JP6552385B2 - 耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板とその製造方法、および当該ステンレス鋼製排気部品 - Google Patents

Description

本発明は、耐熱性と加工性が要求される耐熱部品の素材となるオーステナイト系ステンレス鋼板に関するものであり、特に自動車のエキゾーストホールド、コンバーター、ターボチャージャー部品に適用されるものである。また、その中でも特に、ガソリン車やディーゼル車に搭載されるターボチャージャーのノズルマウント、ノズルプレート、ベーン、バックプレート等の内部精密部品およびハウジングに最適な材料に関するものである。

自動車の排気マニホールド、フロントパイプ、センターパイプ、マフラーおよび排気ガス浄化のための環境対応部品は、高温の排気ガスを安定的に通気させるために、耐酸化性、高温強度、熱疲労特性等の耐熱性に優れた材料が使用される。また、凝縮水腐食環境でもあることから耐食性に優れることも要求される。排気ガス規制の強化、エンジン性能の向上、車体軽量化等の観点からも、これらの部品にはステンレス鋼が多く使用されている。また、近年では、排気ガス規制の強化が更に強まる他、燃費性能の向上、ダウンサイジング等の動きから、特にエンジン直下のエキゾーストマニホールドを通気する排気ガス温度は上昇傾向にある。加えて、ターボチャージャーの様な過給機を搭載するケースも多くなっており、エキゾーストマニホールドやターボチャージャーに使用されるステンレス鋼には耐熱性の一層の向上が求められる。排気ガス温度の上昇に関しては、従来９００℃程度であった排気ガス温度が１０００℃程度まで上昇することも見込まれている。

一方、ターボチャージャーの内部構造は複雑で、過給効率を高めるとともに、耐熱信頼性の確保が重要であり、主として耐熱オーステナイト系ステンレス鋼の使用が開示されている。代表的な耐熱オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３１０Ｓ（２５％Ｃｒ−２０％Ｎｉ）やＮｉ基合金等の他、特許文献１には高Ｃｒ、Ｍｏ添加鋼が開示されている。また、Ｓｉを２~４％添加したオーステナイト系ステンレス鋼を用いたノズルベーン式ターボチャージャーの排気ガイド部品が特許文献２に開示されている。特許文献２では熱間加工性を考慮して鋼成分が規定されているが、上記部品に要求される高温特性を十分満足するとは言えない。また、打ち抜き穴の穴拡げ加工性を維持する事が重要とされているが、熱間加工性から規定された鋼成分では十分な穴拡げ性を得ることは出来なかった。

本願発明の主な対象となる部品は、ターボチャージャーの中でノズルベーン式ターボチャージャー内部の精密部品である。内部の精密部品は、バックプレート、オイルディフレクターと呼ばれる部品は、タービン部分およびコンプレッサー部分とセンターコアの間に位置し、各部のシール性を保ちつつタービンおよびコンプレッサーホイールを安定的に回転させる部品であるため、耐酸化性や高温強度の他に表面平滑性が重要となる。また、排気ガスの流速および流量を調整するために、ノズルマウント、ノズルプレート、ノズルベーン、ドライブリング、ドライブレバーといった精密部品から構成されるノズル部品がある。これらは、高温の排気ガスに接するため、高温強度、クリープ特性、耐酸化性が重要となる。この他、排気ガス流速および流量をベーンの開閉で調整するため、高温摺動性という高温での摩擦・摩耗特性が重要となる。

更に、ノズル部品は穴開け、穴拡げ加工が施されるが、極めて高い寸法精度、板厚精度が要求されるため、加工性も大切となる。従来、耐熱性に優れる材料は硬質であるため、鋳物が使用されたり、鋼板を用いた加工では部品加工時に亀裂、割れの発生および加工精度の点から加工後に切削や研削処理を施した上で使用されていた。しかしながら、素材および部品加工のコストが高くなる欠点があった。特に、特許文献２の様な高Ｓｉ成分では、板材加工の際に割れ等の不具合が生じやすく、当該部品の板金化は困難な状況であった。

特開２０１３−０６９２２０号公報 特許第４９３７２７７号公報

本発明の目的は、既知技術の問題点を解決し、特に自動車排気部品の中でターボチャージャーの部品用として適合する耐熱性と加工性が要求され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。

