(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：0.015％以下，Si：1.0％以下，Mn：1.0％以下，Ｐ：0.04％以下，Ni：0.6％以下，Cr：16〜35％，Ti：0.05〜0.5％，Al：0〜0.3％（無添加を含む），Mo：6％以下，Cu：0.5％以下，Nb：0〜1.0％（無添加を含む），Ｎ：0.005〜0.025％、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の、等軸晶率が15体積％以上である鋳造スラブを、最終パスにおける仕上げ圧延温度：830〜920℃，巻取り温度：450℃以下の条件で熱間圧延し、得られた熱延鋼板またはその後に焼鈍・酸洗を施した熱延焼鈍鋼板の表面を10μm以上研磨し、次いで、１回以上の中間焼鈍を含んで冷間圧延し、さらに光輝焼鈍または焼鈍・酸洗を施す工程からなる、圧延方向に直交する方向における鋼板表面の板幅内明度較差ΔＬが5以下である、帯状外観むらの発生防止能に優れた外装建材用高耐食性ステンレス鋼板の製造方法。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：0.015％以下，Si：1.0％以下，Mn：1.0％以下，Ｐ：0.04％以下，Ni：0.6％以下，Cr：26〜35％，Ti：0.05〜0.5％，Al：0.005〜0.3％，Mo：6％以下，Cu：0.5％以下，Nb：0〜1.0％（無添加を含む），Ｎ：0.005〜0.025％、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の、等軸晶率が15体積％以上である鋳造スラブを、最終パスにおける仕上げ圧延温度：830〜920℃，巻取り温度：450℃以下の条件で熱間圧延し、得られた熱延鋼板またはその後に焼鈍・酸洗を施した熱延焼鈍鋼板の表面を10μm以上研磨し、次いで、中間焼鈍を含まずに冷間圧延し、さらに光輝焼鈍または焼鈍・酸洗を施す工程からなる、圧延方向に直交する方向における鋼板表面の板幅内明度較差ΔＬが5以下である、帯状外観むらの発生防止能に優れた外装建材用高耐食性ステンレス鋼板の製造方法。
【請求項３】
等軸晶率が15体積％以上である鋳造スラブが、鋳造温度と凝固点との温度差ΔＴを60℃以下にすることによって得られた連続鋳造スラブである、請求項１または２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物の外装に使用したときに帯状外観むらが発生しにくい、外装建材用高耐食性フェライト系ステンレス鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は代表的な耐食材料として各種用途に使用されているが、最近では耐候性の高い鋼種が開発されたこともあり、屋根，外装などの建築用資材の用途が増加しつつある。これらの外装建材用途では、単に腐食による発銹や穴開きが生じないだけでなく、施工後における外観上の美麗さが要求される。
【０００３】
従来、外装建材用のステンレス鋼としては、主としてSUS304やSUS316に代表されるオーステナイト系の鋼種が使用されてきた。これらの鋼種は、汎用ステンレス鋼の中でも比較的耐食性が高い。しかし、海岸地区など海塩粒子が飛散する環境においては顕著な発銹が認められるなど、耐候性の面で問題もある。また、オーステナイト系ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼に比べて熱膨張係数が大きいため、長尺の屋根に適用する場合は膨張・収縮量を考慮して寸法が制約される。
【０００４】
一方、フェライト系の汎用ステンレス鋼は、基本的に外装材としての耐候性に乏しい。代表的なSUS430を例にとると、腐食環境の穏やかな田園地帯においても比較的短期間で赤錆が発生する。
