JP2009068113A - 加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００２〜０．０２％、Ｎ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１０〜２５％、Ａｌ：１．０〜３．０％未満、Ｔｉ：３×（Ｃ＋Ｎ）〜２０×（Ｃ＋Ｎ）％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、表面にＡｌ量が１５％以上であり、厚さが０．０３〜０．５μｍの酸化皮膜を有することを特徴とする、加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板。
【選択図】図３

Description

本発明は、暖房機器、厨房機器等の燃焼機器部材及び二輪車等の排気系部材で触媒を担持されて使用される担体、ヒートチューブ等の部品に好適な、加工性、耐酸化性に優れた耐熱フェライト系ステンレス鋼板に関する。

ストーブのチムニー材などの暖房器具、電熱用材料又は厨房機器の燃焼機器部材として、ＳＵＨ２１（１８Ｃｒ−３Ａｌ）等のＡｌ含有フェライト系ステンレス鋼が使用されている。Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼の耐酸化性は、Ａｌ₂Ｏ₃を主体とする酸化皮膜の緻密さによって決まるため、Ａｌ含有量が高いほど優れた耐高温酸化性を示す。一方、Ａｌ含有量が高くなると加工性が劣化するため、加工性と耐酸化性を両立し得るＡｌ含有フェライト系ステンレス鋼の開発が要求されている。

また、Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼は、自動車排気ガス浄化装置にも用いられており、排気ガス中の過酷な高温酸化環境において優れた耐酸化性を有する材料の開発が進められてきた。例えば、特許文献１には、希土類元素及びＹを添加して耐酸化性を向上させた２０Ｃｒ−５Ａｌ鋼が開示されている。

特に最近、環境問題の高まりから四輪車だけでなく、二輪車にも触媒方式による排気ガス浄化装置の装着が進められている。二輪車においても、２０Ｃｒ−５Ａｌ鋼の箔を使用した金属担体が使用されているが、金属担体以外に、ヒートチューブ、排気管等の部品の内面に触媒を担持する方式も採用されている。

それらの部材には、板厚が０．６〜１．５ｍｍ程度の鋼板が使用されるが、金属担体と同じように２０Ｃｒ−５Ａｌ鋼、ＳＵＨ２１鋼等のＡｌ含有フェライト系ステンレス鋼を適用した場合、耐酸化性は優れるものの加工性、溶接性が悪いためマフラー成形時の製造コストが高くなるばかりでなく、複雑形状の部材には適用できないという問題がある。

このような問題に対して、特許文献２には、ＴｉをＴｉ／（Ｃ＋Ｎ）が６以下になるように添加し、深絞り加工後の靭性を向上させたＡｌ含有フェライト系ステンレス鋼が開示されている。また、特許文献３には、低Ａｌ化及びＳｉ添加により、排気ガス中での耐酸化性、溶接性及び加工性に優れた触媒担持用耐熱フェライト系ステンレス鋼が開示されている。

しかし、これらの方法では、加工性の指標として考慮されているのは圧延方向の伸びだけであり、燃焼機器の複雑な形状の部品を成形するには、加工性が不十分である。また、触媒担持用耐熱フェライト系ステンレス鋼としては、更なる耐酸化性の向上が要求されている。

特開平４−１２８３３号公報 特開平４−３５４８５７号公報 特開２０００−３１６７７３号公報

本発明の目的は、燃焼機器部材又は触媒担持用部品として最適な、加工性及び耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼冷延鋼板を提供するものである。

本発明者は、以上の課題に鑑み、Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼の加工性と耐酸化性について詳細な検討を行い、成分及び製造プロセスを最適化した。本発明の要旨は、以下のとおりである。

（１） 質量％で、
Ｃ ：０．００２〜０．０２％、 Ｎ ：０．０２％以下、
Ｓｉ：０．０５〜１．０％、 Ｍｎ：３．０％以下、
Ｐ ：０．０４％以下、 Ｓ ：０．０２％以下、
Ｃｒ：１０〜２５％、 Ａｌ：１．０〜３．０％未満
Ｔｉ：３×（Ｃ＋Ｎ）〜２０×（Ｃ＋Ｎ）％
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、表面にＡｌ量が１５％以上であり、厚さが０．０３〜０．５μｍの酸化皮膜を有することを特徴とする、加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板。

