JPH06346195A - 高耐食性フェライト系ステンレス鋼及びその製造方法 - Google Patents
高耐食性フェライト系ステンレス鋼及びその製造方法Info
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- JPH06346195A JPH06346195A JP14224393A JP14224393A JPH06346195A JP H06346195 A JPH06346195 A JP H06346195A JP 14224393 A JP14224393 A JP 14224393A JP 14224393 A JP14224393 A JP 14224393A JP H06346195 A JPH06346195 A JP H06346195A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｍｏを多量に含む不動態皮膜を形成すること
により、フェライト系ステンレス鋼の耐食性及び耐候性
を向上させる。 【構成】 この高耐食性フェライト系ステンレス鋼は、
Ｃ：０．０３重量％以下，Ｓｉ：１．０重量％以下，Ｍ
ｎ：１．０重量％以下，Ｐ：０．０４重量％以下，Ｓ：
０．０３重量％以下，Ｎｉ：１．０重量％，Ｃｒ：２５
〜３４重量％，Ｍｏ：１〜３重量％，Ｔｉ：０．０５〜
０．３重量％及びＡｌ：０．０１〜０．５重量％を含有
し、Ｃｒ＋３Ｍｏ＝３３〜３７重量％を満足する鋼基材
の表面から２０Å以内の深さでのＦｅ，Ｃｒ及びＭｏの
合計に占めるＭｏの割合が原子数換算で５％以上の不動
態皮膜が形成されている。不動態皮膜は、鋼材をフッ酸
−硝酸溶液中で酸洗仕上げすることにより形成される。
により、フェライト系ステンレス鋼の耐食性及び耐候性
を向上させる。 【構成】 この高耐食性フェライト系ステンレス鋼は、
Ｃ：０．０３重量％以下，Ｓｉ：１．０重量％以下，Ｍ
ｎ：１．０重量％以下，Ｐ：０．０４重量％以下，Ｓ：
０．０３重量％以下，Ｎｉ：１．０重量％，Ｃｒ：２５
〜３４重量％，Ｍｏ：１〜３重量％，Ｔｉ：０．０５〜
０．３重量％及びＡｌ：０．０１〜０．５重量％を含有
し、Ｃｒ＋３Ｍｏ＝３３〜３７重量％を満足する鋼基材
の表面から２０Å以内の深さでのＦｅ，Ｃｒ及びＭｏの
合計に占めるＭｏの割合が原子数換算で５％以上の不動
態皮膜が形成されている。不動態皮膜は、鋼材をフッ酸
−硝酸溶液中で酸洗仕上げすることにより形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐孔食性，耐候性に優
れたフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法に関す
る。
れたフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ステンレス鋼は、代表的な耐食材料とし
て各種建築用資材，構造材等に使用されている。なかで
も、フェライト系ステンレス鋼は、高価なニッケルを含
まず、溶接にも問題がないことから、安価な耐食材料と
して汎用されている。しかし、フェライト系ステンレス
鋼の代表鋼種であるＳＵＳ４３０を例にとると、腐食環
境の緩やかな田園地帯においても短期間で赤銹を発生す
ることにみられるように耐食性，耐候性が十分でない。
更に、溶接時の加熱，冷却によって粒界腐食が発生し易
い欠点もある。耐候性を改善するには、Ｃｒ量の増加や
Ｍｏの添加等が有効である。ＣｒやＭｏの増加に伴った
靭性の低下は、Ｃ及びＮを低減させることで改善してい
る。Ｃ，Ｎの低減は、耐粒界腐食性改善にも有効であ
る。しかし、Ｃ，Ｎの低減にも自ら限界があり、現在、
工業的に到達し得るＣ，Ｎ量レベルでは、粒界腐食感受
性を完全に無くすことはできない。そこで、Ｃ，Ｎを固
定し得るＴｉ又はＮｂ等の安定化元素を単独或いは複合
で添加することにより、粒界腐食に及ぼすＣ，Ｎの悪影
響を解消している。
て各種建築用資材，構造材等に使用されている。なかで
も、フェライト系ステンレス鋼は、高価なニッケルを含
まず、溶接にも問題がないことから、安価な耐食材料と
して汎用されている。しかし、フェライト系ステンレス
鋼の代表鋼種であるＳＵＳ４３０を例にとると、腐食環
境の緩やかな田園地帯においても短期間で赤銹を発生す
ることにみられるように耐食性，耐候性が十分でない。
更に、溶接時の加熱，冷却によって粒界腐食が発生し易
い欠点もある。耐候性を改善するには、Ｃｒ量の増加や
Ｍｏの添加等が有効である。ＣｒやＭｏの増加に伴った
靭性の低下は、Ｃ及びＮを低減させることで改善してい
る。Ｃ，Ｎの低減は、耐粒界腐食性改善にも有効であ
る。しかし、Ｃ，Ｎの低減にも自ら限界があり、現在、
工業的に到達し得るＣ，Ｎ量レベルでは、粒界腐食感受
性を完全に無くすことはできない。そこで、Ｃ，Ｎを固
定し得るＴｉ又はＮｂ等の安定化元素を単独或いは複合
で添加することにより、粒界腐食に及ぼすＣ，Ｎの悪影
響を解消している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの技術的背景を
