(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％にて、Ｃ：０．０５％以下、Ｃｒ：１４〜１９％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：４％以下、Ｎｉ：５〜８％，Ｃｕ：４％以下，Ｎ：０．１％以下，残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり，かつ下記のＭｄが−２０〜４０の範囲にある鋼成分を有し、平均結晶粒径が６．５μｍ以下でありかつ１５°以上の大傾角粒界の占める比率が８０％超であることを特徴とする耐応力腐食割れ性と加工性に優れた微細粒オーステナイト系ステンレス鋼板。
Ｍｄ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．２Ｍｏ
【請求項２】
前記鋼成分が、さらに質量％にて、Ｍｏ：１％以下、Ｖ：１％以下，Ｂ：０．０１０％以下，Ｎｂ：０．５％以下，Ｔｉ：０．５％以下，希土類元素：０．５％以下，Ａｌ：０．５％以下，Ｍｇ：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に記載の耐応力腐食割れ性と加工性に優れた微細粒オーステナイト系ステンレス鋼板。
【請求項３】
絞り比１．５〜２．０の範囲で円筒深絞り加工して得られた成形品を、沸騰４２％塩化マグネシウム水溶液中に４ｈｒ浸漬しても割れが発生しないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の耐応力腐食割れ性と加工性に優れた微細粒オーステナイト系ステンレス鋼板。
【請求項４】
引張試験によって求められる０．２％耐力が４００ＭＰａ未満，均一伸びが３０％超であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の耐応力腐食割れ性と加工性に優れた微細粒オーステナイト系ステンレス鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平均結晶粒径が１０μｍ以下の微細粒組織を有する耐応力腐食割れ性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年，鉄鋼材料において、結晶粒を微細化することは、合金元素の添加によらず強度・靭性を上昇させる最も有効な方法であることが知られている。オーステナイト系ステンレス鋼においても、非特許文献１および２において、ＪＩＳＧ４３０５に規定するＳＵＳ３０４で加工誘起マルテンサイトからオーステナイトへの相変態を利用した結晶粒の微細化が開示されている。このような方法により、結晶粒径１〜５μｍの微細粒組織を形成し，微細化効果として、非特許文献１には降伏強度（０．２％耐力）の上昇，非特許文献２には６５０〜７５０℃での超塑性の発現が報告されている。
【０００３】
オーステナイト系ステンレス鋼において、結晶粒の微細化効果を利用したものとして、特許文献１には金属ガスケットとその素材およびそれらの製造方法が開示されている。この公報には、ＪＩＳＧ４３０５に規定するＳＵＳ３０１Ｌで上述した加工誘起マルテンサイトからオーステナイトへの相変態とクロム窒化物の析出を利用して、結晶粒径５μｍ以下の微細粒組織とし，調質圧延との組み合わせによりＨｖ５００以上の高強度化を図っている。
【０００４】
従来、オーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒微細化は、上述したようなＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０１Ｌにおいて、結晶粒径１〜５μｍとして０．２％耐力の上昇や高強度化を指向したものである。
【０００５】
古くから，オーステナイト系ステンレス鋼板では、塩化物イオンを含む腐食環境で応力腐食割れを発生するという問題がよく知られている。非特許文献３において、その対策としてはＮｉを含まないフェライト系ステンレス鋼への変更が確実であること，加工性や溶接性の点からフェライト系ステンレス鋼の使用が困難な場合には、高Ｎｉ（１１．５〜１５％）かつＳｉとＣｕ量を高めたＳＵＳＸＭ１５Ｊ１系のオーステナイト系ステンレス鋼が有効であると記載されている。
【０００６】
孔食や隙間腐食を起点とする応力腐食割れの改善に対して，上述した合金添加は有効に作用する。特許文献２には、Ｎｉを９％台、Ｃｕを１．５％超え２．５％未満で添加し，ＭｏおよびＮを少量含有させる耐応力腐食割れ性および耐孔食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。特許文献３には、Ｃｒ：１８〜３５％，Ｎｉ：２５〜５０％，Ｍｏ：８％以下，Ｍｎ：６％以下，Ｎ：０．５％以下，Ｃ：０．０３％以下とする高Ｃｒかつ高Ｎｉを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系合金が開示されている。特許文献４では、Ｃ：０．０８％以下，Ｓｉ：０．１〜３％，Ｃｒ：１８〜２３％，Ｎｉ：８．５〜１２％，Ｍｏ：０．２〜２％，Ｃｕ：０．２〜３．５％，Ｎ：０．０３〜０．２５％とし，かつＭｎとＳとの含有量を調整すること，ＣｕとＮを複合添加すること，更に少量のＣｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂを添加することによる耐候性、耐隙間腐食性および耐応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。
