JP2018188687A - 耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板 - Google Patents

Abstract

【課題】ｒ値の異方性Δｒが０．１以下と小さく、常温での加工性と高温強度を高次元で両立できる耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板を提供する。【解決手段】Ｃ：０．００１〜０．０２％、Ｓｉ：０．２％超３．０％以下、Ｍｎ：０．２０〜１．０％、Ｐ：０．０１〜０．０８％、Ｓ：０．０００１〜０．０１００％、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｎｂ：０．３２％超１．０％以下、Ａｌ：０．０００５〜０．５００％、Ｎ：０．００５〜０．０２％をそれぞれ含有し、残部がＦｅおよび不純物である化学組成を有し、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率が３．０〜１５．０％である金属組織を有するとともに、ｒ値の異方性Δｒが０．１以下であり、かつ、圧延方向を長手方向とする試験片を用いた７００℃引張試験における０．２％耐力が７５ＭＰａ以上である機械特性を有する、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板である。【選択図】なし

Description

本発明は、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板に関する。

自動車の排気系部材（例えばエキゾーストマニホールドやマフラー等）といった耐熱部材には、高温での耐酸化性や耐腐食性に優れるステンレス鋼が用いられる。近年、内燃機関の燃焼効率を向上するために排ガスの温度が上昇する傾向にあり、より耐熱性が高い排気系部材が求められている。

自動車の排気系部材の耐熱性を向上させるには、排気系部材の素材であるステンレス鋼自体の耐熱性を向上させる方法と、排気系部材の構造を改良する手法がある。近年求められている高い使用温度に適応させるためには、これら２つの手法を組み合わせて開発を進める必要がある。そのため、排気系部材に用いられるステンレス鋼には、より高い耐熱性と、排気系部材の構造設計の自由度を拡げるための高い加工性の両立が求められている。

従来より、耐熱材として用いられるフェライト系ステンレス鋼は、Ｎｂの添加により高温強度を向上させるものが多い。しかし、Ｎｂの添加により母相自体が硬化し、十分な加工性を得ることが困難であった。このため、Ｎｂを含有するフェライト系耐熱ステンレス鋼の加工性、特に伸びやｒ値等を向上させる開発が進められてきた。

特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１２％以下を含み、ＴｉおよびＮｂのいずれか一方または双方をＣ／１２＋Ｎ／１４＜Ｔｉ／４８＋Ｎｂ／９３となる条件を満足するように含有するフェライト系ステンレス鋼を、熱間仕上圧延する際に１０５０℃から９００℃の温度範囲で少なくとも全圧下率が７０％以上の圧延を摩擦係数０．２以下で行い、９００℃以上の温度で仕上げ、その後７５０℃以上で巻き取った後、通常の冷間圧延および焼鈍を施すことにより、耐リジング性に優れ、異方性が小さい深絞り用フェライト系ステンレス鋼板を製造する方法が開示されている。

特許文献２には、Ｃｒを１０〜２０質量％含有する鋼であって、板厚方向断面内の最表層から板厚の１／４までの領域において、｛１１１｝方位結晶粒と｛５５４｝方位結晶粒の存在比率Ｎ１と｛１００｝方位結晶粒と｛１１０｝方位粒の存在比率Ｎ２がＮ１／Ｎ２≧３．０を満足する、加工性に優れる排気部品用フェライト系ステンレス鋼板が開示されている。｛１１１｝方位結晶粒、｛５５４｝方位結晶粒、｛１００｝方位結晶粒および｛１１０｝方位結晶粒とは、それぞれの結晶粒の＜１１１＞方向、＜５５４＞方向、＜１００＞方向および＜１１０＞方向が圧延面に対して垂直な方向と１５°以内にある結晶粒である。

特開平８−３１１５４２号公報 特開２００６−２３３２７８号公報

これらの従来の技術によれば、伸びおよびｒ値自体はある程度向上できる。その一方で、ｒ値の異方性Δｒは、構造が複雑化した近年の自動車排気系等の耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板に求められる異方性Δｒ:０．１以下の水準を達成できるものは殆ど存在しない。このため、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板を深絞り加工等で目的の形状に成形する場合、耳（イヤリングとも呼ばれ、被圧延材材の圧延方向および圧延直角方向の材料特性の違いにより発生する）の発生が大きく、成形時の歩留まりが低下する。このため、従来の耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板では、常温での加工性と高温強度とを両立することが困難であった。

