JPH01208484A - 耐食性に優れたステンレス鋼研磨仕様材及びその製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、耐食性が良好で、苛酷な腐食環境において
も殆んど発錆することのないステンレス鋼研磨仕様材、
並びに該ステンレス鋼研磨仕様材の製造方法に関するも
のである。

〈従来技術とその課題〉 近年、ステンレス鋼材の用途が極めて多様化してきたこ
とから、これに応じて様々な表面仕様の製品が製造され
るようになった。中でも、ステンレス鋼特有の表面光沢
を生かしたＢＡ仕様材や２Ｂ仕様材は最も広い需要を誇
っているが、用途によっては表面光沢の少ない艶消し状
のものが好まれる場合も多く、最近では建築内装材３家
電製品或いは厨房製品等に供される“故意に表面全面に
引っ掻き傷を付けたステンレス鋼材（研磨仕様材）”の
需要が急増している。

従来、上記ステンレス鋼研磨仕様材の工業的生産には、
連続的に走行する銅帯等の被処理ステンレス鋼材に回転
研削ベルトを接触させて機械的に引っ掻き傷を付ける手
段が一般的に採用されていたが、その中でも“被処理ス
テンレス鋼材と研削ベルトとの接触様式”や“得られる
製品の表面模様”によって大別される次の２つの方法が
主流を占めていた。

Ａ）第２図に示すように、研削ヘルド１の回転移動速度
よりも速い速度で被処理ステンレス鋼材２を走行させる
方法で、得られる製品の全面に互いに平行な引っ掻き底
積様が生じることがらＨＬ（Ｈａｉｒ　Ｌｉｎｅ）仕様
と呼ばれている方法。

Ｂ）第３図で示すように、被処理ステンレス鋼材２の走
行速度よりも研削ベルト１の回転移動速度を速くする方
法であり、比較的短い引っ掻き疵が被処理ステンレス鋼
材の長平方向に断続する模様が生じるものであって、Ｂ
　Ｇ　（Ｂｅｌｔ　Ｇｒｉｎｄｅｄ）仕様と呼ばれてい
る方法。

そして、何れの方法によっても使用するベルトの砥粒の
大きさに応じて表面粗さの粗いものから細かいものまで
種々の研磨仕様材が得られたが、両者とも、加工熱によ
るステンレス鋼材表面の酸化着色を防ぎかつ研削能率を
上げるため、研削ベルト及びステンレス鋼材に研削油（
切削油）を振りかけて研削することが欠かせなかった。

なお、ＢＧ研磨は、通常、ベルト速度が１０００　ｍ／
ｍｉｎ以上の極めて高い速度で行われ、１１６０〜＃３
２０の砥粒番手のベルトを用いることが多く、これに対
してＨＬ研変の場合はベルトとステンレス鋼材表面の相
対速度は数十ｍ／ｆｆ１ｉｎ程度であるが、ベルトを押
し付ける圧力が大きいのでかなりの局部的昇温があると
考えられる。

しかし、上述の如くに製造される“独特な風格を醸し出
すステンレス鋼研磨仕様材”には「海岸に近い屋外で使
用した場合に時たま発錆を見ることがある」との報告も
なされており、同様条件で使用されたＢＡ仕様材や２Ｂ
仕様材が発錆しないことからして研磨仕様材は一般にＢ
Ａ仕様材や２Ｂ仕様材よりも耐食性が劣るものとされ、
ＨＬ仕様材はＢＧ仕様材よりも多少耐食性が良好ではあ
るものの、何れもその用途がある程度制限されているの
が現状であった。

そこで、上述のようなステンレス鋼研磨仕様材の耐食性
不良原因を究明し、その克服を目的として行った研究の
過程で、本発明者等は「ステンレス鋼研磨仕様材の耐食
性劣化原因が、研磨時に使用される切削油剤中のＳ（硫
黄）がステンレス鋼表面と反応してクロム硫化物を作る
ことにある」との確信を得るに至り、これに基づいて、
「ステンレス鋼研磨仕様材を製造する際の切削油剤中の
Ｓ含有量を０．３５％以下（以降、成分割合を表わす％
は重量％とする）に調整するか、或いはＳの代わりにＣ
ｔ化合物やＰ化合物を添加した切削油剤を用いる」との
研磨仕様材の耐食性劣化防止策を提案した（特願昭６１
−１７８９５６号、特願昭６２−２７８８５１号）。

