JPH01316500A - 鋼質金属の陰極電解処理法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鉄と炭素を主成分とする炭素鋼、さらにＮｉ、
　Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｍｎ等の１種または２種以上を含を
した低合金鋼あるいは特殊鋼などの鋼質金属表面の陰極
電解処理法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、形鋼、鋼板など各種形状の鋼質金属は、転炉、電
気炉などの溶解炉で溶製された溶鋼を造塊・分塊工程あ
るいは連続鋳造工程を経て鍛造、圧延などの熱間加工や
冷間加工、さらには規準や焼鈍など熱処理を施して製造
されている。ところがＭｎ、　Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｍｏな
どを多量に含有するステンレス鋼や高マンガン鋼のごと
き高合金鋼を熱間圧延後酸洗すると、板の表面に割れ疵
やへげ疵が局部的に散在し、商品の外観性を劣化する問
題があった。特に鋼質金属の薄板材さらにはメツキや化
成処理を施した表面処理材では問題視されている。

したがって熱間加工前においては鋼質金属片を局部手入
れや全面研削を行う精整工程を経て熱間加工後あるいは
熱間加ニー焼鈍後ショツトブラスト法やワイヤーブラシ
法等の機械的清浄法で予備処理した後、炭素鋼、低合金
鋼およびフェライトステンレス鋼では塩酸あるいは硫酸
水溶液、オーステナイトステンレス鋼は硝酸とぶつ酸と
の混合水溶液に浸漬して表面の疵や割れさらに高温度で
生成したスケールを溶解除去する方法が行われている。

特にステンレス鋼の光沢ある美麗な表面は塩酸又は硫酸
酸洗あるいは硝ふっ酸酸洗の作用効果に依存することが
大きい。しかしながら、これらの酸洗溶液に浸漬して萌
洗処理した場合、被酸洗材の粒界性状によっては表面の
粒界が腐食され、これを冷間圧延すると、例えばフェラ
イトステンレス鋼ではゴールドダストと呼ばれる微小ヘ
ゲ疵を発生する問題がある。このことがら酸洗に起因す
る微小ヘゲ疵の発生を防止し、あるいはそれを低減する
酸洗方法として、特公昭５８−２８３５１号公報の「塩
化第二鉄・塩酸混合水溶液を用いて酸洗する方法」、特
公昭６１−３８２７０号公報の「ショツトブラスト等の
機械的処理の脱スケール法を施した後、希塩酸酸洗し、
次いで希硝酸酸洗する酸洗法」などが開発されている。

こうした酸洗法は、温度５０〜６０℃程度に加熱した酸
洗溶液に鋼質金属を浸漬するもので脱スケールという観
点からは塩酸酸洗は普通鋼から低廉型フェライトステン
レス綱（１１〜１３−ｔ％Ｃｒ）、硫酸酸洗は普通鋼か
ら高Ｃｒフェライトステンレス鋼（１１〜２５ｗｔ％Ｃ
ｒ　）まで同一酸洗浴を適用しうる利点があり、さらに
熱間加工あるいはその焼鈍工程で発生する粒界クロム炭
化物析出に伴う粒界クロム欠乏層を優先腐食せず、粒界
ミクログループを発生しないという利点を有するが、硫
酸酸洗ではリンの粒界偏析に起因する粒界ミクログルー
プを発生する欠点を有している。また塩酸酸洗法と硫酸
酸洗法ではいずれもＮｉを含有するオーステナイトステ
ンレス鋼の脱スケールは不可能であり、硝ふっ酸酸洗法
等の他の酸洗法が必要であり、現状では普通鋼、フェラ
イトステンレス鋼およびオーステナイトステンレス鋼の
脱スケールを同一の酸洗浴で実施しうるものはなく、酸
洗ラインを系列以上設備するか酸洗浴を交換して使用す
る等を余儀なくされている。さらには塩酸酸洗法、硫酸
酸洗法および硝ふっ酸酸洗法はいずれも鋼質金属を酸洗
浴中に浸漬処理し、自然腐食条件下で脱スケール処理を
行うため、最適酸洗表面を得るという点では問題点が多
く、２回あるいは３回以上の酸洗処理を必要とする場合
が多く、脱スケール酸洗時表面溶剤量を制御しうる酸洗
技術の開発が急がれている。

