JP6837600B2 - 耐リジング性に優れた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。
フェライト系ステンレス鋼は、高い耐食性や加工性から広く使われ始めているが、高い加工性の一方でリジングの発生が問題となっている。リジングとは、成形加工時に鋼板の表面に生じる連続した畝状の皺である。リジングは、意匠性を損ね、その除去に研削が必要になる等、製造上の大きな負荷になっている。リジング抑制のためには鋳造時の等軸晶率を高めることや、柱状晶径を細かくするなど、凝固組織を微細化することが有効であり、介在物を積極的に活用した方法が良く知られている。具体的には、スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３）のようなＭｇ−Ａｌ系酸化物やＴｉＮを溶鋼中に分散させる方法が挙げられる。フェライト系ステンレス鋼の凝固初晶であるδ−Ｆｅは結晶格子定数がスピネルやＴｉＮと近いため、Ｍｇ−Ａｌ系酸化物やＴｉＮは鋼の凝固を促進する効果があり、その結果特定の方位を持たない等軸晶の形成が促進され、リジングが抑えられるというものである。
なお、スピネルはδ−Ｆｅだけでなく、ＴｉＮの生成を促進するため、生成したＴｉＮでδ−Ｆｅ生成を促進するという方法を取る場合が多い。
なお、スピネルはδ−Ｆｅだけでなく、ＴｉＮの生成を促進するため、生成したＴｉＮでδ−Ｆｅ生成を促進するという方法を取る場合が多い。
特許文献１に記載の技術は、Ｔｉを４（Ｃ＋Ｎ）〜０．４０％含有し、介在物中のＭｇ／Ａｌ質量比が０．５５以上としていることに加え、ＶやＮによる再結晶促進を狙ってＶ×Ｎを０．０００５〜０．００１５としていることを特徴としている。
特許文献２に記載の技術は、実用上のＴｉやＮレベルでＴｉＮ生成を促進させるためには、Ｓｉ添加が必要である。しかし、Ｓｉは加工性を低下させるため、ＴｉＮではなくＭｇ系酸化物をδ−Ｆｅの凝固核として活用するというものである。ここでいうＭｇ系介在物とはＭｇを含む介在物であり、その濃度は規定されていない。
特許文献３に記載の技術は、Ｍｇ含有酸化物がＣａを含む場合には凝固組織が微細化しないという欠点を解消するため、Ｍｇ／Ｃａ比が０．５以上になるＭｇ含有酸化物が３個／ｍｍ２以上存在することを特徴とする。
特許文献１では、Ｍｇ−Ａｌ系介在物によるδ−Ｆｅ生成促進効果を得るためには、Ｍｇ−Ａｌ系介在物中のＭｇ／Ａｌ比が一定以上であるだけでなく、ＣａＯ濃度が低いことが必要である。したがって、ＣａＯ濃度を規定していないこの方法では、介在物のＣａＯ濃度が高くなった場合には思ったような微細化が図れず、リジング低減も図れないことがある。
特許文献２では、ＣａＯ濃度が高い場合にはその効果が発現しない。さらに、Ｍｇが含まれていても、Ａｌも同時に含まれていてＭｇ／Ａｌ比が低い場合（高Ａｌ２Ｏ３のコランダムが生成）には、δ−ＦｅやＴｉＮの核になることができない。したがって微細化によるリジング低減が図れないことがある。
特許文献３では、Ｍｇ／Ｃａ比が０．５以上であっても、酸化物中にＡｌ２Ｏ３が存在している場合には凝固組織微細化には寄与せず、そのためリジング低減は図れないことがある。
本発明は、フェライト系ステンレス鋼において、リジングへ影響する因子を解明し、耐食性を確保しつつ、耐リジング性を改善することを課題とし、耐リジング性に優れるフェライト系ステンレス鋼を安定的に提供することを目的とする。
本発明者らは、種々の方法で製造したフェライト系ステンレス鋼について、耐リジング性に影響を及ぼすと考えられる因子を詳細に調査した。その結果、複合介在物の存在状態および複合介在物に含まれる酸化物の組成や構成比率等が耐リジング性に影響していることが判明した。
なお、本明細書において複合介在物とは、いわゆる介在物のことである。例えば酸化物の周囲を窒化物が覆っている場合、その介在物の大きさは、その窒化物を含めた介在物の大きさを意味するものとする。
なお、本明細書において複合介在物とは、いわゆる介在物のことである。例えば酸化物の周囲を窒化物が覆っている場合、その介在物の大きさは、その窒化物を含めた介在物の大きさを意味するものとする。
介在物に含まれる酸化物の組成として、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯの比率（Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ）が４以下、ＣａＯが２０％以下、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯの和が７５％以上を満足し、長径が２μｍ以上の複合介在物が鋼中に２個／ｍｍ２以上の密度で存在し、かつ長径が１μｍ以上の介在物について、上記酸化物組成を満たすものと、満たさないものの個数比率が０．７以上とすることにより、耐リジング性が向上することを知見した。
本発明は、上記知見に基づくものであって、その要旨は以下のとおりである。
本発明は、上記知見に基づくものであって、その要旨は以下のとおりである。
（１）
成分が、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０１０％、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｒ：１０．０〜２１．０％、Ａｌ：０．０１０〜０．２００％、Ｔｉ：０．０１５〜０．３００％、Ｏ：０．０００５〜０．００５０％、Ｎ：０．００１〜０．０２０％、Ｃａ：０．００１５％以下、Ｍｇ：０．０００３％〜０．００３０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼であり、
酸化物を含む長径が１μｍ以上の複合介在物を複合介在物（Ａ）とし、
前記複合介在物（Ａ）の内、（式１）〜（式３）を満足する複合介在物を複合介在物（Ｂ）とするとき、
前記複合介在物（Ａ）の個数に対する前記複合介在物（Ｂ）の個数との個数比が（式４）を満足し、
前記複合介在物（Ｂ）の内、長径が２μｍ以上１５μｍ以下である複合介在物の個数密度が２個／ｍｍ２以上２０個／ｍｍ２以下であることを特徴とする耐リジング性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦４ ・・・ （式１）
ＣａＯ≦２０％ ・・・ （式２）
Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ≧７５％・・・（式３）
複合介在物（Ｂ）の個数／複合介在物（Ａ）の個数≧０．７０ ・・・ （式４）
ただし、（式１）〜（式３）中のＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯは、酸化物中における、それぞれの質量％を示す。
（２）
さらに、質量％で、Ｂ：０．００２０％以下、Ｎｂ：０．６０％以下、Ｍｏ：２．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｓｎ：０．５０％以下、Ｖ：０．２００％以下、Ｓｂ：０．３０％以下、Ｗ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｚｒ：０．００５０％以下、ＲＥＭ：０．０１００％以下、Ｔａ：０．１０％以下、Ｇａ：０．０１００％以下の１種もしくは２種以上を含有することを特徴とする（１）に記載の耐リジング性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
（３）
前記複合介在物（Ａ）がＴｉＮを含み、かつ、前記化学成分が（式５）を満たすことを特徴とする（１）または（２）に記載の耐リジング性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