本発明の目的は、ｒ値の異方性Δｒが小さく、常温での加工性と高温強度を高次元で両立できる耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、熱間圧延時の加熱温度およびコイル巻取温度を変化させ、かつ、熱延板焼鈍を省略する方法で製造した冷延焼鈍板は、ｒ値こそ低いものの、その異方性Δｒが非常に小さく、深絞り加工時に耳が形成され難いことを知見した。本発明は、このような新規な知見に基づくものであり、以下に列記の通りである。

（１）化学組成が、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０２％、Ｓｉ：０．２％超３．０％以下、Ｍｎ：０．２０〜１．０％、Ｐ：０．０１〜０．０８％、Ｓ：０．０００１〜０．０１００％、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｎｂ：０．３２％超１．０％以下、Ａｌ：０．０００５〜０．５００％、Ｎ：０．００５〜０．０２％、Ｎｉ：０〜１％、Ｍｏ：０〜３．０％、Ｃｕ：０〜１％、Ｔｉ：０〜０．２％、Ｖ：０〜０．５％、Ｂ：０〜０．００５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物であり、
金属組織として、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率が３．０〜１５．０％であり、
機械特性として、下記（１）式により定義されるｒ値の異方性Δｒが０．１以下であり、かつ、圧延方向を長手方向とする試験片を用いた７００℃引張試験における０．２％耐力が７５ＭＰａ以上である、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板。
Δｒ＝｜（ｒ_０＋ｒ_９０）／２−ｒ_４５｜ ・・・・・（１）

（１）式において、ｒ_０、ｒ_４５およびｒ_９０は、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の圧延方向、圧延方向に対して４５°の方向および、圧延直角方向をそれぞれ長手方向とする試験片を用いて常温で引張試験を行い、それぞれの方向について下記（２）式に従って求めたｒ値である。
ｒ＝ｌｎ（Ｗ／Ｗ_０）／ｌｎ（ｔ／ｔ_０） ・・・・・（２）
（２）式において、Ｗおよびｔ、ならびに、Ｗ_０およびｔ_０は、それぞれ、引張塑性変形後の試験片の幅および板厚、ならびに、引張塑性変形前の試験片の幅および板厚である。

（２）Ｎｉ：０．０１〜１質量％を含有する、１項に記載の耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板。

（３）質量％で、Ｍｏ：０．０３〜３．０％、Ｃｕ：０．０１〜１％、およびＴｉ：０．０１〜０．２％の１種以上を含有する、１または２項に記載の耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板。

（４）Ｖ：０．０１〜０．５質量％を含有する、１〜３項のいずれかに記載の耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板。

（５）Ｂ：０．０００１〜０．００５０％質量を含有する、１〜４項のいずれかに記載の耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板。

本発明により、ｒ値の異方性Δｒが小さく、常温での優れた加工性と高温強度を高次元で兼ね備える耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板を提供できる。

本発明を説明する。以降の説明では、化学組成に関する「％」は特に断りがない限り「質量％」を意味する。

１．本発明に係る耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板
（１）化学組成
はじめに必須元素を説明する。

（１−１）Ｃ：０．００１〜０．０２％
Ｃは、熱間圧延時、コイル巻取時および焼鈍時にＮｂやＴｉ等と炭窒化物を形成してピン止め効果により結晶粒成長を抑制し、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下の帯状細粒組織の形成に寄与する。したがって、Ｃ含有量は、０．００１％以上であり、好ましくは０．００３％以上である。

一方、Ｃ含有量が０．０２％を越えると、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の成形性および耐食性を劣化させ、かつ高温強度の低下をもたらす。したがって、Ｃ含有量は、０．０２％以下であり、好ましくは０．０１％以下である。

（１−２）Ｓｉ：０．２％超３．０％以下
Ｓｉは、精錬の際に脱酸剤として有用であるとともに、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の高温強度および耐酸化性を改善する。耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の７００℃周辺の高温強度は、Ｓｉ含有量の増加とともに向上し、この効果はＳｉ含有量が０．２％を超えると発現する。したがって、Ｓｉ含有量は、０．２％超であり、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の耐酸化性および常温での加工性を高めるために好ましくは０．５％以上である。

