(57)【要約】【課題】高コスト化することなく、室温での延性および高温でのクリープ強度に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】本発明のフェライト系ステンレス鋼は、Ｃ：０．０５質量％以下、Ｓｉ：０．０９〜１．０質量％、Ｍｎ：０．１〜２．０質量％、Ｃｒ：１３．５〜１６．５質量％、Ｔｉ：１．５〜５．０質量％、Ｎｉ：１．０〜３．５質量％、Ａｌ：０．６〜１．５質量％、Ｃｕ：０．５〜２．０質量％、およびＰ：０．００５〜０．０５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、前記不可避不純物として、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｎ：０．０５質量％以下、Ｂ：０．００５質量％以下含まれ、かつ式（１）および式（２）を満たす。式中の各成分はモル比である。  （［Ａｌ］−［Ｃｕ］／１０）×２７≧０．６０    ・・・（１）  （［Ｔｉ］−（［Ａｌ］−［Ｃｕ］／１０）−［Ｃ］−［Ｎ］）×４８≧０．５０    ・・・（２）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０５質量％以下
Ｓｉ：０．０９〜１．０質量％
Ｍｎ：０．１〜２．０質量％
Ｃｒ：１３．５〜１６．５質量％
Ｔｉ：１．５〜５．０質量％
Ｎｉ：１．０〜３．５質量％
Ａｌ：０．６〜１．５質量％
Ｃｕ：０．５〜２．０質量％、および
Ｐ：０．００５〜０．０５質量％を含有し、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、
前記不可避不純物として含まれるＳ、ＮおよびＢがそれぞれ、
Ｓ：０．００５質量％以下
Ｎ：０．０５質量％以下
Ｂ：０．００５質量％以下であり、
前記Ｔｉ、前記Ａｌ、前記Ｃｕ、前記Ｃ、および前記Ｎのモル比をそれぞれ［Ｔｉ］、［Ａｌ］、［Ｃｕ］、［Ｃ］および［Ｎ］とすると、下式（１）および下式（２）を満たすフェライト系ステンレス鋼。
（［Ａｌ］−［Ｃｕ］／１０）×２７≧０．６０    ・・・（１）
（［Ｔｉ］−（［Ａｌ］−［Ｃｕ］／１０）−［Ｃ］−［Ｎ］）×４８≧０．５０    ・・・（２）
【請求項２】
前記Ａｌは、０．７質量％以上１．２質量％以下である請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼。
【請求項３】
前記Ｔｉは、２．０質量％以上４．０質量％以下である請求項１又は２に記載のフェライト系ステンレス鋼。
【請求項４】
前記Ｎｉは、１．５質量％以上３．０質量％以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェライト系ステンレス鋼に関し、特に高温でのクリープ強度と室温での延性とを両立したフェライト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントにおいては、熱効率を向上させるために、ボイラの主蒸気温度を高温高圧化させる取り組みが継続的に行われている。ボイラの蒸気温度を高温化するためには、ボイラ内の過熱器管の耐熱性を高める必要がある。過熱器管を構成する材料には、オーステナイト系ステンレス鋼又はフェライト系耐熱鋼が用いられている。
【０００３】
オーステナイト系ステンレス鋼は、耐熱性および高温クリープ強度に優れるが、Ｎｉを多量に含有するため高価であり、熱伝導率が低いという課題がある。一方、フェライト系耐熱鋼は、安価であるが、Ｃｒの含有量が少ないために耐酸化性が低く、クリープ強度が低いという課題がある。また、既存のフェライト系耐熱鋼は、強度に有利なマルテンサイト組織を形成しているが、このフェライト系耐熱鋼を高温環境で長時間使用するとマルテンサイト組織が回復することにより、加速度的に強度が低下することが知られている。
【０００４】
上記フェライト系耐熱鋼の強度低下を回避する試みとして、フェライト系耐熱鋼に対してフェライト安定化元素であるＣｒを１５質量％含有したフェライト系ステンレス鋼（以下「１５Ｃｒフェライト系ステンレス鋼」とも記す）が開発されている。１５Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、耐酸化性が優れており、かつフェライト単相組織で構成されていてマルテンサイト組織を有しないので、マルテンサイト組織が回復する懸念もない。
