JP7140309B1 - フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
Ｎｉ含有ろう材を用いた高温でのろう付けを行う場合に良好なろう付け性を有するとともに、ろう付け後の耐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼を提供する。質量％で、Ｃ：０．００３～０．０３０％、Ｓｉ：０．０１～１．００％、Ｍｎ：０．０５～０．３０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｒ：２４．０～３０．０％、Ｎｉ：１．５０～３．００％、Ｍｏ：１．００～３．００％、Ａｌ：０．００１～０．０２０％、Ｎｂ：０．２０～０．８０％、Ｎ：０．０３０％以下を含有し、以下の式（１）、（２）を満たすとともに、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼。Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）≧０．００％ ・・・（１）Ｃｒ＋１．５Ｍｏ＋Ｓｉ＋１．５Ｎｂ－２．５Ｎｉ≦２５．０％ ・・・（２）（式（１）、（２）中のＮｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
Description
本発明は、フェライト系ステンレス鋼に関し、特に、Ｎｉ含有ろう材を用いた高温でのろう付けを行う場合に良好なろう付け性を有するとともに、優れた耐食性を兼備したフェライト系ステンレス鋼に関するものである。
近年、地球環境保護の立場から、自動車に対して燃費のさらなる向上や排気ガス浄化の強化が求められている。このため、排熱回収器やＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラー等の自動車用熱交換器の適用が拡大しつつある。
ここで、排熱回収器とは、エンジン冷却水の熱を暖房に利用したり、排気ガスの熱でエンジンの冷却水を温めてエンジン始動時の暖機時間を短くしたりすることで、燃費を向上させる装置である。一般的に、排熱回収器は、触媒コンバーターとマフラーとの間に設置される。排熱回収器は、パイプ、プレート、フィン、サイドプレート等を組み合わせた熱交換器部分と、入側パイプ部分と、出側パイプ部分とで構成される。そして、排気ガスは、入側パイプから熱交換器部分に入り、そこで、その熱をフィンなどの伝熱面を介して冷却水へ伝え、出側パイプから排出される。また、このような排熱回収器の熱交換器部分を構成するプレートやフィンの接着、組み立てには、Ｎｉ含有ろう材によるろう付けが主に用いられる。
また、ＥＧＲクーラーは、エキゾーストマニホールドなどから一部の排気ガスを取り入れるパイプと、取り入れた排気ガスを冷却する熱交換器と、冷却した排気ガスをエンジンの吸気側に戻すパイプとで構成される。ＥＧＲクーラーは、具体的な構造としては、エキゾーストマニホールドから排気ガスをエンジンの吸気側に還流させる経路上に、水流通路と排気ガス通路を併せ持つ、熱交換器を有する構造となっている。このような構造とすることにより、排気側における高温の排気ガスが、熱交換器によって冷却され、冷却された排気ガスがエンジンの吸気側に還流してエンジンの燃焼温度を低下させ、高温下で生成しやすいＮＯＸを抑制する。また、ＥＧＲクーラーの熱交換器部分は、軽量化、コンパクト化、コスト低減などの理由から、薄い板をフィン状に重ね合わせて構成されており、これらの接着、組み立てには、やはりＮｉ含有ろう材によるろう付けが主に用いられる。
このように、排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部分は、Ｎｉ含有ろう材を用いたろう付けにより接着、組み立てされていることから、これらの熱交換器部分に用いられる素材には、Ｎｉ含有ろう材に対する良好なろう付け性が求められる。さらに、排気ガスには、窒素酸化物（ＮＯＸ）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）、炭化水素（ＨＣ）が含まれるので、これらが熱交換器で結露して、腐食性の強い酸性の凝縮水となる。このため、これらの熱交換器部分に用いられる素材には、耐食性も求められる。特にろう付け熱処理時には高温になるので、粒界のＣｒがＣやＮと反応しＣｒ炭窒化物となり、その周囲に耐食性が乏しいＣｒ欠乏層が出来るといった、いわゆる鋭敏化を防いで耐食性を確保することが必要である。
以上のようなことから、排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部分には、通常、炭素含有量を低減して鋭敏化を防いだＳＵＳ３１６ＬあるいはＳＵＳ３０４Ｌなどのオーステナイト系ステンレス鋼が使用されてきた。しかし、オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｎｉを多量に含有するために高コストになることや、熱膨張が大きいため高温で激しい振動で拘束力をうける使用環境での疲労特性、すなわち高温での熱疲労特性が低いという点に問題があった。
そこで、排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部分にオーステナイト系ステンレス鋼以外の鋼を用いることが検討されている。
例えば、特許文献１には、排熱回収器やＥＧＲクーラー用材料として、ろう付け後にカチオン分率でＮｂを１６．０％以上含んだ酸化皮膜が生成することで耐食性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
特許文献２には、排熱回収器やＥＧＲクーラー用材料として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ添加量を制御することで耐食性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
特許文献３には、熱交換器や燃料供給系部材用材料として、ろう付け後の酸化皮膜中のＣｒ、ＳｉおよびＡｌの含有量と酸化皮膜の膜厚を制御することで耐食性を確保する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４には、ＥＧＲクーラー用材料として、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ等の成分を一定の関係式において添加し、かつＡｌ、Ｔｉ添加量を抑制することでろう付け性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
加えて、特許文献５には、Ｎｉろう付けにて接合した構造を有するＥＧＲクーラー部材として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ添加量を抑制することでろう付け性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
さらに、特許文献６には、ろう付け用フェライト系ステンレス鋼材として、Ｔｉ、Ｚｒ添加量を抑制することでろう付け性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
例えば、特許文献１には、排熱回収器やＥＧＲクーラー用材料として、ろう付け後にカチオン分率でＮｂを１６．０％以上含んだ酸化皮膜が生成することで耐食性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
特許文献２には、排熱回収器やＥＧＲクーラー用材料として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ添加量を制御することで耐食性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
特許文献３には、熱交換器や燃料供給系部材用材料として、ろう付け後の酸化皮膜中のＣｒ、ＳｉおよびＡｌの含有量と酸化皮膜の膜厚を制御することで耐食性を確保する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４には、ＥＧＲクーラー用材料として、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ等の成分を一定の関係式において添加し、かつＡｌ、Ｔｉ添加量を抑制することでろう付け性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
加えて、特許文献５には、Ｎｉろう付けにて接合した構造を有するＥＧＲクーラー部材として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ添加量を抑制することでろう付け性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
