(57)【要約】【課題】  溶融アルミニウムメッキ浴及び溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴に対する耐溶損性に優れるため、これらの浴用材に好適に使用することができるメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】  Ｃ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上４．００質量％以下、Ｍｎ：０．１０質量％以上３．００質量％以下、Ｃｒ：１５．０質量％以上３０．０質量％以下、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ及びＴａの合計：０．９質量％以上５．０質量％以下、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、フェライト相を主相とし、晶出炭化物を含む組織を有し、Ｎｂ系炭化物、Ｔｉ系炭化物、Ｖ系炭化物、Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物は、前記晶出炭化物に対して３０％以上の面積率であり、溶融アルミニウムメッキ浴及び溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴に用いられるメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上４．００質量％以下、
Ｍｎ：０．１０質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：１５．０質量％以上３０．０質量％以下、
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ及びＴａの合計：０．９質量％以上５．０質量％以下、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
フェライト相を主相とし、晶出炭化物を含む組織を有し、
Ｎｂ系炭化物、Ｔｉ系炭化物、Ｖ系炭化物、Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物は、前記晶出炭化物に対して３０％以上の面積率であり、
溶融アルミニウムメッキ浴及び溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴に用いられるメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項２】
鋳鋼である、請求項１に記載のメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項３】
前記晶出炭化物は、前記組織に対して５％以上３０％以下の面積率である、請求項２に記載のメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項４】
前記Ｎｂ系炭化物、前記Ｔｉ系炭化物、前記Ｖ系炭化物、前記Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物は、前記組織に対して３％以上の面積率である、請求項３に記載のメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項５】
鍛鋼である、請求項１に記載のメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項６】
前記Ｎｂ系炭化物、前記Ｔｉ系炭化物、前記Ｖ系炭化物、前記Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物は、前記組織に対して３％以上の面積率である、請求項５に記載のメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項７】
前記晶出炭化物は、前記組織に対して３．５％以上３０％以下の面積率である、請求項６に記載のメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項８】
さらに、
Ｃｕ：０．０２質量％以上２．００質量％以下、
Ｗ：０．１０質量％以上５．００質量％以下、
Ｎｉ：０．１０質量％以上５．００質量％以下、
Ｃｏ：０．０１質量％以上５．００質量％以下、
Ｍｏ：０．０５質量％以上５．００質量％以下、
Ｓ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０１質量％以上０．１５質量％以下、
Ｂ：０．００５質量％以上０．１００質量％以下、
Ｃａ：０．００５質量％以上０．１００質量％以下、
Ａｌ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、及び
Ｚｒ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下からなる群から選択される１種または２種以上を含む、請求項１〜７のいずれかに記載のメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項９】