【０００７】
また、応力腐食割れには粒界型の割れも生じるため，特許文献５〜７には粒界型応力腐食割れの改善について開示されている。特許文献５には、Ｍｏ及びＮｂのいずれか一方，または両方を含むことを特徴とする耐粒界腐食性並びに耐粒界応力腐食割れ性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼が示されている。特許文献６，７には、Ｃを０．０３％以下に制約してＮを０．１５％以下で含有させ，鋼片の加熱温度や時間を調整することで炭化物析出を低減し，粒界近傍のＣｒ欠乏量を軽減することを特徴とする耐粒界応力腐食割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法が開示されている。
【０００８】
上述した非特許文献３および特許文献２〜７で開示されたオーステナイト系ステンレス鋼は、いずれも８％超のＮｉを含有し，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｓｉ，さらには微量元素としてＮｂ，Ｃｏ，Ｗ，Ｖ等の添加により耐応力腐食割れ性を改善したものである。
工業生産における焼鈍温度は非特許文献３および４，結晶粒径については非特許文献５で公知である。通常，オーステナイト系ステンレス鋼は１０００〜１１００℃で焼鈍され，成分を調整しても細粒化の限度は結晶粒度Ｎｏ．１０に満たない，すなわち結晶粒径は１０μｍより大きくなると説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第０２／０８８４１０号パンフレット
【特許文献２】特開昭６１−９５５７号公報
【特許文献３】特開昭６２−１８００３７号公報
【特許文献４】特開昭６２−２４７０４８号公報
【特許文献５】特開昭６２−２８７０５１号公報
【特許文献６】特開平８−２６９５５０号公報
【特許文献７】特開平１０−３１７１０４号公報
【特許文献８】特願２００８−１５７７１７号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】鉄と鋼，７８（１９９２），１４１〜１４８
【非特許文献２】鉄と鋼，８０（１９９４），２４９〜２５３
【非特許文献３】ステンレス鋼便覧，第３版，５６０
【非特許文献４】西山記念技術講座「ステンレス鋼製造技術の最近の進歩」１１５                  （社）日本鉄鋼協会
【非特許文献５】日本鋼管技報，Ｎｏ．８７（１９８０），５１〜６０
【非特許文献６】ＯＩＭ  ＡＣＡＤＥＭＹ，（株）ＴＳＬソリュ−ションズ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のオーステナイト系ステンレス鋼の結晶粒微細化では、耐応力腐食割れ性に対する結晶粒の微細化効果については全く明らかにされていない。
また、上述したように、通常，オーステナイト系ステンレス鋼は１０００〜１１００℃で焼鈍され，成分を調整しても結晶粒径は１０μｍより大きくなると説明されている。特許文献２〜７には、製造方法（焼鈍温度）と結晶粒径は特に記載されていない。従って、特許文献２〜７に開示された鋼も、通常と異なる特別な製造方法を開示していない限りにおいて，その結晶粒径は、非特許文献３と同様に１０μｍより大きいことが容易に推定できる。
【００１２】
以上に述べたように、オーステナイト系ステンレス鋼において、８％以下のＮｉ量で耐応力腐食割れ性の改善を試みた検討は見当たらない。さらに、８％以下のＮｉ量でかつ高価なＭｏの添加によらず，結晶粒の微細化効果によりオーステナイト系ステンレス鋼の欠点である応力腐食割れを低減し，加工性との両立を図るという技術思想ならびにそのような開示は全く皆無である。
【００１３】
本発明の課題は、８％以下のＮｉ量でかつ高価なＭｏの添加によらず，オーステナイト系ステンレス鋼の欠点である応力腐食割れを結晶粒の微細化効果により克服し，加工性との両立を図った平均結晶粒径が１０μｍ以下の微細粒組織を有するオーステナイト系ステンレス鋼板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）質量％にて、Ｃ：０．０５％以下、Ｃｒ：１４〜１９％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：４％以下、Ｎｉ：５〜８％，Ｃｕ：４％以下，Ｎ：０．１％以下，残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり，かつ下記のＭｄが−２０〜４０の範囲にある鋼成分を有し、平均結晶粒径が６．５μｍ以下でありかつ１５°以上の大傾角粒界の占める比率が８０％超であることを特徴とする耐応力腐食割れ性と加工性に優れた微細粒オーステナイト系ステンレス鋼板。
