JP5897717B2

JP5897717B2 - 酸化電解酸浴中でのステンレス鋼の酸洗い

Info

Publication number: JP5897717B2
Application number: JP2014532100A
Authority: JP
Inventors: グラス・アマンダ・アール; ロダボー・ロナルド・ディ; プライス・デビッド・エム
Original assignee: AK Steel Properties Inc
Current assignee: Cleveland Cliffs Steel Properties Inc
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: EP2761063A1; JP2014526617A; AU2012316187B2; US20130074871A1; TWI452181B; WO2013049103A1; RS55232B1; TW201319331A; RU2583500C2; KR20190009437A; KR20140069293A; BR112014007132A2; RU2014113442A; CN103906864B; HUE031817T2; US9580831B2; MX2014003564A; CA2849304A1; SI2761063T1; PL2761063T3

Description

開示の内容

〔優先権〕
本出願は、「STAINLESS STEEL PICKLING IN AN OXIDIZING, ELECTROLYTIC ACID BATH」の名称で２０１１年９月２６日に出願された、米国仮特許出願第６１／５３９，２５９の優先権を主張するものであり、この開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

〔背景〕
ステンレス鋼ストリップなどの金属ストリップの焼きなましは、結果として、金属ストリップの表面上における酸化物形成を生じ得る。これらの酸化物は、例えば、鉄、クロム、ニッケル、および他の関連する金属酸化物で構成され、ストリップの利用前に除去または低減される。しかしながら、ステンレス鋼の酸化物は、一般的な酸処理に抵抗し得る。さらに、それらの酸化物は、ベースメタルにしっかりと付着するので、ストリップを酸洗いする前にこれらの酸化物を放つか、または酸化物表面をより多孔性にするように、酸洗い（ストリップ表面上の酸化物の除去）前に、鋼ストリップのショットブラスト、ロールベンディング、もしくは平滑化（leveling）といった機械的なスケール破砕、または電解質塩および／もしくは溶融塩浴処理を、必要とし得る。

従来、ステンレス鋼の表面上の酸化物は、フッ化水素酸と組み合わせて硝酸を用いるか、または、「Hydrogen Peroxide Pickling Scheme for Stainless Steel Grades」の名称で２００３年１１月１１日に発行された米国特許第６，６４５，３０６号に開示されるような、過酸化水素、硫酸、およびフッ化水素酸の組み合わせを用いて、除去されるか、または「酸洗いして取り除かれ（pickled off）」てきた。この特許は、参照により本明細書に組み込まれる。このような酸、特にフッ化水素酸は、高価である。さらに、硝酸は、環境に優しいとは考えられていない。

本出願は、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）などの酸と過剰の過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の混合物、および陰極または陽極のうちの少なくとも一方を含む少なくとも１つの電極セットを準備することと、混合物を通って延びる金属ストリップ（ステンレス鋼ストリップなど）に電流を加えることと、によって、ステンレス鋼を酸洗いするプロセスを説明する。過剰のＨ_２Ｏ_２により、すべての硫酸第一鉄は、硫酸第二鉄（Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３）に変換され、これは、酸化剤自体として作用する。このプロセスにより、既知の酸洗いプロセスと比較してこの酸洗いプロセスで消費される総化学物質が減少し、特に、既知の酸洗いプロセスと比べて、硝酸（ＨＮＯ_３）および／またはフッ化水素酸（ＨＦ）が減少する。さらに、あるフェライト系ステンレス鋼は、前記に開示した硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）などの酸と過剰の過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の混合物、および少なくとも１つの電極セットを用いる酸洗いプロセスにＨＦを含めずに、酸洗いされ得る。

本明細書は、本発明を具体的に指し示し、明確に主張する請求項で締めくくられているが、本発明は、添付図面と関連して理解される特定の実施例に関する以下の説明から、よりよく理解されるであろうと考えられる。添付図面では、同様の参照符号は、同じ要素を識別している。

これらの図面は、限定的とすることを決して意図しておらず、本発明のさまざまな実施形態が、図面に必ずしも描かれていないものを含む種々の他の方法で実行され得ることが企図される。本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明のいくつかの態様を示しており、説明と相まって、本発明の原理を説明するのに役立つ。しかしながら、本発明は示される厳密な構成に限定されるものではないことが、理解される。

〔詳細な説明〕
本発明の特定の実施例に関する以下の説明は、本発明の範囲を限定するために使用されるべきではない。新規な酸洗いプロセスの他の実施例、特徴、態様、実施形態、および利点は、以下の説明から当業者には明らかとなるであろう。認識されるように、本発明は、本発明から逸脱しない、他の異なる明白な態様が可能である。したがって、図面および説明は、性質が例示的なものであるとみなされるべきであり、限定的なものではない。

本開示は、金属を酸洗いするプロセス、特に、連続して処理される、熱間圧延されるか、熱間圧延および焼きなましされるか、または、冷間圧延および焼きなましされたステンレス鋼ストリップを酸洗いするプロセスに関する。このプロセスは、少なくとも１つの酸洗いタンクを含み、オプションとして、事前酸洗いタンク、スクラッバーブラシタンク、スマット除去タンク、ろ過ユニット、または熱交換器のうち少なくとも１つを含み得る。例えば、このプロセスは、機械的かつ／または化学的な一連の事前酸洗い工程、１つまたは複数の酸洗いタンク、および、処理された材料をすすいで乾燥させる後処理工程を含んでよく、これらはすべて、当技術分野で既知である。事前処理工程は、本明細書の教示を鑑みれば当業者には明らかとなるように、例えば、ショットブラスト、ストレッチレベリング、湯にさらすこと（molten bath exposure）、または適切な事前処理工程を含み得る。このような事前処理工程は、スケールを機械的に破砕および／もしくは除去し、かつ／または金属ストリップ上のスケール層を化学的に減少させて、より効果的な酸洗いのための金属ストリップを準備する。

