(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
ステンレス鋼は、耐候性、加工性、溶接性等に優れることから、屋根材、壁材、建築部材等の建材用途で多用されている。また、ステンレス鋼板は、意匠性にも優れるため、表面研磨されて使用されている。
【0003】
このステンレス鋼板の一般的、工業的な研磨は、まず研磨前鋼板の疵等の除去のために、疵取り研磨を行い、次に仕上げ研磨および光沢研磨等を行っている。この研磨作業における粗研磨、仕上げ研磨では、フラップホイールや研磨ベルト等を使用した乾式研磨が行われている。さらに、上記工程後、所望の表面を得るためにバフ研磨による湿式研磨を行う場合がある。
【0004】
従来より、ステンレス鋼は、素材として優れた耐候性を有しているものの、研磨仕上げの状態によっては、本来素材がもつ耐候性を発揮せず、著しく発銹を生じる場合があり、ステンレス鋼の耐候性の安定性(信頼性)をなくす要因の一つとなっている。例えば、屋外の手摺等へ施工した後、1ヶ月程度の短期間で発銹する場合がある。
【0005】
発銹については、ステンレス鋼板の研磨後の表面に残存している酸化皮膜や研磨目が起点になっていると考えられている。残存する酸化皮膜とは、研磨時の発熱に起因して生成された皮膜であり、酸化皮膜の直下にはCr欠乏層が形成されている。このため、酸化皮膜が残存していると、該酸化皮膜及びその直下のCr欠乏層を起点として発銹が進行し、耐食性が劣化しやすくなる。また、研磨によってステンレス鋼板表面に刻まれた疵である研磨目についても、研磨目の凹部が深いほど、フラップホイール研磨等で生成した酸化皮膜がバフ研磨で除去され難くなって残存する可能性が高くなり、その研磨目の凹部が発銹起点になることから、発銹が進行し、耐食性が劣化しやすくなる。
【0006】
特許文献1〜2では、短期間で発銹が生じることを抑制し、耐候性を維持できるステンレス鋼板を提案している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献1には、Crを16質量%以上含むステンレス鋼板を研磨した後、水素濃度75体積%以上,露点−40℃以下の還元雰囲気で800℃以上の温度で熱処理することを特徴とする、耐候性に優れたステンレス鋼研磨仕上げ材の製造方法が記載されている。
【0009】
また、特許文献1の製造方法においては、還元雰囲気下で800℃以上の熱処理を行った後に、さらに0.1ppm以上のオゾン及び/又は5質量%以上の硝酸を含む酸化性溶液にステンレス鋼を浸漬することが記載されている。
【0010】
しかしながら、ステンレス鋼板の研磨後に、800℃以上の熱処理やさらに酸化性溶液への浸漬処理を行うことは、製造方法として工程数の増大が想定される。
【0011】
特許文献2には、機械研磨後のステンレス鋼板を大気雰囲気に曝すと、不動態皮膜の再生が十分に行われず耐食性が低下することを抑制するために、機械研磨後のステンレス鋼板を酸洗処理する、ステンレス鋼板の表面仕上げ方法が記載されている。しかしながら、ステンレス鋼板の機械研磨後に酸洗処理を行うことは、製造方法として工程数が増大するという問題がある。
【0012】
さらに、近年都市再開発などに伴い建築需要が増加しており、ウォーターフロント環境における建築需要が増加している。ウォーターフロント環境においては、大気中に含まれるエアロゾル粒子の一種であって、海水に由来する塩分からなる微粒子である海塩粒子の影響を建築部材が受けやすいという問題がある。このため、高耐食性建築部材のニーズがより高まっている。
【0013】