【０００５】
フェライト系ステンレス鋼の耐候性を改善するためにはCrの増加やMoの添加が有効であり、既に22Cr−2Mo系，30Cr−2Mo系などの高Crフェライト系ステンレス鋼が開発されている。これらの鋼種では加工性や靱性を確保するためにＣ，Ｎの低減が必要であり、例えばSUS447J1（30Cr−2Mo系）では、Ｃ：0.010％以下，Ｎ：0.015％以下という厳しい規制が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような低Ｃ，Ｎ化を図った高Crフェライト系ステンレス鋼板を外装建材に使用した場合、耐候性の面では極めて優れた特性を発揮する。しかし、施工後の外観において、鋼板の圧延方向に沿う帯状あるいは筋状のむらや模様（本発明では「帯状外観むら」という）が目立ちやすいという欠点があり、これが建築物の意匠性を損なうとして問題になることがある。本発明は、このような高Crフェライト系ステンレス鋼板の欠点を解消し、「高耐候性」と「外観上の美麗さ」を共に満足できる外装建材用のフェライト系ステンレス鋼板を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、質量％で、Ｃ：0.015％以下，Si：1.0％以下，Mn：1.0％以下，Ｐ：0.04％以下，Ni：0.6％以下，Cr：16〜35％，Ti：0.05〜0.5％，Al：0〜0.3％（無添加を含む），Mo：6％以下，Cu：0.5％以下，Nb：0〜1.0％（無添加を含む），Ｎ：0.005〜0.025％、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の、等軸晶率が15体積％以上である鋳造スラブを、最終パスにおける仕上げ圧延温度：830〜920℃，巻取り温度：450℃以下の条件で熱間圧延し、得られた熱延鋼板またはその後に焼鈍・酸洗を施した熱延焼鈍鋼板の表面を10μm以上研磨し、次いで、１回以上の中間焼鈍を含んで冷間圧延し、さらに光輝焼鈍または焼鈍・酸洗を施す工程からなる、圧延方向に直交する方向における鋼板表面の板幅内明度較差ΔＬが5以下である、帯状外観むらの発生防止能に優れた外装建材用高耐食性ステンレス鋼板の製造方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、そのフェライト系ステンレス鋼を、質量％で、Ｃ：0.015％以下，Si：1.0％以下，Mn：1.0％以下，Ｐ：0.04％以下，Ni：0.6％以下，Cr：26〜35％，Ti：0.05〜0.5％，Al：0.005〜0.3％，Mo：6％以下，Cu：0.5％以下，Nb：0〜1.0％（無添加を含む），Ｎ：0.005〜0.025％、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成のものに変えるとともに、冷間圧延の方法を中間焼鈍を含まずに行う方法に変えたものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、特に、等軸晶率が15体積％以上である鋳造スラブが、鋳造温度と凝固点との温度差ΔＴを60℃以下にすることによって得られた連続鋳造スラブである点を規定したものである。
【００１３】
本明細書において、「光輝焼鈍鋼板」とは冷間圧延後に行う光輝焼鈍で形成された表面肌を有する鋼板をいい、「焼鈍・酸洗鋼板」とは冷間圧延後に行う焼鈍→酸洗で形成された表面肌を有する鋼板をいう。「圧延方向に直交する方向における鋼板表面の板幅内明度較差ΔＬ」とは、鋼板表面の明度(Ｌ値)を圧延方向に直交する方向に板幅全長にわたって連続的に測定した場合の、測定明度(Ｌ値)の最大値と最小値の差をいう。目的とする建材を得るうえで板幅の一部をスリット等により除去する場合には、除去する部分を除いた部分の板幅を上記「板幅全長」とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