さらに、特許文献６には、ろう付け用フェライト系ステンレス鋼材として、Ｔｉ、Ｚｒ添加量を抑制することでろう付け性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
しかしながら、特許文献１～６に記載の技術では、用いるろう材やろう付け条件等によっては、ろう付け性が不十分な場合もあった。特に、従来の技術では、前述したような、良好な耐食性を得つつ、Ｎｉ含有ろう材を用いた高温でのろう付け性を十分に確保できているとは言えなかった。
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたものであって、Ｎｉ含有ろう材を用いた高温でのろう付けを行う場合に良好なろう付け性を有するとともに、ろう付け後の耐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
なお、本明細書において、良好なろう付け性とは、表面にＮｉ含有ろう（ＪＩＳ規格：ＢＮｉ－５）を塗布した鋼板を１１７０℃、１Ｔｏｒｒの窒素キャリアガス雰囲気で１０分間加熱し、常温まで冷却するろう付け処理を行った後、加熱前のろう材の円相当直径に対する加熱後のろう材の円相当直径の比（ろう材の広がり率）が１５０％以上であることを指す。
また、耐食性に優れるとは、上記のＮｉ含有ろうによるろう付け処理後の鋼板を用いて、ろう材が付着していない部分から２０ｍｍ角の試験片を採取し、１１ｍｍ角の測定面を残してシール材で被覆し、さらにこの試験片を３０℃の３．５％ＮａＣｌ水溶液中に浸漬させ、前記ＮａＣｌ水溶液の濃度以外はＪＩＳ Ｇ ０５７７に準拠して、測定した孔食電位Ｖｃ'１００が３００ｍＶ（ ｖｓ ＳＣＥ）以上であることを指す。
本発明者らは、Ｎｉ含有ろう材を用いた高温でのろう付けを行う場合において、各種ステンレス鋼の成分元素とろう付け性との関係について、鋭意検討した。
その結果、ステンレス鋼中のＡｌ含有量を抑制し、加えて、ステンレス鋼に、Ｎｉを適量含有させ、さらにＳｉとＭｎの含有量をＮｉ含有量に対して適切に抑制することで、Ｎｉ含有ろう材との濡れ性が向上することを知見した。
さらに、各種ステンレス鋼の成分元素とろう付け後の耐食性との関係について、鋭意検討した。その結果、ろう付けの高温熱処理によりσ相（シグマ相）が析出して耐食性が低下することを見出した。ここで、σ相はＣｒやＭｏを多量に含んだ金属間化合物であり、その周囲にＣｒ、Ｍｏ欠乏層が出来たために、ろう付け後の耐食性が低下する。さらに検討を行った結果、Ｎｉを適量含有させ、さらにＣｒ、Ｍｏ、ＳｉおよびＮｂの含有量をＮｉ含有量に対して適切に抑制することで、ろう付けの高温熱処理中のσ相の析出を抑制できることを知見した。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えた末に完成されたものである。すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．００３～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０５～０．３０％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：２４．０～３０．０％、
Ｎｉ：１．５０～３．００％、
Ｍｏ：１．００～３．００％、
Ａｌ：０．００１～０．０２０％、
Ｎｂ：０．２０～０．８０％、
Ｎ：０．０３０％以下、
を含有し、以下の式（１）、（２）を満たすとともに、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼。
Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）≧０．００％ ・・・（１）
Ｃｒ＋１．５Ｍｏ＋Ｓｉ＋１．５Ｎｂ－２．５Ｎｉ≦２５．０％ ・・・（２）
（式（１）、（２）中のＮｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
［２］さらに質量％で、
Ｃｕ：０．０１～１．００％、
Ｃｏ：０．０１～１．００％、
Ｗ：０．０１～２．００％、
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する前記［１］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［３］さらに質量％で、
Ｔｉ：０．０１～０．１０％、
Ｖ：０．０１～０．２０％、
Ｚｒ：０．０１～０．１０％、
Ｍｇ：０．０００５～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００５～０．００５０％、
Ｂ：０．０００５～０．００５０％、
ＲＥＭ（希土類金属）：０．００１～０．１００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［４］一か所以上の接合部がろう付けによって組み立てられる、排熱回収器用または排気ガス再循環装置用である［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［５］一か所以上の接合部がろう付けによって組み立てられる、排熱回収器用または排気ガス再循環装置用である［３］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［１］質量％で、
Ｃ：０．００３～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０５～０．３０％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：２４．０～３０．０％、
Ｎｉ：１．５０～３．００％、
Ｍｏ：１．００～３．００％、
Ａｌ：０．００１～０．０２０％、
Ｎｂ：０．２０～０．８０％、
Ｎ：０．０３０％以下、
を含有し、以下の式（１）、（２）を満たすとともに、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼。
Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）≧０．００％ ・・・（１）
Ｃｒ＋１．５Ｍｏ＋Ｓｉ＋１．５Ｎｂ－２．５Ｎｉ≦２５．０％ ・・・（２）
（式（１）、（２）中のＮｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
［２］さらに質量％で、
Ｃｕ：０．０１～１．００％、
Ｃｏ：０．０１～１．００％、
Ｗ：０．０１～２．００％、
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する前記［１］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［３］さらに質量％で、
Ｔｉ：０．０１～０．１０％、
Ｖ：０．０１～０．２０％、
Ｚｒ：０．０１～０．１０％、
Ｍｇ：０．０００５～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００５～０．００５０％、
Ｂ：０．０００５～０．００５０％、
ＲＥＭ（希土類金属）：０．００１～０．１００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［４］一か所以上の接合部がろう付けによって組み立てられる、排熱回収器用または排気ガス再循環装置用である［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［５］一か所以上の接合部がろう付けによって組み立てられる、排熱回収器用または排気ガス再循環装置用である［３］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
本発明によれば、Ｎｉ含有ろう材を用いた高温でのろう付けを行う場合に良好なろう付け性を有するとともに、ろう付け後の耐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼を得ることができる。
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明において、鋼の成分組成を前記の範囲に限定した理由について説明する。なお、鋼の成分組成における元素の含有量の単位はいずれも「質量％」であるが、以下、特に断らない限り単に「％」で示す。
Ｃ：０．００３～０．０３０％
Ｃ含有量が多くなると強度が向上し、少なくなると加工性が向上する。ここで、Ｃは、十分な強度を得るために０．００３％以上の含有が必要である。しかし、Ｃ含有量が０．０３０％を超えると、加工性の低下が顕著となるうえ、粒界にＣｒ炭化物が析出して鋭敏化を起こして耐食性が低下する。そのため、Ｃ含有量は０．００３～０．０３０％の範囲とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．００４％以上である。また、Ｃ含有量は、好ましくは０．０２５％以下であり、より好ましくは０．０２０％以下であり、さらに好ましくは０．０１０％以下である。
