JP2019035106A - 発色用ステンレス鋼板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＬ製品製造工程においてステンレス鋼表面に形成される不働態皮膜組成と表面性状を制御することにより、製造コイル毎においても色調が均一な発色皮膜を形成可能な発色用ステンレス鋼板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】素材鋼板表面の通板方向に対し垂直な方向の算術平均粗さＲａが０．３０〜１．００μｍで、表面の凹凸の歪度を示すＲｓｋが０．７〜１．０、不働態皮膜中のＦｅのカチオン分率Ｆｅ_Ｆの対する不働態皮膜中のＣｒのカチオン分率Ｃｒ_Ｆの比であるＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比が１６．０〜２０．０であることを特徴とする発色用ステンレス鋼板。
【選択図】図２

Description

本発明は、発色用ステンレス鋼板とその製造方法に関し、特に、本発明は、発色色調が均一な発色用ステンレス鋼板及びその製造方法に関する。

ステンレス鋼の表面に光透過性の酸化皮膜（以下、発色皮膜、着色皮膜とも称する。）を形成させると、反射光に干渉が生じるため、酸化皮膜の厚みに応じて異なった色調を持つ干渉色をステンレス鋼に付与することができる。このようなステンレス鋼の発色技術の代表的なものとして、クロム酸／硫酸水溶液中にステンレス鋼を浸漬することによって鋼表面に干渉色をもたらす酸化皮膜を形成させる、いわゆる「INCO法」が広く知られている（特許文献１参照）。

「INCO法」をはじめとする化学発色法は、上記のとおり、研磨仕上げ後のステンレス鋼板（素材鋼板）をクロム酸／硫酸水溶液中に浸漬させて酸化皮膜を形成することによって発色させるが、素材鋼板に起因する発色ムラ（着色ムラ、不均一着色）が生じ易い問題があった。これは、研磨仕上げによるステンレス鋼板の凹凸等の表面性状の相違をはじめとして、素材鋼板の組織、粒界析出物、製造履歴等の影響を受け、ステンレス鋼板表面に形成される不働態皮膜が不均一になることに原因がある。

不均一着色を防止するため、リン酸、硫酸、クロム酸、あるいはこれらの混酸溶液中でステンレス鋼を陽極としてアノード処理を行い、ステンレス鋼の表面を溶解する前処理法が提案されている（特許文献２〜５等参照）。
何れの前処理によっても、ステンレス鋼表面が部分的に溶解又は除去される。そして、不均一部分が除去され、新規な表面を露出させることによってステンレス鋼表面が均一化される。均一化された表面がインコ法等の着色反応に曝されるため、着色ムラが抑制され、比較的均一な色調をもつ着色皮膜が形成される。しかしながら、これらの前処理は作業工程が多くなり、コスト増に繋がる。

また、これら前処理以外に、ヘアライン研削後のステンレス鋼帯の表面性状を制御することで均一な皮膜を作成する方法も開示されている。
例えば特許文献６によると、ヘアライン仕上げ工程（ＨＬ仕上げ工程）の潤滑オイル量を制御し鋼板の表面温度を均一にすることで不働態皮膜が均一化し、その結果着色皮膜の色調が均一化するとされている。しかしながら、この処理は鋼板の幅方向における色調の均一性を確保するものであり、コイルまたはロット毎等、鋼板の長手方向における色調の均一性について言及されていない。

特公昭５２−３２６２１号公報 特公昭５８−３０４０号公報 特開昭５１−１３１４３１号公報 特開昭５８−２２１２８３号公報 特開昭５８−１９９８９６号公報 特開平１−３１６１５９号公報

上述したように、従来では着色ムラを抑制すべく、発色皮膜の形成前に素材鋼板の表面性状を均一に整える方法が広く採用されてきたが、工程数が多くなることから、コストを増大させることなく着色ムラを抑制させる方法が要望されていた。
また、特許文献６には、ステンレス鋼板の製造時に一般的に行われるヘアライン仕上げ工程における製造条件を制御することで、着色ムラを抑制できる技術が記載されているが、上記のとおり、当該技術は鋼板の幅方向の着色ムラの抑制を目的としており、コイルやロット毎、長手方向における着色ムラの対策としては不十分であった。

本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、鋼板の幅方向のみならず、コイルやロット毎等、鋼板長手方向においても発色ムラが抑制され、かつ発色色調が均一である発色皮膜を形成可能な発色用ステンレス鋼板およびその製造方法を提供するものである。