鋼質金属の表面スケールを短時間に除去する効率的な電
解酸洗方法として特公昭５７−２８００号公報の電解脱
スケールがある。この方法は、硫酸又は硝酸水溶液中に
配置した陽極電極板と該陽極板長さの２〜４倍の長さを
もつ陰極板の間に直流電圧をかけその両極の間をステン
レス鋼帯を通過せしめる間接通電方式の電解脱スケール
法を開示するもので、陽極板の面積に対する陰極板の面
積の比率を大きくすることにより、陽極処理時間の増大
を計って脱スケール性を向上しようとするものである。

そのように電解酸洗には陽極的酸洗法と陰極的酸洗法が
あり、陽極的酸洗法は水素脆化の恐れがなく高温、高電
流密度はど脱スケール速度が速く、一方陰極的酸洗法で
は下地金属が殆ど溶解されないということで、−船釣に
は陽極的電解酸洗法が使用されている。このように！１
ｉｉｌ質金属の電解酸洗あるいは電解研磨は、電解溶液
中で被酸洗面あるいは被研磨面に通電して金属の溶解を
行う場合、被酸洗あるいは被研磨金属を陽極とし、直接
電流を通電する方法が二般的である。これに対して陰極
においては酸洗溶液中の水素イオンが還元されて水素ガ
スとなって放出され、金属の熔解は進行しないとされて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者らはこれまでの陰極電解処理法では下地金属は
殆ど溶解されないという一般的常識とは異なり鋼質金属
の表面を短時間で溶解しかつ美麗な外観性状をもつ陰極
電解処理法を開発することを目的に多（の実験と検討を
重ねた結果、硫酸水溶液にＣｒ”イオンを含有する酸洗
溶液中で陰極電解することによってその目的が達成され
ることを知見した。本発明は、この知見に基づいて構成
したもので、その要旨は５〜２００　ｇ／ｌのＣｒ”イ
オンを含有する１００〜６００　ｇ／ｌの濃度の硫酸水
溶液中で鋼質金属を陰極とし、該陰極に対向して設けら
れた陽極との間に電流密度５〜２００Ａ　／　ｄ　ｇを
通電する鋼質金属の陰極電解処理法である。

