BRPI0903898B1 - aço inoxidável ferrítico resistente ao calor - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "AÇO INOXIDÁVEL FERRÍTICO RESISTENTE AO CALOR".

Campo da Técnica A presente invenção refere-se a aços contendo Cr, e particularmente a aços inoxidáveis ferríticos que tenham tanto alta resistência à fadiga térmica quanto resistência à oxidação e que sejam preferivelmente usados para componentes de descarga sob ambientes de alta temperatura, tais como tubos de escapamento de automóveis ou motocicletas ou duetos de exaustão de ar de carcaças de conversores de usinas de energia termelétrica. Antecedentes da Técnica Componentes de escapamento, tais como tubulações de escapamento, tubos de escapamento, carcaças de conversores, e silenciosos usados sob o ambiente de exaustão de automóveis, precisam ser excelentes em termos de resistência à fadiga térmica ou resistência à oxidação (doravante ambas as propriedades são referidas coletivamente como "resistência ao calor"). Para aplicações que requeiram tal resistência ao calor, os aços contendo Cr, aos quais Nb e Si são adicionados, tais como o Tipo 429 (14CVr-0,9Si-0,4Nb), são atualmente frequentemente usados. Entretanto, quando a temperatura de um gás de escapamento aumenta de modo a exceder 900°C com uma melhoria na performance do motor, a resistência à fadiga térmica do Tipo 429 se torna insuficiente.

Para lidar com esse problema, aços contendo Cr cujo limite de elasticidade à alta temperatura foi melhorado pela adição de Nb e Mo, SUS444 (19Cr-0,5Nb-2Mo) especificado na JIS G4305, aços inoxidáveis ferríticos aos quais Nb, Mo e W foram adicionados, etc., foram desenvolvidos (por exemplo, Publicação de Pedido de Patente Japonesa não-examinado n° 2004-01892). Entretanto, devido ao aumento surpreendentemente exagerado no preço de matérias-primas metais raros, tais como MO e W, nos dias atuais, o desenvolvimento de materiais tendo resistência ao calor equivalente a esses usando matérias-primas baratas tem sido crescentemente requisitado.

Como materiais que são excelentes em termos de resistência ao calor e que não contêm elementos caros, tais como Mo e W, por exemplo, o folheto WO-2003/004714 descreve um aço inoxidável ferrítico para passagem de ar de escapamentos de automóveis nos quais Nb: 0,50% em massa ou menos, Cu: 0,8 a 2,0% em massa, e V: 0,03 a 0,20% em massa são adicionados de 10 a 20% em massa de aço CR, a Pedido de Patente Japonesa não-examinado n° 2006-117985 descreve um aço inoxidável ferrítico excelente em termos de resistência à fadiga térmica, no qual Ti: 0,05 a 0,30% em massa, Nb: 0,10 a 0,60% em massa, Cu: 0,8 a 2,0% em massa, e B: 0,0005 a 0,02% em massa são adicionados de 10 a 20% em massa de aço Cr, e a Publicação de Pedido de Patente Japonesa não-examinado n° 2000-297355 descreve um aços inoxidáveis ferríticos para peças de escapamentos de ar de automóveis, nos quais Cu: 1 a 3% em massa são adicionados a 15 a 25% em massa de aço Cr. Os aços respectivos melhoraram a resistência à fadiga térmica pela adição de Cu.

Entretanto, os estudos dos presentes inventores revelaram que, quando o Cu é adicionado como nas técnicas dos Documentos de Patente mencionados acima, a resistência à fadiga melhora, mas a resistência à oxi-dação do aço em si diminui, e assim a resistência ao calor geralmente deteriora.

Então, é um objetivo da presente invenção fornecer um aço inoxidável ferrítico excelente em termos tanto de resistência à oxidação quanto resistência à fadiga térmica sem a adição de elementos caros, tais como Mo ou W, pelo desenvolvimento de uma técnica para evitar a redução na resistência à oxidação pela adição de Cu. Aqui, "excelentes resistência à oxidação e resistência à fadiga térmica" conforme usado na presente invenção refere-se a propriedades iguais a, ou maiores que, as propriedades da SUS444. Especificamente, a resistência à oxidação refere-se a uma resistência à oxidação a 950°C que é igual a ou maior que a resistência da SUS444 e a resistência à fadiga térmica refere-se a uma resistência à fadiga térmica entre 100 e 850°C que é igual a ou maior que aquela da SUS444. Descrição da Invenção 1. A presente invenção fornece um aço inoxidável ferrítico con- tendo C: 0,015% em massa ou menos, Si: 1,0% em massa ou menos, Mn: 1,0% em massa ou menos, P: 0,04% em massa ou menos, S: 0,010% em massa ou menos, Cr: 16 a 23% em massa ou menos, N: 0,015% em massa ou menos, Nb: 0,3 a 0,65% em massa, Ti: 0,15% em massa ou menos, Mo: 0,1% em massa ou menos, W: 0,1% em massa ou menos, Cu: 1,0 a 2,5% em massa, Al: 0,2 a 1,5% em massa, e um saldo de Fe e as impurezas inevitáveis. 2. O aço inoxidável ferrítico da invenção também contém, em adição à composição de componentes mencionada acima, um ou dois ou mais elementos selecionados entre B: 0,003% em massa ou menos, REM: 0,08% em massa ou menos, Zr: 0,5% em massa ou menos, V: 0,5% em massa ou menos, Co: 0,5% em massa ou menos, e Ni: 0,5% em massa ou menos. 3. Preferivelmente, no aço inoxidável ferrítico da invenção, Si é 0,4% a 1,0% em massa nos componentes conforme o item 1 ou 2. 4. Mais preferivelmente, no aço inoxidável ferrítico da invenção, Si está na faixa de 0,4 a 1,0% em massa e Ti está na faixa de 0,01% em massa ou menos nos componentes conforme o item 1 ou 2.

