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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】P2024057167
(43)【公開日】2024-04-24
(54)【発明の名称】フェライト系ステンレス鋼
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20240417BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20240417BHJP
C21D 9/46 20060101ALI20240417BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302Z
C22C38/60
C21D9/46 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022163701
(22)【出願日】2022-10-12
(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】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100217249
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 耕一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100221279
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 健吾
(74)【代理人】
【識別番号】100207686
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 恭宏
(74)【代理人】
【識別番号】100224812
【弁理士】
【氏名又は名称】井口 翔太
(72)【発明者】
【氏名】藤村 佳幸
(72)【発明者】
【氏名】濱田 純一
【テーマコード（参考）】
4K037
【Ｆターム（参考）】
4K037EA01
4K037EA02
4K037EA04
4K037EA05
4K037EA09
4K037EA10
4K037EA12
4K037EA13
4K037EA14
4K037EA15
4K037EA17
4K037EA18
4K037EA19
4K037EA20
4K037EA23
4K037EA25
4K037EA26
4K037EA27
4K037EA28
4K037EA29
4K037EA31
4K037EA32
4K037EA33
4K037EA35
4K037EA36
4K037EB06
4K037EB07
4K037EB08
4K037EB09
4K037FA03
4K037FB00
4K037FF00
4K037FF05
4K037FG00
4K037FJ02
4K037FJ06
4K037FJ07
4K037GA08
4K037JA06
(57)【要約】
【課題】耐赤スケール性に優れ、意匠性または溶接性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。
【解決手段】Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．００５～１．２０％、Ｍｎ：０．０３～１．２％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．０１～１．０％、Ｃｒ：１２．００～２３．００％、Ｃｕ：０．０１～２．０％、Ｎ：０．０３０％以下、残部：Ｆｅおよび不純物からなり、表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、Ｓｉ系酸化領域の厚みが５ｎｍ以上、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みが１５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、色差測定におけるＬ＊が６５以上、ａ＊が０．５０以下を満足する、フェライト系ステンレス鋼を採用する。
【選択図】なし
【解決手段】Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．００５～１．２０％、Ｍｎ：０．０３～１．２％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．０１～１．０％、Ｃｒ：１２．００～２３．００％、Ｃｕ：０．０１～２．０％、Ｎ：０．０３０％以下、残部：Ｆｅおよび不純物からなり、表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、Ｓｉ系酸化領域の厚みが５ｎｍ以上、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みが１５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、色差測定におけるＬ＊が６５以上、ａ＊が０．５０以下を満足する、フェライト系ステンレス鋼を採用する。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．００５～１．２０％、
Ｍｎ：０．０３～１．２％、
Ｐ：０．０５％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎｉ：０．０１～１．０％、
Ｃｒ：１２．００～２３．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．０％、
Ｎ：０．０３０％以下、
Ｍｏ：０～２．５％、
Ｎｂ：０～１．０％、
Ｔｉ：０～０．６％、
Ａｌ：０．００２～０．５％、
Ｖ ：０～１．０％、
Ｂ ：０～０．０１％、
Ｃａ：０～０．０１５０％、
Ｈｆ：０～０．６％、
Ｚｒ：０～０．６０％、
Ｓｂ：０～０．６０％、
Ｃｏ：０～１．５０％、
Ｗ ：０～２．０％、
Ｔａ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～１．０％、
Ｇａ：０～０．５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．２０％、を含み、
残部：Ｆｅおよび不純物からなり、
表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、前記Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、前記Ｓｉ系酸化領域の厚みが５ｎｍ以上、前記Ａｌ系酸化領域および前記Ｓｉ系酸化領域の合計厚みが１５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、
色差測定におけるＬ＊が６５以上、ａ＊が０．５０以下を満足する、フェライト系ステンレス鋼。
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．００５～１．２０％、
Ｍｎ：０．０３～１．２％、
Ｐ：０．０５％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎｉ：０．０１～１．０％、
Ｃｒ：１２．００～２３．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．０％、
Ｎ：０．０３０％以下、
Ｍｏ：０～２．５％、
Ｎｂ：０～１．０％、
Ｔｉ：０～０．６％、
Ａｌ：０．００２～０．５％、
Ｖ ：０～１．０％、
Ｂ ：０～０．０１％、
Ｃａ：０～０．０１５０％、
Ｈｆ：０～０．６％、
Ｚｒ：０～０．６０％、
Ｓｂ：０～０．６０％、
Ｃｏ：０～１．５０％、
Ｗ ：０～２．０％、
Ｔａ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～１．０％、
Ｇａ：０～０．５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．２０％、を含み、
残部：Ｆｅおよび不純物からなり、
表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、前記Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、前記Ｓｉ系酸化領域の厚みが５ｎｍ以上、前記Ａｌ系酸化領域および前記Ｓｉ系酸化領域の合計厚みが１５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、
色差測定におけるＬ＊が６５以上、ａ＊が０．５０以下を満足する、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項2】
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．００５～１．２０％、
Ｍｎ：０．０３～１．２％、
Ｐ：０．０５％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎｉ：０．０１～１．０％、
Ｃｒ：１２．００～２３．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．０％、
Ｎ：０．０３０％以下、
Ｍｏ：０～２．５％、
Ｎｂ：０～１．０％、
Ｔｉ：０～０．６％、
Ａｌ：０．００２～０．５％、
Ｖ ：０～１．０％、
Ｂ ：０～０．０１％、
Ｃａ：０～０．０１５０％、
Ｈｆ：０～０．６％、
Ｚｒ：０～０．６０％、
Ｓｂ：０～０．６０％、
Ｃｏ：０～１．５０％、
Ｗ ：０～２．０％、
Ｔａ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～１．０％、
Ｇａ：０～０．５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．２０％、を含み、
残部：Ｆｅおよび不純物からなり、
表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、前記Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、前記Ｓｉ系酸化領域の厚みが３ｎｍ以上、前記Ａｌ系酸化領域および前記Ｓｉ系酸化領域の合計厚みが１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、フェライト系ステンレス鋼。
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．００５～１．２０％、
