JP3664538B2

JP3664538B2 - 塗膜密着性に優れたフェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法

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Publication number: JP3664538B2
Application number: JP08997296A
Authority: JP
Inventors: 剛清水; 正司平岡; 雅央長尾; 政義多々納; 幸夫内田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: JPH09256199A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗膜密着性に優れたフェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法、特にフッ素塗料や無機系塗料の塗膜との密着性を改善したフェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、耐食性・意匠性等の観点から、建材や家電製品等の多くの用途に各種の塗料を塗装したステンレス鋼板が使用されているが、最近ではさらに高度な機能を有する塗装ステンレス鋼板のニーズが高まりつつある。例えば、住宅やビルの内外壁に使用される材料にはメンテナンスフリー化の観点から数十年の使用に耐える耐食性・耐候性・耐汚染性が、また、電子オーブンレンジの内箱材には５００℃以上もの温度に耐える耐熱性が、さらに、トンネル内壁材のような道路施設材料には繰り返しの洗浄に耐える耐傷付き性，火災発生時の耐燃焼性・無煙性が要求される。
【０００３】
しかし、従来から一般的に用いられているエポキシ，アクリル，ウレタン樹脂等に代表される有機高分子を主体とした塗料では、これらの要求特性を満足するには限界がある。そこで最近では、有機系塗料のうち特にフッ素塗料を塗布したステンレス鋼板や、アルコキシシラン化合物を出発原料として加水分解・縮合反応により塗膜を形成するセラミックス塗料、あるいは「ほうろう」等の、無機系塗料を塗布したステンレス鋼板が注目されるようになってきた。フッ素塗料や無機系塗料は、従来の有機系塗料と比較して耐食性，耐候性，耐熱性，耐傷付き性等の特性が格段に優れる。しかし反面、これらの塗料は特にフェライト系ステンレス鋼との塗膜密着性に乏しいため、現実にこれらの塗装基材に使用されているステンレス鋼は、フェライト系よりも比較的塗膜密着力が得られやすいオーステナイト系に限られている。
【０００４】
しかし、オーステナイト系ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼と比べ、耐力が小さく、熱膨張係数が大きいという性質を有する。このため、例えば、フッ素塗料の好適な用途である「屋根材」では、その多くは長尺工法であることから、そこへ耐力の小さいオーステナイト系ステンレス鋼板を使用した場合、平坦部に「ペコ」と称するウェーブが発生し易い。また、セラミックスやほうろう等の無機系塗料は高い耐熱性を示すことから高温で使用される用途に適用されることが多く、用途によっては５００℃以上で使用されることもある。さらに、ほうろうの場合は、その焼成過程で約８００℃前後の加熱をうける。このような高温に曝される無機系塗料の塗装基材として熱膨張係数の大きいオーステナイト系ステンレス鋼板を用いた場合、塗膜と基材の熱膨張の整合性がとれず、塗膜にクラックが生じる恐れが大きい。
このように、オーステナイト系よりも、フェライト系のステンレス鋼をフッ素塗料や無機系塗料の塗装基材に使用する方が有利となる場合が多々考えられ、フェライト系ステンレス鋼の塗膜密着性を改善する技術の確立が強く求められている。
【０００５】
一般に、ステンレス鋼板と塗膜の密着性を向上させる方法として、ステンレス鋼板表面を粗面化して塗膜との密着力を向上させる方法が知られている。例えば、ダルロール圧延，ショットブラスト，ホーニングといったステンレス鋼板表面を物理的に粗面化する方法、硫酸，塩酸，硝弗酸等の酸類や塩化第二鉄溶液によるスプレーあるいは浸漬による化学エッチングでステンレス鋼板表面を粗面化する方法等が挙げられる。
【０００６】
