JP7458902B2 - フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
本発明はフェライト系ステンレス鋼に関する。より詳しくは、良好な耐食性を有するとともに高い強度および加工性を兼ね備えたフェライト系ステンレス鋼に関する。
従来、ステンレス鋼は、耐食性が要求される用途に供される製品の素材として好適に用いられる。ステンレス鋼を成形
および加工して製造される製品は、溶接部や組み立て構造の接合部にすき間が生じることがあり、製品の耐食性を向上させる上では、良好な耐すき間腐食性を有するステンレス鋼を素材として用いることが求められる。例えば、特許文献１～４には、鋼成分組成を調整することにより耐すき間腐食性を向上させたフェライト系ステンレス鋼が記載されている。
および加工して製造される製品は、溶接部や組み立て構造の接合部にすき間が生じることがあり、製品の耐食性を向上させる上では、良好な耐すき間腐食性を有するステンレス鋼を素材として用いることが求められる。例えば、特許文献１～４には、鋼成分組成を調整することにより耐すき間腐食性を向上させたフェライト系ステンレス鋼が記載されている。
ところで、製品の低コスト化のために、製品を構成する各種部材の薄肉化および軽量化が試みられる場合がある。この場合、（ｉ）製品の構造を保持するために部材の強度を高めることが求められる。また、（ｉｉ）部材を容易に成形するために、良好な加工性が求められる。加えて、（ｉｉｉ）例えば孔食が生じた部分において部材の厚さに対する孔食深さの比率が高まることから、部材の耐食性の向上も求められる。つまり、製品の素材として用いられるステンレス鋼の高強度化、加工性および耐食性の向上が要望される。
また、高耐食性のフェライト系ステンレス鋼として、例えばＳＵＳ４４５Ｊ１（２２Ｃｒ－１Ｍｏ）が知られている。そして、製品の低コスト化のために、良好な耐食性および強度を確保しつつ、ＳＵＳ４４５Ｊ１よりも鋼成分中のＣｒ量およびＭｏ量を低減する技術が提案されている（例えば、特許文献５）。
上記特許文献１～４に記載の技術では、フェライト系ステンレス鋼の強度および加工性については検討されておらず、良好な耐すき間腐食性に加え、強度と加工性とのバランスに優れたフェライト系ステンレス鋼について検討の余地がある。また、特許文献５に記載の技術において、耐食性の更なる向上が望まれる。
本発明の一態様は、このような現状に鑑み、鋼成分中のＣｒおよびＭｏの添加量を低減しつつ、強度と加工性とのバランスに優れ、かつ良好な耐食性を有す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。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るフェライト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｓｉ：０．５％以上１．４％未満、Ｎｉ：０．５％以上２．０％以下、Ｃｒ：１８．０％以上２１．０％以下、およびＭｏ：０．３％以上１．０％以下を含有し、フェライト系ステンレス鋼の表面から延出し、当該表面の一部を覆う様に存在しており、平面視したときの長軸が５μｍ以上の大きさを有する表面欠陥が、前記表面０．０１ｍｍ２あたり平均５個以下であることを特徴としている。
また、本発明の一様態に係るフェライト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｎ：０．０３０％以下、ＴｉおよびＮｂの少なくとも１種を合計で１０（Ｃ＋Ｎ）％以上０．７％以下、Ａｌ：０．１５％以下、およびＢ：０．０２０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成であってもよい。
また、本発明の一様態に係るフェライト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｖ、Ｗ、およびＣｏの少なくとも１種を合計で０．５０％以下、並びに、ＲＥＭ（希土類元素）、ＭｇおよびＣａの少なくとも１種を合計で０．１％以下含む成分組成であってもよい。
本発明の一態様によれば、鋼成分中のＣｒおよびＭｏの添加量を低減しつつ、優れた強度と加工性とのバランスを有するとともに良好な耐食性を有する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、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をよりよく理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものでは無い。また、本出願において、「Ａ～Ｂ」とは、Ａ以上Ｂ以下であることを示している。
