特許 7603502 フェライト系ステンレス鋼板

(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】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】フェライト系ステンレス鋼板

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20241213BHJP

   C22C 38/54 20060101ALI20241213BHJP

   C21D 9/46 20060101ALN20241213BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 302Z

C22C38/54

C21D9/46 R

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021053997

(22)【出願日】2021-03-26

(65)【公開番号】P2022151085

(43)【公開日】2022-10-07

【審査請求日】2023-12-08

(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】今川 一成

(72)【発明者】

【氏名】吉井 睦子

(72)【発明者】

【氏名】濱田 純一

【審査官】河野 一夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２０４０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１００５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０６７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１７４０７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０３７７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３５９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２５４７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１７０６１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０３１０１０５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｃ ３８／００

Ｃ２２Ｃ ３８／５４

Ｃ２１Ｄ ９／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００２～０．０３％、
Ｓｉ：０．１０～０．８０％、
Ｍｎ：１．０％以下、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：１７．０～１９．５％、
Ｎｂ：０．０５～０．２０％、
Ｔｉ：０．６％以下、
Ｃｕ：０．８～２．０％、
Ｎ：０．００２～０．０３％、
Ｎｉ：０～０．６％、
Ｍｏ：０～０．６％、
Ｖ：０～０．５％、
Ｗ：０～０．５％、
Ｃｏ：０～０．５％、
Ｚｒ：０～０．５％、
Ａｌ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～０．５％、
Ｂ：０～０．００５％、
Ｃａ：０～０．０１％、
Ｍｇ：０～０．０１％、
ＲＥＭ：０～０．０１％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
下記（ｉ）式を満足し、
Ｔｉ含有炭窒化物と、当該Ｔｉ含有炭窒化物に接するように形成したＮｂ含有炭窒化物と、を含み、断面積が１μｍ^２以上である、炭窒化物を有し、
前記炭窒化物の個数密度が、５個／ｍｍ^２以上である、フェライト系ステンレス鋼板。
５×（Ｃ＋Ｎ）≦Ｔｉ ・・・（ｉ）
但し、上記式中の各元素記号は鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。

【請求項2】

前記化学組成が、質量％で、
Ｎｉ：０．０１～０．６％、
Ｍｏ：０．０５～０．６％、
Ｖ：０．０１～０．５％、
Ｗ：０．０５～０．５％、
Ｃｏ：０．０１～０．５％、
Ｚｒ：０．０１～０．５％、
Ａｌ：０．０１～１．０％、および
Ｓｎ：０．０１～０．５％、
から選択される一種以上を含有する、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】

前記化学組成が、質量％で、
Ｂ：０．０００２～０．００５％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１％、
Ｍｇ：０．０００２～０．０１％、および
ＲＥＭ：０．０００２～０．０１％、
から選択される一種以上を含有する、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。

【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に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車の排気部材は、フェライト系ステンレス鋼が用いられている。このような自動車排気部材は、上流部の排気部材と、下流部の排気部材とに、分類される。上流部の排気部材は、エンジンから排出された状態に近い、高温の排ガスに曝される。一方、下流部の排気部材は、排ガスが冷却されることで、内部に生成する凝縮水および融雪塩等の腐食生成物にも曝される。

【0003】

従って、上流部の排気部材と下流部の排気部材とでは、要求される特性も異なるため、異なる鋼種のフェライト系ステンレス鋼が用いられてきた。特に、上流部の排気部材では、６００～８００℃程度の高温の排ガスに曝されるため、主として、高温特性が重視される。その一例として、特許文献１～３には、上流部の排気部材での使用を想定し、耐熱性、耐酸化性、高温疲労特性といった高温特性を向上させたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。

【0004】

特許文献１～３に開示されたフェライト系ステンレス鋼は、高温特性の向上に有効であるものの、高価で、製造性をも低下させるＮｂおよびＭｏといった元素を低減している。その一方、上記元素を低減する代わりに、Ｔｉ、Ｃｕ等を含有させたり、他の元素の含有量を制御することで、高温特性を向上させており、原料コストおよび製造性の観点からも優れている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－２４８６２０号公報

【文献】特開２０１３－１００５９６号公報

【文献】国際公開第２０１５／１７４０７８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、近年では、部品形状の複雑化に伴い、排気部材の素材には、上流部、下流部問わず、良好な加工性が要求される。この点について、特許文献１では加工性について言及されているものの、プレス成型時に課題となるリジングに関しては検討がされていない。このため、加工度が大きい成形においては問題が生じる場合も考えられ、加工性について改善の余地がある。また、特許文献２および３では、加工性自体の検討がなされていない。

【0007】

加えて、特許文献１～３のフェライト系ステンレス鋼は、主として、高温特性に特化しているため、下流部の排気部材での使用する場合の耐食性については、何ら検討されていない。