De acordo com a invenção, um aço inoxidável ferrítico tendo resistência ao calor (resistência à fadiga térmica e resistência à oxidação) igual a ou maior que aquela da SUS444 pode ser obtido a baixo custo sem a adição de Mo ou W que são caros. Portanto, o aço da invenção é usado preferivelmente para componentes de escapamento de automóveis.

Breve Descrição dos Desenhos A figura 1 é uma vista ilustrando um espécime de teste de fadiga térmica. A figura 2 é uma vista ilustrando temperaturas e condições restritivas em um teste de fadiga térmica. A figura 3 é um gráfico ilustrando influências da adição de uma quantidade de Cu na resistência à fadiga térmica. A figura 4 é um gráfico ilustrando influências da adição de uma quantidade de Al na resistência à oxidação (ganho de peso pela oxidação). A figura 5 é um gráfico ilustrando influências da adição de uma quantidade de Si na resistência à oxidação pelo vapor d’água (ganho de peso pela oxidação).

Melhor Modo de Execução da Invenção Os presentes inventores conduziram repetidamente pesquisas intensivas de modo a desenvolver um aço inoxidável ferrítico excelente em termos tanto de resistência à oxidação quanto em resistência à fadiga sem a adição de elementos caros, tais como Mo ou W, enquanto evita a redução na resistência à oxidação devido à adição de Cu, que atribui problemas nas técnicas anteriores. Como resultado, os presentes inventores descobriram que uma alta resistência à alta temperatura é obtida sobre uma ampla faixa de temperaturas e a resistência à fadiga térmica é melhorada pela adição de Nb na faixa de 0,3 a 0,65% em massa e Cu na faixa de 1,0 a 2,5% em massa; a redução na resistência à oxidação devida à adição de Cu pode ser evitada adicionando-se uma quantidade adequada de Al (0,2 a 1,5% em massa); e assim uma resistência a calor igual a ou maior que aquela da SUS444 pode ser obtida sem a adição de MO ou W apenas quando as quantidades de Nb, Cu e Al são ajustadas para estarem dentro das faixas adequadas mencionadas acima. Assim, a invenção foi desenvolvida.

Os presentes inventores também conduziram pesquisa extensiva em um método para melhorar a resistência à oxidação sob um ambiente contendo vapor d’água, que é o ambiente no qual se pretende realmente usar a invenção como um cano de descarga ou similares. Como resultado, os inventores descobriram que, otimizando-se a quantidade de Si (0,4 a 1,0% em massa), a resistência à oxidação em uma atmosfera de vapor d’água (doravante referida como resistência à oxidação pelo vapor d’água) é também feito igual a ou maior que aquela da SUS444. Assim, a presente invenção foi desenvolvida.

