JP2012172160A - 耐酸化性と高温強度に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、製造性や溶接性を阻害するＡｌやＳｉの過度の合金化やＮｂ，Ｍｏ，Ｗ，希土類等の希少元素の添加に頼ることなく、微量Ｓｎ添加を活用して耐酸化性と高温強度を向上させた省合金型の高純度フェライト系ステンレス鋼板とその製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０３％、Ｓｉ：０．０１〜２％、Ｍｎ：０．０１〜１．５％、Ｐ：０．００５〜０．０５％、Ｓ：０．０００１〜０．０１％、Ｃｒ：１６〜３０％、Ｎ：０．００１〜０．０３％、Ａｌ：０．８％超〜３％、Ｓｎ：０．０１〜１％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる高純度フェライト系ステンレス鋼板とする。当該鋼成分を有するステンレス鋼スラブを加熱して抽出温度を１１００〜１２５０℃とし、熱間圧延終了後の巻取り温度を６５０℃以下とする。熱延板焼鈍を９００〜１０５０℃で行い、５５０〜８５０℃の温度域を１０℃／秒以下で冷却する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば４００℃以上、１０５０℃以下の高温環境における耐酸化性と高温強度に優れた省合金型の高純度フェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法に関するものである。具体的には、暖房機器，燃焼機器，自動車排気系などの部材を構成するのに好適な耐酸化性と高温強度に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼に関する。

フェライト系ステンレス鋼は、厨房機器、家電製品、電子機器など幅広い分野で使用されている。近年、精錬技術の向上により極低炭素・窒素化，ＰやＳなど不純物元素の低減が可能となり、ＮｂやＴｉ等の安定化元素を添加して耐銹性と加工性を高めたフェライト系ステンレス鋼（以下、高純度フェライト系ステンレス鋼）は広範囲の用途へ適用されつつある。これは、高純度フェライト系ステンレス鋼が、近年価格高騰の著しいＮｉを多量に含有するオ−ステナイト系ステンレス鋼よりも経済性に優れているためである。

耐酸化性と高温強度が要求される耐熱鋼分野においても、ＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌ，ＳＵＳ４３６Ｊ１Ｌ，ＳＵＨ２１等の高純度フェライト系ステンレス鋼が規格化されている（ＪＩＳ Ｇ ４３１２）。ＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌは１９Ｃｒ−０．５Ｎｂ、ＳＵＳ４３６Ｊ１Ｌは１８Ｃｒ−１Ｍｏ、ＳＵＨ２１は１８Ｃｒ−３Ａｌに代表されるように、希少元素であるＮｂやＭｏの添加、あるいは多量のＡｌ添加を特徴としている。ＳＵＨ２１に代表されるＡｌ含有高純度フェライト系ステンレス鋼は、優れた耐酸化性を有しているものの、加工性や溶接性ならびに低靭性に伴う製造性に課題がある。

上述したＡｌ含有高純度フェライトの課題に対して、これまで種々の検討がなされている。例えば、特許文献１には、Ｃｒ：１３〜２０％，Ａｌ：１．５〜２．５％未満，Ｓｉ：０．３〜０．８％，Ｔｉ：３×（Ｃ＋Ｎ）〜２０×（Ｃ＋Ｎ）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及びその製造方法が開示されている。特許文献２には、Ｃｒ：８〜２５％，Ｃ：０．０３％以下，Ｎ：０．０３％以下，Ｓｉ：０．１〜２．５％，Ａｌ：４％以下、Ａ＝Ｃｒ＋５（Ｓｉ＋Ａｌ）と定義されるＡ値が１３〜６０の範囲とする耐水蒸気酸化性、熱疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。これら特許文献１，２に開示されたステンレス鋼は、Ａｌの添加量を低くして、Ｓｉとの複合添加を特徴としている。Ｓｉも鋼の靭性を低下させる元素であることから，これら鋼の製造性に対する課題は残る。また、特許文献３に開示されたステンレス鋼は、Ｃｒ：１１〜２１％，Ａｌ：０．０１〜０．１％，Ｓｉ：０．８〜１．５％，Ｔｉ：０．０５〜０．３％，Ｎｂ：０．１〜０．４％，Ｃ：０．０１５％以下，Ｎ：０．０１５％以下，必要に応じて高温強度を得るために２％以下のＷを添加している。これらの特許文献に開示されたステンレス鋼は、Ａｌ量を低減してＳｉや希少元素であるＷの添加により耐酸化性と高温強度を確保している。

