JP2858089B2 - 腐食抵抗性着色ステンレス鋼及びその製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、腐食抵抗性ステンレス
鋼の技術に関し、そしてさらに特に着色した保護バリヤ
を有するステンレス鋼の片を連続的に製造する方法に関
し、そのバリヤは、特に塩水の環境中の腐食に対して非
常に抵抗性があり、そして風雨に曝されたターンメタル
被覆片の不変の色を有する。米国特許第４９８７７１６
及び４９３４１２０号は、本発明が関係するタイプの金
属屋根システムを説明しており、ここに参考として引用
する。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、特に屋根材料又は他の建築材
料に使用される３０４又は３１６ステンレス鋼上に着色
した保護バリヤを設けるのに特に適用でき、そしてそれ
は、特にそれについて記載されるが、本発明は、遥かに
広い応用を有し、そして片の形又はそれ以外の種々のス
テンレス鋼及び種々の物品に使用できる。本明細書にお
ける「ステンレス鋼」は、クロム及び鉄を含む広い範囲
の合金を意味する。合金は、又ニッケル、炭素、モリブ
デン、ケイ素、マンガン、チタン、ホウ素、銅、アルミ
ニウム、窒素及び他の種々の元素及び化合物を含むこと
ができる。長い間、種々のシートゲージ厚さの金属から
作られる屋根システムが、使用されてきた。金属例えば
炭素鋼及びステンレス鋼は、金属屋根システムの最もポ
ピュラーなタイプである。炭素鋼金属屋根システムは、
腐食抵抗性被覆により通常処理されて鉄の急速な酸化を
防ぐ。炭素鋼のための腐食抵抗性被覆の一つのタイプ
は、食品産業で使用される錫金属被覆である。炭素鋼の
錫被覆は、通常連続的な高速電解法により実施される。
電解法では、電流は、炭素鋼上に錫をメッキするため
に、錫のアルカリ性又は酸性の電解液を還元するのに使
用される。錫被覆の厚さは、３．８×１０^−４−２０．
７×１０^−４ｍｍ（１．５×１０^−５−８．１５×１０
^−５インチ）に及ぶ。炭素鋼を電気メッキするのに使用
される装置及び材料は、非常に高価であり使用するのに
比較的複雑であるが、錫の薄い層のみが使用されて、保
持される高価な錫のコストを極めて安くする。炭素鋼を
被覆する使用されることの少ない方法は、ホットディッ
プ法である。この方法は、錫被覆における不連続な小さ
い領域を生ずるために、通常使用されない。その結果、
材料は、食品容器では満足されない。さらに、ホットデ
ィップされた錫は、剥がれ易いより厚い被覆を形成す
る。錫は腐食に抵抗性のある材料であるため、腐食を非
常にうけ易い材料例えば炭素鋼は、錫により被覆されて
非常に腐食抵抗性のある製品を生成する。

【０００３】腐食に対して抵抗性を増した多くの金属性
合金例えばステンレス鋼が、開発されてきた。ステンレ
ス鋼は、鉄及びクロムの合金であり、ニッケル及びモリ
ブデン及び少量の他の元素を含むことができる。ステン
レス鋼合金内のクロムは、腐食を阻害する主要な成分の
一つである。クロムは、酸化クロムを形成し、そしてス
テンレス鋼の表面に堅く結合し、それにより酸素がステ
ンレス鋼中に侵入して腐食性の鉄酸化物を形成するのを
防ぐ。炭素鋼は、もしあるとしてもクロム含量は殆どな
く、従って鉄は、周りの酸素により容易に酸化して、腐
食として通常知られている鉄酸化物を形成する。ステン
レス鋼は、標準の炭素鋼より顕著に低い速度で腐食する
が、ステンレス鋼は、実際に腐食し、そして錫メッキに
より被覆された炭素鋼より顕著に早い速度で腐食するだ
ろう。ステンレス鋼は、塩が実際に攻撃ししかも環境中
の塩素によりステンレス鋼を腐食する海水中で非常に腐
食し勝ちである。

【０００４】ホットディップ法による錫合金によりステ
ンレス鋼を被覆することは、さらに成功している。炭素
鋼及びステンレス鋼に対する最もポピュラーな錫合金被
覆の一つは、通常ターンメタルとして知られている錫−
鉛合金である。ターン合金の組成は、一般に、約８０重
量％の鉛及び約２０重量％の錫である。ターン合金中の
鉛は、炭素鋼及びステンレス鋼の両者に容易に結合し
て、強い且つ耐久性のある鉛−錫合金被覆を形成する。
ターンメタルで被覆されたシート金属は、優れた腐食抵
抗性を有しさらに種々の建造物の適用例えば屋根に使用
されているが、ターンメタル被覆材料は、最近、ターン
合金の鉛含量により環境的な懸念が生じてきた。たとえ
ターン合金中の鉛が安定化されたとしても、まだ見出さ
れていないが、ターン合金からの鉛の溶脱に関して或る
懸念が存在する。米国特許出願第０００１０１号では、
もしあるとしても鉛を殆ど含まない錫によりステンレス
鋼材料をうまく被覆する方法が開示されている。達成可
能な錫被覆は、電気メッキ法により得られる厚さより顕
著に厚い。錫被覆は、海洋又は塩分を含んだ環境におい
てステンレス鋼より腐食に対して抵抗性を有するが、錫
は、なおこれらの環境において加速された速度で腐食
し、それによりこれらの環境における錫被覆製品の需要
を減少させる。世界中の海岸の地域に位置する建造物
は、塩分を含んだ環境に曝される。これらの地域は、平
均の降水そして付近の海水から生ずる塩分を含んだ環境
より多い水で処理されねばならない。塩分を含んだ環境
は、鉄及びステンレス鋼のような金属を容易に攻撃し、
それにより腐食速度を加速する。海水付近又はその中に
位置する構造物は、海水により直接攻撃され、それによ
ってより激しい加速された腐食を示す。海洋又は塩分を
含んだ環境で改良された腐食抵抗性を示す、非常に特殊
なしかも高価な合金例えばニッケルークロム及び銅−ニ
ッケル合金が開発されている。しかし、これらの特殊な
合金に伴うコストにより、これらの合金は、屋根材料に
使用されない。その上、これらの種々の金属材料を建築
の目的で使用するとき、光沢のない風雨に曝された表面
をもたらすことが一般に必要とされる。これらの表面の
着色は、通常、大気に曝されることにより生じるが、種
々の場所の硫黄含量が異なることにより、均一な着色
は、必ずしも保証されない。ステンレス鋼を使用すると
き、予め着色することが、電解酸化により、光の屈折率
を変える酸化により又は着色された被覆により試みられ
た。これらの方法は、高価であり、しかも決して成功し
ない。これらの着色法の多くを使用すると、指紋がしば
しば表面の色をよごす。海洋又は塩分を含んだ環境で優
れた腐食抵抗性をもたらしさらに適当に着色されたコス
トの低い建築材料がないために、コストが極端に高くな
いように着色されしかも特に海洋又は塩分を含んだ環境
で優れた腐食抵抗性をもたらす建築材料について、特に
海岸又はその付近に住む消費者から需要が存在してい
る。