もとにして、たとえば低炭素・低窒素３０Ｃｒ−２．０
Ｍｏ−Ｎｂ鋼のように、耐候性に優れた含Ｍｏ高Ｃｒ鋼
が開発されている。しかし、海岸地帯，海上等の塩素イ
オンを含む腐食環境に曝されると、温度，湿度等の気象
条件によっては短期間に赤銹を発生することがある。赤
銹発生は、不動態皮膜の一部が塩素イオンにより破壊さ
れ、ステンレス鋼成分が溶解し、Ｆｅの腐食生成物が形
成されることに起因する。すなわち、ステンレス鋼の表
面は、通常赤銹等の発銹を抑制する不動態皮膜で覆われ
ている。しかし、海岸地帯や海上では不動態皮膜が破壊
され、その再生を妨げる作用をもつ塩素イオンを含んだ
海塩粒子の飛来により、腐食が進行する。本発明は、こ
のような問題を解消すべく案出されたものであり、製造
性や加工性に悪影響を与える高合金化によることなく、
Ｍｏの占める割合が高い不動態皮膜を形成することによ
り、塩素イオンを含む腐食環境においても優れた耐候性
を有するフェライト系ステンレス鋼板を提供することを
目的とする。
もとにして、たとえば低炭素・低窒素３０Ｃｒ−２．０
Ｍｏ−Ｎｂ鋼のように、耐候性に優れた含Ｍｏ高Ｃｒ鋼
が開発されている。しかし、海岸地帯，海上等の塩素イ
オンを含む腐食環境に曝されると、温度，湿度等の気象
条件によっては短期間に赤銹を発生することがある。赤
銹発生は、不動態皮膜の一部が塩素イオンにより破壊さ
れ、ステンレス鋼成分が溶解し、Ｆｅの腐食生成物が形
成されることに起因する。すなわち、ステンレス鋼の表
面は、通常赤銹等の発銹を抑制する不動態皮膜で覆われ
ている。しかし、海岸地帯や海上では不動態皮膜が破壊
され、その再生を妨げる作用をもつ塩素イオンを含んだ
海塩粒子の飛来により、腐食が進行する。本発明は、こ
のような問題を解消すべく案出されたものであり、製造
性や加工性に悪影響を与える高合金化によることなく、
Ｍｏの占める割合が高い不動態皮膜を形成することによ
り、塩素イオンを含む腐食環境においても優れた耐候性
を有するフェライト系ステンレス鋼板を提供することを
目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の高耐食性フェラ
イト系ステンレス鋼は、その目的を達成するため、Ｃ：
０．０３重量％以下，Ｓｉ：１．０重量％以下，Ｍｎ：
１．０重量％以下，Ｐ：０．０４重量％以下，Ｓ：０．
０３重量％以下，Ｎｉ：１．０重量％，Ｃｒ：２５〜３
４重量％，Ｍｏ：１〜３重量％，Ｎｂ：０．１〜０．６
重量％，Ｔｉ：０．０５〜０．３重量％及びＡｌ：０．
０１〜０．５重量％を含有し、Ｃｒ＋３Ｍｏ＝３３〜３
７重量％を満足する鋼基材の表面から２０Å以内の深さ
で、Ｆｅ，Ｃｒ及びＭｏの合計に占めるＭｏの割合が原
子数換算で５％以上の不動態皮膜が形成されている。Ｍ
ｏが占める割合が高い不動態皮膜は、前掲の成分をもつ
鋼材をフッ酸−硝酸溶液中で酸洗仕上げすることにより
形成される。
イト系ステンレス鋼は、その目的を達成するため、Ｃ：
０．０３重量％以下，Ｓｉ：１．０重量％以下，Ｍｎ：
１．０重量％以下，Ｐ：０．０４重量％以下，Ｓ：０．
０３重量％以下，Ｎｉ：１．０重量％，Ｃｒ：２５〜３
４重量％，Ｍｏ：１〜３重量％，Ｎｂ：０．１〜０．６
重量％，Ｔｉ：０．０５〜０．３重量％及びＡｌ：０．
０１〜０．５重量％を含有し、Ｃｒ＋３Ｍｏ＝３３〜３
７重量％を満足する鋼基材の表面から２０Å以内の深さ
で、Ｆｅ，Ｃｒ及びＭｏの合計に占めるＭｏの割合が原
子数換算で５％以上の不動態皮膜が形成されている。Ｍ
ｏが占める割合が高い不動態皮膜は、前掲の成分をもつ
鋼材をフッ酸−硝酸溶液中で酸洗仕上げすることにより
形成される。
【０００５】
【作用】本発明者等は、フェライト系ステンレス鋼の表
面に形成される不動態皮膜と耐食性，耐候性との関係を
種々の観点から調査・研究した。その結果、酸洗仕上げ
後に形成される不動態皮膜に占めるＭｏの割合が高くな
ると、耐食性，耐候性等において非常に優れた特性が得
られることを解明した。Ｍｏが耐食性，耐候性等の向上
に与える理由は、次のように推察される。Ｃｒ及びＦｅ
を主成分とする不動態皮膜には、腐食の起点となる活性
な欠陥部が多数存在する。しかし、Ｍｏが共存すると
き、この欠陥部が補完され、腐食の発生が抑制される。
また、カソード反応を小さくする効果をＭｏが呈するこ
とから、仮に腐食が発生した場合でも腐食の成長が抑制
される。その結果、Ｍｏが不動態皮膜中に存在すること
により、耐食性及び耐候性が向上する。
面に形成される不動態皮膜と耐食性，耐候性との関係を
種々の観点から調査・研究した。その結果、酸洗仕上げ
後に形成される不動態皮膜に占めるＭｏの割合が高くな
ると、耐食性，耐候性等において非常に優れた特性が得
られることを解明した。Ｍｏが耐食性，耐候性等の向上
に与える理由は、次のように推察される。Ｃｒ及びＦｅ
を主成分とする不動態皮膜には、腐食の起点となる活性
な欠陥部が多数存在する。しかし、Ｍｏが共存すると
き、この欠陥部が補完され、腐食の発生が抑制される。
また、カソード反応を小さくする効果をＭｏが呈するこ
