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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】P2024080918
(43)【公開日】2024-06-17
(54)【発明の名称】鉄クロム合金および鉄クロム合金の製造方法
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20240610BHJP
C22C 38/58 20060101ALI20240610BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20240610BHJP
C21D 9/46 20060101ALI20240610BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302Z
C22C38/58
C22C38/60
C21D9/46 P
C21D9/46 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022194279
(22)【出願日】2022-12-05
(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】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】松林 弘泰
(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
4K037EA05
4K037EA06
4K037EA09
4K037EA10
4K037EA11
4K037EA12
4K037EA13
4K037EA14
4K037EA15
4K037EA17
4K037EA18
4K037EA19
4K037EA20
4K037EA23
4K037EA25
4K037EA26
4K037EA27
4K037EA28
4K037EA29
4K037EA31
4K037EA32
4K037EA33
4K037EA35
4K037EA36
4K037EB06
4K037EB07
4K037EB08
4K037EB09
4K037FA02
4K037FA03
4K037FB00
4K037FF00
4K037FG00
4K037FM02
4K037HA05
4K037JA06
(57)【要約】
【課題】微摺動摩耗による接触抵抗の増大が生じにくい鉄クロム合金を実現する。
【解決手段】鉄クロム合金であって、Ｃ：０．０１～０．５％、Ｓｉ：０．０１～２．０％、Ｍｎ：０．０１～２．０％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．０１～５．０％、Ｃｒ：４．０～２５．０％、Ｃｕ：０．５～１０％、Ｎ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．６％以下、Ｔｉ：０．６％以下およびＡｌ：０．００１～３．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、マルテンサイト単相組織または５０体積％以上のマルテンサイト相とフェライト相との複相組織であり、表面におけるＲａ×ＲＳｍの値が５５０以下であり、相中にεＣｕ相が分散して析出しており、断面におけるεＣｕ相の合計面積率が１．０～１０．０％である。
【選択図】なし
【解決手段】鉄クロム合金であって、Ｃ：０．０１～０．５％、Ｓｉ：０．０１～２．０％、Ｍｎ：０．０１～２．０％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．０１～５．０％、Ｃｒ：４．０～２５．０％、Ｃｕ：０．５～１０％、Ｎ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．６％以下、Ｔｉ：０．６％以下およびＡｌ：０．００１～３．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、マルテンサイト単相組織または５０体積％以上のマルテンサイト相とフェライト相との複相組織であり、表面におけるＲａ×ＲＳｍの値が５５０以下であり、相中にεＣｕ相が分散して析出しており、断面におけるεＣｕ相の合計面積率が１．０～１０．０％である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量％で、Ｃ：０．０１～０．５％、Ｓｉ：０．０１～２．０％、Ｍｎ：０．０１～２．０％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．０１～５．０％、Ｃｒ：４．０～２５．０％、Ｃｕ：０．５～１０％、Ｎ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．６％以下、Ｔｉ：０．６％以下およびＡｌ：０．００１～３．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
マトリクスが、マルテンサイト単相組織、または５０体積％以上のマルテンサイト相とフェライト相との複相組織であり、
表面における、Ｒａ（算術平均粗さ）×ＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）の値が５５０以下であり、
前記マトリクスを構成する相中に、εＣｕ相が分散して析出しており、圧延方向に直交する断面における、前記εＣｕ相の合計面積率が１．０～１０．０％である、鉄クロム合金。
マトリクスが、マルテンサイト単相組織、または５０体積％以上のマルテンサイト相とフェライト相との複相組織であり、
表面における、Ｒａ（算術平均粗さ）×ＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）の値が５５０以下であり、
前記マトリクスを構成する相中に、εＣｕ相が分散して析出しており、圧延方向に直交する断面における、前記εＣｕ相の合計面積率が１．０～１０．０％である、鉄クロム合金。
【請求項2】
質量％で、Ｍｏ：０．０１～２．０％、Ｖ：０．６％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｃａ：０．０００２～０．０１５％、Ｈｆ：０．００１～０．６０％、Ｚｒ：０．０１～０．６０％、Ｓｂ：０．００５～０．６０％、Ｃｏ：０．６％以下、Ｗ：０．６％以下、Ｔａ：０．００１～１．０％、Ｓｎ：０．００２～１．０％、Ｇａ：０．０００２～０．５０％、Ｍｇ：０．０００３～０．００５０％およびＲＥＭ（希土類元素）：０．００１～０．２０％からなる群より選択される少なくとも１種をさらに含有する、請求項１に記載の鉄クロム合金。
【請求項3】
質量％で、Ｃ：０．０１～０．５％、Ｓｉ：０．０１～２．０％、Ｍｎ：０．０１～２．０％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．０１～５．０％、Ｃｒ：４．０～２５．０％、Ｃｕ：０．５～１０％、Ｎ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．６％以下、Ｔｉ：０．６％以下およびＡｌ：０．００１～３．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
マトリクスが、マルテンサイト単相組織、または５０体積％以上のマルテンサイト相とフェライト相との複相組織であり、
表面における、Ｒａ（算術平均粗さ）×ＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）の値が５５０以下であり、
