JP2001279390A

JP2001279390A - 親水性オーステナイト系ステンレス鋼材

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Publication number: JP2001279390A
Application number: JP2000091236A
Authority: JP
Inventors: Naoto Hiramatsu; 直人平松; Hiroki Tomimura; 宏紀冨村; Seiichi Isozaki; 誠一磯崎
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-10
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP4454777B2

Abstract

(57)【要約】【課題】無垢の状態で優れた親水性を呈するオーステ
ナイト系ステンレス鋼材を提供する。【解決手段】光輝焼鈍された表面を有し、表面から深
さ100nmまでの表層部におけるSi＋Mnの平均濃度が5.0質
量％以上である親水性オーステナイト系ステンレス鋼
材。光輝焼鈍前に、必要に応じて研磨により粗面化され
る。鋼材としてＣ：0.15質量％以下，Cr：10〜50質量
％，Ni：4.0〜20.0質量％，Ｎ：0.15質量％以下，Si：
5.0質量％以下，Mn：10.0質量％以下で、かつ、少なく
ともSiまたはMnのいずれかを0.3質量％以上含み、ある
いはさらにMo：4.0質量％以下，Cu：4.0質量％以下の１
種以上を含み、あるいはさらにTi，Al，Nb，Ｖ，Zr，
Ｂ，REMの１種以上を合計1.0質量％以下を含むステンレ
ス鋼が使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面の親水性に優
れたオーステナイト系ステンレス鋼材に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼は素材そのものが優れた耐
食性を呈することから、めっきや塗装等の表面処理を施
さずに、無垢のままで使用される用途が大半を占めてい
る。近年では建築物や車両の外装材としても無垢のステ
ンレス鋼材が積極的に使用されるようになってきた。た
だし、これら外装材の用途では、しばしば「発銹」が見
られ、ステンレス鋼の特長である美麗な金属外観を損な
う場合がある。無垢のステンレス鋼材に見られるこのよ
うな「発銹」は、海塩粒子や粉塵などが鋼材表面に付着
した場合に生じやすいことが知られている。

【０００３】上記のような発銹を改善する手段として、
i)ステンレス鋼の化学組成を調整して素材の耐食性レベ
ルを向上させる方法、ii)ステンレス鋼材表面にめっき
や塗装等の表面処理を施す方法などが種々試みられてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記i)の方法
で素材の耐食性レベルを向上させたとしても、海塩粒子
や粉塵などの外的要因に起因する発銹は必ずしも防止で
きるとは限らない。耐食性レベルを大幅に向上させる
と、確かに発銹の程度は軽減されるが、それには高価な
元素の添加が必要となって材料コストの大幅な増加を招
くことから、i)の方法には自ずと限界がある。一方、上
記ii)のようにめっきや塗装等の表面処理を施す方法で
は、表面処理によるコストアップが避けられず、また、
表面外観もステンレス鋼本来の金属外観とは異なったも
のとなってしまう。

【０００５】ところで、建築物のいくつかの部位に同じ
無垢のステンレス鋼材を使用した場合、例えば屋根上面
や壁面下部のように、雨水によって付着物が洗い流され
やすい環境にある部位では他の部位よりも発銹が生じに
くい、ということも経験的事実の示すところである。そ
うであれば、海塩粒子等の付着物が容易に洗い流される
ような表面性状が実現できれば、上記i)ii)のような手
段によらずとも、ステンレス鋼材表面の耐発銹性を抜本
的に改善することが可能になるであろう。

【０００６】そのような性状の表面として、水滴との濡
れ性が良好な表面、すなわち親水性の良好な表面が考え
られる。親水性の良好な表面では、雨水等の水滴は鋼材
表面と広い面積で接触しようとするため、鋼材表面と付
着物粒子のわずかな間隙にも浸透しやすく、その結果、
付着物は浮き上げられて洗い流されやすくなる。本発明
は、このような表面状態を実現すべく、親水性に優れた
オーステナイト系ステンレス鋼材を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは種々検討の結
果、無垢のオーステナイト系ステンレス鋼材に、Siまた
はMnが適量濃化した表層部を形成することによって、親
水性を付与することができることを知見した。またその
表層部は例えば光輝焼鈍によって形成できることを確認
した。本発明は、これらの基礎的知見に基づいて完成し
たものである。

