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】P2025095417
(43)【公開日】2025-06-26
(54)【発明の名称】フェライト系ステンレス鋼板とその製造方法および部品
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20250619BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20250619BHJP
C21D 8/02 20060101ALI20250619BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302Z
C22C38/60
C21D8/02 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023211403
(22)【出願日】2023-12-14
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100187702
【弁理士】
【氏名又は名称】福地 律生
(74)【代理人】
【識別番号】100162204
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 学
(74)【代理人】
【識別番号】100195213
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 健治
(72)【発明者】
【氏名】濱田 純一
(72)【発明者】
【氏名】林 篤剛
(72)【発明者】
【氏名】伊南 佳祐
【テーマコード（参考）】
4K032
【Ｆターム（参考）】
4K032AA01
4K032AA02
4K032AA03
4K032AA04
4K032AA08
4K032AA09
4K032AA13
4K032AA14
4K032AA15
4K032AA16
4K032AA19
4K032AA20
4K032AA21
4K032AA22
4K032AA23
4K032AA27
4K032AA29
4K032AA31
4K032AA33
4K032AA35
4K032AA36
4K032AA37
4K032AA39
4K032AA40
4K032BA01
4K032CA03
4K032CC03
4K032CD06
4K032CE01
4K032CF03
(57)【要約】
【課題】フェライト系ステンレス鋼板で、鋼板製造時の割れを防止するとともに、靭性に優れたフェライト系ステンレス鋼板およびそれを用いた部品を提供する。
【解決手段】質量％にて、Ｃ ：０．００１～０．０３０％、Ｓｉ：０．０１～１．００％、Ｍｎ：０．０１～１．００％、Ｐ ：０．０１０～０．０５０％、Ｓ ：０．０００２～０．０１００％、Ｃｒ：１３．０～２０．０％、Ｎ ：０．００１～０．０３０％、
Ｎｂ：０．１０～０．４０％、Ｂ ：０～０．００３０％、Ａｌ：０～０．１００％、含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｎｂの粒界偏析濃度が６％以下で、あることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板。
【選択図】図１
【解決手段】質量％にて、Ｃ ：０．００１～０．０３０％、Ｓｉ：０．０１～１．００％、Ｍｎ：０．０１～１．００％、Ｐ ：０．０１０～０．０５０％、Ｓ ：０．０００２～０．０１００％、Ｃｒ：１３．０～２０．０％、Ｎ ：０．００１～０．０３０％、
Ｎｂ：０．１０～０．４０％、Ｂ ：０～０．００３０％、Ａｌ：０～０．１００％、含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｎｂの粒界偏析濃度が６％以下で、あることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量％にて、
Ｃ ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ ：０．０１０～０．０５０％、
Ｓ ：０．０００２～０．０１００％、
Ｃｒ：１０．０～２０．０％、
Ｎ ：０．００１～０．０３０％、
Ｎｂ：０．１０～０．５０％、
Ｂ ：０～０．００３０％、
Ａｌ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．２０％、
Ｎｉ：０～１．００％、
Ｍｏ：０～２．００％、
Ｃｕ：０～３．００％、
Ｖ ：０～１．００％、
Ｍｇ：０～０．００３０％、
Ｓｎ：０～０．３０％、
Ｓｂ：０～０．３０％、
Ｚｒ：０～０．１０％、
Ｔａ：０～０．１０％、
Ｈｆ：０～０．１０％、
Ｗ ：０～２．００％、
Ｃｏ：０～０．２０％、
Ｃａ：０～０．００３０％、
ＲＥＭ：０～０．０５０％、
Ｇａ：０～０．１０００％
含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
Ｎｂの粒界偏析濃度が６％以下で、析出物の最大粒径（面積円相当径）が３．０μｍ以下であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板。
Ｃ ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ ：０．０１０～０．０５０％、
Ｓ ：０．０００２～０．０１００％、
Ｃｒ：１０．０～２０．０％、
Ｎ ：０．００１～０．０３０％、
Ｎｂ：０．１０～０．５０％、
Ｂ ：０～０．００３０％、
Ａｌ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．２０％、
Ｎｉ：０～１．００％、
Ｍｏ：０～２．００％、
Ｃｕ：０～３．００％、