Ｃ含有量が多くなると強度が向上し、少なくなると加工性が向上する。ここで、Ｃは、十分な強度を得るために０．００３％以上の含有が必要である。しかし、Ｃ含有量が０．０３０％を超えると、加工性の低下が顕著となるうえ、粒界にＣｒ炭化物が析出して鋭敏化を起こして耐食性が低下する。そのため、Ｃ含有量は０．００３～０．０３０％の範囲とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．００４％以上である。また、Ｃ含有量は、好ましくは０．０２５％以下であり、より好ましくは０．０２０％以下であり、さらに好ましくは０．０１０％以下である。
Ｓｉ：０．０１～１．００％
Ｓｉは、脱酸材として有用な元素である。その効果は０．０１％以上のＳｉの含有で得られる。しかし、Ｓｉ含有量が１．００％を超えると、ろう付け熱処理時にＳｉ酸化物やＳｉ窒化物等のＳｉ濃化物が鋼板表面に形成され、ろう付け性が低下する。また、Ｎｉ含有ろう材を用いた高温でのろう付け処理の際にσ相が析出して耐食性が低下する。そのため、Ｓｉ含有量は０．０１～１．００％の範囲とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．５０％以上であり、より好ましくは０．６０％以上であり、さらに好ましくは０．７０％以上である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．８５％以下であり、より好ましくは０．８０％以下である。
Ｓｉは、脱酸材として有用な元素である。その効果は０．０１％以上のＳｉの含有で得られる。しかし、Ｓｉ含有量が１．００％を超えると、ろう付け熱処理時にＳｉ酸化物やＳｉ窒化物等のＳｉ濃化物が鋼板表面に形成され、ろう付け性が低下する。また、Ｎｉ含有ろう材を用いた高温でのろう付け処理の際にσ相が析出して耐食性が低下する。そのため、Ｓｉ含有量は０．０１～１．００％の範囲とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．５０％以上であり、より好ましくは０．６０％以上であり、さらに好ましくは０．７０％以上である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．８５％以下であり、より好ましくは０．８０％以下である。
Ｍｎ：０．０５～０．３０％
Ｍｎは脱酸作用があり、その効果は０．０５％以上のＭｎの含有で得られる。しかし、Ｍｎ含有量が０．３０％を超えると、ろう付け熱処理時にＭｎ濃化物が鋼板表面に形成されてろう付け性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は０．０５～０．３０％の範囲とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｍｎ含有量は、好ましくは０．２５％以下であり、より好ましくは０．２０％以下であり、さらにより好ましくは０．１５％以下である。
Ｍｎは脱酸作用があり、その効果は０．０５％以上のＭｎの含有で得られる。しかし、Ｍｎ含有量が０．３０％を超えると、ろう付け熱処理時にＭｎ濃化物が鋼板表面に形成されてろう付け性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は０．０５～０．３０％の範囲とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｍｎ含有量は、好ましくは０．２５％以下であり、より好ましくは０．２０％以下であり、さらにより好ましくは０．１５％以下である。
Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、過剰な含有は粒界腐食を生じさせやすくする。その傾向は、Ｐの０．０５０％超の含有で顕著となる。そのため、Ｐ含有量は０．０５０％以下とする。Ｐ含有量は、好ましくは０．０４０％以下であり、より好ましくは０．０３０％以下である。なお、Ｐ含有量の下限は特に限定されない。ただし、過度の脱Ｐはコストの増加を招くので、Ｐ含有量は０．００５％以上が好ましい。
Ｐは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、過剰な含有は粒界腐食を生じさせやすくする。その傾向は、Ｐの０．０５０％超の含有で顕著となる。そのため、Ｐ含有量は０．０５０％以下とする。Ｐ含有量は、好ましくは０．０４０％以下であり、より好ましくは０．０３０％以下である。なお、Ｐ含有量の下限は特に限定されない。ただし、過度の脱Ｐはコストの増加を招くので、Ｐ含有量は０．００５％以上が好ましい。
Ｓ：０．０２０％以下
Ｓは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、０．０２０％超のＳの含有は、ＭｎＳの析出を促進し、耐食性を低下させる。よって、Ｓ含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは、Ｓ含有量は０．０１０％以下である。なお、Ｓ含有量の下限は特に限定されない。ただし、過度の脱Ｓはコストの増加を招くので、Ｓ含有量は０．０００５％以上が好ましい。
Ｓは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、０．０２０％超のＳの含有は、ＭｎＳの析出を促進し、耐食性を低下させる。よって、Ｓ含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは、Ｓ含有量は０．０１０％以下である。なお、Ｓ含有量の下限は特に限定されない。ただし、過度の脱Ｓはコストの増加を招くので、Ｓ含有量は０．０００５％以上が好ましい。
Ｃｒ：２４．０～３０．０％
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を確保するために重要な元素である。Ｃｒ含有量が２４．０％未満では、十分な耐食性が得られない。一方、Ｃｒ含有量が３０．０％を超えると、ろう付け中にσ相が析出して耐食性が低下する。そのため、Ｃｒ含有量は２４．０～３０．０％の範囲とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは２４．５％以上であり、より好ましくは２５．０％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは２８．０％以下であり、より好ましくは２６．５％以下である。
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を確保するために重要な元素である。Ｃｒ含有量が２４．０％未満では、十分な耐食性が得られない。一方、Ｃｒ含有量が３０．０％を超えると、ろう付け中にσ相が析出して耐食性が低下する。そのため、Ｃｒ含有量は２４．０～３０．０％の範囲とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは２４．５％以上であり、より好ましくは２５．０％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは２８．０％以下であり、より好ましくは２６．５％以下である。
Ｎｉ：１．５０～３．００％
Ｎｉは、本発明において重要な元素のひとつである。１．５０％以上のＮｉの含有で、Ｎｉ含有ろう材とのろう付け性が向上する。Ｎｉを含有させることでＮｉろう付け性が向上するメカニズムは確かではないが、母材中にＮｉを適量含有する場合、ろう材に含まれるＮｉとの相互作用により、濡れ性が向上するものと考えられる。また、ろう付け中のσ相析出を抑制することができる。しかし、Ｎｉ含有量が３．００％を超えると、応力腐食割れ感受性が高くなる。そのため、Ｎｉ含有量は１．５０～３．００％の範囲とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは１．７５％以上であり、より好ましくは２．００％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは２．７５％以下であり、より好ましくは２．５０％以下である。
Ｎｉは、本発明において重要な元素のひとつである。１．５０％以上のＮｉの含有で、Ｎｉ含有ろう材とのろう付け性が向上する。Ｎｉを含有させることでＮｉろう付け性が向上するメカニズムは確かではないが、母材中にＮｉを適量含有する場合、ろう材に含まれるＮｉとの相互作用により、濡れ性が向上するものと考えられる。また、ろう付け中のσ相析出を抑制することができる。しかし、Ｎｉ含有量が３．００％を超えると、応力腐食割れ感受性が高くなる。そのため、Ｎｉ含有量は１．５０～３．００％の範囲とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは１．７５％以上であり、より好ましくは２．００％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは２．７５％以下であり、より好ましくは２．５０％以下である。