２．４４×［％Ｔｉ］×［％Ｎ］×｛［％Ｓｉ］＋０．０５×（［％Ａｌ］−［％Ｍｏ］）−０．０１×［％Ｃｒ］＋０．３５｝≧０．０００８・・・（式５）
ただし、［％Ｔｉ］、［％Ｎ］、［％Ｓｉ］、［％Ａｌ］、［％Ｍｏ］、［％Ｃｒ］は、鋼中における、それぞれの元素の質量％を示し、含有しない場合は０を代入する。
（４）
前記化学成分が（式６）を満たすことを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載の耐リジング性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
２５０×［％Ｃ］＋２×［%Ｓｉ］＋［%Ｍｎ］＋５０×［％Ｐ］＋５０×［%Ｓ］＋０．０６×［%Ｃｒ］＋６０×［%Ｔｉ］＋５４×［％Ｎｂ］＋１００×［％Ｎ］＋１３×［％Ｃｕ］≧３６ ・・・ （式６）
ただし、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［%Ｍｎ］、［％Ｐ］、［%Ｓ］、［％Ｃｒ］、［%Ｔｉ］、［％Ｎｂ］、［％Ｎ］、［％Ｃｕ］は、鋼中における、それぞれの元素の質量％を示し、含有しない場合は０を代入する。
成分が、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０１０％、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｒ：１０．０〜２１．０％、Ａｌ：０．０１０〜０．２００％、Ｔｉ：０．０１５〜０．３００％、Ｏ：０．０００５〜０．００５０％、Ｎ：０．００１〜０．０２０％、Ｃａ：０．００１５％以下、Ｍｇ：０．０００３％〜０．００３０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼であり、
酸化物を含む長径が１μｍ以上の複合介在物を複合介在物（Ａ）とし、
前記複合介在物（Ａ）の内、（式１）〜（式３）を満足する複合介在物を複合介在物（Ｂ）とするとき、
前記複合介在物（Ａ）の個数に対する前記複合介在物（Ｂ）の個数との個数比が（式４）を満足し、
前記複合介在物（Ｂ）の内、長径が２μｍ以上１５μｍ以下である複合介在物の個数密度が２個／ｍｍ２以上２０個／ｍｍ２以下であることを特徴とする耐リジング性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦４ ・・・ （式１）
ＣａＯ≦２０％ ・・・ （式２）
Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ≧７５％・・・（式３）
複合介在物（Ｂ）の個数／複合介在物（Ａ）の個数≧０．７０ ・・・ （式４）
ただし、（式１）〜（式３）中のＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯは、酸化物中における、それぞれの質量％を示す。
（２）
さらに、質量％で、Ｂ：０．００２０％以下、Ｎｂ：０．６０％以下、Ｍｏ：２．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｓｎ：０．５０％以下、Ｖ：０．２００％以下、Ｓｂ：０．３０％以下、Ｗ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｚｒ：０．００５０％以下、ＲＥＭ：０．０１００％以下、Ｔａ：０．１０％以下、Ｇａ：０．０１００％以下の１種もしくは２種以上を含有することを特徴とする（１）に記載の耐リジング性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
（３）
前記複合介在物（Ａ）がＴｉＮを含み、かつ、前記化学成分が（式５）を満たすことを特徴とする（１）または（２）に記載の耐リジング性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
２．４４×［％Ｔｉ］×［％Ｎ］×｛［％Ｓｉ］＋０．０５×（［％Ａｌ］−［％Ｍｏ］）−０．０１×［％Ｃｒ］＋０．３５｝≧０．０００８・・・（式５）
ただし、［％Ｔｉ］、［％Ｎ］、［％Ｓｉ］、［％Ａｌ］、［％Ｍｏ］、［％Ｃｒ］は、鋼中における、それぞれの元素の質量％を示し、含有しない場合は０を代入する。
（４）
前記化学成分が（式６）を満たすことを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載の耐リジング性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
２５０×［％Ｃ］＋２×［%Ｓｉ］＋［%Ｍｎ］＋５０×［％Ｐ］＋５０×［%Ｓ］＋０．０６×［%Ｃｒ］＋６０×［%Ｔｉ］＋５４×［％Ｎｂ］＋１００×［％Ｎ］＋１３×［％Ｃｕ］≧３６ ・・・ （式６）
ただし、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［%Ｍｎ］、［％Ｐ］、［%Ｓ］、［％Ｃｒ］、［%Ｔｉ］、［％Ｎｂ］、［％Ｎ］、［％Ｃｕ］は、鋼中における、それぞれの元素の質量％を示し、含有しない場合は０を代入する。
本発明により、耐食性も確保しつつ、耐リジング性に優れるフェライト系ステンレス鋼を安定的に提供することが可能となる。
以下、本発明について説明する。特に断りのない限り、成分に関する「％」は鋼中の質量％を示す。特に下限を規定していない場合は、含有しない場合（０％）を含んでよい。
＜鋼成分について＞
Ｃ：０．００１〜０．０１０％
ＣはＣｒの炭化物を生成することで耐食性を低下させ、また顕著に加工性を低下させるため、０．０１０％以下とする。ただし、過剰な低下は精錬時の脱炭負荷を高めるため０．００１％以上とする。好ましくは、下限は０．００２％、上限は０．００８％とするとよい。さらに好ましくは、下限は０．００４％、上限は０．００７％とするとよい。
Ｃ：０．００１〜０．０１０％
ＣはＣｒの炭化物を生成することで耐食性を低下させ、また顕著に加工性を低下させるため、０．０１０％以下とする。ただし、過剰な低下は精錬時の脱炭負荷を高めるため０．００１％以上とする。好ましくは、下限は０．００２％、上限は０．００８％とするとよい。さらに好ましくは、下限は０．００４％、上限は０．００７％とするとよい。
Ｓｉ：０．３０％以下
Ｓｉは脱酸に寄与する元素であるが、加工性を低下させる。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、Ｓｉを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％以上含有するとよく、好ましくは０．０５％以上にするとよい。一方、加工性の低下を防ぐため、０．３０％以下とし、好ましくは０．２５％以下にするとよい。
Ｓｉは脱酸に寄与する元素であるが、加工性を低下させる。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、Ｓｉを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％以上含有するとよく、好ましくは０．０５％以上にするとよい。一方、加工性の低下を防ぐため、０．３０％以下とし、好ましくは０．２５％以下にするとよい。
Ｍｎ：０．３０％以下
ＭｎはＳｉと同様に脱酸に寄与する元素であるが、加工性を低下させる。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、Ｍｎを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％以上含有するとよく、好ましくは０．０５％以上にするとよい。一方、加工性の低下を防ぐため、０．３０％以下とし、好ましくは０．２５％以下にするとよい。