Primeiramente, serão descritas experiências fundamentais que levaram ao desenvolvimento da invenção. Aços formados pela adição de Cu em diferentes quantidades na faixa de 0 a 3% em massa a uma base contendo C: 0,005 a 0,007% em massa, N: 0,004 a 0,006% em massa, Si: 0,3% em massa, Mn: 0,4% em massa, Cr: 17% em massa, Nb: 0,45% em massa, e Al: 0,35% em massa foram fundidos sob condições de laboratório para formar lingotes de aço de 50 kg. Então os lingotes de aço foram aquecidos até 1.170°C, e laminados a quente para serem conformados em barras com uma espessura de 30 mm e uma largura de 150 mm. Posteriormente as barras foram forjadas para serem conformadas em barras tendo uma seção transversal de 35 mm x 35 mm. As barras foram recozidas a uma temperatura de 1.030°C, e então usinadas, produzindo assim corpos de prova de fadiga térmica tendo dimensões conforme mostradas na figura 1. Então os corpos de prova foram repetidamente submetidos ao tratamento térmico no qual o aquecimento e o resfriamento foram executados entre 100°C e 850°C a uma razão de contenção de 0,35 conforme mostrado na figura 2, e então foi medida a vida útil da fadiga térmica. A vida útil da fadiga térmica foi determinada como o menor número de ciclos possível até um estresse, que foi calculado dividindo-se a carga detectada a 100°C pela seção transversal de uma porção paralela de enxágue do espécime de teste mostrado na figura 1, começa a diminuir continuamente em relação ao estresse de um ciclo anterior. Isto é equivalente ao número possível de ciclos até as fraturas se formarem no corpo de prova. Para comparação, o mesmo teste foi executado para o SUS444 (aço contendo Cr: 19% em massa, Mo: 2% em massa, e Nb: 0,5% em massa). A figura 3 mostra os resultados do teste de fadiga térmica. A figura 3 mostra que, adicionando-se Cu em uma quantidade maior que 1,0% em massa, é obtida uma vida útil da fadiga térmica igual a ou maior que a vida útil da fadiga térmica do SUS444 (cerca de 1100 ciclos), e assim é efetivo para a melhoria da resistência à fadiga térmica adicionar Cu em uma quantidade de 1% em massa ou mais. A seguir, aços formados pela adição de Al e diferentes quantidades na faixa de 0 a 2% em massa a uma base contendo C: 0,006% bem massa, N: 0,007% em massa, MN: 0,4% em massa, Si: 0,3% em massa, Cr: 17% em massa, Nb: 0,49% em massa, e Cu: 1,5% em massa foram fundidos sob condições de laboratório para formar lingotes de aço de 50 kg. En- tão os lingotes de aço foram submetidos à laminação a quente, ao recozi-mento das chapas laminadas a quente, laminação a frio, e recozimento de acabamento para ser conformado em chapas laminadas a frio recozidas tendo uma espessura de 2 mm. Espécimes de teste de 30 mm x 20 mm foram cortados das chapas de aço laminadas a frio obtidas conforme descrito acima. Então um furo de 4 ηηιτιΦ foi formado na porção superior de cada um dos espécimes de teste. Então, as superfícies frontal e a traseira de cada espécime de teste foram polidas com papel lixa n°320, desengorduradas, e submetidas aos testes a seguir.

Teste de Oxidacão Contínua no Ar O espécime de teste foi mantido por 300 horas em um forno a ar atmosférico aquecido até 950ÜC. Então a diferença em massa do espécime de teste entre antes e depois do teste de aquecimento foi medida para determinar o ganho de peso pela oxidação (g/m2) por unidade de área. A figura 4 mostra a relação entre o ganho de peso pela oxidação e o teor de Al no teste de oxidação no ar atmosférico. A figura 4 mostra que, adicionando-se Al em uma quantidade de 0,2% em massa ou mais, é obtida uma resistência à oxidação igual a ou maior que aquela do SUS444 (ganho de peso pela oxidação: 27 g/m2 ou menos). A seguir os aços formados pela adição de Si em diferentes quantidades na faixa de 1,2% em massa ou menos a uma base contendo C: 0,006% em massa, N: 0,007% em massa, Mn: 0,2% em massa, Al: 0,45% em massa, Cr: 17% em massa, Nb: 0,49% em massa, e Cu: 1,5% em massa foram fundidos sob condições de laboratório para formar lingotes de 50 kg. Então os lingotes de aço foram submetidos à laminação a quente, recozimento da chapa laminada a quente, laminação a frio, e recozimento de acabamento para serem conformados em chapas laminadas a frio recozidas tendo uma espessura de 2 mm. Espécimes de teste de 30 mm x 20 mm foram cortados das chapas de aço laminadas a frio obtidas conforme descrito acima. Então, um furo de 4mm<D foi formado na porção superior de cada um dos espécimes de teste. Então, as superfícies frontal e traseira de cada espécime de teste foram polidas com um papel lixa n°320, desengorduradas, e submetidas ao teste de oxidação contínua a seguir em uma atmosfera de vapor d’água.

Teste de Oxidação Contínua em Atmosfera de Vapor D’áqua O espécime de teste foi mantido por 300 horas e um forno aquecido até 950°C cuja atmosfera foi transformada em uma atmosfera de vapor d’água fazendo-se um gás borbulhante contendo 7% em volume de C02, 1% em volume de 02, e um saldo de N2 a um fluxo de 0,5 l/min na água destilada mantida a 60°C. Então, a diferença em massa do espécime de teste antes e depois do teste de aquecimento foi medida para determinar o ganho de peso devido à oxidação (g/m2) por unidade de área. A figura 5 ilustra a relação entre o ganho de peso pela oxidação e o teor de Si no teste de oxidação contínua em uma atmosfera de vapor d’água. A figura 5 mostra que, adicionando-se Si em uma quantidade de 0,4% em massa ou mais, é obtida uma resistência à oxidação igual a ou maior que aquela do SUS 444(peso ganho devido à oxidação: 51 g/m2 ou menos). A invenção foi realizada também pela condução de estudos com base nas descobertas descritas acima. A seguir, será descrita a composição de componentes do aço inoxidável ferrítico da presente invenção. C: 0,015% em massa ou menos C é um elemento que é eficaz para aumentar a resistência do aço. Entretanto, quando o teor de C excede 0,015% em massa, reduções na tenacidade e capacidade de conformação se tornam notáveis. Portanto, na invenção, o teor de C é 0,015% em massa ou menos. Do ponto de vista de garantir a capacidade de conformação, o teor de C é preferivelmente menor, e preferivelmente 0,008% em massa ou menor. Em contraste, para garantir resistência para componentes de escapamento, o teor de C é preferivelmente 0,001% em massa ou maior e mais preferivelmente na faixa de 0,002 a 0,008% em massa.