Ｍｏ：１．００～３．００％
Ｍｏは、ステンレス鋼の不動態化皮膜を安定化させて耐食性を向上させる。この効果はＭｏ含有量が１．００％以上で得られる。しかし、Ｍｏ含有量が３．００％を超えると、ろう付け中にσ相が析出して耐食性が低下する。よって、Ｍｏ含有量は、１．００～３．００％の範囲とする。Ｍｏ含有量は、好ましくは１．２５％以上であり、より好ましくは１．５０％以上である。また、Ｍｏ含有量は、好ましくは２．５０％以下であり、より好ましくは２．００％以下である。
Ｍｏは、ステンレス鋼の不動態化皮膜を安定化させて耐食性を向上させる。この効果はＭｏ含有量が１．００％以上で得られる。しかし、Ｍｏ含有量が３．００％を超えると、ろう付け中にσ相が析出して耐食性が低下する。よって、Ｍｏ含有量は、１．００～３．００％の範囲とする。Ｍｏ含有量は、好ましくは１．２５％以上であり、より好ましくは１．５０％以上である。また、Ｍｏ含有量は、好ましくは２．５０％以下であり、より好ましくは２．００％以下である。
Ａｌ：０．００１～０．０２０％
Ａｌは脱酸に有用な元素であり、その効果は０．００１％以上のＡｌの含有で得られる。しかし、Ａｌ含有量が０．０２０％を超えると、ろう付け処理時にＡｌ酸化物やＡｌ窒化物等のＡｌ濃化物が鋼の表面に生成して、ろう材のぬれ広がり性や密着性が低下して、ろう付けが困難になる。そのため、Ａｌ含有量は０．００１～０．０２０％の範囲とする。好ましくは、Ａｌ含有量は０．０１５％以下である。
Ａｌは脱酸に有用な元素であり、その効果は０．００１％以上のＡｌの含有で得られる。しかし、Ａｌ含有量が０．０２０％を超えると、ろう付け処理時にＡｌ酸化物やＡｌ窒化物等のＡｌ濃化物が鋼の表面に生成して、ろう材のぬれ広がり性や密着性が低下して、ろう付けが困難になる。そのため、Ａｌ含有量は０．００１～０．０２０％の範囲とする。好ましくは、Ａｌ含有量は０．０１５％以下である。
Ｎｂ：０．２０～０．８０％
Ｎｂは、ＣおよびＮと結合することにより、Ｃｒ炭窒化物の析出による耐食性の低下（鋭敏化）を抑制する元素である。この効果は、Ｎｂ含有量が０．２０％以上で得られる。一方、Ｎｂ含有量が０．８０％を超えると、ろう付け中にσ相が析出して耐食性が低下する。そのため、Ｎｂ含有量は、０．２０～０．８０％の範囲とする。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．２５％以上であり、より好ましくは０．３０％以上である。また、Ｎｂ含有量は、好ましくは０．６０％以下であり、より好ましくは０．３５％以下である。
Ｎｂは、ＣおよびＮと結合することにより、Ｃｒ炭窒化物の析出による耐食性の低下（鋭敏化）を抑制する元素である。この効果は、Ｎｂ含有量が０．２０％以上で得られる。一方、Ｎｂ含有量が０．８０％を超えると、ろう付け中にσ相が析出して耐食性が低下する。そのため、Ｎｂ含有量は、０．２０～０．８０％の範囲とする。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．２５％以上であり、より好ましくは０．３０％以上である。また、Ｎｂ含有量は、好ましくは０．６０％以下であり、より好ましくは０．３５％以下である。
Ｎ：０．０３０％以下
Ｎ含有量が０．０３０％を超えると、耐食性と加工性が低下する。従って、Ｎ含有量は０．０３０％以下とする。好ましくは、Ｎ含有量は０．０２５％以下である。さらに好ましくは、Ｎ含有量は０．０２０％以下である。なお、Ｎ含有量の下限については特に限定されるものではないが、過度のＮ含有量の低減はコストの増加を招くため、Ｎ含有量は０．００３％以上とすることが好ましい。
Ｎ含有量が０．０３０％を超えると、耐食性と加工性が低下する。従って、Ｎ含有量は０．０３０％以下とする。好ましくは、Ｎ含有量は０．０２５％以下である。さらに好ましくは、Ｎ含有量は０．０２０％以下である。なお、Ｎ含有量の下限については特に限定されるものではないが、過度のＮ含有量の低減はコストの増加を招くため、Ｎ含有量は０．００３％以上とすることが好ましい。
Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）≧０．００％ ・・・（１）
式（１）中のＮｉ、Ｓｉ、Ｍｎは、各元素の含有量（質量％）を示す。
本発明では、ろう付け性の向上のためにＮｉ、ＳｉおよびＭｎの夫々を所定の含有量にする。さらに本発明者らは、鋭意検討し、Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）（Ｎｉ含有量からＳｉ含有量とＭｎ含有量の合計の２倍を引いたもの）が０．００％未満であると、所望のろう付け性が得られないことも知見した。この理由として、Ｎｉはろう付け性を改善するが、その一方でＳｉ、Ｍｎはろう付け性を阻害するため、これらの元素のバランスがろう付け性に及ぼす影響が大きいものと考えられる。そのため、本発明では、Ｎｉ含有量、Ｓｉ含有量およびＭｎ含有量の夫々を前述した範囲とした上で、Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）を０．００％以上とする。Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）は、好ましくは０．５０％以上である。特に、Ｃｒ含有量を２６．０％未満、Ａｌ含有量を０．０１５％以下とし、Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）を０．５０％以上とすることにより、より良好なろう付け性が得られる。
式（１）中のＮｉ、Ｓｉ、Ｍｎは、各元素の含有量（質量％）を示す。
本発明では、ろう付け性の向上のためにＮｉ、ＳｉおよびＭｎの夫々を所定の含有量にする。さらに本発明者らは、鋭意検討し、Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）（Ｎｉ含有量からＳｉ含有量とＭｎ含有量の合計の２倍を引いたもの）が０．００％未満であると、所望のろう付け性が得られないことも知見した。この理由として、Ｎｉはろう付け性を改善するが、その一方でＳｉ、Ｍｎはろう付け性を阻害するため、これらの元素のバランスがろう付け性に及ぼす影響が大きいものと考えられる。そのため、本発明では、Ｎｉ含有量、Ｓｉ含有量およびＭｎ含有量の夫々を前述した範囲とした上で、Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）を０．００％以上とする。Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）は、好ましくは０．５０％以上である。特に、Ｃｒ含有量を２６．０％未満、Ａｌ含有量を０．０１５％以下とし、Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）を０．５０％以上とすることにより、より良好なろう付け性が得られる。
Ｃｒ＋１．５Ｍｏ＋Ｓｉ＋１．５Ｎｂ－２．５Ｎｉ≦２５．０％ ・・・（２）
式（２）中のＣｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、ＮｂおよびＮｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。
本発明ではろう付け中のσ相の析出を抑制するためにＣｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、ＮｂおよびＮｉの夫々を所定の含有量にする。さらに本発明者らは、鋭意検討し、Ｃｒ＋１．５Ｍｏ＋Ｓｉ＋１．５Ｎｂ－２．５Ｎｉが２５．０％より大きいと、ろう付け中にσ相が析出して耐食性が低下することも知見した。この理由として、Ｎｉはσ相の析出を抑制するが、その一方でＣｒ、Ｍｏ、ＳｉおよびＮｂはσ相の析出を促進するため、これらの元素のバランスがσ相の析出に及ぼす影響が大きいものと考えられる。そのため、本発明では、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、ＮｂおよびＮｉ含有量の夫々を前述した範囲とした上で、Ｃｒ＋１．５Ｍｏ＋Ｓｉ＋１．５Ｎｂ－２．５Ｎｉを２５．０％以下とする。
式（２）中のＣｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、ＮｂおよびＮｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。