また、本明細書において、「ステンレス鋼」との用語は、具体的な形状が限定されないステンレス鋼材を意味する。このステンレス鋼材としては、例えば、鋼板、鋼管、条鋼、等が挙げられる。
本発明の一実施形態におけるフェライト系ステンレス鋼について、フェライト系ステンレス鋼板を例示して以下に説明する。一般に、フェライト系ステンレス鋼板は、概して、溶製、鋳造、熱間圧延、焼鈍、酸洗、冷間圧延、焼鈍、および酸洗、の各工程がこの順に行われて製造される。
本発明者らは、ＣｒおよびＭｏの添加量を低減するとともにＳｉおよびＮｉを適量添加し、かつ室温でフェライト相を維持するように成分組成を調整することにより、低コストであり、強度と加工性とのバランスに優れ、さらに良好な耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼板の製造を試行した。具体的には、後述するような成分組成に調整したスラブを用いて、一般的な製造方法によりフェライト系ステンレス鋼板を製造した。
これにより得られたフェライト系ステンレス鋼板は、成分組成から想定される耐食性よりも、実際の耐食性が劣るということがわかった。本発明者らは、鋭意検討を行い、焼鈍および酸洗を施した後の焼鈍酸洗板の表面状態について以下の知見を見出した。
すなわち、上記焼鈍酸洗板は、例えば顕微鏡で２００倍程度に拡大して表面観察をすると、フェライト系ステンレス鋼の表面から延出し、当該表面の一部を覆う表面欠陥が存在した。図３は、上記焼鈍酸洗板の表面を示す顕微鏡写真である。
図３に示すように、表面欠陥１０は、焼鈍酸洗板（フェライト系ステンレス鋼板）の表面の一部を覆うように形成されており、換言すれば、フェライト系ステンレス鋼の表面の一部に被さるように形成されている。表面欠陥１０は、フェライト系ステンレス鋼の表面の一部に対してすき間を有するように覆い被さる延出部１１と、該延出部がフェライト系ステンレス鋼の表面素地から延出する始端部（接続部）１２とを有している。そして、延出部１１は、フェライト系ステンレス鋼板の表面素地と同一の成分からなる。
このような表面欠陥１０は、以下のように生成したと考えられる。すなわち、酸洗処理によってスケールが除去されるに際して、フェライト系ステンレス鋼板の表面素地も一部溶解する。この溶解反応が、上記延出部１１が残存するような形で進行する、すなわち上記延出部１１とフェライト系ステンレス鋼板の素地との間にすき間を形成するように進行する。このようにして、酸洗処理後の上記焼鈍酸洗板に上記表面欠陥１０が生成する。
このような表面欠陥（被さり）１０においては、延出部１１とフェライト系ステンレス鋼板の表面素地との間にすき間を有している。そのため、上記焼鈍酸洗板は、表面欠陥１０に起因してすき間腐食が発生し得る。それゆえ、上述のように上記焼鈍酸洗板における実際の耐食性が劣化するということがわかった。
そこで、本発明者らは、上記表面欠陥の中でも、長軸の長さが５μｍ以上であるような比較的大きい表面欠陥の数を減少させることにより、すき間腐食の発生を抑制し、フェライト系ステンレス鋼板の耐食性を向上させることを試みた。その結果、詳しくは後述するように、適切な酸洗工程の条件を見出し、本願発明を実現した。
なお、表面欠陥１０の長軸を図３にて示せば、Ｌである。表面欠陥１０における延出部１１は歪な形状にて生成し得るので、例えば、延出部１１の外縁に沿って近似図形（楕円や曲線から成る円）を描画し、その近似図形に基づいて長軸Ｌの長さを求めることができる。
〔フェライト系ステンレス鋼の表面状態〕
図１は、本発明の一実施形態におけるフェライト系ステンレス鋼板（フェライト系ステンレス鋼）の表面を示す顕微鏡写真である。
図１は、本発明の一実施形態におけるフェライト系ステンレス鋼板（フェライト系ステンレス鋼）の表面を示す顕微鏡写真である。
本実施形態におけるフェライト系ステンレス鋼板（以下、本フェライト系ステンレス鋼板と称する）は、平面視したときの長軸が５μｍ以上の大きさを有する表面欠陥（以下、特定表面欠陥と称する）が、前記表面０．０１ｍｍ２あたり平均５個以下である。これにより、本フェライト系ステンレス鋼板は、表面欠陥とフェライト系ステンレス鋼の表面とのすき間におけるすき間腐食の発生が抑制され、耐食性が向上する。
本フェライト系ステンレス鋼板の表面に存在する特定表面欠陥の数を計測する範囲である０．０１ｍｍ２は、例えば、１００μｍ×１００μｍの正方形の範囲であってよい。
本フェライト系ステンレス鋼板における、特定表面欠陥の数を計測する部位は、任意に選択された部位であってよく、特に限定されない。例えば、本フェライト系ステンレス鋼板の表面における任意の部位を１０点計測し、計測結果を平均する。これにより、当該フェライト系ステンレス鋼板の表面０．０１ｍｍ２あたりにおける特定表面欠陥の平均個数を推定できる。上記のような特定表面欠陥の計測は、例えば、光学顕微鏡などを用いて２００倍に拡大することにより行うことができる。
