(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＡ仕上げまたは鏡面研摩仕上げした着色用オーステナイト系ステンレス鋼板において，ＥＰＭＡ分析法により測定成分Ｎｉについて該鋼板表面から１μｍ以内の成分測定を行ったさいに，その測定試料を圧延方向とは直角方向に０.１ｍｍ移動したときの前記測定成分の濃度変動幅が平均濃度の４％未満であることを特徴とする着色用ステンレス鋼板。
【請求項２】
ＢＡ仕上げまたは鏡面研摩仕上げした着色用のＭｏを含有しないフエライト系ステンレス鋼板において，ＥＰＭＡ分析法により測定成分Ｃｒについて該鋼板表面から１μｍ以内の成分測定を行ったさいに，その測定試料を圧延方向とは直角方向に０.１ｍｍ移動したときの前記測定成分の濃度変動幅が平均濃度の４％未満であることを特徴とする着色用ステンレス鋼板。
【請求項３】
ＢＡ仕上げまたは鏡面研摩仕上げした着色用Ｍｏ含有フエライト系ステンレス鋼板において，ＥＰＭＡ分析法により測定成分Ｍｏについて該鋼板表面から１μｍ以内の成分測定を行ったさいに，その測定試料を圧延方向とは直角方向に０.１ｍｍ移動したときの前記測定成分の濃度変動幅が平均濃度の４％未満であることを特徴とする着色用ステンレス鋼板。
【請求項４】
ステンレス鋼のスラブを，加熱工程，熱間圧延工程，熱延板焼鈍工程，酸洗工程，冷間圧延工程および光輝焼鈍工程，更には必要により鏡面仕上げ工程を経て着色用ステンレス鋼板を製造するにさいし，熱延板焼鈍工程において１０３０℃以上で２秒以上保持の条件で熱延板を焼鈍し，酸洗工程と冷間圧延工程の間で鋼板の表層を１０μｍ以上研削する研削工程を挿入し，冷間圧延工程において冷延率６５％以上で冷延し，そして，光輝焼鈍工程において１０３０℃以上で２秒以上保持の条件で冷延板を焼鈍することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の着色用ステンレス鋼板の製造法。
【請求項５】
加熱工程は，スラブを１２００℃以上に８時間以上保持する工程である請求項４に記載の着色用ステンレス鋼板の製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，着色むらの発生がない着色用ステンレス鋼板およびその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は耐食性や表面の色調，光沢に優れることから，内外装建材，装飾品等に広く使用されている。特にＢＡ仕上げ（還元雰囲気中で光輝焼鈍を行ったもの）や鏡面仕上げのステンレス鋼板に着色処理を施したものは，光沢に優れ且つ高級感のある表面外観を有することから，ビルフロント周りの外装材やエレベータ内装材等に多く使用されている。着色処理は化学発色法が一般に行われている。着色処理においては，着色後の色調の均一性に優れることが，意匠性の面から非常に重要である。
【０００３】
化学発色法によるステンレス鋼の着色では，ステンレス鋼をクロム酸−硫酸混合液（以下，着色液という）に浸漬することによって，鋼の表面に数百〜数千オングストローム厚みの酸化膜（以下，着色皮膜という）を形成させている。この着色皮膜は，ステンレス鋼を着色液中に浸漬した際にステンレス鋼素地の一部が溶け出す酸化反応と同時に着色液中の６価クロムが還元されて３価クロムとなる還元反応が生じ，この３価クロムがクロムの酸化物や水酸化物を形成することによって成長すると考えられている。
【０００４】
化学発色法による発色は，着色皮膜の表面において反射された光と着色皮膜と素地との界面において反射された光との干渉作用により生じる。そのため，着色後の鋼材表面の色調は，着色皮膜の厚みや組成，さらには着色前における皮膜厚みや光沢度等の鋼板の表面性状にも大きく影響される。
【０００５】