前記マトリクスを構成する相中に、εＣｕ相が分散して析出しており、圧延方向に直交する断面における、前記εＣｕ相の合計面積率が１．０～１０．０％である鉄クロム合金の製造方法であって、
下記式（１）により示されるＰ値が１１０００～２２０００となる条件で熱処理を施す仕上げ焼鈍工程を含む、鉄クロム合金の製造方法；
Ｐ値＝Ｔ（２０＋ｌｏｇｔ） ・・・ （１）
前記式（１）において、Ｔは絶対温度で表した熱処理温度（Ｋ）を表し、ｔは熱処理時間（ｈｒ）を表す。
マトリクスが、マルテンサイト単相組織、または５０体積％以上のマルテンサイト相とフェライト相との複相組織であり、
表面における、Ｒａ（算術平均粗さ）×ＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）の値が５５０以下であり、
前記マトリクスを構成する相中に、εＣｕ相が分散して析出しており、圧延方向に直交する断面における、前記εＣｕ相の合計面積率が１．０～１０．０％である鉄クロム合金の製造方法であって、
下記式（１）により示されるＰ値が１１０００～２２０００となる条件で熱処理を施す仕上げ焼鈍工程を含む、鉄クロム合金の製造方法；
Ｐ値＝Ｔ（２０＋ｌｏｇｔ） ・・・ （１）
前記式（１）において、Ｔは絶対温度で表した熱処理温度（Ｋ）を表し、ｔは熱処理時間（ｈｒ）を表す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄クロム合金および鉄クロム合金の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車等の輸送機器において、安全装備等の各種電装設備の増加に伴い、電線および接続端子により構成されるワイヤハーネスの使用量が増加している。接続端子は、接続部において所定の接触圧が要求されることから、高強度を有する材料により形成されることが好ましい。
【0003】
接続端子の材料としては、一般的に銅合金が用いられている。近年、銅合金と同等の強度を有しながらより安価であり、かつ、銅合金では困難な磁力による選別も可能となる、ステンレス鋼等の鉄クロム合金の使用が提案されている。ただし、鉄クロム合金は表面に不働態被膜を形成するため耐食性に優れる一方で、一般的には接触抵抗が大きい傾向がある。
【0004】
このような問題に対して、例えば特許文献１には、ステンレス鋼板の表面上にＣｕめっき層およびＳｎめっき層を有する自動車用端子が開示されている。特許文献２には、表面が微細な凹凸状になっている層を備える接続部を備えた端子が開示されている。特許文献３には、粒径３００ｎｍ以下のＣｕリッチ相の析出粒子を、マトリクスを構成する相中に分散させて導電性を改善したステンレス鋼板が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１７－１８３１４４号公報
【特許文献2】特開２０１５－２２０１４５号公報
【特許文献3】特開２００５－１５４７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
自動車等の輸送機器は、振動によって接続端子の接続部に微摺動摩耗が生じやすい。特許文献１に記載のめっき層は、微摺動摩耗により消耗してしまう場合がある。特許文献２に開示された端子は、接続部表面の凹凸について製造上の管理が難しく、製造コストに改善の余地がある。特許文献３に開示されているようにＣｕリッチ相を析出させると、微摺動摩耗によってＣｕリッチ相を含む微粉が生じる場合がある。当該微粉は酸化することで、接触抵抗が増大する原因となる。
【0007】
本発明の一態様は、微摺動摩耗による接触抵抗の増大が生じにくい鉄クロム合金を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る鉄クロム合金は、質量％で、Ｃ：０．０１～０．５％、Ｓｉ：０．０１～２．０％、Ｍｎ：０．０１～２．０％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．０１～５．０％、Ｃｒ：４．０～２５．０％、Ｃｕ：０．５～１０％、Ｎ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．６％以下、Ｔｉ：０．６％以下およびＡｌ：０．００１～３．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、マトリクスが、マルテンサイト単相組織、または５０体積％以上のマルテンサイト相とフェライト相との複相組織であり、表面における、Ｒａ（算術平均粗さ）×ＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）の値が５５０以下であり、前記マトリクスを構成する相中に、εＣｕ相が分散して析出しており、圧延方向に直交する断面における、前記εＣｕ相の合計面積率が１．０～１０．０％である。
【0009】
本発明の一態様に係る鉄クロム合金は、質量％で、Ｍｏ：０．０１～２．０％、Ｖ：０．６％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｃａ：０．０００２～０．０１５％、Ｈｆ：０．００１～０．６０％、Ｚｒ：０．０１～０．６０％、Ｓｂ：０．００５～０．６０％、Ｃｏ：０．６％以下、Ｗ：０．６％以下、Ｔａ：０．００１～１．０％、Ｓｎ：０．００２～１．０％、Ｇａ：０．０００２～０．５０％、Ｍｇ：０．０００３～０．００５０％およびＲＥＭ（希土類元素）：０．００１～０．２０％からなる群より選択される少なくとも１種をさらに含有していてもよい。
【0010】
前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る鉄クロム合金は、質量％で、Ｃ：０．０１～０．５％、Ｓｉ：０．０１～２．０％、Ｍｎ：０．０１～２．０％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．０１～５．０％、Ｃｒ：４．０～２５．０％、Ｃｕ：０．５～１０％、Ｎ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．６％以下、Ｔｉ：０．６％以下およびＡｌ：０．００１～３．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、マトリクスが、マルテンサイト単相組織、または５０体積％以上のマルテンサイト相とフェライト相との複相組織であり、表面における、Ｒａ（算術平均粗さ）×ＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）の値が５５０以下であり、前記マトリクスを構成する相中に、εＣｕ相が分散して析出しており、圧延方向に直交する断面における、前記εＣｕ相の合計面積率が１．０～１０．０％である鉄クロム合金の製造方法であって、下記式（１）により示されるＰ値が１１０００～２２０００となる条件で熱処理を施す仕上げ焼鈍工程を含む；
Ｐ値＝Ｔ（２０＋ｌｏｇｔ） ・・・ （１）
前記式（１）において、Ｔは絶対温度で表した熱処理温度（Ｋ）を表し、ｔは熱処理時間（ｈｒ）を表す。
Ｐ値＝Ｔ（２０＋ｌｏｇｔ） ・・・ （１）
前記式（１）において、Ｔは絶対温度で表した熱処理温度（Ｋ）を表し、ｔは熱処理時間（ｈｒ）を表す。
【発明の効果】
【0011】
本発明の一態様によれば、微摺動摩耗による接触抵抗の増大が生じにくい鉄クロム合金を実現できる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は以下の各実施形態または各実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態および実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書において「Ａ～Ｂ」は、Ａ以上Ｂ以下であることを示している。