本発明者らは、発色皮膜形成後のステンレス鋼板の発色ムラや色調の均一性について鋭意検討した結果、不働態皮膜の組成と、鋼板表面の凹凸性状を制御することにより、コイルやロット毎等の鋼板長手方向においても、色調が均一な発色皮膜を形成することが可能であることを見出した。さらに、これら不働態皮膜の組成と鋼板表面の凹凸性状は、新たな工程を追加することなく、ヘアライン研磨工程における製造条件を適正の範囲となるよう制御することで適正なものに制御できるという知見を得て、本発明に至った。
即ち、本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、上記課題を解決する本発明の要旨は下記のとおりである。

［１］素材鋼板の表面に不働態皮膜およびヘアライン模様を備えたステンレス鋼板であって、前記ヘアライン模様に対し垂直な方向の鋼板表面の算術平均粗さＲａが０．３０〜１．００μｍであり、鋼板表面の凹凸の歪度を示すスキューネスＲｓｋが０．７〜１．０であり、前記不働態皮膜中のＦｅのカチオン分率Ｆｅ_Ｆに対する前記不働態皮膜中のＣｒのカチオン分率Ｃｒ_Ｆの比であるＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比が１６．０〜２０．０であることを特徴とする発色用ステンレス鋼板。
［２］前記算術平均粗さＲａと前記スキューネスＲｓｋを乗じた値（Ｒａ×Ｒｓｋ）が０．２１〜１．００であることを特徴とする上記［１］に記載の発色用ステンレス鋼板。
［３］前記素材鋼板が、ＪＩＳ Ｇ ４３０５に規定されるＳＵＳ３０４ステンレス冷延帯鋼であることを特徴とする上記［１］または［２］に記載の発色用ステンレス鋼板。
［４］冷間圧延工程、焼鈍工程、酸洗工程、ヘアライン研磨工程を含む発色用ステンレス鋼板を製造する方法であって、前記ヘアライン研磨工程において、ＪＩＳ Ｒ ６０１０に規定される粒度Ｐ１２０〜Ｐ１８０を有する研磨ベルトを用い、かつ当該研磨ベルトの研磨圧を４０〜６０ｋｇ／ｃｍ^２とすることを特徴とする上記［１］〜［３］の何れか一項に記載の発色用ステンレス鋼板の製造方法。

本発明によれば、鋼板の幅方向のみならず、コイルやロット毎等、鋼板長手方向においても発色ムラが抑制され、かつ発色色調が均一である発色皮膜を形成可能な発色用ステンレス鋼板およびその製造方法を提供することができる。
すなわち、本発明に係る発色用ステンレス鋼板を素材として発色皮膜を形成させたステンレス鋼（発色ステンレス鋼）は、コイルやロット毎であっても優れた色調均一性を発揮できるため、本発明に係る発色用ステンレス鋼板は、発色ステンレス鋼が使用される様々な産業の生産性を安定させ得る画期的な材料となり得る。また、本発明の製造方法は新規の設備や製造工程を加えることなく、既存の装置を用いて十分に実施可能な方法であるため、工業的価値は非常に大きいものである。

本実施形態に係るヘアライン研磨工程で用いる研磨装置の側面概略図である。 本実施例に係るＲａ×ＲｓｋとＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比の関係を示す図である。

本実施形態を説明する前に、まず、発色ステンレス鋼板の発色原理や一般的に行われている発色皮膜の成膜方法、その原理について説明する。
発色皮膜を成膜する方法として、クロム酸／硫酸中でステンレス鋼を浸漬させるINCO法や、クロム酸／硫酸中でステンレス鋼を電解処理する電解法が広く知られているが、INCO法、電解法ともに鋼板表面における電気化学反応により発色皮膜を成膜させている。
電気化学反応では、試料鋼板（ステンレス鋼板）上でカソードとアノードと呼ばれるそれぞれ還元反応と酸化反応が生じている。クロム酸／硫酸中にステンレス鋼板を浸漬または電解させると、カソードでクロム酸の還元反応、アノードでステンレス鋼の溶解が生じる。このカソードにおけるクロム酸の還元反応により、ステンレス鋼板表面で局所的なｐＨ増加が生じ、それに伴い金属イオンの加水分解が生じる。その結果、Ｃｒ、およびステンレス鋼の溶解により生じたＦｅ等を含む発色皮膜が試料鋼板表面に成膜される。すなわち、電気化学反応により発色皮膜を成膜する上で、このカソード反応が重要であり、クロム酸の還元反応が生じる際、クロム酸はステンレス鋼表面に拡散する必要があり、拡散のしやすさ（度合い）が、発色皮膜の成膜状況に大きく影響する。

