JP2009041041A - 水周り部材用フェライト系ステンレス鋼板 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Abstract
【解決手段】mass%で、C:0.020%以下、Si:0.30〜1.00%、Mn:0.50%以下、P:0.040%以下、S:0.010%以下、Cr:20.0〜28.0%、Ni:0.60%以下、Al:0.03〜0.15%以下、N:0.020%以下、O:0.0020〜0.0150%、Mo:0.30〜1.5%、Nb:0.10〜0.50%、Ti:0.10%以下を含有し、かつCrとMoが下記式;
24mass%≦Cr+3.3Mo≦32mass%
を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、鋼板表層に平均厚さ10〜100nmの酸化皮膜を有する水周り部材用フェライト系ステンレス鋼板。
【選択図】なし
Description
24mass%≦Cr+3.3Mo≦32mass%
を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、鋼板表層に平均厚さ10〜100nmの酸化皮膜を有する水周り部材用フェライト系ステンレス鋼板である。
24mass%≦Cr+3.3Mo≦32mass%
を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼板を焼鈍して表層に酸化皮膜を形成し、次いで、硝弗酸溶液に浸漬して酸化皮膜の平均厚さを10〜100nmに調整し、その後、硝酸溶液中で正電解、負電解を各1回以上行う水周り部材用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法を提案する。
C:0.020mass%以下
Cは、Crと結合して炭化物を形成しやすい元素であり、特に、溶接時に、熱影響部などに形成されやすい。このCr炭化物の形成は、Cr欠乏層を発生させ、粒界腐食を引き起こす原因となるので、Cは低いほど好ましい。よって、本発明では、Cを0.020mass%以下とする。好ましくは、0.015mass%以下である。
Siは、脱酸剤として添加される元素である。また、発明者らの研究によれば、鋼中にSiを含有させると、熱処理時に、Siが地鉄の最表層粒界部に酸化物(SiO2)を形成し、これが、酸による粒界侵食を抑える働きがある。この効果は、特に、ハロゲンを含む酸やpHの低い溶液において大きく、粒界が深く掘られて、研磨性が悪化するのを防ぐことができる。また、SiO2は、酸化皮膜として鋼板表面に連続的に存在している必要はなく、適度に表面に残留していることによっても、鋼の耐食性を向上する働きがある。これらの効果は、Si含有量が0.30mass%以上で発現する。一方、Si含有量が1.0mass%を超えると、酸化皮膜を形成する時に、酸化皮膜と地鉄との界面に濃化し過ぎて、特に、最表層の粒界部にSi酸化物が生成し過ぎて、逆に研磨性の劣化を招く。さらに、Siの過度の添加は、鋼を硬質化し、加工性の低下を招く。よって、本発明では、Si含有量は、0.30〜1.00mass%の範囲とする。好ましくは、0.4〜0.6mass%の範囲である。
Mnは、脱酸作用を有する元素であるが、鋼中に存在するSと結合して、可溶性硫化物であるMnSを形成し、耐食性を低下させる。また、過剰な添加は、固溶強化により加工性を損なう。さらに、Mnは、0.50mass%を超えて添加すると、熱処理時に生成する酸化皮膜中に、特に外層に生成するスピネル酸化物中にMnが濃化し、テンパーカラー状の薄い酸化皮膜を残留させたときの耐食性を劣化させる。よって、本発明では、Mnは低いほど好ましく、0.50mass%以下とする。好ましくは0.3mass%以下である。
Pは、耐食性を害する元素であり、特に、含有量が0.040mass%を超えると、その影響が大きくなる。よって、Pは0.040mass%以下とする。好ましくは、0.030mass%以下である。
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、初期発銹の起点となる。また、結晶粒界に偏析して粒界脆化を促進する有害元素でもある。特に、Sの含有量が0.010mass%を超えると、その悪影響が顕著となる。よって、本発明においては、Sは0.010mass%以下とする。好ましくは、0.005mass%以下である。
Crは、フェライト系ステンレス鋼の耐食性を決定する基本成分である。しかし、Cr含有量が20.0mass%未満では、鋼板表層に酸化皮膜が生成すると、皮膜と地鉄との界面のCr濃度が局部的に低下するために、この部分が露出した場合には、短時間で発銹に至る。また、耐食性を向上させるMoの添加量を多くしても、耐食性は、Crが消費されてしまうと極端に低下する。しかし、Crの含有量が20.0mass%以上であれば、本発明が所期した程度の酸化皮膜の生成によって地鉄のCr濃度が低下しても、粒界や粒内での脱クロム層の分布も腐食速度に影響を与えるような分布とはならない。一方、Crの含有量が28.0mass%を超えると、酸化物中のCr濃度が上がり、前述した表層粒界でのSi酸化物の生成が抑制されるため、本発明が所期した程度の酸化皮膜を残存させても、ハロゲンを含む酸やpHの低い溶液による選択的な粒界腐食を防止することができずに粒界侵食が起こり、研磨性を悪化させることになる。また、Crの含有量が28.0mass%を超えると、伸びが減少し、加工性が低下する。よって、Crの含有量は20.0〜28.0mass%の範囲とする。好ましくは22.0〜25.0mass%の範囲である。
