JP3886557B2

JP3886557B2 - 着色用光輝焼鈍ステンレス鋼板及びその製造方法

Info

Publication number: JP3886557B2
Application number: JP04055796A
Authority: JP
Inventors: 武志宇都宮; 和白山; 美博植松
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: JPH09209033A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、着色ムラの発生がない着色用光輝焼鈍ステンレス鋼板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光輝焼鈍ステンレス鋼は、水素−窒素混合ガス等の還元性雰囲気中で焼鈍され、光沢に優れ美麗な外観をもっている。この優れた表面状態を活用し、化学発色法による着色処理で装飾性を高め、内装材，外装材等として広範な分野で使用されている。
化学発色法によるステンレス鋼の着色では、ステンレス鋼をクロム酸−硫酸混合溶液中に浸漬することによって、鋼表面に数百〜数千Å厚みの酸化膜（以下、着色皮膜という）を形成させている。着色皮膜は、ステンレス鋼をクロム酸−硫酸混合溶液中に浸漬した際にステンレス鋼素地の一部が溶け出す（酸化反応）と同時にクロム酸中の６価クロムが還元されて３価クロムとなり、この３価クロムが酸化物や水酸化物を形成することにより成長すると考えられている。
【０００３】
酸化皮膜は、光の干渉作用によって特定の波長に光を反射させる着色皮膜として働く。そのため、着色後の鋼材表面の色調は、着色皮膜の厚みや組成，着色前における皮膜厚み，光沢度等の表面性状に応じて定まる。このとき、着色前の表面皮膜の組成や膜厚が不均一であると、素地の溶解速度が不均一になる。その結果、均一な着色皮膜が形成されず、色調にバラツキが生じる。着色後に均一な色調を得るためには、着色前素材において皮膜，粗さ，光沢度等の表面性状を均一化させることが要求される。
着色前の表面性状を均一化するため、従来では電解処理，鏡面研磨処理等の前処理が採用されていた。たとえば、特開昭５９−２８５７４号公報では、着色前にステンレス鋼を陽極として硝酸水溶液中で電解処理することにより、表面性状を均一化している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電解処理，鏡面研磨等の前処理は、ステンレス鋼を均一な表面性状に調整するために必要であるが、そのために余分な工程が増え、生産性を低下させると共に製品コストを上昇させる原因となる。
また、電解処理では、鋼板表面全体にわたり均一な電流密度で電解することは難しく、結果として新たに着色ムラを発生させる虞れがある。また、連続ラインで電解処理する際、鋼板表面にロール等から異物が付着し、表面疵が発生し、歩留りが低下する。更には、使用された廃液，配水等の処理も複雑になり、設備的な負担も大きくなる。
鏡面研磨では、鋼板表面に接触させた円状のバフを回転させる方法が通常採用されている。しかし、このバフ研磨工程で研磨ムラが発生すると、その研磨ムラが着色ムラの原因となる。
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、鋼板表面にあるＣ富化層の厚みを表面全体にわたって薄くすることにより、電解処理，鏡面研磨等の前処理を必要とすることなく、着色ムラの発生がない着色用光輝焼鈍ステンレス鋼板を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の着色用光輝焼鈍ステンレス鋼板は、その目的を達成するため、鋼板表面にある、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）での表面分析に基づくＣ富化層の厚みが表面全体にわたって１０Å以下に規制されていることを特徴とする。この表面状態は、還元性雰囲気中で８５０℃から焼鈍温度まで４０秒以上の時間をかけてステンレス鋼を昇温し、１０３０℃以上の焼鈍温度で光輝焼鈍することにより得られる。
【０００６】
【実施の形態】
着色ムラには種々のタイプがあるが、圧延方向と平行に発生する帯状タイプのムラが着色後の色調に最も大きな悪影響を及ぼす。この着色ムラは、図１に示すように周辺部分に比較して白みや黒みが強くなっており、肉眼で明瞭に観察される。