とから、仮に腐食が発生した場合でも腐食の成長が抑制
される。その結果、Ｍｏが不動態皮膜中に存在すること
により、耐食性及び耐候性が向上する。
【０００６】不動態皮膜中のＭｏは、基材であるフェラ
イト系ステンレス鋼の組成に大きく影響される。そこ
で、フェライト系ステンレス鋼の合金設計が不動態皮膜
の組成に与える影響を調査した。その結果、規定された
量のＮｂ，Ｔｉ及びＡｌを複合添加すると、不動態皮膜
に占めるＭｏの割合が高くなることが判った。Ｍｏの割
合は、硝酸−フッ酸の混合酸中での浸漬処理を含む酸洗
により高くなる。この点、Ｎｂ，Ｔｉ及びＡｌが複合添
加されていない合金系では、表層部にＭｏの濃縮が全く
観察されず、或いは観察されても僅かであった。
イト系ステンレス鋼の組成に大きく影響される。そこ
で、フェライト系ステンレス鋼の合金設計が不動態皮膜
の組成に与える影響を調査した。その結果、規定された
量のＮｂ，Ｔｉ及びＡｌを複合添加すると、不動態皮膜
に占めるＭｏの割合が高くなることが判った。Ｍｏの割
合は、硝酸−フッ酸の混合酸中での浸漬処理を含む酸洗
により高くなる。この点、Ｎｂ，Ｔｉ及びＡｌが複合添
加されていない合金系では、表層部にＭｏの濃縮が全く
観察されず、或いは観察されても僅かであった。
【０００７】Ｔｉ及びＡｌの複合添加は耐候性改善に有
効ではあるものの、一定量以上を超えるＴｉの添加は局
部的な腐食を強める。この原因は、Ｔｉ添加量の増加と
共に不動態皮膜が強固になり、疵等により皮膜に欠陥が
生じると、欠陥部に腐食が集中することに起因するもの
と推察される。更に、Ｔｉの過剰添加によって圧延，加
工時等に表面疵が発生し易くなることから、Ｔｉ含有量
は必要最小限にする必要がある。これらの理由から、Ｔ
ｉ添加量の上限が規制されるとき、Ｔｉ単独の添加で粒
界腐食の防止を図ることは困難である。そこで、更にＮ
ｂを複合添加する。このようにして、表面から２０Å以
内の深さでＦｅ，Ｃｒ及びＭｏの合計に占めるＭｏの割
合が原子数換算で５％以上の不動態皮膜が形成されたフ
ェライト系ステンレス鋼では、高Ｃｒ高Ｍｏステンレス
鋼に匹敵する耐食性及び耐候性を呈する。
効ではあるものの、一定量以上を超えるＴｉの添加は局
部的な腐食を強める。この原因は、Ｔｉ添加量の増加と
共に不動態皮膜が強固になり、疵等により皮膜に欠陥が
生じると、欠陥部に腐食が集中することに起因するもの
と推察される。更に、Ｔｉの過剰添加によって圧延，加
工時等に表面疵が発生し易くなることから、Ｔｉ含有量
は必要最小限にする必要がある。これらの理由から、Ｔ
ｉ添加量の上限が規制されるとき、Ｔｉ単独の添加で粒
界腐食の防止を図ることは困難である。そこで、更にＮ
ｂを複合添加する。このようにして、表面から２０Å以
内の深さでＦｅ，Ｃｒ及びＭｏの合計に占めるＭｏの割
合が原子数換算で５％以上の不動態皮膜が形成されたフ
ェライト系ステンレス鋼では、高Ｃｒ高Ｍｏステンレス
鋼に匹敵する耐食性及び耐候性を呈する。
【０００８】以下、基材として使用されるフェライト系
ステンレス鋼の合金成分及び含有量を説明する。 Ｃ： ステンレス鋼に不可避的に含まれる元素である。
Ｃ含有量を低減すると軟質になり、加工性が向上すると
共に炭化物の生成が少なくなる。また、Ｃ含有量の低減
に伴って、溶接性及び溶接部の耐食性も向上する。そこ
で、Ｃ含有量の上限を０．０３重量％に規定した。 Ｓｉ： 溶接部の高温割れや溶接部靭性に対し有害な元
素である。また、ステンレス鋼を硬質にするので、Ｓｉ
含有量は低い方が好ましい。そこで、Ｓｉ含有量の上限
を１．０重量％に規定した。 Ｍｎ： ステンレス鋼中に微量に存在するＳと結合して
可溶性硫化物ＭｎＳを形成することにより、耐候性を低
下させる有害な元素である。そこで、Ｍｎ含有量の上限
を１．０重量％に規定した。
ステンレス鋼の合金成分及び含有量を説明する。 Ｃ： ステンレス鋼に不可避的に含まれる元素である。
Ｃ含有量を低減すると軟質になり、加工性が向上すると
共に炭化物の生成が少なくなる。また、Ｃ含有量の低減
に伴って、溶接性及び溶接部の耐食性も向上する。そこ
で、Ｃ含有量の上限を０．０３重量％に規定した。 Ｓｉ： 溶接部の高温割れや溶接部靭性に対し有害な元
素である。また、ステンレス鋼を硬質にするので、Ｓｉ
含有量は低い方が好ましい。そこで、Ｓｉ含有量の上限
を１．０重量％に規定した。 Ｍｎ： ステンレス鋼中に微量に存在するＳと結合して
可溶性硫化物ＭｎＳを形成することにより、耐候性を低
下させる有害な元素である。そこで、Ｍｎ含有量の上限
を１．０重量％に規定した。
【０００９】Ｐ： 母材及び溶接部靭性を損なうので、
Ｐ含有量は低い方が望ましい。しかし、ステンレス鋼等
の含Ｃｒ鋼を脱Ｐすることは困難であり、且つＰ含有量
を極度に低下させることは製造コストの上昇を招く。し
たがって、Ｐ含有量の上限を０．０４重量％に規定し
た。 Ｓ： 耐候性及び溶接部の高温割れに悪影響を及ぼす有
害な元素であるため、Ｓ含有量は低い方が好ましい。そ
こで、Ｓ含有量の上限を０．０３重量％に規定した。 Ｎｉ： フェライト系ステンレス鋼の靭性改善に有効な