Ｐの含有量が０．５０質量％以下に制限されてなる、請求項１〜８のいずれかに記載のメッキ浴用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、溶融アルミニウムメッキ浴、及び、溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴に用いられるフェライト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融亜鉛メッキ設備における、容器、輸送用ポンプ、シンクロール、サポートロール、攪拌用治具等の浴用材は、溶融亜鉛による流動摩耗と腐食作用を受けるため、溶融亜鉛に対する抵抗力の大きい材料からなるものが望まれている。
このような材料として、例えば、特許文献１には、重量％にて、Ｃ：０.１％以下、Ｓｉ：１.５〜５.０％、Ｍｎ：２.５〜５.５％、Ｃｒ：１０〜１５％、Ｎｉ：０.５％以下、並びに、Ｍｏ：２.０％以下、Ｎｂ：２.０％以下、Ｗ：２.０％以下、Ｔｉ：２.０％以下及びＢ：１.０％以下からなる群から選択される元素を１種又は２種以上含有し、残部実質的にＦｅである耐溶融亜鉛腐食性に優れる合金、が提案されている。
【０００３】
また、溶融亜鉛による腐食に対して抵抗力の大きい合金として、特許文献２には、Ｃ：０．４０％以下、Ｓｉ：１．５０〜３．５０％、Ｍｎ：２０％以下、Ｃｒ：３．０〜２０．０％、及び、Ｎｉ：５．０％以下、Ｍｏ：５．０％以下、Ｗ：５．０％以下、Ｎｂ：２．０％以下、Ｔｉ：１．０％以下、Ｖ：１．０％以下、Ａｌ：１．０％以下から選んだ元素を１種又は２種以上含有し、残部が実質的にＦｅからなる耐溶融亜鉛腐食性が優れた合金、が提案されている。
【０００４】
一方、近年では、新しいめっき技術として、Ａｌを含有する溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴中に部品や部材を浸漬し、Ａｌ−Ｚｎ合金メッキを施す処理法が開発され、実用化されている。しかしながら、従来から溶融Ｚｎメッキ浴（浴温：４１０〜５００℃）の浴槽材として使用されていた合金を、そのまま溶融Ａｌ−Ｚｎ浴の浴用材として使用すると、溶損が著しく、浴用材の寿命が著しく短くなるという問題があった。特に、溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴において、Ａｌ含有量が多くなると浴用材の寿命が短くなっていた。
【０００５】
そこで、特許文献３では、３〜１０重量％Ａｌを含有する溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴用部材に使用する鋳物として、Ｃ：２．０〜４．０％、Ｓｉ：２．０〜５．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｃｒ：３．０〜２５．０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐溶損性に優れた溶融Ａｌ−Ｚｎメッキ浴槽用鋳鉄鋳物、が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２２８７１１号公報
【特許文献２】特開昭５５−７９８５７号公報
【特許文献３】特開２０００−１０４１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３に記載された溶融Ａｌ−Ｚｎメッキ浴槽用鋳鉄鋳物は、溶融Ａｌ−Ｚｎメッキ浴中のＡｌ濃度が５５％まで高くなった場合に、十分な耐溶損性を確保することができるかは定かではなかった。
本発明者らは、溶融Ａｌ−Ｚｎメッキ浴に用いることができ、当該メッキ浴中のＡｌ濃度が高くても十分な耐溶損性を確保することができる浴合金を提供すべく鋭意検討を行い、新たな技術的思想に基づく本発明を完成した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明のメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼は、
Ｃ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上４．００質量％以下、
Ｍｎ：０．１０質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：１５．０質量％以上３０．０質量％以下、
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ及びＴａの合計：０．９質量％以上５．０質量％以下、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
フェライト相を主相とし、晶出炭化物を含む組織を有し、
Ｎｂ系炭化物、Ｔｉ系炭化物、Ｖ系炭化物、Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物は、上記晶出炭化物に対して３０％以上の面積率であり、
