CN104662188B

CN104662188B - 铁素体系不锈钢

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Publication number: CN104662188B
Application number: CN201380049407.7A
Authority: CN
Inventors: 中村彻之; 太田裕树; 尾形浩行
Original assignee: NKK Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2017-09-15
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: EP2902523A1; US20150218683A1; TWI493057B; JPWO2014050016A1; EP2902523A4; KR101673217B1; CN104662188A; MY175890A; EP2902523B1; ES2693781T3; WO2014050016A1; KR20150055028A; TW201420782A; JP5700175B2

Abstract

本发明提供一种铁素体系不锈钢，其高价元素Mo、W、Nb的含量为最小限度且降低抗氧化性和加工性的Cu的含量为最小限度，在此基础上，热疲劳特性和抗氧化性优异。所述铁素体系不锈钢的特征在于，以质量％计，含有C：0.020％以下、Si：3.0％以下、Mn：1.0％以下、P：0.040％以下、S：0.030％以下、Cr：大于等于10.0％且小于16.0％、N：0.020％以下、Al：1.4～4.0％、Ti：大于0.15％且小于等于0.5％、Ni：0.05～0.5％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，满足下述式(1)：Al％/Cr％≥0.14…(1)，应予说明，式中的Al％、Cr％分别表示Al、Cr的含量(质量％)。

Description

铁素体系不锈钢

技术领域

本发明涉及适合用于汽车、摩托车的排气管、催化剂外筒材料(也称为转化器壳体)、火力发电厂的排气管道等在高温环境下使用的排气系统部件的铁素体系不锈钢。

背景技术

对作为汽车的排气系统部件使用的排气歧管、排气管、转化器壳体和消音器等排气系统部件，要求热疲劳特性(thermal fatigue property)、抗氧化性(oxidationresistance)(以下，将它们统称为“耐热性(heat resistance property)”)优异。

在这样的要求耐热性的用途上，目前大多使用添加有Nb和Si的钢(例如，JFE429EX(15质量％Cr-0.9质量％Si-0.4质量％Nb系)(以下称为Nb-Si复合添加钢))这样的含Cr钢。特别是已知Nb可大幅提高耐热性。此外，也开发了除Nb以外还添加有可提高耐热性的Mo、W的钢(例如，SUS444(18质量％Cr-2质量％Mo-0.5质量％Nb))，用于需要更高耐热性的部件。

另外，专利文献1中公开了通过复合添加Ti、Cu、B来提高耐热性的不锈钢板。专利文献2、专利文献3和专利文献4中公开了添加有Al的耐热铁素体系不锈钢。专利文献5中还公开了添加有Al的耐水蒸气氧化特性优异的铁素体系不锈钢。

专利文献1：日本特开2010-248620号公报

专利文献2：日本特开2009-68113号公报

专利文献3：日本特开2004-307918号公报

专利文献4：日本特开2001-316773号公报

专利文献5：日本特开2009-167443号公报

发明内容

然而，在专利文献1所记载的技术中存在如下问题：由于添加有Cu，所以在连续氧化试验中发生异常氧化(abnormal oxidation，breakaway)而得不到所需的抗连续氧化性。

专利文献2和专利文献3中记载的技术存在如下问题：虽然添加有Al，但未考虑热疲劳特性。专利文献4所记载的技术中也存在如下问题：虽然添加有Al，但在连续氧化试验中发生异常氧化，或者在反复氧化试验中发生氧化皮的剥离等，有时得不到所需的抗氧化性。专利文献5所记载的技术中也存在如下问题：虽然涉及到添加了Al的耐水蒸气氧化特性，但有时在反复氧化时发生氧化皮的剥离，或者得不到优异的抗反复氧化性。

另一方面，从合金元素的观点出发，Mo和W是高价元素，并且存在使热加工性降低而产生表面缺陷或者使加工性的降低问题。Nb不仅也是高价元素，而且由于使钢的重结晶温度变高，需要提高退火温度，存在制造成本变高的问题。对于Cu，也存在使抗氧化性、加工性降低的问题。

