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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】P2024114511
(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】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023020319
(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】塩分が付着した状態で高温環境に曝されても耐食性に優れ、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。
【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：０．０５～１．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～４０．００％、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：３．００％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である。素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度は８．０質量％以下である。
【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：０．０５～１．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～４０．００％、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：３．００％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である。素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度は８．０質量％以下である。
【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：０．０５～１．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～４０．００％、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：３．００％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であり、
前記素材と前記酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度が８．０質量％以下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：０．０５～１．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～４０．００％、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：３．００％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であり、
前記素材と前記酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度が８．０質量％以下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、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、請求項１又は２に記載のステンレス鋼材。
【請求項4】
塩分が付着した状態の高温腐食試験後に前記酸化皮膜の剥離面積率が５．０％以下である、請求項１又は２に記載のステンレス鋼材。
【請求項5】
質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～４０．００％、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：３．００％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以上である圧延材に対し、Ｏ2濃度が２～２０体積％、水蒸気濃度が２０体積％以下であり、且つ以下の式（１）：
Ｏ2濃度＋水蒸気濃度 ・・・（１）
で表される値が１２～３５である雰囲気下、８００℃以上の温度で１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＋水蒸気濃度 ・・・（１）
で表される値が１２～３５である雰囲気下、８００℃以上の温度で１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6】
前記圧延材は、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５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】
オーブンなどの家電製品や自動車の排気系部品などの用途においては、塩分が付着した状態で高温環境に曝される。このような環境下では、腐食反応が早く進行するため、異常酸化部などの欠陥部が酸化皮膜に存在すると、欠陥部から塩が浸透する。浸透した塩は、酸化皮膜とステンレス鋼素材との界面で腐食を進行させ、最終的には酸化皮膜が剥離してしまう。
特許文献３及び４の酸化処理は、異常酸化部が少ない酸化皮膜を形成することができるものの、異常酸化部の生成を完全に抑制できるわけではない。そのため、上記のような用途においては耐食性が十分とはいえない。
また、特許文献５及び６は、酸化処理後に電解処理によって異常酸化部を除去することを提案しているが、電解処理によって製造コストが増大する。また、電解処理後は素材が露出するため、黒色の高い意匠性が必要とされる上記のような用途においては耐食性が十分とはいえない。
特許文献３及び４の酸化処理は、異常酸化部が少ない酸化皮膜を形成することができるものの、異常酸化部の生成を完全に抑制できるわけではない。そのため、上記のような用途においては耐食性が十分とはいえない。
また、特許文献５及び６は、酸化処理後に電解処理によって異常酸化部を除去することを提案しているが、電解処理によって製造コストが増大する。また、電解処理後は素材が露出するため、黒色の高い意匠性が必要とされる上記のような用途においては耐食性が十分とはいえない。
【0007】
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、塩分が付着した状態で高温環境に曝されても耐食性に優れ、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】
【0008】
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、組成系の圧延材に対し、特定の条件で熱処理を行うことにより、塩分が付着した状態で高温環境に曝されても耐食性に優れ、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、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おり、素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度に特徴があることを見出した。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。
