JP3198979B2

JP3198979B2 - 黒着色フェライト系ステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JP3198979B2
Application number: JP14148497A
Authority: JP
Inventors: 勇人喜多; 賢一御所窪; 一利小川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2001-08-13
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: JPH10330904A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は耐食性と加工性に優
れる、黒着色フェライト系ステンレス鋼の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】フェライト系ステンレス鋼は安価で耐食
性に優れているので広く用いられているが、金属光沢を
なくし乱反射を防止する観点から、カメラ部品、光学部
品、電気機器、自動車部品、建物金具などの用途におい
て、表面が黒く着色された黒着色フェライト系ステンレ
ス鋼が用いられている。この黒着色フェライト系ステン
レス鋼の用途が拡大するにつれて、従来以上に黒色感に
優れた製品が求められるようになってきた。黒色感とし
ては、鮮やかな黒色が鋼全体にわたって均一に形成され
ているものが望まれている。また、耐食性に優れ、厳し
い成形加工にも耐え、かつ、経済性に優れた安価な黒着
色フェライト系ステンレス鋼も求められている。

【０００３】ステンレス鋼に黒く着色させる方法として
は黒色クロムメッキ法、溶融塩に浸漬して酸化着色させ
る方法、化成処理して発色させる方法等が一般的に知ら
れている。また、安価に黒く着色させる方法として、ス
テンレス鋼を高温に加熱してその表面に酸化皮膜を形成
させる方法が知られている。この方法において、形成さ
れる酸化皮膜が薄すぎる場合には干渉色が発生して色調
が変化し、酸化皮膜が厚すぎる場合には密着性が損なわ
れやすいのが問題である。

【０００４】酸化皮膜の組成や厚さは、鋼の化学組成の
ほか加熱雰囲気ガスの組成、加熱温度、加熱時間等に依
存することが一般的に知られている。特公平４−３３８
６３号公報ではＴｉを０．１〜１．５重量％含有させた
ステンレス鋼を、大気中で特定の温度範囲に加熱して得
られる黒色テンパーカラーステンレス鋼とその製造方法
が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ステンレス鋼の表面に
酸化皮膜を形成させて黒く着色させる方法は安価に施せ
るので経済性に優れる。しかし、ステンレス鋼を大気中
で加熱して製造される黒色テンパーカラーステンレス鋼
では、良好な黒色で厳しい加工にも耐え得るような密着
性の良い酸化皮膜を安定して得ることは難しい。

【０００６】本発明が解決しようとする課題は、従来の
この様な問題点を解決することであり、黒色感に優れ、
厳しい加工にも耐え得る密着性の良い酸化皮膜を持つ耐
食性のよい黒着色フェライト系ステンレス鋼の製造方法
を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は下記の
（１）、（２）に記載する黒着色フェライト系ステンレ
ス鋼の製造方法にある。

【０００８】（１）重量％で、Ｃｒ：１６〜１９％、Ｔ
ｉ：０．０５〜１％、Ｎｂ：０．２〜０．６％、Ｃｕ：
０．３〜０．８％を含有するフェライト系ステンレス鋼
を、酸素濃度が５〜１５体積％の雰囲気下で９００〜１
１５０℃に１．５〜３分間加熱処理することを特徴とす
る黒着色フェライト系ステンレス鋼の製造方法。

【０００９】（２）重量％で、Ｃｒ：１６〜１９％、Ｔ
ｉ：０．０５〜１％、Ｎｂ：０．２〜０．６％、Ｃｕ：
０．３〜０．８％を含有し、かつ、Ｃ：０．０３％以
下、Ｎ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下であるフ
ェライト系ステンレス鋼を、酸素濃度が５〜１５体積％
の雰囲気下で９００〜１１５０℃に１．５〜３分間加熱
処理することを特徴とする黒着色フェライト系ステンレ
ス鋼の製造方法。

【００１０】黒着色フェライト系ステンレス鋼の黒色感
としては鮮やかな黒色が均一に形成されているものが望
ましい。酸化皮膜の表面粗さが粗いと光が乱反射して鮮
やかな黒色感が得られない。このため、酸化皮膜として
は表面が滑らかで緻密なものが望ましい。また、酸化皮
膜が厚くなりすぎると加工時に剥離しやすくなるので、
酸化皮膜は適度に薄いものが好ましい。

【００１１】適量のＴｉを含有するフェライト系ステン
レス鋼を、酸素濃度が５〜１５体積％に制御した雰囲気
中で特定の条件で加熱することにより、上述の条件にあ
った酸化皮膜を持つ、密着性に優れかつ黒色感も良好な
黒着色フェライト系ステンレス鋼が得られる。

