JP2023041425A - ステンレス部材、ステンレス部材の製造方法、及び金属線材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐溶損性の高いステンレス部材を提供する。【解決手段】本開示の一態様は、フェライト系ステンレス鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼で構成される母材と、母材の表面に配置されたＳｉ酸化膜と、Ｓｉ酸化膜の表面に配置されたＣｒ酸化膜と、Ｃｒ酸化膜の表面に付着したＣｅＯ２粒子と、を備えるステンレス部材である。【選択図】図３
Description
本開示は、ステンレス部材、ステンレス部材の製造方法、及び金属線材の製造方法に関する。
金属線材の製造方法として、鋳型と圧延機とを用いた連続鋳造圧延法が公知である（特許文献１参照）。この方法では、タンディッシュに貯留された溶融金属（つまり溶湯）を鋳型に送り出し、棒状に冷却した後、圧延機によって圧延する。
タンディッシュから鋳型への溶融金属の送り出し量は、タンディッシュ内においてノズルの近傍に配置された調整ピンによって調整される。調整ピンは、一般にステンレス鋼で構成される。
調整ピンは、溶融金属と接触するため溶損し易い。そのため、調整ピンの溶損による製品品質の低下を抑制するために、母材の表面に酸化膜を設けたステンレス部材が開発されている（特許文献２参照）。
従来のステンレス部材では、母材の表面に設けられた酸化膜によって母材の溶損が抑制できるが、酸化膜の剥離が発生する可能性がある。そのため、酸化膜の剥離と、酸化膜の剥離に伴う母材の溶損に起因する製品品質の低下が発生するおそれがある。
本開示の一局面は、耐溶損性の高いステンレス部材を提供することを目的とする。
本開示の一態様は、フェライト系ステンレス鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼で構成される母材と、母材の表面に配置されたＳｉ酸化膜と、Ｓｉ酸化膜の表面に配置されたＣｒ酸化膜と、Ｃｒ酸化膜の表面に付着したＣｅＯ２粒子と、を備えるステンレス部材である。
本開示の別の態様は、フェライト系ステンレス鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼で構成される母材の表面にＣｅＯ２粒子を塗布する工程と、ＣｅＯ２粒子が塗布された母材を熱処理する工程と、を備えるステンレス部材の製造方法である。
本開示の別の態様は、タンディッシュに溶融金属を注入する工程と、タンディッシュから溶融金属を鋳型に送り出す工程と、鋳型に注入された溶融金属を冷却して鋳造材を形成する工程と、鋳造材を圧延する工程と、を備える金属線材の製造方法である。送り出す工程では、タンディッシュが有するノズルからの溶融金属の流出量を、タンディッシュ内の溶融金属に浸漬された調整ピンで調整する。
調整ピンは、フェライト系ステンレス鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼で構成される母材と、母材の表面に配置されたＳｉ酸化膜と、Ｓｉ酸化膜の表面に配置されたＣｒ酸化膜と、Ｃｒ酸化膜の表面に付着したＣｅＯ２粒子と、を備える。
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す金属線材（つまり荒引線）の製造装置１０は、連続鋳造圧延装置（ＳＣＲ）の一種である。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す金属線材（つまり荒引線）の製造装置１０は、連続鋳造圧延装置（ＳＣＲ）の一種である。
金属線材の製造装置１０は、溶解炉２０と、保持炉３０と、添加部４０と、タンディッシュ５０と、調整ピン６０（図２参照）と、鋳造機７０と、圧延機８０と、コイラ９０とを備える。
＜溶解炉＞