本発明は、上述した課題を解決し、海塩粒子の影響を受けるウォーターフロント環境でも、早期に発銹することのない、耐食性に優れたステンレス鋼板を提供することを目的とする。また、製造工数が増大しない耐食性に優れたステンレス鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明者らは、上記課題を解決するためにステンレス鋼板の研磨方法、研磨表面について検討を行った。ここで、乾式研磨を行うと、研磨時にステンレス鋼板表面が高温となり酸化皮膜が発生すること、乾式研磨による高い研削抵抗によって刻まれた疵である研磨目とともに、表面欠陥が生じていること、を突き止めた。ここでいう表面欠陥とは、鋼板表面を研磨する時に研磨材や研磨紙が連続して鋼板表面に接触して研磨されることにより、表面の金属が部分的に剥がされ、素地部分に被さった形態を有する欠陥であり、「バリ」や「被さり(かぶさり)」と呼称されている。表面欠陥は、短冊状や笹の葉状のように金属がめくれている部分を含み、素地に接着している部分における一方の端部から剥がれの先端における他方の端部までの最大長さが5μm以上の欠陥である。当該表面欠陥は、ステンレス鋼板の表面素地部分と微小な隙間を形成することから、隙間腐食を生じやすく、鋼板の耐食性低下の要因となる。
【0015】
本発明者らは、当該分析結果を基に、耐食性に優れたステンレス鋼板及びその製造方法を見出した。
【0016】
すなわち、本発明は、以下の(1)〜(4)の耐食性に優れたステンレス鋼板及びその製造方法を提供する。
(1)研磨目をステンレス鋼板の表面に有し、着色を有する酸化皮膜が該表面上に存在せず、前記表面上における5μm以上の金属素地の被さりを含む表面欠陥の平均個数が0.01mm
2当たり5個以内に抑制されている、耐食性に優れたステンレス鋼板。
【0017】
本発明のステンレス鋼板は、研磨目をステンレス鋼板の表面に有することから、意匠性や防眩性に優れる。また、着色を有する酸化皮膜がステンレス鋼板表面上に存在しないことから、酸化皮膜及びその直下のCr欠乏層を起点とする発銹が進行しにくく、耐食性が劣化しにくい。さらに、ステンレス鋼板表面上における5μm以上の金属素地の被さりを含む表面欠陥の平均個数が0.01mm
2当たり5個以内に抑制されていることから、隙間腐食を抑制し、耐食性に優れたステンレス鋼板となる。
【0018】
(2)ステンレス鋼板の表面を、湿式研磨で研磨する研磨工程を有する、(1)のステンレス鋼板の製造方法。
【0019】
(3)ステンレス鋼板の表面を、固形研磨剤で研磨する研磨工程を有する、(1)のステンレス鋼板の製造方法。
【0020】
(4)上記研磨工程において、研磨フラップホイールに固形研磨剤を付着させてステンレス鋼板の表面を研磨する、(3)の製造方法。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、海塩粒子の影響を受けるウォーターフロント環境でも、早期に発銹することのない、耐食性に優れたステンレス鋼板を提供することができる。また、製造工数が増大しない耐食性に優れたステンレス鋼板の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下に本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明は当該実施形態によって限定的に解釈されるものではない。
【0024】
(ステンレス鋼板)
本発明のステンレス鋼板は、研磨目をステンレス鋼板の表面に有し、着色を有する酸化皮膜が該表面上に存在せず、該表面上における5μm以上の金属素地の被さりを含む表面欠陥の平均個数が0.01mm
2当たり5個以内に抑制されているため、耐食性に優れたステンレス鋼板である。
【0025】
本発明において、ステンレス鋼板は表面に凹凸や光沢を付与するために表面の研磨仕上げが行われたものである。これにより、ステンレス鋼板は研磨目を備え、意匠性や防眩性に優れたステンレス鋼板となる。研磨目とは、研磨によってステンレス鋼板表面に刻まれた疵である。
【0026】
研磨後の表面の研磨目は、研磨目の凹部が深いほど、フラップホイール研磨等で生成した酸化皮膜が残存する可能性が高くなり、その研磨目の凹部が発銹起点になって、発銹が進行し、耐食性が劣化しやすくなる。よって、本発明におけるステンレス鋼板表面の研磨後の表面粗さRaは、0.1〜1.0μmであることが好ましく、0.2〜0.5μmであることがより好ましい。研磨後の表面粗さは、JIS B 0601に準拠し測定されたものであり、例えば接触式の表面粗度計によって測定できる。