合金元素である。しかし、多量のＮｉ含有は、コスト高
の原因となる。本発明においては、通常のフェライト系
ステンレス鋼で不可避的不純物として混入される１．０
重量％にＮｉ含有量の上限を定めた。
Ｐ含有量は低い方が望ましい。しかし、ステンレス鋼等
の含Ｃｒ鋼を脱Ｐすることは困難であり、且つＰ含有量
を極度に低下させることは製造コストの上昇を招く。し
たがって、Ｐ含有量の上限を０．０４重量％に規定し
た。 Ｓ： 耐候性及び溶接部の高温割れに悪影響を及ぼす有
害な元素であるため、Ｓ含有量は低い方が好ましい。そ
こで、Ｓ含有量の上限を０．０３重量％に規定した。 Ｎｉ： フェライト系ステンレス鋼の靭性改善に有効な
合金元素である。しかし、多量のＮｉ含有は、コスト高
の原因となる。本発明においては、通常のフェライト系
ステンレス鋼で不可避的不純物として混入される１．０
重量％にＮｉ含有量の上限を定めた。
【００１０】Ｃｒ： ステンレス鋼の耐食性を高める主
要元素であり、耐候性，耐孔食性，耐隙間腐食性及び一
般耐食性を著しく向上させる。耐食性改善に与えるＣｒ
の作用は、２５重量％未満では不十分である。しかし、
Ｃｒ含有量が３４重量％を超えると、著しい脆化が生
じ、薄板製造，製品加工等の際に困難を伴う。そのた
め、Ｃｒ含有量を２５〜３４重量％の範囲に定めた。 Ｍｏ： Ｃｒと共に耐候性を高める有効な合金元素であ
り、その効果はＣｒ量が増すにつれて大きくなる。本発
明で規定したＣｒ量レベルにおいては、１重量％未満の
Ｍｏ含有量では耐候性改善効果は小さく、逆に３％を超
えてＭｏを添加すると延性の低下を招き加工上困難を伴
う。そこで、Ｍｏ含有量量を１〜３重量％の範囲に設定
した。
要元素であり、耐候性，耐孔食性，耐隙間腐食性及び一
般耐食性を著しく向上させる。耐食性改善に与えるＣｒ
の作用は、２５重量％未満では不十分である。しかし、
Ｃｒ含有量が３４重量％を超えると、著しい脆化が生
じ、薄板製造，製品加工等の際に困難を伴う。そのた
め、Ｃｒ含有量を２５〜３４重量％の範囲に定めた。 Ｍｏ： Ｃｒと共に耐候性を高める有効な合金元素であ
り、その効果はＣｒ量が増すにつれて大きくなる。本発
明で規定したＣｒ量レベルにおいては、１重量％未満の
Ｍｏ含有量では耐候性改善効果は小さく、逆に３％を超
えてＭｏを添加すると延性の低下を招き加工上困難を伴
う。そこで、Ｍｏ含有量量を１〜３重量％の範囲に設定
した。
【００１１】Ｍｏ含有量は、Ｃｒ含有量との間でＣｒ＋
３Ｍｏ＝３３〜３７の関係が成立していることが必要で
ある。この式は、本発明者等による実験の結果として求
められたもので、良好な耐候性を維持するために有効な
指標である。すなわち、Ｃｒ，Ｍｏは耐候性改善のため
の基本成分であり、Ｍｏの方がＣｒよりも耐候性改善に
対する寄与が大きいことから、係数をＣｒの３倍とし
た。なお、任意成分であるＣｕを含有する場合、Ｃｕは
Ｍｏと同等の効果を有するため、係数をＭｏと同じ係数
とし、Ｃｒ＋３（Ｍｏ＋Ｃｕ）＝３３〜３７の関係を成
立させる。しかし、Ｃｒ＋３Ｍｏ又はＣｒ＋３（Ｍｏ＋
Ｃｕ）が３７を超えると、高合金化の傾向が強く現れ、
製造性や加工性が著しく劣化する。 Ｎｂ： Ｔｉと共同して、本発明で規定したＣｒ量レベ
ルのフェライト系ステンレス鋼において粒界腐食を防止
する。この作用を得るため、０．１重量％以上のＮｂ含
有量が必要である。しかし、過剰のＮｂ添加によって溶
接部靭性を阻害するので、Ｎｂ含有量の上限を０．６重
量％に規定した。
３Ｍｏ＝３３〜３７の関係が成立していることが必要で
ある。この式は、本発明者等による実験の結果として求
められたもので、良好な耐候性を維持するために有効な
指標である。すなわち、Ｃｒ，Ｍｏは耐候性改善のため
の基本成分であり、Ｍｏの方がＣｒよりも耐候性改善に
対する寄与が大きいことから、係数をＣｒの３倍とし
た。なお、任意成分であるＣｕを含有する場合、Ｃｕは
Ｍｏと同等の効果を有するため、係数をＭｏと同じ係数
とし、Ｃｒ＋３（Ｍｏ＋Ｃｕ）＝３３〜３７の関係を成
立させる。しかし、Ｃｒ＋３Ｍｏ又はＣｒ＋３（Ｍｏ＋
Ｃｕ）が３７を超えると、高合金化の傾向が強く現れ、
製造性や加工性が著しく劣化する。 Ｎｂ： Ｔｉと共同して、本発明で規定したＣｒ量レベ
ルのフェライト系ステンレス鋼において粒界腐食を防止
する。この作用を得るため、０．１重量％以上のＮｂ含
有量が必要である。しかし、過剰のＮｂ添加によって溶
接部靭性を阻害するので、Ｎｂ含有量の上限を０．６重
量％に規定した。
【００１２】Ｔｉ： Ａｌ及びＮｂと共に複合添加する
とき、酸洗によってステンレス鋼表面に形成される不動
態皮膜に占めるＭｏの割合を高くする。その結果、比較
的低いＣｒ量及びＭｏ量の組成であっても、優れた耐食
性及び耐候性が得られる。また、Ｔｉ添加は、粒界腐食
を抑制し、Ｃ，Ｎを固定する作用も呈する。このような
効果を得るためには、０．０５重量％以上のＴｉを含有
することが必要である。しかし、０．３重量％を超えて
Ｔｉを含有させると、素材の表面品質を劣化させ、局部
的な腐食を強める傾向がみられる。そこで、Ｔｉ含有量