因此，期望开发在极力抑制了上述合金元素的添加量的基础上具有高耐热性的钢。

本发明的目的是提供一种极力抑制了高价且使各种特性降低的Mo、W和Nb以及使抗氧化性、加工性降低的Cu的含量的基础上，热疲劳特性和抗氧化性优异的铁素体系不锈钢。

发明人等对Al含量和Ti含量对热疲劳特性产生的影响，乃至对Cr、Ni的含量和Al与Cr的含量比对抗氧化性产生的影响进行了深入研究，发现了Al、Ti、Cr和Ni的最佳含量范围。本发明是对上述见解进行进一步研究而完成的，其主旨如下。

[1]一种铁素体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，含有C：0.020％以下、Si：3.0％以下、Mn：1.0％以下、P：0.040％以下、S：0.030％以下、Cr：大于等于10.0％且小于16.0％、N：0.020％以下、Al：1.4～4.0％、Ti：大于0.15％且小于等于0.5％、Ni：0.05～0.5％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，并且满足下述式(1)。

Al％/Cr％≥0.14…(1)

应予说明，式中的Al％、Cr％分别表示Al、Cr的含量(质量％)。

[2]如[1]所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％计含有选自Nb：0.01～0.15％、Cu：大于等于0.01％且小于0.4％中的1种以上。

[3]如[1]或[2]所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％计含有选自Mo：0.02～0.5％、W：0.02～0.3％中的1种以上。

[4]如[1]～[3]中任一项所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％计含有选自REM：0.001～0.1％、Zr：0.01～0.5％、V：0.01～0.5％、Co：0.01～0.5％中的1种以上。

[5]如[1]～[4]中任一项所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％计含有选自B：0.0002～0.0050％、Mg：0.0002～0.0020％、Ca：0.0005～0.0030％中的1种以上。

应予说明，抗氧化性是指抗连续氧化性和抗反复氧化性两者，抗连续氧化性是用高温下恒温保持后的氧化增量进行评价，抗反复氧化性是用反复升温和降温后的氧化增量和有无氧化皮的剥离来进行评价。

如果抗连续氧化性不足，则在高温使用中氧化皮增大，母材的壁厚减少，因此得不到优异的热疲劳特性。另外，如果抗反复氧化性低，则在使用中发生氧化皮的剥离，对下游的转化器等其它部件的影响成为问题。

根据本发明，能够得到使Mo、W、Nb和Cu的含量最小限度且具有与Nb-Si复合添加钢同等以上的热疲劳特性和抗氧化性的铁素体系不锈钢，因此对汽车用排气系统部件极为有效。

附图说明

图1是说明热疲劳试验片的图。

图2是说明热疲劳试验中的温度、约束条件的图。

图3是表示Al(％)/Cr(％)对抗连续氧化性(氧化增量)产生的影响的图。

图4是表示Al(％)/Cr(％)对抗反复氧化性(氧化增量和有无氧化皮剥离)产生的影响的图。

具体实施方式

以下，对本发明的各构成要件的限定理由进行说明。

1.对于成分组成

对规定本发明的铁素体系不锈钢的成分组成的理由进行说明。应予说明，成分％全部是指质量％。

C：0.020％以下

C是对提高钢的强度有效的元素，但如果含有超过0.020％，则韧性和成型性的降低变得显著。因此，在本发明中，C为0.020％以下。应予说明，从确保成型性的观点出发，C越低越优选，优选为0.015％以下。进一步优选为0.010％以下。另一方面，为了确保作为排气系统部件的强度，C优选为0.001％以上，更优选为0.003％以上。

Si：3.0％以下

Si是为提高抗氧化性重要的元素。该效果通过含有0.1％以上而得到。在需要更优异的抗氧化性的情况下优选含有0.3％以上。但是，如果含有超过3.0％，则不仅使加工性降低，而且氧化皮容易剥离，使抗反复氧化性降低。因此，Si量为3.0％以下。更优选为0.3～2.0％的范围。进一步优选为0.5～1.0％的范围。

Mn：1.0％以下

Mn是提高钢的强度的元素，另外还具有作为脱氧剂的作用。另外，还具有抑制添加Si时的氧化皮剥离的效果。为了得到该效果，优选0.1％以上。但是，过量含有不仅会显著加快氧化速度，而且在高温时容易生成γ相，使耐热性降低。因此，在本发明中，Mn量为1.0％以下。优选为0.1～0.5％的范围。进一步优选为0.15～0.4％的范围。

