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(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】P2024114508
(43)【公開日】2024-08-23
(54)【発明の名称】ステンレス鋼材及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
C23C 8/14 20060101AFI20240816BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20240816BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20240816BHJP
C21D 1/76 20060101ALI20240816BHJP
C23C 8/18 20060101ALI20240816BHJP
【ＦＩ】
C23C8/14
C22C38/00 302Z
C22C38/60
C21D1/76 G
C23C8/18
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023020315
(22)【出願日】2023-02-13
(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
(57)【要約】
【課題】Ｃｒ含有量を低減させても、耐食性及び黒色の意匠性が良好なステンレス鋼材を提供する。
【解決手段】素材と、素材上に形成された酸化皮膜とを有するステンレス鋼材である。素材は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～０．７０％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：８．００％以上１６．００％未満、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：２．００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有する。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、異常酸化面積率が１．０％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】素材と、素材上に形成された酸化皮膜とを有するステンレス鋼材である。素材は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～０．７０％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：８．００％以上１６．００％未満、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：２．００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有する。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、異常酸化面積率が１．０％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】
素材と、前記素材上に形成された酸化皮膜とを有するステンレス鋼材であって、
前記素材は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～０．７０％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：８．００％以上１６．００％未満、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：２．００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有し、
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、異常酸化面積率が１．０％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。
前記素材は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～０．７０％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：８．００％以上１６．００％未満、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：２．００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有し、
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、異常酸化面積率が１．０％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％以下及び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１に記載のステンレス鋼材。
【請求項3】
前記酸化皮膜は、Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層を最表層に有し、前記Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みが２９０ｎｍ以上である、請求項１又は２に記載のステンレス鋼材。
【請求項4】
質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～０．７０％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：８．００％以上１６．００％未満、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：２．００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有し、ビッカース硬さが２００ＨＶ以上、酸化皮膜のＦｅ濃度が０．６質量％未満である冷延材に対し、Ｏ2濃度が２～２５体積％、水蒸気濃度が５体積％以下であり、且つ以下の式（１）：
Ｏ2濃度＋２×水蒸気濃度 ・・・（１）
で表される値が１０～３０である雰囲気下、８００～１０５０℃の温度で１０分以上の熱処理を行うステンレス鋼材の製造方法。
Ｏ2濃度＋２×水蒸気濃度 ・・・（１）
で表される値が１０～３０である雰囲気下、８００～１０５０℃の温度で１０分以上の熱処理を行うステンレス鋼材の製造方法。