〔鋼中の化学成分〕
本発明の一実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼は、鋼成分組成として、質量％で、Ｓｉ：０．５％以上１．４％未満、Ｎｉ：０．５％以上２．０％以下、Ｃｒ：１８．０％以上２１．０％以下、およびＭｏ：０．３％以上１．０％以下を含有する。そして、上述のように特定表面欠陥の数が低減された表面状態を有する。これにより、低コストであり、強度と加工性とのバランスに優れ、良好な耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼が得られる。以下、フェライト系ステンレス鋼に含まれる各元素の含有量の意義について説明する。
本発明の一実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼は、鋼成分組成として、質量％で、Ｓｉ：０．５％以上１．４％未満、Ｎｉ：０．５％以上２．０％以下、Ｃｒ：１８．０％以上２１．０％以下、およびＭｏ：０．３％以上１．０％以下を含有する。そして、上述のように特定表面欠陥の数が低減された表面状態を有する。これにより、低コストであり、強度と加工性とのバランスに優れ、良好な耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼が得られる。以下、フェライト系ステンレス鋼に含まれる各元素の含有量の意義について説明する。
（Ｓｉ）
Ｓｉ（ケイ素）は、０．５質量％以上１．４質量％未満であることが好ましい。Ｓｉを０．５質量％以上含むフェライト系ステンレス鋼は、高強度かつ良好な耐食性を有する。また、Ｓｉを過度に含有すると、フェライト系ステンレス鋼は、加工性および靱性が低下する。そのため、Ｓｉ含有量を１．４質量％未満と規定した。このようなＳｉの含有量のフェライト系ステンレス鋼であれば、優れた強度と加工性とのバランスを有し、かつ良好な耐食性を有する。
Ｓｉ（ケイ素）は、０．５質量％以上１．４質量％未満であることが好ましい。Ｓｉを０．５質量％以上含むフェライト系ステンレス鋼は、高強度かつ良好な耐食性を有する。また、Ｓｉを過度に含有すると、フェライト系ステンレス鋼は、加工性および靱性が低下する。そのため、Ｓｉ含有量を１．４質量％未満と規定した。このようなＳｉの含有量のフェライト系ステンレス鋼であれば、優れた強度と加工性とのバランスを有し、かつ良好な耐食性を有する。
（Ｎｉ）
Ｎｉ（ニッケル）は、０．５質量％以上２．０質量％以下であることが好ましい。Ｎｉを０．５質量％以上含むフェライト系ステンレス鋼は、耐食性および溶接部の靱性に優れる。また、Ｎｉを過度に含有すると、フェライト相が不安定化するとともに、材料コストが上昇する。そのため、Ｎｉ含有量の上限を２．０質量％と規定した。
Ｎｉ（ニッケル）は、０．５質量％以上２．０質量％以下であることが好ましい。Ｎｉを０．５質量％以上含むフェライト系ステンレス鋼は、耐食性および溶接部の靱性に優れる。また、Ｎｉを過度に含有すると、フェライト相が不安定化するとともに、材料コストが上昇する。そのため、Ｎｉ含有量の上限を２．０質量％と規定した。
（Ｃｒ）
Ｃｒ（クロム）は、１８．０質量％以上２１．０質量％以下であることが好ましい。Ｃｒを１８．０質量％以上含むフェライト系ステンレス鋼は、耐食性に優れ、このことは溶接部および熱影響部においても同様である。また、Ｃｒを過度に含有すると、加工性が低下するとともに材料コストが上昇する。そのため、Ｃｒ含有量の上限を２１．０質量％と規定した。
Ｃｒ（クロム）は、１８．０質量％以上２１．０質量％以下であることが好ましい。Ｃｒを１８．０質量％以上含むフェライト系ステンレス鋼は、耐食性に優れ、このことは溶接部および熱影響部においても同様である。また、Ｃｒを過度に含有すると、加工性が低下するとともに材料コストが上昇する。そのため、Ｃｒ含有量の上限を２１．０質量％と規定した。
（Ｍｏ）
Ｍｏ（モリブデン）は、０．３質量％以上１．０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．４質量％以上０．８質量％以下である。Ｍｏを０．３質量％以上含むフェライト系ステンレス鋼は、耐食性に優れる。また、Ｍｏを過度に含有すると、加工性が低下するとともに材料コストが上昇する。そのため、Ｍｏ含有量の上限を１．０質量％と規定した。
Ｍｏ（モリブデン）は、０．３質量％以上１．０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．４質量％以上０．８質量％以下である。Ｍｏを０．３質量％以上含むフェライト系ステンレス鋼は、耐食性に優れる。また、Ｍｏを過度に含有すると、加工性が低下するとともに材料コストが上昇する。そのため、Ｍｏ含有量の上限を１．０質量％と規定した。