酸化物の性質、およびそれらをベースメタルから除去する処理は、ベースメタルの合金組成によって決まる。ステンレス鋼は、クロム（Ｃｒ）が豊富であり、加熱されると、Ｃｒが豊富な酸化物を形成する。Ｃｒが豊富な酸化物は、大部分の酸による攻撃に対して、比較的抵抗力がある／受動的である。それら酸化物は、典型的には、それらを完全に除去するために、硝酸（ＨＮＯ_３）およびフッ化水素酸（ＨＦ）のような酸の組み合わせの使用を必要とする。ＨＦの機能は、Ｃｒが豊富な保護酸化物を貫通し、その後、ＨＮＯ_３などの酸化性酸が、Ｃｒ欠乏ベースメタルを溶解することを可能にし、また、酸化物層が完全に除去される前にベースメタルが時期尚早に不動態化するのを防ぐことである。ＨＦは、高価な化学物質であり、ＨＮＯ_３は、環境問題のために好まれない傾向がある。

説明したプロセスは、少なくとも１つの陰極および少なくとも１つの陽極を有する少なくとも１つの電極セットの追加的酸洗力、Ｈ_２Ｏ_２などの過剰の酸化剤を使用することにより、生産速度に悪影響を及ぼさずに、酸、特に、必要とされるＨＮＯ_３および／またはＨＦの濃度を低減する。過剰の酸化剤は、別の酸化剤を作り出し、Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３などの、その別の酸化剤の力は、リッチ酸化物（rich oxide）を精力的に攻撃し、そのため、ベースメタルから酸化物を解放する／持ち上げるように作用する。このプロセスは、既知の酸洗いプロセスと比べ、酸洗いプロセスで消費される総化学物質の減少を可能にし、また、既知の酸洗いプロセスと比べて硝酸（ＨＮＯ_３）および／またはフッ化水素酸（ＨＦ）の減少を可能にする。

既知の酸洗い方法では、熱間圧延された金属材料、熱間圧延および焼きなましされた金属材料、ならびに／または冷間圧延および焼きなましされた金属材料、例えばステンレス鋼ストリップ、が、混酸の組み合わせにおいて処理され、一連の酸洗いタンクまたは槽に曝露される。既知の一プロセスでは、第１のタンクが、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）およびＨＦを含んでよい。第２のタンクは、ＨＮＯ_３およびＨＦを含んでよい。最後のタンクは、金属ストリップの表面を不動態化するためにＨＮＯ_３を含んでよく、この表面は、その後、すすがれて乾燥される。図１は、３つのタンクを有する、既知の先行技術の酸洗い方法を示す。第１のタンク１０は、Ｈ_２ＳＯ_４を含み、ＨＦをさらに含むことができる。第２のタンク１２は、ＨＮＯ_３およびＨＦを含む。第３のタンク１４はＨＮＯ_３を含む。ステンレス鋼ストリップ１６は、第１のタンク１０、第２のタンク１２、第３のタンク１４のそれぞれを、矢印Ａの方向に連続して通過する。

フェライト系ステンレス鋼のための第２のタンクにおけるＨＮＯ_３およびＨＦ浴の必要性を低減または排除でき、かつ、オーステナイト系およびマルテンサイト系ステンレス鋼のための、そのようなＨＮＯ_３およびＨＦ浴に必要な濃度を低減する、プロセスを開示する。

開示するプロセスは、段落［０００８］で前述した事前処理工程に従う。事前処理工程後、金属ストリップは、酸性組成物および酸化剤を含む第１の電解質酸洗い浴内に浸される。酸性環境は、例えばＨ_２ＳＯ_４を含んでよく、ＨＦをさらに含んでよい。特定のフェライト系ステンレス鋼は、プロセスのこの工程では、ＨＦを必要としない。酸化剤のうちの１つは、例えば、硫酸第二鉄（Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３）であってよく、これは、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）などの別の酸化剤を連続して注入することにより作られることができ、Ｈ_２Ｏ_２は、溶解した金属に対して過剰に保持され得、Ｈ_２Ｏ_２は、すべての第一鉄金属（ferrous metal）を第二鉄金属（ferric metal）に変換するのに必要とされるよりも高い濃度で存在する。例えば、鋼ストリップ上の酸化物のスケールが酸洗いプロセスにより溶解すると、第一鉄金属は溶けて、硫酸第一鉄として酸洗い混合物になる。硫酸第一鉄は、酸洗い速度にかかわる化学反応を遅らせる。硫酸第一鉄は、例えばＨ_２Ｏ_２またはＨＮＯ_３などの酸化剤により、硫酸第二鉄に変換されることができる。硫酸第二鉄は、有利には、酸洗い化学反応速度に対して促進物質として作用する。過剰の量のＨ_２Ｏ_２により、硫酸第一鉄から硫酸第二鉄への完全な変換が行われたことが確実となる。

ストリップがこの浴内に浸されている間に、電極が使用されて、金属ストリップに電流を加える。電極セットは、陰極または陽極のうちの少なくとも一方を含んでよく、鋼ストリップは、陰極または陽極のうちの他方として、電流を導くように作用し得る。例えば、バッチ酸洗いプロセスでは、鋼線コイル、または鋼部品が、連続したストリップではなく、別個のユニットとして、酸洗い混合物を含有するバッチ内に沈められる。このような場合、陰極は、混合物に存在してよく、鋼部品は、陽極として作用し得る。さらに、または代わりに、バッチプロセスまたは連続プロセスのいずれについても、例えば、少なくとも１つの陰極および少なくとも１つの陽極の電極セットを使用してよい。構成は、陰極-陽極-陰極の電極セット構成であってよいが、本明細書の教示を鑑みれば当業者には明らかとなるであろう、他の電極セット構成が、追加的に、または代わりに使用されてもよい。例えば、１つの陰極および１つの陽極を含む単一の電極セットを使用してよい。前述した電解質酸洗い浴では、酸洗い浴中の第二鉄イオンと第一鉄イオンとの比率の制御が必要でない。