Niは、靭性の向上に有効な元素であるが、0.60mass%を超えて含有すると、応力腐食割れ(SCC)感受性が高くなる。よって、Niは0.60mass%以下にする。
Alは、Siと同じく、800℃未満で酸化皮膜を形成するため、Si,Moと並んで本発明においては重要な元素である。すなわち、Alを鋼中に0.03mass%以上添加すると、熱処理した時に、Si同様、Alが地鉄の最表層に酸化皮膜を形成し、耐食性を向上する。一方、Alの含有量が0.15mass%を超えると、酸化皮膜形成時に、その外層に生成する酸化物、特に、スピネル系の酸化物中のAl濃度が上がり、耐食性が劣化する。よって、本発明では、Alは0.03〜0.15mass%とする。好ましくは、Alの添加量は、0.05〜0.11mass%の範囲である。
Nは、Crと結合してCr窒化物を形成しやすい。特に、溶接時に、熱影響部にCr窒化物が形成されると、粒界腐食の原因となるので、Nは低いほど好ましい。よって、本発明では、Nを0.020mass%以下とする。
Oは、溶接時の溶け込み性を向上させる元素である。一方、多量の添加は、介在物を増加させ、耐食性の低下が顕著となる。よって、Oは、0.0020〜0.0150mass%の範囲とする。
Moは、耐食性の向上に極めて有効な元素である。鋼中のMoは、酸溶液中での不動態皮膜を強固にし、また、ハロゲンなどで破壊された不動態皮膜の再生を促進する働きが強いので、研磨後の耐食性を考慮した場合には、積極的に添加するのが好ましい。特に、温水器や水槽などのように、ハロゲンを含む水回りに使用する場合には、積極的に添加したほうがよい。上記Moの効果は、0.30mass%以上の添加で得られる。
Nbは、Crに優先して炭窒化物を形成する元素であり、熱延後にCr炭窒化物が形成されるのを防ぎ、靭性の劣化を抑制する働きがある。この効果を得るためには、Nbは、化学当量的な関係から、8×(C+N)mass%以上添加する必要がある。一方、0.50mass%を超え添加すると、逆に熱延板の靭性が劣化し、また溶接部での耐食性を低下させる。よって、Nbは0.10〜0.50mass%の範囲とする。なお、好ましいNbの添加量は0.20〜0.40mass%である。
Tiは、Nbと同様、Crよりも優先的に炭窒化物を形成し、溶接部などでの耐食性を向上させるので、耐食性の向上には好ましい元素である。しかし、0.1mass%を超える添加は、熱延板のシャルピー吸収エネルギー低下の原因となり、破断しやすくなる。また、TiNのクラスター状介在物による表面傷の発生を招き、研磨性を著しく阻害する。よって、Tiは0.10mass%以下とする。なお、好ましくは、Tiは0.03mass%以下とする。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、基本成分が上記組成範囲を満たしていることの外に、さらに、CrとMoが下記(1)式;
24mass%≦Cr+3.3Mo≦32mass% ・・・(1)
を満たしていることが必要である。上記(1)式の左辺の値は、残留塩素濃度が高い温水器や水槽、シンクなどにおいても、耐食性を確保するために必要な条件を示したものである。一方、上記(1)の右辺の値は、母材の耐食性と溶接時のテンパーカラーの生成によって劣化した溶接部との耐食性の差が大きくなると、腐食が優先的にテンパーカラー部で起こるようになり、隙間腐食を助長するようになるので、これを防止するための条件を示したものである。
Cu:0.2〜1.0mass%
Cuは、Crを20.0mass%以上含有する鋼の母材の耐食性を向上させる効果を有する。この効果は、0.2mass%以上の添加で発現し、特に、ハロゲンを含む低pHの酸溶液中での、地鉄の溶解を少なくする効果が大きい。この理由は、十分に明らかとはなっていないが、ハロゲンを含む低pH溶液中で溶け出したCuが地鉄に再付着して、地鉄の耐溶解性を高めるためと推定している。一方、Cuを1.0mass%超え添加すると、逆に、Cuの溶解が促進されて耐隙間腐食性が低下する。よって、Cuは、0.2〜1.0mass%の範囲で添加するのが好ましい。より好ましいCuの添加量は0.3〜0.7mass%である。
Zrは、Nbと同様、Crよりも優先して炭窒化物を形成し、溶接部の耐食性を向上させる元素である。この効果は、0.1mass%以上の添加で発現する。一方、0.6mass%を超える過多の添加は、金属間化合物を形成して、熱延板の靭性を劣化させる。よって、本発明では、Zrは0.1〜0.6mass%の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは、Zrは0.15〜0.35mass%の範囲である。
本発明の鋼板は、上記成分組成を単に満たすだけでは、本発明が目的とする耐食性と研磨性とを両立させることは不可能であり、特に、優れた研磨性を得ることはできない。上記目的を達成するためには、上記成分組成条件を満たした上で、さらに、鋼板の表層に、特定の酸化皮膜を選択的に残留させる必要がある。