【０００５】

【発明の概要】本発明は、ステンレス鋼の上の金属間層
でユニークな優れた腐食抵抗性を示すバリヤ層を形成す
るために酸化溶液（ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉ
ｏｎ）により後処理される錫の被覆を有するステンレス
鋼を含む耐候性建築材料を製造する方法に関する。特に
処理されたステンレス鋼が、建築材料例えば屋根材料及
びサイディングに主として使用されるが、処理されたス
テンレス鋼は、片又は鋳込み物品のための種々の応用で
使用できる。

【０００６】本発明の主な特徴によれば、ステンレス鋼
を溶融錫中にホットディッピングし、それにより所望の
厚さを有する結合された錫被覆並びにステンレス鋼と錫
被覆との間のクロム−鉄−錫の合金より主として製造さ
れた金属間層を形成し、さらに酸化溶液により後処理さ
れて錫被覆を除いて金属間合金層を曝しそしてそのバリ
ヤが不動態化合金層であると思われるユニークなバリヤ
化合物を形成することにより形成される錫被覆を有する
ステンレス鋼の片が提供される。このバリヤは、優れた
腐食抵抗性を示す。使用されるステンレス鋼のタイプ
は、一般に、３０４又は３１６ステンレスであるが、他
のタイプのステンレス鋼も使用できる。ステンレス鋼片
の厚さは、０．０３インチ（０．０７６ｃｍ）より薄
く、概して厚さ０．０１５インチである。ステンレス鋼
材料は、片の形に制限されない。片の形のステンレス鋼
は、連続的な方法で使用されるのに望ましく、それによ
り片は解かれ、ステンレス鋼片の表面上にユニークな着
色したバリヤを形成する種々の工程を連続的に移動す
る。ステンレス鋼は、ロールから連続的に解くことので
きない他の建築材料例えばカラム、ビーム、ポールなど
であってもよい。これらの材料は、通常、バッチで処理
されて着色された保護バリヤを得る。本発明は、錫の被
覆によりステンレス鋼を処理することによりクロム−鉄
−錫を含む合金を形成することに特に関するが、本発明
は、優れた腐食抵抗性を示すクロム−鉄−錫を含む合金
材料を最初に製造する概念も含む。合金材料は、酸化溶
液により処理されて、合金を不動化して、さらに合金の
腐食抵抗性を増大させそしてさらに合金を着色する。即
ち本発明の第１は０．０３インチ（０．０７６ｃｍ）よ
り薄い厚さをもつステンレス鋼片が該ステンレス鋼片を
１５０ｆｔ／分（４５．５ｍ／分）より小さい速度で連
続錫被覆法によって錫被覆（１４０）を作ることによっ
て熱的に形成させた腐食抵抗性の金属間層（１４２）を
備え、該金属間層（１４２）がクロム、鉄、及び錫を含
み、該錫被覆が０．００２インチ（０．００５１ｃｍ）
より薄い厚さをもち、そして少なくとも９５％の錫を含
むことを特徴とする腐食抵抗性ステンレス鋼片である。

【０００７】ステンレス鋼の前処理は、ステンレス鋼の
表面から外来の屑をクリーニングし、次に溶融錫中にス
テンレス鋼をホットディッピングする前に、ステンレス
鋼の表面を激しく酸洗い及び／又は化学的に活性化する
ことを含む。ステンレス鋼の表面の屑のタイプは、土、
油、紙、接着剤及び他の外来の物質を含む。この屑は、
ステンレス鋼の表面から酸化物を除く激しい酸洗い及び
／又は化学的活性化の方法と抵触できる。屑は、ステン
レス鋼の表面を剥離的及び／又は吸収的表面に接触させ
ることにより除くことができる。ステンレス鋼の表面
も、洗剤又は溶媒により処理されて屑を除くことができ
る。