さらに、本発明の一実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｎ：０．０３０％以下、ＴｉおよびＮｂの少なくとも１種を合計で１０（Ｃ＋Ｎ）％以上０．７％以下、Ａｌ：０．１５％以下、Ｂ：０．０２０％以下を含有していてもよい。残部は鉄（Ｆｅ）および不可避的不純物であってもよい。また、残部は他の各種の添加元素を含んでいてもよい。
（Ｃ）
Ｃ（炭素）は、０．０３０質量％以下であることが好ましい。Ｃを０．０３０質量％以下含むフェライト系ステンレス鋼は、耐粒界腐食性（鋭敏化抑制）および加工性に優れ、かつ、精錬に要するコストを低減できる。
Ｃ（炭素）は、０．０３０質量％以下であることが好ましい。Ｃを０．０３０質量％以下含むフェライト系ステンレス鋼は、耐粒界腐食性（鋭敏化抑制）および加工性に優れ、かつ、精錬に要するコストを低減できる。
（Ｍｎ）
Ｍｎ（マンガン）は、１．０質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましい。Ｍｎを過度に含有すると、フェライト相が不安定化するとともに、腐食起点（ＭｎＳ）の発生を促進する。そのため、Ｍｎ含有量の上限を１．０質量％と規定した。
Ｍｎ（マンガン）は、１．０質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましい。Ｍｎを過度に含有すると、フェライト相が不安定化するとともに、腐食起点（ＭｎＳ）の発生を促進する。そのため、Ｍｎ含有量の上限を１．０質量％と規定した。
（Ｐ）
Ｐ（リン）は、０．０５０質量％以下であることが好ましい。Ｐを過度に含有すると、溶接性、溶接部の靱性、および加工性が劣化し得る。そのため、Ｐ含有量の上限を０．０５０質量％と規定した。
Ｐ（リン）は、０．０５０質量％以下であることが好ましい。Ｐを過度に含有すると、溶接性、溶接部の靱性、および加工性が劣化し得る。そのため、Ｐ含有量の上限を０．０５０質量％と規定した。
（Ｓ）
Ｓ（硫黄）は、０．０２０質量％以下であることが好ましく、０．０１０質量％以下であることがより好ましい。Ｓを過度に含有すると、溶接部の靱性が低下するとともに、腐食起点の発生が促進され得る。そのため、Ｓ含有量の上限を０．０２０質量％と規定した。
Ｓ（硫黄）は、０．０２０質量％以下であることが好ましく、０．０１０質量％以下であることがより好ましい。Ｓを過度に含有すると、溶接部の靱性が低下するとともに、腐食起点の発生が促進され得る。そのため、Ｓ含有量の上限を０．０２０質量％と規定した。
（Ｃｕ）
Ｃｕ（銅）は、２．０質量％以下であることが好ましい。Ｃｕは耐食性の向上に寄与するが、Ｃｕを過度に含有すると、フェライト相が不安定化するとともに、材料コストが上昇する。そのため、Ｃｕ含有量の上限を２．０質量％と規定した。
Ｃｕ（銅）は、２．０質量％以下であることが好ましい。Ｃｕは耐食性の向上に寄与するが、Ｃｕを過度に含有すると、フェライト相が不安定化するとともに、材料コストが上昇する。そのため、Ｃｕ含有量の上限を２．０質量％と規定した。
（Ｎ）
Ｎ（窒素）は、０．０３０質量％以下であることが好ましい。Ｎを０．０３０以下含むフェライト系ステンレス鋼は、耐粒界腐食性（鋭敏化抑制）および加工性に優れ、かつ、精錬に要するコストを低減できる。
Ｎ（窒素）は、０．０３０質量％以下であることが好ましい。Ｎを０．０３０以下含むフェライト系ステンレス鋼は、耐粒界腐食性（鋭敏化抑制）および加工性に優れ、かつ、精錬に要するコストを低減できる。
（ＴｉおよびＮｂ）
Ｔｉ（チタン）およびＮｂ（ニオブ）は、合計で１０（Ｃ＋Ｎ）質量％以上０．７質量％以下であることが好ましく、より好ましくはＴｉが０．３質量％以下であり、かつ、Ｎｂが０．４質量％以下である。ＴｉおよびＮｂを１０（Ｃ＋Ｎ）以上含むフェライト系ステンレス鋼は、耐粒界腐食性（鋭敏化抑制）に優れる。一方で、Ｔｉを過度に含有すると、加工性および表面品質が劣化し得るため、Ｔｉ含有量の上限を０．３質量％と規定した。また、Ｎｂを過度に含有すると、加工性および靱性が劣化し得るため、Ｎｂ含有量の上限を０．４質量％と規定した。
Ｔｉ（チタン）およびＮｂ（ニオブ）は、合計で１０（Ｃ＋Ｎ）質量％以上０．７質量％以下であることが好ましく、より好ましくはＴｉが０．３質量％以下であり、かつ、Ｎｂが０．４質量％以下である。ＴｉおよびＮｂを１０（Ｃ＋Ｎ）以上含むフェライト系ステンレス鋼は、耐粒界腐食性（鋭敏化抑制）に優れる。一方で、Ｔｉを過度に含有すると、加工性および表面品質が劣化し得るため、Ｔｉ含有量の上限を０．３質量％と規定した。また、Ｎｂを過度に含有すると、加工性および靱性が劣化し得るため、Ｎｂ含有量の上限を０．４質量％と規定した。
（Ａｌ）