上記課題を解決する手段として、高合金化に依らず、微量元素を利用して耐酸化性と高温強度を改善する方法が考えられる。従来、耐酸化性を飛躍的に向上する微量元素として、希土類元素の利用が知られている。例えば、特許文献４には、ＳｉやＡｌに頼らず、Ｃｒ：１２〜３２％のフェライト系ステンレス鋼への希土類元素：０．２％以下、Ｙ：０．５％以下、Ｈｆ：０．５％以下、Ｚｒ：１％以下のうち１種または２種以上、それらの合計を１％以下として添加することを開示している。また、高温強度については、特許文献５においてＳｎ，Ｓｂの微量元素を含む高温強度に優れたフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法が開示されている。特許文献５に開示された大半の鋼は、Ｃｒ：１０〜１２％の低Ｃｒ鋼であり、Ｃｒ：１２％超の高Ｃｒ鋼では高温強度を確保するためにＶ，Ｍｏ等を複合添加している。Ｓｎ、Ｓｂの効果として、高温強度の改善を挙げており、本発明の目的とする耐酸化性に関わる検討や記載は見られない。

これまで発明者らは、省資源・経済性の観点から，ＣｒやＭｏの高合金化によらず，Ｓｎの微量添加により耐食性や加工性を改善した高純度フェライト系ステンレス鋼について開示している。特許文献６および７に開示したステンレス鋼は、Ｃｒ：１３〜２２％，Ｓｎ：０．００１〜１％でＣ，Ｎ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐを低減し、Ａｌ：０．００５〜０．０５％の範囲とし、必要に応じてＴｉやＮｂの安定化元素を添加した高純度フェライト系ステンレス鋼である。
しかしながら、これらの特許文献には、本発明の目的とする耐酸化性や高温強度に対する微量のＳｎとＡｌ添加の影響については何ら検討されていない。
また、特許文献8には、Ｃｒ：１１〜２２％、Ａｌ：１．０〜６．０％を含有し、Ｃ，Ｎ，Ｓを低減し、Ｓｎ：０．００１〜１．０％，Ｎｂ：０．００１〜０．７０％、Ｖ：０．００１〜０．５０%よりなる群より選ばれる１種以上の元素を含有するフェライト系ステンレス鋼が開示されており、高温水蒸気に曝される環境下におけるＣｒ及び／又はその化合物の蒸発防止については開示されているが、耐酸化性、高温強度に対するＡｌ，Ｓｎの添加の効果は開示されていない。

特開２００４−３０７９１８号公報 特開２００３−１６０８４４号公報 特開平８−２６０１０７号公報 特開２００４−３９３２０号公報 特開２０００−１６９９４３号公報 特開２００９−１７４０３６号公報 特開２０１０−１５９４８７号公報 特開２００９−１６７４４３号公報

上述した通り、高純度フェライト系ステンレス鋼において、耐酸化性と高温強度を確保するにはＡｌの添加、あるいはＡｌとＳｉの複合添加が有効であるものの、製造性や溶接性に課題が残る。また，ＡｌやＳｉの高合金化に依らず上記の特性を確保するには、Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗや希土類など大変高価な希少元素を利用する必要がある。他方，省資源・経済性の観点から微量Ｓｎを添加した高純度フェライト系ステンレス鋼も開示されているが、耐酸化性と高温強度を具備するには至っていない。
そこで本発明の目的は、製造性や溶接性を阻害するＡｌやＳｉの過度の合金化やＮｂ，Ｍｏ，Ｗ，希土類等の希少元素の添加に頼ることなく、Ｓｎ添加を活用して耐酸化性と高温強度を向上させた省合金型の高純度フェライト系ステンレス鋼板とその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、前記した課題を解決するために、高純度フェライト系ステンレス鋼において、Ｓｎ添加とＡｌの作用に着目して耐酸化性と高温強度に対する効果について鋭意研究を行い，下記の新しい知見を得て本発明をなすに至った。