【０００８】激しい酸洗い法は、ステンレス鋼の表面か
ら酸化物を除くようにデザインされる。ステンレス鋼の
表面からの酸化物の除去は、適切な金属間層が錫被覆と
ステンレス鋼表面との間に形成できる前に、望ましい。
ステンレス鋼は、主として鉄及びクロムを含む。ステン
レス鋼表面上のクロムは、大気中の酸素と反応して、ス
テンレス鋼内の鉄と大気中の酸素との間に殆ど浸透でき
ないバリヤを生ずる酸化クロムを形成する。酸化クロム
のフィルムは、ステンレス鋼と非常に密なしかも強い結
合を形成し、そして容易に除かれない。酸化クロムフィ
ルムの形成は、ステンレス鋼の腐食抵抗性で重要である
が、酸化クロムフィルムは、錫の被覆を適用するとき、
金属間層の形成と抵触する。激しい酸洗い法は、ステン
レス鋼表面から酸化クロムを除いて、ホットディップさ
れた錫を酸化物のないステンレス鋼表面と結合させて、
金属間層を形成する。酸洗い溶液は、種々の酸又は酸の
組合せ例えばフッ化水素酸、硫酸、硝酸、塩酸、燐酸及
び／又はイソ臭素酸を含むことができる。硝酸と組み合
わされた塩酸は、ステンレス鋼から酸化クロムを除くた
めの酸洗い溶液として使用できる。塩酸−硝酸の酸洗い
溶液では、酸洗い溶液は、約５−２５％の塩酸及び１−
１５％の硝酸を含む。塩酸及び硝酸を組み合わせる成功
は、ステンレス鋼表面に有害な孔を生じさせることな
く、ステンレス鋼からの酸化クロムの優れたしかも急速
な除去を生じさせる。酸洗い溶液の温度は、ステンレス
鋼表面から酸化クロムを容易に除く非常に活性な酸を提
供するために重要である。酸洗い溶液の温度は、通常、
１２０−１４０°Ｆである。塩酸−硝酸の溶液では、溶
液の温度は、通常、約８０°Ｆである。酸洗い溶液は、
激しい酸洗い法中攪拌されて、酸洗い溶液がよどみそし
て濃度が変化することを妨げ、そしてステンレス鋼表面
上に形成される気体のポケットを分散させる。ステンレ
ス鋼表面に孔を形成することなく酸化クロムを適切に除
くために、ステンレス鋼が酸洗い溶液中で処理される時
間の量は、通常、１分より短い。

【０００９】ステンレス鋼は、激しい酸洗い後、通常、
ステンレス鋼表面から酸化物をさらに除くために、ステ
ンレス鋼の表面を化学的に活性化することによりさらに
処理される。ステンレス鋼の化学的活性化は、ステンレ
ス鋼表面上に残る残存酸化物を除くための、脱酸化剤に
よるステンレス鋼の化学処理を含む。種々の脱酸化溶液
例えば塩化亜鉛も使用できる。塩化亜鉛は、脱酸化剤及
びステンレス鋼片のための保護被覆の両者として使用す
る。塩化亜鉛溶液の温度は、一般に、外界温度（６０−
９０°Ｆ）に維持され、そして攪拌されて均一な溶液濃
度を維持する。少量の塩酸も脱酸化溶液に添加されて、
さらに酸化物の除去を増大する。

【００１０】本発明の錫被覆法の他の局面に従って、ス
テンレス鋼表面は、錫被覆がステンレス鋼表面に適用さ
れるまで、低酸素環境に維持される。低酸素環境の維持
は、ステンレス鋼表面上の酸化物の形成を阻害する。低
酸素環境は、二三の形例えばステンレス鋼の周りの低酸
素含有気体環境、又は低酸素含有液体環境へのステンレ
ス鋼の浸漬を採ることができる。これらの環境の両者
は、酸化物が形成されるのを防ぐためのシールドとして
働く。もし低酸素気体環境が使用されるならば、低酸素
含有環境を形成するのに使用される気体は、概して、窒
素、炭化水素、水素、貴気体及び／又は他の非酸素含有
気体である。一般的に、窒素気体を使用して低酸素気体
環境を形成する。低酸素液体環境は、通常、ステンレス
鋼の表面上に噴霧された低い溶解された酸素カートンを
有する加熱された水よりなるが、ステンレス鋼は、又加
熱された水中に浸漬される。一般に、加熱された水は、
１００°Ｆより高く、そして概して約１１０゜Ｆ又はそ
れ以上に維持される。

【００１１】本発明の錫被覆法の他の局面に従って、ス
テンレス鋼表面に溶融された錫を適用する錫メッキタン
クが提供される。錫メッキタンクは、一般に、フラック
スボックスを含み、それによりステンレス鋼は、フラッ
クスボックスを通り溶融錫中に入る。フラックスボック
スは、溶融錫より低い比重を有するフラックスを含み、
従ってフラックスは溶融錫の表面上を浮遊する。フラッ
クスは、ステンレス鋼の最終の表面の処理として働き、
ステンレス鋼表面から残存する全ての酸化物を除き、そ
してステンレス鋼が錫により被覆されるまで、ステンレ
ス鋼表面を酸素から保護する。フラックスは、塩化亜鉛
及び塩化アンモニウムよりなる。このフラックス溶液
は、約３０−６０重量％の塩化亜鉛及び約５−４０重量
％の塩化アンモニウムを含むが、２種のフラックス剤の
濃度は、しかるべく変化できる。一度ステンレス鋼がフ
ラックスを通ると、ステンレス鋼は、溶融錫中に入る。
溶融錫の温度は、概して、錫メッキバットの底で５７５
−６５０°Ｆに及び、錫メッキバットの頂部で１００°
以上低い。錫は、その融点である４４９°Ｆより高く維
持されねばならず、そうでなければ不適切な被覆が生ず
るだろう。概して、錫は、５９０°Ｆの温度に維持され
る。錫メッキ法中、溶融錫は、酸化物のないステンレス
鋼表面と結合する。結合の点で、金属間層が形成され、
それは、ステンレス鋼と錫被覆との間に強い結合を生ず
るのを助ける。金属間層は、ステンレス鋼中でクロム及
び鉄原子と分子的にからみあう錫原子により形成される
ものと考えられる。ステンレス鋼の表面層中への錫の移
動は、金属間層の形成をもたらす。その結果、金属間層
は、本質的にステンレス鋼表面の一部である。ステンレ
ス鋼を被覆する錫が溶融錫を離れると、被覆されたステ
ンレス鋼は、錫被覆の均一な厚さを形成する被覆ローラ
ーの１組以上のセットの間を通る。錫被覆は、０．００
２インチより小さい薄い厚さで維持される。しかし、よ
り厚い錫被覆がステンレス鋼表面に適用できる。錫被覆
ステンレス鋼は、優れた腐食抵抗性建築材料であるが、
それは、それにもかかわらず、塩素を含む大気に曝され
るとき、徐々に腐食する。