【０００５】
上記フェライト系耐熱鋼のクリープ強度を向上する試みとして、例えば特許文献１には、フェライト系耐熱鋼に対し、Ｃｏ、ＷおよびＰｄ等の貴金属の強化元素を添加する技術が開示されている。これらの強化元素を添加することにより金属間化合物相を均一に析出させることができる。これによりマルテンサイトラス粒内が強化されるので、高温クリープ強度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−８０４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示のフェライト系耐熱鋼は、多量の強化元素を含有しているので、溶体化処理後の室温での延性に乏しく、加工性（特に冷間加工性）が良好とは言い難い。また、特許文献１に記載のフェライト系耐熱鋼は、高価な金属を含むので、フェライト系耐熱鋼が本来有するコスト安のメリットも得にくい。
【０００８】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、その課題は、高コスト化することなく、室温での延性および高温でのクリープ強度に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、フェライト安定化元素であるＣｒを多量に含むフェライト系ステンレス鋼において、室温での延性と高温でのクリープ強度とを両立すべく鋭意検討を重ねた結果、析出強化成分としてＴｉとＡｌとＮｉとを所定の範囲で含有することにより、フェライト系ステンレス鋼を構成する結晶粒内にＨｅｕｓｌｅｒ相（Ｔｉ（Ｆｅ，Ｎｉ）2Ａｌ）を析出させることができるとともに、結晶粒界にＬａｖｅｓ相（Ｆｅ2Ｔｉ）を析出させることができることに着目した。結晶粒内にＨｅｕｓｌｅｒ相が析出することによって結晶粒内の変形を効果的に抑制することができるし、結晶粒界にＬａｖｅｓ相を形成することにより結晶粒界すべりを抑制することができる。これらの効果が相俟ってフェライト系ステンレス鋼の高温クリープ強度が高められることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明のフェライト系ステンレス鋼は、Ｃ：０．０５質量％以下、Ｓｉ：０．０９〜１．０質量％、Ｍｎ：０．１〜２．０質量％、Ｃｒ：１３．５〜１６．５質量％、Ｔｉ：１．５〜５．０質量％、Ｎｉ：１．０〜３．５質量％、Ａｌ：０．６〜１．５質量％、Ｃｕ：０．５〜２．０質量％、およびＰ：０．００５〜０．０５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＳ、ＮおよびＢがそれぞれ、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｎ：０．０５質量％以下、Ｂ：０．００５質量％以下であり、かつ下式（１）および下式（２）を満たす。
【００１１】
（［Ａｌ］−［Ｃｕ］／１０）×２７≧０．６０    ・・・（１）
（［Ｔｉ］−（［Ａｌ］−［Ｃｕ］／１０）−［Ｃ］−［Ｎ］）×４８≧０．５０    ・・・（２）
上記Ａｌは、０．７質量％以上１．２質量％以下であることが好ましい。Ｔｉは、２．０質量％以上４．０質量％以下であることが好ましい。Ｎｉは、１．５質量％以上３．０質量％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高コスト化することなく、室温での延性および高温でのクリープ強度に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、Ｃ：０．０５質量％以下、Ｓｉ：０．０９〜１．０質量％、Ｍｎ：０．１〜２．０質量％、Ｃｒ：１３．５〜１６．５質量％、Ｔｉ：１．５〜５．０質量％、Ｎｉ：１．０〜３．５質量％、Ａｌ：０．６〜１．５質量％、Ｃｕ：０．５〜２．０質量％、およびＰ：０．００５〜０．０５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＳ、ＮおよびＢがそれぞれ、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｎ：０．０５質量％以下、Ｂ：０．００５質量％以下であり、前記Ｔｉ、前記Ａｌ、前記Ｃｕ、前記Ｃ、および前記Ｎのモル比をそれぞれ［Ｔｉ］、［Ａｌ］、［Ｃｕ］、［Ｃ］および［Ｎ］とすると、下式（１）および下式（２）を満たすことを特徴とする。