Ｍｎ：０．０３～１．２％、
Ｐ：０．０５％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎｉ：０．０１～１．０％、
Ｃｒ：１２．００～２３．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．０％、
Ｎ：０．０３０％以下、
Ｍｏ：０～２．５％、
Ｎｂ：０～１．０％、
Ｔｉ：０～０．６％、
Ａｌ：０．００２～０．５％、
Ｖ ：０～１．０％、
Ｂ ：０～０．０１％、
Ｃａ：０～０．０１５０％、
Ｈｆ：０～０．６％、
Ｚｒ：０～０．６０％、
Ｓｂ：０～０．６０％、
Ｃｏ：０～１．５０％、
Ｗ ：０～２．０％、
Ｔａ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～１．０％、
Ｇａ：０～０．５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．２０％、を含み、
残部：Ｆｅおよび不純物からなり、
表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、前記Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、前記Ｓｉ系酸化領域の厚みが３ｎｍ以上、前記Ａｌ系酸化領域および前記Ｓｉ系酸化領域の合計厚みが１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、フェライト系ステンレス鋼。
【請求項3】
質量％で、
Ｖ ：０．０５～１．０％、
Ｂ ：０．０００５～０．０１％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１５０％、
Ｈｆ：０．００１～０．６％、
Ｚｒ：０．０１～０．６０％、
Ｓｂ：０．００５～０．６０％、
Ｃｏ：０．０１～１．５０％、
Ｗ ：０．０１～２．０％、
Ｔａ：０．００１～１．０％、
Ｓｎ：０．００２～１．０％、
Ｇａ：０．０００２～０．５０％、
Ｍｇ：０．０００３～０．００５０％、
ＲＥＭ：０．００１～０．２０％、
のうちの１種または２種以上を含有する、請求項１または請求項２に記載のフェライト系ステンレス鋼。
Ｖ ：０．０５～１．０％、
Ｂ ：０．０００５～０．０１％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１５０％、
Ｈｆ：０．００１～０．６％、
Ｚｒ：０．０１～０．６０％、
Ｓｂ：０．００５～０．６０％、
Ｃｏ：０．０１～１．５０％、
Ｗ ：０．０１～２．０％、
Ｔａ：０．００１～１．０％、
Ｓｎ：０．００２～１．０％、
Ｇａ：０．０００２～０．５０％、
Ｍｇ：０．０００３～０．００５０％、
ＲＥＭ：０．００１～０．２０％、
のうちの１種または２種以上を含有する、請求項１または請求項２に記載の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、フェライト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【0002】
ステンレス鋼は、水蒸気が含まる環境下で３００～９００℃程度の温度で使用されることがある。このようなステンレス鋼の用途としては、例えば、エキゾーストマニホールド、尿素ＳＣＲ、マフラー、フランジ、電気加熱式触媒装置等の自動車用排ガス経路部材がある。また、他の用途として、発電プラントの排ガス管や排ガスダクト、燃料電池の改質器やマニホールド等における高温燃焼部、石油ストーブの燃焼筒などが挙げられる。
【0003】
ところで、ステンレス鋼が、水蒸気が含まる環境下で比較的高温で使用された場合、表面に赤スケール（Ｆｅ系酸化物）が生成することがある。例えば、自動車の排ガス経路部材の用途では、燃費改善を目的とした燃料の希薄燃焼に伴って排ガス温度が例えば７００℃程度に低下している。これにより、排ガス経路部材の素材であるステンレス鋼が赤スケール発生温度域にさらされやすくなり、赤スケールの発生が懸念されている。また、人目に付く用途では、ステンレス鋼に意匠性が求められる場合があり、耐赤スケール性とともに意匠性も兼ね備える必要がある。
【0004】
特許文献１には、Ｃｒ：８～２５質量％，Ｃ：０.０３質量％以下，Ｎ：０.０３質量％以下，Ｓｉ：０.１０～２.５質量％，Ｍｎ：１.５質量％以下，Ｓ：０.００８質量％以下，Ａｌ：４.０質量％以下を含み，残部が実質的にＦｅの組成をもち、Ａ＝Ｃｒ＋５（Ｓｉ＋Ａｌ）と定義されるＡ値が１３～６０の範囲に調整されているアルコール系燃料改質器用フェライト系ステンレス鋼が記載されている。
【0005】
特許文献２には、Ｃｒ：１２～２０質量％，Ｃ：０.０３質量％以下，Ｎ：０.０３質量％以下，Ｓｉ：０.１～１.５質量％，Ｍｎ：０.１～１.５質量％，Ｓ：０.００８質量％以下，Ａｌ：１.５質量％以下と、Ｎｂ：０.１０～０.８０質量％，Ｔｉ：０.０３～０.５０質量％，Ｍｏ：０.１～４.０質量％，Ｃｕ：０.１～４.０質量％の１種又は２種以上を含み、残部が実質的にＦｅの組成をもち、Ａ＝Ｃｒ＋Ｍｎ＋５（Ｓｉ＋Ａｌ）で定義されるＡ値が１５～２５の範囲に調整されている炭化水素系燃料改質器用フェライト系ステンレス鋼が記載されている。
【0006】
特許文献３には、高温水蒸気雰囲気にて使用される薄肉状の集熱機器用フェライト系ステンレス鋼材であって、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：０．５～２．０％、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：１１～２０％、Ａｌ：０（無添加を含む）～０．５％、Ｎ：０．０３％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、この成分組成に関して下記（１）式で示されるＡ値が１．５以上でかつ下記（２）式で示されるＢ値が３．５以下となるように合金成分が調整された集熱機器用フェライト系ステンレス鋼材が記載されている。
（１）Ａ値＝Ｓｉ＋Ｍｎ＋Ａｌ
（２）Ｂ値＝０．２（Ｃｒ－１１）＋０．５Ｍｎ＋２Ｓｉ＋５Ａｌ
（１）Ａ値＝Ｓｉ＋Ｍｎ＋Ａｌ
（２）Ｂ値＝０．２（Ｃｒ－１１）＋０．５Ｍｎ＋２Ｓｉ＋５Ａｌ
【0007】
特許文献４には、質量％において、Ｃ：０．０８％以下，Ｍｎ：２．０％以下，Ｎｉ：７．０～１８．０％，Ｃｒ：１５．０～２６．０％，Ｓｉおよび／またはＡｌ：合計量で１．０～４．０％，Ｎ：０．００２～０．３％を含み、残部が実質的にＦｅからなる組成を有し、その表面がＪＩＳＢ０６０１で規定される表面粗さＲａで０．０１～４００μｍに機械研磨仕上げされている耐赤スケール性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼材が記載されている。
【0008】
特許文献５には、質量％で、Ｃ：０.０２％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：５～２５％、Ｎｂ：０.１超え～１％、Ｔｉ：０.３％以下、Ｎ：０.０２％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼板を基材とし、基材を、質量％で、Ｓｉ：３～１２％、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる溶融めっき浴に浸漬したのち引き上げ、めっき付着量を調整することにより、平均厚さ３～２０μｍのめっき層を表面に形成した耐赤スケール性に優れた二輪車排ガス経路部材用Ａｌ系めっき鋼板が記載されている。
【0009】
しかし、特許文献１～５に記載された技術は、耐赤スケール性に有効な元素の増加または製造工程の追加による改善のため、いずれの手法も製造コストアップ要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開２００３－１６０８４４号公報
【特許文献2】特開２００３－１６０８４２号公報
【特許文献3】特開２００９－００７６０１号公報
【特許文献4】特開２００４－０４３９０３号公報
【特許文献5】特開２００９－３５７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐赤スケール性に優れるとともに、意匠性または溶接性にも優れたフェライト系ステンレス鋼を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
［１］ 質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．００５～１．２０％、
Ｍｎ：０．０３～１．２％、
Ｐ：０．０５％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎｉ：０．０１～１．０％、
Ｃｒ：１２．００～２３．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．０％、
Ｎ：０．０３０％以下、
Ｍｏ：０～２．５％、
Ｎｂ：０～１．０％、
Ｔｉ：０～０．６％、
Ａｌ：０．００２～０．５％、
Ｖ ：０～１．０％、
Ｂ ：０～０．０１％、
Ｃａ：０～０．０１５０％、
Ｈｆ：０～０．６％、
Ｚｒ：０～０．６０％、
Ｓｂ：０～０．６０％、
Ｃｏ：０～１．５０％、
Ｗ ：０～２．０％、
Ｔａ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～１．０％、
Ｇａ：０～０．５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．２０％、を含み、
残部：Ｆｅおよび不純物からなり、
表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、前記Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、前記Ｓｉ系酸化領域の厚みが５ｎｍ以上、前記Ａｌ系酸化領域および前記Ｓｉ系酸化領域の合計厚みが１５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、
色差測定におけるＬ＊が６５以上、ａ＊が０．５０以下を満足する、フェライト系ステンレス鋼。
［２］ 質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．００５～１．２０％、
Ｍｎ：０．０３～１．２％、
Ｐ：０．０５％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎｉ：０．０１～１．０％、
