低比重铁素体系不锈钢板及其制造方法与流程

本发明涉及低比重铁素体系不锈钢板及其制造方法。特别地，本发明涉及最适合于需要高温强度和耐氧化性的排气系统构件等的使用、且有助于部件轻量化的低比重铁素体系不锈钢板及其制造方法。

本申请基于2017年3月30日提出的日本专利申请特愿2017-069142号并主张其优先权，这里引用其内容。

背景技术：

汽车的排气系统除排气歧管、催化式排气净化器、柔性管、前段管、中心管以及消音器等以外，还由近年搭载增加的egr(exhaustgasrecirculation：排气再循环)冷却器、排热回收器、dpf(dieselparticulatefilter：柴油车黑烟净化器)以及尿素scr(selectivecatalyticreduction：选择性催化还原)等各种各样的环境适应部件构成。

由发动机排出的高温的排放气体从这些排气系统构件中通过。因此，构成排气系统构件的材料要求耐氧化性、高温强度、热疲劳特性等多种多样的特性。另外，在这些排气系统构件中，曝露于内表面冷凝水腐蚀以及外表面盐害环境中的部件要求基于腐蚀的耐穿孔性优良的特性。

在上述排气系统构件中，例如排气歧管和催化式排气净化器的壳体特别使用为曝露于高温的排放气体而重视耐热性的优良的不锈钢。

另一方面，在排气系统的后方配置的中心管和消音器等使用为降低排放气体温度而重视耐蚀性的不锈钢。

在不锈钢中，奥氏体系不锈钢虽然耐热性和加工性优良，但其热膨胀系数较大，因而在适用于如排气歧管那样反复接受加热和冷却的构件的情况下，容易产生热疲劳破坏。另外，奥氏体系不锈钢与铁素体系不锈钢相比，氧化皮剥离性往往较差，而且大量含有昂贵的ni，因而存在成本升高的课题。

因此，汽车的排气系统构件主要经常使用铁素体系不锈钢。

近年来，从排放气体限制的强化、发动机性能的提高、车体的轻量化等角度考虑，排气系统构件一般使用高耐热以及高耐蚀铁素体系不锈钢。

在重视耐热性的部件中，例如适用sus430j1(nb添加钢)、nb-si添加钢、sus444(nb-mo添加钢)、nb-cu添加钢(参照专利文献1)。这些都以nb的添加为前提，通过因nb产生的固溶强化或者析出强化而提高高温强度，从而提高热疲劳寿命。

另一方面，在排气系统的后方配置的中心管和消音器等为了重视耐蚀性，使用suh409l(ti添加钢)、sus430lx(ti添加钢)、sus436l(ti-mo添加钢)等，大多适用因cr或mo而提高耐外表面盐害腐蚀性(外表面对于盐害的耐蚀性)或者耐内表面冷凝水腐蚀性(内表面对于冷凝水的耐蚀性)的钢。

可是，近年来，因车体的轻量化而提高燃料效率的趋势正在增强。

与此相对照，为排放气体的净化而正在排气管的各部位搭载环境适应部件(egr冷却器、排热回收器、dpf、gpf等)，从而排气系统构件的整个重量有增加的倾向。

作为抑制与各种部件的增加相伴的重量增加而谋求车体的轻量化的方法，减薄各种排气系统构件中使用的钢板的板厚即薄壁化是有效的。此外，为了薄壁轻量化，补偿与减少的板厚相对应的强度等，为此需要作为原材料的钢的高强度化以及高耐蚀化，一般地说，可以采取通过大量添加合金元素而提高高温强度和耐蚀性的方法。然而，在此情况下，合金成本升高，而且钢板的制造性往往发生劣化。另外，提高耐蚀性的元素未必提高高温强度，抑制合金成本增加而且能够兼顾高强度化和高耐蚀化的钢目前尚未发现。

作为谋求车体轻量化的其它方法，有减轻各种排气系统构件中使用的原材料本身的重量(比重)的方法，它只要能够实现，就直接关系到部件的轻量化以及车体的轻量化。

在通常的铁素体系不锈钢的情况下，其比重为7.7～7.9g/cm³左右，但如果能够将比重设定为7.6g/cm³以下，则可以得到2～4％以上的轻量化的效果。

对于不锈钢以外的钢，在专利文献2、3中，记载着含有10％以下的al、高强度且涉及低比重钢板的技术。

另一方面，无论是对于降低含有50％以上的fe、10％以上的cr的不锈钢的比重的情况，还是添加低比重元素(例如al、b、mg、si、ti等)的情况，钢的制造性都明显劣化，而且在产品的加工性方面存在课题。

在专利文献4中，记载着含有10～25％的cr、0.1～2％的si、1～2.5％的al、且将al+0.5si设定为1.5～2.8％的焊接性和加工性优良的催化剂担载用耐热铁素体系不锈钢。然而，是从皮膜以及加工性的观点出发的成分调整，并没有谈到高温强度和耐蚀性。

如上所述，虽然在专利文献2、3中，记载着活用低比重元素al的技术，但这些文献的钢板由于cr的含量至多在5％以下，因而在耐蚀性用途和耐热性用途中不可适用。

另外，专利文献4所记载的钢成分是从皮膜以及加工性的观点出发而进行成分调整的，从而并没有谈到高温强度和耐蚀性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5297630号公报