溶解炉２０は、金属線材の原料となる金属を加熱して溶融させる。金属線材の原料となる金属としては、銅、アルミニウム等が挙げられる。
溶解炉２０は、金属線材の原料となる金属を加熱して溶融させる。金属線材の原料となる金属としては、銅、アルミニウム等が挙げられる。
溶解炉２０は、炉本体と、バーナとを有する。溶解炉２０は、溶融金属（つまり溶湯）を連続的に生成する。溶解炉２０が生成した溶融金属は、上樋２５を介して、保持炉３０に移送される。
＜保持炉＞
保持炉３０は、溶解炉２０が生成した溶融金属を所定の温度で貯留する。保持炉３０内の溶融金属は、一定量で下樋３５を介してタンディッシュ５０に移送される。
保持炉３０は、溶解炉２０が生成した溶融金属を所定の温度で貯留する。保持炉３０内の溶融金属は、一定量で下樋３５を介してタンディッシュ５０に移送される。
＜添加部＞
添加部４０は、保持炉３０内の溶融金属に合金成分を添加する。合金成分としては、例えば、錫（Ｓｎ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、マンガン（Ｍｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）等の金属元素が挙げられる。
添加部４０は、保持炉３０内の溶融金属に合金成分を添加する。合金成分としては、例えば、錫（Ｓｎ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、マンガン（Ｍｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）等の金属元素が挙げられる。
添加部４０は、例えば、溶融金属に添加される合金成分で構成されたワイヤを溶融金属に投入する機器で構成される。また、添加部４０は、下樋３５内の溶融金属に合金成分を添加してもよい。
＜タンディッシュ＞
タンディッシュ５０は、鋳造機７０に溶融金属を連続的に供給するための貯留槽である。図２に示すように、タンディッシュ５０の底面には、内部に貯留された溶融金属Ｍを鋳造機７０に送り出すノズル５１（つまりスパウト）が設けられている。
タンディッシュ５０は、鋳造機７０に溶融金属を連続的に供給するための貯留槽である。図２に示すように、タンディッシュ５０の底面には、内部に貯留された溶融金属Ｍを鋳造機７０に送り出すノズル５１（つまりスパウト）が設けられている。
＜調整ピン＞
調整ピン６０は、図２に示すように、タンディッシュ５０内に少なくとも一部が配置され、タンディッシュ５０内の溶融金属に浸漬されている。
調整ピン６０は、図２に示すように、タンディッシュ５０内に少なくとも一部が配置され、タンディッシュ５０内の溶融金属に浸漬されている。
調整ピン６０は、軸方向に移動することで、タンディッシュ５０のノズル５１からの溶融金属Ｍの流出量を調整する。具体的には、ノズル５１への流入口５２の近傍に配置された調整ピン６０の先端が流入口５２の実質的な開口面積を変化させることで、溶融金属Ｍのノズル５１への流入量が調整される。調整ピン６０の材質については後述する。
＜鋳造機＞
図１に示す鋳造機７０は、溶融金属を鋳造する鋳型を有する。鋳造機７０は、棒状の鋳造材Ｃを連続的に形成する。
図１に示す鋳造機７０は、溶融金属を鋳造する鋳型を有する。鋳造機７０は、棒状の鋳造材Ｃを連続的に形成する。
本実施形態の鋳造機７０は、ホイール７１と、ベルト７２とを有する公知のベルトホイール式の鋳造機である。なお、鋳造機７０として、双ベルト式の鋳造機が用いられてもよい。
ホイール７１は、外周面に溝を有する。ベルト７２は、ホイール７１の外周面の一部に接触するように循環移動する。ホイール７１及びベルト７２は、それぞれ、例えば冷水によって冷却される。
タンディッシュ５０内の溶融金属は、ノズル５１からホイール７１の溝とベルト７２との間の鋳造空間に注入される。鋳造空間に注入された溶融金属は、ホイール７１及びベルト７２によって冷却され、棒状に固化する。
＜圧延機＞