【0008】

以上を踏まえると、特性の点から既存のフェライト系ステンレス鋼を上流部、下流部を問わず排気部材として使用することは難しいという課題がある。そして、上記文献の鋼のようにＮｂおよびＭｏを低減し合金コストを抑えながらも、６００～８００℃となる高温の熱環境下でも適応可能な優れた耐熱性と、良好な加工性と、良好な耐食性と、の全ての特性を具備させることは、難しいという課題がある。

【0009】

本発明は、上記の課題を解決し、ＮｂおよびＭｏを低減しながらも、良好な、耐熱性、加工性および耐食性を有するフェラ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】

【0010】

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、下記のフェライト系ステンレス鋼板を要旨とする。

【0011】

（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００２～０．０３％、
Ｓｉ：０．１０～０．８０％、
Ｍｎ：１．０％以下、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：１７．０～１９．５％、
Ｎｂ：０．０５～０．２０％、
Ｔｉ：０．６％以下、
Ｃｕ：０．８～２．０％、
Ｎ：０．００２～０．０３％、
Ｎｉ：０～０．６％、
Ｍｏ：０～０．６％、
Ｖ：０～０．５％、
Ｗ：０～０．５％、
Ｃｏ：０～０．５％、
Ｚｒ：０～０．５％、
Ａｌ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～０．５％、
Ｂ：０～０．００５％、
Ｃａ：０～０．０１％、
Ｍｇ：０～０．０１％、
ＲＥＭ：０～０．０１％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
下記（ｉ）式を満足し、
Ｔｉ含有炭窒化物と、当該Ｔｉ含有炭窒化物に接するように形成したＮｂ含有炭窒化物と、を含み、断面積が１μｍ^２以上である、炭窒化物を有し、
前記炭窒化物の個数密度が、５個／ｍｍ^２以上である、フェライト系ステンレス鋼板。
５×（Ｃ＋Ｎ）≦Ｔｉ ・・・（ｉ）
但し、上記式中の各元素記号は鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。

【0012】

（２）前記化学組成が、質量％で、
Ｎｉ：０．０１～０．６％、
Ｍｏ：０．０５～０．６％、
Ｖ：０．０１～０．５％、
Ｗ：０．０５～０．５％、
Ｃｏ：０．０１～０．５％、
Ｚｒ：０．０１～０．５％、
Ａｌ：０．０１～１．０％、および
Ｓｎ：０．０１～０．５％、
から選択される一種以上を含有する、上記（１）に記載のフェライト系ステンレス鋼板。

【0013】

（３）前記化学組成が、質量％で、
Ｂ：０．０００２～０．００５％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１％、
Ｍｇ：０．０００２～０．０１％、および
ＲＥＭ：０．０００２～０．０１％、
から選択される一種以上を含有する、上記（１）または（２）に記載のフェライト系ステンレス鋼板。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ＮｂおよびＭｏを低減しながらも、良好な、耐熱性、加工性および耐食性を有するフェラ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】

【0015】

【図1】図１は、Ｔｉ含有炭窒化物およびその周りに形成したＮｂ含有炭窒化物（複合炭窒化物）の一例を示した組織写真である。

【図2】図２は、Ｔｉ含有炭窒化物およびその周りにＮｂ含有炭窒化物が形成した組織（複合炭窒化物）の一例を模式的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明者らは、フェライト系ステンレス鋼板の化学組成、および上述した各特性について検討を行い、以下の（ａ）～（ｃ）の知見を得た。

【0017】

（ａ）原料コストを低減するためには、高価なＮｂおよびＭｏ等の元素を低減する必要がある。その一方、Ｎｂは、耐熱性を向上させる効果がある。また、Ｍｏは、耐熱性に加え、耐食性をも向上させる効果がある。そこで、ＮｂおよびＭｏの代わりに、ＣｕおよびＴｉを含有させ、かつＣｒを適正な範囲に調整することで、耐熱性と耐食性とを確保することができる。

【0018】

（ｂ）しかしながら、Ｃｕ、Ｔｉといった元素を含有させることで、加工性および靭性が低下する。加工性の低下は、６００～８００℃の温度域でＣｕ析出物が形成することで、常温での強度が上昇することに起因する。また、靭性の低下は、硬質なＴｉを含む炭窒化物（以下、単に「Ｔｉ含有析出物」と記載する。）が析出することに起因する。

【0019】

そこで、本発明者らは、Ｃｕ析出物の形成が抑制できないかを検討した。そして、加工性および靭性を低下させるＬａｖｅｓ相として析出しない範囲で、微量にＮｂを含有させることが有効であることを見出した。

【0020】

（ｃ）また、本発明者らは、Ｔｉ含有炭窒化物の形成に伴う靭性の低下は、炭窒化物の形態を制御することで、抑制できることも知見した。具体的には、Ｔｉ含有炭窒化物は、多角形状に形成するが、この形状の角ばった部分の周りに接するようにＮｂを含む炭窒化物（以下、単に「Ｎｂ含有炭窒化物」と記載する。）が析出している形態に制御するのが望ましい。

