JP3360897B2 - 加熱塗装用フェライト系ステンレス鋼およびこの鋼板への加熱塗装方法 - Google Patents

加熱塗装用フェライト系ステンレス鋼およびこの鋼板への加熱塗装方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、外装用建材、特に加熱
塗装後成形加工されて屋根材等に使用される加熱塗装原
板用フェライト系ステンレス鋼およびこの鋼板への加熱
塗装方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、建材用塗装鋼板は普通鋼へ焼き付
け塗装を施したものが多かった。しかしながら近年、メ
インテナンスフリー、海岸環境など厳しい腐食環境にお
いて長期発錆が生じないという、いわゆる長期間におけ
る耐候性が建材用加熱塗装鋼板にも不可欠な特性とな
り、塗装用鋼板としてもステンレス鋼たとえばSUS3
04等高耐食性材が用いられるようになってきた。
【0003】しかしながら、オーステナイト系ステンレ
ス鋼は熱膨張率がフェライト系ステンレス鋼に比べ大き
いため長尺屋根には不向きである。そこで、フェライト
系ステンレス鋼を加熱塗装に用いる試みがなされてい
る。一方、ステンレス鋼を屋根材に成形加工した場合、
図1に示すような成形加工時の特性により図2に示すよ
うに成形加工時に底板や側板にオイルキャン(ポケット
ウエーブともいう)と呼ばれる凹凸が生じ、素材の成形
品の美観を損ねることが問題となっていた。
【0004】ここでオイルキャンとは成形加工にともな
って生じた弾性域歪に起因した座屈現象であり、弾性域
の変形応力が高いまた弾性域における微小歪域の圧延方
向と直角な方向における引っぱり試験からもとめた(伸
び方向歪/絞り方向歪の比)を歪比としてもとめ、これ
らの値が大きいほど耐オイルキャン性に優れるというこ
とが報告されている。たとえば、特開平3−17232
号などでは、スキンパス圧延後時効焼鈍を施すことによ
り弾性域における変形応力と歪比を向上させ、耐オイル
キャン性の改善を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
先行技術に提案された組成、製造方法では加熱塗装ライ
ン通板のみでは時効の効果が充分に得られず、延性向上
効果は見られない。また、微小歪域(弾性域)において
変形応力、歪比がスキンパスやダル圧延前の水準に回復
するには1分程度の保持時間の場合最低でも350℃以
上、たとえば10時間保持したとしても300℃以上の
温度が必要であった。ここで10時間保持という条件は
製造性という観点から好ましくなく、また加熱焼鈍温度
を350℃以上とする場合、塗料の問題、塗膜の特性劣
化等を招き、耐食性、塗膜の密着性低下が懸念される。
【0006】本発明の目的は、フェライト系ステンレス
鋼において組成を限定することにより、従来その特性向
上が期待されなかった、300℃未満での実機加熱塗装
を施すことにより、弾性域における微小歪域の変形応
力、歪比を向上させ、形成加工材の耐オイルキャン性を
改善することにある。さらに、延性も改善されるため、
曲げ加工部の塗膜密着性、耐割れ性が向上し、加熱塗装
原板として安価でしかも成形加工後の形状、耐食性に優
れたフェライト系ステンレス鋼および加熱塗装方法を提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく、従来フェライト系ステンレス鋼が含有す
るC、Nを30ppm以下に限定し、さらに12wt%
≦Cr≦20wt%、Mo≦5.0wt%、(Nb+2
Ti)ppm≧20(C+N)ppm残部は鉄および不
可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼板に1
80℃〜300℃の温度範囲、15秒〜3分の焼き付け
加熱塗装を行うことで成形加工後の成形形状および塗膜
密着性、成形加工部の耐食性に優れた加熱塗装用フェラ
イト系ステンレス鋼および加熱塗装方法を提供するもの
である。
【0008】すなわち、C、Nを30ppm以下に規定
し、Cr、Mo、Ti、Nb、Cu、Niの適正化をは
かるとともに、180〜300℃の温度範囲で15秒〜