ＭｎはＳｉと同様に脱酸に寄与する元素であるが、加工性を低下させる。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、Ｍｎを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％以上含有するとよく、好ましくは０．０５％以上にするとよい。一方、加工性の低下を防ぐため、０．３０％以下とし、好ましくは０．２５％以下にするとよい。
Ｐ：０．０４０％以下
Ｐは靱性や熱間加工性、耐食性を低下させる等、ステンレス鋼にとって有害であるため、少ないほど良く、０．０４０％以下にするとよい。ただし、過剰な低下は精錬時の負荷が高いか、または高価格の原料を用いる必要があるため、実操業としては０．００５％以上含有してもよい。
Ｐは靱性や熱間加工性、耐食性を低下させる等、ステンレス鋼にとって有害であるため、少ないほど良く、０．０４０％以下にするとよい。ただし、過剰な低下は精錬時の負荷が高いか、または高価格の原料を用いる必要があるため、実操業としては０．００５％以上含有してもよい。
Ｓ：０．０１００％以下
Ｓは靱性や熱間加工性、耐食性を低下させる等、ステンレス鋼にとって有害であるため、少ないほど良く、上限を０．０１００％以下にするとよい。ただし、過剰な低下は精錬時の負荷が高いか、または高価格の原料を用いる必要があるため、実操業としては０．０００２％以上含有してもよい。
Ｓは靱性や熱間加工性、耐食性を低下させる等、ステンレス鋼にとって有害であるため、少ないほど良く、上限を０．０１００％以下にするとよい。ただし、過剰な低下は精錬時の負荷が高いか、または高価格の原料を用いる必要があるため、実操業としては０．０００２％以上含有してもよい。
Ｃｒ：１０．０〜２１．０％
Ｃｒはステンレス鋼に耐食性をもたらす重要な元素であり、１０．０％以上含有するとよく、好ましくは１２．５％以上、さらに好ましくは１５．０％以上にするとよい。その一方で多量の含有は加工性の低下を招くため、２１．０％以下にするとよく、好ましくは１９．５％以下に、さらに好ましくは１８．５％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あり、１０．０％以上含有するとよく、好ましくは１２．５％以上、さらに好ましくは１５．０％以上にするとよい。その一方で多量の含有は加工性の低下を招くため、２１．０％以下にするとよく、好ましくは１９．５％以下に、さらに好ましくは１８．５％以下にするとよい。
Ａｌ：０．０１０〜０．２００％
Ａｌは鋼を脱酸するために必要な元素であり、脱硫して耐食性を向上するためにも必要な元素である。そのため下限を０．０１０％とし、好ましくは０．１２０％以上、さらに好ましくは０．１３０％以上含有するとよい。過剰な添加は加工性を低下させるため、０．２００％以下にするとよく、好ましくは０．１６０％以下、さらに好ましくは０．１２０％以下にするとよい。
Ａｌは鋼を脱酸するために必要な元素であり、脱硫して耐食性を向上するためにも必要な元素である。そのため下限を０．０１０％とし、好ましくは０．１２０％以上、さらに好ましくは０．１３０％以上含有するとよい。過剰な添加は加工性を低下させるため、０．２００％以下にするとよく、好ましくは０．１６０％以下、さらに好ましくは０．１２０％以下にするとよい。
Ｔｉ：０．０１５〜０．３００％
ＴｉはＣやＮの安定化作用により耐食性を担保するだけでなく、ＴｉＮは等軸晶生成を促進して耐リジング性を向上する重要な元素である。ＣやＮの安定化のためには０．０１５％以上が必要であり、好ましくは０．０３０％以上、さらに好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．０９％以上含有するとよい。ただし過剰に添加するとＴｉＮが著しく生成して製造時のノズル閉塞や製品の表面欠陥を招くため、０．３００％以下にするとよく、好ましくは０．２５０％以下、さらに好ましくは０．２１０％以下にするとよい。
ＴｉはＣやＮの安定化作用により耐食性を担保するだけでなく、ＴｉＮは等軸晶生成を促進して耐リジング性を向上する重要な元素である。ＣやＮの安定化のためには０．０１５％以上が必要であり、好ましくは０．０３０％以上、さらに好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．０９％以上含有するとよい。ただし過剰に添加するとＴｉＮが著しく生成して製造時のノズル閉塞や製品の表面欠陥を招くため、０．３００％以下にするとよく、好ましくは０．２５０％以下、さらに好ましくは０．２１０％以下にするとよい。
Ｏ：０．０００５〜０．００５０％
ＯはＴｉＮ生成を促進するために必要な酸化物を形成するための必須元素であり、下限を０．０００５％とし、好ましくは０．００１０％に、さらに好ましくは０．００２０％にするとよい。０．００５０％を超えて存在すると、ＭｎＯやＣｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２のような低級酸化物を形成して清浄度が低下するばかりか、ＴｉＮ生成を促進する酸化物と溶鋼中で接触・結合することでその性質を変えてしまうため、０．００５０％以下にするとよく、好ましくは０．００４５％以下に、さらに好ましくは０．００４０％以下にするとよい。
ＯはＴｉＮ生成を促進するために必要な酸化物を形成するための必須元素であり、下限を０．０００５％とし、好ましくは０．００１０％に、さらに好ましくは０．００２０％にするとよい。０．００５０％を超えて存在すると、ＭｎＯやＣｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２のような低級酸化物を形成して清浄度が低下するばかりか、ＴｉＮ生成を促進する酸化物と溶鋼中で接触・結合することでその性質を変えてしまうため、０．００５０％以下にするとよく、好ましくは０．００４５％以下に、さらに好ましくは０．００４０％以下にするとよい。
Ｎ：０．００１〜０．０２０％
Ｎは加工性を低下させ、Ｃｒと結合して耐食性を低下させるため、低い方が好ましく、０．０２０％以下にするとよく、好ましくは０．０１８％以下に、さらに好ましくは０．０１５％以下にするとよい。一方、過剰な低減は精錬工程上の負荷が大きいため、０．００１％以上含有してもよい。またＴｉＮを形成する元素であり、０．００８％以上であれば、ＴｉＮが生成する可能性がある。
ＴｉＮを生成させない場合の好ましい範囲は０．００１％以上０．００８％未満にするとよく、ＴｉＮを生成させる場合の好ましい範囲は０．００８％以上０．０１５％以下にするとよい。
Ｎは加工性を低下させ、Ｃｒと結合して耐食性を低下させるため、低い方が好ましく、０．０２０％以下にするとよく、好ましくは０．０１８％以下に、さらに好ましくは０．０１５％以下にするとよい。一方、過剰な低減は精錬工程上の負荷が大きいため、０．００１％以上含有してもよい。またＴｉＮを形成する元素であり、０．００８％以上であれば、ＴｉＮが生成する可能性がある。
ＴｉＮを生成させない場合の好ましい範囲は０．００１％以上０．００８％未満にするとよく、ＴｉＮを生成させる場合の好ましい範囲は０．００８％以上０．０１５％以下にするとよい。
Ｃａ：０．００１５％以下
Ｃａは０．００１５％を超えて存在すると、ＴｉＮ生成を促進するための酸化物中の濃度が上昇し、その能力を失わせるため０．００１５％以下含有するとよい。より好ましくは０．００１０％以下、さらに好ましくは０．０００５％以下にするとよい。
下限は特に限定しないが、Ｃａはスラグの主成分であり、多少の巻き込みは避けられない。また、完全に除去することは難しく、過剰な低下は精錬時の負荷が高くなるため、実操業としては０．０００１％以上含有してもよい。