（ａ）Ｓｎは高温強度の上昇に有効な元素であり、Ｓｎを添加することでＮｂ，Ｍｏ，Ｗの添加を削減することが出来る。Ｓｎ添加により高温強度に加えて、耐酸化性の向上効果を発現させるには１６％以上のＣｒ量が有効であることを見出した。このような耐酸化性の向上作用については未だ不明なところも多いものの、以下に述べるような実験事実に基づいて、その作用機構を推察している。

（ｂ）Ｓｎ添加した１６Ｃｒ鋼（以下、Ｓｎ添加１６Ｃｒ鋼）と段落〔０００３〕で述べた耐熱ステンレス鋼：１９Ｃｒ−０．５Ｎｂ鋼、１８Ｃｒ−１Ｍｏ鋼を９５０℃,２００ｈｒの大気中連続酸化試験を行った。１９Ｃｒ−０．５Ｎｂ鋼や１８Ｃｒ−１Ｍｏ鋼では酸化皮膜の剥離が進行し始めるのに対して、Ｓｎ添加１６Ｃｒ鋼は、異常酸化や酸化皮膜の剥離を生じることなく、高い保護性皮膜の安定性を示した。

（ｃ）Ｓｎ添加１６Ｃｒ鋼において酸化皮膜の詳細な分析から、Ｓｎは酸化皮膜中に存在せず、酸化皮膜のＣｒ濃度は１９Ｃｒ−０．５Ｎｂ鋼や１８Ｃｒ−１Ｍｏ鋼よりも高いことが判明した。すなわち、Ｓｎ添加は、クロミヤ皮膜（Ｃｒ_２Ｏ_３）中のＣｒ濃度を高めて、Ｃｒ_２Ｏ_３の破壊に繋がるＦｅ,Ｍｎ,Ｔｉ等の酸化皮膜中への侵入を抑制する作用を示した。このようなＳｎ添加の効果により、前記した耐熱ステンレス鋼：１９Ｃｒ−０．５Ｎｂ鋼、１８Ｃｒ−１Ｍｏ鋼と同等以上の耐酸化性と高温強度を省合金型の１６Ｃｒ鋼で達成することが出来る。

（ｄ）前記したＳｎ添加１６Ｃｒ鋼の耐酸化性は、Ａｌを０.０５％以上添加することで安定的に発現することを見出した。Ａｌ量が０．８％以下の場合、Ａｌの連続酸化皮膜は生成しないものの、鋼界面の酸素分圧を低下してＣｒ_２Ｏ_３の安定性向上に寄与しているものと考えられる。このようなＳｎ＋Ａｌによる耐酸化性向上については未だ不明なところも多いものの，Ｓｎ添加の効果が微量のＡｌ量で重畳していると思われる。さらに、Ａｌ添加量が０．８％を超えると、Ａｌの連続酸化皮膜の生成が進行することにより、クロミヤ皮膜を超えるアルミナ皮膜による耐酸化性の向上効果を発現させることが出来る。すなわち、前記した耐熱ステンレス鋼：ＳＵＨ２１の耐酸化性をより少ないＣｒ量とＡｌ量で達成することが出来る。

（ｅ）上述した耐酸化性の向上には、Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｓの低減により鋼の高純度化を図り、ＮｂやＴｉの安定化元素を添加することが効果的である。

（ｆ）熱間圧延時の鋳片の加熱において加熱後の抽出温度は、ヘゲ疵や表面性状を阻害する鋳片表層の介在物を除去するためのスケール生成量を確保し、微細なＴｉＣＳを生成して異常酸化を誘発する固溶Ｓを低減し、異常酸化の起点となりうるＭｎＳやＣａＳの生成を抑制する温度とする。Ｃｒ量１６％以上のＳｎ添加鋼では１１００〜１２００℃とすることが効果的である。

