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特開2024-4273黒色ステンレス鋼材及びその製造方法、黒色化熱処理用ステンレス鋼材及びその製造方法、並びに加工品
(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】P2024004273
(43)【公開日】2024-01-16
(54)【発明の名称】黒色ステンレス鋼材及びその製造方法、黒色化熱処理用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 8/14 20060101AFI20240109BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20240109BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20240109BHJP
C23C 8/18 20060101ALI20240109BHJP
C21D 9/46 20060101ALN20240109BHJP
【ＦＩ】
C23C8/14
C22C38/00 302Z
C22C38/60
C23C8/18
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 2022103862
(22)【出願日】2022-06-28
(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
4K037EA10
4K037EA12
4K037EA13
4K037EA15
4K037EA17
4K037EA18
4K037EA19
4K037EA20
4K037EA23
4K037EA25
4K037EA27
4K037EA31
4K037EA32
4K037EA33
4K037EA35
4K037EA36
4K037EB02
4K037EB06
4K037EB07
4K037EB08
4K037EB09
4K037FB00
4K037FF00
4K037FF03
4K037FG00
(57)【要約】
【課題】加工性に優れ、加工時に素地が露出し難く、加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が良好な黒色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黒色ステンレス鋼材である。素地は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有し、且つ平均結晶粒径が８０μｍ以下である。酸化皮膜は、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黒色ステンレス鋼材である。素地は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有し、且つ平均結晶粒径が８０μｍ以下である。酸化皮膜は、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黒色ステンレス鋼材であって、
前記素地は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有し、且つ平均結晶粒径が８０μｍ以下であり、
前記酸化皮膜は、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以内である黒色ステンレス鋼材。
前記素地は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有し、且つ平均結晶粒径が８０μｍ以下であり、
前記酸化皮膜は、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以内である黒色ステンレス鋼材。
【請求項2】
前記素地は、質量基準で、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１に記載の黒色ステンレス鋼材。
【請求項3】
前記酸化皮膜は、以下の特徴：
（ａ）Ｃｒ2Ｏ3内層の厚みが５０ｎｍ以上である
（ｂ）全体厚みが３００～１０００ｎｍである
から選択される１つ以上を有する、請求項１又は２に記載の黒色ステンレス鋼材。
（ａ）Ｃｒ2Ｏ3内層の厚みが５０ｎｍ以上である
（ｂ）全体厚みが３００～１０００ｎｍである
から選択される１つ以上を有する、請求項１又は２に記載の黒色ステンレス鋼材。
【請求項4】
質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有し、
Ｎｂ系析出物の分布数が１０個／ｍｍ2以上である黒色化熱処理用ステンレス鋼材。
Ｎｂ系析出物の分布数が１０個／ｍｍ2以上である黒色化熱処理用ステンレス鋼材。
【請求項5】
質量基準で、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４に記載の黒色化熱処理用ステンレス鋼材。
【請求項6】
請求項４又は５に記載の黒色化熱処理用ステンレス鋼材を、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、５００～９００℃の温度範囲を１５℃／秒以上の昇温速度及び９００～１０００℃の温度範囲を１０℃／秒以下の昇温速度で昇温し、９００～１１００℃の温度で３０～１２０秒の黒色化熱処理を行う黒色ステンレス鋼材の製造方法。
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、５００～９００℃の温度範囲を１５℃／秒以上の昇温速度及び９００～１０００℃の温度範囲を１０℃／秒以下の昇温速度で昇温し、９００～１１００℃の温度で３０～１２０秒の黒色化熱処理を行う黒色ステンレス鋼材の製造方法。
【請求項7】
質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有するスラブを熱間圧延して焼鈍及び酸洗した後、冷間圧延を行う黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法であって、
前記焼鈍後に、１１００～９００℃の温度範囲を３０℃／秒以下の速度で冷却する、黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法。
前記焼鈍後に、１１００～９００℃の温度範囲を３０℃／秒以下の速度で冷却する、黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法。
【請求項8】
前記スラブは、質量基準で、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７に記載の黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法。
【請求項9】