P：0.040％以下

P是降低韧性的有害元素，优选尽可能减少。因此，在本发明中，P量为0.040％以下。优选为0.030％以下。

S：0.030％以下

S是使伸长率、r值(Lankford value)降低而对成型性产生不良影响且使不锈钢的基本特性即耐腐蚀性降低的有害元素，因此优选尽可能减少。因此，在本发明中，S量为0.030％以下。优选为0.010％以下。更优选为0.005％以下。

Cr：大于等于10.0％且小于16.0％

Cr是对提高作为不锈钢的特征的耐腐蚀性、抗氧化性有效的重要元素，但如果小于10.0％，则得不到充分的抗氧化性。另一方面，Cr是在室温使钢固溶强化(solid solutestrengthening)，使其硬化而降低延性的元素。在本发明这样的Al添加钢中，如果含有16.0％以上的Cr，则上述弊端变得显著，难以加工成复杂的形状例如排气歧管。因此，Cr量为大于等于10.0％且小于16.0％的范围。更优选为11.0～15.0％的范围。进一步优选为12.0～14.0％的范围。

N：0.020％以下

N是降低钢的韧性和成型性的元素，如果含有超过0.020％，则成型性的降低变得显著。因此，N量为0.020％以下。应予说明，从确保韧性和成型性的观点出发，N量优选尽可能减少，优选为0.015％以下。进一步优选为0.012％以下。

Al：1.4～4.0％，Al％/Cr％≥0.14

Al是提高热疲劳特性的重要元素。Al作为固溶强化元素发挥作用，特别是在最高温度高于700℃的热疲劳试验中可大幅提高热疲劳特性。该效果通过含有1.4％以上而得到。

此外，Al使氧化皮成为致密且稳定的Al₂O₃为主体，进而提高抗氧化性。如果Al含量小于1.4％，则氧化皮以Cr氧化物为主体，无法形成充分的Al₂O₃。如果含有1.4％以上的Al并且以满足Al％/Cr％≥0.14的方式含有Cr和Al，则生成致密且稳定的Al₂O₃，得到优异的抗氧化性。

在后述的实施例1的结果中，特别是利用表2所示的钢研究了Al％/Cr％对抗氧化性产生的影响。将Al％/Cr％对在1050℃保持400小时的连续氧化试验中的氧化增量的影响示于图3。Al％/Cr％小于0.14时，尽管含有1.4％以上的Al，也发生了异常氧化(氧化增量≥50g/m²)。另一方面，Al％/Cr％为0.14以上时，未发生异常氧化。

此外，将Al％/Cr％对在1050℃400次循环的反复氧化试验中的氧化增量的影响示于图4。Al％/Cr％小于0.14时，尽管含有1.4％以上的Al，也发生了异常氧化(氧化增量≥50g/m²)，并且出现氧化皮的剥离。另一方面，Al％/Cr％为0.14以上时，异常氧化、氧化皮剥离均未发生。

认为这些是由于当Al％/Cr％的值小于0.14时，即Cr量相对于Al量的比例大时会形成Cr氧化物而阻碍Al₂O₃氧化皮膜的形成，从而得不到优异的抗氧化性。另一方面，认为只要Al％/Cr％为0.14以上，则致密且稳定的Al₂O₃氧化皮膜就会优先于Cr氧化物形成，因此得到优异的抗氧化性。因此，Al量和Cr量必须满足Al％/Cr％≥0.14。

如上所述，Al具有提高热疲劳特性和抗氧化性的效果，但如果含有超过4.0％，则钢显著硬化，不仅加工性、韧性大幅降低，热疲劳特性也降低。因此，Al量为1.4～4.0％的范围。优选为1.5％～3.5％的范围。进一步优选为2.0～3.0％的范围。

Ti：大于0.15％且小于等于0.5％

Ti是具有固定C、N而提高耐腐蚀性、成型性、焊接部的抗晶界腐蚀性(intergranular corrosion resistance)的作用的重要元素。此外，像本发明这样含有1.4％以上的Al时，其将成为用于防止提高热疲劳特性的Al作为AlN析出而无法作为固溶强化元素发挥作用的重要的元素。为了防止AlN的形成，Ti必须含有超过0.15％。如果Ti含量少于上述范围，则Al与N结合而作为AlN析出，Al的固溶量减少，得不到优异的热疲劳特性。