前述した第１の酸洗い浴としてこのような溶液を使用することは、有利なことに、大部分のフェライト系ステンレス鋼のスケールを落とし、オーステナイト系ステンレス鋼のスケール層を著しく減少させ、このスケール層は、その後、あらゆる残りの酸化物／スケール層を有効に除去するため、濃度が低下した、ＨＮＯ_３および／またはＨＦなどの酸を含有する第２の酸洗い浴を必要とし得る。開示したプロセスは、フェライト系ステンレス鋼上に、洗浄および酸洗いされた金属ストリップを得るために第３のＨＮＯ_３浴を必要としていないが、このような第３の浴は、処理された金属ストリップの表面を不動態化するために使用され得る。

図２は、鋼ストリップ１６の焼きなましおよび溶融塩処理の後で、電解質酸洗い浴を用いる開示したプロセスの例を示す。第１のタンク２０は、構成２８として組織化された電極セット２２、２４、２６を有するＨ_２ＳＯ_４およびＨＦ浴を含み、ステンレス鋼ストリップ１６は、構成２８の中を、連続して、矢印Ａの方向に通る。第１のタンク２０は、例えば、約１０ｇ／Ｌ〜約２００ｇ／ＬのＨ_２ＳＯ_４、または約３０ｇ／Ｌ〜約１２０ｇ／ＬのＨ_２ＳＯ_４、または約２５ｇ／Ｌ〜約３５ｇ／ＬのＨ_２ＳＯ_４、約０ｇ／Ｌ〜約１００ｇ／ＬのＨＦ、約０．０１ｇ／Ｌ〜約１００ｇ／ＬのＨ_２Ｏ_２、または約１ｇ／Ｌ〜約１００ｇ／ＬのＨ_２Ｏ_２、または約５ｇ／Ｌ〜１００ｇ／ＬのＨ_２Ｏ_２、ならびに少なくとも１つの陰極および１つの陽極の電極セットを含有し得る。電解質浴にＨＦを含めることは、化学的攻撃に抵抗力があるが、依然として導電性である、特別な適合性材料を必要とする。電極セット２２は、陰極電極セットであり、電極セット２４は陽極電極セットであり、電極セット２６は、陰極電極セットである。鋼ストリップ１６は、構成２８を通って延び、各セット２２、２４、２６は、電流を鋼ストリップ１６に加える。電流は、例えば、約１〜約１００アンペア／ｄｍ^２または約１〜約１０アンペア／ｄｍ^２の電流密度で、約１０〜約２００クーロン／ｄｍ^２の範囲で加えられ得る。約２１℃〜約８２℃（約７０°Ｆ〜約１８０°Ｆ）または約２６℃〜約５４℃（約８０°Ｆ〜約１３０°Ｆ）の温度が、システム内に注入された際にＨ_２Ｏ_２の分解を管理するために、維持され得る。溶解した金属の量は、約８０ｇ／Ｌ以下、約０〜８０ｇ／Ｌの範囲、または、約５〜約４０ｇ／Ｌの範囲であってよい。

第２のタンク３０は、例えば、フェライト系ステンレス鋼の処理で使用されるＨＮＯ_３を含む。第２のタンク３０は、例えば、約１０ｇ／Ｌ〜約１３０ｇ／ＬのＨＮＯ_３を含んでよい。第２のタンクは、後に起こる空気との自然反応によってではなく酸洗いプロセスによって鋼ストリップを輝かせて不動態化することが望ましくならない限り、フェライト系ステンレス鋼処理についてはオプションであり、このようなことが望ましいときには、第２のタンクが必要とされる。オーステナイト系ステンレス鋼のグレードでは、第２のタンクは、既知の酸洗いプロセスで使用されるものより少ない合計量のＨＮＯ_３およびＨＦを含んでよい。例えば、実施例１に関して以下に記載するように、ＨＦは、既知のプロセスより約５０％だけ減少されてよく、ＨＮＯ_３およびＨＦの総消費量は、第２のタンクにおいて減少する。ＨＦは、例えば、約１ｇ／Ｌ〜約１００ｇ／Ｌまたは約５ｇ／Ｌ〜約３０ｇ／Ｌまたは約５ｇ／Ｌ〜約２５ｇ／Ｌの濃度で含まれ得る。第３のタンク３２は、例えば、フェライト系ステンレス鋼の処理で使用されるＨＮＯ_３を含んでよく、または、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼の処理で使用されるＨＦを利用し得る。第３のタンク３２は、例えば約１０ｇ／Ｌ〜約１３０ｇ／ＬのＨＮＯ_３を含み得る。ＨＦは、例えば、約１ｇ／Ｌ〜約１００ｇ／Ｌまたは約５ｇ／Ｌ〜約３０ｇ／Ｌ、または約５ｇ／Ｌ〜約２５ｇ／Ｌの濃度で第３のタンク３２に含まれ得る。あるいは、第３のタンク３２は、ＨＦを含まずに、既知のプロセスより約２０％だけ減少した量のＨＮＯ_３を含んでよく、酸の総消費量は、第３のタンクにおいて、先行技術のプロセスよりも減少する。

本出願のプロセスは、代わりに、図３に単一のタンク４０として示す、単一のタンクのみを使用してもよい。このような単一のタンクの処理は、フェライト系ステンレス鋼である鋼ストリップ１６に特に使用され得る。タンク４０は、図２の第１のタンク２０について前述した浴溶液を含む。タンク４０を出た後で、鋼ストリップ１６は、本明細書の教示を鑑みれば当業者には明らかとなるように、すすぎおよび乾燥処理セクションへと進む。