上記課題を解決するために、本発明者らはオーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法に関して、鋼成分、加工特性、表面性状、金属組織、高温特性の見地から詳細な研究を行った。その結果、例えばターボチャージャーの様な極めて過酷な熱環境に曝される部品の中で耐熱性が要求される素材に対して、鋼成分により耐熱性を確保するとともに、金属組織と硬さを制御することにより、板厚および寸法精度に優れた部品が得られることを知見した。
加工性の点では、特許文献２記載の様な鋼成分だけでは満足されないことから、結晶粒度や断面硬度の調整によって精密加工性を格段に向上させることに成功した。加えて、排気効率や熱効率を向上させるために、表面粗さを制御する方法を知見し、耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板の提供を可能とした。
表面平滑性を得るためには、鋳造品の切削処理や研削処理、あるいは冷延焼鈍後に研磨処理することが考えられるが、本発明では冷延焼鈍後の酸洗処理によって表面平滑性を確保できるので、切削や研削工程の省略あるいは負荷低減に寄与することが可能である。

上記課題を解決する本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）
質量％で、Ｃ：０．００５〜０．２％、Ｓｉ：０．１〜４％、Ｍｎ：０．１〜５％、Ｐ：０．０１〜０．０５％、Ｓ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｉ：５〜２０％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎ：０．０１〜０．４％、Ａｌ：０．００５〜１％、Ｃｕ：０．０５〜３％、Ｍｏ：０．０１〜３％、Ｖ：０．０５〜１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、断面硬度Ｈｖが１９０以下、結晶粒度番号が８．５以下であることを特徴とする耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板。
以下、更に追加含有する元素は、Ｆｅの一部を代替して追加含有される。
（２）
前記ステンレス鋼板の表面粗度がＲｚで３０μｍ以下であることを特徴とする（１）に記載の耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板。
（３）
前記ステンレス鋼板が、更に、質量％でＴｉ：０．００５〜０．３％、Ｎｂ：０．００５〜０．３％、Ｂ：０．０００２〜０．００５０％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板。
（４）
前記ステンレス鋼板が、更に、質量％で、Ｗ：０．１〜３％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｓｎ：０．０１〜０．５％、Ｃｏ：０．０３〜０．３％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、Ｓｂ：０．００５〜０．５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．２％、Ｇａ：０．０００２〜０．３％、Ｔａ：０．００１〜１．０％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか1項に記載の耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板。
（５）
請求項１〜４のいずれか１項に記載のステンレス鋼板の製造方法であって、請求項１、３および４のいずれか1項に記載の成分を有する鋼を熱間圧延し、得られた熱延鋼板を１１００℃〜１２００℃まで加熱した後、４００℃まで２０℃／ｓｅｃ以上で冷却し、その後酸洗処理を施すことを特徴とする耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法。
（６）
さらに、前記ステンレス鋼板を圧下率５０％以下で冷間圧延し、得られた冷延鋼板を１１００℃〜１２００℃まで加熱した後、４００℃まで２０℃／ｓｅｃ以上で冷却し、その後酸洗処理を施すことを特徴とする（５）に記載の耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法。
（７）
（１）〜（４）のいずれか１項に記載のステンレス鋼板を排気部品に用いたことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼製排気部品。

本発明によれば、部品加工する際の加工精度に優れ、研削処理や研磨処理の削減できるとともに、高温摺動性、ガス流れおよび熱効率に優れた自動車排気部品用（特にターボチャージャー部品用）オーステナイト系ステンレス鋼を提供できる。併せて、切削や研削工程の省略あるいは負荷低減に寄与する。

以下に本発明の限定理由について説明する。耐熱用途として使用されるオーステナイト系ステンレス鋼板の特性として重要なのは高温強度であるが、特に上記の様なターボチャージャー部品の場合、加工性や表面性状も極めて重要である。先述した様に、ターボチャージャー内部部品に加工した際の加工精度が悪いと、部品同士の接触や焼きつきの他、ガスの気密性やガス流れ不良等が生じて、破損や熱効率低下を招き、部品性能の信頼性低下に繋がる。