圧延機８０は、鋳造機７０が鋳造した鋳造材Ｃを圧延する。圧延機８０とコイラ９０との間で酸化膜除去などの表面清浄化処理が行われることで、所定の外径（例えば、６ｍｍ以上）を有する金属線材Ｗが連続的に形成される。
圧延機８０は、鋳造機７０が鋳造した鋳造材Ｃを圧延する。圧延機８０とコイラ９０との間で酸化膜除去などの表面清浄化処理が行われることで、所定の外径（例えば、６ｍｍ以上）を有する金属線材Ｗが連続的に形成される。
＜コイラ＞
コイラ９０は、金属線材Ｗを連続的に巻き取る。
コイラ９０は、金属線材Ｗを連続的に巻き取る。
＜調整ピンの材質＞
調整ピン６０は、図３Ａ，３Ｂに示すステンレス部材１によって構成されている。ステンレス部材１は、母材２と、Ｓｉ酸化膜３と、Ｃｒ酸化膜４と、ＣｅＯ２粒子５とを備える。なお、図３Ａ，３Ｂは、ステンレス部材１（つまり調整ピン６０）の断面を示している。
調整ピン６０は、図３Ａ，３Ｂに示すステンレス部材１によって構成されている。ステンレス部材１は、母材２と、Ｓｉ酸化膜３と、Ｃｒ酸化膜４と、ＣｅＯ２粒子５とを備える。なお、図３Ａ，３Ｂは、ステンレス部材１（つまり調整ピン６０）の断面を示している。
（母材）
母材２は、フェライト系ステンレス鋼、又はオーステナイト系ステンレス鋼で構成されている。
母材２は、フェライト系ステンレス鋼、又はオーステナイト系ステンレス鋼で構成されている。
フェライト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃｒ：２０％以上３０％以下、及びＳｉ：０．２５％以上２％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である。このようなフェライト系ステンレス鋼としては、例えば、ＪＩＳ－Ｇ－４３１１：２０１１に規定されるＳＵＨ４４６が挙げられる。
オーステナイト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃｒ：２０％以上３０％以下、及びＳｉ：０．２５％以上２％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である。このようなオーステナイト系ステンレス鋼としては、例えば、ＪＩＳ－Ｇ－４３０３：２０１２に規定されるＳＵＳ３０９Ｓが挙げられる。
母材２のＣｒの含有量が上記下限よりも小さいと、Ｃｒ酸化膜４の成長が不十分となるおそれがある。一方、母材２のＣｒの含有量が上記上限よりも大きいと、母材２の硬度が高くなることで耐衝撃性が不十分となるおそれがある。
母材２のＳｉの含有量が上記下限よりも小さいと、Ｃｒ酸化膜４の成長が過大となるおそれがある。一方、母材２のＳｉの含有量が上記上限よりも大きいと、母材２の内部にＳｉ酸化物が生成され易くなるおそれがある。
母材２は、少なくとも溶融金属に浸漬される部位の表面全体が、後述するＳｉ酸化膜３及びＣｒ酸化膜４を含む保護性酸化膜によって被覆されている。
（保護性酸化膜）
保護性酸化膜は、母材２を溶融金属から保護し、母材２の溶融金属への溶損を抑制する。保護性酸化膜は、Ｓｉ酸化膜３とＣｒ酸化膜４との二層構造を有する。
保護性酸化膜は、母材２を溶融金属から保護し、母材２の溶融金属への溶損を抑制する。保護性酸化膜は、Ｓｉ酸化膜３とＣｒ酸化膜４との二層構造を有する。
Ｓｉ酸化膜３は、ケイ素（Ｓｉ）の酸化物（例えば、ＳｉＯ、ＳｉＯ２（クリストバライトなど）等）を主成分とし、残部が不可避的不純物からなる膜である。「主成分」とは、膜において、例えば、８５質量％以上含有される成分である。
Ｓｉ酸化膜３に含有される「不可避的不純物」とは、例えば、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等である。Ｓｉ酸化膜３に含有されるケイ素の酸化物の含有量は、例えば、８５質量％以上である。
Ｓｉ酸化膜３は、母材２の表面に配置されている。Ｓｉ酸化膜３は、Ｃｒ酸化膜４の母材２に対する密着強度を高める機能を有する。また、Ｓｉ酸化膜３は、Ｃｒ酸化膜４の過度の成長を抑制する機能も有する。
