JPS6017055A - 耐候性の優れたＦｅ−Ｃｒ鋼 - Google Patents

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】 との発明は、屋外に暴露された際の腐食進行速度が極め
て遅い上、赤銹の発生も少なく、従って外装材等に使用
して優れた寿命を発揮し、かつ良好な外観を呈する高耐
候性Ｆｅ−Ｃｒ鋼に関するものである。

近年、屋外で使用される建材、コンテナ、或いは車輌や
船舶の部品等として、価格が比較的安価である上、良好
な腐食抵抗性を有しているということで、耐候性鋼の使
用が目立つように々ってきた。

耐候性鋼は、普通鋼に少量のＯｒ、　ｃｕ、Ｐ等を含有
させた化学成分組成を有しているものであり、屋外での
使用によって形成される鉄層が極めて緻密なために、格
別な防錆処理を施さなくても地金のそれ以上の腐食が抑
制されるという特性を備え２− ていて、屋外における長年月にわたっての使用が可能な
材料として知られているものである。

しかしながら、このような従来の耐候性鋼は、使用に際
して屋外に暴露するとその初期に大量の赤銹を発生する
ものであり、しかも、雨水等によりこれが周囲に流れ出
すので、外観上極めて不都合な状況を作り出すものであ
った。もちろん、このような使用初期の醜い発銹を少な
くする目的で防錆処理等を施すことも検討されたが、こ
れには多くの労力や費用が必要となり、耐候性鋼の持つ
利点を生かす手段とはなシ得ないものであった。

更に、耐候性鋼が本来の性能を発揮するのは、使用開始
後数年を経て、表面に保護性の高い鉄層が形成されてか
らであるが、このよう寿保護性鉄層が形成された後であ
っても使用環境によってはその腐食速度がかなり速いと
いうことも報告されており、例えば、都市のビルディン
グの外装材に使用したところ、腐食の進行が予想以上に
速くて鉄層の剥離が激しく、下を通る人に降りかかって
衣服等を汚したという事故も知られている。

３− このように、従来の耐候性鋼は、長時間の屋外での使用
において普通鋼よりも優れた耐食性を示しはするものの
、その性能は十分でなく、とりわけ外観を重視する用途
には不適当なものであり、Ｉ〜かも、表面に保護性の高
い鉄層が形成されるためには適度の周期で乾燥及び湿潤
が繰返される必要があって、常時湿った状態では腐食速
度において普通鋼と大差が無いところから、自ずとその
用途が制限されるものであった。

一方、鉄鋼の発銹を抑える目的で開発されたステンレス
鋼は、通常１１％以上のＯｒ（以下、成分割合を表わす
係は重量割合とする）を含有するため耐候性鋼に比べて
はるかに耐食性が優れているが、高価格であることの他
に、次のような不都合点があるため、耐候性鋼と同様の
用途には供し得々いものであった。

即ち、ステンレス鋼の場合には、耐候性鋼のように全面
的な発銹や腐食は起らず、腐食は点状の「局部的腐食」
の形態をとるため、−見、軽度の腐食のように観察され
るが、腐食の発生した部分４− の侵食速度は全面腐食の起きる耐候性鋼よりもむしろ速
くて、比較的短時間で貫通孔を生じることすらある。こ
れは「孔食」として良く知られている現象でステンレス
鋼発銹の主因となっており、海岸地方のように塩素イオ
ンを多く含む雨等に曝された場合に起きやすい。

第１図は、耐候性鋼とステンレス鋼の腐食進行状況を比
較した模式図であるが、第１図（ａ）に示されるように
耐候性鋼の場合には鋼の全面が腐食されて肉減りがほぼ
均一に起きるのに対して、ステンレス鋼では、第１図（
ｂ）に示されるように腐食が局部に集中して起きるので
深い腐食孔が生じ、はなはだしいときには貫通孔を生じ
てしまうこととなる。なお、第１図において、符号１で
示されるものは鋼本体、符号２で示されるものは腐食部
である。

このように、比較的短期間で貫通孔を生ずることは外装
材にとって致命的なことであるが、例え貫通孔を生じな
いとしても、特有の金属光沢を有していて「さびない鋼
」としてのイメージが強い５− ステンレス鋼に班点状の赤銹が生じることは、外観上非
常に見苦しく、かつ目立ちやすいこともあって、必要以
上に嫌われる傾向にあったのである。