（ｇ）熱間圧延後の巻取りは、鋼靭性を確保し、表面性状の低下を招く内部酸化物や粒界酸化を抑制する温度とする。Ｃｒ量１６％以上のＳｎ添加鋼では５００〜６００℃とすることが有効である。また、熱延板焼鈍を９００℃以上で実施してＮｂやＴｉ等の安定化元素を固溶させ，５５０〜８５０℃の温度域を１０℃／秒以下で徐冷することは、ＳｎやＣｒの粒界偏析の低減と微細な炭窒化物生成を促進して、高温強度と耐酸化性を高めることに有効である。

上記（ａ）〜（ｇ）の知見に基づいて成された本発明の要旨は、以下の通りである。

（１）質量％にて、Ｃ：０．００１〜０．０３％、Ｓｉ：０．０１〜２％、Ｍｎ：０．０１〜１．５％、Ｐ：０．００５〜０．０５％、Ｓ：０．０００１〜０．０１％、Ｃｒ：１６〜３０％、Ｎ：０．００１〜０．０３％、Ａｌ：０．８％超〜３％、Ｓｎ：０．０１〜１％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐酸化性と高温強度に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板。

（２）前記鋼が、さらに質量％にて、Ｎｂ：０．５％以下、Ｔｉ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｚｒ：０．５％以下、Ｃｏ：０．５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下、Ｂ：０．００５％以下、Ｃａ：０．００５％以下の１種または２種以上含有していることを特徴とする（１）に記載の耐酸化性と高温強度に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板。

（３）前記鋼が、さらに質量％にて、Ｚｒ：０．１％以下，Ｌａ：０．１％以下，Ｙ：０．１％以下，Ｈｆ：０．１％以下，ＲＥＭ：０．１％以下の１種または２種以上含有していることを特徴とする（１）または（２）に記載の耐酸化性と高温強度に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板。

（４）（１）〜（３）のいずれか１項に記載の鋼成分を有するステンレス鋼スラブを加熱して抽出温度を１１００〜１２５０℃とし、熱間圧延終了後の巻取り温度を６００℃以下とすることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか1項に記載の耐酸化性と高温強度に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。

（５）（４）に記載した製造方法によって製造した（１）〜（３）のいずれか1項に記載の鋼成分を有する熱延鋼板を９００〜１０５０℃で焼鈍した後、５５０〜８５０℃の温度域を１０℃／秒以下で冷却することを特徴とするとする（１）から（３）のいずれか1項に記載の耐酸化性と高温強度に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。

本発明によれば、製造性や溶接性を阻害するＡｌやＳｉの過度の合金化やＮｂ，Ｍｏ，Ｗ，希土類等の希少元素の添加に頼ることなく、Ｓｎ添加を活用して耐酸化性と高温強度を既存耐熱鋼と同等以上に向上した省合金型の高純度フェライト系ステンレス鋼板を得ることができるという顕著な効果を奏するものである。

本発明のステンレス鋼板におけるＣｒ、Ｓｎ，Ａｌの量と耐酸化性との関係を示す図である。

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。

（Ｉ）まず、鋼板の成分の限定理由を以下に説明する。
Ｃは、耐酸化性を劣化させるので、その含有量は少ないほど良いため、上限を０．０３％とする。但し、過度の低減は精錬コストの増加に繋がるため、下限を０．００１％とする。好ましくは、耐酸性や製造コストを考慮して０．００２〜０．０１％とする。

Ｓｉは、脱酸元素として有効であることに加え、耐酸化性を向上させる元素である。脱酸剤と本発明の耐酸化性を確保するために下限を０．０１％とする。
但し、過度な添加は鋼靭性や加工性の低下を招くため、上限を２％とする。好ましくは効果と製造性を考慮して０．０５〜１％とする。より好ましい範囲は０．１〜０．６％である。