Ｍｄ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．２Ｍｏ
【００１５】
（２）前記鋼成分が、さらに質量％にて、Ｍｏ：１％以下、Ｖ：１％以下，Ｂ：０．０１０％以下，Ｎｂ：０．５％以下，Ｔｉ：０．５％以下，希土類元素：０．５％以下，Ａｌ：０．５％以下，Ｍｇ：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）に記載の耐応力腐食割れ性と加工性に優れた微細粒オーステナイト系ステンレス鋼板。
（３）絞り比１．５〜２．０の範囲で円筒深絞り加工して得られた成形品を、沸騰４２％塩化マグネシウム水溶液中に４ｈｒ浸漬しても割れが発生しないことを特徴とする（１）または（２）に記載の耐応力腐食割れ性と加工性に優れた微細粒オーステナイト系ステンレス鋼板。絞り比は、ブランク径をポンチ径で割った値とする。
（４）引張試験によって求められる０．２％耐力が４００ＭＰａ未満，均一伸びが３０％超であることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の耐応力腐食割れ性と加工性に優れた微細粒オーステナイト系ステンレス鋼板。
【００１６】
以下、上記（１）〜（４）の鋼板に係わる発明をそれぞれ本発明という。また、（１）〜（４）の発明を合わせて、本発明ということがある。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の微細粒組織を有するオーステナイト系ステンレス鋼板によれば、８％以下のＮｉ量でかつ高価なＭｏの添加によらず、オーステナイト系ステンレス鋼の欠点である応力腐食割れを克服し、加工性との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】平均結晶粒径とＭｄとの関係を示したグラフである。
【図２】沸騰４２％塩化マグネシウム水溶液中に４ｈｒ浸漬後の成形品の外観を示した写真である。
【図３】図２の（ｉ）〜（ｉｉ）の鋼のミクロ組織の写真である。
【図４】沸騰４２％塩化マグネシウム水溶液中での割れ発生時間と平均結晶粒径およびＭｄとの関係を示したグラフである。
【図５】微細粒材の沸騰４２％塩化マグネシウム水溶液中での割れ発生時間と大傾角粒界の比率との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者らは、前記した課題を解決するために、Ｎｉ量８％以下のオーステナイト系ステンレス鋼を対象とし，微細粒組織の形成に最適な成分バランスと微細化効果による応力腐食割れの改善作用と加工性との両立について鋭意研究を行い，本発明を完成させた。以下にその代表的な実験結果について説明する。
尚、本発明において、微細粒組織とは、平均結晶粒径が１０μｍ以下であることを意味する。
【００２０】
表１に鋼成分を示すオーステナイト系ステンレス鋼を溶製し、３．０ｍｍ厚の熱延板を製造した。熱延板焼鈍は１１５０℃で行い、酸洗して０．５ｍｍ厚の冷延板を作製した。冷間圧延は、水冷しながら板温を１０℃に保ち，加工発熱を抑制して加工誘起マルテンサイトの生成を促進した。冷延板焼鈍は、加工誘起マルテンサイトからオーステナイトへの相変態を活用して微細粒組織を形成させるために、６００〜１０５０℃，保持時間を１分〜２４時間の範囲で変化させた。冷間圧延後、最終焼鈍した鋼板は、酸洗した後、平均結晶粒径の測定，大傾角粒界の占める比率の測定，割れ発生時間の測定に供した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
平均結晶粒径は、板断面を樹脂に埋め込み研磨して硝酸電解エッチングした後，ＪＩＳＧ ０５５１に規定する鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法により求めた。
大傾角粒界の占める比率はＥＢＳＰ法の粒界マップ表示により測定した。ＥＢＳＰ法では、粒界マップ表示によって１５°未満の小傾角粒界と１５°以上の大傾角粒界を識別して，全結晶粒界に占める大傾角粒界の比率を算出することができる。ここで，測定倍率は、非特許文献６において，統計的にバルクの性質を反映すると報告されている結晶粒数３０００個以上含むように調整した。
【００２３】
割れ発生時間は、ブランク径６７．５ｍｍφ，ポンチ径３５ｍｍφ，ダイス径３７ｍｍφ，しわ押さえ圧１トンの条件で絞り比（ブランク径をポンチ径で割った値）１．９の円筒深絞り加工を行い、得られた成形品を４８ｈｒ放置して時効割れの発生しないことを確認したうえで，ＪＩＳ Ｇ ０５７６に規定する沸騰４２％塩化マグネシウム水溶液中に浸漬して割れ発生時間を測定した。
【００２４】