Ｃａは０．００１５％を超えて存在すると、ＴｉＮ生成を促進するための酸化物中の濃度が上昇し、その能力を失わせるため０．００１５％以下含有するとよい。より好ましくは０．００１０％以下、さらに好ましくは０．０００５％以下にするとよい。
下限は特に限定しないが、Ｃａはスラグの主成分であり、多少の巻き込みは避けられない。また、完全に除去することは難しく、過剰な低下は精錬時の負荷が高くなるため、実操業としては０．０００１％以上含有してもよい。
Ｍｇ：０．０００３〜０．００３０％
ＭｇはＴｉＮ生成を促進するために必要な酸化物を形成するための必須元素であり、０．０００３％以上含有するとよく、好ましくは０．０００６％以上、さらに好ましくは０．０００９％以上含有するとよい。しかし過剰な添加は耐食性の低下を招くため、０．００３０％以下にするとよく、好ましくは０．００２７％以下、さらに好ましくは０．００２４％以下にするとよい。
ＭｇはＴｉＮ生成を促進するために必要な酸化物を形成するための必須元素であり、０．０００３％以上含有するとよく、好ましくは０．０００６％以上、さらに好ましくは０．０００９％以上含有するとよい。しかし過剰な添加は耐食性の低下を招くため、０．００３０％以下にするとよく、好ましくは０．００２７％以下、さらに好ましくは０．００２４％以下にするとよい。
上記鋼成分の残部はＦｅおよび不純物である。ここで不純物とは、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、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼は、Ｆｅに代えて、さらに質量％で、Ｂ：０．００２０％以下、Ｎｂ：０．６０％以下さらに、Ｍｏ：２．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｓｎ：０．５０％以下のうちの１種または２種以上を含んでも良い。
Ｂ：０．００２０％以下
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０．０００５％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、含有量を０．００２０％以下にするとよく、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０．０００５％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、含有量を０．００２０％以下にするとよく、好ましくは０．００１０％以下にするとよい。
Ｎｂ：０．６０％以下
Ｎｂは成形性や耐食性を高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．１０％以上含有するとよく、好ましくは０．２５％以上にするとよい。一方、０．６０％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、０．６０％以下にするよく、好ましくは０．５０％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。含有する場合、この効果を得るためには０．１０％以上含有するとよく、好ましくは０．２５％以上にするとよい。一方、０．６０％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、０．６０％以下にするよく、好ましくは０．５０％以下にするとよい。
Ｍｏ：２．０％以下
Ｍｏは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．１％以上含有するとよく、好ましくは０．５％以上にするとよい。一方、非常に高価であるため２．０％を超えて添加しても合金コストの増大に見合う効果が得られないばかりか、高Ｃｒで脆いシグマ相を形成して脆化と耐食性の低下を招くため、２．０％以下にするとよく、好ましくは１．５％以下にするとよい。
Ｍｏは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．１％以上含有するとよく、好ましくは０．５％以上にするとよい。一方、非常に高価であるため２．０％を超えて添加しても合金コストの増大に見合う効果が得られないばかりか、高Ｃｒで脆いシグマ相を形成して脆化と耐食性の低下を招くため、２．０％以下にするとよく、好ましくは１．５％以下にするとよい。
Ｎｉ：２．０％以下
Ｎｉは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．１％以上含有するとよく、好ましくは０．２％以上にするとよい。一方、高価な元素であるため２．０％を超えて添加しても合金コストの増大に見合う効果が得られないため、２．０％以下にするとよく、好ましくは１．５％以下にするとよい。
Ｎｉは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．１％以上含有するとよく、好ましくは０．２％以上にするとよい。一方、高価な元素であるため２．０％を超えて添加しても合金コストの増大に見合う効果が得られないため、２．０％以下にするとよく、好ましくは１．５％以下にするとよい。
Ｃｕ：２．０％以下
Ｃｕは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．１％以上含有するとよく、好ましくは０．５％以上にするとよい。一方、過剰な添加は製造上のコストに見合う性能向上がなされないため、２．０％以下にするとよく、好ましくは１．５％以下にするとよい。
Ｃｕは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．１％以上含有するとよく、好ましくは０．５％以上にするとよい。一方、過剰な添加は製造上のコストに見合う性能向上がなされないため、２．０％以下にするとよく、好ましくは１．５％以下にするとよい。
Ｓｎ：０．５０％以下
Ｓｎは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める効果がある。含有する場合、この効果を得るためには０．０１％以上含有するとよく、好ましくは０．０２％以上にするとよい。一方で過剰な添加は加工性の低下につながるため、０．５０％以下にするとよく、好ましくは０．３０％以下にするとよい。
Ｓｎは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める効果がある。含有する場合、この効果を得るためには０．０１％以上含有するとよく、好ましくは０．０２％以上にするとよい。一方で過剰な添加は加工性の低下につながるため、０．５０％以下にするとよく、好ましくは０．３０％以下にするとよい。
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に代えて、更に質量％で、Ｖ：０．２０％以下、Ｓｂ：０．３０％以下、Ｗ：１．０％以下、Ｃｏ：１．０％以下、Ｚｒ：０．００５０％以下、ＲＥＭ：０．０１００％以下、Ｔａ：０．１０％以下、Ｇａ：０．０１％以下を含んでも良い。
Ｖ：０．２００％以下
Ｖは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．０５０％以上含有するとよく、好ましくは０．１００％以上にするとよい。一方、高濃度に含有すると靱性の低下を招くため、その上限を０．２００％とする。
Ｖは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．０５０％以上含有するとよく、好ましくは０．１００％以上にするとよい。一方、高濃度に含有すると靱性の低下を招くため、その上限を０．２００％とする。