【0027】
研磨仕上げとしては、従来よりフラップホイール等による乾式研磨が行われているが、乾式研磨を行うとステンレス鋼板の表面が高温となり、酸化皮膜が形成される。一方、本発明のステンレス鋼板においては、着色を有する酸化皮膜が表面上に存在しないことを特徴とする。この理由としては、本発明のステンレス鋼板は、固形研磨剤で研磨されることによって、表面の酸化皮膜が除去されることによるものと本発明者らは考えている。また、研磨フラップホイールに固形研磨剤を付着させることによって、酸化皮膜の発生がより抑制される。
【0028】
本発明において、着色を有する酸化皮膜が存在するとは、ステンレス鋼板の表面の任意の10点を光学顕微鏡で400倍の倍率で観察したときに、着色を有するシミ状物質である酸化皮膜が50μm四方において面積比率で5%以上存在している場合をいう。ここで、着色は特定に限定されず、ステンレス鋼板の金属素地や金属光沢と目視で区別できる色であればよい。着色として代表的な色は、茶褐色である。
【0029】
また、研磨仕上げとして、フラップホイール等による乾式研磨を行うと、ステンレス鋼板表面に研磨材や研磨紙が連続して接触し、表面の金属が部分的に剥がされ素地部分に被さったバリやかぶさりである表面欠陥が生じる。該表面欠陥は、ステンレス鋼板の表面素地部分と微小な隙間が生じることから、隙間腐食の要因となる。
【0030】
図1は、ステンレス鋼板の表面を拡大した写真の一例であり、(a)表面欠陥が抑制された表面と、(b)表面欠陥が生じた表面である。
図1(a)は本発明のステンレス鋼板の表面であり、研磨目を有しているが表面欠陥は抑制されている。一方、
図1(b)はステンレス鋼板表面を乾式研磨したものであり、囲み部分1〜9は、表面の金属が部分的に剥がされ素地部分に被さった表面欠陥を示している。本発明者らは、
図1(a)のように本発明のステンレス鋼板表面が研磨後に表面欠陥が抑制されている理由として、研磨時に固形研磨剤を用いることによるものと分析している。また、研磨フラップホイールに固形研磨剤を付着させることによって、表面欠陥がより抑制される。なお、
図1中の白色の横線は研磨の際にできる凸部を示し、凸部である白色の横線と隣の白色の横線との間の凹部が、研磨目である。
【0031】
本発明において、表面欠陥は、欠陥における最大の長さ部分が5μm以上の大きさの金属素地の被さりを有するものをいう。また、光学顕微鏡を用いて研磨されたステンレス鋼板表面の任意の10点における100μm×100μm(0.01mm
2)の範囲を200倍に拡大し観察した場合に、測定した表面欠陥の数の平均が5個以内の場合は、本発明における表面欠陥が抑制された状態とする。研磨されたステンレス鋼板表面上の表面欠陥の数は、100μm×100μm(0.01mm
2)の単位面積当たり3個以内がより好ましく、さらに好ましくは2個以内である。なお、表面欠陥の最大の長さ部分に上限はないが、測定する際の基準として上限を50μmとしてもよい。
【0032】
図2及び
図3は、表面欠陥と電流密度変化の関係を示す図であり、
図2は表面欠陥を有するステンレス鋼板の孔食電位測定における電流密度変化を示すグラフである。
図3は表面欠陥が抑制されたステンレス鋼板の孔食電位測定における電流密度変化を示すグラフである。
【0033】
ステンレス鋼の孔食電位測定方法は、JIS G 0577に準拠し、B法を用いる。B法は、3.5質量%塩化ナトリウム水溶液中における動電位法による孔食電位測定法である。該塩化ナトリウム水溶液のpHは7とし、温度は30℃とする。また、電位掃引速度は20mV/分とする。
【0034】
図3に示すとおり、表面欠陥が抑制された表面を有するステンレス鋼板の場合は、孔食電位測定における電流密度変化において、孔食電位未満の電位における電流密度の値の変化は小さく、自然電位から孔食電位までの間、すなわち電位が0.12〜0.52Vの範囲(
図3のB部分)における電流密度の変化率(最大電流密度/最小電流密度)が10以上を示す部分は認められない。