溶融アルミニウムメッキ浴及び溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴に用いられる。
【０００９】
上記メッキ浴用フェライト系ステンレス鋼は、所定量のＣ及びＣｒとともに、所定量のＮｂ、Ｖ、Ｔｉ及びＴａを含有し、かつこれらの炭化物が組織内において一定量以上となるように構成されている。そのため、上記メッキ浴用フェライト系ステンレス鋼は、溶融アルミニウムメッキ浴及び溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴に対する耐溶損性に極めて優れる。
この理由については、Ｎｂ系炭化物、Ｔｉ系炭化物、Ｖ系炭化物、Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物を一定量以上存在させることにより、耐溶損性の向上に大きく寄与するＣｒをＣｒ系炭化物として消費することなく、マトリックス中に存在させることできるためと考えている。本発明において、晶出炭化物とは液相又は固相から析出した炭化物を意味する。
【００１０】
（２）上記メッキ浴用フェライト系ステンレス鋼は、鋳鋼とすることができる。
（３）上記メッキ浴用フェライト系ステンレス鋼が鋳鋼である場合、上記晶出炭化物は、上記組織に対して５％以上３０％以下の面積率である、ことが好ましい。
（４）上記メッキ浴用フェライト系ステンレス鋼が鋳鋼である場合、上記Ｎｂ系炭化物、上記Ｔｉ系炭化物、上記Ｖ系炭化物、上記Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物は、上記組織に対して３％以上の面積率である、ことが好ましい。
【００１１】
（５）上記メッキ浴用フェライト系ステンレス鋼は、鍛鋼とすることができる。
（６）上記メッキ浴用フェライト系ステンレス鋼が鍛鋼である場合、上記Ｎｂ系炭化物、上記Ｔｉ系炭化物、上記Ｖ系炭化物、上記Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物は、上記組織に対して３％以上の面積率である、ことが好ましい。
（７）上記メッキ浴用フェライト系ステンレス鋼が鍛鋼である場合、上記晶出炭化物は、上記組織に対して３．５％以上３０％以下の面積率である、ことが好ましい。
【００１２】
（８）上記メッキ浴用フェライト系ステンレス鋼は、上記Ｆｅに代えて、さらに、
Ｃｕ：０．０２質量％以上２．００質量％以下、
Ｗ：０．１０質量％以上５．００質量％以下、
Ｎｉ：０．１０質量％以上５．００質量％以下、
Ｃｏ：０．０１質量％以上５．００質量％以下、
Ｍｏ：０．０５質量％以上５．００質量％以下、
Ｓ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０１質量％以上０．１５質量％以下、
Ｂ：０．００５質量％以上０．１００質量％以下、
Ｃａ：０．００５質量％以上０．１００質量％以下、
Ａｌ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、及び
Ｚｒ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下からなる群から選択される１種または２種以上を含む、ことが好ましい。
【００１３】
（９）上記メッキ浴用フェライト系ステンレス鋼は、Ｐの含有量が０．５０質量％以下に制限されてなる、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、溶融アルミニウムメッキ浴及び溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴に対する耐溶損性に優れ、これらのメッキ浴用部材として好適に使用することができるメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１で作製した試験片におけるＳＥＭ写真の１つである。
【図２】実施例３０で作製した試験片におけるＳＥＭ写真の１つである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係るメッキ浴用フェライト系ステンレス鋼（以下、メッキ浴用ステンレス鋼ともいう）は、
Ｃ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上４．００質量％以下、
Ｍｎ：０．１０質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：１５．０質量％以上３０．０質量％以下、
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ及びＴａの合計：０．９質量％以上５．０質量％以下、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
フェライト相を主相とし、晶出炭化物を含む組織を有し、
Ｎｂ系炭化物、Ｔｉ系炭化物、Ｖ系炭化物、Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物は、上記晶出炭化物に対して３０％以上の面積率である。
【００１７】
上記メッキ浴用ステンレス鋼は、フェライト相を主相とする。