外装建材用の高耐候性フェライト系ステンレス鋼板は、一般的に次のような工程で製造される。
溶解→鋳造→熱間圧延→焼鈍・酸洗→冷間圧延(中間焼鈍を含む)→光輝焼鈍または焼鈍・酸洗
このようにして得られた光輝焼鈍鋼板または焼鈍・酸洗鋼板（以下、両者を「焼鈍済み冷延鋼板」という）は、そのままの仕上げ状態で各種建材に成形加工されたり、あるいはさらに調質圧延，ダル圧延，エンボス圧延，研磨など、各種仕上げ処理を経て建材に加工される。
【００１５】
発明者らの検討の結果、建築物の外観において問題になる前記「帯状外観むら」は、鋼板表面の微小な凹凸に起因することがわかってきた。鋼板表面は本来フラットであるべきだが、実際には種々の要因により微小な凹凸が生じている。その凹凸が均一に分布している限り外観上「むら」として認識されることはない。しかし帯状外観むらを呈した鋼板を詳細に調査したところ、周囲とは異なる形態の微小な表面凹凸の生じている領域が圧延方向に沿って帯状あるいは筋状に延びていることが判明した。このような表面凹凸の特異な分布形態が帯状外観むらの原因になっていると考えられる。
【００１６】
オーステナイト系ステンレス鋼を用いた従来の外装建材では、帯状外観むらが問題になることはほとんどない。しかし、高耐候性フェライト系ステンレス鋼板ではしばしば問題になる。この意味で帯状外観むらは高耐候性フェライト系ステンレス鋼板における特徴的な現象であると言える。
【００１７】
発明者らは高耐候性フェライト系ステンレス鋼に関し、上述した焼鈍済み冷延鋼板の表面性状と、それを屋外に設置した場合の帯状外観むらの発生状況との関係を調査してきた。その結果、焼鈍済み冷延鋼板をそのまま屋外に設置した場合および各種仕上げ処理を施した後屋外に設置した場合のいずれにおいても、帯状外観むらの発生状況は、焼鈍済み冷延鋼板の表面性状に依存することがわかった。すなわち、焼鈍済み冷延鋼板の段階で特定の表面性状になっていれば、その後の仕上げ処理にかかわらず帯状外観むらの発生が再現性よく防止できることを知見した。
【００１８】
その表面性状の指標として、例えば表面の凹凸状態を直接的に示す「表面粗さ」（Ｒa，Ｒmax，Ｒz等）を用いる方法が考えられる。しかし、この方法では帯状外観むらの発生を精度良く評価することができなかった。その理由として、帯状外観むらは屋外光線の反射むらを視覚として捉えたものであるが、Ｒa，Ｒmax，Ｒz等の指標は光線の反射むら（反射の方向性）に関する情報を十分に表現できる指標ではないことが考えられる。発明者らは種々調査の結果、先に定義した「圧延方向に直交する方向における鋼板表面の板幅内明度較差ΔＬ」によって、再現性良く帯状外観むらの発生状況を評価することに成功した。
以下、本発明を特定する事項について説明する。
【００１９】
本発明では、高耐候性フェライト系ステンレス鋼を対象とする。各成分元素の主な作用を以下に示す。
【００２０】
Crはステンレス鋼の耐食性を高める基本的な元素であり、耐候性，耐孔食性，耐隙間腐食性および一般的耐食性を著しく向上させる。本発明では特に耐候性が重要であり、外装材としての耐発銹性を維持するために少なくとも16質量％以上のCr含有が必要である。海岸地区での発銹を効果的に防止するには26質量％以上の含有が望ましい。また、Cr含有量が26質量％以上のものでは、適量のTiおよびAlの添加によって、冷間圧延に際し中間焼鈍を入れなくても帯状外観むらの生じない所望の表面性状が得られることがわかった。この「高Cr＋Ti+Al」の相乗効果のメカニズムについて現時点では十分に解明されていないが、いずれにしてもCr含有量が22質量％レベルの鋼などでは得られない有利な効果である。ただし、Cr含有量が35質量％を超えると著しい脆化が生じ、薄板製造，建材への成形加工などの際に困難を伴う。
