JP3373592B2

JP3373592B2 - 防眩性に優れた高耐食性フェライト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JP3373592B2
Application number: JP14224493A
Authority: JP
Inventors: 美博植松; 俊郎足立; 武志宇都宮; 育弘杉本; 和白山
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1993-06-14
Filing date: 1993-06-14
Publication date: 2003-02-04
Anticipated expiration: 2018-02-04
Also published as: JPH06346196A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、防眩性，耐孔食性，耐
候性に優れたフェライト系ステンレス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼は、代表的な耐食材料とし
て各種建築用資材，構造材等に使用されている。なかで
も、フェライト系ステンレス鋼は、高価なニッケルを含
まず、溶接にも問題がないことから、安価な耐食材料と
して汎用されている。しかし、フェライト系ステンレス
鋼の代表鋼種であるＳＵＳ４３０を例にとると、腐食環
境の緩やかな田園地帯においても短期間で赤銹を発生す
ることにみられるように耐食性，耐候性が十分でない。
更に、溶接時の加熱，冷却によって粒界腐食が発生し易
い欠点もある。

【０００３】耐候性を改善するには、Ｃｒ量の増加やＭ
ｏの添加等が有効である。ＣｒやＭｏの増加に伴った靭
性の低下は、Ｃ及びＮを低減させることで改善してい
る。Ｃ，Ｎの低減は、耐粒界腐食性改善にも有効であ
る。しかし、Ｃ，Ｎの低減にも自ら限界があり、現在、
工業的に到達し得るＣ，Ｎ量レベルでは、粒界腐食感受
性を完全に無くすことはできない。そこで、Ｃ，Ｎを固
定し得るＴｉ又はＮｂ等の安定化元素を単独或いは複合
で添加することにより、粒界腐食に及ぼすＣ，Ｎの悪影
響を解消している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの技術的背景を
もとにして、たとえば低炭素・低窒素３０Ｃｒ−２．０
Ｍｏ−Ｎｂ鋼のように、耐候性に優れた含Ｍｏ高Ｃｒ鋼
が開発されている。しかし、海岸地帯，海上等の塩素イ
オンを含む腐食環境に曝されると、温度，湿度等の気象
条件によっては短期間に赤銹を発生することがある。赤
銹発生は、不動態皮膜の一部が塩素イオンで破壊され、
ステンレス鋼成分が溶解し、Ｆｅの腐食生成物が形成さ
れることに起因する。すなわち、ステンレス鋼の表面
は、通常赤銹等の発銹を抑制する不動態皮膜で覆われて
いる。しかし、海岸地帯や海上では不動態皮膜が破壊さ
れ、その再生を妨げる作用をもつ塩素イオンを含んだ海
塩粒子の飛来により、腐食が進行する。

【０００５】また、外装材等の用途に使用されるステン
レス鋼板として、表面光沢を抑えた防眩性が望まれるこ
とから、ダル加工や研磨仕上げしたものが多用されてい
る。しかし、ダル肌や研磨肌は、光輝焼鈍又は調質圧延
で仕上げたものに比較して耐候性に劣る。これは、ダル
肌や研磨肌の材料に形成されている不動態皮膜に欠陥が
多く、しかも凹凸部があるため付着した塩素イオンが流
れ落ちにくいためである。光輝焼鈍等を施したものにあ
っても、加工時に発生した疵等の欠陥が表層部に存在す
ると耐候性が劣化し、早期に赤錆が発生することがあ
る。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、不動態皮膜の特性を改善する合金設計によ
って、塩素イオンを含む腐食環境においても優れた耐食
性，耐候性を示し、防眩性に優れた研磨肌，ダル肌等と
して使用可能なフェライト系ステンレス鋼板を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の高耐食性フェラ
イト系ステンレス鋼は、その目的を達成するため、Ｃ：
０．０５重量％以下，Ｓｉ：１．０重量％以下，Ｍｎ：
１．０重量％以下，Ｐ：０．０４重量％以下，Ｓ：０．
０３重量％以下，Ｎｉ：１．０重量％以下，Ｃｒ：２０
〜３５重量％，Ｍｏ：１〜８重量％，Ｎｂ：０．１〜
１．０重量％及びＮ：０．０５重量％以下を含み、Ｃｒ
＋３Ｍｏ≧３７重量％を満足する。このフェライト系ス
テンレス鋼は、更にＴｉ：０．０５〜０．３重量％，Ａ
ｌ：０．０１〜０．５重量％，Ｃｕ：０．１〜１．０重
量％及びＺｒ：０．０５〜０．３重量％の１種又は２種
以上を含むこともできる。

