ホーム > 特許ランキング > 日鉄ステンレス株式会社
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023131037
(43)【公開日】2023-09-21
(54)【発明の名称】ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに加工品
(51)【国際特許分類】
C23C 8/18 20060101AFI20230913BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20230913BHJP
C22C 38/28 20060101ALI20230913BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20230913BHJP
C21D 9/46 20060101ALN20230913BHJP
【ＦＩ】
C23C8/18
C22C38/00 302Z
C22C38/28
C22C38/60
C21D9/46 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022035683
(22)【出願日】2022-03-08
(71)【出願人】
【識別番号】503378420
【氏名又は名称】日鉄ステンレス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】田井 善一
(72)【発明者】
【氏名】若村 麻衣
【テーマコード（参考）】
4K037
【Ｆターム（参考）】
4K037EA01
4K037EA02
4K037EA04
4K037EA05
4K037EA09
4K037EA10
4K037EA12
4K037EA13
4K037EA15
4K037EA17
4K037EA18
4K037EA19
4K037EA20
4K037EA23
4K037EA25
4K037EA27
4K037EA31
4K037EA32
4K037EA33
4K037EA35
4K037EA36
4K037EB06
4K037EB07
4K037EB08
4K037EB09
4K037FB00
4K037FF03
4K037FG00
4K037FJ02
4K037FJ06
4K037FJ07
4K037GA07
4K037JA06
(57)【要約】
【課題】加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が良好なステンレス鋼材を提供する。
【解決手段】素地の表面に酸化皮膜を有するステンレス鋼材である。酸化皮膜は、厚みが５０ｎｍ以上のＣｒ2Ｏ3内層を有し、全体厚みが３００～１０００ｎｍ、キャリア密度が２．００×１０20個／ｃｍ3以下、Ｌ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*が５０．０以下、クロマネチックス指数ａ*及びｂ*が±５．００以内である。
【選択図】なし
【解決手段】素地の表面に酸化皮膜を有するステンレス鋼材である。酸化皮膜は、厚みが５０ｎｍ以上のＣｒ2Ｏ3内層を有し、全体厚みが３００～１０００ｎｍ、キャリア密度が２．００×１０20個／ｃｍ3以下、Ｌ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*が５０．０以下、クロマネチックス指数ａ*及びｂ*が±５．００以内である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
素地の表面に酸化皮膜を有するステンレス鋼材であって、
前記酸化皮膜は、厚みが５０ｎｍ以上のＣｒ2Ｏ3内層を有し、全体厚みが３００～１０００ｎｍ、キャリア密度が２．００×１０20個／ｃｍ3以下、Ｌ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*が５０．０以下、クロマネチックス指数ａ*及びｂ*が±５．００以内であるステンレス鋼材。
前記酸化皮膜は、厚みが５０ｎｍ以上のＣｒ2Ｏ3内層を有し、全体厚みが３００～１０００ｎｍ、キャリア密度が２．００×１０20個／ｃｍ3以下、Ｌ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*が５０．０以下、クロマネチックス指数ａ*及びｂ*が±５．００以内であるステンレス鋼材。
【請求項2】
前記素地は、質量基準で、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｃｒ：１６．００～２５．００％及びＴｉ：０．０８～０．５０％を含む、請求項１に記載のステンレス鋼材。
【請求項3】
前記素地は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項２に記載のステンレス鋼材。
【請求項4】
前記素地は、質量基準で、Ｎｂ：０．５０％以下、Ａｌ：１．００％以下、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１００％以下、Ｃａ：０．１００％以下、Ｓｎ：０．１００％以下、Ｂ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項２又は３に記載のステンレス鋼材。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか一項に記載のステンレス鋼材の製造方法であって、
ステンレス圧延材に対し、Ｏ2濃度が１～１０体積％、水蒸気濃度が５～２０体積％であり、且つ以下の式（１）：
２×Ｏ2濃度＋水蒸気濃度 ・・・（１）
で表される値が１５～３０である雰囲気下、９００℃以上の温度で３０秒以上の熱処理を行うステンレス鋼材の製造方法。
ステンレス圧延材に対し、Ｏ2濃度が１～１０体積％、水蒸気濃度が５～２０体積％であり、且つ以下の式（１）：
２×Ｏ2濃度＋水蒸気濃度 ・・・（１）
で表される値が１５～３０である雰囲気下、９００℃以上の温度で３０秒以上の熱処理を行うステンレス鋼材の製造方法。
【請求項6】
前記ステンレス圧延材は、質量基準で、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｃｒ：１６．００～２５．００％及びＴｉ：０．０８～０．５０％を含む、請求項５に記載のステンレス鋼材の製造方法。
【請求項7】
前記ステンレス圧延材は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項６に記載のステンレス鋼材の製造方法。
【請求項8】
前記ステンレス圧延材は、質量基準で、Ｎｂ：０．５０％以下、Ａｌ：１．００％以下、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１００％以下、Ｃａ：０．１００％以下、Ｓｎ：０．１００％以下、Ｂ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項６又は７に記載のステンレス鋼材の製造方法。
【請求項9】
請求項１～４のいずれか一項に記載のステンレス鋼材の加工品であって、
加工部の一部に素地が露出した部分を有する加工品。
加工部の一部に素地が露出した部分を有する加工品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに加工品に関する。
【背景技術】
【0002】
ステンレス鋼材は、耐食性に優れた素材であり、光沢のある銀白色の地肌を活かし、内装建材、外装建材、排気系部品などの各種部品に用いられている。また、ステンレス鋼材の意匠性を高める目的で、化学発色法、塗装法、酸化処理法などの方法を用いて、黒色を代表とする色調が付与されることも多い。例えば、特許文献１には、酸化処理法によってステンレス鋼材の表面に黒色化皮膜（酸化皮膜）が形成された黒色ステンレス鋼材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－１７８３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ステンレス鋼材を用いて各種製品を製造する場合、曲げ加工、溶接、研磨などの各種加工が行われる。このとき、加工条件（例えば、曲げ半径が大きい曲げ加工など）によっては、ステンレス鋼材の表面に形成された酸化皮膜が割れて素地が部分的に露出することがある。このようなステンレス鋼材の素地が露出した部分は、酸化皮膜が表面に存在しないため、耐食性が低下し、腐食の原因となる。
【0005】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が良好なステンレス鋼材及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、耐食性が良好な加工品を提供することを目的とする。
また、本発明は、耐食性が良好な加工品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】
【0006】