〔実施例〕
以下の実施例では、本明細書の教示を鑑みれば当業者には明らかとなるような形で、電解質の多孔性が、少なくとも一度、切り替えられた。

実施例１
実際のデータを示す第１の実施例では、本開示の電解質酸洗い（「ＥＰ」）プロセスは、消費した総化学物質が少なく、より低い温度で動作すると共に、先行技術の酸洗いプロセス（以下では「ベースライン」と呼ぶ）よりも良好な結果に達したことが分かった。

^*Ｈ_２Ｏ_２は、このケースでは測定されていないが、既知の化学反応に基づいて理論的に計算された。

グレードおよび関連する化学組成物が当技術分野で既知である、ＡＳＴＭグレード３０１、３０４、３１６のステンレス鋼が、ベースラインプロセスおよびＥＰプロセスの双方で試験された。ベースラインプロセスでは、残量３０ｇ／ＬのＦｅ^２＋は、Ｈ_２Ｏ_２が（０ｇ／Ｌの量のＨ_２Ｏ_２のように）過剰でないことを示した。ＥＰプロセスでは、０ｇ／Ｌの量のＦｅ^２＋は、（５ｇ／Ｌの量のＨ_２Ｏ_２によっても示されるように）Ｈ_２Ｏ_２が過剰であることを示した。グレード３０１のステンレス鋼では、ベースラインプロセスは、約７１℃（１６０°Ｆ）の温度で１００ｇ／ＬのＨ_２ＳＯ_４および３０クーロン／ｄｍ^２を有する第１の槽を使用し、これは、結果として、部分的に洗浄された鋼表面をもたらした。ＥＰプロセスは、低下した約４８℃（１２０°Ｆ）の温度で、少ない３０ｇ／Ｌの量のＨ_２ＳＯ_４、３０ｇ／ＬのＦｅ^３＋、および増大した１００クーロン／ｄｍ^２を有する第１の槽を使用し、これにより、実質的に完全に洗浄された鋼表面がもたらされた。グレード３０４のステンレス鋼について、同様の量が、等価な結果をもたらした。グレード３１６のステンレス鋼について、同様の量は、鋼表面が酸洗いプロセスの前と同じように見える結果をもたらし、この結果は、洗浄がうまくいかなかったことを示している。この第１の実施例の材料は、次に、既知の酸洗いプロセスで使用される後続の槽と比べて少ない量のＨＮＯ_３およびＨＦを含む、１つまたは複数の後続する槽の中で十分に洗浄され得る。「総ＨＦ（Total HF）」は、以下の実施例に記載され、これは、「自由なＨＦ（free HF」」と、溶解した金属に結合した部分との組み合わせである。分析技術に応じて、「総ＨＦ」または「自由なＨＦ」を測定することができる。

材料を完全に洗浄するため、後続の酸洗いが、以下の槽２、３それぞれについて以下の濃度で予測される。用語「清潔（clean）」は、当業者には明らかなように、製造の観点から概ね許容可能な外観を示す。

第１の実施例で開示されたＥＰプロセスでは、消費されたＨＦは、第２の槽においてベースラインプロセスで消費され、第３の槽で混合物から完全に除去されたものより、半分超減少した。ＨＮＯ_３の濃度は、第２の槽で、約２０％削減され得た。

実施例２
以下の第２の実施例は、適合性材料が電極にぴったり合った（made for）場合に提案される。第２の実施例では、２槽ＥＰプロセスが使用され、このプロセスでは、第２の槽は、単独でＨＮＯ_３を収容し、実質的に洗浄されたステンレス鋼表面を結果としてもたらす。第２の槽でＨＦが使用されないので、ＨＮＯ_３およびＨＦの双方を第２の槽で使用することで知られる既知のプロセスと比較して、酸の総消費量の減少が起こる。グレード３１６のステンレス鋼は、酸洗いするのがさらに困難なので、第２の槽にＨＦを加えることは、オプションである。

試験したグレードそれぞれ（３０１、３０４、３１６、４０９）について、３０ｇ／ＬのＨ_２ＳＯ_４および３０ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約４８℃（１２０°Ｆ）の温度で使用する。酸洗いするのが困難なグレードである、グレード３１６のステンレス鋼では、２０ｇ／ＬのＨＦおよび１２０クーロン／ｄｍ^２を使用する。グレード３０１および３０４のステンレス鋼では、１０ｇ／ＬのＨＦおよび１００クーロン／ｄｍ^２を使用する。酸洗いするのがより容易なグレードである、グレード４０９のステンレス鋼では、５ｇ／ＬのＨＦおよび５０クーロン／ｄｍ^２を使用する。第２の実施例の鋼ストリップを実質的に、かつさらに完全に洗浄するため、第２および／または第３の槽は、既知の酸洗いプロセスより少ない量のＨＦを含むことができた。例えば、グレード４０９のステンレス鋼は、１つまたは複数の後続の槽においてＨＦを使用することを排除し得た。グレード３０１のステンレス鋼およびグレード３０４のステンレス鋼は、約０ｇ／Ｌ〜約１０ｇ／ＬのＨＦを使用し、グレード３１６のステンレス鋼は、約１０ｇ／Ｌ〜約３０ｇ／ＬのＨＦを使用する。この濃度は、既知の酸洗いプロセスと比べ、これらのグレードのステンレス鋼で約２０％〜約５０％の減少である。

実施例３
以下に示し、実際のデータから導き出された第３の実施例は、ＥＰプロセスが、使用される総化学物質の減少を可能にすることを強調している。ここでは、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）は、ベースラインの場合に使用され、グレード３０４およびグレード４０９のステンレス鋼は、ベースラインプロセスおよびＥＰプロセスで試験された。