［断面硬度Ｈｖ：１９０以下］
先ず、断面硬度Ｈｖについて説明する。排気部品は鋼板を成形加工して部品化されることが多いが、特にターボチャージャーのような精密部品では、加工品の加工精度の厳格化が要求される。例えば、前述したノズルプレートやノズルマウントと呼ばれる部品の場合、穴あけや穴拡げといった加工が施されるため、穴あけ時の穴寸法、穴内面性状、割れ有無、穴拡げ時の端部割れ、立ち上げ角度等がこれに該当する。また、ハウジングの場合にはスプリングバック等や減肉率が関連する。これらは、素材となるオーステナイト系ステンレス鋼板の硬度や介在物が影響し、本願発明では素材の断面硬度がビッカース硬度（Ｈｖ）で１９０以下とすることで、ターボチャージャーの穴拡げ加工において加工不良が生じないことを知見した。具体的には、ノズルプレートやマウントを穴拡げ加工した際に、端部の亀裂深さが０．１ｍｍ以下に抑制され、十分な加工精度が得られることである。これにより穴拡げ加工後に端部に過度な切削処理を施す必要が無くなり、コスト面も有益となる。この他、穴開け加工時の穴寸法精度についても、上記硬さを満足することにより、優れた穴寸法精度が得られる。さらに、加工性を確保するために断面硬度の上限はＨｖ１６０にすることが好ましい。ここで断面硬度は、例えば鋼板断面（圧延方向と平行方向の断面）を研磨したサンプルを用いてＪＩＳ Ｚ ２２４４によって測定されるもので、板厚中心部近傍について５か所以上測定して平均値を用いれば良い。尚、過度な軟質化は耐熱性に影響を与えるため、断面硬度の下限はＨｖ１１０にすることが望ましい。

［結晶粒度番号：８．５以下］
前記の様に本願発明では各種耐熱部品の加工性を考慮して軟質な素材を提供するが、Ｈｖ１９０以下を満足するために結晶粒度番号を８．５番以下とする。但し、過度な粗粒化により加工時の肌荒れ（オレンジピール）が顕著に生じるため、４番以上が望ましい。結晶粒度番号については、例えば鋼板断面（圧延方向と平行方向の断面）を研磨したサンプルを用いて、ＪＩＳ Ｇ ０５５１によって結晶粒度番号が測定される。更に、製造性や耐熱性を考慮すると、結晶粒度の下限は４．５、上限は７．５にすることが望ましい。

［表面粗度がＲｚ：３０μｍ以下］
上記の他、特にターボチャージャーやエキゾーストマニホールドの場合、素材の表面粗さが重要になることを本願では知見した。表面粗さは部品を切削加工する際に切削工程の負荷の点からも平滑表面が良い。また、精密部品の場合、ガスシール性の点からも平滑な方が良い。本願ではこれらに加えて、ガス流れを良好にして熱効率やターボチャージャーの効率を上げる効果があることを知見し、これらの効果が最大粗さ（Ｒｚ）を３０μｍにすることで得られることを見出した。従来の鋳鋼部品では表面粗さが大きいため、研磨あるいは切削処理によってこの効果を得ることが出来るが、本願では素材表面粗さを制御することで、研磨あるいは切削処理を省略するメリットが得られる。表面粗さ測定については、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に従い、鋼板表面に対して圧延方向と平行方向および直角方向に表面粗さが測定され、各々のＲｚの平均値を求める。素材の表面粗さと他部品との接触性ならびに排気効率、熱効率を種々検討した結果、圧延方向および圧延方向と直角方向の粗さ（Ｒｚ）の平均値が３０μｍ以下であれば、シール性を保ちガス流動が局所的に乱れることなくスムーズに流動することを知見した。ガス流動が均一であることはターボチャージャーの排気効率向上ならびに排気管システム全体の熱効率の向上につながり、車の燃費向上にも直結する。更に、鋼板製造時の生産性やプレス加工による粗さの増加を考慮すると、Ｒｚは５μｍ以下が望ましい。

［成分］
次に鋼の成分範囲について説明する。成分含有量に関する％は、特に断りのない限り質量％を示す。

Ｃは、オーステナイト組織形成と高温強度の確保のために０．００５％を下限とする。一方、過度な添加は硬質化を招く他、Ｃｒ炭化物形成により耐食性、特に溶接部の粒界腐食性の劣化、炭化物に起因した高温摺動性の劣化、冷延焼鈍板酸洗時の粒界浸食溝形成により表面粗さが粗くなるため、上限を０．２％とする。更に、製造コストと熱間加工性を考慮するとＣ含有量の下限は０．００８％、上限は０．１％にすることが望ましい。

