BR112012023149B1

BR112012023149B1 - Aço inoxidável à base de ferrita para uso em componentes de sistema de exaustão de automóvel

Info

Publication number: BR112012023149B1
Application number: BR112012023149-9A
Authority: BR
Inventors: Shunji Sakamoto; Shinichi Teraoka; Nobuhiko Hiraide
Original assignee: Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2019-04-02
Also published as: US9238855B2; EP2548988A4; CN102791899B; WO2011114964A1; EP2548988A1; BR112012023149A2; KR20120118067A; ES2731687T3; CN102791899A; US20130004361A1; JP5586279B2; EP2548988B1; JP2011190504A; KR20150015049A

Abstract

aço inoxidável à base de ferrita para uso em componentes de sistema de exaustão de automóvel. a presente invenção refere-se a aço inoxídável ferrítico para componentes de um sistema de exustão de automóvel que inclui, em termos de porcentagem em massa: c <243> 0,015%; si:0,01% a 0,50%; mn:0,01% a 0,50%; p: 243> 0,010%; n: <243> 0,015%; al:0,010% a 0,100%; cr: 16,5% a 22,5% a 2,0%; e sn: 0,01% a 0,50% e inclui ainda ou um ou ambos de ti: 0,03% a 0,30% e nb: 0,03% a 0,30%, com o restante sendo fe e impurezas inevitáveis.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para AÇO INOXIDÁVEL À BASE DE FERRITA PARA USO EM COMPONENTES DE SISTEMA DE EXAUSTÃO DE AUTOMÓVEL.

CAMPO DA TÉCNICA

A presente invenção refere-se a um aço inoxidável à base de ferrita (aço inoxidável ferrítico) do tipo liga enxuta (lean) (composição tendo teores baixos de elementos de formação de liga) que é excelente em resistência à corrosão após ser aquecido e pode ser preferivelmente usado em componentes de um sistema de exaustão de automóvel. A presente inven10 ção refere-se particularmente a um material de aço inoxidável ferrítico que é apropriado para componentes que são expostos a ambientes de condições de temperatura moderada relativa tais como tubos centrais, silenciosos, cano de descarga, e similar, e pode assegurar suficiente resistência à corrosão após ser aquecido enquanto não contendo nenhum Mo ou contendo uma 15 quantidade de Mo a mais baixa possível, o qual é um elemento de formação de liga caro.

O presente pedido reivindica prioridade do Pedido de Patente Japonês No. 2010-057865 depositado em 15 de março de 2010, cujo conteúdo é aqui incorporado a título de referência.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

Folhas de aço inoxidável ferrítico e tubos de aço têm sido frequentemente usados em componentes de sistemas de exaustão. Por exemplo, o SUH409L é um aço que contém 11% de Cr, onde C e N são fixados por Ti de maneira a prevenir sensibilização de porções soldadas e obter ex25 celente capacidade de usinagem. O SUH409 tem características de temperatura alta suficientes a 700 °C ou menos e, ainda, o SUH409 exibe um certo grau de resistência à corrosão à água condensada; e, então, o SUH409L é mais frequentemente usado. Ainda, aços são também usados, os quais têm resistência aumentada à corrosão por água condensada e resistência à cor30 rosão por sal, tal como AISI439 que contém 17% de Cr e onde C e N são fixados por Ti, SUS436J1L e SUS436L que contêm ainda Mo e similar.

Entretanto, devido à diversificação de combustíveis tais como

2/22 biocombustíveis e similar, ou regulamentações para aperfeiçoamento de quilometragens de gasolina nos últimos anos, ambientes de corrosão para materiais para um sistema de exaustão de automóvel estão mudando. Ainda, em mercados emergentes, uma diminuição no pH de água condensada por 5 gás de exaustão gerada a partir de combustíveis pobres está se tornando um problema. Considerando tais situações, deve ser considerado que um nível maior de resistência à corrosão é requerido. Em resposta ao acima, SUS436L e similar que contêm Mo de maneira a aumentar a resistência à corrosão são considerados como sendo apropriados para materiais para sis10 temas de exaustão na técnica relacionada. No entanto, em uma situação do aumento excessivo atual em preços de recursos, Mo é conhecido como um dos elementos de formação de liga mais caros, e há muito tempo existe o desejo de um novo tipo de aço que não contenha Mo ou contenha uma quantidade de Mo a mais baixa possível, e exiba resistência à corrosão simi15 lar à ou superior àquela do SUS436.

Com relação aos problemas acima, várias técnicas foram propostas na técnica relacionada.

Por exemplo, o Documento de Patente 1 revela um aço que contém ambos de Cu: 0,3% a 2,0% e P: 0,06% a 0,5% ao invés de conter Mo de 20 maneira a assegurar resistência à corrosão similar à ou superior àquela de um aço 17Cr-1Mo. No entanto, uma vez que ambos o Cu e o P são elementos de reforço de solução sólidos, deterioração da capacidade de usinagem é inevitavelmente causada quando uma grande quantidade de Cu e P é incluída. Capacidade de usinagem bem como resistência à corrosão é tam25 bém uma propriedade indispensável para materiais que são aplicados a componentes em sistemas de exaustão; e, então, é difícil aplicar o aço descrito acima aos componentes em sistemas de exaustão.

