JP2024142069A - フェライト系ステンレス鋼板 - Google Patents

Abstract

【課題】所望する耐熱性を得られる化学組成を有しながらも、靭性および加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼板を提供する。
【解決手段】化学組成が、質量％で、Ｃ：０．００２～０．０３％、Ｓｉ：０．１～１．０％、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１７．０～１９．５％、Ｍｏ：０．０５～０．３％、Ｎｂ：０．０５～０．２％、Ｃｕ：０．８～１．５％、Ｎ：０．００２～０．０３％、Ｔｉ：０～０．４％、任意元素、残部：Ｆｅおよび不純物であり、［５（Ｃ＋Ｎ）≦Ｔｉ］を満足し、結晶粒径が２０～４０μｍであり、断面硬さが１７０ＨＶ以下であり、板厚５ｍｍ以上である、フェライト系ステンレス鋼板。
【選択図】 なし

Description

本発明は、フェライト系ステンレス鋼板に関する。

自動車用排ガス経路部材は、フェライト系ステンレス鋼が適用されることが多い。この理由は、フェライト系ステンレス鋼が、オーステナイト系ステンレス鋼と比較し、高価かつ希少金属に分類されるＮｉの含有量が少なく、低コストであるためである。

排ガス経路部材は、エキゾーストマニホールド、触媒、マフラーなど様々な部品から構成され、それら部品をつなげる際、フランジと呼ばれる締結部品が使用される。フランジは、剛性確保のため、５ｍｍの厚さを超える厚手フランジが使用されることが多い。通常、厚さを厚くした場合、靭性は低くなる。このため、上記用途のフェライト系ステンレス鋼では、靭性が低いという問題があった。そこで、特許文献１および２には、靭性を向上させたフェライト系ステンレス鋼板が開示されている。

例えば、特許文献１に開示されたフェライト系ステンレス鋼板では、靭性低下の要因となる粗大なＴｉＮ析出をＺｒ添加により解消している。また、特許文献２に開示されたフェライト系ステンレス鋼板では、Ｃｕ系の析出物を制御することで、靭性を向上させている。

特開２０１１－２１４０６０号公報 特開２０１２－１６２７９５号公報

加えて、近年、環境規制強化に対応するため、排ガス温度上昇による燃費向上が検討されており、フランジ用フェライト系ステンレス鋼にも、さらなる耐熱性の向上が要求されてきている。

しかしながら、特許文献１に開示されたフェライト系ステンレス鋼板は、高温強度の向上に有効なＮｂを低減させており、耐熱性に関し、改善の余地がある。一方、耐熱性を向上させようとすると、加工性が低下する場合もある。また、特許文献２に開示されたフェライト系ステンレス鋼板は、Ｎｂの代わりに、耐熱性向上に有効なＣｕを含有しているが、熱延板であり、加工性が低く、フランジ成形できない可能性がある。

以上を踏まえ、本発明は、所望する耐熱性を得られる化学組成を有しながらも、靭性および加工性に優れ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。

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。

（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００２～０．０３％、
Ｓｉ：０．１～１．０％、
Ｍｎ：１．０％以下、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：１７．０～１９．５％、
Ｍｏ：０．０５～０．３％、
Ｎｂ：０．０５～０．２％、
Ｃｕ：０．８～１．５％、
Ｎ：０．００２～０．０３％、
Ｔｉ：０～０．４％、
Ｎｉ：０～０．５％、
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、
結晶粒径が２０～４０μｍであり、
断面硬さが１７０ＨＶ以下であり、
板厚５ｍｍ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。

（２）前記化学組成が、質量％で、
Ｎｉ：０．０１～０．５％、
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％、
Ｓｎ：０．０１～０．５％、
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）に記載のフェライト系ステンレス鋼板。

（３）熱延焼鈍鋼板である、上記（１）または（２）に記載のフェライト系ステンレス鋼板。

本発明によれば、所望する耐熱性を得られる化学組成を有しながらも、靭性および加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼板を得ることができる。

本発明者らは、耐熱性、靭性、および加工性を向上させるため、種々の検討を行い、以下の知見を得た。

（ａ）Ｎｂは、耐熱性を向上させるが、加工性を低下させることがある。また、Ｎｂは、再結晶温度を上昇させ、製造性を低下させる場合がある。近年、製造時のＣＯ_２低減として、焼鈍時の燃焼ガス使用量低下も求められており、再結晶温度の低温化も求められている。このため、Ｎｂを低減する一方、Ｃｕを一定量含有させるのが好ましい。なお、フランジの溶接時の鋭敏化を抑制するため、Ｔｉを含有させ、耐食性を向上させるのが望ましい。