（２） 質量％で、
Ｃｕ：０．１〜２．５％、 Ｍｏ：０．１〜２．５％、
Ｎｉ：０．１〜２．５％、 Ｎｂ：０．０１〜０．５％、
Ｖ ：０．０５〜０．５％、 Ｂ ：０．０００５〜０．００５％
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）記載の加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板。

（３） 質量％で、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％、 Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．０１％
の１種又は２種以上を含有することを特徴とする前記（１）又は（２）記載の加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板。

（４） 前記（１）〜（３）の何れかに記載の成分からなるスラブ又はインゴットを熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、最終焼鈍、酸洗し、アルゴン及び／又は窒素からなる０．０００１〜０．１容量％の酸素を含む雰囲気で、６００〜９００℃で、１〜６０分加熱することを特徴とする、前記（１）〜（３）の何れかに記載の加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。

（５） 前記（１）〜（３）の何れかに記載の成分からなるスラブ又はインゴットを熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延し、最終焼鈍として、アルゴン及び／又は窒素からなる０．０００１〜０．１容量％の酸素を含む雰囲気で、８００〜１０００℃で、１〜６０分加熱することを特徴とする、前記（１）〜（３）の何れかに記載の加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。

本発明により、加工性と耐酸化性に優れ、暖房機器、厨房機器等の燃焼機器部材又は二輪車等のマフラー等の触媒担持部材に好適な、Ａｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼を提供することができ、産業上の貢献が極めて高い。

本発明者は、耐酸化性が良好なＡｌ含有フェライト系ステンレス鋼である１８Ｃｒ−３Ａｌ−０．２５Ｓｉ鋼（ＳＵＨ２１鋼相当）の加工性について検討した。その結果、最終焼鈍で十分に粒成長していないことが加工性が低下した原因であることが判明した。したがって、最終焼鈍温度を高温で行うことにより加工性が向上すると考えられる。

しかし、Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼の最終焼鈍を高温で行うと、Ａｌ₂Ｏ₃を含有する酸化皮膜が生成し、酸洗工程でのスケール除去が困難になるという問題を生じる。

このような問題を解決するために、Ｃ、Ｎを低減し、Ｔｉを添加して高純化し、Ａｌ量の低減とＳｉ添加量の最適化を組み合わせることにより、耐酸化性を損なうことなく、再結晶温度を低下させて加工性を向上させたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼の開発を指向した。

本発明者は、高純化したＡｌ含有フェライト系ステンレス鋼の加工性に及ぼすＳｉの影響について検討を行った。

Ｃ、Ｎを低減し、Ｔｉを添加した１８Ｃｒ−２Ａｌ系のフェライト系ステンレス鋼に、０．１〜１．５％のＳｉを添加し、圧延方向に対して、０°の方向（Ｌ方向という）、４５°の方向（Ｄ方向という）、９０°の方向（Ｃ方向という）を長手とする引張試験片をＪＩＳ Ｚ ２２０１に準拠して採取し、引張試験をＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して行い、またランクフォード値（ｒ値という）をＪＩＳ Ｚ ２２５４に準拠して測定した。

Ｓｉ量に対して、Ｌ方向、Ｄ方向、Ｃ方向の破断伸びの最小値をＥｌ_minを図１に、ｒ値の最小値をｒ_minを図２に示す。図１及び図２に示したように、Ｓｉ量が０．３〜０．８％の範囲において、Ｅｌ_minが２５％以上、ｒ_minが１．０以上になり、特に、ｒ_minがＳｉの添加により向上し、０．５％超を添加すると緩やかに減少する傾向があることを見出した。