【0013】
本発明の一実施形態に係る鉄クロム合金（以下、単に「鉄クロム合金」と称する場合がある）は、合金中のＣｒに由来する不働態被膜を表面に形成する合金鋼を意図する。鉄クロム合金としては、例えば、Ｃｒ含有量が１０．５質量％以上であるステンレス鋼が挙げられるが、これに限定されず、Ｃｒ含有量は１０．５質量％未満の合金鋼であってもよい。また、鉄クロム合金の形状は特に限定されず、例えば、鋼板、鋼帯、鋼管または条鋼であってよい。
【0014】
〔εＣｕ相〕
鉄クロム合金は、鉄クロム合金のマトリクスを構成する相中（以下、単に「マトリクス中」と称する場合がある）に、εＣｕ相が分散して析出している。εＣｕ相は、Ｃｕリッチ相とも呼ばれており、焼鈍工程等における時効処理により、マトリクス中においてＣｕが析出した粒子である。εＣｕ相は、電気伝導率に優れたＣｕを主成分とするため、マトリクス中においてεＣｕ相が分散して析出することで、鉄クロム合金の電気伝導率を向上できる。
鉄クロム合金は、鉄クロム合金のマトリクスを構成する相中（以下、単に「マトリクス中」と称する場合がある）に、εＣｕ相が分散して析出している。εＣｕ相は、Ｃｕリッチ相とも呼ばれており、焼鈍工程等における時効処理により、マトリクス中においてＣｕが析出した粒子である。εＣｕ相は、電気伝導率に優れたＣｕを主成分とするため、マトリクス中においてεＣｕ相が分散して析出することで、鉄クロム合金の電気伝導率を向上できる。
【0015】
また、εＣｕ相がマトリクス中に分散して析出していれば、εＣｕ相は、鉄クロム合金の表面または表面近傍にも存在する。εＣｕ相は、鉄クロム合金の表面に形成される不働態被膜よりも電気伝導率が高い。また、鉄クロム合金の表面において、εＣｕ相が析出している位置には不働態被膜が形成されにくく、εＣｕ相が露出しやすいことが知られている。そのため、鉄クロム合金の表面にεＣｕ相が析出していれば、鉄クロム合金の接触抵抗を低減できる。
【0016】
鉄クロム合金は、圧延方向に直交する断面におけるεＣｕ相の合計面積率が１．０％以上１０．０％以下である。合計面積率とは、鉄クロム合金の前記断面における各析出物の面積率の合計を示す。なお、圧延方向に直交する断面とは、圧延方向に直交し、かつ平行な断面（Ｌ断面）であってもよく、圧延方向に直交し、かつ直角な断面（Ｔ断面）であってもよく、圧延方向に直交しているその他の断面であってもよい。
【0017】
鉄クロム合金のマトリクス中に析出するεＣｕ相の粒子径は、特に限定されない。例えば、前記の合計面積率は、粒子径が１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のεＣｕ相を対象として算出してよい。εＣｕ相の粒子径は、粒子の最大径によって表されてよい。
【0018】
鉄クロム合金のマトリクス中析出しているεＣｕ相の平均粒子径は、１ｎｍ以上であってよく、５ｎｍ以上であってもよい。また、εＣｕ相の平均粒子径は、１０００ｎｍ以下であってよく、５００ｎｍ以下であってもよい。εＣｕ相の粒子径は、例えば、透過型電子顕微鏡により観察される視野において、ＥＤＸ装置を用いてεＣｕ相の粒子を特定して測定できる。また、εＣｕ相の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡の視野内における所定の範囲に含まれる粒子の粒子径の平均値として算出できる。
【0019】
このようなεＣｕ相を含む鉄クロム合金の表面には、良好な導電性を有するεＣｕ相が所定量存在する。εＣｕ相は、鉄クロム合金の表面に形成される不働態被膜よりも電気伝導率が大きいため、鉄クロム合金の表面と、当該表面に接触した導体との間で流れる電気の通り道として機能する。
【0020】
また、上述のような鉄クロム合金は、自動車等の輸送機器が備える、微摺動摩耗が生じやすい接続端子にも好適に利用できる。鉄クロム合金のマトリクス中には、表面と同様に所定量のεＣｕ相が分散して析出している。そのため、鉄クロム合金の表面に微摺動摩耗が生じた場合でも、マトリクス中のεＣｕ相が順次、微摺動摩耗が生じた部位に露出する。したがって、接続端子を鉄クロム合金により構成すれば、微摺動摩耗が生じた接続部においてもεＣｕ相が電気の通り道として機能できるため、接触抵抗の増大が生じにくい。
【0021】
εＣｕ相の合計面積率が１．０％未満である場合、鉄クロム合金の表面および表面近傍に存在するεＣｕ相が不足する。そのため、鉄クロム合金における接触抵抗の向上に、良好な導電性を有するεＣｕ相が十分に機能しない。一方、εＣｕ相の合計面積率が１０．０％を超える場合、Ｃｕを多量に添加する必要が生じる。Ｃｕの過剰添加は、ＣｕＭｎ相の生成による、鉄クロム合金の熱間加工性の低下の原因となる他、酸性工程を実施する場合、酸の種類によっては鉄クロム合金の表面の凹凸が大きくなる原因となり得る。また、多量のＣｕ添加は、鉄クロム合金の製造コスト増大にも繋がる。
【0022】
なお、鉄クロム合金は、微摺動摩耗に限られず、例えば抜き差しが頻繁に行われるような接続端子であっても、摩耗による接続部の接触抵抗の増大が生じにくい。そのため、鉄クロム合金は種々の接続端子に好適に利用可能である。
【0023】
このような鉄クロム合金によれば、例えば接触抵抗の低減のためにめっき処理を行う必要がなく、省原料化および製造工程の省エネルギー化が可能となる。また、銅合金等では不可能な磁力選鉱によってスクラップの分別が可能となり、金属のリサイクルが容易となる。これにより、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の、目標１２「つくる責任つかう責任」等の達成に貢献できる。
【0024】
〔表面粗さ〕
鉄クロム合金は、表面における、Ｒａ（算術平均粗さ）×ＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）の値が５５０以下である。Ｒａ（算術平均粗さ）およびＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３の定義に準拠するものである。
鉄クロム合金は、表面における、Ｒａ（算術平均粗さ）×ＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）の値が５５０以下である。Ｒａ（算術平均粗さ）およびＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３の定義に準拠するものである。
【0025】
鉄クロム合金の表面が過剰に粗くなり、表面の凹凸が増加すると、鉄クロム合金と導体との接触点の数が極端に少なくなり、接触圧による負荷が、少ない接触点に集中してしまう。これにより、鉄クロム合金に微摺動摩耗が生じた場合に、摩耗粉（表面が削れて生じた粉）が生成しやすくなる。酸化した摩耗粉は、鉄クロム合金の接触抵抗を上昇させる原因となる。
【0026】
ここで本発明者らは、Ｒａ（算術平均粗さ）だけでなく、ＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）にも着目した。Ｒａ（算術平均粗さ）は、表面の凹凸における、表面に対して垂直な方向の大きさを示し、ＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）は平行な方向の大きさを示す。摩耗粉は、表面の凹凸がいずれの方向に大きくても生成しやすいといえるため、これら両方のパラメータを調整することで、摩耗粉の発生量を効果的に低減できる。このように、本発明者らは、鉄クロム合金の表面粗さについて、摩耗粉の発生の観点からは、Ｒａ（算術平均粗さ）およびＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）の両方により評価することが好ましいことを見出した。
