JP2023152715A - フェライト系ステンレス鋼板 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐発銹性に優れる高純度フェライト系ステンレス鋼板を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ｃｒ：１０～３０％、Ａｌ：０．０１～０．２０％、Ｔｉ：０．３５％以下、Ｎｂ：０．７０％以下、Ｏ：０．０００５～０．０１０％、Ｎ：０．０５０％以下、Ｃａ：０．００３０％以下、Ｍｇ：０．００８×［％Ａｌ］～０．００３％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなり、鋼板表面において、円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２未満であり、かつ、前記円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物のうち、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３の質量比率が０．４０以上である介在物の個数割合が５０％以上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
Description
本発明は、耐発銹性に優れる高純度フェライト系ステンレス鋼板に関するものである。
ステンレス鋼は一般に塗装等を行わず、無垢のまま実用に供されるものであるため、鋼材の表面に露出したＣａＳを起点とする発銹が問題になる。ＣａＳの生成機構としては、溶鋼の凝固完了前に晶出するタイプと鋳片加熱時などの凝固完了後にＣａＯを含む介在物と母材のＳが反応して生成するタイプが知られており、これらを抑制する取り組みとしては溶製条件の制御によるものが知られている。例えば、特許文献１は、［Ｃａ］、［Ｓ］、［Ａｌ］、Ｔ．［Ｏ］濃度の組み合わせからなる式や鋼中の酸化物系介在物の成分ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２の濃度の組み合わせからなる式を満たすように精錬を行うことでＣａＳ生成を抑制して耐発銹性を高めることを特徴とする。特許文献２では、［Ｔｉ］、［Ｎ］、［Ｓｉ］、［Ａｌ］、［Ｍｏ］、［Ｃｒ］濃度の組み合わせからなる式やＣａＯを含有する酸化物系介在物の表面に存在するＴｉＮの存在割合を満たすように製錬してＣａＳを抑制して耐発銹性を高めることを特徴とする。
また、発銹にはＣａＳを含む介在物が鋼材の表面に露出していることが必要となる。介在物の露出形態や個数密度を制御する技術についても開示されている。特許文献３は、［Ａｌ］、［Ｃａ］濃度を所定の範囲内で精錬し、鋳片の加熱温度と熱間圧延率を規定することで介在物を微細化し、表面品質に優れることを特徴とする。特許文献４では、鋼板表面に存在する非金属介在物の個数密度や、酸化物系介在物の組成ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３の個数比率、濃度を所定の範囲にするための精錬技術が開示されている。
特許文献１ではＣａやＳの濃度を比較的低めに制御しなければならないため、精錬負荷の増大によるコストアップが問題となる。
特許文献２ではＴｉの添加コストの増加が問題となる。
特許文献２ではＴｉの添加コストの増加が問題となる。
特許文献３ではＣａＳのような発銹起点となる硫化物に関する技術開示がなく、発銹に対して表面に露出した酸化物系介在物のサイズや個数密度の影響は検討されていない。また酸化物系介在物にＭｇを含まないためＭｇを含む酸化物系介在物の変形挙動は開示されていない。
特許文献４ではＣａＳのような発銹起点となる硫化物に関する技術開示がなく、発銹に対して表面に露出した酸化物系介在物のサイズや個数密度の影響は検討されていない。
以上の開示されている技術において溶製段階におけるＣａＳの生成抑制から、製品におけるＣａとＳを含む酸化物系介在物（ＣａとＳ含有酸化物系介在物）の露出形態や個数密度を制御した耐発銹性に優れる鋼板は検討されていない。本発明は上記現状の問題点に鑑み、耐発銹性に優れる高純度フェライト系ステンレス鋼板を提供することにある。
本課題に対し、発明者らは鋭意検討した結果、ＣａとＳを含有する酸化物系介在物（ＣａとＳ含有酸化物系介在物）中に含まれるＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３の生成を抑制することで冷延により表層に露出するＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度を減少させ、かつサイズも低減させることが耐発銹性に対して重要であると判明した。
その要旨は以下の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ｃｒ：１０～３０％、Ａｌ：０．０１～０．２０％、Ｔｉ：０．３５％以下、Ｎｂ：０．７０％以下、Ｏ：０．０００５～０．０１０％、Ｎ：０．０５０％以下、Ｃａ：０．００３０％以下、Ｍｇ：０．００８×［％Ａｌ］～０．００３％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなり、鋼板表面において、円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２未満であり、かつ、前記円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物のうち、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３の質量比率が０．４０以上である介在物の個数割合が５０％以上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）更に、前記Ｆｅの一部に替えて質量％で、Ｂ：０．０００１～０．００２０％を含有することを特徴とする（１）に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
（３）更に、前記Ｆｅの一部に替えて質量％で、Ｖ：１．００％以下、Ｚｒ：０．００５～０．５０％、Ｇａ：０．０３０％以下、Ｍｏ：２．００％以下、ＲＥＭ：０．０１％以下、Ｔａ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．１０～２．００％、Ｓｎ：０．００５～０．５０％、Ｃｕ：２．００％以下、Ｗ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｓｂ：０．３０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）または（２）に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
（１）質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ｃｒ：１０～３０％、Ａｌ：０．０１～０．２０％、Ｔｉ：０．３５％以下、Ｎｂ：０．７０％以下、Ｏ：０．０００５～０．０１０％、Ｎ：０．０５０％以下、Ｃａ：０．００３０％以下、Ｍｇ：０．００８×［％Ａｌ］～０．００３％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなり、鋼板表面において、円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２未満であり、かつ、前記円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物のうち、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３の質量比率が０．４０以上である介在物の個数割合が５０％以上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）更に、前記Ｆｅの一部に替えて質量％で、Ｂ：０．０００１～０．００２０％を含有することを特徴とする（１）に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