【００１２】また、鋼にＮｂおよびＣｕを含有させて
Ｃ、Ｎ、Ｓ含有量を低減することにより鋼自体の耐食性
と成形加工性を向上させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の詳細を以下
に述べる。なお、以下に記す化学組成の％表示は重量％
を意味する。

【００１４】（１）鋼の化学組成Ｃｒ：Ｃｒは本発明のフェライト系ステンレス鋼の耐食
性を高めるために欠くことの出来ない元素であり、か
つ、加熱酸化処理によって形成される酸化皮膜の主成分
となる元素である。Ｃｒの含有量が１６％に満たない場
合にはステンレス鋼としての耐食性が発揮されず、ま
た、生じる酸化皮膜の耐食性も不十分である。他方、Ｃ
ｒ含有量が１９％を超えると鋼が硬化し加工性が乏しく
なる。このため、Ｃｒ含有量の範囲は１６〜１９％とす
る。

【００１５】Ｔｉ：Ｔｉは鋼中のＣやＮを固定し、Ｃｒ
炭窒化物の形成を抑制して鋼の耐食性を向上させる作用
を有する。さらにＴｉを含有させたステンレス鋼を雰囲
気中で加熱すると、Ｔｉの酸化物とＣｒの酸化物からな
る緻密で美麗な黒色の酸化皮膜が形成される。Ｔｉの含
有量が０．０５％に満たない場合には十分な黒色感をも
つ酸化皮膜が得られなくなるばかりか、酸化皮膜の密着
性が著しく損なわれる。他方、Ｔｉ含有量が１％を超え
ると鋼中にＴｉＮが過剰に生成し、ＴｉＮが鋼の表面近
傍に存在するようになる。このために地疵などが発生し
易くなり鋼の表面外観が損なわれる。また、ＴｉＮが増
すと鋼の靭性や延性が損なわれる。これらの理由からＴ
ｉ含有量の範囲は０．０５〜１％とする。

【００１６】Ｎｂ：Ｎｂは、鋼中のＣやＮを固定し、Ｃ
ｒ炭窒化物の形成を抑制して鋼の耐食性を向上させる作
用を有する。さらに鋼の加工性を改善する作用もある。
このため、０．２％以上含有させる。しかし、Ｎｂ含有
量が０．６％を超えるとこれらの効果が飽和し、逆に靭
性、加工性および耐食性が損なわれる。このためＮｂ含
有量の上限は０．６％とする。

【００１７】Ｃｕ：Ｃｕには耐食性を向上させるほか、
フェライト系ステンレス鋼の深絞り性などの加工性を改
善する作用がある。これらの効果を発揮させるには０．
３％以上含有させる必要がある。過剰に含有させると耐
食性が低下するのでＣｕ含有量の上限は０．８％とす
る。

【００１８】Ｃ、ＮおよびＳは不可避的不純物であり、
耐食性と加工性に好ましくない影響を及ぼす。このた
め、これらの性質をさらに向上させるには、Ｃを０．０
３％以下、Ｎを０．０２％以下、Ｓを０．０２％以下に
低減するのが好ましい。

【００１９】なお、本発明で対象とするフェライト系ス
テンレス鋼は、Ｃｒ、Ｔｉ、ＮｂおよびＣｕの含有量が
前記の範囲内にあるものであればよく、上記以外に、通
常のこの種のステンレス鋼に含有されるＭｏ等の合金成
分、および、不純物としてのＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ａ
ｌ等を微量に含有してもよい。

【００２０】（２）製造方法上記の化学組成範囲である鋼のスラブは、通常の方法で
熱間圧延され、熱処理と酸洗を経た後冷間圧延されて冷
間圧延鋼板となる。本発明における黒着色のための加熱
処理では焼鈍を兼ねさせることができる。従って、加熱
処理前の鋼板は冷間圧延ままの鋼板を用いてもよいし、
焼鈍、酸洗を施した鋼板を用いてもかまわない。

【００２１】母材の表面粗さが粗いと、酸化皮膜の表面
が粗くなって黒色感が損なわれる。このため、母材の表
面は研磨仕上げしておくのが望ましい。研磨仕上げの方
法は特に限定するものではなく、通常おこなわれている
方法でよい。加熱処理する母材の表面は脱脂処理を施す
のがよい。油脂類が残存していると色調むらが生じるお
それがある。脱脂処理方法は一般的な方法でよく、例え
ばアルカリ脱脂、溶剤脱脂等が適用できる。加熱処理
は、酸素濃度が５〜１５体積％の雰囲気中で、９００〜
１１５０℃の温度範囲で、１．５〜３分間保持するもの
である。