（ａ）図１には、冷延板焼鈍を８００℃，４ｈｒ保持とした場合の平均結晶粒径と成分バランス（Ｍｄ）の関係を示している。Ｍｄは下記（１）式のように定義する。図１から、平均結晶粒径は、Ｍｄの上昇とともに小さくなる。Ｍｄの上昇により、冷間圧延で生成する加工誘起マルテンサイトの量は増加する。そのため、Ｍｄの上昇は、前記した非特許文献１および２で述べたように冷間圧延後の焼鈍において、加工誘起マルテンサイトからオーステナイトへの相変態を活用した微細化が促進したものと考えられる。本検討から、目標とする平均結晶粒径１０μｍ以下への微細化には、Ｍｄを−２０以上にすることが効果的である。また、ＭｄがＳＵＳ３０４とほぼ同等であっても，Ｃｒ，Ｎｉを低減してＣｕを添加した鋼成分（鋼Ｄ）の方が、微細化に対して有効であることを確認した。
【００２５】
Ｍｄ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ
−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．２Ｍｏ  ・・・（１）
【００２６】
（ｂ）図２には、平均結晶粒径（ｄ）の異なる鋼Ｂ（ｉ）〜（ｉｉ）とＳＵＳ３１６Ｌ（ｉｉｉ）を上記の割れ発生時間の測定と同様にして、円筒深絞り加工して得られた成形品（円筒深絞り材）を、沸騰４２％塩化マグネシウム水溶液中に４ｈｒ浸漬後の外観を示している。さらに、図３には、図２の試験に供した鋼Ｂ（ｉ）〜（ｉｉ）のミクロ組織の写真を示している。
【００２７】
図２に示すように、平均結晶粒径を３μｍ（図２（ｉ））まで微細化すると、通常の焼鈍（１０５０℃，１分保持）で製造した平均結晶粒径２８μｍ（図２（ｉｉ））と比較して，円筒深絞り材の沸騰４２％塩化マグネシウム水溶液浸漬において割れを発生しない。同試験では、高ＮｉかつＭｏを含有し，汎用のＳＵＳ３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ）と比較して応力腐食割れにも抵抗力を示す高価なオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３１６Ｌ（１７Ｃｒ−１２Ｎｉ−２Ｍｏ）（図２（ｉｉｉ））と比較した。本結果から、耐応力腐食割れ性（割れ発生時間）は、結晶粒の微細化効果により飛躍的に向上する新規な知見を見出した。
【００２８】
（ｃ）図４には、前記した沸騰４２％塩化マグネシウム水溶液中での割れ発生時間と平均結晶粒径ならびにＭｄの関係を示している。なお、図４中の上矢印（↑）は割れ発生時間がプロットされた点より長いことを示す。
Ｍｄ＝２９．５（鋼Ｂ）の場合、割れ発生時間は、結晶粒の微細化（平均結晶粒径１０μｍ以下）効果により飛躍的に上昇していることが分かる。この理由は、必ずしも明らかでないが、以下のように推定する。応力腐食割れは基本的に粒内割れであり，結晶粒の微細化により割れの起点となる粒内面積率が大幅に減少する。加えて，鉄鋼材料における破壊靭性は、結晶粒微細化により格段に向上することが知られている。これら要因が耐応力腐食割れ性に対しても少なからず効果を発揮したものと思われる。比較としたＳＵＳ３１６Ｌでは同試験条件において２〜３ｈｒ浸漬で割れが発生した。本発明の目標は、同試験条件において割れ発生時間がＳＵＳ３１６Ｌを明らかに凌駕する，４時間（ｈｒ）浸漬することにより割れが発生しないものとした。
【００２９】
尚、図４に示す結晶粒微細化により耐応力腐食割れ性が向上した鋼板（鋼Ｂ）は、冷間圧延後の冷延板の最終焼鈍を８００℃で４時間実施したものと２４時間実施したものである。また、図４に示す割れ発生時間が４時間未満で平均結晶粒径１０μ超の鋼板は、冷間圧延後の冷延板の最終焼鈍を９００℃〜１０５０℃で１分〜４時間実施したものであり、割れ発生時間が４時間未満で平均結晶粒径１０μｍ以下の鋼板は、冷間圧延後の冷延板の最終焼鈍を８００℃で４時間行ったものである。
【００３０】
（ｄ）耐応力腐食割れ性に対する微細化効果の発現は、成分バランス（Ｍｄ）の影響を受ける。応力腐食割れを抑制する微細化効果の発現には、Ｍｄを−２０〜４０の範囲とする必要がある。
図４において、Ｍｄ＝４３（鋼Ａ）の場合、割れ発生時間は、微細化しても大きく上昇していない。この理由は、微細化による材料そのものの硬質化，円筒深絞りにおいて多量の加工誘起マルテンサイトを生成し，カップ側壁での残留応力の上昇によって応力腐食割れの抑止効果が発現しなかったものと推定する。本検討から、応力腐食割れを抑制する微細化効果の発現には、Ｍｄ：４０以下が有効である。
【００３１】
（ｅ）Ｍｄ値の低いＭｄ＝−２５（鋼Ｇ）の場合、（ａ）で述べたように微細粒組織の形成が困難になる。そのため，図４において、平均結晶粒径を１０μｍ以下として応力腐食割れを抑制する微細化効果を得ることは困難である。本結果から，応力腐食割れを抑制する微細化効果の発現には、Ｍｄ：−２０以上が効果的である。
【００３２】
（ｆ）微細粒材の耐応力腐食割れ性には、Ｍｄに加えて，結晶粒界において大傾角粒界が占める比率も影響する。図５は、鋼Ｂにおける割れ発生時間と１５°以上の大傾角粒界の比率との関係を示したグラフである。なお、図５中の上矢印（↑）は割れ発生時間がプロットされた点より長いことを示す。図５に示すように、鋼Ｂの微細粒材は、１５°以上の大傾角粒界の比率が８０％超となることで前記（ｂ）および（ｃ）に記載した耐応力腐食割れ性の向上効果が得られる。この理由は、以下のように考えられる。微細粒材は、冷間圧延で加工誘起マルテンサイトを極力多く生成させて，通常より低温の焼鈍で加工誘起マルテンサイトからオーステナイトへの逆変態を活用して製造する。冷間圧延での歪の蓄積が大きいこと，低温焼鈍であることから，焼鈍後の残留歪も大きくなりやすい。このような場合，オーステナイト粒の再結晶が進行途上であり，大傾角粒界と認識されない１５°未満の小傾角粒界が多数存在することになる。従って、大傾角粒界の比率が低下することは鋼の残留歪が大きいことを意味し，鋼の残留歪が耐応力腐食割れ性を阻害したものと推定する。