Ｃｒ：１２．００～２３．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．０％、
Ｎ：０．０３０％以下、
Ｍｏ：０～２．５％、
Ｎｂ：０～１．０％、
Ｔｉ：０～０．６％、
Ａｌ：０．００２～０．５％、
Ｖ ：０～１．０％、
Ｂ ：０～０．０１％、
Ｃａ：０～０．０１５０％、
Ｈｆ：０～０．６％、
Ｚｒ：０～０．６０％、
Ｓｂ：０～０．６０％、
Ｃｏ：０～１．５０％、
Ｗ ：０～２．０％、
Ｔａ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～１．０％、
Ｇａ：０～０．５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．２０％、を含み、
残部：Ｆｅおよび不純物からなり、
表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、前記Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、前記Ｓｉ系酸化領域の厚みが３ｎｍ以上、前記Ａｌ系酸化領域および前記Ｓｉ系酸化領域の合計厚みが１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、フェライト系ステンレス鋼。
［３］ 質量％で、
Ｖ ：０．０５～１．０％、
Ｂ ：０．０００５～０．０１％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１５０％、
Ｈｆ：０．００１～０．６％、
Ｚｒ：０．０１～０．６０％、
Ｓｂ：０．００５～０．６０％、
Ｃｏ：０．０１～１．５０％、
Ｗ ：０．０１～２．０％、
Ｔａ：０．００１～１．０％、
Ｓｎ：０．００２～１．０％、
Ｇａ：０．０００２～０．５０％、
Ｍｇ：０．０００３～０．００５０％、
ＲＥＭ：０．００１～０．２０％、
のうちの１種または２種以上を含有する、［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［１］ 質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．００５～１．２０％、
Ｍｎ：０．０３～１．２％、
Ｐ：０．０５％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎｉ：０．０１～１．０％、
Ｃｒ：１２．００～２３．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．０％、
Ｎ：０．０３０％以下、
Ｍｏ：０～２．５％、
Ｎｂ：０～１．０％、
Ｔｉ：０～０．６％、
Ａｌ：０．００２～０．５％、
Ｖ ：０～１．０％、
Ｂ ：０～０．０１％、
Ｃａ：０～０．０１５０％、
Ｈｆ：０～０．６％、
Ｚｒ：０～０．６０％、
Ｓｂ：０～０．６０％、
Ｃｏ：０～１．５０％、
Ｗ ：０～２．０％、
Ｔａ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～１．０％、
Ｇａ：０～０．５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．２０％、を含み、
残部：Ｆｅおよび不純物からなり、
表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、前記Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、前記Ｓｉ系酸化領域の厚みが５ｎｍ以上、前記Ａｌ系酸化領域および前記Ｓｉ系酸化領域の合計厚みが１５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、
色差測定におけるＬ＊が６５以上、ａ＊が０．５０以下を満足する、フェライト系ステンレス鋼。
［２］ 質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．００５～１．２０％、
Ｍｎ：０．０３～１．２％、
Ｐ：０．０５％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎｉ：０．０１～１．０％、
Ｃｒ：１２．００～２３．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．０％、
Ｎ：０．０３０％以下、
Ｍｏ：０～２．５％、
Ｎｂ：０～１．０％、
Ｔｉ：０～０．６％、
Ａｌ：０．００２～０．５％、
Ｖ ：０～１．０％、
Ｂ ：０～０．０１％、
Ｃａ：０～０．０１５０％、
Ｈｆ：０～０．６％、
Ｚｒ：０～０．６０％、
Ｓｂ：０～０．６０％、
Ｃｏ：０～１．５０％、
Ｗ ：０～２．０％、
Ｔａ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～１．０％、
Ｇａ：０～０．５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
ＲＥＭ：０～０．２０％、を含み、
残部：Ｆｅおよび不純物からなり、
表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、前記Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、前記Ｓｉ系酸化領域の厚みが３ｎｍ以上、前記Ａｌ系酸化領域および前記Ｓｉ系酸化領域の合計厚みが１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、フェライト系ステンレス鋼。
［３］ 質量％で、
Ｖ ：０．０５～１．０％、
Ｂ ：０．０００５～０．０１％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１５０％、
Ｈｆ：０．００１～０．６％、
Ｚｒ：０．０１～０．６０％、
Ｓｂ：０．００５～０．６０％、
Ｃｏ：０．０１～１．５０％、
Ｗ ：０．０１～２．０％、
Ｔａ：０．００１～１．０％、
Ｓｎ：０．００２～１．０％、
Ｇａ：０．０００２～０．５０％、
Ｍｇ：０．０００３～０．００５０％、
ＲＥＭ：０．００１～０．２０％、
のうちの１種または２種以上を含有する、［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、耐赤スケール性に優れるとともに、意匠性または溶接性にも優れたフェライト系ステンレス鋼を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
自動車の排ガスは、水蒸気を含むとともに８００～９５０℃程度の温度とされている。このような高温の排ガスに晒される自動車排気系部材の素材にステンレス鋼を適用した場合は、ステンレス鋼の表面において、Ｃｒ拡散が活発になってＣｒ２Ｏ３の再生が進み、これにより赤スケールの生成が効果的に抑制されている。しかしながら、燃費改善を目的としたリーンバーンエンジンにおいては、燃料の希薄燃焼に伴って排ガス温度が例えば７００℃以下の範囲に低下している。このため、ステンレス鋼自体の温度が低下し、ステンレス鋼表面におけるＣｒの拡散速度が低下することで、Ｃｒ２Ｏ３の形成が遅延し、これにより、赤スケールの発生が懸念される。また、人目に付く用途では、ステンレス鋼に意匠性が求められる場合があり、耐赤スケール性とともに意匠性も兼ね備える必要がある。
【0016】
本発明者らは、耐赤スケール性および意匠性の改善を図るべく鋭意検討した結果、５００～７００℃程度の水蒸気環境下で、優れた耐赤スケール性を発現させるためには、鋼成分のみならず、表面に存在する酸化領域の組成と厚みが極めて重要であることを知見した。また、このような酸化領域を得るには、最終の焼鈍条件の最適化が重要であることを知見した。更には、最終の焼鈍条件の最適化に加えて、酸化領域が損なわれないように酸洗を行うことにより、溶接性を向上できることを見出した。
【0017】
従来、耐赤スケール性の改善のために、Ｃｒ量およびＳｉ量の増加、表面研磨、予備酸化等の対策が一般的であった。しかし、本発明では、鋼中のＣｒ、ＡｌおよびＳｉの含有量に着目するのではなく、最終酸洗後の表面に、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域を形成させることに着目した。皮膜状のＡｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域が耐赤スケール性の改善に有効であることが分かった。
【0018】
Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域が耐赤スケール性を改善させる理由は必ずしも明らかでないが、これらの領域に含まれる酸化物が皮膜状になることで保護皮膜として作用すること、加熱に伴いこれらの酸化物が成長することで酸化物周辺の酸素分圧を低下させてＣｒ２Ｏ３形成を助長し、赤スケール（Ｆｅ系酸化物）の生成を抑制させること、が考えられる。ただし、酸化領域が過剰に厚くなると、鋼表面が着色して意匠性が劣化し、更にはプレス成形性が劣化するおそれがある。そのため、耐赤スケール性に加え、表面の色調の調整のために皮膜厚みを制御することが好ましいことが分かった。更には、皮膜厚みをより適正に制御することで、耐赤スケール性及び溶接性を兼ね備えた性能が得られることが分かった。
【0019】
以下に、本発明の実施形態である耐赤スケール性に優れ、意匠性または溶接性にも優れたフェライト系ステンレス鋼について説明する。
本実施形態のフェライト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．００５～１．２０％、Ｍｎ：０．０３～１．２％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．０１～１．０％、Ｃｒ：１２．００～２３．００％、Ｃｕ：０．０１～２．０％、Ｎ：０．０３０％以下、Ｍｏ：０～２．５％、Ｎｂ：０～１．０％、Ｔｉ：０～０．６％、Ａｌ：０．００２～０．５％、Ｖ：０～１．０％、Ｂ：０～０．０１％、Ｃａ：０～０．０１５０％、Ｈｆ：０～０．６％、Ｚｒ：０～０．６０％、Ｓｂ：０～０．６０％、Ｃｏ：０～１．５０％、Ｗ：０～２．０％、Ｔａ：０～１．０％、Ｓｎ：０～１．０％、Ｇａ：０～０．５０％、Ｍｇ：０～０．００５０％、ＲＥＭ：０～０．２０％、を含み、残部：Ｆｅおよび不純物からなり、表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、前記Ｓｉ系酸化領域の厚みが５ｎｍ以上、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域が占める厚みが１５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、色差測定におけるＬ＊が６５以上、ａ＊が０．５０以下を満足する。
