JP5724436B2 - 耐食性に優れたステンレス鋼 - Google Patents
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Description
そして、表面光沢やその異方性、ステンレス鋼の耐食性を左右する不動態皮膜におけるCr/Fe比、介在物などに着目して検討を行ったところ、不動態皮膜部におけるCr濃度(at%)/Fe濃度(at%)と母相のCr濃度(at%)/Fe濃度(at%)の比を1.2以上、かつ、前記ステンレス鋼表面のJIS Z 8741「鏡面光沢度−測定方法」に準拠して測定角度60°で測定される圧延方向(L)、垂直方向(C)および圧延45度方向(D)の各々の光沢度(Gs(60))をいずれも50以上、平均光沢度指標を60以上、さらに、JIS G 0555に準拠して測定されるA1系およびA2系のA系介在物の清浄度を0.001〜0.030%と規定することで、耐食性が著しく改善することを見いだした。
鋼の表面に形成される不動態皮膜部におけるCr濃度(at%)/Fe濃度(at%)と母相のCr濃度(at%)/Fe濃度(at%)の比が1.2以上であり、かつ、鋼表面のJIS Z 8741「鏡面光沢度−測定方法」に準拠して測定角度60°で測定される圧延方向(L)、垂直方向(C)および圧延45度方向(D)の各々の光沢度(Gs(60))がいずれも50以上であり、さらに、下記式(1)で算出される平均光沢度指標が60以上であり、さらに、JIS G 0555に準拠して測定されるA1系およびA2系のA系介在物の清浄度が0.001〜0.030%であることを特徴とする耐発錆性に優れたステンレスクラッド鋼。
平均Gs(60)=(Gs(60)L +2×Gs(60)D + Gs(60)C)/4 --- (1)
なお、平均Gs(60):平均光沢度指標、Gs(60)L:圧延方向(L)の光沢度、Gs(60)C:垂直方向(C)の光沢度、Gs(60)D:圧延45度方向(D)の光沢度を示す。
平均Gs(60)=(Gs(60)L +2×Gs(60)D + Gs(60)C)/4 --- (1)
なお、平均Gs(60):平均光沢度指標、Gs(60)L:圧延方向(L)の光沢度、Gs(60)C:垂直方向(C)の光沢度、Gs(60)D:圧延45度方向(D)の光沢度を示す。
不動態皮膜部におけるCr濃度(at%)/Fe濃度(at%)は、不動態皮膜の耐食性改善に非常に重要な要因となる。基本的には、不動態皮膜部におけるCr濃度(at%)/Fe濃度(at%)と母相のCr濃度(at%)/Fe濃度(at%)の比(以下、Cr/Fe濃度比と略す)が高いほど表層に耐食性に優れた安定な不動態皮膜が形成されていることになり、耐食性の観点からCr/Fe濃度比は高いほうが良い。検討したところ、大気暴露試験や促進腐食試験によって耐食性の向上効果が明瞭に現れるにはCr/Fe濃度比が1.2以上であることがわかった。この知見を基に、Cr/Fe濃度比は1.2以上とする。好ましくは1.5以上である。
平均Gs(60)=(Gs(60)L +2×Gs(60)D + Gs(60)C)/4 --- (1)
なお、平均Gs(60):平均光沢度指標、Gs(60)L:圧延方向(L)の光沢度、Gs(60)C:垂直方向(C)の光沢度、Gs(60)D:圧延45度方向(D)の光沢度を示す。
表面の光沢度は、表面の微細な凹凸を示す指標と考えられ、表面光沢で評価されるような微細な表面粗さはステンレス鋼の美観の指標のみならず耐食性、流れ錆の形態に大きく左右する。光沢が高くしかも異方性の少ない表面材は、汚れがつきにくく隙間腐食の発生を抑止するとともに異方性が少ないため錆の形態が流れ錆よりむしろ点状錆となりやすい。また、一度錆が生じても雨水で洗い流される可能性がある。さらに、微細な凹凸が少なく表面が滑らかであるため、メンテナンスが容易であるとの利点を有する。
そこで、上記に基づき表面光沢と耐食性の関係を鋭意研究したところ、JIS Z 8741「鏡面光沢度−測定方法」に準拠して測定角度60°で測定した圧延方向(L)と垂直方向(C)と圧延45度方向(D)における光沢度(Gs(60))がいずれも50以上、さらに上記式(1)で算出される平均の光沢度指標(Gs(60))が60以上であれば耐食性が向上することがわかった。
光沢度(Gs(60))は高いほうが好ましいが、光沢度を上げるためのステンレス鋼の研磨には非常に負荷がかかるため、製造負荷を考慮して、圧延方向(L)と垂直方向(C)の圧延45度方向(D)の各々の光沢度上限値は好ましくは95以下、さらに好ましくは98以下である。平均光沢度指標は好ましくは70以上98未満である。
本発明のステンレス鋼においてA系介在物(A1系およびA2系)の清浄度は、0.001〜0.030%の範囲に制限する必要がある。ここで、JIS G 0555に準拠して測定される清浄度とは、圧延方向の鋼板断面の板厚1/4の所における清浄度を、JIS G 0555付属書1(点算法による非金属介在物の顕微鏡試験方法)に準じて、400倍の倍率で50視野観察し、視野内のガラス板上の総格子点数、視野数および介在物によって占められた格子点中心の数によって求めた介在物の占める面積百分率(%)の値である。