O Documento de Patente 2 revela um aço que contém ambos o Cu: 0,5% a 2,0% e ο V: 0,05% a 2,0% ao invés de conter Mo de maneira a 30 assegurar resistência à corrosão similar à ou superior àquela de um aço 17Cr-0,5Mo. No entanto, similarmente ao Documento de Patente 1, uma vez que Cu é um elemento de reforço de solução sólido, deterioração da capaci3/22 dade de usinagem é inevitavelmente causada quando uma quantidade grande de Cu é incluída. Ainda, similarmente a Mo, V tem um problema de ser um elemento de formação de liga caro.

O Documento de Patente 3 revela um aço onde a quantidade de

Si é reduzida a fim de assegurar capacidade de usinagem e 0,01% a 1,0% de Co está incluído a fim de aperfeiçoar a resistência à corrosão sem prejudicar a capacidade de usinagem, e no aço, resistência à corrosão similar àquela de aço 18Cr-Mo é assegurada. No entanto, um pequeno teor, aproximadamente 0,05%, de Co é suficiente apenas no caso onde aproximada10 mente 25% de Cr são incluídos. O teor de Co precisa ser aproximadamente

0,5% no caso onde aproximadamente 18% de Cr estão incluídos. Ainda, similar a Mo, Co também tem um problema de ser um elemento de formação de liga caro e raro.

O Documento de Patente 4 revela um aço onde um ou ambos o

Ni: 0,1% a 2,0% e o Cu: 0,1% a 1,0% estão incluídos em uma quantidade total de 0,6% ou mais de maneira a aumentar a resistência à corrosão sem incluir Mo. No entanto, a fim de obter resistência à corrosão superior àquela de SUS436L, é necessário incluir quantidades grandes de elementos de formação de liga, tal como aço contendo 20% de Cr e 1% de Ni. Desta ma20 neira, há um problema pelo fato de que a técnica descrita acima não reduz necessariamente os custos. Ainda, Cu é um elemento que reforça um aço mais do que Mo, e há um problema que a capacidade de usinagem deteriora mesmo em um teor de Cu baixo.

Entretanto, como uma técnica interessante que é aproximada25 mente consistente com o propósito da presente invenção, que é uma liga enxuta (composição tendo teores baixos de elementos de formação de liga), foi revelada uma técnica onde um aço inoxidável contém quantidades extremamente pequenas de Sn e Sb, que são elementos de formação de liga e tiveram pouca atenção na técnica relacionada, de maneira a aperfeiçoar as características do aço.

Por exemplo, o Documento de Patente 5 revela um aço inoxidável ferrítico que contém 0,02% a 0,2% de Sb de maneira a aperfeiçoar a re4/22 sistência à oxidação. O Documento de Patente 6 revela uma folha de aço inoxidável ferrítico que contém um ou ambos de Sn e Sb em um teor de 0,005% a 0,01% de maneira a prevenir corrosão intergranular de P. Desta maneira, não ocorrem arranhões na superfície que são causados por corro5 são intergranular quando a folha de aço é conservada usando ácido sulfúrico. Ainda, o Documento de Patente 7 revela que é eficaz incluir 0,5% ou menos de Sn para supressão de corrosão intergranular que é causada por carbonitridas de Cr em zonas afetadas por calor soldadas.

No entanto, nas técnicas descritas acima, não há nenhuma des10 crição com relação à resistência à corrosão por sal e a resistência à corrosão por água condensada após aquecimento dos componentes em sistemas de exaustão, o que será tratado na presente invenção.

Entretanto, nos últimos anos, foi dada atenção a um efeito de Sn e Sb para aperfeiçoamento de resistência à corrosão de maneira a desen15 volver um novo tipo de aço.

Por exemplo, o Documento de Patente 8 revela uma folha de aço inoxidável ferrítico que contém um ou ambos de Sn e Sb, e é excelente em resistência à corrosão de fenda. Ainda, o Documento de Patente 9 também revela um aço inoxidável ferrítico que contém Sn e Sb como elementos 20 seletivos a fim de suprimir fluxo de ferrugem a partir das porções de fenda.

Todas as técnicas descritas acima lidam com corrosão de fenda.

No aço inoxidável ferrítico, é necessário incluir teores apropriados de elementos de formação de liga a fim de suprimir a corrosão da fenda. Desta maneira, nessas técnicas, os teores de elementos de formação de liga são 25 geralmente grandes; e, então, características outras que não a resistência à corrosão (por exemplo, capacidade de usinagem e custos) não satisfazem necessariamente os níveis satisfatórios. Desta maneira, há uma possibilidade de melhor otimização.

DOCUMENTO DA TÉCNICA ANTERIOR

Documento de Patente

Documento de Patente 1: Pedido de Patente Não Examinado

Japonês, Primeira Publicação No. H6-145906

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Documento de Patente 2: Pedido de Patente Examinado Japonês, Segunda Publicação No. S64-4576

Documento de Patente 3: Publicação Concedida de Patente Japonesa No. 2756190

Documento de Patente 4: Pedido de Patente Não Examinado Japonês, Primeira Publicação No. 2007-92163

Documento de Patente 5: Pedido de Patente Não Examinado Japonês, Primeira Publicação No. 2005-146345

Documento de Patente 6: Pedido de Patente Não Examinado Japonês, Primeira Publicação No. H11-92872

Documento de Patente 7: Pedido de Patente Não Examinado Japonês, Primeira Publicação No. 2002-38221

Documento de Patente 8: Pedido de Patente Não Examinado Japonês, Primeira Publicação No. 2008-190003

Documento de Patente 9: Pedido de Patente Não Examinado Japonês, Primeira Publicação No. 2009-97079

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Problemas a Serem Resolvidos pela Invenção

A presente invenção tem como objetivo prover um aço que não contenha Mo ou uma quantidade reduzida de Mo e tenha resistência à corrosão e capacidade de usinagem similares à ou superiores àquelas de SUS436L (à base de 17Cr-1.2Mo).