【0021】

このような炭窒化物の形態が、靭性の低下を抑制するメカニズムは定かではない。しかしながら、通常、Ｔｉ含有炭窒化物の多角形状の角ばった部分にひずみが蓄積しやすく、割れの起点となりやすい。このため、上述した形態とすることで、炭窒化物周辺のひずみの蓄積状態を変え、応力集中が生じにくくなるためと考えられる。

【0022】

また、上述した形態の炭窒化物が析出した状態で、熱間圧延または冷間圧延を行うと、析出物周りのひずみ場により圧延伸長組織が分断される。この結果、伸長組織の形成を抑制することができ、リジングの発生も抑制される。従って、加工度の大きい場合にも適応できる良好な加工性を具備させることができる。

【0023】

本発明の実施形態は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本実施形態の各要件について詳しく説明する。

【0024】

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。

【0025】

Ｃ：０．００２～０．０３％
本実施形態に係る鋼板では、Ｎｂ含有炭窒化物がＴｉ含有炭窒化物の周囲に析出した形態とすることで、靭性を向上させている。このため、Ｃを一定量以上含有する必要があり、Ｃ含有量は、０．００２％以上とする。しかしながら、Ｃを過剰に含有させると、加工性と耐食性とを低下させる。また、耐熱性の低下をももたらす。このため、Ｃ含有量は、０．０３％以下とする。なお、精錬コストの観点からＣ含有量は、０．００３～０．０２％の範囲とするのが好ましく、０．００３～０．０１５％の範囲とするのがより好ましい。

【0026】

Ｓｉ：０．１０～０．８０％
Ｓｉは、脱酸剤としても有用な元素であるとともに、耐酸化性を向上させる元素である。このため、Ｓｉ含有量は、０．１０％以上とし、０．１５％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｓｉを過剰に含有させると、常温の延性を低下させ、加工性が低下する。このため、Ｓｉ含有量は、０．８０％以下とし、０．６０％以下とするのが好ましい。Ｓｉ含有量は、０．１５～０．６０％の範囲とするのが好ましい。

【0027】

Ｍｎ：１．０％以下
Ｍｎは、脱酸剤として有用な元素であるとともに、長時間使用中にＭｎ系酸化物が表層に形成し、スケール密着性の向上に寄与する。この結果、耐酸化性が向上する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｎを過剰に含有させると、酸化増量を著しく増加させてしまうのみならず、高温でオーステナイト相が生成しやすくなる。この結果、耐熱性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は、１．０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｍｎ含有量は、０．１％以上とするのが好ましい。Ｍｎ含有量は、０．２～０．８％の範囲とするのが好ましい。

【0028】

Ｐ：０．０４％以下
Ｐは、靭性および加工性を低下させる有害元素である。このため、Ｐ含有量は、０．０４％以下とする。Ｐ含有量は、０．０３％以下とするのが好ましい。Ｐは、可能な限り低減することが好ましいが、Ｐの過剰な低減は、精錬コストを増加させる。そのため、Ｐ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。

【0029】

Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは、伸びを低下させて、加工性に悪影響を及ぼすとともに、耐食性を低下させる元素である。このため、Ｓ含有量は、０．０３０％以下とする。Ｓ含有量は、０．０１０％以下とするのが好ましく、０．００５％以下とするのがより好ましい。Ｓは、可能な限り低減することが好ましいが、Ｓの過剰な低減は、精錬コストを増加させる。そのため、Ｓ含有量は、０．０００３％以上とするのが好ましい。

【0030】

Ｃｒ：１７．０～１９．５％
Ｃｒは、ステンレス鋼の特徴である耐食性、および耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。そして、Ｃｒ含有量が、１７．０％未満であると、不働態皮膜中のＣｒ分率が不足し、耐食性が得られないことに加え、８００℃程度で長時間使用する際に必要となる耐酸化性が得られない。このため、Ｃｒ含有量は、１７．０％以上とする。しかしながら、Ｃｒを、過剰に含有させると、室温において鋼を固溶強化し、硬質化、低延性化することで、加工性が低下する。特に１９．５％を超えて含有すると、上記特性への弊害が顕著となるので、Ｃｒ含有量は、１９．５％以下とする。Ｃｒ含有量は、１７．５～１９．０％の範囲とするのが好ましい。

【0031】

Ｎｂ：０．０５～０．２０
Ｎｂは、高温強度および熱疲労特性を向上させる効果を有する。また、Ｎｂを含有させることで、高温でのＣｕ析出物の形成を抑制する。さらに、Ｎｂ含有炭窒化物として、Ｔｉ含有炭窒化物の周りに接するように析出させることで、靭性を高め、熱間圧延時に導入されるひずみの回復を抑制する効果を有する。このため、Ｎｂ含有量は、０．０５％以上とする。Ｎｂ含有量は、０．０６％以上とするのが好ましい。しかしながら、過剰にＮｂを含有させると、Ｎｂを含むＬａｖｅｓ相が形成し、靭性および加工性が低下する。このため、Ｎｂ含有量は、０．２０％以下とする。Ｎｂ含有量は、０．１８％以下とするのが好ましい。