本発明ではろう付け中のσ相の析出を抑制するためにＣｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、ＮｂおよびＮｉの夫々を所定の含有量にする。さらに本発明者らは、鋭意検討し、Ｃｒ＋１．５Ｍｏ＋Ｓｉ＋１．５Ｎｂ－２．５Ｎｉが２５．０％より大きいと、ろう付け中にσ相が析出して耐食性が低下することも知見した。この理由として、Ｎｉはσ相の析出を抑制するが、その一方でＣｒ、Ｍｏ、ＳｉおよびＮｂはσ相の析出を促進するため、これらの元素のバランスがσ相の析出に及ぼす影響が大きいものと考えられる。そのため、本発明では、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、ＮｂおよびＮｉ含有量の夫々を前述した範囲とした上で、Ｃｒ＋１．５Ｍｏ＋Ｓｉ＋１．５Ｎｂ－２．５Ｎｉを２５．０％以下とする。
以上、本発明のフェライト系ステンレス鋼における基本成分（必須成分）について説明した。本発明における成分組成のうち、上記以外の成分（残部）はＦｅおよび不可避的不純物である。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、さらに、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗのうちから選んだ１種または２種以上を、それぞれ下記の範囲で含有することができる。
Ｃｕ：０．０１～１．００％
Ｃｕは、耐食性を高める元素である。この効果は、Ｃｕ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｃｕ含有量が１．００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、Ｃｕを含有する場合は、Ｃｕ含有量は、０．０１～１．００％の範囲とする。Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．１０％以上である。また、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．８０％以下であり、さらに好ましくは０．６０％以下である。
Ｃｕは、耐食性を高める元素である。この効果は、Ｃｕ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｃｕ含有量が１．００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、Ｃｕを含有する場合は、Ｃｕ含有量は、０．０１～１．００％の範囲とする。Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．１０％以上である。また、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．８０％以下であり、さらに好ましくは０．６０％以下である。
Ｃｏ：０．０１～１．００％
Ｃｏは、耐食性を高める元素である。この効果は、Ｃｏ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｃｏ含有量が１．００％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｃｏを含有する場合は、Ｃｏ含有量は０．０１～１．００％の範囲とする。Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量は、より好ましくは０．０５％以上である。また、Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量は、より好ましくは０．７０％以下である。
Ｃｏは、耐食性を高める元素である。この効果は、Ｃｏ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｃｏ含有量が１．００％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｃｏを含有する場合は、Ｃｏ含有量は０．０１～１．００％の範囲とする。Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量は、より好ましくは０．０５％以上である。また、Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量は、より好ましくは０．７０％以下である。
Ｗ：０．０１～２．００％
Ｗは、耐食性を高める元素である。この効果は、Ｗ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｗ含有量が２．００％を超えると、ろう付け中にσ相が析出する。そのため、Ｗを含有する場合は、Ｗ含有量は０．０１～２．００％の範囲とする。Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は、より好ましくは０．０５％以上である。また、Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は、より好ましくは１．００％以下である。
Ｗは、耐食性を高める元素である。この効果は、Ｗ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｗ含有量が２．００％を超えると、ろう付け中にσ相が析出する。そのため、Ｗを含有する場合は、Ｗ含有量は０．０１～２．００％の範囲とする。Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は、より好ましくは０．０５％以上である。また、Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は、より好ましくは１．００％以下である。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、さらに、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂ、ＲＥＭ、Ｓｎ、Ｓｂのうちから選んだ１種または２種以上を、それぞれ下記の範囲で含有することができる。
Ｔｉ：０．０１～０．１０％
Ｔｉは、鋼中に含まれるＣおよびＮと結合し、鋭敏化を防止する効果を有する。その効果はＴｉの０．０１％以上の含有で得られる。一方、Ｔｉは酸素に対して活性な元素であり、０．１０％超えのＴｉの含有はろう付け処理時にＴｉ酸化皮膜を鋼の表面に生成してろう付け性を低下させる。よって、Ｔｉを含有する場合は、Ｔｉ含有量は０．０１～０．１０％の範囲とする。Ｔｉを含有する場合、Ｔｉ含有量は、より好ましくは０．０５％以下である。
Ｔｉは、鋼中に含まれるＣおよびＮと結合し、鋭敏化を防止する効果を有する。その効果はＴｉの０．０１％以上の含有で得られる。一方、Ｔｉは酸素に対して活性な元素であり、０．１０％超えのＴｉの含有はろう付け処理時にＴｉ酸化皮膜を鋼の表面に生成してろう付け性を低下させる。よって、Ｔｉを含有する場合は、Ｔｉ含有量は０．０１～０．１０％の範囲とする。Ｔｉを含有する場合、Ｔｉ含有量は、より好ましくは０．０５％以下である。
Ｖ：０．０１～０．２０％
Ｖは、Ｔｉ同様に、鋼中に含まれるＣおよびＮと結合し、鋭敏化を防止する。これらの効果は、Ｖ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｖ含有量が０．２０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｖを含有する場合は、Ｖ含有量は０．０１～０．２０％の範囲とする。Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は、より好ましくは０．１５％以下であり、さらに好ましくは０．１０％以下である。
Ｖは、Ｔｉ同様に、鋼中に含まれるＣおよびＮと結合し、鋭敏化を防止する。これらの効果は、Ｖ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｖ含有量が０．２０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｖを含有する場合は、Ｖ含有量は０．０１～０．２０％の範囲とする。Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は、より好ましくは０．１５％以下であり、さらに好ましくは０．１０％以下である。
Ｚｒ：０．０１～０．１０％