Ｓｂ：０．３０％以下
Ｓｂは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用があるため、０．０１％以上含有させてもよい。またＴｉＮ生成を助長してδ−Ｆｅが生成しやすくなるため、凝固組織が微細化して耐リジング性が向上する。これらの効果を得るための好ましい含有量は０．１０％以下である。
Ｓｂは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用があるため、０．０１％以上含有させてもよい。またＴｉＮ生成を助長してδ−Ｆｅが生成しやすくなるため、凝固組織が微細化して耐リジング性が向上する。これらの効果を得るための好ましい含有量は０．１０％以下である。
Ｗ：１．００％以下
Ｗは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．０５％以上を含むとよく、好ましくは０．２５％以上を含むとよい。一方、非常に高価であり、過剰に添加しても合金コストの増大に見合う効果が得られないため、その上限を１．００％とする。
Ｗは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．０５％以上を含むとよく、好ましくは０．２５％以上を含むとよい。一方、非常に高価であり、過剰に添加しても合金コストの増大に見合う効果が得られないため、その上限を１．００％とする。
Ｃｏ：１．００％以下
Ｃｏは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．１０％以上を含むとよく、好ましくは０．２５％以上を含むとよい。一方、非常に高価であり、過剰に添加しても合金コストの増大に見合う効果が得られないため、その上限を１．００％とする。
Ｃｏは添加することでステンレス鋼の高い耐食性をさらに高める作用がある。含有する場合、この効果を得るためには０．１０％以上を含むとよく、好ましくは０．２５％以上を含むとよい。一方、非常に高価であり、過剰に添加しても合金コストの増大に見合う効果が得られないため、その上限を１．００％とする。
Ｚｒ：０．００５０％以下
ＺｒはＳ固定効果を持つため、耐食性を高めることができるため、０．０００５％以上含有させてもよい。ただし、Ｓとの親和性が非常に高いため、過剰に添加すると溶鋼中で粗大な硫化物を形成し、却って耐食性が低下する。そのため上限を０．００５０％とする。
ＺｒはＳ固定効果を持つため、耐食性を高めることができるため、０．０００５％以上含有させてもよい。ただし、Ｓとの親和性が非常に高いため、過剰に添加すると溶鋼中で粗大な硫化物を形成し、却って耐食性が低下する。そのため上限を０．００５０％とする。
ＲＥＭ：０．０１００％以下
ＲＥＭ（希土類金属：Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌ）は、Ｓと親和性が高くＳ固定元素として作用し、ＣａＳ生成抑制効果が見込めるため、０．０００５％以上含有させてもよい。ただし、ＲＥＭを過剰に含有すると鋳造時にノズル閉塞の原因となる他、粗大な硫化物を形成すると却って耐食性の悪化を招く。そのため上限を０．０１００％とする。なおＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドからなる合計１７元素を指し、ＲＥＭの含有量は、これらの１７元素の合計含有量を意味する。
ＲＥＭ（希土類金属：Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌ）は、Ｓと親和性が高くＳ固定元素として作用し、ＣａＳ生成抑制効果が見込めるため、０．０００５％以上含有させてもよい。ただし、ＲＥＭを過剰に含有すると鋳造時にノズル閉塞の原因となる他、粗大な硫化物を形成すると却って耐食性の悪化を招く。そのため上限を０．０１００％とする。なおＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドからなる合計１７元素を指し、ＲＥＭの含有量は、これらの１７元素の合計含有量を意味する。
Ｔａ：０．１０％以下
ＴａはＳ固定効果を持つため、耐食性を高めることができるため、０．０１％以上含有させてもよい。ただし、過剰な添加は靱性の低下を招くので、上限を０．１０％とする。
ＴａはＳ固定効果を持つため、耐食性を高めることができるため、０．０１％以上含有させてもよい。ただし、過剰な添加は靱性の低下を招くので、上限を０．１０％とする。
Ｇａ：０．０１００％以下
Ｇａは耐食性を高める効果を持つため、必要に応じて０．０１００％以下の量で含有させることができる。Ｇａの下限は特に限定しないが、安定した効果が得られる０．０００１％以上含有することが望ましい。
Ｇａは耐食性を高める効果を持つため、必要に応じて０．０１００％以下の量で含有させることができる。Ｇａの下限は特に限定しないが、安定した効果が得られる０．０００１％以上含有することが望ましい。
＜複合介在物について＞
本明細書において、酸化物を含み長径が１μｍ以上の複合介在物を複合介在物（Ａ）とし、さらに複合介在物（Ａ）の内、酸化物が質量％で（式１）〜（式３）を満足する複合介在物を複合介在物（Ｂ）とする。ただし、（式１）〜（式３）中のＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯは、酸化物中における、それぞれの質量％を示す。
本明細書において、酸化物を含み長径が１μｍ以上の複合介在物を複合介在物（Ａ）とし、さらに複合介在物（Ａ）の内、酸化物が質量％で（式１）〜（式３）を満足する複合介在物を複合介在物（Ｂ）とする。ただし、（式１）〜（式３）中のＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯは、酸化物中における、それぞれの質量％を示す。
＜酸化物組成について＞
（Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦４．０）
Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ＝４．０のときは、ほぼ純スピネル組成に相当する。純スピネルから純ＭｇＯまでの範囲の組成を持つＡｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系介在物がδ−Ｆｅ生成促進に対して有効に働く。純ＭｇＯに近づくほどδ−Ｆｅ生成能が向上するため、Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦４．０とする。望ましくはＡｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦１．０である。またＴｉＮが生成する条件では、上記組成範囲にあるとＴｉＮが生成しやすい。
Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦４．０ ・・・ （式１）
（Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦４．０）
Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ＝４．０のときは、ほぼ純スピネル組成に相当する。純スピネルから純ＭｇＯまでの範囲の組成を持つＡｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系介在物がδ−Ｆｅ生成促進に対して有効に働く。純ＭｇＯに近づくほどδ−Ｆｅ生成能が向上するため、Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦４．０とする。望ましくはＡｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦１．０である。またＴｉＮが生成する条件では、上記組成範囲にあるとＴｉＮが生成しやすい。
Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦４．０ ・・・ （式１）
（酸化物中のＣａＯ濃度≦２０％）
酸化物中のＣａＯ濃度が高いと、融点が低下してδ−Ｆｅが凝固する温度で固体になっていないか、またはδ−ＦｅやＴｉＮとの格子整合度が悪くなる。そのため、δ−ＦｅやＴｉＮの凝固核がなくなり、凝固組織微細化が望めない。ＣａＯ濃度が低いほどδ−ＦｅやＴｉＮの生成を促進するため、ＣａＯ≦２０％とする。望ましくはＣａＯ≦１５％、さらに望ましくはＣａＯ≦１０％である。
ＣａＯ≦２０％ ・・・ （式２）
酸化物中のＣａＯ濃度が高いと、融点が低下してδ−Ｆｅが凝固する温度で固体になっていないか、またはδ−ＦｅやＴｉＮとの格子整合度が悪くなる。そのため、δ−ＦｅやＴｉＮの凝固核がなくなり、凝固組織微細化が望めない。ＣａＯ濃度が低いほどδ−ＦｅやＴｉＮの生成を促進するため、ＣａＯ≦２０％とする。望ましくはＣａＯ≦１５％、さらに望ましくはＣａＯ≦１０％である。
ＣａＯ≦２０％ ・・・ （式２）
（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ≧７５％）
酸化物は、δ−ＦｅやＴｉＮとの格子整合性が良いことが重要である。ＣａＯだけでなく、Ａｌ２Ｏ３やＭｇＯ以外の成分が多いと融点が低くなるか、または結晶構造が変化してしまう。そのため、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯの和が７５％以上になるようにし、望ましくは８５％以上にするとよい。
Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ≧７５％ ・・・ （式３）
酸化物は、δ−ＦｅやＴｉＮとの格子整合性が良いことが重要である。ＣａＯだけでなく、Ａｌ２Ｏ３やＭｇＯ以外の成分が多いと融点が低くなるか、または結晶構造が変化してしまう。そのため、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯの和が７５％以上になるようにし、望ましくは８５％以上にするとよい。
Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ≧７５％ ・・・ （式３）
（複合介在物（Ｂ）の個数／複合介在物（Ａ）の個数≧０．７０）
酸化物を含む長径が１μｍ以上の複合介在物において、（式１）〜（式３）の条件を満足しない酸化物を含む複合介在物が、（式１）〜（式３）の条件を満足する酸化物を含む複合介在物（Ｂ）がδ−ＦｅやＴｉＮの核となる効果を発現するのを阻害する。特に複合介在物（Ｂ）の個数が、（式１）〜（式３）の条件を満足しない酸化物も含む複合介在物（Ａ）の個数に占める個数比が０．７（７０％）未満の場合、複合介在物（Ｂ）がδ−ＦｅやＴｉＮの核になりにくくなる。そのため、複合介在物（Ｂ）の個数が複合介在物（Ａ）の個数に占める個数比は０．７０（７０％）以上とする。複合介在物（Ｂ）の個数／複合介在物（Ａ）の個数≧０．７０ ・・・ （式４）
酸化物を含む長径が１μｍ以上の複合介在物において、（式１）〜（式３）の条件を満足しない酸化物を含む複合介在物が、（式１）〜（式３）の条件を満足する酸化物を含む複合介在物（Ｂ）がδ−ＦｅやＴｉＮの核となる効果を発現するのを阻害する。特に複合介在物（Ｂ）の個数が、（式１）〜（式３）の条件を満足しない酸化物も含む複合介在物（Ａ）の個数に占める個数比が０．７（７０％）未満の場合、複合介在物（Ｂ）がδ−ＦｅやＴｉＮの核になりにくくなる。そのため、複合介在物（Ｂ）の個数が複合介在物（Ａ）の個数に占める個数比は０．７０（７０％）以上とする。複合介在物（Ｂ）の個数／複合介在物（Ａ）の個数≧０．７０ ・・・ （式４）
（複合介在物（Ｂ）の内、長径が２．０〜１５．０μｍの個数密度：２〜２０個／ｍｍ２）
複合介在物（Ｂ）の内、特に最大径が２μｍ以上の大きさを持つものは、δ―Ｆｅの凝固核になり易くなる。しかし、１５μｍを超えて大きい場合には表面欠陥の原因となるため、１５．０μｍ以下とする。好ましくは１０．５μｍ以下、より好ましくは５．０μｍ以下である。なお、ここで複合介在物（Ｂ）とは（式１）〜（式３）の条件を満足する酸化物を含んでいる鋼中の粒子であり、ＴｉＮを酸化物の周囲に伴った形態でも良い。
長径が２．０〜１５．０μｍである複合介在物（Ｂ）を２個／ｍｍ２以上鋼中に分散させることで凝固核として効果的に働くため、等軸晶率が高くなり、耐リジング性が向上する。一方で、長径が２．０〜１５．０μｍである複合介在物（Ｂ）に含まれるＡｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系酸化物は組成的に高融点で硬質であり、多量に存在させると表面欠陥や割れの原因となりやすい。そのため、上限を２０個／ｍｍ２とする。
複合介在物（Ｂ）の内、特に最大径が２μｍ以上の大きさを持つものは、δ―Ｆｅの凝固核になり易くなる。しかし、１５μｍを超えて大きい場合には表面欠陥の原因となるため、１５．０μｍ以下とする。好ましくは１０．５μｍ以下、より好ましくは５．０μｍ以下である。なお、ここで複合介在物（Ｂ）とは（式１）〜（式３）の条件を満足する酸化物を含んでいる鋼中の粒子であり、ＴｉＮを酸化物の周囲に伴った形態でも良い。
長径が２．０〜１５．０μｍである複合介在物（Ｂ）を２個／ｍｍ２以上鋼中に分散させることで凝固核として効果的に働くため、等軸晶率が高くなり、耐リジング性が向上する。一方で、長径が２．０〜１５．０μｍである複合介在物（Ｂ）に含まれるＡｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系酸化物は組成的に高融点で硬質であり、多量に存在させると表面欠陥や割れの原因となりやすい。そのため、上限を２０個／ｍｍ２とする。
（２．４４×［％Ｔｉ］×［％Ｎ］×｛［％Ｓｉ］＋０．０５×（［％Ａｌ］−［％Ｍｏ］）−０．０１×［％Ｃｒ］＋０．３５｝≧０．０００８)
鋼中成分が（式５）の条件を満たす場合には、ＴｉＮが溶鋼中で上記酸化物の周囲に生成しやすく、酸化物が小さい場合でもＴｉＮによって大きさが確保されて凝固核になり得ることが確認された。この条件を満たしていない場合でも、鋼板において酸化物周囲にＴｉＮが存在していることもあるが、凝固後に析出したものが多く、微細化への寄与は限定的と考えられる。
２．４４×［％Ｔｉ］×［％Ｎ］×｛［％Ｓｉ］＋０．０５×（［％Ａｌ］−［％Ｍｏ］）−０．０１×［％Ｃｒ］＋０．３５｝≧０．０００８ ・・・ （式５）
ただし、［％Ｔｉ］、［％Ｎ］、［％Ｓｉ］、［％Ａｌ］、［％Ｍｏ］、［％Ｃｒ］は、鋼中における、それぞれの元素の質量％を示し、含有しない場合は０を代入する。
鋼中成分が（式５）の条件を満たす場合には、ＴｉＮが溶鋼中で上記酸化物の周囲に生成しやすく、酸化物が小さい場合でもＴｉＮによって大きさが確保されて凝固核になり得ることが確認された。この条件を満たしていない場合でも、鋼板において酸化物周囲にＴｉＮが存在していることもあるが、凝固後に析出したものが多く、微細化への寄与は限定的と考えられる。
２．４４×［％Ｔｉ］×［％Ｎ］×｛［％Ｓｉ］＋０．０５×（［％Ａｌ］−［％Ｍｏ］）−０．０１×［％Ｃｒ］＋０．３５｝≧０．０００８ ・・・ （式５）
ただし、［％Ｔｉ］、［％Ｎ］、［％Ｓｉ］、［％Ａｌ］、［％Ｍｏ］、［％Ｃｒ］は、鋼中における、それぞれの元素の質量％を示し、含有しない場合は０を代入する。