【００３３】
尚、図５に示す鋼Ｂは、冷間圧延後の冷延板の最終焼鈍を８００℃で１０分〜２４時間の範囲で変化させて行ったものである。図５に示す大傾角粒界の比率が８０％超であるものは、冷間圧延後の冷延板の最終焼鈍を８００℃で１時間超で行ったものである。
【００３４】
（ｇ）結晶粒の微細化は、鋼成分に加えて，製造条件の影響を受ける。加工誘起マルテンサイトからオーステナイトへの相変態を活用するために、冷間圧延において加工誘起マルテンサイト変態を促進させることが効果的である。そのために、冷間圧延で圧下率を大きくしてかつ加工発熱を抑制することが好ましい。さらに、微細粒材で大傾角粒界の比率を上昇させて耐応力腐食割れ性を発現させるために、冷間圧延後に実施する最終焼鈍は、なるべく低温で長時間保持とすることが好ましい。具体的には、最終焼鈍条件を７００〜９００℃で１時間超とすることが効果的である。また，１５°以上の大傾角粒界の比率を上昇させることは０．２％耐力の低下と伸びの上昇にも有効であり，加工性の向上にも寄与する。
【００３５】
本発明者らは、既に、特許文献８において、平均結晶粒径１０μｍ以下の微細粒組織を有するプレス成形用オーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法を提案している。特許文献８は、深絞り加工後の「時効割れ」＝材料の遅れ破壊の改善と目的とし、本発明で改善する「応力腐食割れ」＝材料の腐食と溶解が関与する現象とは異なるものである。特許文献８では、前述した応力腐食割れに影響ある１５°以上の大傾角粒界の比率については全く検討していない。また、最終の焼鈍時間は実質的に１時間以下である。
本発明は、特許文献８で提案した微細粒鋼の耐応力腐食割れ性を向上させるために，その影響因子である１５°以上の大傾角粒界の比率を見出し、最終の焼鈍時間を１時間超にコントロールすることが極めて有効であること知見した。
【００３６】
前記（１）〜（７）の本発明は、上記（ａ）〜（ｇ）の知見に基づいて完成されたものである。
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。
【００３７】
（Ａ）鋼成分に関する限定理由を以下に説明する。
本発明のオーステナイト系ステンレス鋼板は、平均結晶粒径１０μｍ以下の微細粒組織を形成して、微細化効果により耐応力腐食割れ性を向上させるために、成分および成分バランス（Ｍｄ）を規定したものである。
【００３８】
Ｃは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト安定度を確保する目的で添加される。多量に添加すると、硬質になり加工性が低下するとともに、炭化物析出を促進して本発明の目的とする耐応力腐食割れ性を阻害する。そのため、上限は０．０５％とする。好ましくは０．０３％である。下限は、製造性との関係から，０．００５％とすることが好ましい。
【００３９】
Ｃｒは、十分な耐食性を得るためには１４％以上必要であるため、下限は１４％とする。好ましくは１５％，より好ましくは１６％とする。一方、多量に添加すると、硬質化やδフェライトの形成により加工性を低下させる。さらに、本発明の目的とする結晶粒の微細化を阻害する。そのため、上限は１９％とする。好ましくは１８％である。
【００４０】
Ｓｉは、強力な脱酸剤として有効であるが多量に添加すると硬質化するとともに製造性を阻害するため、上限は２％とする。好ましくは１．５％である。一方，本発明の目的とする耐応力腐食割れ性を向上させる作用を持つ。これら作用を得るには、０．５％以上添加することが好ましい。下限は、製造性との関係から，０．１％とすることが好ましい。
【００４１】
Ｍｎは、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト安定度の確保と加工性の向上を目的に添加する。多量に添加するとＭｎＳを形成し、耐食性の低下により本発明の目的とする耐応力腐食割れ性を阻害する。そのため、上限は４％とする。好ましくは、３％とする。下限は、上記目的のために０．５％とすることが好ましい。
【００４２】
Ｎｉは、オーステナイト系ステンレス鋼には不可欠な元素であり、オーステナイト安定度および加工性の確保の点から、下限は５％とする。好ましくは６％である。一方、Ｎｉは高価で希少な元素であること，本発明の目的とする結晶粒の微細化を阻害する要素も持つことから、上限は８％とする。好ましくは７．５％以下である。
【００４３】