しかし、ダルロール圧延は、圧延ロールに施した凹凸を転写するため、塗膜との密着性を満足するような微細な粗面化が不可能である。また、ショットブラストやホーニングにおいては、削り取られた鋼粉の処理による連続生産性の低下、さらには、薄ゲージ鋼板に適用した場合には鋼板が反りかえる等の問題がある。そればかりか、物理的な粗面化方法では鋼板に歪が残り、鋼板本来の耐食性を低下させるといった問題も残る。一方、化学エッチング処理による方法は、局所的に大きなピットが発生するなどステンレス鋼板表面に均一にピットを形成させるのが難しく、処理時間も長いことから連続生産には向かない。
【０００７】
これらの問題点を解決する方法として、特開平６−１３６６００号では、塗膜との密着性向上を目的に、硝酸または硝酸を主成分とする水溶液中でステンレス鋼の陽極電解または陽極電解と陰極電解を行って表面を粗面化する方法を開示している。しかし、塗膜との十分な密着力を得るための粗面化に要する処理時間は、フェライト系鋼種で４０〜６０ｍｉｎと長時間を要していることから判るように、この方法も連続生産に適するとはいい難い。また、この方法ではステンレス鋼板表面に発生するピットのなかには最大深さが１５μｍにおよぶものもあり、このように凹凸の激しい粗面化形態の場合には、加工を施したときにピット開口部の広がりが助長されてアンカー効果不足を生じ、塗膜との十分な密着力を維持できなくなる恐れがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、高機能を有するフッ素塗料や無機系塗膜で被覆したフェライト系ステンレス鋼板のニーズが高いにもかかわらず、これらの塗膜に対して高い密着性を発揮するフェライト系ステンレス鋼板素材を工業的に安定して製造する技術が確立されていないために、上記ニーズに対応することができないのが現状である。本発明は、かかる現状に鑑み、上記塗膜との密着力を高めるのにふさわしい鋼板の表面形態を明らかにして、そのよう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。併せて、そのようなフェライト系ステンレス鋼板を、連続生産が可能な短い処理時間で、しかも薄ゲージ材にも適用可能な方法で製造する技術を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、鋼板表面にピットが隙間なく形成しており、これらピットの開口部の平均径Ｄ（μｍ）とピットの平均深さＨ（μｍ）が、下記（１）式および（２）式の関係を満足している塗膜密着性に優れたフェライト系ステンレス鋼板によって達成される。
１≦Ｄ≦５ -----（１）
Ｄ／３≦Ｈ≦Ｄ／２ -----（２）
このフェライト系ステンレス鋼板は、Ｆｅ³⁺を１〜５０ｇ／Ｌ（リットル）含む塩化第二鉄水溶液中で、アノード電解時の電流密度を１.０〜１０.０ｋＡ／ｍ²、カソード電解時の電流密度を０.１〜３.０ｋＡ／ｍ²とした１〜１０Ｈｚの交番電解を、Ｃｒ含有量が１１〜２５mass％のフェライト系ステンレス鋼板に１０〜１２０秒間施すことにより製造される。
【００１０】
ここで、ピットが隙間なく形成しているとは、各ピットの間にピット未発生部分がないこと、換言すれば、各ピットは周囲全体が他のピットと接するようにして連続的につながっている状態を意味する。また、ここで、ピットの開口部の平均径Ｄは、各ピットの開口部の直径を平均したμｍ単位の値を意味する。したがって、（１）式によりＤの値は１〜５μｍの範囲に規定されるが、開口部の直径が５μｍを超えるピットや１μｍ未満であるピットが存在する場合も含まれる。また同様に、ピットの平均深さＨは、各ピットの深さを平均したμｍ単位の値を意味する。したがって、（２）式によりＨの値はＤ／３〜Ｄ／２の範囲に規定されるが、深さがＤ／２を超えるピットやＤ／３未満であるピットが存在する場合も含まれる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、フッ素塗料、およびセラミックス，ほうろう等の無機系塗料との塗膜密着力、特に加工部での塗膜密着力を高めるような鋼板の表面形態について種々検討した結果、ピットが隙間なく連続的に形成しており、しかもピットの形状が半球状に近いとき、際だって高い密着力が得られることを知見した。ピットの形状が半球状であれば、接しているピット同士の境界が鋭く切り立った状態となる。各ピットが隙間なく接しているとき、この鋭く切り立ったピット境界は塗膜を強固に固着させる作用を最も強く発揮する。