【0035】
一方、
図2に示すとおり、表面欠陥を有するステンレス鋼板の場合は、孔食電位測定における電流密度変化において、孔食電位未満の電位における電流密度の値の変化が大きく、自然電位から孔食電位までの間、すなわち電位が0.08〜0.36Vの範囲(
図2のA部分)における電流密度の変化率が10を超えた部分が10箇所以上ある。この電流密度の大きな変化は、腐食が生じたことに起因する。したがって表面欠陥が存在することで生じた隙間腐食の存在を示すと本発明者らは推察している。よって、本発明においては、孔食電位測定における電流密度変化において、自然電位から孔食電位までの範囲における電流密度の変化率(最大電流密度/最小電流密度)が10以上となる部分が10箇所未満、より好ましくは5箇所以下であることが好ましい。
【0036】
本発明のステンレス鋼板の素材として、フェライト系ステンレス鋼を用いる場合の組成としては、例えば、Cは、鋼の強度を得るために有用な元素であるが、多量に含むと耐食性を低下させる傾向にあることから、0.02質量%以下が好ましい。Siは、製鋼工程における脱酸剤及び熱源として有用な元素であるが、多量に含むと鋼を硬化させる傾向にあることから、1.00質量%以下が好ましい。Mnは、製鋼工程における脱酸として有用な元素であるが、多量に含むとオーステナイト相を形成する傾向にあることから、2.00質量%以下が好ましく、1.00質量%以下がより好ましい。Crは、耐食性を確保するために有用な元素であるが、多量に含むと高コストだけでなく加工性が低下する傾向にあることから、17.00〜30.00質量%が好ましく、20.00〜24.00質量%がより好ましい。Moは、Crの存在下でステンレス鋼の耐食性を向上させるために有用な元素であるが、多量に含むと高コストだけでなく加工性が低下する傾向にあることから、1.00〜2.50質量%が好ましく、1.00〜1.50質量%がより好ましい。Pは、耐食性を低下させるので少ない方が好ましく、0.040質量%以下が好ましい。Sは、耐食性を低下させるので少ない方が好ましく、0.030質量%以下が好ましい。Niは、腐食の進行を抑制する効果やフェライト系ステンレス鋼板の靱性改善に有効である点で好ましいが、多すぎるとオーステナイト相の生成やコスト高の原因となることから、0.6質量%以下が好ましい。TiおよびNbは、これらを1種または2種含むのが好ましい。Tiは、C、Nとの親和力が強くフェライト系ステンレス鋼板の粒界腐食を抑制する点で好ましいが、多量のTi含有は鋼の表面品質を低下させる傾向にあることから0.05〜0.5質量%が好ましい。Nbは、C、Nとの親和力が強くフェライト系ステンレス鋼板の粒界腐食を抑制する点で好ましいが、多量のNb含有は靱性を阻害する傾向にあることから、0.1〜0.6質量%が好ましい。Nは、Cと同様に多量に含むと耐食性を低下させる傾向にあることから、0.025質量%以下が好ましい。Alは、脱酸剤として精錬や鋳造に有効な元素であるが、過剰に添加すると表面品質を劣化させるとともに、鋼の溶接性や低温靭性を低下させることから、0.01〜0.50質量%が好ましい。残部はFeと不可避的不純物であることが好ましい。また、例えば、Cが0.02質量%以下、Siが0.40質量%以下、Mnが0.40質量%以下、Crが21.00〜23.00質量%、Moが1.00〜1.50質量%、Pが0.040質量%以下、Sが0.030質量%以下、Niが0.60質量%以下、Tiが0.05〜0.5質量%、Nbが0.10〜0.6質量%、Nが0.025質量%以下、Alが0.15質量%以下、残部はFeのものを本発明のステンレス鋼板として使用することもできる。
【0037】
本発明のステンレス鋼板の素材として、耐孔食指数(PI)が20以上であることが好ましい。PIは以下の式(1)で与えられる。
PI=Cr+3Mo 式(1)
【0038】
耐孔食指数(PI)が20以上の本発明のステンレス鋼板は、耐食性に優れる。このため、耐孔食指数が19と低いSUS304は、海塩粒子の影響を受けるウォーターフロント環境では早期に発銹するのに対して、本発明のステンレス鋼板は発銹を抑制することができる。耐孔食指数(PI)は、耐食性の観点からは、24以上がより好ましく、30以上がさらに好ましい。