【0027】
鉄クロム合金の表面が、Ｒａ×ＲＳｍ≦５５０の範囲内であれば、摩耗粉の過剰な生成を防止できる。そのため、マトリクス中にεＣｕ相が析出した鉄クロム合金においても、摩耗粉による接触抵抗の上昇を防止できる。
【0028】
〔成分組成〕
鉄クロム合金は、質量％で、Ｃ：０．０１～０．５％、Ｓｉ：０．０１～２．０％、Ｍｎ：０．０１～２．０％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．０１～５．０％、Ｃｒ：４．０～２５．０％、Ｃｕ：０．５～１０％、Ｎ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．６％以下、Ｔｉ：０．６％以下およびＡｌ：０．００１～３．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。以下、鉄クロム合金に含まれる各元素について説明する。
鉄クロム合金は、質量％で、Ｃ：０．０１～０．５％、Ｓｉ：０．０１～２．０％、Ｍｎ：０．０１～２．０％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．０１～５．０％、Ｃｒ：４．０～２５．０％、Ｃｕ：０．５～１０％、Ｎ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．６％以下、Ｔｉ：０．６％以下およびＡｌ：０．００１～３．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。以下、鉄クロム合金に含まれる各元素について説明する。
【0029】
（Ｃ）
Ｃ（炭素）は、高い固溶強化作用を有し、また鉄クロム合金の高強度化にも有効である。一方、Ｃの過剰添加は、鉄クロム合金の加工性および耐食性の低下を招く。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以上０．５質量％以下のＣを含有している。Ｃの含有量は、０．０１質量％以上０．１５質量％以下であることが好ましい。
Ｃ（炭素）は、高い固溶強化作用を有し、また鉄クロム合金の高強度化にも有効である。一方、Ｃの過剰添加は、鉄クロム合金の加工性および耐食性の低下を招く。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以上０．５質量％以下のＣを含有している。Ｃの含有量は、０．０１質量％以上０．１５質量％以下であることが好ましい。
【0030】
（Ｓｉ）
Ｓｉ（ケイ素）は、脱酸剤として有効であり、また固溶強化作用を有する元素である。一方、Ｓｉの過剰添加は加工性および靱性の低下の原因となる。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以上２．０質量％以下のＳｉを含有している。Ｓｉの含有量は、０．２質量％以上１．５質量％以下であることが好ましい。
Ｓｉ（ケイ素）は、脱酸剤として有効であり、また固溶強化作用を有する元素である。一方、Ｓｉの過剰添加は加工性および靱性の低下の原因となる。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以上２．０質量％以下のＳｉを含有している。Ｓｉの含有量は、０．２質量％以上１．５質量％以下であることが好ましい。
【0031】
（Ｍｎ）
Ｍｎ（マンガン）は、鉄クロム合金の高強度化に有効な元素である。一方、Ｍｎの過剰添加は鉄クロム合金の熱間加工性の低下を招いてしまう。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以上２．０質量％以下のＭｎを含有している。Ｍｎの含有量は、０．２質量％以上１．５質量％以下であることが好ましい。
Ｍｎ（マンガン）は、鉄クロム合金の高強度化に有効な元素である。一方、Ｍｎの過剰添加は鉄クロム合金の熱間加工性の低下を招いてしまう。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以上２．０質量％以下のＭｎを含有している。Ｍｎの含有量は、０．２質量％以上１．５質量％以下であることが好ましい。
【0032】
（Ｐ）
Ｐ（リン）は、不可避的不純物として混入する元素であり、Ｐの含有量は少ないほど好ましい。製造性の観点から、鉄クロム合金は、０．０４５質量％以下のＰを含有している。Ｐの含有量が０．０４５質量％以下であれば、鉄クロム合金において、延性等の材料特性への悪影響を低減できる。Ｐの含有量は、０．００５質量％以上０．０４０質量％以下であることが好ましい。
Ｐ（リン）は、不可避的不純物として混入する元素であり、Ｐの含有量は少ないほど好ましい。製造性の観点から、鉄クロム合金は、０．０４５質量％以下のＰを含有している。Ｐの含有量が０．０４５質量％以下であれば、鉄クロム合金において、延性等の材料特性への悪影響を低減できる。Ｐの含有量は、０．００５質量％以上０．０４０質量％以下であることが好ましい。
【0033】
（Ｓ）
Ｓ（硫黄）は、不可避的不純物として混入する元素であり、Ｓの含有量は少ないほど好ましい。製造性の観点から、鉄クロム合金は、０．０３質量％以下のＳを含有している。Ｓの含有量が０．０３質量％以下であれば、鉄クロム合金において、延性等の材料特性への悪影響を低減できる。Ｓの含有量は、０．０００１質量％以上０．００３質量％以下であることが好ましい。
Ｓ（硫黄）は、不可避的不純物として混入する元素であり、Ｓの含有量は少ないほど好ましい。製造性の観点から、鉄クロム合金は、０．０３質量％以下のＳを含有している。Ｓの含有量が０．０３質量％以下であれば、鉄クロム合金において、延性等の材料特性への悪影響を低減できる。Ｓの含有量は、０．０００１質量％以上０．００３質量％以下であることが好ましい。
【0034】
（Ｎｉ）
Ｎｉ（ニッケル）は、鉄クロム合金の耐食性および靱性の向上に有効な元素である。一方、Ｎｉは高価な元素であり、過剰な添加は製造コストの増大を招く。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以上５．０質量％以下のＮｉを含有している。Ｎｉの含有量は、０．１質量％以上３．０質量％以下であることが好ましい。
Ｎｉ（ニッケル）は、鉄クロム合金の耐食性および靱性の向上に有効な元素である。一方、Ｎｉは高価な元素であり、過剰な添加は製造コストの増大を招く。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以上５．０質量％以下のＮｉを含有している。Ｎｉの含有量は、０．１質量％以上３．０質量％以下であることが好ましい。
【0035】
（Ｃｒ）
Ｃｒ（クロム）は、鉄クロム合金の耐食性を確保するために有効な元素である。一方で、Ｃｒを過剰添加すると、鉄クロム合金の加工性および靱性が低下する。そのため、鉄クロム合金は、４．０質量％以上２５．０質量％以下のＣｒを含有している。Ｃｒの含有量は、７．０質量％以上１８．０質量％以下であることが好ましい。
Ｃｒ（クロム）は、鉄クロム合金の耐食性を確保するために有効な元素である。一方で、Ｃｒを過剰添加すると、鉄クロム合金の加工性および靱性が低下する。そのため、鉄クロム合金は、４．０質量％以上２５．０質量％以下のＣｒを含有している。Ｃｒの含有量は、７．０質量％以上１８．０質量％以下であることが好ましい。
【0036】
（Ｃｕ）