【００１２】本発明の基本的な概念に従って、錫被覆ス
テンレス鋼は、さらに酸化溶液により処理される。酸化
溶液は、錫被覆と反応して錫被覆を除いて金属間層を曝
し、それは、酸と反応して、特に塩分を含んだ環境にお
いて、腐食に非常に抵抗性を有する薄いバリヤを提供す
る。酸化溶液は、さらに金属間層と反応しそして層を着
色する。酸化溶液は、多数の酸溶液、中性又はアルカリ
性溶液の任意のものを含むことができる。酸化溶液は、
通常、酸化溶液の５−６０％の濃度で硝酸を含む。酸化
溶液は、又硫酸銅を含んで、錫層の除去を増大させる。
硫酸銅は、酸化溶液の１０％までの量で添加できる。酸
化溶液の温度は、通常、２０−８０℃である。金属間層
を曝すために錫被覆を除く時間は、酸化溶液の温度の上
昇及び／又は酸化溶液の強さの増大により短縮される。
錫被覆を除く時間は、通常、２分より短い。一度金属間
層が曝されると、片は洗浄されて、片上の全ての残った
酸化溶液を除き、金属間層の上に保護バリヤを残す。錫
被覆ステンレス鋼から錫層を除く概念は、特に錫被覆が
以前には適用されてステンレス鋼の腐食抵抗性を改善し
たという事実からみて当業者にとり新規である。

【００１３】本発明の主な目的は、腐食に対して非常に
抵抗性のある着色された表面を有する耐候性ステンレス
鋼物品の提供である。他の目的は、ステンレス鋼物品の
曝された表面上に着色された保護バリヤを形成する方法
の提供である。本発明の他の目的は、先ず好ましくはホ
ットディッピングにより錫の薄い層を適用し、錫を自動
触媒的コントロール作用によって酸化溶液により除いて
鉄−錫合金の保護層を曝し、そして最後にこの保護層を
着色及び／又は不動態化することにより、クロム及び鉄
合金の表面上に保護的着色層を設ける方法である。本発
明の他の目的は、溶融錫をステンレス鋼の酸化物のない
表面に適用してステンレス鋼の表面上に金属間層を形成
し、該層は保護バリヤを設けるために曝されそして処理
される方法の提供である。本発明の他の目的は、クロム
−鉄−錫を含みそして保護的着色表面を有する金属間層
を物品に設ける方法の提供であり、その方法は、過剰の
錫を除きそして層を不動態化する。本発明の他の目的
は、全く鉛のない風雨に曝されたターンメタル被覆片と
一致し全く似ている予め着色された表面を有する金属で
ある。本発明の他の目的は、ホットディップされた錫被
覆ステンレス鋼を酸化溶液に浸して錫被覆をステンレス
鋼から除きそして腐食抵抗性金属間層を曝す方法の提供
である。本発明の他の目的は、連続法により製造するこ
とが経済的である非常に腐食抵抗性のある材料の製造の
提供である。これら及び他の目的並びに利点は、図面と
ともに以下の記述を読めば、当業者に明らかになるだろ
う。

【００１４】図１は、本発明の金属間表面層を有するス
テンレス鋼を製造する完全な方法の断面図である。図２
は、金属間層を説明する錫被覆ステンレス鋼片の断面図
である。図３は、酸化溶液中に浸漬されたステンレス鋼
片の断面図である。

【００１５】図面に関するが、図面は、本発明の好まし
い態様を説明する目的のためのみでありそれを制限する
目的ではない。先ず図１では、ステンレス鋼片の表面上
に金属間層を形成する完全な新規な連続法を示してい
る。ステンレス鋼片１２は、ステンレス鋼ロール１０か
ら工程に入る。使用されるステンレス鋼は、３０４タイ
プステンレス鋼であり、それは、約１８％のクロム及び
約８％のニッケルを含む。しかし、他のタイプのステン
レス鋼も使用できる。ステンレス鋼片１２の厚さは、厚
さ約０．０１５インチであるが、ステンレス鋼片１２
は、それより厚くても薄くてもよい。ステンレス鋼片１
２は、１５０ｆｔ／分（４５．５ｍ／分）より遅くそし
て好ましくは７０−１００ｆｔ／分（２１〜３０ｍ／
分）の速度でステンレス鋼ロール１０から解かれる。片
のガイド１３は、それぞれの処理セクターを通してステ
ンレス鋼片１２を適切にガイドするように工程を通して
位置する。片１２がロール１０を離れると、片１２は、
剥離処理機１４に出会う。ワイヤブラシ１６の形の剥離
処理機１４は、モータにより駆動される。ワイヤブラシ
は、ステンレス鋼片１２と接触するように置かれて、ス
テンレス鋼片１２から外来の屑を除きそしてステンレス
鋼片１２の表面から酸化クロムを最初にエッチ及び／又
は機械的に除く。剥離処理機１４は、好ましくはステン
レス鋼片１２に対して傾いて、ステンレス鋼片１２の適
切なクリーニングのために、ブラシ１６とステンレス鋼
片１２との間に必要な摩擦をもたらす。好ましくは、剥
離処理機１４は、ステンレス鋼片１２の適切な処理が達
成されるように、ステンレス鋼片１２の上面及び底面に
位置する。剥離ブラシ１６は、剥離ブラシ１６が早く摩
耗せずそして適切に外来の物質を除くように、ステンレ
ス鋼片１２より大きい堅さを有する金属物質から製造さ
れる。好ましくは、剥離ブラシ１６は、移動するステン
レス鋼片１２に対して反対の方向に回転して、ステンレ
ス鋼片１２に追加の剥離をもたらす。