Ａｌ（アルミニウム）は、０．１５質量％以下であることが好ましい。Ａｌを０．１５質量％以下含むフェライト系ステンレス鋼は、脱酸性および耐食性に優れる。一方で、Ａｌを過度に含有すると、表面品質が劣化し得るため、Ａｌ含有量の上限を０．１５質量％と規定した。
Ａｌ（アルミニウム）は、０．１５質量％以下であることが好ましい。Ａｌを０．１５質量％以下含むフェライト系ステンレス鋼は、脱酸性および耐食性に優れる。一方で、Ａｌを過度に含有すると、表面品質が劣化し得るため、Ａｌ含有量の上限を０．１５質量％と規定した。
（Ｂ）
Ｂ（ホウ素）は、０．０２０質量％以下であることが好ましい。Ｂを過度に含有すると、熱間加工性が劣化し得る。そのため、Ｂ含有量の上限を０．０２０質量％と規定した。
Ｂ（ホウ素）は、０．０２０質量％以下であることが好ましい。Ｂを過度に含有すると、熱間加工性が劣化し得る。そのため、Ｂ含有量の上限を０．０２０質量％と規定した。
[その他の成分]
本発明の一実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼は、さらに、質量％で、Ｖ、Ｗ、およびＣｏの少なくとも１種を合計で０．５％以下、並びに、ＲＥＭ（希土類元素）、ＭｇおよびＣａの少なくとも１種を合計で０．１％以下含有していてもよい。
本発明の一実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼は、さらに、質量％で、Ｖ、Ｗ、およびＣｏの少なくとも１種を合計で０．５％以下、並びに、ＲＥＭ（希土類元素）、ＭｇおよびＣａの少なくとも１種を合計で０．１％以下含有していてもよい。
（Ｖ、Ｗ、およびＣｏ）
Ｖ（バナジウム）、Ｗ（タングステン）、およびＣｏ（コバルト）の少なくとも１種は、合計で０．５質量％以下であることが好ましい。Ｖ、Ｗ、またはＣｏの少なくとも１種を合計で０．５質量％以下含むフェライト系ステンレス鋼は、加工性および靱性に優れ、かつ、材料コストの上昇を抑制できる。
Ｖ（バナジウム）、Ｗ（タングステン）、およびＣｏ（コバルト）の少なくとも１種は、合計で０．５質量％以下であることが好ましい。Ｖ、Ｗ、またはＣｏの少なくとも１種を合計で０．５質量％以下含むフェライト系ステンレス鋼は、加工性および靱性に優れ、かつ、材料コストの上昇を抑制できる。
（ＲＥＭ、ＭｇおよびＣａ）
ＲＥＭ（希土類元素）、Ｍｇ（マグネシウム）およびＣａ（カルシウム）の少なくとも１種は、合計で０．１質量％以下であることが好ましい。ＲＥＭ、ＭｇおよびＣａの少なくとも１種を合計で０．１質量％以下含むフェライト系ステンレス鋼は、材料コストの上昇を抑制できる。
ＲＥＭ（希土類元素）、Ｍｇ（マグネシウム）およびＣａ（カルシウム）の少なくとも１種は、合計で０．１質量％以下であることが好ましい。ＲＥＭ、ＭｇおよびＣａの少なくとも１種を合計で０．１質量％以下含むフェライト系ステンレス鋼は、材料コストの上昇を抑制できる。
〔フェライト系ステンレス鋼の製造方法〕
本発明の一実施形態におけるフェライト系ステンレス鋼板（フェライト系ステンレス鋼）は、上述のように成分調整された組成を有し、表面に存在する特定表面欠陥の数が、表面０．０１ｍｍ２あたり平均５個以下となっている。このようなフェライト系ステンレス鋼板は、以下のような方法にて製造することができる。
本発明の一実施形態におけるフェライト系ステンレス鋼板（フェライト系ステンレス鋼）は、上述のように成分調整された組成を有し、表面に存在する特定表面欠陥の数が、表面０．０１ｍｍ２あたり平均５個以下となっている。このようなフェライト系ステンレス鋼板は、以下のような方法にて製造することができる。
一般に、熱間圧延された熱延板または冷間圧延された冷延板に対して焼鈍処理を施した後、次工程として焼鈍板に酸洗工程が施される。この酸洗工程では、熱硫酸、中性塩電解、塩化第二鉄等を用いて予備処理を行った後、混酸を用いて本処理を行うことが多い。このような従来の方法（以下、従来法と称することがある）を用いて得られた焼鈍酸洗板は、表面に上述の特定表面欠陥が多数生成する。本発明者らは、特定表面欠陥の発生を抑制するためには、酸洗処理を施す際の、予備処理および本処理における、スケールを溶解する作用とフェライト系ステンレス鋼の素地を溶解する作用とのバランスを適切に調整することが重要であると考えた。
ここで、上記予備処理においては、従来、ソルトバスを用いる方法が知られている。ソルトバスは、焼鈍板の表面に生成したスケールを溶解する作用が比較的強い。そのため、比較的短い時間にて予備処理を行うことができる。
なお、従来法において、予備処理に例えば熱硫酸等を用いる場合、例えば処理時間を長大化させることによって、スケールに対して充分な予備処理を施すことは可能であり得る。しかしながら、そのような長時間の予備処理は、フェライト系ステンレス鋼を製造するラインの連続操業における制限を受けるとともに、製造コストが増大するという問題がある。
