JPS6013062B2 - 溶融めつき性とろう接性の優れたフエライト系ステンレス鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、従来そのままでは熔融めつきおよびろう嬢が
実質上不能であったフェライト系ステンレス鋼を、良好
にかつ作業性よく溶融めつきおよびろう援ができるよう
に改変することに成功した、溶融めつき性およびろう援
性の優れたフェライト系ステンレス鋼に関するものであ
る。

フヱィト系ステンレス鋼は溶融めつき性およびろう俵性
が悪いことはよく知られている。

これまで、フェライト系ステンレス鋼の溶融めつ性およ
びろう酸性を改善するための系統的な検討がなされた例
は少なく、フェライト系ステンレス鋼に対して溶融めつ
きまたはろう薮を必要とする場合には、電気機器部品の
ろう薮やバネ用ステンレス鋼の局部的なろう後、あるい
は配管用スンレスパィプの接合などに適用された処法を
援用しているにすぎなかった。したがって、フェライト
系ステンレス鋼の熔融めつき性およびろう綾性を改善す
る処法の公知例としては、‘１） 鋼表面に、溶融めつ
き性およびろう援性の優れた金属（例えば、錫、銅、ニ
ッケル、銀、金など）を数ミクロン厚さで電気めつきま
たは化学めつきで予め被覆する、‘２’ 鋼表面に生成
されている安定かつ強な酸化物皮膜を、高濃度の金属塩
化物水溶液や熔融塩あるいはリン酸を主成分とするフラ
ツクスなどを利用して、強制的に還元または溶解、除去
し、その表面を活性化する、といった表面予備処理を前
以つて施す方法が挙げられ、素材自体を溶融めつき性お
よびろう酸性に優れた性質に改変することに成功した例
は見ない。

前記の予備処理を施す公知例では、鋼板または鋼帯の連
続ラインによる溶融蛭鉛めつきや溶融アルミニウムはも
とより、錫めつきや鉛めつきの連続処理、ハンダ合金等
によるろう薮などの大量生産処理ができないとは明らか
である。

例えば｛１１の処法では、製造工程が複雑でコスト的に
不利となり、電子機器部材などのごとく一部の用途以外
には適用できない。また‘２）の方法では、鋼表面が活
性化が必ずしも充分でないために、溶融めつき格の温度
やろう倭温度を高くしたり、その反応時間を長くさせる
必要があるし、さらにハロゲン化物を含有するフラック
スや溶融塩の使用には特別の対策が必要で、公害問題や
コスト高という問題が避けられない。リン酸系フラック
スの場合においても、鋼表面の活性化に効果的な適正加
熱温度範囲が極めて狭くかつフラックスの熱分解生成物
の流動性が悪いために、溶融めつきおよびろう援時の作
業性が低下するのみならず、めつき層やろう酸部にフラ
ックスの熱分解生成物の巻き込みが起り、品質性能を損
うという問題がある。このようなことから、フェライト
系ステンレス鋼の圧延コイルを対象として連続的に、ハ
ンダ合金、錫、全日、亜鉛またはアルミニウムなどを溶
融めつきすることは実操業上不可能であった。本発明は
、かかる予備処理を施すことなく、フェライト系ステン
レス鋼の化学成分値を特定範囲に限定することにより鋼
表面の極表層を改善し、フェライト系ステンレス綱目体
に優れた溶融めつき性およびろう援性を付与することに
成功したものである。すなわち本発明は、０．１０％以
下のＣと１３．０〜２５．０％のＣｒを鋼中に含有する
フェライト系ステンレス鋼において、Ｓｉ含有量を０．
３０％以下Ｍｎ含有量を０．５０％以下、ＡＬ含有量を
０．０３％以下にそれぞれ制限し、そして０．００５〜
２．００％のＣｕと０．０１〜２．００％のＮｉを含有
させ、かつ製造過程において焼鈍工程を経ていることを
特徴とする熔融めき性とろう髪性に優れたフェライト系
ステンレス鋼を提供するものである。本発明の基本とす
るところは、フェライト系ステンレス鋼と熔融金属との
反応性に関して、次の事実を見出したことにある。

すなわち、一般に、暁錨・酸洗仕上げあるいは光輝燐鈍
仕上げの状態で市販されているフェライト系ステンレス
鋼の極表層には、主要合金元素のクロムの酸化物以外に
、シリコン、マンガン、アルミニウムなどが濃縮されて
おり、これらの諸元素の濃縮層が原因となって、フラッ
クスによる鋼表面の活性化を阻害し、溶融金属との反応
性を妨げていることがわかった。そのためにフェライト
系ステンレス鋼の溶融めつき性およびろう鞍性は極めて
低い水準にある。本発明者らは上記知見事実に基いて、
フェライト系ステンレス鋼の極表層に濃縮される諸元素
のうち、溶融めつき性およびろう酸性に有害に作用する
元素と有益に作用する元素を種々検討するとともに、有
害に作用する元素は銅の化学成分値としてどの程度まで
許容され得るか、また有益に作用する元素は鋼の化学成
分値としてどの程度必要であるかを、各元素の相互関連
において総合的かつ広範囲に実験検討を行なった。