また、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．００５～１．２０％、Ｍｎ：０．０３～１．２％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．０１～１．０％、Ｃｒ：１２．００～２３．００％、Ｃｕ：０．０１～２．０％、Ｎ：０．０３０％以下、Ｍｏ：０～２．５％、Ｎｂ：０～１．０％、Ｔｉ：０～０．６％、Ａｌ：０．００２～０．５％、Ｖ：０～１．０％、Ｂ：０～０．０１％、Ｃａ：０～０．０１５０％、Ｈｆ：０～０．６％、Ｚｒ：０～０．６０％、Ｓｂ：０～０．６０％、Ｃｏ：０～１．５０％、Ｗ：０～２．０％、Ｔａ：０～１．０％、Ｓｎ：０～１．０％、Ｇａ：０～０．５０％、Ｍｇ：０～０．００５０％、ＲＥＭ：０～０．２０％、を含み、残部：Ｆｅおよび不純物からなり、表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、Ｓｉ系酸化領域の厚みが３ｎｍ以上、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域が占める厚みが１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、フェライト系ステンレス鋼である。
本実施形態のフェライト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．００５～１．２０％、Ｍｎ：０．０３～１．２％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．０１～１．０％、Ｃｒ：１２．００～２３．００％、Ｃｕ：０．０１～２．０％、Ｎ：０．０３０％以下、Ｍｏ：０～２．５％、Ｎｂ：０～１．０％、Ｔｉ：０～０．６％、Ａｌ：０．００２～０．５％、Ｖ：０～１．０％、Ｂ：０～０．０１％、Ｃａ：０～０．０１５０％、Ｈｆ：０～０．６％、Ｚｒ：０～０．６０％、Ｓｂ：０～０．６０％、Ｃｏ：０～１．５０％、Ｗ：０～２．０％、Ｔａ：０～１．０％、Ｓｎ：０～１．０％、Ｇａ：０～０．５０％、Ｍｇ：０～０．００５０％、ＲＥＭ：０～０．２０％、を含み、残部：Ｆｅおよび不純物からなり、表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、前記Ｓｉ系酸化領域の厚みが５ｎｍ以上、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域が占める厚みが１５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、色差測定におけるＬ＊が６５以上、ａ＊が０．５０以下を満足する。
また、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．００５～１．２０％、Ｍｎ：０．０３～１．２％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．０１～１．０％、Ｃｒ：１２．００～２３．００％、Ｃｕ：０．０１～２．０％、Ｎ：０．０３０％以下、Ｍｏ：０～２．５％、Ｎｂ：０～１．０％、Ｔｉ：０～０．６％、Ａｌ：０．００２～０．５％、Ｖ：０～１．０％、Ｂ：０～０．０１％、Ｃａ：０～０．０１５０％、Ｈｆ：０～０．６％、Ｚｒ：０～０．６０％、Ｓｂ：０～０．６０％、Ｃｏ：０～１．５０％、Ｗ：０～２．０％、Ｔａ：０～１．０％、Ｓｎ：０～１．０％、Ｇａ：０～０．５０％、Ｍｇ：０～０．００５０％、ＲＥＭ：０～０．２０％、を含み、残部：Ｆｅおよび不純物からなり、表面に、Ａｌ濃度が１０質量％以上であるＡｌ系酸化領域と、Ｓｉ濃度が５質量％以上であるＳｉ系酸化領域とがあり、Ａｌ系酸化領域の厚みが６ｎｍ以上、Ｓｉ系酸化領域の厚みが３ｎｍ以上、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域が占める厚みが１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、フェライト系ステンレス鋼である。
【0020】
以下、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼の化学組成について説明する。化学組成の説明において「％」は質量％であることを意味する。
【0021】
Ｃ：０．０３０％以下
Ｃが過度に含有されると、フェライト系ステンレス鋼中の炭化物量が増加し、鋼の耐食性が低下する。そのため、Ｃ含有量は０．０３０％以下とする。Ｃ含有量は好ましくは０．００２０％以下である。Ｃ含有量は少ないほど好ましく、０％でもよいが、Ｃ含有量を必要以上に低下させると、コストが上昇するので、Ｃ含有量を０．００１％以上としてもよい。
Ｃが過度に含有されると、フェライト系ステンレス鋼中の炭化物量が増加し、鋼の耐食性が低下する。そのため、Ｃ含有量は０．０３０％以下とする。Ｃ含有量は好ましくは０．００２０％以下である。Ｃ含有量は少ないほど好ましく、０％でもよいが、Ｃ含有量を必要以上に低下させると、コストが上昇するので、Ｃ含有量を０．００１％以上としてもよい。
【0022】
Ｓｉ：０．００５～１．２０％
Ｓｉは、耐赤スケール性の改善に有効な元素である。この効果を得るため、Ｓｉ含有量は０．００５％以上である。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．０１％以上である。一方、Ｓｉを過度に含有すると、靱性や加工性が低下する要因となる。そのため、Ｓｉ含有量は１．２０％以下である。Ｓｉ含有量は、好ましくは、１．００％以下または０．８０％以下である。
Ｓｉは、耐赤スケール性の改善に有効な元素である。この効果を得るため、Ｓｉ含有量は０．００５％以上である。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．０１％以上である。一方、Ｓｉを過度に含有すると、靱性や加工性が低下する要因となる。そのため、Ｓｉ含有量は１．２０％以下である。Ｓｉ含有量は、好ましくは、１．００％以下または０．８０％以下である。
【0023】
Ｍｎ：０．０３～１．２％
Ｍｎは、フェライト系ステンレス鋼において、スケールの密着性を向上させる元素である。この効果を得るため、Ｍｎ含有量は、０．０３％以上である。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．０５％以上である。一方、Ｍｎを過度に含有すると、フェライト相が不安定化するとともに腐食起点となるＭｎＳの発生が促進される。そのため、Ｍｎ含有量は、１．２％以下とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは、１．０％以下である。
Ｍｎは、フェライト系ステンレス鋼において、スケールの密着性を向上させる元素である。この効果を得るため、Ｍｎ含有量は、０．０３％以上である。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．０５％以上である。一方、Ｍｎを過度に含有すると、フェライト相が不安定化するとともに腐食起点となるＭｎＳの発生が促進される。そのため、Ｍｎ含有量は、１．２％以下とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは、１．０％以下である。
【0024】
Ｐ：０．０５％以下
Ｐが過度に含有されると、フェライト系ステンレス鋼の加工性が低下する。そのため、Ｐ含有量は０．０５％以下である。Ｐ含有量は、好ましくは、０．０４％以下である。Ｐ含有量は少ないほど好ましく、０％でもよいが、Ｐ含有量を必要以上に低下させると、コストが上昇するので、Ｐ含有量を０．００５％以上としてもよい。
Ｐが過度に含有されると、フェライト系ステンレス鋼の加工性が低下する。そのため、Ｐ含有量は０．０５％以下である。Ｐ含有量は、好ましくは、０．０４％以下である。Ｐ含有量は少ないほど好ましく、０％でもよいが、Ｐ含有量を必要以上に低下させると、コストが上昇するので、Ｐ含有量を０．００５％以上としてもよい。
【0025】
Ｓ：０．００５％以下
Ｓが過度に含有されると、フェライト系ステンレス鋼において腐食起点の発生が促進される。そのため、Ｓ含有量は０．００５％以下である。Ｓ含有量は、好ましくは、０．００３％以下である。Ｓ含有量は少ないほど好ましく、０％でもよいが、Ｓ含有量を必要以上に低下させると、コストが上昇するので、Ｓ含有量を０．０００１％以上としてもよい。
Ｓが過度に含有されると、フェライト系ステンレス鋼において腐食起点の発生が促進される。そのため、Ｓ含有量は０．００５％以下である。Ｓ含有量は、好ましくは、０．００３％以下である。Ｓ含有量は少ないほど好ましく、０％でもよいが、Ｓ含有量を必要以上に低下させると、コストが上昇するので、Ｓ含有量を０．０００１％以上としてもよい。
【0026】
Ｎｉ：０．０１～１．０％
Ｎｉは、フェライト系ステンレス鋼の耐食性を向上させる元素である。この効果を得るため、Ｎｉ含有量は０．０１％以上とする。Ｎｉ含有量は、より好ましくは０．０５％以上である。一方、Ｎｉを過度に含有すると、フェライト相が不安定化するとともに、材料コストが上昇する。そのため、Ｎｉ含有量は１．０％以下である。Ｎｉ含有量は、好ましくは、０．５％以下である。
Ｎｉは、フェライト系ステンレス鋼の耐食性を向上させる元素である。この効果を得るため、Ｎｉ含有量は０．０１％以上とする。Ｎｉ含有量は、より好ましくは０．０５％以上である。一方、Ｎｉを過度に含有すると、フェライト相が不安定化するとともに、材料コストが上昇する。そのため、Ｎｉ含有量は１．０％以下である。Ｎｉ含有量は、好ましくは、０．５％以下である。
【0027】
Ｃｒ：１２．００～２３．００％
Ｃｒは、不動態被膜を形成し、耐食性を確保するために必須の元素である。また、耐赤スケール性を確保するためにも有効である。この効果を得るため、Ｃｒ含有量は１２．００％以上である。Ｃｒ含有量は、好ましくは１５．００％以上である。一方、Ｃｒを過度に含有すると、材料コストが上昇するとともに、靭性低下の要因となる。そのため、Ｃｒ含有量は、２３．００％以下である。Ｃｒ含有量は、好ましくは２０．００％以下である。
Ｃｒは、不動態被膜を形成し、耐食性を確保するために必須の元素である。また、耐赤スケール性を確保するためにも有効である。この効果を得るため、Ｃｒ含有量は１２．００％以上である。Ｃｒ含有量は、好ましくは１５．００％以上である。一方、Ｃｒを過度に含有すると、材料コストが上昇するとともに、靭性低下の要因となる。そのため、Ｃｒ含有量は、２３．００％以下である。Ｃｒ含有量は、好ましくは２０．００％以下である。
