JP7526090B2 - Ferritic Stainless Steel - Google Patents
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Description
本発明は、表面に黒色酸化皮膜を有する耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼材に関する。 The present invention relates to a ferritic stainless steel material with excellent corrosion resistance and a black oxide film on the surface.
ステンレス鋼は耐食性に優れた素材であるだけでなく、ステンレス鋼が有する光沢のある銀白色の地肌を活かして内装及び外装建材等に使用されている。さらに、ステンレス鋼の意匠性を高める目的で化学発色法、塗装法、酸化処理法などの方法を用いて、黒色を代表とする色調が付与されることも多い。 Stainless steel is not only a material with excellent corrosion resistance, but it is also used in interior and exterior building materials, taking advantage of its shiny silver-white surface. Furthermore, in order to enhance the design of stainless steel, it is often given colors, typically black, using methods such as chemical coloring, painting, and oxidation treatment.
特許文献1や特許文献2に記載されているような酸化処理法によってステンレス鋼表面に黒色酸化皮膜を形成する手法は、ステンレス鋼の汎用的な製造工程である連続焼鈍設備を用いた連続的な処理が可能であり、化学発色法など他の処理に比べて高い生産性を有する。さらに酸化処理法によって形成した黒色酸化皮膜は保護性のあるCr酸化物が主となる層が形成されるため、高い耐食性を有している。
The method of forming a black oxide film on the surface of stainless steel by oxidation treatment methods such as those described in
しかし、特許文献1や特許文献2に記載されているような、酸化処理法によって形成された酸化皮膜は、主にCr酸化物からなるため高い耐食性を有する一方で、部分的な点状の異常酸化部が不可避的に形成される場合がある。
However, while the oxide film formed by the oxidation treatment methods described in
以下、図1を参照して、異常酸化部についてより詳細に説明する。
図1は、異常酸化部を説明するための模式図であり、(a)は異常酸化部を有する酸化皮膜が形成されたステンレス鋼材を示す平面図、(b)は断面図、(c)は(b)の四角形枠内の拡大図である。図1(a)に示すステンレス鋼材は、表面に酸化処理法によって形成された黒色酸化皮膜4を有する。この黒色酸化皮膜4は、主としてCr酸化物(Cr2O3)からなり、表面側にはCr2O3に加えてTiとCrの複合酸化物やMnとCrの複合酸化物が形成されることより黒色の色調が付与されている。しかしながら、酸化処理法により酸化皮膜を形成する際にCr主体の黒色酸化皮膜4が形成されずに、局所的にFe系酸化物が成長し、Fe主体の酸化皮膜からなる異常酸化部9が形成されることがある。なお、本明細書において、黒色酸化皮膜4と異常酸化部9とを合わせたステンレス鋼材表面に形成された酸化皮膜全体を単に「酸化皮膜」と称することもある。
The abnormal oxidation portion will be described in more detail below with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an abnormal oxidation part, in which (a) is a plan view showing a stainless steel material on which an oxide film having an abnormal oxidation part is formed, (b) is a cross-sectional view, and (c) is an enlarged view of the rectangular frame in (b). The stainless steel material shown in FIG. 1(a) has a
また、図1(b)及び(c)に示すように、黒色酸化皮膜4と素地3との界面近傍の素地表層5には、Al酸化物(Al2O3)やTi酸化物(TiO2)などの介在物が存在し、さらに、素地表層5の表面側には、黒色酸化皮膜4側にCrが抜け出て相対的に周りの素地に比べCr濃度が低くなったCr欠乏層51が存在する。Cr主体の黒色酸化皮膜4は、緻密かつ均一な構造を有するため、その下の素地3を保護する保護皮膜として機能する。一方、Fe主体の酸化皮膜からなる異常酸化部9は、Cr主体の黒色酸化皮膜4に比して隙間の多い構造を有するため、保護皮膜として十分機能しない。酸化処理法によって表面に酸化皮膜が形成されたステンレス鋼材は、異常酸化部9が形成され得るため、異常酸化部9が早期の発銹を招くおそれがあり、さらなる改善が求められていた。
1(b) and (c), inclusions such as Al oxide (Al 2 O 3 ) and Ti oxide (TiO 2 ) are present in the
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、表面に黒色酸化皮膜を有する耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼材を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a ferritic stainless steel material with excellent corrosion resistance and a black oxide film on the surface.
本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、酸化処理法による酸化皮膜を有するフェライト系ステンレス鋼材の耐食性向上には、異常酸化部及びその下に存在する介在物やCr欠乏層の除去が有効であること、それには水溶液中での電解処理が有効であることを明らかにした。すなわち、フェライト系ステンレス鋼の組成及び酸化皮膜の色調を制御した、表面に酸化皮膜を有するフェライト系ステンレス鋼材に対して、特定の条件のもと電解処理を施すことで、正常な黒色酸化皮膜の溶解を生じることなく異常酸化部及び異常酸化部直下の素地表層を溶解させることができ、黒色の色調を維持したまま耐食性を向上させることを見出し、本発明に至った。 The inventors conducted extensive research to solve the above problems and found that removing the abnormally oxidized parts and the inclusions and Cr-depleted layers underneath them is effective in improving the corrosion resistance of ferritic stainless steel materials with oxide films produced by oxidation treatment, and that electrolytic treatment in an aqueous solution is effective for this purpose. In other words, by subjecting ferritic stainless steel materials with oxide films on the surface, in which the composition of the ferritic stainless steel and the color tone of the oxide film are controlled, it is possible to dissolve the abnormally oxidized parts and the surface layer of the base material directly underneath the abnormally oxidized parts without dissolving the normal black oxide film, thereby improving corrosion resistance while maintaining the black color tone, which led to the present invention.
上記知見に基づき完成された本発明の要旨は以下の通りである。
(1)本発明の一態様に係るフェライト系ステンレス鋼材は、質量%で、C:0.05%以下、Si:1.0%以下、Mn:0.04~1.00%、P:0.05%以下、S:0.03%以下、Cr:16.00~25.00%、Ni:1.0%以下、Cu:0.6%以下、Mo:2.0%以下、N:0.03%以下、Al:0.50%以下、Ti:0.08~0.5%、Nb:0.50%以下かつNb及びTiの合計含有量が6(C+N)以上(C及びNは、C及びNの含有量をそれぞれ表す)であり、残部がFe及び不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼を素地として、明度指数L*≦45.0、クロマネチックス指数-5.0≦a*≦5.0、-5.0≦b*≦5.0を満たす黒色酸化皮膜が表面に形成されており、黒色酸化皮膜が形成されていない素地露出部を有し、素地露出部の面積率が0.1~5.0%、素地露出部の最大面積が0.100mm2以下を満たす。
The gist of the present invention, which has been completed based on the above findings, is as follows.
(1) A ferritic stainless steel material according to one embodiment of the present invention has, in mass%, C: 0.05% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 0.04 to 1.00%, P: 0.05% or less, S: 0.03% or less, Cr: 16.00 to 25.00%, Ni: 1.0% or less, Cu: 0.6% or less, Mo: 2.0% or less, N: 0.03% or less, Al: 0.50% or less, Ti: 0.08 to 0.5%, Nb: 0.50% or less, and the total content of Nb and Ti is 6 (C + N) or more (C and N represent the contents of C and N, respectively), with the balance being Fe and impurities. The ferritic stainless steel material has a composition as a base material, and has a lightness index L * ≦ 45.0, chromathetics index -5.0 ≦ a * ≦ 5.0, -5.0 ≦ b * A black oxide film satisfying the condition of ≦5.0 is formed on the surface, and the steel has exposed base material portions on which the black oxide film is not formed, the area ratio of the exposed base material portions being 0.1 to 5.0%, and the maximum area of the exposed base material portions being 0.100 mm2 or less.