【００１２】
本発明者らの研究によると、塗膜がフッ素塗料、あるいは無機系塗料のものである場合、ステンレス鋼板表面に隙間なく形成したピットの開口部の平均径Ｄが１〜５μｍであり、しかも、これらのピットの平均深さＨがＤ／３〜Ｄ／２の範囲であるとき、このステンレス鋼板は加工にも耐えるだけの非常に高い塗膜密着力を発現することがわかった。ピット開口部の平均径が１μｍ未満だと、塗膜の中に食い込むピット境界部の深さが浅いためアンカー効果が薄れ、無機系塗膜を強固に固着させることができない。一方、ピット開口部の平均径が５μｍを超えると、未加工部では依然として高い密着力を示すが、加工を受けた部分の密着力が急激に低下する。また、ピットの平均深さＨがＤ／３未満だと、アンカー効果が発揮できず、上記塗膜との密着力が不足する。ＨがＤ／２を超えるような場合は理論的に生じ難い。このような理由から、本発明では、前記（１）式および（２）式の規定を設けた。
【００１３】
図１に、フッ素塗料、およびセラミックス，ほうろう等の無機系塗料との塗膜密着力、特に加工部での塗膜密着力を高めた、本発明のフェライト系ステンレス鋼板表面の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。また、図２に、そのステンレス鋼板の断面の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。これらの写真から、前述のとおり、鋼板表面にはピットが隙間なく連続的に形成しており、隣り合ったピット同士の境界は鋭く切り立った状態となっていることが判る。なお、ピット開口部の平均径Ｄは、例えば図１のような鋼板表面の電子顕微鏡写真から求めることができる。また、ピットの平均深さＨは、例えば図２のような鋼板断面の電子顕微鏡写真から求めることができる。
【００１４】
このような粗面化形態が塩化第二鉄水溶液中での交番電解で形成できる理由については、次のように考えられる。
図３に、本発明の塩化第二鉄水溶液中での交番電解によるステンレス鋼板表面のピット形成過程を模式的に示す。まず、アノード電解でピットが発生する。そして、次のカソード電解でＨ₂の発生が起きると、フラットな部分に比べピット内部では一時的にＦｅ³⁺＋３ＯＨ^-→Ｆｅ（ＯＨ）₃の反応が起こる領域までｐＨが上昇し、この時に、ピット内壁はＦｅ（ＯＨ）₃によって覆われる。そして、再びアノード電解が行われる時に、このＦｅ（ＯＨ）₃が保護作用をし、すでに形成されているピット内部よりも、Ｈ₂発生により活性化されているフラットな部分が優先的に溶解され、その結果、フラットな部分に新たなピットが形成されることになる。以上のことが繰り返し行われることにより、本発明では比較的短時間で微細かつ緻密なピットをステンレス鋼板表面に均一に施すことができると考えられる。
以下、本発明における交番電解処理の条件、および対象とする鋼の成分組成について説明する。
【００１５】
（電解液）
本発明では、Ｆｅ³⁺イオンを含む電解液を使用することが必須要件である。これは、本発明の交番電解では、前述のとおり、ピット内でＦｅ³⁺＋３ＯＨ^-→Ｆｅ（ＯＨ）₃の反応を起こしてピット内壁をＦｅ（ＯＨ）₃で保護し、フラットな部分に新たなピットを形成させるというメカニズムを利用するからである。したがって、Ｆｅ³⁺を含まない塩化第一鉄，硝酸，塩酸，硫酸等の電解液中での交番電解では、上記メカニズムを利用した電解粗面化が行えない。さらに、本発明ではステンレス鋼を対象とするので、電解液中にはステンレスの酸化作用を促進するＮＯ₃ ^-，ＳＯ₄ ^2-といったイオンが含まれていないことも、孔食、すなわちピット形成を容易にさせ、短時間での粗面化処理を可能にするための重要な条件となる。このような観点から、本発明ではＦｅ³⁺を含む塩化第二鉄水溶液を使用する。
【００１６】
電解液中の塩化第二鉄濃度が低すぎるとエッチング力が低下するため、ステンレス鋼板表面に理想的な半球状に近い形状のピットを形成することが困難となり、アンカー効果に乏しいおわん型の浅いピットとなる。このため、前記Ｄ値とＨ値の間にＨ≧Ｄ／３の関係を成立させるに足るだけの塩化第二鉄濃度に管理する必要がある。一方、塩化第二鉄濃度が高すぎると、エッチング力が強くなりすぎるため全面溶解型の腐食形態となり、ピットの形成が行えない。エッチング力に及ぼす塩化第二鉄濃度の影響は、フェライト系ステンレス鋼に含まれる化学成分によって多少異なるが、電解液中に含まれるＦｅ³⁺イオンの濃度が１〜５０ｇ／Ｌとなるように塩化第二鉄濃度をコントロールすることが望ましい。