本発明者等は、上述のような観点から、■　従来の耐候
性鋼のように、屋外での使用の初期に大量の赤銹が出す
、しかも比較的短期間で安定した鉄層が形成されること
、 ■　銹の色がいわゆる赤銹色ではなく、より黒味を帯び
た落ち着いた色調に々ること、■　腐食速度が従来の耐
候性鋼に比べてはるかに遅く、地金に対する鉄層の密着
性も優れていること、 ■　ステンレス鋼のような局部的な腐食が発生せず、全
面が均一に腐食されること、 ■　塗装性が良好で、塗膜の密着性が良く、塗装によっ
て耐食性が一段と向上すること、以上■〜■に示したよ
うな特性を有し、例えば建材（外装材）等の外観が重視
される用途にも供し得る鋼を見出すべく、特に赤銹発生
量の少ないステンレス鋼の孔食に関して基礎的な研究を
繰返し６− たところ、次のような結論を得るに至ったのである。即
ち、 ステンレス鋼の耐食性がその表面に形成された不働態皮
膜によって保たれているということは良く知られた事項
であシ、この不働態皮膜はＯｒの酸化物を主体とする極
く薄い酸化物皮膜であるとされているが、実際上、該皮
膜は必ずしも均一なものではなく、多くの欠陥を有して
いる。従って、使用環境中に塩素イオンが存在すると、
この欠陥部から前記のような孔食が発生することとなる
。

そして、これを電気化学的にみると、前記欠陥部がアノ
ードとなり、酸化皮膜に覆われた健全部がカソードとな
って腐食が進行するという形で説明されるが、ステンレ
ス鋼では上述したようにカソードの面積がはるかに大き
いため、極く小さなアノードの溶出、即ち欠陥部の腐食
が特に促進されやすく々るものであること。

そこで、本発明者等は、このような結論をふまえて、耐
食鋼の孔食現象を防止するには上述のアノードとカソー
ドを程良くバランスさせて腐食が７− 局部に集中しないように配慮する必要があり、また逆に
、表面に不働態皮膜を有し、かつアノードとカソードの
バランスが良好な鋼を実現すれば、孔食を生じることか
々く、しかも腐食速度の遅い特性を備えているはずであ
るとの観点の下に、耐全面腐食性に優れていると同時に
局部腐食も優れている鋼を製造するだめの更なる研究を
重ねた結。

果、 （ａｌ　普通鋼に４〜１０チのＯｒを含有させると、ス
テンレス鋼に比べて耐誘性はかな９弱いものではあるが
、腐食に際してアノードになる部分とカソードになる部
分とのバランスの良好な不働態皮膜が表面に形成され、
従来の耐候性鋼よシも腐食速度が十分に遅い上、赤銹発
生量が少ない鋼が得・られること、 （ｂ）　前記鋼に、更に、０．１０％以上のＳｉｉ添加
すると脱酸によって健全な鋼質が得られるとともに、耐
候性がより向上すること、 （Ｃ）　このように、特定量のＯｒと８１を添加した鋼
に、少量のＯｕ、Ｐ、　Ｎｉ、　Ｍｏ、　Ｔｉ、　Ｎｂ
及びＭの１種８− 以上を含有せしめると、初期の腐食に続く孔食状或いは
全面腐食状の腐食現象が一層強力に抑制されるとととな
り、耐候性の極めて優れた鋼が得られること、 （ｄ）　即ち、普通鋼に４〜１０％のＯｒｆ添加含有せ
しめるとともにＳ１含有量１０．１０％以上とし、更に
少量のＯｕ、Ｐ、　Ｎｉ、　Ｍｏ、　Ｔｉ、　Ｎｂ及び
Ｍの１種以上を添加すると、鋼を構成する各成分の作用
が相互に絡み合い補い合って、腐食環境での全面腐食が
最小限に抑えられると同時に局部腐食を生ずることもな
い、外装材として好適な高耐候性鋼が得られること、 以上（ａ）〜（ｄ）に示す如き知見を得たのである。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであシ、 鋼を、 ａ：ｏ、００５〜０．１００チ、 ｓｌ：ｏ、１０Ｌｙ６以上１．００チ未満、Ｍｎ：２．
ｏｏｑ６以下、 Ｃｒ：　４．００〜１０．００　％、 ９− 全含有するとともに、更に、 Ｃ！ｕ：　０．１０〜３．００　％、 Ｐ：０．０５〜０．３０％、 Ｎｉ：０．１０〜３．００％、 Ｍｏ：０．１０〜３．００％、 Ｔｉ：０．０５〜０．５０ｑ６、 Ｎｂ：０．０５〜０．５０係、 Ｍ　：　０．０５〜１．００％、 のうちの１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避不純物：残シ、 から成る成分組成に構成することによシ、優れた耐候性
を付与せしめた点に特徴を有するものである。