【0028】
Ｃｕ：０．０１～２．０％
Ｃｕは、高温強度確保のために含有させる元素である。この効果を得るため、Ｃｕ含有量は０．０１％以上とする。Ｃｕ含有量はより好ましくは０．０２％以上である。一方、Ｃｕを過度に含有すると、フェライト相が不安定化するとともに、材料コストが上昇する。そのため、Ｃｕ含有量は２．０％以下である。Ｃｕ含有量は、好ましくは、１．６％以下である。
Ｃｕは、高温強度確保のために含有させる元素である。この効果を得るため、Ｃｕ含有量は０．０１％以上とする。Ｃｕ含有量はより好ましくは０．０２％以上である。一方、Ｃｕを過度に含有すると、フェライト相が不安定化するとともに、材料コストが上昇する。そのため、Ｃｕ含有量は２．０％以下である。Ｃｕ含有量は、好ましくは、１．６％以下である。
【0029】
Ｎ：０．０３０％以下
Ｎが過度に含有されると、Ｎが他の元素と窒化物を形成して、フェライト系ステンレス鋼の硬質化を招く。そのため、Ｎ含有量は０．０３０％以下である。Ｎ含有量は、好ましくは０．０２０％以下である。Ｎ含有量は少ないほど好ましく、０％でもよいが、Ｎ含有量を必要以上に低下させると、コストが上昇するので、Ｎ含有量を０．００３％以上としてもよい。
Ｎが過度に含有されると、Ｎが他の元素と窒化物を形成して、フェライト系ステンレス鋼の硬質化を招く。そのため、Ｎ含有量は０．０３０％以下である。Ｎ含有量は、好ましくは０．０２０％以下である。Ｎ含有量は少ないほど好ましく、０％でもよいが、Ｎ含有量を必要以上に低下させると、コストが上昇するので、Ｎ含有量を０．００３％以上としてもよい。
【0030】
Ｍｏ：０～２．５％
Ｍｏは、高温強度および耐赤スケール性確保のために含有される元素であり、含有させてもよい。この効果を得るためには、Ｍｏ含有量を０．０１％以上であることが好ましい。一方、Ｍｏを過度に含有すると鋼が硬質化し、加工性が低下するとともに材料コストが上昇する。そのため、Ｍｏ含有量は、２．５％以下である。Ｍｏ含有量は、好ましくは、２．２％以下である。
Ｍｏは、高温強度および耐赤スケール性確保のために含有される元素であり、含有させてもよい。この効果を得るためには、Ｍｏ含有量を０．０１％以上であることが好ましい。一方、Ｍｏを過度に含有すると鋼が硬質化し、加工性が低下するとともに材料コストが上昇する。そのため、Ｍｏ含有量は、２．５％以下である。Ｍｏ含有量は、好ましくは、２．２％以下である。
【0031】
Ｎｂ：０～１．０％
Ｎｂは、高温強度確保のために含有させる元素であり、含有させてもよい。この効果を得るためには、Ｎｂ含有量を０．００１％以上であることが好ましい。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０５％以上である。一方、Ｎｂを過度に含有すると、加工性および靱性が劣化する可能性がある。そのため、Ｎｂ含有量は、１．０％以下である。Ｎｂ含有量は、好ましくは、０．７％以下であり、より好ましくは、０．５％以下である。
Ｎｂは、高温強度確保のために含有させる元素であり、含有させてもよい。この効果を得るためには、Ｎｂ含有量を０．００１％以上であることが好ましい。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０５％以上である。一方、Ｎｂを過度に含有すると、加工性および靱性が劣化する可能性がある。そのため、Ｎｂ含有量は、１．０％以下である。Ｎｂ含有量は、好ましくは、０．７％以下であり、より好ましくは、０．５％以下である。
【0032】
Ｔｉ：０～０．６％
Ｔｉは、Ｃおよび／またはＮと反応することにより、フェライト系ステンレス鋼を９００～１０００℃においてフェライト系単相にすることができ、耐赤スケール性および加工性を向上させる元素であるので、含有させてもよい。この効果を得るためには、Ｔｉ含有量を０．００１％以上にすることが好ましい。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０５％以上である。一方、Ｔｉを過度に含有すると、加工性および表面品質が劣化する可能性がある。そのため、Ｔｉ含有量は、０．６％以下である。Ｔｉ含有量は、好ましくは、０．３％以下であり、より好ましくは、０．２％以下である。
Ｔｉは、Ｃおよび／またはＮと反応することにより、フェライト系ステンレス鋼を９００～１０００℃においてフェライト系単相にすることができ、耐赤スケール性および加工性を向上させる元素であるので、含有させてもよい。この効果を得るためには、Ｔｉ含有量を０．００１％以上にすることが好ましい。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０５％以上である。一方、Ｔｉを過度に含有すると、加工性および表面品質が劣化する可能性がある。そのため、Ｔｉ含有量は、０．６％以下である。Ｔｉ含有量は、好ましくは、０．３％以下であり、より好ましくは、０．２％以下である。
【0033】
Ａｌ：０．００２～０．５％
Ａｌは、フェライト系ステンレス鋼の耐食性を向上させるとともに、耐赤スケール性を改善するために有効な元素である。また、Ａｌは製鋼時の脱酸剤として有効な元素である。これらの効果を得るため、Ａｌ含有量は０．００２％以上である。Ａｌ含有量は、好ましくは０．００４％以上である。一方、Ａｌを過度に含有すると、表面品質が劣化する可能性がある。そのため、Ａｌ含有量は０．５％以下である。より好ましくは０．３％以下である。
Ａｌは、フェライト系ステンレス鋼の耐食性を向上させるとともに、耐赤スケール性を改善するために有効な元素である。また、Ａｌは製鋼時の脱酸剤として有効な元素である。これらの効果を得るため、Ａｌ含有量は０．００２％以上である。Ａｌ含有量は、好ましくは０．００４％以上である。一方、Ａｌを過度に含有すると、表面品質が劣化する可能性がある。そのため、Ａｌ含有量は０．５％以下である。より好ましくは０．３％以下である。
【0034】
更に、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼は、Ｖ：０．０５～１．０％、Ｂ：０．０００５～０．０１％、Ｃａ：０．０００２～０．０１５０％、Ｈｆ：０．００１～０．６％、Ｚｒ：０．０１～０．６０％、Ｓｂ：０．００５～０．６０％、Ｃｏ：０．０１～１．５０％、Ｗ：０．０１～２．０％、Ｔａ：０．００１～１．０％、Ｓｎ：０．００２～１．０％、Ｇａ：０．０００２～０．５０％、Ｍｇ：０．０００３～０．００５０％、ＲＥＭ：０．００１～０．２０％、のうちの１種または２種以上を含有してもよい。これらの元素の下限はそれぞれ０％でもよい。
【0035】
Ｖ：０．０５～１．０％
Ｖは、鋼中の固溶Ｃ、Ｎを化合物として固定し、鋼の延性や加工性を向上させる元素である。そのため、必要に応じてＶを含有させてもよい。この効果を得る場合、Ｖ含有量は０．０５％以上であることが好ましい。一方、Ｖの過度な含有により、鋼の加工性が低下する。そのため、Ｖ含有量は１．０％以下である。Ｖ含有量は、好ましくは、０．０５～０．５％である。
Ｖは、鋼中の固溶Ｃ、Ｎを化合物として固定し、鋼の延性や加工性を向上させる元素である。そのため、必要に応じてＶを含有させてもよい。この効果を得る場合、Ｖ含有量は０．０５％以上であることが好ましい。一方、Ｖの過度な含有により、鋼の加工性が低下する。そのため、Ｖ含有量は１．０％以下である。Ｖ含有量は、好ましくは、０．０５～０．５％である。
【0036】
Ｂ：０．０００５～０．０１％
Ｂは、フェライト系ステンレス鋼を使用して製造された成形品の二次加工性を向上させる元素である。しかしながら、Ｂを過度に含有すると、Ｃｒ２Ｂ等の化合物が形成されやすくなり、耐赤スケール性を劣化させる可能性がある。そのため、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０１％以下のＢを含有してもよい。Ｂの下限は０．０００５％以上である。Ｂ含有量は、好ましくは、０．０００５～０．００５％である。
Ｂは、フェライト系ステンレス鋼を使用して製造された成形品の二次加工性を向上させる元素である。しかしながら、Ｂを過度に含有すると、Ｃｒ２Ｂ等の化合物が形成されやすくなり、耐赤スケール性を劣化させる可能性がある。そのため、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０１％以下のＢを含有してもよい。Ｂの下限は０．０００５％以上である。Ｂ含有量は、好ましくは、０．０００５～０．００５％である。
【0037】
Ｃａ：０．０００２～０．０１５０％
Ｃａは、耐高温酸化性を促進する元素である。本発明の一実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０００２％以上のＣａを含有してもよい。しかしながら、過度な含有は耐食性の低下を招くため、Ｃａ含有量の上限は０．０１５０％以下であることが好ましい。Ｃａ含有量は、好ましくは、０．０００２～０．００５％である。
Ｃａは、耐高温酸化性を促進する元素である。本発明の一実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０００２％以上のＣａを含有してもよい。しかしながら、過度な含有は耐食性の低下を招くため、Ｃａ含有量の上限は０．０１５０％以下であることが好ましい。Ｃａ含有量は、好ましくは、０．０００２～０．００５％である。
【0038】
Ｈｆ：０．００１～０．６％
Ｈｆは、耐食性、高温強度および耐酸化性を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．００１％以上のＨｆを含有してもよい。しかしながら、過度な含有は加工性および製造性の低下を招く可能性があるため、含有量の上限は０．６％以下であることが好ましい。Ｈｆ含有量は、好ましくは、０．００５～０．４％である。
Ｈｆは、耐食性、高温強度および耐酸化性を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．００１％以上のＨｆを含有してもよい。しかしながら、過度な含有は加工性および製造性の低下を招く可能性があるため、含有量の上限は０．６％以下であることが好ましい。Ｈｆ含有量は、好ましくは、０．００５～０．４％である。
【0039】
Ｚｒ：０．０１～０．６０％
Ｚｒは、高温強度、耐食性および耐高温酸化性を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０１％以上のＺｒを含有してもよい。しかしながら、過度な含有は加工性、製造性の低下を招くため、含有量の上限は０．６０％以下であることが好ましい。Ｚｒ含有量は、好ましくは、０．０５～０．４０％である。