Ｃｕは、前記Ｎｉと同様に、オーステナイト安定度および軟質化を目的に添加するが、Ｎｉを節減して耐応力腐食割れ性の向上と結晶粒の微細化を促進する上でも好ましい元素である。しかし、多量の添加は、熱間加工性を低下させ、Ｃｕ金属成分を全く不要とする鋼種の溶鋼の品質、排出されるスラグ品質及びその有効利用に悪影響を及ぼし支障を来すことになる。そのため、上限は４％とする。好ましくは３％である。下限は、上記効果を得るために１％とすることが好ましい。より好ましくは１．５％である。
【００４４】
Ｎは、Ｃと同様にオーステナイト生成元素であり、オーステナイト安定度を確保する目的で添加されるが、多量に添加すると硬質になり加工性が低下する。そのため、上限は０．１％とする。好ましくは０．０６％以下である。下限は、製造性との関係から，０．００５％とすることが好ましい。より好ましくは、０．０１％とする。
【００４５】
Ｍｏは、本発明において必須元素ではないが，耐食性および本発明の目的とする耐応力腐食割れ性を向上させるために適時添加しても良い。しかし、Ｍｏは大変高価で希少な元素であるため、添加する場合でも上限は１％とする。好ましくは０．５％である。上記効果を得るため下限は０．１％とすることが好ましい。
【００４６】
Ｖは、本発明において必須元素ではないが，Ｍｏに及ばないまでも耐食性および本発明の目的とする耐応力腐食割れ性を向上させるために適時添加しても良い。しかし、Ｖは高価な元素であるとともに，固溶強化元素であるため加工性を阻害する。そのため、添加する場合でも上限は１％とする。好ましくは０．５％である。上記効果を得るための下限は０．１％とすることが好ましい。
【００４７】
Ｂ、希土類元素（ＲＥＭ）は、熱間加工性を向上させるために適時添加しても良い。しかし、Ｂは０．０１０％を超えると、製造性や耐食性を著しく損なう場合がある。そのため、添加する場合の上限は０．０１０％とする。好ましくは０．００５％である。添加する場合、Ｂの下限は０．０００５％が好ましい。
一方，希土類元素は、０．５％を超えると、製造性および経済性を損なう場合がある。そのため、希土類元素の上限は０．５％とすることが好ましい。より好ましくは、０．２％である。添加する場合、希土類元素の下限は０．００５％が好ましい。
【００４８】
Ｎｂ、Ｔｉは、炭窒化物を形成してＣｒ炭化物の生成を抑制するため，耐応力腐食割れ性の向上に寄与するため、適時添加しても良い。しかし、多量に添加すると加工性や製造性が低下するため、上限は０．５％とする。好ましくは０．３％である。添加する場合、下限は０．００５％が好ましい。より好ましくは０．０１％である。
【００４９】
Ａｌは、脱酸元素として有効な元素であるため，適時添加しても良い。しかし、過度な添加は加工性や溶接性の低下に繋がるため、上限は０．５％とする。好ましくは０．３％，より好ましくは０．１％である。添加する場合、下限は０．０１％が好ましい。
【００５０】
Ｍｇ、Ｃａは、溶鋼中でＡｌとともに酸化物を形成して脱酸剤として作用するため，適時添加しても良い。ＣａはＳを固定して熱間加工性の改善作用を持つ。しかし、Ｍｇ、Ｃａの過度な添加は耐食性や溶接性の低下に繋がるため、上限は０．００５％とする。好ましくは、０．００２％とする。添加する場合、下限は０．０００１％とする。より好ましくは０．０００３％とする。
【００５１】
さらに、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、上記の成分以外に、不可避的不純物の一部としてＰ，Ｓを下記の範囲で含有してもよい。Ｐ、Ｓは、熱間加工性や耐食性に有害な元素である。Ｐは、０．１％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．０５％以下である。Ｓは、０．０１％以下とするのが好ましい。より好ましくは０．００５％以下である。
【００５２】
本発明では、前記した成分範囲に加え，微細粒組織の形成に最適な成分バランスを（１）式に示すＭｄにより規定した。
Ｍｄ＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ
−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．２Ｍｏ  ・・・（１）
【００５３】
準安定オ−ステナイト系ステンレス鋼はＭｓ点以上の温度でも塑性加工によってマルテンサイト変態を起こす。加工によって変態を生じる上限温度はＭｄ点と呼ばれる。すなわち、Ｍｄ点はオーステナイトの安定度を示す指標である。
（１）式に示すＭｄを−２０〜４０の範囲に設計することにより、本発明の目的とする微細粒組織の形成と微細化効果による耐応力腐食割れ性の向上作用が得られる。Ｍｄが−２０未満の場合、上記の（ｄ）（ｅ）で述べたように微細粒組織の形成ならびに耐応力腐食割れ性の発現が困難である。一方，Ｍｄが４０を越える場合、上記の（ｄ）（ｅ）で述べたように微細粒組織の形成には有効であるものの，耐応力腐食割れ性の発現を阻害する。好ましいＭｄの範囲は−５〜３５である。
【００５４】
（Ｂ）製造方法を以下に説明する。
本発明の微細粒オーステナイト系ステンレス鋼板を製造する際には、（Ａ）項に述べた鋼成分を有し，平均結晶粒径１０μｍ以下とし、かつ１５°以上の大傾角粒界の占める比率を８０％超とし，耐応力腐食割れ性を効果的に発現させるために、以下の製造条件とすることが好ましい。