此外，Ti如果含有超过0.15％，则不仅作为Ti(C，N)析出，而且作为FeTiP在晶粒边界微小析出。由于Ti(C，N)粗大地析出，所以对钢的强化没有帮助，但在晶界微小析出的FeTiP会强化晶粒边界，提高热疲劳特性。因此，超过0.15％地含有Ti。另一方面，由于过量含有会降低钢的韧性和氧化皮的密合性(抗反复氧化性)，所以以0.5％为上限。因此，Ti量为大于0.15％且小于等于0.5％的范围。优选为0.18～0.4％的范围。进一步优选为0.20～0.3％的范围。良好的Ti含量是大于0.15％且为0.50％以下的范围，更良好的是0.18～0.40％的范围。进一步良好的是0.20～0.30％的范围。

Ni：0.05～0.5％

Ni是本发明中重要的元素。Ni是不仅提高钢的韧性还提高含Ti钢的抗氧化性特别是抗反复氧化性的元素。为了得到该效果，需要含有0.05％以上。如果不含Ni或者Ni量小于0.05％，则抗反复氧化性不足。如果抗反复氧化性不足，则当升温·降温时氧化皮剥离，由此进行氧化而母材的板厚减少，另外，由于氧化皮剥离而成为裂缝的起点，因而得不到优异的热疲劳特性。另一方面，Ni是高价元素，并且是强力的γ相形成元素，因此过量的含有会在高温时生成γ相，反而使抗氧化性降低。因此，使上限为0.5％。优选为0.05～0.50％的范围。更优选为0.10～0.30％的范围。进一步优选为0.15～0.25％的范围。

以上是本发明的铁素体系不锈钢的基本化学成分，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，但从提高耐热性的观点出发，可以进一步以下述范围含有选自Nb、Cu中的1种以上作为选择元素。

Nb：0.01～0.15％

Nb与C和N形成碳氮化合物而进行固定从而具有提高耐腐蚀性、成型性、焊接部的抗晶界腐蚀性的作用，并且具有显著提高高温强度，提高热疲劳特性和高温疲劳特性的效果的元素。为了得到该效果，优选含有0.01％以上。但是如果含有超过0.15％，则由于Nb是高价元素，并且使钢的重结晶温度上升，所以需要升高退火温度，这将导致制造成本增加。因此，含有Nb时，其量优选为0.01～0.15％的范围。更优选为0.02～0.12％的范围。进一步优选为0.05～0.10％的范围。

Cu：大于等于0.01％且小于0.4％

Cu是对提高热疲劳特性有效的元素。为了得到该效果，优选含有0.01％以上。但是，如果含有0.4％以上，则会阻碍氧化皮中的Al₂O₃生成而使抗氧化性降低。因此，含有Cu时，其量优选为大于等于0.01％且小于0.4％的范围。更优选为0.01～0.2％的范围。进一步优选为0.01～0.1％的范围。良好的Cu含量是0.01％以上且小于0.40％的范围，更良好的是0.01～0.20％的范围。进一步良好的是0.01～0.10％的范围。

从提高耐热性的观点出发，可以进一步以下述范围含有选自Mo、W中的1种以上作为选择元素。

Mo：0.02～0.5％

Mo是利用固溶强化来增加钢的强度从而提高耐热性的元素。为了得到该效果，优选含有0.02％以上。但是Mo是高价元素，并且如果含有超过0.5％，则像本发明这样含有1.4％以上的Al的钢中会使抗氧化性降低。因此，含有Mo时，其量优选为0.02～0.5％的范围。更优选为0.02～0.3％的范围。进一步优选为0.02～0.1％的范围。良好的Mo含量是0.02～0.50％的范围，更良好的是0.02～0.30％的范围。进一步良好的是0.02～0.10％的范围。

W：0.02～0.3％

W与Mo同样地是利用固溶强化来增加钢的强度从而提高耐热性的元素。为了得到该效果，优选含有0.02％以上。但是与Mo同样地是高价元素，并且含有超过0.3％则会使退火时生成的氧化皮稳定化而难以通过冷轧退火后的酸洗进行脱氧化皮。因此，含有W时，其量优选为0.02～0.3％的范围。更优选为0.02～0.1％的范围。良好的W含量是0.02～0.30％的范围，更良好的是0.02～0.10％的范围。