請求項１又は２に記載の黒色ステンレス鋼材の加工品であって、
加工部における素地露出面積率が１５％以下である加工品。
加工部における素地露出面積率が１５％以下である加工品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、黒色ステンレス鋼材及びその製造方法、黒色化熱処理用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】
黒色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。特許文献１などに記載された従来の黒色ステンレス鋼材は、加工性が十分とはいえないため、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又は剥離して素地が部分的に露出することがある。黒色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、加工性に優れ、加工時に素地が露出し難く、加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が良好な黒色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、黒色化熱処理によって上記のような特性を有する黒色ステンレス鋼材を製造することが可能な黒色化熱処理用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。
さらに、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、黒色化熱処理によって上記のような特性を有する黒色ステンレス鋼材を製造することが可能な黒色化熱処理用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。
さらに、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、黒色ステンレス鋼材について鋭意研究を行った結果、所定の組成及び平均結晶粒径を有する素地の表面に所定の特性を有する酸化皮膜を形成することにより、上記の問題を解決し得ることを見出した。また、本発明者らは、この黒色ステンレス鋼材が、所定の組成及び特性を有する黒色化熱処理用ステンレス鋼材を所定の条件で黒色化熱処理することによって製造され得ることを見出した。本発明は、これらの背景に基づいて完成されるに至ったものである。
【0007】
すなわち、本発明は、素地の表面に酸化皮膜を有する黒色ステンレス鋼材であって、
前記素地は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有し、且つ平均結晶粒径が８０μｍ以下であり、
前記酸化皮膜は、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以内である黒色ステンレス鋼材である。
前記素地は、質量基準で、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有し、且つ平均結晶粒径が８０μｍ以下であり、
前記酸化皮膜は、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以内である黒色ステンレス鋼材である。
【0008】
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％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有し、
Ｎｂ系析出物の分布数が１０個／ｍｍ2以上である黒色化熱処理用ステンレス鋼材である。
Ｎｂ系析出物の分布数が１０個／ｍｍ2以上である黒色化熱処理用ステンレス鋼材である。
【0009】
また、本発明は、前記黒色化熱処理用ステンレス鋼材を、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、５００～９００℃の温度範囲を１５℃／秒以上の昇温速度及び９００～１０００℃の温度範囲を１０℃／秒以下の昇温速度で昇温し、９００～１１００℃の温度で３０～１２０秒の黒色化熱処理を行う黒色ステンレス鋼材の製造方法である。
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、５００～９００℃の温度範囲を１５℃／秒以上の昇温速度及び９００～１０００℃の温度範囲を１０℃／秒以下の昇温速度で昇温し、９００～１１００℃の温度で３０～１２０秒の黒色化熱処理を行う黒色ステンレス鋼材の製造方法である。
【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％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有するスラブを熱間圧延して焼鈍及び酸洗した後、冷間圧延を行う黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法であって、
前記焼鈍後に、１１００～９００℃の温度範囲を３０℃／秒以下の速度で冷却する、黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法である。
前記焼鈍後に、１１００～９００℃の温度範囲を３０℃／秒以下の速度で冷却する、黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法である。
【0011】
さらに、本発明は、前記黒色ステンレス鋼材の加工品であって、
加工部における素地露出面積率が１５％以下である加工品である。
加工部における素地露出面積率が１５％以下である加工品である。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、加工性に優れ、加工時に素地が露出し難く、加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が良好な黒色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、黒色化熱処理によって上記のような特性を有する黒色ステンレス鋼材を製造することが可能な黒色化熱処理用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。
さらに、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、黒色化熱処理によって上記のような特性を有する黒色ステンレス鋼材を製造することが可能な黒色化熱処理用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。
さらに、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。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