Ｍｎは、耐酸化性を阻害する元素であるため、その含有量は少ないほど良い。耐酸化性の低下を抑制する観点から上限を１．５％とする。但し、過度の低減は精錬コストの増加に繋がるため、下限を０．０１％とする。好ましくは、耐酸化性と製造コストを考慮して０．０５〜０．５％とする。

Ｐは、製造性や溶接性を阻害する元素であるため、その含有量は少ないほど良い。製造性や溶接性の低下を抑制する観点から上限を０．０５％とする。但し、過度の低減は精錬コストの増加に繋がるため、下限を０．００５％とする。好ましくは、製造コストを考慮して０．０１〜０．０４％とする。

Ｓは、耐酸化性や熱間加工性を劣化させるため、その含有量は少ないほど良い。そのため、上限は０．０１％とする。但し、過度の低減は精錬コストの増加に繋がるため、下限を０．０００１とする。好ましくは、耐酸化性や製造コストを考慮して０．０００２〜０．００２％とする。

Ｃｒは、本発明の高純度フェライト系ステンレス鋼の構成元素であり、Ｓｎ添加により本発明の目標とする耐酸化性と高温強度を確保するために必須の元素である。本発明の耐酸化性と高温強度を確保するために下限は１６％とする。上限は、製造性の観点から３０％とする。但し、ＳＵＨ２１と比較した経済性から、好ましくは１６〜２２％とする。性能と合金コストを考慮して、より好ましくは、１６〜１８％とする。

Ｎは、Ｃと同様に耐酸性を劣化させるので、その含有量は少ないほど良いため、上限を０．０３％とする。但し、過度の低減は精錬コストの増加に繋がるため、下限を０．００１％とする。好ましくは、耐酸化性や製造コストを考慮して０．００５〜０．０１５％とする。

Ａｌは、脱酸元素として有効な元素であることに加え、本発明の目標とする耐酸化性を高めるために必須の元素である。下限は、Ｓｎ添加と重畳して比較的に少ないＡｌ量でアルミナ皮膜の耐酸化性の向上効果を得るために０．８％超とする。上限は、製造性の観点から３％とする。但し、過度の添加は鋼靭性や溶接性の劣化をもたらすため、好ましくは０．８％超〜２％とする。ＳＵＨ２１と比較した経済性から、より好ましくは１〜２％とする。

Ｓｎは、ＡｌやＳｉの過度の合金化やＮｂ，Ｍｏ，Ｗ，希土類等の希少元素の添加に頼ることなく、本発明の目標とする耐酸化性と高温強度を確保するために必須の元素である。本発明の目標とする耐酸化性と高温強度を得るために、下限は０．０１％とする。上限は、製造性の観点から１％とする。但し、ＳＵＨ２１と比較した経済性から、好ましくは０．１〜０．６％とする。性能と合金コストを考慮して、より好ましくは、０．２〜０．５％とする。

Ｎｂ、Ｔｉは、Ｃ，Ｎを固定する安定化元素の作用により、耐酸化性を向上させる元素であり必要に応じて添加する。添加する場合は、それぞれその効果が発現する０．０３％以上とする。但し、過度な添加は合金コストの上昇や再結晶温度上昇に伴う製造性の低下に繋がるため、上限をそれぞれ０．５％とする。好ましい範囲は、効果と合金コストおよび製造性を考慮して、Ｎｂ、Ｔｉの１種または２種で０．０５〜０．５％とする。より好ましい範囲は０．１〜０．３％である。

Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｏは、Ｓｎとの相乗効果により高温強度の上昇に有効な元素であり、必要に応じて添加する。Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏは、添加する場合、それぞれその効果が発現する０．１５％以上とする。Ｖ、Ｚｒ、Ｃｏは、添加する場合、それぞれその効果が発現する０．０１％以上とする。但し、過度な添加は合金コストの上昇や製造性の低下に繋がるため、上限をいずれも０．５％とする。