专利文献2：日本专利第5094888号公报

专利文献3：日本专利第4235077号公报

专利文献4：日本专利第3474829号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

本发明是为解决上述问题而完成的，其目的在于提供特别是汽车的排气部件所要求的耐热性(高温强度)、耐氧化性、耐蚀性以及加工性优良的低比重铁素体系不锈钢板及其制造方法。

用于解决课题的手段

本发明人获得了如下的见解：对于铁素体系不锈钢成分，主要调整cr、al、si的添加量，而且降低钢的比重，可以得到高温强度、耐氧化性、耐蚀性以及加工性优良的低比重铁素体系不锈钢板，以至完成了本发明。

下面就本发明人获得的新见解进行说明。

作为耐热性和耐蚀性以外的要素，从钢板以及部件的制造性的角度考虑，将产生韧性和延展性的课题，因而本发明人添加低比重元素al，就进一步确保耐热性、耐蚀性以及韧性的cr量以及si量进行了详细的调查。

其结果是，虽然通过添加低比重元素al而使铁素体系不锈钢的比重降低，但韧性和延展性显著劣化，从而在钢板的制造阶段和向部件的压力加工时产生裂纹。因此，可知需要谋求al和其它元素的平衡。具体地说，将cr/(si+al)量抑制在特定的值以下是有效的。

另外，通过控制al的氮化物(aln)的生成量而确保固溶al，也成功地使高温强度和耐氧化性得以提高。

进而获得了钢板表层的si浓化和al浓化大幅度提高加热后的耐蚀性的见解，还获得了不进行cr量的增加和mo的添加而满足排气系统构件所要求的耐蚀性的见解。

也就是说，本发明是基于以上的见解而完成的，解决上述课题的本发明的一方式的要旨如下所述。

[1]一种低比重铁素体系不锈钢板，其特征在于：以质量％计，含有c：0.001～0.020％、si：0.01～4.00％、mn：0.01～3.00％、p：0.010～0.040％、s：0.0001～0.0100％、cr：10.0～15.0％、n：0.001～0.020％、al：0.50～10.0％，进而含有ti：0.05～0.40％、以及nb：0.05～0.40％之中的任一者或两者，剩余部分包括fe和不可避免的杂质；而且cr/(si+al)为10.0以下，比重为7.6g/cm³以下。

[2]根据上述[1]所述的低比重铁素体系不锈钢板，其特征在于：aln的析出量以质量％计为0.010％以下。

[3]根据上述[1]或[2]所述的低比重铁素体系不锈钢板，其特征在于：从钢板表面至5nm深度的区域的、al浓度的最大值和si浓度的最大值之和为15at％以上。

[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的低比重铁素体系不锈钢板，其特征在于：以质量％计，进一步含有选自cu：0.01～3.00％、ni：0.01～2.00％、mo：0.01～3.00％、v：0.01～0.50％、b：0.0002～0.0050％、ca：0.0005～0.0100％、w：0.1～3.0％、zr：0.01～0.10％、ta：0.01～0.10％、hf：0.01～0.10％、sn：0.005～0.50％、co：0.03～0.30％、mg：0.0002～0.010％、sb：0.005～0.50％、rem：0.002～0.20％、ga：0.0002～0.30％之中的1种或2种以上。

[5]一种低比重铁素体系不锈钢板的制造方法，其特征在于：其是制造上述[1]～[4]中任一项所述的低比重铁素体系不锈钢板的方法；所述制造方法具有冷轧板的退火工序、和所述冷轧板的退火工序后的酸洗工序；在所述冷轧板的退火工序中，将退火温度设定为900℃以上，将900℃～600℃的冷却速度设定为100℃/sec以上；在所述酸洗工序中，首先在440℃以下的熔融碱金属盐中将所述冷轧板浸渍5秒钟～30秒钟，然后以50℃/sec以下的冷却速度冷却至常温，接着在氢氟酸的含量为10～30g/l、硝酸的含量为20～60g/l、温度为30～60℃的硝氟酸溶液中将所述冷轧板浸渍10秒钟～60秒钟。

发明的效果

根据本发明的一方式，可以提供一种通过以适当量添加低比重的al和si而使钢板的比重降低、且加工性、耐热性以及耐蚀性优良的低比重铁素体系不锈钢板。

附图说明

图1是表示本实施方式的钢板和以前的钢板在高温拉伸试验下的0.2％屈服强度的图(曲线图)。

图2是表示本实施方式的钢板与以前的钢板的耐蚀性和耐氧化性的图。

具体实施方式

下面就本发明的低比重铁素体系不锈钢板(以下也简称为钢板)的一实施方式进行说明。此外，本实施方式的钢板的比重为7.6g/cm³以下。

首先，就本实施方式的钢板的成分组成的限定理由进行说明。此外，关于表示钢的成分的％，只要没有特别说明，就意味着质量％。

c为低比重元素，但使成形性和耐蚀性劣化，带来高温强度的降低，因而其含量越少越好。因此，将c量设定为0.020％以下。c量优选设定为0.009％以下。但是，过度的降低导致精炼成本的增加，因而将c量设定为0.001％以上，优选设定为0.003％以上。