【００１７】
しかし、本発明の電解処理では、カソード電解時にＨ₂の発生とともにＦｅ³⁺＋ｅ^-→Ｆｅ²⁺なる還元反応が起こる。一方、アノード電解時にステンレス鋼から溶出するＦｅはＦｅ²⁺であることから、処理時間の経過とともに電解液中では粗面化処理に必要なＦｅ³⁺の濃度が低下する。したがって、工業的規模での連続生産に対応していくためには、Ｆｅ³⁺濃度を常に１〜５０ｇ／Ｌに保つような操作が必要となる。そのためには例えば、Ｆｅ³⁺の消費に合わせて新液を添加する、あるいは電解液中に生成したＦｅ²⁺をＦｅ³⁺に酸化する周知の方法を用いる等によってＦｅ³⁺濃度を調整すればよい。なお、アノード電解時にステンレス鋼からはＦｅ以外にＣｒの溶出もあるが、Ｆｅ³⁺濃度調整時に電解液は希釈されることから、粗面化処理に影響をおよぼす濃度までは上昇しない。
【００１８】
また、本発明の電解処理ではＨ₂発生反応を伴うことから、電解処理時間の経過とともに電解液のｐＨ上昇が認められる。このとき、ｐＨ上昇による粗面化形態への影響はないものの、ｐＨが約２近傍まで上昇すると電解液中でＦｅ³⁺がＦｅ（ＯＨ）₃となって沈殿し始めるので、このようなｐＨ領域の電解液では液管理が難しくなる。したがって、電解液のｐＨは２より低い領域に保つことが望ましく、そのためには例えばＨＣｌを添加すればよい。
【００１９】
（アノード電解）
アノード電解の目的はステンレス鋼板表面にピットを形成させることである。アノード電流密度が１．０ｋＡ／ｍ²未満では活性溶解が起こるだけでステンレス鋼板表面にピットを形成することができない。一方、１０．０ｋＡ／ｍ²を超えるとＣｌ^-イオンの分解反応をともなうようになり、作業効率と作業環境がともに悪化する。したがって、アノード電流密度は１．０〜１０．０ｋＡ／ｍ²の範囲とすることが望ましい。
また、交番電解１サイクルあたりのアノード通電時間は、ステンレス鋼板表面に形成されるピット開口部の平均径Ｄと直接関係し、１サイクルあたりのアノード通電時間が長くなるほどピットの平均径Ｄはアノード電流密度とは無関係に増大する。本発明で規定する前記（１）式および（２）式の条件を満足するサイズのピットを得るためには、１サイクルあたりのアノード通電時間を０．０５〜０．５ｓｅｃとする必要がある。
【００２０】
（カソード電解）
カソード電解の目的は、前述したように、ステンレス鋼板表面でＨ₂を発生させ、ピット内壁にＦｅ（ＯＨ）₃の保護皮膜を形成させること、およびピット未発生部分を活性化させることである。そのためカソード電流密度の下限は、電解液中のＦｅ³⁺の還元反応の限界電流密度より高くしてＨ₂発生領域の値となるように設定しなければならず、塩化第二鉄濃度，液温あるいは流速等によって多少変動するが、ほぼ、０．１ｋＡ／ｍ²以上あればよい。一方、カソード電流密度が３．０ｋＡ／ｍ²を超えると、過剰なＨ₂発生が起こりピット内壁に形成したＦｅ（ＯＨ）₃の保護皮膜をも取り去る恐れがある。このような事態が生じると、ステンレス鋼表面に良好な形状のピットを隙間なく形成させることができなくなる。したがって、カソード電流密度は０．１〜３．０ｋＡ／ｍ²の範囲とすることが望ましい。
また、カソード電解の目的を達成するための交番電解１サイクルあたりのカソード通電時間は０．０１ｓｅｃ以上必要である。
【００２１】
（交番電解サイクル）
交番電解１サイクルあたりの適正通電時間は、アノード電解で０．０５〜０．５ｓｅｃ、カソード電解では０．０１ｓｅｃ以上であればよいことを述べたが、工業的規模での交番電源を考慮した場合、アノードとカソードの通電時間は１：１とすることがコスト的な面から望ましい。このことから、交番電解のサイクルは１〜１０Ｈｚの範囲に規定した。
【００２２】
（電解処理時間）
交番電解に要する処理時間が１０ｓｅｃに満たないと、ステンレス鋼板表面にピット未発生箇所が残り、フッ素塗膜や無機系塗膜との密着性が不十分となる恐れがある。一方、１２０ｓｅｃを超えて電解しても粗面化形態および塗膜との密着性に大きな差はなく、それ以上の処理は経済上不利になる。したがって、本発明の交番電解に要する処理時間は１０〜１２０ｓｅｃと規定した。これは、工業的規模での連続生産に十分対応できる処理時間といえる。