本発明者等は、着色ムラが発生した材料について着色前及び着色後の表面性状を系統的に調査し、着色後における色調のバラツキと対応する着色前表面のファクターを探索した。探索の結果、着色前のＣ富化層の厚みが１０Åを超えると、着色後の色調に影響を及ぼし、Ｃ富化層が厚くなるほど着色後の明度が低下することを知見した。また、着色前表面に厚み１０Å以下のＣ富化層と１０Åを超えるＣ富化層が混在すると、着色後の明度に大きなバラツキが生じ、着色ムラが発生することを見い出した。
【０００７】
したがって、着色ムラの発生を抑えるためには、着色前表面におけるＣ富化層の厚みを１０Å以下に抑制し、或いは厚みが１０Åを超えた場合にあっても着色後にムラが発生しない色調のバラツキに収まるようにＣ富化層厚みのバラツキを抑制することが必要である。本発明者等は、このような表面状態をもつ光輝焼鈍材の製造方法を種々検討した。検討の過程で、着色前Ｃ富化層が１０Åを超えて厚くなる場合、着色後にムラが発生しないレベルまでＣ富化層の厚みのバラツキを抑制できないことが判明した。そして、焼鈍温度を１０３０℃以上，８５０℃から焼鈍温度までの加熱時間を４０秒以上に設定して光輝焼鈍することにより、Ｃ富化層の厚みが１０Å以下に規制され、着色後にムラ発生がない光輝焼鈍材が製造されることを見い出し、本発明を完成した。
【０００８】
本発明で使用されるステンレス鋼板としては、汎用のオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４を始めとして、各種のオーステナイト系ステンレス鋼及び一般に使用されている各種フェライト系ステンレス鋼等がある。
ステンレス鋼板は、テンパーの発生や著しい光沢の低下が生じないように還元性雰囲気で光輝焼鈍される。還元性雰囲気としては、たとえば水素−窒素混合ガスが使用され、好ましくは水素濃度７５体積％以上，露点−４０℃以下に調整される。この雰囲気下で焼鈍温度を１０３０℃以上，８５０℃から焼鈍温度までの加熱時間を４０秒以上に設定して光輝焼鈍するとき、Ｃ富化層の厚みが鋼板の全表面にわたって１０Å以下になることを、以下に示すように多数の実験結果から見い出した。
【０００９】
すなわち、光輝焼鈍後のステンレス鋼表面を観察したところ、ミクロなピットが表面に多数存在していた。このピットは、冷間圧延時に圧延オイルが圧延ロールと材料との間に噛み込まれて発生するものと考えられる。ピット部分と平坦部での表面分析をオージェ電子分光法（ＡＥＳ）で行ったところ、ピット部分のＣ富化層は、平坦部のＣ富化層に比較して厚いものであった。この厚みの相違は、着色後のムラ発生原因になるものと推察される。すなわち、冷間圧延時に鋼板表面と反応したＣは、光輝焼鈍時に大部分が除去されるものの、一部厚いままで残存する。その残存量が材料内でばらつき、着色後のムラ発生原因になる。この前提で種々の実験を行った結果、光輝焼鈍条件を規制することが有効であることを把握した。
【００１０】
具体的には、先ず冷間圧延時の油量，圧延荷重，圧延速度等の条件を変更し、圧延条件がピットの解消に及ぼす影響を調査した。しかし、ピットの解消に有効な圧延条件は得られなかった。また、光輝焼鈍に先立って通常オルソケイ酸ソーダ等を使用してステンレス鋼板が脱脂されるので、この脱脂を強化することによりＣ富化層を鋼板表面全体にわたって薄くすることを検討した。しかし、脱脂液の種類，濃度，温度等を変更しても、光輝焼鈍後のＣ富化層を薄くすることはできなかった。
更に、光輝焼鈍のヒートパターンを種々変更し、焼鈍条件がＣ富化層の厚みに及ぼす影響を調査した。その結果、焼鈍温度を１０３０℃以上に、８５０℃から焼鈍温度までの加熱時間を４０秒以上に設定して光輝焼鈍するとき、光輝焼鈍材表面にあるＣ富化層の厚みが１０Å以下に抑えられることを見い出した。焼鈍条件がＣ富化層を薄くするのに有効である理由は、高温還元性雰囲気中でステンレス鋼板を長時間保持することにより、光輝焼鈍前に存在するＣ富化層が除去されることに由来するものと推察される。
【００１１】
【実施例】
実施例１：（Ｃ富化層の厚みが着色後の色調に及ぼす影響の調査）
ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の光輝焼鈍材を、クロム酸７０ｇ／ｌ及び硫酸７００ｇ／ｌの混酸溶液（温度１０５℃）中で黒色に着色した。そして、着色ムラが発生した材料と着色ムラの発生がない材料について、着色後の色調のバラツキと対応する着色前のファクターとの関係を調査した。その結果、着色後の色調と着色前Ｃ富化層の厚みとの間に相関関係がみられ、着色前のＣ富化層の厚みが大きくばらついているものほど着色ムラが強くなっていることが判った。特に着色前のＣ富化層の厚みが１０Åを超えるとき、着色後の色調に及ぼす着色前Ｃ富化層の厚みバラツキの影響が顕著に現れた。なお、以後の説明においては、着色後の色調を、明度指数Ｌ^* で表した。