一方、Ｓｉ含有量が３．０％を越えると、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の常温での加工性を低下させる。したがって、Ｓｉ含有量は、３．０％以下であり、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の耐酸化性を高めるために好ましくは２．０％以下である。

（１−３）Ｍｎ：０．２〜１．０％
Ｍｎは、精錬の際に脱酸剤として添加され、また耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の中温域での高温強度の上昇に寄与する。また、Ｍｎは、長時間使用中にＭｎ系酸化物を耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の表層に形成し、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板のスケール密着性の維持や異常酸化の抑制に寄与する。したがって、Ｍｎ含有量は、０．２％以上であり、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の高温延性やスケール密着性を高めるために好ましくは０．２２％以上である。

一方、Ｍｎ含有量が１．０％を超えると、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の常温での加工性を低下させ、さらに、ＭｎＳの生成により耐食性が劣化する。したがって、Ｍｎ含有量は、１．０％以下であり、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の高温延性を高めるために好ましくは０．５％以下である。

（１−４）Ｐ：０．０１〜０．０８％
Ｐは、ＭｎやＳｉと同様に、固溶強化元素であり、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の常温での加工性を確保するために、Ｐ含有量は、０．０８％以下であり、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の耐食性を勘案すると好ましくは０．０６％以下である。

一方、Ｐ含有量を過度に低減することは精錬コストの増加につながり、かつＦｅＴｉＰ等の結晶粒成長のピン止めに寄与すると考えられる析出物の生成を抑制する。したがって、Ｐ含有量は、０．０１％以上であり、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の製造コストと帯状細粒組織の形成を勘案すると好ましくは０．０１５％以上である。

（１−５）Ｓ：０．０００１〜０．０１００％
Ｓは、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の熱間加工性や耐食性に対して有害な元素であり、原料に不可避的に含まれる不純物である。このため、Ｓ含有量は低いことが好ましい。したがって、Ｓ含有量は、０．０１００％以下であり、耐熱部材用フェライトステンレス鋼板の熱間加工性と耐食性を勘案すると好ましくは０．００５０％以下である。

一方、Ｓ含有量を過度に低減することは精錬工程での脱硫負荷の増大につながり、精錬コストが著しく増大する。したがって、Ｓ含有量は、０．０００１％以上であり、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の製造コストを勘案すると好ましくは０．０００３％以上である。

（１−６）Ｃｒ：１０〜２０％
Ｃｒ含有量は、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の耐食性の観点から、１０％以上であり、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の耐酸化性と高温強度を確保するために好ましくは１１％以上である。

一方、Ｃｒ含有量が２０％を越えると、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の靱性の劣化により製造性が悪くなる他、材質も劣化する。したがって、Ｃｒ含有量は、２０％以下であり、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の常温での加工性を確保するために好ましくは１８％以下である。

（１−７）Ｎｂ：０．３２％超１．０％以下
Ｎｂは、母相の固溶強化および炭窒化物等による析出強化により、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の高温強度を向上させる。また、Ｃｒは、ＣやＮと炭窒化物を形成してピン止め効果により結晶粒成長を抑制し、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下の帯状細粒組織の形成に寄与する。したがって、Ｎｂ含有量は、０．３２％超であり、帯状細粒組織の形成や高温強度を勘案すると好ましくは０．３５％以上である。

一方、Ｎｂ含有量が１．０％を越えると、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の製造性や常温での加工性を低下させる。したがって、Ｎｂ含有量は、１．０％以下であり、製造性や常温での加工性を勘案すると好ましくは０．７０％以下である。

（１−８）Ａｌ：０．０００５〜０．５００％
Ａｌは、脱酸元素として添加される場合があり、その作用は０．０００５％の含有量から発現する。したがって、Ａｌ含有量は、０．０００５％以上であり、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の製造性を勘案すると好ましくは０．００１％以上である。

一方、Ａｌ含有量が０．５００％を越えると、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の常温での加工性の低下、溶接性および表面品質の劣化、耐酸化性の劣化などを生じる。したがって、Ａｌ含有量は、０．５００％以下であり、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の常温での加工性や表面疵の発生、溶接性を勘案すると好ましくは０．２％以下である。