Ｍｇは、溶鋼中でＡｌとともにＭｇ酸化物を形成し脱酸剤として作用するほか、ＴｉＮの晶出核として作用する。ＴｉＮは凝固過程においてフェライト相の凝固核となり、ＴｉＮの晶出を促進させることで、凝固時にフェライト相を微細生成させることができる。凝固組織を微細化させることにより、製品のリジングやロ−ピングなどの粗大凝固組織に起因した表面欠陥を防止できるほか、加工性の向上をもたらすため、必要に応じて添加する。添加する場合は、これらの効果を発現する０．０００１％とする。但し、０．００５％を超えると製造性が劣化するため、上限を０．００５％とする。好ましくは、製造性を考慮して０．０００３〜０．００２％とする。

Ｂは、熱間加工性や２次加工性を向上させる元素であり、高純度フェライト系ステンレス鋼への添加は有効である。添加する場合は、これらの効果を発現する０．０００３％以上とする。しかし、過度の添加は、伸びの低下をもたらすため、上限を０．００５％とする。好ましくは、材料コストや加工性を考慮して０．０００５〜０．００２％とする。

Ｃａは、熱間加工性や鋼の清浄度を向上させる元素であり、必要に応じて添加する。添加する場合は、これらの効果を発現する０．０００３％以上とする。しかし、過度の添加は、製造性の低下やＣａＳなどの水溶性介在物による耐酸化の低下に繋がるため、上限を０．００５％とする。好ましくは、製造性や耐酸化性を考慮して０．０００３〜０．００１５％とする。

Ｚｒ、Ｌａ、Ｙ、Ｈｆ、ＲＥＭは、熱間加工性や鋼の清浄度を向上させ、耐酸化性や熱間加工性を著しく向上させる効果を持つため、必要に応じて添加しても良い。添加する場合は、それぞれ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、上限をそれぞれ０．１％とする。好ましくは、効果と経済性および製造性を考慮して、１種または２種以上とし、それぞれ０．００１〜０．０５％とする。

（II）次に、鋼板の好ましい製造方法に関する限定理由を以下に説明する。
前記（Ｉ）項に記載の成分を有し、ＳＵＨ２１と同等以上の耐酸化性と高温強度を得るために好ましい製造方法を述べたものである。
なお、本発明の鋼板は、（Ｉ）の成分組成を有する鋼を、転炉、電気炉、或はさらに二次精錬装置を用いて定法により溶製し、連続鋳造法あるいは鋼塊法によりスラブ（鋳片、鋼片）とし、このスラブを加熱炉にて加熱後、熱間圧延して熱間圧延鋼板としてコイルに巻取り、熱間圧延鋼板とするか、或は、必要により熱延板焼鈍を施したあと、さらに冷間圧延、焼鈍、酸洗処理を施して冷間圧延鋼板とするものである。

熱間圧延において鋳片（スラブ）加熱後の抽出温度を１１００℃以上とするのは、ヘゲ疵を誘発する鋳片表層の介在物を除するためのスケール生成量を確保するためである。スケール生成量はスケール厚さ０．１ｍｍ以上である。抽出温度の上限を１２５０℃とするのは、異常酸化起点となるＭｎＳやＣａＳの生成を抑止してＴｉＣＳを安定化させるためである。本発明の目標とする耐酸化性を考慮して、抽出温度は１１００〜１２００℃とすることが好ましい。

熱間圧延後の巻取り温度を６００℃以下とするのは、鋼靭性を確保し、表面性状の低下を招く内部酸化物や粒界酸化を抑制するためである。また、６００℃超ではＴｉやＰを含む析出物が析出しやすく、耐酸化性の低下に繋がる恐れもある。巻取り温度を４００℃未満とすると、熱間圧延後の注水により熱延鋼帯の形状不良を招き、コイル展開や通板時に表面疵を誘発する恐れがある。本発明の目標とする耐酸化性を考慮して、巻取り温度は５００〜６００℃とすることが好ましい。