【００２２】加熱雰囲気：加熱雰囲気中の酸素濃度が５
体積％に満たない場合には、鋼の表面での酸化速度が遅
いために処理に長時間を要し経済性に欠ける。雰囲気中
の酸素濃度を高くしすぎると生成する酸化皮膜の表面粗
度が粗くなり光が乱反射するようになる。光が乱反射す
ると見た目の色調が明るくなりすぎて、黒色感が損なわ
れる。このため、加熱雰囲気の酸素濃度は５〜１５体積
％とする。

【００２３】雰囲気の酸素濃度を８〜１２体積％とする
と色調のばらつきが減少しさらに均一な黒色感が得られ
るので、より好ましい。酸素濃度の調整方法は任意であ
るが、例えば、大気雰囲気中に窒素やアルゴンなどを混
合して酸素濃度を調整したり燃焼排ガスを用いるなどの
方法が好適である。

【００２４】加熱温度：加熱温度が９００℃に満たない
場合にはＴｉやＣｒの酸化物の形成が不十分になり十分
な黒色感が得られない。加熱温度が１１５０℃を超える
と表面での酸化が進み過ぎて酸化スケールが厚くなり皮
膜の密着性が損なわれる。このため、加熱温度は９００
〜１１５０℃とする。

【００２５】保持時間：加熱温度に保持する時間が１．
５分に満たない場合には表面酸化が不十分でなために良
好な黒色が得られず青みがかった色調や、斑模様の不均
一な色調になってしまう。加熱時間が３分を超えて長く
なると、鋼の結晶粒が粗大化するおそれがある。結晶粒
が粗大化すると加工時に肌荒れが発生するうえ、加工後
の黒色感も悪くなるので好ましくない。また、生産性を
阻害する問題も生じる。このため、加熱時間は１．５〜
３分間とする。

【００２６】加熱処理を施す方法は、上述の雰囲気組
成、加熱温度、保持時間等の条件が満たせる方法であれ
ばいずれの方法でも構わない。しかし、黒色感の均一性
を確保したり生産性を高めるなどの観点から、急速加熱
が可能で鋼板を連続的に処理できる焼鈍酸洗設備（ＡＰ
ライン）を用いるのが好ましい。

【００２７】加熱処理を終了した鋼の後処理には特別な
限定はなく任意である。必要に応じて通常行われている
調質圧延や形状修正処理等を施しても構わない。

【００２８】本発明の製造方法が適用できるフェライト
系ステンレス鋼の形状は特に限定されるものではなく、
鋼板、鋼管、形鋼、条鋼などいずれの形状のものにも適
用できる。

【００２９】

【実施例】

（実施例１）表１に示す、本発明が規定する化学組成範
囲である鋼Ａから製造された熱延鋼板を板厚１．０ｍｍ
に冷間圧延し、９８０℃で焼鈍し、酸洗したステンレス
鋼板から幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を切り
出し、脱脂と洗浄を施した。

【００３０】

【表１】

【００３１】種々の温度に保持した電気加熱炉の内部に
アルゴンガスを吹き込んで酸素濃度を１０体積％に調整
し、この中に上記の試験片を装入し、保持時間を種々変
更して加熱処理した後、電気加熱炉から取り出して大気
中で自然放冷し、得られた鋼板の黒色感および酸化皮膜
の密着性を調査した。

【００３２】黒色感は、目視により下記の基準で評価し
た。

【００３３】 ○：均一で良好な黒色、 △：まだら模様がある黒色、 ×：青〜茶色が混在。

【００３４】酸化皮膜の密着性は、鋼板を密着曲げした
あと、曲げ部から粘着テープで剥離する酸化皮膜量を観
察して下記の基準で評価した。

【００３５】剥離無し：○、剥離小：△、剥離大：×これらの評価結
果を表２に示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】表２に示されるように、加熱温度が９００
〜１１５０℃で、保持時間が１．５分および３分の場合
に鋼板の黒色感、酸化皮膜の密着性、鋼板の加工性とも
に良好であった。加熱温度が８５０℃の場合には黒色感
も密着性も好ましくなかった。加熱温度が１２００℃の
場合には密着性が好ましくなく、また、保持時間が１分
の場合にはいずれの加熱温度においても良好な黒色感が
得られなかった。加熱温度が１２００℃の場合や保持時
間が５分以上の場合には鋼板の結晶粒が粗大化して加工
性が損なわれた。