（ｂ）熱延後の残留ひずみ量を増加させ、焼鈍時の結晶粒径を微細化するのが好ましい。この結果、粗大なＴｉＮが析出した状態においても、靭性を向上させることができる。さらに、焼鈍条件の最適化により、焼鈍後の冷却時に微細Ｃｕの析出を抑制し、加工性を向上させることができる。

本発明の一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、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼板の各要件について詳しく説明する。

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 。

Ｃ：０．００２～０．０３％
Ｃ（炭素）は、成形性と耐食性とを劣化させ、高温強度の低下をもたらす。このため、Ｃ含有量は、０．０３％以下である。成形性、および耐食性の観点から、Ｃ含有量は、極力低減するのが好ましいが、現存の製鋼設備では、Ｃ含有量を０．００２％未満に低下させるには大きなコスト増加を招く。このため、Ｃ含有量は、０．００２％以上である。Ｃ含有量は、０．００３～０．０２％の範囲であるのが好ましく、０．００３～０．０１５％であるのがより好ましい。

Ｓｉ：０．１～１．０％
Ｓｉ（ケイ素）は、脱酸剤としても有用な元素であるとともに、耐酸化性を改善する元素である。このため、Ｓｉ含有量は、０．１％以上である。しかしながら、Ｓｉが過剰に含有されると、常温延性が低下する。このため、Ｓｉ含有量は、１．０％以下である。Ｓｉ含有量は、０．１５～０．６％の範囲であるのが好ましい。

Ｍｎ：１．０％以下
Ｍｎ（マンガン）は、脱酸剤として含有される元素であるとともに、長時間使用中にＭｎ系酸化物表層に形成し、スケール密着性の向上に寄与する。しかしながら、Ｍｎが過剰に含有されると、酸化増量を著しく増加させてしまうのみならず、高温でγ相が生成しやすくなる。この結果、耐熱性が低下する。このため、Ｍｎ含有量は、１．０％以下である。一方、上記効果を得るためには、Ｍｎ含有量は、０．１％以上であるのが好ましい。Ｍｎ含有量は、０．２～０．８％の範囲であるのが好ましい。

Ｐ：０．０４％以下
Ｐ（リン）は、靭性を低下させる有害元素であり、可能な限り低減するのが好ましい。このため、Ｐ含有量は、０．０４％以下とである。Ｐ含有量は、０．０３％以下であるのがより好ましい。しかしながら、Ｐ含有量を過剰に低減すると、精錬コストが増加する。このため、Ｐ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましい。

Ｓ：０．０３０％以下
Ｓ（硫黄）は、伸びを低下させて、成形性に悪影響を及ぼすとともに、耐食性を低下させる有害元素でもあるため、可能な限り低減するのが好ましい。このため、Ｓ含有量は、０．０３０％以下である。Ｓ含有量は、０．０１０％以下であるのが好ましく、０．００５％以下であるのがより好ましい。しかしながら、Ｓ含有量を過剰に低減すると、精錬コストが増加する。このため、Ｓ含有量は、０．０００５％以上であるのが好ましい。

Ｃｒ：１７．０～１９．５％
Ｃｒ（クロム）は、ステンレス鋼の特徴である耐食性、耐酸化性を向上させるのに有効な重要元素である。また、Ｃｒ含有量が、１７．０％未満では、８００℃での長時間使用時の耐酸化性が得られない。このため、Ｃｒ含有量は、１７．０％以上である。しかしながら、Ｃｒは、室温において鋼を固溶強化し、硬質化、低延性化する元素であり、特に１９．５％を超えて含有させると、成形性への弊害が顕著となる。このため、Ｃｒ含有量は、１９．５％以下である。Ｃｒ含有量は、１７．５～１９．０％の範囲であるのが好ましい。

Ｍｏ：０．０５～０．３％
Ｍｏ（モリブデン）は、高温強度、耐酸化性、および耐食性を向上させる元素である。加えて、熱延焼鈍後の冷却時のＣｕ析出を抑制し加工性を向上させること、熱間圧延時に導入されるひずみの回復を抑制することに寄与する。この結果、靭性を向上させる効果がある。このため、Ｍｏ含有量は、０．０５％以上である。しかしながら、Ｍｏは高価な元素であるため、過剰に含有されると、製造コストが増加する。また、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。このため、Ｍｏ含有量は、０．３％以下である。Ｍｏ含有量は、０．２５％以下であるのが好ましく、０．２％以下であるのがより好ましい。