【0014】
＜黒色ステンレス鋼材＞
本発明の実施形態に係る黒色ステンレス鋼材は、素地と、素地の表面に形成された酸化皮膜（黒色皮膜）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黒色ステンレス鋼材は、素地と、素地の表面に形成された酸化皮膜（黒色皮膜）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】
素地は、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有する。
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。また、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。また、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】
また、素地は、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種を更に含むことができる。
上記の各元素の含有量の限定理由を説明する。
上記の各元素の含有量の限定理由を説明する。
【0017】
（Ｃ：０．１００％以下）
Ｃは、黒色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、黒色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０．０００３％、好ましくは０．０００５％である。
Ｃは、黒色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、黒色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０．０００３％、好ましくは０．０００５％である。
【0018】
（Ｓｉ：１．００％以下）
Ｓｉは、黒色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、黒色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：０．０５～１．００％）
Ｍｎは、酸化皮膜（黒色皮膜）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。
【0020】
（Ｐ：０．１００％以下）
Ｐは、黒色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、黒色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、黒色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、黒色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：１６．００～２５．００％）
Ｃｒは、黒色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、黒色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、黒色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、黒色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。
【0023】
（Ｎｉ：１．００％以下）
Ｎｉは、黒色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、黒色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。
【0024】
（Ｃｕ：１．００％以下）
Ｃｕは、黒色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、黒色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。
【0025】
（Ｍｏ：２．００％以下）
Ｍｏは、黒色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、黒色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、黒色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、黒色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。
【0026】
（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、黒色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、黒色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。
【0027】
（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割れや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、黒色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割れや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、黒色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。
【0028】
（Ｎｂ：０．０５～０．５０％）