【請求項5】
前記冷延材は、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％以下及び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４に記載のステンレス鋼材の製造方法。
【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。
【0003】
例えば、特許文献１及び２に記載されているような酸化処理法によってステンレス鋼（素材）表面に酸化皮膜を形成する手法は、ステンレス鋼の汎用的な製造工程である連続焼鈍設備を用いた連続的な処理が可能であり、化学発色法など他の処理に比べて高い生産性を有する。また、この酸化処理法によって形成した酸化皮膜は保護性のあるＣｒ酸化物が主となる層が形成されるため耐食性が良好である。
しかしながら、特許文献１及び２に記載されているような酸化処理法によって形成された酸化皮膜には、部分的な点状の異常酸化部が不可避的に生成する。この異常酸化部は、腐食起点となって耐食性を低下させるとともに、黒色の意匠性を損なう恐れもある。
しかしながら、特許文献１及び２に記載されているような酸化処理法によって形成された酸化皮膜には、部分的な点状の異常酸化部が不可避的に生成する。この異常酸化部は、腐食起点となって耐食性を低下させるとともに、黒色の意匠性を損なう恐れもある。
【0004】
また、特許文献３～６においても、ステンレス鋼素材の組成及び酸化処理時の条件などを制御することにより、耐食性が良好な黒色の酸化皮膜を形成する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１９－１７８３９２号公報
【特許文献2】特開２０１８－１３５５９１号公報
【特許文献3】特開２０２２－１０３７３５号公報
【特許文献4】特開２０２２－１０３７３２号公報
【特許文献5】特開２０２２－１０３７３３号公報
【特許文献6】特開２０２２－１０３７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献３～６に記載のステンレス鋼材はいずれも、Ｃｒ含有量が１６質量％以上と高いため、低廉化を妨げる原因の１つとなっている。そのため、Ｃｒ含有量が少ない組成系で耐食性及び黒色の意匠性が良好なステンレス鋼材の開発が求められている。
黒色の意匠性を与えるＣｒ酸化物を主体とする酸化皮膜は、一般に数百ｎｍと厚いため、高温下で酸化処理を行わなければ所望の特性を有する酸化皮膜を形成できない。実際、低温下で酸化処理を行うと、酸化皮膜の形成に比べてステンレス鋼素材中の元素の拡散速度が遅くなってしまう。その結果、ステンレス鋼素材の表層がＣｒ欠乏状態となり、Ｃｒ酸化物を主体とする酸化皮膜中にＦｅ酸化物が局所的に形成されてしまう。
黒色の意匠性を与えるＣｒ酸化物を主体とする酸化皮膜は、一般に数百ｎｍと厚いため、高温下で酸化処理を行わなければ所望の特性を有する酸化皮膜を形成できない。実際、低温下で酸化処理を行うと、酸化皮膜の形成に比べてステンレス鋼素材中の元素の拡散速度が遅くなってしまう。その結果、ステンレス鋼素材の表層がＣｒ欠乏状態となり、Ｃｒ酸化物を主体とする酸化皮膜中にＦｅ酸化物が局所的に形成されてしまう。
【0007】
しかしながら、Ｃｒ含有量が少ない組成系では、高温下で、Ｃｒ酸化物を主体とする酸化皮膜を均一に形成することが難しく、酸化皮膜中にＦｅ酸化物が局所的に形成され易い。このＦｅ酸化物の色調は褐色であり、酸化皮膜中にＦｅ酸化物が局所的に存在すると、黒色の意匠性が確保できない。また、酸化皮膜中のＦｅ酸化物は耐食性に乏しく、Ｆｅ酸化物が腐食起点となって耐食性を低下させる。
【0008】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、Ｃｒ含有量を低減させても、耐食性及び黒色の意匠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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、Ｃｒ含有量が８．００％以上１６．００％未満である所定の組成系の冷延材に対し、特定の条件で熱処理を行うことにより、耐食性及び黒色の意匠性が良好なステンレス鋼材が得られることを見出した。また、本発明者らは、得られたステンレス鋼材について分析を行った結果、Ｃｒ含有量が８．００％以上１６．００％未満である所定の組成系の素材（素地）の表面に、所定の特徴を有する酸化皮膜が形成されていることを見出した。本発明は、このような背景の下、完成するに至ったものである。
【0010】
すなわち、本発明は、素材と、前記素材上に形成された酸化皮膜とを有するステンレス鋼材であって、
前記素材は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～０．７０％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：８．００％以上１６．００％未満、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：２．００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有し、
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、異常酸化面積率が１．０％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。
前記素材は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～０．７０％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：８．００％以上１６．００％未満、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：２．００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有し、
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、異常酸化面積率が１．０％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。
【0011】