そのため、本実施形態におけるフェライト系ステンレス鋼の製造方法では、ソルトバスを用いて、焼鈍により生成したスケールを効果的に改質する。すなわち、ＦｅおよびＣｒが溶出し易いスケールに改質する。そして、ソルトバスを用いて予備処理を行った後、硝酸電解および弗硝酸に浸漬させて本処理を行う。このように酸洗処理を行うことによって、スケールを適切に溶解することができるとともに、上記特定表面欠陥の発生を抑制することができる。つまり、フェライト系ステンレス鋼の素地に対して、上記特定表面欠陥を生じるような溶解反応が生じ難くすることができる。よって、本実施形態におけるフェライト系ステンレス鋼を好適に製造することができる。
〔フェライト系ステンレス鋼の物性〕
本フェライト系ステンレス鋼は、ＪＩＳ Ｚ２２９１に準じて測定した引張強度が、４５０ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下であることが好ましい。フェライト系ステンレス鋼は、引張強度が４５０Ｍｐａ以上であることにより、良好な強度を有すると言える。また、フェライト系ステンレス鋼は、引張強度が５５０ＭＰａ以下であれば、優れた加工性を容易に確保できる。なお、フェライト系ステンレス鋼の引張強度を上述の範囲内で低く設定するほど、フェライト系ステンレス鋼の薄肉化および軽量化が容易となる。
本フェライト系ステンレス鋼は、ＪＩＳ Ｚ２２９１に準じて測定した引張強度が、４５０ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下であることが好ましい。フェライト系ステンレス鋼は、引張強度が４５０Ｍｐａ以上であることにより、良好な強度を有すると言える。また、フェライト系ステンレス鋼は、引張強度が５５０ＭＰａ以下であれば、優れた加工性を容易に確保できる。なお、フェライト系ステンレス鋼の引張強度を上述の範囲内で低く設定するほど、フェライト系ステンレス鋼の薄肉化および軽量化が容易となる。
本フェライト系ステンレス鋼は、一般的な深絞り試験装置（例えば、エリクセン社製薄板成形試験装置）を用いた深絞り試験において、成形限界絞り比が２．００以上であることが好ましい。成形限界絞り比は、フェライト系ステンレス鋼の加工性を示す指標である。フェライト系ステンレス鋼は、成形限界絞り比が２．００以上であれば、良好な加工性を有すると言える。
また、本フェライト系ステンレス鋼は、定電位浸漬試験において、フェライト系ステンレス鋼の表面における腐食発生電位が、０．４Ｖ（ｖｓ，Ａｇ／ＡｇＣｌ；以下、特に記載のない限り、腐食発生電位の基準はＡｇ／ＡｇＣｌとする）以上であることが好ましく、０．４５Ｖ以上であることがより好ましい。また、本フェライト系ステンレス鋼は、表面に金属間すき間を形成して定電位浸漬試験を行った場合において、腐食発生電位が、０．３５Ｖ以上であることが好ましく、０．４Ｖ以上であることがより好ましい。本フェライト系ステンレス鋼は、定電位浸漬試験において上記のような結果を示し、良好な耐食性を有する。
また、本フェライト系ステンレス鋼の表面における不動態皮膜について、図２を用いて説明すれば以下のとおりである。図２は、フェライト系ステンレス鋼の不動態皮膜中のＣｒについて、ＧＤＳ（グロー放電発光分光法）を用いて測定した結果を示す図である。図２に示すグラフはそれぞれ、酸洗処理にソルトバスを用いた本発明例の焼鈍酸洗板、従来法による比較例の焼鈍酸洗板、および表面に研磨処理を施した参考例の研磨材について、縦軸をＣｒの任意強度、横軸を時間として示すグラフである。なお、図２においては、同じ成分組成および方法で製造した焼鈍板を用いて、各種の酸洗処理または研磨処理を行った結果を示している。
図２の本発明例および比較例に示すように、本発明例の焼鈍酸洗板は、比較例の焼鈍酸洗板に比べて、表面近傍のＣｒ濃度が比較的高いことがわかる。また、本発明例の焼鈍酸洗板では、酸洗処理後の表面状態として、不動態皮膜中のＣｒ濃度のピークが、表面から比較的深部における不動態皮膜中のＣｒ量とほぼ同じである。これは、フェライト系ステンレス鋼の表面素地に対する酸洗処理の影響が小さいことを示していると考えられる。一方で、比較例の焼鈍酸洗板では、不動態皮膜中のＣｒ濃度が比較的小さくなっており、フェライト系ステンレス鋼の表面素地に対する酸洗処理の影響が大きいことを示唆している。図２の参考例に示す研磨材においても、従来法による酸洗処理を施した上記比較例と同様のことが言える。
（用途）
本実施形態におけるフェライト系ステンレス鋼は、鋼成分中のＣｒおよびＭｏの添加量を低減しつつ、高い強度を有するとともに優れた耐食性を有しており、建材や配管等の製品の素材として好適に用いることができる。例えば、屋根材料、壁材料、建材外装、ダクト、自動車モール、装飾部品、フェンス、配管、水層、および貯水タンク等の製品を形成する素材として用いることができる。