Ｎｂ：０．０５～０．２％
Ｎｂ（ニオブ）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。具体的には、熱延焼鈍後の冷却時のＣｕ析出を抑制し加工性を向上させること、熱間圧延時に導入されるひずみの回復を抑制することに寄与する。この結果、靭性を向上させる効果がある。これらの効果は０．０５％以上で発現することから、Ｎｂ含有量は、０．０５％以上である。しかしながら、Ｎｂが過剰に含有されると、Ｌａｖｅｓ相の生成により靭性の低下をもたらす。また、加工性を低下させ、断面硬さを過剰に高くする。加えて、熱延後の再結晶温度を上昇させる。このため、Ｎｂ含有量は、０．２％以下である。Ｎｂ含有量は、０．０６～０．１８％の範囲であるのが好ましく、０．０７～０．１７％の範囲であるのがより好ましい。

Ｃｕ：０．８～１．５％
Ｃｕ（銅）は、６００～８００℃程度の中温度域における高温強度向上に有効な元素である。本実施形態のフェライト系ステンレス鋼板では、高温強度向上に有効なＮｂを極力低減する必要があり、Ｎｂの代わりにＣｕを含有させる。このため、Ｃｕ含有量は、０．８％以上である。Ｃｕ含有量は、１．０％以上であるのが好ましい。しかしながら、Ｃｕが過剰に含有されると、耐酸化性と加工性を低下させる上、ε－Ｃｕの粗大化を促進させる。このため、Ｃｕ含有量は、１．５％以下である。

また、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼板は、靭性および加工性を向上させる観点から下記（ii）式を満足するのが好ましい。
０＜Ｃｕ－２Ｍｏ－３Ｎｂ≦１．０…（ii）
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。

（ii）式中辺値が０以下である場合、靭性、加工性のいずれかが低下しやすくなる。このため、(ii)式中辺値は０超であるのが好ましく、０．１以上であるのがより好ましく、０．２以上であるのがさらに好ましい。一方、(ii)式中辺値が１．０以下である場合も、靭性、加工性のいずれかが低下しやすくなる。このため、（ii）式中辺値は、１．０以下であるのが好ましく、０．８以下であるのがより好ましく、０．７以下であるのがさらに好ましい。

Ｎ：０．００２～０．０３％
Ｎ（窒素）は、高温で粗大かつ硬質なＴｉＮとして析出し、熱間圧延時に析出物周りのひずみ場を形成し、圧延伸長組織の分断に寄与する。この効果は、０．００２％以上で発現することから、Ｎ含有量は、０．００２％以上である。しかしながら、Ｎが過剰に含有されると、Ｃと同様、成形性、耐食性、および高温強度の低下をもたらす。このため、Ｎ含有量は、０．０３％以下である。精錬コスト等の観点から、Ｎ含有量は、０．００３～０．０２％の範囲であるのが好ましく、０．００３～０．０１５％の範囲であるのがより好ましい。

Ｔｉ：０～０．４％
Ｔｉ（チタン）は、Ｃ、およびＮを固定して、成形性と、耐食性、特に、溶接部の粒界腐食性とを向上させる効果を有する。本実施形態のフェライト系ステンレス鋼板では、Ｎｂ含有量を低減するため、Ｃ、およびＮの固定のため、Ｔｉは、重要な元素となる。また、Ｃ、およびＮを固定することで析出したＴｉ炭窒化物は、熱間圧延時にひずみ場の発生源となり、圧延伸長組織の分断に寄与し、熱延焼鈍後の結晶粒径の微細化に寄与する。このため、下記（ｉ）式を満足する必要がある。

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。

Ｔｉ含有量が、（ｉ）式を満足せず、５（Ｃ＋Ｎ）未満であると、Ｃ、およびＮを完全には固定することができず、鋭敏化が発生し、結果的に耐食性と耐酸化性が低下してしまう。しかしながら、Ｔｉ含有量が、０．４％を超えると、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、０．４％以下である。Ｔｉ含有量は、０．１５～０．３５％の範囲であるのが好ましい。Ｔｉ含有量は、０．２～０．３％の範囲であるのが好ましい。

上記の元素に加えて、さらにＮｉ、Ｖ、Ｗ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｎ、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。