Entretanto, a resistência à corrosão tratada na presente invenção refere-se à resistência à corrosão por água condensada e resistência à corrosão por sal em porções planares gerais requeridas em componentes em sistemas de exaustão que são usados em faixa de temperatura relativamente baixa, tais como silenciosos e similar. Particularmente, a presente invenção lida com a resistência à corrosão após um material ser aquecido de maneira a formar uma película de óxido, isto é, uma característica de corrosão por perfuração que determina as vidas úteis de componentes em sistemas de exaustão. Entretanto, na presente invenção, o ambiente de aquecimento é suposto ser uma atmosfera a 40°C. Ainda, resistência à corrosão

6/22 após o material ser mantido por 8 horas, que é um tempo suficiente para formar uma película de óxido no ambiente de aquecimento, será considerada.

Meios para Resolver o Problema

Os presentes inventores realizaram um grande número de testes de corrosão por sal e testes de corrosão por água condensada em uma variedade de materiais de aço inoxidável. Como resultado, foi constatado que resistência à corrosão após aquecimento é aperfeiçoada muito através da adição de uma quantidade apropriada de ambos o Sn e o Ni, e este efeito é mais forte do que o efeito de Mo.

A presente invenção é baseada na constatação acima, e as características são mostradas abaixo.

(1) Um aço inoxidável férrico para componentes de um sistema de exaustão de automóvel de acordo com um aspecto da presente invenção inclui, em termos de porcentagem em massa: C: 0,015%; Si: 0,01% a 0,50%; Mn: 0,01% a 0,50%; P: < 0,050%; S: < 0,010%; N: < 0,015%; Al: 0,010% a 0,100%; Cr: 16,5% a 22,5%; Ni: 0,5% a 2,0%; e Sn: 0,01% a 0,50%, e inclui ainda ou um ou ambos de Ti: 0,03% a 0,30% e Nb: 0,03% a 0,30%, com o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis.

(2) O aço inoxidável ferrítico para componentes de um sistema de exaustão de automóvel de acordo com (1) acima pode incluir ainda, em termos de porcentagem em massa, B: 0,0002% a 0,0050%.

(3) O aço inoxidável ferrítico para componentes de um sistema de exaustão de automóvel de acordo com (1) ou (2) acima pode incluir ainda, em termos de porcentagem em massa, ou um ou ambos de Mo: 0,01% a 0,50% e Cu: 0,01% a 0,35%.

Efeitos da Invenção

De acordo com o aspecto da presente invenção, é possível prover um aço que não contém Mo ou uma quantidade reduzida de Mo e tem resistência à corrosão após aquecimento e capacidade de usinagem similares à ou superiores àquelas de SUS436L. Desta maneira, os efeitos industriais são grandes.

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BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista mostrando a influência de Mo, Sn e Ni que afetam a resistência à corrosão após aquecimento, onde a figura (a) é uma vista mostrando resistência à corrosão por sal e a figura (b) é uma vista mostrando resistência à corrosão por água condensada.

A figura 2 é uma vista mostrando faixas apropriadas para os teores de Sn e Ni a fim de assegurar a capacidade de usinagem similar àquela de SUS436L.

MELHOR MODO DE REALIZAR A INVENÇÃO

Os inventores investigaram resistência à corrosão por sal e resistência à corrosão por água condensada após um tratamento com calor de 400°C x 8 h usando folhas de aço onde o teor de Cr, que controla a resistência à corrosão, foi fixado em 17%, e os teores de Mo, Sn e Ni foram variados, e as folhas de aço contendo ambos Sn e Ni.

A resistência à corrosão por sal foi avaliada através do teste de corrosão de ciclo combinado definido em JASO-M609-91. Aqui, no teste de corrosão de ciclo combinado, pulverização de água salgada, secagem e umidificação foram realizadas repetidamente. Durante a pulverização de água salgada, uma solução de NaCI 5% foi pulverizada nos espécimens a 35°C por 2 horas. Durante a secagem, os espécimens foram deixados descansar em uma atmosfera tendo uma umidade relativa de 20% a 60°C por 4 horas. Durante a umidificação, os espécimens foram deixados descansar em uma atmosfera tendo uma umidade relativa de 90% a 50°C por 2 horas.

A resistência à corrosão por água condensada foi avaliada através de um teste de corrosão por água condensada baseado em JASOM611-92-A. Aqui, as condições do teste de corrosão por água condensada diferem daquelas de padrões JASO pelo fato da concentração de íons de Cl no fluido de corrosão ter mudado para 1000 ppm.

Um exemplo dos resultados é mostrado na figura 1. A figura 1 é uma vista mostrando as relações entre o teor de um elemento de formação de liga e a profundidade de corrosão máxima, onde a figura (a) mostra os resultados de corrosão por sal e a figura (b) mostra os resultados de corro8/22 são por água condensada. O teor dos elementos de formação de liga conforme mostrado ao longo do eixo horizontal na figura 1 refere-se ao respectivo teor de Mo, Ni e Sn conforme descrito na legenda (descrição dos sinais de referência) na figura 1. “Ni + Sn 0,14%” na legenda indica que o teor de Sn é fixado para 0,14% e o teor de Ni é variado conforme mostrado no eixo horizontal na figura 1. Similarmente, “Sn + Ni 0,61%” indica que o teor de Ni é fixado para 0,61% e o teor de Sn é variado conforme mostrado no eixo horizontal na figura 1.

