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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-01
(45)【発行日】2024-10-09
(54)【発明の名称】オーステナイト系ステンレス鋼板およびそれを用いた排気部品
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20241002BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20241002BHJP
C21D 9/46 20060101ALN20241002BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302Z
C22C38/60
C21D9/46 Q
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020121415
(22)【出願日】2020-07-15
(65)【公開番号】P2022024304
(43)【公開日】2022-02-09
【審査請求日】2023-04-19
(73)【特許権者】
【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】110002044
【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス
(72)【発明者】
【氏名】吉井 睦子
(72)【発明者】
【氏名】溝口 太一朗
【審査官】川口 由紀子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１４３１８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０９４６２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０７２６４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０８９２００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０５９１４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０３６９４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２５７５３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２２０４４３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０
Ｃ２１Ｄ ９／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
化学組成が、質量％で、Ｃ：０．００５～０．３０％、
Ｓｉ：０．０１０％以上３．００％未満、
Ｍｎ：０．１～５．０％、
Ｐ：０．０１０～０．０５０％、
Ｓ：０．０００１～０．０１０％、
Ｎｉ：５．００～１５．００％、
Ｃｒ：１５．００～３０．００％、
Ｎ：０．０２～０．４０％、
Ａｌ：０．００１～０．５０％、
ＲＥＭ：０．００５～０．１００％、
Ｃｕ：０～４．０％、
Ｍｏ：０～２．０％、
Ｖ：０～１．０％、
Ｔｉ：０～０．３０％、
Ｎｂ：０～０．３０％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｃａ：０～０．０１０％、
Ｗ：０～３．０％、
Ｚｒ：０～０．３０％、
Ｓｎ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．３０％、
Ｍｇ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．５０％、
Ｇａ：０～０．３０％、
Ｔａ：０～１．０％、
Ｈｆ：０～１．０％、
Ｂｉ：０～０．０２０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
下記に定義される打ち抜き加工指標が０．２％以下であり、
８５０℃大気中で１ｈ保持し、空冷した場合に、表面に形成した酸化スケールの算術平均粗さＲａが、０．１０μｍ以下である、
オーステナイト系ステンレス鋼板。
（打ち抜き加工指標）
打ち抜き加工指標は、パンチを用いてφ１０ｍｍの打ち抜き穴を鋼板１枚当たり８個ずつ作製する加工の際に、前記パンチに欠けまたは折損が生じた場合には交換する試験（ただし、前記鋼板枚数の上限は１０００枚、前記交換回数の上限は２回）において、鋼板１枚当たりのパンチの交換回数を百分率で示したものである。
【請求項2】
前記化学組成が、質量％で、Ｃｕ：０．１～４．０％、
Ｍｏ：０．１～２．０％、
Ｖ：０．０５～１．０％、
Ｔｉ：０．００５～０．３０％、
Ｎｂ：０．００５～０．３０％、
Ｂ：０．０００２～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００３～０．０１０％、
Ｗ：０．１～３．０％、
Ｚｒ：０．０５～０．３０％、
Ｓｎ：０．０１～０．５０％、
Ｃｏ：０．０３～０．３０％、
Ｍｇ：０．０００２～０．０１０％、
Ｓｂ：０．００５～０．５０％、
Ｇａ：０．０００２～０．３０％、
Ｔａ：０．００１～１．０％、
Ｈｆ：０．００１～１．０％、および
Ｂｉ：０．００１～０．０２０％、
から選択される一種以上を含有する、
請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
【請求項3】
８５０℃大気中で１ｈ保持後に、当該温度および雰囲気において、荷重０．５Ｎ、距離２０ｍの条件でピンオンディスク法摩擦摩耗試験を行った場合に、摩耗痕深さが７．０μｍ以下である、請求項１または２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
【請求項4】
ターボチャージャ部品に用いられる、請求項１～３のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
【請求項5】
請求項１～４のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼板を用いた排気部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼板およびそれを用いた排気部品に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車は、多種多様な部品により構成されており、その中でも排気部品は、高温でかつ腐食性の排気ガスを安定的に通気させる必要があることから、耐熱性と耐食性とが要求される。
【0003】
そこで、比較的良好な耐熱性と耐食性とを備えるオーステナイト系ステンレス鋼が、排気部品に使用されることがある。例えば、特許文献１～５ならびに非特許文献１および２には、排気部品への使用を想定したオーステナ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】
【0004】
【文献】国際公開第２０１４／１５７６５５号
【文献】特開２０１７－１４５３８号公報
【文献】特開２０１７－１６０４９３号公報
【文献】特開２０１７－８８９２８号公報
【文献】特開２０１９－１４３１８６号公報
【非特許文献】
【0005】
【文献】大迫雄志ら，自動車用高性能・高信頼性ＶＧターボチャージャの開発，三菱重工技報，２００６，Ｖｏｌ．４３，ｐ３１．
【文献】井上智裕ら，ＲＨＶ４可変容量型（ＳＴＥＰ４）ターボチャージャの開発，ＩＨＩ技報，２０１１，Ｖｏｌ．５１，ｐ４８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、排気部品の中には、様々な部品があるが、その一例として、ターボチャージャ部品がある。ターボチャージャは、近年、車体を軽量化することで、燃費性を向上させる、所謂、ダウンサイジングといった考え方に基づき、自動車に搭載される過給機である。そして、ターボチャージャ部品は、複雑な形状をしていることがある。このため、これら部品に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼板には、耐熱性だけでなく、良好な加工性も要求される。
【0007】
加えて、ターボチャージャ部品の中には、高温無潤滑化において、繰り返し摩擦が生じる状況で使用されるものがある。この場合、使用環境で、接触する部品同士が摩耗し、凝着が生じることが考えられる。この結果、例えば、ターボチャージャの内部で排気ガスの流量を調整するためのベーンおよびバルブにおいて、開閉の不具合が発生し、ガス流れ不良が生じることが考えられる。そこで、ターボチャージャ部品には、高温における耐摩擦、耐摩耗特性である、高温摺動性も要求される。
【0008】
しかしながら、耐熱性を高めたオーステナイト系ステンレス鋼板においては、高温摺動性と加工性との二つの特性を両立させることが難しいという課題がある。
【0009】
