ホーム > 特許ランキング > ＪＦＥスチール株式会社
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】P2024137729
(43)【公開日】2024-10-07
(54)【発明の名称】炉壁用フェライト系ステンレス鋼
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20240927BHJP
C22C 38/34 20060101ALI20240927BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20240927BHJP
C21D 9/46 20060101ALN20240927BHJP
C21D 8/02 20060101ALN20240927BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302Z
C22C38/34
C22C38/60
C21D9/46 R
C21D8/02 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024018307
(22)【出願日】2024-02-09
(31)【優先権主張番号】P 2023046601
(32)【優先日】2023-03-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100184859
【弁理士】
【氏名又は名称】磯村 哲朗
(74)【代理人】
【識別番号】100123386
【弁理士】
【氏名又は名称】熊坂 晃
(74)【代理人】
【識別番号】100196667
【弁理士】
【氏名又は名称】坂井 哲也
(74)【代理人】
【識別番号】100130834
【弁理士】
【氏名又は名称】森 和弘
(72)【発明者】
【氏名】中村 徹之
(72)【発明者】
【氏名】高 法剛
(72)【発明者】
【氏名】吉野 正崇
(72)【発明者】
【氏名】杉原 玲子
【テーマコード（参考）】
4K032
4K037
【Ｆターム（参考）】
4K032AA01
4K032AA02
4K032AA04
4K032AA08
4K032AA09
4K032AA13
4K032AA14
4K032AA15
4K032AA16
4K032AA19
4K032AA20
4K032AA21
4K032AA22
4K032AA23
4K032AA27
4K032AA29
4K032AA31
4K032AA32
4K032AA35
4K032AA36
4K032AA37
4K032AA39
4K032BA01
4K032CA02
4K032CA03
4K032CF03
4K032CG01
4K032CG02
4K032CH05
4K032CH06
4K037EA01
4K037EA02
4K037EA04
4K037EA05
4K037EA09
4K037EA10
4K037EA12
4K037EA13
4K037EA14
4K037EA15
4K037EA17
4K037EA18
4K037EA19
4K037EA20
4K037EA23
4K037EA25
4K037EA26
4K037EA27
4K037EA28
4K037EA31
4K037EA32
4K037EA33
4K037EA35
4K037EB03
4K037EB06
4K037EB07
4K037EB08
4K037EB09
4K037FA02
4K037FA03
4K037FF03
4K037FF05
4K037FG01
4K037FJ02
4K037FJ06
4K037FJ07
4K037FM02
(57)【要約】
【課題】炉壁用途に好適な、溶接部においても耐水蒸気酸化性により優れるフェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．０５～２．００％、Ｍｎ：０．０５～１．３０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：２．００～６．００％、Ｎ：０．０２０％以下、Ｃｒ：１６．０～２５．０％、およびＮｂ：０．３０％超０．８０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する、炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
【選択図】なし
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．０５～２．００％、Ｍｎ：０．０５～１．３０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：２．００～６．００％、Ｎ：０．０２０％以下、Ｃｒ：１６．０～２５．０％、およびＮｂ：０．３０％超０．８０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する、炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量％で、
Ｃ：０．０２０％以下、
Ｓｉ：０．０５～２．００％、
Ｍｎ：０．０５～１．３０％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ａｌ：２．００～６．００％、
Ｎ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：１６．０～２５．０％、および
Ｎｂ：０．３０％超０．８０％以下を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する、炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
Ｃ：０．０２０％以下、
Ｓｉ：０．０５～２．００％、
Ｍｎ：０．０５～１．３０％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ａｌ：２．００～６．００％、
Ｎ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：１６．０～２５．０％、および
Ｎｂ：０．３０％超０．８０％以下を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する、炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項2】
さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．０５～１．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．００％、
Ｍｏ：０．３～３．０％、
Ｗ：０．０１～３．００％、
Ｔｉ：０．００５～０．３００％、
Ｚｒ：０．００５～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｓｂ：０．０１～０．５０％、および
Ｓｎ：０．０１～０．５０％
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、請求項１に記載の炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
Ｎｉ：０．０５～１．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．００％、
Ｍｏ：０．３～３．０％、
Ｗ：０．０１～３．００％、
Ｔｉ：０．００５～０．３００％、
Ｚｒ：０．００５～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｓｂ：０．０１～０．５０％、および
Ｓｎ：０．０１～０．５０％
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、請求項１に記載の炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項3】
さらに、質量％で、
Ｂ：０．０００２～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００２～０．００５０％、および
Ｍｇ：０．０００２～０．００５０％
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、請求項１または２に記載の炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
Ｂ：０．０００２～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００２～０．００５０％、および
Ｍｇ：０．０００２～０．００５０％