【０００７】

【作用】本発明者等は、フェライト系ステンレス鋼の表
面に形成される不動態皮膜と耐食性，耐候性との関係を
種々の観点から調査・研究した。その結果、不動態皮膜
に含まれるＣｒ及びＭｏの割合が高くなると、耐食性，
耐候性等において非常に優れた特性が得られることを解
明した。不動態皮膜中のＣｒ及びＭｏが耐食性，耐候性
等の向上に与える理由は、次のように推察される。不動
態皮膜中に多量のＣｒが存在すると、不動態皮膜が破壊
されても、自己修復作用が強く、再不動態化され易い。
しかし、Ｃｒ及びＦｅを主成分とする不動態皮膜には、
腐食の起点となる活性な欠陥部が存在する。Ｍｏは、こ
の不動態皮膜中に存在する欠陥部を補完し、腐食の発生
を抑制する。また、カソード反応を抑制する作用をＭｏ
が示すことから、仮に腐食が発生した場合でも腐食の進
行が抑制される。その結果、耐食性及び耐候性が向上す
る。

【０００８】不動態皮膜中のＣｒ及びＭｏは、基材であ
るフェライト系ステンレス鋼の組成に大きく影響され
る。そこで、フェライト系ステンレス鋼の合金設計が不
動態皮膜の組成に与える影響を調査した。その結果、Ｃ
ｒ＋３Ｍｏ≧３７重量％の条件が満足されるように２０
〜３５重量％の範囲でＣｒ及び１〜８重量％の範囲でＭ
ｏが含まれるとき、Ｃｒ及びＭｏの割合が安定して高い
不動態皮膜が形成されることを見い出した。不動態皮膜
に多量のＣｒ及びＭｏが含まれるとき、耐食性及び耐孔
食性が著しく向上する。また、加工疵等の欠陥があって
も、孔食の進行が抑制される。しかも、このような不動
態皮膜は、酸洗仕上げを必要とすることなく、研磨した
ままの鋼材表面においても形成される。そのため、防眩
性に有効なダル肌や研磨肌をもった材料としての使用が
可能になる。

【０００９】以下、基材として使用されるフェライト系
ステンレス鋼の合金成分及び含有量を説明する。Ｃ，Ｎ：ステンレス鋼に不可避的に含まれる元素であ
る。Ｃ，Ｎ含有量を低減すると軟質になり、加工性が向
上すると共に炭化物の生成が少なくなる。また、Ｃ，Ｎ
含有量の低減に伴って、溶接性及び溶接部の耐食性も向
上する。そこで、Ｃ及びＮ含有量の上限を、共に０．０
５重量％に規定した。Ｓｉ：溶接部の高温割れや溶接部靭性に対し有害な元
素である。また、ステンレス鋼を硬質にするので、Ｓｉ
含有量は低い方が好ましい。そこで、Ｓｉ含有量の上限
を１．０重量％に規定した。