〔課題を解決するための手段および作用〕以下、本発明
について詳細に説明する。

高温加工や焼なましなどの熱処理を施した炭素綱さらに
Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｍｏ等の強化元素、靭性向上元素や耐
食性向上元素の１種または２種以上を含有した低合金鋼
あるいはステンレス鋼のごとき特殊鋼などの鋼質金属の
表面に生成したスケールあるいは付着した汚物を溶解除
去するとともに下地金属を適当量溶剤して良好な酸洗表
面を製造するためにＣｒイオンを含有する硫酸水溶液中
で該鋼質金属を陰極にして電解処理を行う。硫酸水溶液
中においては炭素鋼およびＮｉを含有しない２５−ｔ％
以下のＣｒを含有するフェライトステンレス鋼は自然浸
漬状態で活性溶解により表面溶剤が行われる。これに対
してＮｉを含有するオーステナイトステンレス鋼は硫酸
水溶液中に浸漬しただけでは殆ど活性溶解は進行しない
。しかしながら、本発明の陰極電解処理法によれば、硫
酸水溶液中における陰極部で水素ガスの発生条件下でオ
ーステナイトステンレス鋼を含むすべての鋼質金属の溶
解が進行する。本発明者らは硫酸水溶液以外に塩酸、燐
酸水溶液等各種酸中に、おける陰極電解処理効果を検討
し、いずれの酸中においても陰極溶解が進行することを
確認したが、その溶解量は硫酸水溶液中におけるそれに
比して著しく小さく実用的でないことを確認した。硫酸
水溶液中における顕著な陰極溶解のメカニズムの詳細は
現状では明らかではないが、本発明者らは陰掻通電下で
化学的活性溶解反応が進行することによると考えている
。−船釣に陰極電解液として使用される水酸化ナトリウ
ムに塩化ナトリウム、塩酸などを添加した溶液に較べ、
硫酸水溶液中では極めて高速の金属溶解が進行するとい
うすぐれた特徴を示すが、このような硫酸水溶液中の作
用効果はいかなる濃度においても得られるというもので
はない。第１図は各種濃度の硫酸水溶液（温度８０℃）
でＳＵＳ　４３０鋼を電解酸洗処理した時の該鋼の溶解
深さを陽極電解処理部と陰極電解処理部で比較して示し
たものである。１００ｇ／Ｉ！未満の薄い濃度では陰極
電解処理部が陽極電解処理部を越える溶解深さが得られ
ず、また６００ｇ／Ｊを越える濃度では過度に溶解して
鋼表面は孔食状の不均一溶解が進行し、均質な表面品質
を得ることが困難になるとともにコストアップ要因とも
、なる。したがって、本発明において鋼質金属表面を溶
剤し、孔食状の不均一溶解を防止して均質な表面性状を
得るために硫酸水溶液の濃度を１００〜６００　ｇ／ｌ
とした。さらに本発明は硫酸水溶液に重クロム酸ナトリ
ウム（ＮａｚＣｒｚＯｑ　）、重クロム酸カリウム（に
２Ｃｒ、Ｏｒ　）、無水クロム酸（Ｃｒ（ｈ　）のごと
き硫酸水溶液中でＣｒイオンを生成する化合物を添加す
る。Ｃｒイオンを含有する硫酸電解質溶液中においては
、陰極電解処理部でＣｒ”イオンがＣｒ”イオンに還元
され、鋼質金属の溶解（Ｍ→Ｍ”＋ｎｅ−）にともない
発生する電子（ｅ−）を消費（Ｃｒ”　＋　３　ｅ　−
−Ｃｒ”）することにより、金属の溶解速度を高めると
ともに粒界に偏析したリンによる水素発生反応を低減し
、粒界ミクログループの発生を防止して良好な表面性状
の製造を可能とする。第２図は３００　ｇ／ｌの濃度の
硫酸水溶液（温度８０°Ｃ）中に各種濃度のＣｒ６＋イ
オンを添加して５ＵＳ３０４鋼を陰極電解処理した場合
の該金属の溶解深さを示したもので、該電解質溶液中に
単純浸漬したのみでは何の変化も見られないが、陰極電
解処理した場合顕著な溶解深さを示す。すなわち、本発
明において限定したＣｒ６°イオンの含有量は鋼質金属
の表面について短時間に顕著な溶剤作用が得られる範囲
であって、５ｇ／１未満の薄い濃度また２　００　ｇ／
ｌを越える濃い濃度ではその種の効果が望めない。

さらに本発明は、こうしたＣｒ６°イオンを含有する硫
酸水溶液を用いてｍ質金属を陰極とし、該金属に対向し
て設けられる陽極との間に電流密度５〜２００Ａ／ｄイ
を通電する。電流密度は鋼質金属の溶解速度を加速する
もので、第３図に５０ｇ／ｌのＣｒ　＆　＋イオンを含
有する３００ｇ／βの濃度の硫酸水溶液（温度８０℃）
中で６０秒の陰極電解処理した５ＵＳ４３０鋼の溶剤深
さを示す。すなわち５　Ａ　／　ｄ　ｒｔｒ未満の小電
流密度では十分な陰極溶剤効果を得ることができず、ま
た２００　Ａ　／　ｄ　ｍを越える過剰な大電流密度で
は溶液抵抗のため液温急上昇を生起するとともに陰極溶
剤量も飽和して（る。したがって、陰極電解処理を効果
的に行うとともに電解溶液の温度制御を行う上から電流
密度を５〜２００　Ａ　／　ｄ　ｒａとした。

