JP2010229488A

JP2010229488A - フェライト系ステンレス鋼研磨仕上げ材の製造方法

Info

Publication number: JP2010229488A
Application number: JP2009077991A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Noto; 寛能登
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】雰囲気熱処理以外の工程を要することなく、研磨により低下する耐食性を改善することができるフェライト系ステンレス鋼研磨仕上げ材の製造方法を提供する。
【解決手段】フェライト系ステンレス鋼が、所望の組成になるように原料配合して溶製し、溶鋼を連続鋳造してスラブを形成する（ａ１，ａ２）。スラブを熱間圧延して熱間圧延鋼板にし、当該熱間圧延鋼板を焼鈍して酸洗し、さらに熱間圧延鋼板を冷間圧延して冷間圧延鋼板にする（ａ３〜ａ５）。当該冷間圧延鋼板を研磨する（ａ６）。研磨後に、露点が−４０℃以下の水素ガス雰囲気中で、温度１０００℃以上かつ当該温度に保持される時間が１０秒以上になるように熱処理する（ａ７）。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば外装用途に使用されるフェライト系ステンレス鋼研磨仕上げ材の製造方法に関する。

従来、外装用の建材や装飾材には、耐食性および意匠性に優れるステンレス鋼が使用されている。ステンレス鋼の代表的な鋼種としてＳＵＳ３０４がある。しかし、ＳＵＳ３０４はＮｉを含み価格が高いので、Ｎｉを含まないフェライト系ステンレス鋼が、用途に応じＳＵＳ３０４に代わって用いられる。フェライト系ステンレス鋼は、耐食性に優れるが、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ４３０５に規定されるヘアーライン（ＨＬ）またはＮｏ．４などの研磨仕上げの表面状態で外装用に使用されると、その使用環境によっては早期に錆を発生することがある。

早期発錆の原因の一つに、ステンレス鋼板を研磨する際、ステンレス鋼板の表面温度が摩擦熱で高くなり酸化皮膜が形成される、いわゆる研磨焼けがある。研磨焼けによりステンレス鋼板の表面に生成される酸化皮膜は、Ｆｅ酸化物を多く含み、Ｃｒ濃度が相対的に低下するので、耐食性が低下して早期発錆に至ると考えられる。

このような問題に対して、研磨油に適当な添加剤および酸化防止剤を添加することで、研磨油膜切れの防止および研削性を向上し、研磨焼けを防止することが提案されている（特許文献１参照）。また、ステンレス鋼板を研磨した後、雰囲気および温度を調整して熱処理し、耐食性を改善することが提案されている（特許文献２参照）。

特開２００１−２６９８５１号公報特開２００２−３９３８号公報

しかし、特許文献１には、研磨前のステンレス鋼板の表面状態に応じて研磨負荷が大きくなる場合、研磨油の工夫だけでは研磨焼けを防止することができないという問題がある。また特許文献２には、研磨仕上げのフェライト系ステンレス鋼の耐食性を、雰囲気のガス組成および露点と温度とを調整して熱処理するだけでは改善することができず、熱処理後に酸化性溶液での処理を必要とするという問題がある。すなわち、研磨仕上げをしたフェライト系ステンレス鋼板の耐食性を改善するには、雰囲気熱処理以外に、さらに別の工程で処理しなければならない。

本発明の目的は、研磨により低下する耐食性を、少ない工程で改善することができるフェライト系ステンレス鋼研磨仕上げ材の製造方法を提供することである。

本発明は、フェライト系ステンレス鋼板を研磨し、研磨後に、露点が−４０℃以下の水素ガス雰囲気中で、温度が１０００℃以上、かつ当該温度に保持される時間が１０秒以上となるように連続的に熱処理することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼研磨仕上げ材の製造方法である。

また本発明で、フェライト系ステンレス鋼板の組成を、重量％で、
Ｃ≦０．１２％、Ｓｉ≦１．００％、Ｍｎ≦１．００％、Ｐ≦０．０４０％、Ｓ≦０．０３０％、１１．５０％≦Ｃｒ≦３０．００％、とすることを特徴とする。