Ｃｕ（銅）は、鉄クロム合金の高強度化および導電性の向上に有効な元素である。また、Ｃｕは、εＣｕ相の析出にも有効な元素である。一方で、Ｃｕを過剰添加すると、スラブが凝固する過程において当該スラブの中心にＣｕＭｎ相が生成してしまい、スラブの熱間加工性が低下する。そのため、鉄クロム合金は、０．５質量％以上１０質量％以下のＣｕを含有している。Ｃｕの含有量は、１．０質量％以上７．０質量％以下であることが好ましい。
Ｃｕ（銅）は、鉄クロム合金の高強度化および導電性の向上に有効な元素である。また、Ｃｕは、εＣｕ相の析出にも有効な元素である。一方で、Ｃｕを過剰添加すると、スラブが凝固する過程において当該スラブの中心にＣｕＭｎ相が生成してしまい、スラブの熱間加工性が低下する。そのため、鉄クロム合金は、０．５質量％以上１０質量％以下のＣｕを含有している。Ｃｕの含有量は、１．０質量％以上７．０質量％以下であることが好ましい。
【0037】
（Ｎ）
Ｎ（窒素）は、固溶強化作用および耐食性向上作用を有する元素である。一方、Ｎを過度に添加すると、鉄クロム合金の加工性が低下する。そのため、鉄クロム合金におけるＮの含有量は、０．１０質量％以下であり、０．００１質量％以上０．０８質量％以下であることが好ましい。
Ｎ（窒素）は、固溶強化作用および耐食性向上作用を有する元素である。一方、Ｎを過度に添加すると、鉄クロム合金の加工性が低下する。そのため、鉄クロム合金におけるＮの含有量は、０．１０質量％以下であり、０．００１質量％以上０．０８質量％以下であることが好ましい。
【0038】
（Ｎｂ）
Ｎｂ（ニオブ）は、組織の微細化および均一化に有効な元素である。また、Ｎｂは、導電性を有する金属炭化物、金属ホウ化物および金属窒化物の析出にも有効である。一方、Ｎｉは高価な元素であり、過剰な添加は製造コストの増大を招く。そのため、鉄クロム合金は、０．６質量％以下のＮｂを含有している。Ｎｂの含有量は、０．０１質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。
Ｎｂ（ニオブ）は、組織の微細化および均一化に有効な元素である。また、Ｎｂは、導電性を有する金属炭化物、金属ホウ化物および金属窒化物の析出にも有効である。一方、Ｎｉは高価な元素であり、過剰な添加は製造コストの増大を招く。そのため、鉄クロム合金は、０．６質量％以下のＮｂを含有している。Ｎｂの含有量は、０．０１質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。
【0039】
（Ｔｉ）
Ｔｉ（チタン）は、脱酸作用を有する元素である。そのため、鉄クロム合金は、０．６質量％以下のＴｉを含有している。Ｔｉの含有量は、０．０１質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。
Ｔｉ（チタン）は、脱酸作用を有する元素である。そのため、鉄クロム合金は、０．６質量％以下のＴｉを含有している。Ｔｉの含有量は、０．０１質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。
【0040】
（Ａｌ）
Ａｌ（アルミニウム）は、脱酸作用を有する元素である。一方で、Ａｌを過剰添加すると表面品質が劣化してしまう場合がある。そのため、鉄クロム合金は、０．００１質量％以上３．５質量％以下のＡｌを含有している。Ａｌの含有量は、０．００１質量％以上１．８質量％以下であることが好ましい。
Ａｌ（アルミニウム）は、脱酸作用を有する元素である。一方で、Ａｌを過剰添加すると表面品質が劣化してしまう場合がある。そのため、鉄クロム合金は、０．００１質量％以上３．５質量％以下のＡｌを含有している。Ａｌの含有量は、０．００１質量％以上１．８質量％以下であることが好ましい。
【0041】
（その他の元素）
鉄クロム合金は、上述の元素に加えて、質量％で、Ｍｏ：０．０１～２．０％、Ｖ：０．６％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｃａ：０．０００２～０．０１５％、Ｈｆ：０．００１～０．６０％、Ｚｒ：０．０１～０．６０％、Ｓｂ：０．００５～０．６０％、Ｃｏ：０．６％以下、Ｗ：０．６％以下、Ｔａ：０．００１～１．０％、Ｓｎ：０．００２～１．０％、Ｇａ：０．０００２～０．５０％、Ｍｇ：０．０００３～０．００５０％およびＲＥＭ（希土類元素）：０．００１～０．２０％からなる群より選択される少なくとも１種をさらに含有していてもよい。
鉄クロム合金は、上述の元素に加えて、質量％で、Ｍｏ：０．０１～２．０％、Ｖ：０．６％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｃａ：０．０００２～０．０１５％、Ｈｆ：０．００１～０．６０％、Ｚｒ：０．０１～０．６０％、Ｓｂ：０．００５～０．６０％、Ｃｏ：０．６％以下、Ｗ：０．６％以下、Ｔａ：０．００１～１．０％、Ｓｎ：０．００２～１．０％、Ｇａ：０．０００２～０．５０％、Ｍｇ：０．０００３～０．００５０％およびＲＥＭ（希土類元素）：０．００１～０．２０％からなる群より選択される少なくとも１種をさらに含有していてもよい。
【0042】
（Ｍｏ）
Ｍｏ（モリブデン）は、鉄クロム合金の耐食性の向上に有効な元素である。一方、Ｍｏは高価な元素でもあることから、過剰な添加は好ましくない。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以上２．０質量％以下のＭｏを含有していてもよい。Ｍｏの含有量は、０．１質量％以上１．５質量％以下であることがより好ましい。
Ｍｏ（モリブデン）は、鉄クロム合金の耐食性の向上に有効な元素である。一方、Ｍｏは高価な元素でもあることから、過剰な添加は好ましくない。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以上２．０質量％以下のＭｏを含有していてもよい。Ｍｏの含有量は、０．１質量％以上１．５質量％以下であることがより好ましい。
【0043】
（Ｖ、Ｗ）
Ｖ（バナジウム）およびＷ（タングステン）は、いずれも鉄クロム合金の耐食性の向上に有効な元素である。一方、ＶおよびＷは高価な元素であることから、過剰な添加は好ましくない。そのため、鉄クロム合金は、０．６質量％以下のＶおよび０．６質量％以下のＷの少なくとも一方を含有していてもよい。Ｖの含有量は、０．０５質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。また、Ｗの含有量は、０．０５質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。
Ｖ（バナジウム）およびＷ（タングステン）は、いずれも鉄クロム合金の耐食性の向上に有効な元素である。一方、ＶおよびＷは高価な元素であることから、過剰な添加は好ましくない。そのため、鉄クロム合金は、０．６質量％以下のＶおよび０．６質量％以下のＷの少なくとも一方を含有していてもよい。Ｖの含有量は、０．０５質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。また、Ｗの含有量は、０．０５質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。
【0044】
（Ｂ）
Ｂ（ホウ素）は、鉄クロム合金の熱間加工性を改善する元素であり、熱間圧延における耳切れおよび二枚割れの発生の低減に有効な元素である。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以下のＢを含有していてもよい。Ｂの含有量は、０．０００５質量％以上０．００５質量％以下であることが好ましい。
