JPH0219486A - 金属および合金の脱皮膜処理方法 - 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、活性成分として鉄（Ｉ）イオンを含有する塩
化硫酸鉄および／または塩化鉄および／または硫酸鉄の
水溶液を用いて、金属および合金の、特に合金鋼、高合
金鋼、および炭素鋼の、酸化物層およびスケールを除去
する脱皮膜処理（ビククリング）方法に関する。

〔従来の技術〕

金属および合金の表面を処理＄よび精製するいくつかの
方法が公知である。公知方法によれば、はとんどの場合
、炭素鋼および低合金鋼の酸洗を、硫酸および塩酸を用
いて温度範囲２０〜８０℃で行なっている。

１０％ｕａｌ硫酸は酸化鉄にくらべて鉄を６倍多く溶解
して少量のスケールを形成することが知られている（旧
ｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、Ｓａｃ、　Ｕ、　９　（１９６２
）、　ｐ、　１０３．　）。

ＮＭ、　２ｅｔｖｌｎ、　Ｆ、　Ｓｚ、　Ｒｏｈｏｖｓ
ｚｋａｊａおよびＶ、　Ｉ、　Ｕｓａｋｏｖ（“Ｒｅｍ
ｏｖａｌ　ｏｆ　ｏｘｉｄｅ　１ａｙｅｒ　ｆｒｏｍ　
ａ　ｍｅｔａｌ　５ｕｒｆａｃｅ”。

ｐ、　１９５．　Ｍｏｓｃｏｗ、　１９６４）によれば
、塩酸を用いると脱皮膜速度が著しく速くなり、直接的
な化学溶解によって約４０％のスケールを除去すること
ができ、金属損が少ない。

ＨＵ−ＰＳ１６３６８５に開示された溶液によると、塩
酸および硫酸をそれぞれ用いて各脱皮膜性の有利な特徴
を同時に具備しており、前記２つの方法を組み合わせて
、後者すなわち硫酸を用いた２浴式を適用せずに単一の
塩酸浴を用い、元の酸洗効率を１０〜１５％高めること
ができる。

しかし、塩酸、硫酸、およびこれらを組合せて用いると
、添加成分を用いない限り金属損が著しく、その一方で
化学反応の結果放出された原子状水素が母材金属の組織
中に拡散して金属の機械的性質を劣化させるという問題
がある。更にもう一つの欠点は、高合金鋼の表面のスケ
ール層が、塩に難溶または不溶の金属酸化物を含むこと
である。

上記の鋼の酸化物層およびスケールを酸性溶液中で除去
するために、硫酸および塩酸に加えて硝酸およびフッ化
水素またはこれらの混合物が用いられる。

塩酸およびフッ化水素は有害な蒸気を発生させ、硝酸の
場合はＮＯ，ガス、硫酸の場合は濃密な硫酸霧が発生す
るため、これらが工場の環境中に放出されると作業者の
健康に有害である。

高合金鋼の酸化物層の除去および脱スケールに最も有効
な方法は溶融塩中での脱皮膜処理である。

その１つである溶融塩脱皮膜性は、酸化機構によって作
用し、水酸化ナトリウムに加えて酸化剤として硝酸す）
　ＩＪウムを用いる。脱皮膜処理温度は一般的に５００
〜５３０℃の範囲である。塩浴の後で、塩酸または硫酸
脱皮膜溶液を用いるか、あるいは残留する鉄やニッケル
の酸化物を水素気流中で還元する。

従来適用されている方法では、還元の原理に基すいた塩
浴中での脱皮膜性は最も近代的な方法の１つであり、水
酸化ナトリウムと水素化ナトリウムを含有する塩浴を用
いる。水素化ナトリウムは、脱スケール融液を収容した
タンク中で、無水水酸化ナトリウムに金属ナトリウムを
連続的に添加することによって、その場（ｉｎ　５ｉｔ
ｕ）生成する。

ＨＵ−ＰＳ１５８８７２は、高濃度の活性成分を含む融
液を迅速かつ安定して製造する方法であり、攪拌装置を
備えた別個のオートクレーブ中で、温度３５０〜４３０
℃、圧力ＩＱｂａｒ未満で、水素または水素含有ガスの
存在下で、水酸化ナトリウムに金属ナトリウムを添加す
る。

塩浴を用いた方法の欠点は、使用材料および処理温度の
ために材料およびエネルギーのコストが高く、かつ設備
費も高いことである。処理自体においても、特に水酸化
物を用いた脱皮膜処理の場合には、酸素と大気中の水分
との影響下で行なう限り、活性成分が爆発的に分解する
ので高度な技術的訓練と高度の技能を持った作業者とに
よってのみ操業可能であるという欠点がある。更に、脱
皮膜処理で発生する廃棄物の環境汚染作用を解消しなけ
ればならない。