【００２３】
（対象鋼の成分組成）
本発明では、Ｃｒ含有量が１１〜２５mass％のフェライト系ステンレス鋼を対象とする。Ｃｒ含有量が１１mass％未満では塗装基材自体の耐食性が不十分となる。一方、２５mass％を超えると鋼板自体の加工性が低下し、特に絞り加工や高度な折り曲げ加工等を必要とする用途においては適用が難しくなる。
なお、Ｃｒ含有量が上記範囲のフェライト系ステンレス鋼であれば、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｌ等の元素を添加して諸特性の改善を図った鋼について、本発明を適用することができる。具体的には例えば、Ｔｉ：１mass％以下，Ｍｏ：３mass％以下，Ｎｂ：１mass％以下，Ｓｉ：２mass％以下，Ｃｕ：１mass％以下，Ａｌ：４mass％以下の範囲で含有させることができる。Ｃｒや、これらの添加元素の含有量は、用途に応じて適宜選択すればよい。例えば、高加工性を必要とする用途においてはＣｒを２０mass％以下に抑えＴｉまたはＮｂのうち１種以上を０．１〜１mass％含有する鋼が、高耐候性を必要とする用途においてはＣｒを１６mass％以上含有しＭｏ：０．２〜３mass％またはＣｕ：０．２〜１mass％のうちの１種以上を含有する鋼が、高耐熱性を必要とする用途においてはＴｉまたはＮｂのうち１種以上を０．１〜１mass％含有する鋼がそれぞれ好適に使用できる。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
板厚０.５ｍｍのＳＵＳ４３０の２Ｂ仕上げ材に通常の電解脱脂・酸洗を施した材料について、液温が４０℃，Ｆｅ³⁺を１５ｇ／Ｌ含む塩化第二鉄水溶液を用いて、アノード電流密度を３.０ｋＡ／ｍ²，カソード電流密度を０.３ｋＡ／ｍ²，処理時間を６０ｓｅｃと一定にして、交番電解サイクルを０.２５〜２０Ｈｚの範囲内で変えた条件で電解処理を行い、ピットの開口部の平均径が０.５〜１５μｍの種々の段階にあるサンプルを作製した。いずれのサンプルもピットが鋼板表面に隙間なく形成しており、ピットの形態は、開口部の平均径Ｄと平均深さＨの間にＤ／３≦Ｈ≦Ｄ／２の関係が成立している半球状に近いものであった。各サンプルにつき、９０°Ｖ曲げ加工（曲げコーナー部；１Ｒ）を行い、加工部（凸側）および未加工部にセラミックス塗料をスプレー塗布したのち４５０℃×３ｍｉｎの焼付処理を行い、膜厚約１０μｍの塗膜を付着させた。そして、加工部（凸側）および未加工部にカッターガイド間隔１ｍｍの碁盤目を刻み、その部分にセロハン粘着テープを貼付後剥離する方法（以下、碁盤目セロハン粘着テープ剥離試験という）により塗膜残存状況を調査して塗膜密着性を評価した。なお、ここで使用したセラミックス塗料は、桜宮化学（株）製の商品名；ＭＥＲ−２（電子オーブンレンジ内箱材用塗料）のオルガノポリシロキサンを主成分としたものである。
【００２５】
図４に、上記碁盤目セロハン粘着テープ剥離試験によるピット開口部の平均径とセラミックス塗膜との密着性の関係を示す。図４中、未加工部については碁盤目１００マス目のうちの塗膜残存率を、加工部については塗膜剥離の有無を示す。ピット開口部の平均径が１μｍ未満だと加工の有無に関係なくセラミックス塗膜との密着性は乏しい。一方、ピット開口部の平均径が５μｍを超えて大きくなると、未加工部の密着性は良好に維持されるものの、加工部の密着性が低下するのがわかる。これは、先に述べたように、ピット開口部の径が大きくなるほど加工時にピットの広がりが助長され、その結果塗膜とのアンカー効果が少なくなるためであると考えられる。
【００２６】
（実施例２）
板厚０．６ｍｍのＳＵＳ４３０の２Ｄ仕上げ材に通常の電解脱脂・酸洗を施した材料について、液温が３０℃，Ｆｅ³⁺を３５ｇ／Ｌ含む塩化第二鉄水溶液を用いて、アノード電流密度を５．０ｋＡ／ｍ²，カソード電流密度を０．５ｋＡ／ｍ²，処理時間を３０ｓｅｃと一定にして、交番電解サイクルを０．２５〜２０Ｈｚの範囲内で変えた条件で電解処理を行い、ピットの開口部の平均径が０．５〜１５μｍの種々の段階にあるサンプルを作製した。いずれのサンプルもピットが鋼板表面に隙間なく形成しており、ピットの形態は、開口部の平均径Ｄと平均深さＨの間にＤ／３≦Ｈ≦Ｄ／２の関係が成立している半球状に近いものであった。各サンプルにつき、焼成後の膜厚が１００μｍとなるようにほうろうを施した。そして、エリクセン押し込み高さ５ｍｍを与えた後の塗膜残存状況を調査する方法（以下、エリクセン押し込み試験という）により塗膜密着性を評価した。なお、ここで使用したほうろう用フリットは、日本フェロー（株）製の上ぐすり用（チタン白）でＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃を主成分としたものであり、焼成は８２０℃×３ｍｉｎで行った。