【００１５】
（［Ａｌ］−［Ｃｕ］／１０）×２７≧０．６０    ・・・（１）
（［Ｔｉ］−（［Ａｌ］−［Ｃｕ］／１０）−［Ｃ］−［Ｎ］）×４８≧０．５０    ・・・（２）
以下において、本発明のフェライト系ステンレス鋼に含まれる各成分およびその数値範囲並びに数式の意義を説明する。
【００１６】
上記式（１）は、フェライト系ステンレス鋼における有効Ａｌ濃度の好適数値範囲を規定したものであり、式（１）の左辺は、有効Ａｌ濃度の計算式である。ここで、「有効Ａｌ濃度」は、結晶粒内のＨｅｕｓｌｅｒ相の析出に寄与し得るＡｌの質量％を意味し、上記式（１）に示すように、フェライト系ステンレス鋼に含まれるＡｌのうちからＣｕ相に固溶したＡｌ量を差し引くことによって算出される。具体的に説明すると、フェライト系ステンレス鋼に含まれるＡｌは、析出相であるＣｕ相に優先的に固溶し、その固溶量はＣｕのモル比の１０分の１である。このため、フェライト系ステンレス鋼に含まれるＡｌのうちからＣｕ相に固溶するＡｌ量（つまりＣｕのモル比の１０分の１のＡｌ量）を減算することにより、Ｈｅｕｓｌｅｒ相の析出に寄与し得る有効Ａｌ濃度を算出することができる。かかる有効Ａｌ濃度を規定した式（１）の左辺を０．６以上、好ましくは０．８以上とすることにより、Ｈｅｕｓｌｅｒ相の形成に必要なＡｌを確保することができる。ここで確保したＡｌと、析出強化成分として含まれるＴｉと、Ｎｉとともに結晶粒内にＨｅｕｓｌｅｒ相（Ｔｉ（Ｆｅ，Ｎｉ）2Ａｌ）を析出させる。このＨｅｕｓｌｅｒ相の析出によって結晶粒内が強化され、高温クリープ強度を高めることができる。有効Ａｌ濃度が過剰であると、Ｈｅｕｓｌｅｒ相の析出のためにＴｉが消費され過ぎてしまうので、後述する余剰Ｔｉ濃度が不足しがちとなって式（２）を満たさなくなる。このため、式（１）の左辺は１．５以下であることが好ましく、より好ましくは１．２以下、さらに好ましくは１．０以下である。
【００１７】
上記式（２）は、フェライト系ステンレス鋼における余剰Ｔｉ濃度の好適数値範囲を規定したものであり、式（２）の左辺は、余剰Ｔｉ濃度の計算式である。ここで、「余剰Ｔｉ濃度」は、結晶粒界でＬａｖｅｓ相の析出に寄与し得るＴｉの質量％を意味し、上記式（２）に示すように、フェライト系ステンレス鋼に含まれるＴｉのうちからＨｅｕｓｌｅｒ相を形成するＴｉと、炭化物および窒化物に含まれるＴｉとを差し引くことによって算出される。
【００１８】
フェライト系ステンレス鋼に含まれるＴｉは、上記結晶粒内にＨｅｕｓｌｅｒ相（Ｔｉ（Ｆｅ，Ｎｉ）2Ａｌ）を優先的に析出するとともに優先的に窒化物および炭化物を形成する。したがって、フェライト系ステンレス鋼に含まれるＴｉのうちからＨｅｕｓｌｅｒ相に析出するＴｉ量並びに窒化物および炭化物に含まれるＴｉ量を減算することにより、Ｌａｖｅｓ相（Ｆｅ2Ｔｉ）の析出に寄与し得る余剰Ｔｉ濃度を算出することができる。かかる余剰Ｔｉ濃度を規定した式（２）の左辺を０．５以上、好ましくは０．６以上、より好ましくは１．０以上とすることにより、結晶粒界にＬａｖｅｓ相であるＦｅ2Ｔｉを十分に形成させることができる。当該Ｌａｖｅｓ相が形成されることで、結晶粒界を強化することができ、クリープ強度を改善することができる。ただし、Ｔｉの含有量が多くなり過ぎると、フェライト系ステンレス鋼の利点であるコスト安のメリットを享受しにくくなるので、式（２）の左辺は５以下であることが好ましく、より好ましくは４．５以下であり、さらに好ましくは４以下である。
【００１９】
上述のように本発明のフェライト系ステンレス鋼は、上記式（１）および式（２）を満たすように、Ｔｉ、ＡｌおよびＮｉの含有量が調整される。これにより高コスト化することなく、Ｈｅｕｓｌｅｒ相およびＬａｖｅｓ相の析出量のバランスを図ることができ、以ってフェライト系ステンレス鋼の高温クリープ強度を顕著に向上させることができる。
【００２０】
（Ｃ：０．０５質量％以下）