（３）更に、前記Ｆｅの一部に替えて質量％で、Ｖ：１．００％以下、Ｚｒ：０．００５～０．５０％、Ｇａ：０．０３０％以下、Ｍｏ：２．００％以下、ＲＥＭ：０．０１％以下、Ｔａ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．１０～２．００％、Ｓｎ：０．００５～０．５０％、Ｃｕ：２．００％以下、Ｗ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｓｂ：０．３０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）または（２）に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
ＣａとＳ含有酸化物系介在物を起点とした発銹の少ない高純度フェライト系ステンレス鋼を提供することができる。
以下、本発明の内容を詳細に説明する。
まず、本発明を着想するに至った実験について述べる。ＣａＳは鋳片の段階、つまり製鋼段階で生成を抑制したとしても、熱間圧延前の鋳片加熱時に母材中のＳと介在物中のＣａＯが反応してＣａＳが生成する。ＣａＳは単独では存在せず、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３から成る酸化物系介在物の周囲にＣａＳが生成し、ＣａとＳを含有する酸化物系介在物を構成している。個々の介在物の元素平均組成を評価したとき、ＣａとＳとＯを含有し、さらにＡｌ、Ｍｇなどを含有する介在物については、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯなどの酸化物系介在物の周囲にＣａＳが生成していることが観察された。そこで本発明では、個々の介在物の平均組成において、少なくともＣａ、Ｓ、Ｏを含有している介在物について、「ＣａとＳ含有酸化物系介在物」として特定することとした。介在物中のＳがＣａＳを形成して酸化物系介在物の周囲に存在、残余のＣａはＣａＯを形成して酸化物系介在物の一部となり、介在物中のＡｌ、ＭｇはＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯとして酸化物系介在物の一部を構成する。
このＣａとＳ含有酸化物系介在物は当然ながら鋼板表面に露出している場合に発銹起点となる。そこで、鋼板表面で観察されるＣａとＳ含有酸化物系介在物を評価対象とする。
ＣａとＳ含有酸化物系介在物が発銹に及ぼす影響を調査した。実機製造設備にて、鋳片を加熱後に熱間圧延し、焼鈍後、酸洗した鋼板（４ｍｍｔ）を冷間圧延し、仕上げ焼鈍を施した後、酸洗して鋼板（０．５ｍｍｔ）を製造した。
＜ＣａとＳ含有酸化物系介在物の組成＞
発明者らは冷延工程において、ＣａとＳ含有酸化物系介在物が鋼板表面に更に露出すると考え、発銹試験を行った。発銹の判定は塩水噴霧試験後にマイクロスコープを用いて介在物を起点とする円相当径が０．５ｍｍ以上のさびを「発銹」とし、発銹面積率が５．０％未満の場合に「合格」とした。発銹起点は、鋼板表面に露出して圧延方向に展伸したＣａとＳ含有酸化物系介在物であった。
発明者らは冷延工程において、ＣａとＳ含有酸化物系介在物が鋼板表面に更に露出すると考え、発銹試験を行った。発銹の判定は塩水噴霧試験後にマイクロスコープを用いて介在物を起点とする円相当径が０．５ｍｍ以上のさびを「発銹」とし、発銹面積率が５．０％未満の場合に「合格」とした。発銹起点は、鋼板表面に露出して圧延方向に展伸したＣａとＳ含有酸化物系介在物であった。
さらに調査を進めると熱延焼鈍酸洗板の板厚比で冷延圧下率が５０％以上において発銹判定が合格となる場合と不合格となる場合があることも判明した。その差について介在物組成の観点から究明を試みた。介在物の組成は鋼板表面に露出した介在物を無作為に１００個抽出し、ＥＤＳを用いて分析した。鋼板表面に露出した介在物はＣａとＳとＯを含有し、さらにＡｌ、Ｍｇなどを含有する介在物であって、ＣａとＳ含有酸化物系介在物であった。各介在物を１６分割し、各分割ブロックにおいてＳＥＭ・ＥＤＳ分析した半定量元素濃度［質量％］から、各分割ブロックでの構成化合物を特定したところ、対象とするＣａとＳ含有酸化物系介在物は、化合物としてＣａＳ、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯを含むものであることが判明した。その鋼板を塩水噴霧試験に供してＣａとＳ含有酸化物系介在物と発銹の関係を調査した。
＜円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度：１．０個／ｃｍ２未満＞
円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度は発銹面積率と相関があり、図１に示す通り、前記円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２以上の場合、発銹面積率の合格基準とする５．０％を超えるため、前記個数密度を１．０個／ｃｍ２未満とした。好ましくは０．８個／ｃｍ２未満、さらに好ましくは０．６個／ｃｍ２未満、最も好ましくは０．５個／ｃｍ２未満である。特に円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物を起点とする発銹は介在物一つ当たりに生成するさびの直径が１ｍｍ以上と大きく、さび面積率の増加を助長することから発銹面積率抑制には円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度低減が必要となる。
円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度は発銹面積率と相関があり、図１に示す通り、前記円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２以上の場合、発銹面積率の合格基準とする５．０％を超えるため、前記個数密度を１．０個／ｃｍ２未満とした。好ましくは０．８個／ｃｍ２未満、さらに好ましくは０．６個／ｃｍ２未満、最も好ましくは０．５個／ｃｍ２未満である。特に円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物を起点とする発銹は介在物一つ当たりに生成するさびの直径が１ｍｍ以上と大きく、さび面積率の増加を助長することから発銹面積率抑制には円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度低減が必要となる。
＜円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物のうち、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３質量比率が０．４０以上である介在物の割合：５０％以上＞
円相当径で４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物において、ＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２未満であることに加え、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３質量比率が０．４以上の個数割合が５０％以上の場合に発銹判定は「合格」であった。発銹の判定は塩水噴霧試験後にマイクロスコープを用いて介在物を起点とする円相当径が０．５ｍｍ以上のさびを「発銹」とし、発銹面積率が５．０％未満の場合に「合格」とした。発銹面積率の測定はマイクロスコープで観察した４ｃｍ２の領域を画像解析してさびの面積を測定し、測定面積で除して算出した。
円相当径で４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物において、ＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２未満であることに加え、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３質量比率が０．４以上の個数割合が５０％以上の場合に発銹判定は「合格」であった。発銹の判定は塩水噴霧試験後にマイクロスコープを用いて介在物を起点とする円相当径が０．５ｍｍ以上のさびを「発銹」とし、発銹面積率が５．０％未満の場合に「合格」とした。発銹面積率の測定はマイクロスコープで観察した４ｃｍ２の領域を画像解析してさびの面積を測定し、測定面積で除して算出した。