【００１０】Ｍｎ：ステンレス鋼中に微量に存在する
Ｓと結合して可溶性硫化物ＭｎＳを形成することによ
り、耐候性を低下させる有害な元素である。そこで、Ｍ
ｎ含有量の上限を１．０重量％に規定した。Ｐ：母材及び溶接部靭性を損なうので、Ｐ含有量は低
い方が望ましい。しかし、ステンレス鋼等の含Ｃｒ鋼を
脱Ｐすることは困難であり、且つＰ含有量を極度に低下
させることは製造コストの上昇を招く。したがって、Ｐ
含有量の上限を０．０４重量％に規定した。Ｓ：耐候性及び溶接部の高温割れに悪影響を及ぼす有
害な元素であるため、Ｓ含有量は低い方が好ましい。そ
こで、Ｓ含有量の上限を０．０３重量％に規定した。

【００１１】Ｎｉ：フェライト系ステンレス鋼の靭性
改善に有効な合金元素である。しかし、多量のＮｉ含有
は、コスト高の原因となる。本発明においては、通常の
フェライト系ステンレス鋼で不可避的不純物として混入
される１．０重量％にＮｉ含有量の上限を定めた。Ｃｒ：ステンレス鋼の耐食性を高める主要元素であ
り、耐候性，耐孔食性，耐隙間腐食性及び一般耐食性を
著しく向上させる。耐食性改善に与えるＣｒの作用は、
２０重量％未満では不十分である。しかし、Ｃｒ含有量
が３５重量％を超えると、著しい脆化が生じ、薄板製
造，製品加工等の際に困難を伴う。そのため、Ｃｒ含有
量を２０〜３５重量％の範囲に定めた。

【００１２】Ｍｏ：Ｃｒと共に耐候性を高める有効な
合金元素であり、その効果はＣｒ量が増すにつれて大き
くなる。本発明で規定したＣｒ量レベルにおいては、１
重量％未満のＭｏ含有量では耐候性改善効果は小さく、
逆に８％を超えてＭｏを添加すると延性の低下を招き加
工上困難を伴う。そこで、Ｍｏ含有量を１〜８重量％の
範囲に設定した。Ｍｏ含有量は、Ｃｒ含有量との間でＣ
ｒ＋３Ｍｏ≧３７重量％の関係が成立していることが必
要である。この式は、本発明者等による実験の結果とし
て求められたもので、研磨肌，ダル肌としても良好な耐
候性を維持するために有効な指標である。すなわち、Ｃ
ｒ＋３Ｍｏ≧３７重量％の関係が満足される合金設計で
は、鋼材表面に形成される不動態皮膜にＣｒ及びＭｏ酸
化物の割合が多くなり、研磨肌，ダル肌の状態において
も耐食性及び耐候性が向上する。Ｃｒ，Ｍｏは耐候性改
善のための基本成分であり、Ｍｏの方がＣｒよりも耐候
性改善に対する寄与が大きいことから、係数をＣｒの３
倍とした。

【００１３】Ｎｂ：本発明で規定したＣ量レベルのフ
ェライト系ステンレス鋼において粒界腐食を防止する。
この作用を得るため、０．１重量％以上のＮｂ含有量が
必要である。しかし、過剰のＮｂ添加によって溶接部靭
性を阻害するので、Ｎｂ含有量の上限を１．０重量％に
規定した。本発明のフェライト系ステンレス鋼は、Ｔ
ｉ，Ａｌ，Ｃｕ及びＺｒの１種又は２種以上を任意成分
として含むことができる。これらの合金元素の影響は、
次の通りである。Ｔｉ：不動態皮膜を強固にし、比較的低いＣｒ量及び
Ｍｏ量の組成であっても優れた耐食性及び耐候性が得ら
れる。また、Ｔｉ添加は、粒界腐食を抑制し、Ｃ，Ｎを
固定する作用も呈する。このような効果を得るために
は、０．０５重量％以上のＴｉを含有することが必要で
ある。しかし、０．３重量％を超えてＴｉを含有させる
と、素材の表面品質を劣化させ、局部的な腐食を強める
傾向がみられる。そこで、Ｔｉを含有させる場合、その
含有量を０．０５〜０．３重量％の範囲に定める。