Ｓｉは、脱酸元素として添加される場合がある他、Ｓｉの内部酸化により耐酸化性、高温摺動性および高温強度の向上をもたらすため、０．１％以上添加する。一方、４．０％以上の添加により硬質化するとともに、粗大なＳｉ系酸化物が生成し、部品の加工精度が著しく低下するため、上限を４％とする。尚、製造コスト、鋼板製造時の酸洗性、溶接時の凝固割れ性を考慮すると、Ｓｉ含有量の下限は０．４％、上限は３．５％にすることが望ましい。更に、高温摺動性を考慮するとＳｉの下限は２％にすることが望ましい。

Ｍｎは、脱酸元素として利用する他、オーステナイト組織形成およびスケール密着性を確保するために０．１％以上添加する。一方、５％超の添加により介在物清浄度が著しく劣化し穴拡げ性が低下する他、酸洗性が著しく劣化し製品表面が粗くなるため上限を５％とする。更に、製造コスト、鋼板製造時の酸洗性を考慮すると、Ｍｎ含有量の下限は０．２％、上限は３％にすることが望ましい。

Ｐは、製造時の熱間加工性や凝固割れを助長する元素である他、硬質化するためその含有量は少ないほど良いが、精錬コストを考慮して上限を０．０５％、下限を０．０１％とする。更に、製造コストを考慮すると、Ｐ含有量の下限は０．０２％、上限は０．０４％にすることが望ましい。

Ｓは、製造時の熱間加工性を低下させる他、耐食性を劣化させる元素である。また、粗大な硫化物（ＭｎＳ）が形成されると清浄度が著しく悪くなり、穴拡げ性を劣化させるため、上限を０．０１％とする。一方、過度な低減は精錬コストの増加に繋がることから、下限を０．０００１％とする。更に、製造コストや耐酸化性を考慮すると、Ｓ含有量の下限は０．０００５％、上限は０．００５０％にすることが望ましい。

Ｎｉはオーステナイト組織形成元素であるとともに、耐食性や耐酸化性を確保する元素である。また、５％未満では結晶粒の粗大化が顕著に生じてしまうため５％以上添加する。一方、過度な添加はコストの上昇と硬質化を招くことから上限を２０％とする。更に、製造性、高温強度および耐食性を考慮すると、Ｎｉ含有量の下限は１０％にすることが望ましい。

Ｃｒは、耐食性、耐酸化性および高温摺動性を向上させる元素であり、排気部品環境を考慮すると異常酸化抑制の観点から１５％以上が必要である。一方過度な添加は、硬質となり成形性を劣化させる他、コストアップに繋がることから上限を３０％とした。更に、製造コスト、鋼板製造性ならびに加工性を考慮すると、Ｃｒ含有量の下限は１７％、上限は２５．５％にすることが望ましい。

Ｎは、Ｃと同様にオーステナイト組織形成と高温強度、高温摺動性の確保の有効な元素である。高温強度に関しては固溶強化元素として知られているが、本願においてはＮ単独の効果以外にＣｒとのクラスター形成による高温強度も考慮し、０．０１％以上添加する。一方、０．４％超の添加により常温材質が著しく硬質化し、鋼板製造段階の冷間加工性が劣化する他、部品加工時の成形性や部品精度が悪くなるため、上限を０．４％とする。尚、軟質化、溶接時のピンホール抑制、溶接部の粒界腐食抑制の観点から、Ｎ含有量の下限は０．０２％、上限は０．３％にすることが望ましい。更に、高温強度、摺動性の観点から、Ｎ含有量の下限は０．０４％にすることが望ましい。

Ａｌは、脱酸元素として添加し、介在物清浄度を向上させることで穴拡げ性を向上させる。この他、酸化スケールの剥離抑制、微量内部酸化により高温摺動性の向上に寄与する効果があり、その作用は０．００５％から発現するため、下限を０．００５％とした。また、フェライト生成元素であるため、１％以上の添加はオーステナイト組織の安定性が低下する他、酸洗性の低下から表面粗さの増加を招くため上限を１％とする。更に、精錬コストと表面疵を考慮するとＡｌ含有量の下限は０．００７％、上限は０．５％にすることが望ましい。

Ｃｕは、オーステナイト相の安定化や軟質化のために有効な元素あり、０．０５％以上添加する。一方、過度な添加は耐酸化性の劣化や製造性の劣化に繋がるため、上限を３％とする。更に、耐食性や製造性を考慮すると、Ｃｕ含有量の下限は０．１％、上限は１％にすることが望ましい。