本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、ステンレス鋼材の表面に所定の特徴を有する酸化皮膜を形成することにより、加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が低下し難くなることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0007】
すなわち、本発明は、素地の表面に酸化皮膜を有するステンレス鋼材であって、
前記酸化皮膜は、厚みが５０ｎｍ以上のＣｒ2Ｏ3内層を有し、全体厚みが３００～１０００ｎｍ、キャリア密度が２．００×１０20個／ｃｍ3以下、Ｌ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*が５０．０以下、クロマネチックス指数ａ*及びｂ*が±５．００以内であるステンレス鋼材である。
前記酸化皮膜は、厚みが５０ｎｍ以上のＣｒ2Ｏ3内層を有し、全体厚みが３００～１０００ｎｍ、キャリア密度が２．００×１０20個／ｃｍ3以下、Ｌ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*が５０．０以下、クロマネチックス指数ａ*及びｂ*が±５．００以内であるステンレス鋼材である。
【0008】
また、本発明は、前記ステンレス鋼材の製造方法であって、
ステンレス圧延材に対し、Ｏ2濃度が１～１０体積％、水蒸気濃度が５～２０体積％であり、且つ以下の式（１）：
２×Ｏ2濃度＋水蒸気濃度 ・・・（１）
で表される値が１５～３０である雰囲気下、９００℃以上の温度で３０秒以上の熱処理を行うステンレス鋼材の製造方法である。
ステンレス圧延材に対し、Ｏ2濃度が１～１０体積％、水蒸気濃度が５～２０体積％であり、且つ以下の式（１）：
２×Ｏ2濃度＋水蒸気濃度 ・・・（１）
で表される値が１５～３０である雰囲気下、９００℃以上の温度で３０秒以上の熱処理を行うステンレス鋼材の製造方法である。
【0009】
さらに、本発明は、前記ステンレス鋼材の加工品であって、加工部の一部に素地が露出した部分を有する加工品である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が良好なステンレス鋼材及びその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、耐食性が良好な加工品を提供することができる。
また、本発明によれば、耐食性が良好な加工品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施例における部分研磨の位置を説明するための上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、上記の観点に基づいて完成された本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
なお、本明細書において成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味する。
なお、本明細書において成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味する。
【0013】
＜ステンレス鋼材＞
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、素地と、素地の表面に形成された酸化皮膜とを有する。
ここで、本明細書において「ステンレス鋼材」とは、ステンレス鋼から形成された材料のことを意味し、その材形は特に限定されない。材形の例としては、板状（帯状を含む）、棒状、管状などが挙げられる。また、断面形状がＴ形、Ｉ形などの各種形鋼であってもよい。
酸化皮膜は、ステンレス鋼材に耐食性及び黒色の色調を付与する機能を有する。
まず、酸化皮膜の特徴について説明する。
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、素地と、素地の表面に形成された酸化皮膜とを有する。
ここで、本明細書において「ステンレス鋼材」とは、ステンレス鋼から形成された材料のことを意味し、その材形は特に限定されない。材形の例としては、板状（帯状を含む）、棒状、管状などが挙げられる。また、断面形状がＴ形、Ｉ形などの各種形鋼であってもよい。
酸化皮膜は、ステンレス鋼材に耐食性及び黒色の色調を付与する機能を有する。
まず、酸化皮膜の特徴について説明する。
【0014】
（Ｃｒ2Ｏ3内層の厚み：５０ｎｍ以上）
酸化皮膜は、厚みが５０ｎｍ以上のＣｒ2Ｏ3内層を有する。
Ｃｒ2Ｏ3内層は、酸化皮膜の素地側に形成される層であり、酸化皮膜のバリア性（素地の保護能）を担保する機能を有する。この機能を確保する観点から、Ｃｒ2Ｏ3内層の厚みの下限値は、５０ｎｍ、好ましくは６０ｎｍ、更に好ましくは７０ｎｍである。一方、Ｃｒ2Ｏ3内層の厚みの上限値は、特に限定されないが、好ましくは９００ｎｍ、より好ましくは８００ｎｍである。
酸化皮膜は、厚みが５０ｎｍ以上のＣｒ2Ｏ3内層を有する。
Ｃｒ2Ｏ3内層は、酸化皮膜の素地側に形成される層であり、酸化皮膜のバリア性（素地の保護能）を担保する機能を有する。この機能を確保する観点から、Ｃｒ2Ｏ3内層の厚みの下限値は、５０ｎｍ、好ましくは６０ｎｍ、更に好ましくは７０ｎｍである。一方、Ｃｒ2Ｏ3内層の厚みの上限値は、特に限定されないが、好ましくは９００ｎｍ、より好ましくは８００ｎｍである。
【0015】
（全体厚み：３００～１０００ｎｍ）
酸化皮膜の全体厚みは、色調に影響を与える。所望の黒色の色調を付与する観点から、全体厚みの下限値は、３００ｎｍ、好ましくは３１０ｎｍ、より好ましくは３２０ｎｍである。一方、全体厚みが大きくなると、ステンレス鋼材の加工時に酸化皮膜の割れや剥離が生じ易くなる。そのため、全体厚みの上限値は、１０００ｎｍ、好ましくは９５０ｎｍ、より好ましくは９００ｎｍである。
酸化皮膜の全体厚みは、色調に影響を与える。所望の黒色の色調を付与する観点から、全体厚みの下限値は、３００ｎｍ、好ましくは３１０ｎｍ、より好ましくは３２０ｎｍである。一方、全体厚みが大きくなると、ステンレス鋼材の加工時に酸化皮膜の割れや剥離が生じ易くなる。そのため、全体厚みの上限値は、１０００ｎｍ、好ましくは９５０ｎｍ、より好ましくは９００ｎｍである。
【0016】
ここで、本明細書において、酸化皮膜の全体厚みは、グロー放電発光分光法（ＧＤ－ＯＥＳ）を用いて得られた深さ方向の成分濃度プロファイルにおいて表面からＯ（酸素）が最大値の１／４となるポイントまでの深さとした。また、Ｃｒ2Ｏ3内層の厚みは、酸化皮膜中で、Ｃｒ濃度／（Ｆｅ濃度＋Ｃｒ濃度＋Ｍｎ濃度＋Ｔｉ濃度）×１００が７０％以上の範囲となる部分とした。各元素の濃度は、グロー放電発光分光法（ＧＤ－ＯＥＳ）によって求めることができる。
【0017】
（キャリア密度：２．００×１０20個／ｃｍ3以下）
金属の腐食は、金属溶解（アノード反応）と金属溶解部周辺の酸素還元（カソード反応）とが対で起こることによって進行する。これはアノード反応で発生した電子をカソード反応で消費することで電気的な中性が保たれるためである。したがって、ステンレス鋼材におけるカソード反応を抑制することができれば、アノード反応（金属溶解）も抑制することができる。
カソード反応は、水が存在する環境において、アノード反応で生じた電子が金属内を移動し、表面で水中の溶存酸素と反応することで起こる。そのため、カソード反応は、電子が移動し難い絶縁性物質で金属の表面を被覆することによって抑制することができる。ただし、Ｃｒ2Ｏ3を主体とする酸化皮膜は、構造欠陥（例えば、酸素空孔や、Ｃｒと価数の異なる金属）が電子の移動を担うキャリアとなるため、絶縁性が十分とはいえず、カソード反応を十分に抑制することができない。したがって、ステンレス鋼材におけるカソード反応を十分に抑制するためには、酸化皮膜のキャリア密度を制御することが重要となる。
金属の腐食は、金属溶解（アノード反応）と金属溶解部周辺の酸素還元（カソード反応）とが対で起こることによって進行する。これはアノード反応で発生した電子をカソード反応で消費することで電気的な中性が保たれるためである。したがって、ステンレス鋼材におけるカソード反応を抑制することができれば、アノード反応（金属溶解）も抑制することができる。
カソード反応は、水が存在する環境において、アノード反応で生じた電子が金属内を移動し、表面で水中の溶存酸素と反応することで起こる。そのため、カソード反応は、電子が移動し難い絶縁性物質で金属の表面を被覆することによって抑制することができる。ただし、Ｃｒ2Ｏ3を主体とする酸化皮膜は、構造欠陥（例えば、酸素空孔や、Ｃｒと価数の異なる金属）が電子の移動を担うキャリアとなるため、絶縁性が十分とはいえず、カソード反応を十分に抑制することができない。したがって、ステンレス鋼材におけるカソード反応を十分に抑制するためには、酸化皮膜のキャリア密度を制御することが重要となる。
【0018】
酸化皮膜のキャリア密度の上限値は、上記の理由から、２．００×１０20個／ｃｍ3、好ましくは１．００×１０20個／ｃｍ3である。また、酸化皮膜のキャリア密度の上限値を上記のように設定することで、加工時に素地が部分的に露出しても腐食が起こり難くなる。一方、酸化皮膜のキャリア密度の下限値は、小さいほどカソード反応を抑制する効果が高くなるため特に限定されないが、一般的に１．００×１０14個／ｃｍ3、好ましくは１．００×１０15個／ｃｍ3である。