【００１４】Ａｌ：脱酸剤として添加される成分であ
るが、不動態皮膜を緻密化する作用も呈する。このよう
な作用は、０．０１重量％以上のＡｌ含有量で顕著とな
る。しかし、０．５重量％を超えてＡｌを添加すると、
素材の表面品質の劣化を招き、且つ溶接性が悪化する。
そのため、Ａｌを含有させる場合、その含有量を０．０
１〜０．５重量％の範囲に設定する。Ｃｕ，Ｚｒ：任意成分として添加されるＣｕ及びＺｒ
は、共に耐候性改善に有効な合金元素である、このよう
な効果を得るためには、０．１重量％未満のＣｕ含有量
又は０．０５重量％未満のＺｒ含有量では不十分であ
る。しかし、多すぎると溶接部靭性が阻害されるため、
したがって、ＣｕやＺｒを含有させる場合、Ｃｕ含有量
の上限を１．０重量％に、Ｚｒ含有量の上限を０．３重
量％にそれぞれ設定する。

【００１５】この合金系においては、Ｃｒ及びＭｏを多
量に含む不動態皮膜が研磨されたままの鋼材表面に形成
される。不動態皮膜に含まれるＦｅ，Ｃｒ及びＭｏの合
計量に占める各元素の割合及びＣｒ＋３Ｍｏの割合を原
子数換算でみると、Ｃｒの割合は、鋼材の組成が本発明
で規定する要件を満足する限り２５．０％以上となって
いる。また、Ｍｏの割合が４％以上で、Ｃｒ＋３Ｍｏの
割合が４２％以上になっている。他方、Ｆｅの割合は、
Ｃｒ及びＭｏの増加に伴って、７０％以下に低下してい
る。不動態皮膜にこのように多量のＣｒ及びＭｏが含ま
れていることから、鋼材表面層に加工疵等の欠陥が多少
存在していても自己修復作用が働き、腐食の進行が抑制
される。この点、Ｃｒ＋３Ｍｏが３７重量％未満の研磨
材では、Ｆｅの割合が高くなり、また比較的ポーラスな
不動態皮膜が形成されることと相俟つて、後述する実施
例で示されているように耐候性及び耐孔食性共に劣って
いる。

【００１６】

【実施例】表１に示す化学成分を有する各種のステンレ
ス鋼を溶製し、熱間圧延により板厚３．５ｍｍの熱延板
を製造した。その後、板厚１．０ｍｍまで冷間圧延し、
１０００〜１０５０℃で焼鈍後、長さ１００ｍｍ及び幅
１００ｍｍの供試材を切り出した。なお、一部の供試材
については、焼鈍・酸洗後にダル目を付けた。表１にお
いて、Ａグループの鋼は、本発明で規制した成分・組成
を満足するステンレス鋼である。そのうち、Ａ１及びＡ
５は２５Ｃｒ鋼をベースとし、Ａ２及びＡ４は３０Ｃｒ
鋼をベースとし、Ａ３は３１Ｃｒ−３Ｍｏ鋼である。他
方、Ｂグループの鋼は、Ｃｒ＋３Ｍｏが３７重量％に達
しないステンレス鋼である。

【００１７】

【表１】

【００１８】各供試材を、先ず＃１２０、次いで＃６０
０の機械研磨を施した後、＃６００の手研磨で仕上げ
た。なお、ダル肌の供試材については、そのまま使用し
た。研磨材に形成されている不動態皮膜の表層部をＸＰ
Ｓ分析し、Ｆｅ，Ｃｒ及びＭｏを定量した。原子数換算
でＦｅ，Ｃｒ及びＭｏの合計を１００としたとき、それ
ぞれの元素が占める割合及びＣｒ原子＋３（Ｍｏ原子）
の割合を算出した。算出結果を示す表２から明らかなよ
うに、Ｃｒ＋３Ｍｏ≧３７重量％の条件を満足するＡグ
ループの供試材は、何れもＣｒ原子＋３（Ｍｏ原子）の
割合が高くなっている。これに対し、Ｃｒ＋３Ｍｏが３
７重量％に達しないＢグループの供試材では、Ｃｒ原子
＋３（Ｍｏ原子）の割合が低い値を示した。