Ｚｒは、ＴｉやＮｂと同様に、鋼中に含まれるＣおよびＮと結合し、鋭敏化を抑制する元素である。この効果は、Ｚｒ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｚｒ含有量が０．１０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｚｒを含有する場合は、Ｚｒ含有量は０．０１～０．１０％の範囲とする。Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は、より好ましくは０．０３％以上である。また、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は、より好ましくは０．０５％以下である。
Ｚｒは、ＴｉやＮｂと同様に、鋼中に含まれるＣおよびＮと結合し、鋭敏化を抑制する元素である。この効果は、Ｚｒ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｚｒ含有量が０．１０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｚｒを含有する場合は、Ｚｒ含有量は０．０１～０．１０％の範囲とする。Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は、より好ましくは０．０３％以上である。また、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は、より好ましくは０．０５％以下である。
Ｍｇ：０．０００５～０．００５０％
Ｍｇは、脱酸剤として作用する。この効果はＭｇ含有量が０．０００５％以上で得られる。しかし、Ｍｇ含有量が０．００５０％を超えると、鋼の靱性が低下して製造性が低下する。そのため、Ｍｇを含有する場合は、Ｍｇ含有量は０．０００５～０．００５０％の範囲とする。Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は、より好ましくは０．００２０％以下である。
Ｍｇは、脱酸剤として作用する。この効果はＭｇ含有量が０．０００５％以上で得られる。しかし、Ｍｇ含有量が０．００５０％を超えると、鋼の靱性が低下して製造性が低下する。そのため、Ｍｇを含有する場合は、Ｍｇ含有量は０．０００５～０．００５０％の範囲とする。Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は、より好ましくは０．００２０％以下である。
Ｃａ：０．０００５～０．００５０％
Ｃａは、溶接部の溶け込み性を改善して溶接性を向上させる。その効果は、Ｃａ含有量が０．０００５％以上で得られる。しかし、Ｃａ含有量が０．００５０％を超えると、Ｓと結合してＣａＳを生成し、耐食性が低下する。そのため、Ｃａを含有する場合は、Ｃａ含有量は０．０００５～０．００５０％の範囲とする。Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は、より好ましくは０．００１０％以上である。また、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は、より好ましくは０．００４０％以下である。
Ｃａは、溶接部の溶け込み性を改善して溶接性を向上させる。その効果は、Ｃａ含有量が０．０００５％以上で得られる。しかし、Ｃａ含有量が０．００５０％を超えると、Ｓと結合してＣａＳを生成し、耐食性が低下する。そのため、Ｃａを含有する場合は、Ｃａ含有量は０．０００５～０．００５０％の範囲とする。Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は、より好ましくは０．００１０％以上である。また、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は、より好ましくは０．００４０％以下である。
Ｂ：０．０００５～０．００５０％
Ｂは、二次加工脆性を改善する元素である。その効果は、Ｂ含有量が０．０００５％以上で発現する。しかし、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、固溶強化により延性が低下する。そのため、Ｂを含有する場合は、Ｂ含有量は０．０００５～０．００５０％の範囲とする。
Ｂは、二次加工脆性を改善する元素である。その効果は、Ｂ含有量が０．０００５％以上で発現する。しかし、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、固溶強化により延性が低下する。そのため、Ｂを含有する場合は、Ｂ含有量は０．０００５～０．００５０％の範囲とする。
ＲＥＭ（希土類金属）：０．００１～０．１００％
ＲＥＭ（希土類金属：Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄなどの原子番号５７～７１の元素）は、脱酸に有効な元素である。その効果は、ＲＥＭ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、ＲＥＭ含有量が０．１００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、ＲＥＭを含有する場合は、ＲＥＭ含有量は０．００１～０．１００％の範囲とする。ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は、より好ましくは０．０１０％以上である。また、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は、より好ましくは０．０５０％以下である。なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙと、原子番号５７のランタン（Ｌａ）から原子番号７１のルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素の総称であり、ここでいうＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量である。
ＲＥＭ（希土類金属：Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄなどの原子番号５７～７１の元素）は、脱酸に有効な元素である。その効果は、ＲＥＭ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、ＲＥＭ含有量が０．１００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、ＲＥＭを含有する場合は、ＲＥＭ含有量は０．００１～０．１００％の範囲とする。ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は、より好ましくは０．０１０％以上である。また、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は、より好ましくは０．０５０％以下である。なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙと、原子番号５７のランタン（Ｌａ）から原子番号７１のルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素の総称であり、ここでいうＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量である。
Ｓｎ：０．００１～０．１００％
Ｓｎは、加工肌荒れ抑制に有効な元素である。その効果は、Ｓｎ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、Ｓｎ含有量が０．１００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、Ｓｎを含有する場合は、Ｓｎ含有量は０．００１～０．１００％の範囲とする。Ｓｎを含有する場合、より好ましくは、Ｓｎ含有量は０．０５０％以下である。
Ｓｎは、加工肌荒れ抑制に有効な元素である。その効果は、Ｓｎ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、Ｓｎ含有量が０．１００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、Ｓｎを含有する場合は、Ｓｎ含有量は０．００１～０．１００％の範囲とする。Ｓｎを含有する場合、より好ましくは、Ｓｎ含有量は０．０５０％以下である。
Ｓｂ：０．００１～０．１００％
Ｓｂは、Ｓｎと同様に、加工肌荒れ抑制に有効な元素である。その効果は、Ｓｂ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、Ｓｂ含有量が０．１００％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｓｂを含有する場合は、Ｓｂ含有量は０．００１～０．１００％の範囲とする。Ｓｂを含有する場合、より好ましくは、Ｓｂ含有量は０．０５０％以下である。