ここで、本明細書において、酸化皮膜のキャリア密度は、電気化学インピーダンス測定によって測定することができる。
ここで、本明細書において、酸化皮膜のキャリア密度は、電気化学インピーダンス測定によって測定することができる。
【0019】
（明度指数Ｌ*：５０．０以下、クロマネチックス指数ａ*及びｂ*：±５．００以内）
酸化皮膜は、Ｌ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*が５０．０以下、クロマネチックス指数ａ*及びｂ*が±５．００以内である。明度指数Ｌ*、クロマネチックス指数ａ*及びｂ*が上記範囲内であれば、所望の黒色色調が得られているということができる。
ここで、本明細書において「明度指数Ｌ*」及び「クロマネチックス指数ａ*及びｂ*」は、ＪＩＳ Ｚ８７２２：２００９に準拠して測定することができる。
酸化皮膜は、Ｌ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*が５０．０以下、クロマネチックス指数ａ*及びｂ*が±５．００以内である。明度指数Ｌ*、クロマネチックス指数ａ*及びｂ*が上記範囲内であれば、所望の黒色色調が得られているということができる。
ここで、本明細書において「明度指数Ｌ*」及び「クロマネチックス指数ａ*及びｂ*」は、ＪＩＳ Ｚ８７２２：２００９に準拠して測定することができる。
【0020】
酸化皮膜は、Ｍｎ及びＣｒの複合酸化物（Ｍｎ－Ｃｒスピネル酸化物）を表層に有することが好ましい。このようなＭｎ及びＣｒの複合酸化物を表層に設けることにより、酸化皮膜のキャリア密度を上記の範囲に制御し易くなる。
【0021】
ステンレス鋼材の素地は、特に限定されないが、上記の特徴を有する酸化皮膜を形成し易くする観点から、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｃｒ：１６．００～２５．００％及びＴｉ：０．０８～０．５０％を含むことが好ましい。
また、ステンレス鋼材の素地は、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含んでもよい。
さらに、ステンレス鋼材の素地は、Ｎｂ：０．５０％以下、Ａｌ：１．００％以下、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１００％以下、Ｃａ：０．１００％以下、Ｓｎ：０．１００％以下、Ｂ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含んでもよい。
また、ステンレス鋼材の素地は、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含んでもよい。
さらに、ステンレス鋼材の素地は、Ｎｂ：０．５０％以下、Ａｌ：１．００％以下、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１００％以下、Ｃａ：０．１００％以下、Ｓｎ：０．１００％以下、Ｂ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含んでもよい。
【0022】
ステンレス鋼材の素地は、一態様において、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成とすることができる。
また、ステンレス鋼材の素地は、別の態様において、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ａｌ：１．００％以下、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１００％以下、Ｃａ：０．１００％以下、Ｓｎ：０．１００％以下、Ｂ：０．０１００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成とすることができる。
ここで、本明細書において「不純物」とは、ステンレス鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップなどの原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。例えば、不純物には、不可避的不純物も含まれる。不純物としては、例えばＯが挙げられる。
上記の各元素の含有量の限定理由を以下に説明する。
また、ステンレス鋼材の素地は、別の態様において、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ａｌ：１．００％以下、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１００％以下、Ｃａ：０．１００％以下、Ｓｎ：０．１００％以下、Ｂ：０．０１００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成とすることができる。
ここで、本明細書において「不純物」とは、ステンレス鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップなどの原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。例えば、不純物には、不可避的不純物も含まれる。不純物としては、例えばＯが挙げられる。
上記の各元素の含有量の限定理由を以下に説明する。
【0023】
（Ｍｎ：０．０５～１．００％）
Ｍｎは、酸化皮膜（黒色化熱処理後の黒色化皮膜）の色調を担保するのに有効な元素である。特に、ＭｎはＣｒとの複合酸化物を形成することで、黒色の色調を与える。ただし、Ｍｎの含有量が多すぎると、腐食起点となるＭｎＳを生成し易くなるとともに、フェライト相を不安定化させる。そのため、Ｍｎの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．９５％、より好ましくは０．９０％である。一方、Ｍｎの含有量が少なすぎると、上記の効果が十分に得られないことがある。そのため、Ｍｎの含有量の下限値は０．０５％、好ましくは０．０５５％、より好ましくは０．０６％である。
Ｍｎは、酸化皮膜（黒色化熱処理後の黒色化皮膜）の色調を担保するのに有効な元素である。特に、ＭｎはＣｒとの複合酸化物を形成することで、黒色の色調を与える。ただし、Ｍｎの含有量が多すぎると、腐食起点となるＭｎＳを生成し易くなるとともに、フェライト相を不安定化させる。そのため、Ｍｎの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．９５％、より好ましくは０．９０％である。一方、Ｍｎの含有量が少なすぎると、上記の効果が十分に得られないことがある。そのため、Ｍｎの含有量の下限値は０．０５％、好ましくは０．０５５％、より好ましくは０．０６％である。
【0024】
（Ｃｒ：１６．００～２５．００％）
Ｃｒは、ステンレス鋼材の耐食性及び耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。また、Ｃｒは、酸化皮膜（黒色化熱処理後の黒色化皮膜）の色調を担保するのに有効な元素でもある。ただし、Ｃｒの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の靭性が低下するとともに、酸化皮膜の成長を阻害し、黒色の色調を有する酸化皮膜を形成できない。そのため、Ｃｒの含有量の上限値は、２５．００％、好ましくは２４．５０％、より好ましくは２４．００％である。一方、Ｃｒの含有量が少なすぎると、上記の効果が十分に得られない。そのため、Ｃｒの含有量の下限値は、１６．００％、好ましくは１６．２５％、より好ましくは１６．５０％である。
Ｃｒは、ステンレス鋼材の耐食性及び耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。また、Ｃｒは、酸化皮膜（黒色化熱処理後の黒色化皮膜）の色調を担保するのに有効な元素でもある。ただし、Ｃｒの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の靭性が低下するとともに、酸化皮膜の成長を阻害し、黒色の色調を有する酸化皮膜を形成できない。そのため、Ｃｒの含有量の上限値は、２５．００％、好ましくは２４．５０％、より好ましくは２４．００％である。一方、Ｃｒの含有量が少なすぎると、上記の効果が十分に得られない。そのため、Ｃｒの含有量の下限値は、１６．００％、好ましくは１６．２５％、より好ましくは１６．５０％である。
【0025】
（Ｔｉ：０．０８～０．５０％）