従来から，着色前素材の表面性状を均一化するために主に電解処理による方法が試みられてきた。たとえば，特開平４−２１８６９５号公報では，りん酸およびクロム酸の混合液中で電解処理をすることにより，表面性状を均一化する方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは，前記公報記載のように表面から数百オングストローム程度の深さまでの表層部分を均一化する電解処理では解消し難い着色むらに直面した。ここで言う着色むらは，例えば図１に示すように圧延方向に沿って発生する幅が１ｍｍ以下の範囲内において多数本の細い筋状に発生する色むらであり，着色した際の色調としては，明るい部分（明部）と暗い部分（暗部）の筋がこの１ｍｍと言った狭い幅内で交互に発生するものである。
【０００７】
このような圧延方向に発生する極細の筋状の着色むらは，鏡面研磨処理や上に述べた電解処理等の表面均一化処理を行っても，その発生を抑制することができないことを知った。
【０００８】
したがって，本発明の目的は着色ステンレス鋼表面に発生する図１のような着色むらを抑制することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するものとして，本発明によれば，ＢＡ仕上げまたは鏡面研摩仕上げした着色用ステンレス鋼板において，ＥＰＭＡ分析法により該鋼板表面から１μｍ以内の成分測定を行ったさいに，その測定試料を圧延方向とは直角方向に０.１ｍｍ移動したときの測定成分の濃度変動幅が平均濃度の４％未満であることを特徴とする着色用ステンレス鋼板を提供する。ここで，対象がオーステナイト系ステンレス鋼の場合は測定成分をＮｉとし，対象がフエライト系ステンレス鋼の場合は測定成分をＣｒ，ただしＭｏ含有フエライト系ステンレス鋼では測定成分をＭｏとする。
【００１０】
また，前記の着色用ステンレス鋼板の製造法として，スラブ加熱工程，熱間圧延工程，熱延板焼鈍工程，酸洗工程，冷間圧延工程および光輝焼鈍工程，更には必要により鏡面仕上げ工程を経て着色用ステンレス鋼板を製造するにさいし，熱延板焼鈍工程において１０３０℃以上で２秒以上保持の条件で熱延板を焼鈍し，酸洗工程と冷間圧延工程の間で鋼板の表層を１０μｍ以上研削する研削工程を挿入し，冷間圧延工程において冷延率６５％以上で冷延し，そして，光輝焼鈍工程において１０３０℃以上で２秒以上保持の条件で冷延板を焼鈍することを特徴とする着色用ステンレス鋼板の製造法を提供する。そのさい，スラブ加熱工程では１２００℃以上で８時間以上保持の条件でスラブを加熱することが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明で対象としている着色むらは図１に示すように圧延幅方向に沿って発生する細い筋状の色むらである。これは，肉眼で着色後の表面を観察した際に非常に微細な明るい部分（明部）と暗い部分（暗部）のすじが交互に発生している色調の不均一として観察されるが，光学顕微鏡により観察するとさらに明瞭に色調の不均一が観察される。
【００１２】
本発明者らは，この着色むらの原因は鋼板表面から深さが１μm 以内で検出される成分濃度の不均一によるものあることを究明した。すなわち，かような着色むらが発生した鋼板表面の成分濃度の変化と該筋状の着色むらとの間に相関があることが判明した。このような表層部での成分濃度の変化は，表面から数百オングストローム程度の電解処理では消去できないので，図１のような圧延方向の筋状の着色むらを防止することはできないものと考えられる。
【００１３】
図２は，後記実施例１のうちＳＵＳ３０４についての表層部のＮｉ濃度の変化と着色むらとの関係を示したものである（測定条件その他は実施例で説明する）が，図２に見られように，着色むらの各筋（暗部）とその部分のＮｉ濃度には明確な相関がある。すなわちＮｉ濃度が高い部分と低い部分が圧延方向に筋状に現れると，これに対応して図１のような着色むらが発生する。
【００１４】
このような鋼成分の表層部の変動はＥＰＭＡ分析によって測定することができる。ＥＰＭＡ分析では表層から１μｍ程度までの成分濃度が検出でき，また，着色皮膜はＥＰＭＡ分析による鋼成分の測定に支障がないほど極めて薄い干渉膜であるから，着色処理後でも鋼成分の表層部の成分変動を測定できる。
【００１５】