具体的には、特許文献１および２に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼板は、高温摺動性の検討がなされておらず、高温摺動性の向上にさらなる改善の余地がある。同様に、特許文献３に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼板についても、高温摺動性について、十分な検討がなされていない。特許文献４では、高温摺動性の検討を行っているが、同文献に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼板は、高温摺動性の向上にさらなる改善の余地がある。
【0010】
特許文献５に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼板は、Ｓｉ含有量が高く、加工性が低いと考えられる。また、所定の条件において、高温摺動性が低下する可能性が考えられる。非特許文献１および２に開示されたオーステナイト系ステンレス鋼板は、良好な高温摺動性を有するものの、Ｓｉ含有量が高く、加工性が低下すると考えられる。
【0011】
以上を踏まえ、本発明は、上記の課題を解決し、良好な高温摺動性と加工性とを有するオーステナイト系ステンレス鋼板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】
【0012】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のオーステナイト系ステンレス鋼板を要旨とする。
【0013】
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００５～０．３０％、
Ｓｉ：０．０１０％以上３．００％未満、
Ｍｎ：０．１～５．０％、
Ｐ：０．０１０～０．０５０％、
Ｓ：０．０００１～０．０１０％、
Ｎｉ：５．００～１５．００％、
Ｃｒ：１５．００～３０．００％、
Ｎ：０．０２～０．４０％、
Ａｌ：０．００１～０．５０％、
ＲＥＭ：０．００５～０．１００％、
Ｃｕ：０～４．０％、
Ｍｏ：０～２．０％、
Ｖ：０～１．０％、
Ｔｉ：０～０．３０％、
Ｎｂ：０～０．３０％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｃａ：０～０．０１０％、
Ｗ：０～３．０％、
Ｚｒ：０～０．３０％、
Ｓｎ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．３０％、
Ｍｇ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．５０％、
Ｇａ：０～０．３０％、
Ｔａ：０～１．０％、
Ｈｆ：０～１．０％、
Ｂｉ：０～０．０２０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
打ち抜き加工指標が０．２％以下である、オーステナイト系ステンレス鋼板。
Ｃ：０．００５～０．３０％、
Ｓｉ：０．０１０％以上３．００％未満、
Ｍｎ：０．１～５．０％、
Ｐ：０．０１０～０．０５０％、
Ｓ：０．０００１～０．０１０％、
Ｎｉ：５．００～１５．００％、
Ｃｒ：１５．００～３０．００％、
Ｎ：０．０２～０．４０％、
Ａｌ：０．００１～０．５０％、
ＲＥＭ：０．００５～０．１００％、
Ｃｕ：０～４．０％、
Ｍｏ：０～２．０％、
Ｖ：０～１．０％、
Ｔｉ：０～０．３０％、
Ｎｂ：０～０．３０％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｃａ：０～０．０１０％、
Ｗ：０～３．０％、
Ｚｒ：０～０．３０％、
Ｓｎ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．３０％、
Ｍｇ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．５０％、
Ｇａ：０～０．３０％、
Ｔａ：０～１．０％、
Ｈｆ：０～１．０％、
Ｂｉ：０～０．０２０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
打ち抜き加工指標が０．２％以下である、オーステナイト系ステンレス鋼板。
【0014】
（２）前記化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．１～４．０％、
Ｍｏ：０．１～２．０％、
Ｖ：０．０５～１．０％、
Ｔｉ：０．００５～０．３０％、
Ｎｂ：０．００５～０．３０％、
Ｂ：０．０００２～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００３～０．０１０％、
Ｗ：０．１～３．０％、
Ｚｒ：０．０５～０．３０％、
Ｓｎ：０．０１～０．５０％、
Ｃｏ：０．０３～０．３０％、
Ｍｇ：０．０００２～０．０１０％、
Ｓｂ：０．００５～０．５０％、
Ｇａ：０．０００２～０．３０％、
Ｔａ：０．００１～１．０％、
Ｈｆ：０．００１～１．０％、および
Ｂｉ：０．００１～０．０２０％、
から選択される一種以上を含有する、
上記（１）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
Ｃｕ：０．１～４．０％、
Ｍｏ：０．１～２．０％、
Ｖ：０．０５～１．０％、
Ｔｉ：０．００５～０．３０％、
Ｎｂ：０．００５～０．３０％、
Ｂ：０．０００２～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００３～０．０１０％、
Ｗ：０．１～３．０％、
Ｚｒ：０．０５～０．３０％、
Ｓｎ：０．０１～０．５０％、
Ｃｏ：０．０３～０．３０％、
Ｍｇ：０．０００２～０．０１０％、
Ｓｂ：０．００５～０．５０％、
Ｇａ：０．０００２～０．３０％、
Ｔａ：０．００１～１．０％、
Ｈｆ：０．００１～１．０％、および
Ｂｉ：０．００１～０．０２０％、
から選択される一種以上を含有する、
上記（１）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
【0015】
（３）８５０℃大気中で１ｈ保持後に、荷重０．５Ｎ、距離２０ｍの条件でピンオンディスク法摩擦摩耗試験を行った場合に、摩耗痕深さが７．０μｍ以下である、上記（１）または（２）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
【0016】
（４）８５０℃大気中で１ｈ保持し、空冷した場合に、表面に形成した酸化スケールの算術平均粗さＲａが、０．１０μｍ以下である、上記（１）～（３）のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
【0017】
（５）ターボチャージャ部品に用いられる、上記（１）～（４）のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼板。
【0018】
（６）上記（１）～（５）のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼板を用いた排気部品。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、良好な高温摺動性と加工性とを有するオーステナイト系ステンレス鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明者は、高温摺動性と加工性とを向上させるべく、オーステナイト系ステンレス鋼板について検討を行い、以下の（ａ）～（ｃ）の知見を得た。
【0022】
（ａ）ターボチャージャ部品は、高温で使用されることから、使用の際、表面に、比較的、厚い酸化スケールが形成する。そこで、本発明者らは、高温摺動性を高めるために、この酸化スケールに着目した。その結果、形成する酸化スケールによっては、部品同士が擦れ合う際に、相互に摺動面に移着し、摩擦係数を下げる、いわゆる自己潤滑作用が働くことが明らかになった。このような自己潤滑作用が働くと、高温摺動性が向上する。したがって、自己潤滑作用を有するスケールを形成させるために、鋼の化学組成および製造条件を適切に制御するのが望ましい。
【0023】
（ｂ）スケールに自己潤滑作用を具備させるためには、Ｓｉを多く含有させ、スケール中にＳｉ酸化物を含有させるのが好ましい。しかしながら、Ｓｉを多く含有させると、加工性が低下し、部品加工が困難になる。そこで、本発明者らは、Ｓｉ含有量と加工性の指標である打ち抜き加工指標とを検討した。そして、図１に示されるように、Ｓｉ含有量が３．０％以上である場合に、打ち抜き加工指標が０．３％以上となり、加工性が低下することを明らかにした。したがって、Ｓｉ含有量は、３．０％未満に制御する必要がある。
【0024】
（ｃ）その一方、高温摺動性を担保するためには、自己潤滑作用を有するスケールを十分に形成させる必要がある。そして、本発明者らは、Ｓｉを多く含有させない場合であっても、高温摺動性を向上させるために、鋼にＲＥＭを含有させることが有効であることを明らかにした。
【0025】
