JPS6017057A - 耐候性の優れたＦｅ−Ｃｒ鋼 - 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】 この発明は、屋外に暴露された際の腐食進行速度が極め
て遅い上、赤銹の発生も少なく、従って外装材等に使用
して優れた寿命を発揮し、かつ良好な外観を呈する高制
候性Ｆｅ−Ｃｒ鋼に関するものである。

近年、屋外で使用される建材、コンテナ、或いは車輛や
船舶の部品等として、価格が比較的安価である上、良好
な腐食抵抗性を有しているということで、耐候性鋼の使
用が目立つようになってきた。

耐候性鋼は、普通鋼に少量のＣｒ、　Ｃｕ、　Ｐ等を含
有させた化学成分組成を有しているものであり、屋外で
の使用によって形成される鉄層が極めて緻密なために、
格別な防錆処理を施さなくても地金のそれ以上の腐食が
抑制されるという特性を備えていて、屋外における長年
月にわたっての使用が可能な材料として知られているも
のである。

しかしながら、このような従来の耐候性鋼は、使用に際
して屋外に暴露するとその初期に大量の赤銹を発生する
ものであシ、しかも、雨水等によりこれが周囲１／Ｃ流
れ出すので、外観上極めて不都合な状況を作シ出すもの
であった。もちろん、このような使用初期の醜い全鉄を
少なくする目的で防錆処理等を施すことも検討されたが
、これには多くの労力や費用が必要となり、耐候性鋼の
持つ利点を生かす手段とはなり得ないものであった。

更に、耐候性鋼が本来の性能を発揮するのは、使用開始
後数年を経て、表面に保護性の高い鉄層が形成されてか
らであるが、このような保護性鉄層が形成された後であ
っても使用環境によってはその腐食速度がかなり速いと
いうことも報告されており、例えば、都市のビルディン
グの外装材に使用したところ、腐食の進行が予想以上に
速くて鉄層の剥離が激しく、下を通る人に降りかかって
衣服等を汚したという事故も知られている。

このように、従来の耐候性鋼は、長時間の屋外での使用
において普通鋼よりも優れた耐食性を示しはするものの
、その性能は十分でなく、とりわけ外観を重視する用途
には不適当なものであシ、しかも、表面に保護性の高い
鉄層が形成されるだめには適度の周期で乾燥及び湿潤が
繰返される必要があって、常時湿った状態では腐食速度
におい　５− て普通鋼と大差が無いところから、自ずとその用途が制
限されるものであった。

一方、鉄鋼の全鉄な抑える目的で開発されたステンレス
鋼は、通常１１係以上のＣｒ（以下、成分割合を表わす
係は重量割合とする）を含有するため耐候性鋼に比べて
はるかに耐食性が優れているが、高価格であることの他
に、次のような不都合点があるため、耐候性鋼と同様の
用途には供し得ないものであった。

即ち、ステンレス鋼の場合には、耐候性鋼のように全面
的な全鉄や腐食は起らず、腐食は点状の「局部的腐食」
の形態をとるため、−見、軽度の腐食のように観察され
るが、腐食の発生した部分の侵食速度は全面腐食の起き
る耐候性鋼よシもむしろ速くて、比較的短時間で貫通孔
を生じることすらある。これは「孔食」として良く知ら
れている現象でステンレス鋼全鉄の主因となっておシ、
海岸地方のように塩素イオンを多く含む雨等に曝された
場合に起きやすい。

第１図は、耐候性鋼とステンレス鋼の腐食進行　６− 状況を比較した模式図であるが、第１図（ａ）に示され
るように耐候性鋼の場合には鋼の全面が腐食されて肉減
りがほぼ均一に起きるのに対して、ステンレス鋼では、
第１図（ｂ）に示されるように腐食が局部に集中して起
きるので深い腐食孔が生じ、はなはだしいときには貫通
孔を生じてしまうこととなる。なお、第１１図において
、符号ｌで示されるものは鋼本体、符号２で示されるも
のは腐食部である。