Ｃｒ酸化膜４は、クロム（Ｃｒ）の酸化物（例えば、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｒＯ３、ＣｒＯ２、ＣｒＯ、Ｃｒ３Ｏ４、Ｃｒ５Ｏ１２、Ｃｒ６Ｏ１５等）を主成分とし、残部が不可避的不純物からなる膜である。Ｃｒ酸化膜４に含有されるクロムの酸化物の含有量は、例えば、９８質量％以上である。
Ｃｒ酸化膜４に含有される「不可避的不純物」とは、例えば、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）等である。Ｃｒ酸化膜４は、Ｓｉ酸化膜３の表面に配置されている。溶融金属として溶銅を用いた場合、Ｃｒ酸化膜４が溶銅中で安定して存在することで、母材２の溶損が的確に抑制される。
したがって、Ｃｒ酸化膜４を有する調整ピン６０は、銅線材の製造に好適に使用できる。なお、銅線材の製造工程において、タンディッシュ５０内の溶銅の温度は、例えば、１０８３℃以上１２００℃以下であり、酸素濃度は、例えば、１００ｐｐｍ以上４５０ｐｐｍ以下である。
保護性酸化膜は、母材２の熱処理によって形成される。保護性酸化膜の厚みは、ステンレス部材１の使用前（つまり、調整ピン６０が溶融金属に投入される前）の状態で、例えば０．５μｍ以上１μｍ以下である。
保護性酸化膜は、溶融金属中でのＳｉ酸化膜３及びＣｒ酸化膜４の成長によって、ステンレス部材１の使用に伴って厚くなる。Ｓｉ酸化膜３及びＣｒ酸化膜４は、母材２に含まれるＳｉ及びＣｒの溶融金属中の酸素との反応によって成長する。
（ＣｅＯ２粒子）
ＣｅＯ２（酸化セリウム）粒子５は、Ｃｒ酸化膜４の表面に付着している。ＣｅＯ２粒子５は、母材２の熱処理前に、母材２の表面に塗布される。
ＣｅＯ２（酸化セリウム）粒子５は、Ｃｒ酸化膜４の表面に付着している。ＣｅＯ２粒子５は、母材２の熱処理前に、母材２の表面に塗布される。
熱処理による保護性酸化膜の形成に伴って、ＣｅＯ２粒子５は、ステンレス部材１の最外面であるＣｒ酸化膜４の表面に付着した状態となる。ＣｅＯ２粒子５の最大粒子径は、例えば５μｍである。
ＣｅＯ２粒子５の中には、その一部がＣｒ酸化膜４に埋まったものも存在する。ステンレス部材１は、ＣｅＯ２粒子５がＣｒ酸化膜４の表面に付着した状態で使用される。つまり、ＣｅＯ２粒子５は、保護性酸化膜と一体化した状態で溶融金属内に投入される。
＜ステンレス部材の製造方法＞
図４に、ステンレス部材１の製造方法のフローを示す。本実施形態のステンレス部材の製造方法は、塗布工程Ｓ１１０と、熱処理工程Ｓ１２０と、拭き取り工程Ｓ１３０とを有する。
図４に、ステンレス部材１の製造方法のフローを示す。本実施形態のステンレス部材の製造方法は、塗布工程Ｓ１１０と、熱処理工程Ｓ１２０と、拭き取り工程Ｓ１３０とを有する。
（塗布工程）
本工程では、母材２の表面に、ＣｅＯ２粒子５を塗布する。ＣｅＯ２粒子５の塗布方法としては、例えば、ＣｅＯ２粒子５を分散させたエタノールを母材２に噴霧する方法が挙げられる。母材２に付着したエタノールは、常温にて蒸発する。
本工程では、母材２の表面に、ＣｅＯ２粒子５を塗布する。ＣｅＯ２粒子５の塗布方法としては、例えば、ＣｅＯ２粒子５を分散させたエタノールを母材２に噴霧する方法が挙げられる。母材２に付着したエタノールは、常温にて蒸発する。
（熱処理工程）
本工程では、ＣｅＯ２粒子５が塗布された母材２を熱処理する。熱処理温度は、例えば、７００℃以上１５００℃以下である。熱処理時間は、例えば、０．５時間（３０分）以上３６時間以下である。
本工程では、ＣｅＯ２粒子５が塗布された母材２を熱処理する。熱処理温度は、例えば、７００℃以上１５００℃以下である。熱処理時間は、例えば、０．５時間（３０分）以上３６時間以下である。
熱処理により、母材２に含まれるＳｉが外部の酸素と反応してＳｉ酸化膜３が形成されると共に、母材２に含まれるＣｒが外部の酸素と反応してＣｒ酸化膜４が形成される。このとき、ＣｅＯ２粒子５によって、Ｓｉ酸化物が層状に成長することにより、形成されるＳｉ酸化膜３が薄くなりすぎず、かつ、母材２の表面からＳｉ酸化膜３が剥離しにくくなる。