高温環境化において、ＲＥＭ含有させたオーステナイト系ステンレス鋼板の酸化スケールと、ＲＥＭを含有させなかったオーステナイト系ステンレス鋼板の酸化スケールとを比較したところ、ＲＥＭを含有させた鋼板の方が、微細な表面形態の酸化スケールが形成していた。このような微細な表面形態の酸化スケールは、高温摺動時にスケール同士がこすり合わされることにより自己潤滑作用を生じ、より緻密な酸化スケールを形成させると考えられる。この結果、酸化スケールが摺動面を保護し、高温摺動性を向上させたと考えられる。
【0026】
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
【0027】
１．化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
【0028】
Ｃ：０．００５～０．３０％
Ｃは、オーステナイト組織を形成させ、高温強度、および高温摺動性を向上させる元素である。また、高温硬さを確保するために必要な元素でもある。このため、Ｃ含有量は、０．００５％以上とする。しかしながら、Ｃを過剰に含有させると、加工硬化しやすくなり、加工性が低下する。加えて、Ｃｒ炭化物が形成し、耐食性と粒界腐食性とが低下する。このため、Ｃ含有量は、０．３０％以下とする。
Ｃは、オーステナイト組織を形成させ、高温強度、および高温摺動性を向上させる元素である。また、高温硬さを確保するために必要な元素でもある。このため、Ｃ含有量は、０．００５％以上とする。しかしながら、Ｃを過剰に含有させると、加工硬化しやすくなり、加工性が低下する。加えて、Ｃｒ炭化物が形成し、耐食性と粒界腐食性とが低下する。このため、Ｃ含有量は、０．３０％以下とする。
【0029】
熱間加工性、高温摺動性、および製造コストの観点から、Ｃ含有量は０．０３％以上とするのが好ましく、０．２０％以下とするのが好ましい。Ｃ含有量は０．０５％以上とするのがより好ましく、０．１９％以下とするのがより好ましい。
【0030】
Ｓｉ：０．０１０％以上３．００％未満
Ｓｉは、脱酸作用を有する元素である。また、Ｓｉが内部酸化することで、耐スケール剥離性および高温摺動性が向上する。加えて、Ｓｉの内部酸化は、高温強度および高温硬さの向上をもたらす。このため、Ｓｉ含有量は０．０１０％以上とする。
Ｓｉは、脱酸作用を有する元素である。また、Ｓｉが内部酸化することで、耐スケール剥離性および高温摺動性が向上する。加えて、Ｓｉの内部酸化は、高温強度および高温硬さの向上をもたらす。このため、Ｓｉ含有量は０．０１０％以上とする。
【0031】
しかしながら、Ｓｉを、３．００％以上含有させると、鋼板が過度に硬質化し、部品加工性および製造性が低下する。このため、Ｓｉ含有量は３．００％未満とする。高温摺動性をより高めたい場合には、Ｓｉ含有量は、１．５０％以上とするのが好ましい。また、製造コスト、酸洗性、および溶接時の凝固割れ性の観点からは、Ｓｉ含有量は２．８０％以下とするのが好ましい。
【0032】
Ｍｎ：０．１～５．０％
Ｍｎは、脱酸作用を有する元素である。加えて、Ｍｎは、オーステナイトを安定化させ、スケール密着性を向上させる効果を有する。また、Ｍｎを含有させることにより、スケールに自己潤滑作用および自己修復機能が付与されるので、高温摺動性の向上に繋がる。このため、Ｍｎ含有量は０．１％以上とする。
Ｍｎは、脱酸作用を有する元素である。加えて、Ｍｎは、オーステナイトを安定化させ、スケール密着性を向上させる効果を有する。また、Ｍｎを含有させることにより、スケールに自己潤滑作用および自己修復機能が付与されるので、高温摺動性の向上に繋がる。このため、Ｍｎ含有量は０．１％以上とする。
【0033】
しかしながら、Ｍｎを、５．０％を超えて含有させると、スケールが厚膜化し、剥離しやすくなり、高温摺動性が低下する。加えて、加工硬化が大きくなり、部品加工性が低下する。また、介在物清浄性および酸洗性が著しく低下し、製品の表面粗さが粗くなる。このため、Ｍｎ含有量は５．０％以下とする。密着性のよいスケールを形成させ、スケールの自己潤滑、および自己修復機能を利用して高温摺動性をさらに向上させるという観点から、Ｍｎ含有量は０．２％以上とするのが好ましく、１．２％以上とするのがより好ましい。酸洗性および製造コスト等の観点から、Ｍｎ含有量は、４．０％以下とするのが好ましい。
【0034】
Ｐ：０．０１０～０．０５０％
Ｐは、製造時における熱間加工性および凝固割れを助長する元素である。このため、Ｐ含有量は、０．０５０％以下とする。Ｐ含有量は少ない方が好ましいが、Ｐの過剰な低減は精錬コストを上昇させる。このため、Ｐ含有量は、０．０１０％以上とする。さらに、製造コストを低下させる観点から、Ｐ含有量は、０．０２０％以上とするのが好ましく、０．０４０％以下とするのが好ましい。
Ｐは、製造時における熱間加工性および凝固割れを助長する元素である。このため、Ｐ含有量は、０．０５０％以下とする。Ｐ含有量は少ない方が好ましいが、Ｐの過剰な低減は精錬コストを上昇させる。このため、Ｐ含有量は、０．０１０％以上とする。さらに、製造コストを低下させる観点から、Ｐ含有量は、０．０２０％以上とするのが好ましく、０．０４０％以下とするのが好ましい。
【0035】
Ｓ：０．０００１～０．０１０％
Ｓは、熱間加工性および耐食性を低下させる元素である。また、Ｓを含む粗大な硫化物（ＭｎＳ）が形成されると、鋼板の介在物清浄性が著しく低下する。このため、Ｓ含有量は、０．０１０％以下とする。しかしながら、Ｓの過剰な低減は、精錬コストの増加に繋がる。このため、Ｓ含有量は、０．０００１％以上とする。耐酸化性および製造コストの観点から、Ｓ含有量は、０．０００５％以上とするのが好ましく、０．００５％以下とするのが好ましい。
Ｓは、熱間加工性および耐食性を低下させる元素である。また、Ｓを含む粗大な硫化物（ＭｎＳ）が形成されると、鋼板の介在物清浄性が著しく低下する。このため、Ｓ含有量は、０．０１０％以下とする。しかしながら、Ｓの過剰な低減は、精錬コストの増加に繋がる。このため、Ｓ含有量は、０．０００１％以上とする。耐酸化性および製造コストの観点から、Ｓ含有量は、０．０００５％以上とするのが好ましく、０．００５％以下とするのが好ましい。
【0036】
Ｎｉ：５．００～１５．００％
Ｎｉは、オーステナイト安定化元素で、かつ耐食性および耐酸化性を向上させる元素である。このため、Ｎｉ含有量は、５．００％以上とする。しかしながら、Ｎｉを過剰に含有させると、製造コストを増加させ、素材を硬質化させる。このため、Ｎｉ含有量は、１５．００％以下とする。高温強度、耐食性、および製造性の観点から、Ｎｉ含有量は９．００％以上とするのが好ましい。Ｎｉ含有量は、１４．００％以下とするのが好ましい。
Ｎｉは、オーステナイト安定化元素で、かつ耐食性および耐酸化性を向上させる元素である。このため、Ｎｉ含有量は、５．００％以上とする。しかしながら、Ｎｉを過剰に含有させると、製造コストを増加させ、素材を硬質化させる。このため、Ｎｉ含有量は、１５．００％以下とする。高温強度、耐食性、および製造性の観点から、Ｎｉ含有量は９．００％以上とするのが好ましい。Ｎｉ含有量は、１４．００％以下とするのが好ましい。
【0037】
Ｃｒ：１５．００～３０．００％
Ｃｒは、耐食性、耐酸化性、および高温摺動性を向上させる元素である。そして、排気部品環境において異常酸化を抑制する観点から、Ｃｒ含有量は、１５．００％以上とする。しかしながら、Ｃｒを過剰に含有させると、素材を硬質化させる他、製造コストを増加させる。このため、Ｃｒ含有量は、３０．００％以下とする。さらに、加工性、製造性、および製造コストの観点から、Ｃｒ含有量は１７．００％以上とするのが好ましく、２５．００％以下とするのが好ましい。
Ｃｒは、耐食性、耐酸化性、および高温摺動性を向上させる元素である。そして、排気部品環境において異常酸化を抑制する観点から、Ｃｒ含有量は、１５．００％以上とする。しかしながら、Ｃｒを過剰に含有させると、素材を硬質化させる他、製造コストを増加させる。このため、Ｃｒ含有量は、３０．００％以下とする。さらに、加工性、製造性、および製造コストの観点から、Ｃｒ含有量は１７．００％以上とするのが好ましく、２５．００％以下とするのが好ましい。
【0038】
Ｎ：０．０２～０．４０％
Ｎは、Ｃと同様に、オーステナイトを安定化させる元素である。また、高温強度、高温硬さ、および高温摺動性を向上させるために有効な元素である。特に、固溶強化元素として作用することで、高温強度を向上させる。このため、Ｎ含有量は、０．０２％以上とする。
Ｎは、Ｃと同様に、オーステナイトを安定化させる元素である。また、高温強度、高温硬さ、および高温摺動性を向上させるために有効な元素である。特に、固溶強化元素として作用することで、高温強度を向上させる。このため、Ｎ含有量は、０．０２％以上とする。
【0039】
しかしながら、Ｎを、０．４０％を超えて含有させると、常温材質が著しく硬質化する。この結果、鋼板製造時の冷間加工性が劣化し、部品加工性が低下する。このため、Ｎ含有量は、０．４０％以下とする。高温摺動性を向上させる上では、Ｎ含有量は、０．０３％以上とするのが好ましく、０．０５％超とするのがより好ましい。一方、溶接時におけるピンホールおよび溶接部の粒界腐食を抑制する観点から、Ｎ含有量は０．３０％以下とするのが好ましい。