このように、比較的短期間で貫通孔を生ずることは外装
材にとって致命的なことであるが、例え貫通孔を生じな
いとしても、特有の金属光沢を有していて「さびない鋼
」としてのイメージが強いステンレス鋼に斑点状の赤銹
が生じることは、外観上非常に見苦しく、かつ目立ちや
すいこともあって、必要以上に嫌われる傾向にあったの
である本発明者等は、上述の」：うな観点から、■　従
来の耐候性鋼のように、屋外での使用の初期に大量の赤
銹が出す、しかも比較的短期間で安定した鉄層が形成さ
れること、 ■　銹の色がいわゆる赤銹色ではなく、より黒味を帯び
た落ち着いた色調になること、［相］　腐食速度が従来
の耐候性鋼（屹比べてはるかに遅く、地金に対する鉄層
の密着性も優れていること、 ［株］　ステンレス鋼のような局部的な腐食が発生せず
、全面が均一に腐食されること、 ■　塗装性が良好で、塗膜の密着性が良く、塗装によっ
て耐食性が一段と向上すること、以上■〜■に示しだよ
うな特性を有し、例えば建イ１　（外装材）等の外観が
重視される用途にも供し得る鋼を見出すべく、特に赤銹
発生量の少ないステンレス鋼の孔食に関して基礎的な研
究を繰返しだところ、次のような結論を得るに至ったの
である。即ち、 ステンレス鋼の耐食性がその表面に形成された不働態皮
膜によって保たれているということは良く知られた事項
であｐ、この不働態皮膜はＣｒの酸化物を主体とする極
く薄い酸化物皮膜であるとされているが、実際上、該皮
膜は必ずしも均一なものではなく、多くの欠陥を有して
いる。従って、使用環境中に塩素イオンが存在すると、
この欠陥部から前記のような孔食が発生することとなる
。

そして、これを電気化学的にみると、前記欠陥部がアノ
ードとなり、酸化皮膜に覆われた健全部がカソードとな
って腐食が進行する七いう形で説明されるが、ステンレ
ス鋼では」二連したようにカソードの面積がはるかに太
きいため、極く小さなアノードの溶出、即ち欠陥部の腐
食が特に促進されやすくなるものであること。

そこで、本発明者等は、このような結論をふまえて、耐
食鋼の孔食現象を防＋ｈするには上述のアノードとカソ
ードを程良くバランスさせて腐食が局部に集中しないよ
うに配慮する必要があり、また逆に、表面に不働態皮膜
を有し、かつアノードとカソードのバランスが良好な鋼
を実現すれば、孔食な生じることがなく、しかも腐食速
度の遅い特性を備えているはずであるとの観点の下に、
耐全面腐食性に優れていると同時に局部腐食も優れてい
る鋼を製造するだめの更なる研究を重ねた結　９− 果、 （ａ）　普通鋼に４〜１０％のＣｒを含有させると、ス
テンレス鋼に比べて耐誘性はかなり弱いものではあるが
、腐食に際してアノードになる部分とカソードになる部
分とのバランスの良好な不働態皮膜が表面に形成され、
従来の耐候性鋼よシも腐食速度が十分に遅い上、赤銹発
生量が少ない鋼が得られること、 （ｂ）　前記鋼に、更に、１．　ＯＯ４以上の８１を添
加すると形成される不働態皮膜が強化されることとなる
が、これによってステンレス鋼のように局部腐食が促進
されることはなく、むしろ孔食や隙間腐食防止作用が極
めて大きくなること、（Ｃ）　このように、特定量のｃ
ｒと８１を添加した鋼に、少量のＣｕ、　Ｐ　、　Ｎｉ
　、　Ｍｏ　、　Ｔｉ’、　Ｎｂ及びＡｌの１種以上を
含有せしめると、初期の腐食に続く孔食状或いは全面腐
食状の腐食現象が一層強力に抑制されることとなり、耐
候性の極めて優れた鋼が得られるとと、 （ｄ）　即ち、普通鋼に４〜１０％のＣｒと１％以上１
０− のＳｉとを添加含有せしめるか、或は更に必要に応じて
少量のＣｕ、Ｐ　、　Ｎｉ、　Ｍｏ、’Ｔｉ　、　Ｎｂ
及びＭの１種以上を添加すると、鋼を構成する各成分の
作用が相互に絡み合い補い合って、腐食環境での全面腐
食が最小限に抑えられると同時（・て局部腐食ケ生ずる
こともない、外装材として好適な高耐候性鋼が得られる
こと、 以−１＝、　（ａ）〜（ｄ）に示す如き知見を得だので
ある。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 鋼を、 Ｃ”：０．００５〜Ｏ，］、　Ｏ０％。