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、請求項１または２に記載の炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炉壁用のフェライト系ステンレス鋼に関するものであり、詳細にはＣｒ含有鋼に係り、加熱炉や焼却炉等、５００℃以上の高温に曝される炉壁に用いて好適な、優れた耐水蒸気酸化性を有するフェライト系ステンレス鋼に関するものである。
【背景技術】
【0002】
加熱炉、焼却炉等の各種の炉の炉壁は、炉内の熱を逃がさないように断熱性を持たせるために、セラミックス製の断熱材やステンレス鋼板が用いられる。セラミックスの場合、断熱性に優れるが、昇温に必要なエネルギーを多く必要とすることや、温度差により割れやすいこと、細かい剥離が生じやすいという課題を有している。一方、ステンレス鋼板の場合、断熱性はセラミックス断熱材に比べてやや劣るが、導電性が優れることで昇温に必要なエネルギーを節約できる利点がある。
【0003】
近年、地球環境問題への意識の高まりから、カーボンニュートラル社会に向けた取り組みが世界でなされており、燃焼時にＣＯ２を排出しないＨ２や、製造時に原料としてＣＯ２を使用したアルコールを燃料（の少なくとも一部）として電力を供給することが検討されている。以後これらの燃料を低炭素燃料とも呼ぶ。Ｈ２は燃焼時にＣＯ２を排出しないこと、また、アルコール燃料はＣＯ２を排出するものの、製造時にＣＯ２を使用することでトータルではＣＯ２の排出量を低減することができる一方で、燃焼時にはＨ２Ｏの発生量が増加することが想定される。
【0004】
５００℃以上の高温に曝される各種の炉の炉壁に用いられるステンレス鋼板としては、ＪＩＳ Ｇ４３０５：２０２１に規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０Ｓなどが挙げられる。ＳＵＳ３０４（１８ｍａｓｓ％Ｃｒ－８ｍａｓｓ％Ｎｉ）は、最も汎用的なステンレス鋼である。ＳＵＳ３１０Ｓ（２５ｍａｓｓ％Ｃｒ－１９ｍａｓｓ％Ｎｉ）は、より高温用途に特化したステンレス鋼である。
【0005】
しかし、ＳＵＳ３０４は、５００℃以上に曝された場合の耐酸化性が十分ではなく、多量に生成した酸化物が剥離するリスクが大きい。また、ＳＵＳ３１０Ｓは、耐酸化性に優れているが、多量のＣｒとＮｉを含有するため価格は非常に高価となる。また、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０Ｓともにオーステナイト系であるため、ステンレス鋼の中では熱伝導率が小さい上、熱膨張係数が大きい。そのため、昇温と降温が繰り返された場合には、酸化スケールが剥離しやすいのみならず、素材自身の変形が大きく、破損しやすい課題を有している。
【0006】
さらに、炉壁にステンレス鋼板を使用する場合、取り付けは、ボルトで固定をしたり、溶接を施したりする。ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０Ｓでは、溶接を行うと、溶接部にＣｒが炭化物として生成するため、鋼中Ｃｒ量が低減し、十分な耐酸化性を得られないという課題も有している。炉内の雰囲気は、炉によって様々である。炉内の雰囲気として、水蒸気が多く（目安として５ｖｏｌ％以上）含まれ、かつ酸素が少ない（目安として２ｖｏｌ％以下）場合、大気中（水蒸気３ｖｏｌ％程度、酸素約２０ｖｏｌ％程度）に比べて顕著に厳しい酸化環境（水蒸気酸化環境）となる。
【0007】
一方で、フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて熱伝導率が大きく、熱膨張係数が小さいため、上述した、昇温と降温が繰り返される場合のトラブル（昇降温に伴う酸化スケールの剥離、変形）は生じにくい。
【0008】
耐酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼として、例えば、特許文献１には、Ａｌの添加によって耐酸化性を高めたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。また、特許文献２には、Ａｌ添加に加えて、ＳｎとＢの１種または２種を添加して耐クリープ特性を高めた、燃料電池用のフェライト系ステンレス鋼が開示されている。特許文献３には、Ｎｂ添加することで高温変形を抑制したＦｅ－Ｃｒ－Ａｌフェライト系ステンレス鋼が開示されている。特許文献４には、Ａｌを含有し耐酸化性を向上させたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。特許文献５には、ＳｉとＡｌを適量含有し、耐酸化性を向上させたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。特許文献６には、Ａｌを含有し、Ｃｒ量とＳｉ量のバランスを考慮した低比重フェライト系ステンレス鋼が開示されている。特許文献７には、Ａｌを含有した耐熱フェライト系ステンレス鋼が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開平６－２２０５８７号公報
【特許文献2】特許第６１１３３５９号公報
【特許文献3】特開平１０－２５１８１０号公報
【特許文献4】特開２０１２－１０２３７６号公報
【特許文献5】特開２０１２－１０７３１４号公報
【特許文献6】特開２０１８－１６８４５７号公報
【特許文献7】特開２０１８－１８８６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明者らの研究によれば、特許文献１には、Ａｌの添加によって耐酸化性を向上させた鋼が開示されているが、溶接部の耐酸化性は考慮されていない。さらに、炉内の厳しい酸化環境（水蒸気酸化環境）における耐酸化性は考慮されていない。
【0011】
また、特許文献２には、Ａｌ添加に加えてＢ、Ｓｎを添加することにより耐クリープ性向上を図った鋼が開示されているが、溶接部の耐酸化性は考慮されていない。さらに、炉内の厳しい酸化環境における耐酸化性は考慮されていない。
【0012】
特許文献３には、Ｎｂ：０．１越え０．３％以下添加することで高温変形を抑制したＦｅ－Ｃｒ－Ａｌフェライト系ステンレス鋼が開示されている。しかし、大気中のみでの評価であり、水蒸気を含んだ環境での特性は評価されていない。
【0013】
特許文献４には、Ａｌ：０．２０～１．００％を含有し耐酸化性を向上させたフェライト系ステンレス鋼が開示されているが、これも大気中でしか評価されておらず、水蒸気雰囲気での評価がなされていない。
【0014】
特許文献５には、Ｓｉ：０．４～１．０％およびＡｌ：０．３０％超１．０％以下を、Ｓｉ≧Ａｌを満たすように含有し、耐酸化性を向上させたフェライト系ステンレス鋼が開示されており、水蒸気中での耐酸化性も評価されているが、試験雰囲気中に５％Ｏ２が含まれているためＡｌやＣｒの保護性のある酸化皮膜を形成しやすい環境であり、水蒸気酸化環境での評価としてはさらに厳しい環境での試験の余地がある。
【0015】
特許文献６には、Ａｌ：０．５０～１０．０％を含有し、Ｃｒ量とＳｉ量のバランスを考慮した低比重フェライト系ステンレス鋼が開示されているが、これも大気中でしか評価されておらず、水蒸気雰囲気での評価がなされていない。
【0016】
特許文献７には、Ａｌ：０．０００５～０．５００％を含有した耐熱フェライト系ステンレス鋼が開示されているが、耐酸化性に関しては考慮されていない。
【0017】
このように、従来の技術では、耐酸化性を高めたフェライト系ステンレス鋼は多く開示されているが、溶接部の耐酸化性を水蒸気中の厳しい環境で評価したものは無く、炉壁に用いて好適なフェライト系ステンレス鋼について検討の余地があった。
【0018】
そこで、本発明は、炉壁用途に好適な、溶接部においても耐水蒸気酸化性により優れるフェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【0019】
なお、本発明の「耐水蒸気酸化性により優れる」とは、溶接部において、水蒸気を２０ｖｏｌ％含む窒素中に６００～９００℃で１００時間保持する耐水蒸気酸化試験において、異常酸化（酸化増量≧５０ｇ／ｍ２）も酸化スケールの剥離も起こさないことに加え、前記耐水蒸気酸化試験後に、さらに、水蒸気を２０ｖｏｌ％含む窒素中で６００～９００℃まで昇温し３０分保持した後に、大気中で２００℃まで降温する昇降温の工程を２００サイクル繰り返す耐水蒸気酸化試験において、酸化スケールの剥離が見られないことを言う。
【課題を解決するための手段】
【0020】
本発明者らは、溶接部の耐水蒸気酸化性がＳＵＳ３１０Ｓと同等以上に優れるフェライト系ステンレス鋼を開発するべく、種々の元素の耐水蒸気酸化性について鋭意検討を重ねた。