Si: 1,0% em massa ou menos Si é um elemento a ser adicionado como material de desoxida- ção. Para obter o efeito, o teor de Si é preferivelmente 0,05% em massa ou mais. Além disso, embora o Si tenha o efeito de melhorar a resistência à o-xidação, que é o principal objetivo da invenção, o efeito não é ta alto quanto aquele exercido pelo Al. Em contraste, a adição de uma quantidade excessiva excedendo 1,0% em massa reduz a capacidade de trabalho. Portanto, o limite superior da quantidade de Si é 1,0% em massa.

Entretanto o Si é também um elemento importante que aumenta a resistência à oxidação (resistência à oxidação por vapor d’água) em uma atmosfera de vapor d’água. Conforme mostrado na figura 5, para se obter resistência à oxidação pelo vapor d’água igual àquela do SUS444, o Si precisa ser adicionado em uma quantidade de 0,4% em massa ou mais. Portanto, quando o efeito é enfatizado, o teor de Si está preferivelmente na faixa de 0,4% ou mais. Mais preferivelmente, o teor de Si está na faixa de 0,4 a 0,8% em massa. A razão porque o Si aumenta a resistência à oxidação por vapor d’água conforme descrito acima não foi completamente elucidada ainda. Entretanto, é imaginado que, pela adição de Si em uma quantidade de 0,4% em massa ou mais, uma fase densa de óxido de Si formada continuamente na superfície da chapa de aço para suprimir a entrada de componentes gasosos (H20, C02 e 02) do exterior, aumentando assim a é necessária, resistência à oxidação do vapor d’água. Quando é necessária uma resistência à oxidação por vapor d’água mais rígida, o teor de Si é preferivelmente 0,5% em massa ou mais.

Mn: 1,0% em massa ou menos Mn é um elemento que aumenta a resistência de um aço e também age como desoxidante. Assim, o Mn é preferivelmente adicionado em uma quantidade de 0,05% em massa ou mais. Entretanto, quando o Mn é adicionado excessivamente, uma fase γ é passível de ser formada a altas temperaturas, reduzindo a resistência ao calor. Portanto, na invenção, o teor de Mn é 1,0% em massa ou menos. Preferivelmente, o teor de Mn é 0,7% em massa ou menos. P: 0,040% em massa ou menos P é um elemento prejudicial que reduz a tenacidade, e assim o teor de P é preferivelmente reduzido tanto quanto possível. Assim, na invenção, o teor de P é 0,040% em massa ou menor. Preferivelmente o teor de P é 0,030% em massa ou menos. S: 0,010% em massa ou menos Uma vez que o S é também um elemento prejudicial que reduz o alongamento e um valor r, afeta adversamente a capacidade de conformação, e reduz a resistência à corrosão que é uma das propriedades básicas de um aço inoxidável, o teor de S é preferivelmente reduzido tanto quanto possível. Portanto, na invenção, o teor de S é 0,010% em massa ou menos. Preferivelmente o teor de S é 0,005% em massa ou menos.

Cr: 16 a 23% em massa Cr é um elemento importante eficaz para aumentar a resistência à corrosão e a resistência à oxidação, que são características de um aço inoxidável. Entretanto, quando o teor de Cr é menor que 16% em massa, uma resistência à oxidação suficiente não é obtida. Em contraste, Cr é um elemento que reforça a solução sólida de um aço à temperatura ambiente, endurece um aço, e reduz a ductilidade de um aço. Em particular, quando Cr é adicionado em uma quantidade excedendo 23% em massa, os efeitos adversos se tornam notáveis. Assim, o limite superior do teor de Cr é 23% em massa. Portanto o teor de Cr está na faixa de 16 a 23% em massa. Mais preferivelmente, o teor de CR está na faixa de 16 a 20% em massa. N: 0,015% em massa ou menos N é um elemento que reduz a tenacidade e a capacidade de conformação de um aço. Quando N é adicionado em uma quantidade excedendo 0,015% em massa, a redução torna-se notável. Portanto, o teor de N é 0,015% em massa ou menos. Do ponto de vista de garantir a tenacidade e a capacidade de conformação, o teor de N é reduzido tanto quanto possível e o teor de N é preferivelmente menor que 0,010%.