（２５０×［％Ｃ］＋２×［%Ｓｉ］＋［%Ｍｎ］＋５０×［％Ｐ］＋５０×［%Ｓ］＋０．０６×［%Ｃｒ］＋６０×［%Ｔｉ］＋５４×［％Ｎｂ］＋１００×［％Ｎ］＋１３×［％Ｃｕ］≧３６）
鋼中成分が（式６）の条件を満たす場合には、複合介在物（Ｂ）を核としたδ−Ｆｅ生成が起こりやすく、また一度生成すると再溶解しにくいことが確認された。したがって、（式６）を満足することにより、δ−Ｆｅ生成頻度が高くなり、核成長が大きく進むことなく全体の凝固が完了するため、等軸晶率が高くなるだけでなく、組織が微細化しやすく、そのため耐リジング性がさらに向上する。
２５０×［％Ｃ］＋２×［%Ｓｉ］＋［%Ｍｎ］＋５０×［％Ｐ］＋５０×［%Ｓ］＋０．０６×［%Ｃｒ］＋６０×［%Ｔｉ］＋５４×［％Ｎｂ］＋１００×［％Ｎ］＋１３×［％Ｃｕ］≧３６ ・・・ （式６）
ただし、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［%Ｍｎ］、［％Ｐ］、［%Ｓ］、［％Ｃｒ］、［%Ｔｉ］、［％Ｎｂ］、［％Ｎ］、［％Ｃｕ］は、それぞれの元素の鋼中の質量％を示し、含有しない場合は０を代入する。
鋼中成分が（式６）の条件を満たす場合には、複合介在物（Ｂ）を核としたδ−Ｆｅ生成が起こりやすく、また一度生成すると再溶解しにくいことが確認された。したがって、（式６）を満足することにより、δ−Ｆｅ生成頻度が高くなり、核成長が大きく進むことなく全体の凝固が完了するため、等軸晶率が高くなるだけでなく、組織が微細化しやすく、そのため耐リジング性がさらに向上する。
２５０×［％Ｃ］＋２×［%Ｓｉ］＋［%Ｍｎ］＋５０×［％Ｐ］＋５０×［%Ｓ］＋０．０６×［%Ｃｒ］＋６０×［%Ｔｉ］＋５４×［％Ｎｂ］＋１００×［％Ｎ］＋１３×［％Ｃｕ］≧３６ ・・・ （式６）
ただし、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［%Ｍｎ］、［％Ｐ］、［%Ｓ］、［％Ｃｒ］、［%Ｔｉ］、［％Ｎｂ］、［％Ｎ］、［％Ｃｕ］は、それぞれの元素の鋼中の質量％を示し、含有しない場合は０を代入する。
以下、介在物の測定方法について説明する。鋳片または鋼板の断面を観察し、酸化物を含む長径が１．０μｍ以上の介在物を無作為に１００個以上選び、これを母集団とし、母集団に含まれる介在物をＳＥＭ−ＥＤＳで分析し、介在物の大きさおよび種類と個数を同定する。この際、観察面積も記録しておく。また鋼板の場合は圧延方向と垂直な断面を観察して上記の操作を行う。鋼板の場合、観察時の介在物は、圧延等の影響で変形した後のものであり、圧延方向と平行な断面での長径では評価が出来ない場合が多い。一方、板幅方向にはほとんど変形しないため、垂直な断面で観察される介在物の長径は凝固時の介在物径とほぼ同じであると考えられる。このため、鋼板の場合は圧延方向と垂直な断面を観察する。
次に、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼の製造方法について説明する。
上記した所定の成分になるよう調整した鋼を溶製するにあたり、二次精錬の初期においてＡｌで脱酸処理を行い、この段階で溶鋼中Ｏ濃度を０．００６０％以下にする。これにより、安定的に（式３）に示すＡｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ≧７５％を満たす複合介在物の量や比率を高めることができる。この際、Ａｌの前にＳｉやＭｎで予備脱酸を行っても良い。一次精錬で溶鋼中に巻き込まれて生成した介在物はＣａＯ濃度が高いため、十分に浮上除去を行った後、ＴｉやＭｇを添加する。ＴｉとＭｇの添加順序は問わない。またＭｇの添加形態は特に限定しないが、金属ＭｇやＮｉ−Ｍｇ等の合金の形が挙げられる。その他にＭｇＯを精錬スラグに添加し、スラグから溶鋼へＭｇを還元させることで間接的に添加する方法でも良い。Ｍｇの添加形態に関わらず、スラグ中ＭｇＯの活量が高いと良く、他の成分との関係で一意には決められないが、概ね純固体ＭｇＯ基準で０．７程度あると良い。これにより、安定的に（式１）に示すＡｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦４および（式２）に示すＣａＯ≦２０％を満たす複合介在物の量や比率を高めることができる。この際、操業中にスラグ中ＭｇＯの活量を測定することは困難であるため、スラグの組成を測定し、熱力学データ集や商用の熱力学計算ソフトを用いて算出すればよい。
上記した所定の成分になるよう調整した鋼を溶製するにあたり、二次精錬の初期においてＡｌで脱酸処理を行い、この段階で溶鋼中Ｏ濃度を０．００６０％以下にする。これにより、安定的に（式３）に示すＡｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ≧７５％を満たす複合介在物の量や比率を高めることができる。この際、Ａｌの前にＳｉやＭｎで予備脱酸を行っても良い。一次精錬で溶鋼中に巻き込まれて生成した介在物はＣａＯ濃度が高いため、十分に浮上除去を行った後、ＴｉやＭｇを添加する。ＴｉとＭｇの添加順序は問わない。またＭｇの添加形態は特に限定しないが、金属ＭｇやＮｉ−Ｍｇ等の合金の形が挙げられる。その他にＭｇＯを精錬スラグに添加し、スラグから溶鋼へＭｇを還元させることで間接的に添加する方法でも良い。Ｍｇの添加形態に関わらず、スラグ中ＭｇＯの活量が高いと良く、他の成分との関係で一意には決められないが、概ね純固体ＭｇＯ基準で０．７程度あると良い。これにより、安定的に（式１）に示すＡｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦４および（式２）に示すＣａＯ≦２０％を満たす複合介在物の量や比率を高めることができる。この際、操業中にスラグ中ＭｇＯの活量を測定することは困難であるため、スラグの組成を測定し、熱力学データ集や商用の熱力学計算ソフトを用いて算出すればよい。
スラグ中に含まれるＭｇＯの活量を純固体ＭｇＯ基準で０．７以上とし、かつ鋼の成分を上記した所定の成分とすることにより、（式１）に示すＡｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦４および（式２）に示すＣａＯ≦２０％を満たす複合介在物の量や個数比率を高めることができる。操業時にＭｇＯの活量を測定することは困難であるため、スラグの組成を測定し、熱力学データ集と照合することや汎用の熱力学計算ソフトを用いて算出すればよい。
二次精錬の初期においてＡｌで脱酸処理を行い、この段階で溶鋼中Ｏを０．００６０％以下まで低下させ、最終的に０．００５０％以下とすることにより、低級酸化物濃度が高くならず、（式３）に示すＡｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ≧７５％を満たすように介在物の量や個数比率を高めることができる。
介在物の組成や量が調整された溶鋼は、連続鋳造によって鋳造されて本発明のフェライト系ステンレス鋼となり、その後熱間圧延や冷間圧延等を経て様々な製品に供される。ただし、本発明の製造方法はこれに限定されるものではなく、本発明に係るステンレス鋼が得られる範囲で適宜設定することができる。
二次精錬において、Ａｌ等による脱酸やスラグ調整、金属ＭｇやＭｇ合金、Ｔｉ合金等の添加を行って成分および介在物量・組成を制御して溶製し、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、熱間圧延を行った。二次精錬の際のスラグ中ＭｇＯについて、純ＭｇＯ固体を基準とした活量を表１に併せて示した。さらに熱延板焼鈍・酸洗を行い、冷間圧延、焼鈍・酸洗を行うことで、１．０ｍｍ厚の冷延板を製造し、介在物測定とリジング高さ測定に供した。なお後述のように、一部では鋳造を途中で中止した。
