【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は耐発銹性にすぐれ、特に外装用に適す
る耐候性フエライトステンレス鋼に関するもので
ある。
従来、装飾用に用いることのできるステンレス
鋼としてフエライトステンレス鋼ではSUS430、
SUS434が、オーステナイトステンレス鋼では
SUS304が用いられている。オーステナイトステ
ンレス鋼のSUS304は耐発銹性、加工性および溶
接性等の諸特性はSUS430やSUS434に比べてす
ぐれるが、価格的に比較的高価であること、表面
が黄味をおびているためメツキ材等と色調が調和
しないこともあつて、フエライトステンレス鋼が
好んで用いられている。フエライトステンレス鋼
のうちSUS430は価格的には有利であるが、耐発
銹性が劣り、外装用材としての使用に耐えない。
一方SUS434はMoを含有し、比較的耐発銹性に
すぐれ広く用いられているが、海岸地帯や工業地
帯のように塩素イオンや亜硫酸ガスによつて汚染
されている環境においてその耐発銹性は十分とは
言えず、また溶接時のように高温にさらされると
き冷却過程において粒界にCrの炭化物を形成し、
その近傍にCr欠乏層が生じるため耐発銹性の劣
化を来たす。その上価格的に高価で資源的にも限
られているMoを１％程度含有するため、工業的
に安定供給しがたいという欠点がある。
本発明は上述の長短にかんがみ検討したもの
で、SUS430系鋼の不純物元素であるMnおよび
Ｓを減ずることによつて耐発銹性が改善され、ま
た使用される環境や用途に応じて少量のCuある
いはMo、Niを添加し、要すればさらに成分調整
することによつてSUS304と同等もしくはそれ以
上の耐発銹性を有する主として外装用に適する耐
候性フエライトステンレス鋼として価格的にも最
適な鋼が得られることを見いだしたものである。
本発明は基本的にはC0.08％以下、Su1.0％以
下、Mn0.3％以下、S0.003％以下、Cr10〜20％、
N0.05％以下を含有し、残部鉄および不可避的不
純物よりなる耐候性フエライトステンレス鋼を提
供する。
この基本組成に対して、さらに0.2〜0.8％の
Cu、0.2〜0.8％のNi、0.2〜0.8％のMoを単独も
しくは複合添加した鋼を提供する。
好ましい態様において、これらの鋼はＣの量が
0.03％以下、Ｎの量が0.02％以下に限定される。
本発明鋼の成分限定理由は次の通りである。
Ｃ、Ｎ：耐発銹性の面からはSUS430や
SUS434に含まれる程度でよいが、強度の成形加
工や溶接加工が施される場合において、加工性、
溶接部の耐発銹性ならびに耐粒界腐食性、あるい
は靭性の面からＣ、Ｎは低ければ低いほど好まし
い。一方、Ｃ、Ｎを低めることは製錬時間の延長
を来たし製造原価の上昇を招く。これはＣ、Ｎを
固定する作用を有するNbを適量添加することで
ある程度の含有が許容される。本発明鋼ではＣ
0.08％、Ｎ0.05％とするが、とくに加工性およ
び溶接部の耐食性あるいは靭性が要求される場合
はＣ0.03％、Ｎ0.02％とする。
Si：Siは脱酸作用を有しており、本発明鋼では
後述するように同様の作用を有するMnを耐発銹
性の面から減少させるので、多い方が好ましい。
しかし、多すぎると鋼を硬化させ加工性を損い、
また溶接時の高温割れや溶接部靭性に対しても有
害であるので上限を1.0％とする。
Mn：Mnは硫化物形成能が強く、鋼中のＳと
結合し水溶液中で不安定で発銹の起点となりやす
いMnSを形成し、耐発銹性を劣化させるので低
い方が望ましい。Mnが低くなるに従つて孔食電
位は貴となり、耐発銹性が改善される。有意な耐
発銹性を得るためにはMnを0.3％以下にする必要
がある。
Ｓ：Ｓは上述のようにMnと結合し耐発銹性に
有害であり低い方が望ましい。有意な耐発銹性を
得るためには、Ｓは0.003％以下にする必要があ
る。特に苛酷な条件下で使用される材料について
は0.002％以下にするのが望ましい。
Cr：Crは一般耐食性を付与する効果を有し、
ステンレス鋼には不可欠の元素であり、不動態効
果を得るには少くとも10％のCrを必要とする。
耐発銹性に対しては単にCrのみを増加してもそ
の効果は小さい。
本発明鋼は、その良好な耐食性がMnおよびＳ
の低減によつてあるいは要求される耐発銹性に応
じてさらにCu、Moの耐食性改善効果のつよい元
素の添加によつて得ることを特徴とするが。Cu、
Moの効果はCr量の増加でさらに大きくなる。し
かし、Crの増加は鋼の脆化を招き加工時の割れ
や肌荒れを生じやすくなり、かつ軟質性が損われ
る。またCrの増加により、製造が困難となり原
価の上昇を招く。これらの見地から20％が限度で
ある。
Cu、Ni、Mo：Cu、Ni、Moは耐食性を高める
有効な元素であり、耐発銹性の改善に対しても効
果がある。
本発明では、Mn、Ｓ量の低減により、Cu、
Ni、Moの添加により耐発銹性はさらに高まる。
Co、MoはCrと相剰的に耐食性改善効果を示すの
で、これらの元素を効果的に利用するためには
Cr量を多くした方が望ましい。Cu、Ni、Moの
効果は0.2％以上の添加で現出するが、Cuは添加
量が多くなると耐発銹性をかえつて悪くし、また
Cu、Niは応力腐食割れ感受性を与えあるいはマ
ルテンサイトを析出するようになるので上限を
0.8％とする。Moは添加量と伴に耐発銹性を向上
させるが、経済的に高価となり本発明の特徴が損
われるので0.8％を上限とする。
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
第１表は実験に供した本発明鋼と比較鋼の成分
を比較して示したものである。これらの鋼を常法
により溶製し、次のそれぞれの試験に供した。
第１に鋼１〜７、11を10×10mmの板に切り出
し、熱リード線をつけ硬化性樹脂に埋込み、30℃
の５％NaCl中でJIS―G0577に基づき孔食電位の
測定を行つた。
The present invention relates to a weather-resistant ferrite stainless steel that has excellent rust resistance and is particularly suitable for exterior use. Traditionally, ferrite stainless steels that can be used for decorative purposes include SUS430,
SUS434 is an austenitic stainless steel.