【００２１】
TiはＳを固定してMnＳの生成による耐孔食性の低下を防ぐとともに、Ｃ，Ｎを固定して粒界腐食を防止する効果もある。本発明ではこれらの効果を有効に利用するためTiを0.05質量％以上含有させた鋼を対象とする。しかし、Ti含有量が多すぎるとクラスター状介在物TiＮを生成し、素材の表面疵発生の原因となる。外装材の意匠性の観点から本発明ではTi含有量の上限を0.5質量％に制限する。
【００２２】
MoはCrとの相乗作用で鋼の耐候性を高める効果があり、Cr含有量の高い鋼ほどその効果は顕著に現れる。またMoは溶液中に溶けてモリブデン酸イオンとなりインヒビターとして作用するので、仮に腐食が発生した場合でも腐食の進行を抑制する。しかし、約6質量％を超えるMoの添加は鋼を硬質にし、靱性が低下して薄板製造，建材への成形加工などで困難を伴うようになる。また、上記の有効な作用も6質量％を超える領域では飽和する。
【００２３】
NbはTiとともにＣ，Ｎを固定する効果が大きく、フェライト系ステンレス鋼で問題となる粒界腐食の防止に有効である。Tiに比べ耐孔食性向上効果は小さいが、Tiとの複合添加により靱性改善効果が生じる。ただし、Nb含有量が約1質量％を超えると溶接部の靱性を阻害する。
【００２４】
Ｎはステンレス鋼に不可避的に含まれる元素であるが、Ｎ含有量を低減すると鋼が軟質になり、加工性が向上する。しかし、本発明では焼鈍済み冷延鋼板の表面性状を適正化するためにＮを積極的に利用する。ＮはTiとの共存によって非金属介在物を生じ、鋳造時に等軸晶の核生成を促す。後述するように、鋳造スラブ中の等軸晶率の増加は、焼鈍済み冷延鋼板の表面性状を好ましい状態にするうえで極めて有効となる。このため、本発明ではＮ含有量が0.005質量％以上の鋼を用いる必要があるが、Ｎ含有量が0.01質量％以上のものが一層望ましい。ただし、Ｎ含有量が0.025質量％を超えると非金属介在物TiＮがクラスター化し、冷延後の表面疵を招くことになる。
【００２５】
Ｃもステンレス鋼に不可避的に含まれる元素だが、本発明では0.015質量％以下に低減したものを用いる。Ｃ含有量の低減により鋼板は軟質になり加工性が向上する。炭化物の生成も少なくなる。溶接性および溶接部の耐食性も向上する。
【００２６】
Alは高Cr鋼においてTiとの複合添加により、凝固組織の等軸晶化を促進し、焼鈍済み冷延鋼板の表面性状改善に寄与する。特にCr含有量が26質量％以上の鋼において、0.05質量％以上のTiとともに、Alを0.005質量％以上含有させると表面性状の改善効果が著しく高まり、中間焼鈍を含まずに冷間圧延しても帯状外観むらの生じない焼鈍済み冷延鋼板が得られる。このAlの作用は、Al含有量が0.005質量％未満ではほとんど認められない。これはAl量が低すぎるとAlの酸化物が十分に生成されないためと推察される。なお、このAlの作用をより一層安定して享受するためには、0.1質量％以上のAl含有が望ましい。ただし、Al含有量が0.3質量％を超えると粗大な介在物が生成して表面性状を損なう。
【００２７】
Siは溶接部の高温割れや溶接部の靱性に対して有害であるので、1.0質量％以下が望ましい。
【００２８】
Mnは可溶性硫化物MnＳを形成して耐候性を劣化させるので本発明では有害な元素である。Mn含有量は1.0質量％以下が望ましい。
【００２９】
Ｐは母材および溶接部の靱性を損なうので低いほど望ましいが、0.04質量％程度までは許容できる。
【００３０】
Ｓは耐候性や溶接部の耐高温割れ性に悪影響を及ぼすので、0.01質量％以下が望ましい。