Ｔｉは、耐粒界腐食性（鋭敏化抑制作用）に影響を与える元素である。また、Ｔｉは、酸化皮膜（黒色化熱処理後の黒色化皮膜）の色調を担保するのに有効な元素でもある。特に、ＴｉはＣｒとの複合酸化物を形成することで、黒色の色調を与えるとともに、表面にＴｉ酸化物（ＴｉＯ2）を形成することで酸化皮膜の剥離を抑制することもできる。ただし、Ｔｉの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び表面品質が低下する。そのため、Ｔｉの含有量の上限値は、０．５０％、好ましくは０．４５％、より好ましくは０．４０％である。また、Ｔｉの含有量が少なすぎると、上記の効果が十分に得られない。そのため、Ｔｉの含有量の下限値は、０．０８％、好ましくは０．０８５％、より好ましくは０．０９％である。
Ｔｉは、耐粒界腐食性（鋭敏化抑制作用）に影響を与える元素である。また、Ｔｉは、酸化皮膜（黒色化熱処理後の黒色化皮膜）の色調を担保するのに有効な元素でもある。特に、ＴｉはＣｒとの複合酸化物を形成することで、黒色の色調を与えるとともに、表面にＴｉ酸化物（ＴｉＯ2）を形成することで酸化皮膜の剥離を抑制することもできる。ただし、Ｔｉの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び表面品質が低下する。そのため、Ｔｉの含有量の上限値は、０．５０％、好ましくは０．４５％、より好ましくは０．４０％である。また、Ｔｉの含有量が少なすぎると、上記の効果が十分に得られない。そのため、Ｔｉの含有量の下限値は、０．０８％、好ましくは０．０８５％、より好ましくは０．０９％である。
【0026】
（Ｃ：０．１００％以下）
Ｃは、ステンレス鋼材の耐粒界腐食性（鋭敏化抑制作用）や加工性などの特性に影響を与える元素である。ただし、Ｃの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び耐粒界腐食性が低下してしまう。そのため、Ｃの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０６０％である。一方、Ｃの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｃの含有量を過剰に少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Ｃの含有量の下限値は、好ましくは０．０００１％、好ましくは０．０００３％である。
Ｃは、ステンレス鋼材の耐粒界腐食性（鋭敏化抑制作用）や加工性などの特性に影響を与える元素である。ただし、Ｃの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び耐粒界腐食性が低下してしまう。そのため、Ｃの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０６０％である。一方、Ｃの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｃの含有量を過剰に少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Ｃの含有量の下限値は、好ましくは０．０００１％、好ましくは０．０００３％である。
【0027】
（Ｓｉ：１．００％以下）
Ｓｉは、ステンレス鋼材の耐酸化性を向上させる元素である。ただし、Ｓｉの含有量が多すぎると、加工性及び溶接部靭性が低下する。そのため、Ｓｉの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．９０％、より好ましくは０．８０％である。一方、Ｓｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｓｉによる効果を得る観点から、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１％、更に好ましくは０．０１５％である。
Ｓｉは、ステンレス鋼材の耐酸化性を向上させる元素である。ただし、Ｓｉの含有量が多すぎると、加工性及び溶接部靭性が低下する。そのため、Ｓｉの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．９０％、より好ましくは０．８０％である。一方、Ｓｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｓｉによる効果を得る観点から、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１％、更に好ましくは０．０１５％である。
【0028】
（Ｐ：０．１００％以下）
Ｐは、ステンレス鋼材の溶接性や加工性などの特性に影響を与える元素である。Ｐの含有量が多すぎると、上記の特性が低下する恐れがある。そのため、Ｐの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０６０％である。一方、Ｐの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｐの含有量を過剰に少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Ｐの含有量の下限値は、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００５％である。
Ｐは、ステンレス鋼材の溶接性や加工性などの特性に影響を与える元素である。Ｐの含有量が多すぎると、上記の特性が低下する恐れがある。そのため、Ｐの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０６０％である。一方、Ｐの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｐの含有量を過剰に少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Ｐの含有量の下限値は、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００５％である。
【0029】
（Ｓ：０．１００％以下）
Ｓは、腐食起点となるＭｎＳを生成し、ステンレス鋼材の溶接部靭性などの特性に影響を与える元素である。Ｓの含有量が多すぎると、上記の特性が低下する恐れがある。そのため、Ｓの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０６０％である。一方、Ｓの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｓの含有量を過剰に少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Ｓの含有量の下限値は、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００２％である。
Ｓは、腐食起点となるＭｎＳを生成し、ステンレス鋼材の溶接部靭性などの特性に影響を与える元素である。Ｓの含有量が多すぎると、上記の特性が低下する恐れがある。そのため、Ｓの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０６０％である。一方、Ｓの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｓの含有量を過剰に少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Ｓの含有量の下限値は、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００２％である。
【0030】
（Ｎｉ：１．００％以下）
Ｎｉは、ステンレス鋼材の耐食性及び溶接部靭性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｎｉの含有量が多すぎると、フェライト相が不安定化するとともに、製造コストも上昇する。そのため、Ｎｉの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．９０％、より好ましくは０．８０％である。一方、Ｎｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、上記の効果を得る観点から、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１％である。
Ｎｉは、ステンレス鋼材の耐食性及び溶接部靭性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｎｉの含有量が多すぎると、フェライト相が不安定化するとともに、製造コストも上昇する。そのため、Ｎｉの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．９０％、より好ましくは０．８０％である。一方、Ｎｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、上記の効果を得る観点から、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１％である。
【0031】
（Ｃｕ：１．００％以下）