Ｓｂは、Ｓｎと同様に、加工肌荒れ抑制に有効な元素である。その効果は、Ｓｂ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、Ｓｂ含有量が０．１００％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｓｂを含有する場合は、Ｓｂ含有量は０．００１～０．１００％の範囲とする。Ｓｂを含有する場合、より好ましくは、Ｓｂ含有量は０．０５０％以下である。
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼の好適な製造方法について説明する。
本発明のフェライト系ステンレス鋼の製造方法は、特に限定されないが、例えば、転炉または電気炉等の溶解炉で鋼を溶製し、あるいはさらに取鍋精錬または真空精錬等の二次精錬を経て上述した本発明の成分組成を有する鋼とする。その後、連続鋳造法あるいは造塊－分塊圧延法で鋼片（鋼スラブ）とし、前記鋼スラブを、熱間圧延して熱延板とし、該熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施し熱延焼鈍板としてもよい。その後、該熱延板または熱延焼鈍板に冷間圧延を施して所望板厚の冷延板とし、さらに必要に応じて該冷延板に冷延板焼鈍を施し冷延焼鈍板としてもよい。
なお、熱間圧延や冷間圧延、熱延板焼鈍、冷延板焼鈍などの条件は特に限定されず、常法に従えばよい。
なお、熱間圧延や冷間圧延、熱延板焼鈍、冷延板焼鈍などの条件は特に限定されず、常法に従えばよい。
鋼を溶製する製鋼工程は、転炉あるいは電気炉等で溶解した鋼をＶＯＤ（Vacuum Oxygen Decarburization）法等により二次精錬し、上記必須成分および必要に応じて添加される成分を含有する鋼とすることが好ましい。溶製した溶鋼は、公知の方法で鋼素材（鋼スラブ）とすることができるが、生産性および品質面からは、連続鋳造法によることが好ましい。鋼素材は、その後、好ましくは１０５０～１２５０℃に加熱され、熱間圧延により所望の板厚の熱延板とされる。もちろん、板材以外に熱間加工することもできる。上記熱延板は、その後必要に応じて９００～１１５０℃の温度で連続焼鈍を施した後、酸洗等により脱スケールし、熱延製品とすることが好ましい。なお、必要に応じて、酸洗前にショットブラストや研削ブラシなどによりスケール除去してもよい。
さらに、上記熱延製品（熱延焼鈍板等）を、冷間圧延等の工程を経て冷延製品としてもよい。この場合の冷間圧延は、１回でもよいが、生産性や要求品質上の観点から中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延としてもよい。１回または２回以上の冷間圧延の総圧下率は、６０％以上が好ましく、より好ましくは７０％以上である。冷間圧延した鋼板は、その後、好ましくは９００～１１５０℃、さらに好ましくは９５０～１１５０℃の温度で連続焼鈍（仕上げ焼鈍）し、酸洗し、冷延製品とするのが好ましい。なお、連続焼鈍を光輝焼鈍で行って酸洗を省略してもよい。さらに用途によっては、仕上げ焼鈍後、スキンパス圧延等を施して、鋼板の形状や表面粗度、材質調整を行ってもよい。
以上説明した本発明のフェライト系ステンレス鋼は、一か所以上の接合部がろう付けによって組み立てられる、排熱回収器や排気ガス再循環装置に好適に用いられる。特に前記排熱回収器や排気ガス再循環装置の熱交換器部材に好適に用いられる。
表１に示した成分組成を有する鋼を真空溶解炉で溶製し、１１５０℃で１時間加熱した後、熱間圧延によって板厚４．０ｍｍの熱延板を製造した。１０８０℃で１分間保持して熱延板焼鈍を行った後、表面を研削加工によりスケールを除去して板厚１．０ｍｍまで冷間圧延した。アンモニア分解ガス雰囲気中にて１０４０℃で１分間保持して仕上げ焼鈍を行って得られた冷延焼鈍板を、その表面をエメリー研磨紙で６００番まで研磨し、アセトンによる脱脂を行って試験に供した。
この冷延焼鈍板について、以下のようにして、Ｎｉ含有ろう材によるろう付けを行い、（１）ろう付け性の評価、および、ろう付け処理後の冷延焼鈍板について、（２）σ相の析出量の測定および（３）耐食性の評価を実施し、その結果を表２に示した。
（１）ろう付け性の評価
作製した冷延焼鈍板から、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を切出し、水平にした試験片の表面に直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＮｉ含有ろう（ＪＩＳ規格：ＢＮｉ－５）を塗布し、その後、Ｎｉ含有ろうを塗布した試験片をろう材を塗布した面を上にして水平に置いた状態で１１７０℃、１Ｔｏｒｒの窒素キャリアガス雰囲気で１０分間加熱した後、常温まで冷却するろう付け処理を行った。その後、試験片表面のろう材の円相当直径（加熱後のろう材の円相当直径）を測定した。そして、加熱前のろう材の直径（１０ｍｍ、円相当直径も同じ）に対する加熱後のろう材の円相当直径の比（ろう材の広がり率）を求め、以下の基準で評価した。
加熱前に対する加熱後のろう材の広がり率＝（加熱後のろう材の円相当直径／加熱前のろう材の直径（１０ｍｍ））×１００（％）
◎（合格、特に良好）：１６０％以上
○（合格）：１５０％以上１６０％未満
×（不合格）：１５０％未満
作製した冷延焼鈍板から、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を切出し、水平にした試験片の表面に直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＮｉ含有ろう（ＪＩＳ規格：ＢＮｉ－５）を塗布し、その後、Ｎｉ含有ろうを塗布した試験片をろう材を塗布した面を上にして水平に置いた状態で１１７０℃、１Ｔｏｒｒの窒素キャリアガス雰囲気で１０分間加熱した後、常温まで冷却するろう付け処理を行った。その後、試験片表面のろう材の円相当直径（加熱後のろう材の円相当直径）を測定した。そして、加熱前のろう材の直径（１０ｍｍ、円相当直径も同じ）に対する加熱後のろう材の円相当直径の比（ろう材の広がり率）を求め、以下の基準で評価した。
加熱前に対する加熱後のろう材の広がり率＝（加熱後のろう材の円相当直径／加熱前のろう材の直径（１０ｍｍ））×１００（％）
◎（合格、特に良好）：１６０％以上
○（合格）：１５０％以上１６０％未満
×（不合格）：１５０％未満
（２）σ相析出量の測定
ろう付け処理後の各冷延焼鈍板の試験片を用いて、ろう材が付着していない部分からＬ断面観察用の試料を採取して電解研磨・王水エッチングを行った後に、光学顕微鏡にて５００倍で観察した視野内においてＡＳＴＭ Ｅ ５６２に準拠してポイントカウント法にてσ相の析出量（面積％）を測定した。なお、観察位置は試料の板厚中央部とした。
○：１．０％以下
×：１．０％より多い
ろう付け処理後の各冷延焼鈍板の試験片を用いて、ろう材が付着していない部分からＬ断面観察用の試料を採取して電解研磨・王水エッチングを行った後に、光学顕微鏡にて５００倍で観察した視野内においてＡＳＴＭ Ｅ ５６２に準拠してポイントカウント法にてσ相の析出量（面積％）を測定した。なお、観察位置は試料の板厚中央部とした。
○：１．０％以下
×：１．０％より多い
（３）耐食性の評価
ろう付け処理後の各冷延焼鈍板の試験片を用いて、ろう材が付着していない部分から２０ｍｍ角の試験片を採取し、この試験片に対して１１ｍｍ角の測定面を残してシリコーン樹脂製のシール材で被覆した。ついで、この試験片を３０℃の３．５％ＮａＣｌ水溶液中に浸漬させ、前記ＮａＣｌ水溶液の濃度以外はＪＩＳ Ｇ ０５７７に準拠して、孔食電位測定を実施した。自然電位で１０分間保持後、電位掃引速度２０ｍＶ／ｍｉｎの動電位法で、電流密度が１００μＡ／ｃｍ２になった時の電位を孔食電位Ｖｃ'１００とし、その値を表２に示す。なお、排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部分の使用条件を考慮すると、孔食電位Ｖｃ'１００が排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部分に実績のあるＳＵＳ３０４Ｌ相当の３００ｍＶ（ ｖｓ ＳＣＥ）以上であれば耐食性に優れると判定できる。
○（合格）：３００ｍＶ（ ｖｓ ＳＣＥ）以上
×（不合格）：３００ｍＶ（ ｖｓ ＳＣＥ）未満
ろう付け処理後の各冷延焼鈍板の試験片を用いて、ろう材が付着していない部分から２０ｍｍ角の試験片を採取し、この試験片に対して１１ｍｍ角の測定面を残してシリコーン樹脂製のシール材で被覆した。ついで、この試験片を３０℃の３．５％ＮａＣｌ水溶液中に浸漬させ、前記ＮａＣｌ水溶液の濃度以外はＪＩＳ Ｇ ０５７７に準拠して、孔食電位測定を実施した。自然電位で１０分間保持後、電位掃引速度２０ｍＶ／ｍｉｎの動電位法で、電流密度が１００μＡ／ｃｍ２になった時の電位を孔食電位Ｖｃ'１００とし、その値を表２に示す。なお、排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部分の使用条件を考慮すると、孔食電位Ｖｃ'１００が排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部分に実績のあるＳＵＳ３０４Ｌ相当の３００ｍＶ（ ｖｓ ＳＣＥ）以上であれば耐食性に優れると判定できる。