また、本発明は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～０．７０％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：８．００％以上１６．００％未満、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：２．００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有し、ビッカース硬さが２００ＨＶ以上、酸化皮膜のＦｅ濃度が０．６質量％未満である冷延材に対し、Ｏ2濃度が２～２５体積％、水蒸気濃度が５体積％以下であり、且つ以下の式（１）：
Ｏ2濃度＋２×水蒸気濃度 ・・・（１）
で表される値が１０～３０である雰囲気下、８００～１０５０℃の温度で１０分以上の熱処理を行うステンレス鋼材の製造方法である。
Ｏ2濃度＋２×水蒸気濃度 ・・・（１）
で表される値が１０～３０である雰囲気下、８００～１０５０℃の温度で１０分以上の熱処理を行うステンレス鋼材の製造方法である。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、Ｃｒ含有量を低減させても、耐食性及び黒色の意匠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。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、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。
【0014】
＜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、素材と、素材上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。
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、素材と、素材上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。
【0015】
素材は、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～０．７０％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：８．００％以上１６．００％未満、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：２．００％以下を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有する。
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。
なお、各元素の含有量に関して、「ｘｘ％以下」を含むとは、ｘｘ％以下であるが、０％超（特に、不純物レベル超）の量を含むことを意味する。
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。
なお、各元素の含有量に関して、「ｘｘ％以下」を含むとは、ｘｘ％以下であるが、０％超（特に、不純物レベル超）の量を含むことを意味する。
【0016】
素材は、必要に応じて、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％以下及びＢ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含むことができる。
以下、各成分について詳細に説明する。
以下、各成分について詳細に説明する。
【0017】
（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％、より好ましくは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％、より好ましくは０．０００３％である。
【0018】
（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。
【0019】
（Ｍｎ：０．０５～０．７０％）
Ｍｎは、酸化皮膜（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、０．７０％、好ましくは０．６０％、より好ましくは０．５０％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（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、０．７０％、好ましくは０．６０％、より好ましくは０．５０％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。
【0020】
（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。
【0021】
（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。
【0022】
（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。
【0023】
（Ｃｒ：８．００％以上１６．００％未満）
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（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、低廉化が妨げられる。そのため、Ｃｒの含有量は、１６．００％未満、好ましくは１５．８０％以下、より好ましくは１５．５０％以下である。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、８．００％、好ましくは８．２５％、より好ましくは８．５０％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（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、低廉化が妨げられる。そのため、Ｃｒの含有量は、１６．００％未満、好ましくは１５．８０％以下、より好ましくは１５．５０％以下である。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、８．００％、好ましくは８．２５％、より好ましくは８．５０％である。
【0024】
（Ｎ：０．１００％以下）
Ｎ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、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、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、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、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、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。