【0009】
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：０．０５～１．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～４０．００％、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：３．００％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であり、
前記素材と前記酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度が８．０質量％以下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：０．０５～１．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～４０．００％、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：３．００％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であり、
前記素材と前記酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度が８．０質量％以下であるステンレス鋼材である。
【0010】
また、本発明は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～４０．００％、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：３．００％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以上である圧延材に対し、Ｏ2濃度が２～２０体積％、水蒸気濃度が２０体積％以下であり、且つ以下の式（１）：
Ｏ2濃度＋水蒸気濃度 ・・・（１）
で表される値が１２～３５である雰囲気下、８００℃以上の温度で１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＋水蒸気濃度 ・・・（１）
で表される値が１２～３５である雰囲気下、８００℃以上の温度で１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】
【0011】
本発明によれば、塩分が付着した状態で高温環境に曝されても耐食性に優れ、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】
【0012】
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。
【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。
【0014】
素材は、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～４０．００％、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｃｕ：１．００％以下及びＭｏ：３．００％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。
【0015】
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。
【0016】
（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。
【0017】
（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。
【0018】
（Ｍｎ：０．０５～１．００％）
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、１．００％、好ましくは０．９０％、より好ましくは０．８０％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、１．００％、好ましくは０．９０％、より好ましくは０．８０％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。
【0019】
（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。
【0020】
（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。
【0021】
（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。
【0022】
（Ｃｒ：１６．００～４０．００％）
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（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、４０．００％、好ましくは３８．００％、より好ましくは３５．００％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１６．５０％、より好ましくは１７．００％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、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、４０．００％、好ましくは３８．００％、より好ましくは３５．００％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１６．５０％、より好ましくは１７．００％である。
【0023】
（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。
【0024】
（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。
【0025】
（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。
【0026】
（Ｍｏ：３．００％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、３．００％、好ましくは２．９５％、より好ましくは２．９０％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、３．００％、好ましくは２．９５％、より好ましくは２．９０％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。
【0027】
（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。
【0028】
（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。
【0029】
（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。
【0030】
（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。
【0031】