Nb: 0,3 a 0,65% em massa Nb é um elemento que tem ações de formar um nitreto de carbono juntamente com C e N para fixação, aumentar a resistência à corrosão ou a capacidade de conformação, ou a resistência à corrosão nas bordas dos grãos de uma zona de soldagem, e aumentar a resistência à alta temperatura para melhorar a resistência à fadiga térmica. Tais efeitos são observados quando o Nb é adicionado em uma quantidade de 0,3% em massa ou mais. Em contraste, quando o Nb é adicionado em uma quantidade que exceda 0,65% em massa, uma fase Laves é passível de precipitação, acelerando a fragilização. Assim o teor de Nb está na faixa de 0,3 a 0,65% em massa. Preferivelmente, o teor de Nb está na faixa de 0,4 a 0,55% em massa.

Ti: 0,15% em massa ou menos O Ti tem ações de fixação de C e N para aumentar a resistência à corrosão ou a capacidade de conformação, ou a resistência à corrosão nas bordas dos grãos de uma zona de soldagem similarmente ao Nb. Entretanto, tais efeitos são saturados no sistema de componentes contendo Nb da invenção quando o teor de Ti exceder 0,15% em massa e o aço é endurecido devido ao endurecimento da solução sólida. Assim, o limite superior do teor de Ti é 0,15% em massa na invenção.

Na invenção, Ti é um elemento que não precisa ser positivamente particularmente adicionado. Entretanto, o Ti é mais passível de combinar com o N comparado com o Nb, e é passível de formar TiN bruto. O TiN bruto serve provavelmente como causa do desenvolvimento de fraturas, e reduz a tenacidade de uma chapa laminada a quente. Portanto, quando uma maior tenacidade for necessária, o teor de Ti é preferivelmente limitado a 0,01% em massa ou menos.

Mo: 0,1% em massa ou menos Mo é um elemento caro, e assim não é positivamente adicionado e, vista do objetivo da invenção. Entretanto, 0,1% em massa ou menos de Mo é algumas vezes misturado na sucata como matéria-prima. Portanto, o teor de Mo é 0,1 % em massa ou menos. W: 0,1% em massa ou menos W é um elemento caro similarmente ao Mo, e assim não é positivamente adicionado em vista do objetivo da invenção. Entretanto, 0,1% em massa ou menos de W é algumas vezes misturado na sucata como matéria-prima. Portanto, o teor de W é 0,1% em massa ou menos.

Cu: 1,0 a 2,5% em massa Cu é um elemento que é muito eficaz para melhorar a resistência à fadiga térmica. Conforme mostrado na figura 3, para se obter uma resistência à fadiga térmica igual a ou maior que aquela do SUS444, o Cu precisa ser adicionado em uma quantidade de 1,0% em massa ou mais. Entretanto, quando o Cu é adicionado em uma quantidade excedendo 2,5% em massa, ε-Cu se precipita durante o resfriamento após o tratamento térmico, endurecendo portanto o aço e provocando facilmente a fragilização durante o trabalho a quente. É mais importante que a adição de Cu aumenta a resistência à fadiga térmica do aço, mas reduz a resistência à oxidação do aço em si, e geralmente reduz a sua resistência ao calor. A sua causa não foi totalmente elucidada ainda. Entretanto, é imaginado que o Cu se torne concentrado em uma camada com Cr removido diretamente abaixo das carepas geradas, suprimindo assim a redifusão do Cr que é um elemento que melhora a resistência à oxidação inerente ao aço inoxidável. Portanto o teor de Cu está na faixa de 1,0 a 2,5% em massa. Mais preferivelmente, o teor de Cu está na faixa de 1,1 a 1,8% em massa.

Al: 0,2 a 1,5% em massa Al é um elemento indispensável para melhorar a resistência à oxidação de um aço com Cu adicionado conforme mostrado na figura 4. Em particular, para obter uma resistência à oxidação igual a ou maior que aquela do SUS444, que é o objetivo da invenção, o Al precisa ser adicionado em uma quantidade de 0,2% em massa ou mais. Em contraste, quando o Al é adicionado em uma quantidade que exceda 1,5% em massa, o aço é endurecido, reduzindo assim a capacidade de trabalho. Assim, o limite superior é 1,5% em massa. Portanto, o teor de Al está na faixa de 0,2 a 1,5% em massa. Quando usado em temperaturas mais altas, o teor de Al está preferivelmente na faixa de 0,3 a 1,0% em massa.