【0025】
（Ｔｉ：０．０８～０．５０％）
Ｔｉは、ステンレス鋼材の耐粒界腐食性（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（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、ステンレス鋼材の耐粒界腐食性（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（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】
（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。
【0027】
（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％、より好ましくは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％、より好ましくは０．００５％である。
【0028】
（Ｎｂ：０．５０％以下）
Ｎｂはステンレス鋼材の耐粒界腐食性（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はステンレス鋼材の耐粒界腐食性（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。
【0029】
（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。
【0030】
（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０．０００３％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の含有量は、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０．０００３％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の含有量は、これら希土類元素の総含有量を意味する。
【0031】
（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。
【0032】
（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。
【0033】
なお、素材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。
【0034】
次に、素材上に形成された酸化皮膜について説明する。
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。
酸化皮膜は、Ｃｒ2Ｏ3内層を有する。また、酸化皮膜は、Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層を最表層に有することができる。
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。
酸化皮膜は、Ｃｒ2Ｏ3内層を有する。また、酸化皮膜は、Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層を最表層に有することができる。
【0035】
Ｃｒ2Ｏ3内層は、酸化皮膜の素材側の層であり、酸化皮膜のバリア性（素材の保護能）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、より好ましくは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。
【0036】
Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層は、酸化皮膜の表層側の層である。Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層はＭｎ及びＣｒの複合酸化物（Ｍｎ－Ｃｒスピネル酸化物）から構成される層であり、酸化皮膜に黒色の色調を付与する機能を有する。
Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みは、特に限定されないが、好ましくは２９０ｎｍ以上、より好ましくは３００ｎｍ以上である。このような範囲にＭｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みを制御することにより、酸化皮膜に黒色の色調を安定して付与することができる。Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みの上限値は、好ましくは９５０ｎｍ、より好ましくは９００ｎｍである。
Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みは、特に限定されないが、好ましくは２９０ｎｍ以上、より好ましくは３００ｎｍ以上である。このような範囲にＭｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みを制御することにより、酸化皮膜に黒色の色調を安定して付与することができる。Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みの上限値は、好ましくは９５０ｎｍ、より好ましくは９００ｎｍである。
【0037】
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。
【0038】
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分析法（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となる位置までの深さとした。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分析法（ＧＤ－ＯＥＳ）によって求めることができる。
なお、Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みは、酸化皮膜の全体厚みからＣｒ2Ｏ3内層の厚みを引くことにより算出することができる。