【００５５】
熱間圧延までの製造方法は、特に限定するものでなく、公知で良い。
冷間圧延後の最終焼鈍で微細粒組織を形成するには、上記の（ｇ）に記載した通り、冷間圧延で加工誘起マルテンサイト変態を促進させることが有効である。本発明の目的とする平均結晶粒径１０μｍ以下とするには、冷間圧延後に加工誘起マルテンサイト体積率５０％以上とすることが効果的である。好ましくは、加工誘起マルテンサイト体積率を６０％超とする。冷間圧延後の最終焼鈍条件は、結晶粒の微細化かつ１５°以上の大傾角粒界の比率を上昇させるために規定したものである。好ましくは冷間圧延条件も規定する，より好ましくは熱延板焼鈍も考慮するのが良い。
【００５６】
熱延板焼鈍は、冷間圧延に供するオーステナイト粒を２０μｍ以上に粗粒化して冷間圧延で加工誘起マルテンサイト変態を促進するために、１０５０〜１２００℃の範囲とすることが好ましい。１０５０℃未満は、オーステナイト粒径が２０μｍ未満となる場合がある。１２００℃超は、焼鈍後の酸洗性など表面品質を阻害する場合がある。また、１２００℃超の焼鈍は設備への負荷も大きい。より好ましくは、１０８０〜１１８０℃の範囲とする。
【００５７】
冷間圧延後の最終焼鈍は、平均結晶粒径を１０μｍ以下かつ大傾角粒界の比率を８０％超とするために、７００〜１０５０℃の範囲とする。７００℃未満は、冷間圧延での歪が蓄積された状態であり，オーステナイト粒の再結晶が不十分となり加工性が著しく低下するとともに，１５°以上の大傾角粒界の比率も小さく本発明の目的とする耐応力腐食割れ性を阻害する。好ましくは下限温度を７５０℃以上とする。１０５０℃超は、オーステナイトの結晶粒成長が進行し，平均結晶粒径は１０μｍ超となる。好ましくは９００℃以下とする。本発明の目標とする大傾角粒界の比率を８０％超の微細粒組織を実現するために、より好ましい最終焼鈍温度は、７５０〜８５０℃の範囲とする。
【００５８】
焼鈍時間は、最終焼鈍温度が７００〜９００℃の場合，オーステナイトの再結晶を促進して１５°以上の大傾角粒界の比率を上昇させるために，１時間超とすることが好ましい。より好ましくは２時間以上とする。保持時間の上限は、限定するものではないが、クロム系ステンレスで工業的に公知な箱焼鈍を想定して２４時間以下とすることが好ましい。本発明の目標とする大傾角粒界の比率を８０％超の微細粒組織を実現するために、より好ましい最終焼鈍時間は、４〜２４時間の範囲とする。小規模の焼鈍設備で製造する場合はその限りではなく２４時間を超過しても構わない。
最終焼鈍温度が９００〜１０５０℃の場合、焼鈍時間は、結晶粒成長を考慮して，１０分以下の短時間保持とすることが好ましい。より好ましくは保持時間を１分以下としても構わない。
【００５９】
冷間圧延は、加工誘起マルテンサイト変態を促進させるために、圧下率を７０％以上，かつ圧延温度５０℃以下とすることが好ましい。圧下率７０％未満の場合、加工誘起マルテンサイト体積率は５０％未満となり、上述したように微細粒組織を形成することが困難となる。より好ましくは圧下率を８０％以上とする。上限は特に規定するものではないが、熱延板製造と冷延設備能力を考慮して９０％以下が好ましい。圧延温度５０℃超の場合、加工誘起マルテンサイト体積率は５０％未満となり、前記した通り微細粒組織の形成が困難となる。圧延温度の下限は特に規定するのではないが、工業的には水冷で到達する温度１０℃以上が好ましい。小規模の圧延設備で製造する場合はその限りではなく、液体窒素等の冷却で到達する低温（例えば、−２００℃）でも構わない。
【００６０】
（Ｃ）金属組織の限定理由を以下に説明する。
本発明の微細粒オーステナイト系ステンレス鋼板においては、（Ａ）項の鋼成分を有する鋳片を用い，（Ｂ）項の好ましい製造条件を実施して、平均結晶粒径を１０μｍ以下かつ１５°以上の大傾角粒界の比率を８０％超とする。
【００６１】
平均結晶粒径１０μｍ超の場合は、本発明の目的とする微細化効果による耐応力腐食割れ性の発現が困難となる。加えて，平均結晶粒径１０μｍ以下であっても，１５°以上の大傾角粒界の比率が８０％に満たない場合，上記の（ｆ）に記載したように微細化効果による耐応力腐食割れ性の向上を阻害する。本発明の目的とする耐応力腐食割れ性を有効に発現させるには、好ましくは平均結晶粒径を５μｍ以下かつ１５°以上の大傾角粒界の比率を８５％以上とする。平均結晶粒径の下限は特に規定するものではないが、非特許文献１および２や特許文献１からも１μｍ未満とすることは困難である。従って、実用面を考慮して平均結晶粒径は１〜５μｍの範囲とすることが好ましい。
【００６２】
１５°以上の大傾角粒界の比率は前記したように８０％超とし、好ましくは８５％超とする。大傾角粒界の比率を上昇させることは、微細粒材において０．２％耐力の低下と伸びの上昇にも有効であり，加工性の向上にも寄与する。本発明の目標とする加工性は、上述した背景から，フェライト系ステンレス鋼を凌駕してＳＵＳ３０４等に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼に近いことが好ましい。そのため，０．２％耐力は４００ＭＰａ未満，均一伸びが３０％超であることが好ましい。耐応力腐食割れ性とこれら加工性を両立するために，１５°以上の大傾角粒界の比率は８５％超が好ましく，より好ましくは９０％超とする。なお、本発明においては、機械的性質である０．２％耐力、均一伸びは、ＪＩＳ１３号Ｂ引張試験により評価する。