Al é também um elemento que dissolve a altas temperaturas e reforça um aço em solução sólida. Em particular, o efeito de aumentar a re- sistência de um aço a temperaturas que excedam 800°C e grande. Entretanto, conforme descrito acima, quando a quantidade de adição de Si é insuficiente, componentes gasosos que entram no aço e o Al são ligados entre si, e assim o Al não contribui efetivamente como elemento de reforço da solução sólida. Portanto, para desenvolver suficientemente o efeito descrito acima de Al em uma atmosfera de vapor d’água, o Si é preferivelmente adicionado em uma quantidade de 0,4% em massa ou mais. O aço inoxidável ferrítico da invenção pode também conter, em adição aos ingredientes essenciais acima mencionados, um ou dois elementos mais, selecionados entre B, REM, Zr, V, Co, e NI nas faixas a seguir: B: 0,003% em massa ou menos B é um eiemento que é eficaz para aumentar a capacidade de trabalho, particularmente a capacidade de trabalho secundária. O efeito é notável quando B e adicionado em uma quantidade de 0,0005% em massa ou mais. Entretanto, a adição de B em uma quantidade que exceda 0,003% em massa gera BN e reduz a capacidade de trabalho. Portanto, quando B é adicionado, a quantidade de adição é 0,003% em massa ou menos. Mais preferivelmente, a adição da quantidade de B está na faixa de 0,0005 a 0,002% em massa. REM: 0,08% em massa ou menos, Zr: 0,5% em massa ou menos Cada um dos REM (metais terras raras) e o ZR são elementos que melhoram a resistência à oxidação. Para obter o efeito, cada um dos REM e o Zr são preferivelmente adicionados em uma quantidade de 0,01% em massa ou mais e 0,05% em massa ou mais, respectivamente. Entretanto, a adição de um REM em uma quantidade excedendo 0,08% em massa provoca a fragilização o aço e a adição de Zr em uma quantidade excedendo 0,50% em massa precipita um composto intermetálico de Zr para provocar a fragilização do aço. Portanto, um REM á adicionado em uma quantidade de 0,08% em massa ou menos, e o Zr é adicionado em uma quantidade de 0,5% em massa ou menos. V: 0,5% em massa ou menos V é um elemento que é eficaz para melhorar a capacidade de trabalho. Em particular, para se obter o efeito de melhoria da resistência à oxidação, ο V é preferivelmente adicionado em uma quantidade de 0,15% em massa ou mais. Entretanto, quando V é adicionado excessiva mente em uma quantidade que exceda 0,5% em massa, V bruto (C, N) é precipitado, deteriorando, portanto, a qualidade de superfície da chapa de aço. Portanto, V é adicionado preferivelmente em uma quantidade de 0,50% em massa ou menos, e mais preferivelmente na faixa de 0,15 a 0,4% em massa.

Co: 0,5% em massa ou menos Co é um elemento que é eficaz para a melhoria da tenacidade, e é preferivelmente adicionado em uma quantidade de 0,02% em massa ou mais. Entretanto, Co é um elemento caro. Mesmo quando Co é adicionado em uma quantidade excedendo 0,5% em massa, o efeito é saturado. Portanto, o Co é preferivelmente adicionado em uma quantidade de 0,5% em massa ou menos. Mais preferivelmente, o Co é adicionado na faixa de 0,02 a 0,2% em massa.

Ni: 0,5% em massa ou menos Ni é um elemento para aumentar a tenacidade. Para obter esse efeito, Ni é preferivelmente adicionado em uma quantidade de 0,05% em massa ou mais. Entretanto, Ni é caro. Além disso, uma vez que o Ni é um poderoso elemento formador de fase γ, o Ni forma uma fase γ a altas temperaturas, reduzindo assim a resistência à oxidação. Portanto, Ni é adicionado em uma quantidade de 0,5% em massa ou menos. Mais preferivelmente, Ni é adicionado na faixa de 0,05 a 0,4% em massa. A seguir será descrito um método de produção de aço inoxidável ferrítico da invenção.