【００２７】
図５に、上記エリクセン押し込み試験によるピット開口部の平均径とほうろう塗膜との密着性の関係を示す。ほうろうとの密着性においても、ピット開口部の平均径が１〜５μｍの範囲で塗膜残存率８０％以上と非常に良好な密着性を示すことがわかる。
【００２８】
（実施例３）
板厚０．５ｍｍのＳＵＳ４３４の２Ｄ仕上げ材に通常の電解脱脂・酸洗を施した材料について、液温が５０℃，Ｆｅ³⁺を４０ｇ／Ｌ含む塩化第二鉄水溶液を用いて、アノード電流密度を５．０ｋＡ／ｍ²，カソード電流密度を１．０ｋＡ／ｍ²，交番電解サイクルを２．５Ｈｚの一定にして、処理時間を０〜３０ｓｅｃの範囲内で変えた条件で電解処理を行った。ここで、処理時間０ｓｅｃは粗面化未処理材を意味する。この電解未処理材を除き、いずれのサンプルも鋼板表面に形成しているピットの形態は、開口部の平均径Ｄが２μｍで、平均深さＨがＤ／３≦Ｈ≦Ｄ／２の関係を満たす半球状に近いものであった。各サンプルにつき、２８０℃×３０ｓｅｃの条件でプライマーを５μｍ塗布した上層に、２８０℃×６０ｓｅｃの焼き付け条件でフッ素塗膜を２０μｍ形成させた。これらの試料について次の一次密着性および二次密着性の評価を行った。
【００２９】
一次密着性は、１８０°ｔ曲げ加工を行い曲げ加工部にセロハン粘着テープを貼付後剥離する方法（以下、１８０°ｔ曲げセロハン粘着テープ剥離試験という）により、塗膜剥離の生じない最小ｔ曲げ値を求め、これを限界ｔ曲げ値として塗膜密着性を評価した。ここで、ｔ曲げ値とは、素材の板厚ｔのｎ倍の板厚を有するポンチを用いて素材内側の曲げ半径をｎｔ／２として１８０°曲げを行ったときのｎの値をいい、いわゆるｎｔ曲げを意味する。例えば「ｔ曲げ値＝２」とは、厚さ２ｔのポンチを用いて素材内側の曲げ半径をｔとして１８０°曲げを行うことであり、いわゆる２ｔ曲げを意味する。「ｔ曲げ値＝０」とはポンチを挟まないで行う、いわゆる密着曲げを意味する。
二次密着性は、５０℃の温水に１０日間浸漬した後、上記一次密着性の場合と同様の方法で試験を行い、評価した。
なお、ここで使用した塗料は、大日本インキ化学工業（株）製で、プライマーには商品名；ファインタフＣ８００Ｐプライマー（エポキシ系），フッ素塗料には商品名；ディックフローＣＦ７５２（ＰＶｄＦ／ＡＣ：７０％／３０％のカイナータイプ）のものである。
【００３０】
図６に、上記一次密着性，二次密着性に及ぼす粗面化電解処理時間の影響を示す。処理時間が１０ｓｅｃ以上では一次，二次密着性とも限界ｔ曲げ値は０となり、非常に良好な密着性を示した。これに反し、処理時間が１０ｓｅｃ未満では、鋼板表面にピットが隙間なく形成できず、その結果、塗膜との密着性が低下した。
【００３１】
（実施例４）
ＳＵＳ４１０Ｌ，ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４４４の２Ｂ仕上げ材の各種フェライト系ステンレス鋼板に通常の電解脱脂・酸洗を施した材料について、塩化第二鉄水溶液の温度および電解液中に含まれるＦｅ³⁺の濃度を塩化第二鉄により変えた種々の条件の電解液を使用して、アノード電流密度を５．０ｋＡ／ｍ²，カソード電流密度を０．１〜３．０ｋＡ／ｍ²，交番電解サイクルを２．５Ｈｚ，処理時間を６０ｓｅｃとした条件で電解処理を行い、それぞれの鋼種について適正な電解液の条件を調査した。
【００３２】
図７にその結果を示す。図７中、各鋼種ごとに枠で囲まれた領域が、その鋼種についての適正な電解液条件の範囲を表す。一般的に不動態化作用が強いとされる鋼種ほど適正範囲は高濃度・高液温側にある。この結果は前述したように、ある程度のエッチング力と不動態化力が本発明の粗面化形態を施すためには必要であることと一致している。したがって、本発明によれば電解液の液温と塩化第二鉄濃度を調整することにより各種フェライト系ステンレス鋼板表面に同様の粗面化形態が安定して施せるといえる。工業的に管理しやすい液温３０〜７０℃の範囲においては、電解液中に含まれるＦｅ³⁺の濃度を１０〜５０ｇ／Ｌにコントロールすることが望ましい。