発銹試験において、鋼板表面に露出したＣａとＳ含有酸化物系介在物に付随しているＣａＳに容易に塩水が到達し、発銹すると推定される。
円相当径で４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物において、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３比率が０．４以上の場合、硬質なＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３より軟質なＭｇＯの存在割合が大きく、冷延での破砕を促進し、鋼板表面に露出したとしても、前述の介在物の割合が５０％以上の場合、円相当径が４μｍ未満となるＣａとＳ含有酸化物系介在物が多くなるため、発銹面積率が抑制されると考えられる。ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３比率０．４０以上の介在物の割合は好ましくは５２％以上、さらに好ましくは５３％以上、最も好ましくは５５％以上である。
一方、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３比率が０．４未満の場合、硬質なＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３の存在割合が大きく、冷延で破砕され難いため鋼板表面に露出し、円相当径４μｍ以上であるＣａとＳ含有酸化物系介在物が鋼板表面に多く残存するため、発銹面積率が増加し易くなると考えられる。
ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３比率の算出方法について説明する。ＣａとＳを含む酸化物系介在物を１６分割し、各分割ブロックにおいてＳＥＭ・ＥＤＳ分析した半定量元素濃度［質量％］を平均した介在物ごとのＭｇ、Ａｌの平均組成値からＭｇＯおよびＡｌ２Ｏ３濃度へ換算する。このＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３濃度の比からＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３比率を求めた。製鋼段階で形成される酸化物中にはＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３のスピネル、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３のスピネルもしくはＭｇＯが晶出しており、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３比率が０．４以上の場合にはＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３の晶出が抑制され、ＭｇＯの晶出が促進された状態であると考えられる。
＜鋼成分について＞
上述したように本発明は介在物組成制御と介在物のサイズ、個数密度制御を主体とする溶鋼中成分制御に関するもので、一般的に製造されているフェライト系ステンレス鋼に適用可能なものである。以下に好適に用いることができる成分範囲を示す。
上述したように本発明は介在物組成制御と介在物のサイズ、個数密度制御を主体とする溶鋼中成分制御に関するもので、一般的に製造されているフェライト系ステンレス鋼に適用可能なものである。以下に好適に用いることができる成分範囲を示す。
Ｃ：０．０２％以下
Ｃは鋼板の成形性と耐食性を劣化させるため、その含有量は低く抑える必要があり、その含有量は０．０２％以下とした。好ましくは０．０１５％以下である。さらに好ましくは０．０１２％、最も好ましくは０．０１０％以下である。尚、Ｃ含有量の過度の低減は精錬コストが増加するため、下限は０．００２％以上が好ましい。
Ｃは鋼板の成形性と耐食性を劣化させるため、その含有量は低く抑える必要があり、その含有量は０．０２％以下とした。好ましくは０．０１５％以下である。さらに好ましくは０．０１２％、最も好ましくは０．０１０％以下である。尚、Ｃ含有量の過度の低減は精錬コストが増加するため、下限は０．００２％以上が好ましい。
Ｓｉ：１．００％以下
Ｓｉは、脱酸剤としても有用であるとともに、耐食性、高温強度および耐酸化性に対して有効な元素である。一方、Ｓｉは、加工性および酸洗性を劣化させるため、１．００％以下とした。好ましくは０．７５％以下、さらに好ましくは０．６０％以下、最も好ましくは０．５０％以下である。Ｓｉよりも強力な元素であるＡｌで十分に脱酸が可能なため、添加する必要はないが、Ａｌ添加前に予備脱酸として用いる分には添加しても構わない。添加する場合、その効果を発現させるためには０．０１％以上にするとよく、好ましくは０．０５％以上にするとよい。
Ｓｉは、脱酸剤としても有用であるとともに、耐食性、高温強度および耐酸化性に対して有効な元素である。一方、Ｓｉは、加工性および酸洗性を劣化させるため、１．００％以下とした。好ましくは０．７５％以下、さらに好ましくは０．６０％以下、最も好ましくは０．５０％以下である。Ｓｉよりも強力な元素であるＡｌで十分に脱酸が可能なため、添加する必要はないが、Ａｌ添加前に予備脱酸として用いる分には添加しても構わない。添加する場合、その効果を発現させるためには０．０１％以上にするとよく、好ましくは０．０５％以上にするとよい。
Ｍｎ：１．００％以下
Ｍｎは脱酸に寄与する元素であるが、加工性を低下させる。加工性の低下を防ぐため、１．００％以下とする。好ましくは０．７５％以下、さらに好ましくは０．５０％以下、最も好ましくは０．４５％以下である。一方、Ｍｎよりも強力な元素であるＡｌで十分に脱酸が可能なため、添加する必要はないが、Ａｌ添加前に予備脱酸として用いる分には添加しても構わない。添加する場合、その効果を発現させるためには０．０１％以上にするとよく、好ましくは０．０５％以上にするとよい。
Ｍｎは脱酸に寄与する元素であるが、加工性を低下させる。加工性の低下を防ぐため、１．００％以下とする。好ましくは０．７５％以下、さらに好ましくは０．５０％以下、最も好ましくは０．４５％以下である。一方、Ｍｎよりも強力な元素であるＡｌで十分に脱酸が可能なため、添加する必要はないが、Ａｌ添加前に予備脱酸として用いる分には添加しても構わない。添加する場合、その効果を発現させるためには０．０１％以上にするとよく、好ましくは０．０５％以上にするとよい。
Ｐ：０．０４０％以下
Ｐは母材及び溶接部靭性を損なうため、上限を０．０４０％とした。好ましくは０．０３５％、さらに好ましくは０．０３３％、最も好ましくは０．０３０％である。一方、ステンレス鋼のＰ含有量を極度に低下させることは製造コストの上昇を招くため、Ｐ含有量の下限は０．０１０％が好ましい。
Ｐは母材及び溶接部靭性を損なうため、上限を０．０４０％とした。好ましくは０．０３５％、さらに好ましくは０．０３３％、最も好ましくは０．０３０％である。一方、ステンレス鋼のＰ含有量を極度に低下させることは製造コストの上昇を招くため、Ｐ含有量の下限は０．０１０％が好ましい。
Ｓ：０．００６％以下
ＳはＣａＳの生成を促進し、耐食性を劣化させるほか、溶接部の高温割れに悪影響を及ぼす有害な元素であるため、Ｓ含有量を０．００６％以下とした。好ましくは０．００３％以下、さらに好ましくは０．００２５％以下、最も好ましくは０．００２０％以下である。
ＳはＣａＳの生成を促進し、耐食性を劣化させるほか、溶接部の高温割れに悪影響を及ぼす有害な元素であるため、Ｓ含有量を０．００６％以下とした。好ましくは０．００３％以下、さらに好ましくは０．００２５％以下、最も好ましくは０．００２０％以下である。
Ｃｒ：１０～３０％
Ｃｒはステンレス鋼に耐食性をもたらす重要な元素で、１０％以上の添加が必要であり、好ましくは１３％以上、さらに好ましくは１５％以上、最も好ましくは１７％以上にするとよい。その一方で多量の添加は加工性の低下を招くため、Ｃｒ含有量を３０％以下とし、好ましくは２７％以下、さらに好ましくは２５％以下、最も好ましくは２３％以下にするとよい。