Ｂ（ホウ素）は、鉄クロム合金の熱間加工性を改善する元素であり、熱間圧延における耳切れおよび二枚割れの発生の低減に有効な元素である。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以下のＢを含有していてもよい。Ｂの含有量は、０．０００５質量％以上０．００５質量％以下であることが好ましい。
【0045】
（Ｃａ）
Ｃａ（カルシウム）は、熱間圧延時の耳切れ防止に有効に作用する。一方で、過度なＣａの添加は耐食性の低下を招く。そのため、鉄クロム合金は、０．０００２質量％以上０．０１５質量％以下のＣａを含有していてもよい。Ｃａの含有量は、０．０００２質量％以上０．００５質量％以下であることが好ましい。
Ｃａ（カルシウム）は、熱間圧延時の耳切れ防止に有効に作用する。一方で、過度なＣａの添加は耐食性の低下を招く。そのため、鉄クロム合金は、０．０００２質量％以上０．０１５質量％以下のＣａを含有していてもよい。Ｃａの含有量は、０．０００２質量％以上０．００５質量％以下であることが好ましい。
【0046】
（Ｈｆ）
Ｈｆ（ハフニウム）は、耐食性および高温強度を向上する元素である。一方で、過度なＨｆの添加は加工性および製造性の低下を招く虞がある。そのため、鉄クロム合金は、０．００１質量％以上０．６０質量％以下のＨｆを含有していてもよい。Ｈｆの含有量は、０．００５質量％以上０．５０質量％以下であることが好ましい。
Ｈｆ（ハフニウム）は、耐食性および高温強度を向上する元素である。一方で、過度なＨｆの添加は加工性および製造性の低下を招く虞がある。そのため、鉄クロム合金は、０．００１質量％以上０．６０質量％以下のＨｆを含有していてもよい。Ｈｆの含有量は、０．００５質量％以上０．５０質量％以下であることが好ましい。
【0047】
（Ｚｒ）
Ｚｒ（ジルコニウム）は、鉄クロム合金の熱間加工性を改善すると共に、耐酸化性にも有効な元素である。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以上０．６０質量％以下のＺｒを含有していてもよい。Ｚｒの含有量は、０．０５質量％以上０．５０質量％以下であることが好ましい。
Ｚｒ（ジルコニウム）は、鉄クロム合金の熱間加工性を改善すると共に、耐酸化性にも有効な元素である。そのため、鉄クロム合金は、０．０１質量％以上０．６０質量％以下のＺｒを含有していてもよい。Ｚｒの含有量は、０．０５質量％以上０．５０質量％以下であることが好ましい。
【0048】
（Ｓｂ）
Ｓｂ（アンチモン）は、高温強度を向上する元素である。一方で、過度なＳｂの添加は溶接性および靭性を低下させる。そのため、鉄クロム合金は、０．００５質量％以上０．６０質量％以下のＳｂを含有していてもよい。Ｓｂの含有量は、０．０１質量％以上０．４０質量％以下であることが好ましい。
Ｓｂ（アンチモン）は、高温強度を向上する元素である。一方で、過度なＳｂの添加は溶接性および靭性を低下させる。そのため、鉄クロム合金は、０．００５質量％以上０．６０質量％以下のＳｂを含有していてもよい。Ｓｂの含有量は、０．０１質量％以上０．４０質量％以下であることが好ましい。
【0049】
（Ｃｏ）
Ｃｏ（コバルト）は、高温強度を向上する元素である。一方で、過剰なＣｏの添加は靭性を低下させることで、製造性の低下を招く。そのため、鉄クロム合金は、０．６質量％以下のＣｏを含有していてもよい。Ｃｏの含有量は、０．０５質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。
Ｃｏ（コバルト）は、高温強度を向上する元素である。一方で、過剰なＣｏの添加は靭性を低下させることで、製造性の低下を招く。そのため、鉄クロム合金は、０．６質量％以下のＣｏを含有していてもよい。Ｃｏの含有量は、０．０５質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。
【0050】
（Ｔａ）
Ｔａ（タンタル）は、高温強度を向上する元素である。一方で、過度なＴａの添加は溶接性および靭性を低下させる。そのため、鉄クロム合金は、０．００１質量％以上１．０質量％以下のＴａを含有していてもよい。Ｔａの含有量は、０．００５質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。
Ｔａ（タンタル）は、高温強度を向上する元素である。一方で、過度なＴａの添加は溶接性および靭性を低下させる。そのため、鉄クロム合金は、０．００１質量％以上１．０質量％以下のＴａを含有していてもよい。Ｔａの含有量は、０．００５質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。
【0051】
（Ｓｎ）
Ｓｎ（スズ）は、耐食性および高温強度を向上する元素である。一方で、過度のＳｎの添加は靭性および製造性の低下を招く虞がある。そのため、鉄クロム合金は、０．００２質量％以上１．０質量％以下のＳｎを含有していてもよい。Ｓｎの含有量は、０．００２質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。
Ｓｎ（スズ）は、耐食性および高温強度を向上する元素である。一方で、過度のＳｎの添加は靭性および製造性の低下を招く虞がある。そのため、鉄クロム合金は、０．００２質量％以上１．０質量％以下のＳｎを含有していてもよい。Ｓｎの含有量は、０．００２質量％以上０．５質量％以下であることが好ましい。
【0052】
（Ｇａ）
Ｇａ（ガリウム）は、耐食性および耐水素脆化特性を向上する元素である。一方で、過度なＧａの添加は溶接性および靭性を低下させる。そのため、鉄クロム合金は、０．０００２質量％以上０．５０質量％以下のＧａを含有していてもよい。Ｇａの含有量は、０．０００２質量％以上０．３０質量％以下であることが好ましい。
Ｇａ（ガリウム）は、耐食性および耐水素脆化特性を向上する元素である。一方で、過度なＧａの添加は溶接性および靭性を低下させる。そのため、鉄クロム合金は、０．０００２質量％以上０．５０質量％以下のＧａを含有していてもよい。Ｇａの含有量は、０．０００２質量％以上０．３０質量％以下であることが好ましい。
【0053】
（Ｍｇ）
Ｍｇ（マグネシウム）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、成型性を向上する元素である。一方で、過度なＭｇの添加は耐食性、溶接性および表面品質の低下を招く。そのため、鉄クロム合金は、０．０００３質量％以上０．００５０質量％以下のＭｇを含有していてもよい。Ｍｇの含有量は、０．０００３質量％以上０．００３０質量％以下であることが好ましい。
Ｍｇ（マグネシウム）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、成型性を向上する元素である。一方で、過度なＭｇの添加は耐食性、溶接性および表面品質の低下を招く。そのため、鉄クロム合金は、０．０００３質量％以上０．００５０質量％以下のＭｇを含有していてもよい。Ｍｇの含有量は、０．０００３質量％以上０．００３０質量％以下であることが好ましい。
【0054】
（ＲＥＭ）
ＲＥＭ（希土類元素）は、Ｓｃ（スカンジウム）と、Ｌａ（ランタン）からＬｕ（ルテチウム）までの１５元素（ランタノイド）との総称を指す。鉄クロム合金は、ＲＥＭを、単独の元素として含有していてもよく、または複数の元素の混合物として含有していてもよい。ＲＥＭは、鉄クロム合金の清浄度を向上し、熱間圧延時の耳切れ防止に有効に作用する。一方で、過度なＲＥＭの添加は合金コストを上昇させ、製造性を低下させる。そのため、鉄クロム合金は、０．００１質量％以上０．２０質量％以下のＲＥＭを含有していてもよい。ＲＥＭの含有量は、０．００５質量％以上０．１０質量％以下であることが好ましい。