【００１６】示されていないが、片１２は、剥離処理機
１４の前又は後に、アルカリ性クリーナー又は有機溶媒
によりさらに処理されて、片１２の表面の上の外来の物
を除く。一度ステンレス鋼片１２が剥離処理機１４を通
過すると、片１２は、好ましくは低酸素気体環境２０に
入る。低酸素気体環境２０は、ステンレス鋼片１２を低
酸素含有気体２２により囲むことにより形成される。好
ましくは、低酸素含有気体２２は、本質的に窒素気体で
ある。ステンレス鋼片１２を囲む窒素気体は、大気中の
酸素に対するバリヤとして作用し、そして酸素が片１２
中のクロム及び鉄と反応することを妨げる。低酸素気体
環境２０を離れた後のステンレス鋼片１２は、酸洗いタ
ンク３０中に入る。酸洗いタンク３０は、一般に、長さ
が約２５フィートであり、そして酸洗い溶液３２にステ
ンレス鋼片１２を完全に浸漬するのに十分な深さを有す
る。酸洗い溶液３２は、好ましくは塩酸−硝酸溶液より
なる。好ましくは、酸洗い溶液３２内の塩酸−硝酸の濃
度は、約１０％塩酸及び３％硝酸である。酸洗い溶液３
２は、酸洗い溶液３２が片１２の表面から酸化クロムを
除くために高い反応性状態にあるように、１２８−１３
３°Ｆの温度に好ましくは維持される。酸洗いタンク３
０は、好ましくは少なくとも１個の攪拌機３４を含ん
で、酸洗い溶液３２を攪拌し、それにより均一な溶液濃
度、均一な溶液温度を維持しさらに片１２上に形成され
るかもしれない全ての気体ポケットを破壊する。酸洗い
溶液ベント３６は、好ましくは酸洗いタンク３０の上に
置かれて、酸洗いタンク３０から出る酸の蒸気及び他の
気体を熱め除く。片１２は、通常、酸洗いタンク３０を
出た後低酸素気体環境２０に入る。

【００１７】片１２上に残る酸洗い溶液３２は、洗浄タ
ンク４０で除かれる。洗浄タンク４０は、好ましくは水
である洗浄溶液４２を含む。洗浄タンク４０中の水は、
水を１００°より高く好ましくは約１１０°Ｆに加熱す
ることにより脱酸素される。洗浄溶液４２が僅かに酸性
であるために、洗浄溶液４２は、片１２の表面上になお
存在する少量の酸化物を除くことができる。洗浄溶液４
２は、通常、片１２からの酸洗い溶液３２の除去を助け
るために、攪拌される。ステンレス鋼片１２が洗浄タン
ク４０を離れた後、片１２は、好ましくは低酸素液体環
境５０に入る。低酸素液体環境５０は、少なくとも１個
の噴霧ジェット５２を含む。噴霧ジェット５２は、ステ
ンレス鋼片１２の表面上に低酸素含有液体５６を噴射し
て、酸素が片１２の表面上のクロム及び／又は鉄と反応
するのを妨げ、そして洗浄タンク４０を出た後片１２に
存在する全ての追加の酸洗い溶液３２を除く。低酸素含
有液体５６は、約１１０゜Ｆの温度を有する加熱された
水である。ステンレス鋼片１２は、低酸素液体環境５０
を出ると、好ましくは化学活性化タンク６０に入る。化
学活性化タンク６０は、化学活性化溶液６２を含み、そ
れは、さらに片１２の表面上に残る全ての酸化物を除
く。通常、化学活性化溶液６２は、８０−９０°Ｆの温
度に維持された塩化亜鉛溶液である。化学活性化タンク
６０内の塩化亜鉛は、片１２上の残っている酸化物を除
くばかりか、塩化亜鉛は、ステンレス鋼片１２が錫メッ
キタンク７０に入るまで、片１２上の酸化物の形成を妨
げるために保護被覆として作用する。化学活性化タンク
６０は、酸化物の除去を助けそして溶液６２のよどみを
防ぐために、攪拌機を含むことができる。

【００１８】片１２が溶融錫７６により被覆される前
に、片１２は、錫メッキタンク７０に位置するフラック
スボックス７２に入る。フラックスボックス７２は、溶
融錫７６より低い比重を有するフラックス７４を含む。
フラックス７４は、好ましくは塩化亜鉛及び塩化アンモ
ニア溶液よりなる。好ましくは、フラックス７４は、約
５０％の塩化亜鉛及び約８％の塩化アンモニアを含む。
フラックス７４は、片１２の表面上の全ての残存酸化物
を除く。フラックスボックス７２を離れると、ステンレ
ス鋼片１２は、溶融錫７６に入る。錫メッキタンク７０
中の溶融錫７６は、約４４９゜Ｆ（２３２℃）の温度、
好ましくは約５９０゜Ｆ（３１０℃）の温度に維持され
る。錫メッキタンク７０は、パーム油７８が錫メッキタ
ンク７０中の溶融錫７６の表面の上を覆うことを防ぐよ
うに、パーム油バリヤ８０により二つの室に好ましくは
分けられる。溶融錫７６は、主として錫を含み、少量の
他の金属例えば亜鉛、鉄、銅などを含む。錫含量は、好
ましくは９５重量％より多い。溶融錫７６の鉛含量は、
０．１重量％より少なく、好ましくは０．０１重量％よ
り少ない。片１２が溶融錫７６を通過すると、錫原子
は、片１２の酸化物のない表面に侵入及び／又は反応し
て、図２に示されるように、錫被覆１４０とステンレス
鋼ボディー１４６との間に存在する非常に薄い金属間層
１４２を形成する。金属間層の正確な組成は確かではな
いが、金属間層１４２は、クロム、鉄及び錫Ｃｒ−Ｆｅ
−Ｓｎから主としてなる分子レベルの合金である。しか
し、金属間層１４２は、ニッケル及び少量の他の元素又
は化合物を含むことができる。金属間層１４２は、ボデ
ィー１４６と錫被覆１４０との間の遷移層と考えられ
る。金属間層１４２は、又水素、窒素及び酸素を含むこ
とができる。金属間層１４２は、錫被覆１４０と片１２
のステンレス鋼ボディーとの間の強い結合に関係がある
と考えられる。錫メッキタンク７０を出る前に、片１２
は、被覆ローラー８２の少なくとも一つのセット間を通
る。被覆ローラー８２は、片１２上に所望の錫被覆の厚
さを維持する。片１２上の錫被覆の厚さは、０．００２
インチより薄く、好ましくは約０．０００７５インチで
ある。