n与c同样为低比重元素，但使成形性和耐蚀性劣化，带来高温强度的降低，因而其含量越少越好。因此，n量设定为0.020％以下。n量优选设定为0.015％以下。但是，过度的降低导致精炼成本的增加，因而将n量设定为0.001％以上，优选设定为0.003％以上。

si是比重为2.3g/cm³、且与fe的比重(7.9g/cm³)相比为轻的元素。因此，在本实施方式中是重要的元素。另外，si也是作为脱氧剂有用的元素，而且也是改善高温强度的元素。除此以外，si在加热时于钢板表层形成si氧化物，不仅提高耐氧化性而且提高耐蚀性，因而含有0.01％以上。考虑到耐氧化性和高温强度，si量优选为0.20％以上，考虑到热疲劳特性和外表面耐蚀性，si量进一步优选为0.40％以上。另一方面，如果si量超过4.00％，则韧性明显劣化，钢板制造时的板断裂和部件加工时的脆性开裂成为问题，因而将si量的上限设定为4.00％以下。考虑到制造性，si量优选为3.00％以下。

mn是作为脱氧剂而添加的元素，而且有助于在中温区域的高温强度的上升。另外，在长时间的使用中于钢板表层形成mn系氧化物，有助于氧化皮粘附性和异常氧化的抑制效果，因而含有0.01％以上的mn。考虑到氧化皮粘附性，mn量优选为0.05％以上，进一步优选为0.10％以上。另一方面，如果mn量超过3.00％，则使常温延展性降低，而且形成mns使耐蚀性降低。因此，将mn量的上限设定为3.00％以下。再者，考虑到高温延展性，mn量优选为1.50％以下。

p是固溶强化元素，使材料硬质化，因而从延展性和韧性的角度考虑，其含量越少越好。因此，将p量的上限设定为0.040％。考虑到耐蚀性，p量优选为0.030％以下。另外，p量的过度的降低导致原料成本的增加，因而将p量的下限设定为0.010％以上。再者，考虑到制造成本，p量优选为0.015％以上。

s是使耐蚀性和耐氧化性劣化的元素，因而其含量越少越好。但是，s量的过度的降低招致精炼成本的增大，因而将s量设定为0.0001％以上，优选设定为0.0005％以上。另一方面，在s量超过0.0100％的情况下，起因于mns、ti4c2s2等析出物的生成而使延展性、韧性劣化，因而将s量的上限设定为0.0100％以下。考虑到将钢板适用于燃料部件时的缝隙腐蚀的抑制，s量优选为0.0030％以下。

cr在本实施方式中，是为确保耐氧化性和耐蚀性所必须的元素。在cr量低于10.0％时，其效果不会表现出来，因而将cr量的下限设定为10.0％以上。另一方面，cr是本实施方式所活用的与al和si同样地使韧性和加工性劣化的元素，因而在复合添加al和si的情况下，cr的大量添加变得困难。因此，为了确保钢板制造时的韧性，需要将cr量设定为15.0％以下。再者，考虑到制造性和高温延展性，cr量优选为14.5％以下，进一步优选为低于14.0％。

al是比重为2.7g/cm³、且与fe的比重(7.9g/cm³)相比为轻的元素。因此，在本实施方式中是重要的元素。另外，al也是作为脱氧剂有用的元素，而且是改善高温强度和耐氧化性的元素，因而含有0.50％以上的al。考虑到高温强度和耐氧化性，al量优选为0.60％以上。另一方面，al是使钢脆化的元素，超过10.0％的al的添加产生钢板制造时的板断裂以及部件加工时的开裂的问题，因而将al量的上限设定为10.0％以下。考虑到焊接性，al量优选为4.00％以下，更优选为2.50％以下。再者，考虑到钢板制造时的表面缺陷和酸洗性，al量优选为1.50％以下。

ti和nb是与c、n键合而提高耐蚀性、耐晶界腐蚀性、常温延展性以及深拉深性的元素，可以单独或者复合添加。也就是说，添加ti以及nb之中的任一者或两者。这些效果以ti、nb均为0.05％以上的量表现出来，因而将ti以及nb各自的量的下限设定为0.05％以上。另一方面，ti为低比重元素，但招致表面缺陷的发生和韧性的降低，因而ti量的上限设定为0.40％以下。但是，考虑到焊接性和加工性，ti量优选为0.25％以下。nb为高比重元素，因而越少越好，但为提高高温强度的元素，因而可以含有直至0.40％以下的nb。考虑到焊接性，nb量优选为0.30％以下，更优选为0.25％以下。进而考虑到合金成本，nb量优选为0.15％以下。