本発明者らは、この電気化学反応中における成膜状況を詳細に観察、調査したところ、皮膜形成後のステンレス鋼板の発色ムラや色調の均一性が、皮膜の成膜速度と大きく関係していることを見出した。
一般的に、発色ステンレス鋼板を製造する際、所望の色調となるように発色皮膜の厚みを調整する。しかし、本発明者らの調査の結果、皮膜の成膜速度が速すぎると、膜厚の調整および制御が非常に困難となり、色調の不均一性や発色ムラが発生しやすくなることが分かった。

さらに、この発色ムラや色調の均一性と成膜速度との関係を鋭意検討した結果、成膜前の発色用ステンレス鋼板（素材鋼板）における不働態皮膜の組成と、鋼板表面の凹凸性状を適正範囲に制御することにより、安定した成膜速度を達成できることが分かった。
このような安定した成膜速度にて成膜処理できれば、膜厚の調整および制御も制度良く安定して行うことができるため、色調が均一な発色皮膜を形成できる。その結果、鋼板幅方向のみならず長手方向においても発色ムラのない発色ステンレス鋼板を得ることが可能となる。

前述のとおり、コイルやロット毎等、鋼板長手方向において色調が均一な発色皮膜の成膜には、成膜速度が重要となるが、具体的には、皮膜形成前の素材鋼板（ヘアライン原板）の不働態皮膜中のＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比（カチオン分率）、ならびに原板表面の算術平均粗さを示すＲａと表面凹凸の歪度を示すスキューネスＲｓｋが重要であり、これらのパラメータを適正の範囲とすることで安定した成膜速度を達成できることを見出した。

ここで、スキューネスＲｓｋとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）で規定されているパラメータであり、鋼板表面の粗さの歪度、すなわち鋼板表面の凹凸面の平均面を中心としたときの、鋼板表面の凹凸の対称性を示す指標である。
粗さ曲線において、谷長さが山長さよりも大きい場合Ｒｓｋは０より大きくなる（Ｒｓｋ＞０）。換言するに、Ｒｓｋ＞０であると平均面に対して下側に偏っている、つまり粗さ曲線における山（凸部）の先端が鋭利に尖り、かつ谷（凹部）末端が広幅となる。従って、Ｒｓｋが増加すると谷長さが増加することを示す。
一方、谷長さが山長さよりも小さい場合Ｒｓｋは０より小さくなる（Ｒｓｋ＜０）。換言するに、Ｒｓｋ＜０であると平均面に対して上側に偏っている、つまり粗さ曲線における山（凸部）の先端が広幅となり、かつ谷（凹部）末端が鋭利に尖る。従って、Ｒｓｋが減少すると谷長さも減少することを示す。
なおＲｓｋ＝０であると、粗さ曲線における凹凸の形状が平均面に対して対称である。

また算術平均粗さＲａも、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）で規定されているパラメータであり、粗さ曲線の谷の深さならびに山の高さの平均を示す指標であり、Ｒａの増加とともに谷の深さならびに山の高さは増加する。

以下、スキューネスＲｓｋ、算術平均粗さＲａならびに不働態皮膜中のＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比が成膜速度に及ぼす影響について説明する。

発色皮膜を成膜する上で重要なカソード反応において、クロム酸の還元反応が生じる際、クロム酸はステンレス鋼表面に拡散する必要がある。皮膜が成膜される鋼板表面には表面処理や研磨等に起因する凹凸（粗さ）が形成されているが、この凹凸のうち、凸部へはクロム酸は拡散しやすい一方、凹部へは拡散しにくい。つまり、Ｒｓｋが増加すると、拡散しにくい谷（凹部）の長さが大きくなり、他方の拡散しやすい山（凸部）の長さが小さくなるため、カソード反応の速度が遅くなる。すなわち、Ｒｓｋが増加するとカソード面積が小さくなることから、成膜速度も小さくなり、発色皮膜を安定して成膜することができる、と推定される。そしてその結果、色調が均一な発色皮膜を形成できるため、鋼板幅方向のみならず長手方向においても発色ムラのない発色ステンレス鋼板を得ることが可能となる、と推定される。

また、平均粗さＲａが増加すると、山（凸部）の高さは大きくなるため、クロム酸は拡散し易くなり、カソード反応は進行するものの、あわせて谷（凹部）の深さも大きくなるため、クロム酸の拡散のしにくさも助長され、結果、成膜速度はより小さくなると推定される。

さらに、不働態皮膜中のＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比（カチオン分率）が所定の範囲内にある場合、安定した成膜速度を達成できることがわかった。一方で、不働態皮膜中のＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比が所定の範囲外となった場合、成膜速度が過剰に速くなり、安定した皮膜成膜ができずに色調が不均一となり発色ムラが発生してしまうことがわかった。詳細は不明であるが、この理由は、過不動態電位域における不働態皮膜の溶解反応が関係していると推定している。