^*Ｈ_２Ｏ_２は、このケースでは測定されなかったが、既知の化学反応に基づいて理論的に計算された。

槽２および３で注目すべきことに、ＨＮＯ_３は、第一鉄イオンの、第二鉄イオンへの完全な変換を可能にする酸化剤として作用している。グレード３０４のステンレス鋼では、ベースラインプロセスは、１７５ｇ／ＬのＮａ_２ＳＯ_４、１〜２ｇ／ＬのＦｅ^３＋、１〜２ｇ／ＬのＦｅ^２＋、０ｇ／ＬのＨ_２Ｏ_２、１２０クーロン／ｄｍ^２を使用し、第１の槽内で約６５℃（１５０°Ｆ）の温度で維持された。第２および第３の槽はそれぞれ、１２０ｇ／ＬのＨＮＯ_３、４２．３ｇ／ＬのＨＦ、２７．５ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約５４℃（１３０°Ｆ）の温度で含んだ。最終的な清潔な外観が、視覚的に得られた。

グレード３０４のステンレス鋼では、ＥＰプロセスは、３０ｇ／ＬのＨ_２ＳＯ_４、３０ｇ／ＬのＦｅ^３＋、０ｇ／ＬのＦｅ^２＋、過剰な量のＨ_２Ｏ_２（＞０．１ｇ／Ｌ）、１２０クーロン／ｄｍ^２を使用し、第１の槽内で約４８℃（１２０°Ｆ）の、低い温度で維持された。第２および第３の槽はそれぞれ、やはり、１２０ｇ／ＬのＨＮＯ_３、４２．３ｇ／ＬのＨＦ、２７．５ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約５４℃（１３０°Ｆ）の温度で含んだ。ベースラインプロセスと比べて、少ない合計量の化学物質が、ＥＰプロセスで消費され、最終的な清潔な外観が視覚的に得られた。

グレード４０９のステンレス鋼では、ベースラインプロセスは、１７５ｇ／ＬのＮａ_２ＳＯ_４、１〜２ｇ／ＬのＦｅ^３＋、１〜２ｇ／ＬのＦｅ^２＋、０ｇ／ＬのＨ_２Ｏ_２、６０クーロン／ｄｍ^２を使用し、第１の槽において約６５℃（１５０°Ｆ）の温度で維持された。第２の槽は、１０５ｇ／ＬのＨＮＯ_３、８ｇ／ＬのＨＦ、３２．５ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約５１℃（１２５°Ｆ）の温度で含んだ。第３の槽は、１２０ｇ／ＬのＨＮＯ_３、２２．５のｇ／ＬのＨＦ、２７．５ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約５１℃（１２５°Ｆ）の温度で含んだ。最終的な清潔な外観が、視覚的に得られた。

グレード４０９のステンレス鋼では、ＥＰプロセスは、３０ｇ／ＬのＨ_２ＳＯ_４、３０ｇ／ＬのＦｅ^３＋、０ｇ／ＬのＦｅ^２＋、５ｇ／ＬのＨ_２Ｏ_２、および１２０クーロン／ｄｍ^２を使用し、第１の槽において約４８℃（１２０°Ｆ）という低い温度で維持された。第２の槽は、１０５ｇ／ＬのＨＮＯ_３、８ｇ／ＬのＨＦ、３２．５ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約５１℃（１２５°Ｆ）の温度で含んだ。第３の槽は、約５１℃（１２５°Ｆ）の温度で、２７．５ｇ／ＬのＦｅ^３＋、ならびに減少した量の１０５ｇ／ＬのＨＮＯ_３および８ｇ／ＬのＨＦを含んだ。ベースラインプロセスと比べて、少ない合計量の酸がＥＰプロセスで消費された。例えば、ＥＰプロセスの第３の槽では、ＨＮＯ_３は、ベースラインプロセスの第３の槽で使用された濃度に比べて、１５ｇ／Ｌ減少しており、ＨＦは、ベースラインプロセスの第３の槽で使用された濃度に比べて、１４．５ｇ／Ｌ減少した。これにより、ベースラインプロセスで使用された酸の総濃度に比べて、ＥＰプロセスの第３の槽で使用された酸の総濃度が２９．５ｇ／Ｌと、減少した。さらに、最終的な清潔な外観が、視覚的に得られた。

実施例４
以下に示す第４の実施例は、ＥＰプロセスが、使用される化学物質の予測濃度の減少を可能にすることを強調している。ここでは、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）は、ベースラインの場合に使用され、グレード３０４およびグレード４０９のステンレス鋼は、ベースラインプロセスおよびＥＰプロセスで試験される。

グレード３０４のステンレス鋼では、ベースラインプロセスは、１７５ｇ／ＬのＮａ_２ＳＯ_４、１〜２ｇ／ＬのＦｅ^３＋、１〜２ｇ／ＬのＦｅ^２＋、０ｇ／ＬのＨ_２Ｏ_２、１２０クーロン／ｄｍ^２を使用し、第１の槽の中で約６５℃（１５０°Ｆ）の温度で維持される。第２の槽は、１２０ｇ／ＬのＨＮＯ_３、４０ｇ／ＬのＨＦ、３０ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約５４℃（１３０°Ｆ）の温度で含み、第３の槽は、１００ｇ／ＬのＨＮＯ_３、２０ｇ／ＬのＨＦ、２０ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約５４℃（１３０°Ｆ）の温度で含む。最終的な清潔な外観が、視覚的に得られることが予測される。

