は、上記の硬質層に起因して表面に微小な開口が形成され、その後の処理によって上記開口が連続したスクラッチ状欠陥が観察された。

以上の試験結果によれば、熱延焼鈍後または冷延焼鈍後のステンレス鋼板を、酸および界面活性剤を含む溶液中に浸漬し、当該鋼板の表面を２ｍｇ／ｃｍ^２以上溶解させる化学研磨を施す工程を含む、本発明に係る製造方法は、平滑な表面を有するステンレス鋼板が得られることが分かった。そのため、その後の中間圧延、仕上圧延（焼鈍・酸洗を含む）などの処理に供されても、鋼板表面に欠陥の発生が抑制され、美麗な表面を備えた最終製品を得ることができた。

Claims

熱延焼鈍後または冷延焼鈍後のステンレス鋼板を、塩酸、硝酸、リン酸および酢酸が混合された酸液と界面活性剤と有機溶媒とを含む溶液中に浸漬し、当該ステンレス鋼板の表面を２ｍｇ／ｃｍ^２以上溶解させる化学研磨を施す工程を含み、前記溶液中の浸漬時間は、５ｍｉｎ以上である、ステンレス鋼板の製造方法。
前記化学研磨が施されたステンレス鋼板は、中間圧延または仕上圧延を含む処理が施される、請求項１に記載のステンレス鋼板の製造方法。