本実施形態におけるフェライト系ステンレス鋼は、鋼成分中のＣｒおよびＭｏの添加量を低減しつつ、高い強度を有するとともに優れた耐食性を有しており、建材や配管等の製品の素材として好適に用いることができる。例えば、屋根材料、壁材料、建材外装、ダクト、自動車モール、装飾部品、フェンス、配管、水層、および貯水タンク等の製品を形成する素材として用いることができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。
本発明の一実施例について以下に説明する。
〔フェライト系ステンレス鋼の評価方法〕
[耐食性の評価]
フェライト系ステンレス鋼の耐食性について、下記の方法により耐食性および耐すき間腐食性を評価した。
[耐食性の評価]
フェライト系ステンレス鋼の耐食性について、下記の方法により耐食性および耐すき間腐食性を評価した。
（フェライト系ステンレス鋼の素材表面における耐食性の評価）
試験片として一辺が１０ｍｍの正方形のフェライト系ステンレス鋼板を用い、定電位浸漬試験により、フェライト系ステンレス鋼の素材表面における耐食性を評価した。
試験片として一辺が１０ｍｍの正方形のフェライト系ステンレス鋼板を用い、定電位浸漬試験により、フェライト系ステンレス鋼の素材表面における耐食性を評価した。
定電位浸漬試験は、塩化物イオン濃度２００ｐｐｍで、８０℃の溶液に、試験片を浸漬し、Ａｒ脱気雰囲気とした。また、対極（Ｐｔ）および参照極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を浸漬し、一定電位で、４８時間保持した。そして、４８時間後の電流値が１μＡ以上となる最小の電位を腐食発生電位（Ｖ）として評価した。
（フェライト系ステンレス鋼の金属間すき間における耐すき間腐食性の評価）
一辺が３０ｍｍの正方形のフェライト系ステンレス鋼板の中央に穴を形成し、ボルトを用いて当該穴にＳＵＳワッシャーを固定することにより金属間すき間を形成した。定電位浸漬試験により、フェライト系ステンレス鋼の金属間すき間における耐すき間腐食性を評価した。
一辺が３０ｍｍの正方形のフェライト系ステンレス鋼板の中央に穴を形成し、ボルトを用いて当該穴にＳＵＳワッシャーを固定することにより金属間すき間を形成した。定電位浸漬試験により、フェライト系ステンレス鋼の金属間すき間における耐すき間腐食性を評価した。
定電位浸漬試験は、塩化物イオン濃度２００ｐｐｍで、８０℃の溶液に、試験片を浸漬し、Ａｒ脱気雰囲気とした。また、対極（Ｐｔ）および参照極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を浸漬し、一定電位で、４８時間保持した。そして、４８時間後の電流値が１μＡ以上となる最小の電位を腐食発生電位（Ｖ）として評価した。
[機械的性質の評価]
（引張強度）
フェライト系ステンレス鋼の機械的性質の評価において、ＪＩＳ Ｚ２２４１に規定された１３Ｂ号試験片を用いてＪＩＳ Ｚ２２９１に準じて、引張試験を行ない、引張強度を評価した。
（引張強度）
フェライト系ステンレス鋼の機械的性質の評価において、ＪＩＳ Ｚ２２４１に規定された１３Ｂ号試験片を用いてＪＩＳ Ｚ２２９１に準じて、引張試験を行ない、引張強度を評価した。
（加工性）
薄板成形試験装置（エリクセン社製）を用いて、フェライト系ステンレス鋼の加工性（深絞り性）を評価した。試験片は、ポンチ径：φ４０ｍｍ、ポンチ肩Ｒ：６ｍｍ、ダイス径：φ４２ｍｍ、ダイス肩Ｒ：６ｍｍとした。そして、しわ押さえ力：１０ｋＮ、ポンチ速度：２０ｍｍ／ｍｉｎの条件により、フェライト系ステンレス鋼の深絞り性を評価した。成形限界絞り比Ａは、試験片のブランク径をＢ、ポンチ径をＣとすると、Ａ＝Ｂ／Ｃの式に基づいて算出した。
薄板成形試験装置（エリクセン社製）を用いて、フェライト系ステンレス鋼の加工性（深絞り性）を評価した。試験片は、ポンチ径：φ４０ｍｍ、ポンチ肩Ｒ：６ｍｍ、ダイス径：φ４２ｍｍ、ダイス肩Ｒ：６ｍｍとした。そして、しわ押さえ力：１０ｋＮ、ポンチ速度：２０ｍｍ／ｍｉｎの条件により、フェライト系ステンレス鋼の深絞り性を評価した。成形限界絞り比Ａは、試験片のブランク径をＢ、ポンチ径をＣとすると、Ａ＝Ｂ／Ｃの式に基づいて算出した。
〔実施例〕
本発明の実施例１～１２に係るフェライト系ステンレス鋼の組成（質量％）を表１に示す。これらの各合金組成のステンレス鋼をラボ溶解で溶製し、熱間圧延、焼鈍、冷間圧延、焼鈍および酸洗を行なうことにより０．６ｍｍｔ（０．６ｍｍの厚み）の焼鈍酸洗板を製造した。なお、実施例１～１２に係るフェライト系ステンレス鋼における酸洗では、ソルトバスを行った後、硝酸電解および弗硝酸に浸漬することにより酸洗を行った。