【0040】
Ａｌ：０．００１～０．５０％
Ａｌは、脱酸元素として作用し、介在物清浄性を向上させる。加えて、Ａｌは酸化スケールの剥離を抑制し、微量内部酸化により高温摺動性を向上させる。このため、Ａｌ含有量は、０．００１％以上とする。しかしながら、Ａｌはフェライト生成元素であり、０．５０％を超えて含有させると、オーステナイト組織の安定性を低下させる。さらに、Ａｌを過剰に含有させると、酸洗性を低下させるばかりか、却って介在物の量を増加させ、表面粗さを増加させる。この結果、８５０℃の温度域で形成する酸化スケールの表面粗さが粗くなり、高温摺動性が低下する。このため、Ａｌ含有量は、０．５０％以下とする。
Ａｌは、脱酸元素として作用し、介在物清浄性を向上させる。加えて、Ａｌは酸化スケールの剥離を抑制し、微量内部酸化により高温摺動性を向上させる。このため、Ａｌ含有量は、０．００１％以上とする。しかしながら、Ａｌはフェライト生成元素であり、０．５０％を超えて含有させると、オーステナイト組織の安定性を低下させる。さらに、Ａｌを過剰に含有させると、酸洗性を低下させるばかりか、却って介在物の量を増加させ、表面粗さを増加させる。この結果、８５０℃の温度域で形成する酸化スケールの表面粗さが粗くなり、高温摺動性が低下する。このため、Ａｌ含有量は、０．５０％以下とする。
【0041】
なお、精錬コストおよび表面性状の観点から、Ａｌ含有量は０．０１０％以上とするのが好ましく、０．３０％以下とするのが好ましい。さらに、熱間加工性の観点から、Ａｌ含有量は０．０４０％以上とするのが好ましく、０．１０％以下とするのが好ましい。
【0042】
ＲＥＭ：０．００５～０．１００％
ＲＥＭ（希土類元素）は、耐酸化性の向上、そして均一で緻密なスケール形成による高温摺動性の向上に有効である。このため、ＲＥＭ含有量は、０．００５％以上とする。しかしながら、ＲＥＭを過剰に含有させると、鋳造時に溶鋼を流すノズルにＲＥＭを含む酸化物を形成してノズル閉塞を引き起こす。また、ＲＥＭを含む硫化物が形成して耐食性を低下させる。このため、ＲＥＭ含有量は、０．１００％以下とする。なお、上記効果をさらに得るためには、ＲＥＭ含有量は、０．０１０％以上とするのが好ましく、０．０１６％以上とするのがより好ましい。一方、製造コストの観点から、ＲＥＭ含有量は、０．０９０％以下とするのが好ましく、０．０７０％以下とするのが好ましい。
ＲＥＭ（希土類元素）は、耐酸化性の向上、そして均一で緻密なスケール形成による高温摺動性の向上に有効である。このため、ＲＥＭ含有量は、０．００５％以上とする。しかしながら、ＲＥＭを過剰に含有させると、鋳造時に溶鋼を流すノズルにＲＥＭを含む酸化物を形成してノズル閉塞を引き起こす。また、ＲＥＭを含む硫化物が形成して耐食性を低下させる。このため、ＲＥＭ含有量は、０．１００％以下とする。なお、上記効果をさらに得るためには、ＲＥＭ含有量は、０．０１０％以上とするのが好ましく、０．０１６％以上とするのがより好ましい。一方、製造コストの観点から、ＲＥＭ含有量は、０．０９０％以下とするのが好ましく、０．０７０％以下とするのが好ましい。
【0043】
ここで、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素を指し、上記ＲＥＭ含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。ＲＥＭは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加されることが多い。
【0044】
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板には、上記元素のほかに、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｔａ、Ｈｆ、およびＢｉから選択される一種以上の元素を含有させてもよい。
【0045】
Ｃｕ：０～４．０％
Ｃｕは、オーステナイトを安定化させ、耐酸化性および耐食性を向上させる効果を有する。また、Ｃｕは、スケールに自己潤滑作用および自己修復機能を与え、高温摺動性を向上させる効果も有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｕを過剰に含有させると、却って、耐酸化性が低下することに加え、製造性も低下する。そのため、Ｃｕ含有量は、４．０％以下とする。Ｃｕ含有量は、３．０％以下とするのが好ましく、２．８％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃｕ含有量は、０．１％以上とするのが好ましく、０．２％以上とするのがより好ましい。
Ｃｕは、オーステナイトを安定化させ、耐酸化性および耐食性を向上させる効果を有する。また、Ｃｕは、スケールに自己潤滑作用および自己修復機能を与え、高温摺動性を向上させる効果も有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｕを過剰に含有させると、却って、耐酸化性が低下することに加え、製造性も低下する。そのため、Ｃｕ含有量は、４．０％以下とする。Ｃｕ含有量は、３．０％以下とするのが好ましく、２．８％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃｕ含有量は、０．１％以上とするのが好ましく、０．２％以上とするのがより好ましい。
【0046】
Ｍｏ：０～２．０％
Ｍｏは、耐食性を向上させる効果を有する。また、Ｍｏは、高温強度および高温硬さを向上させる効果も有する。これは、Ｍｏを含有させることにより、固溶強化に加え、Ｍｏ炭化物を析出させることに起因した析出強化が生じるためである。また、析出物の形成により、耐摩耗特性についても向上させることができる。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｏは、高価な元素であり、過剰に含有させると、製造コストが増加する。このため、Ｍｏ含有量は、２．０％以下とする。Ｍｏ含有量は、１．７％以下とするのがこのましい。一方、上記析出物による強化安定性等の上記効果を得る、および介在物清浄度の観点から、Ｍｏ含有量は、０．１％以上とするのが好ましい。
Ｍｏは、耐食性を向上させる効果を有する。また、Ｍｏは、高温強度および高温硬さを向上させる効果も有する。これは、Ｍｏを含有させることにより、固溶強化に加え、Ｍｏ炭化物を析出させることに起因した析出強化が生じるためである。また、析出物の形成により、耐摩耗特性についても向上させることができる。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｏは、高価な元素であり、過剰に含有させると、製造コストが増加する。このため、Ｍｏ含有量は、２．０％以下とする。Ｍｏ含有量は、１．７％以下とするのがこのましい。一方、上記析出物による強化安定性等の上記効果を得る、および介在物清浄度の観点から、Ｍｏ含有量は、０．１％以上とするのが好ましい。
【0047】
Ｖ：０～１．０％
Ｖは、耐食性を向上させる効果を有する。また、炭化物を形成し、高温強度および高温時における耐摩耗特性を向上させる効果も有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｖを過剰に含有させると、製造コストが増加するのに加え、異常酸化限界温度が低下する。このため、Ｖ含有量は、１．０％以下とする。製造性および介在物清浄度の観点から、Ｖ含有量は、０．８％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｖ含有量は、０．０５％以上とするのが好ましい。
Ｖは、耐食性を向上させる効果を有する。また、炭化物を形成し、高温強度および高温時における耐摩耗特性を向上させる効果も有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｖを過剰に含有させると、製造コストが増加するのに加え、異常酸化限界温度が低下する。このため、Ｖ含有量は、１．０％以下とする。製造性および介在物清浄度の観点から、Ｖ含有量は、０．８％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｖ含有量は、０．０５％以上とするのが好ましい。
【0048】
Ｔｉ：０～０．３０％
Ｔｉは、ＣおよびＮと結合して、耐食性および耐粒界腐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔｉを、０．３０％を超えて含有させると、鋳造段階でのノズル詰まりが生じ易くなり、製造性を著しく低下させる。また、粗大なＴｉ炭窒化物が形成し、部品加工性が低下する。このため、Ｔｉ含有量は、０．３０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｔｉ含有量は、０．００５％以上とするのが好ましい。なお、高温強度、溶接部の粒界腐食性および製造コストの観点から、Ｔｉ含有量は、０．０１０％以上とするのがより好ましく、０．２０％以下とするのがより好ましい。