ここで、フェライト相を主相とするとは、晶出炭化物及び析出炭化物を除いた組織のうち、９０％以上がフェライト相であることを意味する。なお、フェライト相の定量は、常法のＸＲＤ測定に従い、鏡面研磨した試験片から得られたＸ線回折強度から求めることができる。例えば、フェライト相とオーステナイト相からなる場合、フェライト相の回折ピーク（１１０）、（２００）、（２１１）、及びオーステナイト相の回折ピーク（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）を用いて定量を行う。
【００１８】
上記メッキ浴用ステンレス鋼は、溶融アルミニウムメッキ浴及び溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴（例えば、ガルバリウム浴）で用いられるメッキ浴用部材（本明細書では、単に浴用材ともいう）を作製するための素材として適している。
上記浴用材の具体例としては、例えば、メッキ設備における、容器、輸送用ポンプ、シンクロール、サポートロール、撹拌用冶具等が挙げられる。
【００１９】
上記メッキ浴用ステンレス鋼は、上述した組織を有するため、高い耐溶損性が求められる溶融アルミニウムメッキ浴や溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴の浴用材に好適に用いられる。
上記溶融アルミニウムメッキ浴は、溶融アルミニウム１００％からなる浴温７００℃程度のメッキ浴である。
上記溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴は、アルミニウム５５質量％＋亜鉛４３．４質量％＋珪素１．６質量％からなるメッキ浴（所謂、ガルバリウム浴）等、アルミニウムと亜鉛とを含有するメッキ浴である。ここで、上記溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴におけるアルミニウムの濃度は特に限定されないが、例えば、１０質量％以上であることが好ましい。上記メッキ浴用ステンレス鋼を使用することの効果を享受するのに適している。
【００２０】
上記メッキ浴用ステンレス鋼を構成する組織は、晶出炭化物を含んでいる。そのうえで、上記組織では、Ｎｂ系炭化物、Ｔｉ系炭化物、Ｖ系炭化物、Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物の上記晶出炭化物に対する面積率（以下、この面積率を「面積率Ａ」ともいう）が、３０％以上となっている。
本発明の実施形態に係るメッキ浴用ステンレス鋼では、上記面積率Ａが上記範囲にあることが極めて重要である。
【００２１】
上記メッキ浴用ステンレス鋼が含有する元素には、Ｃｒと、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ及びＴａの少なくとも１種とがある。これらの元素は、上記メッキ浴用ステンレス鋼が含有するＣとの間で炭化物を生成することができる。
上記メッキ浴用ステンレス鋼おいて、Ｃｒは上記メッキ浴に対する耐溶損性を確保するうえで極めて重要な元素であり、所定量のＣｒを含有することで、優れた耐溶損性が確保されている。
一方、ＣｒはＣと結合してＣｒ系炭化物を生成することができ、上記Ｃｒ系炭化物の生成によってＣｒが消費されると、マトリックス中のＣｒ量が減少して充分な耐溶損性を確保することができない場合がある。
そこで、上記メッキ浴用ステンレス鋼は、合計量が所定量となるＮｂ、Ｖ、Ｔｉ及びＴａを含有し、かつこれらの元素の炭化物が、３０％以上の上記面積率Ａを満足するように存在している。Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ及びＴａの炭化物の生成は、炭素との結合し易さから、Ｃｒ系炭化物の生成に対して優先的に進行する。そのため、上記面積率Ａを３０％以上とすることにより、Ｃｒ系炭化物の生成を抑制することができ、その結果、上記メッキ浴用ステンレス鋼において、充分な上記耐溶損性を確保することができる。
【００２２】
上記メッキ浴用ステンレス鋼は、上記浴用材の種類やサイズ等に応じて、鋳鋼または鍛鋼とすることができる。例えば、容器等は、上記メッキ浴用ステンレス鋼を、砂型鋳型に鋳造する砂型鋳造品とすることができる。また、例えば、シンクロールやサポートロール等は、遠心鋳造することにより、または、鋳造インゴットを熱間鍛造することにより製造することができる。
【００２３】
以下、上記メッキ浴用ステンレス鋼が鋳鋼である場合の実施形態について説明する。
上記メッキ浴用ステンレス鋼が鋳鋼である場合、上記面積率Ａの上限は、特に限定されるものではないが、Ｃｒ系炭化物とのバランスを考慮し、例えば、８５％以下とすることができる。
また、面積率Ａは、３０％以上６５％以下の範囲であることが好ましく、３５％以上６５％以下の範囲であることがより好ましい。上記の範囲とすることで、晶出炭化物（全ての炭化物）が微細なものとなり、凝固及び冷却時の割れを効果的に抑制することができる。
なお、上記面積率Ａの算出方法については後に詳述する。
【００２４】