ＲＥＭ（希土類元素）は、Ｓｃ（スカンジウム）と、Ｌａ（ランタン）からＬｕ（ルテチウム）までの１５元素（ランタノイド）との総称を指す。鉄クロム合金は、ＲＥＭを、単独の元素として含有していてもよく、または複数の元素の混合物として含有していてもよい。ＲＥＭは、鉄クロム合金の清浄度を向上し、熱間圧延時の耳切れ防止に有効に作用する。一方で、過度なＲＥＭの添加は合金コストを上昇させ、製造性を低下させる。そのため、鉄クロム合金は、０．００１質量％以上０．２０質量％以下のＲＥＭを含有していてもよい。ＲＥＭの含有量は、０．００５質量％以上０．１０質量％以下であることが好ましい。
【0055】
鉄クロム合金は、ＲＥＭとして、０．１質量％以下のＬａおよび０．０５質量％以下のＣｅ（セリウム）の少なくとも何れかを含有していてもよい。
【0056】
〔組織〕
鉄クロム合金のマトリクスは、マルテンサイト単相組織、または５０体積％以上のマルテンサイト相とフェライト相との複相組織である。鉄クロム合金のマトリクスは、成分組成を調整することで所望の組織構成とすることができる。なお、εＣｕ相は、鉄クロム合金のマトリクスを構成する相中に粒子状に析出する相であり、マトリクスを構成する相とは異なるものである。そのため、マルテンサイト単相組織は、マトリクス中にεＣｕ相等の析出相を含んでいてもよい。また、鉄クロム合金のマトリクスは、マルテンサイト相またはフェライト相以外の、不可避的形成層を含んでいてもよい。
鉄クロム合金のマトリクスは、マルテンサイト単相組織、または５０体積％以上のマルテンサイト相とフェライト相との複相組織である。鉄クロム合金のマトリクスは、成分組成を調整することで所望の組織構成とすることができる。なお、εＣｕ相は、鉄クロム合金のマトリクスを構成する相中に粒子状に析出する相であり、マトリクスを構成する相とは異なるものである。そのため、マルテンサイト単相組織は、マトリクス中にεＣｕ相等の析出相を含んでいてもよい。また、鉄クロム合金のマトリクスは、マルテンサイト相またはフェライト相以外の、不可避的形成層を含んでいてもよい。
【0057】
具体的には、鉄クロム合金は、下記式（２）に示すＭ値が１００以上であればマルテンサイト単相組織に、０以上１００未満であればフェライト－マルテンサイト複相組織に、０未満であればフェライト単相組織になる。また、下記式（２）に示すＭ値が５０以上１００未満であれば、５０体積％以上のマルテンサイト相とフェライト相との複相組織になる。
【0058】
Ｍ値＝４２０Ｃ－１１．５Ｓｉ＋７Ｍｎ＋２３Ｎｉ－１１．５Ｃｒ－１２Ｍｏ－１０Ｖ＋９Ｃｕ－４９Ｔｉ－５２Ａｌ＋４７０Ｎ＋１８９ ・・・ （２）
前記式（２）の元素記号の箇所には、鉄クロム合金が含有している各元素の含有量（質量％）が代入され、無添加の元素については０が代入される。
前記式（２）の元素記号の箇所には、鉄クロム合金が含有している各元素の含有量（質量％）が代入され、無添加の元素については０が代入される。
【0059】
鉄クロム合金のマトリクスがこのような組織構成であれば、微摺動摩耗による摩耗粉の発生を効果的に低減できる。また、εＣｕ相は、フェライト相よりもマルテンサイト相において微細に析出しやすいと考えられる。これは、マルテンサイト相が、フェライト相と比較してεＣｕ相が析出しやすい歪場を多く内蔵しているためである。微細なεＣｕ相を析出させるためには、鉄クロム合金のマトリクスが、少なくとも５０体積％以上のマルテンサイト相を有していることが好ましい。
【0060】
〔製造方法〕
本発明の一実施形態に係る鉄クロム合金の製造方法は、仕上げ焼鈍工程以外の工程については、ステンレス鋼等の鉄クロム合金の一般的な製造工程を含んでよい。
本発明の一実施形態に係る鉄クロム合金の製造方法は、仕上げ焼鈍工程以外の工程については、ステンレス鋼等の鉄クロム合金の一般的な製造工程を含んでよい。
【0061】
鉄クロム合金は、仕上げ焼鈍工程において、下記式（１）により示されるＰ値が１１０００以上２２０００以下となる条件で熱処理を施すことで製造できる。
【0062】
Ｐ値＝Ｔ（２０＋ｌｏｇｔ） ・・・ （１）
前記式（１）において、Ｔは絶対温度で表した熱処理温度（Ｋ）を表し、ｔは熱処理時間（ｈｒ）を表す。
前記式（１）において、Ｔは絶対温度で表した熱処理温度（Ｋ）を表し、ｔは熱処理時間（ｈｒ）を表す。
【0063】
Ｐ値が１１０００未満となる場合、εＣｕ相は、鉄クロム合金のマトリクス中に析出しない。また、Ｐ値が２２０００超となる場合、Ｃｕは、熱処理中も鉄クロム合金のマトリクス中に微細に固溶した状態のままとなりやすいため、εＣｕ相は析出しにくい。
【0064】
このような熱処理温度および熱処理時間によって熱処理を行う仕上げ焼鈍工程により、鉄クロム合金のマトリクス中に、εＣｕ相を分散して析出させることができる。仕上げ焼鈍工程は、バッチ焼鈍により行われてもよく、連続焼鈍により行われてもよい。
【0065】
以下に、鉄クロム合金の製造方法の一例を示すが、これに限られるものではない。
【0066】
鉄クロム合金の製造方法では、例えば、成分を調整した溶鋼を連続鋳造することによってスラブを製造する。そして、連続鋳造により製造したスラブを１１００℃以上１３００℃以下に加熱した後、熱間圧延を施して熱延鋼帯を製造する。熱間圧延を施した熱延鋼帯に酸洗を行ってもよい。なお、熱延鋼帯の酸洗前に焼鈍を施す第１中間焼鈍工程を実施してもよく、焼鈍を施さずに酸洗を行ってもよい。
【0067】
そして、酸洗後の熱延鋼帯に、所定の板厚になるまで冷間圧延を施して冷延鋼帯を得る、冷間圧延工程を実施する。冷間圧延工程では、必要に応じて中間圧延を実施してもよく、焼鈍を施す第２中間焼鈍工程を実施してもよい。
【0068】
冷間圧延工程後の冷延鋼帯に対して、上述の仕上げ焼鈍工程を実施する。また、仕上げ焼鈍後の鋼帯についてさらに強度を高めるため、必要に応じて調質圧延を実施してもよい。当該調質圧延は、次に示す表面仕上げの目的も兼ねて実施するものであってもよい。
【0069】
鉄クロム合金には、表面におけるＲａ×ＲＳｍの値が５５０以下となる範囲で、表面仕上げを施してもよい。鉄クロム合金に施される表面仕上げの方法は、例えば、ＢＡ（光輝焼鈍）仕上げ、酸洗仕上げ、酸洗後軽圧延仕上げ、調質圧延仕上げ、ＨＬ（ヘアライン）仕上げおよびダル仕上げ等が挙げられる。ＨＬ仕上げとは、鉄クロム合金の表面に研磨目を付与するものである。ダル仕上げとは、調質圧延時に目の粗いロールを使用して、鉄クロム合金の表面に当該ロールの表面状態を転写するものである。
【0070】
仕上げ焼鈍後の鉄クロム合金について、表面におけるＲａ×ＲＳｍの値が５５０以下となっている場合は、このような表面仕上げを施さなくてもよい。
【実施例0071】
本発明の一実施例および比較例に係る鉄クロム合金について評価した結果を、以下に説明する。
【0072】
〔評価の条件〕
＜成分組成＞
本発明の一実施例に係る鉄クロム合金（発明例１～１６）および比較例に係る鉄クロム合金（比較例１～６）の成分組成（質量％）およびＭ値を、下記表１に示す。Ｍ値は、前記式（２）により算出した。上述の通り、Ｍ値が１００以上であればマルテンサイト単相組織、０以上１００未満であればフェライト－マルテンサイト複相組織を有する鉄クロム合金である。また、フェライト－マルテンサイト複相組織を有する鉄クロム合金はいずれも、マルテンサイト相を５０体積％以上含む。
＜成分組成＞
本発明の一実施例に係る鉄クロム合金（発明例１～１６）および比較例に係る鉄クロム合金（比較例１～６）の成分組成（質量％）およびＭ値を、下記表１に示す。Ｍ値は、前記式（２）により算出した。上述の通り、Ｍ値が１００以上であればマルテンサイト単相組織、０以上１００未満であればフェライト－マルテンサイト複相組織を有する鉄クロム合金である。また、フェライト－マルテンサイト複相組織を有する鉄クロム合金はいずれも、マルテンサイト相を５０体積％以上含む。