(2)上記(1)に記載のフェライト系ステンレス鋼材は、前記フェライト系ステンレス鋼の組成において、さらに、質量%で、Zr:1.0%以下、Co:1.0%以下、V:1.0%以下及びW:1.0%以下からなる群から選択される1種以上の元素を含有してもよい。 (2) The ferritic stainless steel material described in (1) above may further contain, in mass %, one or more elements selected from the group consisting of Zr: 1.0% or less, Co: 1.0% or less, V: 1.0% or less, and W: 1.0% or less in the composition of the ferritic stainless steel.
(3)上記(1)又は(2)に記載のフェライト系ステンレス鋼材は、前記フェライト系ステンレス鋼の組成において、さらに、質量%で、REM:0.10%以下及びCa:0.10%以下からなる群から選択される1種以上の元素を含有してもよい。 (3) The ferritic stainless steel material described in (1) or (2) above may further contain, in mass %, one or more elements selected from the group consisting of REM: 0.10% or less and Ca: 0.10% or less in the composition of the ferritic stainless steel.
(4)上記(1)~(3)のいずれか一に記載のフェライト系ステンレス鋼材は、前記フェライト系ステンレス鋼の組成において、さらに、質量%で、Sn:0.10%以下及びB:0.01%以下からなる群から選択される1種以上の元素を含有してもよい。 (4) The ferritic stainless steel material described in any one of (1) to (3) above may further contain, in mass %, one or more elements selected from the group consisting of Sn: 0.10% or less and B: 0.01% or less in the composition of the ferritic stainless steel.
本発明の上記態様によれば、黒色酸化皮膜を有する耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼材を提供できる。 According to the above aspect of the present invention, a ferritic stainless steel material having a black oxide film and excellent corrosion resistance can be provided.
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。 The following is a detailed description of the embodiments of the present invention. The present invention is not limited to the following embodiments, and it should be understood that modifications and improvements to the following embodiments, as appropriate, based on the ordinary knowledge of those skilled in the art, fall within the scope of the present invention, provided they do not deviate from the spirit of the present invention.
(1.本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材)
(1.1 化学組成)
本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材(以下、単に「ステンレス鋼材」と記載することがある。)の素地は、質量%で、C:0.050%以下、Si:1.00%以下、Mn:0.04~1.00%、P:0.050%以下、S:0.030%以下、Cr:16.00~25.00%、Ni:1.00%以下、Cu:0.60%以下、Mo:2.00%以下、N:0.030%以下、Al:0.500%以下、Ti:0.080~0.500%、Nb:0.500%以下かつNb及びTiの合計含有量が6(C+N)以上(C及びNは、C及びNの含有量をそれぞれ表す)であり、残部がFe及び不純物からなる組成を有する。すなわち、本実施形態に係るステンレス鋼材の素地は、常温での金属組織が主としてフェライト相となる化学組成を有している。
ここで、本明細書において「不純物」とは、素地のフェライト系ステンレス鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップなどの原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。例えば、不純物には、不可避的不純物も含まれる。
(1. Ferritic stainless steel material according to the present embodiment)
1.1 Chemical Composition
The base material of the ferritic stainless steel material according to this embodiment (hereinafter, sometimes simply referred to as "stainless steel material") has a composition, in mass%, of C: 0.050% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 0.04 to 1.00%, P: 0.050% or less, S: 0.030% or less, Cr: 16.00 to 25.00%, Ni: 1.00% or less, Cu: 0.60% or less, Mo: 2.00% or less, N: 0.030% or less, Al: 0.500% or less, Ti: 0.080 to 0.500%, Nb: 0.500% or less, and the total content of Nb and Ti is 6 (C + N) or more (C and N represent the contents of C and N, respectively), with the balance being Fe and impurities. That is, the base material of the stainless steel material according to this embodiment has a chemical composition in which the metal structure at room temperature is mainly ferrite phase.
In this specification, the term "impurities" refers to components that are mixed in during industrial production of the base ferritic stainless steel due to various factors in the raw materials such as ores and scraps, and in the manufacturing process, and are acceptable within a range that does not adversely affect the present invention. For example, impurities also include unavoidable impurities.
また、本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材の素地は、さらに、質量%で、Zr:1.00%以下、Co:1.00%以下、V:1.00%以下及びW:1.00%以下からなる群から選択される1種以上の元素を含んでもよい。
また、本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材の素地は、さらに、質量%で、REM:0.100%以下及びCa:0.100%以下からなる群から選択される1種以上の元素を含んでもよい。
さらに、本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材の素地は、さらに、質量%で、Sn:0.100%以下及びB:0.0100%以下からなる群から選択される1種以上の元素を含んでもよい。
以下、各元素の含有量の限定理由について説明する。
In addition, the base material of the ferritic stainless steel material according to this embodiment may further contain, by mass%, one or more elements selected from the group consisting of Zr: 1.00% or less, Co: 1.00% or less, V: 1.00% or less, and W: 1.00% or less.
In addition, the base material of the ferritic stainless steel material according to this embodiment may further contain, by mass%, one or more elements selected from the group consisting of REM: 0.100% or less and Ca: 0.100% or less.
Furthermore, the base material of the ferritic stainless steel material according to this embodiment may further contain, by mass%, one or more elements selected from the group consisting of Sn: 0.100% or less and B: 0.0100% or less.
The reasons for limiting the content of each element will be explained below.
(C:0.050質量%以下)
Cは、ステンレス鋼材の耐粒界腐食性(鋭敏化抑制作用)や加工性などの特性に影響を与える元素である。Cの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び耐粒界腐食性が低下してしまう。そのため、Cの含有量の上限値は、0.050質量%、好ましくは0.045質量%、より好ましくは0.040質量%である。一方、Cの含有量の下限値は、特に限定されないが、Cの含有量を少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Cの含有量の下限値は、好ましくは0.0005質量%、好ましくは0.001質量%である。
(C: 0.050% by mass or less)
C is an element that affects the intergranular corrosion resistance (sensitization suppression effect) and workability of stainless steel materials. If the C content is too high, the workability and intergranular corrosion resistance of stainless steel materials will be deteriorated. Therefore, the upper limit of the C content is 0.050 mass%, preferably 0.045 mass%, and more preferably 0.040 mass%. Although the lower limit is not particularly limited, a reduction in the C content leads to an increase in refining costs. Therefore, the lower limit of the C content is preferably 0.0005 mass%, more preferably 0.001 mass%. %.
(Si:1.00質量%以下)
Siは、ステンレス鋼材の耐酸化皮膜剥離性や耐高温酸化性を向上させる元素である。Siの含有量が多すぎると、加工性及び靭性が低下する。そのため、Siの含有量の上限値は、1.00質量%、好ましくは0.90質量%、より好ましくは0.80質量%である。一方、Siの含有量の下限値は、特に限定されないが、ステンレス鋼材製造時の酸化皮膜の剥離による表面品質低下を抑制する観点から、好ましくは0.05質量%、より好ましくは0.10質量%、更に好ましくは0.15質量%である。
(Si: 1.00% by mass or less)
Silicon is an element that improves the oxidation film peeling resistance and high-temperature oxidation resistance of stainless steel materials. If the silicon content is too high, the workability and toughness decrease. Therefore, the upper limit of the silicon content is The lower limit of the Si content is, but is not particularly limited to, the amount of the oxide film formed during the production of the stainless steel material. From the viewpoint of suppressing deterioration of surface quality due to peeling, the content is preferably 0.05% by mass, more preferably 0.10% by mass, and further preferably 0.15% by mass.