本発明の実施例１～１２に係るフェライト系ステンレス鋼の組成（質量％）を表１に示す。これらの各合金組成のステンレス鋼をラボ溶解で溶製し、熱間圧延、焼鈍、冷間圧延、焼鈍および酸洗を行なうことにより０．６ｍｍｔ（０．６ｍｍの厚み）の焼鈍酸洗板を製造した。なお、実施例１～１２に係るフェライト系ステンレス鋼における酸洗では、ソルトバスを行った後、硝酸電解および弗硝酸に浸漬することにより酸洗を行った。
〔比較例〕
本発明の比較例１～１０に係るフェライト系ステンレス鋼は、いずれか１種以上の成分の含有量が本フェライト系ステンレス鋼の規定範囲から外れている。当該規定範囲から外れた数値については、表１において下線を付して示している。
本発明の比較例１～１０に係るフェライト系ステンレス鋼は、いずれか１種以上の成分の含有量が本フェライト系ステンレス鋼の規定範囲から外れている。当該規定範囲から外れた数値については、表１において下線を付して示している。
本発明の比較例８、１０、１１に係るフェライト系ステンレス鋼は、酸洗工程において、ソルトバスを用いず、従来法を用いた。換言すれば、比較例８、１０、１１に係るフェライト系ステンレス鋼は、製造工程における酸洗以外の工程は、実施例１～１２に係るフェライト系ステンレス鋼と同じである。また、比較例１１に係るフェライト系ステンレス鋼の成分組成については、実施例４に係るフェライト系ステンレス鋼と同じである。
〔結果〕
平均表面欠陥数、引張強度、加工性、および、素材または金属間すき間における腐食発生電位の試験結果を表２に示す。本発明が意図する、良好な特性を備えたフェライト系ステンレス鋼であるか否かの判断基準は、次の通りとした。平均表面欠陥数：５個以下、引張強度：４５０～５５０ＭＰａ、成形限界絞り比：２．００以上、素材における腐食発生電位：０．４０Ｖ以上、金属間すき間における腐食発生電位：０．４５Ｖ以上。これらの判断基準から外れた数値については、表２において下線を付して示している。
平均表面欠陥数、引張強度、加工性、および、素材または金属間すき間における腐食発生電位の試験結果を表２に示す。本発明が意図する、良好な特性を備えたフェライト系ステンレス鋼であるか否かの判断基準は、次の通りとした。平均表面欠陥数：５個以下、引張強度：４５０～５５０ＭＰａ、成形限界絞り比：２．００以上、素材における腐食発生電位：０．４０Ｖ以上、金属間すき間における腐食発生電位：０．４５Ｖ以上。これらの判断基準から外れた数値については、表２において下線を付して示している。
実施例１～１２に係るフェライト系ステンレス鋼は、平均表面欠陥数、引張強度、加工性、および、素材または金属間すき間における腐食発生電位の、いずれも上記の判断基準を満たしていた。
一方で、比較例１～１１に係るフェライト系ステンレス鋼は、平均表面欠陥数、引張強度、加工性、および、素材または金属間すき間における腐食発生電位の、いずれか１つ以上について上記の判断基準を満たすものではなかった。例えば、Ｓｉの含有量が０．５０質量％未満である比較例２では、金属間すき間における腐食発生電位が０．３５Ｖ未満であり、耐食性に問題があった。また、Ｓｉの含有量が１．４質量％以上である比較例５では、平均表面欠陥数、引張強度、加工性、および、素材における腐食発生電位について、上記の判断基準を満たすものではなかった。
以上の結果から、本発明の規定範囲を満たす成分組成を有し、さらにソルトバスを用いた酸洗工程を行って作製したフェライト系ステンレス鋼は、優れた強度および加工性のバランスを有し、かつ良好な耐食性を有していた。
Claims (3)
- 質量％で、Ｓｉ：０．５％以上０．９７％以下、Ｎｉ：０．５％以上２．０％以下、Ｃｒ：１８．０％以上２１．０％以下、およびＭｏ：０．３％以上１．０％以下を含有し、
フェライト系ステンレス鋼の表面から延出し、当該表面の一部を覆う様に存在しており、平面視したときの長軸が５μｍ以上の大きさを有する表面欠陥が、前記表面０．０１ｍｍ２あたり平均５個以下であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。 - 質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｎ：０．０３０％以下、ＴｉおよびＮｂの少なくとも１種を合計で１０（Ｃ＋Ｎ）％以上０．７％以下、Ａｌ：０．１５％以下、およびＢ：０．０２０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる、請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼。
- 質量％で、Ｖ、Ｗ、およびＣｏの少なくとも１種を合計で０．５０％以下、並びに、ＲＥＭ（希土類元素）、ＭｇおよびＣａの少なくとも１種を合計で０．１％以下含有する、請求項１または２に記載のフェライト系ステンレス鋼。
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