グレード３０４のステンレス鋼では、ＥＰプロセスは、３０ｇ／ＬのＨ_２ＳＯ_４、４０ｇ／ＬのＦｅ^３＋、０ｇ／ＬのＦｅ^２＋、過剰のＨ_２Ｏ_２（＞０．１ｇ／Ｌ）、１２０クーロン／ｄｍ^２を使用し、第１の槽において約４８℃（１２０°Ｆ）という、低減した温度で維持される。第２の槽は、１００ｇ／ＬのＨＮＯ_３、２０ｇ／ＬのＨＦ、３０ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約５４℃（１３０°Ｆ）の温度で含み、第３の槽は、８０ｇ／ＬのＨＮＯ_３、１０ｇ／ＬのＨＦ、２０ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約５４℃（１３０°Ｆ）の温度で含む。ベースラインプロセスと比べて、少ない合計量の酸が、ＥＰプロセスで消費され、また第２および第３の槽内のＨＮＯ_３およびＨＦそれぞれが減少する。例えば、ＥＰプロセスの第２の槽では、ＨＮＯ_３は、ベースラインプロセスの第２の槽で使用された濃度と比べて２０ｇ／Ｌ減少しており、ＨＦは、ベースラインプロセスの第２の槽で使用された濃度と比べて１０ｇ／Ｌ減少した。これにより、ベースラインプロセスで使用される酸の総濃度と比べて、ＥＰプロセスの第２の槽で使用される酸の総濃度が、３０ｇ／Ｌと減少した。さらに、ＥＰプロセスの第３の槽では、ＨＮＯ_３は、ベースラインプロセスの第３の槽で使用される濃度より、２０ｇ／Ｌ減少しており、ＨＦは、ベースラインプロセスの第３の槽で使用される濃度より５ｇ／Ｌ減少した。これにより、ベースラインプロセスで使用される酸の総濃度と比べて、ＥＰプロセスの第３の槽で使用される酸の総濃度が２５ｇ／Ｌと減少した。最終的な清潔な外観が、視覚的に得られることが予測される。

グレード４０９のステンレス鋼では、ベースラインプロセスは、１７５ｇ／ＬのＮａ_２ＳＯ_４、０ｇ／ＬのＦｅ^３＋、４０ｇ／ＬのＦｅ^２＋、０ｇ／ＬのＨ_２Ｏ_２、６０クーロン／ｄｍ^２を使用し、第１の槽内に約６５℃（１５０°Ｆ）の温度で維持される。第２の槽は、１２０ｇ／ＬのＨＮＯ_３、２０ｇ／ＬのＨＦ、３０ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約４８℃（１２０°Ｆ）の温度で含む。第３の槽は、８０ｇ／ＬのＨＮＯ_３、５ｇ／ＬのＨＦ、２０ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約４８℃（１２０°Ｆ）の温度で含む。最終的な清潔な外観が、視覚的に得られることが予測される。

グレード４０９のステンレス鋼では、ＥＰプロセスは、３０ｇ／ＬのＨ_２ＳＯ_４、３０ｇ／ＬのＦｅ^３＋、０ｇ／ＬのＦｅ^２＋、５ｇ／ＬのＨ_２Ｏ_２、および１２０クーロン／ｄｍ^２を使用し、第１の槽で約４８℃（１２０°Ｆ）という低下した温度で維持される。第２の槽は、１００ｇ／ＬのＨＮＯ_３、０ｇ／ＬのＨＦ、３０ｇ／ＬのＦｅ^３＋を、約４８℃（１２０°Ｆ）で含む。第３の槽は、約４８℃（１２０°Ｆ）の温度で、２０ｇ／ＬのＦｅ^３＋、ならびに減少した量の、８０ｇ／ＬのＨＮＯ_３および０ｇ／ＬのＨＦを含む。ベースラインプロセスと比べて少ない合計量の酸が、ＥＰプロセスで消費され、第２の槽においてＨＮＯ_３およびＨＦがそれぞれ減少し、また、第３の槽においてＨＦが減少する。例えば、ＥＰプロセスの第２の槽では、ＨＮＯ_３は、ベースラインプロセスの第２の槽で使用される濃度より２０ｇ／Ｌ減少しており、ＨＦは、ベースラインプロセスの第２の槽で使用される濃度より、２０ｇ／Ｌ（〜０ｇ／Ｌ）減少した。これにより、ベースラインプロセスで使用される酸の総濃度と比べて、ＥＰプロセスの第２の槽で使用される酸の総濃度が４０ｇ／Ｌと低下した。さらに、ＥＰプロセスの第３の槽では、ＨＦは、ベースラインプロセスの第３の槽で使用される濃度より、５ｇ／Ｌ減少した。これにより、ベースラインプロセスで使用される酸の総濃度に比べて、ＥＰプロセスの第３の槽で使用される酸の総濃度が５ｇ／Ｌと低下した。最終的な清潔な外観が、視覚的に得られることが予測される。

よって、ＥＰプロセスによる、グレード４０９のステンレス鋼では、１００％のＨＦが排除され得る。他のフェライト系グレードおよび低合金オーステナイト系グレードについては、グレード３０１のステンレス鋼およびグレード３０４のステンレス鋼のように、ＨＦ濃度は、ベースラインプロセスと比べて、２０％以上下げることができる。グレード３１６のオーステナイト系ステンレス鋼では、実質的な減少は生じないかもしれない。場合によっては、ＨＮＯ_３の濃度は、ＥＰプロセスで、ベースラインプロセスより１０〜２０％減らすことができるであろう。

本発明の様々な実施形態を図示および説明してきたが、本明細書に記載した方法およびシステムのさらなる改作が、本発明の範囲から逸脱せずに、当業者による適切な改変により達成され得る。このような潜在的な改変のいくつかには言及しており、他のものは、当業者には明らかであろう。例えば、前述した実施例、実施形態、幾何学的外形、材料、寸法、比率、工程などは、例示的なものである。したがって、本発明の範囲は、以下の請求項の点から検討されるべきであり、本明細書および図面に図示および記載した構造および動作の詳細に制限されないことが理解される。