É evidente a partir da figura 1 que todos de Mo, Sn e Ni aperfeiçoam a resistência à corrosão. Particularmente, foi constatado que Sn é um elemento que desenvolve um efeito de aperfeiçoamento de resistência à corrosão aproximadamente 2,5 vezes mais do que Mo. Ainda, foi constatado que Ni é um elemento que desenvolve um efeito de aperfeiçoamento de resistência à corrosão tanto quanto Mo. Desta maneira, pode ser compreendido que Ni ou Sn sozinho pode substituir Mo; no entanto, foi constatado que o efeito se torna mais forte no caso onde ambos o Ni e o Sn estão incluídos. Particularmente, no caso onde Ni é incluído junto com uma pequena quantidade, aproximadamente 0,1% de Sn, o teor de Ni pode ser reduzido para aproximadamente 2/3 do teor de Ni no caso onde Ni sozinho é incluído. Uma vez que ambos o Ni e o Sn são elementos de reforço de solução sólidos que deterioram a capacidade de usinagem, o efeito de redução do efeito de Ni pela adição de uma quantidade pequena de Sn produz méritos não apenas para economia de recurso e redução de custos da liga, mas também para capacidade de usinagem. Desta maneira, um aço onde ambos o Sn e o Ni foram adicionados poderia ser avaliado ser um tipo de aço tendo propriedades suficientes para substituição de um aço contendo Mo.

Um mecanismo para desenvolvimento de tal efeito devido à copresença de Sn e Ni não é esclarecido ainda. No entanto, ambos o Sn e o Ni presumivelmente exibem ações de supressão de dissolução ativa e promoção de repassivação em uma etapa de progresso de corrosão, porque ambos o Sn e o Ni são elementos não tendo nenhum efeito em uma etapa de ocorrência de corrosão. Ainda, é também suposto que Sn e Ni contribuam

9/22 para uma ação de densificação de uma película de óxido que é formada através de um tratamento com calor. Essas ações não são úteis para um problema de ocorrência de ferrugem tal como ferrugem inicial; no entanto, essas ações são úteis para aperfeiçoamento de vida útil de perfuração. Desta maneira, as ações descritas acima podem ser modos ótimos de aperfeiçoamento de componentes em sistemas de exaustão para os quais a vida útil é mais importante do que a aparência.

Em seguida, para materiais que foram usados na investigação de resistência à corrosão, capacidade de usinagem foi também investigada. Um espécime de teste No. 13B em JIS X2201 foi fabricado e um teste de tensão foi realizado usando o espécime de teste de maneira a medir o alongamento total. A capacidade de usinagem foi avaliada usando o valor medido do alongamento total. Os resultados obtidos são mostrados na figura 2. A figura 2 mostra as faixas dos teores de Sn e Ni onde capacidade de usinagem similar pode ser assegurada quando o valor de alongamento (30,7%) de SUS436L é usado como um padrão de comparação. Com base no acima, foi constatado que o limite superior do teor de Sn é preferivelmente ajustado para 0,5% e o limite superior do teor de Ni é preferivelmente ajustado 2,0%.

A partir do acima, no caso onde uma quantidade apropriada de ambos o Sn e o Ni é adicionada a um aço, o aço pode ser avaliado como estando disponível para uso real como um material para sistemas de exaustão que substitui SUS436L.

Entretanto, uma pequena quantidade de Mo e Cu pode ser incluída a fim de melhorar mais a resistência à corrosão embora tal inclusão seja contrária ao propósito de liga enxuta. No entanto, o efeito de Mo e Cu para aperfeiçoamento da resistência à corrosão é menor do que o efeito da copresença de Sn e Ni (o efeito que pode ser obtido quando Sn e Ni estão presentes juntos). Desta maneira, Mo e Cu não são preferivelmente incluídos ao invés de Sn e Ni. Ainda, é necessário considerar que inclusão de Mo e Cu não apenas aumenta os custos da liga, mas também deteriora a capacidade de usinagem ou capacidade de fabricação. O limite superior do teor de Cu é preferivelmente ajustado para 0,35% e o limite superior do teor de Mo é pre10/22 ferivelmente ajustado para 0,50%.

Daqui em diante, as ações dos elementos de formação de liga na modalidade e razões pelas quais os seus teores são limitados serão descritas em detalhes.

C, N: C e N são elementos que causam corrosão intergranular em zonas afetadas por calor soldadas e C e N deterioram a resistência à corrosão após aquecimento. Ainda, C e N deterioram a capacidade de usinagem a frio. Desta maneira, os teores de C e N devem ser suprimidos para um nível o mais baixo possível, e cada um dos limites superiores dos teores de C e N é preferivelmente 0,015% e mais preferivelmente 0,010%.

Si: Si tem uma ação de aperfeiçoamento da resistência à corrosão após aquecimento; e, então, 0,01% ou mais de Si está incluído. No entanto, uma vez que Si deteriora a capacidade de usinagem, uma grande quantidade de Si não deve ser incluída, e o limite superior do teor de Si é preferivelmente limitado a 0,50%. O teor de Si está preferivelmente na faixa de 0,05% a 0,30%.