（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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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１００ｎｍ以上、より好ましくは１２０ｎｍ以上、更に好ましくは１５０ｎｍ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１００ｎｍ以上、より好ましくは１２０ｎｍ以上、更に好ましくは１５０ｎｍ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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度が８．０％以下、好ましくは７．０％以下である。このような範囲に界面のＣｒ濃度を制御することにより、塩分が付着した状態で高温環境に曝されても耐食性を確保することができる。なお、界面のＣｒ濃度は低いほど、この耐食性を向上させる効果が高いため、その下限値は特に限定されない。
ここで、本明細書において、素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度は、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となる位置のＣｒ濃度（全ての元素濃度の合計に対するＣｒ濃度の割合）とした。
ここで、本明細書において、素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度は、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となる位置のＣｒ濃度（全ての元素濃度の合計に対するＣｒ濃度の割合）とした。
【0040】
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、塩分が付着した状態の高温腐食試験後に酸化皮膜の剥離面積率が５．０％以下であることが好ましく、１．０％以下であることがより好ましい。このような範囲の剥離面積率であれば、塩分が付着した状態で高温環境に曝されても耐食性に優れているということができる。
ここで、本明細書において、塩分が付着した状態の高温腐食試験とは、３．５％のＮａＣｌ水溶液（常温）にステンレス鋼材を５分間浸漬し、大気中、２００℃で２時間加熱し、常温に冷却するという工程を１サイクルとして１０サイクル実施する試験のことをいう。また、酸化皮膜の剥離面積率は、上記の高温腐食試験後にステンレス鋼材の表面を水洗及び乾燥した後、ステンレス鋼材の表面における酸化皮膜が剥離した部分の面積の割合を求めることによって算出できる。
なお、本明細書において、常温とは、２５℃±５℃の範囲の温度のことをいう。
ここで、本明細書において、塩分が付着した状態の高温腐食試験とは、３．５％のＮａＣｌ水溶液（常温）にステンレス鋼材を５分間浸漬し、大気中、２００℃で２時間加熱し、常温に冷却するという工程を１サイクルとして１０サイクル実施する試験のことをいう。また、酸化皮膜の剥離面積率は、上記の高温腐食試験後にステンレス鋼材の表面を水洗及び乾燥した後、ステンレス鋼材の表面における酸化皮膜が剥離した部分の面積の割合を求めることによって算出できる。
なお、本明細書において、常温とは、２５℃±５℃の範囲の温度のことをいう。
【0041】
本発明の実施形態に係るステンレス鋼材は、酸化皮膜によってバリア性を付与しつつ、素材中のＣｒ含有量を高め、素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度を低減しているので、塩分が付着した状態で高温環境に曝されても耐食性に優れている。また、このステンレス鋼材は、黒色の意匠性も良好である。したがって、このステンレス鋼材は、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。特に、このステンレス鋼材は、マフラーなどの排気系部品、オーブンなどの家電製品などの用途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圧延材を素材として用い、この圧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圧延材を素材として用い、この圧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】
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したが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。また、圧延材には、圧延後に各種処理（焼鈍、酸洗、研磨など）が行われていてもよい。
【0044】
圧延材は、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圧延材であれば、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、圧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。
圧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。
圧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】
圧延材の熱処理は、Ｏ2濃度が２～２０体積％、水蒸気濃度が２０体積％以下であり、且つ以下の式（１）で表される値が１２～３５である雰囲気下、８００℃以上の温度で１分以上行われる。
Ｏ2濃度＋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、塩分が付着した状態で高温環境に曝されても耐食性を確保しつつ、黒色の意匠性を付与した酸化皮膜を形成することができる。
Ｏ2濃度＋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、塩分が付着した状態で高温環境に曝されても耐食性を確保しつつ、黒色の意匠性を付与した酸化皮膜を形成することができる。
【0046】
Ｏ2濃度が２０体積％を超えると、素材内のＣｒ拡散が遅くなり、素材表層のＣｒ濃度が低下するため、所望の特性を有する酸化皮膜を形成し難くなる。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３～２０体積％、より好ましくは４～２０体積％である。
水蒸気濃度が２０体積％を超えると、素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度が高くなるため、所望の耐食性が得られない。水蒸気濃度は、素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度を安定して低下させる観点から、好ましくは１８体積％以下、より好ましくは１５体積％以下である。
式（１）で表される値が１２～３５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１３～３３、より好ましくは１５～３０である。
水蒸気濃度が２０体積％を超えると、素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度が高くなるため、所望の耐食性が得られない。水蒸気濃度は、素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度を安定して低下させる観点から、好ましくは１８体積％以下、より好ましくは１５体積％以下である。
式（１）で表される値が１２～３５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１３～３３、より好ましくは１５～３０である。
【0047】
熱処理の温度が８００℃未満及び時間が１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。