Ｖ ：０～１．００％、
Ｍｇ：０～０．００３０％、
Ｓｎ：０～０．３０％、
Ｓｂ：０～０．３０％、
Ｚｒ：０～０．１０％、
Ｔａ：０～０．１０％、
Ｈｆ：０～０．１０％、
Ｗ ：０～２．００％、
Ｃｏ：０～０．２０％、
Ｃａ：０～０．００３０％、
ＲＥＭ：０～０．０５０％、
Ｇａ：０～０．１０００％
含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
Ｎｂの粒界偏析濃度が６％以下で、析出物の最大粒径（面積円相当径）が３．０μｍ以下であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板。
【請求項2】
板厚が５．０ｍｍ以上の請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
【請求項3】
請求項１または２に記載のフェライト系ステンレス鋼板製造方法であって、請求項１に記載の成分を有するスラブを１２５０℃以上に加熱し、その後熱間圧延における仕上圧延開始温度を１０００℃以上、終了温度を８００℃以上とし、圧延終了後５ｓｅｃ以内に水冷処理を開始して１００～３５０℃でコイル状に巻取ることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
【請求項4】
少なくとも一部に請求項１または２に記載のフェライト系ステンレス鋼板を用いた部品。
【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板とその製造方法および当該ステンレス鋼板を用いた部品に関するものである。
【背景技術】
【0002】
自動車の排ガス経路は、エキゾーストマニホールド、マフラー、触媒、フレキシブルチューブ、センターパイプおよびフロントパイプ等様々な部品から構成されている。これらの部品をつなげる際、フランジやブラケットと呼ばれる締結部品を使用することが多い。自動車の排気系部品では、加工工数が少なく、作業空間が狭くてもよいため、フランジ接合が積極的に採用されている。また、振動による騒音および剛性確保の観点から、５ｍｍ厚以上の厚手フランジが使用されることが多い。フランジはプレス成形の他、打ち抜き等の加工によって製造され、従来普通鋼板が素材として利用されていた。しかしながら、普通鋼は耐食性に劣るため、自動車製造後に初期錆びと呼ばれる錆が発生し、美観を損なう場合があった。このため、フランジ素材として普通鋼板からステンレス鋼板の使用が積極的に進められつつある。
【0003】
フェライト系ステンレス鋼板は、オーステナイト系ステンレス鋼板に比べてＮｉ含有量が少なく低コストであるが、靭性に劣ることが知られている。靭性が低いと鋼板製造過程の通板時およびコイル展開時に板破断が生じてしまうことがある。また、部品加工における切断、打ち抜き等の加工時に割れが生じることもある。さらに、低温環境において衝撃が加えられた際に部品が割れてしまうこともある。特に、板厚が厚くなると（例えば板厚５ｍｍ以上の厚手鋼板など。）さらに靭性が低下し、低温時のフェライト系ステンレス鋼板の製造や加工において脆性割れが発生し易く問題となる場合があった。
【0004】
フェライト系ステンレス鋼板の靭性を確保するための工夫がいくつか成されている。例えば、特許文献１および２には、板厚が５～１２ｍｍのフェライト系ステンレス鋼熱延コイルまたは熱延焼鈍コイルの製造条件が開示されている。
【0005】
特許文献１はＴｉ含有フェライト系ステンレス鋼を対象としており、硬さおよびシャルピー衝撃値を調整するために、巻取温度を５７０℃以上とし、コイルを水中に浸漬する方法が示されている。
【0006】
特許文献２はＮｂ含有フェライト系ステンレス鋼を対象としており、硬さおよびシャルピー衝撃値を調整するために、熱延仕上温度を８９０℃以上とし４００℃以下で巻取り、コイルを水中に浸漬する方法が示されている。
【0007】
特許文献３には、フェライト相の結晶方位差が小さい亜粒界の長さを一定以上にした冷間割れ性に優れたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。これは、熱延仕上温度を８００～１０００℃、巻取温度を６５０℃超～８００℃とし、巻取後に水槽に浸漬する方法により得られる。
【0008】
特許文献４には粒界の析出物の占める割合を規定した靭性に優れたフェライト系ステンレス鋼板が開示されている。
【0009】
特許文献５には固溶ＮｂやＮｂ含有析出物の個数密度を規定したフェライト系ステンレス鋼板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開２０１２－１４０６８７号公報
【特許文献2】特開２０１２－１４０６８８号公報
【特許文献3】国際公開第２０１３／０８５００５号
【特許文献4】特開２００９－２６３７１４号公報
【特許文献5】特開２０２２－１２６０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
特許文献１および２に記載のフェライト系ステンレス鋼は、熱延板あるいは熱延・焼鈍板の靭性向上の点から熱延条件を規定しているが、コイル全長を上記条件に制御するのは実質的に困難である。
【0012】
特許文献３および４に記載のフェライト系ステンレス鋼は、結晶粒界性格（例えば結晶粒界の方位差の大小）や粒界上析出物の制御による靭性向上が提案されているが、必ずしもフランジ用途として満足ゆく靭性レベルには到達していない。
【0013】
また、特許文献１～３の製造方法で規定されている様に熱延巻取後にコイルを水槽に浸漬する方法は生産性が悪く、水槽に浸漬するまでの時間の長短や、冷却ムラによりコイルの長手方向や幅方向で靭性のばらつきが大きくなる場合がある。