【００１９】パーム油７８は、好ましくは被覆ローラー
８２の近くに位置する。パーム油は、溶融錫７６の頂部
を浮遊して、錫が固体化し酸化するのを防ぎ、そしてス
テンレス鋼片１２の上に錫が適当に分布するのを助け
る。被覆ローラー８２の外表面上に溶融錫を噴射する金
属被覆ジェットは、片１２が被覆ローラー８２の間を移
動するにつれ被覆ローラー８２上で溶融錫７６を噴霧す
るように設置され、それにより錫メッキタンク７０中で
溶融錫７６により被覆されていなかった片１２上の全て
の小さい表面域を満たす。片１２が錫メッキタンクを出
た後、錫被覆は、少なくとも１個の冷水ジェット噴霧器
９２により及び／又は示されていない冷却タンク中で、
冷水により冷却される。冷水９６は、一般に、外界温度
に維持される。説明されたように、被覆された錫表面ス
テンレス鋼は、図２に示され、錫層１４０は、片１２の
上にあり、そしてステンレス鋼表面１４６の上に金属間
合金層１４２を形成する。一度錫被覆が冷却されると、
片１２は、酸化タンク１００に進む。酸化タンク１００
は、図３に示されるように、金属間層１４２を露出する
ために片１２から錫被覆１４０を除く酸化溶液１０２を
含む。酸化溶液１０２は、又金属間層１４２と反応し、
合金１４２の上の部分でバリヤ１４８を形成する。バリ
ヤは、テストされ、そしてステンレス鋼片１２を保護す
るのに極めて優れていることを立証する。酸化溶液１０
２は、好ましくは硝酸の溶液である。硝酸の濃度は、５
−６０％であり、好ましくは約２０％である。硝酸の濃
度を上げることにより、錫被覆１４０を除く時間は、短
くなる。通常、錫被覆１４０の除去は、２分より短い。
硫酸銅は、硝酸に添加されて錫被覆１４０の除去速度を
さらに早める。硫酸銅は、もし存在すれば、通常、酸化
溶液１０２の１０％より低く、好ましくは１％の濃度で
添加される。酸化溶液１０２の温度は、酸化溶液１０２
に十分な活性をもたらす温度に維持されなければならな
い。温度は、通常、３０−８０℃、そして好ましくは約
５０℃に維持される。温度を上げることにより、酸化溶
液１０２の活性は増大し、それにより片１２から錫被覆
１４０を除くのに必要な時間を短くする。酸化タンク１
００は、又攪拌機を含んで、タンク１００中の酸化溶液
１０２のよどみ及び／又は大きな濃度差を防ぎ、そして
気体の泡が片１２の表面上に形成されるのを防ぐ。

【００２０】片１２が酸化タンク１００を通過した後、
片１２は、酸化洗浄タンク１１０に進む。洗浄タンク１
１０は、片１２から全ての残存する酸化溶液１０２を除
く液体１１２を含む。好ましくは、液体１１２は、外界
温度の水である。洗浄タンク１１０は、攪拌機を含ん
で、片１２からの酸化溶液１０２の除去をさらに助け
る。示されていないが、片１２は、洗浄タンク１１０の
代わりに噴霧ジェットにより洗われてもよい。噴霧ジェ
ットは、液体を片１２に向けて、片１２から酸化溶液１
０２を除く。噴霧ジェットは、噴霧ジェット９２と同様
なデザインでよい。片１２は、洗浄タンク１１０で洗浄
された後、好ましくは図示されていないレベラーにかけ
られる。レベラーは、好ましくは片１２に均一且つ滑ら
かな表面を生ずる１７個のレベルローラーを含む。ステ
ンレス鋼片１２がレベラーを出た後、片１２は、剪断機
１２０により所望の片の長さに切断される。片１２の金
属間層１４２上のバリヤ１４８は、特に塩分を含んだ環
境において、腐食に対して驚くほど抵抗性があることが
分かった。本発明者は、なぜバリヤ１４８が増大した腐
食抵抗性を示すのかについて何か一つの理論に執着する
ことを望まないが、層１４２中のＣｒ−Ｆｅ−Ｓｎのユ
ニークな合金構造の生成と酸化溶液１０２に対するその
反応が、大変安定なためにそれが塩分を含む溶液中のイ
オンと反応することに抵抗する化合物を生成するものと
思われる。ニッケルは、特にニッケルを含むステンレス
鋼において、金属間層１４２の成分でありうる。他の元
素例えば窒素、水素、酸素も、バリヤ１４８に存在し
て、金属間層の安定性を増大する。酸化及び／又は洗浄
工程中、ユニークな金属間層１４２は、利用可能な周り
の酸素により酸化して、腐食抵抗性バリヤ１４８及び着
色金属間層１４２を形成する。本発明者は、特に塩分を
含む環境において、驚くほど優れた腐食抵抗性をもたら
すのは、保護的酸化物層又はバリヤ１４８と組み合わさ
った金属間層の特別な構造の組合せであると考える。本
発明者は、又金属間層バリヤ１４８が腐食抵抗性である
ばかりでなく、その上のバリヤ１４８を有する金属間層
１４２は、展性がありそして屋根材料として種々の形状
に形成されるとき、亀裂が入ることがないだろう。バリ
ヤ１４８は、酸化溶液１０２により着色されて、濃いグ
レー又はダークトーングレーの非反射性の表面を形成す
る。非反射性表面は、低い反射性材料を要する建造物例
えば空港に近い建造物に使用するのに有利である。金属
間層１４２及びバリヤ１４８からの鉛の不存在は、片１
２をターンメタル被覆材料の優れた代替物にする。金属
間層１４２及びバリヤ１４８の腐食抵抗性が、特に塩分
を含んだ環境においてターンメタル被覆より大きいばか
りでなく、金属間層１４２は、鉛を全く又は本質的に含
まず、それにより鉛物質の使用に伴う懸念を全く軽減す
る。バリヤ１４８を有する金属間層１４２は、又スクラ
ッチに対する抵抗性を有することが見出され、それによ
り片１２の視覚的品質を改善しそして片１２の損傷抵抗
性を増大する。