【0039】
(製造方法)
本発明のステンレス鋼板の製造方法は、ステンレス鋼板の表面を、湿式研磨で研磨する研磨工程を有する、製造方法である。また、本発明のステンレス鋼板の製造方法は、ステンレス鋼板の表面を、固形研磨剤で研磨する研磨工程を有する、製造方法である。
【0040】
固形研磨剤としては、脂肪酸及び鉱物性油脂を含有するものであれば特に制限されずに用いることができる。
【0041】
固形研磨剤は、SiO
2、Al
2O
3、CrO
2などの酸化物を含むことが好ましい。SiO
2、Al
2O
3、CrO
2などの酸化物の含有量は、50〜80質量%であることが好ましく、55〜75質量%であることがより好ましく、60〜70質量%であることが特に好ましい。
【0042】
脂肪酸としては、ステアリン酸、ミリスチン酸などを用いることが好ましい。鉱物性油脂としては、パルチミン酸などを用いることが好ましい。
【0043】
本ステンレス鋼板の製造方法においては、研磨工程において、研磨フラップホイールでステンレス鋼板の表面を研磨し、該研磨フラップホイールに固形研磨剤を付着させることが好ましい。
【0044】
上述のとおり、研磨仕上げとして、フラップホイール等による乾式研磨を行うと、ステンレス鋼板表面に研磨材や研磨紙が連続して接触し、表面の金属が部分的に剥がされ素地部分に被さったバリやかぶさりである表面欠陥が生じる。これに対し、本発明のステンレス鋼板の製造方法においては、研磨フラップホイールに固形研磨剤を付着させることによって湿式研磨を行うことが好ましい。これにより、ステンレス鋼板表面に研磨材や研磨紙が連続して接触した場合でも、研磨抵抗を低くすることができ、表面の金属が部分的に剥がされ、素地部分に被さったバリやかぶさりである表面欠陥の発生をより抑制しやすくなる。
【0045】
なお、本発明は上記実施形態によって制限されない。例えば、研磨フラップホイールに固形研磨剤を付着させることによって湿式研磨を行った後に、固形研磨剤を用いたバフ研磨を行ってもよい。また、固形研磨剤を塗布し湿式研磨を行った後に、不織布を取り付けた研磨装置(エアーサンダー)を用い、偏心運動と回転運動をあわせた動きによる研磨を手作業で行うことによっても、ランダムな研磨目をステンレス鋼板の表面に有し、着色を有する酸化皮膜や表面欠陥が抑制されたステンレス鋼板を製造することができる。
【実施例】
【0046】
製造されたステンレス鋼板を用い、装飾用研磨仕上げを行った。ステンレス鋼板は以下の2種類を用いた。組成(質量%)及び寸法は以下のとおりである。
【0047】
鋼種1(SUS445J1) Cr:22%、Mo:1.05%、Ti:0.2%、Nb:0.2%、Al:0.09%、残部Fe
鋼種2(SUS304) Cr:18%、Ni:8%、Si:0.6%、Mn:0.8%、残部Fe
寸法:厚み1.5mm×幅200mm×長さ1000mm。
【0048】
研磨は、以下のとおりライン1〜4で行った。また研磨条件は以下のとおりである。
【0049】
ライン1は、5つのフラップホイール(#240、#240、#240、#400、#600)が、鋼板表面を研磨(研磨目を付与)するように並んだラインである。
ライン2は、4つのフラップホイール(#240、#240、#240、#400)が、鋼板表面の長手方向を研磨(長手方向の研磨目を付与)するように並んだラインである。
ライン3は、4つのフラップホイール(#150、#150、#150、#320)が、鋼板表面の長手方向を研磨(長手方向の研磨目を付与)するように並んだラインである。
ライン4は、鋼板表面の長手方向を研磨(長手方向の研磨目を付与)するように並んだ3つのフラップホイール(#320、#400、#600)、及び鋼板表面を研磨(研磨目を付与)するように並んだ2つの綿バフ(#400、#400)からなるラインである。