3分の加熱塗装処理を施すことにより、0.1%未満の
微小歪域における変形応力、歪比が向上するため、鋼の
耐オイルキャン性が改善される。また、延性も向上する
ため、曲げ加工部の塗膜密着性、耐割れ性が向上しその
結果、耐食性が向上、加熱塗装原板として安価でしかも
特性に優れた素材が得られるといった一連の事実を突き
止め本発明を完成するに至った。
【0009】すなわち、本発明の第1の態様によれば、
C+N≦30ppm、12wt%≦Cr<20wt%、
Mo≦5.0wt%、(Nb+2Ti)ppm≧20
(C+N)ppmなる条件および範囲で上記元素を含有
し、残部は鉄および不可避的不純物からなることを特徴
とする加熱塗装用フェライト系ステンレス鋼が提供され
る。
【0010】このフェライト鋼はさらに、Cu、Niか
ら選択される1種以上を下記式を満たす範囲で含有して
いるのが好ましい。 0.01wt%≦(Cu+Ni)≦5.0wt%
【0011】本発明の第2の態様によれば、上記組成の
フェライト系ステンレス鋼板に、180〜300℃の温
度範囲で、15秒〜3分の焼き付け塗装を行うことを特
徴とするフェライト系ステンレス鋼の加熱塗装方法が提
供される。
【0012】
【作用】以下に、本発明をさらに詳細に説明する。一般
に、成分を所定に調整したフェライト系ステンレス鋼板
を熱間圧延後、焼鈍、酸洗し、1回または中間焼鈍をは
さんだ2回以上の冷間圧延後、最終焼鈍、調質圧延、必
要に応じてダル圧延を施して加熱塗装用のフェライト系
ステンレス鋼板を得、その後、このステンレス鋼板に加
熱塗装を行って製品としている。
【0013】本発明者らは、図1または2に例示するよ
うに塗装鋼板または鋼帯を成形加工する場合生じる、成
形不良および曲げ加工部の塗膜密着性、塗膜割れ性につ
いて種々検討した結果、成分を上述したような条件およ
び範囲に限定することにより、通常の製造工程で鋼板を
製造後、加熱塗装を施すことにより、C方向微小歪域で
の歪比(C方向引張り試験での(引っぱり方向歪)/
(幅方向歪)、以下歪比と略す)と弾性限が高くなり、
オイルキャン性が向上するという知見を得た。さらに、
曲げ加工部における塗膜密着性が向上、割れが減少する
という下記の知見を得て本発明に到達したものである。 (1)歪比が大きくなると曲げ加工部の残留引張応力が
小に、底板圧縮応力が小になり、オイルキャンが減少す
る。 (2)鋼帯の弾性限を高めると、曲げ加工部の変形領域
が小に、底板圧縮応力が小になりオイルキャンが軽減さ
れる。
【0014】すなわち、本発明では従来ダル圧延やスキ
ンパス圧延によって低下した微小歪域における変形応
力、歪比を別途応力除去焼鈍することなく、300℃以
下の塗装ラインを通板することにより塗膜密着性を改善
し、曲げ部の不良が少なく、しかも素材の成形加工後の
形状に優れたフェライト系ステンレス鋼を提唱する。ま
た、Ca、Bについて5〜100ppm添加することで
さらなる特性の向上が期待される。
【0015】以下、各元素および製造条件の規定理由を
以下記す。 1)C、N これらの元素は本発明で最も大切な元素である。これら
の元素の低減は加熱焼き付け塗装鋼板または鋼帯の成形
加工後の形状改善にきわめて有効であり、合計量は30
ppm以下、好ましくはC≦10ppm、N≦20pp
mである。さらに(Nb+2Ti)ppm≧20(C+
N)ppmとすることで、従来のステンレス塗装鋼板で
成形加工後の形状不良改善、成形加工後の曲げ部の塗膜
密着性改善が困難であった。180〜300℃での温度
範囲における加熱塗装が素材の成形加工後の形状を改善
し、さらには曲げ部の耐割れ性、塗膜の密着性、耐食性
向上効果が得られる。ここで、C、Nの合計量を30p
pm以下にしたのはC、Nの合計量が30ppmを超え
ると300℃以下の加熱塗装で歪比、弾性限の向上が期
待できないからである。また、(Nb+2Ti)ppm
≧20(C+N)ppmとしたのは、この条件を満たさ
ない場合、C、Nの合計量が30ppm以下にしてもそ
の効果が期待できないからである。
【0016】2)Cr Crはステンレス鋼の耐食性、耐候性向上には不可欠な
元素である。その最適含有量は12wt%≦Cr<20
wt%である。下限を12wt%としたのは12wt%