また、上記メッキ浴用ステンレス鋼が鋳鋼である場合、Ｃの含有量（質量％）と、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ及びＴａの含有量（質量％）とは、下記に関係式（１）を満足することが好ましい。
（［Ｎｂ］＋２［Ｔｉ］＋２［Ｖ］＋０．５［Ｔａ］）／［Ｃ］＞３．２・・・（１）
この式（１）を満足するように各元素を含有すると、上記面積率Ａを３０％以上とするのに特に適している。
上記式（１）を満足する場合、Ｃの含有量に対してＮｂ、Ｔｉ、Ｖ及びＴａの合計量が充分量となっており、Ｃｒ系炭化物の生成を抑制することができ、３０％以上の上記面積率Ａを満足するのに適している。
なお、上記式（１）において、Ｔｉ、Ｖ及びＴａに付された係数は、これら各元素の原子量と、Ｎｂの原子量との差を考慮したものである。
【００２５】
上記メッキ浴用ステンレス鋼が鋳鋼である場合、上記晶出炭化物は、上記組織に対して５％以上３０％以下の面積率（以下、この面積率を「面積率Ｂ」ともいう）であることが好ましい。上記面積率Ｂは、５％以上１５％以下であることがより好ましい。面積率Ｂの下限を５％とすることにより、耐溶損性に寄与する晶出炭化物の量をより十分なものとすることができる。また、面積率Ｂの上限を３０％、より好ましくは１５％とすることにより、晶出炭化物を起点とした割れの発生を抑制することができる。
【００２６】
上記メッキ浴用ステンレス鋼が鋳鋼である場合、上記Ｎｂ系炭化物、上記Ｔｉ系炭化物、上記Ｖ系炭化物、上記Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物は、上記組織に対して３％以上の面積率（以下、この面積率を「面積率Ｃ」ともいう）であることが好ましい。面積率Ｃの下限を３％とすることにより、耐溶損性に寄与する晶出炭化物量をより十分なものとすることができる。
面積率Ｃの上限は特に限定されるものではないが、例えば、１０％とすることが好ましい。面積率Ｃを１０％以下とすることにより、晶出炭化物（全ての炭化物）が微細なものとなり、凝固及び冷却時の割れを効果的に抑制することができる。
【００２７】
以下、上記メッキ浴用ステンレス鋼が鍛鋼である場合の実施形態について説明する。
本発明に係る鍛鋼を得るための鍛造方法としては、特に限定されず、冷間鍛造および熱間鍛造のどちらであってもよいが、加工が容易である熱間鍛造を用いることが好ましい。
熱間鍛造を行う場合、鍛造温度は１２００℃〜８００℃の範囲とすればよい。また、必要に応じて、鍛造前に１２００℃〜１０００℃の範囲で均熱処理を行ってもよい。
上記鍛鋼を得る場合、鍛造後に固溶化処理、時効処理等の熱処理を実施してもよい。
【００２８】
上記した条件で熱間鍛造を行うと、上記Ｃｒ炭化物は、母相への固溶温度が低いため、固溶する場合がある。一方、上記Ｎｂ系炭化物、上記Ｔｉ系炭化物、上記Ｖ系炭化物、上記Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物は、母相への固溶温度が高いため、上記した条件で熱間鍛造を行っても、ほとんど固溶は起こらない。
【００２９】
したがって、鋳造状態（ａｓ  ｃａｓｔ）の場合に比して、上記面積率Ｃの変化はほとんどないが、上記面積率Ａ及び上記面積率Ｂは変化しうるため、上記メッキ浴用ステンレス鋼が鍛鋼の場合の面積率Ａ、Ｂ及びＣについて以下に説明する。
なお、上記面積率Ｃについては、上記した通り、上記メッキ浴用ステンレス鋼が鋳鋼の場合と同様である。そのため、詳細な説明を省略する。
【００３０】
面積率Ａについては、上記メッキ浴用ステンレス鋼が鋳鋼の場合と同じく、３０％以上とすることにより、Ｃｒ系炭化物の生成を抑制することができ、その結果、上記メッキ浴用ステンレス鋼において、充分な上記耐溶損性を確保することができる。したがって、鍛鋼における面積率Ａが３０％以上であればよく、鍛造前の鋳造状態（ａｓ  ｃａｓｔ）における面積率Ａは３０％未満であってもよい。
なお、上記メッキ浴用ステンレス鋼が鍛鋼である場合も、Ｃの含有量（質量％）と、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ及びＴａの含有量（質量％）とは、下記に関係式（１）を満足することが好ましい。
（［Ｎｂ］＋２［Ｔｉ］＋２［Ｖ］＋０．５［Ｔａ］）／［Ｃ］＞３．２・・・（１）
【００３１】
面積率Ｂについては、３．５％以上３０％以下であることが好ましい。
更に、上記面積率Ｂについては、他の面積率との組み合わせにおいて、（ｉ）面積率Ａが３０％以上で、かつ面積率Ｂが５％以上３０％以下であることや、（ｉｉ）面積率Ａが３０％以上及び面積率Ｃが３％以上で、かつ面積率Ｂが３．５％以上３０％以下であること、がより好ましい。
例えば、上記メッキ浴用ステンレス鋼が鍛鋼である場合には、熱間鍛造又は熱処理により、Ｃｒ系炭化物が固溶する場合があるが、Ｃｒ系炭化物が固溶すること、即ち、Ｃｒがマトリックス中に存在することによって上記メッキ浴に対する優れた耐溶損性が得られる。このような場合も、上記（ｉ）又は（ｉｉ）の要件を充足する場合には、晶出炭化物の量を耐溶損性に寄与する十分な晶出炭化物の量とすることができる。