Ｚｒは、高温強度、耐食性および耐高温酸化性を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０１％以上のＺｒを含有してもよい。しかしながら、過度な含有は加工性、製造性の低下を招くため、含有量の上限は０．６０％以下であることが好ましい。Ｚｒ含有量は、好ましくは、０．０５～０．４０％である。
【0040】
Ｓｂ：０．００５～０．６０％
Ｓｂは、高温強度を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．００５％以上のＳｂを含有してもよい。しかしながら、過度な含有は溶接性、靭性を低下させるため、含有量の上限は０．６０％以下であることが好ましい。Ｓｂ含有量は、好ましくは、０．０１～０．４０％である。
Ｓｂは、高温強度を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．００５％以上のＳｂを含有してもよい。しかしながら、過度な含有は溶接性、靭性を低下させるため、含有量の上限は０．６０％以下であることが好ましい。Ｓｂ含有量は、好ましくは、０．０１～０．４０％である。
【0041】
Ｃｏ：０．０１～１．５０％
Ｃｏは、高温強度を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０１％以上のＣｏを含有してもよい。しかしながら、過度に含有すると靱性が低下し、製造性の低下を招くため、含有量の上限は１．５０％以下であることが好ましい。Ｃｏ含有量は、好ましくは、０．１０～１．００％である。
Ｃｏは、高温強度を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０１％以上のＣｏを含有してもよい。しかしながら、過度に含有すると靱性が低下し、製造性の低下を招くため、含有量の上限は１．５０％以下であることが好ましい。Ｃｏ含有量は、好ましくは、０．１０～１．００％である。
【0042】
Ｗ：０．０１～２．０％
Ｗは、高温強度確保のために含有する元素である。しかしながら、Ｗを過度に含有すると、材料コストが上昇する。そのため、本実施形態におけるフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０１～２．０％のＷを含有してもよい。Ｗの含有量は、０．０５～１．５％であることが好ましい。
Ｗは、高温強度確保のために含有する元素である。しかしながら、Ｗを過度に含有すると、材料コストが上昇する。そのため、本実施形態におけるフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０１～２．０％のＷを含有してもよい。Ｗの含有量は、０．０５～１．５％であることが好ましい。
【0043】
Ｔａ：０．００１～１．０％
Ｔａは、高温強度を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．００１％以上のＴａを含有してもよい。しかしながら、過度な含有は溶接性、靭性を低下させるため、含有量の上限は１．０％以下であることが好ましい。Ｔａ含有量は、好ましくは、０．００５～０．５％である。
Ｔａは、高温強度を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．００１％以上のＴａを含有してもよい。しかしながら、過度な含有は溶接性、靭性を低下させるため、含有量の上限は１．０％以下であることが好ましい。Ｔａ含有量は、好ましくは、０．００５～０．５％である。
【0044】
Ｓｎ：０．００２～１．０％
Ｓｎは、耐食性および高温強度を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．００２％以上のＳｎを含有してもよい。しかしながら、過度の含有は靭性および製造性の低下を招く可能性があるため、含有量の上限は１．０％以下であることが好ましい。Ｓｎ含有量は、好ましくは、０．００２～０．３％である。
Ｓｎは、耐食性および高温強度を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．００２％以上のＳｎを含有してもよい。しかしながら、過度の含有は靭性および製造性の低下を招く可能性があるため、含有量の上限は１．０％以下であることが好ましい。Ｓｎ含有量は、好ましくは、０．００２～０．３％である。
【0045】
Ｇａ：０．０００２～０．５０％
Ｇａは、耐食性および耐水素脆化特性を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０００２％以上のＧａを含有してもよい。しかし、過度な含有は溶接性、靭性を低下させるため、含有量の上限０．５０％以下であることが好ましい。Ｇａ含有量は、好ましくは、０．０００２～０．３０％である。
Ｇａは、耐食性および耐水素脆化特性を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０００２％以上のＧａを含有してもよい。しかし、過度な含有は溶接性、靭性を低下させるため、含有量の上限０．５０％以下であることが好ましい。Ｇａ含有量は、好ましくは、０．０００２～０．３０％である。
【0046】
Ｍｇ：０．０００３～０．００５０％
Ｍｇは、脱酸元素であることに加え、スラブの組織を微細化させ、成型性を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０００３％以上のＭｇを含有してもよい。しかし、過度な含有は耐食性、溶接性、表面品質の低下を招くため、含有量の上限は０．００５０％以下であることが好ましい。Ｍｇ含有量は、好ましくは、０．０００３～０．００３０％である。
Ｍｇは、脱酸元素であることに加え、スラブの組織を微細化させ、成型性を向上させる元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．０００３％以上のＭｇを含有してもよい。しかし、過度な含有は耐食性、溶接性、表面品質の低下を招くため、含有量の上限は０．００５０％以下であることが好ましい。Ｍｇ含有量は、好ましくは、０．０００３～０．００３０％である。
【0047】
ＲＥＭ：０．００１～０．２０％
ＲＥＭは、スカンジウム（Ｓｃ）と、イットリウム（Ｙ）と、ランタン（Ｌａ）からルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素（ランタノイド）との総称を指す。ＲＥＭは、単独の元素として含有されてもよく、または複数の元素の混合物として含有されてもよい。ＲＥＭは、フェライト系ステンレス鋼の清浄度を向上させるとともに、耐高温酸化性も改善する元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．００１％以上のＲＥＭを含有してもよい。しかし、過度な含有は合金コストを上昇させ、製造性を低下させるため、含有量の上限は０．２０％以下であることが好ましい。ＲＥＭ含有量は、好ましくは、０．００５～０．１０％である。
ＲＥＭは、スカンジウム（Ｓｃ）と、イットリウム（Ｙ）と、ランタン（Ｌａ）からルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素（ランタノイド）との総称を指す。ＲＥＭは、単独の元素として含有されてもよく、または複数の元素の混合物として含有されてもよい。ＲＥＭは、フェライト系ステンレス鋼の清浄度を向上させるとともに、耐高温酸化性も改善する元素である。本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、必要に応じて０．００１％以上のＲＥＭを含有してもよい。しかし、過度な含有は合金コストを上昇させ、製造性を低下させるため、含有量の上限は０．２０％以下であることが好ましい。ＲＥＭ含有量は、好ましくは、０．００５～０．１０％である。
【0048】
本実施形態のフェライト系ステンレス鋼では、上述した元素以外の残部は、Ｆｅおよび不純物である。不純物とは、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、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。
【0049】
本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼の化学組成は、表面から板厚の１／４深さ位置（厚さ方向に表面から厚さの１／８～３／８の範囲であれば許容される）から、ＩＣＰ－ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析法）などの、一般的な方法で元素分析を行うことによって得られる。また、ＣおよびＳは燃焼－赤外線吸収法を用い、Ｎは不活性ガス融解－熱伝導度法を用い、Ｏは不活性ガス融解－赤外線吸収法を用いて測定すればよい。
【0050】
次に、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域について説明する。
【0051】
本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼は、表面において、Ａｌを１０質量％以上含有したＡｌ系酸化領域、およびＳｉを５質量％以上含有したＳｉ系酸化領域が存在する。Ｓｉ系酸化領域は、Ａｌ系酸化領域よりも表層側にある。Ｓｉ系酸化領域とＡｌ系酸化領域は相互に重なることなく隣り合っていてもよいし、Ｓｉ系酸化領域とＡｌ系酸化領域が相互に一部重なりつつ隣り合っていてもよい。すなわち、ステンレス鋼側にＡｌ系酸化領域があり、その上にＳｉ系酸化領域があり、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領が相互に重なることなく隣り合っていてもよい。また、ステンレス鋼側にＡｌ系酸化領域があり、その上にＳｉ系酸化領域があり、Ａｌ系酸化領域の一部とＳｉ系酸化領の一部とが相互に重なっていてもよい。
【0052】
Ａｌ系酸化領域の厚みは６ｎｍ以上、Ｓｉ系酸化領域の厚みは５ｎｍ以上、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みは１５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下とされている。これにより、耐赤スケール性及び意匠性に優れたものとなる。Ａｌ系酸化領域の厚みは、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上または２０ｎｍ以上でもよく、１００ｎｍ以下、９０ｎｍ以下、７０ｎｍ以下または５０ｎｍ以下でもよい。Ｓｉ系酸化領域の厚みは、６ｎｍ以上でもよく、５０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下でもよい。Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みは、２０ｎｍ以上または３０ｎｍ以上でもよく、１００ｎｍ以下、８０ｎｍ以下、５０ｎｍ以下でもよい。