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。また、Ｎｂは、Ｎｂ系析出物（例えば、Ｎｂの炭窒化物）を形成し、そのピン止め効果によって結晶粒の粗大化を抑制（すなわち結晶粒を微細化）するのに有効な元素でもある。ただし、Ｎｂの含有量が多すぎると、黒色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、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。また、Ｎｂ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、Ｎｂの含有量の下限値は、０．０５％、好ましくは０．１０％、より好ましくは０．１５％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。また、Ｎｂは、Ｎｂ系析出物（例えば、Ｎｂの炭窒化物）を形成し、そのピン止め効果によって結晶粒の粗大化を抑制（すなわち結晶粒を微細化）するのに有効な元素でもある。ただし、Ｎｂの含有量が多すぎると、黒色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、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。また、Ｎｂ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、Ｎｂの含有量の下限値は、０．０５％、好ましくは０．１０％、より好ましくは０．１５％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、黒色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、黒色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、黒色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、黒色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、黒色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、黒色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、黒色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、黒色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。
【0031】
（Ｓｎ：０．１００％以下）
Ｓｎは、黒色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、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、黒色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、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、黒色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、黒色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、黒色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、黒色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】
素地は、平均結晶粒径が８０μｍ以下である。その限定理由を説明する。
黒色ステンレス鋼材の加工時における酸化皮膜の割れや剥離の原因は、黒色ステンレス鋼材の加工部に生じる結晶粒に沿った凹凸である。そのため、素地の平均結晶粒径を小さくすることにより、加工時に酸化皮膜の割れや剥離を抑制し、素地を露出し難くすることができる。このような効果を得る観点から、素地の平均結晶粒径を８０μｍ以下とする。素地の平均結晶粒径は、上記の効果を安定して得る観点から、７５μｍ以下であることが好ましく、７０μｍ以下であることがより好ましい。一方、素地の平均結晶粒径の下限値は、特に限定されないが、例えば１μｍ、好ましくは５μｍ、より好ましくは１０μｍである。
黒色ステンレス鋼材の加工時における酸化皮膜の割れや剥離の原因は、黒色ステンレス鋼材の加工部に生じる結晶粒に沿った凹凸である。そのため、素地の平均結晶粒径を小さくすることにより、加工時に酸化皮膜の割れや剥離を抑制し、素地を露出し難くすることができる。このような効果を得る観点から、素地の平均結晶粒径を８０μｍ以下とする。素地の平均結晶粒径は、上記の効果を安定して得る観点から、７５μｍ以下であることが好ましく、７０μｍ以下であることがより好ましい。一方、素地の平均結晶粒径の下限値は、特に限定されないが、例えば１μｍ、好ましくは５μｍ、より好ましくは１０μｍである。
【0034】
ここで、本明細書において、素地の平均結晶粒径は、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０１３に準じ、素地の金属組織を光学顕微鏡で観察することによって求めることができる。光学顕微鏡による観察は、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０１３に準じ、光学顕微鏡画像上の任意の位置に直線を引き、直線と結晶粒界との交点の数を計測し、平均切片長さを結晶粒径とする。結晶粒径の測定は、複数の視野にて２０本以上の直線を引いて計測することにより行い、それらの平均値を平均結晶粒径とする。
【0035】
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。
【0036】
酸化皮膜は、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。また、酸化皮膜は、Ｃｒ2Ｏ3内層の厚みが５０ｎｍ以上であること、及び／又は全体厚みが３００～１０００ｎｍであることが好ましい。これらの限定理由を説明する。
【0037】
（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、黒色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、黒色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、黒色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、黒色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。
【0038】
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。
【0039】
（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。
【0040】
（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。
【0041】
（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、黒色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、黒色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。
【0042】
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する。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。