【００３８】（実施例２）実施例１と同様に冷延、焼
鈍、酸洗し、表面研磨した後、脱脂、洗浄した厚さ１．
０ｍｍの鋼Ａから製造された冷延鋼板の試験片を準備し
た。内部にアルゴンガスを吹き込んで酸素濃度を種々調
整し、種々の温度に保持した電気加熱炉にこれらの試験
片を装入し、２．５分間保持して加熱処理した後、電気
加熱炉から試験片を取り出して大気中で自然放冷した。
得られた酸化皮膜の黒色感と密着性を実施例１と同様の
方法で調査した。これらの結果を表３に示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】表３に示されているように、酸素濃度が５
体積％に満たない場合には十分な黒色感が得られなかっ
た。大気雰囲気（酸素濃度約２０％）で加熱した場合に
は、黒色にはなるものの表面粗度が粗くなり、乱反射が
強くなって黒色感が損なわれた。また酸素濃度が１８体
積％以上の雰囲気中で処理したものは酸化皮膜の密着性
が不十分であった。

【００４１】（実施例３）表１に示す鋼Ａと、比較例と
して本発明の規定する化学組成範囲を外れる鋼Ｂ（ＳＵ
Ｓ４３０相当）、鋼Ｃ（ＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌ相当）から
製造された厚さ：０．８ｍｍ、幅：１１０ｍｍ、長さ：
１１０ｍｍの寸法の冷延鋼板を、種々の温度に保持し、
アルゴンガスを吹き込んで雰囲気の酸素濃度を１０％に
調整した電気加熱炉に装入して２．５分間保持した。そ
の後、常温まで冷却し、鋼板の黒色感、酸化皮膜の密着
性を実施例１と同様の方法で評価し、鋼板の加工性と耐
食性を以下の方法で評価した。

【００４２】鋼板の加工性は、上記の加熱処理後の鋼板
から直径１００ｍｍの円形の素板を打ち抜き、これを用
いて直径４０ｍｍのポンチによる円筒絞り試験をおこな
い、割れないで成形できたものを○、成形できなかった
ものを×として評価した。

【００４３】鋼板の耐食性は、加熱処理後の試験片にＪ
ＩＳ−Ｚ−２３７１に規定されている塩水噴霧試験を７
２時間施し、試験後の鋼板の表面の発錆状況を目視観察
して下記の基準で評価した。

【００４４】 ○：発錆無し、△：点錆発生、×：全面に発錆。

【００４５】これらの評価結果を表４に示した。

【００４６】

【表４】

【００４７】鋼Ａから製造された鋼板は、９００℃、１
０００℃、１１００℃いずれの加熱温度のものも黒色
感、密着性、加工性、耐食性ともに良好であった。１２
００℃に加熱した場合には皮膜の密着性と耐食性がよく
なかった。鋼Ｂ（ＳＵＳ４３０相当）から製造された鋼
板はＴｉ、Ｎｂ、Ｃｕのいずれも含有していないため、
全ての性能において鋼Ａの鋼板よりも劣った。鋼Ｃ（Ｓ
ＵＳ４３０Ｊ１Ｌ相当）から製造された鋼板は適量のＣ
ｕとＮｂを含有しているために加工性と耐食性は鋼Ａの
鋼板とほぼ同等で良好であった。しかし、Ｔｉを含有し
ていないために鋼板の黒色感と酸化皮膜の密着性が著し
く劣る結果となった。

【００４８】

【発明の効果】本発明が規定する条件に従って製造され
る黒着色フェライト系ステンレス鋼は表面に緻密で均一
な酸化スケール皮膜が形成されており、優れた黒色感と
ともに皮膜の密着性が良好である。この黒着色フェライ
ト系ステンレス鋼は耐食性と加工性も良好である。本発
明の製造方法によれば、所定の化学組成の鋼に短時間の
加熱処理で黒色化が施せるので、極めて経済的に製造で
きる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−230751（ＪＰ，Ａ) 特開平１−215954（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−199858（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−21370（ＪＰ，Ａ) 特開平２−185962（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−109153（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−128913（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−146252（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 8/14,8/18 C22C 38/00,38/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃｒ：１６〜１９％、Ｔｉ：
０．０５〜１％、Ｎｂ：０．２〜０．６％、Ｃｕ：０．
３〜０．８％を含有するフェライト系ステンレス鋼を、
酸素濃度が５〜１５体積％の雰囲気中で９００〜１１５
０℃に１．５〜３分間加熱処理することを特徴とする黒
着色フェライト系ステンレス鋼の製造方法。
【請求項２】重量％で、Ｃｒ：１６〜１９％、Ｔｉ：
０．０５〜１％、Ｎｂ：０．２〜０．６％、Ｃｕ：０．
３〜０．８％を含有し、かつ、Ｃ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下であるフェラ
イト系ステンレス鋼を、酸素濃度が５〜１５体積％の雰
囲気中で９００〜１１５０℃に１．５〜３分間加熱処理
することを特徴とする黒着色フェライト系ステンレス鋼
の製造方法。