(Mn:0.04~1.00質量%)
Mnは、脱酸元素として有用な元素であるとともに耐酸化皮膜剥離性や耐高温酸化性の向上に有効な元素である。また、MnはCrとの複合酸化物を形成することで、黒色の色調形成に有効である。Mnの含有量が多すぎると、腐食起点となるMnSを生成し易くなるとともに、フェライト相を不安定化させる。そのため、Mnの含有量の上限値は、1.00質量%、好ましくは0.95質量%、より好ましくは0.90質量%である。一方、Mnの含有量が少なすぎると、上記の効果が十分に得られないことがある。そのため、Mnの含有量の下限値は0.04質量%、好ましくは0.05質量%である。
(Mn: 0.04 to 1.00% by mass)
Mn is a useful deoxidizing element and is also effective in improving oxidation film peeling resistance and high-temperature oxidation resistance. Mn also forms a complex oxide with Cr, which gives the steel a black color. If the Mn content is too high, MnS, which is the starting point of corrosion, is easily generated and the ferrite phase is destabilized. Therefore, the upper limit of the Mn content is set to 1.00 % by mass, preferably 0.95% by mass, and more preferably 0.90% by mass. On the other hand, if the Mn content is too low, the above effects may not be sufficiently obtained. The lower limit of the content is 0.04 mass %, preferably 0.05 mass %.
(P:0.050質量%以下)
Pは、ステンレス鋼材の溶接性や加工性などの特性に影響を与える元素である。Pの含有量が多すぎると、上記の特性が低下する恐れがある。そのため、Pの含有量の上限値は、0.050質量%、好ましくは0.045質量%、より好ましくは0.040質量%である。一方、Pの含有量の下限値は、特に限定されないが、Pの含有量を少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Pの含有量の下限値は、好ましくは0.001質量%、より好ましくは0.010質量%である。
(P: 0.050% by mass or less)
P is an element that affects the properties of stainless steel, such as weldability and workability. If the P content is too high, the above properties may be deteriorated. Therefore, the upper limit of the P content is set at 100%. is 0.050 mass%, preferably 0.045 mass%, and more preferably 0.040 mass%. On the other hand, the lower limit of the P content is not particularly limited, but the P content is reduced. This leads to an increase in refining costs. Therefore, the lower limit of the P content is preferably 0.001 mass%, more preferably 0.010 mass%.
(S:0.030質量%以下)
Sは、腐食起点となるMnSを生成し、ステンレス鋼材の靭性などの特性に影響を与える元素である。Sの含有量が多すぎると、上記の特性が低下する恐れがある。そのため、Sの含有量の上限値は、0.030質量%、好ましくは0.025質量%、より好ましくは0.020質量%である。一方、Sの含有量の下限値は、特に限定されないが、Sの含有量を少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Sの含有量の下限値は、好ましくは0.0001質量%以上、より好ましくは0.0005質量%以上である。
(S: 0.030% by mass or less)
S is an element that generates MnS, which is the starting point of corrosion, and affects the toughness and other properties of stainless steel materials. If the S content is too high, the above properties may be reduced. The upper limit of the S content is 0.030 mass%, preferably 0.025 mass%, and more preferably 0.020 mass%. On the other hand, the lower limit of the S content is not particularly limited, but A reduction in the S content leads to an increase in refining costs, so the lower limit of the S content is preferably 0.0001 mass % or more, and more preferably 0.0005 mass % or more.
(Cr:16.00~25.00質量%)
Crは、ステンレス鋼材の耐食性及び耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。Crの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の靭性が低下するとともに、酸化皮膜の成長を阻害し、黒色の色調を有する酸化皮膜を形成できない。そのため、Crの含有量の上限値は、25.00質量%、好ましくは24.50質量%、より好ましくは24.00質量%である。一方、Crの含有量が少なすぎると、上記の効果が十分に得られないことがある。そのため、Crの含有量の下限値は、16.00質量%、好ましくは16.50質量%である。
(Cr: 16.00 to 25.00% by mass)
Cr is an element effective in improving the corrosion resistance and oxidation resistance of stainless steel materials. If the Cr content is too high, the toughness of the stainless steel material decreases, and the growth of the oxide film is inhibited, resulting in a black color. Therefore, the upper limit of the Cr content is 25.00 mass%, preferably 24.50 mass%, and more preferably 24.00 mass%. If the amount is too small, the above-mentioned effects may not be sufficiently obtained, so the lower limit of the Cr content is 16.00 mass%, preferably 16.50 mass%.
(Ni:1.00質量%以下)
Niは、ステンレス鋼材の耐食性及び靭性を向上させるのに有効な元素である。Niの含有量が多すぎると、フェライト相が不安定化するとともに、製造コストも上昇する。そのため、Niの含有量の上限値は、1.00質量%、好ましくは0.90質量%、より好ましくは0.80質量%である。一方、Niの含有量の下限値は、特に限定されないが、上記の効果を得る観点から、好ましくは0.01質量%、より好ましくは0.05質量%である。
(Ni: 1.00% by mass or less)
Ni is an element effective in improving the corrosion resistance and toughness of stainless steel materials. If the Ni content is too high, the ferrite phase becomes unstable and the manufacturing cost increases. Therefore, the Ni content is The upper limit of the Ni content is 1.00 mass%, preferably 0.90 mass%, and more preferably 0.80 mass%. On the other hand, the lower limit of the Ni content is not particularly limited, but if the above effect is not obtained, the lower limit is set to 0.80 mass%. From the viewpoint of obtaining the desired result, the content is preferably 0.01% by mass, and more preferably 0.05% by mass.
(Cu:0.60質量%以下)
Cuは、ステンレス鋼材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。Cuの含有量が多すぎると、フェライト相が不安定化するとともに、製造コストも上昇する。そのため、Cuの含有量の上限値は、0.60質量%、好ましくは0.55質量%、より好ましくは0.50質量%である。一方、Cuの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは0.001質量%、好ましくは0.01質量%である。
(Cu: 0.60% by mass or less)
Cu is an element effective in improving the corrosion resistance of stainless steel materials. If the Cu content is too high, the ferrite phase becomes unstable and the manufacturing cost increases. Therefore, the upper limit of the Cu content is set to 100%. The lower limit of the Cu content is not particularly limited, but is preferably 0.001 mass %, more preferably 0.50 mass %, and most preferably 0.60 mass %, still more preferably 0.55 mass %, still more preferably 0.50 mass %. %, preferably 0.01% by mass.
(Mo:2.00質量%以下)
Moは、ステンレス鋼材の耐食性及び耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。Moの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性の低下、製造コストの上昇を招くとともに、耐酸化性向上が向上し黒色酸化皮膜の形成が困難になる。する。そのため、Moの含有量の上限値は、2.00質量%、好ましくは1.90質量%である。一方、Moの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは0.001質量%、好ましくは0.01質量%である。
(Mo: 2.00% by mass or less)
Mo is an element effective in improving the corrosion resistance and oxidation resistance of stainless steel materials. If the Mo content is too high, it will lead to a decrease in the workability of the stainless steel material, an increase in the manufacturing cost, and a decrease in the oxidation resistance. Therefore, the upper limit of the Mo content is 2.00 mass%, preferably 1.90 mass%. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 0.001 mass %, and more preferably 0.01 mass %.