ここで、ライン1及びライン4では固形研磨剤をフラップホイールに塗布した。一方、ライン2及びライン3では固形研磨剤を塗布しなかった。なお、「#240」等はメッシュ粒度を示す。
【0050】
(研磨条件)
ライン速度:1.8m/min
ホイール回転数:1500rpm
ホイール直径:400mm
【0051】
(固形研磨剤)
固形研磨剤は、SiO
2含有量が75質量%であり、脂肪酸であるステアリン酸の含有量が16質量%であり、鉱物性油脂であるパルチミン酸の含有量が3.8質量%であった。
【0052】
(実施例1)
鋼種1について、ライン1(固形研磨剤塗布あり)で研磨を行った。
【0053】
(実施例2)
鋼種1について、ライン3(固形研磨剤塗布なし)で研磨を行ったのちに、ライン4(固形研磨剤塗布あり)で研磨を行った。その後、不織布(#80)を取り付けた研磨装置(エアーサンダー)を用い、固形研磨剤を塗布せずに、偏心運動と回転運動をあわせた動きにより、ランダムな研磨目を均一につける研磨を手作業で行った。
【0054】
(比較例1)
鋼種1について、ライン2(固形研磨剤塗布なし)で研磨を行った。
【0055】
(比較例2)
鋼種2について、ライン2(固形研磨剤塗布なし)で研磨を行った。
【0056】
(参考例1)
鋼種2について、ライン1(固形研磨剤塗布あり)で研磨を行った。
【0057】
(表面欠陥)
光学顕微鏡を用いて研磨されたステンレス鋼板表面を200倍に拡大し、100μm×100μm(0.01mm
2)の範囲を観察した。5μm以上の金属素地の被さりを有する表面欠陥が5個以内の場合には表面欠陥が抑制された状態として「○」と評価し、5個より多い場合には表面欠陥が抑制された状態として「×」と評価した(表1参照)。
【0058】
表1に示すとおり、実施例1、2のステンレス鋼板表面は、表面欠陥が抑制された状態であった。一方、比較例1、2のステンレス鋼板表面は、表面欠陥が抑制された状態ではなかった。なお、参考例1は表面欠陥が抑制された状態であった。
【0059】
(酸化皮膜)
ステンレス鋼板の表面を光学顕微鏡で400倍の倍率で観察し、茶褐色のシミ状物質である酸化皮膜が50μm四方において面積比率でどの程度存在しているかを算出した。残存酸化皮膜の面積比率が3%以上5%未満である場合は、着色を有する酸化皮膜が存在しないとして「○」、残存酸化皮膜の面積比率が3%未満であるより好ましい状態の場合は「◎」と評価し、面積比率が5%以上の場合は着色を有する酸化皮膜が存在するとして「×」と評価した(表1参照)。
【0060】
表1に示すとおり、実施例1においては酸化皮膜の面積比率が1%以下であり、実施例2においては酸化皮膜の面積比率が3%であり、着色を有する酸化皮膜が存在しなかった。一方、比較例1及び2においては酸化皮膜の面積比率が15%、20%、であり、着色を有する酸化皮膜が存在するステンレス鋼板表面であった。なお、参考例1は酸化皮膜の面積比率が2%であり、着色を有する酸化皮膜が存在しなかった。
【0061】
(耐食性試験)
実施例1、2、比較例1、2及び参考例1のステンレス鋼板について、以下の条件で耐食性試験(塩乾湿複合サイクル試験(CCT試験))を行った。
条件:(1)塩水噴霧(35℃、5%NaCl、15分)
(2)乾燥 (60℃、30%RH、60分)
(3)湿潤 (50℃、95%RH、3時間)
上記条件(1)〜(3)を1サイクルとして、30サイクル繰り返した。
評価:試験後の発銹面積が、鋼板表面全体の5%以内のときに耐食性が良好として「○」と評価し、5%より大きく15%以下の場合は「△」、15%より大きい場合は耐食性が不良として「×」と評価した(表1参照)。
【0062】
表1のとおり、実施例1、2においては、CCT試験後も表面に発銹が生じておらず、耐食性に優れていることを示した。一方、比較例1、2においてはCCT試験後に表面に発銹が生じており、耐食性に劣っていた。なお、参考例1は、母材そのものの耐食性レベルが低いため、耐食性が△となった。海塩粒子の影響を受けるウォーターフロント環境における母材耐食レベルは、耐孔食指数(PI)が24以上であることが好ましい。
【0063】
【表1】