从提高耐热性的观点出发，可以进一步以下述范围含有选自REM、Zr、V、Co中的1种以上作为选择元素。

REM：0.001～0.10％

REM(稀土元素)是改善抗氧化性的元素，在本发明中根据需要含有。为了得到该效果，优选含有0.001％以上。但是，如果REM量大于0.10％，则使钢脆化。因此，添加REM时，其量优选为0.001～0.10％的范围。更优选为0.005～0.06％的范围。进一步优选为0.01～0.05％的范围。良好的REM含量是0.001～0.100％的范围，更良好的是0.005～0.060％的范围。进一步良好的是0.010～0.050％的范围。

Zr：0.01～0.5％

Zr是改善抗氧化性的元素，在本发明中根据需要含有。为了得到该效果，优选含有0.01％以上。但是，如果Zr量大于0.5％，则Zr金属间化合物析出而使钢脆化。因此，含有Zr时，其量优选为0.01～0.5％的范围。更优选为0.02～0.1％的范围。进一步优选为0.01～0.10％的范围。良好的Zr含量是0.01～0.50％的范围，更良好的是0.02～0.10％的范围。

V：0.01～0.5％

V不仅是提高抗氧化性的元素，而且是对提高高温强度有效的元素。为了得到该效果，优选含有0.01％以上。但是，如果大于0.5％，则粗大的V(C，N)析出，使韧性降低。因此，含有V时，其量优选为0.01～0.5％的范围。更优选为0.05～0.4％的范围。进一步优选为0.10～0.25％的范围。良好的V含量是0.01～0.50％的范围，更良好的是0.05～0.40％的范围。

Co：0.01～0.5％

Co是对提高韧性有效的元素，并且是提高高温强度的元素。为了得到该效果，优选含有0.01％以上。但是，Co是高价元素，另外，即使含有超过0.5％，上述效果也饱和。因此，含有Co时，其量优选为0.01～0.5％的范围。更优选为0.02～0.2％的范围。进一步优选为0.02～0.1％的范围。良好的Co含量是0.01～0.50％的范围，更良好的是0.02～0.20％的范围。进一步良好的是0.02～0.10％的范围。

从提高加工性、制造性的观点出发，可以进一步以下述范围含有选自B、Mg和Ca中的1种以上作为选择元素。

B：0.0002～0.0050％

B是改善加工性特别是改善二次加工脆性(secondary working embrittlement)的元素。为了得到该效果，优选含有0.0002％以上。但是，含有超过0.0050％会使钢的加工性、韧性降低。因此含有B时，优选为0.0002～0.0050％的范围。更优选为0.0002～0.0030％的范围。进一步优选为0.0002～0.0010％的范围。

Mg：0.0002～0.0020％

Mg是提高钢坯的等轴晶率且对提高加工性、韧性有效的元素。在像本发明这样添加有Ti的钢中，具有抑制Ti的碳氮化合物的粗大化的效果。为了得到该效果，优选含有0.0002％以上。这是由于如果Ti碳氮化合物粗大化，则成为脆性破裂的起点，钢的韧性大幅降低。但是，如果Mg量大于0.0020％，则会使钢的表面性状恶化。因此，含有Mg时，优选为0.0002～0.0020％的范围。更优选为0.0002～0.0015％的范围。进一步优选为0.0004～0.0010％的范围。

Ca：0.0005～0.0030％

Ca是对防止在连续铸造时容易发生的由Ti系夹杂物的析出导致的铸造用喷嘴的阻塞有效的成分。为了得到该效果，优选含有0.0005％以上。但是，由于容易产生表面缺陷，所以为了得到良好的表面性状而需要为0.0030％以下。因此，含有Ca时，Ca量优选为0.0005～0.0030％的范围。更优选为0.0005％～0.0020％的范围。进一步优选为0.0005％～0.0015％的范围。

2.关于制造方法

接下来，对本发明的铁素体系不锈钢的制造方法进行说明。

本发明的不锈钢的制造方法只要是铁素体系不锈钢的通常的制造方法即可适用，没有特别限定。例如优选如下方法：用转炉、电炉等公知的熔化炉对钢进行熔炼，或者进一步经由钢包精炼、真空精炼等2次精炼制成具有上述本发明的成分组成的钢，接着，采用连续铸造法或铸锭-开坯法制成钢片(钢坯)，其后，经由热轧、热轧板退火、酸洗、冷轧、最终退火和酸洗等各工序制成冷轧退火板。