（１−９）Ｎ：０．００５〜０．０２％
Ｎは、Ｃと同様に、熱間圧延時、コイル巻取時および焼鈍時にＮｂやＴｉ等と炭窒化物を形成してピン止め効果により結晶粒成長を抑制し、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下の帯状細粒組織の形成に寄与する。したがって、Ｎ含有量は、０．００５％以上であり、帯状細粒組織の形成と高温強度を考慮すると好ましくは０．００７％以上である。

一方、Ｎ含有量が０．０２％を超えると、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の成形性と耐食性を劣化させ、かつ高温強度の低下をもたらす。したがって、Ｎ含有量は、０．０２％以下であり、常温での成形性と耐食性を勘案すると好ましくは０．０１０％以下である。
次に、必要に応じて含有してもよい任意元素を説明する。

（１−１０）Ｎｉ：１％以下
Ｎｉは、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の靭性と耐食性を向上させる元素である。しかし、Ｎｉ含有量が１％を超えるとオーステナイト相が生成し、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の深絞り性が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は、１％以下であり、好ましくは０．５％以下である。Ｎｉ含有によるこの効果を確実に得るためには、Ｎｉ含有量は好ましくは０．０１％以上である。

（１−１１）Ｍｏ：３．０％以下、Ｃｕ：１％以下およびＴｉ：０．２％以下からなる群から選ばれた１種または２種以上
Ｍｏは、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の耐食性を向上させるとともに、固溶することにより高温強度を向上する。しかし、Ｍｏ含有量が３．０％を超えると有害な化合物相が析出する。したがって、Ｍｏ含有量は、３．０％以下であり、好ましくは２．０％以下である。Ｍｏ含有によるこの効果を確実に得るためには、Ｍｏ含有量は好ましくは０．０３％以上である。

Ｃｕは、析出強化により耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の高温強度を向上する。しかし、Ｃｕ含有量が１％を超えると、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の常温延性および耐酸化性を低下させる。したがって、Ｃｕ含有量は、１％以下であり、好ましくは０．６％以下である。Ｃｕ含有によるこの効果を確実に得るためには、Ｃｕ含有量は好ましくは０．０１％以上である。

Ｔｉは、Ｎｂと同様に、母相の固溶強化および炭窒化物等による析出強化により、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の高温強度を向上させる。また、Ｔｉは、ＣやＮと炭窒化物を形成してピン止め効果により結晶粒成長を抑制し、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下の帯状細粒組織の形成に寄与する。しかし、Ｔｉ含有量が０．２％を超えると、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の常温延性が低下する他、粗大なＴｉ系析出物を形成し、加工性を劣化させる。したがって、Ｔｉ含有量は、０．２％以下であり、表面疵の発生や靭性を勘案して好ましくは０．１％以下である。Ｔｉ含有によるこの効果を確実に得るためには、Ｔｉ含有量は好ましくは０．０１％以上である。

Ｍｏ、Ｃｕ、Ｔｉは、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の高温強度を高めるために、その一種を単独で含有してもよいし、二種以上を複合して含有してもよい。

（１−１２）Ｖ：０．５％以下
Ｖは、微細な炭窒化物を形成し、析出強化作用およびピン止め効果により結晶粒成長を抑制し、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下の帯状細粒組織の形成に寄与する。しかし、Ｖ含有量が０．５％を超えると、析出物が粗大化して高温強度が低下する。したがって、Ｖ含有量は、０．５％以下であり、製造コストや製造性を考慮すると好ましくは０．３％以下である。Ｖ含有によるこの効果を確実に得るためには、Ｖ含有量は好ましくは０．０１％以上である。

（１−１３）Ｂ：０．００５０％以下
Ｂは、結晶粒界に偏析して耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の２次加工性の向上に寄与する。しかし、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の加工性および耐食性の低下をもたらす。したがって、Ｂ含有量は、０．００５０％以下であり、好ましくは０．００２０％以下である。Ｂ含有によるこの効果を確実に得るためには、Ｂ含有量は好ましくは０．０００１％以上である。

（１−１４）残部
上記以外の残部は、Ｆｅおよび不純物である。不純物としては、鉱石やスクラップ等の原材料に含まれるものや、製造工程において含まれるものが例示される。