なお、この発明のＦｅ　−Ｃｒ鋼は、大気中溶解等、通
常の方法によって十分に製造が可能である。

次いで、この発明のＦｅ　−Ｃｒ鋼の化学成分割合を前
記のように数値限定した理由を説明する。

■　Ｃ Ｃ成分には、鋼に必要な強度を確保する作用があるが、
その含有量が０．００５％未満では前記作１０− 用に所望の効果を得ることができず、他方ｏ、ｉｏ。

％を越えて含有させると加工性及び溶接性が劣化するよ
うに々ることから、Ｃ含有量’ｉｏ、００５〜０．１０
０係と定めた。

■　５ｊ− ８１成分は、鋼の脱酸作用のほか、耐候性を向上させる
作用を有しているが、その含有量が０．１０チ未満では
前記作用に所望の効果が得られず、他方１．００％以上
含有させると靭性や溶接性に劣化傾向が認められるよう
になることがら、ｓ１含有量を０．１０〜１．００％と
定めた。

ｃ　Ｍｎ Ｍｎ成分には、鋼の脱酸作用のほか、熱間加工性をも向
上させる作用があるが、２．００チを越えて含有させる
と靭性劣化を招くようになることから、Ｍｎ含有量の上
限を２．００％と定めた。

■　０ｒ Ｏｒ酸成分、鋼に良好な耐候性を付与する上で最も重要
な元素であるが、その含有量が４．０’０％未満では所
望の耐候性を確保できずに腐食速度が犬きな値を示し、
他方ｉｏ、ｏｏ％を越えて含有させると孔食状の腐食が
発生しゃすくなることがら、Ｏｒ含有量を４．００〜１
０．００チと定めた。

■　Ｏｕ、Ｐ、　Ｎｉ、　Ｍｏ、　Ｔｉ、　Ｎｂ、及び
Ｍこれらの成分には、特定量のＯｒ及びＳｉを含有する
鋼の耐候性を著しく向上する作用があるので、１種以上
を添加するものであるが、以下、個々の成分の含有割合
を特定の値に限定した理由を付随的な作用とともに詳述
する。

１）　Ｃｕ Ｃｕ成分には、鋼の局部腐食全抑制する作用のほか、腐
食速度を遅くする作用があるが、その含有量が０．１０
　％未満では前記作用に所望の効果が得られず、他方３
．００％を越えて含有せしめてもより以上の効果の向上
が望めず、コストアップの原因ともなることから、Ｏｕ
含有量を０．１０へ−３，００チと定めた。

２）　ｐ Ｐ成分は、腐食のアノード反応及びカソード反応を促進
するので、これを添加した鋼の大気暴露の初期には発銹
がかえって多くなる現象がみられるが、長期間の大気暴
露の下では均一な鉄層を形成する作用を発揮し、孔食的
な腐食を抑制することとなる。しかしながら、その含有
量が０１０５チ未満では所望の効果を得ることができず
、他方０．３０％ｉ越えて含有させると溶接性を悪化す
るようになることから、Ｐ含有量を０．０５〜０，３０
％と定めた。

３）ＮＩ Ｎ１成分には、腐食速度を減少させて耐候性を向上する
作用があるが、その含有量が０．１０％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、他方３．００％ｆｆ：越え
て含有させると加工性の劣化を招くとともにコストアッ
プの原因とも々ることから、Ｎ１含有量を０．１０〜３
．　ＯＯ％と定めた。

４）ＭＯ Ｍｏ成分は、０．１０％以上の添加で耐食性、耐候性を
向上させる効果を発揮するが、高価な元素であるので経
済性を考慮してその上限ｉ３．ｏＯチと定めた。

１３− ５）ＴＩ Ｔ１成分は、０．０５４以上の添加で耐候性を向」ニさ
せる効果を発揮するが、０．５０４ｉ越えて添加含有せ
しめてもそれ以上の改善効果が認められないことから、
Ｔｉ含有量を０．０５〜０．５０チと定めた。