【0021】
その結果、質量％で、Ａｌを２．００～６．００％、Ｎｂを０．３０％超０．８０％以下、Ｃｒを１６．０～２５．０％の範囲で含有することによって、溶接部においてもより優れた耐水蒸気酸化性を有するフェライト系ステンレス鋼を得られることを知見した。
【0022】
以上の知見を踏まえ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｃｒを適量含有することで本発明を完成するに至った。上記元素のうち１つでも適量含有しない場合には、本発明の所期するより優れた耐水蒸気酸化性は得られない。
【0023】
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えた末になされたものであり、以下を要旨とするものである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．０２０％以下、
Ｓｉ：０．０５～２．００％、
Ｍｎ：０．０５～１．３０％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ａｌ：２．００～６．００％、
Ｎ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：１６．０～２５．０％、および
Ｎｂ：０．３０％超０．８０％以下を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する、炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
［２］さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．０５～１．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．００％、
Ｍｏ：０．３～３．０％、
Ｗ：０．０１～３．００％、
Ｔｉ：０．００５～０．３００％、
Ｚｒ：０．００５～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｓｂ：０．０１～０．５０％、および
Ｓｎ：０．０１～０．５０％
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、[１]に記載の炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
[３]さらに、質量％で、
Ｂ：０．０００２～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００２～０．００５０％、および
Ｍｇ：０．０００２～０．００５０％
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、[１]または[２]に記載の炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
［１］質量％で、
Ｃ：０．０２０％以下、
Ｓｉ：０．０５～２．００％、
Ｍｎ：０．０５～１．３０％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ａｌ：２．００～６．００％、
Ｎ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：１６．０～２５．０％、および
Ｎｂ：０．３０％超０．８０％以下を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する、炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
［２］さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．０５～１．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．００％、
Ｍｏ：０．３～３．０％、
Ｗ：０．０１～３．００％、
Ｔｉ：０．００５～０．３００％、
Ｚｒ：０．００５～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｓｂ：０．０１～０．５０％、および
Ｓｎ：０．０１～０．５０％
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、[１]に記載の炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
[３]さらに、質量％で、
Ｂ：０．０００２～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００２～０．００５０％、および
Ｍｇ：０．０００２～０．００５０％
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する、[１]または[２]に記載の炉壁用フェライト系ステンレス鋼。
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、溶接部においても耐水蒸気酸化性により優れるフェライト系ステンレス鋼を提供することができる。したがって、本発明のフェライト系ステンレス鋼は、加熱炉、焼却炉等の各種の炉の炉壁に好適に用いることができる。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0026】
本発明の炉壁用フェライト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．０５～２．００％、Ｍｎ：０．０５～１．３０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：２．００～６．００％、Ｎ：０．０２０％以下、Ｃｒ：１６．０～２５．０％、Ｎｂ：０．３０％超０．８０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する。なお、以下、本発明の炉壁用フェライト系ステンレス鋼を、単に、本発明のフェライト系ステンレス鋼ともいう。
【0027】
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼の成分組成について説明する。以下、鋼の成分の含有量を示す％は、特に断らない限り、質量％を意味するものとする。
【0028】
Ｃ：０．０２０％以下
Ｃは、鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが、０．０２０％を超えてＣを含有すると、靭性および加工性の低下が顕著となる。よって、Ｃ含有量は０．０２０％以下とする。なお、Ｃ含有量は、より良好な加工性を確保する観点からは０．０１０％以下とすることが好ましい。また、強度を確保する観点からは、Ｃ含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃ含有量は０．００３％以上とする。また、より好ましくは、Ｃ含有量は０．００８％以下とする。
Ｃは、鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが、０．０２０％を超えてＣを含有すると、靭性および加工性の低下が顕著となる。よって、Ｃ含有量は０．０２０％以下とする。なお、Ｃ含有量は、より良好な加工性を確保する観点からは０．０１０％以下とすることが好ましい。また、強度を確保する観点からは、Ｃ含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。より好ましくは、Ｃ含有量は０．００３％以上とする。また、より好ましくは、Ｃ含有量は０．００８％以下とする。
【0029】
Ｓｉ：０．０５～２．００％
Ｓｉは、耐酸化性向上に有効な元素である。その効果を得るためには０．０５％以上のＳｉの含有が必要である。一方、本発明のようにＡｌを多く含有する鋼においては、２．００％を超える過剰のＳｉの含有は、却って炉内の厳しい酸化環境（水蒸気酸化環境）において酸化スケールが剥離しやすくなるため、Ｓｉ含有量の上限は２．００％とする。好ましくは、Ｓｉ含有量は０．１０％以上とする。また、好ましくは、Ｓｉ含有量は１．００％以下とする。より好ましくは、Ｓｉ含有量は０．５０％以下とする。
Ｓｉは、耐酸化性向上に有効な元素である。その効果を得るためには０．０５％以上のＳｉの含有が必要である。一方、本発明のようにＡｌを多く含有する鋼においては、２．００％を超える過剰のＳｉの含有は、却って炉内の厳しい酸化環境（水蒸気酸化環境）において酸化スケールが剥離しやすくなるため、Ｓｉ含有量の上限は２．００％とする。好ましくは、Ｓｉ含有量は０．１０％以上とする。また、好ましくは、Ｓｉ含有量は１．００％以下とする。より好ましくは、Ｓｉ含有量は０．５０％以下とする。