（２）金属組織：
本発明に係る耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板は、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率が３．０〜１５．０％である金属組織を有する。この金属組織を説明する。

本発明者らは、Ｎｂを含有する耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板のｒ値の異方性Δｒを低減するため、化学組成および製造条件を種々変化させることにより金属組織を変化させた耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の試作し、ｒ値の異方性Δｒと金属組織の関係を調べた。

その結果、Ｎｂを含有する耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の金属組織において、フェライト母相の集合組織や粒径、さらには析出物だけでなく、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下の微細なフェライト粒の金属組織内での分布状態に大きく影響することが判明した。

すなわち、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板のＬ断面組織中に真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下の、圧延面に平行に伸びた帯状の細粒組織（以下、「帯状細粒組織」という）が一定量以上存在し、それ以外の領域の金属組織が、真円換算の結晶粒径が２０μｍ超のフェライト粒である場合、ｒ値の面内異方性Δｒが０．１以下に抑制される。また、帯状細粒組織の面積率は、金属組織中の真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下の微細なフェライト粒の面積率と相関することが判明した。すなわち、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下の微細なフェライト結晶粒の面積率が３．０％以上であると、帯状細粒組織が十分に形成される。

帯状細粒組織がｒ値の面内異方性Δｒを低減する原理は、明確ではないが、帯状細粒組織は周辺の組織よりも強度が高く変形し難いため、帯状細粒組織が帯状に分布することにより、変形し易い粗粒部が引張変形する際に、板幅方向の減少が大きい方位への引張であっても、帯状細粒組織によって板幅方向の減少が抑制され、これにより、ｒ値の面内異方性Δｒが低減すると推定される。

真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率が３．０％未満であると、ｒ値の面内異方性Δｒの低減効果を十分に得られず、この面積率が１５．０％を超えると、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の高温強度が不足するうえ、常温での加工性が低下する。このため、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率は３．０〜１５．０％である。

（３）機械特性
本発明に係る耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板は、ｒ値の面内異方性Δｒが０．１以下であり、かつ、圧延方向を長手方向とする試験片を用いた７００℃引張試験における０．２％耐力が７５ＭＰａ以上である機械特性を有する。面内異方性Δｒは、上記（１）式および（２）式により定義される。

本発明に係る耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板は、高い高温強度を有する。また、本発明に係る耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板は、ｒ値の面内異方性Δｒが非常に小さいため、深絞り加工時に耳が形成され難く、成形時の歩留まりが向上する。

２．製造方法
本発明に係る耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板は、上述した化学組成を有する鋼片に熱間圧延を行い、仕上熱間圧延後に７００〜８５０℃で巻取り、熱延板焼鈍を行わずに冷間圧延を行い、最終焼鈍を８５０〜９５０℃の温度域で行うことにより、上述した帯状細粒組織を形成して、製造される。

従来の耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板は、熱間圧延後に焼鈍を施し、冷間圧延後に１０００℃以上の温度域で最終焼鈍を行っていたが、本発明に係る製造方法では、熱延板焼鈍を行わないことと、最終焼鈍を、従来よりも低温域で行うことにより、耐熱熱部材用フェライト系ステンレス鋼板に上述の帯状細粒組織を形成する。

仕上熱間圧延後の巻取り温度が７００℃未満または８５０℃超であったり、熱延板焼鈍を行ったり、あるいは、最終焼鈍温度が８５０℃未満または９５０℃超であったりすると、上述の帯状細粒組織を得られない。

本発明を、実施例を参照しながら、より具体的に説明する。
表１に示す化学組成（質量％、残部はＦｅおよび不純物）Ａ〜Ｖを有する１００ｍｍ厚の５０ｋｇ鋼塊を溶製し、これらの鋼塊を１１５０〜１２５０℃に加熱した後、仕上温度が８００〜１０００℃の範囲内となるように４．０ｍｍ厚まで熱間圧延し、一旦水冷し、コイルに巻取った後の保温状態を再現するため、大気熱処理を１時間行った。

一部試料について熱延板焼鈍を施し、その後焼鈍しなかったものを含めた全ての試料について１．２ｍｍ厚まで冷間圧延した。
得られた冷延鋼板について大気熱処理（最終焼鈍）を行い、製品である耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板とした。コイル巻取再現熱処理温度、熱延板焼鈍温度、最終焼鈍温度は表２に示す。