未満でステンレス鋼として不動態皮膜が均一ではなく、
十分な耐食性が確保できないからである。一方、上限を
20wt%としたのは20wt%以上の添加量になると
素材が硬くなるとともに、たとえC+N≦30ppmと
しても300℃以下の焼き付け加熱塗装では焼鈍の効果
が十分得られないからである。
【0017】3)Mo Moはステンレス鋼の耐食性向上、耐すき間腐食性向上
には極めて有効な元素である。そのため添加量が多い方
が建材用途には好ましいが、過剰添加は製品の加工性を
低下させるとともに、その添加量が5.0wt%を超え
るとC+N≦30ppmとしても300℃以下の焼き付
け塗装では製品の成形加工後の形状改善までには至らな
いからである。
【0018】4)Nb、Ti これらの元素は炭窒化物形成元素であり、成形性、加工
性、耐食性向上に有効な元素である。しかし、その添加
量が(Nb+2Ti)ppm<20(C+N)ppmだ
とその添加効果が明瞭にあらわれないため(Nb+2T
i)ppm≧20(C+N)ppmと定めた。また上限
については、それぞれの元素の添加量をNb>0.5w
t%、Ti>0.3wt%であると製造性、加工性が劣
化するとともに耐食性向上効果が飽和するので好ましく
は上記範囲以下であることが望ましい。
【0019】5)Cu、Ni Cu、Niは酸に対する耐食性を向上させ、耐食性、耐
すき間腐食性改善に有効な元素である。そのため加熱塗
装用原板として使用する場合、特に、耐食性改善に有効
な元素といえるが、過剰に含まれると、高温割れなどの
悪影響が現れるので添加範囲を0.01wt%≦(Cu
+Ni)≦5.0wt%とした。ここでCu+Niの合
計量の下限を0.01wt%としたのは、0.01wt
%未満の添加量では酸中での耐食性向上効果が認められ
ないからである。また添加量の合計が5.0wt%を超
えると効果が飽和するとともに、逆に加工性が低下する
からである。また、好ましくはCuについては1.0w
t%を超えて添加すると熱間加工性が劣化し、応力腐食
割れ感受性も高くなるとともに、溶接部の靱性が劣化す
るため1.0wt%以下が好ましい。一方、Niについ
ては4.5wt%を超えて添加すると加工性が低下し、
また、溶接時にγ相が生成し、耐錆性が劣化するのでそ
の含有量は4.5%以下が好ましい。
【0020】6)焼き付け加熱塗装温度および焼鈍時間 焼き付け加熱塗装温度および時間は、特性改善効果のみ
ならず実製造ライン通板、作業効率という点から180
〜300℃、15秒〜3分とした。まず塗装温度は18
0〜300℃としたのは、成形加工後の製品の成形形状
改善効果が見られるのは焼鈍時間は15秒以上、加熱温
度は180℃以上必要なためこの温度を下限とした。ま
た上限を300℃にしたのは300℃を超えて焼き付け
加熱塗装を行っても加工性について同様な効果は期待さ
れるものの、高温になると塗装が最適条件からはずれ、
塗膜の劣化が起こるためその上限を300℃とした。一
方、加熱時間については実機通板条件や製造の効率も加
味し、最長3分間とした。
【0021】7)塗料 本発明において用いられる塗料としては、ウレタン変性
エポキシ樹脂に酸化チタン、防錆顔料、体質顔料を含有
した塗料さらに平均粒径3μmのリン化鉄粉末を不揮発
分比で30%程度混合した塗料などを代表的に挙げるこ
とができる。
【0022】
【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。 (実施例)表1に示す化学組成のスラブを、1200〜
1250℃の温度範囲で加熱後、通常の製造工程で熱延
し、4mmの熱延焼鈍板としたあと、焼鈍−酸洗−圧延
の工程を2度繰り返し、最終的には0.6mmの冷延焼
鈍板とした。その後表面に塗装ののりを良くするために
放電ダルロールを用いてダルスキンパス圧延を施し、さ
らにCr:30〜35mg/m2 で塗装クロメート処理後、
ウレタン変性エポキシ樹脂に酸化チタン、防錆顔料、体
質顔料および平均粒径3μmのリン化鉄粉末を不揮発分
比で30%混合した塗料(商品名:ウェルカラーP)を
用いて乾燥目付量17.5mg/m2 、加熱塗装条件、10
0〜400℃、10秒〜15分の条件で加熱塗装を行な
った。これらの鋼について塗装後図3に示すような形状