Como método para produzir o aço inoxidável da invenção, qualquer método pode ser usado preferivelmente sem limitação desde que o método seja um método comum para produzir um aço inoxidável ferrítico. O método preferível, por exemplo, inclui: fundir um aço em um forno de fusão conhecido, tal como um conversor ou um forno elétrico, ou também executar um refino secundário, tal como refino em panela ou refino a vácuo, para for- mar um aço tendo a composição de componentes acima mencionada da invenção; conformar o aço fundido em uma placa por um processo de lingo-tamento contínuo ou um processo de produção de lingotes e blocos; submeter a placa resultante a uma laminação a quente para formar uma chapa laminada a quente; recozer a chapa laminada a quente conforme requerido; lavar a chapa laminada a quente com ácido; laminar a frio a chapa resultante; submeter a chapa resultante a recozimento de acabamento; e lavar a chapa resultante co ácido, obtendo assim uma chapa laminada a frio recozi-da. O processo de laminação a frio pode ser executado uma ou duas vezes ou mais com recozimento intermediário sendo executado entre os processos de laminação a frio, e cada processo de laminação a frio, recozimento de acabamento, e lavagem ácida pode ser executado repetidamente. Além disso, dependendo do caso, o processo de recozimento da chapa laminada a quente pode ser omitido. Quando a superfície da chapa de aço precisa ser brilhante, o skin pass pode ser executado após a laminação a frio ou o recozimento de acabamento. É preferível que a temperatura de aquecimento da placa antes da laminação a quente esteja na faixa de 1.000 a 1.200°C, que a temperatura de recozimento da chapa laminada a quente esteja na faixa de 900 a 1.100°C, e que a temperatura do recozimento de acabamento esteja na faixa de 900 a 1.120°C. O aço inoxidável ferrítico da invenção obtido conforme descrito acima é submetido a corte, dobramento, pressão, ou similar de acordo com a aplicação a ser formada nos vários componentes de escapamento usados sob ambientes de alta temperatura, tais como tubos de escapamento de automóveis ou motocicletas ou duetos de ar de exaustão de conversores de gases de usinas termelétricas. O aço inoxidável da invenção usado para os componentes acima mencionados não é limitado a uma chapa laminada a frio recozida, e pode ser usado como chapa laminada a quente ou chapa laminada a quente e recozida, e também pode ser submetida a um tratamento de remoção de carepa, se necessário, para uso. Não há limitação no processo de soldagem para se obter os componentes mencionados acima, e a soldagem a arco usual, tal como MIG (gás inerte de metal), MAG (gás ativo de metal), ou TIG (gás inerte de tungstênio); soldagem a resistência elétrica, soldagem a indução a alta freqüência, soldagem por indução a alta freqüên-cia, ou soldagem a laser usada para soldagem a resistência elétrica; ou similares podem ser usadas Exemplo 1 Os aços n— 1 a 24 tendo, cada um, uma das composições de componentes mostradas nas Tabelas 1-1 e 1-2 foram fundidos em um forno de fusão a vácuo, e lingotados em um lingote de aço de 50 kg. O lingote de aço foi forjado, e então dividido em dois. Posteriormente, cada um dos lingotes de aço divididos ao meio foi aquecido até 1.170°C, e laminado a quente para se obter uma chapa laminada a quente com 5 mm de espessura. Então a chapa laminada a quente foi recozida a uma temperatura de 1.020°C, lavada com ácido, laminada a frio a uma laminação de redução de 60%, submetida a um recozimento de acabamento a uma temperatura de 1.030°C, resfriada a uma taxa média de resfriamento de 30°C/s, e lavada com ácido para se obter uma chapa laminada a frio com 2 mm de espessura. Então, a chapa laminada a frio foi submetida aos dois tipos de testes de resistência à oxidação a seguir. Para referência, também em relação ao SUS444 e aços da invenção descritos no panfleto WO 2003/004714 e nas Japanese Unexamined Patent Application Publication nos 2006-117985 e 2000-297355, que estão indicadas como n° 25 a n° 28 da Tabela 1, foram produzidas chapas laminadas a frio recozidas da mesma forma que acima, e então submetidas ao teste de oxidação contínua a seguir no ar e ao teste de oxidação contínua em atmosfera de vapor d’água.

Teste de Oxidação Contínua no Ar Amostras (30 mm x 20 mm) foram cortadas de várias chapas laminadas a frio recozidas obtidas conforme descrito acima. Então um furo com 4 ηιιτιΦ foi formado na porção superior de cada amostra. A superfície frontal e a superfície traseira foram polidas com papel lixa n°320, e desen-gorduradas. Posteriormente, a chapa resultante foi suspensa em um forno de ar atmosférico aquecido até 950°C, e mantido por 300 horas. Após o teste, a massa da amostra foi medida para determinar a diferença da massa da amostra medida previamente antes do teste, calculando-se assim o ganho de peso pela oxidação (g/m2). Cada teste foi executado duas vezes, e a resistência à oxidação contínua foi avaliada com base no valor médio dos testes.

Teste de Oxidação Contínua em Atmosfera de Vapor D’áqua Amostras (30 mm x 20 mm) foram cortadas de várias chapas laminadas a frio e recozidas obtidas conforme descrito acima. Então um furo de 4 γπιτιΦ foi formado na porção superior de cada amostra. A superfície frontal e a superfície traseira foram polidas com papel lixa n°320, e desen-gorduradas. A amostra foi mantida por 300 horas em um forno aquecido a 950°C cuja atmosfera foi transformada em atmosfera de vapor d’água pelo fluxo de gás borbulhante contendo 7% em volume de CO2, 1 % de volume de O2, e o saldo sendo N2 a 0,5 l/min em água destilada mantida a 60°C. Após o teste, a massa da amostra foi medida para determinar a diferença da massa da amostra medida previamente antes do teste, calculando-se assim 0 ganho de peso pela oxidação (g/m2). Cada teste foi executado duas vezes, e a resistência à oxidação contínua foi avaliada com base no valor médio dos testes.