〔実施の態様〕
（１）フェライト系ステンレス鋼のストリップを酸洗いするプロセスにおいて、
第１の槽内に配された第１の混合物で前記鋼を処理する工程であって、前記第１の混合物は、Ｈ_２ＳＯ_４、過剰の少なくとも１つの酸化剤を含む、工程と、
前記鋼に電流を加える工程と、
を含み、
前記第１の混合物は、ＨＦを含まない、プロセス。
（２）実施態様１に記載のプロセスにおいて、
前記少なくとも１つの酸化剤は、硫酸第一鉄の総量を、硫酸第二鉄（Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３）に変換する働きをする、プロセス。
（３）実施態様２に記載のプロセスにおいて、
Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３の濃度は、約５ｇ／Ｌ〜約１００ｇ／Ｌである、プロセス。
（４）実施態様１に記載のプロセスにおいて、
前記少なくとも１つの酸化剤は、Ｈ_２Ｏ_２である、プロセス。
（５）実施態様１に記載のプロセスにおいて、
Ｈ_２ＳＯ_４の濃度は、約１０ｇ／Ｌ〜約２００ｇ／Ｌである、プロセス。

（６）実施態様１に記載のプロセスにおいて、
前記第１の槽は、酸洗いのプロセスで使用される唯一の槽である、プロセス。
（７）実施態様１に記載のプロセスにおいて、
前記鋼は、連続して酸洗いされる、プロセス。
（８）実施態様１に記載のプロセスにおいて、
前記鋼に電流を加える工程は、陰極または陽極のうちの少なくとも一方により電流を加える工程を含む、プロセス。
（９）実施態様８に記載のプロセスにおいて、
前記鋼は、前記陰極または陽極のうちの一方を含む、プロセス。
（１０）ステンレス鋼の連続ストリップを酸洗いするプロセスにおいて、
第１の槽内に配された第１の混合物で前記鋼を処理する工程であって、前記第１の混合物は、Ｈ_２ＳＯ_４、および過剰の少なくとも１つの酸化剤を含む、工程と、
前記鋼に電流を加える工程と、
を含み、
Ｈ_２ＳＯ_４の濃度は、約１０ｇ／Ｌ〜約２００ｇ／Ｌである、プロセス。

（１１）実施態様１０に記載のプロセスにおいて、
前記少なくとも１つの酸化剤は、硫酸第一鉄の総量を、硫酸第二鉄（Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３）に変換する働きをする、プロセス。
（１２）実施態様１１に記載のプロセスにおいて、
Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３の濃度は、約５ｇ／Ｌ〜約１００ｇ／Ｌである、プロセス。
（１３）実施態様１０に記載のプロセスにおいて、
前記少なくとも１つの酸化剤は、Ｈ_２Ｏ_２である、プロセス。
（１４）実施態様１０に記載のプロセスにおいて、
前記第１の混合物は、ＨＦをさらに含む、プロセス。
（１５）実施態様１４に記載のプロセスにおいて、
Ｈ_２ＳＯ_４の濃度は、約２５ｇ／Ｌ〜約３５ｇ／Ｌであり、
ＨＦの濃度は、約０ｇ／Ｌ〜約１００ｇ／Ｌである、プロセス。

（１６）実施態様１０に記載のプロセスにおいて、
前記鋼に電流を加える工程は、陰極または陽極のうちの少なくとも一方により電流を加える工程を含む、プロセス。
（１７）実施態様１６に記載のプロセスにおいて、
前記鋼は、前記陰極または陽極のうちの一方を含む、プロセス。
（１８）実施態様１０に記載のプロセスにおいて、
第２の槽内に配された第２の混合物で前記鋼を処理する工程をさらに含み、
前記第２の混合物は、ＨＮＯ_３およびＨＦのうちの少なくとも一方を含み、
ＨＮＯ_３の濃度は、約１０ｇ／Ｌ〜約１３０ｇ／Ｌであり、
ＨＦの濃度は、約０ｇ／Ｌ〜約３０ｇ／Ｌである、プロセス。
（１９）実施態様１８に記載のプロセスにおいて、
前記第１の混合物は、ＨＦをさらに含む、プロセス。
（２０）実施態様１８に記載のプロセスにおいて、
前記ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼を含み、前記第２の混合物は、ＨＮＯ_３を含む、プロセス。

（２１）実施態様１８に記載のプロセスにおいて、
前記ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼を含み、前記第２の混合物は、ＨＮＯ_３およびＨＦを含み、
前記第２の混合物中のＨＦの濃度は、約５ｇ／Ｌ〜約２５ｇ／Ｌの範囲である、プロセス。
（２２）実施態様１８に記載のプロセスにおいて、
第３の槽内に配された第３の混合物で前記鋼を処理する工程をさらに含み、
前記第３の混合物は、ＨＮＯ_３を含み、
ＨＮＯ_３の濃度は、約１０ｇ／Ｌ〜約１３０ｇ／Ｌである、プロセス。
（２３）実施態様１０に記載のプロセスにおいて、
前記鋼は、連続して酸洗いされる、プロセス。
（２４）実施態様１０に記載のプロセスにおいて、
前記第１の混合物の温度は、約２１℃〜約８２℃（約７０°Ｆ〜１８０°Ｆ）の範囲、または、約２６℃〜約５４℃（約８０°Ｆ〜１３０°Ｆ）の範囲である、プロセス。
（２５）実施態様１０に記載のプロセスにおいて、
前記第１の混合物が前記ストリップを処理した後の、前記第１の混合物中の全溶解金属の量は、約８０ｇ／Ｌ以下である、プロセス。

（２６）実施態様１０に記載のプロセスにおいて、
前記鋼に電流を加える工程は、電極により電流を加える工程を含み、前記電極は、陰極-陽極-陰極の配列を含み、約１アンペア／ｄｍ^２〜約１００アンペア／ｄｍ^２の範囲の電流密度で約１０クーロン／ｄｍ^２〜約２００クーロン／ｄｍ^２の範囲の電流を加えるように動作可能である、プロセス。

