省資源化に寄与する
新高耐食性ステンレス鋼板‑21 クロムステンレス‑
JFE スチール株式会社

スチール研究所

ステンレス鋼研究部

船川義正、石井和秀、矢沢好弘、岡田修二、石井知洋、宇城

1.緒言

工

SUS304 の市況価格も約 2 倍にまで上昇して一般的に使用されているステンレス鋼にきた。この金属資源高騰と資源枯渇の危機

は SUS304（オーステナイト系ステンレス認識が合わさって、省資源化の流れが生じ鋼：18%Cr‑8%Ni）と SUS430（フェライト系ている。

ステンレス鋼：17%Cr）とがある。SUS430

Ni を含有しない SUS430 は比較的安価でと比べて耐食性と加工性に優れているはあるものの、耐食性に劣るため SUS304 をSUS304 の使用量は、全ステンレス鋼の約 7代替することはできない。過去に SUS430 を割にも達していた。この SUS304 は、8%もの改良し、SUS304 と同等の耐食性を有するフNi を含有するため、その価格は Ni 原料のェライト系ステンレス鋼は開発されてきた価格変化に著しく影響を受ける。現在、Niが、Mo 等の希少金属を 1%以上含有しているの価格は 2006 年 1 月と比べて約 3 倍にまでため高価であり省資源化もできていない。

上昇し、これにともない図 1 に示すようにこのため、SUS304 と同等の耐食性を有し、価格(円/kg)比較的安価な代替元素を用いたフェライト

700
60050040030020010012 2
2005年

系ステンレス鋼が市場より切望されている。
JFE スチールでは、省資源化の流れをいち早く認知し、代替元素の探索により高価な元素を使用せずに SUS304 と同等の耐食性を有する高耐食性新ステンレス鋼（21 クロムステンレス）を世界に先駆けて開発し468 10 12 2

2006年

2007年

図 1 SUS304 の市況価格の推移た。本開発鋼は、省資源化とともに SUS304では実現できなかった環境問題にも寄与することができる。本開発鋼は、産業界における重要性が評価され、すでに日本経済新の Cr 濃度（ C Croxide

聞社より 2006 年日経優秀製品・サービス賞

oxide
I Crref
I Croxide
C Cr = oxide
oxide
I CrI Fe+ref
ref
I CrI Fe

「最優秀賞日経産業新聞賞」を受賞しており、急激に需要が増加している。
2.開発鋼の合金設計思想と耐食性）を定義した。すなわち、(1)である。
鋼中 Cr 添加量の増加にともない不動態皮態皮膜により錆を防ぐことで生じる。この膜中の Cr 濃度は上昇する。そして、今回新不動態皮膜は Fe および Cr の酸化物と水酸たな研究結果として、Cu を 0.4%程度添加し化物よりなる非晶質皮膜で、厚さはわずかた場合、不動態皮膜中の Cr 濃度が急激に増

数 nm である。そして、不動態皮膜は皮膜中加することを見いだした。この Cu 添加によの Cr 濃度の増加で強固となり、耐食性がよる不動態皮膜中の Cr 濃度の急激な増加は、り優れたものとなる。そこで、不動態皮膜過去に報告のない新たな発見である。このを改質強化する添加元素について緻密に調結果、21%Cr‑0.4%Cu の合金成分で SUS304査した。Cr 含有量と不動態皮膜中の Cr 濃と同等以上の耐食性を実現することに成功

CCｒoxideステンレス鋼の耐食性は、最表面の不動0.380.360.340.320.300.280.260.24

し、JFE443CT を開発した。開発鋼と SUS304を千葉県千葉市で離岸距離 10m の位置に 10.4%Cu添加年半暴露した試験片の外観を図 3 に示す。
SUS304不動態
皮膜中のCr濃度

開発鋼は、SUS304 よりも発銹面積が少なく耐食性に優れている。この開発鋼は、21 ク

Cu無添加

ロムステンレスのネーミングで市場に流通している。

1920

21 22
Cr (mass%)23

図 2 Cr および Cu 含有量と孔食電位度の関係を図 2 に示す。不動態皮膜中の Cr濃度は、X 線光電子分光法 （XPS: X-rayPhotoelectron Spectroscopy）により、半定量化した。Cr 酸化物の XPS スペクトル強度（ I Cr）と Fe 酸化物のスペクトル強度oxide）をそれぞれの標準ピーク強度oxide（ I Fe（IrefFe 、IrefFe ）で除して規格化し、規格化した Cr 酸化物ピーク高さと Fe 酸化物ピーク高さの合計で規格化した Cr 酸化物ピーク高さを除すことで相対的な不動態皮膜中開発鋼