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８５０～１２００℃、より好ましくは９００～１１８０℃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１分～５００分、より好ましくは１分～２００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８５０～１２００℃、より好ましくは９００～１１８０℃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１分～５００分、より好ましくは１分～２００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、水冷しながらＳｉ研磨紙で湿式研磨処理を施した。
次に、冷延板に対し、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。
次に、冷延板に対し、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。
【0050】
上記で得られた冷延板、冷延焼鈍板、冷延焼鈍研磨板について、ビッカース硬さを次のようにして測定した。
冷延板、冷延焼鈍板、冷延焼鈍研磨板から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】
【表1】
【0052】
【表2】
【0053】
上記の試験片について、以下の評価を行った。
【0054】
（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。
【0055】
（素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度）
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となる位置のＣｒ濃度を、素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度（以下、「界面Ｃｒ濃度」と略す）とした。
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となる位置のＣｒ濃度を、素材と酸化皮膜との間の界面におけるＣｒ濃度（以下、「界面Ｃｒ濃度」と略す）とした。
【0056】
（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。
【0057】
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
【0058】
（塩分が付着した状態の高温環境下における耐食性）
試験片から幅２５ｍｍ×長さ３５ｍｍの測定用試験片を切り出した後、＃６００の研磨材を用いて測定用試験片の端面を研磨した。次に、測定用試験片を３．５％のＮａＣｌ水溶液（常温）に５分間浸漬し、大気中、２００℃で２時間加熱し、常温に冷却するという工程を１サイクルとして１０サイクル実施する高温腐食試験を行った。次に、高温腐食試験後の測定用試験片の表面を水洗及び乾燥した後、当該表面における酸化皮膜が剥離した部分の面積の割合（酸化皮膜の剥離面積率）を求めた。この評価において、剥離面積率が５．０％以下であれば、耐食性に優れると判断することができる。また、剥離面積率が１．０％以下であれば、耐食性が顕著に優れると判断することができる。
上記の結果を表３に示す。
試験片から幅２５ｍｍ×長さ３５ｍｍの測定用試験片を切り出した後、＃６００の研磨材を用いて測定用試験片の端面を研磨した。次に、測定用試験片を３．５％のＮａＣｌ水溶液（常温）に５分間浸漬し、大気中、２００℃で２時間加熱し、常温に冷却するという工程を１サイクルとして１０サイクル実施する高温腐食試験を行った。次に、高温腐食試験後の測定用試験片の表面を水洗及び乾燥した後、当該表面における酸化皮膜が剥離した部分の面積の割合（酸化皮膜の剥離面積率）を求めた。この評価において、剥離面積率が５．０％以下であれば、耐食性に優れると判断することができる。また、剥離面積率が１．０％以下であれば、耐食性が顕著に優れると判断することができる。
上記の結果を表３に示す。
【0059】
【表3】
【0060】
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内層の厚み及び全体厚み、界面Ｃｒ濃度が所定の範囲にあるため、剥離面積率が低く（すなわち、塩分が付着した状態の高温環境下における耐食性に優れ）、黒色の意匠性も良好であった。
【0061】
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（水蒸気濃度及び式（１）の値が高すぎた）ため、界面Ｃｒ濃度が高くなり、剥離面積率が高くなった（すなわち、塩分が付着した状態の高温環境下における耐食性が十分でなかった）。
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（式（１）の値が高すぎた）ため、界面Ｃｒ濃度が高くなり、剥離面積率が高くなった（すなわち、塩分が付着した状態の高温環境下における耐食性が十分でなかった）。
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、酸化皮膜の全体厚みが十分ではなかった。そのため、所望の色調が得られず、黒色の意匠性が低下した。
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、酸化皮膜の全体厚みが十分ではなかった。そのため、所望の色調が得られず、黒色の意匠性が低下した。
比較例５のステンレス鋼板は、熱処理に用いた素材（冷延焼鈍板）の硬さが低すぎたため、界面Ｃｒ濃度が高くなり、剥離面積率が高くなった（すなわち、塩分が付着した状態の高温環境下における耐食性が十分でなかった）。
比較例６のステンレス鋼板は、熱処理に用いた素材のＣｒ含有量が低すぎたため、界面Ｃｒ濃度が高くなり、剥離面積率が高くなった（すなわち、塩分が付着した状態の高温環境下における耐食性が十分でなかった）。
比較例７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、所望の色調が得られず、黒色の意匠性が低下した。
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（式（１）の値が高すぎた）ため、界面Ｃｒ濃度が高くなり、剥離面積率が高くなった（すなわち、塩分が付着した状態の高温環境下における耐食性が十分でなかった）。
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、酸化皮膜の全体厚みが十分ではなかった。そのため、所望の色調が得られず、黒色の意匠性が低下した。
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、酸化皮膜の全体厚みが十分ではなかった。そのため、所望の色調が得られず、黒色の意匠性が低下した。
比較例５のステンレス鋼板は、熱処理に用いた素材（冷延焼鈍板）の硬さが低すぎたため、界面Ｃｒ濃度が高くなり、剥離面積率が高くなった（すなわち、塩分が付着した状態の高温環境下における耐食性が十分でなかった）。
比較例６のステンレス鋼板は、熱処理に用いた素材のＣｒ含有量が低すぎたため、界面Ｃｒ濃度が高くなり、剥離面積率が高くなった（すなわち、塩分が付着した状態の高温環境下における耐食性が十分でなかった）。
比較例７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、所望の色調が得られず、黒色の意匠性が低下した。
【0062】
以上の結果からわかるように、本発明によれば、塩分が付着した状態で高温環境に曝されても耐食性に優れ、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。