【0032】

Ｔｉ：０．６％以下
本実施形態の鋼板では、Ｎｂ含有量を低減する。このため、Ｃ、およびＮを固定する上でＴｉは重要な元素となる。そして、Ｔｉは、Ｃ、Ｎを固定して、鋭敏化の発生を抑制し、耐食性、溶接部の粒界腐食性および耐酸化性を向上させる効果を有する。また、Ｃ、Ｎを固定することで析出したＴｉ含有炭窒化物の周りに、Ｎｂ含有炭窒化物を形成させることで、熱間圧延および冷間圧延時に、炭窒化物の周囲がひずみ場の発生源となり、圧延伸長組織を分断させる。この結果、リジングの発生を抑制し、加工性を向上させる。このため、Ｔｉ含有量は、下記（ｉ）式を満足する必要がある。

【0033】

５×（Ｃ＋Ｎ）≦Ｔｉ ・・・（ｉ）
但し、上記式中の各元素記号は鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。

【0034】

しかしながら、Ｔｉを過剰に含有させると、靭性の低下および表面疵の発生を誘発する。このため、Ｔｉ含有量は、０．６％以下とする。ＣおよびＮ含有量にもよるが、Ｔｉ含有量は、０．１５～０．４％の範囲とするのが好ましく、０．２～０．３％の範囲とするのがより好ましい。

【0035】

Ｃｕ：０．８～２．０％
Ｃｕは、上述したように耐熱性の向上に有効な元素である。本実施形態に係る鋼板では、耐熱性向上に有効なＮｂを低減する代わりに、Ｃｕを含有させることで、耐熱性を確保する。このため、Ｃｕ含有量は、０．８％以上とする。Ｃｕ含有量は、１．０％以上とするのが好ましく、１．１％以上とするのがより好ましい。しかしながら、Ｃｕを過剰に含有させると、耐酸化性と加工性とを低下させる上、Ｃｕ析出物（「ε－Ｃｕ」ともいう。）の粗大化も促進させる。このため、Ｃｕ含有量は、２．０％以下とする。Ｃｕ含有量は、１．５％以下とするのが好ましい。

【0036】

Ｎ：０．００２～０．０３％
Ｎは、高温で粗大で硬質なＴｉＮを構成し、熱間圧延時に析出物周りのひずみ場に生成することで、圧延伸長組織を分断し、加工性を向上させる効果を有する。このため、Ｎ含有量は、０．００２％以上とする。しかしながら、Ｎを過剰に含有させると、Ｃと同様、加工性と耐食性とを低下させ、耐熱性をも低下させる。このため、Ｎ含有量は、０．０３％以下とする。なお、精錬コストの兼ね合いから、Ｎ含有量は、０．００３～０．０２％の範囲とするのが好ましく、０．００３～０．０１５％の範囲とするのがより好ましい。

【0037】

上記の元素に加えて、さらに、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｃｏ、Ｚｒ、ＡｌおよびＳｎから選択される一種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。各元素の限定理由について説明する。

【0038】

Ｎｉ：０～０．６％
Ｎｉは、フェライト系ステンレス鋼の靭性を向上させ、割れの発生を抑制する元素である。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、強力なオーステナイト相生成元素であることから、過剰に含有させると、高温でオーステナイト相を生成しやすくさせ、耐熱性を低下させる。また、高価な元素であるため、合金コストも増加する。このため、Ｎｉ含有量は、０．６％以下とする。Ｎｉ含有量は、０．５％以下とするのが好ましく、０．３％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、Ｎｉ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。

【0039】

Ｍｏ：０～０．６％
Ｍｏは、耐熱性および耐酸化性、ならびに耐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、Ｍｏは、高価な元素である上、固溶強化により鋼を硬質化することで、加工性を低下させてしまう。そのため、Ｍｏ含有量は、０．６％以下とする。Ｍｏ含有量は、０．５％以下とするのが好ましく、０．４％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、Ｍｏ含有量は、０．０５％以上とするのが好ましく、０．１％以上とするのがより好ましい。

【0040】

Ｖ：０～０．５％
Ｖは、ＮｂおよびＴｉ同様、炭窒化物生成元素であり、これらの炭窒化物を微細析出させることで、耐熱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よい。しかしながら、Ｖの過剰な含有は、製造性の劣化をもたらす。そのため、Ｖ含有量は、０．５％以下とする。Ｖ含有量は、０．４％以下とするのが好ましく、０．３％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、Ｖ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。

【0041】

Ｗ：０～０．５％
Ｗは、耐熱性を高める効果を有する。このため、必要に応じて含有させてよい。しかしながら、Ｗの過剰な含有は、金属間化合物の生成を促進し、鋼の靭性および加工性を低下させる。そのため、Ｗ含有量は、０．５％以下とする。Ｗ含有量は、０．４％以下とするのが好ましく、０．３％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、Ｗ含有量は、０．０５％以上とするのが好ましく、０．１％以上とするのがより好ましい。