その結果、鋼の製造工程におて燐鈍と酸洗工程を含むこ
とを前提とし、かつＣ；０．１０％以下、Ｃｒ；１３．
０〜２５％のフェライト系ステンレス鋼において、Ｓｉ
ミ０．３０％、Ｍｎミｏ．５ｏ％、ＡＩミ０．０３％と
し、かつ０．００５〜２．００％のＣｕと０．０１〜２
．００％のＮｉを含有させるならば、成品の極表層には
溶融金属との反応性の高い層（Ｓｉ−ｐｏｏｒ、Ｍｎ−
ｐｏｏｒ、ＡＩ−ｐｏｏｒ、Ｃｕ−ｒｉｃｈ、Ｎｉ−ｒ
ｉｃｈ）が形成され、溶融めつき性とろう酸性に非常に
優れた成品が得られるとが判明した。したがって、換言
すれば本発明は、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：０．０３
％以下、Ｍｎ：０．０５％以下、Ｃｒ；１３．０〜２５
．０％、Ｃｕ；０．００５〜２．００％、Ｎｉ；０．０
１〜２．００％、山；０．０３％以下の成分組成を有す
る鋼であって、その極表層において従来公知のフェライ
ト系ステンレス鋼に比べて、ｉ、Ｍｎ、ＡＩの量が非常
に少なく、かつＣｕとＮｉの濃縮層が形成されている溶
融めつき性およびろう薮性の優れたフェライト系ステン
レス鋼を提供するものである。このように本発明は、フ
ェライト系ステンレス鋼の極表層を溶融めつきおよびろ
う嬢に好適なように改変したことに特徴があり、本発明
鋼の成分組成はフェライト系ステンレス鋼という条件の
もとでこのような極表層が得られる最低許容条件を示し
たものである。

各合金元素の有量を個別に探り上げて、その限定理由を
述べることは、他の合金元素との相互関係上、厳密には
無理が伴うが、その概要を述べれば次のとおりである。
炭素（Ｃ）はその含有量が０．１０％を越えると粒間腐
食感受性が高くなって、従釆の耐食機能が劣化するし、
また製造面では熱間何工性が悪くなる。

このためＣの上限値を０．１０％とする。クロム（Ｃｒ
）は、フェライト系ステンレス鋼として、また耐食性を
向上せる元素として基本的な元素であるごしかし、その
含有量が多くなるほど、溶融金属との反応性が低下して
溶融めつき性およびろう酸性を劣化させるとともに、製
造コストの上昇、熱間加工性の低下、ジグマ腕化および
４７５００腕化の問題も惹起されるので、Ｃｒ含有量の
上限を２５・０％とする。他方、含有量が１３．０％よ
り少ないと、フェライト相の安定性が悪くなり、また耐
食性が大中に低下することになるので、その下限を１３
．０％とする。シリコン（Ｓｉ）はフェライト系ステン
レス鋼の極表層に濃縮してその溶融めつき性およびろう
薮性と著しく劣化させ、本発明の目的にとっては有害に
作用する元素である。したがってこの目的のためには、
シリコン含有量はできる限り少ない方が望ましい。しか
し、他の素との関連においてｏ．３０％まで許容される
。マンガン（Ｍｎ）は、フェライト系ステンレス鋼の極
表層に濃縮してその溶融めつき性およびろう嬢性を著し
く阻害し、本発明の目的によては有害に作用する元素で
ある。

したがってこの目的のためにはマンガン含有量はできる
限り少ない方が望ましい。しかし、他の元素との関連に
おいてｏ．５％まで許容される。アルミニウム（ＡＩ）
はフェライト系ステンレス鋼の極表層に濃縮してその溶
融めつき性およびろう嬢性を著しく阻害し、本発明の目
的にとっては有害に作用する元素である。

したがって本発明の目的のためにはできる限り少ない方
がよい。しかし、０．０３％までのＡＩは本発明におい
て許容される。 ・これら、Ｓ
ｉ、Ｍｎ、ＡＩは上述のように本発明の目的には有害に
作用するけれども、良好なフェライト系ステンレス鋼を
製造する上では、製造上必要元素である。