【００３１】
以上の元素の他に、目的に応じて種々の成分元素を含有した鋼を使用することができる。例えば、鋼の靱性改善には0.6質量％以下のNi，あるいは0.3質量％以下のCo含有が有効である。亜硫酸ガス腐食環境下の建材に適用する場合には0.5質量％以下のCu含有が有効である。粒界腐食を防止するために0.3質量％以下のＶを含有してもよい。
【００３２】
本発明では、焼鈍済み冷延鋼板の表面性状を評価する指標として、先に定義した「圧延方向に直交する方向における鋼板表面の板幅内明度較差ΔＬ」を用いる。高耐候性フェライト系ステンレス鋼の焼鈍済み冷延鋼板において、この板幅内明度較差ΔＬが5以下に調整されているとき、それを用いた外装建材では帯状外観むらの発生が認められないか、あるいは極めて軽度であるため問題にならないのである。逆にΔＬが5を超える焼鈍済み冷延鋼板の場合は、建材に成形加工する前に調質圧延，ダル圧延，エンボス圧延，研磨などの各種仕上げ処理を施したとしても、帯状外観むらの発生を安定して防止することは極めて困難である。このΔＬの規定は、光輝焼鈍肌または酸洗肌のいずれの焼鈍済み冷延鋼板についても同様に適用することができる。
【００３３】
大量生産プロセスでは一般的に鋼板は鋼帯（コイル）として製造される。本発明における焼鈍済み冷延鋼板にも鋼帯が含まれる。その場合、必ずしも鋼帯の長手方向（＝圧延方向）全長にわたって上記ΔＬが5以下になっている必要はなく、また必ずしも鋼帯の全幅をΔＬ測定の「板幅全長」とする必要はない。目的とする建材用の鋼板（切り板）が採取できる長さ・幅にわたってΔＬが5以下になっていればよい。例えば、一般的に鋼帯の長手方向端部（トップ部またはボトム(テール)部）や幅方向耳部（エッジ部）の近傍は所定の品質にならないことが多いが、そのような不良部分は通常切断除去され、残りの健全な部分が製品に利用される。一部にΔＬに関する不良部分があっても、残りの部分が本発明に係る鋼板として利用可能な鋼帯であれば本発明の鋼板に含まれる。
【００３４】
発明者らは、帯状外観むらの原因になる焼鈍済み冷延鋼板の表面凹凸形態を詳細に分析した結果、大きく２つの形態が支配的であることを突き止めた。１つは鋳造組織に起因した表面凹凸、もう１つは熱間圧延で生じる表面疵や肌荒れに起因した表面凹凸である。これらの原因を除去することで焼鈍済み冷延鋼板の板幅内明度較差ΔＬを5以下に低減でき、その結果、帯状外観むらが防止できる。
【００３５】
まず、鋳造組織は等軸晶化することが有効である。鋳造スラブ中の等軸晶率が15体積％以上になると、帯状外観むらの発生防止効果が認められる。等軸晶率が15体積％以上の鋳造スラブを得るには、前記のようにTiとＮの含有量をコントロールして適量のTiＮを生成させ、凝固時の核生成を促すことが有効である。同時に、鋳造温度と凝固点との温度差ΔＴが60℃以下になるよう、鋳造条件をコントロールすることも効果的である。
【００３６】
鋳造スラブの等軸晶率を20体積％以上にしたうえで、さらに熱間圧延を高温仕上げ・低温巻取りで行うことが鋳造組織の均一化に効果的である。種々検討の結果、最終パスにおける仕上げ圧延温度：830〜920℃、巻取り温度：450℃以下の条件で熱間圧延を行うことが望ましい。
【００３７】
冷間圧延では中間焼鈍を入れることが鋳造組織の影響を無くすのに有効であり、通常そのような工程が採られる。ところが前述のように「26質量％以上の高Cr化」＋「TiおよびAlの複合添加」を図った鋼では、中間焼鈍なしで冷間圧延を行っても帯状外観むらの発生防止能に優れた焼鈍済み冷延鋼板が得られる。
【００３８】