(N:0.030質量%以下)
Nは、耐粒界腐食性(鋭敏化抑制作用)や加工性などの特性に影響を与える元素である。Nの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の耐粒界腐食性や加工性が低下する。また、後記するように、黒色酸化皮膜の形成には、Tiを必要とするが、Nの含有量が多くなると、TiNが析出するため鋼中の固溶Ti量が減少し、黒色酸化皮膜の形成が阻害される。また、形成された窒化物は、腐食の起点になりやすく、耐食性、特に耐孔食性を低下させる。そのため、Nの含有量の上限値は、0.030質量%、好ましくは0.028質量%、より好ましくは0.025質量%である。一方、Nの含有量の下限値は、特に限定されないが、Nの含有量を少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Nの含有量の下限値は、好ましくは0.0005質量%、好ましくは0.001質量%である。
(N: 0.030% by mass or less)
N is an element that affects properties such as intergranular corrosion resistance (sensitization suppression effect) and workability. If the N content is too high, the intergranular corrosion resistance and workability of stainless steel materials will decrease. As described later, Ti is necessary for the formation of a black oxide film. However, if the N content is high, TiN precipitates, reducing the amount of Ti dissolved in the steel, and the black oxide film is not formed. The formation of a coating is inhibited. In addition, the formed nitrides are likely to become the starting points of corrosion, and reduce the corrosion resistance, especially the pitting corrosion resistance. Therefore, the upper limit of the N content is set to 0.030 mass%. The lower limit of the N content is not particularly limited, but reducing the N content increases the refining cost. Therefore, the lower limit of the N content is preferably 0.0005 mass %, and more preferably 0.001 mass %.
(Al:0.500質量%以下)
Alは、黒色酸化皮膜を形成した際に素材表面にAl酸化物を形成することで酸化皮膜の剥離を抑制するのに有効に働く元素である。他方、Alの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の靭性が低下する。そのため、Alの含有量の上限値は、0.500質量%、好ましくは0.450質量%、より好ましくは0.400質量%である。一方、Alの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは0.001質量%、好ましくは0.010質量%である。
(Al: 0.500% by mass or less)
Al is an element that effectively prevents the oxide film from peeling off by forming Al oxide on the surface of the material when the black oxide film is formed. On the other hand, if the Al content is too high, the stainless steel The toughness of the steel material is reduced. Therefore, the upper limit of the Al content is 0.500 mass%, preferably 0.450 mass%, and more preferably 0.400 mass%. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 0.001 mass %, and more preferably 0.010 mass %.
(Nb:0.500質量%以下、Ti:0.080~0.500質量%、Nb及びTiの合計含有量:6(C+N)以上)
Nb及びTiは、耐粒界腐食性(鋭敏化抑制作用)などの特性に影響を与える元素である。さらにTiはCrとの複合酸化物を形成することで、酸化皮膜に黒色の外観を付与する。
Nbの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下する。そのため、Nbの含有量の上限値は、0.500質量%、好ましくは0.480質量%、より好ましくは0.450質量%である。
また、Tiの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び表面品質が低下する。そのため、Tiの含有量の上限値は、0.500質量%、好ましくは0.480質量%、より好ましくは0.450質量%である。
一方、Nb及びTiの含有量の下限値は、耐粒界腐食性を低下させるC及びNの含有量との関係から制御される。具体的には、Nb及びTiの合計含有量の下限値は、6(C+N)、好ましくは7(C+N)、より好ましくは8(C+N)である。ここで、C及びNは、C及びNの含有量をそれぞれ表す。また、Tiの含有量が少なすぎると、上記の効果が十分に得られないことがある。そのため、Tiの含有量の下限値は、0.080質量%、好ましくは0.090質量%以上、より好ましくは0.100質量%である。
(Nb: 0.500 mass% or less, Ti: 0.080 to 0.500 mass%, total content of Nb and Ti: 6(C+N) or more)
Nb and Ti are elements that affect properties such as intergranular corrosion resistance (sensitization suppression effect), etc. Furthermore, Ti forms a complex oxide with Cr, thereby imparting a black appearance to the oxide film.
If the Nb content is too high, the workability and toughness of the stainless steel material are reduced, so the upper limit of the Nb content is 0.500 mass%, preferably 0.480 mass%, and more preferably 0.450 mass%.
Moreover, if the Ti content is too high, the workability and surface quality of the stainless steel material are deteriorated, so the upper limit of the Ti content is 0.500 mass%, preferably 0.480 mass%, and more preferably 0.450 mass%.
On the other hand, the lower limit of the content of Nb and Ti is controlled based on the relationship with the content of C and N, which reduce the intergranular corrosion resistance. Specifically, the lower limit of the total content of Nb and Ti is 6 (C+N), preferably 7 (C+N), and more preferably 8 (C+N). Here, C and N represent the contents of C and N, respectively. Also, if the content of Ti is too small, the above-mentioned effect may not be sufficiently obtained. Therefore, the lower limit of the content of Ti is 0.080 mass%, preferably 0.090 mass% or more, and more preferably 0.100 mass%.
(Zr:1.00質量%以下、Co:1.00質量%以下、V:1.00質量%以下、W:1.00質量%以下)
Zr、Co、V及びWは、ステンレス鋼材の耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。Zr、Co、V及びWの含有量が多すぎると、系ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに、製造コストの上昇につながる。そのため、Zr、Co、V及びWの含有量の上限値はいずれも、1.00質量%、好ましくは0.80質量%、更に好ましくは0.50質量%である。一方、Zr、Co、V及びWの含有量の下限値はいずれも、特に限定されないが、好ましくは0.001質量%、より好ましくは0.01質量%である。
(Zr: 1.00% by mass or less, Co: 1.00% by mass or less, V: 1.00% by mass or less, W: 1.00% by mass or less)
Zr, Co, V and W are elements effective for improving the oxidation resistance of stainless steel materials. If the content of Zr, Co, V and W is too high, the workability and toughness of the stainless steel material are deteriorated. Therefore, the upper limit of each of the contents of Zr, Co, V and W is set to 1.00 mass%, preferably 0.80 mass%, and more preferably 0.50 mass%. On the other hand, the lower limit of each of the contents of Zr, Co, V and W is not particularly limited, but is preferably 0.001% by mass, and more preferably 0.01% by mass.
(REM:0.100質量%以下、Ca:0.100質量%以下)
REM及びCaは、ステンレス鋼材の耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。REM及びCaの含有量が多すぎると、ステンレス鋼の製造コストの上昇につながる。そのため、REM及びCaの含有量の上限値はいずれも、0.100質量%、好ましくは0.080質量%、更に好ましくは0.050質量%である。一方、REM及びCaの下限値はいずれも、特に限定されないが、好ましくは0.0001質量%、より好ましくは0.003質量%である。なお、REMは、Sc、Y及びランタノイドの合計17元素の総称であり、希土類金属を意味する。具体的には、La、Ce、Nd等が挙げられ、これらのうち1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて含有させることができる。が挙げられ、これらのうち1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて含有させることができる。含有される希土類元素が2種類以上である場合、上記REM含有量は、これら希土類元素の総含有量を意味する。添加の方法としては、例えば、希土類元素の混合物であるミッシュメタル(MM)を用いて、REM含有量が上記の範囲となるように含有させてもよい。
(REM: 0.100% by mass or less, Ca: 0.100% by mass or less)
REM and Ca are elements effective in improving the oxidation resistance of stainless steel materials. If the content of REM and Ca is too high, it leads to an increase in the manufacturing cost of stainless steel. Therefore, the content of REM and Ca is The upper limit of the amount of REM and Ca is 0.100% by mass, preferably 0.080% by mass, and more preferably 0.050% by mass. On the other hand, the lower limit of REM and Ca is not particularly limited, but The content is preferably 0.0001 mass%, more preferably 0.003 mass%. REM is a collective term for 17 elements in total, including Sc, Y, and lanthanoids, and means rare earth metals. Specifically, La , Ce, Nd, etc., and among these, one kind may be contained alone or two or more kinds may be contained in combination. When two or more kinds of rare earth elements are contained, the above-mentioned REM content means the total content of these rare earth elements. As a method of addition, for example, misch metal (MM), which is a mixture of rare earth elements, may be used so that the REM content falls within the above range.