熱間圧延後、熱延板焼鈍を省略して１回の冷間圧延または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を実施しても良い。但し、Ｓｎ、Ｃｒに加えて、ＮｂやＴｉあるいはＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏの固溶強化により本発明の目標とする高温強度を上昇させるために９００℃以上の熱延板焼鈍を行うことが好ましい。熱延板焼鈍温度の上限は、表面性状と酸洗脱スケール性の低下を考慮して、１０５０℃とすることが好ましい。

熱延板の冷却速度は、５５０〜８５０℃の温度域において１０℃／秒以下とすることは、ＳｎやＣｒの粒界偏析を低減して固溶均一化を図り、微細な炭窒化物生成を促進して、高温強度と耐酸化性の向上に有効である。冷却速度は、微細析出を促進するために５℃／秒以下とすることが好ましい。下限は特に規定するものではないが、炭窒化物の粗大化を抑制するために０．０１℃／秒とする。

冷間圧延の条件は特に規定するものではない。冷間圧延後の仕上げ焼鈍は、表面性状を考慮して、１０００℃以下とすることが好ましい。下限は、本発明の鋼板では再結晶が完了する８００℃とすることが好ましい。酸洗方法は特に規定するものではなく，工業的に常用されている方法で実施するものとする。例えば、アルカリソルトバス浸漬＋電解酸洗＋硝弗酸浸漬、電解酸洗は中性塩電解や硝酸電解等を行うものとする。

以下、本発明の実施例を説明する。

表１の成分を有するフェライト系ステンレス鋼を溶製し、加熱炉からの抽出温度１１８０〜１２５０℃で熱間圧延を行い，巻取り温度５００〜７３０℃で板厚３．０〜６．０ｍｍの熱延鋼板とした。熱延鋼板は焼鈍を実施して、１回または中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を行い、１．０〜２．０ｍｍ厚の冷延鋼板を製造した。得られた冷延鋼板は、いずれも再結晶が完了する温度８５０〜１０５０℃で仕上げ焼鈍を行った。
鋼の成分は、本発明で規定する範囲（本発明成分）とそれ以外の範囲（比較成分）でも実施した。製造条件は、本発明で限定する好ましい条件（本発明例）とそれ以外の条件（比較例）でも実施した。参考例には、市販のＳＵＨ２１（１８％Ｃｒ−３％Ａｌ）を使用した。

得られた鋼板から各種の試験片を採取し、以下のような試験を行ない、鋼板の特性を調査し、評価した。
高温強度（ＴＳ、０．２％ＰＳ）は、平行部長さ４０ｍｍ、幅１２．５ｍｍの引張試験片を圧延方向から採取して高温引張試験により求めた。高温引張試験は８００℃で行い、引張速度は０．２％耐力まで０．０９ｍｍ／ｍｉｎ、以降３ｍｍ／ｍｉｎとした。
耐酸化性は２０ｍｍ×２５ｍｍの試験片を採取し、表裏面・端面を湿式＃６００研磨仕上げとして、大気中１０５０℃、２００ｈｒ連続酸化試験により評価した。その評価指標は、表面皮膜の（ｉ）剥離および（ii）異常酸化の発生有無とした。（ｉ）の表面皮膜の剥離は、点状に発生する色調の変化、（ii）の異常酸化は、表面の保護性皮膜が破壊されてＦｅ酸化物を主体とするこぶ状の酸化形態が確認された場合とした。本連続酸化試験条件において参考例としたＳＵＨ２１（１８Ｃｒ−３Ａｌ）では異常酸化に至らないまでも部分的に表面皮膜の色調変化とそれに伴う剥離が見られた。従って、本発明の目標は、大気中１０５０℃、２００ｈｒ連続酸化試験で異常酸化が発生しない耐酸化性を有し、かつ参考例と同等以上の高温強度（８００℃での０．２％Ｐ．Ｓ≧４５ＭＰａ、Ｔ．Ｓ≧６０ＭＰａ）を兼備するものとした。