以上説明してきたように、色調が均一な発色皮膜が形成された発色ムラのないステンレス鋼板を得るためには、これら平均粗さＲａや、スキューネスＲｓｋおよび不働態皮膜中のＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比を適正な範囲とし、皮膜の成膜速度の安定化および低速化を図ることが重要であることを見出した。
本発明は以上の知見に基づいてなされたものであり、以下、本発明の発色用ステンレス鋼板の一実施形態について説明する。

本実施形態に係る発色用ステンレス鋼板は、素材鋼板の表面に不働態皮膜を備えたステンレス冷延鋼板であって、通板方向に対し、垂直な方向の鋼板表面の算術平均粗さＲａが０．３０〜１．００μｍであり、鋼板表面の凹凸の歪度を示すスキューネスＲｓｋが０．７〜１．０であり、不働態皮膜中のＦｅのカチオン分率Ｆｅ_Ｆに対する不働態皮膜中のＣｒのカチオン分率Ｃｒ_Ｆの比であるＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比が１６．０〜２０．０である。
各要素について次に説明する。

（１）Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比
不働態皮膜中のＦｅのカチオン分率Ｆｅ_Ｆに対する不働態皮膜中のＣｒのカチオン分率Ｃｒ_Ｆの比であるＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比は１６．０以上とする必要がある。Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比が１６．０未満になると成膜速度が増加し、発色皮膜の膜厚制御が厳しくなる結果、コイル毎の着色均一性制御が困難になる。好ましくは、Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比は１７．０以上とし、さらに好ましくは１７．５以上とする。Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比の上限は、成膜速度の観点からは特に定めなくともよいが、以下の点から、２０．０以下とする。
Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比は後述するヘアライン工程の条件を制御することで調整可能であるが、本実施形態に係るヘアライン工程の条件下では、Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比が２０を超えることは、実現しなかったことから、Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比の上限は２０．０以下とする。

不働態皮膜中のＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比はオージェ電子分光法（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＥＳ）により求めることができる。ここで、不働態皮膜中のＦｅのカチオン分率Ｆｅ_Ｆは、ＡＥＳ法で測定された不働態皮膜中のカチオン元素の合計量（原子％）に対するＦｅの量（原子％）の比である。同様に、不働態皮膜中のＣｒのカチオン分率Ｃｒ_Ｆは、ＡＥＳ法で測定された不働態皮膜中のカチオン元素の合計量（原子％）に対するＣｒの量（原子％）の比である。
具体的にはＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比は、まず発色用ステンレス鋼板を、表面の化学処理等を施さずに、分析装置に入る形状に切り出し、次いで、ＡＥＳ法にて不働態皮膜の最表層を分析することで測定することができる。

（２）Ｒａ
通板方向、すなわち筋目模様（ヘアライン模様）の方向と垂直方向の算術平均粗さＲａは０．３０〜１．００μｍの範囲とする必要がある。この範囲内のＲａを有する表面性状とすることにより、凹部の深さをある程度確保されるため、カソード反応時におけるクロム酸が拡散しにくくなる結果、成膜速度の過度の増大を抑制することができる。しかし、Ｒａが０．３０μｍ未満になると、発色速度が増加し、発色皮膜の膜厚制御の精度が劣るため、コイル毎の発色均一性の制御が困難になる。一方Ｒａが１．００μｍを超えると、皮膜形成後の外観の研磨目が目立ち、美観を損ねるため、発色ステンレス鋼として不適となる。好ましくは、Ｒａは０．４０μｍ以上、０．９０μｍ以下とし、さらに好ましくは、０．４５μｍ以上、０．８５μｍ以下とする。

（３）Ｒｓｋ
鋼板表面の粗さの歪度を示すスキューネスＲｓｋは０．７〜１．０の範囲とする必要がある。この範囲内のＲｓｋを有する表面性状とすることにより、クロム酸が拡散しにくい凹部の長さが大きくなるため、皮膜成膜処理におけるカソード反応の速度を小さくすることができ、発色皮膜を安定して成膜することができる。その結果、色調が均一な発色皮膜を形成できる。しかし、Ｒｓｋが０．７未満になると、凹部の深さが不十分で、成膜速度が増加し、発色皮膜の膜厚制御の精度が劣るため、コイル毎の発色均一性の制御が困難になる。一方Ｒｓｋが１．０を超えると皮膜形成後の外観の研磨目が目立ち、美観を損ねるため、発色ステンレス鋼として不適となる。好ましくは、Ｒｓｋは０．８以上、０．９以下とする。