(Sn:0.100質量%以下)
Snは、ステンレス鋼材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。Snの含有量が多すぎると、Snが偏析し、製造性が低下する。そのため、Snの含有量の上限値は、0.100質量%、好ましくは0.080質量%、より好ましくは0.050質量%である。一方、Snの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは0.001質量%、より好ましくは0.005質量%である。
(Sn: 0.100% by mass or less)
Sn is an element effective for improving the corrosion resistance of stainless steel materials. If the Sn content is too high, Sn segregates and manufacturability decreases. Therefore, the upper limit of the Sn content is set to 0. 100% by mass, preferably 0.080% by mass, and more preferably 0.050% by mass. On the other hand, the lower limit of the Sn content is not particularly limited, but is preferably 0.001% by mass, and more preferably 0.010% by mass. is 0.005 mass%.
(B:0.0100質量%以下)
Bは、ステンレス鋼材の二次加工性を向上させるのに有効な元素である。Bの含有量が多すぎると、ステンレス鋼の疲労強度が低下する。そのため、Bの含有量の上限値は、0.0100質量%、好ましくは0.0080質量%、より好ましくは0.0050質量%である。一方、Bの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは0.0001質量%、より好ましくは0.0005質量%である。
(B: 0.0100% by mass or less)
B is an element effective for improving the secondary workability of stainless steel materials. If the B content is too high, the fatigue strength of the stainless steel decreases. Therefore, the upper limit of the B content is The lower limit of the B content is not particularly limited, but is preferably 0.0001 mass%, more preferably 0.0050 mass%. The content is preferably 0.0005% by mass.
(1.2 ステンレス鋼材の構成)
図2(d)は、後述するように、本実施形態に係るステンレス鋼材1の表面近傍を模式的に示す板厚方向の断面図である。図2(d)を参照して、本実施形態に係るステンレス鋼材1は、フェライト系ステンレス鋼からなる素地3と、素地3の表面に形成された黒色酸化皮膜4とを有する。
(1.2 Stainless Steel Material Composition)
As described later, Fig. 2(d) is a cross-sectional view in the plate thickness direction that typically illustrates the vicinity of the surface of the
(酸化皮膜)
本実施形態に係るステンレス鋼材1における黒色酸化皮膜4の素地3側は、主としてCr2O3が形成されたCr酸化物領域42である。このようなCr主体の黒色酸化皮膜4は、緻密かつ均一な構造を有し、素地3を保護する保護皮膜として機能するため、本実施形態のステンレス鋼材1は耐食性に優れる。また、本実施形態に係るステンレス鋼材1における黒色酸化皮膜4の表面側は、TiとCrの複合酸化物やMnとCrの複合酸化物の割合がCr酸化物領域42よりも高いTi/Mn濃化領域41であり、これら複合酸化物の存在により、酸化皮膜に黒色の色調が付与されている。
(Oxide film)
The
(酸化皮膜の色調)
本実施形態に係るステンレス鋼材1は、黒色酸化皮膜4が形成された表面(素地露出部以外の表面)の色調に関して、明度指数L*、クロマネティクス指数a*、b*が特定の範囲にある。本明細書では、本実施形態に係る色調を示す数値は、JIS Z 8722:2009に準拠する色調測定を任意の5点で行い、平均した数値を、JIS Z 8781-4:2013に準拠するCIELAB(L*a*b*表色系)である明度指数L*、クロマネティクス指数a*、b*で示した値である。本実施形態に係るステンレス鋼材1の黒色酸化皮膜4は、その表面が、L*≦45.0、-5.0≦a*≦5.0、-5.0≦b*≦5.0の範囲を有している。
(Oxide film color tone)
In the
(素地露出部の面積率及び最大面積)
本実施形態に係るステンレス鋼材1は、後述の電解処理工程により、酸化皮膜中に局所的に形成された異常酸化部9及び異常酸化部直下の素地表層5を溶解しているため、素地露出部7が特定の範囲で存在している。すなわち、本実施形態に係るステンレス鋼材1は、素地露出部7の面積率が0.1~5.0%、素地露出部7の最大面積が0.100mm2以下である。耐食性向上のため、異常酸化部9等の除去は有効であるが、素地露出部7の面積率や最大面積の増加は外観の低下を招くことになる。したがって、本実施形態に係るステンレス鋼材1の表面における、観察面積全体に占める素地露出部7の合計面積を、素地露出部7の面積率と定義した場合、素地露出部7の面積率は0.1~5.0%、より好ましくは0.2~4.0%、さらに好ましくは0.3~3.0%である。また、一つあたりの素地露出部7の面積は好ましくは0.100mm2以下、好ましくは0.090mm2以下、より好ましくは0.080mm2以下である。
(Area ratio and maximum area of exposed substrate)
In the
なお、本明細書において「素地露出部」とは、黒色酸化皮膜4の一部が除去されて黒色酸化皮膜4が形成されていない部分、すなわち、後述の電解処理工程により、酸化皮膜中の異常酸化部9及び異常酸化部直下の素地表層5を溶解することにより、異常酸化部9及びその下に存在するCr欠乏層51や介在物6(以下、「異常酸化部等」と記載することがある。)が除去された箇所を意味する。この異常酸化部9等が除去された箇所は、素地3の表面が露出しているわけではなく、自然酸化により素地3の表面に形成された不働態皮膜8が露出していることになる。しかしながら、不働態皮膜8は厚さが数nm程度と極めて薄いものであり、上方から表面を見た場合、素地3の銀白色がほぼそのまま見えるため、本明細書においては、異常酸化部9等が除去され、不働態皮膜8が形成された箇所を、素地露出部7と呼ぶこととする。
In this specification, the term "exposed substrate portion" refers to a portion where the
これらの数値は、光学顕微鏡を用いて、鋼材表面のエッジ部を除く任意の5点について25mm2(5mm×5mm)の面積を観察して得られた数値である。素地露出部7の面積は、倍率200倍の光学顕微鏡で撮影した写真を用いた画像解析により求めることができる。黒色酸化皮膜4が存在する部分は黒色、異常酸化部9が残存している部分は黒色もしくは茶色、素地露出部7はステンレス鋼素地の銀白色で観察されることから、二値化処理により、白色部の面積を測定することで、素地露出部7の面積を求めることができる。素地露出部7の面積率を求めるときは、測定面積全体を測定し、5箇所から得られた数値の算術平均を算出した。また、素地露出部7の最大面積を求めるときは、最も大きな素地露出部7近傍の拡大部位で測定し、5箇所から得られた数値の最大値を用いた。
These values were obtained by observing an area of 25 mm 2 (5 mm x 5 mm) at any five points on the steel surface excluding the edge portion using an optical microscope. The area of the exposed
本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材1は、素地の化学組成、酸化皮膜の色調、素地露出部の面積率及び最大面積が所定の範囲であるため、所望の黒色色調を有しつつ耐食性に優れる。そのため、本実施形態に係るステンレス鋼材1は、高い耐食性が必要とされる環境で使用される意匠部材として用いるのに適している。意匠部材としては、特に限定されないが、建材、配管、意匠性が必要とされるマフラーなどの自動車用排気系部材など各種部材が挙げられる。
The ferritic
(2.本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼材の製造方法)
本実施形態のステンレス鋼材は、例えば、以下の方法で製造することができる。上述した化学組成を有するフェライト系ステンレス鋼スラブを熱間圧延し、得られた熱延コイルを焼鈍、酸洗した後に冷延率50%以上で冷間圧延した後、表面を#180以上の研磨ベルトで仕上げ研磨を施す。得られた冷延板(素地)を酸化性雰囲気において1050~1080℃以上で2~3分焼鈍することで、素地表面に黒色酸化皮膜が形成される。なお、黒色酸化皮膜の厚さは、200~1000nmであり、250~900nmであることが望ましい。黒色酸化皮膜の厚さは、焼鈍温度及び焼鈍時間により調整できる。
(2. Manufacturing method of ferritic stainless steel material according to the present embodiment)
The stainless steel material of this embodiment can be manufactured, for example, by the following method. A ferritic stainless steel slab having the above-mentioned chemical composition is hot-rolled, and the obtained hot-rolled coil is annealed and pickled, and then cold-rolled at a cold rolling rate of 50% or more. The surface is then finish-polished with a polishing belt of #180 or more. The obtained cold-rolled sheet (base material) is annealed in an oxidizing atmosphere at 1050 to 1080 ° C. or more for 2 to 3 minutes, thereby forming a black oxide film on the base material surface. The thickness of the black oxide film is 200 to 1000 nm, and preferably 250 to 900 nm. The thickness of the black oxide film can be adjusted by the annealing temperature and annealing time.