６）　Ｎｂ Ｎｂ成分は、０．０５％以上の添加で耐候性向上効果を
発揮するが、０．５０％’ｉｉ越えて添加含有させると
加工性を損うようになることがら、Ｎｂ含有量’に０．
０５〜０５０％と定めた。

７）　Ｍ Ｍ成分は、０．０５％以上の添加で耐候性改善効果を発
揮するが、１．００％を越えて含有させると加工性を害
するようになることがら、Ｍ含有量を０．０５〜１．０
０チと定めた。

この発明のＦｅ　−Ｃｒ鋼は、上記のような成分組成か
らなるものであるが、実用的な成分の組合せとしては、 ｃ　：　０．００５〜０．１００ｑ６、１４− ｓｉ：ｏ、１０チ以上１．００％未満、Ｍｎ　：　２．
００％以下、　Ｑｒ：　４．００〜１０．００％。

全含有せしめ、かつ、 Ｏｕ：　０．１０〜３．００％、Ｐ　：　０．０５〜０
１３０％。

の１種以上を含捷せるか、或いは更に、Ｎｉ：ｏ、１ｏ
〜３，００チ、　Ｍｏ：　０．１０−３．００係。

Ｔｉ、　：　０．０５〜０．５０％、　Ｎｂ：　０．０
５〜０．５０％。

Ｍ：０．０５〜１．００％。

のうちの１種以上をも含有せしめ、残りを実質的にＦｅ
とするものが推奨でき、また一方では、前記と同量のＯ
、Ｓ土１Ｍｎ及びＯｒｉ含有せしめるとともに、 Ｔｉ：０．０５〜０，５０係、Ｎｂ：０．０５〜０．５
０％。

の１種以上を含有せしめ、更に必要に応じて、Ｏｕ：　
０．１０〜３．００％、　Ｎｉ：　０．１０〜３．００
％。

Ｍｏ：０．１０〜３．００係、ＡＡ：０．０５〜１．０
０％。

のうちの１種以上をも含ましめ、残９を実質的にＦｅと
するものも実用的なものとして推奨できる。

次に、この発明を実施例により比較例と対比しながら説
明する。

実施例　１ まず、第１表に示される如き化学成分組成の鋼１〜６１
６を、高周波誘導加熱式の電気炉にて溶製し、］、ＯＫ
りの鋼塊とした。

次いで、これを常法通り、熱延、中間焼鈍（７５０〜８
３０℃に１８分保持）、冷延、仕上焼鈍（７５０〜８３
０℃に３分保持）、溶融塩浴処理、及び酸洗の工程にて
板厚：１．０ｍの試験材を調製した。

続いて、これから寸法が１．ＯｔＸｌ　１０ＸＩＩＯの
試験片を切り出し、表面’ｉ＃６００湿式研摩した後、
大気暴露試験に供した。試験地は新潟県上越市の海岸地
方であり、１１月から３月にかけては季節風による塩害
がひどく、腐食環境の厳しい試験地である。以下、その
結果について詳述する。

Ｏ試験開始２日目で、 鋼４１及び４２（従来の耐候性鋼相当材）は、全面が黄
土色の銹に覆われ、サビ汁が試験台に流れ出した。

一方、本発明鋼１〜３７には、多少の班点状発銹が認め
られたが、１１〜１３　％Ｏｒフェライト系ステンレス
鋼である鋼４３〜４５にはほとんど全鉄はみられなかっ
た。

○　試験開始１ケ月目では、 本発明鋼のうち、５％Ｏｒ鋼はほぼ全面が銹で覆われ、
また７係Ｏｒ鋼は約８０係が、９％Ｏｒ鋼は約５０係が
銹で覆われた。そして、この中でもＰ含有量の多いもの
が少ないものに比べて全鉄の程度が多く、鉄層の生成が
全面に広がるのが早いことが確認された。