図２の結果に見られるように，本発明者らは，着色用鋼板から試料を採取してＥＰＭＡ分析に供し，圧延方向と直角方向に試料を移動しながら成分濃度の変動を測定したさいに，その移動に応じて成分濃度の変動が或る域を越えると図１のような着色むらが発生することを見出したのであり，より具体的には，試料を圧延方向とは直角方向に０.１ｍｍ移動したときの成分濃度の変動幅が平均濃度の４％未満であれば，該筋状の着色むらが発生しないことを見出した。ＥＰＭＡで分析したものはＣｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｓｉであったが，これらの元素の分布挙動にはいずれも連関があった。したがって，ＥＰＭＡ分析する成分としては鋼中の合金元素であればどれでもよいが，実際にはそれらのうち，最も変動の大きな成分について，その変動幅が平均濃度の４％未満であれば着色むらは完全に防止できる。代表的な分析成分としては，オーステナイト系ステンレス鋼ではＮｉが挙げられ，またフエライト系ステンレス鋼ではＣｒが，Ｍｏ含有フエライト系ステンレス鋼であればＭｏが挙げられる。
【００１６】
このように，ステンレス鋼に含まれている成分の中，検出される成分濃度の変動が，表面から１μｍ以内の深さで且つ圧延方向に直角な方向に対して０.１ｍｍ長さ当たり，その成分の変動幅が鋼中平均濃度の４％未満に収まっていれば着色むらは発生しないが，４％以上に変動していると，濃度の高い部分と低い部分で着色皮膜の厚みに不均一を生じて着色むらが発生する。このような成分濃度の不均一によって着色皮膜の厚みに不均一が生じるのは，着色液に浸漬した際のステンレス鋼素地の溶解速度が濃度の高い部分と低い部分で差が生じるためであろうと推察される。
【００１７】
以上のことから，図１のような着色むらの発生のない着色用ステンレス鋼板とするには，鋼板表層部の成分濃度の変動幅が平均濃度の４％未満となるような製造法を確立することが肝要となる。そのような製造法として，本発明者らは前記したように，熱延板焼鈍工程において１０３０℃以上で２秒以上保持の条件で熱延板を焼鈍し，酸洗工程と冷間圧延工程の間で鋼板の表層を１０μｍ以上研削する研削工程を挿入し，冷間圧延工程において冷延率６５％以上で冷延し，光輝焼鈍工程において１０３０℃以上で２秒以上保持の条件で冷延板を焼鈍することを特徴とする方法を見出した。またスラブ加熱工程において，１２００℃以上に８時間以上保持する条件でスラブ加熱を行うと，成分濃度の変動幅がさらに小さいステンレス鋼板が得られることを見出した。
【００１８】
ＢＡ仕上げや鏡面仕上げステンレス鋼板の表層部に生じる前記のような圧延と直角方向の成分濃度の不均一の原因としては，スラブの凝固組織の時点における成分偏析が板製品まで残存することや，熱延板に形成されるスケールの膜厚や組織の不均一に由来するスケール直下部分での成分濃度の不均一が残存することなどが考えられる。
【００１９】
そこで，まず鋳造スラブの表面部分の成分濃度の不均一が着色むらに及ぼす影響について調べた。凝固組織のままのスラブ表面には成分濃度の大きな不均一が生じているが，熱延前に１１５０℃以上の温度で１〜３時間程度加熱する通常のスラブ加熱条件では，熱延以降の工程を標準的な条件とした場合には，最終冷延製品での成分濃度の不均一が大きく，これが原因で着色むらが発生することがわかった。
【００２０】
しかし，このような成分濃度の不均一が大きいスラブを用いて製造された熱延板であっても，その熱延板を１０３０℃以上で２秒以上保持する条件で焼鈍し，酸洗した後，表層を１０μm 以上研削し，その後に６５％以上の冷延率で冷間圧延を行い，引き続き還元雰囲気中で１０３０℃以上で２秒以上保持する条件で焼鈍を行なえば，着色むらが発生しないレベルまで成分濃度の不均一を低減できることを見い出した。
【００２１】