本発明によれば、研磨した後、雰囲気のガス組成、露点、温度および均熱時間を制御して熱処理することで、雰囲気熱処理以外の他の工程、たとえば酸化性溶液による処理などを要することなく、フェライト系ステンレス鋼研磨仕上げ材の耐食性を改善することができる。

また本発明によれば、研磨仕上げの状態で外装用途に使用されるフェライト系ステンレス鋼板の耐食性を、研磨後に雰囲気熱処理をするだけで改善することができるので、その用途を一層拡大することができる。

図１は、本発明の実施の形態であるフェライト系ステンレス鋼板の製造方法に係る工程を示すフローチャートである。図２は、研磨装置１の概略構成を示す図である。図３は、ＦｅおよびＣｒの酸化と還元とに及ぼす水素ガスの露点および温度の影響を示すグラフである。

図１は、本発明の実施の形態であるフェライト系ステンレス鋼研磨仕上げ材の製造方法に関する工程を示す。以下、図１を参照して、フェライト系ステンレス鋼研磨仕上げ材の製造方法について説明する。

ステップａ１では、フェライト系ステンレス鋼が、所望の組成になるように製鋼用原料を配合して溶製する。ステップａ２では、溶鋼を連続鋳造してスラブを形成する。なお、連続鋳造に限定されることなく、溶鋼を鋳型に鋳造して鋼塊を形成してもよい。ステップａ３では、スラブを熱間圧延して熱延鋼板にする。ステップａ４では、熱延鋼板を焼鈍し酸洗する。ステップａ５では、熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板にする。

ステップａ６では、冷延鋼板を研磨する。図２は、研磨装置１の概略構成を示す。研磨装置１は、大略、研磨ベルト２と、コンタクトロール３と、アイドルロール４と、ビリーロール５と、入側ノズル６と、出側ノズル７と、入側ブレーカロール８と、出側ブレーカロール９と、不図示のロール駆動源と、を含む。コンタクトロール３とアイドルロール４とは、間隔をあけて配置される。研磨ベルト２は、コンタクトロール３とアイドルロール４とに張架される。コンタクトロール３との間で研磨ベルト２を挟むようにビリーロール５が配置される。不図示のロール駆動源によってコンタクトロール３が回転駆動され、コンタクトロール３とアイドルロール４とに張架される研磨ベルト２が矢符１０方向に回転する。フェライト系ステンレス鋼板１１は、入側および出側ブレーカロール８，９で適度な張力を負荷され、ビリーロール５と研磨ベルト２との間を、矢符１２方向に通板されて研磨される。入側ノズル６および出側ノズル７は、コンタクトロール３を挟んで、フェライト系ステンレス鋼板１１の搬送方向の前後に配置され、研磨油を吐出して潤滑する。ＨＬやＮｏ．４などの表面仕上げの仕様に応じ、研磨ベルト２の粗さを選択するとともに、研磨のパス回数を調整して研磨する。この研磨を通じて、フェライト系ステンレス鋼板１１の表面に研磨の熱による酸化皮膜が形成される。

図１に戻って、ステップａ７では、露点−４０℃以下の水素ガス雰囲気中で、温度が１０００℃以上、かつ当該温度に保持される均熱時間が１０秒以上となるように連続的に熱処理する。このような雰囲気熱処理は、光輝焼鈍炉で行うことができる。研磨後に条件を制御して雰囲気熱処理することによって、フェライト系ステンレス鋼板の表面に研磨で生成される酸化皮膜中の酸化物を還元することができる。還元後、大気中でフェライト系ステンレス鋼板の表面に形成される皮膜、いわゆる不動態皮膜はＣｒに富むので、耐食性が改善される。

