JPH0548293B2

JPH0548293B2 -

Info

Publication number: JPH0548293B2
Application number: JP1004727A
Authority: JP
Inventors: Yoshihito Fujiwara; Masaomi Tsuda; Kazuo Ebato
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: 1993-07-21
Also published as: JPH02185962A

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）に優れるフエ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エラ
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つた。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、
使用限度温度がせいぜい500℃程度にしかすぎな
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
なつてきている。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Al₂O₃やSiO₂
のセラミツクスを、厚さ1000Å〜2000Åに気相め
つき法などにてコーテイングする方法を提案して
いる。しかし、セラミツ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℃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
つて起こる可視光の干渉、すなわちテンパーカラ
ー着色が生じる。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、Al、Siを含む酸化膜は、
高温まで皮膜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。従つて、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、Al₂O₃やSiO₂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つても、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
大きくなる。さて、Al₂O₃やSiO₂を含むこれらの酸化皮膜を
形成するには、ステンレス鋼中の他の金属成分、
例えばFe、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
たつては、常温から最高加熱温度まで温度が変化
し、それに伴つて露点が一定であつても酸化ポテ
ンシヤルが変化するので、従来方法では均一な
Al₂O₃やSiO₂の酸化皮膜を形成するのは困難であ
つた。また、このようにして形成したAl₂O₃やSiO₂の
酸化皮膜であつても、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、その特定は、大気酸化でせいぜ
い500℃が限度であつた。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焼鈍、加熱機器の普及で
500℃を越えても変色性に優れるという特性が要
求されるようになつてきており、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Al₂O₃、SiO₂の酸
化皮膜を均一にすることが重要であることが判つ
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
とも判つた。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
輝焼鈍中での皮膜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つ
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つても、金属に
対する酸化ポテンシヤル、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、SiO₂またはAl₂O₃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つた。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エライト系ステン
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
く抑えること、また、Ｃ、Ｎなどの表層析出を促
進するTi、Nbなどをフエ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つた。さらに、Zr、
REM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つた。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、Al₂O₃、SiO₂の均一皮膜を形
成するのに有効となることも判つた。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エライトステン
レス鋼すなわち、Ｃ0.03wt％、Mn1.0wt％、Ｐ0.03wt％、
Ｓ0.005wt％、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
によつて構成されたフエライト系ステンレス鋼に
ついて、

〔作用〕

本発明において、フエ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、
Al₂O₃またはSiO₂の均一膜の形成が悪いからであ
る。このフエ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。Ｃ：Ｃ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、SiO₂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、１％以上４％以下とする。しかし、Alを１％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200Å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、１％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、１％以下とする。Ｐ：Ｐは、表面へ拡散偏析し、Al₂O₃またはSiO₂
皮膜の形成を阻害するので低いほど良く、従つ
て、0.03％以下とする。Ｓ：Ｓは、表面へ拡散偏析し、Al₂O₃またはSiO₂
皮膜の形成を阻害するので低いほど良く、従つ
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11％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、１％以上
含有させないと均一なAl₂O₃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、SiO₂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。従つて、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、
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まははSiの格
子拡散の促進効果により、Al₂O₃またはSiO₂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
Zi：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、前記酸化皮膜（SiO₂、Al₂O₃）の金属
成分中に占めるSiまたはAlの含有量が80at％以
上でなければならないことが判つた。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℃、最高温度900℃、光輝焼
鈍時間２分、光輝焼鈍雰囲気をアンモニア分解ガ
ス雰囲気とし、昇温速度を0.1〜50℃／ｓまで変
化させた後、テン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10℃／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No.２、No.４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 Z8729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。

【表】

〔実施例〕

第１表に示す成分組成を有するフエライトステ
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、冷間圧延等を経て最終
１mmの板を製造し、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℃×1hrお
よび650℃×1hr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、Z8730による色差ΔEによつて評価し
た。その結果を同じく第１表に示すが、本発明鋼
（No.１〜No.６）は、いずれも光輝焼鈍によつて生
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、ほぼ純粋に近いSiO₂または
Al₂O₃皮膜が形成されていることが明らかであ
り、しかもそれによつて耐テンパーカラー特性に
優れていることが判つた。〔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℃×1hr）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。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ0.03wt％、Si：1.0〜4.0wt％、Mn
1.0wt％、Ｐ0.03wt％、Ｓ0.005wt％、Cr：
11.0〜25.0wt％、Al0.2wt％およびＮ0.02wt
％を含み、残部実質的にFeからなるフエライト
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200
Å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SiO₂、Al₂O₃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エライト系ステ
ンレス鋼の製造方法。２Ｃ0.03wt％、Si＜1.0wt％、Mn1.0wt％、
Ｐ0.03wt％、Ｓ0.005wt％、Cr：11.0〜
25.0wt％、Al：1.0〜〜6.0wt％およびＮ0.02wt
％を含み、残部実質的にFeからなるフエライト
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200
Å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SiO₂、Al₂O₃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エライトステン
レス鋼の製造方法。３Ｃ0.03wt％、Si：1.0〜4.0wt％、Mn
1.0wt％、Ｐ0.03wt％、Ｓ0.005wt％、Cr：
11.0〜25.0wt％、Al0.2wt％、Ｎ0.02wt％を
含み、さらにTi：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
エ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80at％以上含有するSiO₂、Al₂O₃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エライ
ト系ステンレス鋼の製造方法。４Ｃ0.03wt％、Si＜1.0wt％、Mn1.0wt％、
Ｐ0.03wt％、Ｓ0.005wt％、Cr：11.0〜
25.0wt％、Al：1.0〜6.0％およびＮ0.02％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からなるフエライ
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SiO₂、Al₂O₃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エライト系
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、前記フエ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
とするフエライト系ステンレス鋼の製造方法。