【0042】

Ｃｏ：０～０．５％
Ｃｏは、耐熱性を向上させるとともに、熱膨張係数も低下させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてよい。しかしながら、Ｃｏの過剰な含有は、固溶強化により鋼を硬質化するため、加工性を低下させてしまう。また、Ｃｏは、高価な元素であるため、合金コストが増加する。そのため、Ｃｏ含有量は、０．５％以下とする。Ｃｏ含有量は、０．４％以下とするのが好ましく、０．３％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、Ｃｏ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。

【0043】

Ｚｒ：０～０．５％
Ｚｒは、耐酸化性を改善する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてよい。しかしながら、Ｚｒの過剰な含有は、金属間化合物を生成し、鋼の靭性および加工性を低下させる。そのため、Ｚｒ含有量は、０．５％以下とする。Ｚｒ含有量は、０．４％以下とするのが好ましく、０．３％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、Ｚｒ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。

【0044】

Ａｌ：０～１．０％
Ａｌは脱酸剤として使用される他、耐酸化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よい。しかしながら、Ａｌの過剰な含有は、固溶強化により鋼を硬質化し、鋼の靭性および加工性を低下させる。そのため、Ａｌ含有量は、１．０％以下とする。Ａｌ含有量は、０．６％以下とするのが好ましく、０．２％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、Ａｌ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。

【0045】

Ｓｎ：０～０．５％
Ｓｎは、常温の機械的特性を大きく劣化させず、耐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よい。しかしながら、Ｓｎの過剰な含有は、製造性を著しく低下させる。そのため、Ｓｎ含有量は、０．５％以下とする。Ｓｎ含有量は、０．３％以下とするのが好ましく、０．２％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、Ｓｎ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。

【0046】

上記の元素に加えて、さらに、Ｂ、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭから選択される一種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。各元素の限定理由について説明する。

【0047】

Ｂ：０～０．００５％
Ｂは、加工性、特に二次加工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よい。しかしながら、Ｂの過剰な含有は、溶接性と靭性とを低下させる。そのため、Ｂ含有量は、０．００５％以下とする。Ｂ含有量は、０．００３％以下とするのが好ましく、０．００１５％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、Ｂ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましい。

【0048】

Ｃａ：０～０．０１％
Ｃａは、連続鋳造時に発生しやすいノズル閉塞を防止する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてよい。しかしながら、Ｃａの過剰な含有は、表面欠陥を発生させやすくする。そのため、Ｃａ含有量は、０．０１％以下とする。Ｃａ含有量は、０．００５％以下とするのが好ましく、０．００３％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、Ｃａ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましい。

【0049】

Ｍｇ：０～０．０１％
Ｍｇは、スラブの等軸晶率を向上させ、靭性および加工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よい。しかしながら、Ｍｇの過剰な含有は、鋼の靭性を低下させるとともに、表面性状を悪化させる。そのため、Ｍｇ含有量は、０．０１％以下とする。Ｍｇ含有量は、０．００５％以下とするのが好ましく、０．００３％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、Ｍｇ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましい。

【0050】

ＲＥＭ：０～０．０１％
ＲＥＭ（希土類元素）は、耐酸化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よい。しかしながら、ＲＥＭの過剰な含有は、溶接性と靭性とを低下させる。そのため、ＲＥＭ含有量は、０．０１％以下とする。ＲＥＭ含有量は、０．００８％以下とするのが好ましく、０．００５％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、ＲＥＭ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましい。

【0051】

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。

【0052】

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、
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。

【0053】

２．炭窒化物
本実施形態に係る鋼板は、炭窒化物がマトリックス中に分散析出した鋼板である。そして、Ｔｉを含有するＴｉ含有炭窒化物と、Ｎｂを含有するＮｂ含有炭窒化物とを含む、炭窒化物を有する。上述した炭窒化物は、断面積が、１μｍ^２以上である。ここで、炭窒化物とは、Ｃおよび／またはＮを含む化合物のことをいい、上述した断面積とは、後述する方法で組織観察を行った場合に観察される炭窒化物の面積、すなわち、観察面を水平投影した際の面積のことをいう。

【0054】

上述した炭窒化物に含まれるＴｉ含有炭窒化物は、マトリックスと整合性が高く、例えば、図１の中央にあるような多角形状の形状をしており、大きさも比較的粗大である。また、硬質な化合物である。そして、硬質なＴｉ含有炭窒化物の多角形状の角ばった部分において、特に、ひずみが蓄積しやすく、破壊の起点となりやすい。この結果、割れが伝播し、靭性が低下するとともに、これに起因して冷間圧延での圧下率を確保することが難しくなる。そして、加工性、特に、ｒ値の向上が難しくなる。