应予说明，上述冷轧可以进行1次或者进行夹着中间退火的2次以上的冷轧，另外，冷轧、最终退火和酸洗各工序可以反复进行。此外，可根据情况省略热轧板退火，在要求钢板表面的光泽性时，可以在冷轧后或最终退火后实施表皮光轧。

更优选的制造方法优选将热轧工序和冷轧工序的一部分条件作为特定条件。在炼钢中，优选将含有上述必需成分和根据需要添加的成分的钢液用转炉或电炉等进行熔炼，采用VOD法(真空氧气脱碳法：Vacuum Oxygen Decarburization method)或AOD法(氩氧脱碳：Argon Oxygen Decarburization)进行二次精炼。熔炼的钢液可采用公知的制造方法制成钢素材，但从生产率和品质的观点出发，优选采用连续铸造法。

将由连续铸造得到的钢素材例如加热至1000～1250℃，通过热轧制成所希望的板厚的热轧板。当然，也可加工成非板材。根据需要对该热轧板实施600～900℃的间歇式退火(batch annealing，box annealing)或850℃～1050℃的连续退火后，通过酸洗等进行脱氧化皮，制成热轧板制品。另外，根据需要，也可以在酸洗前通过喷丸处理除去氧化皮。

进而，为了得到冷轧退火板，将由上述得到的热轧退火板经由冷轧工序制成冷轧板。在该冷轧工序中，根据生产情况，可根据需要进行包含中间退火的2次以上的冷轧。由1次或2次以上的冷轧构成的冷轧工序的总压下率为60％以上，优选为70％以上。

对冷轧板实施850～1000℃的连续退火(最终退火)，接着实施酸洗，制成冷轧退火板。另外，根据用途，也可以在酸洗后实施轻度的轧制(表皮光轧等)，进行钢板的形状、品质调整。

使用这样制得的热轧板制品或冷轧退火板制品，实施与各自的用途相应的弯曲加工等，成型为汽车、摩托车的排气管、催化剂外筒材和火力发电厂的排气管道或燃料电池相关部件(例如隔离器、互联器、改质器等)。

用于焊接这些部件的焊接方法没有特别限定，可采用MIG(Metal Inert Gas)、MAG(Metal Active Gas)、TIG(Tungsten Inert Gas)等通常的电弧焊接方法，或者点焊、缝焊等电阻焊接方法以及电缝焊接方法等高频电阻焊接、高频感应焊接。

实施例1

用真空熔化炉将具有表1-1～表1-6所示的成分组成的No.1～80的钢(成分％全部是指质量％)进行熔炼、铸造，制成30kg钢锭。加热至1170℃后，热轧制成厚度35mm×宽度150mm的薄板坯。将该薄板坯分割为两份，利用热锻造将其中一份制成截面为30mm×30mm的方棒，以850～1000℃的温度范围进行退火后，通过机械加工制成图1所示的尺寸的热疲劳试验片，供于热疲劳试验。应予说明，对于退火温度，在所记载的范围内，边确认组织边根据成分设定。

使用上述分割为两份的另一份薄板坯，加热至1050℃进行热轧，制成板厚5mm的热轧板。其后，以850～1050℃的温度范围进行退火，通过酸洗或研磨除去表面的氧化皮。在该阶段通过目视确认钢板的表面是否正常。通过冷轧使其板厚为2mm，在850～1000℃的温度范围内进行最终退火，制成冷轧退火板。从该冷轧退火板以30mm长度×20mm宽度的尺寸切割出试验片，用#320砂纸(emery paper)研磨全部的6个面，供于以下示出的连续氧化试验和反复氧化试验。

1.1关于热疲劳试验

图2表示热疲劳试验方法。在100℃～850℃间，以加热速度10℃/s、冷却速度10℃/s将热疲劳试验片反复加热和冷却，同时以约束率(restraint ratio)0.3反复施加应变，测定热疲劳寿命。100℃和850℃的保持时间均为2min。

应予说明，上述热疲劳寿命如下定义：依照日本材料学会标准(standard of thesociety of materials science,Japan)的高温低循环试验法标准(standard testmethod for high temperature and low-cycle fatigue Testing)，将100℃时检测出的载荷除以图1所示的试验片的均热平行部(gauged portion of the specimen)的截面积，算出应力，定义为相对于第5次循环的应力降低至75％的循环数。应予说明，作为比较，对Nb-Si复合添加钢(15质量％Cr-0.9质量％Si-0.4质量％Nb)也进行相同的试验。