また、Ｓｉ量の最適化により再結晶温度も低下し、焼鈍温度を低くすることができた。これにより酸洗性も大きく改善され、酸化スケールが問題なく除去できるようになった。これらの成分及び製造方法の組み合わせにより、優れた加工性と耐酸化性を両立できるＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼の開発に成功した。

更に、本発明者は耐酸化性を発現する表面皮膜に着目し、合金成分中のＡｌ量を増加させずに表面皮膜を改質し、耐酸化性を向上させる方法について検討を行った。Ａｌ含有量が３％未満のフェライト系ステンレス鋼板では、排ガス中のような厳しい酸化雰囲気で熱処理を行うと、ＡｌだけでなくＦｅ、Ｃｒ等が酸化されて、皮膜中のＡｌ量が低くなり、耐酸化が低下する。

本発明者は、Ｆｅ、Ｃｒの酸化を抑制するため、熱処理雰囲気中の酸素含有量に着目し、詳細な検討を行った。その結果、Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を微量の酸素を含む雰囲気で熱処理すると、耐酸化性が改善されることがわかった。

この耐酸化性に優れた鋼の表面に生成した酸化皮膜をグロー発光分光法（ＧＤＳ）で解析した。その結果、皮膜中のＡｌ量が、Ａｌ₂Ｏ₃の化学量論的組成よりも低くても、耐酸化性向上に有効であることを見出した。

この知見を基に、耐酸化性と加工性を両立する合金成分及び酸化皮膜を形成する熱処理条件を検討し、本発明を完成させるに至った。

以下、本発明について詳細に説明する。

Ｃは、鋼中に含まれる不可避的不純物であり、過剰に含有すると加工性、溶接性が低下し、高温加熱時のＡｌ₂Ｏ₃皮膜の形成が不安定になる。そのためＣ量は低いほど好ましいが、Ｃ量を過度に低減するには精錬のコストが増大する。

本発明のＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼のＣ量を０．００２〜０．０２％の範囲とした。

Ｎは、Ｃと同様、鋼中に含まれる不可避的不純物であり、含有量が低いほど好ましいが、過度に低減するには精錬のコストが増大する。

Ｎは、含有量が０．０２％を超えると加工性、溶接性が低下し、高温加熱時のＡｌ₂Ｏ₃皮膜の形成が不安定になる。そのため、Ｎ量の上限を０．０２％とした。

本発明のＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼を触媒担持部材に用いる場合、Ｎ量の下限を０．００２％とすることが好ましい。

Ｓｉは、本発明のＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼において極めて重要な元素である。Ｓｉは、高温酸化雰囲気において、保護性の高いＡｌ₂Ｏ₃皮膜の形成を促進し、耐酸化性の向上に寄与する。一方、過剰に含有すると、加工性及び溶接性が著しく低下する。

耐酸化性を向上させ、かつ良好な加工性を得るには、０．３〜０．８％の添加が好ましく、０．４〜０．６％の添加が最適である。

触媒担持部材に用いる際にもＳｉは有用な元素であり、Ａｌの代替として添加することできる。Ｓｉの添加により、エンジン排気ガス環境下において、触媒機能の維持に必要なＡｌ含有量を低減することが可能になる。

このような効果を発現するには、Ｓｉを０．０５％以上添加することが必要である。一方、１．０％超のＳｉの添加により伸びが低下する。従って、触媒担持部材に用いる際には、Ｓｉの添加量を０．０５〜１．０％の範囲とした。

Ｍｎは、加工性を劣化させる元素であり、また過剰な添加により良好な耐酸化性を有する酸化皮膜の形成を阻害する。

本発明のＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼を触媒担持用材に用いる場合に、耐酸化性の劣化を防止するために、３．０％を上限とした。一方、Ｍｎ含有量の下限は低いほど好ましいが、精錬上のコストを考慮すると好ましい下限は０．０１％であり、更に好ましい下限は０．１％である。