なお、Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みは、酸化皮膜の全体厚みからＣｒ2Ｏ3内層の厚みを引くことにより算出することができる。
【0039】
酸化皮膜は、異常酸化面積率が１．０％以下、好ましくは０．８％以下、より好ましくは０．５％以下である。この範囲の異常酸化面積率であれば、腐食起点となって耐食性を低下させるとともに、黒色の意匠性を損なう異常酸化部（Ｆｅ酸化物）の生成が少ないということができる。
ここで、本明細書において、酸化皮膜の異常酸化面積率は、酸化皮膜の表面をデジタルマイクロスコープで観察し、黒色の酸化皮膜と異常酸化部とを二値化処理して分離し、観察面全体に占める異常酸化部の面積率を算出することによって求めることができる。
ここで、本明細書において、酸化皮膜の異常酸化面積率は、酸化皮膜の表面をデジタルマイクロスコープで観察し、黒色の酸化皮膜と異常酸化部とを二値化処理して分離し、観察面全体に占める異常酸化部の面積率を算出することによって求めることができる。
【0040】
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、所望の黒色の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。
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。
【0041】
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、Ｃｒ含有量が少ないにも関わらず、上記のような特徴を有する酸化皮膜を有するため、耐食性及び黒色の意匠性が良好である。したがって、本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、これらの特性が要求される各種用途で用いることができる。具体的には、本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、マフラーなどの排気系部品、外装・内装建材パネルなどに用いるのに適している。
【0042】
＜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、上記の組成を有する所定の冷延材を素材として用い、この冷延材を所定の条件で熱処理することによって製造することができる。
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、上記の組成を有する所定の冷延材を素材として用い、この冷延材を所定の条件で熱処理することによって製造することができる。
【0043】
冷延材としては、冷間圧延したままの状態の冷延材だけでなく、冷間圧延後に焼鈍を行った冷延焼鈍材、冷延焼鈍材に研磨処理を施した冷延焼鈍研磨材を用いることができる。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（又は、必要に応じて冷間圧延後に焼鈍及び研磨処理を行うこと）によって製造することができる。
【0044】
冷延材は、ビッカース硬さが２００ＨＶ以上、好ましくは２１０ＨＶ以上、より好ましくは２２０ＨＶ以上である。このような範囲のビッカース硬さを有する冷延材であれば、歪が付与されているため、素材中のＣｒの拡散速度が速くなり、素材の表層がＣｒ欠乏状態になり難くなる。その結果、酸化皮膜中に異常酸化部（Ｆｅ酸化物）が形成され難くなる。なお、冷延材のビッカース硬さの上限値は、特に限定されないが、一般的に５００ＨＶである。
冷延材のビッカース硬さは、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠して求めることができる。
冷延材のビッカース硬さは、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠して求めることができる。
【0045】
冷延材は、酸化皮膜のＦｅ濃度が０．６質量％未満、好ましくは０．５質量％未満である。このような範囲のＦｅ濃度の酸化皮膜を有する冷延材であれば、冷延材を熱処理する際に酸化皮膜中に異常酸化部（Ｆｅ酸化物）が形成され難くなる。なお、冷延材の酸化皮膜のＦｅ濃度の下限は、低いほど異常酸化部が形成され難くなるため、特に限定されない。
冷延材の酸化皮膜のＦｅ濃度は、グロー放電発光分光分析法（ＧＤ－ＯＥＳ）を用いて測定することができる。具体的には、ＧＤ－ＯＥＳで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）が最大値となる位置のＦｅ濃度／（Ｆｅ濃度＋Ｃｒ濃度＋Ｍｎ濃度＋Ｔｉ濃度）×１００を酸化皮膜のＦｅ濃度とする。
冷延材の酸化皮膜のＦｅ濃度は、グロー放電発光分光分析法（ＧＤ－ＯＥＳ）を用いて測定することができる。具体的には、ＧＤ－ＯＥＳで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）が最大値となる位置のＦｅ濃度／（Ｆｅ濃度＋Ｃｒ濃度＋Ｍｎ濃度＋Ｔｉ濃度）×１００を酸化皮膜のＦｅ濃度とする。
【0046】
冷延材の熱処理は、Ｏ2濃度が２～２５体積％、水蒸気濃度が５体積％以下であり、且つ以下の式（１）で表される値が１０～３０である雰囲気下、８００～１０５０℃の温度で１０分以上行われる。
Ｏ2濃度＋２×水蒸気濃度 ・・・（１）
このような条件で熱処理を行うことにより、異常酸化部（Ｆｅ酸化物）の形成を抑制しつつ、黒色の酸化皮膜を形成することができる。
Ｏ2濃度が２５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易くなり、異常酸化部の形成を十分に抑制することができない。一方、Ｏ2濃度が２体積％未満であると、所定の厚みの酸化皮膜を形成し難くなる。Ｏ2濃度は、所望の特性及び厚みを有する酸化皮膜を安定して形成する観点から、好ましくは３～２３体積％、より好ましくは５～２０体積％である。
水蒸気濃度が５体積％を超えると、水蒸気酸化によって異常酸化部が形成され易くなる。水蒸気濃度は、異常酸化部の形成を安定して抑制する観点から、好ましくは４体積％以下、より好ましくは３体積％以下である。
式（１）で表される値が１０～３０の範囲外であると、酸化速度が適切に制御できなくなり、所望の特性及び厚みを有する酸化皮膜が形成し難くなる。式（１）で表される値は、酸化速度を安定して制御する観点から、好ましくは１２～２８、より好ましくは１３～２５である。
Ｏ2濃度＋２×水蒸気濃度 ・・・（１）
このような条件で熱処理を行うことにより、異常酸化部（Ｆｅ酸化物）の形成を抑制しつつ、黒色の酸化皮膜を形成することができる。