以上就本实施方式的钢板的基本的成分组成进行了说明，除上述成分以外，进一步优选选择性含有下述所示的元素之中的1种或2种以上。

cu是对600～800℃左右的中温区域的高温强度的提高有效的元素，同时还是提高耐锈性的元素，因而根据需要以0.01％以上的量含有。另一方面，以过度的量含有cu对常温延展性以及耐氧化性产生影响。另外，cu是比重为9.0g/cm³、且与fe的比重(7.9g/cm³)相比为重的元素。另外，如果以超过3.00％的量含有cu，则热轧工序中的裂边变得明显，在制造性上产生问题，因而将cu量的上限设定为3.00％以下。考虑到制造性、氧化皮粘附性以及焊接性等，cu量优选为0.01～1.50％。

ni通过缝隙腐蚀的抑制和再钝化的促进而提高初期耐锈性，因而根据需要以0.01％以上的量含有。但是，以过度的量含有ni将发生硬质化而使成形性劣化。另外，ni是比重为8.9g/cm³、且与fe的比重(7.9g/cm³)相比为重的元素。因此，将ni量的上限设定为2.00％以下。此外，考虑到原料成本，ni量优选为0.01～0.50％。

mo是提高耐蚀性和高温强度的元素，在将钢板特别适用于具有间隙结构的构件的情况下，为抑制缝隙腐蚀所需要的元素。因此，根据需要含有0.01％以上的mo。另一方面，mo是比重为10.2g/cm³、且与fe的比重(7.9g/cm³)相比为重的元素，而且为使韧性劣化的元素，因而将mo量的上限设定为3.00％以下。再者，考虑到制造成本，mo量优选为0.01～1.90％。

v抑制缝隙腐蚀，而且通过微量添加而有助于韧性提高，因而根据需要含有0.01％以上的v。但是，以过度的量含有v将发生硬质化而使成形性劣化。另外，因粗大的v(c,n)析出而导致韧性劣化。因此，将v量的上限设定为0.50％以下。此外，考虑到原料成本和初期耐锈性，v量优选为0.01～0.20％。

b是偏析于晶界而强化晶界、从而提高产品在压力加工时的2次加工性的元素，可根据需要含有0.0002％以上的b。然而，如果以过度的量含有b，则产生硬质化并使晶界腐蚀性、耐氧化性劣化、而且产生焊接裂纹，因而将b量设定为0.0050％以下。再者，考虑到耐蚀性和制造成本，b量优选为0.0002～0.0015％。

ca往往为脱硫而含有，该效果在0.0005％以上表现出来，因而将ca量的下限设定为0.0005％以上。然而，通过含有超过0.0100％的ca，生成粗大的cas，使韧性和耐蚀性劣化，因而将ca量的上限设定为0.0100％以下。再者，考虑到精炼成本和制造性，ca量优选为0.0005～0.0020％。

w由于有助于耐蚀性和高温强度的提高，因而根据需要含有0.1％以上的w。然而，w是比重为19.3g/cm³、且与fe的比重(7.9g/cm³)相比为重的元素。另外，以过度的量含有w导致钢板制造时的韧性劣化和成本增加，因而将w量的上限设定为3.0％以下。再者，考虑到精炼成本和制造性，w量优选为0.1～1.0％。

zr、ta以及hf与c或n键合而有助于韧性的提高，因而根据需要分别以0.01％以上的量含有。但是，如果zr、ta以及hf以超过0.10％的量含有，则导致成本增加，而且使制造性明显劣化，因而将zr、ta以及hf各自的量的上限设定为0.10％以下。再者，考虑到精炼成本和制造性，zr、ta以及hf各自的量优选为0.01～0.08％。

sn以及sb有助于耐蚀性和高温强度的提高，因而根据需要分别以0.005％以上的量含有。但是，sn以及sb如果以超过0.50％的量含有，则有时产生钢板制造时的板坯裂纹，因而将sn以及sb各自的量的上限设定为0.50％以下。再者，考虑到精炼成本和制造性，sn以及sb各自的量优选为0.005～0.20％。

co有助于高温强度的提高，可根据需要含有0.03％以上的co。然而，co是比重为8.9g/cm³、且与fe的比重(7.9g/cm³)相比为重的元素，因而将co量的上限设定为0.30％以下。再者，考虑到精炼成本和制造性，co量优选为0.03～0.10％。

mg有时作为脱氧元素含有。另外，mg是使板坯的组织微细化、从而有助于成形性的提高的元素。再者，mg氧化物成为ti(c,n)和nb(c,n)等碳氮化物的析出位点，具有使它们微细分散析出的效果。这些作用在mg量为0.0002％以上时表现出来，有助于韧性的提高，因而将mg量的下限设定为0.0002％以上。但是，以过度的量含有mg导致焊接性和耐蚀性的劣化，因而将mg量的上限设定为0.010％以下。考虑到精炼成本，mg量优选为0.0002～0.0010％。

rem从通过各种析出物的微细化而产生的韧性的提高和耐氧化性的提高的角度考虑，有时可根据需要含有。该效果在0.002％以上的量时表现出来，因而将rem量的下限设定为0.002％以上。然而，如果含有超过0.20％的rem，则铸造性明显变差，因而将rem量的上限设定为0.20％以下。再者，考虑到精炼成本和制造性，rem量优选为0.002～0.01％。

rem(稀土类元素)根据通常的定义，是指钪(sc)、钇(y)这2种元素、和从镧(la)到镥(lu)的15种元素(镧系元素)的总称。既可以单独添加，也可以是混合物。上述的rem量为这些稀土类元素的合计量。

ga为了耐蚀性的提高和氢脆的抑制，也可以含有0.30％以下的ga。从形成硫化物和氢化物的角度考虑，将ga量的下限设定为0.0002％以上。再者，从制造性和成本的角度考虑，ga量优选为0.0020％以下。