”Ｃｌｅａｎｉｎｇ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ　５ｕｒｆａｃ
ｅｓ　ｉｎ　１ｎｄｕｓｔｒｙ（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　
Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、　Ｂｕｄａｐｅｓｔ、　１９７
２）の５４ページによれば、銅および銅合金を１０％硫
酸中、８０℃で脱皮膜処理する。この条件が満たされれ
ば、酸化銅は脱皮膜浴中に十分溶解する。しかし、製品
の酸化が著しい場合には、酸化剤（重クロム酸カリウム
）を硫酸に添加することになる。

また、上記文献によれば、銅製品の脱皮膜処理に、硫酸
と硝酸の２：１混合液を温度５０〜８０℃を適用するこ
とができる。

上記方法の欠点は、脱皮膜処理中に硫酸の濃密な霧と塩
酸の蒸気が発生し、これらが工場の環境中に放出される
と作業者の健康を損ねること、およびこれらを排気消滅
させる設備が高価なことである。更に、添加物を用いな
いと金属損が大きいことも欠点である。

前記文献の３４ページによれば、アルミニウムは酸化物
（Ａ　Ｒ２０３）が両性であり、アルカリにも酸にも良
く溶けるので、酸でもアルカリでも脱皮膜処理できる。

実際には、アルカリ脱皮膜処理の方が、金属表面の酸化
物層をより効率的に溶かせるので、多く用いられる。こ
の脱皮膜処理は１０〜２０％の水酸化す）　ＩＪウム溶
液中で温度５０〜８０℃、時間２〜３分で行なわれる。

公知方法によれば、表面品質を向上させるために水酸化
ナトリウム１００ｇ１塩化ナトリウム２０ｇ１水ＩＩ２
の組成の脱皮膜浴を用いる。光沢面を得るために、水酸
化ナトリウム５０〜１００　ｇ　、フッ化ナトリウム２
０〜５０ｇ、水１１の組成の脱皮膜浴を用いる。銅含有
量の高いアルミニウム製品を脱皮膜処理するために、脱
皮膜浴に硝酸を添加する。シリコン、ニッケル等の不純
物を含有する場合には、溶液にフッ化水素を添加する。

上記脱皮膜方法の欠点は、使用済の脱皮膜浴中に環境有
害性成分が含まれており、この成分を中和または破壊す
るにはかなりの費用を必要とすることである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、有利゛な操業環境と好ましい条件下で
、材料コスト、エネルギーコスト、および設備コストを
低減した、金属および合金の、特に合金鋼、高合金鋼、
および炭素鋼の酸化物層およびスケールを除去するのに
十分適した脱皮膜方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、塩化硫酸鉄および／または塩化鉄および／ま
たは硫酸鉄の水溶液と脱皮膜対象表面とが形成する酸化
還元系において、鉄（Ｉｎ）が母材金属中に含まれる低
酸化数の成分と反応して、これらの成分を付着性酸化物
層（スケール）と−緒に離脱し除去するという知見に基
すいている。表面を水で洗浄すれば、酸化物の無い母材
金属表面が得られる。

前記の目的は、本発明によれば、金属および合金の表面
の酸化物層およびスケールを除去する脱皮膜処理方法に
おいて、塩化硫酸鉄（ＩＩＩ）および／または塩化鉄（
ＩＩＩ）および／または硫酸鉄（ＩＩＩ）を含有し、酸
を含有しないまたは２〜３０ｗｔ％の鉱酸を含有する、
１５〜２００　ｇ　／　Ｉ！鉄（ＩＩＩ）イオンの水溶
液中で２０〜８０℃の温度および５〜４０分の時間で金
属または合金を処理することを特徴とする、金属および
合金の脱皮膜処理方法によって達成される。

金属または合金が、合金鋼、高合金鋼、または炭素鋼で
あることが好適であり、これらを脱皮膜浴中でばらばら
にまたはプルオーバー方式で処理することが便利である
。

脱皮膜処理の温度が４０〜６０℃であることが望ましい
。

脱皮膜処理の時間が１０〜３０分であることが望ましい
。

水溶液中の鉱酸の含有景が８〜１２１１１ｔ％であるこ
とが望ましい。

本発明にしたがえば、ばらばらの材料を脱皮膜処理する
場合、用意した複数のタンク中で、塩化硫酸鉄または塩
化鉄または硫酸鉄またはこれらの混合物と２〜３０ｗｔ
％の鉱酸とを含有する脱皮膜処理浴を用い、順番に並ん
だタンク中で活性成分である１５０ｇ／βの鉄（ＩＩＩ
）イオンの濃度が次第に高くなるようにする。脱皮膜処
理浴の温度を望ましくは４０〜６０℃に保持し、脱皮膜
処理対象金属を表面品質に応じて次第に高い活性成分濃
度で望ましくは１０〜３０分間処理する。脱皮膜処理の
完了後の表面を水で洗浄する。

