(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：0.15質量％以下，Cr：10.0〜50.0質量％，Ｎ：0.15質量％以下，Si：5.0質量％以下，Mn：10.0質量％以下で、かつ、少なくともSiまたはMnのいずれかを0.3質量％以上含み残部Feおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼材の鋼素地表面に、研磨による粗面化後に光輝焼鈍されたSi，Mnの１種または２種が濃化した表面構造を有し、表面から深さ100nmまでの表層部におけるSi＋Mnの平均濃度が5.0質量％以上である親水性フェライト系ステンレス鋼材。
【請求項２】
鋼材が、さらにNi：4.0質量％以下，Mo：4.0質量％以下，Cu：4.0質量％以下の１種または２種以上を含有するものである、請求項１に記載の親水性フェライト系ステンレス鋼材。
【請求項３】
鋼材が、さらにTi，Al，Nb，Ｖ，Zr，Ｂ，REMの１種または２種以上を合計1.0質量％以下含有するものである、請求項１または２に記載の親水性フェライト系ステンレス鋼材。
【請求項４】
建築物または車両の外装用鋼板である請求項１〜３のいずれかに記載の親水性フェライト系ステンレス鋼材。
【請求項５】
建築物または車両の雨水が表面を流れる部位に使用される外装用鋼板である請求項１〜３のいずれかに記載の親水性フェライト系ステンレス鋼材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面の親水性に優れたフェライト系ステンレス鋼材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は素材そのものが優れた耐食性を呈することから、めっきや塗装等の表面処理を施さずに、無垢のままで使用される用途が大半を占めている。近年では建築物や車両の外装材としても無垢のステンレス鋼材が積極的に使用されるようになってきた。ただし、これら外装材の用途では、しばしば「発銹」が見られ、ステンレス鋼の特長である美麗な金属外観を損なう場合がある。無垢のステンレス鋼材に見られるこのような「発銹」は、海塩粒子や粉塵などが鋼材表面に付着した場合に生じやすいことが知られている。
【０００３】
上記のような発銹を改善する手段として、i)ステンレス鋼の化学組成を調整して素材の耐食性レベルを向上させる方法、ii)ステンレス鋼材表面にめっきや塗装等の表面処理を施す方法などが種々試みられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記i)の方法で素材の耐食性レベルを向上させたとしても、海塩粒子や粉塵などの外的要因に起因する発銹は必ずしも防止できるとは限らない。耐食性レベルを大幅に向上させると、確かに発銹の程度は軽減されるが、それには高価な元素の添加が必要となって材料コストの大幅な増加を招くことから、i)の方法には自ずと限界がある。
一方、上記ii)のようにめっきや塗装等の表面処理を施す方法では、表面処理によるコストアップが避けられず、また、表面外観もステンレス鋼本来の金属外観とは異なったものとなってしまう。
【０００５】
ところで、建築物のいくつかの部位に同じ無垢のステンレス鋼材を使用した場合、例えば屋根上面や壁面下部のように、雨水によって付着物が洗い流されやすい環境にある部位では他の部位よりも発銹が生じにくい、ということも経験的事実の示すところである。そうであれば、海塩粒子等の付着物が容易に洗い流されるような表面性状が実現できれば、上記i)ii)のような手段によらずとも、ステンレス鋼材表面の耐発銹性を抜本的に改善することが可能になるであろう。
【０００６】
そのような性状の表面として、水滴との濡れ性が良好な表面、すなわち親水性の良好な表面が考えられる。親水性の良好な表面では、雨水等の水滴は鋼材表面と広い面積で接触しようとするため、鋼材表面と付着物粒子のわずかな間隙にも浸透しやすく、その結果、付着物は浮き上げられて洗い流されやすくなる。本発明は、このような表面状態を実現すべく、親水性に優れたフェライト系ステンレス鋼材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは種々検討の結果、無垢のフェライト系ステンレス鋼材に、SiまたはMnが適量濃化した表層部を形成することによって、親水性を付与することができることを知見した。またその表層部は例えば光輝焼鈍によって形成できることを確認した。本発明は、これらの基礎的知見に基づいて完成したものである。
【０００８】