本实施方式的钢板除上述元素以外，还包括fe和不可避免的杂质，但除以上说明过的各元素以外，也可以在不损害本实施方式的效果的范围内含有其它元素。例如，在本实施方式中，也可以根据需要含有0.001～0.1％的bi等。此外，as、pb等通常有害的元素和杂质元素优选尽可能地降低。

另外，关于上述的成分组成，在本实施方式中，将cr/(si+al)规定为10.0以下。在此，式中的cr、si、al为各自元素的含量(质量％)。

从耐蚀性以及耐氧化性的角度考虑，cr含量以较多为宜。但是，cr与al和si同样，是使韧性降低的元素，因而难以大量含有。再者，在本实施方式中，为低比重化而大量含有si和al，因而如果连cr量也为大量，则钢的制造时的韧性以及产品板的韧性成为课题。也就是说，虽然通过活用作为低比重元素的al和si而可以降低铁素体系不锈钢的比重，但如果cr量较多，则韧性和延展性明显劣化，从而在钢板的制造阶段和向部件的压力加工时产生裂纹。因此，重要的是cr、si、al的含量的平衡。

另外，如后述那样，在本实施方式中，即便是比较低的cr成分(cr量比较少的组成)，也可以活用si和al在产品板的表面的氧化皮膜层中浓化而确保耐氧化性和耐蚀性。因此，在上述范围控制cr、si、al的量。优选将cr/(si+al)设定为9.0以下。此外，关于cr/(si+al)的下限，并没有特别的限定，但从制造性的角度考虑，优选设定为1.0以上。

接着，就aln的析出量进行说明。

本实施方式的钢板如上所述，其特点是含有低比重的al。

al是提高高温强度的元素，但进行详细研究的结果，获得了al的析出物对高温强度产生影响的见解。也就是说，al通过固溶强化，阻碍高温环境下的位错的移动而有助于高强度化。但另一方面，发现al与氮键合而容易形成aln，如果生成该aln，则固溶al减少，因而高温强度不会有效地提高。因此，在产品板的阶段，需要抑制aln的析出，因此，ti和nb等元素的活用是有效的。这是因为这些元素比al更容易形成氮化物。

在本实施方式中，aln的析出量以质量％计设定为0.010％以下，优选为0.008％以下。

下面就aln的析出量的限定理由进行说明。

图1示出了冷轧钢板(板厚1.2mm)的高温拉伸试验的结果。在此，钢a为通常使用的suh409l(11％cr-0.2％ti-0.01％al-0.005％c-0.01％n)。与此相对照，钢b和钢c的组成为11％cr-0.2％ti-0.5％al-0.005％c-0.01％n，钢d的组成为11％cr-0.2％ti-4.9％al-0.005％c-0.01％n。

另外，钢b和钢c虽然为同一成分，但aln的析出量因后述的制造条件的不同而不同。具体地说，钢b和钢c的aln析出量分别为0.150％和0.005％。另外，钢d的aln析出量为0.010％。

由图1可以看出：高温强度因al的添加而得以提高，al量最多的钢d的0.2％屈服强度达到最高。另一方面，在作为同一成分的钢b和钢c中，aln析出量不同，aln析出量多的钢b的高温强度较低，结果是850℃下的0.2％屈服强度较低，与现有的suh409l处于同等程度。也就是说，通过将aln析出量设定为0.01％以下，高温强度得以更加提高，850℃以下的0.2％屈服强度达20mpa以上。

此外，在850℃以下，只要0.2％屈服强度确保在20mpa以上，就比作为比较而示出的具有代表性的耐热铁素体钢即suh409l具有更高的强度。具有这样的0.2％屈服强度的钢板能够适用于目前的汽车排气部件，而且也显示出可以与排放气体温度的高温化相适应的特性。

此外，aln析出量采用提取残渣分析将以aln的形式析出的n量设定为aln析出量。在此，关于提取残渣分析，是从钢板的总厚度上采集适当的试验片，使用四甲基氯化铵溶液以及直径为0.2μm的过滤器而提取钢中的析出物，然后采用icp(inductivelycoupledplasma)进行分析。

另外，高温拉伸试验按照jisg0567，对钢板进行与轧制方向平行的方向上的拉伸试验。

接着，就从钢板表面至5nm深度的区域的al浓度+si浓度进行说明。

通常，在不锈钢的表面形成由cr浓化而成的钝化膜，该皮膜有助于耐氧化性和耐蚀性的提高。然而，本实施方式如上所述，为谋求低比重化而大量含有si和al。因此，对于与si和al同样地使韧性降低的cr，有必要控制其量，令人担心耐蚀性和耐氧化性的降低。

