JPH02185962A

JPH02185962A - 高温での耐変色性に優れるフェライト系ステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH02185962A
Application number: JP472789A
Authority: JP
Inventors: Yoshihito Fujiwara; 最仁藤原; Masaomi Tsuda; 津田　正臣; Kazuo Ebato; 江波戸　和男
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 1989-01-13
Filing date: 1989-01-13
Publication date: 1990-07-20
Also published as: JPH0548293B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、高温での耐テンパーカラー着色性（耐変色性
）に優れるフェライト系ステンレス鋼の製造方法に関し
、とくに電子レンジのヒータ反射板など６００〜６５０
℃という高温の酸化性雰囲気（大気中）で加熱されても
殆ど変色しないフェライト系ステンレス鋼の製造方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

近年、多機能電子レンジの加熱反射板などでは、高温に
加熱されるにも拘わらずそれ自身が内装を兼ねた装飾部
品としても期待されている。ところが、このような部品
はステンレス鋼で作られているものの、加熱されると変
色し、性能および外観が劣化するものが多かった。

従来、このような用途に適合する、いわゆる加熱変色に
強いステンレス鋼の製造技術について幾つか提案されて
おり、例えば特開昭６２−１５６２５３号公報や特開昭
６２−１５６２５４号公報などに開示されている。しか
し、これらの技術に共通することは、使用限界温度がせ
いぜい５００℃程度にしがすぎないということである。

ところが、このような用途に使われる部品は、最近では
５００℃を超える使用条件に耐える材料であることが要
求されるようになってきている。

その他、特開昭６３−７６８６１号公報に開示されてい
る技術は、ステンレス鋼の表面にＡｌ□０．や５ｉｎｔ
のセラミックスを、厚さｌ０００人〜２０００人に気相
めっき法などにてコーティングする方法を提案している
。しかし、セラミックスを表面に被覆するこの従来方法
は、耐熱性などは良好である反面、製造コストが高くな
るため、電子レンジなどの一般用途には適しないという
問題点を抱えていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ステンレス鋼は、２００　’ｃ以上の温度に加熱した場
合、その表面に形成された酸化皮膜の成長によって起こ
る可視光の干渉、すなわちテンパーカラー着色が生しる
。このテンパーカラー着色の防止には、ＡｌまたはＳｉ
を富化した酸化膜を利用する方法がある。すなわち、Ａ
ｌ、　Ｓｉを含む酸化膜は、高温まで皮１漠が成長しに
くいためである。この酸化による皮膜の成長は、皮膜中
での酸素または金属イオンの自己拡散係数に依存する。

従って、テンパーカラー着色を抑制するには、この自己
拡散係数の低い皮膜を形成することが肝要である。この
点、Ａｌ．０３やＳｉＯ□は、かかる自己拡散係数が小
さく好ましい。なお、後でも述べるが、鋼表面に被成し
たこれらの酸化皮膜であっても、その中に不純物などが
混入して欠陥が生ずると拡散係数は太き（なる。

さて、ＡｌｚＯｌやＳｉＯ□を含むこれら酸化皮膜を形
成するには、ステンレス鋼中の他の金属成分、例えばＦ
ｅ、　Ｃｒ、　Ｍｎなどが酸化しない還元性雰囲気で焼
鈍することにより、ＡｌやＳｉを優先酸化させることで
可能となる。しかし、実際の焼鈍に当たっては、常温か
ら最高加熱温度まで温度が変化し、それに伴って露点が
一定であっても酸化ポテンシャルが変化するので、従来
方法では均一なＡｈａ、やＳｉ軸の酸化皮膜を形成する
のは困難であった。

また、このようにして形成したＡｌｚＯ３やＳｉＯ□の
酸化皮膜であっても、この皮膜中に不純物などの混入物
が存在すると、耐テンパーカラー性は劣化する。すなわ
ち、その特性は、大気酸化でせいぜい５００℃が限度で
あった。