特許文献５では固溶Ｎｂ量を制御する他、Ｎｂ系析出物の個数密度や粒径を制御して靭性を向上させる技術が開示されている。この手段として、熱延後の冷却速度を２０℃/s以上と早くして、巻取を５００℃以下にすることが示されている。しかしながら、固溶Ｎｂは偏析する場合があり、単純に固溶Ｎｂ量だけで靭性は改善されない場合があるとともに、熱延後の冷却速度を早くして低温で巻取るだけでは不十分であった。
特許文献５では固溶Ｎｂ量を制御する他、Ｎｂ系析出物の個数密度や粒径を制御して靭性を向上させる技術が開示されている。この手段として、熱延後の冷却速度を２０℃/s以上と早くして、巻取を５００℃以下にすることが示されている。しかしながら、固溶Ｎｂは偏析する場合があり、単純に固溶Ｎｂ量だけで靭性は改善されない場合があるとともに、熱延後の冷却速度を早くして低温で巻取るだけでは不十分であった。
【0014】
また、従来知見（例えば特許文献５）では常温での衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ２以上で合格とされているが、寒冷地の冬場は０℃近くまで気温が下がる場合もあり、特許文献１～５の技術では０℃での衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ２以上を確保できない場合もある。
【0015】
以上のように従来のフェライト系ステンレス鋼板では、さらなる靭性、特に低温（０℃）での靭性の改善が求められている。そこで本発明は、フェライト系ステンレス鋼板、特にＮｂ添加フェライト系ステンレス鋼板において、さらなる低温（０℃）での靭性を改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記課題を解決するために、本発明者らはフェライト系ステンレス鋼板の靭性に関して、成分および製造過程における組織制御の観点から検討した。特に脆性破壊の起点となる粒界の構造、析出物のサイズに着目して詳細な研究を行った。その結果、Ｎｂ添加フェライト系ステンレス鋼板中の結晶粒界にＮｂが偏析していることを初めて見出した。フェライト系ステンレス鋼板で特に熱延鋼板あるいは熱延後に焼鈍した熱延焼鈍鋼板の靭性向上に対しては、粒界のＮｂの濃度（含有量）であるＮｂの粒界偏析濃度（Ｎｂ粒界偏析濃度）を低減すること、析出物の最大サイズを制御することが極めて有効であることを知見した。
【0017】
本発明は、上記知見に基づき成されたものであり、その要旨は以下の通りである。
（１）
質量％にて、
Ｃ ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ ：０．０１０～０．０５０％、
Ｓ ：０．０００２～０．０１００％、
Ｃｒ：１０．０～２０．０％、
Ｎ ：０．００１～０．０３０％、
Ｎｂ：０．１０～０．４０％、
Ｂ ：０～０．００３０％、
Ａｌ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．２０％、
Ｎｉ：０～１．００％、
Ｍｏ：０～２．００％、
Ｃｕ：０～３．００％、
Ｖ ：０～１．００％、
Ｍｇ：０～０．００３０％、
Ｓｎ：０～０．３０％、
Ｓｂ：０～０．３０％、
Ｚｒ：０～０．１０％、
Ｔａ：０～０．１０％、
Ｈｆ：０～０．１０％、
Ｗ ：０～２．００％、
Ｃｏ：０～０．２０％、
Ｃａ：０～０．００３０％、
ＲＥＭ：０～０．０５０％、
Ｇａ：０～０．１０００％、を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
Ｎｂの粒界偏析濃度が６％以下で、析出物の最大粒径（面積円相当径）が３．０μｍ以下であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板。
（２）
板厚が５．０ｍｍ以上の前記（１）に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
（３）
前記（１）または（２）に記載のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法であって、前記（１）に記載の成分を有するスラブを１２５０℃以上に加熱し、その後熱間圧延における仕上圧延開始温度を１０００℃以上、終了温度を８００℃以上とし、圧延終了後５ｓｅｃ以内に水冷処理を開始して１００～３５０℃でコイル状に巻取ることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
（４）
少なくとも一部に前記（１）または（２）に記載のフェライト系ステンレス鋼板を用いた部品。
（１）
質量％にて、
Ｃ ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ ：０．０１０～０．０５０％、
Ｓ ：０．０００２～０．０１００％、
Ｃｒ：１０．０～２０．０％、
Ｎ ：０．００１～０．０３０％、
Ｎｂ：０．１０～０．４０％、
Ｂ ：０～０．００３０％、
Ａｌ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．２０％、
Ｎｉ：０～１．００％、
Ｍｏ：０～２．００％、
Ｃｕ：０～３．００％、
Ｖ ：０～１．００％、
Ｍｇ：０～０．００３０％、
Ｓｎ：０～０．３０％、
Ｓｂ：０～０．３０％、
Ｚｒ：０～０．１０％、
Ｔａ：０～０．１０％、
Ｈｆ：０～０．１０％、
Ｗ ：０～２．００％、
Ｃｏ：０～０．２０％、
Ｃａ：０～０．００３０％、
ＲＥＭ：０～０．０５０％、
Ｇａ：０～０．１０００％、を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
Ｎｂの粒界偏析濃度が６％以下で、析出物の最大粒径（面積円相当径）が３．０μｍ以下であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板。