プルオーバー方式で脱皮膜処理する場合には、脱皮膜処
理対象材を複数の脱皮膜処理浴に通す。

塩化硫酸鉄または塩化鉄または硫酸鉄またはこれらの混
合物と２〜３０ｗｔ％の鉱酸とを含有する望ましくは４
０〜６０℃の温度の脱皮膜処理浴中に、活性成分として
鉄（ＩＩＩ）イオンが次第に高い濃度で、１５〜２００
　ｇ　／βの量で存在する。

脱皮膜速度は、脱皮膜後の表面品質に応じて選択する。

脱皮膜処理は水によるフラッシングで終了する。

いずれの方式でも、脱皮膜処理に用いた浴は、その場で
（ｉｎ　５ｉｔｕ）または別の設備で、塩素処理によっ
て再生される。

以下に、実施例によって本発明を更に詳しく説明する。

実施例１ 脱皮膜処理設備としてバスケット−ロッカ移動方式のパ
ネルボード型脱皮膜装置を用い、冷水および温水でフラ
ッシングを行なった。

脱皮膜処理の対象として、耐酸性オーステナイトステン
レス鋼板ＫＯ３７（寸法：　１０００　Ｘ２０６０　Ｘ
　４　ｍｆｌ＋）で高温成形工程で生成したスケール層
のあるものを用いた。

スケール層の量＝１８０〜２００　ｇ　／　ｍ”脱皮膜
処理浴の量：　５４００　ｊ２ 塩化硫酸鉄を用いて脱皮膜処理を行なった。

Ｆｅ３＋含有１：６３ｇ／ｌ 脱皮膜処理温度＝４５℃ 塩酸含有量：２％ 脱皮膜処理時間：１７分 脱皮膜処理された表面は、酸化物が無く、銀白色であり
、過剰脱皮膜の現象は観察されなかった。

実施例２ 実施例１の設備を用い、処理対象として低合金電気鋼板
Ｄｉｎａｍｏ　（寸法：　１０００　Ｘ２０００　Ｘ　
５　ｕ）で最終熱処理時のスケールが被覆されているも
のを用いた。

スケールの量：９８ｇ／ｍ’ 塩化硫酸鉄を用いて脱皮膜処理を行なった。

Ｆｅ３＋含有量：　４７　ｇ／Ｉｌ 脱皮膜処理温度＝５５℃ 脱皮膜処理時間＝３０分 脱皮膜処理された表面は銀白色、酸化物なし、無光沢で
あった。

実施例３ 実施例１の設備を用い、処理対象として鋼板Ａ３８（寸
法：　１０００　Ｘ２０００　Ｘ　２　ｍｍ）で熱処理
時のスケールが被覆されているものを用いた。

塩化鉄（Ｉ［Ｉ）溶液を用いて脱皮膜処理を行なった。

Ｆｅ’＋含有量：４５ｇ／Ｉｌ 脱皮膜処理温度：４０℃ 脱皮膜処理時間：２５分 脱皮膜処理された表面は白、色、無光沢であった。

実施例４ 実施例１の設備を用い、処理対象として耐酸鋼板ＫＯ３
６（寸法：　１０００　Ｘ２０００　Ｘ　４　ｍｍ）で
熱処理時のスケールが被覆されているものを用いた。

スケールの量＝１２０〜１５０　ｇ　／ゴ脱皮膜処理浴
の組成は、 ＦｅＣ１３１００ｇ　／　ｌ Ｆｅ２（ＳＯ−）　３　　　１００　ｇ　／　ＩＦｅＣ
Ｉｔ　ＳＯ４１００ｇ　／　１ ｐ　ｅ　３　＋総合有量：９２ｇ／ｌ であった。

