JPS6247948B2

JPS6247948B2 -

Info

Publication number: JPS6247948B2
Application number: JP20799984A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Sakon; Tooru Ito
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1987-10-12
Also published as: JPS6187877A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は耐高温酸化性のすぐれた酸化物皮膜を
ステンレス鋼表面に形成する方法に関するもので
ある。（従来の技術）ステンレス鋼は、これまで耐食性材料として多
用されてきたが、最近ではそのすぐれた耐高温酸
化性によつて耐熱材料としての用途が次第に拡大
されてきている。しかしながら、耐熱材料のさらされる環境は年
年厳しくなつており、それに伴ないステンレス鋼
の耐高温酸化性の向上に対する要求も次第に厳し
くなつてきている。従来、ステンレス鋼の耐高温酸化性を向上させ
る方法としては、例えば特公昭55―41290号公報
に開示されているように合金中のAlやSiの含有量
を増加させることが一般的であつた。しかし、この方法では伸びやエリクセン値など
で表わされる材料の機械的性質が低下する場合が
あるため、機械的性質を損うことなく耐高温酸化
性を向上させる方法のの開発が強く望まれてい
た。そのような対策の１つとして、ステンレス鋼の
表面特性を改質する方法が知られている。耐高温酸化性を向上させる目的でステンレス鋼
表面にAl₂O₃皮膜を形成させる方法としては、す
でに特公昭56―49993号公報および特公昭54―
27832号公報記載のものが公知であるが、前者は
Al粉を主成分とする顔料、ペースト、塗料等を
塗布することを特徴とするものであり、後者は重
リン酸アルミニウムを0.01％以上含有する水溶液
中において処理するものである。また、特公昭54―27833号公報には金属酸化物
ゾルの非水溶液を利用するFe―Cr―Al系合金の
異常酸化防止法が開示されている。しかしながら、本発明がSUS304鋼やSUS430鋼
に代表される汎用ステンレス鋼に対して企図され
たものであるのに対し、特公昭54―27833号公報
記載の方法はAl量の高いFe―Cr―Al系合金に特
有の異常酸化を防止するために利用される方法で
あるし、処理方法も異なつている。（発明が解決しようとする問題点）すなわち、本発明はフエライト系もしくはオー
ステナイト系ステンレス鋼の表面に、耐高温酸化
性のすぐれた酸化物皮膜を形成する新規な表面処
理方法を提供するものである。（問題点を解決するための手段・作用）本発明は、ステンレス鋼の表面に、Al、Si、
Zr、Ti、Co、ＹおよびCeのアルコキシドの１種
または２種以上を0.01重量％以上含むアルコール
溶液に微量の酸を添加した溶液を塗布することを
特徴とするステンレス鋼への耐高温酸化性皮膜形
成方法である。本発明の最も特徴とするところはAl、Si、Zr、
Ti、Co、ＹおよびCeのアルコキシドの１種また
は２種以上を含むアルコール溶液に微量の酸を添
加した溶液を塗布する点である。金属アルコキシドを含むアルコール溶液に酸を
添加すると、アルコール溶液のPHが下し、金属ア
ルコキシドの一部が加水分解し、含水酸化物ない
しはオキシ水酸化物の微粒コロイドゾルを生成す
る。なお、この微粒コロイドゾルの一部は凝集して
多少ゲル的な状態にまで変化しており、これによ
り皮膜の密着性が向上するものと考えられる。すなわち、本発明において塗布される溶液は金
属アルコキシド、金属酸化物ゾル、および比較的
低分子量の金属酸化物ゲルから成る混合溶液であ
り、特公昭54―27833号公報に記載されているよ
うなアルコール溶媒中に単に金属酸化物ゾルを分
散させた溶液とは異なつている。金属アルコキシドを含むアルコール溶液に添加
される酸としては、より微細なコロイドを生成で
きるという点で、多価アニオンを含まないHClな
どが好ましいが、H₂SO₄、H₃PO₄などでもよい。本発明で使用するAl、Si、Zr、Ti、Co、Ｙお
よびCeのアルコキシドとは、例えばアルミニウ
ムエトキシド、エチルシリケート、ジルコニウム
エトキシド、ブチルチタネート、イツトリウムエ
トキシドおよびセリウムエトキシドなどの化合物
であり、ステンレス鋼の表面に酸化物皮膜を均一
に生成させるためには金属アルコキシドをアルコ
ール溶媒により希釈して使用する。アルコール溶媒としては、金属アルコキシドを
分散させて安定に保持することができればよいの
で、特に制限はないが、メタノール、エタノー
ル、ブタノールなどの低級アルコールで十分であ
り、経済的にも好ましいものである。金属アルコキシドの濃度は、ステンレス鋼の表
面に一様な耐酸化性皮膜を形成するために0.01重
量％以上は必要であり、0.01重量％未満では耐酸
化性を維持するには不充分である。またあまり高
濃度にしても経済的に不利となるほか、高濃度に
するとかえつて皮膜が均一に形成されない場合も
あるので10重量％程度まででよい。本発明の方法により、ステンレス鋼の表面に密
着性の良好な耐酸化性皮膜を一様に形成するため