（２）
板厚が５．０ｍｍ以上の前記（１）に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
（３）
前記（１）または（２）に記載のフェライト系ステンレス鋼板の製造方法であって、前記（１）に記載の成分を有するスラブを１２５０℃以上に加熱し、その後熱間圧延における仕上圧延開始温度を１０００℃以上、終了温度を８００℃以上とし、圧延終了後５ｓｅｃ以内に水冷処理を開始して１００～３５０℃でコイル状に巻取ることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
（４）
少なくとも一部に前記（１）または（２）に記載のフェライト系ステンレス鋼板を用いた部品。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば靭性に優れたフェライト系ステンレス鋼板を、新規設備を必要とせず、効率的に製造することができる。さらに、本発明に係るフェライト系ステンレス鋼板を部品に用いることにより、靭性に優れた部品を、既存設備を活用して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の一実施態様（以下、単に本発明という。）について説明する。特に断りのない限り、成分に関する「％」は鋼中の質量％を示す。特に下限を規定していない場合や下限が０％となっているものは、含有しない場合（０％）を含む。
【0021】
靭性向上には、結晶粒微細化、析出物の低減ならびに結晶方位が寄与することは従来から知られている。本発明者らは、含有元素が多いフェライト系ステンレス鋼の熱延板あるいは熱延焼鈍板について、さらなる靭性向上を指向し開発を進めた。特に厚さ５ｍｍ以上の厚手フェライト系ステンレス鋼板は、なおのこと靭性の向上が求められている。
【0022】
本発明者らは、母相であるフェライト相中に固溶している固溶Ｎｂや析出物となるＮｂの炭窒化物（Ｎｂ（Ｃ，Ｎ））、Ｌａｖｅｓ相等の他に靭性を支配する要因について、極めて詳細に調査した結果、結晶粒界に偏析するＮｂ濃度を６％以下とし、かつ最大の析出物の面積円相当粒径（面積等価円の直径。以下、単に粒径と言う。）が３.0μｍ以下であることで靭性が向上することを見出した。図１に１７．２％Ｃｒ－０．００５％Ｃ－０．２％Ｓｉ－０．１％Ｍｎ－０．０２％Ｐ－０．０００３％Ｓ－０．０００６％Ｂ－０．０６％Ａｌ－０．０１２％Ｎのフェライト系ステンレス鋼（板厚８．５ｍｍ）の粒界近傍のＮｂ量の分布を調べた結果を示す。同一成分ではあるが、０℃のシャルビー衝撃試験値が４０Ｊ／ｃｍ２の鋼板と１０Ｊ／ｃｍ２の鋼板を用いて測定した結果である。ここで、粒界近傍のＮｂ量は、電解研磨法でTEM 観察用薄膜試料を作製した後、微細領域の分析が可能な電界放出形透過電顕(FE-TEM)による観察と同定解析、極微細領域の分析が可能な球面収差補正透過電顕(Cs-TEM)によるEDS分析を行った。この際、サンプルは精密切断機により元材を厚さ０．５mmに切断した後、P320～1200のエメリー紙で両側から数十μm厚まで切削研磨を行い3mmφの試料を打抜き、両面ジェット電解研磨を行い、中央に穴が開くまで電解研磨を行い、TEM観察用試料とした。透過電顕で粒界を探した後に、粒界を中心に１０ｎｍの距離を０．５ｎｍピッチでＥＤＳ分析し、Ｎｂの濃度分布を調べた。
【0023】
図１より、結晶粒界にはＮｂの偏析が生じていることが明らかとなるとともに、Ｎｂ粒界偏析濃度が少ない方が、靭性が良好であることが分かった。図１は同一組成の鋼板であるが、粒界に１１％程度のＮｂが偏析している場合は、０℃でのシャルピー衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ２しか得られないが、Ｎｂ粒界偏析濃度が５％程度の場合は、０℃でのシャルピー衝撃値が４０Ｊ／ｃｍ２となることが分かる。Ｎｂが粒界偏析すると粒界および粒界の近傍が硬質化し、粒界近傍を起点として脆性破壊が生じ易いと推定される。Ｎｂ粒界偏析濃度を低減することにより粒界近傍の硬質化を抑制し、破壊起点となる確率が減少すると考えられる。靭性をより安定させるためには、Ｎｂの粒界偏析濃度を少なくすることが好ましい。
【0024】
上記の様なＮｂの粒界偏析は熱延過程で生じるが、加えてＮｂ（Ｃ、Ｎ）（Ｎｂの炭窒化物）やＬａｖｅｓ相等の析出物が析出し、粗大化が生じる。粗大な析出物は脆性破壊の起点になりやすいことから、最大の析出物の粒径を３．０μｍ以下とすることで靭性低下を抑制することができる。ここで、析出物の種類については限定するものでは無いが、Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）、Ｌａｖｅｓ相の他、ＴｉおよびＣｒ等の炭窒化物、ＡｌＮ等が代表的な対象析出物となる。ここで、析出物の大きさは、鋼板の板厚をｔとしたときに、板厚方向断面（鋼板表面に垂直断面。以下、単に断面と呼ぶ場合がある。）において表面からの深さがｔ／２～ｔ／４の範囲の断面を観察して求める。５００倍の倍率で１０視野観察し、それぞれの視野における最も大きな析出物に対して面積を測定し、円相当径を求めて最大の析出物の大きさとした。
【0025】
靭性についてはシャルピー衝撃試験で評価した。Ｖノッチ試験片（幅方向にＶノッチ付与）を採取して、ＪＩＳＺ２２４２に準拠して０℃で衝撃値を計測した。
実施例にてデータを示すが、本発明に係る鋼板は、所定の成分を有し、Ｎｂの粒界偏析を６％以下に抑え、介在物の最大粒径を３．０μｍにすることで、０℃での衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ２以上を有することが確認された。即ち、従来知見における常温での衝撃値である２０Ｊ／ｃｍ２以上と同等の衝撃値を、低温（０℃）で有することから、優れた低温（０℃）靭性を有するものと評価できる。