また、上記（ｉｉ）の場合、面積率Ｂの更に好ましい範囲は、３．９％〜３０％であり、かかる範囲にすることで更に耐溶損性に優れたものとなる。
【００３２】
以下、本発明の実施形態に係るメッキ浴用ステンレス鋼における各元素の組成限定理由について説明する。
Ｃ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下
Ｃは鋳造時の湯流れ性を向上させ、かつ、耐溶損性が向上するように炭化物を形成することができる。具体的には、Ｃｒ系炭化物が晶出すると、そのＣｒ系炭化物の周囲においてＣｒが欠乏し、耐溶損性に劣る領域がマトリックス中に局所的に生成する場合があるため、Ｎｂ系炭化物、Ｔｉ系炭化物、Ｖ系炭化物、Ｔａ系炭化物又はこれらの複合炭化物を晶出させることによって、過度のＣｒ系炭化物の晶出を抑制し、マトリックスの耐溶損性を優れたものとすることができる。このような効果を得るためには、Ｃの含有率は、０．１０質量％以上が必要である。一方、０．５０質量％を超えると炭化物が多くなりすぎて、上記メッキ浴用ステンレス鋼が脆化する。
【００３３】
Ｓｉ：０．０１質量％以上４．００質量％以下
Ｓｉは、脱酸と鋳造性の確保のために添加するが、Ｓｉの含有率が０．０１質量％未満では効果が無い。一方、４．０質量％を超えてＳｉを含有すると、上記メッキ浴用ステンレス鋼が脆化したり、上記メッキ浴用ステンレス鋼が鋳鋼として用いられる場合に鋳造欠陥が発生しやすくなったりする。また、上記メッキ浴用ステンレス鋼の耐溶損性も劣化する。
【００３４】
Ｍｎ：０．１０質量％以上３．００質量％以下
Ｍｎは、耐酸化特性向上に寄与するとともに、溶湯の脱酸剤としても作用する。これらの作用効果を得るためには、Ｍｎは、０．１０質量％以上含有することが必要である。一方、Ｍｎが３．００質量％を超えると、オーステナイトが残留しやすくなるため、浴用材の経時形状変化や割れの原因となる。
【００３５】
Ｃｒ：１５．０質量％以上３０．０質量％以下
Ｃｒは、浴用材の耐溶損性向上に寄与する。このような効果を得るためには、Ｃｒは１５．０質量％以上含有することが必要である。一方、３０．０質量％を超えるＣｒを含有すると脆化相を形成するため、上記メッキ浴用ステンレス鋼を鋳鋼として用いる場合、鋳造性が著しく低下し、その結果、健全な鋳物の製造が困難となる。
【００３６】
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ及びＴａの合計：０．９質量％以上５．０質量％以下
Ｎｂ、Ｖ及びＴｉ及びＴａは、本発明の実施形態に係るメッキ浴用ステンレス鋼において、極めて重要な元素である。
これらの元素は、Ｃと優先的に炭化物を形成して、Ｃｒ系炭化物の形成を抑制することで、マトリックス中のＣｒ量の低下を抑制することに寄与する。このような効果を得るためには、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ及びＴａを合計で、０．９質量％以上含有する必要がある。一方、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ及びＴａを合計で、５．００質量％を超えて含有すると粗大な炭化物が形成され、この炭化物が割れの原因になることがある。
【００３７】
以下、本発明の実施形態に係るメッキ浴用ステンレス鋼に任意に含有可能な、他の副成分元素について説明する。
Ｃｕ：０．０２質量％以上２．００質量％以下
Ｃｕは、上記メッキ浴用ステンレス鋼の融点を低下させ、当該メッキ浴用ステンレス鋼を鋳鋼として用いる場合、砂噛みなどの鋳造欠陥の発生を抑制する。また、Ｃｕには耐食性を大幅に高める働きがある。これらの効果を得るためには、０．０２質量％以上のＣｕを含有することが望ましい。一方、Ｃｕが２．００質量％を超えるとオーステナイトが残留しやすくなり、浴用材の経時形状変化や割れの原因となることがある。
【００３８】
Ｗ：０．１０質量％以上５．００質量％以下
Ｗは、マトリックスに固溶して高温強度を高める働きをなす。しかし、上記の下限値未満では効果が不十分となる。Ｗの下限値は、望ましくは０．５０質量％とするのがよい。
また、上限値を超えると鋼の延性が低下して、耐衝撃性等の低下につながる。Ｗの上限値は、望ましくは４．００質量％、より望ましくは３．００質量％とするのがよい。
【００３９】
Ｎｉ：０．１０質量％以上５．００質量％以下
Ｎｉは、マトリックスに固溶して高温強度を高める働きをなす。しかし、上記の下限値未満では効果が不十分となる。上限値を超えるとα→γ変態温度が低くなり、使用可能な上限温度が低下する。Ｎｉの上限値は、望ましくは３．００質量％、より望ましくは１．００質量％とするのがよい。
【００４０】
Ｃｏ：０．０１質量％以上５．００質量％以下
Ｃｏは、マトリックスに固溶して高温強度を高める働きをなす。しかし、上記の下限値未満では効果が不十分となる。Ｃｏの下限値は、望ましくは０．０５質量％とするのがよい。また、高価な元素なので、上記のごとき上限値とする。Ｃｏの上限値は、望ましくは３．００質量％とするのがよい。
【００４１】
Ｍｏ：０．０５質量％以上５．００質量％以下