このようにして得られた薄板について、Ｌ断面（圧延方向に並行な板厚断面）のミクロ組織を観察し、真円換算の結晶粒径２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率を以下の方法で求めた。画像処理機能を備えた光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡を用い、５００倍の視野（２００μｍ×２５０μｍの視野）で板厚方向全厚を含む組写真を作成し、そこで観察される各フェライト結晶粒の断面面積（Ｓ_１、Ｓ_２、・・・、Ｓ_ｎ）を測定する。各フェライト結晶粒の断面形状を真円と見なした場合の結晶粒径（２ｒ_１、２ｒ_２、・・・、２ｒ_ｎ、本発明では「真円換算の結晶粒径」と呼ぶ。）をそれぞれの断面面積から求める（２ｒ_ｎ＝２（Ｓ_ｎ／π）^１／２）。真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下の結晶粒と２０μｍを超える結晶粒を選別して、次に示す式で、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率を求める。

真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率（％）＝（真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下の結晶粒の断面面積の合計）／｛（真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下の結晶粒の断面面積の合計＋真円換算の結晶粒径が２０μｍを超える結晶粒の断面面積の合計）｝×１００

また、得られた薄板からＪＩＳ１３号Ｂ引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２５４に準拠し、Ｌ，Ｄ，Ｃ方向のｒ値を評価した。ここでｒ値は、試験片に１２％のひずみを付与した後に、上記（２）式を用いて算出した。

また、Ｌ，Ｄ，Ｃ方向のｒ値の測定結果から、ｒ値の異方性Δｒを上記（１）式用いて算出した。異方性Δｒは０．１以下であれば良好なものであると判断した。

さらにこの薄板より高温引張試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｇ ０５６７に準拠して７００℃で高温引張試験を行って、０．２％耐力を測定した。高温強度は、７００℃における０．２％耐力が７５ＭＰａ以上であれば良好であるものとした。

試験結果を表２，３に併せて示す。表１〜３における下線は、本発明の範囲外であること、または試験結果が良好でないことを示す。

表１における鋼種Ａ〜Ｑの化学組成は、本発明の範囲を満足する。これに対し、鋼種ＲはＣ含有量が本発明の範囲の上限を上回り、鋼種ＳはＳｉ含有量が本発明の範囲の上限を上回り、鋼種ＴはＳｉ含有量が本発明の範囲の下限を下回り、鋼種ＵはＣｒ含有量が本発明の範囲の下限を下回り、鋼種ＶはＣｒ含有量が本発明の範囲の上限を上回り、鋼種Ｗ,ＸはＮｂ含有量が本発明の範囲の下限を下回り、鋼種ＹはＮｂ含有量が本発明の範囲の上限を上回る。

表２における本発明例１〜２４は本発明の範囲を全て満足する本発明例であり、表３における比較例１〜３９は本発明の範囲を満足しない比較例である。

本発明例１〜２４は、真円換算の結晶粒径２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率（細粒組織の面積率）が３．０〜１５．０％の範囲内にあり、ｒ値の異方性Δｒが０．１以下、具体的には０．０１１〜０．０９９であり、７００℃における０．２％耐力が７５ＭＰａ以上、具体的には、７７〜１１３ＭＰａであった。このため、本発明例は、ｒ値の異方性Δｒが小さく、常温での優れた加工性と高温強度を高次元で兼ね備える耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板であることが分かる。

これに対し、比較例１〜６は、コイル巻取再現熱処理温度が７００℃を下回るため、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率が本発明の範囲（３．０〜１５．０％）内に入らず、ｒ値の異方性Δｒが大きく、７００℃における０．２％耐力が低いものもあった。

比較例７〜１１は、８００〜１０００℃で熱延板焼鈍を行ったため、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率（細粒組織の面積率）が本発明の範囲（３．０〜１５．０％）内に入らず、ｒ値の異方性Δｒが大きかった。

比較例１２〜１９は、最終焼鈍温度が８５０〜９５０℃の温度域を外れるため、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率が本発明の範囲（３．０〜１５．０％）内に入らず、ｒ値の異方性Δｒが大きく、７００℃における０．２％耐力が低いものもあった。