【0030】
Ｍｎ：０．０５～１．３０％
Ｍｎは、酸化スケールの耐剥離性を高める効果を有する。これらの効果を得るためには、０．０５％以上のＭｎの含有が必要である。一方、Ｍｎの１．３０％を超える過剰な含有は、水蒸気酸化環境において酸化スケールが異常に成長しやすくなり耐水蒸気酸化性を低下させる。よって、Ｍｎ含有量は０．０５％以上１．３０％以下とする。好ましくは、Ｍｎ含有量は０．１０％以上とする。また、好ましくは、Ｍｎ含有量は１．００％以下とする。また、より好ましくは、Ｍｎ含有量は０．５０％以下とする。
Ｍｎは、酸化スケールの耐剥離性を高める効果を有する。これらの効果を得るためには、０．０５％以上のＭｎの含有が必要である。一方、Ｍｎの１．３０％を超える過剰な含有は、水蒸気酸化環境において酸化スケールが異常に成長しやすくなり耐水蒸気酸化性を低下させる。よって、Ｍｎ含有量は０．０５％以上１．３０％以下とする。好ましくは、Ｍｎ含有量は０．１０％以上とする。また、好ましくは、Ｍｎ含有量は１．００％以下とする。また、より好ましくは、Ｍｎ含有量は０．５０％以下とする。
【0031】
Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは、鋼の靭性を低下させる有害な元素であり、可能な限り低減することが望ましい。よって、Ｐ含有量は０．０５０％以下とする。好ましくは、Ｐ含有量は０．０４０％以下である。より好ましくは、Ｐ含有量は０．０３０％以下である。なお、Ｐ含有量の下限は特に限定されない。ただし、過度の脱Ｐはコストの増加を招くので、Ｐ含有量は０．００５％以上が好ましい。
Ｐは、鋼の靭性を低下させる有害な元素であり、可能な限り低減することが望ましい。よって、Ｐ含有量は０．０５０％以下とする。好ましくは、Ｐ含有量は０．０４０％以下である。より好ましくは、Ｐ含有量は０．０３０％以下である。なお、Ｐ含有量の下限は特に限定されない。ただし、過度の脱Ｐはコストの増加を招くので、Ｐ含有量は０．００５％以上が好ましい。
【0032】
Ｓ：０．０１０％以下
Ｓは、ステンレス鋼の基本特性である耐食性を低下させる有害元素であるため、できる限り低減することが望ましい。よって、本発明では、Ｓ含有量は０．０１０％以下とする。好ましくは、Ｓ含有量は０．００５％以下である。なお、Ｓ含有量の下限は特に限定されない。ただし、過度の脱Ｓはコストの増加を招くので、Ｓ含有量は０．０００５％以上が好ましい。
Ｓは、ステンレス鋼の基本特性である耐食性を低下させる有害元素であるため、できる限り低減することが望ましい。よって、本発明では、Ｓ含有量は０．０１０％以下とする。好ましくは、Ｓ含有量は０．００５％以下である。なお、Ｓ含有量の下限は特に限定されない。ただし、過度の脱Ｓはコストの増加を招くので、Ｓ含有量は０．０００５％以上が好ましい。
【0033】
Ａｌ：２．００～６．００％
Ａｌは、鋼の耐水蒸気酸化性を向上させる本発明に重要な元素である。Ａｌは、高温でＦｅやＣｒよりも優先的にＯと結び付いて保護性の高いＡｌ２Ｏ３皮膜を形成することで耐水蒸気酸化性を著しく高める。さらに、水蒸気中で生成した酸化皮膜は、大気中で生成した酸化皮膜に比べ保護性が低く、剥離しやすいため、その剥離を抑制する効果も有する。その効果を得るために、Ａｌは２．００％以上の含有が必要である。Ａｌが２．００％未満の場合、高温水蒸気中で均熱保持された際には酸化皮膜の剥離が生じない場合でも、昇降温が繰り返されると酸化皮膜の剥離が生じてしまう。一方、Ａｌは、熱膨張係数を高める欠点もあり、６．００％を超えてＡｌを含有すると、その影響が顕著に表れる。これらより、Ａｌ含有量は２．００～６．００％とする。Ａｌ含有量は、好ましくは２．５０％以上である。また、Ａｌ含有量は、好ましくは３．００％以下である。
Ａｌは、鋼の耐水蒸気酸化性を向上させる本発明に重要な元素である。Ａｌは、高温でＦｅやＣｒよりも優先的にＯと結び付いて保護性の高いＡｌ２Ｏ３皮膜を形成することで耐水蒸気酸化性を著しく高める。さらに、水蒸気中で生成した酸化皮膜は、大気中で生成した酸化皮膜に比べ保護性が低く、剥離しやすいため、その剥離を抑制する効果も有する。その効果を得るために、Ａｌは２．００％以上の含有が必要である。Ａｌが２．００％未満の場合、高温水蒸気中で均熱保持された際には酸化皮膜の剥離が生じない場合でも、昇降温が繰り返されると酸化皮膜の剥離が生じてしまう。一方、Ａｌは、熱膨張係数を高める欠点もあり、６．００％を超えてＡｌを含有すると、その影響が顕著に表れる。これらより、Ａｌ含有量は２．００～６．００％とする。Ａｌ含有量は、好ましくは２．５０％以上である。また、Ａｌ含有量は、好ましくは３．００％以下である。
【0034】
Ｎ：０．０２０％以下
Ｎは、鋼の靭性および加工性を低下させる元素であり、０．０２０％を超えて含有すると、靭性および成形性の低下が顕著となる上、粗大なＡｌＮの析出により上述したＡｌ含有による耐酸化性向上効果が得られなくなる。よって、Ｎ含有量は０．０２０％以下とする。なお、Ｎは、靭性、加工性を確保する観点からは、できるだけ低減することが好ましく、Ｎ含有量は０．０１０％未満とすることが望ましい。なお、Ｎ含有量の下限は特に限定されない。ただし、過度の脱Ｎはコストの増加を招くので、Ｎ含有量は０．００４％以上が好ましい。
Ｎは、鋼の靭性および加工性を低下させる元素であり、０．０２０％を超えて含有すると、靭性および成形性の低下が顕著となる上、粗大なＡｌＮの析出により上述したＡｌ含有による耐酸化性向上効果が得られなくなる。よって、Ｎ含有量は０．０２０％以下とする。なお、Ｎは、靭性、加工性を確保する観点からは、できるだけ低減することが好ましく、Ｎ含有量は０．０１０％未満とすることが望ましい。なお、Ｎ含有量の下限は特に限定されない。ただし、過度の脱Ｎはコストの増加を招くので、Ｎ含有量は０．００４％以上が好ましい。
【0035】
Ｃｒ：１６．０～２５．０％
Ｃｒは、ステンレス鋼の特徴である耐食性、耐水蒸気酸化性を向上させるのに有効な重要元素である。Ｃｒ含有量が１６．０％未満では、たとえＡｌを適量含有していても高温水蒸気中で十分保護性のある酸化皮膜を生成できず、均熱保持中には剥離が生じなくても、昇降温が繰り返されると剥離してしまい、十分な耐水蒸気酸化性が得られない。一方、Ｃｒは含有量が２５．０％を超えると、ＦｅとＣｒを主体とした第二相（σ相）が析出し、耐水蒸気酸化性の低下を招くため、Ｃｒ含有量の上限は２５．０％とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは１７．０％以上であり、より好ましくは１８．０％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは２１．０％以下であり、より好ましくは２０．０％以下であり、さらに好ましくは１９．０％以下である。
Ｃｒは、ステンレス鋼の特徴である耐食性、耐水蒸気酸化性を向上させるのに有効な重要元素である。Ｃｒ含有量が１６．０％未満では、たとえＡｌを適量含有していても高温水蒸気中で十分保護性のある酸化皮膜を生成できず、均熱保持中には剥離が生じなくても、昇降温が繰り返されると剥離してしまい、十分な耐水蒸気酸化性が得られない。一方、Ｃｒは含有量が２５．０％を超えると、ＦｅとＣｒを主体とした第二相（σ相）が析出し、耐水蒸気酸化性の低下を招くため、Ｃｒ含有量の上限は２５．０％とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは１７．０％以上であり、より好ましくは１８．０％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは２１．０％以下であり、より好ましくは２０．０％以下であり、さらに好ましくは１９．０％以下である。
【0036】
Ｎｂ：０．３０％超０．８０％以下
Ｎｂは、ＣおよびＮと炭窒化物を形成してＣおよびＮを固定し、溶接部の耐水蒸気酸化性を高める作用を有する本発明に重要な元素である。Ｎｂ含有量が０．３０％以下であると、溶接時に大気中のＮとＡｌが反応し、ＡｌＮとして鋼中に析出することで、Ａｌの耐水蒸気酸化性向上効果、特に水蒸気中での酸化皮膜の保護性を減じてしまう。一方で、０．３０％を超えてＮｂを含有した場合は、Ａｌよりも優先的にＮｂがＮと結び付き、ＮｂＮとして析出するため、ＡｌＮの析出を抑制できる。更に、ＮｂＮは、ＡｌＮに比べると微細であるため、溶接部の結晶粒粗大化を抑制することもできる。ＮｂＮの析出が十分でなく、溶接部の結晶粒が粗大化すると、高温に曝された際に、Ａｌの拡散経路となる粒界が少なくなるため、保護性が高いＡｌ２Ｏ３の形成を遅滞させてしまい、たとえ高温水蒸気中で均熱保持中に酸化皮膜が剥離しなくても、昇降温が繰り返された場合に酸化皮膜が剥離してしまう。そのため、本発明では０．３０％を超えてＮｂを含有するものとする。しかし、０．８０％を超えるＮｂの含有は、鋼を硬質化し加工性が低下する。よって、Ｎｂ含有量は０．３０％超０．８０％以下とする。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．４０％以上であり、より好ましくは０．４５％以上である。また、Ｎｂ含有量は、好ましくは０．７０％未満であり、より好ましくは０．６０％未満である。