本発明における算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に準拠し、皮膜形成前の発色用ステンレス鋼板表面の任意領域において、一辺が１μｍの矩形領域を、二次元接触式表面粗さ計を用い、例えば基準長さを２ｍｍとして複数点測定して、その平均値でもって求めることができる。スキューネスＲｓｋも同様の方法にて算出できる。
なお、算術平均粗さＲａおよびスキューネスＲｓｋを求める際の測定方向（粗さ曲線における基準長さの設定方向）は、鋼板の通板方向（長手方向）に対して垂直な方向とする。

また本実施形態においては、ＲａとＲｓｋを乗じた値（Ｒａ×Ｒｓｋ）を０．２１〜１．００の範囲とすることが好ましい。Ｒａ×Ｒｓｋ値を当該範囲内とすることで、成膜速度の増大を十分に抑制することができ、発色皮膜をより安定して成膜することができる。

次に本実施形態の発色用ステンレス鋼板の適用鋼種（素材鋼板）について述べる。本実施形態の素材鋼板としては、ＪＩＳ Ｇ ４３０５に規定されるオーステナイト系ステンレス鋼のＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０１Ｌ、ＳＵＳ３０１Ｊ１、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０４Ｊ１、ＳＵＳ３０４Ｊ２、ＳＵＳ３０４ＬＮ、ＳＵＳ３０４Ｎ１、ＳＵＳ３０４Ｎ２、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１２Ｌ、ＳＵＳ３１５Ｊ１、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｎ、ＳＵＳ３１６ＬＮ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３１７Ｌ、ＳＵＳ３１７Ｊ１、ＳＵＳ３１７Ｊ２、ＳＵＳ３１７ＬＮが適用可能である。

一方、フェライト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼を本実施形態の素材鋼板として適用することは、オーステナイト系ステンレス鋼よりも困難である。その理由は、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼は素地の溶解速度がオーステナイト系ステンレス鋼に比べて大きく、本発明を適用した場合、オーステナイト系ステンレス鋼ほど成膜速度を十分に制御できないおそれがある。二相ステンレス鋼においても、上記フェライト系、マルテンサイト系ステンレス鋼と同様の理由で本発明を適用することは困難である。
これらのことから、発色用ステンレス鋼板の素材鋼板としては、オーステナイト系ステンレス鋼を用いることが好ましく、特にＳＵＳ３０４を採用することが好ましい。

次に、本実施形態の発色用ステンレス鋼板の製造方法について述べる。
本実施形態の発色用ステンレス鋼板の製造方法は、冷間圧延工程、焼鈍工程、酸洗工程、ヘアライン研磨工程を含む発色用ステンレス冷延鋼板の製造方法であって、ヘアライン研磨工程において、ＪＩＳ Ｒ ６０１０に規定される粒度Ｐ１２０〜Ｐ１８０を有する研磨ベルトを用い、かつ当該研磨ベルトの研磨圧を４０〜６０ｋｇ／ｃｍ^２とする。

本実施形態の発色用ステンレス鋼板を製造するにあたり、まず、製鋼−熱間圧延−熱延板焼鈍・酸洗−冷間圧延−冷延板焼鈍・酸洗−ヘアライン研磨工程の各工程を行うが、これらの条件については、ヘアライン研磨工程以外は特に規定するものではない。すなわち、ヘアライン研磨工程以外の各工程の条件等については、特に制限はなく適用できる。ちなみに、代表的な製造条件を示すと、以下のとおりである。

製鋼においては、上記で列挙した鋼種の組成を含有する鋼を、転炉溶製し、続いて２次精錬を行う方法が好適である。溶製した溶鋼は、公知の鋳造方法（連続鋳造）に従ってスラブとする。スラブは、所定の温度に加熱され、所定の板厚に連続圧延で熱間圧延される。
熱間圧延後は熱延板焼鈍・酸洗を行うが、熱延板焼鈍工程は省略してもよい。
酸洗後の冷間圧延は、通常のゼンジミアミル、タンデムミルのいずれで圧延してもよい。冷間圧延においては、ロール粗度、ロール径、圧延油、圧延パス回数、圧延速度、圧延温度などの条件は、本発明の鋼板の各構成・各条件を満たし得るように適宜選択・設定すればよい。
冷間圧延後は冷延板焼鈍（最終焼鈍）を行うが、冷間圧延の途中に中間焼鈍を入れてもよい。なお中間および最終焼鈍はバッチ式焼鈍でも連続式焼鈍でも構わない。また、各焼鈍は、必要であれば水素ガスあるいは窒素ガスなどの無酸化雰囲気で焼鈍する光輝焼鈍でもよいし、大気中で焼鈍しても構わない。