SUS304 is used. SUS304, an austenitic stainless steel, has superior properties such as rust resistance, workability, and weldability compared to SUS430 and SUS434, but it is relatively expensive and has a yellowish surface, making it difficult to be plated. Ferrite stainless steel is preferred because its color tone does not harmonize with other materials. Among ferrite stainless steels, SUS430 is advantageous in terms of price, but its rust resistance is poor and it cannot withstand use as an exterior material.
On the other hand, SUS434 contains Mo and is widely used as it has relatively good rust resistance. Moreover, when exposed to high temperatures such as during welding, Cr carbides are formed at grain boundaries during the cooling process.
A Cr-deficient layer is formed in the vicinity, resulting in deterioration of rust resistance. Furthermore, since it contains about 1% Mo, which is expensive and limited in terms of resources, it has the disadvantage that it is difficult to provide a stable supply industrially. The present invention was developed in consideration of the above-mentioned advantages and disadvantages, and the rust resistance is improved by reducing the impurity elements Mn and S of SUS430 series steel. By adding Cu, Mo, or Ni, and further adjusting the composition if necessary, it has rust resistance equal to or better than SUS304, and is the most cost-effective weather-resistant ferrite stainless steel suitable primarily for exterior use. It was discovered that steel could be obtained. The present invention basically consists of C0.08% or less, Su1.0% or less, Mn0.3% or less, S0.003% or less, Cr10-20%,
Provided is a weather-resistant ferrite stainless steel containing 0.05% or less of N, with the balance consisting of iron and unavoidable impurities. To this basic composition, an additional 0.2 to 0.8%
Provides steel to which Cu, 0.2 to 0.8% Ni, and 0.2 to 0.8% Mo are added singly or in combination. In preferred embodiments, these steels have an amount of C
The amount of N is limited to 0.03% or less, and the amount of N is limited to 0.02% or less. The reasons for limiting the composition of the steel of the present invention are as follows. C, N: In terms of rust resistance, SUS430 or
It is sufficient that it is included in SUS434, but when strong forming processing or welding processing is performed, workability and
From the viewpoint of rust resistance, intergranular corrosion resistance, or toughness of the welded part, the lower the content of C and N, the more preferable. On the other hand, lowering C and N results in an extension of smelting time, leading to an increase in manufacturing costs. This content can be allowed to a certain extent by adding an appropriate amount of Nb, which has the effect of fixing C and N. In the steel of the present invention, C
The content should be 0.08% and N 0.05%, but if workability and corrosion resistance or toughness of the welded part are particularly required, the content should be 0.03% and N 0.02%. Si: Si has a deoxidizing effect, and in the steel of the present invention, it reduces Mn, which has a similar effect as described later, from the viewpoint of rusting resistance, so it is preferable to have a large amount.
However, if there is too much, it will harden the steel and impair its workability.