以下、雰囲気焼鈍での条件について範囲等を限定する理由について説明する。
水素ガス雰囲気：フェライト系ステンレス鋼板の研磨で生成される酸化皮膜は、ＦｅおよびＣｒの酸化物で構成される。ＦｅおよびＣｒの酸化物をともに還元して耐食性を改善するには、還元能に優れる水素ガスの雰囲気であることを必要とする。ここで、水素ガス雰囲気とは、工業的生産過程で不可避的に混入する不純物ガス、および熱処理炉内を置換する仮定で不可避的に混入するガスの含有を許容し、残部が水素のみからなるガス雰囲気のことをいう。

水素ガスの露点−４０℃以下および熱処理温度１０００℃以上：図３は、ＦｅおよびＣｒの酸化と還元とに及ぼす水素ガスの露点および温度の影響を示す。フェライト系ステンレス鋼板の研磨により低下した耐食性を十分に改善するには、Ｆｅ酸化物だけでなく、Ｃｒ酸化物も還元する必要がある。Ｆｅ酸化物を還元するとともに、Ｃｒ酸化物も還元するには、水素ガスの露点を−４０℃以下とし、かつ熱処理温度を１０００℃以上にする必要がある。露点が低い程、還元にとっては好ましいので、露点の下限を特に規定しない。しかし、大型の雰囲気熱処理炉では、露点を大きく下げるのは難しく、実際上は−７０℃程度が下限値になると思われる。熱処理温度が高い程、還元にとっては好ましいので、熱処理温度の上限を特に規定しない。しかし、燃料の原単位や鋼板が昇温して極度に軟化すると操業上の問題があることから、１２００℃程度を上限にすることが好ましい。

均熱時間１０秒以上：表面酸化皮膜中のＦｅおよびＣｒの酸化物を十分に還元して耐食性を改善するには、経験則から１０００℃以上に保持される均熱時間が１０秒以上であることを必要とする。均熱時間が長い程、十分な還元が行われるので、均熱時間の上限を特に規定しない。しかし、連続式の光輝焼鈍炉では、鋼板の搬送速度で均熱時間を調整するので、生産効率の観点から均熱時間は４０秒程度を上限にすることが好ましい。

図１に示すフェライト系ステンレス鋼研磨仕上げ材の製造で必須の工程は、研磨する工程と、研磨後に条件を制御して雰囲気熱処理する工程である。研磨に至るまでの製造工程は、図１に示す工程に限定されることなく、製品の仕様に応じて所望の工程を追加してもよく、また工程を変更してもよい。

また、フェライト系ステンレス鋼板は、その組成を、重量％で、Ｃ≦０．１２％、Ｓｉ≦１．００％、Ｍｎ≦１．００％、Ｐ≦０．０４０％、Ｓ≦０．０３０％、１１．５０％≦Ｃｒ≦３０．００％、とすることが好ましい。

このような組成のフェライト系ステンレス鋼板は、外装材として用いられる機会の多いＳＵＳ３０４と同等またはそれ以上の耐食性を有する。上記組成のフェライト系ステンレス鋼板は、研磨後に所定の雰囲気熱処理が施されることにより耐食性が改善されるので、外装材分野での汎用性を増すことができ、その用途を一層拡大することができる。

以下、フェライト系ステンレス鋼板の成分限定理由について説明する。
Ｃ≦０．１２％
Ｃは鋼の強度を得るためには必須の元素である。しかし、多量に含むと耐食性を低下させるので、０．１２％以下とする。

Ｓｉ≦１．００％
Ｓｉは、製鋼工程において、脱酸剤および熱源として必須の元素である。しかし、多量に含むと鋼を硬化させるので、１．００％以下とする。

Ｍｎ≦１．００％
Ｍｎは、製鋼工程において、脱酸に必要な元素である。しかし、多量に含むとオーステナイト相を形成するので、１．００％以下とする。

Ｐ≦０．０４０％
Ｐは耐食性を低下させるので少ない方が好ましい。しかし、脱燐の負荷との兼ね合いを考慮して０．０４０％以下とする。

Ｓ≦０．０３０％
Ｓは耐食性を低下させるので少ない方が好ましい。しかし、脱硫の負荷との兼ね合いを考慮して０．０３０％以下とする。

Ｃｒ：１１．５０〜３０．００％
Ｃｒは、耐食性を確保するために必須の元素であり、形成される酸化皮膜の耐食性を考慮すると１１．５０％以上が必要である。しかし、過剰に含有させるとコストを高くするとともに、加工性を低下させるので、３０．００％以下とする。