于是，本发明人就从钢板表面至5nm深度的区域(以下也简称为“钢板表层”)的各元素的浓度对耐氧化性以及耐蚀性所产生的影响进行了研究。其结果是，获得了如下的见解：钢板的耐氧化性和耐蚀性受到钢板表层(氧化皮膜层)的al以及si的浓化的影响。即获得了如下的见解：微量且以氧化物的形式浓化的al和si有助于耐氧化性和耐蚀性。另外，由各种实验发现：通过将从表面至5nm深度的区域的al浓度的最大值和si浓度的最大值之和设定为15at％以上，即便是如本实施方式的钢板那样的cr量为10～15％左右的低cr钢，也使耐蚀性和耐氧化性得以提高。

此外，在以下的详细的说明中，也将“从表面至5nm深度的区域的al浓度的最大值和si浓度的最大值之和”称之为“钢板表层的al浓度+si浓度”而进行说明。

图2示出了al量不同的3种钢板的耐蚀性和耐氧化性的调查结果。另外，对于这些钢板，也示出了钢中的cr和al的量、cr/(si+al)的值、以及表层的al浓度+si浓度的调查结果。

在此，作为耐氧化性，在850℃下进行200小时的连续氧化试验，接着调查异常氧化的有无而进行了评价。另外，作为耐蚀性，在400℃下对钢板进行8小时以下的加热处理，接着进行30个循环的jaso-cct试验。而且通过实施了锈掉落处理后的外观照片而进行了评价。

由图2还可知：在具有代表性的耐热钢即suh409l(no.x)中，钢板表层的al浓度+si浓度较低，在850℃下发生异常氧化而产生板厚的明显减少。再者，由suh409l的外观照片还表明，耐蚀性发生明显劣化。

另一方面，在本实施方式的钢板(no.y、no.z)中，钢板表层的al浓度+si浓度较高，属正常氧化，从而耐氧化性得以提高。再者，由外观照片还可知：即使cr/(si+al)较低，只要al浓度+si浓度为15at％以上，就可以避免耐蚀性的劣化。由此，在cr/(si+al)较低、且从钢板表面至5nm深度的al浓度+si浓度的最大值为15at％以上的情况下，可以改善耐蚀性和耐氧化性。

根据以上的结果，在本实施方式中，从钢板表面至5nm深度的区域的、al浓度的最大值和si浓度的最大值之和优选控制为15at％以上。从低比重化、耐氧化性、耐蚀性的平衡的角度考虑，al浓度的最大值和si浓度的最大值之和进一步优选设定为16at％以上。

由此，即便是本实施方式那样的较低的cr钢，通过活用si和al在钢板表层的浓化，也可以确保耐氧化性和耐蚀性。此外，关于al浓度的最大值和si浓度的最大值之和的上限，并没有特别的限定，但从制造性的角度考虑，优选设定为25at％以下。

在此，关于钢板表层的元素分析，使用esca(electronspectroscopyforchemicalanalysis)来进行。首先，从钢板表面向深度方向进行表面分析，以除氧以外的阳离子分数求出各元素的浓度，从而求出从钢板表面至5nm深度的最大al浓度和最大si浓度之和。

此外，关于在钢板表层以氧化物的形式浓化的al和si有助于耐氧化性和耐蚀性的提高的机理尚不清楚，但可以认为如下。

如本实施方式的钢板那样为比较低的cr的钢促进fe的氧化，在加热时容易生成富fe的氧化皮，因而容易引起异常氧化，耐蚀性也变得不良。但是，可以认为通过在钢板表层形成si和al的氧化物，fe的氧化受到抑制，从而耐氧化性和耐蚀性得以提高。

正如以上所说明的那样，在本实施方式中为了得到优良的耐蚀性和耐氧化性，从钢板表面至5nm深度的区域的al浓度的最大值和si浓度的最大值之和优选设定为15at％以上，但为了实现该参数，要规定冷轧板在退火后的酸洗方法。另外，为了抑制aln的析出量，重要的是规定冷轧板的退火方法。

下面就本实施方式的低比重铁素体系不锈钢板的制造方法进行说明。

本实施方式的钢板的制造方法由炼钢-热轧-热轧板的退火/酸洗-冷轧-冷轧板的退火/酸洗等各工序构成，关于各工序的制造条件，除冷轧板的退火/酸洗工序以外，并没有特别的规定。也就是说，关于除冷轧板的退火/酸洗工序以外的工序，并没有特别的限制，可以适用以往公知的方法。顺便说一下，如果示出具有代表性的制造条件，则如下所述。

在炼钢中，优选的是将含有上述成分组成的钢用转炉熔炼，接着进行2次精炼的方法。熔炼的钢水采用公知的铸造方法(连续铸造)而成为板坯。

板坯被加热至规定的温度，用连续轧制热轧成规定的板厚。

热轧后进行热轧板的退火/酸洗，但热轧板的退火工序也可以省略。

酸洗后的冷轧也可以采用通常的森吉米尔轧机、串列式轧机之中的任一种进行轧制，但考虑到钢板的深拉深性，优选的是串列式轧机轧制。在冷轧中，轧辊粗糙度、轧辊直径、轧制用油、轧制道次次数、轧制速度、轧制温度等条件可以进行适当的选择/设定，以便能够满足本实施方式的钢板的各构成/各条件。