ところが、本発明者等はこの問題について更に研究を続
けたところ、［ステンレス鋼研磨仕様材の耐食性不良原
因の大きな要素の１つに、研磨仕様材はＢＡ材（光輝焼
鈍材）に比べて表面酸化皮膜の化学組成が高Ｆｅ含有率
となっている点をも挙げなければならない」との新たな
知見に到達したのである。

即ち、ステンレス鋼の表面はＣｒ酸化物（Ｃｒ２０３等
）、　Ｆｅ酸化物（Ｆｅｚ　Ｏ３＋　Ｆｅ：＋　Ｏａ等
）、ｌ’Ｉｎ酸化物（ＭｎＯ等）或いはＳｉ酸化物（Ｓ
ｉＯｚ等）などの酸化物で覆われており、このうちＣｒ
やＳｉの酸化は緻密で耐食性の良い皮膜を作るが、Ｆｅ
やＭｎの酸化物皮膜は耐食性が悪いとされている。そし
て、ステンレス鋼研磨仕様材を工業的に量産する場合、
大量の研削油材で冷却されながら機械的な研摩がなされ
るとは言え、研磨されるステンレス鋼表面は局部的に見
ると数百度（恐らくは６００〜８００℃）に昇温するも
のと推測される。このため、ステンレス鋼表面の酸化が
促進されて上記のような種々の酸化物から成る酸化膜が
ステンレス鋼研磨仕様材の表面に生成する。本発明者等
は、このステンレス鋼研磨仕様材表層部（表面からおよ
そ２０人の深さまで）の化学組成をＸＰＳ　（Ｘ線光電
子分光分析法）によって分析したところＦｅ、　Ｃｒ及
びＭｎの酸化物が主成分となっていることが確認され、
しかも第１表に示す如く、ＢＡ仕様材に比べてＣｒ対Ｆ
ｅの比率（Ｃｒ／Ｆｅ）が蟲かに小さいことが見出され
たのである。

その上、この（Ｃｒ／Ｆｅ）の比率は、研削油材中のＳ
含有率が大きいほど小さくなることも明らかとなった。

（注）ステンレス鋼は１６．５χＣｒ−０，４χＣｕ−
０，６χＮｂ材。

つまり、ステンレス鋼研磨仕様材では、表面酸化膜中の
Ｆｅ比率が高くなっているために耐食性が悪いのであり
、特に、Ｓを多量に含有する研削油を用いた製品は酸化
膜中のＣｒ割合が一段と低くなって耐食性劣化が目立つ
ようになるものと推測された。ただ、第１表中の中段に
示した“Ｓ含有研削油を使用した研磨仕様材”における
表面皮膜中の〔硫化物／Ｆｅ）比を調べると０．０５に
なっており、上段に示した“Ｓ無添加研削油を使用した
研磨仕様材”の値である０、００４より　１桁も大きい
ことから、硫化物の存在が耐食性劣化の原因である可能
性も否めない。

〈発明完成の基となった主要知見事項〉ともあれ、上述
のような推測の下に、本発明者等はステンレス鋼研磨仕
様材の表面皮膜組成を変える（Ｃｒ含有率を高める）こ
とによって耐食性改善を図るべく、その有効な手段を目
脂して更に研究を進めた結果、次のような知見を得るこ
とができた。

（ａｌ　　ステンレス鋼材を機械的に表面研磨して研磨
仕様材を得た後、これに硝酸又は硝酸を主成分とする水
溶液中に浸漬又は電解する処理を施すと、光沢等の格別
な外観変化を来たすことなくその耐食性が目立って改善
されること。

ｆｂｌ　　そして、上記耐食性改善効果は、硝酸処理に
よってステンレス鋼研磨仕様材表面のＦｅが溶解し、相
対的にＣｒの濃度が高まることによるものと推測され、
ステンレス鋼研磨仕様材の表面から２０人の深さまでに
おける極く表層のＣｒとＦｅとの原子数比（Ｃｒ／Ｆｅ
）が特に０．５以上になったものでは、従来の研磨仕様
材には見られない優れた耐食性が安定して発揮されるこ
と。