また、このように形成されるＳｉ酸化膜３によって、Ｃｒ酸化膜４の過剰成長が抑えられ、Ｃｒ酸化膜４が薄膜化される。図５は、ＣｅＯ２粒子５を塗布した母材（「塗布あり」）と、ＣｅＯ２粒子５を塗布していない母材（「塗布なし」）とに対し、９００℃で３６時間（「熱処理時間」）の条件で熱処理したときのＣｒ酸化膜の厚み（「膜厚」）の比較結果である。ＣｅＯ２粒子５を塗布した母材では、塗布していない母材に比べて、Ｃｒ酸化膜が薄膜化されている。
すなわち、母材２の表面にＣｅＯ２粒子５が存在することで、熱処理によって形成されるＳｉ酸化膜３が層状となり、母材２に含まれるＣｒが外部の酸素と反応しにくくなるため、Ｃｒ酸化膜４の厚みを小さくすることができる。
（拭き取り工程）
本工程では、熱処理後の母材２及び保護性酸化膜の表面から布等によってＣｅＯ２粒子５を拭き取る。ＣｅＯ２粒子５の一部は、拭き取り後も保護性酸化膜の表面に残存する。
本工程では、熱処理後の母材２及び保護性酸化膜の表面から布等によってＣｅＯ２粒子５を拭き取る。ＣｅＯ２粒子５の一部は、拭き取り後も保護性酸化膜の表面に残存する。
＜金属線材の製造方法＞
図６に、金属線材の製造装置１０を用いた金属線材の製造方法のフローを示す。本実施形態の金属線材の製造方法は、溶解工程Ｓ２１０と、注入工程Ｓ２２０と、送出工程Ｓ２３０と、鋳造工程Ｓ２４０と、圧延工程Ｓ２５０とを備える。
図６に、金属線材の製造装置１０を用いた金属線材の製造方法のフローを示す。本実施形態の金属線材の製造方法は、溶解工程Ｓ２１０と、注入工程Ｓ２２０と、送出工程Ｓ２３０と、鋳造工程Ｓ２４０と、圧延工程Ｓ２５０とを備える。
（溶解工程）
本工程では、溶解炉２０において、金属線材の原料となる金属を溶解し、溶融金属を連続的に生成する。
本工程では、溶解炉２０において、金属線材の原料となる金属を溶解し、溶融金属を連続的に生成する。
（注入工程）
本工程では、タンディッシュ５０に、溶解炉２０で生成された溶融金属を連続的に注入する。
本工程では、タンディッシュ５０に、溶解炉２０で生成された溶融金属を連続的に注入する。
（送出工程）
本工程では、タンディッシュ５０から溶融金属を連続的に鋳造機７０の鋳型に送り出す。本工程では、タンディッシュ５０が有するノズル５１からの溶融金属の流出量を、タンディッシュ５０内の溶融金属に浸漬された調整ピン６０で調整する。
本工程では、タンディッシュ５０から溶融金属を連続的に鋳造機７０の鋳型に送り出す。本工程では、タンディッシュ５０が有するノズル５１からの溶融金属の流出量を、タンディッシュ５０内の溶融金属に浸漬された調整ピン６０で調整する。
（鋳造工程）
本工程では、鋳造機７０の鋳型に注入された溶融金属を冷却して鋳造材Ｃを連続的に形成する。
本工程では、鋳造機７０の鋳型に注入された溶融金属を冷却して鋳造材Ｃを連続的に形成する。
（圧延工程）
本工程では、圧延機８０により鋳造材Ｃを圧延する。圧延機８０とコイラ９０との間で酸化膜除去などの表面清浄化処理が行われることで、所定の外径（例えば、６ｍｍ以上）を有する金属線材Ｗが連続的に形成される。
本工程では、圧延機８０により鋳造材Ｃを圧延する。圧延機８０とコイラ９０との間で酸化膜除去などの表面清浄化処理が行われることで、所定の外径（例えば、６ｍｍ以上）を有する金属線材Ｗが連続的に形成される。
［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）ＣｅＯ２粒子５を塗布した状態での熱処理によって形成された層状のＳｉ酸化膜３によって、母材２に含まれる元素の外方拡散と、酸素の母材２への内方拡散とが抑制される。
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）ＣｅＯ２粒子５を塗布した状態での熱処理によって形成された層状のＳｉ酸化膜３によって、母材２に含まれる元素の外方拡散と、酸素の母材２への内方拡散とが抑制される。