A系介在物を規定する理由は、鋼中の非金属介在物のうち加工によって粘性変形したA系介在物は、腐食の起点になりやすく初期発錆性に大きな影響を及ぼし、さらには、曲げ等の加工がステンレス鋼に施された場合に割れの起点になりやすい特徴を有するからである。これらの点から、A系介在物は少ない方が好ましく、A系介在物の清浄度は0.030%以下とする。一方、過度に清浄度を下げることは精錬に余分な負荷がかかり工業的に製造が難しくなる。よって、下限は0.001%とする。なお、清浄度を下げる手法として、Mn量やS量の規制のみならず、例えば熱処理(加熱温度、保持時間、冷却速度)制御による製造方法の適正化が挙げられる。
次に、硝酸水溶液を単位面積(m2)あたり1L/minで所定時間ステンレス鋼の表面に噴霧し、その後水洗し、不動態化処理を行った。噴霧時間は5秒〜10分、硝酸水溶液濃度は5〜35質量%の範囲で調整しサンプルを作製した。
なお、Cr/Fe濃度比、光沢度(Gs(60))、鋼材断面のA系介在物の清浄度、孔食電位の測定方法、CCT試験方法、耐食性評価方法は下記の通りである。
AES(装置名:PHISICAL ELECTONICS社製 PHI MODEL 660 加速電圧 : 5kV 試料電流量 :0.2μA 測定領域 :5μmx5μm)を用いて深さ方向にスパッタしながら測定した各元素(Fe、Cr)プロファイルからその原子比を求めた。なお、図1に示すように、Cr、Feの値がほぼ一定値になった領域を母相とし、それよりスパッタ時間の短い領域を不動態皮膜部と定義した。不動態皮膜部では最もCr/Feが高い値を示した部位での値をCr/Fe濃度とし、母相のCr/Fe濃度と比較した。
表面光沢はJIS Z 8741「鏡面光沢度−測定方法」に準拠してスガ試験機株式会社製多角度光沢計 GSシリーズ GS-1Kを用い、測定角度60度で測定した。圧延方向(L)、垂直方向(C)と圧延45度方向(D)の3方向について測定し、下記式により平均光沢度指標を求め、得られた平均光沢度指標を表面光沢の異方性とした。平均Gs(60)=(Gs(60)L+2×Gs(60)D + Gs(60)C)/4 --- (1)
なお、平均Gs(60):平均光沢度指標、Gs(60)L:圧延方向(L)の光沢度、Gs(60)C:垂直方向(C)の光沢度、Gs(60)D:圧延45度方向(D)の光沢度を示す。
JIS G 0555付属書1(点算法による非金属介在物の顕微鏡試験方法)に準じて、試験片を採取し、400倍の倍率で50視野観察し、視野内のガラス板上の総格子点数、視野数および介在物によって占められた格子点中心の数によって介在物の占める面積百分率(%)を求めA系介在物の清浄度とした。
塩害環境下における耐孔食性評価はJIS G 0577に準拠した孔食電位測定により行った。電流密度が100μA/cm2に到達した電位を孔食電位とし、Vc100(mV vs. SCE)で表記した。
なお、評価基準は鋼種によって異なり、表1に示す鋼1-5では300mV以上、鋼6では500mV以上、鋼7では900mV以上、鋼8では200mV以上、鋼9では400mV以上を、それぞれ合格とした。
発錆性を評価するため、100mm×70mmのサンプルに対してJASO M609-91のCCT試験を150サイクル行い、下記に従い発錆の程度をランク付けし、耐食性を評価した。なお、評価基準は鋼種によって異なり、表1に示す鋼1〜5、6、8、9では○以上を合格とし、鋼7では◎を合格とした。
◎:発錆なし
○:発錆あり/発錆面積10%未満
△:発錆あり/発錆面積10%以上30%未満
□:発錆あり/発錆面積30%以上50%以下
×:発錆あり/発錆面積50%超
一方、比較例では、孔食電位が低い傾向にあり、CCT評価が劣っている。
Claims (1)
- 鋼の表面に形成される不動態皮膜部におけるCr濃度(at%)/Fe濃度(at%)と母相のCr濃度(at%)/Fe濃度(at%)の比が1.2以上であり、
かつ、鋼表面のJIS Z 8741「鏡面光沢度−測定方法」に準拠して測定角度60°で測定される圧延方向(L)、垂直方向(C)および圧延45度方向(D)の各々の光沢度(Gs(60))がいずれも50以上であり、下記式(1)で算出される平均光沢度指標が60以上であり、
さらに、JIS G 0555に準拠して測定されるA1系およびA2系のA系介在物の清浄度が0.001〜0.030%であることを特徴とする耐食性に優れたステンレス鋼。
平均Gs(60)=(Gs(60)L +2×Gs(60)D + Gs(60)C)/4 --- (1)
なお、平均Gs(60):平均光沢度指標、Gs(60)L:圧延方向(L)の光沢度、Gs(60)C:垂直方向(C)の光沢度、Gs(60)D:圧延45度方向(D)の光沢度を示す。
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