他方，スラブ自体の成分濃度の変動を小さくすることも有益である。このためには，熱延前の加熱温度を高くすることや加熱時間を長くすることが考えられるが，これらの方法では，熱延前のスラブに通常より厚い酸化スケールが形成されることや加熱のための燃料として用いられる重油からのサルフア ーアタック等により，熱延板の表面品質が損なわれるので好ましくない。また，通常，熱延は数分間ピッチで加熱炉からスラブを取り出し，連続的にスラブを熱延していくので，熱延前の加熱条件を特殊な材料にのみ加熱温度や加熱時間を細かく変更することは，操業上難しいことである。このため，熱延前の加熱の前に更に加熱処理を行い，成分濃度の不均一を低減することを検討した。この熱延前の通常の加熱の前の加熱を本明細書では“スラブの加熱”と呼ぶ。
【００２２】
このスラブの加熱を種々の条件で実施した結果，スラブを１２００℃以上の温度で８時間以上加熱する工程を新たに設けることにより，著しくスラブの成分濃度の不均一を低減することができ，これによって，熱延以降の工程を前記の本発明法に従って実施すれば，最終冷延製品の成分濃度の変動幅がさらに低減し，前記の着色むらの発生をより好ましいレベルまで抑制できることが判明した。
【００２３】
なお，このようなスラブの長時間での高温加熱では，通常の大気中で重油を燃焼させて加熱するような方法では，表面に酸化スケールが形成されるので好ましくはない。酸化スケールが生じると，表面研削を行なって酸化スケールを除去してから熱延前の加熱を行い，その後に熱延を実施することが必要となるからである。また研削を行ってもこの研削深さが浅いと，酸化スケールの直下部分の素地に発生する成分濃度の不均一が除去できない。この除去のためには約３ｍｍ以上の研削が必要となる。したがって，本発明に従うスラブの加熱は，表面に酸化防止剤を塗布して窒素やアルゴン等の非酸化性ガスの雰囲気中で行なうことが好ましい。
【００２４】
以下に，本発明法の諸条件の規制について説明する。熱延板を酸洗焼鈍した後に表層を１０μm 研削することが成分濃度の不均一を低減するために必要な理由は次のように考えられる。熱延板はその表面に熱延時に形成された酸化スケールが形成されている。これは，表面全体にわたり，均一ではなく，厚みや組成に不均一を生じている。したがって，熱延板の酸化スケール直下の素地においても成分濃度の不均一が存在することになる。また，スラブ加熱時点での成分偏析の残存もこれに加えることになる。この酸化スケール直下の成分濃度の不均一が大きい素地の部分は，熱延板を１０３０℃以上で２秒以上保持する焼鈍を行ったとしても，また熱延板を焼鈍した後の酸洗でも除去し難い。そのため，熱延板の焼鈍酸洗後の研削が必要となる。研削深さについては，研削深さと成分濃度の不均一の関連を検討した結果，研削は１０μm 以上行なう必要があることが明らかになった。
【００２５】
冷延率を高くすることが成分濃度の不均一を低減することに対して有効に作用するのは，冷延率を高くするほど冷間圧延による歪みエネルギーの蓄積が多くなり，冷間圧延後の焼鈍においてステンレス鋼中の原子の拡散を促進させ，組織，組成の均一化を促進させるためであると思われる。
【００２６】
なお，焼鈍温度および焼鈍温度での保持時間について検討した結果，鋼中の原子の拡散を十分に行わせ，最終冷延焼鈍板の成分濃度の不均一を着色むらが発生しないレベルまで低減するには，熱延板および冷延板の焼鈍を，いずれも焼鈍温度は１０３０℃以上，保持時間は２秒以上必要であることが明らかになった。
【００２７】
本発明が対象とするステンレス鋼は特に限定されるものではなく，汎用のオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４を始めとして，耐食性の高いＳＵＳ３１６等の各種オーステナイト系ステンレス鋼，さらにはフエライト系ステンレス鋼も適用できる。最近では，海岸環境においても高い耐候性を有する屋根外装用材として，２２％Ｃｒあるいは３０％Ｃｒをベースにしたフエライト系ステンレス鋼が使用されているが，これらについても本発明を適用できる。
【００２８】
【実施例】
〔実施例１〕
「表層部の成分濃度の不均一が着色後の色調に及ぼす影響を示す実施例」
オーステナイト系鋼のＳＵＳ３０４とＳＵＳ３１６，更にフエライト系ステンレス鋼の鋼種Ａ（２２％Ｃｒ−１.２Ｍｏ−０.２Ｎｂ−０.２Ｔｉ−０.１Ａｌ）と鋼種Ｂ（３０％Ｃｒ−２.０Ｍｏ−０.２Ｎｂ−０.２Ｔｉ−０.１Ａｌ）のＢＡ仕上げおよび鏡面仕上げを着色した。