（Ｃ）　　また、これまで説明した研究結果を基に更に
推論し、「ステンレス鋼研磨仕様材を化学的又は電気化
学的に軽度にエツチングして表面の耐食性に劣る層を溶
解除去してしまえば耐食性が改善される筈である」との
結論をも得たが、実際に化学研磨及び／又は電解研摩を
実施すると、処理の前後で光沢や外観の変化は見られる
ものの確かに耐食性は改善され、しかも軽度のエツチン
グのために却って意匠性に優れた独特の表面が得られる
場合もあること。

（Ｃ）　　更に、上記（Ｃ１項で述べた化学研磨又は電
解　　　　　゛研磨の後に、硝酸系水溶液中に浸漬する
処理或いは該水溶液中で電解する処理を付は加えるなら
ば、化学研磨又は電解研磨後の表面研磨仕上げ材表層部
における（Ｃｒ／Ｐｅ）比：０．５以上を安定して確保
できるようになり、その耐食性に更なる信頼性が付加さ
れること。

く課題を解決するための手段〉 この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 ［ステ、ンレス鋼研磨仕様材を、表面から２０人の深さ
までにおけるＣｒとＦｅの原子数比（Ｃｒ／Ｆｅ）が０
．５以上に調整された表層を有してなる構成とすること
により、優れた耐食性を付与した点」に特徴を有すると
共に、更に、 「機械的表面研磨仕上げ後のステンレス鋼材を、硝酸又
は硝酸を主成分とする水溶液中に浸漬するか該水溶液中
で電解処理する方法により、又は、ステンレス鋼材の機
械的な表面研磨仕上げの後、これに化学研磨及び電解研
磨の何れか一方又は双方を施す方法により、或いは、ス
テンレス鋼材の機械的な表面研磨仕上げの後、化学研磨
及び電解研磨の何れか一方又は双方を施し、更に硝酸又
は硝酸を主成分とする水溶液中に浸漬するか該水溶液中
で電解処理する方法により、ステンレス鋼材の表面から
２０人の深さまでにおけるＣｒとＰｅの原子数比（Ｃｒ
／Ｆｅ）を０．５以上に調整し、耐食性に優れたステン
レス鋼研磨仕様材を安定製造し得るようにした点」 をも特徴とするものである。

ところで、本発明において、ステンレス鋼研磨仕様材の
表面から２０人の深さまでにおけるＣｒとＦｅの原子数
比（Ｃｒ／Ｆｅ）を０．５以上に調整する理由は、上記
鋼材表層部の（Ｃｒ／Ｆｅ）比が０．５よりも低いと所
望の耐食性が得られず、少なくとも表面から２０人の深
さまでの表層部が（Ｃｒ／Ｆｅ）比：０．５以上となっ
ておれば十分に満足できる耐食性が確保されるからであ
る。

本発明に適用されるステンレス鋼の鋼種は格別に制限さ
れるものではないが、Ｃｒ、　Ｎｉ又はＭＯの含有量が
多い高耐食ステンレス鋼を対象とすればより耐錆性の優
れた製品が得られることは言うまでもない。

また、機械的研磨で使用する研磨材（エンドレスベルト
等）は、砥粒の細かいものほど耐錆性に優れた製品を得
るのに有利である。そして、製品の耐誘性改善のみの観
点からは、研磨時の研磨材とステンレス鋼材との相対速
度が遅いほど、更に研磨材の押し付は圧力及び押し付は
時間は小さいほど好ましい。即ち、研磨材の粗化、研磨
速度の上昇、研摩材の押し付は圧力や押し付は時間の増
大等は何れもステンレス鋼材の温度を局所的に上げる要
因となり、このため発錆を助長するからである。

表面研磨仕上げ後（機械的研磨後であっても、機械的研
磨の後で更に化学研磨及び／又は電解研磨を施した後で
あっても良い）の硝酸処理は、硝酸又は硝酸を主成分と
する水溶液中に単に浸漬するだけよりも、該水溶液中で
電解する方が、短時間の処理で所望効果を上げることが
できるので工業的価値は高い。

電解処理の手段としては、被処理材に正の電位を負荷し
て行う陽極電解と、負と正の電位を交互に負荷する交番
電解が考えられるが、後者の方が効果の大きい場合が多
いので好ましい。