Mn: Mn também tem uma ação de aperfeiçoamento da resistência à corrosão após aquecimento; e, então, 0,01% ou mais de Mn é incluído. No entanto, uma vez que Mn deteriora a capacidade de usinagem, uma grande quantidade de Mn não deve ser incluída, e o limite superior do teor de Mn é preferivelmente limitado a 0,50%. O teor de Mn está preferivelmente em uma faixa de 0,05% a 0,30%.

P: P é um elemento que deteriora a capacidade de usinagem. Desta maneira, o teor de P é desejavelmente limitado a um nível o mais baixo possível. O limite superior permissível do teor de P é ajustado para 0,050%. O limite superior do teor de P é preferivelmente 0,030%.

S: S é um elemento que deteriora a resistência à corrosão após aquecimento. Desta maneira, o teor de S é desejavelmente limitado a um nível o mais baixo possível. O limite superior permissível do teor de S é ajustado para 0,010%. O limite superior do teor de S é preferivelmente 0,0050% e mais preferivelmente 0,0030%.

Cr: Cr é um elemento básico para assegurar a resistência à cor11/22 rosão após aquecimento e é essencial incluir uma quantidade apropriada de Cr. É necessário ajustar o limite inferior do teor de Cr para 16,5%. Entretanto, o limite superior do teor de Cr é preferivelmente ajustado para 22,5% a partir dos pontos de vista do fato que Cr é um elemento que deteriora a capacidade de usinagem e da necessidade de suprimir custos da liga. O teor de Cr está preferivelmente em uma faixa de 16,8% a 19,5%.

Al: Al é útil como um elemento de desoxidação e o Al tem uma ação de aperfeiçoamento da resistência à corrosão após aquecimento. Desta maneira, 0,010% ou mais de Al está incluído. No entanto, uma vez que Al deteriora a capacidade de usinagem, uma grande quantidade de Al não deve ser incluída. O limite superior do teor de Al é preferivelmente limitado a 0,100%. O teor de Al está preferivelmente em uma faixa de 0,020% a 0,060%.

Na modalidade, ou um ou ambos de Ti e Nb estão incluídos.

Ti: Ti tem uma ação de fixação de C e N na forma de cabonitridas a fim de suprimir corrosão intergranular. Desta maneira, no caso onde Ti é incluído, o limite inferior do teor de Ti é ajustado para 0,03%. No entanto, uma vez que o efeito se torna saturado, e a capacidade de usinagem é prejudicada mesmo quando uma quantidade excessiva de Ti é incluída, o limite superior do teor de Ti é ajustado para 0,30%. O limite superior do teor de Ti é preferivelmente 0,20%. Entretanto, o teor de Ti está preferivelmente em uma faixa de 5 vezes ou mais a 30 vezes ou menos da soma dos teores de CeN.

Nb: Similarmente a Ti, Nb tem uma ação de fixação de C e N na forma de carbonitridas de maneira a suprimir corrosão intergranular. Desta maneira, no caso onde Nb é incluído, o limite inferior do teor de Nb é ajustado para 0,03%. No entanto, uma vez que a capacidade de usinagem é prejudicada mesmo quando uma quantidade excessiva de Nb é incluída, o limite superior do teor de Nb é ajustado para 0,30%. O teor de Nb está preferivelmente na faixa de 0,03% a 0,10%.

Sn: Sn é extremamente útil como um elemento que aperfeiçoa muito a resistência à corrosão após aquecimento mesmo quando o teor é

12/22 baixo e Sn é um elemento de formação de liga que serve como uma base do aço inoxidável da modalidade. O limite inferior do teor de Sn é ajustado para 0,01%. O limite inferior do teor de Sn é preferivelmente 0,05%. Por outro lado, Sn é um elemento que prejudica a capacidade de usinagem e Sn também prejudica a tenacidade de porções soldadas. Desta maneira, não é desejável que mais de 0,5% de Sn seja incluído. O limite superior do teor de Sn é preferivelmente 0,4% e mais preferivelmente 0,3%.

Ni: No caso onde ambos o Ni e o Sn são adicionados, a resistência à corrosão após aquecimento é aperfeiçoada muito mesmo quando o teor de Ni é relativamente pequeno. Ni é um elemento extremamente útil e Ni é um elemento de formação de liga que serve como uma base do aço inoxidável da modalidade. O limite inferior do teor de Ni é 0,5%. Entretanto, no caso onde o teor de Ni se torna excessivo, uma estrutura martensita aparece e endurece. Desta maneira, o limite superior do teor de Ni é ajustado para 2,0%. O limite superior do teor de Ni é preferivelmente 1,5% e mais preferivelmente 1,0%.

O aço inoxidável na modalidade pode conter os elementos opcionais que seguem de acordo com a necessidade.

Β: B é um elemento útil que suprime a corrosão intergranular de Sn de maneira a prevenir fragilização de trabalho secundário causada por degradação de resistência de limite de grão ou deterioração da capacidade de usinagem a quente. B é um elemento que não tem nenhuma influência sobre a resistência à corrosão após aquecimento. Desta maneira, B pode ser incluído de acordo com a necessidade, e o limite inferior do teor de B é ajustado para 0,0002%. No caso onde o teor de B excede 0,0050%, a capacidade de usinagem a quente deteriora inversamente; e, então, o limite superior do teor de B é preferivelmente ajustado para 0,0050%. O teor de B está preferivelmente em uma faixa de 0,0004% a 0,0015%.