には、アルコキシドを0.01重量％以上含むアルコ
ール溶液に微量の酸を添加した溶液をステンレス
鋼に塗布した後、乾燥を行ない、さらに400〜
1200℃に加熱することが好ましい。なお、加熱処理後にもステンレス鋼自体の持つ
金属光沢を保持させるには、金属アルコキシドの
濃度を低くし、光輝焼鈍の場合のように還元性覆
囲気中で加熱処理を行なうようにすればよい。ただし、加熱処理の際の雰囲気中の酸素分圧は
耐高温酸化性皮膜を構成する酸化物の解離圧より
高いことが望ましい。本発明の方法はSUS430、SUS304などのフエラ
イト系、オーステナイト系のステンレス鋼に適用
することができ、耐酸化性を向上させることがで
きる。本発明を適用するステンレス鋼の成分を具体的
に説明すれば、ステンレス鋼であるのでCr11.0〜
26.0％を基本として含み、オーステナイト系ステ
ンレス鋼ではさらにNi6.0〜22.0％を含んでい
る。その他の基本的な成分としてはC0.15％以下、
Si3.0％以下、Mn2.0％以下とし、必要に応じて、
Al1.0％以下、N0.25％以下、Mo1％以下で添加
し、Ti、Zr、Nb、Ta、Ｙ、Ceも少量添加するこ
とができる。 CrおよびNiはステンレス鋼としての基本的な
元素であり、通常のフエライト系ステンレス鋼で
は11.0〜26.0％のCrを、鋼種によつてはさらに
0.5％以下のNiが含まれている。またオーステナ
イト系ステンレス鋼ではCr11.0〜26.0％とNi6.0
〜22.0％を含有する。Ｃ、Mn、ＮおよびMoはいずれもステンレス鋼
の耐高温酸化性を低下させる元素であるため、そ
の添加量が多くなると本発明の方法によつても、
耐酸化性の向上はそれほど期待できないので、元
素によつても異なるがC0.15％以下、Mn2.0％以
下、N0.25％以下およびMo1.0％以下とすること
が望ましい。 Si、Al、Ti、Zr、Nb、Ta、ＹおよびCeは、脱
酸剤、介在物の形態制御や、機械的特性の改善の
ためにステンレス鋼に添加されるが、これらの元
素はいずれもステンレス鋼の耐酸化性を向上させ
る元素であり、これらが多量に添加されたステン
レス鋼では素材自体の耐酸化性が向上し、本発明
の方法を適用することは不要である。このような
ステンレス鋼に本発明の方法を適用することは得
られる特性に比して経済的には不利となる。そのためこれらの元素では、Si3.0％、Al1.0
％、TiおよびZr合計で2.0％、NbおよびTa合計で
1.0％、ＹおよびCe合計で1.0％を上限とする。また、ＰおよびＳについては、特に限定するも
のではなく、通常のステンレス鋼に含まれる0.04
％以下のＰ、0.03％以下のＳ量では耐高温酸化性
に影響しないため、本発明の方法を適用するうえ
で問題となることはない。以下に本発明を実施例により説明する。（実施例）実施例１第１表に示す化学組成を有する商用ステンレス
鋼の0.5mm厚の冷延材を20×30mmの大きさに切断
し、アセトンで脱脂後第２表に示した各種の表面
処理を施した。なお、塗布用の金属アルコキシド溶液は次のよ
うに調製した。 10％の濃度の金属アルコキシドのエタノール溶
液（原液）100ccにその1/10体積の水、さらに酸
水溶液を加え良く撹拌する。４時間以上おいて酸
化物コロイドを良く析出させた後メタノールで希
釈する。第２表において金属アルコキシドの濃度はメタ
ノールで希釈された溶液に対する添加濃度（重量
％）、酸の濃度は添加前の値（重量％）、そして酸
の添加量は原液100ccあたりの値（cc）である。表面処理された試片を第２表に記載した条件
で、連続酸化し、酸化前後の重量変化を測定し
た。それらの結果をまとめて第３表に示す。第３表
からわかるように、本発明の表面処理を施した試
料は鋼種によらず極めて良好な耐酸化性を示し
た。これに対して、表面処理を施さない試料（試料
No.７および10）、および金属アルコキシド濃度が
0.01％に満たない試料（試料No.６および22）は耐
酸化性が悪かつた。実施例２真空溶解により溶製した鋼塊を熱延、焼鈍した
後、冷延により厚さ1.0mmの薄板とし、仕上焼鈍
を行なつた。酸洗により表面の酸化スケールを除
去した後、20×30mmの大きさに切断してアセトン
で脱脂し、第２表に示した各種の表面処理を施し
た。表面処理された試片を高温酸化試験に供し、酸
化前後の重量変化を測定した。供試材の化学成分および試験結果を第４表およ
び第５表に示す。第５表から明らかなように、SUS430鋼や
SUS304鋼を基本として、耐酸化性を向上させる
元素を多量に添加しないステンレス鋼でも耐高温
酸化性を著しく向上させることがわかる。（発明の効果）本発明による表面処理をステンレス鋼に施こす
ことにより、素材の機械的性質を変えることな
く、耐酸化性を向上することができ、従来耐酸化
性が低いとされて来たSUS304、SUS430のような
汎用ステンレス鋼の一層の有効利用を可能とする
ものである。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】

１フエライト系もしくはオーステナイト系ステ
ンレス鋼の表面に、Al、Si、Zr、Ti、Co、Ｙお
よびCeのアルコキシドの１種または２種以上を
0.01重量％以上含むアルコール溶液に微量の酸を
添加した溶液を塗布することを特徴とするステン
レス鋼への耐高温酸化性皮膜形成方法。