【0055】

このため、図１および図２に示すように、Ｔｉ含有炭窒化物の角ばった部分の周りに接するように、Ｎｂ含有炭窒化物が後から形成する、すなわち、Ｎｂ含有炭窒化物は、Ｔｉ含有炭窒化物の周りに接するように形成する必要がある。これにより、炭窒化物の全体の形状における曲率半径が、大きくなり、応力集中の発生を抑制すると考えられるからである。なお、この際、Ｔｉ含有炭窒化物の周りの一部にＮｂ含有炭窒化物が形成していればよく、特に、Ｔｉ含有炭窒化物の角ばった部分の周辺に、Ｎｂ含有炭窒化物が形成しているのが望ましく、複数の箇所で連続的に形成しているのが望ましい。

【0056】

なお、Ｔｉ含有炭窒化物は、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣ等が考えられる。また、Ｎｂ含有炭窒化物は、ＮｂＣ、ＮｂＮ等が考えられる。

【0057】

また、上記炭窒化物、すなわちＴｉ含有炭窒化物と、当該Ｔｉ含有炭窒化物に接するように形成したＮｂ含有炭窒化物と、を含み、断面積が１μｍ^２以上である炭窒化物（以下、簡単のため、「複合炭窒化物」ともいう。）の個数密度は、５個／ｍｍ^２以上とする。複合炭窒化物の個数密度が、５個／ｍｍ^２未満であると、割れの起点が多く存在し、良好な靭性および加工性を得ることが難しくなる。このため、複合炭窒化物の個数密度は、５個／ｍｍ^２以上とする。複合炭窒化物の個数密度は、１０個／ｍｍ^２以上とするのが好ましく、１５個／ｍｍ^２以上とするのがより好ましい。なお、複合炭窒化物の個数密度の上限については、特に限定しない。

【0058】

上述したように、Ｃｕ析出物の析出温度は、６００～８００℃の温度域で微細析出し、使用環境における温度域において鋼板の高温強度を高め、それよりも高温では固溶する。他方、Ｌａｖｅｓ相が析出しない範囲の微量のＮｂを添加することで、６００～８００℃の温度域に保持した際のＣｕ析出物の成長を抑制すること、固溶状態からの冷却過程でのＣｕ析出物の析出を抑制することに加え、鋼板の常温強度の向上に起因した靭性低下が抑制される。また、上述したような形態が制御された複合炭窒化物を形成させておくことで、Ｃｕ析出物の析出サイトが減少した場合、Ｃｕ析出自体も抑制することができる可能性がある。

【0059】

なお、複合炭窒化物の測定は、以下の手順で行えばよい。具体的には、鋼板のＬ面から観察試料を採取する。この観察試料を、１０質量％のアセチルアセトン、１質量％のテトラメチルアンモニウムクロライド、８９質量％のメチルアルコールからなる非水系電解液中で、飽和甘汞基準電極（ＳＣＥ）に対して－１００ｍＶ～４００ｍＶの電位を付与する。これにより試料のマトリックス（金属素地）を溶解させ、マトリックスと炭窒化物等の化合物とを識別できる状態とし、ＳＥＭで金属組織を観察する。観察の際には、倍率を５０００倍とし、測定視野数を１００視野とする。

【0060】

そして、炭窒化物を観察し、図１のように、粗大なＴｉ含有炭窒化物と思われる炭窒化物についてＳＥＭに付属したＥＤＸで組成を分析し、組成を確認し、Ｔｉ含有炭窒化物であるか、判定する。同様に、粗大な炭窒化物の周りに接するように形成している炭窒化物についても、組成を確認し、Ｎｂ含有炭窒化物であるか、判定する。この際、炭窒化物全体の断面積を測定し、複合炭窒化物であるか判断する。断面積は、観察された複合炭窒化物の長径に短径を乗じて算出する。なお、長径とは、水平または垂直方向で、外周状の２点を結んだ直線のうち最も長い直線の長さであり、短径とは、水平または垂直方向で、外周状の２点を結んだ直線のうち最も短い直線の長さである。また、個数密度については、上記倍率および視野数で観察された複合炭窒化物の個数を数え、観察視野の面積で除して、算出すればよい。

【0061】

３．製造方法
本実施形態に係る鋼板の好ましい製造方法について説明する。本実施形態に係る鋼板は、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、例えば、以下のような製造方法により、安定して製造することができる。以下の説明では、冷延焼鈍板の場合について、説明する。

【0062】

上記化学組成を有する鋼を溶製し、常法でスラブを製造する。得られたスラブを加熱し、熱間圧延を行う。スラブの加熱温度については、特に限定しないが、通常、１１５０～１２５０℃の範囲とすることが多い。

【0063】

また、熱間圧延の際、９００～１１００℃の温度域で、１分以上滞留させる。上記温度域での滞留時間が１分未満であると、複合炭窒化物が形成しにくくなり、複合炭窒化物の個数密度が低下する。この結果、靭性および加工性を向上させる効果を得にくくなる。このため、上記温度域での滞留時間は、１分以上とし、１．５分以上とするのが好ましい。なお、上記温度域での滞留時間の上限は、特に限定しないが、通常、製造性の観点から４分以下となる。