一方、鋼４１及び４２（従来の耐候性鋼）の銹の色は、
初期の黄土色から茶色に変シ、鉄層がかなり厚く形成さ
れたのが目視でも観察できた。

また、鋼４３〜４５（フェライト系ステンレス鋼）にも
点状の全鉄が全面に認められた。

Ｏ試験開始後６ケ月、及び１年目に、 各鋼種につき１枚ずつの試験片をと９はずし、５〜１０
　％　ＨＮＯ３中でブラッシングするか、又は１０％Ｎ
ａＯＨ中で陰極電解処理することによって鉄層を取シ除
いた後、腐食減量及び最大侵食深さを調べたが、その結
果を第２表に示した。

第２表に示される結果からも明らかなように、本発明鋼
は従来の耐候性鋼（鋼４１及び４２）に比べて腐食減量
が著しく少なくなっている。そして、銹の色も、いわゆ
る「赤銹」という感じではなく、ダークブラウン系の落
ち着いた色調を呈していた。

また、ステンレス鋼（鋼４３〜４５）にはかなり深い孔
食が発生したのに対して、本発明鋼には孔食はほとんど
みられず、最大侵食深さの小さいことがわかる。

特に、Ｐｉ添加した鋼は、大気暴露初期には全鉄が早か
ったが、その後の腐食速度は遅く、孔食等の局部腐食も
全くみられ麦かった。

このように、本発明鋼は銹が全面に発生するけれども、
鉄層の厚さは従来の耐候性鋼に比べてはるかに薄く、色
調も暗褐色の落ち着いた感じとなる。−！た、従来の耐
候性鋼のように、大気暴露の初期に「サビ汁」が流れ出
すこともなく、周囲を汚すことがないので、建築外装材
のように美観を重んする用途にも十分に適するものであ
る。

実施例　２ 第１表に示される化学成分組成の、実施例１で用いた試
験材から、各鋼種とも寸法が１．　Ｏｔ　Ｘｌ　１０Ｘ
７０の板材を２枚切り出し、長い方の辺を幅：３０諭重
ね合わせてシーム溶接し、実施例１と同じ条件で大気暴
露試験を行った。

１年間の大気暴露試験の後試験片の調査を行った結果を
第２表に併せて示すが、本発明鋼１〜２６はいずれのも
のも母材部と溶接部の耐食性に差が認められなかったの
に対して、鋼４３及び４５（フェライト系ステンレス鋼
）は腐食によって溶接部から破断を生じていた。そして
、精密な調査の結果、鋼４３及び４５の場合は、溶接部
の割れ感受性が鋭敏化され、粒界腐食によって破断した
ことが明らかとなった。

このように、本発明鋼はいずれも、シーム溶接等の抵抗
溶接によっても耐食性の劣化が彦く、建築外装材等に使
用される場合にも、工事施行上極めて有利であることが
わかる。

２３− 上述のように、本発明によれば、屋外における使用に際
しての腐食進行速度が極めて遅く、使用初期の赤銹発生
も少ない、耐候性の優れたＦθ−Ｏｒ鋼を実現すること
ができ、建築外装材やその他用外で使用する機器類に適
用して長寿命を確保できる上、保守・点検も最少限度に
省略することが可能となるなど、産業上極めて有用な効
果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐候性鋼とステンレス鋼の腐食進行状況を比較
した模式図であシ、第１図（ａ）は耐候性鋼の腐食進行
状況を、第１図（ｂｌはステンレス鋼の腐食進行状況を
示すものである。 図面において、 １・・・鋼本体、　２・・・腐食部。 出願人　日本ステンレス株式会社 代理人　富　１）和　夫　ほか１名 ２４− 第１ （ａ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ：ｏ、００５〜０．１００％、 Ｓｉ：０．１０チ以上１．００チ未満、Ｍｎ：２．ＯＯ
   多以下、 Ｃｒ：　４．００〜１０．００　％、 を含有するとともに、更に、 Ｏｕ：　０．１０〜３．００％、 ｐ：Ｑ、ｏｓ〜０．３０チ、 Ｎｉ：０．１０〜３．００チ、 ＭＯ二〇、１０〜３．００％。 Ｔｉ：０．０５〜０．５０チ、 Ｎｌ）：０．０５〜０．５０％、 Ｍ：０．０５〜１．００チ、 のうちの１種以上をも含み、 １− Ｆｅ及び不可避不純物：残り、 （以上重量係）から成ることを特徴とする、耐候性の優
   れたＦｅ−Ｃｒ鋼。