【００３３】
（実施例５）
次に、ＳＵＳ４３０の２Ｄ仕上げ材に通常の電解脱脂・酸洗を施した材料について、種々の条件で電解処理を行って、実施例１と同様の９０°Ｖ曲げ加工を行った加工部におけるセラミックス塗膜の密着性を調査した。その結果を、電解処理して得られたサンプルの粗面化形態とともに、表１，表２に示す。使用した電解液は、液温が３０℃，Ｆｅ³⁺を３０ｇ／Ｌ含む塩化第二鉄水溶液である。使用したセラミックス塗料およびその塗装方法は実施例１と同じである。また、塗膜密着性は実施例１と同様の碁盤目セロハン粘着テープ剥離試験による塗膜剥離の有無を調査することで評価した。なお、表中に記載したアノード電流密度およびカソード電流密度は、台形波または正弦波（交流波）を交番電源として用いた場合については、その最大電流密度の値を示した。
さらに、比較のために、塩化第二鉄以外の電解液を用いて表面を粗面化したサンプルも準備し、同様の方法で特性を評価した。その結果を表３に示す。
【００３４】
表１に示す本発明の電解条件で処理を行ったＮｏ．１〜１０のサンプルは、いずれも請求項１に示した（１）式および（２）式の関係を満たす半球状に近い形状のピットを鋼板表面に隙間なく形成しており、その結果、加工部においてもセラミックス塗膜との密着性が良好であった。交番電源波形は、矩形波，台形波，正弦波（交流波）等の各種交番波形が利用できることがわかる。
【００３５】
これに対し、表２および表３に示すように、本発明の規定範囲を外れる条件で電解処理を行ったサンプルでは、加工部においてセラミックス塗膜との密着性が不十分であった。なお、これらのうち、Ｎｏ．１６のサンプルはピット開口部の平均径が１μｍ未満のもの、Ｎｏ．１５のサンプルはピット開口部の平均径が５μｍを超えるもの、Ｎｏ．１１，１４のサンプルはピット開口部の平均径Ｄ（μｍ）とピットの平均深さＨ（μｍ）の関係がＨ＜Ｄ／３となったもの、Ｎｏ．１２，１３，１７のサンプルは鋼板表面に未電解部分が残り、隙間なくピットを形成させることができなかったものである。
【００３６】
（実施例６）
次に、板厚０．５ｍｍのＳＵＳ４３０の２Ｂ仕上げ材に通常の電解脱脂・酸洗を施した後本発明による電解処理を行ったサンプルと、２Ｂ仕上げ材に通常の電解脱脂・酸洗を施したままのサンプル、さらに、板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３０４の２Ｂ仕上げ材に通常の電解脱脂・酸洗を施したままのサンプルを準備し、これらにセラミックス塗装を施した。これらの塗装サンプルに「５００℃×１ｈの加熱→０．５ｈの空冷」のサイクルを５０回繰り返した後、７×１５ｃｍの耐食性試験片を採取し、ＳＳＴ３５℃×１００ｈの耐食性試験に供した。使用したセラミックス塗料およびその塗装方法は実施例１と同じであるが、塗装前に加工は行っていない。
【００３７】
ＳＵＳ４３０の２Ｂ仕上げ面に直接セラミックス塗料を塗布し耐食性試験に供したサンプルでは、発銹とともに一部塗膜膨れがみられた。また、ＳＵＳ３０４の２Ｂ仕上げ面に直接セラミックス塗料を塗布し耐食性試験に供したサンプルでは、塗膜膨れはみられなかったが発銹が認められた。これらの結果について、ＳＵＳ４３０の場合は塗膜密着性が不十分なこと、ＳＵＳ３０４の場合は鋼の熱膨張係数が大きいため加熱・空冷時に塗膜にクラックが生じたことが原因と考えられる。一方、本発明方法により付与した粗面化面にセラミックス塗料を塗布したサンプルではほとんど発銹がみられず、塗膜膨れもなく、塗装後の耐食性にも十分効果があることが認められた。
【００３８】
（実施例７）
次に、板厚０．８ｍｍのＳＵＳ４３０のＮｏ．４仕上げ材に通常の電解脱脂・酸洗を施した材料について、液温が４０℃，Ｆｅ³⁺を２０ｇ／Ｌ含む塩化第二鉄水溶液を用いて、アノード電流密度を５．０ｋＡ／ｍ²，カソード電流密度を０．２ｋＡ／ｍ²，交番電解サイクルを２．５Ｈｚと一定にし、処理時間を変えた条件で電解処理を行い、得られたサンプルについてほうろう塗膜の密着性を調査した。その結果を、電解処理により得られたサンプルの粗面化形態とともに、表４に示す。使用したほうろう用フリットおよびほうろう塗膜の焼成方法は実施例２と同じである。塗膜密着性は、エリクセン押し込み高さを４ｍｍとしたエリクセン押し込み試験を行って評価した。