炭素Ｃは、高温環境下において金属元素と炭化物を形成することにより高温強度および高温クリープ強度を向上させる元素である。本発明のフェライト系ステンレス鋼は、上述のように、ＴｉがＨｅｕｓｌｅｒ相とＬａｖｅｓ相を金属間化合物として析出させる観点から、Ｔｉの炭化物が生成されないようにすることが好ましく、Ｃの含有量が少ないほど好ましく、多くとも０．０５質量％以下、好ましくは０．０４質量％以下であり、より好ましくは０．０３質量％以下である。またＣは、０．００１質量％以上含まれていてもよい。
【００２１】
（Ｓｉ：０．０９〜１．０質量％）
珪素Ｓｉは、０．０９質量％以上含まれることで、溶鋼中で脱酸作用を示し、かつ耐酸化性を向上させることができる。Ｓｉの含有量は好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．２質量％以上、さらに好ましくは０．３質量％以上である。またＳｉの含有量を１．０質量％以下とすることによりσ相が形成されることを抑制し、靭性の低下を避けることができる。またＳｉの含有量は好ましくは０．７質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下である。
【００２２】
（Ｍｎ：０．１〜２．０質量％）
マンガンＭｎは、０．１質量％以上含まれることで、Ｓｉと同様に溶鋼中で脱酸作用を示す。Ｍｎは０．３質量％以上含まれることが好ましく、より好ましくは０．５質量％以上である。またオーステナイト相の安定性を抑え、フェライト単相組織を維持する観点から、Ｍｎの含有量は２．０質量％以下であり、好ましくは１．５質量％以下、より好ましくは１．０質量％以下である。
【００２３】
（Ｃｒ：１３．５〜１６．５質量％）
クロムＣｒは、１３．５質量％以上含まれることで、ファライト系ステンレス鋼の耐食性を発現することができる。Ｃｒは１４．０質量％以上含まれることが好ましく、より好ましくは１４．５質量％以上である。一方、高温環境下でスピノーダル分解が発生することを避ける観点から、Ｃｒは１６．５質量％以下で含まれ、好ましくは１６．０質量％以下で含まれ、より好ましくは１５．５質量％以下で含まれることである。
【００２４】
（Ｔｉ：１．５〜５．０質量％）
チタンＴｉは、クリープ強度と溶体化時点の室温延性とを両立するために必須の元素である。Ｔｉを含むことにより高温環境下でフェライト相中に金属間化合物としてＨｅｕｓｌｅｒ相とＬａｖｅｓ相とを析出することができ、クリープ強度を向上させることができる。しかも、Ｔｉは室温でＦｅ母相中に固溶しても延性を低下させにくい。
【００２５】
室温での延性と高温クリープ強度とを両立するためにＴｉは１．５質量％以上５．０質量％以下含まれる必要がある。延性が低下することなく、クリープ強度を向上させる観点から、Ｔｉは２．０質量％以上含まれることが好ましく、より好ましくは２．５質量％以上含まれることである。一方、Ｔｉの含有量は、好ましくは４．０質量％以下、より好ましくは３．５質量％以下である。このようなＴｉの含有量とすることで、高温環境下でＨｅｕｓｌｅｒ相又はＬａｖｅｓ相が過剰に析出することを避けることができるので、靱性の低下を抑制できる。
【００２６】
Ｌａｖｅｓ相を形成する遷移金属元素としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ等が挙げられるが、これらの遷移金属元素のうちのＴｉを選択し、ＡｌとＣｕとともに上記範囲内で含有させることにより、析出化合物を形成しながら溶体化時点での冷間加工性を確保することができる。Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｖ等の遷移金属元素は、Ｔｉと同様に高温強度を向上させる効果を得ることができるが、室温ではＦｅ母相中に固溶して延性を低下させるため、それぞれ０．３質量％以下の含有量とすることが好ましい。
【００２７】
（Ｎｉ：１．０〜３．５質量％）