Ｍｏは、耐食性を向上させる元素であるとともに、高温強度の向上に寄与する。本願発明においては、固溶強化の他にＭｏ炭化物による析出強化を活用するために下限を０．０１％、上限を３％とする。更に、Ｍｏは高価な元素であること、上記析出物による強化安定性ならびに介在物清浄度を考慮すると、Ｍｏ含有量の下限は０．４％、上限は１．６％にすることが望ましい。

Ｖは、耐食性を向上させる元素であるとともに、Ｖ炭化物を形成し高温強度を向上させるため０．０５％以上添加する。一方、過度な添加は合金コストの増加や異常酸化限界温度の低下を招くことから、上限を１％とする。更に、製造性や介在物清浄度を考慮するとＶ含有量の下限は０．１％、上限は０．５％にすることが望ましい。
以上が、主要元素であるが、その他Ｆｅの一部の代替として以下の元素の１種または２種以上を含有することができる。

Ｔｉは、Ｃ、Ｎと結合して耐食性、耐粒界腐食性を向上させるために添加する元素である。Ｃ、Ｎ固定作用は０．００５％から発現するため、下限を０．００５％とした。また、０．３％超の添加は鋳造段階でのノズル詰まりが生じ易くなり、製造性を著しく劣化させる他、粗大なＴｉ炭窒化物により穴拡げ加工性の劣化を招くことから、上限を０．３％とする。更に、高温強度、溶接部の粒界腐食性および合金コストを考慮すると、Ｔｉ含有量の下限は０．０１％、上限は０．２％にすることが望ましい。

Ｎｂは、Ｔｉと同様にＣ、Ｎと結合して耐食性、耐粒界腐食性を向上させる他、高温強度を向上させる元素である。Ｃ、Ｎ固定作用は０．００５％から発現するため、下限を０．００５％とした。また、０．３％超の添加は鋼板製造段階での熱間加工性が著しく劣化する他、粗大なＮｂ炭窒化物により穴拡げ性の劣化を招くことから、上限を０．３％とする。更に、高温強度、溶接部の粒界腐食性および合金コストを考慮すると、Ｎｂ含有量の下限は０．０１％、上限は０．２０％にすることが望ましい。

Ｂは、鋼板製造段階での熱間加工性を向上させる元素であり、０．０００２％以上とする。但し、過度な添加はホウ炭化物の形成により清浄度および穴拡げ性の低下、粒界腐食性の劣化をもたらすため、上限を０．００５０％とした。更に、精錬コストや延性低下を考慮すると、Ｂ含有量の下限は０．０００３％、上限は０．００２％にすることが望ましい。

Ｃａは、脱硫のために必要に応じて添加される。この作用は０．０００５％未満では発現しないため、下限を０．０００５％とする。また、０．０１％超添加すると水溶性の介在物ＣａＳが生成して清浄度の低下および耐食性の著しい低下を招くため、上限を０．０１％とする。更に、製造性、表面品質の観点から、Ｃａ含有量の下限は０．００１０％、上限は０．００３０％にすることが望ましい。

Ｗは、耐食性と高温強度の向上に寄与するため、必要に応じて０．１％以上添加する。３％超の添加により硬質化、鋼板製造時の靭性劣化やコスト増につながるため、上限を３％とする。更に、精錬コストや製造性を考慮すると、Ｗ含有量の下限は０．１％、上限は２％にすることが望ましい。

Ｚｒは、ＣやＮと結合して溶接部の粒界腐食性や耐酸化性を向上させるため、必要に応じて０．０５％以上添加する。但し、０．３％超の添加によりコスト増になる他、製造性や穴拡げ性を著しく劣化させるため、上限を０．３％とする。更に、精錬コストや製造性を考慮すると、Ｚｒ含有量の下限は０．０５％、上限は０．１％にすることが望ましい。

Ｓｎは、耐食性と高温強度の向上に寄与するため、必要に応じて０．０１％以上添加する。０．０３％以上で効果が顕著になり、さらに０．０５％以上でより顕著となる。０．５％超の添加により鋼板製造時のスラブ割れが生じる場合があるため上限を０．５％とする。更に、精錬コストや製造性を考慮すると、上限は０．３％にすることが望ましい。