Ｐは、鋼中に不可避的に含まれる不純物であり、０．０４％を超えて含有すると加工性が低下するために０．０４％を上限とした。Ｐ量を０．０１％未満にするには精錬のコストが増大するため、０．０１％を下限とすることが好ましい。

Ｓは、鋼中に不可避的に含まれる不純物であり、０．０２％を超えて含有すると耐酸化性が良好な表面の酸化皮膜の形成を著しく阻害するため、０．０２％を上限とした。Ｓ量の下限は低いほど好ましいが、０．０００１％未満にするには精錬上のコストが増大する。精錬コストを考慮すると、更に好ましいＳ量の下限は、０．００５％である。

Ｃｒは、耐食性を向上させ、耐酸化性の良好な表面の酸化皮膜の密着性を向上させるために重要な元素であるが、過剰な添加により溶接性、加工性が著しく低下する。本発明のＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼を触媒担持部材に用いる場合に、Ｃｒ量を１０〜２５％の範囲とした。

Ａｌは、耐酸化性に優れた、Ａｌ₂Ｏ₃を含む酸化皮膜を形成させる本発明の必須元素である。しかし、過剰の添加により、加工性、溶接性、酸洗性を損なう。本発明のＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼を触媒担持部材に用いる場合は、Ａｌ量が１．０％未満ではＳｉを添加しても酸化皮膜の生成が不十分であるため、下限を１．０％とした。また、Ａｌ量の上限は３．０％未満とした。

Ｔｉは、加工性及び耐酸化性に有害なＣ、Ｎを炭窒化物として固定し、酸化皮膜の密着性も改善し、更に溶接部の加工性、耐食性を確保するためにも重要な元素である。この効果は、Ｔｉ添加量が（Ｃ＋Ｎ）の含有量の３倍未満では不十分である。一方、（Ｃ＋Ｎ）の含有量の２０倍超のＴｉを添加すると、固溶Ｔｉが増加して加工性を劣化させる。

したがって、Ｔｉ添加量は、（Ｃ＋Ｎ）の含有量の３〜２０倍とすることが必要である。また、好ましいＴｉ添加量の範囲は、（Ｃ＋Ｎ）の８〜１５倍である。

更に、必要に応じて、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、ＲＥＭの１種又は２種以上を添加してもよい。

Ｃｕは耐食性を向上させる元素であるが、加工性を低下させる作用が著しい。本発明のＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼を触媒担持部材に適用する際には、耐食性を向上させるため０．１％以上のＣｕを添加してもよい。一方、Ｃｕを、２．５％を超えて添加すると溶接性、加工性が低下するため、上限を２．５％とすることが好ましい。

Ｍｏは、０．１％以上の添加により、高温強度が向上するが、２．５％を超えて添加すると加工性、溶接性が低下する。そのため、Ｍｏの添加量は、０．１〜２．５％の範囲とすることが好ましい。

Ｎｉは、０．１％以上の添加により加工性を改善するが、２．５％を超えて添加すると溶接部にマルテンサイト相が生成し、溶接部加工性が低下する。そのため、Ｎｉの添加量は、０．１〜２．５％の範囲とすることが好ましい。

Ｎｂ、Ｖは、Ｔｉと同様にＣ、Ｎを固定する効果を有し、Ｎｂは０．０１％以上、Ｖは０．０５％以上の添加により、加工性、溶接部特性を改善するが、Ｎｂ、Ｖを０．５％超添加すると加工性、溶接性を劣化させる。そのため、Ｎｂの添加量を０．０１〜０．５％、Ｖの添加量を０．０５〜０．５％の範囲とすることが好ましい。

Ｂは、０．０００５％以上の添加により、成形時の二次加工割れを防止する効果があるが、０．００５％超を添加すると溶接性が低下する。そのため、Ｂの添加量は、０．０００５〜０．００５％の範囲とすることが好ましい。

Ｍｇ、Ｃａ、ＲＥＭは、表面の酸化皮膜の密着性を改善し、溶接部の組織を微細化して溶接部の加工性を向上する元素であるが、過剰に添加すると鋼板製造時に疵を生じ易くなり、また、溶接性を損なう。