は、０．０５〜０．３重量％の範囲に定めた。 Ａｌ： 腐食抑制に有効な不動態皮膜を形成する上で重
要な合金元素である。Ｎｂ及びＴｉとの複合添加によっ
て、酸洗時に形成される不動態皮膜に占めるＭｏの割合
を高くし、耐食性及び耐候性を向上させる。Ａｌ含有量
が０．０１重量％未満では、Ｍｏの割合を上昇させる効
果が小さい。逆に、０．５重量％を超えてＡｌを添加す
ると、素材の表面品質の劣化を招き、且つ溶接性が悪化
する。そのため、Ａｌ含有量を０．０１〜０．５重量％
の範囲に設定した。
とき、酸洗によってステンレス鋼表面に形成される不動
態皮膜に占めるＭｏの割合を高くする。その結果、比較
的低いＣｒ量及びＭｏ量の組成であっても、優れた耐食
性及び耐候性が得られる。また、Ｔｉ添加は、粒界腐食
を抑制し、Ｃ，Ｎを固定する作用も呈する。このような
効果を得るためには、０．０５重量％以上のＴｉを含有
することが必要である。しかし、０．３重量％を超えて
Ｔｉを含有させると、素材の表面品質を劣化させ、局部
的な腐食を強める傾向がみられる。そこで、Ｔｉ含有量
は、０．０５〜０．３重量％の範囲に定めた。 Ａｌ： 腐食抑制に有効な不動態皮膜を形成する上で重
要な合金元素である。Ｎｂ及びＴｉとの複合添加によっ
て、酸洗時に形成される不動態皮膜に占めるＭｏの割合
を高くし、耐食性及び耐候性を向上させる。Ａｌ含有量
が０．０１重量％未満では、Ｍｏの割合を上昇させる効
果が小さい。逆に、０．５重量％を超えてＡｌを添加す
ると、素材の表面品質の劣化を招き、且つ溶接性が悪化
する。そのため、Ａｌ含有量を０．０１〜０．５重量％
の範囲に設定した。
【００１３】本発明のフェライト系ステンレス鋼は、更
にＣｕ，Ｚｒ等を含むことある。また、通常不純物とし
て含まれるＮは、含有量０．０３重量％以下にすること
が好ましい。 Ｃｕ，Ｚｒ： 任意成分として添加されるＣｕ及びＺｒ
は、共に耐候性改善に有効な合金元素である、このよう
な効果を得るためには、０．１重量％未満のＣｕ含有量
又は０．０５重量％未満のＺｒ含有量では不十分であ
る。しかし、多すぎると溶接部靭性が阻害されるため、
Ｃｕ含有量は１．０重量％，Ｚｒ含有量は０．３重量％
をそれぞれ上限とした。 Ｎ： Ｃと同様にＮ含有量の低下に伴ってステンレス鋼
が軟質になり、加工性が向上すると共に、窒化物の生成
が少なくなる。また、溶接性及び溶接部の耐食性も向上
する。このようなことから、Ｎ含有量の上限を０．０３
重量％に規定することが好ましい。
にＣｕ，Ｚｒ等を含むことある。また、通常不純物とし
て含まれるＮは、含有量０．０３重量％以下にすること
が好ましい。 Ｃｕ，Ｚｒ： 任意成分として添加されるＣｕ及びＺｒ
は、共に耐候性改善に有効な合金元素である、このよう
な効果を得るためには、０．１重量％未満のＣｕ含有量
又は０．０５重量％未満のＺｒ含有量では不十分であ
る。しかし、多すぎると溶接部靭性が阻害されるため、
Ｃｕ含有量は１．０重量％，Ｚｒ含有量は０．３重量％
をそれぞれ上限とした。 Ｎ： Ｃと同様にＮ含有量の低下に伴ってステンレス鋼
が軟質になり、加工性が向上すると共に、窒化物の生成
が少なくなる。また、溶接性及び溶接部の耐食性も向上
する。このようなことから、Ｎ含有量の上限を０．０３
重量％に規定することが好ましい。
【００１４】Ｎｂ，Ｔｉ及びＡｌが複合添加されたステ
ンレス鋼を酸洗するとき、不動態皮膜に占めるＭｏの割
合が高くなり、耐候性を著しく改善する。また、Ｚｒを
複合添加したときもＴｉとほぼ同じ挙動を示すことか
ら、Ｍｏの割合を高くすることにおいてＴｉと同様の効
果を有するものと思われる。多量のＭｏを含む不動態皮
膜は、酸洗により形成される。このとき、硝酸−フッ酸
の混合酸中での浸漬処理を含む酸洗により、不動態皮膜
に占めるＭｏの割合が高くなる。この理由は、次のよう
に推察される。Ｎｂ，Ｔｉ及びＡｌを複合添加したＭｏ
含有ステンレス鋼の表面は、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ等を含む
皮膜で覆われている。この皮膜には、ＴｉやＡｌも含ま
れている。このようなステンレス鋼を硝酸−フッ酸の混
合酸液に浸漬すると、皮膜表層部のＦｅが優先的に溶出
する。このとき、Ｃｒ及びＭｏの溶出も生じるが、Ｔｉ
やＡｌが含まれていることによって皮膜が強固であり、
Ｍｏの溶出が抑制される。Ｍｏ溶出を抑制する効果は、
Ｔｉ及びＡｌが共存するとき顕著に現れる。その結果、
生成した不動態皮膜において、腐食し易いＦｅの割合が
減少し、Ｍｏの割合が高くなる。
ンレス鋼を酸洗するとき、不動態皮膜に占めるＭｏの割
合が高くなり、耐候性を著しく改善する。また、Ｚｒを
複合添加したときもＴｉとほぼ同じ挙動を示すことか
ら、Ｍｏの割合を高くすることにおいてＴｉと同様の効
果を有するものと思われる。多量のＭｏを含む不動態皮
膜は、酸洗により形成される。このとき、硝酸−フッ酸
の混合酸中での浸漬処理を含む酸洗により、不動態皮膜
に占めるＭｏの割合が高くなる。この理由は、次のよう
に推察される。Ｎｂ，Ｔｉ及びＡｌを複合添加したＭｏ