【0064】

なお、熱間圧延完了温度は、通常、８５０～９５０℃程度となる。その後、必要に応じて、熱延板焼鈍を行う。熱延板焼鈍を行う場合は、その条件を特に限定しないが、例えば、８５０～９００℃の範囲の焼鈍温度で、２分以下焼鈍すればよい。なお、熱延板焼鈍を行う場合であっても、行わない場合であっても、８００～４００℃の温度域の冷却における平均冷却速度を１０℃／ｓ以上とするのが好ましい。上記８００～４００℃の温度域における平均冷却速度が１０℃／ｓ未満であると、当該温度域を通過時にＣｕ析出物が析出してしまうからである。このため、当該温度域の冷却における平均冷却速度は、１０℃／ｓ以上とするのが好ましい。なお、例えば、熱延後、および熱延板焼鈍後に必要に応じて、酸洗を行ってもよい。

【0065】

得られた熱延板（または熱延焼鈍板）に冷間圧延を行い、冷延板とする。冷間圧延の際の圧下率は、適宜、必要に応じて調整すればよい。得られた冷延板に必要に応じて、冷延板焼鈍を行う。冷延板焼鈍の焼鈍温度は、９５０℃以下とするのが好ましい。

【0066】

冷延板焼鈍における焼鈍温度が９５０℃を超えると、結晶粒が粗大になり、加工後に肌荒れ等が生じる。また、焼鈍の際に必要となる燃料コストが増加し、酸洗工程における負荷も大きくなる。このため、冷延板焼鈍における焼鈍温度が９５０℃以下とするのが好ましい。冷延板焼鈍の焼鈍時間については、特に限定するものではないが、製造性の観点から、通常、２分以内となると考えられる。

【0067】

なお、冷延板焼鈍の際の冷却においても、８００～４００℃の温度域を、平均冷却速度を１０℃／ｓ以上とするのが好ましい。これにより、Ｃｕ析出物の形成を抑制することができるからである。なお、例えば、冷延後、および冷延板焼鈍後に必要に応じて、酸洗を行ってもよい。

【0068】

以下の実施例によって本実施形態の鋼板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】

【0069】

表１に示す化学組成を有する鋼を、真空溶解で溶製し、厚さ８０ｍｍの鋳型に鋳造した後、１２３０℃で２時間加熱し、熱間圧延を施し、厚さ５ｍｍの熱延板を得た。この際、９００℃～１１００℃の温度域の滞留時間を制御した。なお、鋼１３および鋼１８のみ９００℃～１１００℃の温度域の滞留時間を１分未満となるように熱間圧延速度を調整し、それ以外の鋼については、上記温度域の滞留時間が１分以上になるようにした。また、上記以外の冷却速度等の条件は、上述した好ましい条件の範囲内になるよう、調整した。

【0070】

次に、熱延板を酸洗した後、厚さ１．５ｍｍに冷間圧延して冷延板を得た。さらに、冷延板を上述した好ましい条件を満たす９２０℃で焼鈍した後、酸洗を行うことによって冷延焼鈍板を得た。なお、上記例において、８００～４００℃の温度域における平均冷却速度は、全て、１０℃／ｓ以上であった。

【0071】

【表1】

【0072】

製造性の観点から、冷延する前の熱延板の靭性についても併せて、後述する方法で評価を行った。また、得られた冷延焼鈍板について、後述する方法で、炭窒化物の形態を観察した。その後、後述する方法で、耐熱性、加工性および耐食性の評価を行った。

【0073】

（熱延板靭性）
製造性を評価する指標として、熱延板の靭性を測定した。熱延板から、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように熱延板と同じ板厚で、Ｖノッチのサブサイズシャルピー衝撃試験片を作製し、ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に記載の試験方法に従って各試験片に対して５本実施した。測定した吸収エネルギーを断面積で除すことで衝撃値を算出し、５本のうち、最も低い値をシャルピー衝撃値とした。熱延コイルの巻き戻しが問題なく実施でき、製造性が良好であるという観点から、シャルピー衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ^２以上である場合を良好な特性であると評価した。なお、試験温度は、室温（２３±５℃）とし、試験を実施した。

【0074】

（炭窒化物の形態）
炭窒化物の形態を調べるために、鋼板のＬ面から観察試料を採取した。この観察試料を、１０質量％のアセチルアセトン、１質量％のテトラメチルアンモニウムクロライド、８９質量％のメチルアルコールからなる非水系電解液中で、飽和甘汞基準電極（ＳＣＥ）に対して－１００ｍＶ～４００ｍＶの電位を付与した。これにより試料のマトリックス（金属素地）を溶解させ、マトリックスと炭窒化物等の化合物とを識別できる状態とし、ＳＥＭで金属組織を観察した。観察の際には、倍率を５０００倍とし、測定視野数を１００視野とした。