Ｔｉは、ＣおよびＮと結合して、耐食性および耐粒界腐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔｉを、０．３０％を超えて含有させると、鋳造段階でのノズル詰まりが生じ易くなり、製造性を著しく低下させる。また、粗大なＴｉ炭窒化物が形成し、部品加工性が低下する。このため、Ｔｉ含有量は、０．３０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｔｉ含有量は、０．００５％以上とするのが好ましい。なお、高温強度、溶接部の粒界腐食性および製造コストの観点から、Ｔｉ含有量は、０．０１０％以上とするのがより好ましく、０．２０％以下とするのがより好ましい。
【0049】
Ｎｂ：０～０．３０％
Ｎｂは、Ｔｉと同様にＣ、Ｎと結合して耐食性および耐粒界腐食性を向上させる効果を有する。加えて、Ｎｂは高温強度を向上させる元素でもある。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂを、０．３０％を超えて含有させると、熱間加工性が著しく低下する。また、粗大なＮｂ炭窒化物が形成すると、部品加工性が低下する。このため、Ｎｂ含有量は、０．３０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｎｂ含有量は、０．００５％以上とするのが好ましい。高温強度、溶接部の粒界腐食性および製造コストの観点から、Ｎｂ含有量は、０．０１０％以上とするのがより好ましく、０．１５％未満とするのが好ましい。
Ｎｂは、Ｔｉと同様にＣ、Ｎと結合して耐食性および耐粒界腐食性を向上させる効果を有する。加えて、Ｎｂは高温強度を向上させる元素でもある。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂを、０．３０％を超えて含有させると、熱間加工性が著しく低下する。また、粗大なＮｂ炭窒化物が形成すると、部品加工性が低下する。このため、Ｎｂ含有量は、０．３０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｎｂ含有量は、０．００５％以上とするのが好ましい。高温強度、溶接部の粒界腐食性および製造コストの観点から、Ｎｂ含有量は、０．０１０％以上とするのがより好ましく、０．１５％未満とするのが好ましい。
【0050】
Ｂ：０～０．００５０％
Ｂは、熱間加工性を向上させる元素である。また、常温での加工硬化を抑制するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させると、ホウ炭化物の形成が生じる。これにより、鋼板の介在物清浄性および粒界腐食性が低下する。このため、Ｂ含有量は、０．００５０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｂ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましい。精錬コストおよび延性の観点から、Ｂ含有量は、０．０００３％以上とするのがより好ましく、０．００２０％以下とするのが好ましい。
Ｂは、熱間加工性を向上させる元素である。また、常温での加工硬化を抑制するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させると、ホウ炭化物の形成が生じる。これにより、鋼板の介在物清浄性および粒界腐食性が低下する。このため、Ｂ含有量は、０．００５０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｂ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましい。精錬コストおよび延性の観点から、Ｂ含有量は、０．０００３％以上とするのがより好ましく、０．００２０％以下とするのが好ましい。
【0051】
Ｃａ：０～０．０１０％
Ｃａは、脱硫効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃａを、０．０１０％を超えて含有させると、水溶性の介在物であるＣａＳが形成する。この結果、鋼板の介在物清浄性および耐食性が著しく低下する。このため、Ｃａ含有量は、０．０１０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｃａ含有量は、０．０００３％以上とするのが好ましく、０．０００５％以上とするのがより好ましい。さらに、製造性および表面性状の観点から、Ｃａ含有量は、０．００１０％以上とするのがより好ましく、０．００３％以下とするのが好ましい。
Ｃａは、脱硫効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃａを、０．０１０％を超えて含有させると、水溶性の介在物であるＣａＳが形成する。この結果、鋼板の介在物清浄性および耐食性が著しく低下する。このため、Ｃａ含有量は、０．０１０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｃａ含有量は、０．０００３％以上とするのが好ましく、０．０００５％以上とするのがより好ましい。さらに、製造性および表面性状の観点から、Ｃａ含有量は、０．００１０％以上とするのがより好ましく、０．００３％以下とするのが好ましい。
【0052】
Ｗ：０～３．０％
Ｗは、高温強度および耐食性の向上に寄与するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｗを、３．０％を超えて含有させると、硬質化、製造時の靭性劣化、および製造コスト増加につながる。このため、Ｗ含有量は、３．０％以下とする。さらに、製造性および精錬コストの観点から、Ｗ含有量は、２．０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｗ含有量は、０．１％以上とするのが好ましい。
Ｗは、高温強度および耐食性の向上に寄与するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｗを、３．０％を超えて含有させると、硬質化、製造時の靭性劣化、および製造コスト増加につながる。このため、Ｗ含有量は、３．０％以下とする。さらに、製造性および精錬コストの観点から、Ｗ含有量は、２．０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｗ含有量は、０．１％以上とするのが好ましい。
【0053】
Ｚｒ：０～０．３０％
Ｚｒは、ＣまたはＮと結合して、溶接部の粒界腐食性および耐酸化性を向上させる。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｚｒを、０．３０％を超えて含有させると、製造性の著しい低下および製造コストの増加を招く。このため、Ｚｒ含有量は、０．３０％以下とする。製造性および精錬コストの観点から、Ｚｒ含有量は、０．１０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｚｒ含有量は、０．０５％以上とするのが好ましい。
Ｚｒは、ＣまたはＮと結合して、溶接部の粒界腐食性および耐酸化性を向上させる。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｚｒを、０．３０％を超えて含有させると、製造性の著しい低下および製造コストの増加を招く。このため、Ｚｒ含有量は、０．３０％以下とする。製造性および精錬コストの観点から、Ｚｒ含有量は、０．１０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｚｒ含有量は、０．０５％以上とするのが好ましい。
【0054】
Ｓｎ：０～０．５０％
Ｓｎは、耐食性と高温強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｎを、０．５０％を超えて含有させると、製造時にスラブ割れが生じる場合がある。このため、Ｓｎ含有量は、０．５０％以下とする。さらに、製造性および精錬コストの観点から、Ｓｎ含有量は、０．３０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｎ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましく、０．０３％以上とするのがより好ましく、０．０５％以上とするのがさらに好ましい。
Ｓｎは、耐食性と高温強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｎを、０．５０％を超えて含有させると、製造時にスラブ割れが生じる場合がある。このため、Ｓｎ含有量は、０．５０％以下とする。さらに、製造性および精錬コストの観点から、Ｓｎ含有量は、０．３０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｎ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましく、０．０３％以上とするのがより好ましく、０．０５％以上とするのがさらに好ましい。
【0055】
Ｃｏ：０～０．３０％