実施例にてデータを示すが、本発明に係る鋼板は、所定の成分を有し、Ｎｂの粒界偏析を６％以下に抑え、介在物の最大粒径を３．０μｍにすることで、０℃での衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ２以上を有することが確認された。即ち、従来知見における常温での衝撃値である２０Ｊ／ｃｍ２以上と同等の衝撃値を、低温（０℃）で有することから、優れた低温（０℃）靭性を有するものと評価できる。
【0026】
前述したようにＮｂの粒界偏析濃度が小さくなると靭性は向上（シャルピー衝撃値が大きくなる）ことから、Ｎｂの粒界偏析濃度は６％以下にするとよく、好ましくは５％以下、または４％以下にするとよい。Ｎｂの粒界偏析濃度の下限は特に限定せず、０％（偏析しない）ことが望ましいが、Ｎｂ添加鋼でＮｂの粒界偏析を無くすことは製造性を著しく悪くするため、Ｎｂの粒界偏析濃度の下限を１％にしてもよい。
また、介在物の最大粒径も小さい方が靭性は向上する（シャルピー衝撃値が大きくなる）ことから、介在物の最大粒径は３．０μｍ以下にするとよく、好ましくは２．８μｍ以下、２．６μｍ以下、２．４μｍ以下、２．２μｍ以下、または２．０μｍ以下にするとよい。
また、介在物の最大粒径も小さい方が靭性は向上する（シャルピー衝撃値が大きくなる）ことから、介在物の最大粒径は３．０μｍ以下にするとよく、好ましくは２．８μｍ以下、２．６μｍ以下、２．４μｍ以下、２．２μｍ以下、または２．０μｍ以下にするとよい。
【0027】
次に鋼の成分範囲について説明する。
Ｃ（炭素）は、固溶Ｃによる硬質化ならびに炭化物析出により靭性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良い。過度に含有した場合、Ｃｒ炭化物生成および粗大化による靭性低下や溶接部の粒界腐食性の劣化が生じるため、上限を０．０３０％とするとよく、好ましくは０．０２０％または０．０１０％にするとよい。一方、過度の低減は精錬コストの増加につながるため、下限を０．００１％とするとよく、好ましくは０．００２％にするとよい。
Ｃ（炭素）は、固溶Ｃによる硬質化ならびに炭化物析出により靭性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良い。過度に含有した場合、Ｃｒ炭化物生成および粗大化による靭性低下や溶接部の粒界腐食性の劣化が生じるため、上限を０．０３０％とするとよく、好ましくは０．０２０％または０．０１０％にするとよい。一方、過度の低減は精錬コストの増加につながるため、下限を０．００１％とするとよく、好ましくは０．００２％にするとよい。
【0028】
Ｓｉは、脱酸元素として含有される場合がある他、耐酸化性の向上をもたらすが、固溶強化元素であるため、靭性の観点からは少ないほど良く、上限は１．００％、好ましくは０．５０％にするとよい。一方、耐酸化性確保のため、下限を０．０１％、好ましくは０．０５％とするとよい。
【0029】
Ｍｎは、Ｓｉ同様、固溶強化元素であるため、その含有量は少ないほど良い。また、過度に含有した場合、ＭｎＳ等の粗大析出物が生成し、脆性破壊の起点となるため上限は１．００％、好ましくは０．７０％または０．５０％とするとよい。一方、過度の低減は精錬コストの増加につながる他、微量のＭｎ含有はスケール剥離性を向上させるため、下限は０．０１％とするとよく、好ましくは０．０５％とするとよい。
【0030】
Ｐは、ＭｎやＳｉ同様に固溶強化元素であり材料を硬質化させるため、靭性の観点からその含有量は少ない方が良いが、少量添加することでＰが粒界偏析してＮｂの粒界偏析を抑制する効果がある。この効果は０．０１０％から発現するため、下限を０．０１０％とし、好ましくは０．０１５％とするとよい。また、過度に含有した場合、脆性破壊の起点となるリン化物の生成が生じるため上限を０．０５０％、好ましくは０．０３０％とするとよい。
【0031】
Ｓは、耐食性を劣化させる元素であるため、その含有量は少ないほど良い。一方、少量添加することでＳが粒界偏析してＮｂの粒界偏析を抑制する効果がある。この効果は０．０００２％から発現するため、下限を０．０００２％とし、好ましくは０．０００４％とする。また、過度に含有した場合、脆性破壊の起点となるＭｎＳ、Ｔｉ４Ｃ２Ｓ２等の析出物生成が生じるため上限を０．０１００％、好ましくは０．００６０％にするとよい。
【0032】
Ｃｒの粒界偏析がＮｂの粒界偏析を抑制する効果があり、さらにＣｒは耐食性や耐酸化性を向上させる元素であるので、下限は１０．０％、好ましくは１１．０％、１２．０％、１３．０％、１４．０％、１５．０％、または１６．０％にするとよい。一方、過度な含有は、粗大なＣｒ炭化物ならびに窒化物等の析出物生成に起因して靭性が低下するため、上限を２０．０％、好ましくは１８．０％にするとよい。
【0033】
Ｎは、Ｃと同様に靭性と耐食性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良い。また、過度に含有した場合、脆性破壊の起点となる窒化物生成が生じるため、上限を０．０３０％、好ましくは０．０２０％にするとよい。一方、過度の低下は精錬コストの増加につながるため、下限を０．００１％、好ましくは０．００５％にするとよい。
【0034】
Ｎｂは、高温強度を向上させる他、ＣやＮと結合して耐食性、耐粒界腐食性を向上させるため含有される。この作用を確実に発現するため、下限を０．１０％にするとよい。一方、過度な含有は硬質化し成形性を劣化させる他、粗大なＮｂ（Ｃ、Ｎ）の析出や熱履歴によっては（Ｆｅ、Ｎｂ）６ＣやＦｅ２Ｎｂが析出して靭性を著しく劣化させる。また、添加量の増加に伴いＮｂ粒界偏析濃度が増加するため、上限を０．４０％、好ましくは０．３０％にするとよい。