Mo: No caso onde resistência à corrosão final após aquecimento é buscada, uma pequena quantidade de Mo pode ser incluída embora tal inclusão seja contrária à definição de uma liga enxuta (redução dos teores de elementos de formação de liga) e custos baixos. No caso onde Mo é in13/22 cluído, o limite inferior do teor de Mo é ajustado para 0,01%. Desta maneira, se torna mais fácil sobrepujar a resistência à corrosão de SUS436L após aquecimento. Ainda, uma vez que é necessário manter o teor de Mo em um nível mínimo necessário em uma faixa onde a capacidade de usinagem não deteriore, o limite superior do teor de Mo é ajustado para 0,50%. O limite superior do teor de Mo é preferivelmente 0,3% e mais preferivelmente 0,2%.

Cu: Similarmente a Mo, no caso onde resistência à corrosão final após aquecimento é buscada, uma pequena quantidade de Cu pode ser incluída embora tal inclusão seja contrária à definição de uma liga enxuta (redução do teor de elementos de formação de liga) e custos baixos. No caso onde Cu é incluído, o limite inferior do teor de Cu é ajustado para 0,01%. Desta maneira, se torna mais fácil sobrepujar a resistência à corrosão de SUS436L após aquecimento. Ainda, uma vez que é necessário manter o teor de Cu em um nível mínimo necessário em uma faixa onde capacidade de usinagem não deteriore, o limite superior do teor de Cu é ajustado para 0,35%. O teor de Cu está preferivelmente em uma faixa de 0,10% a 0,30%.

Uma folha de aço inoxidável comum para componentes em sistemas de exaustão é fabricada através do método que segue. Primeiro, um aço é derretido e refinado em um conversor ou um forno elétrico de maneira a fabricar uma chapa (massa de ferro que sai da forja, lingote). Em seguida, a chapa é submetida a enrolamento a quente, decapagem, enrolamento a frio, anelamento, decapagem de acabamento e similar de maneira a fabricar uma folha de aço. Ainda, um tubo de aço inoxidável comum para componentes em sistemas de exaustão é fabricado submetendo a folha de aço inoxidável descrita acima como um material à solda de resistência elétrica, soldagem TIG, soldagem a laser ou similar.

O aço inoxidável ferrítico tendo a composição descrita acima é fabricado em folhas de aço através de um método comum de fabricação de uma folha de aço inoxidável para componentes em sistema de exaustão. Ainda, o aço inoxidável ferrítico tendo a composição descrita acima é fabricado em tubos soldados através de um método comum de fabricação de um tubo de aço inoxidável para componentes em sistemas de exaustão.

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A folha de aço inoxidável ferrítico fabricada da maneira acima é preferivelmente melhor do que SUS436J1L em termos de capacidade de usinagem, e o alongamento total é preferivelmente 30,7% ou mais. O alongamento total é medido através do teste de tensão definido em JISZ2201. Com relação à folha de aço inoxidável tendo os componentes da modalidade que é fabricada usando um método comum, é possível obter um alongamento total em uma faixa favorável.

A resistência à corrosão após aquecimento que é definida na modalidade é avaliada usando a profundidade de corrosão máxima que é medida através do método que segue. Primeiro, um espécime de teste de corrosão de uma folha planar é posicionado em uma atmosfera de ar a 400°C por 8 horas. Em seguida, o espécime de teste de corrosão tratado com calor é submetido a um teste de corrosão de ciclo combinado e um teste de corrosão de água condensada de maneira a medir a profundidade de corrosão máxima.

O teste de corrosão de ciclo combinado é realizado de acordo com JASO-M609-91. Então, a profundidade de corrosão máxima do espécime de teste após o teste de corrosão é medida. O teste de corrosão por água condensada é realizado com base em JASO-M611-92-A exceto que a concentração de íons de Cl em um líquido de corrosão é ajustada para 1000 ppm. Então, a profundidade de corrosão máxima do espécime de teste após o teste de corrosão é medida. Os resultados obtidos da profundidade de corrosão máxima são comparados com as profundidades de corrosão máximas de SUS436L que é um padrão de comparação de maneira a avaliar méritos relativos.

A razão pela qual o tratamento com calor é realizado no espécime de teste de corrosão em uma atmosfera de ar antes do teste de corrosão é que é necessário incorporar condições que os componentes em um sistema de exaustão em um veículo real encontram (isto é, condições onde uma película de óxido é formada devido à temperatura alta do gás de exaustão). Esta película de óxido tem uma influência sobre a concentração de Cr na interface entre a película e o metal base, e a película de óxido age de manei15/22 ra a blindar as substâncias ambientais. Desta maneira, no caso onde o tratamento com calor que forma a película de oxido não é realizado, as características de corrosão de componentes em um sistema de exaustão de um veículo real não podem ser simuladas, e avaliação válida não é possível. Sn e Ni que estão incluídos na modalidade não apenas aperfeiçoam a resistência à corrosão do metal base, mas também têm influências sobre o comportamento de crescimento, densificação e similar da película de óxido. Desta maneira, Sn e Ni contribuem para o efeito de blindagem das substâncias de corrosão da película de óxido. Como resultado, é suposto que Sn e Ni exibam uma ação de aperfeiçoamento da resistência à corrosão após aquecimento.