更に、交番電解の場合には、例えば第４図に示すように
、硝酸系水溶液中でステンレス鋼研磨仕上げ鋼帯３を陰
極４及び陽極５の近傍を連続的に通過させることによっ
て間接的に通電する方法を採用することも可能であり、
この方法は能率が高いことから量産に適していて、耐食
性の良好なステンレス鋼研磨仕様材を工業的により安価
に提供する上で有利である。

なお、上記硝酸系水溶液処理に用いる硝酸の濃度は、浸
漬処理でも電解処理でも１〜６０％の範囲で可能である
が、望ましくは５〜３０％に調整するのが良い。

硝酸系水溶液の添加物としては、硝酸の他に、硝酸塩や
クロム酸塩等が許容される。

以上に延べた硝酸系水溶液処理は、ステンレス鋼研磨仕
様材の極く表層部（恐らく数十人）を溶解するのみであ
り、外観上は処理前後で殆んど差がなく、光沢変化も殆
んどない。

化学研磨は、通常の如く塩酸、硫酸、りん酸。

硝フフ化水素酸、王水、有機酸等の水溶液中で実施すれ
ば良く、また、電解研磨は硫酸塩、鉱酸。

有機酸等の水溶液中で実施すれば十分である。

以上に述べた“ステンレス鋼材研磨後の耐食性改善処理
”を実施することによってＢＧやＨＬ研磨の条件は大幅
に自由度が大きくなり、研磨速度や研磨面の光沢向上の
ために研削油剤中にＳやＳ系化合物のような添加剤を加
えることも自由となるので、その工業上の価値は極めて
大きい。

さて、第１図は、本発明に係るステンレス鋼研磨仕様材
の製造工程〔第１図（ａ）〕を、従来の製造工程〔第１
図（ｂ）〕と比較して示したものである。

第１図からは、−見、本発明工程は従来工程に比べて工
数が多くて不利のように受は取られるかもしれないが、
ステンレス鋼材研磨仕様材製造における作業能率は機械
的研磨後程に律速されることを考慮すれば、該機械的研
磨速度を上げ得る本発明工程を選択した方が全工程での
生産速度向上につながり、コストの低減が達成できるこ
とは明らかである。

即ち、従来工程であれば耐食性を劣化させないために添
加材の少ない（つまり研削性の悪い）研削油剤を使用せ
ざるを得ないため、研削速度（鋼帯の移動速度）を落と
したり、数回の研磨を繰り返したりしなければならない
。また、研磨ベルトの損耗も多くて頻繁に交換する必要
もあるので、作業能率が悪い上、資材コストも上がる。

これに対して、本発明工程であれば、研磨性の良い研削
油（Ｓ等の添加油）が使用できるので研削速度は速くな
り、しかも研磨ベルトの損耗も少ないことに加えて、ベ
ルトの砥粒によってステンレス鋼表面がシャープに削り
取られる（研削性の悪い油を使うとむしり取られたよう
なささくれ立った表面になる）ことから光沢の良い研磨
面を得ることもできる。更に、本発明に係る硝酸系水溶
液処理や化学研磨或いは電解研磨処理は、機械研磨処理
に連続した一貫工程として行うことも可能であり、この
場合には製造速度が高まって大幅なコストダウンができ
る。

なお、第１図ｔａ）の本発明工程における“脱脂”は、
トリクロールエチレン等の有機溶剤によっても良いし、
またメツキの前処理に適用されるアルカリ脱脂によって
も良いことは言うまでもない。

次に、この発明の効果を、実施例により比較例と対比し
ながら具体的に説明する。

〈実施例〉 ５ＵＳ３０４相当ステンレス鋼（Ａ鋼）と、Ｃ：０．０
１５％、　Ｓｉ　：　０．４９％、　Ｍｎ　：　０．４
５％、　　Ｐ　：　０．０２６％。

Ｓ　：　０．００３％、　Ｃｒ　：　１６．５％、Ｎｂ
：０．６％、Ｃｕ：０．４％を含むと共に残部が実質的
にＦｅから成るステンレス鋼（Ｂ鋼）の薄板（何れも、
板厚：０．７龍の２Ｂ仕様材）を用意し、既設の連続研
磨設備を用いてＮｏ、４仕様（ＢＧ仕様）及びＨＬ仕様
に研磨した。