Ｎｂは、ＣおよびＮと炭窒化物を形成してＣおよびＮを固定し、溶接部の耐水蒸気酸化性を高める作用を有する本発明に重要な元素である。Ｎｂ含有量が０．３０％以下であると、溶接時に大気中のＮとＡｌが反応し、ＡｌＮとして鋼中に析出することで、Ａｌの耐水蒸気酸化性向上効果、特に水蒸気中での酸化皮膜の保護性を減じてしまう。一方で、０．３０％を超えてＮｂを含有した場合は、Ａｌよりも優先的にＮｂがＮと結び付き、ＮｂＮとして析出するため、ＡｌＮの析出を抑制できる。更に、ＮｂＮは、ＡｌＮに比べると微細であるため、溶接部の結晶粒粗大化を抑制することもできる。ＮｂＮの析出が十分でなく、溶接部の結晶粒が粗大化すると、高温に曝された際に、Ａｌの拡散経路となる粒界が少なくなるため、保護性が高いＡｌ２Ｏ３の形成を遅滞させてしまい、たとえ高温水蒸気中で均熱保持中に酸化皮膜が剥離しなくても、昇降温が繰り返された場合に酸化皮膜が剥離してしまう。そのため、本発明では０．３０％を超えてＮｂを含有するものとする。しかし、０．８０％を超えるＮｂの含有は、鋼を硬質化し加工性が低下する。よって、Ｎｂ含有量は０．３０％超０．８０％以下とする。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．４０％以上であり、より好ましくは０．４５％以上である。また、Ｎｂ含有量は、好ましくは０．７０％未満であり、より好ましくは０．６０％未満である。
【0037】
本発明のフェライト系ステンレス鋼では、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる。
【0038】
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、上記必須成分に加えて、さらに、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｓｎのうちから選ばれる１種または２種以上を、下記の範囲で含有することができる。
【0039】
Ｎｉ：０．０５～１．００％
Ｎｉは、鋼の靭性および耐酸化性を向上させる元素である。これらの効果を得るためには、Ｎｉ含有量は０．０５％以上とする。しかし、Ｎｉは、強力なγ相形成元素であるため、１．００％を超える過剰なＮｉの含有は、高温でγ相を生成し、耐酸化性を低下させる。よって、Ｎｉを含有する場合は、Ｎｉ含有量は０．０５～１．００％とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは０．３０％未満であり、より好ましくは０．２０％未満である。
Ｎｉは、鋼の靭性および耐酸化性を向上させる元素である。これらの効果を得るためには、Ｎｉ含有量は０．０５％以上とする。しかし、Ｎｉは、強力なγ相形成元素であるため、１．００％を超える過剰なＮｉの含有は、高温でγ相を生成し、耐酸化性を低下させる。よって、Ｎｉを含有する場合は、Ｎｉ含有量は０．０５～１．００％とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは０．３０％未満であり、より好ましくは０．２０％未満である。
【0040】
Ｃｕ：０．０１～２．００％
Ｃｕは、鋼の耐食性を向上させる効果を有する元素であり、必要に応じて含有することができる。その効果は０．０１％以上のＣｕの含有で得られる。一方で２．００％を超えてＣｕを含有すると、酸化スケールが剥離しやすくなり、耐酸化性が低下する。そのため、Ｃｕを含有する場合は、Ｃｕ含有量は０．０１～２．００％とする。Ｃｕ含有量は、好ましくは０．３０％以上であり、より好ましくは１．００％以上である。また、Ｃｕ含有量は、好ましくは１．５０％以下である。
Ｃｕは、鋼の耐食性を向上させる効果を有する元素であり、必要に応じて含有することができる。その効果は０．０１％以上のＣｕの含有で得られる。一方で２．００％を超えてＣｕを含有すると、酸化スケールが剥離しやすくなり、耐酸化性が低下する。そのため、Ｃｕを含有する場合は、Ｃｕ含有量は０．０１～２．００％とする。Ｃｕ含有量は、好ましくは０．３０％以上であり、より好ましくは１．００％以上である。また、Ｃｕ含有量は、好ましくは１．５０％以下である。
【0041】
Ｍｏ：０．３～３．０％
Ｍｏは、鋼の耐食性と高温強度を向上させる元素である。その効果は０．３％以上のＭｏの含有で得られる。一方、３．０％を超える過剰なＭｏの含有は、鋼を硬質化させて加工性を低下させてしまう。よって、Ｍｏを含有する場合は、Ｍｏ含有量は０．３～３．０％とする。Ｍｏ含有量は、好ましくは１．０％以上であり、より好ましくは２．０％超えである。また、Ｍｏ含有量は、好ましくは２．５％以下である。
Ｍｏは、鋼の耐食性と高温強度を向上させる元素である。その効果は０．３％以上のＭｏの含有で得られる。一方、３．０％を超える過剰なＭｏの含有は、鋼を硬質化させて加工性を低下させてしまう。よって、Ｍｏを含有する場合は、Ｍｏ含有量は０．３～３．０％とする。Ｍｏ含有量は、好ましくは１．０％以上であり、より好ましくは２．０％超えである。また、Ｍｏ含有量は、好ましくは２．５％以下である。
【0042】
Ｗ：０．０１～３．００％
Ｗは、Ｍｏと同様に高温強度を大きく向上させる元素である。この効果は０．０１％以上のＷの含有で得られる。一方、３．００％を超えるＷの過剰な含有は鋼を著しく硬質化するのみならず、製造時の焼鈍工程において強固なスケールが生成するため、酸洗時の脱スケールが困難になる。よって、Ｗを含有する場合は、Ｗ含有量は０．０１～３．００％とする。Ｗ含有量は、好ましくは０．３０％以上であり、より好ましくは１．００％以上である。また、Ｗ含有量は、好ましくは２．００％以下であり、より好ましくは１．５０％以下である。
Ｗは、Ｍｏと同様に高温強度を大きく向上させる元素である。この効果は０．０１％以上のＷの含有で得られる。一方、３．００％を超えるＷの過剰な含有は鋼を著しく硬質化するのみならず、製造時の焼鈍工程において強固なスケールが生成するため、酸洗時の脱スケールが困難になる。よって、Ｗを含有する場合は、Ｗ含有量は０．０１～３．００％とする。Ｗ含有量は、好ましくは０．３０％以上であり、より好ましくは１．００％以上である。また、Ｗ含有量は、好ましくは２．００％以下であり、より好ましくは１．５０％以下である。
【0043】
Ｔｉ：０．００５～０．３００％
Ｔｉは、ＣやＮと結び付き、ＡｌがＮと結び付いてＡｌＮとなることを防ぐことで耐酸化性を高める効果を有する元素である。Ｔｉを含有することにより、溶接時にＴｉがＮｂよりも更に優先的にＮと結びつき、ＴｉＮとして鋼中に析出する。その効果はＴｉの０．００５％以上の含有で得られる。しかしＴｉＮは、ＮｂＮに比べて粗大であり、ＮｂＮのように溶接部の結晶粒粗大化を抑制する効果は小さく、０．３００％を超えるＴｉの含有は、粗大なＴｉＮを生じさせ鋼の靭性低下を招く。よって、Ｔｉを含有する場合は、Ｔｉ含有量を０．００５～０．３００％とする。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．２００％未満であり、さらに好ましくは０．０５０％以下である。
Ｔｉは、ＣやＮと結び付き、ＡｌがＮと結び付いてＡｌＮとなることを防ぐことで耐酸化性を高める効果を有する元素である。Ｔｉを含有することにより、溶接時にＴｉがＮｂよりも更に優先的にＮと結びつき、ＴｉＮとして鋼中に析出する。その効果はＴｉの０．００５％以上の含有で得られる。しかしＴｉＮは、ＮｂＮに比べて粗大であり、ＮｂＮのように溶接部の結晶粒粗大化を抑制する効果は小さく、０．３００％を超えるＴｉの含有は、粗大なＴｉＮを生じさせ鋼の靭性低下を招く。よって、Ｔｉを含有する場合は、Ｔｉ含有量を０．００５～０．３００％とする。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．２００％未満であり、さらに好ましくは０．０５０％以下である。
【0044】
Ｚｒ：０．００５～０．３００％
Ｚｒは、耐酸化性を向上させる元素であり、本発明では、必要に応じて含有することができる。この効果を得るためには、Ｚｒ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｚｒ含有量が０．３００％を超えると、Ｚｒ金属間化合物が析出して、鋼を脆化させる。よって、Ｚｒを含有する場合は、Ｚｒ含有量は０．００５～０．３００％とする。