【００２１】

【実施例】以下の実施例は、塩分を含む環境におけるバ
リヤ１４８を有する片１２の改善された腐食抵抗性を説
明する。ステンレス鋼タイプ３０４は、激しく酸洗いさ
れ、化学的に活性化され、そして０．０００７５インチ
の錫により被覆された。被覆されたステンレス鋼を次に
２０％の硝酸及び１％の硫酸銅を含む酸化溶液により処
理された。酸化溶液の温度は５０℃であり、そして処理
の時間は約２０秒であり、金属間層を露出させた。露出
された表面は、濃いグレー又はダークトーングレーであ
り、硫黄雰囲気中の風雨に曝されたターンメタル被覆ス
テンレス鋼に色が似ていた。処理されたステンレス鋼
は、次に５％塩素の塩分を含む溶液中の相対的腐食抵抗
性を測定するために、ステンレス鋼タイプ３１６及びタ
ーンメタル被覆（８０％鉛−２０％錫）ステンレス鋼タ
イプ３０４と比較された。結果は、以下の通りである。

【００２２】

【表１】

【００２３】上記の表１から明らかように、本発明の金
属間層１４２及び保護バリヤ１４８を有するステンレス
鋼は、標準のステンレス鋼タイプ３１６及びターンメタ
ル被覆ステンレス鋼より優れた腐食抵抗性を示した。２
０％硝酸のみの酸化溶液が錫被覆１４０を除いて金属間
層１４０を露出させるのに十分であることが分かった。
さらに、硝酸は、約２０秒で、金属間層１４２を濃いグ
レー色又はダークトーングレーに不動態化できる。２０
秒酸化処理は、金属間層１４２への錫被覆１４０を除く
が、金属間層１４２を除かず、その結果、錫の厚さの不
規則性は、錫除去工程の自動触媒的コントロールにより
相殺される。着色された金属間層１４２の色は、風雨に
曝されたターンメタル被覆鋼に似ているが、層１４２
は、存在しうる痕跡量を除いて、鉛を全く含まない。金
属間層１４２は、鉄、クロム及び錫合金であると考えら
れ、クロムを有する全ての鉄含有合金は、ホットディッ
プ工程、エアナイフ工程によるか、又は電解的にデポジ
ットされた錫を溶融しそして溶融状態のそれをステンレ
ス鋼表面の上を流れさせる炉加熱工程によるかの何れか
により、加熱錫により被覆されるとき、金属間層１４２
について処理できた。得られる金属間層１４２は、錫が
酸化溶液により除かれた後、層１４２を露出されて強い
腐食抵抗性バリヤをもたらすものと考えられる。酸化溶
液１０２は、次に層１４２を不動態化してバリヤ１４８
を生じさせ、そして又所望の色をバリヤ１４８に与え
る。

【００２４】指紋は、バリヤ１４８の表面の変色を生じ
させない。色におけるより良い均一性は、錫被覆１４０
が酸化溶液１０２に浸される前に溶媒又はアルカリ性溶
液により脱脂されるとき、得られるが、この脱脂は、実
際の工程に影響を与えない。錫被覆１４０の除去は、次
に不動態化されてバリヤ１４８及び一定の色を形成する
金属間層１４２で自動的に停止する。硫酸銅は、硝酸へ
の任意の添加物である。酸化溶液１０２では、硝酸塩は
蓄積し、後で錫を利用するのに使用できる。錫被覆１４
０の厚さは、それが溶融状態に加熱されてステンレス鋼
表面で金属間層１４２を形成する限り、厳密を要しな
い。錫が高価であるため、より薄い被覆が望まれる。本
発明は、ステンレス鋼を加熱錫により被覆し、次に過剰
の錫を除いて、ステンレス鋼の表面上の金属間層１４２
のみを露出させることを含む。

【００２５】本発明は、好ましい態様及びその変法に関
して記述された。ここで記述された態様に関する多くの
修飾及び変法は、本発明の詳細な記述を読みそして理解
すれば、当業者にそれら自身容易に示唆しているものと
考えられる。それらが本発明の範囲内に入る限り、これ
らの修飾及び変法を全て含むことを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属間表面層を有するステンレス鋼を
製造する完全な方法の断面図である。