Ｏ2濃度が２５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易くなり、異常酸化部の形成を十分に抑制することができない。一方、Ｏ2濃度が２体積％未満であると、所定の厚みの酸化皮膜を形成し難くなる。Ｏ2濃度は、所望の特性及び厚みを有する酸化皮膜を安定して形成する観点から、好ましくは３～２３体積％、より好ましくは５～２０体積％である。
水蒸気濃度が５体積％を超えると、水蒸気酸化によって異常酸化部が形成され易くなる。水蒸気濃度は、異常酸化部の形成を安定して抑制する観点から、好ましくは４体積％以下、より好ましくは３体積％以下である。
式（１）で表される値が１０～３０の範囲外であると、酸化速度が適切に制御できなくなり、所望の特性及び厚みを有する酸化皮膜が形成し難くなる。式（１）で表される値は、酸化速度を安定して制御する観点から、好ましくは１２～２８、より好ましくは１３～２５である。
【0047】
熱処理の温度が８００℃未満及び時間が１０分未満であると、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。また、熱処理の温度が１０５０℃を超えると、異常酸化部が形成され易くなる。
熱処理の温度は、所望の特性及び厚みを有する酸化皮膜を安定して形成する観点から、好ましくは８５０～１０３０℃、より好ましくは９００～１０００℃である。
また、熱処理の時間は、所望の特性及び厚みを有する酸化皮膜を安定して形成する観点から、好ましくは５０分～３０００分、より好ましくは８０分～２０００分である。
熱処理の温度は、所望の特性及び厚みを有する酸化皮膜を安定して形成する観点から、好ましくは８５０～１０３０℃、より好ましくは９００～１０００℃である。
また、熱処理の時間は、所望の特性及び厚みを有する酸化皮膜を安定して形成する観点から、好ましくは５０分～３０００分、より好ましくは８０分～２０００分である。
【実施例0048】
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。
【0049】
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。また、一部の冷延板については、１０５０℃で焼鈍して酸洗して冷延焼鈍板とした。さらに、一部の冷延焼鈍板については研磨処理を施して冷延焼鈍研磨板とした。研磨処理としては、グラインダーによる乾式研磨処理を施した冷延焼鈍研磨板Ａ、水冷しながらＳｉ研磨紙で湿式研磨処理を施した冷延焼鈍研磨板Ｂを準備した。
上記で得られた冷延板、冷延焼鈍板、冷延焼鈍研磨板Ａ又はＢについて、ビッカース硬さ及び酸化皮膜のＦｅ濃度を次のようにして測定した。
上記で得られた冷延板、冷延焼鈍板、冷延焼鈍研磨板Ａ又はＢについて、ビッカース硬さ及び酸化皮膜のＦｅ濃度を次のようにして測定した。
【0050】
（ビッカース硬さ）
冷延板、冷延焼鈍板、冷延焼鈍研磨板Ａ又はＢから１０ｍｍ角の測定用試験片を切り出した後、ビッカース硬さ試験機を用い、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠して表面のビッカース硬さを求めた。このとき荷重は、０．０１ｋｇとした。ビッカース硬さは、任意の５箇所で求め、その平均値を結果とした。
冷延板、冷延焼鈍板、冷延焼鈍研磨板Ａ又はＢから１０ｍｍ角の測定用試験片を切り出した後、ビッカース硬さ試験機を用い、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠して表面のビッカース硬さを求めた。このとき荷重は、０．０１ｋｇとした。ビッカース硬さは、任意の５箇所で求め、その平均値を結果とした。
【0051】
（酸化皮膜のＦｅ濃度）
冷延板、冷延焼鈍板、冷延焼鈍研磨板Ａ又はＢ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分析法（ＧＤ－ＯＥＳ）を用いて酸化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）が最大値となる位置のＦｅ濃度／（Ｆｅ濃度＋Ｃｒ濃度＋Ｍｎ濃度＋Ｔｉ濃度）×１００を酸化皮膜のＦｅ濃度とした。
冷延板、冷延焼鈍板、冷延焼鈍研磨板Ａ又はＢ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分析法（ＧＤ－ＯＥＳ）を用いて酸化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）が最大値となる位置のＦｅ濃度／（Ｆｅ濃度＋Ｃｒ濃度＋Ｍｎ濃度＋Ｔｉ濃度）×１００を酸化皮膜のＦｅ濃度とした。
【0052】
次に、上記で作製した冷延板、冷延焼鈍板、冷延焼鈍研磨板Ａ又はＢに対し、表２に示す条件で熱処理を行っ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。
【0053】
【表1】
【0054】
【表2】
【0055】
上記の試験片について、以下の評価を行った。
【0056】
（酸化皮膜の全体厚み、Ｃｒ2Ｏ3内層の厚み及びＭｎ－Ｃｒ酸化物層の厚み）
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分析法（ＧＤ－ＯＥＳ）による分析を行った。
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となる位置までの深さを酸化皮膜の全体厚みとした。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。また、酸化皮膜の全体厚みからＣｒ2Ｏ3内層の厚みを引いた値をＭｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みとした。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分析法（ＧＤ－ＯＥＳ）による分析を行った。
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となる位置までの深さを酸化皮膜の全体厚みとした。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。また、酸化皮膜の全体厚みからＣｒ2Ｏ3内層の厚みを引いた値をＭｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みとした。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。
【0057】
（異常酸化面積率）
試験片の表面の任意の５箇所について、デジタルマイクロスコープで５ｍｍ角の範囲を倍率２００倍で観察した。そして、それぞれの箇所において、異常酸化部と黒色の酸化皮膜とを二値化処理で白黒に分離し、観察面全体に占める異常酸化部の面積率を画像解析によって求めた。異常酸化面積率は５箇所の平均値とした。