【0075】

そして、炭窒化物を観察し、粗大なＴｉ含有炭窒化物と思われる炭窒化物についてＳＥＭに付属したＥＤＸで組成を分析し、組成を確認し、Ｔｉ含有炭窒化物であるか、判定した。同様に、粗大な炭窒化物の周りに接するように形成している炭窒化物についても、組成を確認し、Ｎｂ含有炭窒化物であるか、判定した。この際、炭窒化物全体の断面積を測定し、複合炭窒化物であるか判断した。断面積は、観察された複合炭窒化物の長径に短径を乗じて算出した。また、個数密度については、上記倍率および視野数で観察された複合炭窒化物の個数を数え、観察視野の面積で除して、算出した。

【0076】

（耐熱性）
得られた冷延焼鈍板から、試験片を採取し、８００℃で高温引張試験を実施し、０．２％耐力を測定した。引張試験は、ＪＩＳ Ｇ ０５６７：２０１２に準拠して行い、８００℃耐力が２５ＭＰａ以上である場合を、耐熱性が良好であると評価した。

【0077】

（加工性）
加工性については、全伸び（破断伸び）と、耐リジング性の指標となるうねり高さの二つを測定することで、評価した。全伸びは、冷延焼鈍板から長手方向が圧延方向となるＪＩＳ１３号Ｂ試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２０１：１９９８に準拠し、測定した。常温での全伸びが３０％以上あれば、複雑な部品への加工が可能となるため、全伸びが３０％以上である場合を、良好な特性値であると評価した。

【0078】

また、うねり高さは、以下の手順で測定した。具体的には、冷延焼鈍板から長手方向が圧延方向となるＪＩＳ５号引張試験片を採取し、平行部での伸び率が２０％となるまで引張ひずみを付与した後、徐荷した試験片を作製した。その試験片について、長手方向中央部の表面プロフィールを幅方向（すなわち圧延直角方向）に測定し、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に従い、カットオフ値λｆ＝８.０ｍｍ、λｃ＝０.５ｍｍとして、波長成分０.５～８.０ｍｍのうねり曲線を定め、そのうねり曲線から算術平均うねりＷａ（μｍ）求め、これをうねり高さＷとした。うねり高さＷが２.０μｍ以下である場合を良好な特性値であると評価した。

【0079】

（耐食性）
耐食性については、以下の塩乾湿複合サイクル試験（以下、「ＣＣＴ試験」と記載する。）を行うことで、評価した。ここで、ＣＣＴ試験とは、下記の（１）～（３）を行うことを１サイクルとし、３０サイクル繰り返した後のさびの発生度合いを調べるものである。

【0080】

（１）塩水噴霧（３５℃、５％ＮａＣｌ水溶液、１５分）
（２）乾燥（６０℃、３０％ＲＨ、６０分）
（３）湿潤（５０℃、９５％ＲＨ、３時間）
上記（１）～（３）を１サイクルとし、３０サイクル行う。

【0081】

なお、上記（１）は３５℃において、５％濃度のＮａＣｌ水溶液を１５分間噴霧する工程を示している。また、（２）は、６０℃、湿度が３０％ＲＨで、６０分保持する工程を示している。（３）は、５０℃、湿度が９５％ＲＨで、３時間保持する工程を示している。

【0082】

上述したサイクルを３０サイクル繰り返した後、ＪＩＳ Ｇ ０５９５：２００４の「ステンレス鋼の表面さび発生程度評価方法」によりレイティングナンバー（以下、単に「ＲＮ」と記載する。）をつけ評価した。ＲＮが８以上である場合を、耐食性が良好であると評価した。以下、結果を纏めて表２に示す。

【0083】

【表2】

【0084】

鋼１～１２の冷延焼鈍板は、組成および複合炭窒化物の要件を満たしているため、耐熱性、耐食性、加工性の全ての結果が良好であった。一方、鋼１３は、組成は満足するものの、好ましい製造条件で製造されなかったため、複合炭窒化物の個数密度が低く、加工性が十分ではなかった。また、熱延板の靭性も低下した。鋼１４～１８は従来排ガス経路の上流部に用いられるフェライト系ステンレス鋼板を想定したものだが、耐熱性は満足するものの、耐食性および加工性の少なくともいずれかの特性が劣る結果となった。また、鋼１５および１８は、熱延板の靭性も低下した。鋼１９は、Ｃｕ含有量が、本実施形態の範囲を満足しないため、耐熱性が劣る結果となった。また、鋼２０は、Ｎｂ含有量が本実施形態の範囲を満足しないため、耐熱性が不足し、複合炭窒化物も十分形成せず、加工性も低下した。また、熱延板の靭性も低下した。

【産業上の利用可能性】

【0085】

本実施形態の鋼板は、ＮｂおよびＭｏを低減することができ、経済性に優れる。また、６００～８００℃の高温環境下においても適応しうる耐熱性を有する。また、加工性と耐食性も良好であるため、上流部および下流部を問わず、排気部材に適応できる。このため、本実施形態の鋼板は、排気部材の素材として好適である。

【符号の説明】

【0086】

１．Ｔｉ含有炭窒化物
２．Ｎｂ含有炭窒化物

【図1】

【図2】