SUS304図 3 開発鋼と SUS304 の発銹比較（#600 研磨紙で表面研磨後に千葉県千葉市で期間 1 年 6 ヶ月間暴露）

0Cu

0.3Cu

0.4Cu

0.6Cu

1cm2.0Cu

1.0Cu

図 4 暴露試験片の発銹状況（#600 研磨紙で表面研磨後に千葉県千葉市で期間 1 ヶ月間暴露）

3.Cu 添加による耐食性向上機構
Cu の耐食性向上効果について簡単に述べすることで、板厚 1.0mm のステンレス薄板を作製した。そして、千葉県千葉市の離岸距離 10m の環境に 1 ヶ月間放置暴露した。
図 4 に暴露後の試験片外観を示す。また、
図 5 に画像解析で求めた発銹面積率を示す。
0%Cu 鋼の発銹面積率は 16%であったのに対し、0.3〜0.6%Cu 鋼の発銹面積率は、約 7%CCr

テンレス鋼を実験室で溶製して圧延・焼鈍oxideる。21%Cr を基本成分とし Cu を添加したス

0.360.340.320.300.280.260.24
0.220.20

0123Cu（mass%)
図 6 不動態皮膜中の Cr 濃度にまで低下した。そして、1%Cu 鋼の発銹面積率は 0.6%Cu 鋼よりも増加し、2%Cu 鋼のとしている。

発銹面積率は 0%Cu 鋼を大きく上回った。こ少量の Cu 添加による耐食性向上効果がの結果を元に、開発鋼の Cu 添加量を 0.4%明らかとなったことから、1 ヶ月暴露材未発銹面積率（%)

発銹部表面の不動態皮膜中の Cr 濃度を分25析した。図 6 に Cu 量と(1)式を用いて求め20た不動態被膜中の Cr 濃度の関係を示す。
Cu 添加鋼の不動態被膜中の Cr 濃度は150%Cu 鋼と比べて増加していた。不動態被膜中の Cr 濃度が高い程耐食性が優れるこ

10とから、0.3〜0.6%Cu 添加鋼の耐食性が500%Cu 鋼よりも優れていたは Cu 添加によ

012Cu（mass%)

図 5 Cu 含有量と発銹面積率3

り不動態被膜中の Cr 濃度が増加したためと考えられる。
つぎに、1%以上の Cu 添加で Cu 添加量の増加にともない耐食性が劣化する理由をなるためと考えられる。そして、1%以上の(a)Cu 添加で耐食性が劣化するのは、Cu が金属として鋼中に析出するためと考えられる。
4.開発鋼のプレス成形性
JFE スチールでは、製鋼技術革新でステンレス鋼の極低炭素、窒素化に成功している。これに最新鋭の薄板熱間圧延機を組み合わせることで、フェライト系ステンレス鋼の加工性を格段に向上することに成功し100nm

た。開発鋼の加工性を SUS304 と図 8 に比較する。開発鋼に革新的製鋼技術と熱間圧(b)Fe

Cu延技術を適用することにより、開発鋼はSUS304 を超える深絞り成形性を実現している。さらに、実部品に加工された例を図Cu9 に示す。図 9(a)の開発鋼を用いた家庭用

CrFeCrFe

Cu

調理鍋は、すでに市場で流通している。この鍋は、熱伝達が SUS304 よりも早いため、

図 7 2%Cu 鋼中の析出物

オール電化厨房の IH レンジで加熱する場(a)TEM 明視野像合、SUS304 と比べて約 30%も短時間で昇(b)EDX スペクトル温できる。これは、消費エネルギーの低減に直結しており、環境問題に大いに寄与で調査した。最も耐食性が劣位であったきると考える。図 9(b)は、水タンクに加工2%Cu 鋼の透過型電子顕微鏡（TEM）写真した例である。SUS304 に対して優れた耐および析出物のエネルギー分散型 X 線分析

食性を活かした大型構造物の例である。

装置（EDX）スペクトルを図 7 に示す。2%Cu鋼 中 に は 大 き さ 60nm 程 度 の 析 出 物 と開発鋼

SUS 30410nm 程度の微細析出物が数多く析出していた。EDX 定量分析で、これらの析出物は金属 Cu であることが明らかとなった。この TEM 観察結果より、1%以上の Cu 添加で耐食性が劣化するのは、鋼中に金属 Cuが析出するためであると考えられる。
以上より、0.3〜0.6%Cu 添加で 21%Cr鋼の耐食性が向上するのは、不動態被膜中の Cr 濃度が増加して不動態被膜が強固に

図 8 開発鋼と SUS304 の深絞り加工品

(a)家庭用調理鍋(b)水タンク
図 9 開発鋼を用いた製品例

5.まとめ
希少金属の省資源化を目的に、Cu による不動態皮膜強化現象を用いて一般に用いられてきた SUS304 と同等の耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼板を世界に先駆けて開発した。本開発鋼はすでに市場で流通しており、省資源という社会ニーズの後押しで使用量が急激に増加しつつある。
6.特許
国内出願中 10 件以上
海外出願中（韓国、中国など）
7.社外発表石井、船川、宇城、山下：材料とﾌﾟﾛｾｽ,Vol.20(2007), No.3, 430.
8.表彰
2006 年日経優秀製品・サービス賞最優秀賞
日経産業新聞賞(日経産業新聞社)