Ｃｒはステンレス鋼に耐食性をもたらす重要な元素で、１０％以上の添加が必要であり、好ましくは１３％以上、さらに好ましくは１５％以上、最も好ましくは１７％以上にするとよい。その一方で多量の添加は加工性の低下を招くため、Ｃｒ含有量を３０％以下とし、好ましくは２７％以下、さらに好ましくは２５％以下、最も好ましくは２３％以下にするとよい。
Ａｌ：０．０１～０．２０％
Ａｌは鋼を脱酸するために必要な元素であり、Ｓを０．００６％以下にするためにも必要な元素である。そのため下限を０．０１％とする。Ａｌ含有量の下限は、好ましくは０．０２％、さらに好ましくは０．０３％、最も好ましくは０．０４％である。過剰な添加は加工性を低下させるため、その上限を０．２０％とする。好ましくは０．１５％、さらに好ましくは０．１３％、最も好ましくは０．１２％である。
Ａｌは鋼を脱酸するために必要な元素であり、Ｓを０．００６％以下にするためにも必要な元素である。そのため下限を０．０１％とする。Ａｌ含有量の下限は、好ましくは０．０２％、さらに好ましくは０．０３％、最も好ましくは０．０４％である。過剰な添加は加工性を低下させるため、その上限を０．２０％とする。好ましくは０．１５％、さらに好ましくは０．１３％、最も好ましくは０．１２％である。
Ｔｉ：０．３５％以下
Ｔｉは、Ｃ，Ｎ，Ｓと結合して耐食性、耐粒界腐食性、常温延性や深絞り性を向上させる元素である。Ｔｉを０．３５％超で含有させると加工性が著しく劣化するため、Ｔｉ含有量の上限を０．３５％とした。好ましくは０．３３％、さらに好ましくは０．３０％、最も好ましくは０．２８％である。
Ｔｉは、Ｃ，Ｎ，Ｓと結合して耐食性、耐粒界腐食性、常温延性や深絞り性を向上させる元素である。Ｔｉを０．３５％超で含有させると加工性が著しく劣化するため、Ｔｉ含有量の上限を０．３５％とした。好ましくは０．３３％、さらに好ましくは０．３０％、最も好ましくは０．２８％である。
Ｎｂ：０．７０％以下
Ｎｂは成形性や耐食性を高める作用がある。０．７０％を超えて添加すると再結晶しにくくなって組織が粗くなるため、上限を０．７０％とする。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．６０％以下、さらに好ましくは０．５０％以下、最も好ましくは０．４５％以下にするとよい。
Ｎｂは成形性や耐食性を高める作用がある。０．７０％を超えて添加すると再結晶しにくくなって組織が粗くなるため、上限を０．７０％とする。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．６０％以下、さらに好ましくは０．５０％以下、最も好ましくは０．４５％以下にするとよい。
Ｏ：０．０００５～０．０１０％
Ｏが０．０１０％を超えて存在すると、酸化物系介在物が多量に生成し、ノズル閉塞などの製造トラブルを招くため、Ｏ含有量を０．０１０％以下とする。好ましくは０．００８％以下、さらに好ましくは０．００７％以下、最も好ましくは０．００６％以下である。但し、過剰な脱酸もまた精錬負荷が増加してコストアップを招くため、下限を０．０００５％とする。Ｏ含有量は、好ましくは０．０００８％以上、さらに好ましくは０．００１０％以上、最も好ましくは０．００１２％以上である。尚、ＯはＴ．Ｏを意味する。
Ｏが０．０１０％を超えて存在すると、酸化物系介在物が多量に生成し、ノズル閉塞などの製造トラブルを招くため、Ｏ含有量を０．０１０％以下とする。好ましくは０．００８％以下、さらに好ましくは０．００７％以下、最も好ましくは０．００６％以下である。但し、過剰な脱酸もまた精錬負荷が増加してコストアップを招くため、下限を０．０００５％とする。Ｏ含有量は、好ましくは０．０００８％以上、さらに好ましくは０．００１０％以上、最も好ましくは０．００１２％以上である。尚、ＯはＴ．Ｏを意味する。
Ｎ：０．０５０％以下
ＮはＣと同様、成形性と耐食性を劣化させるため、０．０５０％以下とした。好ましくは０．０２５％以下、さらに好ましくは０．０２０％以下、最も好ましくは０．０１８％以下である。
ＮはＣと同様、成形性と耐食性を劣化させるため、０．０５０％以下とした。好ましくは０．０２５％以下、さらに好ましくは０．０２０％以下、最も好ましくは０．０１８％以下である。
Ｃａ：０．００３０％以下
Ｃａは本発明においては不要な元素である。０．００３０％を超えて存在すると、精錬中または鋳造中に直接Ｓと反応してＣａＳを生成してしまうため、Ｃａ含有量を０．００３０％以下とする。好ましくは０．００２８％以下、さらに好ましくは０．００２５％以下、最も好ましくは０．００２２％以下である。
Ｃａは本発明においては不要な元素である。０．００３０％を超えて存在すると、精錬中または鋳造中に直接Ｓと反応してＣａＳを生成してしまうため、Ｃａ含有量を０．００３０％以下とする。好ましくは０．００２８％以下、さらに好ましくは０．００２５％以下、最も好ましくは０．００２２％以下である。
Ｍｇ：０．００８×［％Ａｌ］～０．００３％
ＭｇはＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３スピネルやＭｇＯを構成する元素であるが、介在物の酸化物部分にＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３スピネルが晶出するか、ＭｇＯが晶出するかはＭｇ濃度とＡｌ濃度の比率で決定される。［％Ｍｇ］が０．００８×［％Ａｌ］より低い場合はＭｇＯ晶出が安定しないため、［％Ｍｇ］含有量を０．００８×［％Ａｌ］以上とする。好ましくは０．０１０×［％Ａｌ］以上、さらに好ましくは０．０１１×［％Ａｌ］以上、最も好ましくは０．０１２×［％Ａｌ］以上である。Ｍｇ含有量が０．００３％を超えると、溶鋼中でＭｇとＳが直接反応してＭｇＳを生成する。ＭｇＳは水溶性介在物であり、耐食性を劣化させるため、Ｍｇ含有量の上限を０．００３％とする。好ましくは０．００２％、さらに好ましくは０．００１％である。
ＭｇはＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３スピネルやＭｇＯを構成する元素であるが、介在物の酸化物部分にＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３スピネルが晶出するか、ＭｇＯが晶出するかはＭｇ濃度とＡｌ濃度の比率で決定される。［％Ｍｇ］が０．００８×［％Ａｌ］より低い場合はＭｇＯ晶出が安定しないため、［％Ｍｇ］含有量を０．００８×［％Ａｌ］以上とする。好ましくは０．０１０×［％Ａｌ］以上、さらに好ましくは０．０１１×［％Ａｌ］以上、最も好ましくは０．０１２×［％Ａｌ］以上である。Ｍｇ含有量が０．００３％を超えると、溶鋼中でＭｇとＳが直接反応してＭｇＳを生成する。ＭｇＳは水溶性介在物であり、耐食性を劣化させるため、Ｍｇ含有量の上限を０．００３％とする。好ましくは０．００２％、さらに好ましくは０．００１％である。
上記鋼成分の残部はＦｅ及び不可避的不純物である。ここで不可避的不純物とは、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。
また、本実施形態の高純度フェライト系ステンレス鋼は、Ｆｅの一部に代えて、更に質量％で、Ｂ：０．０００１～０．００２０％を含んでも良い。
Ｂ：０．０００１～０．００２０％
Ｂは粒界の強度を高める元素であり、加工性の向上に寄与する。含有する場合、この効果を発現させるためには０．０００１％以上含有するとよく、好ましくは０．０００３％以上、さらに好ましくは０．０００４％以上、最も好ましくは０．０００５％以上にするとよい。一方、過剰な添加は却って延びの低下による加工性低下を招くため、Ｂ含有量を０．００２０％以下とし、好ましくは０．００１８％以下、さらに好ましくは０．００１５％以下、最も好ましくは０．００１０％以下にするとよい。