(異常酸化部及びCr欠乏層や介在物の除去方法)
図2は、電解処理工程において異常酸化部が除去されて素地露出部に不働態皮膜が形成されるまでの過程を説明するための模式図である。
図2(a)は、異常酸化部を有する酸化皮膜が形成された状態を示す断面図である。図2(a)に示すように、酸化処理法により素地3の表面に酸化皮膜を形成する際に、Cr主体の黒色酸化皮膜4が形成されずに、局所的にFe系酸化物が成長し、Fe主体の異常酸化部9が形成されることがある。
このようなステンレス鋼表面に不可避的に形成され得る異常酸化物9は、緻密かつ均一な構造を有するCr主体の黒色酸化皮膜4に比べて、隙間の多い構造を有するため、保護皮膜として十分機能せず、異常酸化部9の存在により早期の発銹を招くおそれがある。そのため、耐食性のさらなる向上のためには、異常酸化部9の除去が有効である。
(Method for removing abnormally oxidized parts, Cr-depleted layers and inclusions)
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the process from removal of the abnormally oxidized portion to formation of a passive film on the exposed substrate portion in the electrolytic treatment step.
Fig. 2(a) is a cross-sectional view showing a state in which an oxide film having an abnormally oxidized portion has been formed. As shown in Fig. 2(a), when an oxide film is formed on the surface of a
The
また、図1(c)に示すように、黒色酸化皮膜4と素地3との界面近傍の素地表層5には、Al2O3、TiO2などの介在物6が存在し、さらに、素地表層5の表面側には、黒色酸化皮膜4側にCrが抜け出て相対的に周りの素地に比べCr濃度が低くなったCr欠乏層51が存在する。したがって、異常酸化部9が除去されて素地5の表面が露出した箇所においては、Cr欠乏層51や介在物6が素地表層5に存在するため、異常酸化部9を除去しただけでは、十分な耐食性が得られない。そのため、耐食性のさらなる向上のためには、異常酸化部9の除去のみならず、異常酸化部9直下に存在するCr欠乏層51や介在物6も除去しておくことが有効である。
これらの除去は電解処理によって行う。この電解処理は、硫酸ナトリウム水溶液を用いた中性塩電解と硫酸水溶液を用いた硫酸電解とから構成される。以下、各電解条件について説明する。
1(c), in the
These are removed by electrolysis. This electrolysis consists of neutral salt electrolysis using a sodium sulfate aqueous solution and sulfuric acid electrolysis using a sulfuric acid aqueous solution. The electrolysis conditions are explained below.
(中性塩電解)
図2(b)は、中性塩電解により異常酸化部が除去された状態を示す断面図である。図2(b)に示すように、中性塩電解では、硫酸ナトリウム水溶液中で異常酸化部9が溶解することで、酸化皮膜中の異常酸化部9が除去される。これにより異常酸化部9が除去された部分では、素地3の表面が露出する。
中性塩電解に用いられる硫酸ナトリウム水溶液の濃度は170~230g/Lであり、溶液温度は70~85℃である。溶液濃度や溶液温度が低くすぎると、Fe系酸化物が十分に溶解せず、異常酸化部9の除去が困難となる。また、溶液濃度や溶液温度が高すぎると、黒色酸化皮膜4の溶解を招き、色調を悪化させる要因となる。
中性塩電解時の電気量は500~1000C/m2である。なお、このときの電流密度は80A/m2以下である。電気量が少ないとFe系酸化物が十分に溶解せず、異常酸化部9の除去が困難となる。また、電気量が多いと黒色酸化皮膜4の溶解を招き、色調を悪化させる要因となる。
(Neutral salt electrolysis)
Fig. 2(b) is a cross-sectional view showing the state in which the abnormally
The concentration of the sodium sulfate aqueous solution used in the neutral salt electrolysis is 170 to 230 g/L, and the solution temperature is 70 to 85° C. If the solution concentration or temperature is too low, the Fe-based oxides do not dissolve sufficiently, making it difficult to remove the abnormally
The quantity of electricity during neutral salt electrolysis is 500 to 1000 C/ m2 . The current density at this time is 80 A/ m2 or less. If the quantity of electricity is small, the Fe-based oxides do not dissolve sufficiently, making it difficult to remove the abnormally oxidized
なお、このような中性塩電解では、正常に形成された黒色酸化皮膜4はほとんど溶解されず、ほぼそのままの状態で残り、局所的に形成された異常酸化部9のみが除去されることになる。ここで、Fe系酸化物は、Cr酸化物(Cr2O3)に比して溶けやすく、中性塩溶液に浸漬してわずかな電流を流すことで溶解する。そのため、電気量が少なくなるように制御することで、Fe系酸化物を優先的に溶解して異常酸化部9のみを除去することができる。
In such neutral salt electrolysis, the normally formed
(硫酸電解)
図2(c)は、硫酸電解により素地表層のCr欠乏層や介在物が除去された状態を示す断面図である。図2(c)に示すように、中性塩電解の後に行われる硫酸電解では、硫酸水溶液中で、異常酸化部9が除去されて露出した素地表層5が溶解することで、Cr欠乏層51や介在物6が除去される。
硫酸電解に用いられる硫酸水溶液の濃度は45~90g/Lであり、溶液温度は30~50℃である。溶液濃度や温度が低くすぎると、Cr欠乏層51や介在物6の除去が困難となる。また、溶液濃度や温度が高すぎると素地3の過剰な溶解を招いて、黒色酸化皮膜4が大きく剥離部分してしまうことがあり、外観を悪化させる要因となる。
硫酸電解時の電気量は、800~1500C/m2であり、電流密度は80A/m2以下である。電気量が少ないと欠陥部のCr欠乏層51や介在物6の除去が困難となる。また、電気量が多いと素地3の過剰な溶解を招いて、黒色酸化皮膜4が大きく剥離してしまうことがあり、外観を悪化させる要因となる。
(Sulfuric acid electrolysis)
Fig. 2(c) is a cross-sectional view showing the state in which the Cr-depleted layer and inclusions in the substrate surface layer have been removed by sulfuric acid electrolysis. As shown in Fig. 2(c), in the sulfuric acid electrolysis performed after the neutral salt electrolysis, the abnormally
The concentration of the sulfuric acid aqueous solution used in sulfuric acid electrolysis is 45 to 90 g/L, and the solution temperature is 30 to 50° C. If the solution concentration or temperature is too low, it becomes difficult to remove the Cr-
The quantity of electricity during sulfuric acid electrolysis is 800 to 1500 C/ m2 , and the current density is 80 A/ m2 or less. If the quantity of electricity is small, it becomes difficult to remove the Cr-
なお、このような硫酸電解では、正常に形成された黒色酸化皮膜4はほとんど溶解されず、ほぼそのままの状態で残り、中性塩電解後に異常酸化部9が除去されて露出することになった素地3の表層が溶解することで、Cr欠乏層51や介在物6が除去されることになる。ここで、ステンレス鋼材1の素地3自体は、耐食性のあるCr主体の黒色酸化皮膜4に比して溶けやすく、硫酸水溶液に浸漬してわずかな電流を流すことで溶解する。そのため、電気量が少なくなるように制御することで、異常酸化部9が除去されて露出した素地表層5のみを優先的に溶解して、Cr欠乏層51や介在物6を除去することができる。
In this type of sulfuric acid electrolysis, the normally formed
(電解処理終了後)
図2(d)は、電解処理終了後における自然酸化により、Cr欠乏層及び介在物が除去された後の素地表面に不働態皮膜形成が形成された状態を示す断面図である。図2(d)に示すように、硫酸電解によりCr欠乏層や介在物が除去された後の素地3の表面は、電解処理終了後に大気中に晒されることで、自然酸化による不働態皮膜8が形成される。
以上の工程により、本実施形態に係る表面に黒色酸化皮膜4を有する耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼材1が製造される。本実施形態のステンレス鋼材1は、上述の通り、異常酸化部9及びその下に存在するCr欠乏層51や介在物6が除去されているため、ステンレス鋼材1の表面近傍は図2(d)に模式的に示されるような断面を有することとなる。換言すると、図2(d)は、本実施形態に係るステンレス鋼材1を板厚方向に切断した断面における表面近傍を模式的に示す断面図である。
(After electrolysis)
Fig. 2(d) is a cross-sectional view showing a state in which a passive film is formed on the surface of the substrate after the Cr-depleted layer and inclusions are removed by natural oxidation after the electrolytic treatment. As shown in Fig. 2(d), the surface of the
Through the above steps, the ferritic
上述の工程によれば、所望の外観を維持しつつ耐食性の向上を図ることができるため、本実施形態に係るステンレス鋼材1は、黒色の色調を有し、かつ耐食性に優れる。そのため、本実施形態に係るステンレス鋼材1は、高い耐食性が必要とされる環境で使用される意匠部材として用いるのに適している。意匠部材としては、特に限定されないが、建材、配管、意匠性が必要とされるマフラーなどの自動車用排気系部材など各種部材が挙げられる。
The above-mentioned process allows for improved corrosion resistance while maintaining the desired appearance, so the
以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention should not be construed as being limited to these.