そのため、Ｍｇ量を０．０００５〜０．００５％、Ｃａ量を０．０００５〜０．００５％、ＲＥＭ量を０．００１〜０．０１％の範囲とすることが好ましい。

本発明のＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼を触媒担持部材として用いるには、耐酸化性に優れた表面皮膜を有することが必要である。

酸化皮膜中のＡｌ量が１５％未満であると、排ガス中等の酸化雰囲気でＦｅ、Ｃｒの拡散を阻止できず、十分な耐酸化性を有する酸化皮膜を維持することが難しくなり、耐酸化性がやや劣化する。そのため、酸化皮膜中のＡｌ量が１５％以上であることが好ましい。

また、酸化皮膜中のＡｌ量が５０％超になると皮膜が剥離し易くなるため、上限を５０％とすることが好ましい。

酸化皮膜の厚みは、０．０３μｍ未満では耐酸化性が不十分である。一方、酸化皮膜の厚みが０．５μｍを超えると効果が飽和するだけでなく、酸化皮膜の剥離等が生じ易くなる。そのため、酸化皮膜の厚みを０．０３〜０．５μｍの範囲とすることが必要である。

このような表面皮膜が形成された場合、Ａｌ量が１％程度であっても、耐酸化性は著しく向上する。そのため、Ａｌ量を１．５〜２．５％未満含有する燃焼機器部材として用いる場合にも、Ａｌ量が１５％以上である酸化皮膜を表面に形成させることが好ましい。

表面皮膜のＡｌ量、厚みはグロー発光分光法（ＧＤＳという）によって測定することができる。これは、ＧＤＳによって得られた時間とＦｅ、Ａｌ、酸素等の発光強度を示すプロファイル（ＧＤＳプロファイルという）から、Ａｌ量と表面皮膜厚さを算出する方法である。

本発明のＡｌ含有ステンレス鋼の製造方法は、溶解、鋳造、熱間圧延するものであり、その後は、熱延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、最終焼鈍又は冷間圧延、中間焼鈍、酸洗、最終冷間圧延、最終焼鈍を行い、酸洗するものである。

更に、微量の酸素を含むアルゴン雰囲気、窒素雰囲気又はアルゴンと窒素の混合雰囲気で熱処理を行ってもよい。

Ａｌ含有ステンレス鋼の製造方法において、加工性を向上させ、酸洗性を確保するために、最終焼鈍は極めて重要である。最終焼鈍の温度が、９００℃未満では、十分な再結晶が行われず、必要な加工性が発現しない。

また、１０００℃を超えると、酸化スケールが強固になるため、酸洗工程でのスケールの除去が困難となり好ましくない。従って、最終焼鈍温度は、９００〜１０００℃の範囲とすることが必要である。

加工性を更に向上させるには、熱間圧延後の製造工程において、熱延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、最終焼鈍又は冷間圧延、中間焼鈍、最終冷間圧延、最終焼鈍のように、冷間圧延の前後に焼鈍を行うことが好ましい。熱延板焼鈍と中間焼鈍の両方を行ってもよい。

熱延板焼鈍及び中間焼鈍の焼鈍温度は、８００〜１０００℃の範囲とすることが好ましい。これは、焼鈍温度が８００℃未満では、必要な加工性が得られ難く、１０００℃を超えると、結晶粒が大きくなりすぎ、加工時に肌荒れを生じ易くなるためである。

冷間圧延は、中間焼鈍を行わない場合は総冷延圧下率を、中間焼鈍を行う場合は最終冷間圧延の冷延圧下率（最終冷延圧下率という）を４０％以上とすることが好ましい。

これは、総冷延圧下率又は最終冷延圧下率が４０％未満では、歪の導入が不十分で、不均一であり、最終焼鈍による再結晶が遅れて加工性が低下する可能性があるためである。特に好ましい条件は、総冷延圧下率が６０％以上、最終冷延圧下率が５０％以上である。