すなわち、ＣｅＯ２粒子５を塗布せずに熱処理をした場合、図７Ａに示すように、母材２とＣｒ酸化膜４との間に粒状のＳｉ酸化物３Ａが生成される。このようなステンレス部材が溶融金属に浸漬されると、図７Ｂに示すように、酸素が母材２の外部から母材２の内部に侵入して拡散する内方拡散と同時に、母材２に含まれる母材元素が母材２の外部側へ拡散する外部拡散が生じる。その結果、母材２の表層にＭｎ酸化物６が多く生成されると共に、Ｃｒ酸化膜４が過剰成長する。
さらに浸漬が続くと、図７Ｃに示すように、Ｃｒ酸化膜４がＭｎによって還元され、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｍｎ系酸化物Ｆが異物として生成される。このような図７Ｂの状態と図７Ｃの状態とが繰り返されることで、溶損が進行する。
一方、母材２の表面にＣｅＯ２粒子５を塗布した状態で熱処理した場合では、図７Ｄに示すように、ＣｅＯ２粒子５によって層状のＳｉ酸化膜３が生成され、母材２に含まれる元素の外方拡散と、酸素の母材２の内部への内方拡散とが抑制される。その結果、図７Ｅのように、Ｍｎ酸化物６の生成と、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｍｎ系酸化物の生成とが抑制される。また、Ｃｒ酸化膜４の過剰成長の抑制（すなわち、Ｃｒ酸化膜４の膜厚を小さくすること）によって、Ｃｒ酸化膜４の剥離が抑制される。
このように、ＣｅＯ２粒子５の塗布及び熱処理によって、溶融金属に対する耐溶損性の高いステンレス部材１（つまり調整ピン６０）が得られる。
（１ｂ）耐溶損性の高い調整ピン６０の使用により、金属線材に対する調整ピン６０由来の成分（例えばＦｅ－Ｃｒ－Ｍｎ系酸化物）の混入が抑制できる。そのため、金属線材の品質を高められる。
また、タンディッシュ５０から溶融金属を送り出すノズル５１（つまりスパウト）内部へのＦｅ－Ｃｒ－Ｍｎ系酸化物の付着が抑制される。そのため、金属線材の製造における鋳造速度の低下が抑制される。
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
（２ａ）上記実施形態のステンレス部材は、金属線材の製造装置において使用される調整ピン以外の部品にも使用できる。また、上記実施形態のステンレス部材は、金属線材以外の金属製品の製造装置にも使用できる。
（２ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
［３．実施例］
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価とについて説明する。
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価とについて説明する。
＜実施例１＞
ＳＵＨ４４６（ＪＩＳ－Ｇ－４３１１：２０１１）で構成された母材の表面にＣｅＯ２粒子を塗布し、その後９００℃で４時間熱処理した。
ＳＵＨ４４６（ＪＩＳ－Ｇ－４３１１：２０１１）で構成された母材の表面にＣｅＯ２粒子を塗布し、その後９００℃で４時間熱処理した。
＜比較例１＞
ＳＵＨ４４６（ＪＩＳ－Ｇ－４３１１：２０１１）で構成された母材の表面にＣｅＯ２粒子を塗布せずに、そのまま９００℃で４時間熱処理した。
ＳＵＨ４４６（ＪＩＳ－Ｇ－４３１１：２０１１）で構成された母材の表面にＣｅＯ２粒子を塗布せずに、そのまま９００℃で４時間熱処理した。
＜酸化膜の確認＞
実施例１のステンレス部材では、図３Ａ，３Ｂに示すような断面が観察された。一方、比較例１のステンレス部材では、図８Ａ，８Ｂに示すような断面が観察された。比較例１では、母材１０２の表面に粒状のＳｉ酸化膜１０３が形成された上で、厚みの大きいＣｒ酸化膜１０４が形成されていた。