Ｎｉは、高温クリープ強度および室温延性を両立したフェライト系ステンレス鋼を得るために必須の元素である。１．０質量％以上のＮｉを含むことにより、室温での延性を低下させることなく、固溶強化によって高温強度を向上させることができる。Ｎｉは１．５質量％以上含まれることが好ましく、より好ましくは２．０質量％以上である。一方、Ｎｉの含有量が３．５質量％以下であることにより、オーステナイト相が安定化されることを避けることができ、フェライト単相組織を維持しやすくなる。上記Ｎｉは３．０質量％以下で含まれることが好ましく、より好ましくは２．５質量％以下である。
【００２８】
（Ａｌ：０．６〜１．５質量％）
アルミニウムＡｌは、高温クリープ強度を発現させるために必須の元素である。Ａｌを０．６質量％以上含むことによりフェライト相を安定化させることができるし、高温環境下で結晶粒内にＨｅｕｓｌｅｒ相（Ｔｉ（Ｆｅ，Ｎｉ）2Ａｌ）を析出させることができる。上記Ａｌは０．７質量％以上含まれることが好ましく、より好ましくは０．８質量％以上である。一方、Ａｌの含有量を１．５質量％以下とすることにより、室温での延性の低下を防ぐことができる。またＡｌの含有量を１．５質量％以下とすることで、過剰なＨｅｕｓｌｅｒ相の析出を避けることができ、余剰Ｔｉ濃度を高めることができる。この余剰Ｔｉ濃度を高めることで、Ｌａｖｅｓ相を十分に析出させることができる。Ａｌの含有量は１．２質量％以下であることが好ましく、より好ましくは１．０質量％以下である。
【００２９】
（Ｃｕ：０．５〜２．０質量％）
銅Ｃｕは、他の析出相との相互作用が少なく、フェライト相中に単独で析出し得る元素である。フェライト相中にＣｕが析出されることによりフェライト系ステンレス鋼の強度を向上させることができる。Ｃｕが０．５質量％以上含まれることにより高温環境下において金属間化合物よりも短時間で強化に寄与することができる。Ｃｕの含有量は１．０質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１．３質量％以上である。またＣｕの含有量が２．０質量％以下であることにより、室温延性が低下することを避けることができる。Ｃｕの含有量は１．８質量％以下であることが好ましく、より好ましくは１．５質量％以下である。
【００３０】
（Ｐ：０．００５〜０．０５質量％）
リンＰは、０．００５質量％以上含有されることで、高温環境下に長期間曝されることによりリン化物を形成する。このリン化物は高温強度を向上させる作用がある。好ましくは０．０１５質量％以上、より好ましくは０．０２質量％以上含有される。一方、溶接割れを生じ易くなることを避ける観点から、Ｐは０．０５質量％以下含まれ、好ましくは０．０４質量％以下、より好ましくは０．０３５質量％以下である。
【００３１】
＜不可避不純物＞
本発明のフェライト系ステンレス鋼において、上記元素成分以外の残部はＦｅと不可避不純物とによって構成される。不可避不純物としては、Ｓ、ＮおよびＢ並びにＳｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ａｓ，Ｚｎ等の低融点不純物金属を含む。上記不可避不純物のうちのＳを除く元素の合計含有量は、１．０質量％以下であることが好ましい。このような含有量で含むことにより不可避不純物が本発明の効果を阻害することを抑制することができる。
【００３２】
（硫黄Ｓ：０．００５質量％以下）
硫黄Ｓは、熱間加工性を劣化させるため含有量が少ないことが好ましく、０．００５質量％以下であることが好ましく、好ましくは０．００２質量％以下、より好ましくは０．００１％質量以下である。またＳは０．０００５質量％以上含まれていてもよい。
【００３３】
（窒素Ｎ：０．０５質量％以下）
窒素Ｎは、高温環境下において金属元素と窒化物を形成することにより高温強度および高温クリープ強度を向上させる元素である。本発明のフェライト系ステンレス鋼は、上述のように、ＴｉがＨｅｕｓｌｅｒ相とＬａｖｅｓ相を金属間化合物として析出させる観点から、Ｔｉの窒化物が生成されないようにすることが好ましく、Ｎの含有量は少ないほど好ましく、多くとも０．０５質量％以下、好ましくは０．０４質量％以下であり、より好ましくは０．０３質量％以下である。またＮは０．００１質量％以上含まれていてもよい。
【００３４】
（ホウ素Ｂ：０．００５質量％以下）
ホウ素Ｂは、フェライト系ステンレス鋼の原料としてスクラップを使用する場合に不可避不純物として含有される元素である。Ｂが過剰に含まれると、溶接時の延性が低下することがあるので、Ｂの含有量は０．００５質量％以下とし、好ましくは０．００３質量％以下、より好ましくは０．００１質量％以下である。またＢは０．０００５質量％以上含まれていてもよい。