表1に示す化学組成を有するフェライト系ステンレス鋼を熱間圧延し、板厚3.0mmの熱延板を作製した。この熱延板に1050℃で3分間焼鈍を施した後、ドライホーニングを用いて表面の酸化スケールを除去した。その後、板厚1.0mmまで冷間圧延し、1000℃で1分間の仕上焼鈍を施した後、120番、240番の乾式研磨紙を順次用いて手研磨を行い、鋼板表面の酸化スケールを除去した。表1に記載の化学組成は、質量%で示されており、残部がFe及び不純物である。下線は、本発明の範囲外であることを示している。なお、表中のREMは希土類元素を意味し、ここでは、La、Ce、Ndを含むミッシュメタル(MM)を用いた。 A ferritic stainless steel having the chemical composition shown in Table 1 was hot-rolled to produce a hot-rolled sheet having a thickness of 3.0 mm. The hot-rolled sheet was annealed at 1050°C for 3 minutes, and then the oxide scale on the surface was removed by dry honing. The sheet was then cold-rolled to a thickness of 1.0 mm, and finish-annealed at 1000°C for 1 minute. The sheet was then hand-polished using No. 120 and No. 240 dry abrasive papers in sequence to remove the oxide scale on the steel sheet surface. The chemical composition shown in Table 1 is shown in mass%, with the remainder being Fe and impurities. The underlines indicate that the composition is outside the scope of the present invention. In the table, REM means rare earth elements, and here, misch metal (MM) containing La, Ce, and Nd was used.
その後、得られた上記のステンレス鋼板の表面に黒色の酸化皮膜を形成するため、大気雰囲気下で1050℃、3minの熱処理を施した後、幅70mm、長さ120mmの試験片を切り出し、端部に被覆導線をスポット溶接で取り付けた後に導線接着部が隠れるよう端面幅10mm四方及び裏面をテフロン(登録商標)シールテープで被覆して電解処理の供試材とした。電解処理溶液濃度は、中性塩水溶液で200g/L、硫酸水溶液で85g/Lである。電解処理溶液400mLを入れたガラスビーカーを恒温槽で溶液温度を調整しつつ、供試材と白金対極を浸漬させ、電源で所定の電流を流すことで電解処理を行った。電解処理の溶液温度、電流密度及び電気量は表2に示す。なお、溶液中での電解方法は、間接通電法とした。 After that, in order to form a black oxide film on the surface of the above-mentioned stainless steel plate obtained, heat treatment was performed in an air atmosphere at 1050 ° C for 3 minutes, and then a test piece with a width of 70 mm and a length of 120 mm was cut out. A coated conductor was attached to the end by spot welding, and the end face width of 10 mm square and the back side were covered with Teflon (registered trademark) sealing tape so that the conductor adhesive part was hidden, and used as a test material for electrolytic treatment. The electrolytic treatment solution concentration was 200 g / L for neutral salt solution and 85 g / L for sulfuric acid solution. The electrolytic treatment was performed by immersing the test material and platinum counter electrode in a glass beaker containing 400 mL of electrolytic treatment solution while adjusting the solution temperature in a thermostatic bath, and passing a specified current from a power source. The solution temperature, current density, and quantity of electricity for electrolytic treatment are shown in Table 2. The electrolysis method in the solution was an indirect current method.
電解処理後の供試材において、酸化皮膜の色調、素地露出部の最大面積及び面積率、耐食性について評価した。以下に、評価方法を説明し、各評価結果を表3に示している。 After electrolytic treatment, the test materials were evaluated for the color tone of the oxide film, the maximum area and area ratio of the exposed base material, and corrosion resistance. The evaluation methods are explained below, and the evaluation results are shown in Table 3.
(色調の測定方法)
供試材表面のエッジ部を除く黒色酸化皮膜部の5箇所について、測定径3mmφの分光測色計を用いてJIS Z 8722:2009に準拠した色調測定を行い、平均値をJIS Z 8781-4:2013に準拠するCIELAB(L*a*b*表色系)である明度指数L*、クロマネティクス指数a*、b*で示した。
(Method of measuring color tone)
Color measurements were performed in accordance with JIS Z 8722:2009 using a spectrophotometer with a measuring diameter of 3 mmφ at five points on the black oxide coating portion of the surface of the test material, excluding the edges, and the average values were expressed as the lightness index L * and chromanetics indices a * and b * , which are CIELAB (L * a * b * color system) in accordance with JIS Z 8781-4:2013.
色調の測定条件は、以下の通りである。
装置:コニカミノルタ 分光測色計 CM-700d
光源:パルスキセノンランプ
受光素子:デュアル36素子シリコンフォトダイオードアレイ
ターゲットマスク:Φ3mm
測定:10°視野
補助イルミナント:D65 昼光、色温度6504K
正反射処理モード:SCI
The conditions for measuring the color tone are as follows.
Equipment: Konica Minolta Spectrophotometer CM-700d
Light source: Pulsed xenon lamp Light receiving element: Dual 36-element silicon photodiode array Target mask: Φ3 mm
Measurement: 10° viewing angle auxiliary Illuminant: D65 daylight, color temperature 6504K
Regular reflection processing mode: SCI
(素地露出部の面積率及び最大面積の測定方法)
さらに供試材表面のエッジ部を除く黒色酸化皮膜部の5箇所について、デジタルマイクロスコープで25mm2(5mm×5mm)の範囲を倍率200倍で観察した。そして、それぞれの箇所において、二値化処理した後の白色部の面積を測定することで、素地露出部の面積率及び最大面積を画像解析により導出した。面積率は5箇所の平均値を、最大面積は5か所の中の最大の値を用いた。
(Method of measuring the area ratio and maximum area of exposed substrate)
Furthermore, five locations of the black oxide film on the surface of the test specimen, excluding the edges, were observed at a magnification of 200 times within an area of 25 mm2 (5 mm x 5 mm) using a digital microscope. The area of the white area after binarization was measured at each location, and the area ratio and maximum area of the exposed base material were derived by image analysis. The area ratio was the average value of the five locations, and the maximum area was the maximum value of the five locations.