試験片の表面の任意の５箇所について、デジタルマイクロスコープで５ｍｍ角の範囲を倍率２００倍で観察した。そして、それぞれの箇所において、異常酸化部と黒色の酸化皮膜とを二値化処理で白黒に分離し、観察面全体に占める異常酸化部の面積率を画像解析によって求めた。異常酸化面積率は５箇所の平均値とした。
【0058】
（色調）
試験片の任意の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。
試験片の任意の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。
【0059】
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
【0060】
（耐食性：ＣＣＴ試験）
試験片から幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍの測定用試験片を切り出した。次に、この測定用試験片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、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、測定用試験片の表面が水平面に対して７５°、且つ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３サイクル行った。その後、サンプルを水洗及び乾燥し、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９．５以上（発銹面積率が０．０５％以下に相当）であったものを○（耐食性が良好）、Ｒ．Ｎ．が９．５未満であったものを×（耐食性が劣る）と表す。
上記の結果を表３に示す。
試験片から幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍの測定用試験片を切り出した。次に、この測定用試験片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、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、測定用試験片の表面が水平面に対して７５°、且つ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３サイクル行った。その後、サンプルを水洗及び乾燥し、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９．５以上（発銹面積率が０．０５％以下に相当）であったものを○（耐食性が良好）、Ｒ．Ｎ．が９．５未満であったものを×（耐食性が劣る）と表す。
上記の結果を表３に示す。
【0061】
【表3】
【0062】
表３に示されるように、実施例１～５のステンレス鋼板は、素材が所定の組成を満たし、酸化皮膜のＣｒ2Ｏ3内層の厚み、全体厚み、異常酸化面積率、明度指数Ｌ*及びクロマネチックス指数ａ*及びｂ*が所定の範囲にあるため、耐食性及び黒色の意匠性が良好であった。
【0063】
これに対して比較例１のステンレス鋼板は、熱処理時の雰囲気が適切でない（Ｏ2濃度及び式（１）の値が高すぎた）ため、異常酸化面積率が高くなり、耐食性が低下した。
比較例２のステンレス鋼板も、熱処理時の雰囲気が適切でない（水蒸気濃度及び式（１）の値が高すぎた）ため、異常酸化面積率が高くなり、耐食性が低下した。
比較例３のステンレス鋼板も、熱処理時の雰囲気が適切でない（Ｏ2濃度及び式（１）の値が低すぎた）ため、Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みが小さくなり、黒色の意匠性及び耐食性が低下した。
比較例４のステンレス鋼板は、熱処理時の温度が低すぎたため、異常酸化面積率が高くなり、Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みも十分でなかった結果、黒色の意匠性及び耐食性が低下した。
比較例５のステンレス鋼板は、熱処理時の温度が高すぎたため、Ｃｒ2Ｏ3内層の厚みが小さくなり、異常酸化面積率が高くなった結果、耐食性が低下した。
比較例２のステンレス鋼板も、熱処理時の雰囲気が適切でない（水蒸気濃度及び式（１）の値が高すぎた）ため、異常酸化面積率が高くなり、耐食性が低下した。
比較例３のステンレス鋼板も、熱処理時の雰囲気が適切でない（Ｏ2濃度及び式（１）の値が低すぎた）ため、Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みが小さくなり、黒色の意匠性及び耐食性が低下した。
比較例４のステンレス鋼板は、熱処理時の温度が低すぎたため、異常酸化面積率が高くなり、Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みも十分でなかった結果、黒色の意匠性及び耐食性が低下した。
比較例５のステンレス鋼板は、熱処理時の温度が高すぎたため、Ｃｒ2Ｏ3内層の厚みが小さくなり、異常酸化面積率が高くなった結果、耐食性が低下した。
【0064】
比較例６のステンレス鋼板は、熱処理に用いた素材の硬さが低すぎたため、異常酸化面積率が高くなり、耐食性が低下した。
比較例７のステンレス鋼板は、熱処理に用いた素材の酸化皮膜のＦｅ濃度が高すぎたため、異常酸化面積率が高くなり、耐食性が低下した。
比較例８のステンレス鋼板は、熱処理に用いた素材のＭｎ含有量が高すぎたため、異常酸化面積率が高くなり、耐食性が低下した。
比較例９のステンレス鋼板は、熱処理に用いた素材のＭｎ含有量が低すぎたため、Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みが小さくなり、黒色の意匠性及び耐食性が低下した。
比較例１０のステンレス鋼板は、素材のＣｒ含有量が低すぎたため、異常酸化面積率が高くなり、耐食性が低下した。
比較例７のステンレス鋼板は、熱処理に用いた素材の酸化皮膜のＦｅ濃度が高すぎたため、異常酸化面積率が高くなり、耐食性が低下した。
比較例８のステンレス鋼板は、熱処理に用いた素材のＭｎ含有量が高すぎたため、異常酸化面積率が高くなり、耐食性が低下した。
比較例９のステンレス鋼板は、熱処理に用いた素材のＭｎ含有量が低すぎたため、Ｍｎ－Ｃｒ酸化物層の厚みが小さくなり、黒色の意匠性及び耐食性が低下した。
比較例１０のステンレス鋼板は、素材のＣｒ含有量が低すぎたため、異常酸化面積率が高くなり、耐食性が低下した。
【0065】
以上の結果からわかるように、本発明によれば、Ｃｒ含有量を低減させても、耐食性及び黒色の意匠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。