○（合格）：３００ｍＶ（ ｖｓ ＳＣＥ）以上
×（不合格）：３００ｍＶ（ ｖｓ ＳＣＥ）未満
表２より、発明例Ｎｏ．１～２７ではいずれも、良好なろう付け性および優れた耐食性が得られた。特にＣｒ含有量が２６．０％未満、Ａｌ含有量が０．０１５％以下かつＮｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）≧０．５０％であるＮｏ．６、９、１０、１２、１３、１６、１８、１９および２１は特に良好なろう付け性を示した。
これに対し、成分組成が適正範囲外となる比較例Ｎｏ．２８～３８では、良好なろう付け性および優れた耐食性を同時に満足することはできなかった。
より具体的には、比較例Ｎｏ．２８（鋼記号Ｂ１）では、Ｃｒ含有量が本発明の上限値超えであったため、ろう付け後のミクロ組織中にσ相が１．０％超析出しており優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．２９（鋼記号Ｂ２）では、Ｍｏ含有量が本発明の上限値超えであったため、ろう付け後のミクロ組織中にσ相が１．０％超析出しており優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３０（鋼記号Ｂ３）では、Ａｌ含有量が本発明の上限値超えであったため、良好なろう付け性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３１（鋼記号Ｂ４）では、Ｓｉ含有量が本発明の上限値超えであったため、良好なろう付け性を得られなかった。また、ろう付け後のミクロ組織中にσ相が１．０％超析出しており優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３２（鋼記号Ｂ５）では、Ｍｎ含有量が本発明の上限値超えであり、良好なろう付け性を得られなかった。また、優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３３（鋼記号Ｂ６）では、Ｎｂ含有量が本発明の上限値超えであったため、ろう付け後のミクロ組織中にσ相が１．０％超析出しており、優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３４（鋼記号Ｂ７）では、Ｃｒ含有量が本発明の下限値未満であったため、優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３５（鋼記号Ｂ８）では、Ｍｏ含有量が本発明の下限値未満であったため、優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３６（鋼記号Ｂ９）では、Ｎｉ含有量が本発明の下限値未満であったため、良好なろう付け性を得られなかった。さらに、ろう付け後のミクロ組織中にσ相が１．０％超析出しており優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３７（鋼記号Ｂ１０）では、すべての成分が規定範囲であるが、式（２）を満たさず、σ相が１．０％超析出しており優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３８（鋼記号Ｂ１１）では、すべての成分が規定範囲であるが、式（１）を満たさず、良好なろう付け性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．２９（鋼記号Ｂ２）では、Ｍｏ含有量が本発明の上限値超えであったため、ろう付け後のミクロ組織中にσ相が１．０％超析出しており優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３０（鋼記号Ｂ３）では、Ａｌ含有量が本発明の上限値超えであったため、良好なろう付け性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３１（鋼記号Ｂ４）では、Ｓｉ含有量が本発明の上限値超えであったため、良好なろう付け性を得られなかった。また、ろう付け後のミクロ組織中にσ相が１．０％超析出しており優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３２（鋼記号Ｂ５）では、Ｍｎ含有量が本発明の上限値超えであり、良好なろう付け性を得られなかった。また、優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３３（鋼記号Ｂ６）では、Ｎｂ含有量が本発明の上限値超えであったため、ろう付け後のミクロ組織中にσ相が１．０％超析出しており、優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３４（鋼記号Ｂ７）では、Ｃｒ含有量が本発明の下限値未満であったため、優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３５（鋼記号Ｂ８）では、Ｍｏ含有量が本発明の下限値未満であったため、優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３６（鋼記号Ｂ９）では、Ｎｉ含有量が本発明の下限値未満であったため、良好なろう付け性を得られなかった。さらに、ろう付け後のミクロ組織中にσ相が１．０％超析出しており優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３７（鋼記号Ｂ１０）では、すべての成分が規定範囲であるが、式（２）を満たさず、σ相が１．０％超析出しており優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ．３８（鋼記号Ｂ１１）では、すべての成分が規定範囲であるが、式（１）を満たさず、良好なろう付け性を得られなかった。
本発明によれば、ろう付けにより組み立てられる排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部材等の排気ガス再循環装置に用いて好適なフェライト系ステンレス鋼が得られるので、産業上極めて有用である。
Claims (5)
- 質量％で、
Ｃ：０．００３～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０５～０．３０％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：２４．０～３０．０％、
Ｎｉ：１．５０～３．００％、
Ｍｏ：１．００～３．００％、
Ａｌ：０．００１～０．０２０％、
Ｎｂ：０．２０～０．８０％、
Ｎ：０．０３０％以下、
を含有し、以下の式（１）、（２）を満たすとともに、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼。
Ｎｉ－２（Ｓｉ＋Ｍｎ）≧０．００％ ・・・（１）
Ｃｒ＋１．５Ｍｏ＋Ｓｉ＋１．５Ｎｂ－２．５Ｎｉ≦２５．０％ ・・・（２）
（式（１）、（２）中のＮｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂは、各元素の含有量（質量％）を示す。） - さらに質量％で、
Ｃｕ：０．０１～１．００％、
Ｃｏ：０．０１～１．００％、
Ｗ：０．０１～２．００％、
のうちから選んだ１種または２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。 - さらに質量％で、
Ｔｉ：０．０１～０．１０％、
Ｖ：０．０１～０．２０％、
Ｚｒ：０．０１～０．１０％、
Ｍｇ：０．０００５～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００５～０．００５０％、
Ｂ：０．０００５～０．００５０％、
ＲＥＭ（希土類金属）：０．００１～０．１００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、
のうちから選んだ１種または２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。 - 一か所以上の接合部がろう付けによって組み立てられる、排熱回収器用または排気ガス再循環装置用である請求項１または２に記載のフェライト系ステンレス鋼。
- 一か所以上の接合部がろう付けによって組み立てられる、排熱回収器用または排気ガス再循環装置用である請求項３に記載のフェライト系ステンレス鋼。
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