ステンレス鋼ストリップの先行技術の酸洗いの３槽構成の概略図を描いている。鋼ストリップの酸洗いの３槽構成の概略図を描いており、第１の槽が、陰極-陽極-陰極の電極セットを含む。ステンレス鋼ストリップの酸洗いの、１槽の電解質構成の概略図を描いている。

Claims

フェライト系ステンレス鋼のストリップを酸洗いするプロセスにおいて、
第１の槽内に配された第１の混合物で前記鋼を処理する工程であって、前記第１の混合物は、Ｈ_２ＳＯ_４、および少なくとも１つの酸化剤を含み、当該工程は、前記第１の混合物を前記鋼と反応させることを含み、前記第１の混合物と前記鋼との反応は、硫酸第一鉄を生成し、前記少なくとも１つの酸化剤は、生成された前記硫酸第一鉄を完全に硫酸第二鉄（Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３）に変換するように、前記硫酸第一鉄に対して過剰に存在する、工程と、
前記鋼に電流を加える工程と、
を含み、
前記第１の混合物は、ＨＦを含まない、プロセス。
請求項１に記載のプロセスにおいて、
Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３の濃度は、５ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌである、プロセス。
請求項１に記載のプロセスにおいて、
前記少なくとも１つの酸化剤は、Ｈ_２Ｏ_２である、プロセス。
請求項１に記載のプロセスにおいて、
Ｈ_２ＳＯ_４の濃度は、１０ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌである、プロセス。
請求項１に記載のプロセスにおいて、
前記第１の槽は、酸洗いのプロセスで使用される唯一の槽である、プロセス。
請求項１に記載のプロセスにおいて、
前記鋼は、連続して酸洗いされる、プロセス。
請求項１に記載のプロセスにおいて、
前記鋼に電流を加える工程は、陰極または陽極のうちの少なくとも一方により電流を加えることを含む、プロセス。
請求項７に記載のプロセスにおいて、
前記鋼は、前記陰極または陽極のうちの一方を含む、プロセス。
ステンレス鋼の連続ストリップを酸洗いするプロセスにおいて、
第１の槽内に配された第１の混合物で前記鋼を処理する工程であって、前記第１の混合物は、Ｈ_２ＳＯ_４、および少なくとも１つの酸化剤を含み、当該工程は、前記第１の混合物を前記鋼と反応させることを含み、前記第１の混合物と前記鋼との反応は、硫酸第一鉄を生成し、前記少なくとも１つの酸化剤は、生成された前記硫酸第一鉄を完全に硫酸第二鉄（Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３）に変換するように、前記硫酸第一鉄に対して過剰な量で含まれる、工程と、
前記鋼に電流を加える工程と、
を含み、
Ｈ_２ＳＯ_４の濃度は、１０ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌである、プロセス。
請求項９に記載のプロセスにおいて、
Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３の濃度は、５ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌである、プロセス。
請求項９に記載のプロセスにおいて、
前記少なくとも１つの酸化剤は、Ｈ_２Ｏ_２である、プロセス。
請求項９に記載のプロセスにおいて、
前記第１の混合物は、ＨＦをさらに含む、プロセス。
請求項１２に記載のプロセスにおいて、
Ｈ_２ＳＯ_４の濃度は、２５ｇ／Ｌ〜３５ｇ／Ｌであり、
ＨＦの濃度は、１００ｇ／Ｌ以下である、プロセス。
請求項９に記載のプロセスにおいて、
前記鋼に電流を加える工程は、陰極または陽極のうちの少なくとも一方により電流を加えることを含む、プロセス。
請求項１４に記載のプロセスにおいて、
前記鋼は、前記陰極または陽極のうちの一方を含む、プロセス。
請求項９に記載のプロセスにおいて、
第２の槽内に配された第２の混合物で前記鋼を処理する工程をさらに含み、
前記第２の混合物は、ＨＮＯ_３およびＨＦのうちの少なくとも一方を含み、
ＨＮＯ_３の濃度は、１０ｇ／Ｌ〜１３０ｇ／Ｌであり、
ＨＦの濃度は、０ｇ／Ｌ〜３０ｇ／Ｌである、プロセス。
請求項１６に記載のプロセスにおいて、
前記第１の混合物は、ＨＦをさらに含む、プロセス。
請求項１６に記載のプロセスにおいて、
前記ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼を含み、前記第２の混合物は、ＨＮＯ_３を含む、プロセス。
請求項１６に記載のプロセスにおいて、
前記ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼を含み、前記第２の混合物は、ＨＮＯ_３およびＨＦを含み、
前記第２の混合物中のＨＦの濃度は、５ｇ／Ｌ〜２５ｇ／Ｌの範囲である、プロセス。
請求項１６に記載のプロセスにおいて、
第３の槽内に配された第３の混合物で前記鋼を処理する工程をさらに含み、
前記第３の混合物は、ＨＮＯ_３を含み、
ＨＮＯ_３の濃度は、１０ｇ／Ｌ〜１３０ｇ／Ｌである、プロセス。
請求項９に記載のプロセスにおいて、
前記鋼は、連続して酸洗いされる、プロセス。
請求項９に記載のプロセスにおいて、
前記第１の混合物の温度は、２１℃〜８２℃（７０°Ｆ〜１８０°Ｆ）の範囲、または、２６℃〜５４℃（８０°Ｆ〜１３０°Ｆ）の範囲である、プロセス。
請求項９に記載のプロセスにおいて、
前記第１の混合物が前記ストリップを処理した後の、前記第１の混合物中の全溶解金属の量は、８０ｇ／Ｌ以下である、プロセス。
請求項９に記載のプロセスにおいて、
前記鋼に電流を加える工程は、電極により電流を加えることを含み、前記電極は、陰極-陽極-陰極の配列を含み、１アンペア／ｄｍ^２〜１００アンペア／ｄｍ^２の範囲の電流密度で１０クーロン／ｄｍ^２〜２００クーロン／ｄｍ^２の範囲の電流を加えるように動作可能である、プロセス。