It is also harmful to hot cracking during welding and to the toughness of the weld zone, so the upper limit is set at 1.0%. Mn: Mn has a strong sulfide-forming ability and combines with S in steel to form MnS, which is unstable in an aqueous solution and easily becomes a starting point for rusting, deteriorating the rusting resistance, so a lower value is preferable. As the Mn content decreases, the pitting corrosion potential becomes more noble and the rust resistance is improved. In order to obtain significant rust resistance, it is necessary to reduce the Mn content to 0.3% or less. S: As mentioned above, S combines with Mn and is harmful to rust resistance, so a lower amount is desirable. In order to obtain significant rust resistance, S needs to be 0.003% or less. For materials used under particularly severe conditions, it is desirable to keep the content at 0.002% or less. Cr: Cr has the effect of imparting general corrosion resistance,
It is an essential element for stainless steel, and at least 10% Cr is required to obtain a passive effect.
Simply increasing Cr alone has a small effect on rust resistance. The steel of the present invention has good corrosion resistance due to Mn and S.
It is characterized in that it is obtained by reducing the corrosion resistance or, depending on the required rust resistance, by adding elements such as Cu and Mo, which have a strong effect of improving corrosion resistance. Cu,
The effect of Mo becomes even greater as the amount of Cr increases. However, an increase in Cr causes the steel to become brittle, making it more likely to cause cracks and rough skin during processing, and impairing its softness. In addition, the increase in Cr makes manufacturing difficult and causes an increase in cost. From these points of view, 20% is the limit. Cu, Ni, Mo: Cu, Ni, and Mo are effective elements for increasing corrosion resistance, and are also effective in improving rust resistance. In the present invention, by reducing the amount of Mn and S, Cu,
The addition of Ni and Mo further increases rust resistance.
Since Co and Mo exhibit a corrosion resistance improving effect in combination with Cr, in order to effectively utilize these elements, it is necessary to
It is desirable to increase the amount of Cr. The effects of Cu, Ni, and Mo appear when they are added in an amount of 0.2% or more, but if the amount of Cu added is too large, it will actually worsen the rust resistance.
Cu and Ni cause stress corrosion cracking susceptibility or precipitate martensite, so the upper limit should be set.
Set at 0.8%. Although Mo improves rust resistance with increasing amount, it is economically expensive and the features of the present invention are impaired, so the upper limit is set at 0.8%. The present invention will be specifically explained below using Examples. Table 1 shows a comparison of the components of the invention steel and comparative steel used in the experiment. These steels were melted by conventional methods and subjected to the following tests. First, steels 1 to 7 and 11 were cut into 10 x 10 mm plates, attached with heat lead wires, and embedded in hardening resin at 30°C.
The pitting potential was measured in 5% NaCl based on JIS-G0577.
【表】
その結果は第１〜３図に示されている。第１図
はNbを含まない本発明鋼および比較鋼（16Cr
鋼）のMn含有量と孔食電位（標準甘汞電極に対
する）の関係を示す。孔食電位は耐発銹性のめや
すになるが、図から明らかなように、Mn量が低
くなるに従つて孔食電位は上昇し、0.3％以下で
有意な上昇を見る。なお、これらの試料のＳ含有
量はすべて0.01％以下である。
第３図はNbを含まない本発明鋼と比較鋼
（16Cr鋼）のＳ含有量と孔食電位の関係を示す。
これらの試料のMn含有量はいずれも0.3％以下で
ある。図から明らかなように、Ｓ量30ppm即ち
0.003％以下で孔食電位の有意の上昇が認められ
る。
以上の結果から、Mn量0.3％以下、Ｓ量0.003
％以下において孔食電位の有意の上昇が達成され
ることが認められる。
MnおよびＳの低減による耐発銹性改善の効果
は発銹起点となるMnSを主体とする硫化物の減
少に因るものである。Ｓの低減により耐発銹性が
改善されることはすでに知られていたが、Ｓ量を
低減するだけでは不充分であり、上述したように
同時にMn量を低め、硫化物自身の耐食性を改善
することによつて鋼の耐発銹性は一段と向上す
る。本発明の目的はこれによつて達せられるもの
である。
Mnの低減による耐発銹性の改善は硫化物の減
少のみならず、その質的変化と関連しており、鋼
中の硫化物をEPMAで観察したところ、Mnを減
ずることによつて硫化物中のCr濃度が増加して
いるのが認められ、Mnの低減による改善作用は
硫化物それ自身の耐食性が向上したことに因ると
考えられる。
次に鋼２、４、５、６を100×150mmの短柵状試
験片とし、JISD0201に示されたCASS試験（酸性
食塩水噴霧）を3320hr、行い発銹状態を調べた。
第３図に試験後の外観を示す。本試験において、
Ｓ、Mnの低減に伴つて試片表面からの発銹が少
くなることが分り、Mn0.3％以下でとくにＳが
0.002％以下の鋼５、６では試片の周辺以外の表
面からの発銹は皆無となる。
本発明者らは鋼12〜16について耐候性を調べる
ため、100×150mmの冷延鋼板を切り出し、表面を
＃400研摩したのち、海岸で３ケ月の暴路試験を
行つた。
試験後の評価は、５mm四方の格子をけがきした
透明板を試験片にあてて観察し、（発銹格子数／
全格子数）×100を発銹率とし、さらに発銹の程度
により軽い順に0.01、0.02、0.03の赤銹加重係数
を発銹率に乗じて行つた。結果は第２表に示され
ている。鋼12と15の比較により、Mn、Ｓを低め
た効果が確認され、Cr量を増しCuおよびNiを添
加した本発明鋼15の耐候性は比較鋼17（SUS304）
より優れている。[Table] The results are shown in Figures 1-3. Figure 1 shows the invention steel and comparative steel (16Cr
The relationship between Mn content and pitting corrosion potential (relative to standard Amane electrode) of steel is shown. The pitting potential is a measure of rust resistance, and as is clear from the figure, the pitting potential increases as the Mn content decreases, with a significant increase at 0.3% or less. Note that the S content of these samples is all 0.01% or less. FIG. 3 shows the relationship between the S content and pitting potential of the steel of the present invention that does not contain Nb and the comparison steel (16Cr steel).