【0073】
表１において下線を付している値は、本発明の規定範囲外の値であることを示す。
【0074】
【表1】
【0075】
＜製造方法＞
各発明例および比較例に係る鉄クロム合金は、次に示す方法により製造した。表１に示す成分組成を有する鉄クロム合金をそれぞれ溶製し、熱間圧延工程から仕上げ焼鈍工程までを行って、鉄クロム合金の圧延材を得た。仕上げ焼鈍工程における熱処理は、表１に示す熱処理温度Ｔおよび熱処理時間ｔの条件に従って実施した。
各発明例および比較例に係る鉄クロム合金は、次に示す方法により製造した。表１に示す成分組成を有する鉄クロム合金をそれぞれ溶製し、熱間圧延工程から仕上げ焼鈍工程までを行って、鉄クロム合金の圧延材を得た。仕上げ焼鈍工程における熱処理は、表１に示す熱処理温度Ｔおよび熱処理時間ｔの条件に従って実施した。
【0076】
比較例３に係る鉄クロム合金は、仕上げ焼鈍工程を行わずに製造した。比較例５に係る鉄クロム合金は、仕上げ焼鈍工程において、前記のＰ値が１１０００未満となるように熱処理を施した以外は、発明例７と同様の条件により製造した。比較例６に係る鉄クロム合金は、仕上げ焼鈍工程において、前記のＰ値が２２０００超となるように熱処理を施した以外は、発明例１と同様の条件により製造した。
【0077】
比較例１に係る鉄クロム合金には、Ｒａ×ＲＳｍの値が５５０を超えるようにダル仕上げを施して製造した。比較例２および比較例４に係る鉄クロム合金は、成分組成を本発明の規定範囲外として製造した。
【0078】
＜評価方法＞
各発明例および比較例に係る鉄クロム合金について、表面のＲａ、ＲＳｍ、Ｒａ×ＲＳｍの値、断面におけるεＣｕ相の合計面積率および接触抵抗の評価方法を以下に示す。また、これらの評価方法により得られた結果について、前記表１に示す。
各発明例および比較例に係る鉄クロム合金について、表面のＲａ、ＲＳｍ、Ｒａ×ＲＳｍの値、断面におけるεＣｕ相の合計面積率および接触抵抗の評価方法を以下に示す。また、これらの評価方法により得られた結果について、前記表１に示す。
【0079】
（εＣｕ相の合計面積率）
鉄クロム合金の、圧延方向と直交し、かつ平行な断面（Ｌ断面）を鏡面研磨し、当該断面を透過型電子顕微鏡により観察し、視野の画像データを取得した。εＣｕ相の析出粒子は、電子顕微鏡に付属のＥＤＸ装置により同定した。視野内において同定されたεＣｕ相の析出粒子の面積をそれぞれ算出すると共に、視野全体の面積を算出した。視野全体の面積に対する、εＣｕ相の析出粒子全ての合計面積の割合を、合計面積率（％）として算出した。各面積の算出は、画像処理ソフト「ＩｍａｇｅＪ」を用いて行った。
鉄クロム合金の、圧延方向と直交し、かつ平行な断面（Ｌ断面）を鏡面研磨し、当該断面を透過型電子顕微鏡により観察し、視野の画像データを取得した。εＣｕ相の析出粒子は、電子顕微鏡に付属のＥＤＸ装置により同定した。視野内において同定されたεＣｕ相の析出粒子の面積をそれぞれ算出すると共に、視野全体の面積を算出した。視野全体の面積に対する、εＣｕ相の析出粒子全ての合計面積の割合を、合計面積率（％）として算出した。各面積の算出は、画像処理ソフト「ＩｍａｇｅＪ」を用いて行った。
【0080】
（表面粗さ）
鉄クロム合金の表面におけるＲａ（算術表面粗さ）およびＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に準拠して、触針式表面粗さ測定機（株式会社東京精密社製ＳＵＲＦＣＯＭ２９００ＤＸ）を用いて測定した。得られたＲａの値（μｍ）とＲＳｍの値（μｍ）とを積算し、Ｒａ×ＲＳｍの値（μｍ）を求めた。
鉄クロム合金の表面におけるＲａ（算術表面粗さ）およびＲＳｍ（粗さ曲線要素の平均長さ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に準拠して、触針式表面粗さ測定機（株式会社東京精密社製ＳＵＲＦＣＯＭ２９００ＤＸ）を用いて測定した。得られたＲａの値（μｍ）とＲＳｍの値（μｍ）とを積算し、Ｒａ×ＲＳｍの値（μｍ）を求めた。
【0081】
（接触抵抗）
鉄クロム合金の接触抵抗は、微摺動摩耗試験により評価した。微摺動摩耗試験は、板厚０．３ｍｍの圧延材を用いて、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍのプレートを作製し、ｒ１．５ｍｍで９０度に曲げて試験片とした。２つの試験片の曲げ頂点同士を接触させ、接触圧５Ｎ、往復時の摺動距離１００μｍ（片道５０μｍ）、１往復の摺動を１サイクルとして、周波数１Ｈｚの速度で摺動させた。摺動は、一方の試験片のみを往復運動させて行った。
鉄クロム合金の接触抵抗は、微摺動摩耗試験により評価した。微摺動摩耗試験は、板厚０．３ｍｍの圧延材を用いて、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍのプレートを作製し、ｒ１．５ｍｍで９０度に曲げて試験片とした。２つの試験片の曲げ頂点同士を接触させ、接触圧５Ｎ、往復時の摺動距離１００μｍ（片道５０μｍ）、１往復の摺動を１サイクルとして、周波数１Ｈｚの速度で摺動させた。摺動は、一方の試験片のみを往復運動させて行った。
【0082】
試験片間に定電流を流し、試験片間にかかる電圧の変化を４端子法にて測定し、試験片間の接触抵抗値（ｍΩ）を求めた。当該接触抵抗値が、測定開始時または測定開始後の最小値から２倍以上の値となった時点の摺動サイクル数が５０サイクル以上の場合を合格とした。前記表１には、微摺動摩耗試験により合格と判定した場合を「Ｏ」、不合格と判定した場合を「×」として示した。
【0083】
〔結果〕
表１に示す通り、本発明の発明例に係る鉄クロム合金はいずれも、マトリクス中に、εＣｕ相が所定の合計面積率により分散して析出しており、Ｒａ×ＲＳｍの値についても、本発明の規定範囲内であった。
表１に示す通り、本発明の発明例に係る鉄クロム合金はいずれも、マトリクス中に、εＣｕ相が所定の合計面積率により分散して析出しており、Ｒａ×ＲＳｍの値についても、本発明の規定範囲内であった。
【0084】
比較例１に係る鉄クロム合金は、表面が粗く、Ｒａ×ＲＳｍの値が５５０を超えており、微摺動摩耗試験で不合格となった。これは、微摺動摩耗により摩耗粉が生成しやすかったため、当該摩耗粉が酸化して摩耗箇所に蓄積することで接触抵抗が急速に上昇したことが原因と考えられる。
【0085】
比較例２～６は、いずれもεＣｕ相の合計面積率が１．０％未満であり、微摺動摩耗試験で不合格となった。これは、微摺動摩耗が生じた箇所に露出するεＣｕ相が不足したことで、接触抵抗が上昇しやすくなったと考えられる。また、各発明例と比較例２～６との比較から、Ｃｕの含有量または仕上げ焼鈍工程におけるＰ値を、本発明の規定範囲内とすることで、合計面積率が１．０～１０．０％となるようなεＣｕ相の析出が得られることが示された。
【0086】
以上に示すように、本発明例に係る鉄クロム合金はいずれも、微摺動摩耗試験で合格判定となっており、微摺動摩耗による接触抵抗の増加が小さいことが示された。
【0087】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態および実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態または実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は上述した各実施形態および実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態または実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。