Ｍｏはフェライト安定化元素であり、α→γ変態を上昇させる効果に優れる。しかし、上記の下限値未満ではその効果が不十分となる。また、上限値を超えると延性が低下して、耐衝撃性等の低下につながる。Ｍｏの上限値は、望ましくは３．００質量％、より望ましくは１．００質量％とするのがよい。
【００４２】
Ｓ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下
ＳはＭｎ系硫化物を形成し、上記メッキ浴用ステンレス鋼の被削性を向上させる。上記の下限値未満では効果が不十分となる。Ｓの下限値は、望ましくは０．０３質量％とするのがよい。また、上限値を超えると、上記メッキ浴用ステンレス鋼の延性、耐酸化性及び高温疲労強度の低下につながる。Ｓの上限値は、望ましくは０．１０質量％とするのがよい。
【００４３】
Ｎ：０．０１質量％以上０．１５質量％以下
Ｎは高温強度の向上に効果がある。しかし、上記の下限値未満では効果が不十分となり、上限値を超えると、上記メッキ浴用ステンレス鋼の延性の低下につながる。
【００４４】
Ｐ：０．５０質量％以下に制限
Ｐの含有は、耐酸化性及び高温疲労強度を低下させるので、上記の上限値以下に制限するのがよく、より望ましくは０．１０質量％以下に制限するのがよい。
【００４５】
Ｂ：０．００５質量％以上０．１００質量％以下
Ｂの添加は被削性の改善に効果がある。上記の下限値未満では効果が不十分となり、上限値を超えると、高温疲労強度の低下につながる。
【００４６】
Ｃａ：０．００５質量％以上０．１００質量％以下
Ｃａの添加は被削性の改善に効果がある。上記の下限値未満では効果が不十分となり、上限値を超えると、高温疲労強度の低下につながる。
【００４７】
Ａｌ：０．０１質量％以上１．００質量％以下
Ａｌはフェライトを安定させ、α→γ相変態を上昇させる効果が有り、かつ高温強度を向上させる働きがある。そのため、使用上限温度をさらに向上させたい場合には添加してもよい。その場合０．０１質量％以下ではその効果が現れないので下限を０．０１質量％とする。しかし、１．００質量％以上添加してもその効果が現れないばかりでなく、上記メッキ浴用ステンレス鋼を鋳鋼として用いる場合、湯流れ性の低下により鋳造欠陥が生じやすくなり、また延性の著しい低下も招くので上限を１．００質量％とする。
【００４８】
Ｚｒ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下
Ｚｒはフェライトを安定させ、α→γ相変態を上昇させる効果が有り、かつ高温強度を向上させる働きがある。そのため、上記メッキ浴用ステンレス鋼の使用上限温度をさらに向上させたい場合には添加してもよい。その場合０．０１質量％以下ではその効果が現れないので下限を０．０１質量％とする。しかし、０．２０質量％以上添加してもその効果が現れないばかりでなく延性の著しい低下を招くので上限を０．２０質量％とする。
【００４９】
その他の各元素の、本発明の効果が達成不能とならない範囲での含有許容量は以下の通りである（希ガス元素、人工元素及び放射性元素の含有は現実的でないので除外してある）。
Ｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ：各０．０１質量％以下
Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ：各０．０１質量％以下
Ｈｆ：各０．１質量％以下
Ｔｃ、Ｒｅ：各０．０１質量％以下
Ｒｕ、Ｏｓ：各０．０１質量％以下
Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ：各０．０１質量％以下
Ｚｎ、Ｃｄ：各０．０１質量％以下
Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ：各０．０１質量％以下
Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ：０．１質量％以下
Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ：各０．０１質量％以下
Ｏ：０．０２質量％以下
Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ：各０．１質量％以下
Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ：各０．０１質量％以下
【００５０】
（実施例）
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実験例１〜２９及び比較例１〜１０）
表１（実施例１〜２９）又は表２（比較例１〜８）に示す組成を有する材料を溶製し、厚さ３８４ｍｍ×幅２８０ｍｍ×長さ２３０５ｍｍの素管に鋳込み鋳片を製造した。この鋳片を機械加工して、直径φ３０ｍｍ×長さ３００ｍｍの試験片を得た。
【００５１】
【表１】
2018197391.tif 000002
【００５２】
【表２】
2018197391.tif 000003
【００５３】
（各試験片の評価）
［減肉量］