含有ステンレス鋼の表面は、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ等を含む
皮膜で覆われている。この皮膜には、ＴｉやＡｌも含ま
れている。このようなステンレス鋼を硝酸−フッ酸の混
合酸液に浸漬すると、皮膜表層部のＦｅが優先的に溶出
する。このとき、Ｃｒ及びＭｏの溶出も生じるが、Ｔｉ
やＡｌが含まれていることによって皮膜が強固であり、
Ｍｏの溶出が抑制される。Ｍｏ溶出を抑制する効果は、
Ｔｉ及びＡｌが共存するとき顕著に現れる。その結果、
生成した不動態皮膜において、腐食し易いＦｅの割合が
減少し、Ｍｏの割合が高くなる。
【００１５】
【実施例】表１に示す化学成分を有する各種のステンレ
ス鋼を溶製し、熱間圧延により板厚３．５ｍｍの熱延板
を製造した。その後、板厚１．０ｍｍまで冷間圧延し、
１０００〜１０５０℃で焼鈍後、供試材とした。表１に
おいて、Ａグループの鋼は、本発明で規制した成分・組
成を満足するステンレス鋼であり、何れも固定元素とし
てＮｂ及びＴｉを複合添加し、微量元素としてＡｌを含
有している。そのうち、Ａ１〜Ａ４は２９Ｃｒ−１．９
Ｍｏ鋼をベースとし、Ｔｉ及びＡｌの含有量を変化させ
たものである。他方、Ｂグループの鋼は、本発明で規定
した要件を外れるステンレス鋼である。
ス鋼を溶製し、熱間圧延により板厚３．５ｍｍの熱延板
を製造した。その後、板厚１．０ｍｍまで冷間圧延し、
１０００〜１０５０℃で焼鈍後、供試材とした。表１に
おいて、Ａグループの鋼は、本発明で規制した成分・組
成を満足するステンレス鋼であり、何れも固定元素とし
てＮｂ及びＴｉを複合添加し、微量元素としてＡｌを含
有している。そのうち、Ａ１〜Ａ４は２９Ｃｒ−１．９
Ｍｏ鋼をベースとし、Ｔｉ及びＡｌの含有量を変化させ
たものである。他方、Ｂグループの鋼は、本発明で規定
した要件を外れるステンレス鋼である。
【００１６】
【表１】
【００１７】各供試材を研磨した後、５５℃に保持され
た５％硫酸浴に２０秒浸漬して予備酸洗を施した。予備
酸洗された供試材を次に示す条件下で２段階酸洗した。
２段階酸洗は、次に条件を示すように硝酸浴中での電解
酸洗、次いで硝酸−フッ酸浴中での仕上げ酸洗を採用し
た。硝酸酸洗 電解液：５％ＨＮＯ3 浴温：６０℃ 電流密度：２．５Ａ／ｄｍ2 電解時間：３
８秒フッ酸−硝酸酸洗 電解液：０．５％ＨＦ−６％ＨＮＯ3 浴温：５５℃ 浸漬時間：２０秒
た５％硫酸浴に２０秒浸漬して予備酸洗を施した。予備
酸洗された供試材を次に示す条件下で２段階酸洗した。
２段階酸洗は、次に条件を示すように硝酸浴中での電解
酸洗、次いで硝酸−フッ酸浴中での仕上げ酸洗を採用し
た。硝酸酸洗 電解液：５％ＨＮＯ3 浴温：６０℃ 電流密度：２．５Ａ／ｄｍ2 電解時間：３
８秒フッ酸−硝酸酸洗 電解液：０．５％ＨＦ−６％ＨＮＯ3 浴温：５５℃ 浸漬時間：２０秒
【００１８】酸洗処理された各供試材について、ＸＰＳ
（Ｘ線光電子分光分析）によって表層部の表面分析を行
い、不動態皮膜に含まれているＦｅ，Ｃｒ及びＭｏを定
量した。定量結果を、Ｆｅ，Ｃｒ及びＭｏの合計を１０
０とした場合にＭｏが占める割合を原子数換算で算出し
た。算出結果を、図１に示す。なお、ＸＰＳでは電子の
脱出深さが数Å〜十数Åであることから、図１の値は表
層部から深さ２０Åまでの結果を示している。本発明に
従ったＡグループの供試材では、何れもＭｏの割合が５
％以上になっていた。Ｍｏの割合は、使用したステンレ
ス鋼の種類に応じて大きく変わっており、Ｂグループの
供試材では何れも５％未満であった。次いで、酸洗材の
孔食電位を測定した。測定は、液温８０℃に保持しＡｒ
脱気した２０％ＮａＣｌ溶液を用いて掃引速度２０ｍＶ
／分の動電位法で行い、アノード電流密度が２００μＡ
／ｃｍ2 に達する電位を３回測定し、測定値の平均を孔
食電位とした。孔食電位をＣｒ＋３Ｍｏで整理した結果
を、図２に示す。
（Ｘ線光電子分光分析）によって表層部の表面分析を行
い、不動態皮膜に含まれているＦｅ，Ｃｒ及びＭｏを定
量した。定量結果を、Ｆｅ，Ｃｒ及びＭｏの合計を１０
０とした場合にＭｏが占める割合を原子数換算で算出し
た。算出結果を、図１に示す。なお、ＸＰＳでは電子の
脱出深さが数Å〜十数Åであることから、図１の値は表
層部から深さ２０Åまでの結果を示している。本発明に
従ったＡグループの供試材では、何れもＭｏの割合が５
％以上になっていた。Ｍｏの割合は、使用したステンレ
ス鋼の種類に応じて大きく変わっており、Ｂグループの
供試材では何れも５％未満であった。次いで、酸洗材の
孔食電位を測定した。測定は、液温８０℃に保持しＡｒ
脱気した２０％ＮａＣｌ溶液を用いて掃引速度２０ｍＶ
／分の動電位法で行い、アノード電流密度が２００μＡ
／ｃｍ2 に達する電位を３回測定し、測定値の平均を孔
食電位とした。孔食電位をＣｒ＋３Ｍｏで整理した結果
を、図２に示す。
【００１９】本発明で規定した組成を満足するＡグルー
プのステンレス鋼についてみると、何れも孔食電位が
０．４０ＶvsＳＣＥ以上と著しく高くなっていた。しか
し、本発明で規制する組成範囲を外れるＢグループのス
テンレス鋼では、低い孔食電位が示された。また、Ｃｒ