すなわち、上記目的を達成するために、請求項１の発明は、Ｃ：0.15質量％以下，Cr：10.0〜50.0質量％，Ｎ：0.15質量％以下，Si：5.0質量％以下，Mn：10.0質量％以下で、かつ、少なくともSiまたはMnのいずれかを0.3質量％以上含み残部Feおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼材の鋼素地表面に、研磨による粗面化後に光輝焼鈍されたSi，Mnの１種または２種が濃化した表面構造を有し、表面から深さ100nmまでの表層部におけるSi＋Mnの平均濃度が5.0質量％以上である親水性フェライト系ステンレス鋼材である。
【０００９】
ここで、「表面から深さ100nmまでの表層部におけるSi＋Mnの平均濃度」とは、最表面から深さ100nmまでの表層部を構成する全元素に占めるSiの割合（質量％）とMnの割合（質量％）の合計値を意味するが、具体的には、例えばＧＤＳ（グロー放電発光分光分析装置）を用いて、表面から深さ方向に掘り進みながら元素分析を行い、深さ0〜100nmの間のSi濃度の平均値およびMn濃度の平均値を求め、それらの和を算出することによって特定することができる。なお、SiあるいはMnのいずれか一方の平均濃度がゼロであっても構わない。
【００１２】
ここで、「鋼素地表面」とは、めっきや塗装等の表面被覆を有していない、いわゆる無垢（裸）の状態のステンレス鋼材表面をいう。「Si，Mnの１種または２種が濃化した表面構造」とは、Si，Mnの少なくとも一方が、表面から深さ100nmまでの領域において鋼材中の平均濃度よりも高濃度になっていることを意味する。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、鋼材が、さらにNi：4.0質量％以下，Mo：4.0質量％以下，Cu：4.0質量％以下の１種または２種以上を含有するものである点を規定したものである。
請求項３の発明は、請求項１の発明において、鋼材が、さらにTi，Al，Nb，Ｖ，Zr，Ｂ，REM（希土類元素）の１種または２種以上を合計1.0質量％以下含有するものである点を規定したものである。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の親水性フェライト系ステンレス鋼材が、特に建築物または車両の外装用鋼板である点を規定したものである。
請求項５の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の親水性フェライト系ステンレス鋼材が、特に建築物または車両の雨水が表面を流れる部位に使用される外装用鋼板である点を規定したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
表１に示す化学組成のフェライト系ステンレス鋼を真空溶解炉にて溶製し、鍛造，熱延，中間焼鈍，冷延を施して板厚1mmの冷延板とした。各冷延板について表面を＃600研磨して、概ねRa：0.27μm，Rz：1.47μm，Rmax：2.43μmの粗面化表面とした後、100％水素雰囲気中、880℃で300秒保持する光輝焼鈍を行った。光輝焼鈍においては、露点を種々変化させることによって試料表面のSi＋Mn濃度を変化させた。
なお、表１中、F11〜F13は、SiおよびMnのいずれもが0.3質量％に満たない鋼であり、請求項３〜５の対象を外れるものである。
【００１６】
【表１】
0004454776.tif 000002
【００１７】
光輝焼鈍した試料から、親水性試験用試料と表面分析用試料を採取した。
親水性試験用試料は、屋外において、太陽光が直接当たる位置（周辺建物・障害物の影が発生しない位置）に30日間暴露した後、埃等を洗い流さずにそのままの表面状態で親水性試験に供した。
親水性試験は、温度20℃，湿度60％の部屋で、水平に置いた試料表面に蒸留水100μL（マイクロリットル）を滴下し、60秒後にＣＣＤカメラにて試料表面上の水滴を真横から観察し、その拡大画像から濡れ角度を求める方法で行った。濡れ角度の定義は図１に示すとおりである。
一方、光輝焼鈍した試料の表面分析は、ＧＤＳ（グロー放電発光分光分析装置）を用いて、表面から深さ方向に掘り進みながら元素分析する方法で行った。そして、深さ0〜100nmの間のSi濃度の平均値およびMn濃度の平均値を求め、それらの和を「表面から深さ100nmまでの表層部におけるSi＋Mnの平均濃度（質量％）」の値とした。
表２に、光輝焼鈍時の露点と、上記試験結果を示す。また、図２には、表面から深さ100nmまでの表層部におけるSi＋Mnの平均濃度と、濡れ角度の関係をプロットしてある。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
表面から深さ100nmまでの表層部におけるSi＋Mnの平均濃度が5質量％以上である本発明例の鋼材では、水滴粒子の濡れ角度が45度以下と小さくなり、30日間屋外に暴露した状態において高い親水性を呈することがわかる。これに対し、同Si＋Mnの平均濃度が5質量％に満たない比較例の鋼材では、濡れ角度が大きく、親水性に劣る。比較例のうちNo.14〜16は鋼材中のSiおよびMnの含有量がいずれも0.3質量％未満のものであるが、これらは本発明例のものと同レベルの露点条件で光輝焼鈍を行ったにもかかわらず、表層部のSi＋Mn濃度は非常に低く、良好な親水性は付与されていない。つまり、表層部のSi＋Mn濃度を高めるためには、鋼材中に少なくともSiまたはMnのいずれかを0.3質量％以上含有させることが望ましいと言える。