Ｎｉ：０～０．５％
Ｎｉ（ニッケル）は、フェライト系ステンレス鋼の靭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、Ｎｉは高価な元素であり、強力なオーステナイト相生成元素であるため、過剰に含有されると、鋼の製造コストを上昇させるとともに、高温でγ相が生成しやすくなり耐熱性を低下させる。このため、Ｎｉ含有量は、０．５％以下である。Ｎｉ含有量は、０．４％以下であるのが好ましく、０．３％以下であ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％以上であるのが好ましい。

Ｖ：０～０．５％
Ｖ（バナジウム）は、ＮｂまたはＴｉ同様、炭窒化物生成元素であり、これらを微細析出させることで高温強度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、Ｖが過剰に含有されると、製造性が低下する。このため、Ｖ含有量は、０．５％以下である。Ｖ含有量は、０．４％以下であるのが好ましく、０．３％以下であ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％以上であるのが好ましい。

Ｗ：０～０．５％
Ｗ（タングステン）は、高温強度を高める効果を有する。しかしながら、Ｗは、高価な元素であり、過剰に含有されると、製造コストが増加する。加えて、金属間化合物を生成し、鋼の靭性を低下させる。このため、Ｗ含有量は、０．５％以下である。Ｗ含有量は、０．４％以下であるのが好ましく、０．３％以下であ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％以上であるのが好ましい。

Ｃｏ：０～０．５％
Ｃｏ（コバルト）は、高温強度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、含有させてもよい。しかしながら、Ｃｏは高価な元素であり、過剰に含有されると、製造コストが増加する。加えて、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。このため、Ｃｏ含有量は、０．５％以下である。Ｃｏ含有量は、０．４％以下であるのが好ましく、０．３％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃｏ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましい。

Ｚｒ：０～０．５％
Ｚｒ（ジルコニウム）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、含有させてもよい。しかしながら、Ｚｒが過剰に含有されると、金属間化合物が生成し、鋼の靭性を低下させる。このため、Ｚｒ含有量は、０．５％以下である。Ｚｒ含有量は、０．４％以下であるのが好ましく、０．３％以下であ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％以上であるのが好ましい。

Ａｌ：０～１．０％
Ａｌ（アルミニウム）は、脱酸元素として添加される他、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、含有させてもよい。しかしながら、Ａｌが過剰に含有されると、固溶強化により鋼を硬質化し、靭性を低下させる。このため、Ａｌ含有量は、１．０％以下である。Ａｌ含有量は、０．６％以下であるのが好ましく、０．２％以下であ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％以上であるのが好ましい。

Ｓｎ：０～０．５％
Ｓｎ（スズ）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もよい。しかしながら、Ｓｎが過剰に含有されると、製造性が著しく低下する。このため、Ｓｎ含有量は、０．５％以下である。Ｓｎ含有量は、０．３％以下であるのが好ましく、０．２％以下であ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％以上であるのが好ましい。

Ｂ：０～０．００５％
Ｂ（ボロン）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、含有させてもよい。しかしながら、Ｂが過剰に含有されると、溶接性および靭性が低下する。このため、Ｂ含有量は、０．００５％以下である。Ｂ含有量は、０．００３％以下であるのが好ましく、０．００１５％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｂ含有量は、０．０００２％以上であるのが好ましい。

Ｃａ：０～０．０１％
Ｃａ（カルシウム）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、含有させてもよい。しかしながら、Ｃａが過剰に含有されると、表面欠陥が発生しやすくなる。このため、Ｃａ含有量は、０．０１％以下である。Ｃａ含有量は、０．００５％以下であるのが好ましく、０．００３％以下であ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％以上であるのが好ましい。

Ｍｇ：０～０．０１％
Ｍｇ（マグネシウム）は、スラブの等軸晶率を向上させ、加工性および靭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、Ｍｇが過剰に含有されると、鋼の靭性および表面性状が低下する。このため、Ｍｇ含有量は、０．０１％以下である。Ｍｇ含有量は、０．００５％以下であるのが好ましく、０．００３％以下であ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％以上であるのが好ましい。

ＲＥＭ：０～０．０１％
ＲＥＭ(希土類元素)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、含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭが過剰に含有されると、溶接性および靭性が低下する。このため、ＲＥＭ含有量は、０．０１％以下である。ＲＥＭ含有量は、０．００８％以下であるのが好ましく、０．００５％以下であ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％以上であるのが好ましい。

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。

本実施形態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、フェライト系ステンレス鋼板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、本実施形態に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。