Ｃｕは、ステンレス鋼材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｃｕの含有量が多すぎると、フェライト相が不安定化するとともに、製造コストも上昇する。そのため、Ｃｕの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．９０％、より好ましくは０．８０％である。一方、Ｃｕの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１％である。
Ｃｕは、ステンレス鋼材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｃｕの含有量が多すぎると、フェライト相が不安定化するとともに、製造コストも上昇する。そのため、Ｃｕの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．９０％、より好ましくは０．８０％である。一方、Ｃｕの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１％である。
【0032】
（Ｍｏ：２．００％以下）
Ｍｏは、ステンレス鋼材の耐食性及び耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｍｏの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性の低下及び製造コストの上昇を招く。そのため、Ｍｏの含有量の上限値は、２．００％、好ましくは１．９５％、より好ましくは１．９０％である。一方、Ｍｏの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、好ましくは０．００５％である。
Ｍｏは、ステンレス鋼材の耐食性及び耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｍｏの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性の低下及び製造コストの上昇を招く。そのため、Ｍｏの含有量の上限値は、２．００％、好ましくは１．９５％、より好ましくは１．９０％である。一方、Ｍｏの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、好ましくは０．００５％である。
【0033】
（Ｎ：０．１００％以下）
Ｎは、耐粒界腐食性（鋭敏化抑制作用）や加工性などの特性に影響を与える元素である。ただし、Ｎの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の耐粒界腐食性や加工性が低下する。また、Ｎの含有量が多くなると、ＴｉＮが析出し易くなって鋼中の固溶Ｔｉ量が減少し、黒色化熱処理後に黒色化皮膜の形成が阻害される。また、形成された窒化物は、腐食の起点になり易く、耐食性を低下させる。そのため、Ｎの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０９５％、より好ましくは０．０９０％である。一方、Ｎの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｎの含有量を過剰に少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Ｎの含有量の下限値は、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００３％である。
Ｎは、耐粒界腐食性（鋭敏化抑制作用）や加工性などの特性に影響を与える元素である。ただし、Ｎの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の耐粒界腐食性や加工性が低下する。また、Ｎの含有量が多くなると、ＴｉＮが析出し易くなって鋼中の固溶Ｔｉ量が減少し、黒色化熱処理後に黒色化皮膜の形成が阻害される。また、形成された窒化物は、腐食の起点になり易く、耐食性を低下させる。そのため、Ｎの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０９５％、より好ましくは０．０９０％である。一方、Ｎの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｎの含有量を過剰に少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Ｎの含有量の下限値は、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００３％である。
【0034】
（Ｎｂ：０．５０％以下）
Ｎｂは耐粒界腐食性（鋭敏化抑制作用）などの特性に影響を与える元素である。ただし、Ｎｂの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下する。そのため、Ｎｂの含有量の上限値は、０．５０％、好ましくは０．４５％、より好ましくは０．４０％である。一方、Ｎｂの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１％である。
Ｎｂは耐粒界腐食性（鋭敏化抑制作用）などの特性に影響を与える元素である。ただし、Ｎｂの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下する。そのため、Ｎｂの含有量の上限値は、０．５０％、好ましくは０．４５％、より好ましくは０．４０％である。一方、Ｎｂの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００５％、より好ましくは０．０１％である。
【0035】
（Ａｌ：１．００％以下、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下）
Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ及びＷは、ステンレス鋼材の耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ及びＷの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに、製造コストの上昇につながる。そのため、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ及びＷの含有量の上限値はいずれも、１．００％、好ましくは０．９５％、より好ましくは０．９０％である。一方、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ及びＷの含有量の下限値はいずれも、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００５％である。
Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ及びＷは、ステンレス鋼材の耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ及びＷの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の加工性及び靭性が低下するとともに、製造コストの上昇につながる。そのため、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ及びＷの含有量の上限値はいずれも、１．００％、好ましくは０．９５％、より好ましくは０．９０％である。一方、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ及びＷの含有量の下限値はいずれも、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００５％である。
【0036】
（ＲＥＭ：０．１００％以下、Ｃａ：０．１００％以下）
ＲＥＭ及びＣａは、ステンレス鋼材の耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。ただし、ＲＥＭ及びＣａの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の製造コストの上昇につながる。そのため、ＲＥＭ及びＣａの含有量の上限値はいずれも、０．１００％、好ましくは０．０９０％、より好ましくは０．０８０％である。一方、ＲＥＭ及びＣａの下限値はいずれも、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００３％である。
なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイドの合計１７元素の総称であり、希土類金属を意味する。具体的には、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄなどが挙げられ、これらのうち１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて含有させることができる。含有される希土類元素が２種以上である場合、上記ＲＥＭ含有量は、これら希土類元素の総含有量を意味する。