Ｂは粒界の強度を高める元素であり、加工性の向上に寄与する。含有する場合、この効果を発現させるためには０．０００１％以上含有するとよく、好ましくは０．０００３％以上、さらに好ましくは０．０００４％以上、最も好ましくは０．０００５％以上にするとよい。一方、過剰な添加は却って延びの低下による加工性低下を招くため、Ｂ含有量を０．００２０％以下とし、好ましくは０．００１８％以下、さらに好ましくは０．００１５％以下、最も好ましくは０．００１０％以下にするとよい。
更に、Ｆｅの一部に代えて、Ｖ：１．００％以下、Ｚｒ：０．００５～０．５０％、Ｇａ：０．０３０％以下、Ｍｏ：２．００％以下、ＲＥＭ：０．０１％以下、Ｔａ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．１０～２．００％、Ｓｎ：０．００５～０．５０％、Ｃｕ：２．００％以下、Ｗ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｓｂ：０．０．３０％以下のうちの１種または２種以上を含んでも良い。
Ｖ：１．００％以下
Ｖは、耐食性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、Ｖを過剰に含有させると、靭性が低下する。また、粗大炭窒化物によって靭性が低下する。このため、Ｖ含有量は１．００％以下とし、好ましくは０．８０％以下、さらに好ましくは０．６０％以下、最も好ましくは０．５０％以下にするとよい。
Ｖは、耐食性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、Ｖを過剰に含有させると、靭性が低下する。また、粗大炭窒化物によって靭性が低下する。このため、Ｖ含有量は１．００％以下とし、好ましくは０．８０％以下、さらに好ましくは０．６０％以下、最も好ましくは０．５０％以下にするとよい。
Ｚｒ：０．００５～０．５０％
Ｚｒは耐食性を向上させるために必要に応じて添加させることができ０．００５％以上で効果を発現する。Ｚｒは腐食速度を抑制するのに重要な元素であるが、過剰な添加は製造性及びコストを悪化させる。このため、０．００５～０．５０％とし、好ましくは０．０１～０．４５％、さらに好ましくは０．０２～０．４０％、最も好ましくは０．０３～０．３５％である。
Ｚｒは耐食性を向上させるために必要に応じて添加させることができ０．００５％以上で効果を発現する。Ｚｒは腐食速度を抑制するのに重要な元素であるが、過剰な添加は製造性及びコストを悪化させる。このため、０．００５～０．５０％とし、好ましくは０．０１～０．４５％、さらに好ましくは０．０２～０．４０％、最も好ましくは０．０３～０．３５％である。
Ｇａ：０．０３０％以下
Ｇａは、耐食性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、Ｇａを過剰に含有させると、熱間加工性が低下するため、Ｇａ含有量は０．０３０％以下とし、好ましくは０．０２８％以下、さらに好ましくは０．０２５％以下、最も好ましくは０．２５％以下である。
Ｇａは、耐食性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、Ｇａを過剰に含有させると、熱間加工性が低下するため、Ｇａ含有量は０．０３０％以下とし、好ましくは０．０２８％以下、さらに好ましくは０．０２５％以下、最も好ましくは０．２５％以下である。
Ｍｏ：２．００％以下
Ｍｏは、耐食性を向上させる元素であるが、過剰な添加は加工性と耐酸化性を劣化させるとともに、合金コストアップにつながるため、Ｍｏ含有量の上限は２．００％とし、製造性および合金コストを考慮すると、好ましくは０．２０～１．８０％、さらに好ましくは０．４０～１．７０％、最も好ましくは０．５～１．５％である。
Ｍｏは、耐食性を向上させる元素であるが、過剰な添加は加工性と耐酸化性を劣化させるとともに、合金コストアップにつながるため、Ｍｏ含有量の上限は２．００％とし、製造性および合金コストを考慮すると、好ましくは０．２０～１．８０％、さらに好ましくは０．４０～１．７０％、最も好ましくは０．５～１．５％である。
ＲＥＭ：０．００１～０．１０％
ＲＥＭは、熱間加工性や鋼の清浄度を向上させ、本発明の耐食性向上に有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。添加する場合は、その効果が発現する０．００１％以上とする。しかし、過度の添加は、合金コストの上昇と製造性の低下に繋がるため、上限は０．１０％とする。効果と経済性および製造性を考慮して、１種または２種以上で好ましくは０．００１～０．０８％、さらに好ましくは０．００１～０．０６％、最も好ましくは０．００１～０．０５％である。ＲＥＭは、原子番号５７～７１に帰属する元素であり、例えば、Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄを例示できる。
ＲＥＭは、熱間加工性や鋼の清浄度を向上させ、本発明の耐食性向上に有効な元素であり、必要に応じて添加してもよい。添加する場合は、その効果が発現する０．００１％以上とする。しかし、過度の添加は、合金コストの上昇と製造性の低下に繋がるため、上限は０．１０％とする。効果と経済性および製造性を考慮して、１種または２種以上で好ましくは０．００１～０．０８％、さらに好ましくは０．００１～０．０６％、最も好ましくは０．００１～０．０５％である。ＲＥＭは、原子番号５７～７１に帰属する元素であり、例えば、Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄを例示できる。
Ｔａ：０．１０％以下
Ｔａを過剰に含有させると、靭性が低下するため、Ｔａ含有量は０．１０％以下が好ましい。また、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて０．０１％以上含有させてもよく、好ましくは０．０３％以上、さらに好ましくは０．０４％以上、最も好ましくは０．０５％以上である。
Ｔａを過剰に含有させると、靭性が低下するため、Ｔａ含有量は０．１０％以下が好ましい。また、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて０．０１％以上含有させてもよく、好ましくは０．０３％以上、さらに好ましくは０．０４％以上、最も好ましくは０．０５％以上である。
Ｎｉ：０．１０～２．００％
Ｎｉは、耐錆性を向上させる元素であり、必要に応じて添加することが出来る。Ｎｉ含有量が０．１０％未満の場合、耐錆性の向上が見込まれないため、下限は０．１０％とする。Ｎｉ含有量が２．００％を超えると耐酸化性および加工性が劣化するため、上限は２．０％とする。更に、製造性、耐酸化性、合金コストを考慮すると、好ましくは０．１０～１．２０％、さらに好ましくは０．１０～１．０％、最も好ましくは０．１０～０．８％である。
Ｎｉは、耐錆性を向上させる元素であり、必要に応じて添加することが出来る。Ｎｉ含有量が０．１０％未満の場合、耐錆性の向上が見込まれないため、下限は０．１０％とする。Ｎｉ含有量が２．００％を超えると耐酸化性および加工性が劣化するため、上限は２．０％とする。更に、製造性、耐酸化性、合金コストを考慮すると、好ましくは０．１０～１．２０％、さらに好ましくは０．１０～１．０％、最も好ましくは０．１０～０．８％である。
Ｓｎ：０．００５～０．５０％
Ｓｎは添加することでステンレス鋼の高い耐食性を更に高める効果があり、この効果を得るために０．００５％以上とし、好ましくは０．０１％以上、さらに好ましくは０．０２％以上、最も好ましくは０．０３％以上である。一方、過剰な添加は加工性の低下につながるため、Ｓｎ含有量を０．５０％以下とし、好ましくは０．４０％以下、さらに好ましくは０．３５％以下、最も好ましくは０．３０％以下である。
Ｓｎは添加することでステンレス鋼の高い耐食性を更に高める効果があり、この効果を得るために０．００５％以上とし、好ましくは０．０１％以上、さらに好ましくは０．０２％以上、最も好ましくは０．０３％以上である。一方、過剰な添加は加工性の低下につながるため、Ｓｎ含有量を０．５０％以下とし、好ましくは０．４０％以下、さらに好ましくは０．３５％以下、最も好ましくは０．３０％以下である。
Ｃｕ：２．００％以下