Ｃｏは、高温強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｏを、０．３０％を超えて含有させると、鋼板の硬質化、製造時における靭性の低下、および製造コストの増加につながる。このため、Ｃｏ含有量は、０．３０％以下とする。製造性および精錬コストを考慮すると、Ｃｏ含有量は、０．２０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃｏ含有量は、０．０３％以上とするのが好ましい。
Ｃｏは、高温強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｏを、０．３０％を超えて含有させると、鋼板の硬質化、製造時における靭性の低下、および製造コストの増加につながる。このため、Ｃｏ含有量は、０．３０％以下とする。製造性および精錬コストを考慮すると、Ｃｏ含有量は、０．２０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃｏ含有量は、０．０３％以上とするのが好ましい。
【0056】
Ｍｇ：０～０．０１０％
Ｍｇは、脱酸効果を有する元素である。また、Ｍｇは、その酸化物がスラブ組織を微細化または分散化することで、鋼板組織を微細化し、介在物清浄性の向上させる効果も有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｇを過剰に含有させると、溶接性および耐食性が低下する。また、Ｍｇの粗大な介在物が形成することで、部品加工性が低下する。このため、Ｍｇ含有量は、０．０１０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｍｇ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましい。精錬コストを考慮すると、Ｍｇ含有量は、０．０００３％以上とするのが好ましく、０．００５％以下とするのが好ましい。
Ｍｇは、脱酸効果を有する元素である。また、Ｍｇは、その酸化物がスラブ組織を微細化または分散化することで、鋼板組織を微細化し、介在物清浄性の向上させる効果も有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｇを過剰に含有させると、溶接性および耐食性が低下する。また、Ｍｇの粗大な介在物が形成することで、部品加工性が低下する。このため、Ｍｇ含有量は、０．０１０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｍｇ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましい。精錬コストを考慮すると、Ｍｇ含有量は、０．０００３％以上とするのが好ましく、０．００５％以下とするのが好ましい。
【0057】
Ｓｂ：０～０．５０％
Ｓｂは、粒界に偏析して高温強度を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｂを、０．５０％を超えて含有させると、偏析が生じ、溶接時に割れが発生する。このため、Ｓｂ含有量は、０．５０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｓｂ含有量は、０．００５％以上とするのが好ましい。高温特性、靭性および製造コストを考慮すると、Ｓｂ含有量は、０．０３０％以上とするのがより好ましく、０．３０％以下とするのが好ましい。また、Ｓｂ含有量は、０．０５０％以上とするのがさらに好ましく、０．２０％以下とするのがより好ましい。
Ｓｂは、粒界に偏析して高温強度を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｂを、０．５０％を超えて含有させると、偏析が生じ、溶接時に割れが発生する。このため、Ｓｂ含有量は、０．５０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｓｂ含有量は、０．００５％以上とするのが好ましい。高温特性、靭性および製造コストを考慮すると、Ｓｂ含有量は、０．０３０％以上とするのがより好ましく、０．３０％以下とするのが好ましい。また、Ｓｂ含有量は、０．０５０％以上とするのがさらに好ましく、０．２０％以下とするのがより好ましい。
【0058】
Ｇａ：０～０．３０％
Ｇａは、耐食性向上および水素脆化を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｇａを、０．３０％を超えて含有させると、粗大硫化物が生成し、部品加工性が低下する。このため、Ｇａ含有量は、０．３０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｇａ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましい。さらに、製造性および製造コストの観点から、Ｇａ含有量は、０．００２０％以上とするのがより好ましい。
Ｇａは、耐食性向上および水素脆化を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｇａを、０．３０％を超えて含有させると、粗大硫化物が生成し、部品加工性が低下する。このため、Ｇａ含有量は、０．３０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｇａ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましい。さらに、製造性および製造コストの観点から、Ｇａ含有量は、０．００２０％以上とするのがより好ましい。
【0059】
Ｔａ：０～１．０％
Ｈｆ：０～１．０％
Ｂｉ：０～０．０２０％
Ｔａは高温強度を向上させるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔａを過剰に含有させると、製造コストを増加させるため、Ｔａ含有量は１．０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｔａ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましい。また、強度をさらに高めるためには、Ｔａ含有量は、０．０１０％以上とするのがより好ましい。Ｔａと同様の理由により、Ｈｆ含有量も１．０％以下とする。また、Ｔａと同様の理由により、Ｈｆ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましく、０．０１０％以上とするのがより好ましい。
Ｈｆ：０～１．０％
Ｂｉ：０～０．０２０％
Ｔａは高温強度を向上させるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔａを過剰に含有させると、製造コストを増加させるため、Ｔａ含有量は１．０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｔａ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましい。また、強度をさらに高めるためには、Ｔａ含有量は、０．０１０％以上とするのがより好ましい。Ｔａと同様の理由により、Ｈｆ含有量も１．０％以下とする。また、Ｔａと同様の理由により、Ｈｆ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましく、０．０１０％以上とするのがより好ましい。
【0060】
Ｂｉも同様の理由により、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂｉを過剰に含有させると、製造コストを増加させるため、Ｂｉ含有量は、０．０２０％以下とする。一方、上記同様の効果を得るためには、Ｂｉ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましい。なお、Ａｓ、Ｐｂ等の一般的な有害な元素、および不純物元素はできるだけ低減することが望ましい。
【0061】
本発明の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、オーステナ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。
【0062】
２．打ち抜き加工指標
ターボチャージャに用いられる精密部品の中には、打ち抜き加工により製造するものがある。そして、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼板のＳｉ含有量が、上記記載の範囲を超える場合には、加工硬化しやすく、頻繁に打ち抜きパンチが折損してしまう。この結果、パンチの交換頻度が多くなり、加工効率が低下する。したがって、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板では、打ち抜き加工のしやすさの指標となる、打ち抜き加工指標を規定する。