ＲＥＭ及びＣａは、ステンレス鋼材の耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。ただし、ＲＥＭ及びＣａの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の製造コストの上昇につながる。そのため、ＲＥＭ及びＣａの含有量の上限値はいずれも、０．１００％、好ましくは０．０９０％、より好ましくは０．０８０％である。一方、ＲＥＭ及びＣａの下限値はいずれも、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００３％である。
なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイドの合計１７元素の総称であり、希土類金属を意味する。具体的には、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄなどが挙げられ、これらのうち１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて含有させることができる。含有される希土類元素が２種以上である場合、上記ＲＥＭ含有量は、これら希土類元素の総含有量を意味する。
【0037】
（Ｓｎ：０．１００％以下）
Ｓｎは、ステンレス鋼材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｓｎの含有量が多すぎると、Ｓｎが偏析し、製造性が低下する。そのため、Ｓｎの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０９０％、より好ましくは０．０８０％である。一方、Ｓｎの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００２％である。
Ｓｎは、ステンレス鋼材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｓｎの含有量が多すぎると、Ｓｎが偏析し、製造性が低下する。そのため、Ｓｎの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０９０％、より好ましくは０．０８０％である。一方、Ｓｎの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００２％である。
【0038】
（Ｂ：０．０１００％以下）
Ｂは、ステンレス鋼材の二次加工性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｂの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の疲労強度が低下する。そのため、Ｂの含有量の上限値は、０．０１００％、好ましくは０．００９０％、より好ましくは０．００８０％である。一方、Ｂの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００３％である。
Ｂは、ステンレス鋼材の二次加工性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Ｂの含有量が多すぎると、ステンレス鋼材の疲労強度が低下する。そのため、Ｂの含有量の上限値は、０．０１００％、好ましくは０．００９０％、より好ましくは０．００８０％である。一方、Ｂの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００３％である。
【0039】
なお、素地の金属組織はフェライト系である。ここで、本明細書において「フェライト系」とは、常温で金属組織が主にフェライト相であるものを意味する。
【0040】
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、上記のような特徴を有する酸化皮膜を有するため、加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が良好である。したがって、本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、様々な加工品の製造に用いるのに好適である。
【0041】
＜ステンレス鋼材の製造方法＞
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材の製造方法は、上記の特徴を有するステンレス鋼材を製造可能な方法であれば特に限定されない。
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、例えば、ステンレス圧延材に対し、Ｏ2濃度が１～１０体積％、水蒸気濃度が５～２０体積％であり、且つ以下の式（１）で表される値が１５～３０である雰囲気下、９００℃以上の温度で３０秒以上の熱処理を行うことによって製造することができる。
２×Ｏ2濃度＋水蒸気濃度 ・・・（１）
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材の製造方法は、上記の特徴を有するステンレス鋼材を製造可能な方法であれば特に限定されない。
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、例えば、ステンレス圧延材に対し、Ｏ2濃度が１～１０体積％、水蒸気濃度が５～２０体積％であり、且つ以下の式（１）で表される値が１５～３０である雰囲気下、９００℃以上の温度で３０秒以上の熱処理を行うことによって製造することができる。
２×Ｏ2濃度＋水蒸気濃度 ・・・（１）
【0042】
熱処理時の雰囲気が上記の条件でないと、酸化皮膜のキャリア密度を上記の範囲に制御することができない。
例えば、Ｏ2濃度が１０体積％を超えると、酸化皮膜中のＭｎ及びＦｅの酸化物の量が増大し、キャリア密度が高くなる。一方、Ｏ2濃度が１体積％未満であると、所定の厚みの酸化皮膜が形成し難くなる。Ｏ2濃度は、酸化皮膜のキャリア密度を上記の範囲に安定して制御する観点から、好ましくは１．５～９．５体積％、より好ましくは２～９％である。
水蒸気濃度が５～２０体積％の範囲外であると、酸化皮膜中の格子欠陥が増大し、キャリア密度が高くなる。水蒸気濃度は、酸化皮膜のキャリア密度を上記の範囲に安定して制御する観点から、好ましくは６～１９体積％、より好ましくは７～１８％である。
式（１）で表される値が１５～３０の範囲外であると、酸化皮膜中の格子欠陥が増大し、キャリア密度が高くなる。式（１）で表される値は、酸化皮膜のキャリア密度を上記の範囲に安定して制御する観点から、好ましくは１５．５～２９、より好ましくは１６～２８である。
例えば、Ｏ2濃度が１０体積％を超えると、酸化皮膜中のＭｎ及びＦｅの酸化物の量が増大し、キャリア密度が高くなる。一方、Ｏ2濃度が１体積％未満であると、所定の厚みの酸化皮膜が形成し難くなる。Ｏ2濃度は、酸化皮膜のキャリア密度を上記の範囲に安定して制御する観点から、好ましくは１．５～９．５体積％、より好ましくは２～９％である。
水蒸気濃度が５～２０体積％の範囲外であると、酸化皮膜中の格子欠陥が増大し、キャリア密度が高くなる。水蒸気濃度は、酸化皮膜のキャリア密度を上記の範囲に安定して制御する観点から、好ましくは６～１９体積％、より好ましくは７～１８％である。
式（１）で表される値が１５～３０の範囲外であると、酸化皮膜中の格子欠陥が増大し、キャリア密度が高くなる。式（１）で表される値は、酸化皮膜のキャリア密度を上記の範囲に安定して制御する観点から、好ましくは１５．５～２９、より好ましくは１６～２８である。
【0043】
熱処理の温度が９００℃未満及び時間が３０秒未満であると、酸化皮膜が十分に成長せず、所望の厚みの酸化皮膜を形成することができない。
熱処理の温度は、所望の厚みの酸化皮膜を安定して形成する観点から、好ましくは９００～１２００℃、より好ましくは９１０～１１８０℃である。
また、熱処理の時間は、所望の厚みの酸化皮膜を安定して形成する観点から、好ましくは３０～３００秒、より好ましくは３５～２８０秒である。
熱処理の温度は、所望の厚みの酸化皮膜を安定して形成する観点から、好ましくは９００～１２００℃、より好ましくは９１０～１１８０℃である。
また、熱処理の時間は、所望の厚みの酸化皮膜を安定して形成する観点から、好ましくは３０～３００秒、より好ましくは３５～２８０秒である。
【0044】
ステンレス圧延材としては、特に限定されず、熱延材、冷延材などを用いることができる。圧延材は、当該技術分野において公知の方法に従って製造することができる。例えば、冷延材は、所定の組成を有するステンレス鋼を溶製し、熱間圧延、焼鈍及び酸洗を行った後、冷間圧延することによって製造することができる。
【0045】
ステンレス圧延材の組成は、特に限定されないが、上記の特徴を有する酸化皮膜を形成し易くする観点から、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｃｒ：１６．００～２５．００％及びＴｉ：０．０８～０．５０％を含むことが好ましい。