Ｃｕは２．００％を超えて過剰に添加すると、製造上のコストに見合う性能の向上がなされないため、Ｃｕ含有量は２．００％以下とし、好ましくは１．２０％以下、さらに好ましくは１．００％以下、最も好ましくは０．８０％以下である。一方、Ｃｕは添加することでステンレス鋼の高い耐食性を更に高める作用があり、この効果を得るためにはＣｕ含有量を０．０１％以上とし、好ましくは０．０３％以上、さらに好ましくは０．０５％以上、最も好ましくは０．２０％以上である。
Ｃｕは２．００％を超えて過剰に添加すると、製造上のコストに見合う性能の向上がなされないため、Ｃｕ含有量は２．００％以下とし、好ましくは１．２０％以下、さらに好ましくは１．００％以下、最も好ましくは０．８０％以下である。一方、Ｃｕは添加することでステンレス鋼の高い耐食性を更に高める作用があり、この効果を得るためにはＣｕ含有量を０．０１％以上とし、好ましくは０．０３％以上、さらに好ましくは０．０５％以上、最も好ましくは０．２０％以上である。
Ｗ：１．００％以下、
Ｗは、耐食性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、Ｗを過剰に含有させると、粗大炭窒化物等によって靭性が低下するため、Ｗ含有量は１．００％以下とし、好ましくは０．８０％以下、さらに好ましくは０．６０％以下、最も好ましくは０．５０％以下である。
Ｗは、耐食性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、Ｗを過剰に含有させると、粗大炭窒化物等によって靭性が低下するため、Ｗ含有量は１．００％以下とし、好ましくは０．８０％以下、さらに好ましくは０．６０％以下、最も好ましくは０．５０％以下である。
Ｃｏ：１．００％以下
Ｃｏは、鋼材の耐錆性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、Ｃｏを過剰に含有させると、靭性が低下するため、Ｃｏ含有量は１．００％以下とし、好ましくは０．８０％以下、さらに好ましくは０．６０％以下、最も好ましくは０．５０％以下である。
Ｃｏは、鋼材の耐錆性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、Ｃｏを過剰に含有させると、靭性が低下するため、Ｃｏ含有量は１．００％以下とし、好ましくは０．８０％以下、さらに好ましくは０．６０％以下、最も好ましくは０．５０％以下である。
Ｓｂ：０．００５～０．５０％
Ｓｂは耐食性を向上させるために必要に応じて添加させることができ０．００５％以上で効果を発現する。Ｓｂは腐食速度を抑制するのに重要な元素であるが、過剰な添加は製造性及びコストを悪化させるため、０．００５～０．５０％とし、好ましくは０．００５～０．４５％、さらに好ましくは０．００５～０．０４０％、最も好ましくは０．００５～０．０３５％である。
Ｓｂは耐食性を向上させるために必要に応じて添加させることができ０．００５％以上で効果を発現する。Ｓｂは腐食速度を抑制するのに重要な元素であるが、過剰な添加は製造性及びコストを悪化させるため、０．００５～０．５０％とし、好ましくは０．００５～０．４５％、さらに好ましくは０．００５～０．０４０％、最も好ましくは０．００５～０．０３５％である。
＜製造方法＞
ＣａＳは鋳片段階（製鋼段階）、熱間圧延前の鋳片加熱時に母材中のＳと介在物中のＣａＯが反応して生成する。そのため、製鋼段階においては、脱硫促進によるＣａＳの制御、ＭｇＯの晶出促進による酸化物系介在物の制御を行い、鋳片加熱段階においては、ＣａとＳ含有酸化物系介在物の組成の制御を行った。
ＣａＳは鋳片段階（製鋼段階）、熱間圧延前の鋳片加熱時に母材中のＳと介在物中のＣａＯが反応して生成する。そのため、製鋼段階においては、脱硫促進によるＣａＳの制御、ＭｇＯの晶出促進による酸化物系介在物の制御を行い、鋳片加熱段階においては、ＣａとＳ含有酸化物系介在物の組成の制御を行った。
［製鋼段階におけるＣａＳの制御］
製鋼段階においてＣａＳを抑制する制御方法として、取鍋内の溶鋼段階において脱硫の促進が必要である。
製鋼段階においてＣａＳを抑制する制御方法として、取鍋内の溶鋼段階において脱硫の促進が必要である。
取鍋内の溶鋼段階において、３（ＣａＯ）＋３［Ｓ］＋２［Ａｌ］→３（ＣａＳ）＋［Ａｌ２Ｏ３］のように、精錬スラグとしての液相酸化物の（ＣａＯ）と、溶鋼中の［Ｓ］、［Ａｌ］が反応して、（ＣａＳ）が生じ、精錬スラグ中に取り込まれることにより、溶鋼の脱硫が進行すると考えられる。本検討では脱酸元素としてＡｌを添加して、上記反応過程によって脱硫を促進し、溶鋼中Ｓ濃度を十分低下させて０．００６％以下にすることで、鋳片加熱時におけるＣａＳの生成を抑制した。溶鋼中Ｓ濃度は好ましくは０．００３％以下、さらに好ましくは０．００２５％以下、最も好ましくは０．００２０％以下である。
［製鋼段階における酸化物系介在物の制御］
鋳片段階（製鋼段階）において、酸化物系介在物中にＭｇＯやＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３を晶出させるためには、酸化物系介在物中のＭｇＯ濃度を高くすることが必要であり、直接・間接的に溶鋼にＭｇを添加する必要がある。Ｍｇの直接添加は金属ＭｇやＮｉ－Ｍｇなどの合金による溶鋼中への添加であり、間接添加は精錬スラグ中ＭｇＯの還元である。いずれの場合も精錬スラグ中のＭｇＯ活量を制御することが酸化物系介在物中のＭｇＯ濃度を安定的に高めるためには重要である。ＭｇＯやＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３の生成しやすさは他成分の影響もあるため、ＭｇＯ活量の閾値は一意には決められないが、ＣａとＳ含有酸化物系介在物のうち、本発明範囲であるＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３比率０．４０以上である介在物の個数割合５０％以上を確保するためには、精錬スラグ中のＭｇＯ活量が純ＭｇＯ固体基準で０．９程度以上であれば良い。好ましくは０．９１以上、さらに好ましくは０．９３以上、最も好ましくは０．９３以上である。精錬スラグ中のＭｇＯ活量は実測困難であるため、熱力学データ集および商用の熱力学計算ソフトを用いて算出すればよい。精錬スラグ中ＭｇＯ活量の増加によりＭｇＯが熱力学的に安定となり、ＭｇＯの晶出を促進したため、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３が０．４０以上の介在物個数比率増大となったと推定される。
鋳片段階（製鋼段階）において、酸化物系介在物中にＭｇＯやＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３を晶出させるためには、酸化物系介在物中のＭｇＯ濃度を高くすることが必要であり、直接・間接的に溶鋼にＭｇを添加する必要がある。Ｍｇの直接添加は金属ＭｇやＮｉ－Ｍｇなどの合金による溶鋼中への添加であり、間接添加は精錬スラグ中ＭｇＯの還元である。いずれの場合も精錬スラグ中のＭｇＯ活量を制御することが酸化物系介在物中のＭｇＯ濃度を安定的に高めるためには重要である。ＭｇＯやＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３の生成しやすさは他成分の影響もあるため、ＭｇＯ活量の閾値は一意には決められないが、ＣａとＳ含有酸化物系介在物のうち、本発明範囲であるＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３比率０．４０以上である介在物の個数割合５０％以上を確保するためには、精錬スラグ中のＭｇＯ活量が純ＭｇＯ固体基準で０．９程度以上であれば良い。好ましくは０．９１以上、さらに好ましくは０．９３以上、最も好ましくは０．９３以上である。精錬スラグ中のＭｇＯ活量は実測困難であるため、熱力学データ集および商用の熱力学計算ソフトを用いて算出すればよい。精錬スラグ中ＭｇＯ活量の増加によりＭｇＯが熱力学的に安定となり、ＭｇＯの晶出を促進したため、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３が０．４０以上の介在物個数比率増大となったと推定される。