【0043】
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。
【0044】
本発明の実施形態に係る黒色ステンレス鋼材は、上記のような特徴を有する素地及び酸化皮膜を有するため、加工性に優れ、加工時に素地が露出し難く、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黒色ステンレス鋼材は、様々な加工品の製造に用いるのに好適である。
【0045】
＜黒色化熱処理用ステンレス鋼材＞
本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材は、上記の黒色ステンレス鋼材を製造するための原材料として用いられる。すなわち、本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材は、黒色化熱処理することにより、上記の黒色ステンレス鋼材を製造することができる。
本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材は、上記の黒色ステンレス鋼材を製造するための原材料として用いられる。すなわち、本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材は、黒色化熱処理することにより、上記の黒色ステンレス鋼材を製造することができる。
【0046】
本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材は、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有する。
また、本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材は、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種を更に含むことができる。
なお、本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材の組成は、上記の黒色ステンレス鋼材の組成と基本的に同じであるため、その説明は省略する。
また、本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材は、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種を更に含むことができる。
なお、本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材の組成は、上記の黒色ステンレス鋼材の組成と基本的に同じであるため、その説明は省略する。
【0047】
本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材は、Ｎｂ系析出物の分布数が１０個／ｍｍ2以上である。この限定理由を説明する。
黒色化熱処理は、高温で長時間行われることが多いため、結晶粒が粗大化し易く、加工性が低下するとともに加工部の酸化皮膜の割れや剥離が生じ易い。そのため、黒色化熱処理が行われる材料には、黒色化熱処理が行われても微細な結晶粒が維持されていることが要求される。
そこで、本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材は、微細な結晶粒を維持する観点から、ピン止め効果によって結晶粒の粗大化を抑制するＮｂ系析出物を分布させている。
黒色化熱処理用ステンレス鋼材の加工性を向上させるとともに、加工部の酸化皮膜の割れや剥離を抑制するためには、Ｎｂ系析出物の分布数が１０個／ｍｍ2以上であることが必要である。この効果を安定して得る観点からは、Ｎｂ系析出物の分布数は、２０個／ｍｍ2以上であることが好ましく、３０個／ｍｍ2以上であることがより好ましい。一方、Ｎｂ系析出物の分布数の上限値は、特に限定されないが、好ましくは３００個／ｍｍ2、より好ましくは２５０個／ｍｍ2である。
黒色化熱処理は、高温で長時間行われることが多いため、結晶粒が粗大化し易く、加工性が低下するとともに加工部の酸化皮膜の割れや剥離が生じ易い。そのため、黒色化熱処理が行われる材料には、黒色化熱処理が行われても微細な結晶粒が維持されていることが要求される。
そこで、本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材は、微細な結晶粒を維持する観点から、ピン止め効果によって結晶粒の粗大化を抑制するＮｂ系析出物を分布させている。
黒色化熱処理用ステンレス鋼材の加工性を向上させるとともに、加工部の酸化皮膜の割れや剥離を抑制するためには、Ｎｂ系析出物の分布数が１０個／ｍｍ2以上であることが必要である。この効果を安定して得る観点からは、Ｎｂ系析出物の分布数は、２０個／ｍｍ2以上であることが好ましく、３０個／ｍｍ2以上であることがより好ましい。一方、Ｎｂ系析出物の分布数の上限値は、特に限定されないが、好ましくは３００個／ｍｍ2、より好ましくは２５０個／ｍｍ2である。
【0048】
ここで、Ｎｂ系析出物の分布数は、ＦＥ－ＳＥＭ（電界放出型走査電子顕微鏡）装置を用いて析出物を検出し、その部分をさらに、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）装置で点分析することにより求めることができる。このときＥＤＸの半定量分析においてＮｂ≧１％の析出物をＮｂ系析出物とした。
【0049】
なお、Ｎｂ系析出物の大きさは、特に限定されないが、一般的に０．５～５．０μｍの直径を有する。ここで、Ｎｂ系析出物の直径とは、Ｎｂ系析出物の「（最大長さ＋最小長さ）／２」のことを意味する。
【0050】
本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材は、冷延材、又は冷延後に研磨仕上した冷延材であることが好ましい。
【0051】
本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材は、Ｎｂ系析出物の分布数を制御することにより結晶粒を微細化しているため、黒色化熱処理を行っても微細な結晶粒が維持される。そのため、加工性に優れ、加工時に素地が露出し難く、加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が良好な黒色ステンレス鋼材を製造することができる。
【0052】
＜黒色ステンレス鋼材の製造方法＞
本発明の実施形態に係る黒色ステンレス鋼材の製造方法は、上記の特徴を有する黒色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。例えば、本発明の実施形態に係る黒色ステンレス鋼材の製造方法は、上記の黒色化熱処理用ステンレス鋼材を、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、５００～９００℃の温度範囲を１５℃／秒以上の昇温速度及び９００～１０００℃の温度範囲を１０℃／秒以下の昇温速度で昇温し、９００～１１００℃の温度で３０～１２０秒の黒色化熱処理を行うことによって実施される。