Entretanto, a razão pela qual a concentração de íons de Cl é ajustada para 1000 ppm no teste de corrosão por água condensada será mostrada abaixo. No caso onde a concentração de íons de Cl é 100 ppm conforme descrito em padrões JASO, um aço inoxidável classe SUS436L raramente corrói, e então são casos onde os resultados de avaliação divergem dos problemas de corrosão (exemplos de corrosão reais) de um veículo real (há casos onde nenhuma relação é observada entre os resultados de avaliação e os exemplos de corrosão reais de um veículo real). Desta maneira, a fim de ajustar condições mais claras com base nos exemplos de corrosão reais que ocorrem em um veículo real, a concentração de íons de Cl é ajustada para 1000 ppm.

EXEMPLOS

Com base nos exemplos, a modalidade será descrita em mais detalhes.

150 kg de aços tendo as composições conforme mostrado nas Tabelas 1 e 2 foram derretidos em um forno de derretimento a vácuo e os aços foram fundidos de maneira a produzir 50 kg de lingotes. Em seguida, os lingotes foram submetidos a processos de enrolamento a quente - anelamento de folhas enroladas com calor - decapagem - enrolamento a frio anelamento - decapagem de acabamento de maneira a fabricar folhas de aço inoxidável tendo uma espessura de 1,2 mm.

16/22

No processo de fabricação de folhas enroladas a quente, lingotes tendo uma espessura de material de 90 mm foram submetidos a 9 passagens de enrolamento com calor em uma temperatura de aquecimento de 1160°C de maneira a obter uma espessura de folha de 3,2 mm. Então, as folhas foram submetidas a esfriamento com água. No processo de anelamento de folha enrolada com calor, as folhas enroladas com calor foram submetidas a esfriamento com ar a 940°C por 3 minutos. No processo de fabricação das folhas enroladas a frio, as folhas enroladas a quente tendo uma espessura de folha de 3,2 mm foram submetidas a enrolamento a frio de maneira a obter uma espessura acabada de 1,0 mm. No processo de anelamento, as folhas enroladas a frio foram submetidas a esfriamento com ar a 920°C por 1 minuto. No processo de decapagem das folhas enroladas com calor, as folhas enroladas com calor foram submetidas a jateamento, e então as folhas enroladas com calor sofreram decapagem usando uma solução aquosa de ácido sulfúrico. No processo de decapagem de acabamento, a decapagem foi realizada usando uma solução aquosa de ácido fluorídrico nítrico (uma mistura líquida de ácido nítrico e ácido fluorídrico).

Nas Tabelas 1 e 2, os valores de componentes fora das faixas definidas na modalidade são sublinhados. Ainda, um restante que não os elementos descritos nas Tabelas 1 e 2 é ferro e impurezas inevitáveis.

Espécimens de teste de corrosão foram obtidos de cada uma das folhas de teste, e faces de teste foram polidas usando lixa de papel 600 Emery. Em seguida, os espécimens de teste de corrosão foram submetidos a tratamento com calor em um forno de atmosfera de ar em uma temperatura de 400°C por 8 horas. Os espécimens de teste de corrosão tratados com calor foram submetidos a um teste de corrosão de ciclo e um teste de corrosão por água condensada. No teste de corrosão de ciclo, pulverização de água salgada, secagem e umedecimento foram repetidamente realizados de acordo com JASO-M609-91 que simulou um ambiente com sal. Durante pulverização de água salgada, uma solução de NaCI 5% foi pulverizada nos espécimens em uma temperatura de 35°C por 2 horas. Durante a secagem, os espécimens foram deixados descansar em uma atmosfera tendo uma

17/22 umidade relativa de 20% em uma temperatura de 60°C por 4 horas. Durante o umedecimento, os espécimens foram deixados descansar em uma atmosfera tendo uma umidade relativa de 90% a 50°C por 2 horas. O teste de corrosão por água condensada foi realizado com base em JASO-M611-92-A exceto que a concentração de íons de Cl no líquido de teste foi ajustada para 1000 ppm.

Os espécimens de teste de corrosão após o término dos testes de corrosão foram submetidos a tratamento de retirada de ferrugem e, então, a profundidade de corrosão máxima foi medida através de um método de profundidade focal de microscópio.

Ainda, em paralelo com os testes de corrosão, a fim de avaliar a capacidade de usinagem, um espécime de teste No. 13B em JIS Z2201 foi fabricado a partir de cada uma das folhas de aço e um teste de tensão foi realizado. Então, o alongamento total do espécime de teste na direção de comprimento da folha foi avaliado.

No caso onde a razão da profundidade de corrosão máxima para a profundidade de corrosão máxima de SUS436L (a profundidade de corrosão máxima do espécime de folha de aço/a profundidade de corrosão máxima de SUS436L) foi menos do que 1, a resistência à corrosão foi avaliada ser boa. Ainda, no caso onde o valor do alongamento total não foi menos do que o valor (30,7%) do alongamento total de SUS436L, a capacidade de usinagem foi avaliada ser boa.

Os resultados do teste são mostrados na Tabela 3.