実施例１のステンレス部材では、図３Ａ，３Ｂに示すような断面が観察された。一方、比較例１のステンレス部材では、図８Ａ，８Ｂに示すような断面が観察された。比較例１では、母材１０２の表面に粒状のＳｉ酸化膜１０３が形成された上で、厚みの大きいＣｒ酸化膜１０４が形成されていた。
＜Ｘ線回析＞
実施例１及び比較例１のステンレス部材に対し、Ｘ線回析を行った。その結果、実施例１は、比較例１に対し、ＳｉＯ２（主にクリストバライト）のピークが大きく、かつ、Ｍｎ系酸化物及びＦｅ系酸化物のピークが小さかった。
実施例１及び比較例１のステンレス部材に対し、Ｘ線回析を行った。その結果、実施例１は、比較例１に対し、ＳｉＯ２（主にクリストバライト）のピークが大きく、かつ、Ｍｎ系酸化物及びＦｅ系酸化物のピークが小さかった。
したがって、実施例１では、ＣｅＯ２粒子の塗布によってＳｉ酸化膜の成長が促進されたと推測される。また、実施例１では、Ｓｉ酸化膜が層状に形成されたことで、母材に含まれる元素の外方拡散が抑制され、その結果、Ｍｎ系酸化物及びＦｅ系酸化物の生成が減少されたと推測される。
＜溶銅中における耐溶損性＞
図９Ａに示すように、実施例１及び比較例１のステンレス部材のサンプルＳをそれぞれ、Ａｒ雰囲気中で、酸素濃度３００ｐｐｍ及び１１５０℃の溶銅ＴＰＣの表面に配置した。この状態で３時間保持した後、サンプルＳの溶銅ＴＰＣに接触させた部分の断面、及びサンプルＳの溶銅ＴＰＣに接触させていない部分の断面のそれぞれを走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した。
図９Ａに示すように、実施例１及び比較例１のステンレス部材のサンプルＳをそれぞれ、Ａｒ雰囲気中で、酸素濃度３００ｐｐｍ及び１１５０℃の溶銅ＴＰＣの表面に配置した。この状態で３時間保持した後、サンプルＳの溶銅ＴＰＣに接触させた部分の断面、及びサンプルＳの溶銅ＴＰＣに接触させていない部分の断面のそれぞれを走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した。
実施例１では、ステンレス部材とＡｒ雰囲気との間において、Ｃｒ酸化膜と母材とが密着し、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｍｎ系酸化物の生成が抑制されていた。また、ステンレス部材と溶銅との間においてもＣｒ酸化膜と母材とが密着し、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｍｎ系酸化物は生成されていなかった。
一方、比較例１では、ステンレス部材とＡｒ雰囲気との間において、ステンレス部材の表面全体に多孔質かつ厚みの大きいＦｅ－Ｃｒ－Ｍｎ系酸化物が生成されていた。また、ステンレス部材と溶銅との間においてもＦｅ－Ｃｒ－Ｍｎ系酸化物が生成されていた。
さらに、図９Ｂに示すように、実施例１及び比較例１のステンレス部材のサンプルＳをそれぞれ、Ａｒ雰囲気中で、酸素濃度３００ｐｐｍ及び１１５０℃の溶銅ＴＰＣ内に浸漬した。この状態で３時間保持した後、さらに３００ｒｐｍで３０分間の条件でサンプルＳを回転させ、その後、サンプルＳの断面を走査電子顕微鏡にて観察した。
実施例１では、Ｃｒ酸化膜と母材とが密着し、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｍｎ系酸化物の生成が抑制されていた。一方、比較例１では、ステンレス部材の表面に厚みの大きいＦｅ－Ｃｒ－Ｍｎ系酸化物が生成されていた。
また、溶銅中で回転させた後の実施例１及び比較例１のステンレス部材における溶銅ＴＰＣ内に浸漬した部分の断面に対し、Ｘ線分析装置を用いて元素マッピングを行った。実施例１では、ＣｒとＯとの元素比がおよそ２：３となっており、Ｃｒ酸化膜（つまり、Ｃｒ２Ｏ３）が保持されていると推測される。一方、比較例１では、ＣｒとＯとの元素比がおよそ１：１となっており、Ｃｒ酸化膜が、母材中のＭｎによって還元されたと推測される。