２×Ｏ2濃度＋水蒸気濃度 ・・・（１）
本発明の実施形態に係る黒色ステンレス鋼材の製造方法は、上記の特徴を有する黒色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。例えば、本発明の実施形態に係る黒色ステンレス鋼材の製造方法は、上記の黒色化熱処理用ステンレス鋼材を、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、５００～９００℃の温度範囲を１５℃／秒以上の昇温速度及び９００～１０００℃の温度範囲を１０℃／秒以下の昇温速度で昇温し、９００～１１００℃の温度で３０～１２０秒の黒色化熱処理を行うことによって実施される。
２×Ｏ2濃度＋水蒸気濃度 ・・・（１）
【0053】
黒色化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体積％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体積％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体積％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体積％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。
【0054】
黒色化熱処理の温度（９００～１１００℃）までの昇温速度は、素地の平均結晶粒径と関係する。
具体的には、５００～９００℃の温度範囲の昇温速度が遅すぎると、黒色化熱処理用ステンレス鋼材に付与された歪が除去されてしまい、素地の結晶粒が粗大化してしまう。そのため、５００～９００℃の温度範囲の昇温速度を１５℃／秒以上、好ましくは１６℃／秒以上、より好ましくは１８℃／秒以上とする。なお、５００～９００℃の温度範囲の昇温速度の上限値は、特に限定されないが、例えば１００℃／秒、典型的に５０℃／秒である。
また、９００～１０００℃の温度範囲の昇温速度が速すぎると、再結晶が促進されず、素地の結晶粒が粗大化してしまう。そのため、９００～１０００℃の温度範囲の昇温速度を１０℃／秒以下、好ましくは９℃／秒以下とする。なお、９００～１０００℃の温度範囲の昇温速度の下限値は、特に限定されないが、例えば１℃／秒、典型的に３℃／秒である。
具体的には、５００～９００℃の温度範囲の昇温速度が遅すぎると、黒色化熱処理用ステンレス鋼材に付与された歪が除去されてしまい、素地の結晶粒が粗大化してしまう。そのため、５００～９００℃の温度範囲の昇温速度を１５℃／秒以上、好ましくは１６℃／秒以上、より好ましくは１８℃／秒以上とする。なお、５００～９００℃の温度範囲の昇温速度の上限値は、特に限定されないが、例えば１００℃／秒、典型的に５０℃／秒である。
また、９００～１０００℃の温度範囲の昇温速度が速すぎると、再結晶が促進されず、素地の結晶粒が粗大化してしまう。そのため、９００～１０００℃の温度範囲の昇温速度を１０℃／秒以下、好ましくは９℃／秒以下とする。なお、９００～１０００℃の温度範囲の昇温速度の下限値は、特に限定されないが、例えば１℃／秒、典型的に３℃／秒である。
【0055】
黒色化熱処理の温度が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。また、黒色化熱処理の温度が１１００℃超過及び１２０秒超過であると、酸化皮膜の厚みが大きくなりすぎたり、結晶粒が粗大化したりしてしまう。
黒色化熱処理の温度は、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９１０～１１００℃、より好ましくは９３０～１１００℃である。
また、黒色化熱処理の時間は、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４０～１２０秒、より好ましくは５０～１２０秒である。
黒色化熱処理の温度は、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９１０～１１００℃、より好ましくは９３０～１１００℃である。
また、黒色化熱処理の時間は、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４０～１２０秒、より好ましくは５０～１２０秒である。
【0056】
＜黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法＞
本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法は、上記の特徴を有する黒色化熱処理用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。例えば、本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法は、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有するスラブを熱間圧延して焼鈍及び酸洗した後、冷間圧延を行うことによって実施される。また、冷間圧延後には必要に応じて研磨を行ってもよい。なお、所定の歪量を維持するために、冷間圧延又は研磨後に焼鈍は行うべきではない。
本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法は、上記の特徴を有する黒色化熱処理用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。例えば、本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法は、Ｃ：０．１００％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．１００％以下、Ｃｒ：１６．００～２５．００％、Ｎｉ：１．００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｎ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．０８～０．５０％、Ｎｂ：０．０５～０．５０％を含み、残部がＦｅ及び不純物である組成を有するスラブを熱間圧延して焼鈍及び酸洗した後、冷間圧延を行うことによって実施される。また、冷間圧延後には必要に応じて研磨を行ってもよい。なお、所定の歪量を維持するために、冷間圧延又は研磨後に焼鈍は行うべきではない。
【0057】
スラブは、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種を更に含むことができる。