Exemplo 2 O lingote de aço remanescente do lingote de 50 kg cortado ao meio no Exemplo 1 foi aquecido até 1.170°C, e laminado a quente para ser conformado em uma chapa tendo uma espessura de 30 mm e uma largura de 150 mm. Posteriormente, a chapa foi forjada para ser conformada em uma barra tendo 35 mm x 35 mm de seção transversal. A barra foi recozida a uma temperatura de 1.030°C, e então usinada para ser conformada em um corpo de prova de fadiga térmica tendo a dimensão mostrada na figura 1. Então o corpo de prova foi submetido ao teste de fadiga térmica a seguir. Como Exemplos de Referência, da mesma maneira que no Exemplo 1, também em relação aos aços da invenção descritos no panfleto WO 2003/004714 e nas Publicações de Pedido de Patente Japonesa não-examinado nos 2006-117985 e 2000-297355 e SUS444, foram produzidas amostras da mesma maneira que acima, e então submetidas a um teste de fadiga térmica.

Teste de Fadiga Térmica Em um teste de fadiga térmica, o aumento e a diminuição da temperatura foram repetidos entre 100°C e 850°C a uma razão de contenção de 0,35, e então a vida de fadiga térmica foi medida. Durante o teste, a taxa de aquecimento e a taxa de resfriamento foram ajustadas para 10°C/s, respectivamente, e o tempo de manutenção a 100°C foi ajustado para 2 minutos e o tempo de manutenção a 850°C foi ajustado para 5 minutos. A vida de fadiga térmica foi determinada como sendo o menor número de ciclos quando uma tensão, que foi calculada dividindo-se a carga detectada a 100°C pela seção transversal de uma porção de equilíbrio térmico do corpo de prova, começa a diminuir continuamente em relação à tensão de um ciclo anterior.

Os resultados do teste de oxidação contínua no ar e do teste de oxidação contínua em uma atmosfera de vapor d’água do Exemplo 1 e os resultados do teste de resistência à fadiga térmica do Exemplo 2 foram mostrados coletivamente na Tabela 2. Como fica claro da Tabela 2, cada aço dos Exemplos da Invenção que estão de acordo com a invenção tem resistência à oxidação e resistência à fadiga térmica igual a ou maior que aquelas do SUS444, e os objetivos da invenção são alcançados. Em contraste, os aços dos Exemplos Comparativos de Referência que estão fora do escopo da invenção não são excelentes em termos tanto de resistência à oxidação quanto resistência à fadiga térmica, e assim os objetivos da invenção não são alcançados.

Aplicabilidade Industrial O aço da invenção pode ser preferivelmente usado não apenas como componentes de escapamento de automóveis ou similares mas também como componentes de exaustão de sistemas de energias termelétrica ou componentes ácidos sólidos para células combustíveis que requeiram propriedades similares.

Continuação...______________________________________________________________________________________________________ Notas: Exemplo de Referência 1: Aço n° 3 da invenção da WO 2003/004714 Exemplo de Referência 2: Aço n° 7 da invenção da Publicação de Pedido de Patente Japonesa não-examinado n° 2006-117985 Exemplo de Referência 3: Aço n° 5 da invenção da Publicação de Pedido de Patente Japonesa não-examinado n° 2000-297355 Tabela 2 Continuação..._____________ι___________________________________________ Notas: Exemplo de Referência 1: Aço n° 3 da invenção da WO 2003/004714 Exemplo de Referência 2: Aço n° 7 da invenção da Publicação de Pedido de Patente Japonesa não-examinado n° 2006-117985 Exemplo de Referência 3: Aço n° 5 da invenção da Publicação de Pedido de Patente Japonesa não-examinado n° 2000-297355 REIVINDICAÇÕES

Claims (4)

1. Aço inoxidável ferrítico, compreendendo: C: 0,015% em massa ou menos, Si: 1,0% em massa ou menos, Mn: 1,0% em massa ou menos, P: 0,04% em massa ou menos, S: 0,010% em massa ou menos, Cr: 16 a 23% em massa, N: 0,015% em massa ou menos, Nb: 0,3% a 0,65% em massa, Ti: 0,15% em massa ou menos, Mo: 0,1% em massa ou menos, W: 0,1% em massa ou menos, Cu: 1,0 a 2,5% em massa, Al: 0,2 a 1,5% em massa, e um saldo de Fe e as impurezas inevitáveis.

2. Aço inoxidável ferrítico de acordo com a reivindicação 1, também compreendendo, em adição à composição de componentes, um ou dois ou mais elementos selecionados entre B: 0,003% em massa ou menos, REM: 0,08% em massa ou menos, Zr: 0,5% em massa ou menos, V: 0,5% em massa ou menos, Co: 0,5% em massa ou menos, e Ni: 0,5% em massa ou menos.

3. Aço inoxidável ferrítico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o Si está na faixa de 0,4 a 1,0% em massa.

4. Aço inoxidável ferrítico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o Si está na faixa de 0,4 a 1,0% em massa e o Ti está na faixa de 0,01% em massa ou menos.