【0053】
また、Ａｌ系酸化領域の厚みは６ｎｍ以上、Ｓｉ系酸化領域の厚みは３ｎｍ以上、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みは１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であってもよい。これにより、耐赤スケール性及び溶接性に優れたものとなる。Ａｌ系酸化領域の厚みは、１０ｎｍ以上でもよく、４０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下または２０ｎｍ以下でもよい。Ｓｉ系酸化領域の厚みは、４ｎｍ以上でもよく、２０ｎｍ以下または１０ｎｍ以下でもよい。Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みは、５０ｎｍ以下、４０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下または２０ｎｍ以下でもよい。
【0054】
このようなＡｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域が表面に形成されていることにより、フェライトステンレス鋼が５００～７００℃の高温水蒸気雰囲気下に置かれた場合の耐赤スケール性が向上し、また、意匠性も向上する。
【0055】
Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域が耐赤スケール性を改善する理由は、次の通りと考えられる。第１に、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域が保護被膜として作用することが挙げられる。第２に、フェライト系ステンレス鋼が加熱されることによってＡｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域が成長し、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の周辺の酸素分圧を低下させることが挙げられる。Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅは、この順に、酸化されやすいため、ＦｅよりもＡｌ、ＳｉおよびＣｒの方が優先的に酸化される。したがって、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の成長により、Ｆｅ系酸化物である赤スケールの生成を低減されると考えられる。
【0056】
Ａｌ系酸化領域には、１０質量％以上のＡｌのほかに、０～１０質量％のＣｒ、０～５質量％のＭｎ、０～５質量％のＴｉが含有され、残部として酸素が含まれていてもよい。また、Ａｌ系酸化領域にはＳｉが含有されていてもよい。
【0057】
Ｓｉ系酸化領域には、５質量％以上のＳｉのほかに、０～１０質量％のＣｒ、０～５質量％のＭｎ、０～５質量％のＴｉが含有され、残部として酸素が含まれていてもよい。また、Ｓｉ系酸化領域にはＡｌが含有されていてもよい。
【0058】
Ａｌ系酸化領域の組成およびＳｉ系酸化領域の組成は、後述するように、高周波グロー放電発光分光分析装置（ＧＤＳ）の深さ方向分析により測定する。
【0059】
耐赤スケール性及び意匠性が要求される場合、Ａｌ系酸化領域の厚みは、６ｎｍ以上である必要がある。また、Ｓｉ系酸化領域の厚みが５ｎｍ以上である必要がある。更に、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みは１５ｎｍ以上である必要がある。これらの条件を満足しないと、耐赤スケール性が低下するので好ましくない。また、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みが１２０ｎｍを超えると、鋼表面が着色するなどして、意匠性が低下するので好ましくない。
【0060】
耐赤スケール性及び溶接性が要求される場合、Ａｌ系酸化領域の厚みは、６ｎｍ以上である必要がある。また、Ｓｉ系酸化領域の厚みが３ｎｍ以上である必要がある。更に、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みは１５ｎｍ以上である必要がある。これらの条件を満足しないと、耐赤スケール性および溶接性が低下するので好ましくない。また、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みが５０ｎｍを超えると、溶接性が低下するので好ましくない。
【0061】
Ａｌ系酸化領域及びＳｉ系酸化領域におけるＡｌ量、Ｓｉ量、その他の元素の含有量は、高周波グロー放電発光分光分析装置（ＧＤＳ）により測定することができる。具体的には、ＧＤＳ分析装置（例えばＨＯＲＩＢＡ製ＧＤ－Ｐｒｏｆｉｌｅｒ２または同等の装置）を用い、フェライト系ステンレス鋼の表面から深さ方向に２．５ｎｍピッチで元素分析を行う。検出された元素の全量を１００質量％とし、検出された各元素の含有量（質量％）を深さ方向毎に求める。これにより、深さ方向と各元素濃度との関係を示す元素プロファイルが得られる。本実施形態のフェライト系ステンレス鋼を分析すると、元素プロファイルにおいて、Ｏ（酸素）、ＡｌおよびＳｉについて濃度のピークが表層に観察される。Ｏ、Ａｌ、Ｓｉのそれぞれのピークにおける濃度が、各元素の濃度の最大値となる。
【0062】
Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みは、鋼表面から酸素濃度の最大値の１／４の値を示す位置に至るまでの距離とする。また、Ｓｉ系酸化領域の厚みは、表面からＳｉ濃度の最大値の１／４の値を示す位置に至るまで範囲をＳｉ系酸化領域とし、その深さ方向の距離を厚みとする。更に、Ａｌ系酸化領域の厚みは、Ａｌ濃度が最大値の１／４以上の値を示す範囲をＡｌ系酸化領域とし、その深さ方向の距離を厚みとする。
【0063】
Ｓｉ系酸化領域の厚みを上記のように規定した場合、その領域の全範囲においてＳｉ含有量が５質量％以上である必要がある。領域の一部にＳｉ含有量が５質量％未満の部分がある場合は、その部分をＳｉ系酸化領域から除外して、Ｓｉ系酸化領域の厚みを決定する。
【0064】
同様に、Ａｌ系酸化領域の厚みを上記のように規定した場合、その領域の全範囲においてＡｌ含有量が１０質量％以上である必要がある。領域の一部にＡｌ含有量が１０質量％未満の部分がある場合は、その部分をＡｌ系酸化領域から除外して、Ａｌ系酸化領域の厚みを決定する。
【0065】
その他のＧＤＳ測定条件は、例えば、以下の通りである。
【0066】
ガス置換時間：２００秒、
予備スパッタ時間：３０秒、
バックグラウンド：５秒、
深さ：１．０１μｍ、
圧力：６００Ｐａ、
出力：３５Ｗ、
実効値：８．７５Ｗ、
モジュール：８Ｖ、
フェーズ：４Ｖ、
周波数：１００Ｈｚデューティサイクル：０．２５。
予備スパッタ時間：３０秒、
バックグラウンド：５秒、
深さ：１．０１μｍ、
圧力：６００Ｐａ、
出力：３５Ｗ、
実効値：８．７５Ｗ、
モジュール：８Ｖ、
フェーズ：４Ｖ、
周波数：１００Ｈｚデューティサイクル：０．２５。
【0067】
本実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼では、水蒸気が含まれる高温で使用される場合、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域が成長して、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域近傍の酸素分圧を低下させる。その結果、通常のフェライト系ステンレス鋼とは異なり、赤スケールの主となるＦｅ系酸化物の生成は低減し、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ系酸化物の生成が増加した表面形態となることで、耐赤スケール性に優れる。
【0068】
また、耐赤スケール性及び意匠性が求められる場合、すなわち、Ａｌ系酸化領域の厚みは６ｎｍ以上、Ｓｉ系酸化領域の厚みは５ｎｍ以上、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みは１５ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の場合、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼の外観をＣＩＥ１９７６（Ｌ＊，ａ＊，ｂ＊）色空間で評価した場合の、Ｌ＊とａ＊は、Ｌ＊が６５以上、ａ＊が０．５０以下である必要がある。Ｌ＊とａ＊がこの範囲を満たすことにより、意匠性に優れたものとなる。Ｌ＊は６５以上８０以下でもよく、ａ＊は０．０５以上０．５０以下でもよい。
【0069】
本実施形態のフェライト系ステンレス鋼は、鋼材であってもよい。すなわち、鋼片、鋼板、鋼帯、棒鋼材、鋼線材、鋼管、各種の形鋼などであってもよい。
【0070】
次に、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼の製造方法を説明する。
基本的には、フェライト系ステンレス鋼からなる鋼板を製造する一般的な方法が適用される。例えば、転炉または電気炉で上記の化学組成を有する溶鋼とし、ＡＯＤ炉やＶＯＤ炉等で精錬される。その後、連続鋳造法または造塊法で鋼片とし、次いで、熱間圧延－熱延板の焼鈍－酸洗－冷間圧延－仕上げ焼鈍－酸洗の工程を経て、本実施形態のステンレス鋼が製造される。必要に応じて、熱延板の焼鈍を省略してもよいし、冷間圧延－仕上げ焼鈍－酸洗を繰り返し行ってもよい。各工程の間に表面研削を行ってもよい。
基本的には、フェライト系ステンレス鋼からなる鋼板を製造する一般的な方法が適用される。例えば、転炉または電気炉で上記の化学組成を有する溶鋼とし、ＡＯＤ炉やＶＯＤ炉等で精錬される。その後、連続鋳造法または造塊法で鋼片とし、次いで、熱間圧延－熱延板の焼鈍－酸洗－冷間圧延－仕上げ焼鈍－酸洗の工程を経て、本実施形態のステンレス鋼が製造される。必要に応じて、熱延板の焼鈍を省略してもよいし、冷間圧延－仕上げ焼鈍－酸洗を繰り返し行ってもよい。各工程の間に表面研削を行ってもよい。
【0071】
ただし、本実施形態の最も重要な点である、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の造り込みのため、熱延後の酸洗条件、最終焼鈍条件に留意する。また、溶接性を改善するためには、最終焼鈍後に更に酸洗を行う。