表２に各試験結果をまとめて示す。
表２から、試験番号１，３，５，６，９〜１３は、本発明で規定する成分と好ましい製造方法（熱延条件、熱延板焼鈍条件）を全て満足する高純度フェライト系ステンレス鋼である。これらの鋼板は、アルミナ皮膜を有し参考例のＳＵＨ２１と同等以上の耐酸化性を発現し、高温強度との両立に至ったものである。

試験番号２、４、７は、本発明で規定する成分を有し，本発明の好ましい製造方法（熱延条件、熱延板焼鈍条件）から一部及び全て外れるものである。しかしながらこれらの鋼板は、本発明の目標とするＳＵＳ２１と同等の高温強度と耐酸化性が得られたものである。また、試験番号８，１１，１４は、Ｃ，Ｎ量が他の発明例の鋼と比べて多く、段落〔００１４〕で述べた本発明で好適な高純度化から外れてはいるが本発明の範囲の組成を有し、本発明の目標とする特性を有する場合である。なお、試験番号１１、１４は、本発明の目標とする高温強度と耐酸化性は得られているものの、Ａｌ量２％超であり本発明例の中では溶接性と靭性が若干劣る。

試験番号１５〜２０は、本発明の好ましい製造方法（熱延条件、熱延板焼鈍条件）を実施しているものの、本発明の成分から外れるものである。これらの鋼板は、本発明で目標とする高温強度と耐酸化性が得られなかった。

図１は、本発明鋼のＣｒ、Ｓｎ、Ａｌ量と耐酸化性の関係を示している。本発明の目標とする耐酸化性が得られたものを「○」、耐酸化性の評価が比較鋼と同等以下のものを「×」と表記した。本結果から、Ｓｎ添加により高温強度に加えて、良好な耐酸化性を得るには、本発明で規定する成分範囲（Ｃｒ、Ｓｎ、Ａｌ）とする調整が重要である。

本発明によれば、製造性や溶接性を阻害するＡｌやＳｉの過度の合金化やＮｂ，Ｍｏ，Ｗ，希土類等の希少元素の添加に頼ることなく、微量Ｓｎ添加を活用して耐酸化性と高温強度を既存耐熱鋼と同等以上に向上した省合金型の高純度フェライト系ステンレス鋼板を得ることができる。

Claims (5)

1. 質量％にて、Ｃ：０．００１〜０．０３％、Ｓｉ：０．０１〜２％、Ｍｎ：０．０１〜１．５％、Ｐ：０．００５〜０．０５％、Ｓ：０．０００１〜０．０１％、Ｃｒ：１６〜３０％、Ｎ：０．００１〜０．０３％、Ａｌ：０．８％超〜３％、Ｓｎ：０．０１〜１％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐酸化性と高温強度に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板。
2. 前記鋼が、さらに質量％にて、Ｎｂ：０．５％以下、Ｔｉ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｚｒ：０．５％以下、Ｃｏ：０．５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下、Ｂ：０．００５％以下、Ｃａ：０．００５％以下の１種または２種以上含有していることを特徴とする請求項１に記載の耐酸化性と高温強度に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板。
3. 前記鋼が、さらに質量％にて、Ｚｒ：０．１％以下，Ｌａ：０．１％以下，Ｙ：０．１％以下，Ｈｆ：０．１％以下，ＲＥＭ：０．１％以下の１種または２種以上含有していることを特徴とする請求項１または２に記載の耐酸化性と高温強度に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板。
4. 請求項１から３のいずれか1項に記載の鋼成分を有するステンレス鋼スラブを加熱して抽出温度を１１００〜１２５０℃とし、熱間圧延終了後の巻取り温度を６００℃以下とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載の耐酸化性と高温強度に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。
5. 請求項４に記載した製造方法によって製造した請求項１から３のいずれか1項に記載の鋼成分を有する熱延鋼板を９００〜１０５０℃で焼鈍した後、５５０〜８５０℃の温度域を１０℃／秒以下で冷却することを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載の耐酸化性と高温強度に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板の製造方法。

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