【００２９】
鏡面仕上げは，ＢＡ仕上げを原板としてバフ研磨により製造した。着色は，クロム酸：２５０ｇ／リットルおよび硫酸：５００ｇ／リットルの着色液（温度８５℃）に各材料を漬し，ブルーに着色した。そして，均一に着色された材料および着色むらが発生した材料について，着色後の色調の変動と鋼表層部の成分濃度の変動との対応を調査した。
【００３０】
着色後の色調は，ＪＩＳ  Ｚ８７２２に準拠して４５−０により測定し，ＪＩＳ  Ｚ８７２９に準拠してＬ* で評価した。色調の変動は，測定面積を０.２ｍｍφとして，０.０５〜０.１ｍｍづつ，サンプルを圧延方向に直角方向に移動させることにより調べた。また鋼表層部の成分濃度の不均一については，ＥＰＭＡ分析により，分析面積を１３μｍφとし，１３μｍづつ圧延方向に直角方向へサンプルを移動させながら成分濃度の変動を調べた。ＥＰＭＡの情報の得られる深さは約１μｍである。
【００３１】
調査結果のうち，ＳＵＳ３０４の鏡面仕上げ材について，着色むらが発生した材料と着色むらの発生の無かった材料の圧延方向と直角方向での着色後の色調の変動と成分濃度の変動との関係を，図２（Ａ）と（Ｂ）に示した。図２に見られるように，この材料では，Ｎｉの変動と着色後の色調のＬ* 値の変動とが対応しており，着色むらの無い材料では，Ｎｉの変動幅は平均濃度の４％未満に収まっているのに対し，着色むらが発生した材料ではＮｉの変動幅は０.１ｍｍ幅で平均濃度の４％を越えるものがある。
【００３２】
表１に，全４種の鋼種の着色後の着色むら発生の有無と成分濃度の不均一との関連について調査した結果を示した。
【００３３】
【表１】
0003805469.tif 000002
【００３４】
表１に見られるように，いずれの鋼種とも，仕上げの種類によらず，圧延方向に垂直な方向での成分濃度の変動幅が平均濃度の４％未満であれば，着色むらが発生しないことがわかる。
【００３５】
〔実施例２〕
「製造条件が成分濃度の不均一と着色むら発生に及ぼす影響を示す実施例」
ＳＵＳ３０４と鋼種Ａ（２２％Ｃｒ−１.２Ｍｏ−０.２Ｎｂ−０.２Ｔｉ−０.１Ａｌ）のＢＡ仕上げ材を表２に示した条件で製造し，得られた各ＢＡ仕上げ材に実施例１と同一条件で着色して，実施例１と同様にして着色後の色調の変動と鋼表層部の成分濃度の変動との対応を調べ，その結果を表２に併記した。これらのうち実験No.１〜２５は，通常の熱延前の加熱（１１５０℃×３時間以内）を行って熱延を行ない，熱延板の焼鈍条件，熱延板の焼鈍酸洗後の研削および冷延率を変更させた。表中に＊印を付したものは，本文で説明した本発明の製造条件を外れることを示す。
【００３９】
【表２】
0003805469.tif 000003
【００４０】
表２の結果から，No.１〜２５のものでも，すなわち，通常のスラブ加熱条件のスラブを熱延しても，熱延板の焼鈍，熱延板の焼鈍酸洗後の研削および冷延率を本発明で規定する条件で実施すれば，冷延焼鈍板での成分濃度の不均一が低減し，着色むらの発生を抑制できることがわかる。
【００４１】
また，実験No.２６と２７は，本発明で規定するスラブの加熱を行ってから熱延板の焼鈍，熱延板の焼鈍酸洗後の研削，冷延率を本発明で規定する条件に実施したものであるが，この場合には成分濃度の変動幅は一層小さくなり，着色むらは発生しない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，図１に示すような着色むらが発生しないステンレス鋼板が提供される。したがって，着色処理を行った際に着色むらの発生がなく，色調の均一性の高い着色ステンレス鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明でその発生を抑制する着色むらの形態を説明する図である。
【図２】  着色後の色調の変動とステンレス鋼板表層部の成分変動の関係を示す図である。
【図１】
0003805469.tif 000004
【図２】
0003805469.tif 000005