【図２】金属間層を説明する錫被覆ステンレス鋼片の断
面図である。

【図３】酸化溶液中に浸漬されたステンレス鋼片の断面
図である。

【符号の説明】

１０ ステンレス鋼ロール １２ ステンレス鋼片 １３ 片ガイド １４ 剥離処理機 １６ ワイヤブラシ ２０ 低酸素気体環境 ２２ 低酸素含有気体 ３０ 酸洗いタンク ３２ 酸洗い溶液 ３４ 攪拌機 ３６ 酸洗い溶液ベント ４０ 洗浄タンク ４２ 洗浄溶液 ５０ 低酸素液体環境 ５２ 噴霧シェット ５６ 低酸素含有液体 ６０ 化学的活性化タンク ６２ 化学的活性化溶液 ７０ 錫メッキタンク ７２ フラックスボックス ７４ フラックス ７６ 溶融錫 ７８ パーム油 ８０ パーム油バリヤ ８２ 被覆ローラー ９２ 冷水シェット噴霧器 ９６ 冷水 １００ 酸化タンク １０２ 酸化溶液 １１０ 洗浄タンク １１２ 液体 １４０ 錫被覆 １４２ 金属間層 １４６ ステンレス鋼表面 １４８ 腐食抵抗性バリヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニコラス アール ヘスケ アメリカ合衆国ウエストバージニア州 26037 ホランスビー ギルバート ア ベニュー 628 (56)参考文献 特開 平５−125514（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−270390（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−36693（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ０．０３インチ（０．０７６ｃｍ）より
   薄い厚さをもつステンレス鋼片が該ステンレス鋼片を１
   ５０ｆｔ／分（４５．５ｍ／分）より小さい速度で連続
   錫被覆法によって錫被覆（１４０）を作ることによって
   熱的に形成させた腐食抵抗性の金属間層（１４２）を備
   え、該金属間層（１４２）がクロム、鉄、及び錫を含
   み、該錫被覆が０．００２インチ（０．００５１ｃｍ）
   より薄い厚さをもち、そして少なくとも９５％の錫を含
   むことを特徴とする腐食抵抗性ステンレス鋼片。
2. 【請求項２】 金属間層（１４２）がニッケルを含む請
   求項１のステンレス鋼片。
3. 【請求項３】 錫被覆（１４０）が銅、鉄、鉛及び／又
   は亜鉛からなる金属添加物を含む請求項１又は２のステ
   ンレス鋼片。
4. 【請求項４】 錫被覆法がホットディップ被覆法である
   請求項１〜３のいずれか１項のステンレス鋼片。
5. 【請求項５】 錫被覆（１４０）が酸化用溶液で除去さ
   れて金属間層（１４２）が露出している請求項１〜４の
   いずれか１項のステンレス鋼片。
6. 【請求項６】 酸化用溶液が少なくとも５％の硝酸と１
   ０％以下の硫酸銅を含む請求項５のステンレス鋼片。
7. 【請求項７】 ステンレス鋼片の表面を錫合金の被覆前
   に酸溶液で洗う請求項１〜６のいずれか１項のステンレ
   ス鋼片。
8. 【請求項８】 ステンレス鋼片の表面が錫被覆法に供す
   る前に化学的に活性化されている請求項１〜７のいずれ
   か１項のステンレス鋼片。
9. 【請求項９】 ０．０３インチ（０．０７６ｃｍ）より
   薄い厚さをもつステンレス鋼片（１２）を１５０ｆｔ／
   分（４５．５ｍ／分）より小さい速度で連続的に錫浴を
   通して少なくとも９５％の錫を含む錫合金被覆（１４
   ０）を付与すると共に同被覆とステンレス鋼片との間に
   クロム、鉄、及び錫を含み且つ０．００２インチ（０．
   ００５１ｃｍ）より薄い厚さをもつ金属間層（１４２）
   を形成せしめることを特徴とする腐食抵抗性ステンレス
   鋼片の製造方法。
10. 【請求項１０】 金属間層（１４２）がニッケルを含む
    請求項９の方法。
11. 【請求項１１】 錫合金被覆が銅、鉄、鉛及び／又は亜
    鉛を包含する金属添加物を含む請求項９又は１０の方
    法。
12. 【請求項１２】 錫被覆法がホットディップ被覆法であ
    る請求項９又は１０の方法。
13. 【請求項１３】 ステンレス鋼片（１２）が該表面を錫
    被覆法に供する前に表面から酸化物を除くために予備処
    理されたものである請求項９〜１２のいずれか１項の方
    法。
14. 【請求項１４】 錫被覆層を除去して金属間層（１４
    ２）を露出させる請求項９〜１３のいずれか１項の方
    法。
15. 【請求項１５】 酸化用溶液を使用して錫被覆層を除去
    し、該錫合金被覆を２分以下の時間該酸化用溶液に露出
    する請求項１４の方法。
16. 【請求項１６】 酸化用溶液が少なくとも５％の硝酸を
    含む請求項１５の方法。
17. 【請求項１７】 ６０％以下の硝酸を含む酸化用溶液を
    使用する請求項１５又は１６の方法。
18. 【請求項１８】 硫酸銅を含む酸化用溶液を使用する請
    求項１５〜１７のいずれか１項の方法。
19. 【請求項１９】 酸化用溶液中の硫酸銅の量が１０％以
    下である請求項１８の方法。
20. 【請求項２０】 露出した金属間層（１４２）を不動態
    化用溶液で不動態化して着色表面を与える請求項１４〜
    １９のいずれか１項の方法。
21. 【請求項２１】 不動態化用溶液が窒素系の酸溶液であ
    る請求項２０の方法。
22. 【請求項２２】 ２３２℃以上の温度に保った錫溶融浴
    に鋼片（１２）を通すことによって鋼片の表面に錫被覆
    を与える請求項９〜２１のいずれか１項の方法。