総冷延圧下率又は最終冷延圧下率が９５％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、圧延ロールへの負荷が著しく大きくなる。従って、総冷延圧下率又は最終冷延圧下率の上限を９５％とすることが好ましい。

なお、総冷延圧下率は、熱延板の板厚と最終冷間圧延後の冷延板（最終冷延板という）の板厚の差を熱延板の板厚で除した値を百分率で表したものである。熱延板の板厚は、熱延板焼鈍後に測定しても良く、最終冷延板の板厚は最終焼鈍後又は酸洗後に測定してもよい。

また、最終冷延圧下率は、中間焼鈍前又は中間焼鈍後の冷延板（中間冷延板）の板厚と最終冷延板の板厚の差を中間冷延板の板厚で除した値を百分率で表したものである。

最終焼鈍後の酸洗は、ソルト、硝酸電解槽、硝弗酸槽から構成されるが、硝弗酸槽において、ふっ酸濃度が２０〜１００ｇ／ｌ、硝酸濃度が４０〜１５０ｇ／ｌ、液温が２０〜６０℃であることが好ましい。

これは、ふっ酸濃度が２０ｇ／ｌ未満、硝酸濃度が４０ｇ／ｌ未満では、酸化スケール除去が不十分あるため、スケール残りによる発色等が起こり、ふっ酸濃度が１００ｇ／ｌ超、硝酸濃度が１５０ｇ／ｌ超では、酸洗過多で母材の肌荒れが目立ち、酸洗液の液温が２０℃未満であると、酸洗が不十分となりスケール残りが発生し易く、６０℃を超えると、酸洗過多で肌荒れが目立つためである。

本発明のＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼の製造において、最終焼鈍、酸洗後、耐酸化性に優れた表面皮膜を形成するために、微量の酸素を含むアルゴンガス、窒素ガス、アルゴンと窒素の混合ガスの何れかの雰囲気で熱処理を行うことが必要である。

この雰囲気中の酸素含有量は、０．０００１〜０．１容量％であることが好ましい。これは、酸素含有量が、０．０００１容量％以下では、十分に酸化皮膜が成長できず、０．１容量％を超えると酸化皮膜中のＡｌ量が減少し、耐酸化性が低下するためである。

また、Ｈ₂ガスを含むような還元性雰囲気では熱処理中に酸化皮膜が形成されないため好ましくない。真空中に微量の酸素を導入した雰囲気でもよいが、真空チャンバー等の設備が必要である。

微量の酸素を含むアルゴン及び／又は窒素からなる雰囲気は、あらかじめ酸素含有量を調節したアルゴンガスボンベ、窒素ガスボンベ、アルゴンと窒素の混合ガスボンベのガスを使用しても良く、酸素ガスとアルゴンガス及び／又は窒素ガスをガス混合機等を用いて、酸素濃度を酸素濃度計によって測定しながら、それぞれのガスの流量を調整し、混合してもよい。

この微量の酸素を含有するアルゴン及び／又は窒素からなる雰囲気での熱処理は、６００〜９００℃で行うことが必要である。これは、熱処理温度が６００℃未満であると良好な酸化皮膜が形成されず、９００℃を超えると、鋼板の結晶粒径が粗大になり、加工性等の性質がやや劣化するためである。

また、熱処理時間は１分未満では熱処理の効果にばらつきが生じ、６０分超では、鋼板の結晶粒径が粗大化し、加工性等の性質がやや劣化するため、１〜６０分とすることが好ましい。なお、加工性の観点から好ましい熱処理時間の上限は、３０分以下である。

また、研磨仕上げの後に熱処理を行った場合、より皮膜中のＡｌ量が高い表面皮膜が形成されるため好ましい。更に、このＡｌ含有鋼板をマフラー等の部品に組み立ててから本願発明の熱処理を行ってもよい。