比較例２０〜２４は、Ｃ含有量が本発明の範囲の上限を上回るため、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率が本発明の範囲（３．０〜１５．０％）内に入らず、ｒ値の異方性Δｒが大きかった。

比較例２５，２６は、Ｓｉ含有量が本発明の範囲の上限を上回り、特に比較例２６はコイル巻取再現熱処理温度が本発明の範囲の上限を上回るため、ｒ値の異方性Δｒが大きかった。

比較例２７，２８は、Ｓｉ含有量が本発明の範囲の下限を下回り、特に比較例２８は熱延板焼鈍を行ったため、比較例２７は７００℃における０．２％耐力が低下し、比較例２８はｒ値の異方性Δｒが大きかった。

比較例２９は、Ｃｒ含有量が本発明の範囲の下限を下回るため、７００℃における０．２％耐力が低下した。

比較例３０,３１は、Ｃｒ含有量が本発明の範囲の上限を上回り、特に比較例２９は熱延板焼鈍を行ったため、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率が本発明の範囲（３．０〜１５．０％）内に入らず、ｒ値の異方性Δｒが大きかった。

比較例３２〜３４は、Ｎｂ含有量が本発明の範囲の下限を下回り、特に比較例３４は最終焼鈍温度が８５０℃を下回ったため、ｒ値の異方性Δｒが大きいか、または７００℃における０．２％耐力が低下した。

比較例３５，３６は、Ｎｂ含有量が本発明の範囲の下限を下回るため、７００℃における０．２％耐力が低下した。

さらに、比較例３７〜３９は、Ｎｂ含有量が本発明の範囲の上限を上回るため、ｒ値の異方性Δｒが大きかった。

Claims (5)

1. 化学組成が、質量％で、
   Ｃ：０．００１〜０．０２％、
   Ｓｉ：０．２％超３．０％以下、
   Ｍｎ：０．２０〜１．０％、
   Ｐ：０．０１〜０．０８％、
   Ｓ：０．０００１〜０．０１００％、
   Ｃｒ：１０〜２０％、
   Ｎｂ：０．３２％超１．０％以下、
   Ａｌ：０．０００５〜０．５００％、
   Ｎ：０．００５〜０．０２％、
   Ｎｉ：０〜１％、
   Ｍｏ：０〜３．０％、
   Ｃｕ：０〜１％、
   Ｔｉ：０〜０．２％、
   Ｖ：０〜０．５％、
   Ｂ：０〜０．００５０％
   を含有し、残部がＦｅおよび不純物であり、
   金属組織として、真円換算の結晶粒径が２０μｍ以下のフェライト結晶粒の面積率が３．０〜１５.０％であり、
   機械特性として、下記（１）式により定義されるｒ値の異方性Δｒが０．１以下であり、かつ、圧延方向を長手方向とする試験片を用いた７００℃引張試験における０．２％耐力が７５ＭＰａ以上である、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板。
   Δｒ＝｜（ｒ_０＋ｒ_９０）／２−ｒ_４５｜ ・・・・・（１）
   （１）式において、ｒ_０、ｒ_４５およびｒ_９０は、耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板の圧延方向、圧延方向に対して４５°の方向および、圧延直角方向をそれぞれ長手方向とする試験片を用いて常温で引張試験を行い、それぞれの方向について下記（２）式に従って求めたｒ値である。
   ｒ＝ｌｎ（Ｗ／Ｗ_０）／ｌｎ（ｔ／ｔ_０） ・・・・・（２）
   （２）式において、Ｗおよびｔ、ならびに、Ｗ_０およびｔ_０は、それぞれ、引張塑性変形後の試験片の幅および板厚、ならびに、引張塑性変形前の試験片の幅および板厚である。
2. Ｎｉ：０．０１〜１質量％を含有する、請求項１に記載の耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板。
3. 質量％で、
   Ｍｏ：０．０３〜３．０％、
   Ｃｕ：０．０１〜１％、および
   Ｔｉ：０．０１〜０．２％
   の１種以上を含有する、請求項１または２に記載の耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板。
4. Ｖ：０．０１〜０．５質量％を含有する、請求項１〜３のいずれかに記載の耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板。
5. Ｂ：０．０００１〜０．００５０％質量を含有する、請求項１〜４のいずれかに記載の耐熱部材用フェライト系ステンレス鋼板。