また、ステンレス圧延材は、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含んでもよい。
さらに、ステンレス圧延材は、Ｎｂ：０．５０％以下、Ａｌ：１．００％以下、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１００％以下、Ｃａ：０．１００％以下、Ｓｎ：０．１００％以下、Ｂ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含んでもよい。
また、ステンレス圧延材は、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含んでもよい。
さらに、ステンレス圧延材は、Ｎｂ：０．５０％以下、Ａｌ：１．００％以下、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１００％以下、Ｃａ：０．１００％以下、Ｓｎ：０．１００％以下、Ｂ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含んでもよい。
【0046】
ステンレス圧延材は、一態様において、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成とすることができる。
また、ステンレス圧延材は、別の態様において、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ａｌ：１．００％以下、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１００％以下、Ｃａ：０．１００％以下、Ｓｎ：０．１００％以下、Ｂ：０．０１００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成とすることができる。
また、ステンレス圧延材は、別の態様において、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ａｌ：１．００％以下、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１００％以下、Ｃａ：０．１００％以下、Ｓｎ：０．１００％以下、Ｂ：０．０１００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成とすることができる。
【0047】
＜加工品＞
本発明の実施形態に係る加工品は、上記のステンレス鋼材の加工品である。
ここで、本明細書において、ステンレス鋼材の加工品とは、ステンレス鋼材を公知の各種方法によって加工された製品を意味する。加工方法としては、特に限定されないが、例えば、プレス、研磨、ロールフォーミングなどが挙げられる。
本発明の実施形態に係る加工品は、上記のステンレス鋼材の加工品である。
ここで、本明細書において、ステンレス鋼材の加工品とは、ステンレス鋼材を公知の各種方法によって加工された製品を意味する。加工方法としては、特に限定されないが、例えば、プレス、研磨、ロールフォーミングなどが挙げられる。
【0048】
本発明の実施形態に係る加工品は、加工部の一部に素地が露出した部分を有する。このように素地が露出した部分が存在していても、当該部分の腐食が起こり難いため、加工品の耐食性を向上させることができる。
【0049】
本発明の実施形態に係る加工品は、耐食性が良好であるため、耐食性が要求される各種製品に用いることができる。加工品の例としては、特に限定されないが、例えば、マフラーなどの排気系部品、取り付け治具と接合される外装建材パネルなどが挙げられる。
【実施例0050】
以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
【0051】
表１に示す組成（残部はＦｅ及び不純物である）を有するステンレス鋼を溶製し、熱間圧延して厚み３．０ｍｍの熱延板を得た後、熱延板を１０５０℃で焼鈍して酸洗することによって熱延焼鈍板を得た。次に、熱延焼鈍板を冷間圧延して厚み１．０ｍｍの冷延板を得た。次に、冷延板を表２に示す条件で熱処理してステンレス鋼板を得た。熱処理において、雰囲気炉内でＯ2ガス、Ｎ2ガス及び水蒸気の導入比を調整することで所定のＯ2濃度及び水蒸気濃度に制御した。得られたステンレス鋼板から３００ｍｍ（圧延方向）×１００ｍｍ（幅方向）の試験片を切り出した。
【0052】
【表1】
【0053】
【表2】
【0054】
上記の試験片について、以下の評価を行った。
【0055】
（酸化皮膜の全体厚み及びＣｒ2Ｏ3内層の厚み）
試験片から５０ｍｍ角の測定用試験片を切り出し、表面をアセトンで脱脂させた。次に、ＪＩＳ Ｋ０１４４：２０１８に準拠するグロー放電発光分光法（ＧＤ－ＯＥＳ）を用いて前処理皮膜の分析を行った。
ＧＤ－ＯＥＳでは、得られた深さ方向の成分濃度プロファイルにおいて表面からＯ（酸素）が最大値の１／４となるポイントまでの深さを酸化皮膜の厚みとした。また、酸化皮膜中で、Ｃｒ濃度／（Ｆｅ濃度＋Ｃｒ濃度＋Ｍｎ濃度＋Ｔｉ濃度）×１００が７０％以上の範囲となる部分をＣｒ2Ｏ3内層の厚みとした。各元素の濃度は、ＧＤ－ＯＥＳによって得られた深さ方向の成分濃度プロファイルから算出した。
試験片から５０ｍｍ角の測定用試験片を切り出し、表面をアセトンで脱脂させた。次に、ＪＩＳ Ｋ０１４４：２０１８に準拠するグロー放電発光分光法（ＧＤ－ＯＥＳ）を用いて前処理皮膜の分析を行った。
ＧＤ－ＯＥＳでは、得られた深さ方向の成分濃度プロファイルにおいて表面からＯ（酸素）が最大値の１／４となるポイントまでの深さを酸化皮膜の厚みとした。また、酸化皮膜中で、Ｃｒ濃度／（Ｆｅ濃度＋Ｃｒ濃度＋Ｍｎ濃度＋Ｔｉ濃度）×１００が７０％以上の範囲となる部分をＣｒ2Ｏ3内層の厚みとした。各元素の濃度は、ＧＤ－ＯＥＳによって得られた深さ方向の成分濃度プロファイルから算出した。
【0056】
（酸化皮膜のキャリア密度）
試験片から２０ｍｍ×１５ｍｍの測定用試験片を切り出し、一端に導線をスポット溶接して接続し、試験面１０ｍｍ×１０ｍｍ以外の部分をシリコーン樹脂（信越化学工業株式会社製の一液縮合型ＲＴＶゴムＫＥ４４）で被覆した。次に、試験液として０．１モル／ＬのＮａ2ＳＯ4水溶液を使用し、Ａｒ脱気雰囲気下、３０℃で電気化学インピーダンス測定を行った。電気化学インピーダンス測定は、北斗電工株式会社製の電気化学測定システムＨＺ－７０００を用い、所定の電位で正弦波を印加することでインピーダンス変化を測定し、酸化皮膜の静電容量Ｃを測定した。測定電位は－０．２～０．５Ｖ ｖｓ．ＳＳＥ（ＳＳＥは、飽和ＫＣｌ銀塩化銀電極型照合電極を示す）、正弦波１Ｈｚ～１００ｋＨｚ、振幅１０ｍＶとした。得られたＣを元にＭｏｔｔ－Ｓｃｈｏｔｔｋｙプロットと呼ばれる１／Ｃ2－Ｖ曲線のグラフにおいて、０～－０．４Ｖにおけるグラフの傾きＡを最小二乗法で導出した。傾きＡとキャリア密度Ｎqは下記式の関係で表されるため、この式に基づいて傾きＡから酸化皮膜のキャリア密度を導出した。
試験片から２０ｍｍ×１５ｍｍの測定用試験片を切り出し、一端に導線をスポット溶接して接続し、試験面１０ｍｍ×１０ｍｍ以外の部分をシリコーン樹脂（信越化学工業株式会社製の一液縮合型ＲＴＶゴムＫＥ４４）で被覆した。次に、試験液として０．１モル／ＬのＮａ2ＳＯ4水溶液を使用し、Ａｒ脱気雰囲気下、３０℃で電気化学インピーダンス測定を行った。電気化学インピーダンス測定は、北斗電工株式会社製の電気化学測定システムＨＺ－７０００を用い、所定の電位で正弦波を印加することでインピーダンス変化を測定し、酸化皮膜の静電容量Ｃを測定した。測定電位は－０．２～０．５Ｖ ｖｓ．ＳＳＥ（ＳＳＥは、飽和ＫＣｌ銀塩化銀電極型照合電極を示す）、正弦波１Ｈｚ～１００ｋＨｚ、振幅１０ｍＶとした。得られたＣを元にＭｏｔｔ－Ｓｃｈｏｔｔｋｙプロットと呼ばれる１／Ｃ2－Ｖ曲線のグラフにおいて、０～－０．４Ｖにおけるグラフの傾きＡを最小二乗法で導出した。傾きＡとキャリア密度Ｎqは下記式の関係で表されるため、この式に基づいて傾きＡから酸化皮膜のキャリア密度を導出した。
【0057】
【数1】
【0058】
上記式中、Ｎｑはキャリア密度であり、ＡはＭｏｔｔ－Ｓｃｈｏｔｔｋｙプロットの傾きであり、ｅは電気素量（１．６２×１０-19Ｃ）であり、εは酸化皮膜の比誘電率（１２）であり、ε0は真空の誘電率（８．８５４×１０-12Ｆ／ｍ）である。
【0059】
（色調）
酸化皮膜の任意の５箇所について、測定径３ｍｍφの分光測色計を用いてＪＩＳ Ｚ８７２２：２００９に準拠した色調測定を行い、平均値をＪＩＳ Ｚ８７８１－４：２０１３に準拠するＣＩＥＬＡＢ（Ｌ*ａ*ｂ*表色系）である明度指数Ｌ*、クロマネチックス指数ａ*、ｂ*で示した。
酸化皮膜の任意の５箇所について、測定径３ｍｍφの分光測色計を用いてＪＩＳ Ｚ８７２２：２００９に準拠した色調測定を行い、平均値をＪＩＳ Ｚ８７８１－４：２０１３に準拠するＣＩＥＬＡＢ（Ｌ*ａ*ｂ*表色系）である明度指数Ｌ*、クロマネチックス指数ａ*、ｂ*で示した。
【0060】
上記の色調の測定条件は、以下の通りとした。
装置：コニカミノルタ 分光測色計 ＣＭ－７００ｄ
光源：パルスキセノンランプ
受光素子：デュアル３６素子シリコンフォトダイオードアレイ