虽然在冷轧后进行冷轧板的退火(最终退火)，但也可以在冷轧的途中加入中间退火。此外，中间以及最终退火无论是间歇式退火还是连续式退火都没关系。另外，各退火只要需要，可以是在氢气或者氮气等无氧化气氛中进行退火的光亮退火，也可以在大气中进行退火。

再者，也可以对本实施方式的钢板实施润滑涂装而进一步提高压力成形，此时的润滑膜的种类可以进行适当的选择。另外，在最终退火后，也可以为形状矫直而施加调质轧制和矫平，但由于招致加工硬化能力的降低，因而优选不施加调质轧制和矫平。

本实施方式在上述冷轧板的退火工序中，将退火温度设定为900℃以上，将900℃～600℃的冷却速度设定为100℃/sec以上。再者，在冷轧板的退火工序后的酸洗工序中，首先在440℃以下的熔融碱金属盐中将冷轧板浸渍5秒钟～30秒钟，然后以50℃/sec以下的冷却速度冷却至常温。接着，在氢氟酸的含量(浓度)为10～30g/l、硝酸的含量(浓度)为20～60g/l、温度为30～60℃的硝氟酸溶液中将冷轧板浸渍10秒钟～60秒钟。

在本实施方式中，为了有效地表现出高温强度，优选抑制aln的析出量。这样一来，为了抑制aln的析出，在本实施方式中，将冷轧板的退火工序的退火温度设定为900℃以上，将900℃～600℃的冷却速度规定为100℃/sec以上。

如果退火温度低于900℃，则在加热时产生aln的析出，不会有效地提高高温强度，因而将退火温度的下限设定为900℃以上。退火温度的上限可以根据钢成分的不同而进行选择，但过度的晶粒生长带来韧性的降低，因而退火温度优选为1100℃以下。

关于冷却速度，为了抑制冷却过程的aln析出，将900℃～600℃的冷却速度设定为100℃/sec以上而高速地进行冷却。在该高速冷却的温度区间低于600℃时，由于以通常的连续退火的线速度不会产生aln的析出，因而在该温度范围规定冷却速度。此外，冷却方法可以从水冷、送风等各种方法中加以选择，以便满足冷却速度。另外，关于冷却速度，从制造性以及板形状的角度考虑，优选为300℃/sec以下。

接着进行酸洗工序，下面就直至限定该酸洗工序的各条件的研究结果进行说明。

如上所述，冷轧板的退火虽然在900℃以上进行，但此时在钢板表层生成以fe、cr为主体的氧化皮。另外，si和al在氧化皮和母材的界面附近以内部氧化层的形式生成。

一般地说，从耐蚀性的角度考虑，退火时的氧化皮有必要完全除去。具体地说，采用中性盐电解处理或者向高温的熔融碱金属盐中的浸渍处理来除去cr氧化物，然后，采用向硝氟酸溶液中的浸渍、根据情况还追加硝酸电解处理来除去fe氧化物，从而形成产品板。再者，为了在含有si和al的钢中完全去除内部氧化层，在较高的温度下实施熔融盐处理，进而采用高浓度的硝氟酸处理进行除鳞。

另一方面，在本实施方式中，如上所述，发现al和si在钢板表层以氧化物的形式浓化，该al和si的内部氧化层的残留有效地有助于耐蚀性和耐氧化性。因此，在酸洗工序中，必须使该si氧化物和al氧化物不会完全溶解。换句话说，对酸洗条件进行设定，以便使退火工序中生成的内部氧化层不会完全除去。由此，可以将钢板表层的al浓度+si浓度设定在上述的范围，从而即便是本实施方式的低cr钢，也可以表现出优良的耐蚀性和耐氧化性。

具体地说，在440℃以下的低温下将冷轧板在熔融碱金属盐中浸渍5秒钟～30秒钟，以便使si和al的氧化物不会因向熔融碱金属盐中的浸渍而完全溶解。之所以这样地进行高速处理，是为了使外层的cr氧化物选择性地溶解，从而防止内部氧化层的si氧化物和al氧化物的溶解。但是，如果太过于高速地进行处理，则氧化皮过度地残留而导致耐蚀性的劣化，因而在向熔融碱金属盐中的浸渍工序中，优选在400℃以上将冷轧板浸渍10秒钟以上。另外，还考虑到生产率，浸渍时间优选为20秒钟以下。

接着，在向熔融碱金属盐中的浸渍处理后，为了除去fe系氧化皮，实施向硝氟酸溶液中的浸渍处理，但与向熔融碱金属盐中的浸渍同样，为了防止al和si的内部氧化层的溶解而高速地进行处理。具体地说，氢氟酸的含量(浓度)设定为30g/l以下、硝酸的含量(浓度)设定为60g/以下、温度设定为60℃以下、浸渍时间设定为60秒钟以下而进行处理。另一方面，如果硝氟酸溶液的浓度和温度、浸渍时间过低，则发生明显的氧化皮残留而使耐蚀性劣化。因此，氢氟酸的含量(浓度)设定为10g/l以上，硝酸的含量(浓度)设定为20g/l以上，温度设定为30℃以上，浸渍时间设定为10秒钟以上。再者，考虑到生产率和制造成本，优选在氢氟酸的含量(浓度)为10～20g/l、硝酸的含量(浓度)为20～50g/l、温度为30～50℃的混酸(硝氟酸溶液)中将冷轧板浸渍10秒钟～30秒钟。