Ｃｏは、高温強度の向上に寄与するため、必要に応じて０．０３％以上添加する。０．３％超の添加により、硬質化、鋼板製造時の靭性劣化やコスト増につながるため、上限を０．３％とする。更に、精錬コストや製造性を考慮すると、Ｃｏ含有量の下限は０．０３％、上限は０．１％にすることが望ましい。

Ｍｇは、脱酸元素として添加させる場合がある他、スラブの組織を酸化物の微細化分散化により介在物清浄度の向上や組織微細化に寄与する元素である。これは、０．０００２％以上から発現するため、下限を０．０００２％とした。但し、過度な添加は、溶接性や耐食性の劣化、粗大介在物による穴拡げ性の低下につながるため、上限を０．０１％とした。精錬コストを考慮すると、Ｍｇ含有量の下限は０．０００３％、上限は０．００５％にすることが望ましい。

Ｓｂは、粒界に偏析して高温強度を上げる作用をなす元素である。添加効果を得るため、０．００５％以上とする。但し、０．５％を超えると、Ｓｂ偏析が生じて、溶接時に割れが生じるので、上限を０．５％とする。高温特性と製造コスト及び靭性を考慮すると、Ｓｂ含有量の下限は０．０３％、上限は０．３％にすることが望ましい。更に望ましくはＳｂ含有量の下限は０．０５％、上限は０．２％にすることが望ましい。

ＲＥＭ（希土類元素）は、耐酸化性や高温摺動性の向上に有効であり、必要に応じて０．００１％以上添加する。また、０．２％を超えて添加してもその効果は飽和し、ＲＥＭの粒化物による耐食性低下を生じるため、０．００１〜０．２％で添加する。製品の加工性や製造コストを考慮すると、下限を０．００２％とし、上限を０．１０％とすることが望ましい。
ＲＥＭ（希土類元素）は、一般的な定義に従う。スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）の２元素と、ランタン（Ｌａ）からルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素（ランタノイド）の総称を指す。単独で添加しても良いし、混合物であっても良い。

Ｇａは、耐食性向上や水素脆化抑制のため、０．３％以下で添加しても良いが、０．３％超の添加により粗大硫化物が生成しｒ値が劣化する。硫化物や水素化物形成の観点から下限は０．０００２％とする。更に、製造性やコストの観点から０．００２％以上が更に好ましい。

Ｔａ、Ｈｆは高温強度向上のために各０．００１〜１．０％添加しても良い。０．００１％以上で効果があり、０．０１％以上でさらに高強度が得られる。また、Ｂｉを必要に応じて０．００１〜０．０２％含有してもかまわない。なお、Ａｓ、Ｐｂ等の一般的な有害な元素や不純物元素はできるだけ低減することが望ましい。

［製造方法］
次に製造方法について説明する。本発明の鋼板の製造方法は、製鋼−熱間圧延−焼鈍・酸洗あるいは製鋼−熱間圧延−焼鈍・酸洗−冷間圧延−焼鈍・酸洗よりなる。製鋼においては、前記必須成分および必要に応じて添加される成分を含有する鋼を、電気炉溶製あるいは転炉溶製し、続いて２次精錬を行う方法が好適である。溶製した溶鋼は、公知の鋳造方法（連続鋳造など）に従ってスラブとする。スラブは、所定の温度に加熱され、所定の板厚に連続圧延で熱間圧延される。上記の様に本願発明が対象となる部品には熱間圧延以降の工程において所定の結晶粒度、断面硬度、表面粗さを確保した製造条件が設定される。
熱間圧延後の鋼板は、熱延板焼鈍と酸洗処理が施される。通常、熱延板焼鈍温度は１０００〜１１００℃未満で成されて再結晶組織を得るが、本願では１１００〜１２００℃と高い温度で熱処理し、断面硬度Ｈｖが１９０以下、結晶粒度番号が８．５以下を確保し、軟質で穴開け性、穴拡げ性および各種加工精度を確保する。