Ｚｒは、耐酸化性を向上させる元素であり、本発明では、必要に応じて含有することができる。この効果を得るためには、Ｚｒ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｚｒ含有量が０．３００％を超えると、Ｚｒ金属間化合物が析出して、鋼を脆化させる。よって、Ｚｒを含有する場合は、Ｚｒ含有量は０．００５～０．３００％とする。
【0045】
Ｖ：０．０１～０．５０％
Ｖは、鋼の加工性向上に有効な元素であるとともに、耐酸化性の向上にも有効な元素である。Ｖを添加することにより、Ｖが鋼中のＮと結びついて、ＡｌがＮと結びついて粗大な窒化物となることを抑制する。Ａｌが粗大なＡｌＮを形成すると、本発明で重要な優れた耐水蒸気酸化性が得られなくなる。このような効果は、Ｖ含有量が０．０１％以上で顕著となる。しかし、０．５０％を超える過剰なＶの含有は、粗大なＶ（Ｃ，Ｎ）の析出を招き、靭性を低下させる。よって、Ｖを含有する場合は、Ｖ含有量は０．０１～０．５０％とする。Ｖ含有量は、好ましくは０．０５％以上である。また、Ｖ含有量は、好ましくは０．１０％以下である。
Ｖは、鋼の加工性向上に有効な元素であるとともに、耐酸化性の向上にも有効な元素である。Ｖを添加することにより、Ｖが鋼中のＮと結びついて、ＡｌがＮと結びついて粗大な窒化物となることを抑制する。Ａｌが粗大なＡｌＮを形成すると、本発明で重要な優れた耐水蒸気酸化性が得られなくなる。このような効果は、Ｖ含有量が０．０１％以上で顕著となる。しかし、０．５０％を超える過剰なＶの含有は、粗大なＶ（Ｃ，Ｎ）の析出を招き、靭性を低下させる。よって、Ｖを含有する場合は、Ｖ含有量は０．０１～０．５０％とする。Ｖ含有量は、好ましくは０．０５％以上である。また、Ｖ含有量は、好ましくは０．１０％以下である。
【0046】
Ｃｏ：０．０１～０．５０％
Ｃｏは、鋼の靭性向上に有効な元素として知られている。さらに、本発明ではＡｌ含有により増加した熱膨張係数を低減して、熱疲労特性を向上させる効果も有する。これらの効果を得るためには、Ｃｏ含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。一方、０．５０％を超える過剰なＣｏの含有は鋼の靭性を却って低下させるのみならず、加工性を低下させる。よって、Ｃｏを含有する場合は、Ｃｏ含有量は０．０１～０．５０％とする。Ｃｏ含有量は、好ましくは０．０３％以上である。また、Ｃｏ含有量は、好ましくは０．３０％未満であり、さらに好ましくは０．１０％未満である。
Ｃｏは、鋼の靭性向上に有効な元素として知られている。さらに、本発明ではＡｌ含有により増加した熱膨張係数を低減して、熱疲労特性を向上させる効果も有する。これらの効果を得るためには、Ｃｏ含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。一方、０．５０％を超える過剰なＣｏの含有は鋼の靭性を却って低下させるのみならず、加工性を低下させる。よって、Ｃｏを含有する場合は、Ｃｏ含有量は０．０１～０．５０％とする。Ｃｏ含有量は、好ましくは０．０３％以上である。また、Ｃｏ含有量は、好ましくは０．３０％未満であり、さらに好ましくは０．１０％未満である。
【0047】
Ｓｂ：０．０１～０．５０％
Ｓｂは、鋼の靭性を向上させる効果を有する元素であり、本発明のように合金元素が多い場合、合金元素が多くなるほど鋼の靭性が低下し、部品への加工時等に割れが生じてしまう場合があるため、必要に応じて含有させる。前記効果は０．０１％以上のＳｂの含有で得られる。一方、０．５０％を超えるＳｂの過剰な含有は却って靭性を低下させるため、Ｓｂ含有量は０．５０％を上限とする。よって、Ｓｂを含有する場合は、Ｓｂ含有量は０．０１～０．５０％とする。Ｓｂ含有量は、好ましくは０．０３％以上である。また、Ｓｂ含有量は、好ましくは０．３０％以下である。
Ｓｂは、鋼の靭性を向上させる効果を有する元素であり、本発明のように合金元素が多い場合、合金元素が多くなるほど鋼の靭性が低下し、部品への加工時等に割れが生じてしまう場合があるため、必要に応じて含有させる。前記効果は０．０１％以上のＳｂの含有で得られる。一方、０．５０％を超えるＳｂの過剰な含有は却って靭性を低下させるため、Ｓｂ含有量は０．５０％を上限とする。よって、Ｓｂを含有する場合は、Ｓｂ含有量は０．０１～０．５０％とする。Ｓｂ含有量は、好ましくは０．０３％以上である。また、Ｓｂ含有量は、好ましくは０．３０％以下である。
【0048】
Ｓｎ：０．０１～０．５０％
Ｓｎは、鋼の耐食性や高温強度を向上させる効果を有する元素であり、必要に応じて含有させる。その効果は０．０１％以上のＳｎの含有で得られる。一方、０．５０％を超えるＳｎの過剰な含有は鋼の加工性を低下させるため、Ｓｎ含有量は０．５０％を上限とする。よって、Ｓｎを含有する場合は、Ｓｎ含有量は０．０１～０．５０％とする。Ｓｎ含有量は、好ましくは０．０３％以上である。また、Ｓｎ含有量は、好ましくは０．３０％以下である。
Ｓｎは、鋼の耐食性や高温強度を向上させる効果を有する元素であり、必要に応じて含有させる。その効果は０．０１％以上のＳｎの含有で得られる。一方、０．５０％を超えるＳｎの過剰な含有は鋼の加工性を低下させるため、Ｓｎ含有量は０．５０％を上限とする。よって、Ｓｎを含有する場合は、Ｓｎ含有量は０．０１～０．５０％とする。Ｓｎ含有量は、好ましくは０．０３％以上である。また、Ｓｎ含有量は、好ましくは０．３０％以下である。
【0049】
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、さらに、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇのうちから選ばれる１種または２種以上を、下記の範囲で含有することができる。
【0050】
Ｂ：０．０００２～０．００５０％
Ｂは、鋼の加工性、特に二次加工性を向上させるために有効な元素である。このような効果は、０．０００２％以上のＢの含有で得ることができる。一方、０．００５０％を超える過剰なＢの含有は、ＢＮを生成して加工性を低下させる。よって、Ｂを含有する場合は、Ｂ含有量は０．０００２～０．００５０％とする。Ｂ含有量は、好ましくは０．０００５％以上である。また、Ｂ含有量は、好ましくは０．００２０％以下であり、より好ましくは０．００１０％以下である。
Ｂは、鋼の加工性、特に二次加工性を向上させるために有効な元素である。このような効果は、０．０００２％以上のＢの含有で得ることができる。一方、０．００５０％を超える過剰なＢの含有は、ＢＮを生成して加工性を低下させる。よって、Ｂを含有する場合は、Ｂ含有量は０．０００２～０．００５０％とする。Ｂ含有量は、好ましくは０．０００５％以上である。また、Ｂ含有量は、好ましくは０．００２０％以下であり、より好ましくは０．００１０％以下である。
【0051】
Ｃａ：０．０００２～０．００５０％
Ｃａは、連続鋳造の際に発生しやすい介在物析出によるノズルの閉塞を防止するのに有効な成分である。Ｃａ含有量が０．０００２％以上でその効果が得られる。一方、表面欠陥を発生させず良好な表面性状を得るためには、Ｃａ含有量は０．００５０％以下とすることが好ましい。よって、Ｃａを含有する場合は、Ｃａ含有量は０．０００２～０．００５０％とする。Ｃａ含有量は、好ましくは０．０００５％以上である。また、Ｃａ含有量は、好ましくは０．００３０％以下であり、より好ましくは０．００２０％以下である。
Ｃａは、連続鋳造の際に発生しやすい介在物析出によるノズルの閉塞を防止するのに有効な成分である。Ｃａ含有量が０．０００２％以上でその効果が得られる。一方、表面欠陥を発生させず良好な表面性状を得るためには、Ｃａ含有量は０．００５０％以下とすることが好ましい。よって、Ｃａを含有する場合は、Ｃａ含有量は０．０００２～０．００５０％とする。Ｃａ含有量は、好ましくは０．０００５％以上である。また、Ｃａ含有量は、好ましくは０．００３０％以下であり、より好ましくは０．００２０％以下である。
【0052】
Ｍｇ：０．０００２～０．００５０％
Ｍｇは、スラブの等軸晶率を向上させ、加工性や靭性の向上に有効な元素である。本発明のようにＮｂを含有する鋼においては、ＭｇはＮｂの炭窒化物の粗大化を抑制する効果も有する。その効果は０．０００２％以上のＭｇの含有で得られる。Ｎｂ炭窒化物が粗大化すると、Ｎｂの鋼中固溶量が低下するため、熱疲労特性の低下に繋がる。一方、Ｍｇ含有量が０．００５０％超えとなると、鋼の表面性状を悪化させるおそれがある。よって、Ｍｇを含有する場合は、Ｍｇ含有量は０．０００２～０．００５０％とする。Ｍｇ含有量は、好ましくは０．０００４％以上である。また、Ｍｇ含有量は、好ましくは０．００３０％以下であり、より好ましくは０．００２０％以下である。