【００２０】
上記の実験例において屋外に30日間暴露した直後の試料表面外観についても、親水性試験を行う前に、目視により観察している。その結果、表２に示した本発明例のものは、比較例のものと比べ、埃の付着量が少ないことがわかった。これは30日間の暴露期間中に観測された3回の降雨によって、埃の洗い流され方に差が出たものと考えられる。すなわち、親水性の良好な本発明例のものでは、付着物が洗い流されやすくなっていることが確認された。
【００２１】
上記実験例では、光輝焼鈍前に＃600研磨を施して粗面化したが、発明者らの別途実験によると、表面粗度をさらに粗くすることによって濡れ角度は一層小さくなる傾向を示すことが確かめられている。
【００２２】
以下、鋼材中の主な成分元素について簡単に説明する。
Ｃは、溶製時にスクラップ等から不可避的に混入するが、含有量が多くなると成形性や耐食性を害するようになるので、0.15質量％以下とすることが望ましい。
Siは、ステンレス鋼の溶製においては一般に脱酸目的で添加されるが、本発明では鋼材表層部に濃化させることで親水性を発現させる役割を担う。光輝焼鈍等の加熱処理によって比較的容易に表面に濃化させるためには、0.3質量％以上の含有が望ましい。ただし過剰の含有は固溶強化によって加工性を劣化させるので、Si含有量は0.3〜5.0質量％の範囲とするのが良い。
Mnは、本発明ではSiと並んで鋼材表層部に濃化させることで親水性を発現させる。そのためにはSiと同様に0.3質量％以上の含有が望ましい。ただし、添加量が多くなると溶製時にMnヒュームが発生するなどして製造性を悪化させるので、Mn含有量は0.3〜10.0質量％とするのが良い。
なお、SiおよびMnは必ずしも0.3質量％以上の含有を必要とするのではなく、結果として鋼材表層部にSiまたはMnが前記規定のとおり濃化すれば十分である。
【００２３】
Niは、フェライト系ステンレス鋼材の靱性改善に有効であるが、多量の含有は高温および常温でオーステナイト相を安定化させてしまうので、4.0質量％以下とするのが望ましい。
Crは、ステンレス鋼材の耐食性を確保するために不可欠な元素であり、その含有量が10.0質量％未満では耐食性が不十分になりやすい。一方、50.0質量％を超えると冷間加工性や靱性の劣化を招くので、Cr含有量は10.0〜50.0質量％とするのが良い。
Moは、耐食性を改善するのに有効な元素であるが、過度の含有は高温での固溶強化や動的再結晶の遅滞を招き、熱間加工性を劣化させるので、4.0質量％以下とすることが望ましい。
Cuは、使用原料によって不可避的に混入することがあるが、過度の含有は熱間加工性や耐食性を劣化させるので、4.0質量％以下とすることが望ましい。
【００２４】
Ｎは、Ｃと同様にスクラップ等から不可避的に混入するが、過度の含有は成形性や耐食性に有害となるので、0.15質量％以下とすることが望ましい。
Ti，Nb，Ｖは固溶Ｃを炭化物として固定することにより加工性を向上させ、Al，Zrは鋼中の酸素を酸化物として捕らえることにより加工性や靱性を向上させ、Ｂ，REMは熱間加工性を向上させる元素である。ただし、これらはいずれも多量に含有すると製造性を劣化させる元素でもある。したがって、これらの元素は各々1.0質量％以下とし、これらの合計含有量も1.0質量％以下に抑えることが望ましい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、優れた親水性を安定して発現する無垢のフェライト系ステンレス鋼材が提供できるようになった。この鋼材は、表面の付着物が雨水や洗浄水により容易に洗い流されるため、例えば建築物や車両の外装材に適している。また、素材自体に比較的安価な成分組成の鋼種を用いた場合でも、日常の簡単なメンテナンス（洗浄等）により、非常に高価な高耐食性鋼種を用いた従来の鋼材を上回る耐発銹性を維持することも可能となる。したがって本発明は、特に外装用ステンレス鋼材として非常にコストパフォーマンスの高い材料の提供に貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼材表面上の水滴における濡れ角度の定義を表す模式図である。
【図２】表面から深さ100nmまでの表層部におけるSi＋Mnの平均濃度と、濡れ角度の関係を表すグラフである。
【図１】
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【図２】
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