＋３Ｍｏが３７．０６と高い供試材Ｂ８も、孔食電位は
０．３ＶvsＳＣＥと低い値を示した。次いで、不動態皮
膜の形成に与える酸洗条件の影響を、孔食電位を指標と
して調査した。酸洗条件は表２に示すＩ〜VIとし、同じ
組成のステンレス鋼に条件が異なる酸洗を施した。一部
の供試材については、５５℃に保持した１０％塩酸溶液
に浸漬する後酸洗を更に施した。酸洗後に不動態皮膜が
形成された各供試材の孔食電位を同様に測定し、孔食電
位の如何から不動態皮膜の安定性を調べた。
プのステンレス鋼についてみると、何れも孔食電位が
０．４０ＶvsＳＣＥ以上と著しく高くなっていた。しか
し、本発明で規制する組成範囲を外れるＢグループのス
テンレス鋼では、低い孔食電位が示された。また、Ｃｒ
＋３Ｍｏが３７．０６と高い供試材Ｂ８も、孔食電位は
０．３ＶvsＳＣＥと低い値を示した。次いで、不動態皮
膜の形成に与える酸洗条件の影響を、孔食電位を指標と
して調査した。酸洗条件は表２に示すＩ〜VIとし、同じ
組成のステンレス鋼に条件が異なる酸洗を施した。一部
の供試材については、５５℃に保持した１０％塩酸溶液
に浸漬する後酸洗を更に施した。酸洗後に不動態皮膜が
形成された各供試材の孔食電位を同様に測定し、孔食電
位の如何から不動態皮膜の安定性を調べた。
【００２０】
【表２】
【００２１】調査結果を示す図３から明らかなように、
供試材Ａ１，Ａ３，Ａ６では、酸洗条件の如何が孔食電
位に大きな影響を与えていることが判る。すなわち、成
分・組成が同じステンレス鋼であっても、酸洗材Ｉ〜II
I は、酸洗材IV〜VIに比べて孔食電位が著しく高くなっ
ている。これに対し、供試材Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８のステン
レス鋼では、酸洗材Ｉ〜VIの間に酸洗条件の違いに起因
する孔食電位に顕著な差は検出されなかった。このこと
から、酸洗条件Ｉ〜III の酸洗は、Ｎｂ，Ｔｉ及びＡｌ
を複合添加したステンレス鋼に対し有効であるといえ
る。供試材Ａ１，Ａ３，Ａ６及びＢ６，Ｂ７，Ｂ８のス
テンレス鋼の酸洗材Ｉ及びＩＶについて、乾湿サイクル
試験を行った。この試験は、７０℃の一定温度に保持さ
れた試験片に対し人工海水を２４時間おきに０．２５ｍ
ｇ／ｃｍ2 の割合で吹き付け、０．５時間ごとに相対湿
度を６０％と７０％との間で変動させ、２１５時間経過
した後の発銹状態を赤銹発生率で判定するものである。
赤銹発生率は、ＪＩＳ Ｄ０２０１に基づいて求めた。
試験結果を示す図４から明らかなように、本発明で規定
した組成を満足するＡグループの酸洗材Ｉは、他の酸洗
材IVに比較して赤銹発生率が５％以下と小さく、耐候性
に優れていることが判る。
供試材Ａ１，Ａ３，Ａ６では、酸洗条件の如何が孔食電
位に大きな影響を与えていることが判る。すなわち、成
分・組成が同じステンレス鋼であっても、酸洗材Ｉ〜II
I は、酸洗材IV〜VIに比べて孔食電位が著しく高くなっ
ている。これに対し、供試材Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８のステン
レス鋼では、酸洗材Ｉ〜VIの間に酸洗条件の違いに起因
する孔食電位に顕著な差は検出されなかった。このこと
から、酸洗条件Ｉ〜III の酸洗は、Ｎｂ，Ｔｉ及びＡｌ
を複合添加したステンレス鋼に対し有効であるといえ
る。供試材Ａ１，Ａ３，Ａ６及びＢ６，Ｂ７，Ｂ８のス
テンレス鋼の酸洗材Ｉ及びＩＶについて、乾湿サイクル
試験を行った。この試験は、７０℃の一定温度に保持さ
れた試験片に対し人工海水を２４時間おきに０．２５ｍ
ｇ／ｃｍ2 の割合で吹き付け、０．５時間ごとに相対湿
度を６０％と７０％との間で変動させ、２１５時間経過
した後の発銹状態を赤銹発生率で判定するものである。
赤銹発生率は、ＪＩＳ Ｄ０２０１に基づいて求めた。
試験結果を示す図４から明らかなように、本発明で規定
した組成を満足するＡグループの酸洗材Ｉは、他の酸洗
材IVに比較して赤銹発生率が５％以下と小さく、耐候性
に優れていることが判る。
【００２２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、フェライト系ステンレス鋼の合金設計によって酸洗
後に鋼材表面に形成される不動態皮膜に含まれるＦｅ，
Ｃｒ及びＭｏの合計に占めるＭｏの割合を原子数換算で
５％以上に増加させている。この不動態皮膜は、基材の
成分系とが相俟つて、優れた耐食性及び耐候性を呈す
る。不動態皮膜が形成されたステンレス鋼は、耐候性に
優れた特性を活かし、屋根材，外装材，貯湯槽等の屋外
タンク等の構造材料として広範な分野で使用される。
は、フェライト系ステンレス鋼の合金設計によって酸洗
後に鋼材表面に形成される不動態皮膜に含まれるＦｅ，
Ｃｒ及びＭｏの合計に占めるＭｏの割合を原子数換算で
５％以上に増加させている。この不動態皮膜は、基材の
成分系とが相俟つて、優れた耐食性及び耐候性を呈す
る。不動態皮膜が形成されたステンレス鋼は、耐候性に
優れた特性を活かし、屋根材，外装材，貯湯槽等の屋外