ターボチャージャに用いられる精密部品の中には、打ち抜き加工により製造するものがある。そして、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼板のＳｉ含有量が、上記記載の範囲を超える場合には、加工硬化しやすく、頻繁に打ち抜きパンチが折損してしまう。この結果、パンチの交換頻度が多くなり、加工効率が低下する。したがって、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板では、打ち抜き加工のしやすさの指標となる、打ち抜き加工指標を規定する。
【0063】
打ち抜き加工指標とは、φ１０ｍｍの打ち抜き穴を、鋼板１枚当たり８個ずつ作製する加工を行い、鋼板１０００枚を上限とし、上記加工を実施した場合に、打ち抜きパンチの交換を２回までを限度として、１枚当たりのパンチの交換回数を百分率で示したものである。
打ち抜き加工指標（％）＝（パンチの交換回数／打ち抜いた鋼板の枚数）×１００ ・・・（ａ）
打ち抜き加工指標（％）＝（パンチの交換回数／打ち抜いた鋼板の枚数）×１００ ・・・（ａ）
【0064】
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板では、打ち抜き加工指標が０．２％以下とする。打ち抜き加工指標が０．２％を超えると、打ち抜き加工が難しく、ターボチャージャ部品への加工が困難になるからである。なお、打ち抜き加工指標の下限は、特に限定しないが、通常、０．０５％以上となる。
【0065】
３．高温使用環境化において形成する酸化スケール
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板においては、添加元素であるＲＥＭが、高温使用環境化で、均一かつ緻密なスケール形成することで所望する高温摺動性を得ることができる。このため、高温使用環境化において、形成する酸化スケールの算術平均粗さＲａについて規定する。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板においては、添加元素であるＲＥＭが、高温使用環境化で、均一かつ緻密なスケール形成することで所望する高温摺動性を得ることができる。このため、高温使用環境化において、形成する酸化スケールの算術平均粗さＲａについて規定する。
【0066】
具体的には、８５０℃大気中で１ｈ保持し、空冷した場合に、オーステナイト系ステンレス鋼板の表面に形成した酸化スケールの算術平均粗さＲａが、０．１０μｍ以下であるのが好ましい。より良好な高温摺動性を得るためには、上記酸化スケールの算術平均粗さＲａは、０．０８μｍ以下であるのがより好ましい。なお、上記酸化スケールの算術平均粗さＲａの下限値は、特に限定しないが、通常、０．０１μｍ以上となる。
【0067】
４．高温摺動性の評価
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板においては、高温摺動性の評価を、高温でのピンオンディスク法摩擦摩耗試験により評価する。ピンオンディスク法摩擦摩耗試験では、試験材を、大気中において、８５０℃で１ｈ保持後に、当該温度および雰囲気において、ピンとディスクとを接触させ、荷重０．５Ｎ、摺動速度３．３ｍｍ／ｓで、回転直径２０ｍｍの円周上を試験距離２０ｍまで周回させる試験を行う。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板においては、高温摺動性の評価を、高温でのピンオンディスク法摩擦摩耗試験により評価する。ピンオンディスク法摩擦摩耗試験では、試験材を、大気中において、８５０℃で１ｈ保持後に、当該温度および雰囲気において、ピンとディスクとを接触させ、荷重０．５Ｎ、摺動速度３．３ｍｍ／ｓで、回転直径２０ｍｍの円周上を試験距離２０ｍまで周回させる試験を行う。
【0068】
その後、試験材の摺動面を、レーザー顕微鏡を用い、磨耗痕深さを測定する。磨耗痕深さが、７．０μｍ以下である場合には、高温摺動性が良好であると判断し、摩耗痕深さが７．０μｍを超える場合には、高温摺動性が不良であると判断する。
【0069】
ここで、ＳｉおよびＲＥＭ含有量と各特性との関係を示す。図２中の四角内の数値は、上述した条件でピンオンディスク法摩擦摩耗試験後に測定された摩耗痕深さの値である。図２より、Ｓｉ含有量が本発明の範囲内であったとしても、ＲＥＭ含有量が０．００５％未満で、本発明で規定する範囲外である場合は、摩耗痕深さが７．０μｍより大きくなり、良好な高温摺動性を得ることができない。また、Ｓｉ含有量が、３．０％以上であると、打ち抜き加工性が低下する。また、ＲＥＭ含有量が、０．１０％以上であると、鋳造時にノズルの閉塞が生じやすくなる。
【0070】
５．用途
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、ターボチャージャ部品に用いるのが好適である。具体的には、ノズルベーン式ターボチャージャ内部の精密部品およびウエイストゲートバルブ式ターボチャージャのウエイストゲートバルブ周辺の部品に用いるのが好適である。より具体的には、排気ガスの流速および流量を調整するための、ノズルマウント、ノズルプレート、ノズルリング、ノズルベーン、ドライブリング、ドライブレバー、レバープレート、シュラウド、ウエイストゲートバルブといった精密部品が、例示される。また、上述した部品以外の排気部品に用いてもよい。さらに言えば、各種ボイラー、燃料電池システム等の高温環境、特に、高温摩擦環境に使用される部品に適用することも可能である。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、ターボチャージャ部品に用いるのが好適である。具体的には、ノズルベーン式ターボチャージャ内部の精密部品およびウエイストゲートバルブ式ターボチャージャのウエイストゲートバルブ周辺の部品に用いるのが好適である。より具体的には、排気ガスの流速および流量を調整するための、ノズルマウント、ノズルプレート、ノズルリング、ノズルベーン、ドライブリング、ドライブレバー、レバープレート、シュラウド、ウエイストゲートバルブといった精密部品が、例示される。また、上述した部品以外の排気部品に用いてもよい。さらに言えば、各種ボイラー、燃料電池システム等の高温環境、特に、高温摩擦環境に使用される部品に適用することも可能である。
【0071】
６．製造方法
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板の好ましい製造方法について説明する。本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、製造方法によらず、上述の構成を有していれば、その効果を得られるが、以下のような製造方法により、製造することができる。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板の好ましい製造方法について説明する。本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、製造方法によらず、上述の構成を有していれば、その効果を得られるが、以下のような製造方法により、製造することができる。
【0072】
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼板は、以下のように、製鋼－熱間圧延－焼鈍・酸洗－冷間圧延－焼鈍・酸洗－調質圧延（研磨）の工程により製造されるのが好ましい。
【0073】
６－１．製鋼工程
上記の化学組成を有する鋼を電気炉溶製または転炉で溶製し、続いて２次精錬を行うのが好ましい。本発明に係る鋼は、含有するＲＥＭが酸化物を形成することで、鋳造時に溶鋼を流す際に、ノズルが閉塞しやすくなる。このため、上述したように、ＲＥＭ含有量を０．０１０％以下に制限する。加えて、本工程において、鋳造前に撹拌および鎮静時間を設け溶鋼中のＲＥＭ酸化物を浮上除去するのが好ましい。製鋼した鋼は、公知の鋳造方法（連続鋳造など）に従ってスラブとすればよい。なお、製造するスラブの厚さは、その後の圧延状況等に応じて、適宜、設定すればよい。
上記の化学組成を有する鋼を電気炉溶製または転炉で溶製し、続いて２次精錬を行うのが好ましい。本発明に係る鋼は、含有するＲＥＭが酸化物を形成することで、鋳造時に溶鋼を流す際に、ノズルが閉塞しやすくなる。このため、上述したように、ＲＥＭ含有量を０．０１０％以下に制限する。加えて、本工程において、鋳造前に撹拌および鎮静時間を設け溶鋼中のＲＥＭ酸化物を浮上除去するのが好ましい。製鋼した鋼は、公知の鋳造方法（連続鋳造など）に従ってスラブとすればよい。なお、製造するスラブの厚さは、その後の圧延状況等に応じて、適宜、設定すればよい。
【0074】
６－２．熱間圧延工程
続いて、得られたスラブを１２００～１３００℃で加熱し、所定の板厚になるまで、連続圧延により熱間圧延するのが好ましい。スラブは、熱間圧延を経て、熱延板となる。熱間圧延の際の圧下率は適宜選択すればよい。
続いて、得られたスラブを１２００～１３００℃で加熱し、所定の板厚になるまで、連続圧延により熱間圧延するのが好ましい。スラブは、熱間圧延を経て、熱延板となる。熱間圧延の際の圧下率は適宜選択すればよい。
【0075】