なお、本発明例については、上記機械的研磨に続いて更
に第２表に示す条件で後処理し、研磨仕様ステンレス鋼
帯製品を得た。

ここで、研摩油として、Ｎｏ、４仕様の場合はダフニー
・ポリッシングオイルＦ−１（商品名：出光興産株式会
社）を、ＨＬ仕様の場合にはスビノソクス５−２（商品
名二日本石油株式会社）をそれぞれ使用したが、これら
は何れも研削性改善のためにＳの添加がなされているも
のである。

次に、これらの各研磨仕様ステンレス鋼帯製品から試験
片を切り出し、トリクロールエチレン及びシンナーで十
分に脱脂した後、前記ＸＰＳで表面の化学組成分析を行
うと共に、耐食性試験をも実施した。

これらの結果を第２表に併せて示す。

なお、「フェロキシルテスト」とは、フェリシアン化カ
リウム：３ｇ、フェロシアン化カリウム：３ｇ、塩化ナ
トリウム：４ｇ及び３．３％塩酸：３１ｄｌを水にとか
して全体を１００ｍＮとし、この溶液で濡らした濾紙を
試験片に貼り付けて２２℃で１０分間保持することによ
り局部腐食を発生させ、腐食部位の濾紙に付着した青色
化合物の斑点の密度や大きさの程度から耐食性を判定す
る方法である・該フェロキシルテストの結果は、ＪＩＳ
　Ｈ８５０２−１９８２のレイティングナンバーで評価
した（数値が大きいほど耐食性は良好となる）。

また、塩水噴霧試験はＪＩＳＺ２３７１に規定される試
験であるが、「噴霧１６時間−噴霧休止８時間」を３回
繰り返した。

そして、加熱後塩水噴霧試験は、試験片を２６０℃に９
０秒間加熱した後で上記と同じ繰り返し塩水噴霧を施す
条件で実施した。

第２表に示す結果からも明らかなように、本発明で規定
される条件に従って製造されたところの「表層部の（Ｃ
ｒ／Ｆｅ）比が本発明で規定される等を満たすステンレ
ス鋼研磨仕様材」は、何れも従来法通りに製造された従
来材に比べて優れた耐食性を有していることが分かる。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、比較的苛酷な
腐食環境においても発錆を殆ど生じることのない、耐食
性に優れたステンレス研磨仕様材を十分に高い生産能率
でもって作業コスト安く製造することができるなど、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、本発明に係るステンレス鋼研磨仕様材の製造
工程を従来の工程と比較して示した工程図であり、第１
図ｔａｌは本発明工程を、そして第１図（ｂ）は従来工
程をそれぞれ示している。 第２図は、ＨＬ仕様材の研磨状況を説明した概念図であ
る。 第３図は、ＢＧ仕様材の研磨状況を説明した概念図であ
る。 第４図は、交番電解法の例を示した概念図である。 図面において、 ｌ・・・研削ベルト　２・・・被処理ステンレス鋼材。 ３・・・ステンレス鋼研磨仕上げ鋼帯。 ４・・・陰極、　　　　５・・・陽掻。 出願人　日本ステンレス株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面から２０Åの深さまでにおけるＣｒとＦｅの
   原子数比（Ｃｒ／Ｆｅ）が０．５以上に調整された表層
   を有してなることを特徴とする、耐食性に優れたステン
   レス鋼研磨仕様材。
2. （２）表面研磨仕上げの後、硝酸又は硝酸を主成分とす
   る水溶液中に浸漬することを特徴とする、前記特許請求
   の範囲第１項に記載の耐食性に優れたステンレス鋼研磨
   仕様材の製造方法。
3. （３）表面研磨仕上げの後、硝酸又は硝酸を主成分とす
   る水溶液中で電解することを特徴とする、前記特許請求
   の範囲第１項に記載の耐食性に優れたステンレス鋼研磨
   仕様材の製造方法。
4. （４）機械的な表面研磨仕上げの後、化学研磨及び電解
   研磨の何れか一方又は双方を施すことを特徴とする、前
   記特許請求の範囲第１項に記載の耐食性に優れたステン
   レス鋼研磨仕様材の製造方法。