さらに、比較のために、Ｎｏ．４仕上げ材，ダルロール圧延仕上げ材（２ＤＲ），サンドブラスト仕上げ材，液体ホーニング仕上げ材（いずれもＳＵＳ４３０）、ならびに板厚０．８ｍｍ，１．５ｍｍのＳＵＳ３２１の２Ｂ仕上げ材についても、それぞれ通常の電解脱脂・酸洗を施した後に同様にほうろう塗膜との密着性評価を試みた。その結果も表４中に併せて記載した。
【００３９】
表４に示すように、本発明の条件で電解処理を施したＮｏ．３１〜３５のサンプルの鋼板表面は、請求項１に示した（１）式および（２）式の関係を満たす半球状に近い形状のピットが隙間なく形成しており、いずれもほうろう塗膜残存率が８０％以上と良好な密着性を示した。これに対し、Ｎｏ．３６のＳＵＳ４３０のＮｏ．４仕上げ材のサンプル、およびＮｏ．３７のダルロール圧延仕上げ材のサンプルでは、ほうろう塗膜の残存は認められなかった。また、Ｎｏ．３８〜４０のサンドブラスト仕上げ材および液体ホーニング仕上げ材では、鋼板の反りかえりが大きく、ほうろう用フリットを吹き付けるまでに至らなかった。また、Ｎｏ．４１のＳＵＳ３２１の２Ｂ仕上げ材を基材としたサンプルでは、ほうろう焼成後、基材は大きく歪んでいた。一方、Ｎｏ．４２のサンプルでは、ほうろう焼成後の基材の歪は少ないものの、ほうろうに著しいクラックの発生がみられた。
【００４０】
【発明の効果】
本発明により、塗膜、特にフッ素塗膜や無機系塗膜に対して高い密着性を有するフェライト系ステンレス鋼板を、連続生産が可能な短い処理時間で安定して供給することが可能となった。したがって、塗装基材としてのフェライト系ステンレス鋼の特性（オーステナイト系と比べ熱膨張特性が小さい等）を十分生かすことができるので、従来の塗装オーステナイト系ステンレス鋼板では基材の特性上適用しにくかった各種用途においても、フッ素塗膜や無機系塗膜特有の優れた機能を発揮する安価な塗装フェライト系ステンレス鋼板が適用できるようになった。このように、本発明は、塗装ステンレス鋼板の用途を拡大し、その普及に寄与するものである。
【００４１】
【表１】

【００４２】
【表２】

【００４３】
【表３】

【００４４】
【表４】

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステンレス鋼板表面の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図。
【図２】本発明のステンレス鋼板断面の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図。
【図３】塩化第二鉄水溶液中での交番電解によるステンレス鋼板表面のピット形成過程を示す模式図。
【図４】表面にピットを隙間なく形成したステンレス鋼板について、セラミックス塗膜の密着性に及ぼすピット開口部の平均径の影響を表すグラフ。
【図５】表面にピットを隙間なく形成したステンレス鋼板について、ほうろう塗膜の密着性に及ぼすピット開口部の平均径の影響を表すグラフ。
【図６】一次密着性および二次密着性に及ぼす粗面化電解処理時間の影響を表すグラフ。
【図７】各種フェライト系ステンレス鋼についての、交番電解液として使用する塩化第二鉄水溶液の温度と濃度の適正範囲を表すグラフ。

Claims

Ｆｅ ³⁺ を１〜５０ｇ／Ｌ含む塩化第二鉄水溶液中で、アノード電解時の電流密度を１ . ０〜１０ . ０ｋＡ／ｍ ² 、カソード電解時の電流密度を０ . １〜３ . ０ｋＡ／ｍ ² とした１〜１０Ｈｚの交番電解を、Ｃｒ含有量が１１〜２５ｍａｓｓ％のフェライト系ステンレス鋼板に１０〜１２０秒間施すことにより製造される鋼板であって、鋼板表面にピットが隙間なく形成しており、これらピットの開口部の平均径Ｄ（μｍ）とピットの平均深さＨ（μｍ）が、下記（１）式および（２）式の関係を満足している塗膜密着性に優れたフェライト系ステンレス鋼板。
１≦Ｄ≦５ −−−−−（１）
Ｄ／３≦Ｈ≦Ｄ／２ −−−−−（２）
Ｆｅ³⁺を１〜５０ｇ／Ｌ含む塩化第二鉄水溶液中で、アノード電解時の電流密度を１．０〜１０．０ｋＡ／ｍ²、カソード電解時の電流密度を０．１〜３．０ｋＡ／ｍ²とした１〜１０Ｈｚの交番電解を、Ｃｒ含有量が１１〜２５mass％のフェライト系ステンレス鋼板に１０〜１２０秒間施す、塗膜密着性に優れたフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。