上記のような本発明の鋼質金属の陰極電解処理法はＳ＋
質金金属浸漬法あるいは連続法など任意な方法で処理さ
れる。

〔実施例〕

炭素鋼、Ｃｒを約１７％含有するＳＵＳ　４３０゜Ｃｒ
を約２３％含有する高Ｃｒフェライトステンレス鋼およ
びオーステナイトステンレス鋼の５ＵＳ３０４のそれぞ
れについて８０℃で６０秒間陰極溶解を行った場合の溶
解深さを１０ｇ／ｆｆのＣｒ　６　＋イオン−１５０ｇ
／ｌの硫酸、１００ｇ／ｊ’のＣｒ”″イオンー１５０
ｇ／ｌの硫酸について第１表と第２表、１０　ｇ　／　
ｌのＣｒ６＋イオン−３００ｇ／βの硫酸、７５ｇ／Ｉ
！のＣｒｔｈ＋イオン−３００ｇ／ｌの硫酸、１８０ｇ
／ｌのＣｒ”イオン−３００ｇ／ｌの硫酸についてそれ
ぞれ第３表、第４表と第５表および１５ｇ／ｆｆのＣｒ
”イオン−５５０ｇ／ｌの硫酸、１７５ｇ／ｌのＣｒ”
″イオンー５５０ｇ／ｌの硫酸について第６表と第７表
に示す。従来の陰極通電を施さない単純浸漬では、炭素
鋼以外筒　　　１　　　表 第　　　２　　　表 第　　　３　　　表 第　　　４　　　表 第　　　５　　　表 第　　　６　　　表 第　　　７　　　表 のステンレス鋼は全く金属の溶解は認められないが、本
発明法によればいずれの鋼種とも高い陰極溶解量を示す
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、炭素鋼からフェライトステンレス鋼お
よびオーステナイトステンレン鋼まですべての鋼質金属
の脱スケール処理を同一酸洗槽、同一酸洗浴で実施する
ことが出来るとともに単純浸漬処理に比して２〜３倍の
高速溶剤が可能なことがら酸洗の前工程で発生した各種
の表面疵の除去を溶剤量制御条件で行うことが出来る。

さらに、通常の硫酸水溶液中での自然浸漬法による脱ス
ケール酸洗時に発生する鋼中不純物リンの粒界偏析に起
因する粒界ミクログループの発生を防止しうるとともに
、硝ふっ酸酸洗時あるいは陽極部で発生する粒界クロム
欠乏層に起因する粒界ミクログループの発生も防止する
ことが出来、外観性の優れた光沢表面が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は５ＵＳ４３０鋼の８０℃の１００〜６００　ｇ
／ｌの濃度の純硫酸溶液中における直流電流通電下の陽
極および陰極における６０秒当りの金属溶解深さの硫酸
濃度依存性を示す図である。 第２図は５ＵＳ３０４鋼の８０℃の３００　ｇ／２の濃
度の硫酸溶液中における自然浸漬および陰極通電下の６
０秒当りの金属溶解深さのＣｒ”イオン濃度依存性を示
す図である。 第３図はＳＵＳ　４３０鋼の８０℃の５０ｇ／ｊ２のＣ
ｒ”イオンを含有する３００ｇ／ｆｆの濃度の硫酸溶液
中における６０秒当りの陽極および陰極における金属溶
解深さの電流密度依存性を示す図である。 第１図 硫酸濃度（ｇ／Ｌ） 溶解深さ（μｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ５〜２００ｇ／ｌのＣｒ＾６＾＋イオンを含有する１０
   ０〜６００ｇ／ｌの濃度の硫酸水溶液中で鋼質金属を陰
   極とし、該陰極に対向して設けられた陽極との間に電流
   密度５〜２００Ａ／ｄｍ＾２を通電して陰極溶解するこ
   とを特徴とする鋼質金属の陰極電解処理法。