２．結晶粒径
本実施形態のフェライト系ステンレス鋼板は、熱間圧延後焼鈍された鋼板であり、熱間圧延で形成された加工組織が焼鈍により再結晶することで、加工性を得ることができる。

ここで、本実施形態の鋼板においては、加工性と合わせて靭性を確保するために、結晶粒径は、２０～４０μｍである。再結晶後の結晶粒径が２０μｍ未満であると、硬質となり、加工性および靭性が低下する。一方、再結晶後の結晶粒径が４０μｍを超えると、靭性が低下し、加工時の割れを誘発してしまう。結晶粒径は、２５～３８μｍの範囲であるのが好ましく、２５～３５μｍであるのがより好ましい。

なお、上記結晶粒径は、以下の手順で測定される。鋼板のＬ断面(板幅方向に垂直な断面)をコロイダル研磨後、研磨ひずみを除去するため、電解研磨する。続いて、板厚中心部を、走査型電子顕微鏡を用いた電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）法によって方位差マップを求め、この方位差マップから求積法で算出した平均結晶粒面積と同じ面積を有する円の直径を結晶粒径として求める。なお、測定範囲は、十分な数の結晶粒が含まれる２ｍｍ×２ｍｍの範囲とすればよい。また、結晶粒界は、結晶方位差が１５°以上の境界と定義する。

３．断面硬さ
本実施形態のフェライト系ステンレス鋼板は、フランジ成形可能な加工性を担保する必要がある。このため、断面硬さは、１７０ＨＶ以下である。なお、断面硬さとは、後述するが、鋼板のＬ断面の硬さのことである。

断面硬さが１７０ＨＶを超えると、硬質化し過ぎて、フランジ成形がしにくくなるからである。断面硬さは、１６８ＨＶ以下であるのが好ましく、１６６ＨＶ以下であるのがより好ましい。なお、断面硬さの下限は、特に、限定されないが、本実施形態の鋼板の化学組成においては、１５０ＨＶ以上であるのが好ましい。

断面硬さは、以下の手順で測定される。鋼板のＬ断面(板幅方向に垂直な断面)が露出するように樹脂に埋め込み、露出した断面を研磨、電解エッチングした後、板厚中央部で測定する。硬度測定は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９ ビッカース硬度測定に準拠して測定され、ＨＶ１．０(９．８Ｎ)、すなわち、試験荷重を１ｋｇｆとする。板厚中央部にて５点測定し、その平均値を断面硬さとする。

４．板厚
本実施形態の鋼板は、排ガス経路の種々の部品を締結するフランジに適用されるものである。このため、剛性確保のために、板厚は、５ｍｍ以上である。板厚が５ｍｍ未満であると、十分な剛性が確保できず、使用時の変形により、シール性の低下が生じやすくなる。なお、板厚の上限は特に、限定されない。板厚が厚すぎると、加工性および靭性が生じる、フランジの重量が増加する。このため、板厚は、１０ｍｍ以下であるのが好ましく、９ｍｍ以下であるのがより好ましい。

５．製造方法
本実施形態のフェライト系ステンレス鋼板は、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。

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、特に限定されないが、通常、１１５０～１２５０℃の範囲とすることが多い。

熱間圧延における仕上温度は、９２０～８５０℃の範囲にする。熱間圧延における仕上温度が９２０℃を超えると、熱間圧延で導入した加工ひずみが回復し、その後の焼鈍組織に伸長粒が残存しやすくなる。この結果、結晶粒が過剰に粗大化してしまい、却って靭性が低下する場合がある。一方、仕上温度が８５０℃未満であると、添加したＣｕが微細析出し、熱延板靭性を低下させるとともに、表面疵が生成しやすくなる。また、断面硬さが増加する場合がある。

実機等で製造する場合、上記熱間圧延後、４００～２００℃の温度域で巻取処理がされるのが好ましい。巻取り温度が４００℃超であると、靭性低下をもたらす微細Ｃｕ相およびＦｅＴｉＰ等が析出しやすくなる。一方、巻取温度が２００℃未満であると、コイル形状が不良になる。

熱間圧延後に熱延板焼鈍を行う。熱延板焼鈍の際の焼鈍温度は、８５０～９２０℃の範囲とする。上記焼鈍温度が８５０℃未満であると、再結晶が完了せず、断面硬さが過剰に高くなる場合がある。また、再結晶粒が本実施形態の範囲を満足しにくくなる。一方、焼鈍温度が９２０℃を超えると、焼鈍における製造コストが増加する。また、焼鈍時間は、２分以内とする。焼鈍時間を２分以内にすることで、所望する大きさの結晶粒を得るためである。