Ｍｇは、スラブの等軸晶率を向上させ、加工性や靭性の向上に有効な元素である。本発明のようにＮｂを含有する鋼においては、ＭｇはＮｂの炭窒化物の粗大化を抑制する効果も有する。その効果は０．０００２％以上のＭｇの含有で得られる。Ｎｂ炭窒化物が粗大化すると、Ｎｂの鋼中固溶量が低下するため、熱疲労特性の低下に繋がる。一方、Ｍｇ含有量が０．００５０％超えとなると、鋼の表面性状を悪化させるおそれがある。よって、Ｍｇを含有する場合は、Ｍｇ含有量は０．０００２～０．００５０％とする。Ｍｇ含有量は、好ましくは０．０００４％以上である。また、Ｍｇ含有量は、好ましくは０．００３０％以下であり、より好ましくは０．００２０％以下である。
【0053】
なお、上記任意成分として説明したＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇの含有量が下限値未満の場合、その成分は不可避的不純物として含まれるものとする。
【0054】
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼の製造方法について説明する。
【0055】
本発明のフェライト系ステンレス鋼の製造方法は、基本的にフェライト系ステンレス鋼の通常の製造方法であれば好適に用いることができ、特に限定されるものではない。例えば、転炉または電気炉等の公知の溶解炉で鋼を溶製し、あるいはさらに取鍋精錬または真空精錬等の二次精錬を経て上述した本発明の成分組成を有する鋼とし、連続鋳造法あるいは造塊－分塊圧延法で鋼片（スラブ）とする。その後、熱間圧延、熱延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上げ焼鈍および酸洗等の各工程を経て冷延焼鈍板とする製造工程で製造することができる。上記冷間圧延は、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延としてもよく、また、冷間圧延、仕上げ焼鈍および酸洗の各工程は、繰り返して行ってもよい。さらに、熱延板焼鈍は省略してもよく、鋼板の表面光沢や粗度調整が要求される場合には、冷間圧延後あるいは仕上げ焼鈍後、スキンパス圧延を施してもよい。また、適用箇所等によっては熱延焼鈍板をそのまま用いることも可能である。
【0056】
上記製造方法における、好ましい製造条件について説明する。
【0057】
鋼を溶製する製鋼工程は、転炉あるいは電気炉等で溶解した鋼をＶＯＤ法等により二次精錬し、上記必須成分および必要に応じて添加される成分を含有する鋼とすることが好ましい。溶製した溶鋼は、公知の方法で鋼素材とすることができるが、生産性および品質面からは、連続鋳造法によることが好ましい。鋼素材は、その後、好ましくは１０５０～１２５０℃に加熱され、熱間圧延により所望の板厚（３ｍｍ～６ｍｍ）の熱延板とされる。もちろん、板材以外に熱間加工することもできる。上記熱延板は、その後必要に応じて９００～１１５０℃の温度で連続焼鈍を施し熱延焼鈍板とした後、酸洗等により脱スケールし、熱延製品とすることが好ましい。上記焼鈍は省略しても良い。なお、必要に応じて、酸洗前にショットブラストやブラシ研削によりスケール除去してもよい。
【0058】
さらに、上記熱延焼鈍板または熱延板を、冷間圧延等の工程を経て板厚０．３ｍｍ～３ｍｍの冷延製品としてもよい。この場合の冷間圧延は、１回でもよいが、生産性や要求品質向上の観点から中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延としてもよい。１回または２回以上の冷間圧延の総圧下率は、４０％以上が好ましく、より好ましくは５０％以上であり、さらに好ましくは６０％以上である。冷間圧延した鋼板は、その後、好ましくは９００～１１５０℃、さらに好ましくは９５０～１１００℃の温度で連続焼鈍（仕上げ焼鈍）し、酸洗し、冷延製品とすることが好ましい。さらに適用箇所等によっては、仕上げ焼鈍後、スキンパス圧延等を施して、鋼板の形状、表面粗度および材質の調整を行ってもよい。上記酸洗前にはブラシ研削を行っても良い。また、仕上げ焼鈍は還元雰囲気（例えば２５ｖｏｌ％Ｎ２－７５ｖｏｌ％Ｈ２）で行い、酸洗などの脱スケール工程を省略しても良い。
【0059】
上記のようにして得た熱延製品あるいは冷延製品は、その後、切断や曲げ加工、穴あけ加工等の加工を施して、加熱炉や焼却炉等の各種の炉の炉壁に使用できる。その際の固定方法は、ボルトによる締結も可能であり、溶接することも可能である。これらの部材を溶接する方法は、特に限定されるものではない。溶接方法としては、ＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）、ＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｇａｓ）、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）等の通常のアーク溶接を適用できる。また、スポット溶接、シーム溶接等の抵抗溶接、および電縫溶接などの高周波抵抗溶接、高周波誘導溶接等、レーザー溶接を適用してもよい。本発明のフェライト系ステンレス鋼は、溶接部においても耐水蒸気酸化性に優れるため、炉内壁等の炉壁用途に好適に用いられる。本発明のフェライト系ステンレス鋼は、燃焼炉や焼却炉などのように厳しい酸化環境での昇温と降温が繰り返される環境でも、優れた耐水蒸気酸化性を有する。
【実施例0060】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
【0061】
表１に示したＮｏ．１～３７の成分組成を有する鋼を真空溶解炉で溶製し、鋳造して５０ｋｇ鋼塊とし、１１７０℃で加熱後、熱間圧延により３５ｍｍ厚のシートバーとした。このシートバーから２００ｍｍ長を切り出し、１１５０℃に加熱後、熱間圧延により板厚４．５ｍｍの熱延板とし、１０００～１１５０℃の範囲の温度で焼鈍後、研削し熱延焼鈍板とした。続いて、圧下率６７％の冷間圧延を行い、１０００～１１５０℃の温度で仕上げ焼鈍を行った後、板厚が１．５ｍｍの冷延焼鈍板とした。研磨によって表面の酸化スケールを除去した後、ＴＩＧでビードオンプレート溶接を行った。このとき、電極間距離は２ｍｍ、トーチ角度は６０°、裏ガスシールドは１００％Ａｒを用い、溶接速度６０ｃｍ／ｍｉｎで溶接を行った。電流と電圧は各鋼についてビード形状を確認しながら適宜調節した。この溶接材を酸化試験に供した。なお、参考として、ＳＵＳ３１０Ｓ（Ｎｏ．２４）についても、上記と同様にして、冷延焼鈍板を作製し、ＴＩＧ溶接後に酸化試験に供した。焼鈍温度については、上記温度範囲内で組織を確認しながら各鋼について温度を決定した。
【0062】
＜耐水蒸気酸化試験１＞
上記のようにして得た溶接材から、溶接部を含むように３０ｍｍ×２０ｍｍの試験片を切り出した。この際、溶接部は、試験片の３０ｍｍ方向の中央において、試験片の２０ｍｍ方向に延在するように位置するものとした。試験片の３０ｍｍ方向の上部に４ｍｍφの穴をあけ、脱脂後、試験片を６００℃、７００℃、８００℃、９００℃にそれぞれ加熱保持した８０ｖｏｌ％Ｎ２－２０ｖｏｌ％Ｈ２Ｏ（露点＋６０℃、流量０．５Ｌ／ｍｉｎ・枚）雰囲気の炉内に吊り下げた。そして、それぞれ１００時間保持する試験を行った。試験後、試験片の重量を測定し、予め測定しておいた試験前の試験片の重量との差を求め、酸化増量（ｇ／ｍ２）を算出した。なお、酸化増量には剥離した酸化スケール分は含めず、酸化スケールの剥離の有無は目視によって確認した。耐水蒸気酸化性を以下のように評価した。
上記のようにして得た溶接材から、溶接部を含むように３０ｍｍ×２０ｍｍの試験片を切り出した。この際、溶接部は、試験片の３０ｍｍ方向の中央において、試験片の２０ｍｍ方向に延在するように位置するものとした。試験片の３０ｍｍ方向の上部に４ｍｍφの穴をあけ、脱脂後、試験片を６００℃、７００℃、８００℃、９００℃にそれぞれ加熱保持した８０ｖｏｌ％Ｎ２－２０ｖｏｌ％Ｈ２Ｏ（露点＋６０℃、流量０．５Ｌ／ｍｉｎ・枚）雰囲気の炉内に吊り下げた。そして、それぞれ１００時間保持する試験を行った。試験後、試験片の重量を測定し、予め測定しておいた試験前の試験片の重量との差を求め、酸化増量（ｇ／ｍ２）を算出した。なお、酸化増量には剥離した酸化スケール分は含めず、酸化スケールの剥離の有無は目視によって確認した。耐水蒸気酸化性を以下のように評価した。
【0063】
［耐水蒸気酸化性判定基準１］
○：６００℃、７００℃、８００℃、９００℃の全ての温度で、異常酸化（酸化増量≧５０ｇ／ｍ２）が発生せず、かつスケール剥離も生じなかったもの
△：６００℃、７００℃、８００℃、９００℃の全ての温度で、異常酸化は発生しなかったが、前記温度のいずれかの温度で、スケール剥離が生じたもの