冷延板焼鈍・酸洗工程後はヘアライン研磨工程を行う。
ヘアライン研磨（ヘアライン仕上げ、ＨＬ仕上げ）とは、ＪＩＳ Ｇ４３０５にて規定されているように「適当な粒度の研磨剤で連続した磨き目が付くように研磨して仕上げたもの」であり、製品の美観を目的とし、研磨によって長い筋目（ヘアライン）を鋼板表面に付与し、製品の美観を調整する工程である。
本実施形態の発色用ステンレス鋼板を製造する際、このヘアライン研磨工程における各条件を適正の範囲内とすることが重要である。具体的には、用いる研磨ベルトの粒度、ならびにヘアライン研磨を行う際の研磨圧を所定の範囲に制御する。
以下、図１に示すヘアライン研磨装置（以下、研磨装置という）の説明と合わせて、本実施形態におけるヘアライン研磨工程について詳述する。なお、図１に示す研磨装置１０は本実施形態のヘアライン工程を実施する上で好ましい構成を具備する装置であって、この装置構成によって本発明を特定するものではなく、後述する研磨条件を満足する限り、種々の構成、条件を採用して構わない。

本実施形態のヘアライン研磨工程は、図１に示すように、リワインダー１にロール状に巻かれた研磨砥粒の固着したシート状の研磨ベルト２を、コンタクトロール３を介してリワインダー１からワインダー４へ送りつつ、ノズル５より研磨油を供給しながら、ビリーロール６を押し上げることにより、ステンレス鋼板（素材鋼板）７を搬送させながら表面を研磨する。

研磨ベルト２の研磨粗さはＪＩＳ Ｒ６０１０に規定される粒度Ｐ１２０〜Ｐ１８０の範囲内とする。また、研磨圧は４０〜６０ｋｇ／ｃｍ^２の範囲内とする。
ヘアライン研磨を行う際、研磨ベルトの研磨粗さは必然的に徐々に細かくなっていく。従って、上述した不働態皮膜中のＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比、ＲａおよびＲｓｋは研磨粗さが所定の範囲内であるベルトで研磨した際において達成されるものであり、その適正範囲は粒度Ｐ１２０〜Ｐ１８０である。研磨ベルト２の粒度がＰ１２０未満である場合（研磨粒度が粗い場合）、ＲａおよびＲｓｋは過度に増大してしまうおそれがある他、研磨時に発生する熱が過度に大きくなり、Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比が減少してしまう。一方、研磨ベルト２の粒度がＰ１８０を超える場合（研磨粒度が細かい場合）、ＲａおよびＲｓｋが過度に小さくなるおそれがある。

同様に、Ｒａ、Ｒｓｋに影響を与える製造要因として研磨圧がある。研磨圧とＲａは比例関係にあるため、上述したＲａおよびＲｓｋは研磨圧を所定の範囲内で研磨した際において達成されるものであり、その範囲は４０〜６０ｋｇ／ｃｍ^２である。研磨ベルト２の研磨圧が４０ｋｇ／ｃｍ^２未満である場合、筋目（ヘアライン）が十分に付与されず、良好な美観が得られない。一方、研磨ベルトの研磨圧が６０ｋｇ／ｃｍ^２を超える場合、研磨時に発生する熱が過度に大きくなり、Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比が減少してしまう。そのため、研磨ベルトの研磨圧は４０〜６０ｋｇ／ｃｍ^２とする。

なお、ヘアライン研磨工程において、ＲａやＲｓｋを変え得る要因は研磨ベルト２の送り速度（通板速度）等が考えられるが、本発明者らの検討では上述の研磨ベルトの粗さおよび研磨圧が、皮膜形成後の色調の均一性を達成するために重要な指標であることが究明された。つまり、本実施形態においては研磨ベルト２の送り速度を限定せずとも、不働態皮膜の組成と鋼板表面の凹凸性状を適正なものに制御できる。

以上説明した製造方法により、本実施形態に係る発色用ステンレス鋼板をえることができる。
また、本実施形態に係る発色用ステンレス鋼板に発色皮膜を成膜する際の成膜方法は特に限定されない。つまり、成膜方法に因らず、本実施形態の発色用ステンレス鋼板を成膜対象の素材とすることで、コイル毎の着色均一性が優れ、発色ムラのない皮膜を成膜することができる。なお、好適な成膜方法としては、ＩＮＣＯ法や電解法が挙げられる。

以下に本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

＜実施例１＞
発色用ステンレス鋼を製造するにあたり、供試材としてＳＵＳ３０４を使用し、寸法は１０００ｍｍ（幅方向）×４００ｍｍ（長手方向（通板方向））とした。なお、製鋼−熱間圧延−熱延板焼鈍・酸洗−冷間圧延−冷延板焼鈍・酸洗については公知の方法によって行った。
次に、供試材のＨＬ仕上げは図１に示す研磨装置１０により、研磨ベルト２の粒度、研磨圧を表１のように変化させて発色用ステンレス鋼板を作製した。