18/22

Tabela 1

Nota

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19/22

Tabela 2

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Componentes Químicos (% em massa)	z	NCD O O Ô	0,0069	0,0073	0,0059	0,0069	0,0060	6Ζ00Ό	LO in o o o'	0,0074	0,0071	0,0069	0,0057	0,0056	Ζ900Ό	0,0069	0,0073
Nb	1				1	t				1	l	1		I
i—	0,211	0,190	0,174	0,161	0,221	0,211	0,207	δ d	0,198	0,201	0,205	0,202	0,189	0,211	0,209	0,191	0,188
Sn	0,00	o	0,31	0,30	0,30	0,20	0,10	o	0,14	o o o		0,00	o o o		o CD O		0,00	0,54	0,30	0,48
iz	0,00	0,51	0,25	0,25	0,00	0,00	0,00	o o ôl	0,30	0,51	0,71	0,98	0,31		0,11	0,52	2,12	2,15
u. õ	17,15	16,15 I		δ σ>~ T—	00 o	r-“	17,01	CO o rb	O) σ> CD	17,02	17,01	16,99	17,01	17,03	16,99	17,02	17,01	17,12
<	0,069	0,061	0,061	0,055	0,051	0,052	00 Mo o	δ o CD	0,069	0,044	0,052	0,048	0,051	0,069	0,044	0,051	0,059
co	0,0011	0,0009	0,0012	0,0016	0,0011 1’	0,0021	0,0012	o o o o	o o o	0,0011	0,0021	0,0012	o δ o o	0,0011	0,0018	0,0013	0,0018
CL	0,021	0,020	0,021	0,019	0,018	0,018	0,018	00 o o'	0,018	00 δ CD	0,018	00 δ θ'	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018
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ω	o θ'	0,15	0,09	0,09	o'	0,15	0,13	Lf> o	0,16	0,15	0,13	0,14	0,15	0,09	0,15	0,21	0,19
o	0,0028	0,0029	0,0025	0,0022	0,0042	0,0035	0,0028	IO CM O O o'	0,0032	0,0029	0,0031	0,0035	0,0033	0,0031	0,0025	0,0037	0,0036
	ó z.	o	102	103	104	105	106	107	CO O	σ> o T—	O T“	-	CM	CO T“		UD	CD
O a. i—	Exemplo Comparativo

20/22

Tabela 3

Nota

Capacidade de Usinagem

Alongamento (%)

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31,9 |

31,4

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I 31,5

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30,9

31,7

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| 32,0

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Razão da profundidade de corrosão máxima para a profundidade de corrosão máxima de SUS436L

Corrosão por água condensada

0,97 1

0,76

0,55 |

0,41

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0,17

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0,62

| 0,31

0,17

0,68

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0,35

Corrosão por sal

0,96 |

0,78

0,70 |

0,65

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0,57

| 0,35

0,26

0,78

0,52

0,89

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| 0,98

0,51

0,59

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Corrosão por água condensada

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Tipo

Exemplo

21/22

Tabela 3 (continuação)

Nota

SUS436L |

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22/22

Na modalidade, o objetivo é aperfeiçoar a resistência à corrosão após aquecimento de maneira a não ser menor do que aquela de SUS436L. Desta maneira, na Tabela 3, a razão da profundidade de corrosão máxima do espécime de folha de aço para a profundidade de corrosão máxima de SUS436L (a profundidade de corrosão máxima do espécime de folha de aço/a profundidade de corrosão máxima de SUS436L) é mostrada.

Entretanto, o Exemplo Comparativo No. 101 é SUS436L.

Uma vez que o Exemplo Comparativo No. 102 tem um teor pequeno de Cr, resistência à corrosão suficiente não pôde ser obtida. Nos Exemplos Comparativos Nos. 103 a 109, os teores de Ni estavam fora da faixa definida na modalidade. Nos Exemplos Comparativos Nos. 110 a 112, os teores de Sn estavam fora da faixa definida na modalidade. Nos Exemplos Comparativos Nos. 113 a 114, os teores de Sn e Ni estavam fora da faixa definida na modalidade. Desta maneira, com relação aos Exemplos Comparativos Nos. 103 a 114, a resistência à corrosão após aquecimento foi insuficiente. Com relação aos Exemplos Comparativos Nos. 115 e 117, uma vez que os teores de Sn ou Ni eram muito grandes, os valores de alongamento foram menores do que o valor de SUS436L; e, então, a capacidade de usinagem foi insuficiente.

Por outro lado, nos Exemplos Nos. 1 a 17, os teores dos elementos de formação de liga foram apropriados e ambas a resistência à corrosão após aquecimento e a capacidade de usinagem foram valores suficientemente satisfatórios que não foram menores do que aqueles de SUS436L.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

O aço inoxidável ferrítico de acordo com o aspecto da invenção não contém Mo ou uma quantidade reduzida de Mo, e tem resistência à corrosão e capacidade de usinagem que são similares a ou superiores àquelas de SUS436L. Desta maneira, o aço inoxidável ferrítico de acordo com o aspecto da invenção pode ser preferivelmente aplicado como um material para uso em componentes em um sistema de exaustão de automóvel tais como tubos centrais, silenciosos, canos de descarga e similar.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aço inoxidável ferrítico para componentes de um sistema de exaustão de automóvel, caracterizado pelo fato de que consiste em, em termos de porcentagem em massa:

C: < 0,015%;

Si: 0,01% a 0,50%;

Mn: 0,01% a 0,50%;

P: < 0,050%;

S: < 0,010%;

N: < 0,015%;

Al: 0,010% a 0,100%;

Cr: 16,5% a 22,5%;

Ni: 0,5% a 2,0%;

Sn: 0,01% a 0,50%;

um ou ambos de Ti: 0,03% a 0,30% e Nb: 0,03% a 0,30%; opcionalmente B: 0,0002% a 0,0050%;

opcionalmente um ou ambos de Mo: 0,01% a 0,2% e Cu: 0,01% a 0,35%; e um restante de Fe e impurezas inevitáveis.