また、鋼板表面において、円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度を１．０個／ｃｍ２未満かつ、当該介在物のうちＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３の質量比率が０．４０以上である介在物の個数割合５０％以上を満足するためには、製鋼段階において、スラグ中のＭｇＯ活量が純ＭｇＯ固体基準で０．９以上あるとともに、鋼中のＭｇ含有量（％）がＭｇ：０．０１０×［％Ａｌ］以上を満たすことが必要となる。ＭｇＯ活量の増加はＭｇＯおよびＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．４０以上である介在物の生成を促進する。ＭｇＯの生成促進によりＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３の凝集が抑制されて円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が減少し、かつＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．４０以上である介在物個数割合が増加すると推定される。
［熱間圧延前の鋳片加熱時におけるＣａとＳ含有酸化物系介在物の組成変化］
鋳片加熱段階においては酸化物系介在物の組成変化はなく、介在物へのＣａＳの生成反応が生じる。
酸化物系介在物へのＣａＳ生成反応は１２００℃×２ｈ程度の熱処理で生じ、３（ＣａＯ）＋３［Ｓ］＋２［Ａｌ］→３（ＣａＳ）＋（Ａｌ２Ｏ３）のように酸化物のＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３中のＣａＯと鋼中のＳが反応してＣａＳが生成すると考えられる。鋼中のＳが拡散してＣａＳを生成するため、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３と鋼が接する界面にＣａＳが生成する。その後の冷間圧延によりＣａとＳ含有酸化物系介在物が破砕され、鋼板表面に露出して腐食起点となるため、硬質なＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３を抑制し、より軟質なＭｇＯへ制御することが重要となる。
鋳片加熱段階においては酸化物系介在物の組成変化はなく、介在物へのＣａＳの生成反応が生じる。
酸化物系介在物へのＣａＳ生成反応は１２００℃×２ｈ程度の熱処理で生じ、３（ＣａＯ）＋３［Ｓ］＋２［Ａｌ］→３（ＣａＳ）＋（Ａｌ２Ｏ３）のように酸化物のＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３中のＣａＯと鋼中のＳが反応してＣａＳが生成すると考えられる。鋼中のＳが拡散してＣａＳを生成するため、ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３と鋼が接する界面にＣａＳが生成する。その後の冷間圧延によりＣａとＳ含有酸化物系介在物が破砕され、鋼板表面に露出して腐食起点となるため、硬質なＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３を抑制し、より軟質なＭｇＯへ制御することが重要となる。
鋳片加熱段階においては上述のようにＣａＳの生成反応が生じるのみであり、酸化物の生成、組成変化、サイズの変化は生じない。そのため円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物のうち、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．４０以上である介在物の個数密度や個数割合も変化しないと推定される。
［冷間圧延］
ＣａとＳ含有酸化物系介在物は冷間圧延工程において破砕、分断される。特に冷延圧下率が５０％以上の場合、ＣａとＳ含有酸化物系介在物が破砕、分断されることにより、円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２未満となり、耐発銹性を向上させる。同様の効果は素材が高温で軟質な状態の熱延工程において生じにくい。また、硬質な酸化物系介在物を破砕可能なまでに素材の加工硬化が進むためには冷延圧下率５０％以上が必要である。
ＣａとＳ含有酸化物系介在物は冷間圧延工程において破砕、分断される。特に冷延圧下率が５０％以上の場合、ＣａとＳ含有酸化物系介在物が破砕、分断されることにより、円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２未満となり、耐発銹性を向上させる。同様の効果は素材が高温で軟質な状態の熱延工程において生じにくい。また、硬質な酸化物系介在物を破砕可能なまでに素材の加工硬化が進むためには冷延圧下率５０％以上が必要である。
［酸洗工程における電解処理］
ステンレス鋼板の製造工程においては冷延工程の後、焼鈍工程、酸洗工程が必要となる。冷延で表面に露出したＣａとＳ含有酸化物系介在物の減少を指向した電解酸洗方法を検討した。冷延板を大気中で焼きなまし焼鈍したサンプルを用いて種々の電解酸洗液で電解酸洗を行った。電解酸洗液はＨＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４、Ｈ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、Ｎａ２ＳｉＦ６を一種または二種混合した。電解方式はサンプルの極性をプラス、マイナスと交互に変換する交番電解方式で電解処理を行った。一般にステンレス鋼帯の電解酸洗は直接通電におけるコイルと通電ロールのスパーク疵を防止する目的で間接通電である交番電解方式を採用するため、本発明においてもスパーク疵低減の観点から交番電解方式が好ましい。
ステンレス鋼板の製造工程においては冷延工程の後、焼鈍工程、酸洗工程が必要となる。冷延で表面に露出したＣａとＳ含有酸化物系介在物の減少を指向した電解酸洗方法を検討した。冷延板を大気中で焼きなまし焼鈍したサンプルを用いて種々の電解酸洗液で電解酸洗を行った。電解酸洗液はＨＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４、Ｈ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、Ｎａ２ＳｉＦ６を一種または二種混合した。電解方式はサンプルの極性をプラス、マイナスと交互に変換する交番電解方式で電解処理を行った。一般にステンレス鋼帯の電解酸洗は直接通電におけるコイルと通電ロールのスパーク疵を防止する目的で間接通電である交番電解方式を採用するため、本発明においてもスパーク疵低減の観点から交番電解方式が好ましい。
交番電解による電解酸洗において、ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３自体は溶解せずにその周囲の母材を溶解させてＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３を脱落、除去させることができるため、鋼板表面に露出した円相当径４μｍ以上の比較的大きなＣａとＳ含有酸化物系介在物の数を減少させるのに有効な手段である。
電解酸洗に際して電流密度と電解時間が母材溶解挙動に影響する。
電解電流密度の増加は、母材の溶解速度を高めて介在物の脱落を促進するが、プラスおよびマイナスの電解電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ２を超える場合には介在物周囲以外の母材を溶解させてしまい、光沢ムラなどの品質不良を引き起こすため、プラスとマイナスの電流密度の上限をそれぞれ１００ｍＡ／ｃｍ２が好ましい。また、プラスおよびマイナスの電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２未満の場合、母材の溶解速度が遅く、介在物の脱落効果が生じにくいためプラスとマイナスの電流密度の下限をそれぞれ０．１ｍＡ／ｃｍ２が好ましい。
電解時間の増加は、母材の溶解量を高めて介在物の脱落を促進するが、プラスおよびマイナスの総電解時間が１２０ｓを超える場合には介在物周囲以外の母材を溶解させてしまい、光沢ムラなどの品質不良を引き起こすため、プラスとマイナスの総電解時間の上限を１２０ｓが好ましい。また、プラスおよびマイナスの総電解時間が５ｓ未満の場合、母材の溶解量が不足して介在物の脱落効果が生じにくいためプラスとマイナスの総電解時間の下限を５ｓとした。