なお、本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法に用いられるスラブの組成は、上記の黒色ステンレス鋼材などの組成と基本的に同じであるため、その説明は省略する。
なお、本発明の実施形態に係る黒色化熱処理用ステンレス鋼材の製造方法に用いられるスラブの組成は、上記の黒色ステンレス鋼材などの組成と基本的に同じであるため、その説明は省略する。
【0058】
上記の製造方法において、焼鈍後に、１１００～９００℃の温度範囲を３０℃／秒以下の速度で冷却する。このような条件で冷却を行うことにより、Ｎｂ系析出物（特に、Ｎｂ炭化物）の析出時間を確保できるため、Ｎｂ系析出物の分布数を１０個／ｍｍ2以上に制御することが可能となる。このような効果を安定して得る観点から、冷却速度は、好ましくは２８℃／秒以下、より好ましくは２５℃／秒以下である。なお、冷却速度の下限値は、特に限定されないが、例えば１℃／秒、典型的に５℃／秒である。
【0059】
なお、熱間圧延、冷却圧延などの条件については、特に限定されず、スラブの組成などに応じて適宜調整すればよい。
【0060】
＜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。
【0061】
本発明の実施形態に係る加工品は、加工部における素地露出面積率が１５％以下である。この範囲に素地露出面積率を制御することにより、加工部に素地露出部があったとしても当該素地露出部の腐食を抑制することができる。
ここで、本明細書において、素地露出面積率とは、各種加工を行った際に、加工部において素地が露出した部分の面積の割合のことを意味する。また、加工部の大きさは、φ５ｍｍ以内であることが好ましい。
ここで、本明細書において、素地露出面積率とは、各種加工を行った際に、加工部において素地が露出した部分の面積の割合のことを意味する。また、加工部の大きさは、φ５ｍｍ以内であることが好ましい。
【0062】
本発明の実施形態に係る加工品は、加工性に優れ、加工時に素地が露出し難く、加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が良好な黒色ステンレス鋼材を素材として用いているため、耐食性が良好であり、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0063】
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。
【0064】
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て得られたスラブを熱間圧延して厚みが３ｍｍの熱延板とした後、１１００℃で焼鈍し、表２に示す冷却速度で冷却した。冷却速度は、炉温度の調整や空冷などによって制御した。次に、得られた熱延焼鈍板を酸洗し、厚みが１ｍｍとなるまで冷間圧延して冷延板（黒色化熱処理用ステンレス鋼材）を得た。
【0065】
上記で得られた冷延板の圧延面を鏡面処理した後、ＦＥ－ＳＥＭ（電界放出型走査電子顕微鏡：株式会社日立ハイテク製ＳＵ－５０００）装置を用いて析出物を検出し、その部分をさらに、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）装置で点分析することにより、析出物の組成及び分布数を測定した。このときＥＤＸの半定量分析においてＮｂ≧１％の析出物をＮｂ系析出物とした。これらの測定は、装置の自動分析機能を用いて行った。また、これらの測定において、測定面積を５ｍｍ2（２．０ｍｍ×２．５ｍｍ）、観察倍率を２００倍（１視野範囲が０．４８ｍｍ×０．６４ｍｍ）とし、観察視野を５％オーバーラップさせつつ１８視野を測定して上記の測定面積とした。この測定で検出対象の最小粒子径は０．４７μｍであり、ＥＤＸの分析ビーム径は０．０５μｍである。その結果を表２に示す。
【0066】
【表1】
【0067】
【表2】
【0068】
次に、上記で得られた冷延板（黒色化熱処理用ステンレス鋼材）を表３に示す雰囲気下、表３に示す昇温速度で昇温し、１１００℃の温度で１２０秒の黒色化熱処理を行うことによって黒色ステンレス鋼板（黒色ステンレス鋼材）を得た。黒色化熱処理では、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。得られた黒色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。
【0069】
【表3】
【0070】
上記で得られた試験片について以下の評価を行った。
【0071】
（素地の平均結晶粒径）
試験片から１０ｍｍ角の試験片を切削によって切り出した後、圧延方向断面が観察面となるように樹脂埋めを施した。次に、樹脂埋めを行った試験片を湿式研磨によって鏡面処理した後、フッ硝酸でエッチングして現出させた金属組織を光学顕微鏡で観察した。光学顕微鏡による観察は、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０１３に準じ、光学顕微鏡画像上の任意の位置に直線を引き、直線と結晶粒界との交点の数を計測し、平均切片長さを結晶粒径とした。結晶粒径の測定は、複数の視野にて２０本以上の直線を引いて計測することにより行い、それらの平均値を平均結晶粒径とした。
試験片から１０ｍｍ角の試験片を切削によって切り出した後、圧延方向断面が観察面となるように樹脂埋めを施した。次に、樹脂埋めを行った試験片を湿式研磨によって鏡面処理した後、フッ硝酸でエッチングして現出させた金属組織を光学顕微鏡で観察した。光学顕微鏡による観察は、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０１３に準じ、光学顕微鏡画像上の任意の位置に直線を引き、直線と結晶粒界との交点の数を計測し、平均切片長さを結晶粒径とした。結晶粒径の測定は、複数の視野にて２０本以上の直線を引いて計測することにより行い、それらの平均値を平均結晶粒径とした。
【0072】
（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。
【0073】
（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。
【0074】
【数1】
【0075】
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。
【0076】
（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。
【0077】
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
【0078】
（加工性：素地露出面積率）