ところが近年、耐テンパーカラー特性も、電子レンジや
オーブンなどの燃焼、加熱機器の背反で５００°Ｃを超
えても変色性に優れるという特性が要求されるようにな
ってきており、かかる皮膜特性の改善が望まれていた。

〔課題を解決するための手段〕

さて、本発明者らの研究によれば、高温での耐テンパー
カラー着色性、すなわち、高温耐変色性を向上させるに
は、できるだけＡｌ□０．、　ＳｉＯ□の酸化皮膜を均
一にすることが重要であることが判った。しかも、その
ためには、光輝焼鈍の条件および素材の成分組成につい
ての工夫が必要であることも判った。

まず、前記光輝焼鈍の条件については、焼鈍雰囲気の露
点、最高加熱温度の他に、昇温速度も重要であり、それ
らの如何が均一皮膜形成に重要な役割りを果たすことを
見い出した。すなわち、光輝焼鈍中での皮１９生成につ
いて観察したところによれば、初期に形成される皮膜形
態が、そのまま最終的に形成される皮膜に影響すること
が判った。

特にその初期皮膜は、昇温過程で形成されるものである
が、この昇温過程での酸化の条件は、例えば雰囲気中の
露点が一定であっても、金属に対する酸化ポテンシャル
、酸化速度が温度とともに変化するので、それとともに
変化するものである。

そこで、本発明者らは、昇温速度を変化させたときの皮
膜成分および耐テンパーカラー性を調べたが、その結果
、ＳｉＯ□またはＡｌ□０：ｌの均一酸化皮膜を確実に
形成する焼鈍条件のあることを知見した。

また、本発明者らの知見によれば、最高加熱温度が高す
ぎると鋼中の不純物の表層拡散が進み、不純物元素の表
層拡散を促進する元素を添加する場合は、光輝焼鈍の許
容温度範囲を限定する必要のあることも判った。

一方、使用すべきステンレス鋼素材は、ＡｌまたはＳｉ
を合金元素として含むフェライト系ステンレス鋼を基本
とするが、光輝焼鈍中に表層拡散して皮膜特性の劣化原
因となるＣ、Ｎ、Ｓ、Ｐを低（抑えること、また、Ｃ，
Ｎなどの表層析出を促進するＴｉ、　Ｎｂなどをフェラ
イト系ステンレス鋼の靭性、耐食性改善にやむを得ず添
加する場合は、光輝焼鈍の最高加熱温度の上限を低く抑
えなければならないことが判った。さらに、Ｚｒ、　Ｒ
ＥＭを添加すると、金属中のＡｌ、　Ｓｉ拡散を速め、
均一皮膜形成に有効になることが判った。これらの材料
を使う場合の前記昇温速度は１０℃／ｓｅｃ以下にする
と、ＡｌｚＯｉ　、　ＳｉＯ□の均一皮膜を形成するの
に有効となることも判った。

このような知見に基づいて完成した本発明は、第１表に
示すような成分組成のフェライトステンレス鋼すなわち
、Ｃ≦０．０３ｗｔ％、Ｍｎ≦１．０　ｗｔ％、Ｉ）＜　
０．０３ｗｊ％、Ｓ　＜；０．００５　ｉｖｔ％、Ｃｒ
　：　１１．０〜２５．０ｗｔ％、Ｎ＜０．０２ｗｔ％
を共通に含み、そして次表の各成分組成によって構成さ
れたフェライト系ステンレス鋼について、表＊：１〜４の各元素の組のいずれかとする。

残部実質的にＦｅからなるフェライト系ステンレス網素
材を、昇温速度１０℃／ｓｅｃ以下、最高加熱温度８５
０〜９５０℃または８５０〜１０５０℃のいずれかの温
度で、そして、露点−４０℃以下の条件で光輝焼鈍する
ことにより、表面に、膜厚２００Å以下でその膜内金属成分中に占め
るＳｉもしくはＡｌを８０ａ　ｔ、％以上含有するＳｉ
Ｏ□。