除此以外，在本实施方式中，在前述的向熔融碱金属盐中的浸渍处理和向硝氟酸溶液中的浸渍处理之间，暂且将钢板冷却至常温，但在此时，将向熔融碱金属盐中的浸渍处理以后的冷却速度规定为50℃/秒钟以下。这是为了防止在从于440℃以下进行的向熔融碱金属盐中的浸渍处理的结束时点至常温的冷却过程中的氧化。在该冷却过程中主要发生fe的氧化反应，但除此以外，si和al的内部氧化也得以进行。这是因为在向熔融碱金属盐中的浸渍处理后的冷却速度超过50℃/秒钟时，si和al的氧化不会进行，因而产品板的al和si的内部氧化层的残留变得困难。另一方面，在向熔融碱金属盐中的浸渍处理后的冷却速度过慢的情况下，fe的氧化也明显进行，采用作为后工序的向硝氟酸溶液中的浸渍处理的除鳞变得困难。因此，将向熔融碱金属盐中的浸渍处理后的冷却速度的下限优选设定为10℃/秒钟以上。再者，考虑到生产率和板形状，冷却速度优选为20～40℃/秒钟。

此外，对于熔融碱金属盐处理后的冷却方法并没有进行规定，也可以采用气体冷却以及水冷却之中的任一种。

采用以上说明的制法，可以得到本实施方式的低比重铁素体系不锈钢板。

(实施例)

下面就本发明的实施例进行说明，但实施例的条件是为了确认本发明的实施可能性以及效果而采用的一个条件例，本发明并不局限于在以下的实施例中使用的条件。本发明只要不脱离本发明的要件，可以实现本发明的目的，就可以采用各种条件。

此外，表中的下划线表示偏离本实施方式的范围。

熔炼表1～3所示的成分组成的钢并将其铸造成板坯，然后热轧板坯而制成4mm厚的热轧卷材。然后，对热轧卷材进行酸洗，并冷轧至1.2mm的厚度。在成为再结晶组织的900～1000℃下进行冷轧板的退火，接着，实施酸洗而制成产品板。

此外，关于表4～6的试料的制造条件，酸洗条件在本实施方式的范围内实施，在冷轧板的退火后，900℃～600℃的冷却速度设定为100℃/sec。

对于得到的产品板，进行了比重的测定、加工性的评价、耐蚀性的评价、耐氧化的评价以及高温强度的测定。

关于比重的测定，通过电子天平并采用天平法算出。

关于加工性的评价，在与轧制方向平行的方向上采集jis13号b试验片，按照jisz2241而求出断裂拉伸率。将“常温的断裂拉伸率”为25％以上的试料评价为“○(良好)”，将“常温的断裂拉伸率”低于25％的试料评价为“×(不良)”。

关于高温强度，在与轧制方向平行的方向上采集jis13号b试验片，按照jisg0567实施高温拉伸试验而求出0.2％屈服强度。将“850℃的0.2％屈服强度”超过20mpa的试料评价为“○(良好)”，将“850℃的0.2％屈服强度”为20mpa以下的试料评价为“×(不良)”。

作为耐氧化性试验，在大气中于850℃下进行200小时的连续氧化试验，评价了发生异常氧化或氧化皮剥离的有无(按照jisz2281)。将没有发生异常氧化和氧化皮剥离的试料评价为“○(良好)”，将发生了异常氧化和氧化皮剥离的试料评价为“×(不良)”。

关于耐蚀性的评价，在400℃下对样品进行8小时以下的加热处理，接着进行30个循环的jaso-cct试验。在实施锈掉落处理后，采用使用显微镜的焦点深度法对最大孔蚀深度进行了测定。将最大孔蚀深度低于200μm的试料评价为“○(良好)”，将最大孔蚀深度在200μm以上的试料评价为“×(不良)”。

此外，关于钢板表面的si、al的浓度分析，使用前述的esca进行了测定。

另外，关于aln析出量，也与前述的方法同样，采用提取残渣分析将以aln的形式析出的n量作为aln析出量而进行了测定。

由表4～6表明：具有本实施方式所规定的成分组成的钢板与比较例的钢板相比为低比重，且耐氧化性、耐热性(高温强度)、耐蚀性以及加工性优良。

对于本实施方式的范围内的钢(钢no.a1～a6)，在各种制造条件下制造出钢板。然后，采用上述的方法进行钢板表层内的al浓度和si浓度的解析、耐氧化性、高温强度、加工性以及耐蚀性的评价。表7、8示出了这些试料的制造条件以及评价结果。

由表7、8表明：在本实施方式所规定的制造条件下制造的钢板与比较例相比，耐氧化性、加工性、耐热性、耐蚀性以及高温强度优良。

产业上的可利用性

正如由以上的说明所表明的那样，根据本实施方式，采用比较低的cr成分可以提供耐蚀性和耐氧化性优良、而且加工性也优良的低比重的铁素体系不锈钢板。由此，特别有助于需要高温强度和耐氧化性的排气系统构件等的轻量化，对社会的贡献特别大。