一方、高温焼鈍を施すことで、酸化スケールが過度に生成して、後の酸洗性が阻害される。酸洗性が阻害されると、ショットブラストやベンダー等の機械的なデスケールを強くするか、硫酸や硝弗酸洗等の化学的なデスケールにおいて高濃度化、高温化あるいは通板速度ダウン等の処理が必要となる。これらは、生産効率を低下させるだけでなく、製品表面の粗さを増加させ排気部品の効率を落とすことに繋がる。本願では、熱処理時の冷却速度を速くすることで酸洗性を低下させること無く、表面粗さを確保することを知見した。表面粗さがＲｚで３０μｍ以下とするためには、最高温度からの４００℃までの冷却速度を２０℃／ｓｅｃ以上とすることが有効であることを知見した。冷却速度を２０℃／ｓｅｃとする方法は注水冷却あるいは通風冷却等適宜選択すれば良いが、冷却過程でのスケール剥離を促進する方法としては注水冷却が望ましく、酸洗効率や鋼板形状を考慮すると、冷却速度は３０〜１００℃／ｓｅｃが望ましい。

本願では、熱延板焼鈍・酸洗後に冷間圧延を施し、その後に冷延板焼鈍・酸洗処理を行うことで、更に平滑表面が得られる。冷間圧延工程は、タンデム圧延、ゼンジミア圧延、クラスター圧延等で行えば良い。通常、冷間圧延の圧下率は５０％超で成されるが、５０％超の圧下率で圧延した場合、その後の焼鈍で細粒組織に成りやすく、結晶粒度番号８．５以下が得られない場合があるため、圧下率は５０％以下とする。更に、製造コストや鋼板形状を考慮すると圧下率は１５〜４５％以下が望ましい。

通常、表面平滑性が要求される鋼板に対しては、冷間圧延後に光輝焼鈍によって低酸素雰囲気で熱処理され、酸化スケールが生じない熱処理が施される。一般的にはＢＡ製品と呼ばれる表面仕上げがこれに当たるが、ＢＡ製品ではコスト増加につながる。本願では光輝焼鈍では無く、通常の連続焼鈍・酸洗処理プロセスを活用することによって軟質化と表面平滑性を確保する。これは、先述した熱延板焼鈍・酸洗工程と同様な考えであり、通常の焼鈍温度である１０００〜１１００℃未満よりも高い１１００〜１２００℃と高い温度で熱処理し、断面硬度Ｈｖが１９０以下、結晶粒度番号が８．５以下を確保し、軟質で穴開け性、穴拡げ性および各種加工精度を確保する。

一方、高温焼鈍を施すことで、酸化スケールが過度に生成して、後の酸洗性が阻害される。酸洗性が阻害されると、中性塩電解や溶融アルカリ処理といった前処理あるいは硝弗酸や硝酸電解といった酸洗処理を強化する必要があり、通板速度ダウンや表面粗さの増加に繋がる。本願では、熱処理時の冷却速度を速くすることで酸洗性を低下させること無く、表面粗さを確保することを知見した。表面粗さがＲｚで３０μｍ以下とするためには、最高温度からの４００℃までの冷却速度を２０℃／ｓｅｃ以上とすることが有効であることを知見した。冷却速度を２０℃／ｓｅｃとする方法は注水冷却あるいは通風冷却等適宜選択すれば良いが、冷却過程でのスケール剥離を促進する方法としては注水冷却が望ましく、酸洗効率や鋼板形状を考慮すると、冷却速度は３０〜１００℃／ｓｅｃが望ましい。

表１と表２に示す成分組成の鋼を溶製しスラブに鋳造し、熱延、熱延板焼鈍・酸洗あるいは、その後に冷延、最終焼鈍・酸洗を施して４．３〜７．３ｍｍ厚の製品板を得た。各鋼に対して、断面硬度、結晶粒度、表面粗さを先述した方法で測定するとともに、穴拡げ試験、ＪＩＳＺ２２８１に準拠した９００℃での高温引張試験を行った。
穴拡げ試験では、φ２５ｍｍの打ち抜き穴を内径３２ｍｍまで穴拡げした後、６ｍｍ高さの立ち上げ部端部の割れ状況を確認した。割れ深さが０．４ｍｍ以下であればターボ部品性能に支障をきたさないため、０．４ｍｍ以下の場合を合格（○）、０．４ｍｍ超の亀裂が生じた場合を不合格（×）とした。高温引張については、９００℃において２０ＭＰａ以上の耐力を有する鋼について合格（○）、２０ＭＰａ未満の場合を不合格（×）とした。