ＨＬ仕上げした発色用ステンレス鋼板は、４０ｍｍ×３０ｍｍの試料を切り出してアセトンで超音波洗浄し脱脂した後、クロム酸濃度２５０ｇ／Ｌ、硫酸濃度５００ｇ／Ｌ、液温８０℃の溶液に５分および１０分浸漬させて発色皮膜を成膜し発色ステンレス鋼板（製品板）とした。

次に、皮膜の成膜速度について、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系における座標（クロマティクネス指数）ｂ^＊を用いて評価した。
具体的には、まず色彩色差計を用い、浸漬時間を５分とした場合の製品板表面のｂ^＊と、浸漬時間を１０分とした場合の製品板表面のｂ^＊を測定し、両者の差分を色調の変化率Δｂ^＊として算出した。なお、表１における、浸漬時間を５分、１０分とした場合の各ｂ＊は、測定をそれぞれ３回ずつ行いその平均値を示している。
この変化率Δｂ^＊が大きかった製品板は、浸漬時間の経過による色調の変化が大きかったということであり、皮膜の成膜速度が速かったと言える。そのため、本実施例では、成膜速度の評価をΔｂ^＊を用いて行った。

また皮膜成膜前原板の表面粗さＲａおよびＲｓｋは、二次元接触式粗さ計を使用し、一辺が１μｍの矩形の任意領域において基準長さを２ｍｍとして３点測定して平均値によって評価した。
皮膜成膜前原板の不働態皮膜中Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比はＡＥＳを用いて測定した。なお、Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比はカチオン分率から求めた。
さらに、製品板の長手方向および幅方向それぞれにおいて、発色ムラの有無を目視にて観察し、両方向ともに発色ムラが確認されなったものを色調の均一性が良好である（表中「○」）ものとして評価した。長手方向および幅方向の少なくとも一方でも発色ムラが確認されたものは、色調の均一性が不良である（表中「×」）ものとして評価した。

以上の結果を表１に示す。また、Ｒａ×Ｒｓｋと不働態皮膜中のＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比の関係を図２に示す。

Ｒａが０．３０〜１．００μｍ、Ｒｓｋが０．７〜１．０の範囲にあり、かつＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比が１６．０〜２０．０の範囲にある発明例の場合、色調が均一な発色皮膜を形成できており、コイル毎においても発色ムラのない鋼板が得られた。さらに、これら発明例のΔｂ^＊はいずれの例も１１〜１５の範囲となった。また、図２からも分かるように、ＲａとＲｓｋを乗した値（Ｒａ×Ｒｓｋ）およびＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比が適正範囲内の例では発色皮膜をより安定して成膜することができ、発色ムラのない鋼板が得られた。
一方、Ｒａ、ＲｓｋおよびＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比のうちの１つでも上記範囲を超えた比較例の場合、Δｂ^＊は１１．０〜１５．０の範囲を満たさず、コイル毎の色調は均一とならなかった。従って、本実施例では、コイル毎の色調均一性を確保するための判定基準をΔｂ^＊が１１．０〜１５．０の範囲として評価した。判定基準としてΔｂ^＊が１１．０未満の場合、成膜速度が遅くコイル毎の色調を制御出来ない他に工業製品としての生産性を著しく低下させるため不合格とした。また、Δｂ^＊が１５．０を超える場合、成膜速度が大きくなり過ぎてコイル毎の色調制御が不可能となるため不合格とした。

＜実施例２＞
実施例１と同様に、供試材としてＳＵＳ３０４を使用し、寸法は１０００ｍｍ（幅方向）×４００ｍｍ（長手方向（通板方向））とし、製鋼−熱間圧延−熱延板焼鈍・酸洗−冷間圧延−冷延板焼鈍・酸洗については公知の方法によって行った。供試材のＨＬ仕上げについても実施例１と同様に、図１に示す研磨装置１０により、研磨ベルト２の粒度、研磨圧を表１のように変化させて発色用ステンレス鋼板を作製した。

ＨＬ仕上げした発色用ステンレス鋼板は、４０ｍｍ×３０ｍｍの試料を切り出してアセトンで超音波洗浄し脱脂した後、クロム酸濃度２５０ｇ／Ｌ、硫酸濃度５００ｇ／Ｌ、液温８０℃の溶液に浸漬させた。次いで、対極を白金、作用極を試料として定電流パルス電解を行って発色皮膜を成膜させて発色ステンレス鋼板（製品板）とした。なお陽極電流密度を０．０５Ａ／ｍ^２〜０．６５Ａ／ｍ^２、陰極電流密度を０．０５Ａ／ｍ^２〜０．２５Ａ／ｍ^２とした。陽極、陰極電解時間は各１分、２分とした。