【００３５】
（低融点不純物金属）
フェライト系ステンレス鋼の原料としてスクラップを使用する場合に、Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ａｓ，Ｚｎ等の低融点不純物金属が含まれることがある。これらの低融点不純物金属は、熱間加工時や高温環境下での使用時に結晶粒界の強度を低下させるので、低濃度に抑える必要がある。したがって、低融点不純物金属はそれぞれ、０．０１５質量％以下含まれることが好ましく、これらの合計が０．０４質量％以下で含まれることがより好ましい。
【００３６】
＜フェライト系ステンレス鋼材の製造方法＞
本発明のフェライト系ステンレス鋼の製造方法は、通常工業的に用いられる製造設備および製造プロセスによって製造することができる。具体的には、電気炉、転炉、真空高周波誘導炉等の炉で原料を精錬する。ここで精錬した原料に脱酸材および合金元素を添加することにより各成分の配合割合を適宜調整して溶製する。ここで溶製した溶鋼は、連続鋳造法又は造塊法によって、スラブ、ビレット又は鋼塊等のインゴットに鋳造される。
【００３７】
上記インゴットに対し、必要に応じてソーキング処理を行うことによってインゴットに含まれる各成分の凝固偏析を解消し、各成分を均質化する。ここでのソーキング処理は、造塊法でインゴットを作製する場合、例えば１２５０〜１３００℃で１０時間以上保持することで行われる。一方、連続鋳造法でインゴットを作製する場合、造塊法でインゴットを作製する場合よりもソーキング処理の時間を短くしてもよいし、ソーキング処理そのものを省略してもよい。
【００３８】
次に、上記インゴットに対し、必要に応じて熱間加工を施すことにより形状を整えて鋼材を作製してもよい。ここでの熱間加工は、１０００℃以上に加熱した状態の鋼材を加工することにより行われる。このようにして得られた鋼材に対し、冷間加工と熱処理とを組み合わせた中間処理を行ってもよい。このような冷間加工を加えることで、熱間加工後の鋼材を構成する結晶粒の結晶粒径を微細化・均質化することができる。冷間加工を行う場合は、冷間加工に先立って鋼材に対し焼鈍および酸洗処理を施してもよい。
【００３９】
上記で得られた鋼材に対して溶体化処理を行う。溶体化処理は、鋼材を１１００℃以上に加熱して６０秒以上保持する工程と、前記保持する工程で保持した温度から３００℃以下まで３０秒以下で鋼材を冷却する工程とを含むことが好ましい。ここでの冷却する工程は、空冷よりも水冷が好ましい。水冷を用いることにより鋼材を急冷することができる。このようにして作製された本発明のフェライト系ステンレス鋼は、室温での延性に優れ、かつ高温クリープ強度が優れている。このため、製造段階での冷間加工が可能となり、寸法精度を向上させることができる。また、製造後の曲げ等の二次加工も可能となるため、各種高温機器の製造時に必要となるコストを削減することができる。
【実施例】
【００４０】
以下の実施例において、本発明についてさらに詳しく説明する。下記の表１の各実施例および各比較例に示す化学成分組成からなる原材料を、真空誘導溶解炉（ＶＩＦ：Ｖａｃｕｕｍ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｆｕｒｎａｃｅ）にて溶解し、２０ｋｇインゴットを溶製した。このように溶製したインゴットに対し、１２８０℃で８時間のソーキング処理を施した。次に、ソーキング処理後のインゴットを熱間鍛造加工することにより、幅６０ｍｍ×厚さ２０ｍｍの供試材を作製した。この供試材を１２００℃で５分間保持した後に、浸漬水冷の溶体化処理を施すことにより母材を作製した。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
上記で作製した各実施例および各比較例の母材に対し、以下の方法で高温クリープ強度と室温における延性とを評価した。
【００４３】
＜高温クリープ強度＞