この表面の酸化皮膜を形成させる熱処理工程の替わりに、最終焼鈍を０．０００１〜０．１容量％の酸素を含むアルゴン雰囲気、窒素雰囲気又はアルゴンと窒素の混合雰囲気で行い、その後の酸洗を省略してもよい。この際には、温度範囲は８００〜１０００℃とすることが必要である。より好ましくは、９００〜１０００℃である。

なお、本発明のＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼を燃焼機器部材として用いる場合にも、微量の酸素を含むアルゴン雰囲気、窒素雰囲気又はアルゴンと窒素の混合雰囲気で熱処理を行うことが好ましい。熱処理の条件は、触媒担持部材に適用する際の条件と同様でよい。

更に、実施例により本発明を詳細に説明する。

（実施例１）
表１に示す化学成分を有する鋼塊を溶製し、熱延、冷延、焼鈍、酸洗し、厚さ１ｍｍの鋼板を製造した。

これらの鋼板から小片を採取し、表２に示す雰囲気及び加熱条件で熱処理を行った。熱処理の雰囲気は、予め濃度調節した酸素―アルゴン混合ガス又は酸素−窒素混合ガスをボンベから供給することによって制御した。

熱処理後の鋼板から試験片を採取し、表面の酸化皮膜をＧＤＳにより、Ｆｅ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｎ、Ｔｉ、Ｏ及び添加した選択元素の深さ方向分析を行った。

ＧＤＳによって得られた時間と各元素の発光強度を示すＧＤＳプロファイルから、Ａｌ量と表面皮膜厚さを測定した。結果の一例として、Ａｌ、Ｏ、Ｆｅ、ＣｒのＧＤＳプロファイルを図３に示す。

母材に含まれる各元素の濃度の分析値を発光強度で除して、各元素の感度係数を求めた。感度係数の算出には、例えば、図３において、２４０ｓにおける発光強度を用いる。

これは、２４０ｓのＧＤＳ分析を行うと、Ａｌ、Ｏ、Ｆｅ、Ｃｒの発光強度が一定になることから、母材に含まれる各元素の発光強度を測定していると考えられるためである。

また、２４０ｓのＧＤＳ分析を行った後の試料の表面の測定部分に対応する位置の凹部の深さ（放電痕深さという）を、触針式の粗度計を用いて測定した。この放電痕深さを測定時間、即ち２４０ｓで除したものを、スパッタ速度とした。このスパッタ速度と図３に例示したＧＤＳプロファイルにより皮膜厚さを求めた。

皮膜厚さの算出には、ＯのＧＤＳプロファイル（Ｏプロファイルという）を用いた。Ｏプロファイルにおいて、スパッタ開始直後の初期放電によるピークを無視して、その後のプラトー部分を酸素のピーク値とし、スパッタ開始から酸素のピーク半値までのスパッタ時間を求めた。

このスパッタ時間にスパッタ速度を乗じて、皮膜厚さを決定した。なお、熱処理を行っていない試料の表面の酸化皮膜は数ｎｍ以下であり、ＧＤＳでは測定不可能であった。

酸洗後の鋼板及び表２に示した熱処理後の鋼板からＪＩＳ Ｚ ２２０１に準拠して１３Ｂ号試験片を採取し、引張試験をＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して行った。さらに、９０ｍｍ幅の試験片中央部に、溶接電流２００Ａ、溶接速度２ｍ／ｍｉｎで、フィラーワイヤを用いずにＴＩＧ溶接を行った。

この溶接線上を試験片の中央とし、ＪＩＳ Ｚ ２２４７に準拠して、エリクセン試験機で張出加工を行った。張出加工は１０回繰り返し、平均エリクセン値と５ｍｍ以下での割れが発生した回数で溶接部加工性を評価した。

また、２０ｍｍ角の酸化試験片を採取し、表面に活性アルミナを主体とする触媒層を担持し、エンジン排気ガス雰囲気で加熱試験を実施した。

加熱試験は、７００℃の電気炉中に残存酸素量（約１％）、露点（約４０℃）を調節したエンジン排気ガスを導入し、その中で５ｈ保持した後、炉から取り出し、外観上の変色及び触媒層中へのＦｅ、Ｃｒ元素の拡散有無を調査し、外観上の変色が認められるまで繰り返した。