【0035】
Ｂは、特に含有しなくてもよいが、粒界に偏析することで製品の２次加工性を向上させる元素であり、締結部品加工における打ち抜き性を向上させる他、Ｎｂの偏析を抑制する元素であるため、必要に応じて含有してもよい。従って、含有量の下限は特に限定する必要はなく０％でもよいが、この作用を確実に発現するため、０．０００２％以上、好ましくは０．０００３％以上含有してもよい。一方、過度な含有はほう化物が析出して靭性を劣化させるため、上限を０．００３０％、好ましくは０．００２０％、または０．００１０％にするとよい。
【0036】
Ａｌは、特に含有しなくてもよいが、脱酸元素として含有される場合があり、必要に応じて含有してもよい。従って、含有量の下限は特に限定する必要はなく０％でもよいが、その作用を確実に発現するため、０．００５％以上、好ましくは０．０１０％以上含有してもよい。一方、過度の含有はＡｌ２Ｏ３等の介在物を生成し、硬質化だけでなく破壊起点となり靭性の低下や、溶接性（特にろう付け性）および表面品質の劣化をもたらすため、上限を０．１００％、好ましくは０．０８０％にするとよい。
【0037】
さらにＴｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、Ｃｏ、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｇａのうちの１種または２種以上を含んでも良い。これらの元素は含有しなくてもよいが、含有することによりさらなる効果を得ることができる。以下、これら元素について説明する。
【0038】
Ｔｉは、Ｃ、Ｎ、Ｓと結合して耐食性、耐粒界腐食性、靭性を向上させるために必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、Ｃ、Ｎ固定作用を確実に発現させるため、０．０１％以上、好ましくは０．０２％以上含有してもよい。一方、過度な含有は粗大なＴｉ（Ｃ、Ｎ）が析出して靭性を著しく劣化させるだけでなく溶接性（特にろう付け性）も悪化させるため、上限を０．２０％、好ましくは０．１５％、０．１０％、０．０７％、または０．０５％にするとよい。
【0039】
Ｎｉは、隙間腐食の抑制や再不働態化を促進により耐初期錆び性を向上させるため、必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、この作用を確実に発現するため、０．１０％以上、好ましくは０．２０％以上含有してもよい。一方、過度な含有は硬質化して靭性を劣化させるほか、応力腐食割れが生じ易くなるため、上限を１．００％、０．５０％、または０．３０％にするとよい。
【0040】
Ｍｏは、耐食性や高温強度を向上させ、特に隙間構造を有する場合には隙間腐食を抑制するため、必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、この作用を確実に発現するため、０．１０％以上、好ましくは０．５０％以上含有してもよい。また、ＭｏもＮｂと同様に粒界偏析する元素であるが、Ｍｏの偏析によりＮｂの偏析が抑制され、靭性が向上する効果をもたらす。一方、過度な含有は著しく成形性が劣化させるほか、硬質化による靭性劣化が生じたりするため、上限は２．００％、好ましくは１．５０％、または１．２０％にするとよい。さらに、製造コストや部品加工時の打ち抜き性を考慮すると上限は０．９０％が望ましい。
【0041】
Ｃｕは、高温強度向上の他、隙間腐食の抑制や再不働態化を促進させるため、必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、この作用を確実に発現するため、０．１０％以上、好ましくは０．２０％以上含有してもよい。一方、過度な含有は、ε－Ｃｕ析出によって硬質化し成形性と靭性を劣化させるため、上限を３．００％、２．５０％、２．００％、１．５０％、または１．２０％にするとよい。
【0042】
Ｖは、隙間腐食を抑制させる他、微量含有によって靭性向上に寄与するため必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、この作用を確実に発現するため、０．０５％以上含有してもよい。一方、過度な含有は、硬質化し成形性を劣化させる他、粗大なＶの炭窒化物（Ｖ（Ｃ、Ｎ））が析出し靭性劣化につながるため、上限を１．００％、好ましくは０．５０％、または０．２０％にするとよい。
【0043】
Ｍｇは、脱酸元素として含有させる場合がある他、スラブの組織を微細化させ、成形性向上に寄与する元素である。また、Ｍｇ酸化物はＴｉの炭窒化物（Ｔｉ（Ｃ、Ｎ））やＮｂ（Ｃ、Ｎ）等の炭窒化物の析出サイトになり、これらを微細分散析出させる効果があるため必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、この作用を確実に発現し、靭性向上に寄与するため０．０００２％以上、好ましくは０．０００３％以上含有してもよい。一方、過度な含有は、溶接性や耐食性の劣化につながるため、上限を０．００３０％、好ましくは０．００１０％にするとよい。
【0044】
ＳｎやＳｂは、耐食性と高温強度の向上に寄与する。また、これらの粒界偏析によってＮｂの偏析が抑制される効果も有するため必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、必要に応じて０．０１％以上、好ましくは０．０２％以上含有してもよい。一方、過度な含有により鋼板製造時のスラブ割れが生じる場合があるため上限を０．３０％、好ましくは０．２０％、または０．１０％にするとよい。
【0045】