【0072】
具体的な熱延後の酸洗条件は、４０～６０℃の硝弗酸液（１～５％弗酸、５～２０％硝酸、残部：水）よりなる酸洗浴に３０～１２０秒間浸漬することにより、酸化スケールを除去する。
【0073】
また、最終焼鈍条件は、焼鈍温度を９５０～１１００℃とし、焼鈍時間を６０～１２０秒とし、焼鈍雰囲気を窒素－水素の混合雰囲気とし、雰囲気中の窒素を１０～３０％、望ましくは２０～２５％とし、水素を６５～８５％、望ましくは７０～８０％以上とし、露点を－３０～－６５℃とする。
【0074】
更に、溶接性を改善するために最終焼鈍後に酸洗を行う場合は、４０～６０℃の硝弗酸液（１００～２００ｇ／Ｌの硝酸、５～２０ｇ／Ｌのふっ酸、残部：水）よりなる酸洗浴に３０～１２０秒間浸漬する。
【0075】
以上により、Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域を備えた耐赤スケール性に優れ、意匠性または溶接性にも優れるフェライト系ステンレス鋼を製造できる。
【実施例0076】
本発明の効果を詳細に確認するため、以下の実験を行った。なお、本実施例は、本発明の一実施例を示すものであり、本発明は以下の構成に限定されるものではない。
【0077】
表１に示す組成の鋼を真空溶製により３０ｋｇスラブを製造し、１２３０℃で２時間加熱した後、熱間圧延を施して板厚４ｍｍ熱延鋼帯を製造した。次いで、６０℃の硝弗酸液（３％弗酸、１０％硝酸、残水）に３０～１２０秒間浸漬することで酸化スケールを除去した。更に、板厚が１．０ｍｍになるまで冷間圧延を施し、均熱温度９５０～１１００℃、均熱時間３０～１８０秒で焼鈍を行った。焼鈍は、種々の露点の雰囲気で行った。雰囲気組成は２５％Ｎ２＋７５％Ｈ２とし、露点は表２Ａ及び表２Ｂに記載の通りとした。このようにして、表２Ａ及び表２Ｂに示すような、Ｎｏ．１～６５の試料を得た。
【0078】
また、表１に示す組成の鋼を真空溶製により３０ｋｇスラブを製造し、１２３０℃で２時間加熱した後、熱間圧延を施して板厚４ｍｍ熱延鋼帯を製造した。次いで、６０℃の硝弗酸液（３％弗酸、１０％硝酸、残水）に３０～１２０秒間浸漬することで酸化スケールを除去した。更に、板厚が１．０ｍｍになるまで冷間圧延を施し、均熱温度９５０～１１００℃、均熱時間３０～１８０秒で焼鈍を行った。焼鈍は、種々の露点の雰囲気で行った。雰囲気組成は２５％Ｎ２＋７５％Ｈ２とし、露点は表３Ａ及び表３Ｂに記載の通りとした。更に、最終焼鈍後に、表３Ａ及び表３Ｂに示す条件で酸洗を行った。酸洗時間は３０～１２０秒とした。このようにして、表３Ａ及び表３Ｂに示すような、Ｎｏ．６６～１３０の試料を得た。
【0079】
得られた試料について、Ａｌ系酸化領域、Ｓｉ系酸化領域およびこれらの合計の厚みを測定した。測定には、高周波グロー放電発光分光分析装置（ＨＯＲＩＢＡ製ＧＤ－Ｐｒｏｆｉｌｅｒ２）を用いた。フェライト系ステンレス鋼の表面から深さ方向に２．５ｎｍピッチで元素分析を行った。検出された元素の全量を１００質量％とし、検出された各元素の含有量（質量％）を深さ方向毎に求めた。このようにして、深さ方向と各元素濃度との関係を示す元素プロファイルを得た。元素プロファイルにおいて、Ｏ（酸素）、ＡｌおよびＳｉについて濃度のピークが表層に観察された。Ｏ、Ａｌ、Ｓｉのそれぞれのピークにおける濃度を、各元素の濃度の最大値とした。
【0080】
Ａｌ系酸化領域およびＳｉ系酸化領域の合計厚みは、鋼表面から酸素濃度の最大値の１／４の値を示す位置に至るまでの距離とした。Ｓｉ系酸化領域の厚みは、表面からＳｉ濃度の最大値の１／４の値を示す位置に至るまで範囲をＳｉ系酸化領域とし、その深さ方向の距離を厚みとした。Ａｌ系酸化領域の厚みは、Ａｌ濃度が最大値の１／４以上の値を示す範囲をＡｌ系酸化領域とし、その深さ方向の距離を厚みとした。
【0081】
なお、Ｓｉ系酸化領域の厚みを上記のように規定した場合において、Ｓｉ系酸化領域の一部にＳｉ含有量が５質量％未満の部分がある場合は、その部分をＳｉ系酸化領域から除外して、Ｓｉ系酸化領域の厚みを決定した。
【0082】
同様に、Ａｌ系酸化領域の厚みを上記のように規定した場合において、Ｓｉ系酸化領域の一部にＡｌ含有量が１０質量％未満の部分がある場合は、その部分をＡｌ系酸化領域から除外して、Ａｌ系酸化領域の厚みを決定した。
【0083】
その他のＧＤＳ測定条件は、以下の通りとした。
【0084】
ガス置換時間：２００秒、
予備スパッタ時間：３０秒、
バックグラウンド：５秒、
深さ：１．０１μｍ、
圧力：６００Ｐａ、
出力：３５Ｗ、
実効値：８．７５Ｗ、
モジュール：８Ｖ、
フェーズ：４Ｖ、
周波数：１００Ｈｚデューティサイクル：０．２５。
予備スパッタ時間：３０秒、
バックグラウンド：５秒、
深さ：１．０１μｍ、
圧力：６００Ｐａ、
出力：３５Ｗ、
実効値：８．７５Ｗ、
モジュール：８Ｖ、
フェーズ：４Ｖ、
周波数：１００Ｈｚデューティサイクル：０．２５。
【0085】
＜耐赤スケール性＞
表２Ａ及び表２Ｂ、表３Ａ及び表３Ｂに示した試料Ｎｏ．１～１３０に対して、耐赤スケール性評価試験を実施した。耐赤スケール性の評価試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２８１（金属材料の高温連続酸化試験方法）に準拠し、酸化増量を用いて評価した。評価の判断基準として、酸化増量が０．２ｍｇ／ｃｍ２以下を許容範囲とした。具体的には、試験片として、２０ｍｍ×２５ｍｍの試験片を切り出した。水蒸気濃度１０ｖｏｌ％の大気環境中で、当該試験片を６００℃で１００時間連続加熱した。酸化増量は、試験前後の重量変化より算出した。
表２Ａ及び表２Ｂ、表３Ａ及び表３Ｂに示した試料Ｎｏ．１～１３０に対して、耐赤スケール性評価試験を実施した。耐赤スケール性の評価試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２８１（金属材料の高温連続酸化試験方法）に準拠し、酸化増量を用いて評価した。評価の判断基準として、酸化増量が０．２ｍｇ／ｃｍ２以下を許容範囲とした。具体的には、試験片として、２０ｍｍ×２５ｍｍの試験片を切り出した。水蒸気濃度１０ｖｏｌ％の大気環境中で、当該試験片を６００℃で１００時間連続加熱した。酸化増量は、試験前後の重量変化より算出した。
【0086】
＜意匠性＞
表２Ａ及び表２Ｂに示した試料Ｎｏ．１～６５に対して、意匠性評価試験を実施した。各試料の外観をＣＩＥ１９７６（Ｌ＊，ａ＊，ｂ＊）色空間で評価し、Ｌ＊が６５以上かつａ＊が０．５０以下である場合を合格とした。
表２Ａ及び表２Ｂに示した試料Ｎｏ．１～６５に対して、意匠性評価試験を実施した。各試料の外観をＣＩＥ１９７６（Ｌ＊，ａ＊，ｂ＊）色空間で評価し、Ｌ＊が６５以上かつａ＊が０．５０以下である場合を合格とした。
【0087】
＜溶接性＞
表３Ａ及び表３Ｂに示した試料Ｎｏ．６６～１３０に対して、溶接性評価試験を実施した。試料Ｎｏ．６６～１３０から、２枚の鋼板を切り出した。鋼板のサイズは、幅２０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚み１０ｍｍである。２枚の鋼板を重ね合わせ、重ね合わせ部を先端径が６ｍｍの電極を用いてスポット溶接することにより、試験片を作成した。図１に、引張剪断試験片の外観を示す。図１に示すように、２枚の鋼板の長手方向の両端を重ね合わせて重ね合わせ部とした。重ね合わせ部の長さは１０ｍｍとした。溶接箇所は、重ね合わせ部の中央の１箇所とした。溶接条件は、溶接電流１０ｋＡ、通電時間１３Ｈｚ、加圧力５０００Ｎ、電極先端径６ｍｍとした。スポット溶接性の可否判断は、スポット溶接後の試験片を溶接部の剪断方向に引張速度３ｍｍ／分の一定速度で引っ張り、溶接部で破断した場合を不合格（×）とし、母材部で破断した場合を合格（○、◎）とした。結果を表３Ａ及び表３Ｂに示す。
表３Ａ及び表３Ｂに示した試料Ｎｏ．６６～１３０に対して、溶接性評価試験を実施した。試料Ｎｏ．６６～１３０から、２枚の鋼板を切り出した。鋼板のサイズは、幅２０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚み１０ｍｍである。２枚の鋼板を重ね合わせ、重ね合わせ部を先端径が６ｍｍの電極を用いてスポット溶接することにより、試験片を作成した。図１に、引張剪断試験片の外観を示す。図１に示すように、２枚の鋼板の長手方向の両端を重ね合わせて重ね合わせ部とした。重ね合わせ部の長さは１０ｍｍとした。溶接箇所は、重ね合わせ部の中央の１箇所とした。溶接条件は、溶接電流１０ｋＡ、通電時間１３Ｈｚ、加圧力５０００Ｎ、電極先端径６ｍｍとした。スポット溶接性の可否判断は、スポット溶接後の試験片を溶接部の剪断方向に引張速度３ｍｍ／分の一定速度で引っ張り、溶接部で破断した場合を不合格（×）とし、母材部で破断した場合を合格（○、◎）とした。結果を表３Ａ及び表３Ｂに示す。
【0088】
表２Ａ及び表２Ｂに示すように、本発明に係る鋼の化学組成を満足し、かつ、製造条件が適切であったＮｏ．２～４、７～９、１２～１４、１７～１９、２２～２４、２７～２９、３２～３４、３７～３９、４２～４４は、耐赤スケール性及び意匠性の両方に優れていた。
【0089】
一方、表２Ａ及び表２Ｂに示すように、本発明に係る鋼の化学組成を満足するものの、製造条件が好ましい範囲から外れたＮｏ．１、５、６、１０，１１、１５、１６、２０、２１、２５、２６、３０、３１、３５、３６、４０、４１、４５は、耐赤スケール性または意匠性のいずれかが劣位になった。
【0090】
また、表２Ｂに示すように、本発明に係る鋼の化学組成を満足しないＮｏ．４６～６５は、耐赤スケール性が劣位になった。
【0091】
次に、表３Ａ及び表３Ｂに示すように、本発明に係る鋼の化学組成を満足し、かつ、製造条件が適切であったＮｏ．６７～６９、７２～７４、７７～７９、８２～８４、８７～８９、９２～９４、９７～９９、１０２～１０４、１０７～１０９は、耐赤スケール性及び溶接性の両方に優れていた。なお、図２には、Ｎｏ．６７のＧＤＳ分析の結果を示した。
【0092】
一方、表３Ａ及び表３Ｂに示すように、本発明に係る鋼の化学組成を満足するものの、製造条件が好ましい範囲から外れたＮｏ．６６、７０、７１、７５、７６、８０、８１、８５、８６、９０、９１、９５、９６、１００、１０１、１０５、１０６、１１０は、耐赤スケール性または溶接性のいずれかが劣位になった。
【0093】
また、表３Ｂに示すように、本発明に係る鋼の化学組成を満足しないＮｏ．１１１～１３０は、耐赤スケール性が劣位になった。
【0094】
【表1】
【0095】
【表2A】
【0096】
【表2B】
【0097】
【表3A】
【0098】
【表3B】
【図1】
【図2】