【０００８】すなわち、上記目的を達成するために、請
求項１の発明は、光輝焼鈍された表面を有し、表面から
深さ100nmまでの表層部におけるSi＋Mnの平均濃度が5.0
質量％以上である親水性オーステナイト系ステンレス鋼
材である。

【０００９】ここで、「表面から深さ100nmまでの表層
部におけるSi＋Mnの平均濃度」とは、最表面から深さ10
0nmまでの表層部を構成する全元素に占めるSiの割合
（質量％）とMnの割合（質量％）の合計値を意味する
が、具体的には、例えばＧＤＳ（グロー放電発光分光分
析装置）を用いて、表面から深さ方向に掘り進みながら
元素分析を行い、深さ0〜100nmの間のSi濃度の平均値お
よびMn濃度の平均値を求め、それらの和を算出すること
によって特定することができる。なお、SiあるいはMnの
いずれか一方の平均濃度がゼロであっても構わない。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明でいう
「光輝焼鈍された表面」が、研磨によって粗面化された
後に光輝焼鈍された表面である点を規定したものであ
る。

【００１１】請求項３の発明は、Ｃ：0.15質量％以下，
Cr：10.0〜30.0質量％，Ni：4.0〜20.0質量％，Ｎ：0.1
5質量％以下，Si：5.0質量％以下，Mn：10.0質量％以下
で、かつ、少なくともSiまたはMnのいずれかを0.3質量
％以上含むオーステナイト系ステンレス鋼材の鋼素地表
面に、Si，Mnの１種または２種が濃化した表面構造を有
し、表面から深さ100nmまでの表層部におけるSi＋Mnの
平均濃度が5.0質量％以上である親水性オーステナイト
系ステンレス鋼材である。

【００１２】ここで、「鋼素地表面」とは、めっきや塗
装等の表面被覆を有していない、いわゆる無垢（裸）の
状態のステンレス鋼材表面をいう。「Si，Mnの１種また
は２種が濃化した表面構造」とは、Si，Mnの少なくとも
一方が、表面から深さ100nmまでの領域において鋼材中
の平均濃度よりも高濃度になっていることを意味する。

【００１３】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、鋼材が、さらにMo：4.0質量％以下，Cu：4.0質量％
以下の１種または２種を含有するものである点を規定し
たものである。請求項５の発明は、請求項３の発明にお
いて、鋼材が、さらにTi，Al，Nb，Ｖ，Zr，Ｂ，REM
（希土類元素）の１種または２種以上を合計1.0質量％
以下含有するものである点を規定したものである。

【００１４】請求項６の発明は、請求項１〜５の親水性
オーステナイト系ステンレス鋼材が、特に建築物または
車両の外装用鋼板である点を規定したものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】表１に示す化学組成のオーステナ
イト系ステンレス鋼を真空溶解炉にて溶製し、鍛造，熱
延，中間焼鈍，冷延を施して板厚1mmの冷延板とした。
各冷延板について表面を＃600研磨して、概ねRa：0.27
μm，Rz：1.47μm，Rmax：2.43μmの粗面化表面とした
後、100％水素雰囲気中、1050℃で300秒保持する光輝焼
鈍を行った。光輝焼鈍においては、露点を種々変化させ
ることによって試料表面のSi＋Mn濃度を変化させた。な
お、表１中、A12〜A15は、SiおよびMnのいずれもが0.3
質量％に満たない鋼であり、請求項３〜５の対象を外れ
るものである。