本発明の鋼板の製造方法は、特に制限されるものではく、従来から用いられている公知のステンレス鋼板の製造方法を適用することができる。たとえば、上述した成分組成を有する溶鋼を、転炉、電気炉、真空溶解炉等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊法で鋼素材(スラブ)とし、この鋼素材を再加熱してから熱間圧延するかあるいは再加熱することなく直接熱間圧延して熱延板とし、次いで、この熱延板に、必要に応じて熱延板焼鈍を施し、酸洗し、冷間圧延して冷延板とするのが好ましい。
<酸化皮膜の特性評価>
上記冷延製品板から試験片を採取し、Auger分光分析装置およびGDS分析装置を用いて、残留酸化皮膜の厚さを測定するとともに、酸化皮膜中および地鉄中のSiおよびAlの濃度を測定し、それぞれの強度比(皮膜濃度/地鉄濃度)を求めた。
<研磨性の評価>
上記冷延製品板から試験片を採取し、♯600番のアルミナ砥粒を用いて、有機樹脂のバフロールにより1分間湿式研磨し、研磨後の板の光沢度を測定し、光沢度が400以上を研磨性良と評価した。なお、光沢度の測定は、光沢度計HG−268(スガ試験機製)を用い、L方向(圧延方向)に平行に入射光の測定角度60°で行った。
<孔食電位の測定>
上記研磨性評価の試験前および試験後の試験片について、JIS G0577「ステンレス鋼の孔食電位測定方法」に準拠して、孔食電位(V’c10)を測定し、耐食性を評価した。なお、研磨前の測定に用いた試験片は、研磨は一切行わず、また、試験液への10分間の浸漬も行うことなく、浸漬後、直ちに電位走査を開始した。なお、孔食電位による耐食性の評価は、研磨前は、300mV以上を耐食性良好、研磨後は、400mV以上を耐食性良好と評価した。
<CCT試験>
上記冷延製品板から幅60mm×長さ80mmの試験片を2枚採取し、そのうちの1枚を上記研磨性評価と同じ条件で研磨し、研磨前と研磨後の試験片を準備した。これらの試験片を、乾湿繰り返し試験(CCT試験)に供して耐食性を評価した。CCT試験に用いた試験片は、アルカリ洗浄液(脱脂液:ホメザリン:花王(株)製)に30秒間浸漬して洗浄したのち試験面のエッジから5mmまでの縁部とエッジそれに試験面の反対面を、ビニールテープでシールしてから耐食性試験に供した。CCT試験は、噴霧(NaCl:5%溶液、温度35℃、0.5時間)→乾燥(温度60℃、1時間)→湿潤(温度40℃、湿度95%、1時間)の2.5時間の行程を1サイクルとしてこれを繰り返して行い、初期錆が発生するまでの発錆時間を測定し、評価した。なお、発錆時間による耐食性の評価は、研磨前は、200時間以上(80サイクル以上)を耐食性良好、研磨後は、400時間以上(160サイクル以上)を耐食性良好と評価した。
Claims (4)
- C:0.020mass%以下、Si:0.30〜1.00mass%、Mn:0.50mass%以下、P:0.040mass%以下、S:0.010mass%以下、Cr:20.0〜28.0mass%、Ni:0.60mass%以下、Al:0.03〜0.15mass%以下、N:0.020mass%以下、O:0.0020〜0.0150mass%、Mo:0.30〜1.5mass%、Nb:0.10〜0.50mass%、Ti:0.10mass%以下を含有し、かつCrとMoが下記式;
24mass%≦Cr+3.3Mo≦32mass%
を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、鋼板表層に平均厚さ10〜100nmの酸化皮膜を有する水周り部材用フェライト系ステンレス鋼板。 - 上記成分組成に加えてさらに、Cu:0.2〜1.0mass%およびZr:0.1〜0.6mass%のいずれか1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
- 酸化皮膜中のSiおよびAlのいずれか1つ以上の濃度が、母材濃度の3倍以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のフェライト系ステンレス鋼。
- C:0.020mass%以下、Si:0.30〜1.00mass%、Mn:0.50mass%以下、P:0.040mass%以下、S:0.010mass%以下、Cr:20.0〜28.0mass%、Ni:0.60mass%以下、Al:0.03〜0.15mass%以下、N:0.020mass%以下、O:0.0020〜0.0150mass%、Mo:0.30〜1.5mass%、Nb:0.10〜0.50mass%、Ti:0.10mass%以下を含有し、かつCrとMoが下記式;
24mass%≦Cr+3.3Mo≦32mass%
を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼板を焼鈍して表層に酸化皮膜を形成し、次いで、硝弗酸溶液に浸漬して酸化皮膜の平均厚さを10〜100nmに調整し、その後、硝酸溶液中で正電解、負電解を各1回以上行う水周り部材用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
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