Ａｌ□Ｏ７のいずれか１種からなる酸化皮膜を形成させ
ることを特徴とする高温での耐変色性に優れるフェライ
ト系ステンレス鋼の製造方法である。

〔作　用〕

本発明において、フェライト系ステンレス鋼を素材とし
て用いる理由は、オーステナイトステンレス鋼では、金
属中での原子拡散速度が遅く、ＡｌｚＯ＋またはＳｉＯ
□の均一膜の形成が悪いからである。

このフェライト系ステンレス鋼の鋼成分組成を上述の如
くに限定する理由を以下に説明する。

ＣＴＣは、光輝焼鈍中での表面層偏析により皮膜の耐酸
化特性を劣化させるので低い方がよく、そのために、Ｃ
含有量は０．０３ｗｔ％（以下は単に「％」で表示する
）以下にする。

Ｓｉ：Ｓｉは、その量があまり少ないと、ＳｉＯ□均一
皮膜を得るための光輝焼鈍条件が極めて限定されるので
、ｗｔ％以上４％以下とする。

しかし、Ａｌをｗｔ％以上含有する場合には、Ｓｉが１
．０％以上になると、ＡｌとＳｉの複合酸化皮膜が生成
し、膜厚が２００　Ａ以上となる危険があるため、この
場合にはＳｉの含有量を１．０％未満としなければなら
ない。

Ｍｎ　：　Ｍｎは、ｗｔ％を超えると光輝焼鈍中に若干
の酸化が生成し、皮膜の特性劣化の原因になるので、ｗ
ｔ％以下とする。

Ｐ；Ｐは、表面へ拡散偏析し、Ａｌ□０３またはＳｉｎ
。

皮ＩＩりの形成を阻害するので低いほど良く、従って、
０．０３％以下とする。

ＳＯ３は、表面へ拡散偏析し、Ａｌ□Ｏ：ｌまたはＳｉ
ｎ。

皮膜の形成を阻害するので低いほど良く、従って、０．
００５％以下とする。

Ｃｒ　：　Ｃｒは、ステンレス鋼としての耐食性を保持
するため、最低１ｗｔ％必要であるが、２５％を超える
と加工性が劣化するので、１１〜２５％とする。

Ａｌ：Ａｌは、Ｓｉとともに耐テンパーカラー着色性に
最も重要な働きをする元素であり、ｗｔ％以上含有させ
ないと均一なＡｌｚＯ３皮膜を安定して形成させること
が困難である。しかし、６％を超えると脆化が著しくな
るので、基本的には１〜６％の範囲とする。

しかし、ＳｉＯ□均一皮膜を形成させるために、Ｓｉを
１．０％以上含有させる場合には、Ａｌは０．２％以下
とする。

Ｎ：Ｎは、光輝焼鈍中での表面層偏析により、皮膜の耐
酸化特性を劣化させるので低い方が良い。

従って、Ｎの含有量は０．０２％以下とする。

Ｔｉ　　Ｎｂ：これらは、いずれも鋼中のＣ，Ｎを固定
して靭性、耐食性を向上させるのに有効な元素であり、
そのためには０．０５％以上が要求されるが、０．５％
を超えて含有させると、表面疵１加熱変色の促進作用が
あるので、０．５％以下とする。

Ｚｒ、　ＲＥＭ　　：これらは、いずれもＡｌまたはＳ
ｉの格子拡散の促進効果により、ＡｌｔｏｓまたはＳｉ
Ｏ□の均一皮膜を形成しやすくする。しかし、あまり多
すぎると加工性に有害となるので、それぞれＺ「：０．
０５〜０．５０％、ＲＥＭ　：０．００１〜０．０５％
の範囲内とする。

なお、ステンレス鋼表面に形成する酸化膜それ自体につ
いては、まず、６５０℃という高温域に加熱してもテン
パーカラーが発生しないようになるためには、前記酸化
度ｎり（ＳｉＯ□、　Ａｌ□０３）の金属成分中に占め
るＳｉまたはＡｌの含有量が１ｌｌｏａ　ｔ、％以−り
でなければならないことが判った。