【００１６】

【表１】

【００１７】光輝焼鈍した試料から、親水性試験用試料
と表面分析用試料を採取した。親水性試験用試料は、屋
外において、太陽光が直接当たる位置（周辺建物・障害
物の影が発生しない位置）に30日間暴露した後、埃等を
洗い流さずにそのままの表面状態で親水性試験に供し
た。親水性試験は、温度20℃，湿度60％の部屋で、水平
に置いた試料表面に蒸留水100μL（マイクロリットル）
を滴下し、60秒後にＣＣＤカメラにて試料表面上の水滴
を真横から観察し、その拡大画像から濡れ角度を求める
方法で行った。濡れ角度の定義は図１に示すとおりであ
る。一方、光輝焼鈍した試料の表面分析は、ＧＤＳ（グ
ロー放電発光分光分析装置）を用いて、表面から深さ方
向に掘り進みながら元素分析する方法で行った。そし
て、深さ0〜100nmの間のSi濃度の平均値およびMn濃度の
平均値を求め、それらの和を「表面から深さ100nmまで
の表層部におけるSi＋Mnの平均濃度（質量％）」の値と
した。表２に、光輝焼鈍時の露点と、上記試験結果を示
す。また、図２には、表面から深さ100nmまでの表層部
におけるSi＋Mnの平均濃度と、濡れ角度の関係をプロッ
トしてある。

【００１８】

【表２】

【００１９】表面から深さ100nmまでの表層部におけるS
i＋Mnの平均濃度が5質量％以上である本発明例の鋼材で
は、水滴粒子の濡れ角度が45度以下と小さくなり、30日
間屋外に暴露した状態において高い親水性を呈すること
がわかる。これに対し、同Si＋Mnの平均濃度が5質量％
に満たない比較例の鋼材では、濡れ角度が大きく、親水
性に劣る。比較例のうちNo.15〜18は鋼材中のSiおよびM
nの含有量がいずれも0.3質量％未満のものであるが、こ
れらは本発明例のものと同レベルの露点条件で光輝焼鈍
を行ったにもかかわらず、表層部のSi＋Mn濃度は非常に
低く、良好な親水性は付与されていない。つまり、表層
部のSi＋Mn濃度を高めるためには、鋼材中に少なくとも
SiまたはMnのいずれかを0.3質量％以上含有させること
が望ましいと言える。

【００２０】上記の実験例において屋外に30日間暴露し
た直後の試料表面外観についても、親水性試験を行う前
に、目視により観察している。その結果、表２に示した
本発明例のものは、比較例のものと比べ、埃の付着量が
少ないことがわかった。これは30日間の暴露期間中に観
測された3回の降雨によって、埃の洗い流され方に差が
出たものと考えられる。すなわち、親水性の良好な本発
明例のものでは、付着物が洗い流されやすくなっている
ことが確認された。

【００２１】上記実験例では、光輝焼鈍前に＃600研磨
を施して粗面化したが、発明者らの別途実験によると、
表面粗度をさらに粗くすることによって濡れ角度は一層
小さくなる傾向を示すことが確かめられている。

【００２２】以下、鋼材中の主な成分元素について簡単
に説明する。Ｃは、オーステナイト形成元素であり、高
温で生成するδフェライトの抑制、常温でのオーステナ
イト安定化に有効である。ただし、含有量が多くなると
成形性や耐食性を害するようになるので、0.15質量％以
下とすることが望ましい。Siは、ステンレス鋼の溶製に
おいては一般に脱酸目的で添加されるが、本発明では鋼
材表層部に濃化させることで親水性を発現させる役割を
担う。光輝焼鈍等の加熱処理によって比較的容易に表面
に濃化させるためには、0.3質量％以上の含有が望まし
い。ただし、含有量が多くなると冷却速度を制御しても
高温割れを誘発しやすくなり、製造上種々の問題も生じ
るので、Si含有量は0.3〜5.0質量％の範囲とするのが良
い。Mnは、オーステナイトの安定化をもたらすととも
に、本発明ではSiと並んで鋼材表層部に濃化させること
で親水性を発現させる。そのためにはSiと同様に0.3質
量％以上の含有が望ましい。ただし、添加量が多くなる
と溶製時にMnヒュームが発生するなどして製造性を悪化
させるので、Mn含有量は0.3〜10.0質量％とするのが良
い。なお、SiおよびMnは必ずしも0.3質量％以上の含有
を必要とするのではなく、結果として鋼材表層部にSiま
たはMnが前記規定のとおり濃化すれば十分である。