このようなことも考慮してそれぞれ上限値を定めた。銅
（Ｃｕ）は、焼鎚後の酸洗によってフェライト系ステン
レス鋼の極表層に濃縮する。

そしてこの極表層に濃縮したＣｕは、溶融めつき性およ
びろう綾性を改善する作用を供する。この意味で本発明
鋼にとってこのＣｕ‘ま重要な意義を有する。また耐食
性の向上にも有効である。このＣｕの添加効果を得るに
は少なくとも０・００５％が必要である。だが、２．０
０％を越えると、熱間加工性が低下し、製造上に問題が
生ずるようになる。このためＣｕの含有量は０．００５
〜２．０％とする。ニッケル（Ｎｉ）は暁錨後の酸洗に
よって、フェライト系ステンレス鋼の極表層に濃縮した
Ｎｉが、溶融めつき性およびろう酸性を高める。この意
味でＮｉは本発明鋼において重要な作用を供する。また
耐食性の向上にも有効に作用する。このＮｉの添加効果
を得るには少なとも０．０１％のＮｉ含有量が必要であ
る。しかし、２．０％を越えるＮｉ含有量では、他の元
素の含有量とも関連があるが、フェライト単相組織を保
持し得なくなるし、コストアップの要因ともなる。この
ため「Ｎｉ含有量は０．０１〜２．０％とする。以下に
代表的実施例を挙げて本発明を具体的に説明しよう。

供試鋼の化学成分値（重量％）を第１表に示した。

第 １ 表 第１表の供試鋼を、すべて次の条件で、暁錨および酸洗
した。

酸洗は電解酸洗の場合と化学酸洗の場合の２通りを個別
に実施した。焼鈍条件；８１５こ○×１８分→空冷 酸洗条件； ○｝電解酸洗の場合 電解液・・・・・・５％ＨＮ０３、６０ｏｏ電流密度・
・・・・・１５ｍＡ／の電解時間・・・・・・１９秒 ｛２｝化学算洗 酸洗液・・・…３％ＨＦ＋１５％ＨＮ０３、６０こ０酸
洗時間・・・・・・１９砂試験片方法；０．１３肌×３
仇肌×５仇奴この焼鎚および酸洗した各供試材を、以下
のような条件のハンダめつき性試験および亜鉛めつき性
試験に供した。

‘１｝ ハンダめつき性試験 ＺｎＣ１２６００ｇ／夕、ＮＨ４ＣＩ１６０ｇ／夕、濃
ＨＣ１２００の【′夕、残部がＱＯからなる水溶液フラ
ックスに供試材を浸潰して乾燥したあと、３０％錫と７
０％鉛からなるハンダ合金を３２０±３℃の温度に保持
しためつき格に２秒間浸潰し、引き上げた後の試験片表
面のめつきの良否によって、それぞれのハンダめつき性
を評価した。

‘２｝ 亜鉛めつき性試験 Ｚに１２６００ｇ／〆、ＮＨ４ＣＩ１６０ｇ／そ、濃Ｈ
ＣＩＩＯＯの‘／夕、残部が比○からなる水溶液フラッ
クスの供謎材を浸潰して乾燥したあと、亜鉛に０．２％
のアルミニウムを添加した４６０±３℃の亜鉛めつき格
に５秒間浸潰し、引き上げた後の試験片表面のめつきの
良否によってそれぞれの亜鉛めつき性を評価した。

この‘１’「‘２｝のいずれの試験においても、そのめ
つき性の評価は次の基準に拠って行なった。

◎印：均一、美麗にめつきされており、ピンホールもほ
とんど認められない。○印；均一にめつきされているが
、実用上差し支えない程度の微小ピンホールや、めき表
面に若干の肌荒れがみられる。

めつつき製品としては合格品である。

×印；直径数側以下の点状不めつきが若干発生しており
、表面の肌荒れも著しい。

めつき製品としては不合格品となる。

※印；直径数側以上の比較的大きな不めつきが発生して
おり、著しい場合は試験片表面積の半分以上が不めつき
となっている。

その評価結果を第２表（ハンダめき性試験）および第３
表（亜鉛めつき性試験）に表示した。

第２表 ハンダめつき性試′嫌結果三第３表 蝉鉛めつ
き性拭疎結果 第２表および第３表の結果から９らかなよつに、Ｓｉ、
Ｍｎ、Ｃｕ Ｎｉ、ＡＩのいずれか１種たは２種以上が
、本発明で規定する範囲を外れる比較鋼（舷．１２〜１
６）では、いづれもめつき性が悪く、実用に供し得ない
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｃ；０．１％以下、Ａｌ；０．０３％以下、Ｓｉ；
   １．３０％以下、Ｍｎ；０．５０％以下、Ｃｒ；１３．
   ０〜２５．０％、Ｎｉ；０．０１〜２．００％、Ｃｕ；
   ０．００５〜２．００％、残部がＦｅおよび下可避的不
   純物からなり、表面にＣｕおよびＮｉの濃縮層が形成さ
   れている溶融めつき性とろう接性に優れたフエライト系
   ステンレス鋼。