次に、実施例１と同様に、皮膜の成膜速度について、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系における座標（クロマティクネス指数）ｂ^＊を用いて評価した。
具体的には、まず色彩色差計を用い、電解時間を１分とした場合の製品板表面の色調ｂ^＊と、電解時間を２分とした場合の製品板表面の色調ｂ^＊を測定し、両者の差分を色調の変化率Δｂ^＊として算出した。なお、表２における、電解時間を１分、２分とした場合の各ｂ＊は、測定をそれぞれ３回ずつ行いその平均値を示している。
本実施例でも実施例１とどうように、成膜速度の評価をΔｂ^＊を用いて行った。

また皮膜成膜前原板の表面粗さＲａおよびＲｓｋは、実施例１と同様に、二次元接触式粗さ計を使用し、一辺が１μｍの矩形の任意領域において基準長さを２ｍｍとして３点測定して平均値によって評価した。
皮膜成膜前原板の不働態皮膜中Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比はＡＥＳを用いて測定した。なお、Ｃｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比はカチオン分率から求めた。
さらに、製品板の長手方向および幅方向それぞれにおいて、発色ムラの有無を目視にて観察し、両方向ともに発色ムラが確認されなったものを色調の均一性が良好である（表中「○」）ものとして評価した。長手方向および幅方向の少なくとも一方でも発色ムラが確認されたものは、色調の均一性が不良である（表中「×」）ものとして評価した。
以上の結果を表２に示す。

実施例１と同様にＲａが０．３０〜１．００、Ｒｓｋが０．７〜１．０の範囲にあり、かつＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆ比が１６．０〜２０．０の範囲にある発明例の場合、色調が均一な発色皮膜を形成できており、コイル毎においても発色ムラのない鋼板が得られた。さらに、これら発明例の成膜速度Δｂ＊を測定したところ、いずれの例も１１．０〜１５．０の範囲となり、コイル毎の着色均一性が優れることがわかった。

以上、実施例１および実施例２の結果から、本発明に係る発色ステンレス鋼板は、発色皮膜を成膜する際の成膜方法に因らず、本発明の発色用ステンレス鋼板を成膜対象の素材とすることで、コイル毎の着色均一性が優れ、発色ムラのない皮膜を成膜することができる。

本発明によれば、鋼板の幅方向のみならず、コイルやロット毎等、鋼板長手方向においても発色ムラが抑制され、かつ発色色調が均一である発色皮膜を形成可能な発色用ステンレス鋼板を提供することが可能である。これによって、実際本発明の鋼板に皮膜を形成することで得られる、色調の均一性に優れた発色ステンレス鋼は台所のキッチンパネル等の、美観やデザインが重視される用途に好適である。

１…リワインダー、２…研磨ベルト、３…コンタクトロール、４…ワインダー、５…ノズル、６…ビリーロール、７…発色用ステンレス鋼板（素材鋼板）、１０…研磨装置

Claims (4)

1. 素材鋼板の表面に、不働態皮膜およびヘアライン模様を備えたステンレス鋼板であって、
   前記ヘアライン模様に対し垂直な方向の鋼板表面の算術平均粗さＲａが０．３０〜１．００μｍであり、
   鋼板表面の凹凸の歪度を示すスキューネスＲｓｋが０．７〜１．０であり、
   前記不働態皮膜中のＦｅのカチオン分率Ｆｅ_Ｆに対する前記不働態皮膜中のＣｒのカチオン分率Ｃｒ_Ｆの比であるＣｒ_Ｆ／Ｆｅ_Ｆが１６．０〜２０．０であることを特徴とする発色用ステンレス鋼板。
2. 前記算術平均粗さＲａと前記スキューネスＲｓｋを乗じた値（Ｒａ×Ｒｓｋ）が０．２１〜１．００であることを特徴とする請求項１に記載の発色用ステンレス鋼板。
3. 前記素材鋼板が、ＪＩＳ Ｇ ４３０５に規定されるＳＵＳ３０４ステンレス冷延帯鋼であることを特徴とする請求項１または２に記載の発色用ステンレス鋼板。
4. 冷間圧延工程、焼鈍工程、酸洗工程、ヘアライン研磨工程を含む発色用ステンレス鋼板の製造方法であって、
   前記ヘアライン研磨工程において、ＪＩＳ Ｒ ６０１０に規定される粒度Ｐ１２０〜Ｐ１８０を有する研磨ベルトを用い、かつ当該研磨ベルトの研磨圧を４０〜６０ｋｇ／ｃｍ^２とすることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の発色用ステンレス鋼板の製造方法。

Images