【００２３】Niは、高温および常温でオーステナイト相
を得るために必須の元素である。4.0質量％未満では高
温で多量のδフェライト相が生成し、しかも室温までの
冷却過程でマルテンサイト相が生成してオーステナイト
相が存在できなくなる。ただし、Niは高価であるため多
量の添加は大幅なコスト増を招く。したがって、Ni含有
量は4.0〜20.0質量％とするのが良い。Crは、ステンレ
ス鋼材の耐食性を確保するために不可欠な元素であり、
その含有量が10.0質量％未満では耐食性が不十分になり
やすい。一方、30.0質量％を超えると冷間加工性や靱性
の劣化を招くので、Cr含有量は10.0〜30.0質量％とする
のが良い。Moは、耐食性を改善するのに有効な元素であ
るが、過度の含有は高温での固溶強化や動的再結晶の遅
滞を招き、熱間加工性を劣化させるので、4.0質量％以
下とすることが望ましい。Cuは、オーステナイト形成元
素であるが、過度の含有は熱間加工性や耐食性を劣化さ
せるので、4.0質量％以下とすることが望ましい。

【００２４】Ｎは、Ｃと同様にオーステナイト形成元素
であり、高温で生成するδフェライトの抑制、常温での
オーステナイト安定化に有効である。ただし、過度の含
有は成形性や耐食性に有害となるので、0.15質量％以下
とすることが望ましい。Ti，Nb，Ｖは固溶Ｃを炭化物と
して固定することにより加工性を向上させ、Al，Zrは鋼
中の酸素を酸化物として捕らえることにより加工性や靱
性を向上させ、Ｂ，REMは熱間加工性を向上させる元素
である。ただし、これらはいずれも多量に含有すると製
造性を劣化させる元素でもある。したがって、これらの
元素は各々1.0質量％以下とし、これらの合計含有量も
1.0質量％以下に抑えることが望ましい。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、優れた親水性を安定し
て発現する無垢のオーステナイト系ステンレス鋼材が提
供できるようになった。この鋼材は、表面の付着物が雨
水や洗浄水により容易に洗い流されるため、例えば建築
物や車両の外装材に適している。また、素材自体に比較
的安価な成分組成の鋼種を用いた場合でも、日常の簡単
なメンテナンス（洗浄等）により、非常に高価な高耐食
性鋼種を用いた従来の鋼材を上回る耐発銹性を維持する
ことも可能となる。したがって本発明は、特に外装用ス
テンレス鋼材として非常にコストパフォーマンスの高い
材料の提供に貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼材表面上の水滴における濡れ角度の定義を表
す模式図である。

【図２】表面から深さ100nmまでの表層部におけるSi＋M
nの平均濃度と、濡れ角度の関係を表すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光輝焼鈍された表面を有し、表面から深
さ100nmまでの表層部におけるSi＋Mnの平均濃度が5.0質
量％以上である親水性オーステナイト系ステンレス鋼
材。
【請求項２】研磨による粗面化後に光輝焼鈍された表
面を有し、表面から深さ100nmまでの表層部におけるSi
＋Mnの平均濃度が5.0質量％以上である親水性オーステ
ナイト系ステンレス鋼材。
【請求項３】Ｃ：0.15質量％以下，Cr：10.0〜30.0質
量％，Ni：4.0〜20.0質量％，Ｎ：0.15質量％以下，S
i：5.0質量％以下，Mn：10.0質量％以下で、かつ、少な
くともSiまたはMnのいずれかを0.3質量％以上含むオー
ステナイト系ステンレス鋼材の鋼素地表面に、Si，Mnの
１種または２種が濃化した表面構造を有し、表面から深
さ100nmまでの表層部におけるSi＋Mnの平均濃度が5.0質
量％以上である親水性オーステナイト系ステンレス鋼
材。
【請求項４】鋼材が、さらにMo：4.0質量％以下，C
u：4.0質量％以下の１種または２種を含有するものであ
る、請求項３に記載の親水性オーステナイト系ステンレ
ス鋼材。
【請求項５】鋼材が、さらにTi，Al，Nb，Ｖ，Zr，
Ｂ，REMの１種または２種以上を合計1.0質量％以下含有
するものである、請求項３または４に記載の親水性オー
ステナイト系ステンレス鋼材。
【請求項６】建築物または車両の外装用鋼板である請
求項１〜５に記載の親水性オーステナイト系ステンレス
鋼材。