【００１２】
着色後の色調は、ＪＩＳＺ８７２２に準拠しミノルタ株式会社製の色差計ＣＲ−２００を用いて測定した。明度指数Ｌ^* は、色の明るさを評価する指標であり、Ｌ^* が大きな値になるほど明度が高くなる。また、Ｌ^* が１．５を超えて異なるとき、着色後の材料表面における明度の差が肉眼で観察される。着色前表面にあるＣ富化層の厚みは、ＡＥＳで測定した。
表面から深さ方向へのＣ濃度の分布を求めたところ、図２に示すように表面から大きな濃度勾配でＣが低下し、ある深さからほぼ濃度が一定になっていた。そこで、本発明においては、Ｃ濃度がほぼ一定となった深さまでの表面からの厚みとしてＣ富化層の厚みを定義した。
【００１３】
着色前表面にあるＣ富化層の厚みと着色後の明度指数Ｌ^* との関係を調査したところ、両者の間に図３に示す関係が成立していた。着色ムラ発生材では、白みが強く観察された部分はＣ富化層の厚みが１０Å以下であり、黒みが強く観察された部分はＣ富化層の厚みが１０Åを超えていた。また、Ｃ富化層が厚くなるほど、明度が低下する傾向がみられた。
このように着色ムラ発生材は、着色前に厚みが１０Å以下のＣ富化層と厚みが１０Åを超えるＣ富化層が混在しており、且つその厚みが大きくばらついていることから着色後に明度のバラツキが大きくなり、白みが強い部分と黒みが強い部分が発生し、着色ムラになっていることが判った。
これに対し、着色ムラの発生がない材料では、Ｃ富化層の厚みが鋼板表面全体にわたって１０Å以下に抑えられており、着色後の明度のバラツキが少なくなっていた。この結果から、光輝焼鈍された材料内においてＣ富化層の厚みを１０Å以下に薄く均一化することにより、明度指数Ｌ^* のバラツキが小さくなり、着色ムラの発生が抑制されることが判明した。
【００１４】
実施例２：（光輝焼鈍条件がＣ富化層の厚みに及ぼす影響の調査）
板厚４．５ｍｍのステンレス鋼板ＳＵＳ３０４の熱延板を焼鈍・酸洗した後、ベルト研磨し、リバース式のゼンジミア圧延機で冷間圧延した。次いで、６０℃，２．５％オルソケイ酸ソーダで脱脂処理を施し、焼鈍温度及び８５０℃から焼鈍温度までの加熱時間を種々変更した条件下で光輝焼鈍し、焼鈍温度及び加熱時間がＣ富化層の厚みに及ぼす影響を調査した。
光輝焼鈍後の材料を温度１０５℃，クロム酸７０ｇ／ｌ，硫酸７００ｇ／ｌの混合水溶液に浸漬し、着色電位を５．５ｍＶに設定し、黒色に着色した。着色後の色調の測定及び着色前のＣ富化層の厚みの測定には、実施例１と同様な方法を採用した。各材料内で明度指数Ｌ^* のバラツキが１．５を超える場合には肉眼で着色ムラが観察されることから、この明度指数Ｌ^* １．５を着色ムラ発生有無の基準値とした。
着色前の光沢度，Ｃ富化層の厚みのバラツキと着色後の色調のバラツキ及び着色ムラ発生の有無との関係に及ぼす光輝焼鈍条件の影響を調査した。調査結果を示す表１にみられるように、焼鈍温度を１０５０℃以上，８５０℃から焼鈍温度までの加熱時間を４０秒以上に設定して光輝焼鈍したものでは、Ｃ富化層が１０Å以下に薄くなっており、着色後の明度のバラツキが小さく、着色ムラも発生していなかった。
【００１５】

【００１６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の着色用光輝焼鈍ステンレス鋼板は、鋼板表面全体にわたってＣ富化層の厚みを１０Å以下に規制することにより、化学発色で着色した後に着色ムラが発生することなく、均一な色調をもつ着色皮膜を形成することができる。そのため、着色ムラ発生を防止するため従来採用されていた電解処理，鏡面研磨処理等の前処理工程を省略することができ、歩留りの向上，コストの低減，省工程等が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】着色ムラを説明した図
【図２】Ｃ富化層の厚みの定義を説明する図
【図３】着色ムラが発生した材料及び着色ムラのない材料について、着色前表面のＣ富化層の厚みと着色後の明度との関係を表したグラフ

Claims

鋼板表面にある、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）での表面分析に基づくＣ富化層の厚みが表面全体にわたって１０Å以下に規制されている着色用光輝焼鈍ステンレス鋼板。
還元性雰囲気中で８５０℃から焼鈍温度まで４０秒以上の時間をかけてステンレス鋼を昇温し、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）での表面分析に基づくＣ富化層の厚みが表面全体にわたって１０Å以下となるように、１０３０℃以上の焼鈍温度で光輝焼鈍する着色用光輝焼鈍ステンレス鋼板の製造方法。