Ｓｉ：］、、ＯＯ〜３．００％。

Ｍｎ：２．００％以下。

Ｃｒ：　４．００〜］、　０．００　％。

を含有するとともに、更に必要に応じて、Ｃｕ：　０．
’１．　Ｏ〜３．００　％。

Ｐ：０．０５〜０．３０％。

Ｎｊ：０．１−０〜３．００％。

Ｍｏ：０．１０〜３．００係。

Ｔｉ：０．０　５〜０５０　％。

Ｎｂ：０．０５〜０．５０　チ。

ＡＱ　：　０．０　５　〜１．０　０　％　。

のうちの１２種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避不純物゛残り。

から成る成分組成に構成することにより、優れた耐候性
を付与せしめた点に特徴を有するものである。

なお、この発明のＦｅ−Ｃｒ鋼は、大気中溶解等、通常
の方法によって十分に製造が可能である。

次いで、この発明のＦｅ−Ｃｒ鋼の化学成分割合を前記
のように数値限定した理由を説明する。

■　Ｃ Ｃ成分には、鋼に必要な強度を確保する作用があるが、
その含有量が０．００５％未満では前記作用に所望の効
果を得ることができず、他方０．１００係を越えて含有
させると加工性及び溶接性が劣化するようになることか
ら、Ｃ含有量を０．　ＯＯ５〜０１００チと定めた。

■　Ｓｌ Ｓ］酸成分は、鋼の脱酸作用のほか、４〜］−〇φのＣ
ｒを含有するＦｅ−Ｃｒ鋼１（おいて耐候性を著しく向
上させる作用がある。これは、ＳｉとＣｒとが相乗的に
作用して鋼表面の不働態化及び再不働態化を強力に推進
し、全鉄及びそれに続く孔食状腐食、隙間腐食の進行を
防上することによるものであるが、その含有量が］、、
　Ｏ０％未満では前記作用に所望の効果が得られず、他
方３．００％を越えて含有させると靭性や溶接性の劣化
を招くことから、Ｓ１含有量はコ−００〜３．００％と
定めた。

■　Ｍｎ Ｍｎ成分には、鋼の脱酸作用のほか、熱間加工性をも向
上させる作用があるが、２００％を越えて含有させると
靭性劣化を招く」こうになることから、Ｍｎ含有量の上
限を２．　ＯＯ％と定めだ。

■　Ｃｒ ｃｒ酸成分、鋼に良好な耐候性を付与する上で最も重要
な元素であるが、その含有量が４．００％未満では所望
の耐候性を確保できずに腐食速度が大きな値を示し、他
方１０００％を越えて含有させ一］、３− ると孔食状の腐食が発生しやすくなることから、ｃｒ含
有量を４．００−１０．００％と定めた。

■　Ｃｕ、及びＰ これらの成分には、特定量のＣｒ及びＳｉを含有する鋼
の孔食的な局部腐食を抑制し、その耐候性を一層向上す
る作用があるので１種又は２種を添加するものであるが
、以下、個々の成分の含有割合を特定の値に限定した理
由について詳述する。

ｉ）　Ｃｕ Ｃｕ成分には、鋼の局部腐食を抑制する作用のほか、腐
食速度を遅くする作用があるが、その含有量が０．１０
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、他方３．
　ＯＯ％を越えて含有せしめてもよシ以上の効果の向上
が望めず、コストアップの原因ともなることから、Ｃｕ
含有量を０９１０〜３．００チと定めた。

１１）Ｐ Ｐ成分は、腐食のアノード反応及びカソード反応を促進
するので、これを添加した鋼の大気暴露の初期には全鉄
がかえって多くなる現象が１４− みられるが、長期間の大気暴露の下では均一な鉄層を形
成する作用を発揮し、孔食的な腐食を抑制することとな
る。しかしながら、その含有量が０．０５　％未満では
所望の効果を得ることができず、他方０３０％を越えて
含有させると溶接性を悪化するようになることから、Ｐ
含有量を０．０５〜０．３０％と定めた。

■　Ｎｉ、　Ｍｏ、　Ｔｉ　、　Ｎｂ　、及びＡｆｌこ
れらの成分には、特定量のＣｒ及びＳコを含有する鋼の
腐食速度を抑制し、その耐候性を一段と向−ヒする作用
があるが、以下、個々の成分について含有割合を特定値
に限定した理由を詳述する。

１）Ｎ］ Ｎｉ成分には、腐食速度を減少させて耐候性を向上する
作用があるが、その含有量がＯ］−０％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、他方３．００％を越えて含
有させると加工性の劣化を招くとともにコストアップの
原因ともなることから、Ｎｉ含有量をＯ，］、　Ｏ〜３
．　ＯＯ％と定めた。