好ましくは、ＣｕとＮｂとを以下の範囲に添加するのが良い。
Ｃｕ：０．３０〜０．８０％
Ｃｕは、孔食電位を高め、耐食性を向上させるので、０．３０％以上添加することが好ましい。しかし、多量に含むとオーステナイト相を形成するので、０．８０％以下とする。

Ｎｂ：８×（Ｃ＋Ｎ）〜０．８０％
Ｎｂは、炭化物および窒化物を形成することでＣおよびＮを安定化し、粒界腐食を防ぐので、（Ｃ＋Ｎ）の８倍以上添加するのが良い。しかし、過剰に含有させるとコストを高くするので、０．８０％以下とする。

以下本発明の実施例について説明する。ここでは、研磨工程の後に本発明範囲の条件で雰囲気焼鈍した場合の実施例と、研磨仕上げのままの場合の比較例とについて、塩水噴霧、乾燥および湿潤を繰返し行う複合腐食サイクル試験を行って耐食性を評価した。

表１に試験に供したフェライト系ステンレス鋼の組成を重量％で示す。鋼種ＡおよびＢともに、主な組成が１９Ｃｒ−Ｃｕ−Ｎｂのフェライト系ステンレス鋼である。表２に各供試材の製造工程を示す。鋼種Ａについては冷間圧延の仕上げ厚さを０．７ｍｍとし、鋼種Ｂについては冷間圧延の仕上げ厚さを１．５ｍｍとした。鋼種Ａの冷間圧延材を、Ｎｏ．４研磨仕上げ後に雰囲気熱処理して実施例１とした。また、鋼種Ａの冷間圧延材を、焼鈍酸洗後にＮｏ．４研磨仕上げして比較例とした。鋼種Ｂの冷間圧延材を、ＨＬ研磨仕上げ後に雰囲気熱処理して実施例２とした。実施例１および実施例２の供試材に対して行った雰囲気熱処理条件を表３に示す。

実施例および比較例の供試材から寸法が７５×１５０ｍｍ^２の試験片を採取し、複合腐食サイクル試験に供した。表４に、複合腐食サイクル試験の試験条件を示す。なお、複合腐食サイクル試験では、より厳しい条件での耐食性を評価するために、試験片を水平置きにして試験した。複合腐食サイクルを１０サイクル終えた段階で試験を停止し、サンプルを目視観察するとともに、発錆の面積率を求めて耐食性を評価した。

複合腐食サイクル試験の結果、実施例１および実施例２では、極めてわずかに発錆が認められる程度であり、耐食性が良好であった。一方、比較例では面積率で約７９％程度の発錆が認められ、耐食性が不良であった。このように、研磨をした後、雰囲気ガス組成、露点、温度および均熱時間を制御して雰囲気熱処理することによって、耐食性が改善されることが判る。

１研磨装置
２研磨ベルト
３コンタクトロール
４アイドルロール
１１フェライト系ステンレス鋼板

Claims

フェライト系ステンレス鋼板を研磨し、
研磨後に、露点が−４０℃以下の水素ガス雰囲気中で、
温度が１０００℃以上、かつ当該温度に保持される時間が１０秒以上となるように連続的に熱処理することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼研磨仕上げ材の製造方法。
前記フェライト系ステンレス鋼板の組成を、重量％で、
Ｃ≦０．１２％、
Ｓｉ≦１．００％、
Ｍｎ≦１．００％、
Ｐ≦０．０４０％、
Ｓ≦０．０３０％、
１１．５０％≦Ｃｒ≦３０．００％、
とすることを特徴とする請求項１記載のフェライト系ステンレス鋼研磨仕上げ材の製造方法。