試験片から１００ｍｍ（圧延方向）×５０ｍｍ（幅方向）のサンプルを切り出し、圧延方向の中央部で圧延方向と垂直に突き曲げ加工を行った。突き曲げ加工は、曲げ半径を５ｍｍφ、曲げ速度を１０ｃｍ／分として行った。次に、曲げ加工部の頂部を中央とした５ｍｍ×５ｍｍの範囲の任意の３箇所を、デジタルマイクロスコープを用いて観察し、３箇所における素地露出面積率をそれぞれ求め、それらの平均値を結果とした。この評価において、素地露出面積率が１５％以下であれば、加工性が良好であると判断することができる。
試験片から１００ｍｍ（圧延方向）×５０ｍｍ（幅方向）のサンプルを切り出し、圧延方向の中央部で圧延方向と垂直に突き曲げ加工を行った。突き曲げ加工は、曲げ半径を５ｍｍφ、曲げ速度を１０ｃｍ／分として行った。次に、曲げ加工部の頂部を中央とした５ｍｍ×５ｍｍの範囲の任意の３箇所を、デジタルマイクロスコープを用いて観察し、３箇所における素地露出面積率をそれぞれ求め、それらの平均値を結果とした。この評価において、素地露出面積率が１５％以下であれば、加工性が良好であると判断することができる。
【0079】
（耐食性：ＣＣＴ試験）
加工性の評価で作製したサンプルを用い、複合サイクル（ＣＣＴ）試験によって耐食性を評価した。７０ｍｍ×１５０ｍｍのベークライト板の上に、サンプルの曲げ加工部の頂部が水平面に対して垂直となるように配置した後、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、曲げ加工部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超過（発銹面積率が０．２５％未満に相当）であれば耐食性が良好、Ｒ．Ｎ．が８．０以下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４に示す。
加工性の評価で作製したサンプルを用い、複合サイクル（ＣＣＴ）試験によって耐食性を評価した。７０ｍｍ×１５０ｍｍのベークライト板の上に、サンプルの曲げ加工部の頂部が水平面に対して垂直となるように配置した後、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、曲げ加工部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超過（発銹面積率が０．２５％未満に相当）であれば耐食性が良好、Ｒ．Ｎ．が８．０以下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４に示す。
【0080】
【表4】
【0081】
表１～４に示されるように、Ｎｏ．１－１～１－５の黒色ステンレス鋼板（本発明例）は、所定の組成を有し、平均結晶粒径が８０μｍ以下である素地と、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とを有しているため、加工性が良好であり（加工時に素地が露出し難く）、露出した素地の耐食性も良好であった。
【0082】
これに対して試験Ｎｏ．２－１の黒色ステンレス鋼板（比較例）は、焼鈍後の冷却速度が速すぎたため、Ｎｂ系析出物の分布数が少なくなり、黒色化熱処理時に結晶粒が粗大化してしまった。その結果、加工性が低下し（加工時に素地の露出面積が大きくなり）、露出した素地の耐食性も十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－２の黒色ステンレス鋼板（比較例）は、黒色化熱処理時に５００～９００℃の温度範囲の昇温速度が遅すぎたため、結晶粒が粗大化してしまった。その結果、加工性が低下し（加工時に素地の露出面積が大きくなり）、露出した素地の耐食性も十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－３の黒色ステンレス鋼板（比較例）は、黒色化熱処理時に９００～１０００℃の温度範囲の昇温速度が速すぎたため、結晶粒が粗大化してしまった。その結果、加工性が低下し（加工時に素地の露出面積が大きくなり）、露出した素地の耐食性も十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－４の黒色ステンレス鋼板（比較例）は、黒色化熱処理の雰囲気条件が適切でなかったため、酸化皮膜のキャリア密度が高くなりすぎてしまった。その結果、所望の耐食性が得られなかった。
試験Ｎｏ．２－２の黒色ステンレス鋼板（比較例）は、黒色化熱処理時に５００～９００℃の温度範囲の昇温速度が遅すぎたため、結晶粒が粗大化してしまった。その結果、加工性が低下し（加工時に素地の露出面積が大きくなり）、露出した素地の耐食性も十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－３の黒色ステンレス鋼板（比較例）は、黒色化熱処理時に９００～１０００℃の温度範囲の昇温速度が速すぎたため、結晶粒が粗大化してしまった。その結果、加工性が低下し（加工時に素地の露出面積が大きくなり）、露出した素地の耐食性も十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－４の黒色ステンレス鋼板（比較例）は、黒色化熱処理の雰囲気条件が適切でなかったため、酸化皮膜のキャリア密度が高くなりすぎてしまった。その結果、所望の耐食性が得られなかった。
【0083】
試験Ｎｏ．２－５の黒色ステンレス鋼板（比較例）は、素地のＮｂ含有量が少なすぎたため、Ｎｂ系析出物が十分に析出せず、結晶粒が粗大化してしまった。その結果、加工性が低下し（加工時に素地の露出面積が大きくなり）、露出した素地の耐食性も十分でなかった。
試験Ｎｏ．２－６の黒色ステンレス鋼板（比較例）は、素地が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の黒色ステンレス鋼板（比較例）は、素地の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。その結果、所望の耐食性が得られなかった。
試験Ｎｏ．２－６の黒色ステンレス鋼板（比較例）は、素地が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の黒色ステンレス鋼板（比較例）は、素地の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。その結果、所望の耐食性が得られなかった。
【0084】
以上の結果からわかるように、本発明によれば、加工性に優れ、加工時に素地が露出し難く、加工時に素地が部分的に露出しても耐食性が良好な黒色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、黒色化熱処理によって上記のような特性を有する黒色ステンレス鋼材を製造することが可能な黒色化熱処理用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。さらに、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。