介在物組成は冷延板の圧延方向と垂直な断面を観察面とし、酸化物を含む長径が１．０μｍ以上の介在物を無作為に１００個選択し、長径と酸化物部分の組成をＳＥＭ−ＥＤＳにより測定した。この際、観察した面積を記録し、個数密度を算出した。
リジング高さ測定はＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠した５号引張試験片を採取し、圧延方向に１５％引張歪を与えた。引張後、試験片平行部中央について、粗度計で凹凸プロファイルを得た。凹凸プロファイルから、隣接する凸部凹部の頂点間の板厚方向の長さ（凹凸の高さ）の最大値をリジング高さと定義し、リジング高さにより次のように耐リジング性のランク付けを行った。リジング高さが１０μｍ未満であるＡＡ、ＡおよびＢを良好（合格）とした。
ＡＡ：３μｍ未満、Ａ：５μｍ未満、Ｂ：１０μｍ未満、Ｃ：２０μｍ未満、Ｄ：２０μｍ以上
リジング高さ測定はＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠した５号引張試験片を採取し、圧延方向に１５％引張歪を与えた。引張後、試験片平行部中央について、粗度計で凹凸プロファイルを得た。凹凸プロファイルから、隣接する凸部凹部の頂点間の板厚方向の長さ（凹凸の高さ）の最大値をリジング高さと定義し、リジング高さにより次のように耐リジング性のランク付けを行った。リジング高さが１０μｍ未満であるＡＡ、ＡおよびＢを良好（合格）とした。
ＡＡ：３μｍ未満、Ａ：５μｍ未満、Ｂ：１０μｍ未満、Ｃ：２０μｍ未満、Ｄ：２０μｍ以上
表２に示すように、試験材Ｂ１〜Ｂ２１は、鋼成分および複合介在物の量や個数比率が本発明を満たしており、耐食性が確保されつつ、耐リジング性も良好だった。二次精錬時のスラグ中ＭｇＯ活量も０．７以上だった。
試験材ｂ１は、Ｏ濃度が低く、そのため、複合介在物（Ｂ）の内、長径が２〜１５μｍで、等軸晶の核となる複合介在物の量が個数密度を満足しなかったため、大きなリジングが発生した。またＮ濃度が高く、加工性も悪かった。
試験材ｂ２は、低Ａｌ濃度でＯ濃度が高く、そのため低級酸化物の濃度が高くなり、（式１）や（式３）を満たさない介在物が多く、（式４）を満たさなかった。そのため、リジングが発生した。また脱硫も不十分でＳ濃度が高かったため、硫化物系介在物による腐食も発生した。
試験材ｂ３は、Ｃａ濃度が高く、（式２）を満たさない介在物が多く、（式４）を満たさなかった。また複合介在物（Ｂ）の内、長径が２〜１５μｍで、等軸晶の核となる複合介在物の量も個数密度を満足しなかった。そのため、大きなリジングが発生した。またＳｉ濃度が高く、加工性も悪かった。
試験材ｂ４は、スラグ中ＭｇＯ活量が低かったためＭｇ濃度が低く、（式１）や（式３）を満たさない介在物が多く、（式４）を満たさなかった。また複合介在物（Ｂ）の内、長径が２〜１５μｍで、等軸晶の核となる複合介在物の量も個数密度を満足しなかった。そのため、大きなリジングが発生した。またＭｎ濃度やＣｒ濃度が高く、加工性も悪かった。
試験材ｂ５は、Ｔｉ濃度が高く、鋳造前にＴｉＮが多量に生成したため、ノズル閉塞が発生し、鋳造できなかった（鋳造を途中で中止した。）。
試験材ｂ６は、Ａｌ濃度やＣａ濃度、Ｍｇ濃度が高く、またＯ濃度もやや高めだったため、介在物が多量に生成し、複合介在物（Ｂ）の個数密度は非常に多かった。しかし、（式１）を満たさない介在物も多く、（式４）を満たさなかったため、リジングが発生した。また、多量のＡｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系介在物により、表面欠陥が多発した。
本発明に係る鋼は、車両や家電製品などのあらゆる工業製品に利用することができる。特に意匠性の高い工業製品に適用するとよい。
Claims (4)
- 成分が、質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．０１０％、
Ｓｉ：０．３０％以下、
Ｍｎ：０．３０％以下、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：１０．０〜２１．０％、
Ａｌ：０．０１０〜０．２００％、
Ｔｉ：０．０１５〜０．３００％、
Ｏ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｎ：０．００１〜０．０２０％、
Ｃａ：０．００１５％以下、
Ｍｇ：０．０００３％〜０．００３０％を含有し、
残部がＦｅおよび不純物からなる鋼であり、
酸化物を含む長径が１μｍ以上の複合介在物を複合介在物（Ａ）とし、
前記複合介在物（Ａ）の内、（式１）〜（式３）を満足する複合介在物を複合介在物（Ｂ）とするとき、
前記複合介在物（Ａ）の個数に対する前記複合介在物（Ｂ）の個数との個数比が（式４）を満足し、
前記複合介在物（Ｂ）の内、長径が２μｍ以上１５μｍ以下である複合介在物の個数密度が２個／ｍｍ２以上２０個／ｍｍ２以下であることを特徴とする耐リジング性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ≦４ ・・・ （式１）
ＣａＯ≦２０％ ・・・ （式２）
Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ≧７５％・・・（式３）
複合介在物（Ｂ）の個数／複合介在物（Ａ）の個数≧０．７０ ・・・ （式４）
ただし、（式１）〜（式３）中のＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯは、酸化物中における、それぞれの質量％を示す。 - さらに、質量％で、
Ｂ：０．００２０％以下、
Ｎｂ：０．６０％以下、
Ｍｏ：２．０％以下、
Ｎｉ：２．０％以下、
Ｃｕ：２．０％以下、
Ｓｎ：０．５０％以下
Ｖ：０．２００％以下、
Ｓｂ：０．３０％以下、
Ｗ：１．００％以下、
Ｃｏ：１．００％以下、
Ｚｒ：０．００５０％以下、
ＲＥＭ：０．０１００％以下、
Ｔａ：０．１０％以下、
Ｇａ：０．０１００％以下
の１種もしくは２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の耐リジング性に優れたフェライト系ステンレス鋼。 - 前記複合介在物（Ａ）がＴｉＮを含み、かつ、前記化学成分が（式５）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の耐リジング性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
２．４４×［％Ｔｉ］×［％Ｎ］×｛［％Ｓｉ］＋０．０５×（［％Ａｌ］−［％Ｍｏ］）−０．０１×［％Ｃｒ］＋０．３５｝≧０．０００８・・・（式５）
ただし、［％Ｔｉ］、［％Ｎ］、［％Ｓｉ］、［％Ａｌ］、［％Ｍｏ］、［％Ｃｒ］は、鋼中における、それぞれの元素の質量％を示す。 - 前記化学成分が（式６）を満たすことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の耐リジング性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
２５０×［％Ｃ］＋２×［%Ｓｉ］＋［%Ｍｎ］＋５０×［％Ｐ］＋５０×［%Ｓ］＋０．０６×［%Ｃｒ］＋６０×［%Ｔｉ］＋５４×［％Ｎｂ］＋１００×［％Ｎ］＋１３×［％Ｃｕ］≧３６ ・・・ （式６）
ただし、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［%Ｍｎ］、［％Ｐ］、［%Ｓ］、［％Ｃｒ］、［%Ｔｉ］、［％Ｎｂ］、［％Ｎ］、［％Ｃｕ］は、それぞれの元素の鋼中の質量％を示し、含有しない場合は０を代入する。
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