(耐食性の測定方法)
上記電解処理を施した供試材から、幅50mm、長さ100mmの測定用試験片12を切り出した。この測定用試験片を用いて図3に示す接着体11を次のようにして作製した。なお、図3(a)は接着体の平面図、図3(b)は側面図である。まず、測定用試験片12の4つの切断端面のうち短辺1箇所を除いた3辺の切断端面を、ゴム13(信越シリコーン株式会社製の一液縮合型RTVゴムKE44)を用いて被覆した。次に、70mm×150mmのベークライト板14の上に20mmφ×10mmのポリエチレン製チューブ15を2個配置して接着し、その上にゴム13で被覆した測定用試験片12を接着した。このようにして得られた接着体11を用いて、塩乾湿複合サイクル試験で耐食性を評価した。具体的には、測定用試験片12が水平面に対して75度の角度となり且つ被覆されていない短辺が下側となるように接着体11を複合サイクル試験機内に設置した後、5%塩水噴霧(35℃、2時間)、乾燥(60℃、25%RH、4時間)、湿潤(50℃、95%RH、2時間)を1サイクルとして3サイクル行った。複合サイクル試験後は、接着体11の水洗、乾燥を行って接着体表面の発銹率をJIS G 0595:2004に準じて評価し、素地露出部のレイティングナンバ(RN)が9.5以上(発銹面積率≦0.05%)の場合を○(耐食性に優れる)、レイティングナンバ(RN)が9.5未満(発銹面積率>0.05%)の場合を×(耐食性が不十分)と評価した。なお、下線は、本発明の範囲外であることを示している。
(Method of measuring corrosion resistance)
A
表3に示すように、本発明の範囲に含まれる実施例1~7のステンレス鋼板は素地の化学組成、酸化皮膜部の色調及び素地露出部の最大面積、面積率のいずれも基準を満たしており、耐食性試験においても良好な耐食性を示した。 As shown in Table 3, the stainless steel sheets of Examples 1 to 7 within the scope of the present invention met the standards for the chemical composition of the substrate, the color tone of the oxide film, and the maximum area and area ratio of the exposed substrate, and also showed good corrosion resistance in the corrosion resistance test.
それに対し、比較例1~8のステンレス鋼板は、素地の化学組成、酸化皮膜部の色調、素地露出部の最大面積、面積率、もしくは耐食性のいずかで実施例よりも劣っていた。比較例1は電解処理を施していないため、銀白色の素地露出部は観察されず、耐食性の評価基準を満たさなかった。これは異常酸化部が存在することに起因するものと考えられる。比較例2、3は中性塩電解処理の溶液温度が高いあるいは電気量が多く、黒色酸化皮膜の溶解を招いたため、色調を満たさなかった。 In contrast, the stainless steel sheets of Comparative Examples 1 to 8 were inferior to the Examples in either the chemical composition of the substrate, the color tone of the oxide film, the maximum area and area ratio of the exposed substrate, or the corrosion resistance. Comparative Example 1 was not subjected to electrolytic treatment, so no silver-white exposed substrate was observed, and it did not meet the evaluation criteria for corrosion resistance. This is thought to be due to the presence of abnormally oxidized areas. Comparative Examples 2 and 3 did not meet the color tone requirements because the solution temperature or the amount of electricity used in the neutral salt electrolytic treatment was high, which caused the black oxide film to dissolve.
比較例4、5は中性塩電解処理の溶液温度が低いあるいは電気量が少ないため、耐食性の評価基準を満たさなかった。これは異常酸化部の除去が不十分であったためと推定される。比較例6、7は硫酸電解の溶液温度が高いあるいは電気量が多く、素地の溶解が必要以上に進行したため、素地露出部の面積率あるいは最大面積が基準を満たさなかった。比較例8、9は硫酸電解の溶液温度が低いあるいは電気量が少ないため、耐食性の評価基準を満たさなかった。これはCr欠乏層や介在物の除去が不十分であったためと推定される。 Comparative Examples 4 and 5 did not meet the evaluation criteria for corrosion resistance because the solution temperature in the neutral salt electrolysis treatment was low or the amount of electricity was small. This is presumably due to insufficient removal of abnormally oxidized areas. Comparative Examples 6 and 7 had a high solution temperature in the sulfuric acid electrolysis treatment or a large amount of electricity, which caused the dissolution of the base material to proceed more than necessary, so the area ratio or maximum area of exposed base material did not meet the criteria. Comparative Examples 8 and 9 did not meet the evaluation criteria for corrosion resistance because the solution temperature in the sulfuric acid electrolysis treatment was low or the amount of electricity was small. This is presumably due to insufficient removal of Cr-deficient layers and inclusions.
比較例10及び11はそれぞれS量及びC量が基準よりも多いため、素地露出部の面積率が基準を満たさなかった。これは、硫化物や炭化物が素地表面に露出すると、その周辺に異常酸化部が形成されやすく、多くの異常部が形成されたためと推定される。比較例12はCr量が基準よりも少ないため、素地の耐食性が低く、素地露出部の面積率及び最大面積が基準を超えたため、耐食性の評価基準を満たさなかった。 In Comparative Examples 10 and 11, the S and C contents were higher than the standards, respectively, so the area ratio of exposed substrate did not meet the standards. This is presumably because when sulfides or carbides are exposed on the substrate surface, abnormally oxidized areas are likely to form around them, resulting in the formation of many abnormal areas. In Comparative Example 12, the Cr content was lower than the standards, so the substrate had low corrosion resistance, and the area ratio and maximum area of exposed substrate exceeded the standards, so the corrosion resistance evaluation criteria were not met.
以上の結果からわかるように、本発明によれば黒色酸化皮膜を有する耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼材を提供することができる。 As can be seen from the above results, the present invention can provide a ferritic stainless steel material with excellent corrosion resistance and a black oxide film.
1 フェライト系ステンレス鋼材
3 素地
4 黒色酸化皮膜
41 Ti/Mn濃化領域
42 Cr酸化物領域
5 素地表層
51 Cr欠乏層
6 介在物
7 素地露出部
8 不働態皮膜
9 異常酸化部
11 接着体
12 測定用試験片
13 ゴム
14 ベークライト板
15 ポリエチレン製チューブ
7
Claims (4)
明度指数L*≦45.0、クロマネチックス指数-5.0≦a*≦5.0、-5.0≦b*≦5.0を満たす黒色酸化皮膜が表面に形成されており、
前記黒色酸化皮膜が形成されていない素地露出部を有し、
前記素地露出部の面積率が0.1~5.0%、素地露出部の最大面積が0.100mm2以下である、フェライト系ステンレス鋼材。 a ferritic stainless steel substrate having a composition, in mass%, of C: 0.050% or less, Si: 1.00% or less, Mn: 0.04 to 1.00%, P: 0.050% or less, S: 0.030% or less, Cr: 16.00 to 25.00%, Ni: 1.00% or less, Cu: 0.60% or less, Mo: 2.00% or less, N: 0.030% or less, Al: 0.500% or less, Ti: 0.080 to 0.500%, Nb: 0.500% or less, and a total content of Nb and Ti of 6(C+N) or more (C and N represent the contents of C and N, respectively), with the balance being Fe and impurities;
A black oxide film that satisfies the following conditions is formed on the surface: lightness index L * ≦45.0, chromanetics index −5.0≦a * ≦5.0, −5.0≦b * ≦5.0;
The black oxide coating is not formed on the exposed base material.
The ferritic stainless steel material has an area ratio of 0.1 to 5.0% and a maximum area of the exposed base material of 0.100 mm2 or less.
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