タンク等の構造材料として広範な分野で使用される。
【図１】 不動態皮膜のＸＰＳ分析結果を示すグラフ
【図２】 孔食電位とＣｒ＋３Ｍｏとの関係を示すグラ
フ
フ
【図３】 酸洗材条件の違いが孔食電位に与える影響を
示すグラフ
示すグラフ
【図４】 各種酸洗材の赤銹発生率を示したグラフ
フロントページの続き (72)発明者 杉本 育弘 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社鉄鋼研究所内 (72)発明者 白山 和 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社鉄鋼研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｃ：０．０３重量％以下，Ｓｉ：１．０
重量％以下，Ｍｎ：１．０重量％以下，Ｐ：０．０４重
量％以下，Ｓ：０．０３重量％以下，Ｎｉ：１．０重量
％，Ｃｒ：２５〜３４重量％，Ｍｏ：１〜３重量％，Ｎ
ｂ：０．１〜０．６重量％，Ｔｉ：０．０５〜０．３重
量％及びＡｌ：０．０１〜０．５重量％を含有し、Ｃｒ
＋３Ｍｏ＝３３〜３７重量％を満足する鋼基材の表面か
ら２０Å以内の深さで、Ｆｅ，Ｃｒ及びＭｏの合計に占
めるＭｏの割合が原子数換算で５％以上の不動態皮膜が
形成されている高耐食性フェライト系ステンレス鋼。 - 【請求項２】 請求項１記載の成分をもつ鋼材をフッ酸
−硝酸溶液中で酸洗仕上げし、表面から２０Å以内の深
さでＦｅ，Ｃｒ及びＭｏの合計に占めるＭｏの割合が原
子数換算で５％以上の不動態皮膜を形成する高耐食性フ
ェライト系ステンレス鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14224393A JP3286400B2 (ja) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | 高耐食性フェライト系ステンレス鋼及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14224393A JP3286400B2 (ja) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | 高耐食性フェライト系ステンレス鋼及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06346195A true JPH06346195A (ja) | 1994-12-20 |
| JP3286400B2 JP3286400B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=15310776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14224393A Expired - Fee Related JP3286400B2 (ja) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | 高耐食性フェライト系ステンレス鋼及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3286400B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006164959A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-22 | Nisshin Steel Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| JP2006253107A (ja) * | 2004-07-02 | 2006-09-21 | Nisshin Steel Co Ltd | 固体高分子型燃料電池用ステンレス鋼製セパレータ |
| JP2018534416A (ja) * | 2015-09-22 | 2018-11-22 | ポスコＰｏｓｃｏ | 燃料電池分離板用ステンレス鋼およびその製造方法 |
| JP2022135177A (ja) * | 2021-03-04 | 2022-09-15 | 日鉄ステンレス株式会社 | フェライト系ステンレス鋼およびフェライト系ステンレス鋼の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105840919A (zh) * | 2015-09-08 | 2016-08-10 | 宝鸡石油钢管有限责任公司 | 一种耐h2s腐蚀连续管及其制造方法 |
-
1993
- 1993-06-14 JP JP14224393A patent/JP3286400B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3286400B2 (ja) | 2002-05-27 |
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