つぎに、本発明において好ましい光輝焼鈍の条件につい
て説明する。

第１図は、第１表中に示したＮｏ、　４の組成の合金を
用いて、露点−５５℃、最高加熱温度９００℃とし、昇
温速度を０．１〜ｂパーカラーが着色しない最高温度を調べた結果を示した
ものである。この第１図から判るように、昇温速度が１
０℃／Ｓ以下であれば６５０℃までテンパーカラー変色
はほとんどない。

また、第２図は、第１表中の１１ｈ２．Ｉｔ４合金につ
いて、光輝焼鈍時における最高加熱温度と耐テンパーカ
ラー限界温度の関係を示したものである。

この第２図から判るように、ＣおよびＮなどの表層析出
を促進するＴｉなどの添加元素があるときは、光輝焼鈍
最高加熱温度を低くする必要がある。

なお、第１図、第２図における評価は、いずれもＪＩＳ
　２８７２９の色差（ΔＥ）で行い、ΔＥ３．０未満で
は外観で変色はほとんど認められず、ΔＥ３．０以上で
は明らかな変色が認められる。

〔実施例〕

第１表に示す成分組成を有するフェライトステンレス鋼
を、１０ｋｇ大気誘導炉にて溶製し、鋳造鍛造、熱間圧
延、熱処理１冷間圧延等を経て最終ｌ　ｓｓの仮を製造
し、次いで種々の光輝焼鈍条件にて熱処理を施した。

このようにして製造した合金板を５００℃Ｘ１ｔｉｒお
よび６５０℃Ｘ１ｈｒの条件で大気酸化させ、耐テンパ
ーカラー性を調べた。この耐テンパーカラー性はＪＩＳ
　Ｚ８７２９．２８７３０による色差ΔＥによって評価
した。その結果を同じく第１表に示すが、本発明鋼（遅
１〜階６）は、いずれも光輝焼鈍によって生成した酸化
皮膜の場合、その皮膜中の金属成分中に占めるＳｉある
いはＡｌの含有量がそれぞれ８０％以上を含んでおり、
はぼ純粋に近いＳｉＯ□またはＡｌ２Ｏ，皮膜が形成さ
れていることが明らかであり、しかもそれによって耐テ
ンパーカラー特性に優れていることが判った。

（発明の効果〕以上説明したように本発明によれば、大気中６００℃以
上の高温に曝される環境においても、変色度（ΔＥ　：
　６５０℃ｘｌｈｒ）が１．６以下を示す極めて良好な
耐テンパーカラー着色性を有するので、多機能電子レン
ジの加熱反射板の如き高温装飾用材料として好ましい材
料を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、光輝焼鈍における昇温速度と加熱温度との関
係を示すグラフ、第２図は、光輝焼鈍時最高加熱温度と耐テンパーカラー
限界温度との関係を示すグラフである。特許出願人　日本冶金工業株式会社代理人　弁理士　　小　川　順　三同　　弁理士　　中　村　盛　夫第１図試料：ｊ６４ＤｅＷ　ｐ、ニー５５ＣＨｅａｔ　ｒａｔｅ：　ｒＣ／５ｅｃ０．１　　　　１．０　　　　１０　　　５０昇濡速度
（Ｃ／５ｅｔＣ）光輝焼鈍時最高加熱湿度ＩＣ）