また、供試材をノズルマウント、ノズルプレートと呼ばれる部品に加工し、ノズルベーン式ターボチャージャーに搭載し、ノズルの開閉を繰り返しながら高温（９００℃）の排気ガスを流して、ガス流れ性を調べた。この際、ガス流れに問題が生じなかった鋼を合格（○）、ガス流れ不良やノズル開閉に不具合が生じた鋼を不合格（×）とした。
表３と表４に示す製造条件で製造した結果、本発明例の鋼は加工性、耐熱性、表面性状に優れ、ターボチャージャー部品としての性能を満足することが確認される。断面硬度、結晶粒度、表面粗さの内１つ以上が本発明範囲外では、加工精度やターボチャージャー性能が不良となり不具合が生じる。また、高温強度が不良の場合もクリープ変形によってターボチャージャー性能に不良が生じてしまう。

なお、製造工程における他の条件は適宜選択すれば良い。例えば、スラブ厚さ、熱間圧延板厚などは適宜設計すれば良い。冷間圧延においては、ロール粗度、ロール径、圧延油、圧延パス回数、圧延速度、圧延温度などは適宜選択すれば良い。冷間圧延の途中に中間焼鈍を入れても構わず、バッチ式焼鈍でも連続式焼鈍でも良い。また、酸洗時の前処理として中性塩電解処理やソルト浴浸漬処理のいずれを施しても、省略しても構わず、酸洗工程は、硝酸、硝酸電解酸洗の他、硫酸や塩酸を用いた処理を行っても良い。冷延板の焼鈍・酸洗後に調質圧延やテンションレベラー等により形状および材質調整を行っても良い。更に、本製品板に潤滑塗装を施して、更にプレス成形を向上させても良く、潤滑膜の種類は適宜選択すれば良い。加えて、部品加工後に窒化処理や浸炭処理等の特殊な表面処理を施して耐熱性を更に向上させても構わない。

本発明によれば、耐熱性に加えて加工性が要求される排気部品に対して優れた特性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が可能であるとともに、表面平滑性に優れているため排気ガスの流動性が良くなることで、熱効率やターボチャージャーの効率が良好となる。本発明を適用した材料を、特に自動車の排気部品として使用することによって、排ガス規制、軽量化、燃費向上につなげることが可能となる。また、部品の切削および研削加工の省略、表面加工処理省略も可能となり、低コスト化にも大きく寄与する。更に、自動車、二輪の排気部品に限らず、各種ボイラー、燃料電池システム等の高温環境に使用される部品に適用することも可能であり、本発明は産業上極めて有益である。

Claims (7)

1. 質量％で、Ｃ：０．００５〜０．２％、Ｓｉ：０．１〜４％、Ｍｎ：０．１〜５％、Ｐ：０．０１〜０．０５％、Ｓ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｉ：５〜２０％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎ：０．０１〜０．４％、Ａｌ：０．００５〜１％、Ｃｕ：０．０５〜３％、Ｍｏ：０．０１〜３％、Ｖ：０．０５〜１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、断面硬度Ｈｖが１９０以下、結晶粒度番号が８．５以下であることを特徴とする耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板。
2. 前記ステンレス鋼板の表面粗度がＲｚで３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板。
3. 前記ステンレス鋼板が、更に、質量％でＴｉ：０．００５〜０．３％、Ｎｂ：０．００５〜０．３％、Ｂ：０．０００２〜０．００５０％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板。
4. 前記ステンレス鋼板が、更に、質量％で、Ｗ：０．１〜３％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｓｎ：０．０１〜０．５％、Ｃｏ：０．０３〜０．３％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、Ｓｂ：０．００５〜０．５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．２％、Ｇａ：０．０００２〜０．３％、Ｔａ：０．００１〜１．０％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のステンレス鋼板の製造方法であって、請求項１、３および４のいずれか1項に記載の成分を有する鋼を熱間圧延し、得られた熱延鋼板を１１００℃〜１２００℃まで加熱した後、４００℃まで２０℃／ｓｅｃ以上で冷却し、その後酸洗処理を施すことを特徴とする耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法。
6. さらに、前記ステンレス鋼板を圧下率５０％以下で冷間圧延し、得られた冷延鋼板を１１００℃〜１２００℃まで加熱した後、４００℃まで２０℃／ｓｅｃ以上で冷却し、その後酸洗処理を施すことを特徴とする請求項５に記載の耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板の製造方法。
7. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のステンレス鋼板を排気部品に用いたことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼製排気部品。