さらに、溶銅中での回転後の実施例１及び比較例１のステンレス部材における溶銅ＴＰＣ内に浸漬した部分の表面に対し、デジタルマイクロスコープを用いて表面粗さ（具体的には中心線平均粗さＲａ）を測定した。その結果、比較例１の中心線平均粗さＲａが１０．７μｍであったのに対し、実施例１の中心線平均粗さＲａは３．６５μｍであった。この結果から、実施例１は、比較例１よりも耐溶損性が向上していることがわかる。
１…ステンレス部材、２…母材、３…Ｓｉ酸化膜、４…Ｃｒ酸化膜、
５…ＣｅＯ２粒子、６…Ｍｎ酸化物、１０…金属線材の製造装置、２０…溶解炉、
２５…上樋、３０…保持炉、３５…下樋、４０…添加部、５０…タンディッシュ、
５１…ノズル、５２…流入口、６０…調整ピン、７０…鋳造機、７１…ホイール、
７２…ベルト、８０…圧延機、９０…コイラ、Ｃ…鋳造材、Ｍ…溶融金属、
Ｗ…金属線材。
５…ＣｅＯ２粒子、６…Ｍｎ酸化物、１０…金属線材の製造装置、２０…溶解炉、
２５…上樋、３０…保持炉、３５…下樋、４０…添加部、５０…タンディッシュ、
５１…ノズル、５２…流入口、６０…調整ピン、７０…鋳造機、７１…ホイール、
７２…ベルト、８０…圧延機、９０…コイラ、Ｃ…鋳造材、Ｍ…溶融金属、
Ｗ…金属線材。
Claims (4)
- フェライト系ステンレス鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼で構成される母材と、
前記母材の表面に配置されたＳｉ酸化膜と、
前記Ｓｉ酸化膜の表面に配置されたＣｒ酸化膜と、
前記Ｃｒ酸化膜の表面に付着したＣｅＯ２粒子と、
を備える、ステンレス部材。 - 請求項１に記載のステンレス部材であって、
タンディッシュ内の溶融金属に浸漬されると共に、前記タンディッシュが有するノズルからの前記溶融金属の流出量を調整する調整ピンである、ステンレス部材。 - フェライト系ステンレス鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼で構成される母材の表面にＣｅＯ２粒子を塗布する工程と、
前記ＣｅＯ２粒子が塗布された前記母材を熱処理する工程と、
を備える、ステンレス部材の製造方法。 - タンディッシュに溶融金属を注入する工程と、
前記タンディッシュから前記溶融金属を鋳型に送り出す工程と、
前記鋳型に注入された前記溶融金属を冷却して鋳造材を形成する工程と、
前記鋳造材を圧延する工程と、
を備え、
前記送り出す工程では、前記タンディッシュが有するノズルからの前記溶融金属の流出量を、前記タンディッシュ内の前記溶融金属に浸漬された調整ピンで調整し、
前記調整ピンは、
フェライト系ステンレス鋼又はオーステナイト系ステンレス鋼で構成される母材と、
前記母材の表面に配置されたＳｉ酸化膜と、
前記Ｓｉ酸化膜の表面に配置されたＣｒ酸化膜と、
前記Ｃｒ酸化膜の表面に付着したＣｅＯ２粒子と、
を備える、金属線材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021148798A JP2023041425A (ja) | 2021-09-13 | 2021-09-13 | ステンレス部材、ステンレス部材の製造方法、及び金属線材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2021148798A JP2023041425A (ja) | 2021-09-13 | 2021-09-13 | ステンレス部材、ステンレス部材の製造方法、及び金属線材の製造方法 |
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| JP2021148798A Pending JP2023041425A (ja) | 2021-09-13 | 2021-09-13 | ステンレス部材、ステンレス部材の製造方法、及び金属線材の製造方法 |
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