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｃ≦０．０３ｗｔ％、Ｓｉ：１．０〜４．０ｗｔ％
、Ｍｎ≦１．０ｗｔ％、Ｐ≦０．０３ｗｔ％、Ｓ≦０．
００５ｗｔ％、Ｃｒ：１１．０〜２５．０ｗｔ％、Ａｌ
≦０．２ｗｔ％およびＮ≦０．０２ｗｔ％を含み、残部
実質的にＦｅからなるフェライト系ステンレス鋼素材を
、昇温速度１０℃／ｓｅｃ以下、最高加熱温度８５０〜
１０５０℃、露点−４０℃以下の条件で光輝焼鈍するこ
とにより、表面に、膜厚２００Å以下でその膜内金属成
分中に占めるＳｉもしくはＡｌを８０ａｔ％以上含有す
るＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３のいずれか１種からなる
酸化皮膜を形成させることを特徴とする高温での耐変色
性に優れるフェライト系ステンレス鋼の製造方法。２、Ｃ≦０．０３ｗｔ％、Ｓｉ＜１．０ｗｔ％、Ｍｎ≦
１．０ｗｔ％、Ｐ≦０．０３ｗｔ％、Ｓ≦０．００５ｗ
ｔ％、Ｃｒ：１１．０〜２５．０ｗｔ％、Ａｌ：１．０
〜６．０ｗｔ％およびＮ≦０．０２ｗｔ％を含み、残部
実質的にＦｅからなるフェライト系ステンレス鋼素材を
、昇温速度１０℃／ｓｅｃ以下、最高加熱温度８５０〜
１０５０℃、露点−４０℃以下の条件で光輝焼鈍するこ
とにより、表面に、膜厚２００Å以下でその膜内金属成
分中に占めるＳｉもしくはＡｌを８０ａｔ％以上含有す
るＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３のいずれか１種からなる
酸化皮膜を形成させることを特徴とする高温での耐変色
性に優れるフェライトステンレス鋼の製造方法。３、Ｃ≦０．０３ｗｔ％、Ｓｉ：１．０〜４．０ｗｔ％
、Ｍｎ≦１．０ｗｔ％、Ｐ≦０．０３ｗｔ％、Ｓ≦０．
００５ｗｔ％、Ｃｒ：１１．０〜２５．０ｗｔ％、Ａｌ
≦０．２ｗｔ％、Ｎ≦０．０２ｗｔ％を含み、さらにＴ
ｉ：０．０５〜０．５０％、およびＮｂ：０．０５〜０
．５０ｗｔ％のいずれか少なくとも１種を合計で０．５
％以下を含有し、残部実質的にＦｅからなるフェライト
ステンレス鋼素材を、昇温速度１０℃／ｓｅｃ以下、最
高加熱温度８５０〜９５０℃、露点−４０℃以下の条件
で光輝焼鈍することにより、表面に、膜厚２００Å以下
でその膜内金属成分中に占めるＳｉもしくはＡｌを８０
ａｔ％以上含有するＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３のいず
れか１種からなる酸化皮膜を形成させることを特徴とす
る高温での耐変色性に優れるフェライト系ステンレス鋼
の製造方法。４、Ｃ≦０．０３ｗｔ％、Ｓｉ＜１．０ｗｔ％、Ｍｎ≦
１．０ｗｔ％、Ｐ≦０．０３ｗｔ％、Ｓ≦０．００５ｗ
ｔ％、Ｃｒ：１１．０〜２５．０ｗｔ％、Ａｌ：１．０
〜６．０％およびＮ≦０．０２％を含み、さらにＴｉ：
０．０５〜０．５０％およびＮｂ：０．０５〜０．５０
％のいずれか少なくとも１種を合計で０．５％以下含有
し、残部実質的にＦｅからなるフェライト系ステンレス
鋼素材を、昇温速度１０℃／ｓｅｃ以下、最高加熱温度
８５０〜９５０℃、露点−４０℃以下の条件で光輝焼鈍
することにより、表面に、膜厚２００Å以下でその膜内
金属成分中に占めるＳｉもしくはＡｌを８０ａｔ％以上
含有するＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３のいずれか１種か
らなる酸化皮膜を形成させることを特徴とする高温での
耐変色性に優れるフェライト系ステンレス鋼の製造方法
。５、請求項第１〜第４項のいずれか１つに記載の製造方
法において、前記フェライトステンレス鋼素材に、Ｚｒ
：０．０５〜０．５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．０５
のいずれか少なくとも１種を含有させたことを特徴とす
るフェライト系ステンレス鋼の製造方法。