熱間圧延後の鋼板は、一般的には熱延板焼鈍と酸洗処理が施されるが、熱延板焼鈍を省略しても構わない。熱延板焼鈍を行なう場合、温度条件は、１１００～１２００℃の範囲とし、焼鈍時間は、１０～６０秒の範囲とするのが好ましい。
【0076】
６－３．冷間圧延工程
続いて、所定の板厚に冷間圧延し、冷延板とする。ここで、冷間圧延の圧下率は５０～９５％の範囲とするのが好ましい。冷間圧延の圧下率が５０％未満であると、十分な加工率を得ることができず、その後の焼鈍で、再結晶が十分促進されないからである。また、冷間圧延の圧下率が９５％を超えると、その後の焼鈍で、結晶粒が過度に微細になるからである。
続いて、所定の板厚に冷間圧延し、冷延板とする。ここで、冷間圧延の圧下率は５０～９５％の範囲とするのが好ましい。冷間圧延の圧下率が５０％未満であると、十分な加工率を得ることができず、その後の焼鈍で、再結晶が十分促進されないからである。また、冷間圧延の圧下率が９５％を超えると、その後の焼鈍で、結晶粒が過度に微細になるからである。
【0077】
６－４．冷延板焼鈍および酸洗工程
冷間圧延後は、冷延板焼鈍と酸洗処理とが施される。通常、焼鈍温度は、１０００～１２００℃未満とするのが好ましい。また、焼鈍時間は、１０～６０秒の範囲とするのが好ましい。焼鈍温度および焼鈍時間を上記範囲とすることで、良好な再結晶組織を得ることができるからである。冷延板の焼鈍は、冷間圧延のパスの間に行なってもよい。また、焼鈍の種類は、バッチ式焼鈍でも連続式焼鈍のいずれでもよい。
冷間圧延後は、冷延板焼鈍と酸洗処理とが施される。通常、焼鈍温度は、１０００～１２００℃未満とするのが好ましい。また、焼鈍時間は、１０～６０秒の範囲とするのが好ましい。焼鈍温度および焼鈍時間を上記範囲とすることで、良好な再結晶組織を得ることができるからである。冷延板の焼鈍は、冷間圧延のパスの間に行なってもよい。また、焼鈍の種類は、バッチ式焼鈍でも連続式焼鈍のいずれでもよい。
【0078】
その後の酸洗処理は、焼鈍により鋼表面に形成されたスケールを除去するために行なう。酸洗方法は硫酸、硝弗酸、硝酸電解等の化学的デスケールのどの方法でもよく、その前処理として、溶融アルカリ塩浸漬を行なってもよい。溶融アルカリ塩浸漬の温度および時間の条件は、所望する鋼板の特性により適宜変えることができる。冷間圧延焼鈍酸洗された鋼板は、適宜、必要に応じて調質圧延、研磨工程を付与しても構わない。
【0079】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【0080】
表１および表２に示す化学組成を有する鋼を溶製した後、以下の工程を実施し、鋼板を得た。具体的には、１３ｋｇ扁平型で鋳込んだインゴットから、長さ９０ｍｍ×巾１５０ｍｍ×厚さ４０ｍｍのブロックを切り出した。これを１２５０℃で、１０ｍｍまで熱間圧延し、１１５０℃で６０秒間、熱延板焼鈍を行い、その後、酸洗した。続いて、得られた熱延板に、圧下率５０％の冷間圧延を行い、１１５０℃で６０秒間の焼鈍後、酸洗をし、５．０ｍｍ厚の鋼板を得た。
【0081】
【表1】
【0082】
【表2】
【0083】
（粗さ測定）
得られた各鋼板からサンプルを切り出し、８５０℃大気中に１ｈ保持した後、空冷し、表面に形成した酸化スケールの算術平均粗さＲａを測定した。スケールの測定は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に準拠し、長さ３．０ｍｍ、速度０．３ｍｍ／ｓで行った。なお、測定には、(株)東京精密製のサーフコム１４００を用いた。
得られた各鋼板からサンプルを切り出し、８５０℃大気中に１ｈ保持した後、空冷し、表面に形成した酸化スケールの算術平均粗さＲａを測定した。スケールの測定は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に準拠し、長さ３．０ｍｍ、速度０．３ｍｍ／ｓで行った。なお、測定には、(株)東京精密製のサーフコム１４００を用いた。
【0084】
測定した算術平均粗さＲａが、０．１０μｍ以下の場合を、算術平均粗さが良好であると評価し、表中で〇と記載した。また、算術平均粗さＲａが０．０８μｍ以下の場合を、算術平均粗さがさらに良好であると評価し、表中で◎と記載した。一方、算術平均粗さが０．１０μｍを超える場合を、算術平均粗さが劣るとして、表中で×と記載した。
【0085】
（ピンオンディスク法摩擦摩耗試験）
ピンオンディスク法摩擦摩耗試験では、得られた各鋼板から円盤状のディスクを採取し、ディスクに対し、ピンの先端が垂直に接触するように設置して、ピンがディスクを周回することで繰り返し摩擦摩耗するように調整した。なお、ピンの材質は、ディスクと同じ素材とし、形状は、弾丸形状とし、根元径φ６ｍｍ、先端径φ４ｍｍ、全長１０ｍｍとした。また、上記ディスクは、φ２９ｍｍ、高さ５ｍｍに加工することで得られた。
ピンオンディスク法摩擦摩耗試験では、得られた各鋼板から円盤状のディスクを採取し、ディスクに対し、ピンの先端が垂直に接触するように設置して、ピンがディスクを周回することで繰り返し摩擦摩耗するように調整した。なお、ピンの材質は、ディスクと同じ素材とし、形状は、弾丸形状とし、根元径φ６ｍｍ、先端径φ４ｍｍ、全長１０ｍｍとした。また、上記ディスクは、φ２９ｍｍ、高さ５ｍｍに加工することで得られた。
【0086】
上記試験においては、初め、ピンとディスクを接触させずに設置した状態で、大気雰囲気の炉内で昇温し、８５０℃で１ｈ保持後、ピンとディスクとを接触させて試験を行った。試験条件は、荷重０．５Ｎ、試験距離２０ｍ、摺動速度３．３ｍｍ／ｓ、回転直径２０ｍｍとし、回転円の周状を試験距離が終了するまで周回させた。
【0087】
その後、各ディスクの摩耗痕深さを表面からレーザー顕微鏡を用いて測定した。摩耗痕深さが７．０μｍ以下の場合を、高温摺動性が良好であると評価し、表中で◎と記載した。一方、摩耗痕深さが７．０μｍ超の場合を、高温摺動性が不良であると評価し、表中で×と記載した。なお、上記ピンオンディスク法摩擦摩耗試験には、ＣＳＭ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製Ｈｉｇｈ－Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒを用いた。また、摩耗痕深さ測定には、キーエンス社製ＶＦ－８５００を用いた。
【0088】
（打ち抜き加工試験）
打ち抜き加工試験は、各鋼板から１００ｍｍ角のサンプルを切り出し、切り出したサンプルにφ１０ｍｍの打ち抜き穴を、図３に示すように、１枚当たり３０ｍｍ間隔で８個の打ち抜き穴を作製する加工を１０００枚まで実施した。試験中に打ち抜きパンチに欠けまたは折損が生じた場合はパンチを交換した。最大１０００枚までの打ち抜き加工試験中において、一枚当たりのパンチの交換回数の百分率を、打ち抜き加工指標と定義し、打ち抜き加工指標が０．２％以下の場合を、打ち抜き加工性が良好であると評価し、◎と記載した。一方、打ち抜き加工指標が０．２％を超える場合を、打ち抜き加工性が不良であると評価し、×と記載した。
打ち抜き加工試験は、各鋼板から１００ｍｍ角のサンプルを切り出し、切り出したサンプルにφ１０ｍｍの打ち抜き穴を、図３に示すように、１枚当たり３０ｍｍ間隔で８個の打ち抜き穴を作製する加工を１０００枚まで実施した。試験中に打ち抜きパンチに欠けまたは折損が生じた場合はパンチを交換した。最大１０００枚までの打ち抜き加工試験中において、一枚当たりのパンチの交換回数の百分率を、打ち抜き加工指標と定義し、打ち抜き加工指標が０．２％以下の場合を、打ち抜き加工性が良好であると評価し、◎と記載した。一方、打ち抜き加工指標が０．２％を超える場合を、打ち抜き加工性が不良であると評価し、×と記載した。
【0089】
（ノズル閉塞について）
鋳造において生じるノズル閉塞については、ＲＥＭ添加量が影響するため、ＲＥＭ含有量が０．１％以下である鋼を、ノズル閉塞が生じにくいと評価し、◎と記載した。一方、ＲＥＭ含有量が、０．１％を超える鋼を、ノズル閉塞が生じやすいと評価し、×と記載した。以下、結果を纏めて、表３および４に示す。
鋳造において生じるノズル閉塞については、ＲＥＭ添加量が影響するため、ＲＥＭ含有量が０．１％以下である鋼を、ノズル閉塞が生じにくいと評価し、◎と記載した。一方、ＲＥＭ含有量が、０．１％を超える鋼を、ノズル閉塞が生じやすいと評価し、×と記載した。以下、結果を纏めて、表３および４に示す。
【0090】
【表3】
【0091】
【表4】
【0092】
本発明の要件を満足するＮｏ．１～１１は、高温摺動性および打ち抜き加工性に優れ、ターボチャージャ部品としての性能を満足した。一方、本発明の要件を満足しないＮｏ．１２～１５は、高温摺動性および打ち抜き加工性の少なくとも一方が劣る結果となった。
【産業上の利用可能性】
【0093】
本発明によれば、高温摺動性および加工性が要求される排気部品に対して優れた特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼板を提供することが可能である。特に、排気部品の中でもターボチャージャ部品として使用することによって、自動車の排ガス規制、軽量化、燃費向上に対応した部品を提供できる。
【図1】
【図2】
【図3】