Ｚｒ、ＴａおよびＨｆは、ＣやＮと結合して靭性の向上に寄与するため必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、必要に応じて０．０１％以上、好ましくは０．０２％以上含有してもよい。一方、過度な含有によりコスト増になる他、製造性が著しく劣化するため、上限を０．１０％、好ましくは０．０７％にするとよい。
【0046】
Ｗは、耐食性と高温強度の向上に寄与するため必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、必要に応じて０．０１％以上、好ましくは０．０５％以上含有してもよい。一方、過度な含有により鋼板製造時の靭性劣化やコスト増につながるため、上限を２．００％、好ましくは１．８０％にするとよい。
【0047】
Ｃｏは、高温強度の向上に寄与するため必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、必要に応じて０．０１％以上、好ましくは０．０２％以上含有してもよい。一方、過度な含有により鋼板製造時の靭性劣化やコスト増につながるため、上限を０．２０％、好ましくは０．１４％、または０．０９％にするとよい。
【0048】
Ｃａは、脱硫のために含有される場合があるため必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、この効果を確実に発現することから、０．０００１％以上、好ましくは０．０００２％以上含有してもよい。一方、過度な含有により粗大なＣａＳが生成し、靭性や耐食性を劣化させるため、上限を０．００３０％、好ましくは０．００２０％にするとよい。
【0049】
ＲＥＭは、種々の析出物の微細化による靭性向上や耐酸化性の向上の観点から必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、含有される場合があり、この効果を確実に発現することから、０．００１％以上、好ましくは０．００８％以上含有してもよい。一方、過度な含有により鋳造性が著しく悪くなることから上限を０．０５０％、好ましくは０．０４０％にするとよい。ＲＥＭ（希土類元素）は、一般的な定義に従い、スカンジウム （Ｓｃ）、イットリウム （Ｙ）の２元素と、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）の総称を指す。これらのＲＥＭ元素を単独で含有してもよいし、複数のＲＥＭ元素を含有してもよい。複数のＲＥＭ元素を含有する場合、それらの総量をＲＥＭの含有量とする。
【0050】
Ｇａは、耐食性向上や水素脆化を抑制するため必要に応じて含有してもよい。特に下限は設定しなくてもよいが、硫化物や水素化物形成の観点から０．０００２％以上、好ましくは０．００１０％以上含有してもよい。一方、製造性やコストの観点から上限は０．１０００％、好ましくは０．００７０％、または０．００４０％にするとよい。
【0051】
その他の成分について本発明では特に規定するものではなく含有しなくてもよいが、例えば、Ｂｉ等を必要に応じて０．１００％以下含有してもよい。
【0052】
上記鋼成分の残部はＦｅおよび不純物である。ここで不純物とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石やスクラップ等のような原料をはじめとして、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。
【0053】
次に製造方法について説明する。
本発明に係る一実施形態の鋼板は、製鋼－熱間圧延、製鋼－熱間圧延－酸洗あるいは製鋼－熱間圧延－焼鈍－酸洗の工程で製造される。製鋼においては、前記成分を含有する鋼を転炉や電気炉にて溶製し、続いて２次精錬を行う方法が好適である。成分を調整した溶鋼は、公知の鋳造方法（例えば連続鋳造法）に従ってスラブにする。スラブは、所定の温度に加熱され、熱間圧延され所定の板厚の熱延鋼板に加工される。
本発明に係る一実施形態の鋼板は、製鋼－熱間圧延、製鋼－熱間圧延－酸洗あるいは製鋼－熱間圧延－焼鈍－酸洗の工程で製造される。製鋼においては、前記成分を含有する鋼を転炉や電気炉にて溶製し、続いて２次精錬を行う方法が好適である。成分を調整した溶鋼は、公知の鋳造方法（例えば連続鋳造法）に従ってスラブにする。スラブは、所定の温度に加熱され、熱間圧延され所定の板厚の熱延鋼板に加工される。
【0054】
本実施形態では、特にＮｂの粒界偏析を抑制するために、熱間圧延前のスラブ加熱温度、仕上圧延開始温度、終了温度に加え、仕上圧延終了から巻取までの水冷帯における水冷処理開始時間、巻取温度を規定する。熱延の加熱温度については、スラブ段階で粒界に偏析したＮｂを拡散させるため、ならびにＮｂ（Ｃ、Ｎ）の固溶化の観点から１２５０℃以上とする。一方、スラブ温度を１３００℃超に加熱すると加熱時にスラブの変形が激しく、板厚精度や表面品質が劣化するため、スラブ加熱温度は、望ましくは１３００℃以下がよい。
【0055】
スラブ加熱後に熱間圧延（粗圧延と仕上げ圧延）によって熱延鋼板が製造される。本実施形態では仕上圧延開始温度を１０００℃以上、と仕上圧延終了温度を８００℃以上とすることで、Ｎｂ偏析を抑制する。また、仕上圧延終了後にコイル状に巻き取るまでのランアウトテーブル上で水冷却が開始されるまでに、通常は圧延終了後５ｓｅｃ超かかるところ、通板速度、水冷却装置の配置等を調整することにより、圧延終了後５ｓｅｃ以内に水冷処理（冷却速度は５０℃／ｓｅｃ以上が望ましく、その冷却速度を確保できるのであれば、冷却方法は水冷処理に限定されない。）を開始する。好ましくは４ｓｅｃ以内とするとよい。これは、圧延終了後から水冷却開始までの間に転位上にＮｂが拡散・偏析することを防ぐものである。これは本発明における新知見の一つである。圧延終了後から水冷処理開始までの時間を過度に早くすると板形状が悪くなるので、好ましくは１ｓｅｃ以上経過後に水冷処理を開始するとよい。熱延鋼板は水冷却された後コイル状に巻き取られるが、その際の巻取温度は１００～３５０℃であるとよい。これは、過度に高温で巻取を行うと巻き取った後にＮｂの偏析が生じるため、３５０℃以下とし、好ましくは３００℃以下であるとよい。一方、過度に低温にすると板形状が不良になるため、１００℃以上とし、好ましくは１５０℃以上であるとよい。