ターゲットマスク：φ３ｍｍ
測定：１０°視野
補助イルミナント：Ｄ６５ 昼光、色温度６５０４Ｋ
正反射処理モード：ＳＣＩ
装置：コニカミノルタ 分光測色計 ＣＭ－７００ｄ
光源：パルスキセノンランプ
受光素子：デュアル３６素子シリコンフォトダイオードアレイ
ターゲットマスク：φ３ｍｍ
測定：１０°視野
補助イルミナント：Ｄ６５ 昼光、色温度６５０４Ｋ
正反射処理モード：ＳＣＩ
【0061】
（加工品の耐食性：ＣＣＴ試験）
試験片を研磨によって加工して加工試験品を得た。
研磨は、幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍの形状に切削加工した後、冷却しながら部分研磨又は全面研磨を行い、加工試験品を得た。部分研磨は５ｍｍφの円形に素地が露出するよう、試験片に１２箇所行った。加工試験品における部分研磨の位置を図１に示す。
次に、上記の加工試験品を用いて複合サイクル（ＣＣＴ）試験によって耐食性を評価した。ＣＣＴ試験は、次のようにして行った。
まず、引張加工及び研磨加工によって得られた加工試験品については、測定用試験片の３つの側面（幅方向の側面１つを除く）を樹脂（信越化学工業株式会社製の一液縮合型ＲＴＶゴムＫＥ４４）で被覆した。また、ＴＩＧ溶接加工によって得られた加工試験品については、溶接部が中央に位置するように幅５０×長さ１００ｍｍの測定用試験片に切り出した後、測定用試験片の３つの側面（幅方向の側面１つを除く）を樹脂（信越化学工業株式会社製の一液縮合型ＲＴＶゴムＫＥ４４）で被覆した。次に、７０ｍｍ×１５０ｍｍのベークライト板の上に２０ｍｍφ×１０ｍｍのポリエチレン製チューブ２個を接着し、その上に加工試験品（測定用試験片）の樹脂で被覆されていない側面と反対側の面を配置して接着した。次に、このようにして得られたサンプルを、加工試験品（測定用試験片）の表面が水平面に対して７５°、且つ加工試験品（測定用試験片）の樹脂で被覆されていない側面が下部となるようにしてＣＣＴ装置に配置し、５％塩水噴霧（３５℃、２時間）、乾燥（６０℃、２５％ＲＨ、４時間）、湿潤(５０℃、９５％ＲＨ、２時間)を１サイクルとして１０サイクル行った。その後、サンプルを水洗及び乾燥し、加工試験品（測定用試験片）の表面における発銹面積率を評価した（ＪＩＳ Ｚ２３７１：２０１５に準拠）。この評価において、レイティングナンバ（Ｒ．Ｎ．）が８．０以上（発銹面積率が０．２５％以下に相当）であれば耐食性が良好、ＲＮが８．０未満であれば耐食性が劣ると判断することができる。
上記の結果を表３に示す。
試験片を研磨によって加工して加工試験品を得た。
研磨は、幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍの形状に切削加工した後、冷却しながら部分研磨又は全面研磨を行い、加工試験品を得た。部分研磨は５ｍｍφの円形に素地が露出するよう、試験片に１２箇所行った。加工試験品における部分研磨の位置を図１に示す。
次に、上記の加工試験品を用いて複合サイクル（ＣＣＴ）試験によって耐食性を評価した。ＣＣＴ試験は、次のようにして行った。
まず、引張加工及び研磨加工によって得られた加工試験品については、測定用試験片の３つの側面（幅方向の側面１つを除く）を樹脂（信越化学工業株式会社製の一液縮合型ＲＴＶゴムＫＥ４４）で被覆した。また、ＴＩＧ溶接加工によって得られた加工試験品については、溶接部が中央に位置するように幅５０×長さ１００ｍｍの測定用試験片に切り出した後、測定用試験片の３つの側面（幅方向の側面１つを除く）を樹脂（信越化学工業株式会社製の一液縮合型ＲＴＶゴムＫＥ４４）で被覆した。次に、７０ｍｍ×１５０ｍｍのベークライト板の上に２０ｍｍφ×１０ｍｍのポリエチレン製チューブ２個を接着し、その上に加工試験品（測定用試験片）の樹脂で被覆されていない側面と反対側の面を配置して接着した。次に、このようにして得られたサンプルを、加工試験品（測定用試験片）の表面が水平面に対して７５°、且つ加工試験品（測定用試験片）の樹脂で被覆されていない側面が下部となるようにしてＣＣＴ装置に配置し、５％塩水噴霧（３５℃、２時間）、乾燥（６０℃、２５％ＲＨ、４時間）、湿潤(５０℃、９５％ＲＨ、２時間)を１サイクルとして１０サイクル行った。その後、サンプルを水洗及び乾燥し、加工試験品（測定用試験片）の表面における発銹面積率を評価した（ＪＩＳ Ｚ２３７１：２０１５に準拠）。この評価において、レイティングナンバ（Ｒ．Ｎ．）が８．０以上（発銹面積率が０．２５％以下に相当）であれば耐食性が良好、ＲＮが８．０未満であれば耐食性が劣ると判断することができる。
上記の結果を表３に示す。
【0062】
【表3】
【0063】
表３に示されるように、試験Ｎｏ．１－１～１－５のステンレス鋼板（本発明例）は、厚みが５０ｎｍ以上のＣｒ2Ｏ3内層を有し、全体厚みが３００～１０００ｎｍ、キャリア密度が２．００×１０20個／ｃｍ3以下、Ｌ*ａ*ｂ*表色系における明度指数Ｌ*が５０．０以下、クロマネチックス指数ａ*及びｂ*が±５．００以内である酸化皮膜を有しているため、加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が良好であった。
【0064】
これに対して試験Ｎｏ．２－１のステンレス鋼板（比較例）は、熱処理時間が短すぎる上、全面研磨したため、酸化皮膜の厚みが非常に小さくなった。また、このステンレス鋼板は、酸化皮膜のキャリア密度も高くなりすぎてしまった。そのため、このステンレス鋼板は、耐食性が十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－２のステンレス鋼板（比較例）は、熱処理時のＯ2濃度及び式（１）の値が高すぎたため、酸化皮膜のキャリア密度が高くなりすぎてしまった。そのため、このステンレス鋼板は、耐食性が十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－３のステンレス鋼板（比較例）は、熱処理時の水蒸気濃度及び式（１）の値が高すぎたため、酸化皮膜のキャリア密度が高くなりすぎてしまった。そのため、このステンレス鋼板は、耐食性が十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－４のステンレス鋼板（比較例）は、熱処理時の式（１）の値が高すぎたため、酸化皮膜のキャリア密度が高くなりすぎてしまった。そのため、このステンレス鋼板は、耐食性が十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－２のステンレス鋼板（比較例）は、熱処理時のＯ2濃度及び式（１）の値が高すぎたため、酸化皮膜のキャリア密度が高くなりすぎてしまった。そのため、このステンレス鋼板は、耐食性が十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－３のステンレス鋼板（比較例）は、熱処理時の水蒸気濃度及び式（１）の値が高すぎたため、酸化皮膜のキャリア密度が高くなりすぎてしまった。そのため、このステンレス鋼板は、耐食性が十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－４のステンレス鋼板（比較例）は、熱処理時の式（１）の値が高すぎたため、酸化皮膜のキャリア密度が高くなりすぎてしまった。そのため、このステンレス鋼板は、耐食性が十分でなかった。
【0065】
試験Ｎｏ．２－５のステンレス鋼板（比較例）は、熱処理時間が短すぎたため、酸化皮膜の全体厚みやＣｒ2Ｏ3内層の厚みが小さくなりすぎてしまった。そのため、このステンレス鋼板は、耐食性が十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－６のステンレス鋼板（比較例）は、Ｍｎ含有量が少なすぎるとともにＴｉを含んでいないため、所望の黒色色調が得られなかった。
試験Ｎｏ．２－７のステンレス鋼板（比較例）は、Ｔｉを含んでいないため、所望の黒色色調が得られなかった。
試験Ｎｏ．２－８のステンレス鋼板（比較例）は、Ｃｒ含有量が少なすぎたため、キャリア密度が高くなりすぎてしまった。そのため、このステンレス鋼板は、耐食性が十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－６のステンレス鋼板（比較例）は、Ｍｎ含有量が少なすぎるとともにＴｉを含んでいないため、所望の黒色色調が得られなかった。
試験Ｎｏ．２－７のステンレス鋼板（比較例）は、Ｔｉを含んでいないため、所望の黒色色調が得られなかった。
試験Ｎｏ．２－８のステンレス鋼板（比較例）は、Ｃｒ含有量が少なすぎたため、キャリア密度が高くなりすぎてしまった。そのため、このステンレス鋼板は、耐食性が十分でなかった。
【0066】
以上の結果からわかるように、本発明によれば、加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が良好なステンレス鋼材及びその製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、耐食性が良好な加工品を提供することができる。
【図1】