×：６００℃、７００℃、８００℃、９００℃のいずれかの温度で、異常酸化（酸化増量≧５０ｇ／ｍ２）が発生したもの
得られた結果を表１に示す。○を合格（耐水蒸気酸化性に優れる）とし、△と×を不合格とした。
○：６００℃、７００℃、８００℃、９００℃の全ての温度で、異常酸化（酸化増量≧５０ｇ／ｍ２）が発生せず、かつスケール剥離も生じなかったもの
△：６００℃、７００℃、８００℃、９００℃の全ての温度で、異常酸化は発生しなかったが、前記温度のいずれかの温度で、スケール剥離が生じたもの
×：６００℃、７００℃、８００℃、９００℃のいずれかの温度で、異常酸化（酸化増量≧５０ｇ／ｍ２）が発生したもの
得られた結果を表１に示す。○を合格（耐水蒸気酸化性に優れる）とし、△と×を不合格とした。
【0064】
＜耐水蒸気酸化試験２＞
上記の耐水蒸気酸化試験１において、異常酸化も酸化スケールの剥離も生じなかったもの（判定○のもの）について、引き続き試験片を６００℃、７００℃、８００℃、９００℃にそれぞれ加熱保持した８０ｖｏｌ％Ｎ２－２０ｖｏｌ％Ｈ２Ｏ（露点＋６０℃、流量０．５Ｌ／ｍｉｎ・枚）雰囲気の炉内に３０分保持した後に、室温の大気中に取り出し３０分で２００℃まで降温する昇降温の工程を１サイクルとして、２００サイクル繰り返す試験を行った。試験後、試験片の酸化スケールの剥離の有無を目視によって確認し、耐水蒸気酸化性を以下のように評価した。
上記の耐水蒸気酸化試験１において、異常酸化も酸化スケールの剥離も生じなかったもの（判定○のもの）について、引き続き試験片を６００℃、７００℃、８００℃、９００℃にそれぞれ加熱保持した８０ｖｏｌ％Ｎ２－２０ｖｏｌ％Ｈ２Ｏ（露点＋６０℃、流量０．５Ｌ／ｍｉｎ・枚）雰囲気の炉内に３０分保持した後に、室温の大気中に取り出し３０分で２００℃まで降温する昇降温の工程を１サイクルとして、２００サイクル繰り返す試験を行った。試験後、試験片の酸化スケールの剥離の有無を目視によって確認し、耐水蒸気酸化性を以下のように評価した。
【0065】
［耐水蒸気酸化性判定基準２］
○：６００℃、７００℃、８００℃、９００℃の全ての温度で、酸化スケールの剥離が生じなかったもの
△：６００℃、７００℃、８００℃、９００℃のいずれかの温度で酸化スケール剥離が生じたもの
得られた結果を表１に示す。○を合格（耐水蒸気酸化性に優れる）とし、△を不合格とした。
○：６００℃、７００℃、８００℃、９００℃の全ての温度で、酸化スケールの剥離が生じなかったもの
△：６００℃、７００℃、８００℃、９００℃のいずれかの温度で酸化スケール剥離が生じたもの
得られた結果を表１に示す。○を合格（耐水蒸気酸化性に優れる）とし、△を不合格とした。
【0066】
上記耐水蒸気酸化試験１および耐水蒸気酸化試験２の両方で判定〇のものを、耐水蒸気酸化性により優れると評価し、総合評価：合格とした。
【0067】
【表1】
【0068】
表１より、本発明例の鋼Ｎｏ．１、２、４、５、７、９、１１～１４、１６～２３、３１～３５は、いずれも６００～９００℃の耐水蒸気酸化試験１および２において異常酸化も酸化スケールの剥離も起こらず、耐水蒸気酸化性により優れていた。本発明例の鋼は、酸化スケールの剥離が生じたＳＵＳ３１０Ｓ（鋼Ｎｏ．２４）より優れた耐水蒸気酸化性を示した。
【0069】
一方、鋼Ｎｏ．３はＡｌ含有量が２．００％未満であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の９００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
鋼Ｎｏ．６はＣｒ含有量が１６．０％未満であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の６００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
鋼Ｎｏ．８はＡｌ含有量が２．００％未満であり、またＮｂ含有量が０．３０％以下であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の９００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
鋼Ｎｏ．１０はＡｌ含有量が２．００％未満であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の９００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
鋼Ｎｏ．１５はＡｌ含有量が２．００％未満であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の９００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
鋼Ｎｏ．２５は、Ｓｉ含有量が２．００％超えであり、耐水蒸気酸化試験１の６００℃で酸化スケールの剥離が生じたため不合格となった。
鋼Ｎｏ．２６は、Ｍｎ含有量が１．３０％超えであり、耐水蒸気酸化試験１の６００℃で異常酸化が発生し不合格となった。
鋼Ｎｏ．２７は、Ａｌが０．２５％未満であり、耐水蒸気酸化試験１の６００℃と９００℃において異常酸化が発生し不合格となった。
鋼Ｎｏ．２８は、Ｃｒ含有量が１２．０％未満であり、耐水蒸気酸化試験１の６００～９００℃全ての温度において異常酸化が発生し不合格となった。
鋼Ｎｏ．２９、３０は、Ｎｂ含有量が０．２０％未満であり、耐水蒸気酸化試験１の６００℃において異常酸化が発生し不合格となった。
鋼Ｎｏ．３６は、Ａｌ含有量が２．００％未満であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の９００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
鋼Ｎｏ．３７は、Ｎｂ含有量が０．３０％以下であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の６００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
鋼Ｎｏ．６はＣｒ含有量が１６．０％未満であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の６００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
鋼Ｎｏ．８はＡｌ含有量が２．００％未満であり、またＮｂ含有量が０．３０％以下であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の９００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
鋼Ｎｏ．１０はＡｌ含有量が２．００％未満であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の９００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
鋼Ｎｏ．１５はＡｌ含有量が２．００％未満であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の９００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
鋼Ｎｏ．２５は、Ｓｉ含有量が２．００％超えであり、耐水蒸気酸化試験１の６００℃で酸化スケールの剥離が生じたため不合格となった。
鋼Ｎｏ．２６は、Ｍｎ含有量が１．３０％超えであり、耐水蒸気酸化試験１の６００℃で異常酸化が発生し不合格となった。
鋼Ｎｏ．２７は、Ａｌが０．２５％未満であり、耐水蒸気酸化試験１の６００℃と９００℃において異常酸化が発生し不合格となった。
鋼Ｎｏ．２８は、Ｃｒ含有量が１２．０％未満であり、耐水蒸気酸化試験１の６００～９００℃全ての温度において異常酸化が発生し不合格となった。
鋼Ｎｏ．２９、３０は、Ｎｂ含有量が０．２０％未満であり、耐水蒸気酸化試験１の６００℃において異常酸化が発生し不合格となった。
鋼Ｎｏ．３６は、Ａｌ含有量が２．００％未満であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の９００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
鋼Ｎｏ．３７は、Ｎｂ含有量が０．３０％以下であり、耐水蒸気酸化試験１は合格したが、耐水蒸気酸化試験２の６００℃において酸化スケールの剥離が生じた。
【産業上の利用可能性】
【0070】
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、加熱炉、焼却炉等の各種の炉の炉壁、特に高温の水蒸気を含む雰囲気となる炉の内壁として好適である。