次に、熱間圧延で生じる表面疵や肌荒れは、熱延鋼板または熱延焼鈍鋼板の表面を直接研磨することによって除去するのが効率的である。本発明では表面外観が厳しく要求される用途を目的とするため、表面の酸化皮膜の除去とともに、その下地組成の不均一部分をも除去する必要がある。これらを完全に除去しないとミクロ的に見て周囲とは異なる形態の表面凹凸を有する部分が圧延方向に沿って残り、帯状外観むらの原因になる。先に示した成分組成の鋼を一般的な工業的手法で熱延する場合、熱延鋼板または熱延焼鈍鋼板の表面を10μm以上研磨するすることによって、帯状外観むらにつながるこの種の表面凹凸は除去できる。ただし、あまり研磨番手の粗い砥石を用いると研磨目が残り、最終的な表面性状を損なう。#150以上の細かい研磨ベルトを使用することが望ましい。
【００３９】
【実施例】
表１に示す化学組成のフェライト系ステンレス鋼を溶製し、通常の量産ラインにて板厚1.5mmの焼鈍済み冷延鋼板を得た。スラブは連続鋳造にて製造し、熱延鋼帯の板厚は最終板厚を揃えるために3.5〜6mmとした。ただし、鋼Ｂだけは実験室にて量産ラインに準じた条件で製造した。得られた焼鈍済み冷延鋼板についてΔＬを測定した。それらの冷延済み焼鈍鋼板を屋外に持ち出し、板から約２ｍ離れた位置から目視で外観を観察することによって帯状外観むらの発生状況を評価した。結果を表２に示す。表２中、ΔＬは、No.7だけがＢＡ後、その他は酸洗後の表面を測定したものである。帯状外観むらの評価は、×：圧延方向に平行な筋状あるいは帯状の模様がはっきり認められるもの、○：上記模様が認められないか、極めて軽微であるためほとんど目立たないものである。本発明規定の鋼組成および製造条件を満たすものは、いずれも帯状外観むらの評価が○であった。
【００４０】
【表１】
0004347442.tif 000002
【００４１】
【表２】
0004347442.tif 000003
【００４２】
次に、表２のNo.6で得られた焼鈍済み冷延鋼板に種々の仕上げ処理を施し、各仕上げ処理後の板を屋外に持ち出し、前記と同様の方法で帯状外観むらの発生状況を評価した。また、各仕上げ処理後のサンプルについて、孔食電位およびCCT発銹率を求めた。孔食電位は20％NaCl水溶液，40℃，掃引速度20mV／minの条件、CCT発銹率は「塩水噴霧（5％NaCl，35℃，15分）→乾燥（60℃，30％RH，60分）→湿潤（50℃，95％RH，3時間）」を100サイクル実施の条件である。結果を表３に示す。表３中、ｄは、耐食性比較のために用いたSUS316の２Ｂ仕上げ材である。ａ，ｂ，ｃは、焼鈍済み冷延鋼板の段階でΔＬが5以下になっているものであるが、各種仕上げ処理を施した後においても帯状外観むらは評価○が得られた。これらは、SUS316よりかない高い耐食性を示した。
【００４３】
【表３】
0004347442.tif 000004
【００４４】
参考のため、図１に表２のNo.6で用いた連続鋳造スラブC-断面のマクロ組織写真（等軸晶率：32％）を、図２に同No.4で用いた同様の写真（等軸晶率：14％）を示しておく。いずれの写真も、上下がスラブの厚さ方向、左右が幅方向になっており、写真に写っているサンプルは幅方向の途中で切断してある。その切断面は写真の左側である。スラブ厚さはいずれも約190mmである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、外装建材施工後の外観において、鋼板の圧延方向に沿う帯状あるいは筋状のむらや模様が目立たない、意匠性に優れた高耐候性フェライト系ステンレス鋼板が提供できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明例の連続鋳造スラブC-断面のマクロ組織写真である。
【図２】比較例の連続鋳造スラブC-断面のマクロ組織写真である。
【図１】
0004347442.tif 000005
【図２】
0004347442.tif 000006