【００１９】

【表２】

【００２０】各研磨材を、沖縄県宜野湾市で３階建建物
の屋上で暴露面が北向きになるように、５度の傾斜をつ
けてベークライトワッシャーを介してステンレス鋼製ア
ングルに取り付け、大気暴露試験に供した。そして、各
供試材の耐候性を、暴露試験後の供試材表面における赤
銹発生率で判定した。赤銹発生率は、ＪＩＳＤ０２
０１に基づいて求めた。赤錆発生率をＣｒ＋３Ｍｏで整
理したところ、図１に示すようにＣｒ＋３Ｍｏ＝３７重
量％を境として赤錆発生率が急激に低下していた。表２
及び図１から、Ｃｒ＋３Ｍｏ≧３７重量％は、不動態皮
膜中のＣｒ及びＭｏの割合が高く、耐候性の向上に有効
であることが確認される。

【００２１】次いで、研磨材及びダル材の孔食電位を測
定した。測定は、液温８０℃に保持しＡｒ脱気した２０
％ＮａＣｌ溶液を用いて掃引速度０．１ｍＶ／分の動電
位法で行い、アノード電流密度が２００μＡ／ｃｍ² に
達する電位を孔食電位として測定した。測定された孔食
電位をＣｒ＋３Ｍｏで整理した結果を、図２に示す。図
２から明らかなように、耐孔食性に関しても、Ｃｒ＋３
Ｍｏ＝３７重量％を境として急激な上昇傾向がみられ
る。他方、Ｃｒ＋３Ｍｏが３７重量％未満の領域では、
Ｃｒ＋３Ｍｏの増加に見合った孔食電位の上昇度合いは
小さなものであった。

【００２２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、フェライト系ステンレス鋼の合金設計、特にＣｒ＋
３Ｍｏを３７重量％以上とすることによって、鋼材表面
に形成される不動態皮膜に多量のＣｒ及びＭｏを含ませ
ている。この不動態皮膜は、基材の成分系と相俟つて、
研磨肌及びダル肌の状態にあっても優れた耐食性及び耐
候性を呈する。そのため、防眩性の向上に有効な研磨仕
上げ及びダル仕上げが採用でき、優れた耐候性及び耐孔
食性を活かして屋根材，外装材，貯湯槽等の屋外タンク
等の外装構造材料として広範な分野で使用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｃｒ＋３Ｍｏが赤錆発生率に与える影響を示
すグラフ

【図２】孔食電位とＣｒ＋３Ｍｏとの関係を示すグラ
フ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉本育弘山口県新南陽市野村南町4976番地日新製鋼株式会社鉄鋼研究所内 (72)発明者白山和山口県新南陽市野村南町4976番地日新製鋼株式会社鉄鋼研究所内 (56)参考文献特開平５−70899（ＪＰ，Ａ) 特開平３−2355（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：０．０５重量％以下，Ｓｉ：１．０
重量％以下，Ｍｎ：１．０重量％以下，Ｐ：０．０４重
量％以下，Ｓ：０．０３重量％以下，Ｎｉ：１．０重量
％以下，Ｃｒ：２０〜３５重量％，Ｍｏ：１〜８重量
％，Ｎｂ：０．１〜１．０重量％及びＮ：０．０５重量
％以下を含み、Ｃｒ＋３Ｍｏ≧３７重量％を満足する防
眩性に優れた高耐食性フェライト系ステンレス鋼。
【請求項２】Ｔｉ：０．０５〜０．３重量％，Ａｌ：
０．０１〜０．５重量％，Ｃｕ：０．１〜１．０重量％
及びＺｒ：０．０５〜０．３重量％の１種又は２種以上
を含む請求項１記載の高耐食性フェライト系ステンレス
鋼。