ｉｉ）、Ｍ。

Ｍｏ成分は、０．１０　％以上の添加で耐食性、耐候性
を向上させる効果を発揮するが、高価な元素であるので
経済性を考慮してその」二限を３．００係と定めた。

１ｉｉ）　Ｔｉ Ｔｉ成分は、Ｏ，Ｏ’５％以上の添加で耐候性を向上さ
せる効果を発揮するが、０．５０％を越えて添加含有せ
しめてもそれ以上の改善効果が認められないことから、
Ｔ１含有量を０．０５〜０．５０係と定めた。

ｉｖ）　Ｎｂ Ｎｂ成分は、００５チ以上の添加で耐候性向上効果を発
揮するが、０．５０％を越えて添加含有させると加工性
を損うようになることから、Ｎｂ含有量を０．０５〜０
．５０　％と定めた。

ｙ）　ｈｐ。

ＡＭ酸成分、０．０５係以上の添加で耐候性改善効果を
発揮するが、１．００％を越えて含有させると加工性を
害するようになることから、Ａｔ含有量を０．０５〜１
００％と定めた。

次に、この発明を実施例によシ比較例と対比しながら説
明する。

実施例 まず、第１表に示される如き化学成分組成の鋼１〜４６
を、高周波誘導加熱式の電気炉にて溶製し、１０ｋｇ０
鋼塊とした。

次いで、これを常法通シ、熱延、中間焼鈍（７５０〜８
３０℃に１８分保持）、冷延、仕上焼鈍（７５０〜８３
０℃に３分保持）、溶融塩浴処理、及び酸洗の工程にて
板厚：］、０．ｕの試験材を調製した。

続いて、これから寸法が］、、Ｏｔ　Ｘ　１１０　Ｘｌ
ｌ０の試験片を切シ出し、表面を’ｌｌ’６００湿式研
摩した後、大気暴露試験に供した。試験地は新潟県上越
市の海岸地方であシ、１１月から３月にかけては季節風
による塩害がひどく、腐食環境の厳しい試験地である。

以下、その結果について詳述する。

０　試験開始２日目で、 鋼３０及び３１（従来の耐候性鋼相当材）は、全面が黄
土色の銹に覆われ、サビ汁が試験台に流れ出した。

１７− ３２ 一方、本発明鋼］〜２６には、多少の斑点状全鉄が認め
られたが、］］〜１３％Ｃｒフェライト系ステンレス鋼
である鋼３２〜３４、及び３７にはほとんど全鉄はみと
められなかった。

○　試験開始１ケ月目では、 本発明鋼のうち、５係Ｃｒ鋼はほぼ全面が銹で覆われ、
壕だ７％Ｃｒ鋼は約８０％が、９％Ｃｒ鋼は約５０係が
銹で覆われた。そして、この中でもＰ含有量の多いもの
が少ないものに比べて全鉄の程度が多く、錆層の生成が
全面に広がるのが早いことが確認された。

一方、鋼３０及び３コ−（従来の耐候性鋼）の銹の色は
、初期の黄土色から茶色に変り、錆層がかなり厚く形成
されたのが目視でも観察できた。

また、鋼３２〜３４．及び３７（フェライト系ステンレ
ス鋼）にも点状の全鉄が全面に認められた。

０　試験開始後６ケ月、及び］年月に、各鋼種につき］
一枚ずつの試験片をとりはずし、５〜１０　％　Ｎｌ−
ＩＯ３中でブラッシングするか又は１０％Ｎａ、ＯＨ中
で陰極電解処理することに」：って錆層を取シ除いた後
、腐食減量及び最大侵食深さを調べたが、その結果を第
２表に示した。

第２表に示される結果からも明らかなように、本発明鋼
は従来の耐候性鋼（鋼３０及び３１）に比べて腐食減量
が著しく少なくなっている。そして、銹の色も、いわゆ
る「赤錆」という感じではなく、ダークブラウン系の落
ち着いた色調を呈していた。

また、ステンレス鋼（鋼３２〜３４．及び３７）にはか
なシ深い孔食が発生したのに対して、本発明鋼には孔食
はほとんどみられず、最大侵食深さの小さいことがわか
る。

特に、Ｐを添加した鋼は、大気暴露初期には全鉄が早か
ったが、その後の腐食速度は遅く、孔食等の局部腐食も
全くみられなかった。

このように、本発明鋼は銹が全面に発生するけれども、
錆層の厚さは従来の耐候性鋼に叱べてはるかに薄く、色
調も暗褐色の落ち着いた感じとなる。また、従来の耐候
性鋼のように、大気暴露の初期に「ザビ汁」が流れ出す
こともなく、周囲を汚すことがないので、建築外装材の
ように美観を重んする用途にも十分に適するものである
。