また、熱延板焼鈍後の８００～４００℃の温度域の冷却における平均冷却速度を５℃／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５℃／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、硬質化して加工性、靭性の低下をもたらす。なお、熱延板焼鈍後に必要に応じて、酸洗を行ってもよい。

以下、実施例によって本発明に係るフェライト系ステンレス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。

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２００ｍｍの鋳型に鋳造した後、１２３０℃で２時間加熱し、表２に示す熱延条件で熱間圧延を施し、４００℃以下まで冷却することで、厚さ５～８ｍｍの熱延板を得た。次に、熱延板を表２に示す焼鈍温度で１分焼鈍した後、冷却し、熱延焼鈍鋼板（フェライト系ステンレス鋼板）を得た。なお、上記焼鈍において、８００～４００℃の温度域における平均昇温速度および冷却速度は、全て５℃／ｓとなるように調整した。

得られた熱延焼鈍鋼板の結晶粒径および断面硬さを、以下の手順で測定した。また、以下の手順で、シャルピー衝撃値を測定した。

（結晶粒径）
鋼板のＬ断面(板幅方向に垂直な断面)をコロイダル研磨後、研磨ひずみを除去するため、電解研磨した。続いて、板厚中心部を、走査型電子顕微鏡を用いた電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）法によって方位差マップを求め、この方位差マップから求積法で算出した平均結晶粒面積と同じ面積を有する円の直径を結晶粒径として求めた。なお、測定範囲は、十分な数の結晶粒が含まれる２ｍｍ×２ｍｍの範囲とした。また、結晶粒界は、結晶方位差が１５°以上の境界と定義した。

（断面硬さ）
鋼板のＬ断面(板幅方向に垂直な断面)が露出するように樹脂に埋め込み、露出した断面を研磨、電解エッチングした後、板厚中央部について測定した。硬度測定は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９ ビッカース硬度測定に準拠して測定され、ＨＶ１．０(９．８Ｎ)、すなわち、試験荷重を１ｋｇｆとした。板厚中央部にて５点測定し、その平均値を断面硬さとした。

（シャルピー衝撃値）
加工時の割れ発生の評価として、熱延焼鈍鋼板の靭性を測定した。熱延焼鈍鋼板から、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、各試験片に対して室温（２３℃±５℃）で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、最も低い衝撃値を表中のシャルピー衝撃値として記載した。加工時の靭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。以下、結果をまとめて、表２に示す。

本実施形態の要件を満足するＮｏ．１～３、６、８、１０～２２は、良好な靭性および加工性を示した。一方本実施形態の要件を満足しないＮｏ．４、５、７、９、２３～２７は、靭性および加工性の内、少なくとも一方が劣る結果となった。

Ｎｏ．４および５は、鋼の化学組成は本実施形態の要件を満足したが、熱延板焼鈍の際の温度が好ましい条件を満足しなかった例であったため、結晶粒が粗大になる一方、未再結晶粒も残存したため、断面硬さも大きくなった。Ｎｏ．７および９は、鋼の化学組成は本実施形態の要件を満足したが、熱延の際の仕上温度が好ましい条件を満足しなかった例であったため、靭性が低下した。また、Ｎｏ．７については、断面硬さも増加した。Ｎｏ．２３～２７が、本実施形態の化学組成を満足しなかった例であったため、断面硬さ、靭性のうち、少なくとも、一方が劣る結果になった。

Claims (3)

1. 化学組成が、質量％で、
   Ｃ：０．００２～０．０３％、
   Ｓｉ：０．１～１．０％、
   Ｍｎ：１．０％以下、
   Ｐ：０．０４％以下、
   Ｓ：０．０３０％以下、
   Ｃｒ：１７．０～１９．５％、
   Ｍｏ：０．０５～０．３％、
   Ｎｂ：０．０５～０．２％、
   Ｃｕ：０．８～１．５％、
   Ｎ：０．００２～０．０３％、
   Ｔｉ：０～０．４％、
   Ｎｉ：０～０．５％、
   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、
   結晶粒径が２０～４０μｍであり、
   断面硬さが１７０ＨＶ以下であり、
   板厚５ｍｍ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。
2. 前記化学組成が、質量％で、
   Ｎｉ：０．０１～０．５％、
   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％、
   Ｓｎ：０．０１～０．５％、
   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に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
3. 熱延焼鈍鋼板である、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。