に鋼板を成形加工し、発生したオイルキャンの数および
ピッチを測定し、成形加工後の形状を測定した。また同
様な工程で作製した鋼について180度曲げ試験を行な
い、曲げ部の割れ、塗装密着性を評価した。図4にオイ
ルキャンの高さと均熱帯(0〜400℃)中15秒保持
条件における焼鈍温度との関係を示す。180℃以上の
加熱焼き付け条件で成形加工後の形状の改善が期待され
る。また図5に(Nb+2Ti)/(C+N)と180
度曲げ試験結果の関係を示す。(Nb+2Ti)/(C
+N)が20以上になると曲げ部の割れが著しく改善さ
れる。図6に(Cu+Ni)量が耐酸性に及ぼす影響を
調査した結果を示す。0.01%以上の添加量で改善効
果が認められる。
【0023】以上述べたように本発明の鋼および製造方
法は、加熱塗装原板の成形加工後の形状に優れしかも曲
げ加工部の塗装密着性、耐割れ性が改善され、その結果
耐食性も改善効果され工業上の利用価値は極めて高い。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】
【発明の効果】本発明はC+Nの合計量を30ppm以
下にし、さらにCr、Mo、Nb、Ti、Cu、Niの
元素の適正化をはかることにより、成形形状および塗膜
密着性、曲げ加工部の耐食性に優れた加熱塗装用フェラ
イト系ステンレス鋼および鋼板への加熱塗装方法を提供
する。また、以上述べたように本発明の鋼および加熱塗
装方法は、加熱塗装原板の成形加工後の形状、曲げ加工
部の塗装密着性、耐割れ性を改善し、耐食性の改善効果
もあるため工業上の利用価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 オイルキャンの発生状態を示す図である。
【図2】 ロール圧延成形時の引っぱり変形、圧縮変
形、残留圧縮の発生状態を示す図である。
【図3】 ロール成形試験体の形状を示す図である。
【図4】 成形加工後の特性に及ぼす焼鈍温度の影響を
示す図である。
【図5】 (Nb+2Ti)/(C+N)と180度曲
げ試験結果の関係を示す図である。
【図6】 耐酸性に及ぼす(Cu+Ni)の影響を示す
図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−215954(JP,A) 特開 昭48−50917(JP,A) 特開 平7−118807(JP,A) 特開 平1−306237(JP,A) 特開 平3−2330(JP,A) 特開 昭58−104158(JP,A) 特開 平6−81085(JP,A) 特開 平5−220212(JP,A) 特開 昭56−123356(JP,A) 特開 平1−155969(JP,A) 特開 昭63−20491(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C+N≦30ppm、12wt%≦Cr<
    20wt%、Mo≦5.0wt%、(Nb+2Ti)p
    pm≧20(C+N)ppmなる条件および範囲で上記
    元素を含有し、残部は鉄および不可避的不純物からなる
    ことを特徴とする加熱塗装用フェライト系ステンレス
    鋼。
  2. 【請求項2】さらに、Cu、Niから選択される1種以
    上を下記式を満たす範囲で含有する請求項1に記載の加
    熱塗装用フェライト系ステンレス鋼。 0.01wt%≦(Cu+Ni)≦5.0wt%
  3. 【請求項3】さらに、Ca、Bから選択される1種また
    は2種以上を5〜100ppm含有する請求項1または
    2に記載の加熱塗装用フェライト系ステンレス鋼。
  4. 【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載の組成を有
    するフェライト系ステンレス鋼板に、180〜300℃
    の温度範囲で、15秒〜3分の焼き付け塗装を行うこと
    を特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の加熱塗装方
    法。
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