実施例　２ 第１表に示される化学成分組成の、実施例１で用いた試
験材から、各鋼種々も寸法が］、、　Ｏｔ　Ｘ１１０Ｘ
’７０の板材を２枚切シ出し、長い方の辺を幅：３０Ｂ
重ね合わせてシーム溶接し、実施例１と同じ条件で大気
暴露試験を行った。

１年間の大気暴露試験の後試験片の調査を行った結果を
第２表に併せて示すが、本発明鋼１〜２６はいずれのも
のも母材部と溶接部の耐食性に差が認められなかったの
に対して、鋼３２及び３４（フェライト系ステンレス鋼
）は腐食によって溶接部から破断を生じていた。そして
、精密な調査の結果、鋼３２及び３４の場合は、溶接部
の割れ感受性が鋭敏化され、粒界腐食によって破断した
ことが明らかとなった。

このように、本発明鋼はいずれも、シーム溶接等の抵抗
溶接によっても耐食性の劣化がなく、建２３− 築外装拐等に使用される場合にも、工事施行上極めて有
利であることがわかる。

上述のように、本発明によれば、屋外における使用に際
しての腐食進行速度が極めて遅く、使用初期の歩続発生
も少ない、耐候性の優れたＦｅ−Ｃｒ鋼を実現すること
ができ、建築夕１装材やその他用外で使用する機器類に
適用して長寿命を確保できる上、保守・点検も最少限度
に省略することが可能となるなど、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図は耐候性鋼とステンレス鋼の腐食進行状況を比較
した模式図であり、第１図（ａ）は耐候性鋼の腐食進行
状況を、第１図（ｂ）はステンレス鋼の腐食進行状況を
示すものである。 図面において、 ｌ・・・鋼本体、　２・・・腐食部。 ２４− 条 （ａ） １　図 ２　（°′

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ｃ：　Ｏ，ＯＯ５〜０．１００％。 Ｓｉ：１．ＯＯ〜３．００係。 Ｍｎ：２．００％以下。 Ｃｒ：　４．、ＯＯ〜１０．００　％。 Ｆｅ及び不可避不純物：残シ。 （以上重量％）から成ることを特徴とする、耐候性の優
   れだＦｅ−Ｃｒ鋼。
2. （２）　Ｃ：　０．００５〜０．１００％。 Ｓｊ：１．ＯＯ〜３．００％。 Ｍｎ：２．００％以下。 Ｃｒ：　４．ＯＣ１〜１０．００　％。 を含有するとともに、更に、 Ｃｕ：　０．１０〜３．００　％。 Ｐ：０．０５〜０．３０　％。 のうちの１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避不純物：残９゜ （以上重量％）から成ることを特徴とする、耐候性の優
   れたＦｅ−Ｃｒ鋼。
3. （３）　Ｃ：　０．　０　０　５　〜　Ｏコ、ＯＯ％。 Ｓｊ、：１．００〜３．００係。 Ｍｎ：２．００％以下。 Ｃｒ：　４．００〜１０．００　％。 を含有するとともに、更に、 Ｎｉ：　０．１０−３．００％。 Ｍｏ：０．１０〜３．００％。 Ｔｉ：０．０５〜０．５０係。 Ｎｂ：０．０５〜０．５０％。 ＡＱ　：　０．０５〜１．００％。 のうちの１種以上をも含み、 Ｆｅ及び不可避不純物：残り。 （以上重量％）から成ることを特徴とする、耐候性の優
   れたＦｅ−Ｃｒ鋼。
4. （４）　Ｃ：　Ｏ，ＯＯ５〜０１００％。 Ｓｉ：］、００〜３．００チ。 Ｍｎ：　２．　ＯＯ係以下。 Ｃｒ：　４．０　０〜１　０．０　０　％。 を含有するとともに、更に、 Ｃｕ：　０．１０〜３．００係。 Ｐ：０．０５〜０．３０％。 のうちの１種以上と、 Ｎｉ：　０．１０〜３．Ｏ０％。 Ｍｏ：　０．１０〜３．００％。 Ｔｉ：０．０５〜０８５０％。 Ｎｂ：０．０５〜０．５０％。 ＡＱ　：　０．０５〜］、００％。 のうちの］種以上とを含み、 Ｆｅ及び不可避不純物：残り。 （以上重量％）から成ることを特徴とする、耐候性の優
   れたＦｅ−Ｃｒ鋼。