脱皮膜処理温度：４５℃ 脱皮膜処理時間：２５分 脱皮膜処理された表面は銀白色、酸化物なし、無光沢で
あった。

実施例５ 実施例１の設備を用い、処理対象として表面酸化膜を有
するＡＩ板（寸法：　１０００　Ｘ２０００　Ｘ　４　
ｍｍ）を用いた。

塩化硫酸鉄を用いて脱皮膜処理を行なった。

１’　ｅ　３＋含有壷：５０ｇ／β 脱皮膜処理温度ニア０℃ 脱皮膜処理時間：１０分 脱皮膜処理された表面は銀白色、無光沢であった。

実施例６ 実施例１の設備を用い、処理対象として表面酸化膜を有
するＣｕ板（寸法：　１ｏＯＸ２００　Ｘ　１ｍｍ）を
用いた。

塩化硫酸鉄を用いて脱皮膜処理を行なった。

ｐ　ｅ　３　＋含有量：　５０　ｇ／Ｉ！脱皮膜処理温
度ニア０℃ 脱皮膜処理時間＝１０分 脱皮膜処理された表面は酸化物なし、明確な無光沢であ
った。

実施例７ 脱皮膜処理の対象として、耐酸性オーステナイトステン
レス鋼板に０３７（寸法：　１０００　Ｘ２０５０　Ｘ
　４　ｍｍ）で高温成形工程で生成したスケール層のあ
るものを用いた。バスケット・ロケット・移動式の３基
のパネルボード型脱皮膜タンクを用い、塩化硫酸鉄中で
、数段階で処理を行なった。

■、前説皮膜処理浴 ｐ　ｅ　３　＊含有量：１５ｇ／ｆ！ 脱皮膜処理温度：４０℃ 脱皮膜処理時間：５分 ■、脱皮膜処理浴 ｐ　ｅ　３　′″含有量：６９ｇ／β 脱皮膜処理温度：５０℃ 脱皮膜処理時間＝１０分 塩酸含有量：３％ ■、脱皮膜処理浴 Ｆｅ’＋含有１：９８ｇ／Ｉｌ 脱皮膜処理温度：６０℃ 脱皮膜処理時間＝１０分 脱皮膜処理された表面は銀白色、酸化物なしであり、過
剰脱皮膜処理の現象は観察されなかった。

実施例８ 実施例１の設備を用い、処理対象として低合金電気鋼板
Ｄｉｎａｍｏ　（寸法：　１０００　Ｘ２０００　Ｘ　
５　ｍｍ）で最終熱処理時のスケールが被覆されている
ものを用いた。

スケールの量：９８ｇ／ｍ” 塩化硫酸鉄を用いて脱皮膜処理を行なった。

Ｆｅ３＋含有量：　４７　ｇ／１２ 脱皮膜処理温度：４０℃ 硫酸含有量：１２ｗｔ％ 脱皮膜処理時間：８分 脱皮膜処理された表面は銀白色、酸化物なし、無光沢で
あった。

実施例９ 実施例１の設備を用い、処理対象として鋼板Ａ３８（寸
法：　１０００　Ｘ２０００　Ｘ　２　［０１！＋）で
熱処理時のスケールが被覆されているものを用いた。

塩化硫酸鉄を用いて脱皮膜処理を行なった。

１’　ｅ　３　゛含有量：Ｔ９ｇ／ｌ 硫酸含有量：　２２ｗｔ％ 脱皮膜処理浴温度＝４０℃ 脱皮膜処理時間＝５分 脱皮膜処理された表面は酸化物なし、白色、無光沢であ
った。

〔発明の効果〕

本発明にしたがった方法の主な利点は以下のとおりであ
る。

・使用済の脱皮膜処理浴を塩素処理によって何回も再生
できる。

・既存設備を利用しまたは若干の補助設備をして、低コ
ストで、酸や塩浴を用いる脱皮膜処理を代替できる。

・既に酸による脱皮膜処理に使された脱皮膜処理浴で合
金鋼、高合金鋼、および炭素鋼を処理する場合、本発明
にしたがった脱皮膜処理浴を、その場で（ｉｎ　５ｉｔ
ｕ）または別の設備での塩素処理によって生成すること
ができる。

・本発明の脱皮膜処理は、高信頼性かつ高再現性で行な
えるので、熱間加工、鋳造、成形、圧延等による中間製
品および最終製品に適用できる。

・安全性とエコロジーに関する従来方法の問題を減少さ
せる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属および合金の表面の酸化物層およびスケールを
   除去する脱皮膜処理方法において、塩化硫酸鉄（III）
   および／または塩化鉄（III）および／または硫酸鉄（
   III）を含有し、酸を含有しないまたは２〜３０ｗｔ％
   の鉱酸を含有する、１５〜２００ｇ／ｌ鉄（III）イオ
   ンの水溶液中で２０〜８０℃の温度および５〜４０分の
   時間で金属または合金を処理することを特徴とする、金
   属および合金の脱皮膜処理方法。 ２、前記金属または合金が、合金鋼、高合金鋼、または
   炭素鋼であり、脱皮膜浴中でばらばらにまたはプルオー
   バー方式で処理することを特徴とする請求項１記載の方
   法。 ３、前記温度が４０〜６０℃であることを特徴とする請
   求項１または２記載の方法。 ４、前記時間が１０〜３０分であることを特徴とする請
   求項１、２または３記載の方法。５、前記鉱酸の含有量
   が８〜１２ｗｔ％であることを特徴とする請求項１、２
   、３または４記載の方法。