各実施例および各比較例の母材から鍔付きクリープ試験片を作製した。この鍔付きクリープ試験片に対し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７１に準拠してクリープ試験を実施することにより高温クリープ強度を評価した。具体的には、まず、各実施例および各比較例の母材からゲージ部の寸法がφ６ｍｍ×３０ｍｍの鍔付きクリープ試験片を作製した。次に、このクリープ試験片を６５０℃に加熱した上で、クリープ試験片に対して１００ＭＰａで応力を負荷した。ここで、試験片に対して応力を負荷し始めてから試験片が破断するまでにクリープ変形速度が最も低下した歪速度を最小クリープ歪速度として測定した。この測定結果を表１の「高温クリープ強度（クリープ歪速度）」の欄に示す。最小クリープ歪速度が低いほど、高温クリープ強度が優れていることを示している。最小クリープ歪速度が５×１０-9ｓｅｃ-1以下であると、高温クリープ強度が良好と判断できる。
【００４４】
＜室温延性＞
各実施例および各比較例の母材からＪＩＳ  Ｚ２２４１に記載の１４Ａ号丸棒引張試験片を作製した。この丸棒引張試験片に対し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠して引張試験を行うことにより室温における延性を評価した。具体的には、まず、各実施例および各比較例の母材からゲージ部の寸法がφ６ｍｍ×３０ｍｍの試験片を作製した。次に、この丸棒引張試験片の両端を室温で破断するまで引っ張った。そして、破断した後の試験片同士を突き合わせることにより室温引張破断伸びを測定した。この測定結果を表１の「室温延性（破断伸び）」の欄に示す。室温引張破断伸びの値が大きいほど室温での延性が優れていることを示している。室温における引張破断伸びが１５％以上であると、室温での延性が良好と判断できる。
【００４５】
（考察）
表１に示すように各実施例（Ｎｏ．１〜１４）のフェライト系ステンレス鋼はいずれも、各種成分の含有量が所定の数値範囲を満たし、かつ式（１）および式（２）の数式を満たしているので、室温引張破断伸びおよび最小クリープ歪速度の結果が良好である。この結果から、各実施例（Ｎｏ．１〜１４）のフェライト系ステンレス鋼はいずれも、室温での延性と高温でのクリープ強度とを両立できている。これに対し、各比較例のフェライト系ステンレス鋼（Ｎｏ．１５〜１９）はいずれも、室温引張破断伸びおよび最小クリープ歪速度のいずれか一方が不良であり、室温での延性と高温でのクリープ強度とを両立できなかった。
【００４６】
比較実験例Ｎｏ．１５は、Ａｌを過剰に含むことで、室温での延性が低下したものと考えられる。このため、比較実験例Ｎｏ．１５は室温での延性が低い。一方、この比較実験例Ｎｏ．１５は、Ａｌを過剰に含むことによりＨｅｕｓｌｅｒ相とＬａｖｅｓ相を金属間化合物として析出させることができているので、式（１）および式（２）の両方を満たす。このため、比較実験例Ｎｏ．１５は高温クリープ強度が優れている。
【００４７】
比較実験例Ｎｏ．１６は、式（１）の有効Ａｌ濃度が不足していることで、フェライト系ステンレス鋼を構成する結晶粒内に析出するＨｅｕｓｌｅｒ相（Ｔｉ（Ｆｅ，Ｎｉ）2Ａｌ）の量が不足し、高温クリープ強度が低下したものと考えられる。
【００４８】
比較実験例Ｎｏ．１７は、式（１）の有効Ａｌ濃度および式（２）の余剰Ｔｉ濃度の両方が不足しているので、Ｈｅｕｓｌｅｒ相およびＬａｖｅｓ相の双方の析出量が不足し、高温クリープ強度が低下したものと考えられる。
【００４９】
比較実験例Ｎｏ．１８は、Ｎｉが不足していることで、高温クリープ強度が低下したものと考えられる。
【００５０】
比較実験例Ｎｏ．１９は、式（２）の余剰Ｔｉ濃度が不足しているので、結晶粒界にＬａｖｅｓ相（Ｆｅ2Ｔｉ）の析出量が不足し、高温クリープ強度が低下したものと考えられる。
【００５１】
各実施例および各比較例の評価結果から、本発明のフェライト系ステンレス鋼を構成する各成分が所定の含有量を満たし、かつ式（１）および式（２）の条件を満たすことにより室温での延性と高温におけるクリープ強度とを両立し得るフェライト系ステンレス鋼を得られることが明らかとなり、本発明の効果が示された。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、冷間加工が可能であり、熱交換器等の高温機器に使用される鋼管として好適に用いられる。