二次精錬においてＡｌ等による脱酸やスラグ調整を行って成分及び介在物量、組成を制御して溶製した表１に示す成分を有する溶鋼を連続鋳造機により鋳造し、得られた鋳片を熱間圧延し、さらに熱延板焼鈍・酸洗を行い、冷間圧延、焼鈍・電解酸洗を行うことで、０．５ｍｍ厚の冷延板を製造し、介在物測定と耐銹性の品質評価に供した。表１において、本発明から外れる項目に下線を付している。
尚、スラグ中ＭｇＯ活量はスラグ組成から市販の熱力学平衡計算ソフトＦａｃｔＳａｇｅを用いて算出し、スラグ中ＭｇＯ活量が純固体ＭｇＯ基準で０．３以上１．０未満となるようにスラグ組成を制御した。算出したスラグ中ＭｇＯ活量の値を表３、表４に示している。
表２に熱延前のスラブ加熱条件と冷間圧延における圧下率、電解酸洗条件を示す。表２において、本発明の好適な製造条件から外れる項目に下線を付している。
介在物測定は鋼板表面に露出した介在物を無作為に１００個抽出し、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）を用いて元素分析を行った。各介在物を１６分割し、各分割ブロックにおいてＳＥＭ・ＥＤＳ分析した半定量元素濃度［質量％］に基づいて個々の介在物の元素平均組成を評価したとき、ＣａとＳとＯを含有するものを、ＣａとＳ含有酸化物系介在物であるとした。ＥＤＳで分析した各介在物の平均組成において、Ｃａ、Ｓ、Ｏが各１．０％以上含有している場合にＣａとＳ含有酸化物系介在物とした。円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度測定値を表３、表４に示した。また、前記評価した個々の介在物の元素平均組成に基づき、ＭｇＯおよびＡｌ２Ｏ３濃度へ換算し、このＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３濃度の比からＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３比率が０．４０以上である介在物の個数割合を求め、表３、表４に示した。この際、測定面積を記録することで単位面積当たりの個数密度を算出した。
耐銹性試験は鋼板を塩水噴霧試験（ＳＳＴ）に供した。ＳＳＴはＪＩＳ Ｚ ２３７１に準拠して２４時間の連続噴霧試験を行い、５０ｃｍ２を試験面積とした。耐発銹性の評価はマイクロスコープを用いてＳＳＴ後の鋼板表面の４ｃｍ２の範囲を観察し、介在物を起点とするさびを「発銹」として画像解析により発銹面積率を算出した。発銹面積率が５．０％未満の場合に「合格」とした。
表３のＣ１～Ｃ１８が本発明例、表４のｃ１～ｃ２２が比較例である。
表３に示すように、符号Ｃ１～Ｃ１８は、鋼成分が本発明範囲であり、円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２未満で、かつ、円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物のうち、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．４０以上である介在物の個数割合が５０％以上であるため、ＳＳＴ試験における耐発銹性が良好であった。
表４のｃ１はスラグ中ＭｇＯ活量が低く、ｃ２～ｃ１７は鋼の成分組成が外れるとともにスラグ中ＭｇＯ活量が低かった。その結果、ｃ１～５、ｃ７～１７は円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２を超えているため多くの発銹が生じた。ｃ６（鋼Ｎｏ．ａ５）は円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２を超えていることに加えてＳが高く、円相当径４μｍ未満のＣａとＳ含有酸化物系介在物から多数の発銹が生じた。
ｃ１８は製法Ｎｏ．ｓ１を用いており、電解電流密度が低く、ＣａとＳ含有酸化物系介在物の脱落が抑制されて円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２を超えて多数の発銹が生じた。
ｃ１９は製法Ｎｏ．ｓ３を用いており、冷延圧下率が低く、介在物の破砕が不十分となり、円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２を超えて多数の発銹が生じた。
ｃ２０は製法Ｎｏ．ｓ２を用いており、電解時間が短く、ＣａとＳ含有酸化物系介在物の脱落が抑制されて円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２を超えて多数の発銹が生じた。
ｃ２１は製法Ｎｏ．ｓ４を用いており、電解方式が直接通電であり、ＣａとＳ含有酸化物系介在物の脱落が不十分となり円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２を超えて多数の発銹が生じた。
ｃ２２は製法Ｎｏ．ｓ５を用いており、電解処理がなく、ＣａとＳ含有酸化物系介在物の脱落が不十分となり円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２を超えて多数の発銹が生じた。
Claims (3)
- 質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ｃｒ：１０～３０％、Ａｌ：０．０１～０．２０％、Ｔｉ：０．３５％以下、Ｎｂ：０．７０％以下、Ｏ：０．０００５～０．０１０％、Ｎ：０．０５０％以下、Ｃａ：０．００３０％以下、Ｍｇ：０．００８×［％Ａｌ］～０．００３％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなり、
鋼板表面において、円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物の個数密度が１．０個／ｃｍ２未満であり、
かつ、前記円相当径４μｍ以上のＣａとＳ含有酸化物系介在物のうち、ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３の質量比率が０．４０以上である介在物の個数割合が５０％以上である
ことを特徴とするフェライト系ステンレス鋼板。 - 更に、前記Ｆｅの一部に替えて質量％で、Ｂ：０．０００１～０．００２０％を含有することを特徴とする請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
- 更に、前記Ｆｅの一部に替えて質量％で、Ｖ：１．００％以下、Ｚｒ：０．００５～０．５０％、Ｇａ：０．０３０％以下、Ｍｏ：２．００％以下、ＲＥＭ：０．０１％以下、Ｔａ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．１０～２．００％、Ｓｎ：０．００５～０．５０％、Ｃｕ：２．００％以下、Ｗ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｓｂ：０．３０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフェライト系ステンレス鋼板。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022058171 | 2022-03-31 | ||
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|---|---|---|---|
| JP2023019071A Pending JP2023152715A (ja) | 2022-03-31 | 2023-02-10 | フェライト系ステンレス鋼板 |
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- 2023-02-10 JP JP2023019071A patent/JP2023152715A/ja active Pending
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