上記試験片を、６００℃まで加熱したＡｌ：５５質量％、Ｓｉ：１．６質量％含有する溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｓｉ浴中に１２０時間浸漬した後、上記溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｓｉ浴から引きあげ、上記試験片を長手方向と垂直な方向に切断し、断面観察像から外径減少量を求めて当該試験片の減肉量とした。結果を表３に示した。
ここで、上記減肉量は小数点第３位を四捨五入して、小数点第２位までの数値（単位：ｍｍ）で算出した。その後、下記の基準で試験片の評価結果を「Ａ」〜［Ｃ］に振り分けた。結果を表３に示した。
Ａ：減肉量が０．４１ｍｍ以下
Ｂ：減肉量が０．４２〜０．４７ｍｍ
Ｃ：減肉量が０．４８ｍｍ以上
【００５４】
［晶出炭化物の面積率］
上記試験片に鏡面仕上げを施して測定サンプルとし、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて４００倍の倍率で当該測定サンプルの任意の１０箇所を観察した。なお、１視野あたりの観察面積は０．０６６ｍｍ２である。
図１には、実施例１の試験片をＳＥＭ観察した際の観察画像の１つを示す。
【００５５】
得られた１０箇所の観察画像（ＳＥＭ観察から得られた反射電子像）の晶出炭化物について、ＥＤＸを用いてＣｒ系炭化物、Ｎｂ系炭化物、Ｔｉ系炭化物、Ｖ系炭化物、Ｔａ系炭化物を判別し、Ｗｉｎ  ＲＯＯＦ（三谷商事株式会社製）により各晶出炭化物の総面積をそれぞれ算出した。
また、各晶出炭化物の総面積の総和（全晶出炭化物の総面積）を算出した。
その後、下記面積率（晶出炭化物の割合）を算出した。
なお、上記炭化物の判別方法としては、反射電子像のコントラストを利用してもよい。
例えば、図１において、Ｎｂ系炭化物はＣｒ系炭化物よりも白く観察されていることが分かる。この手法では、炭化物の判別をより簡便に行うことができる。
【００５６】
（Ａ）全晶出炭化物におけるＮｂ系炭化物、Ｔｉ系炭化物、Ｖ系炭化物、Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物の割合（面積率Ａ（％））
Ｎｂ系炭化物、Ｔｉ系炭化物、Ｖ系炭化物、Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物のそれぞれの総面積の和を算出し、その値を上記全晶出炭化物の総面積で除すことで面積率Ａを算出した。結果を表３に示した。
【００５７】
（Ｂ）組織における全晶出炭化物の割合（面積率Ｂ（％））
上記各全晶出炭化物の総面積を、視野の総面積（１０箇所×１視野あたりの面積（０．６６ｍｍ２））で除すことで面積率Ｂを算出した。結果を表３に示した。
【００５８】
（Ｃ）組織におけるＮｂ系炭化物、Ｔｉ系炭化物、Ｖ系炭化物、Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物の割合（面積率Ｃ（％））
Ｎｂ系炭化物、Ｔｉ系炭化物、Ｖ系炭化物、Ｔａ系炭化物及びこれらの複合炭化物のそれぞれの総面積の和を、総視野の面積で除すことで面積率Ｃを算出した。結果を表３に示した。
【００５９】
【表３】
2018197391.tif 000004
【００６０】
表３に結果を示したように、本発明の実施形態に係るメッキ浴用ステンレス鋳鋼は、溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴に対する耐溶損性に優れていた。
【００６１】
（実験例３０〜５８）
実施例１〜２９と同じ組成を有するφ１５０×３８０の鋳造材を溶製し、φ４０になるまで熱間鍛造した。その後、機械加工により直径φ３０ｍｍ×長さ３００ｍｍの試験片を得た。
【００６２】
［減肉量］
得られた試験片を、実施例１〜２９と同様にして減肉量の評価を行った。結果を表４に示した。
【００６３】
［晶出炭化物の面積率］
得られた各試験片について、観察倍率を１０００倍に変更したほかは、実施例１〜２９と同様にして、ＳＥＭ観察を行った。なお、１視野あたりの観察面積は０．０１１ｍｍ２であるため、当該測定サンプルの任意の６０箇所をＳＥＭ観察し、上記視野の総面積に合わせた。その後、実施例１〜２９と同様に、ＥＤＸ解析、Ｗｉｎ  Ｒｏｏｆによる画像解析を行い、面積率Ａ,Ｂ及びＣを評価した。結果を４に示した。
【００６４】
図２には、実施例３０の試験片をＳＥＭ観察した際の観察画像の１つを示す。図２から明らかなように、上記メッキ浴用ステンレス鋼が鋳鋼である場合と比べて、鍛造による晶出炭化物の微細化が確認できる。
なお、面積率Ａ〜Ｃを算出する場合、観察倍率が小さいと微細化した晶出炭化物を見落とすことがあるため、目的とする炭化物を観察できる最小倍率よりも大きくすればよい。例えば、実施例１〜２９において、観察倍率４００倍から１０００倍に変更しても、算出される面積率Ａ〜Ｃの値に違いはなかった。
【００６５】
【表４】
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【００６６】
表４に結果を示したように、本発明の実施形態に係るメッキ浴用ステンレス鍛鋼は、溶融Ａｌ−Ｚｎ合金メッキ浴に対する耐溶損性に優れていた。
【図１】
2018197391.tif 000006
【図２】
2018197391.tif 000007