この加熱試験において、外観上の変色が認められるまでの繰り返し数に５ｈを乗じたものを排ガス７００℃寿命とし、５０時間以上を○、４５時間以下を×として、合否を判定した。

熱処理後の鋼の表面の酸化皮膜厚さ、Ａｌ量、引張試験結果、成形性試験結果、加熱試験結果を表３に、熱処理前の鋼の引張試験結果、成形性試験結果、加熱試験結果を表４に示す。

表３に示したように、微量の酸素を含む雰囲気で熱処理され、耐酸化性の高い表面皮膜を持つ請求項１〜３に係る発明鋼は、表４に示した比較例に比べて、排ガス７００℃寿命が長い。

一方、ＡＲ鋼のようにＡｌが１％しか含有されていない鋼は、酸素量を本発明の範囲とした雰囲気での熱処理によっても、耐酸化性は合格レベルに達しない。また、ＡＳ、ＡＴ鋼のように、Ａｌ量が３％以上含まれていて耐酸化性が充分である鋼では、酸素量を本発明の範囲とした雰囲気での熱処理による効果は小さく、耐酸化性はほとんど向上しない。

加工性、溶接性に関しては、酸素量を本発明の範囲とした雰囲気での熱処理による劣化は見られず、引張試験時の伸び、溶接部の加工性は、若干向上している。

表３に示した請求項１〜３に係る本発明の鋼と、同等の耐酸化性を有する表４に示した比較例、例えば、Ｎｏ．８０とＮｏ．１００を比較すると、Ｎｏ．８０の加工性、溶接性は、Ｎｏ．１００よりも優れている。

Ｅｌ_minに及ぼすＳｉ量の影響を示した図である。 ｒ_minに及ぼすＳｉ量の影響を示した図である。 グロー発光分光法による皮膜分析結果の一例を示した図である。

符号の説明

ａ Ａｌプロファイル
ｂ Ａｌ量
ｃ Ｏプロファイル
ｄ 皮膜厚さ
ｅ Ｃｒプロファイル
ｆ Ｆｅプロファイル

Claims (5)

1. 質量％で、
   Ｃ ：０．００２〜０．０２％、
   Ｎ ：０．０２％以下、
   Ｓｉ：０．０５〜１．０％、
   Ｍｎ：３．０％以下、
   Ｐ ：０．０４％以下、
   Ｓ ：０．０２％以下、
   Ｃｒ：１０〜２５％、
   Ａｌ：１．０〜３．０％未満、
   Ｔｉ：３×（Ｃ＋Ｎ）〜２０×（Ｃ＋Ｎ）％
   を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、表面にＡｌ量が１５％以上であり、厚さが０．０３〜０．５μｍの酸化皮膜を有することを特徴とする、加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板。
2. 質量％で、
   Ｃｕ：０．１〜２．５％、
   Ｍｏ：０．１〜２．５％、
   Ｎｉ：０．１〜２．５％、
   Ｎｂ：０．０１〜０．５％、
   Ｖ ：０．０５〜０．５％、
   Ｂ ：０．０００５〜０．００５％
   の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板。
3. 質量％で、
   Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％、
   Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、
   ＲＥＭ：０．００１〜０．０１％
   の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２記載の加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の成分からなるスラブ又はインゴットを熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、最終焼鈍、酸洗し、アルゴン及び／又は窒素からなる０．０００１〜０．１容量％の酸素を含む雰囲気で、６００〜９００℃で、１〜６０分加熱することを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
5. 請求項１〜３の何れか１項に記載の成分からなるスラブ又はインゴットを熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延し、最終焼鈍として、アルゴン及び／又は窒素からなる０．０００１〜０．１容量％の酸素を含む雰囲気で、８００〜１０００℃で、１〜６０分加熱することを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の加工性、耐酸化性に優れたＡｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。

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