【0056】
こうして得られた熱延鋼板（熱延板）は必要に応じて焼鈍（熱延板焼鈍）を施してもよい。焼鈍が施される場合、再結晶組織を得るために９００～１０５０℃の温度域に加熱するとよい。焼鈍時の加熱温度が１０５０℃を超えると、Ｎｂ系析出物が固溶し始め固溶Ｎｂ量が急激に増加するだけでなく、結晶粒径も増大するため靭性が劣化する。このため焼鈍時の加熱温度は１０５０℃以下、好ましくは１１００℃以下にするとよい。熱延の加工歪を極力減少させ整粒再結晶組織を得るために、この温度域で保持時間を６０秒以上とするとよい。保持時間が６０秒未満の場合、熱延の加工組織が残留し、粗大粒に起因した靭性低下が生じるため、保持時間は６０秒以上とする。一方、過度に保持時間を長くすると生産性が著しく低下するだけでなく、酸洗性の劣化が生じるため、保持時間は９０秒以下にすることが望ましい。
【0057】
なお、製造工程における他の条件は適宜選択すれば良い。例えば、スラブ厚さ、熱間圧延板厚などは適宜設定すればよい。また、熱延板の巻取後に水冷プールに浸漬しても構わない。熱延後あるいは熱延焼鈍後の酸洗工程についても特に限定せず、ショットブラスト、ベンディング、ブラシ等のメカニカルデスケール方法についても適宜選択すれば良い。酸洗液についても特に限定しないので、例えば硫酸、硝弗酸等の既設条件で構わない。さらに、この後にコイル研削を表面に施しても構わない。
【0058】
本発明に係る鋼板の板厚は、特に限定されない。本発明品は、高靭性のため加工起因の割れに対し有利であることから、板厚が厚くなると発生し易い加工起因割れを抑制することができる。例えば、板厚５．０ｍｍ以上であれば、加工起因割れの抑制効果が顕著になる。そのため、高い靭性を要求する自動車排気管フランジ等の締結部材に使用される板厚５．０ｍｍ以上、望ましくは８．０ｍｍ以上の熱延鋼板に適用するとよい。
【0059】
このようにして製造したフェライト系ステンレス鋼板は、打ち抜き加工や研削など既存の加工方法により部品に加工される。特に、本発明に係るフェライト系ステンレス鋼は、優れた靭性と耐食性を兼ね備えていることから、腐食環境下で用いる部品に適用することができる。特に自動車や二輪車の排気系部品などの少なくとも一部に用いることができる。例えば、排気系部品のうちの一部品（エキゾーストマニホールド、マフラーなど）に適用することができる。また、板厚が厚くなるほど靭性が低下し加工起因の割れなどが生じやすいが、本発明に係る鋼板は高靭性のため加工起因割れに対しても有利である。そのため、部品同士を締結するためのフランジやブラケットなどの締結部品や機械構造部品に適用すること好適である。
【実施例0060】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0061】
表１に示す成分組成の鋼を溶製しスラブに鋳造し、スラブを５ｍｍ厚以上に熱間圧延して熱間圧延コイル（熱延板）とした。この際、スラブ加熱温度は１２５０～１３００℃、仕上圧延開始温度は１０００～１１００℃、仕上圧延終了温度は８００～９００℃、圧延終了後冷却開始までの時間を４ｓｅｃ、巻取温度を１００～３５０℃に制御した。その後、焼鈍（熱延焼鈍）を施す場合は、焼鈍温度９００～１０５０℃で保持時間３０秒以上になるようにした。
【0062】
表２に熱延条件と焼鈍条件を変更したときの、鋼板のシャルピー衝撃試験の結果を示す。
【0063】
粒界近傍のＮｂ濃度分布は、電解研磨法でTEM 観察用薄膜試料を作製した後、微細領域の分析が可能な電界放出形透過電顕(FE-TEM)による観察と同定解析、極微細領域の分析が可能な球面収差補正透過電顕(Cs-TEM)によるEDS分析を行った。この際、サンプルは精密切断機により元材を厚さ０．５mmに切断した後、P320～1200のエメリー紙で両側から５０μm厚まで切削研磨を行い3mmφの試料を打抜き、両面ジェット電解研磨を行い、中央に穴が開くまで電解研磨を行い、TEM観察用試料とした。透過電顕で粒界を探した後に、粒界を中心に１０ｎｍの距離を０．５ｎｍピッチでＥＤＳ分析し、Ｎｂの濃度を調べた。
【0064】
析出物の最大粒径は、板厚方向断面において表面からの深さが板厚の１／２～１／４の範囲の断面を５００倍の倍率で１０視野観察し、それぞれの視野における最も大きな析出物に対して面積を測定し円相当径を求め、それらのうち最大の析出物の粒径とした。
【0065】
靭性についてはシャルピー衝撃試験で評価した。Ｖノッチ試験片（幅方向にＶノッチ付与）を採取して、ＪＩＳＺ２２４２に準拠して０℃で衝撃値を計測し、２０Ｊ／ｃｍ２以上を合格（○）、２０Ｊ／ｃｍ２未満（以下、本明細書において低靭性と言う場合がある。）を不合格（×）とした。
【0066】
評価結果を表１、表２に示す。表１、表２からも分かるように、本発明に係る鋼板は良好な靭性が得られている。一方、粒界のＮｂ粒界偏析濃度が所定範囲でない比較例ではコイル通板が不可となるレベルまで低靭性となるものもあった。
【0067】
【表1】
【0068】
【表2】
【産業上の利用可能性】
【0069】
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼板、その製造方法、および当該フェライト系ステンレス鋼板を含む締結部品は、あらゆる産業において利用することができる。特に高温腐食環境のおいても優れた靭性を有するので、例えば自動車、二輪用部品として用いることで信頼性の確保が図られ、社会的貢献度を高めることが可能となり、産業上極めて有益である。
【図1】