The Mn content of these samples is all below 0.3%. As is clear from the figure, the amount of S is 30ppm, i.e.
A significant increase in pitting corrosion potential is observed at 0.003% or less. From the above results, Mn content is 0.3% or less, S content is 0.003
It is observed that a significant increase in pitting potential is achieved below %. The effect of improving rust resistance by reducing Mn and S is due to the reduction of sulfides, mainly MnS, which are the starting point for rusting. It was already known that reducing S content improves rust resistance, but reducing the S content alone is not sufficient, and as mentioned above, reducing the Mn content at the same time improves the corrosion resistance of the sulfide itself. By doing so, the rusting resistance of the steel is further improved. The object of the invention is thus achieved. Improvement in rust resistance by reducing Mn is related not only to the reduction of sulfides but also to their qualitative changes. When sulfides in steel were observed using EPMA, it was found that by reducing Mn It was observed that the Cr concentration in the steel was increased, and the improvement effect due to the reduction of Mn is thought to be due to the improvement in the corrosion resistance of the sulfide itself. Next, steels 2, 4, 5, and 6 were used as short fence-shaped test pieces of 100 x 150 mm, and the CASS test (acidic saline spray) specified in JISD0201 was conducted for 3320 hours to examine the rusting state.
Figure 3 shows the appearance after the test. In this test,
It was found that as S and Mn were reduced, rusting from the specimen surface decreased, and when Mn was 0.3% or less, S
For steels 5 and 6 with a content of 0.002% or less, there is no rusting from the surface other than the periphery of the specimen. In order to investigate the weather resistance of Steels 12 to 16, the present inventors cut out cold-rolled steel plates of 100 x 150 mm, polished the surface to #400, and then conducted a three-month rough road test on the coast. For evaluation after the test, a transparent plate with 5 mm square grids marked on it was placed on the test piece and observed, (number of rusting grids/
The rusting rate was set as the total number of grids) x 100, and the rusting rate was further multiplied by red rust weighting coefficients of 0.01, 0.02, and 0.03 in descending order of degree of rusting. The results are shown in Table 2. A comparison of Steels 12 and 15 confirmed the effect of lowering Mn and S, and the weather resistance of Inventive Steel 15, which has increased Cr content and added Cu and Ni, was superior to Comparative Steel 17 (SUS304).
Better.
【表】
以上説明したように、本発明は不純物元素であ
るMn、Ｓの量をきびしく制限することによつ
て、全面的にMoの利用に因ることなく、または
微量の含有でSUS304にほぼ匹敵する安価な鋼を
提供し、その産業上への貢献は極めて大である。[Table] As explained above, by strictly limiting the amounts of Mn and S, which are impurity elements, the present invention can improve SUS304 without using Mo completely or with a trace amount of Mo. It provides comparable inexpensive steel, and its contribution to industry is extremely large.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図および第２図は本発明鋼および比較鋼の
食塩水中における孔食電位を示す図である。第３
図は本発明鋼および比較鋼の酸性食塩水噴霧下に
おける耐発銹性を示す写真図である。第４図は比
較鋼の沸騰硫酸・硫酸銅溶液中における溶接部の
耐粒界腐食性を示す図である。
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing the pitting corrosion potential of the steel of the present invention and the comparative steel in saline water. Third
The figure is a photograph showing the rusting resistance of the steel of the present invention and comparative steel under spraying of acidic saline. FIG. 4 is a diagram showing the intergranular corrosion resistance of a welded part of a comparative steel in a boiling sulfuric acid/copper sulfate solution.