【実施例】
【００６３】
以下に、本発明の実施例について述べる。
表２に鋼成分を示すオーステナイト系ステンレス鋳片を溶製し、熱間圧延を行い板厚４ｍｍの熱延板とした。鋼Ｎｏ．１〜２３は、本発明で規定する鋼成分を満たすものである。鋼Ｎｏ．２４〜２８は、本発明で規定する鋼成分が外れるものである。
【００６４】
【表２】
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【００６５】
熱延板は焼鈍し，冷間圧延と最終焼鈍は、本発明の好ましい条件に加え，それ以外の条件でも実施した。冷間圧延は、常温で水冷しながら３０℃未満となるようにしたもの（＜３０℃），水冷など実施せず加工発熱により冷延途中５０℃を上回る（＞５０℃）２条件で行った。冷間圧延後、最終焼鈍した鋼板を酸洗した後、平均結晶粒径の測定，ＥＢＳＰ法による１５°以上の大傾角粒界比率の測定，耐応力腐食割れ性（割れ発生時間）の測定、機械的性質（０．２％耐力、均一伸び）の測定を行った。
【００６６】
各種評価方法は、上述した要領で行った。具体的には、割れ発生時間は、上述した測定方法と同様に、ブランク径６７．５ｍｍφ，ポンチ径３５ｍｍφ，ダイス径３７ｍｍφ，しわ押さえ圧１トンの条件で絞り比（ブランク径をポンチ径で割った値）１．９の円筒深絞り加工を行い、得られた成形品を４８ｈｒ放置して時効割れの発生しないことを確認したうえで，ＪＩＳ Ｇ ０５７６に規定する沸騰４２％塩化マグネシウム水溶液中に浸漬して割れ（応力腐食割れ）が発生した時間を測定することによって行った。割れの有無は目視判定した。機械的性質はＪＩＳ１３号Ｂ引張試験により評価した。製造条件と特性の関係を表３に示す。
【００６７】
【表３】
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【００６８】
試験Ｎｏ．７は、本発明の鋼成分を有し，公知の焼鈍温度で製造したものであり、最終焼鈍温度が高く，平均結晶粒径３０μｍ，大角粒界比率９８％，応力腐食割れ発生時間３ｈｒであり、結晶粒微細化による耐応力腐食割れの向上が見られなかったものである。
【００６９】
試験Ｎｏ．１〜４，８〜２９は、本発明の鋼成分を有し，本発明の好ましい製造条件を実施したものである。これら鋼板は、平均結晶粒径１０μｍ以下でかつ１５°以上の大角粒界の比率が８０％超であり，応力腐食割れ発生時間は上述で目標とした４ｈｒ以上を大きく上回る結果が得られた。さらに、これら鋼板は、０．２％耐力が４００ＭＰａ未満，均一伸び３０％超の機械的性質を有し，耐応力腐食割れ性に加えて上述した好ましい加工性にも到達している。これより、本発明の鋼成分を有し，本発明の好ましい製造条件を実施したオーステナイト系ステンレス鋼板は、微細化効果により優れた耐応力腐食割れ性を発現し，加工性との両立が達成された。
【００７０】
試験Ｎｏ．５は、本発明の鋼成分を有し、平均結晶粒径が６μｍと小さいが、１５°以上の大傾角粒界の比率が７５％であり、８０％に満たない。また，試験Ｎｏ．５は、応力腐食割れ発生時間３ｈｒである。
試験Ｎｏ．６は、本発明の鋼成分を有するものの、本発明の好ましい製造方法から外れるものである。試験Ｎｏ．６は、平均結晶粒径が１μｍと小さいが、最終焼鈍温度が低く１５°以上の大傾角粒界の比率が８０％に満たない。そのため、冷間圧延時の残留歪により耐応力腐食割れ性の向上が見られず、更に，０．２％耐力の上昇に伴う材料の硬質化により加工性も低下した。
【００７１】
試験Ｎｏ．３０，３２，３４，３５，３７は、本発明の鋼成分から外れるものの，本発明の好ましい製造方法を実施したものである。試験Ｎｏ．３０，３２，３７は、結晶粒を微細化しても，応力腐食割れ発生時間が４ｈｒ未満となり，本発明の目標とする耐応力腐食割れ性の向上が見られなかったものである。試験Ｎｏ．３４、３５は、本発明の目標とする平均結晶粒１０μｍ以下に到達しなかったものである。
【００７２】
試験Ｎｏ．３１，３３，３６は、鋼成分ならびに好ましい製造方法から外れるものである。これらは、平均結晶粒径２８μｍまたは３０μｍであり，従来から公知の成分から、予想どおり本発明の目標とする耐応力腐食割れ性に到達しなかったものである。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば、８％以下のＮｉ量でかつ高価なＭｏの添加によらず，オーステナイト系ステンレス鋼の欠点である応力腐食割れを結晶粒微細化効果により克服し，加工性との両立を図った微細粒オーステナイト系ステンレス鋼板を得ることが出来る。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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