热疲劳试验的判定基准如下：将热疲劳寿命(thermal fatigue life)为Nb-Si复合添加钢(940次循环)以上判定为合格，将低于940次循环判定为不合格。将判定结果示于表1-2、表1-4、表1-6。

1.2关于连续氧化试验

将上述氧化试验片在加热至1050℃的大气气氛的炉中保持400小时，测定保持前后的试验片的质量差，求出单位面积的氧化增量(g/m²)。试验各实施2次。

连续氧化试验的判定基准如下：将连续氧化试验后的氧化增量小于50g/m²的情况判定为合格，将50g/m²以上的结果即使为1次的情况也判定为不合格。将判定结果示于表1-2、表1-4、表1-6。

1.3关于反复氧化试验

使用上述氧化试验片，在大气中，将反复冷却·加热至100℃×1min和1050℃×20min的温度的热处理进行400次循环，测定试验前后的试验片的质量差，算出单位面积的氧化增量(g/m²)，并且确认有无从试验片表面剥离的氧化皮。应予说明，上述试验中的加热速度和冷却速度分别为5℃/sec、1.5℃/sec。

反复氧化试验的判定结果如下判定：将反复氧化试验后的试验片表面中未出现氧化皮剥离的情况判定为合格，将出现剥离的情况判定为不合格，将发生异常氧化(氧化增量为50g/m²以上)的情况判定为不合格(异常氧化)。将判定结果示于表1-2、表1-4、表1-6。

由表1-1～表1-6可知，作为本发明例的No.1～17和31～75均为热疲劳特性、抗连续氧化特性和抗反复氧化特性优异。另外，本发明例的热轧退火酸洗板的表面无缺陷，均为良好的表面性状。

另一方面，比较例No.18的Ti为0.14％、较低，因此热疲劳特性不合格。比较例No.19的Ni为0.02％、较低，因此抗反复氧化特性不合格。比较例No.20和No.76～80的Al％/Cr％的值小于0.14、较低，因此抗氧化性(连续、反复两者)为不合格。比较例No.21的Al为0.89％、较低，因此热疲劳特性(850℃)不合格，此外Al％/Cr％的值为0.07、较低，因此抗氧化性(连续、反复两者)也不合格。比较例No.22的Al为4.12％、较高，因此热疲劳特性不合格。比较例No.23的Cr为9.4％、较低，因此抗氧化性(连续、反复两者)不合格。比较例No.24的Cu为1.06％、较高，因此抗氧化性(连续、反复两者)不合格。

比较例No.25由于Al含量和Ti含量少，所以热疲劳特性不合格，并且由于Cu为1.25％、较高，所以抗氧化性(连续、反复两者)不合格，另外由于未添加Ni，所以反复氧化特性不合格。比较例No.26由于Ti含量低，所以热疲劳特性不合格。比较例No.27和No.28由于Al％/Cr％的值小，所以抗氧化性(连续、反复两者)不合格。比较例No.29由于不含Ni，所以反复氧化特性不合格。

因此，可知本发明范围的钢的热疲劳特性和抗氧化性优异。

产业上的可利用性

本发明的钢不仅适合于汽车等的排气系统部件用途，还适合用作要求相同特性的火力发电系统的排气系统部件、固体氧化物型的燃料电池用部件。

Claims

1.一种铁素体系不锈钢，其特征在于，以质量％计含有C：0.020％以下、Si：3.0％以下、Mn：1.0％以下、P：0.040％以下、S：0.030％以下、Cr：10.0～14.0％、N：0.020％以下、Al：1.4～4.0％、Ti：0.18％～0.5％、Ni：0.05～0.5％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，满足下述式(1)，

Al％/Cr％≥0.14…(1)

其中，式中的Al％、Cr％分别表示Al、Cr的含量，单位是质量％。

2.根据权利要求1所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％计含有选自Nb：0.01～0.15％、Cu：大于等于0.01％且小于0.4％中的1种以上。

3.根据权利要求1所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％计含有选自Mo：0.02～0.5％、W：0.02～0.3％中的1种以上。

4.根据权利要求2所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％计含有选自Mo：0.02～0.5％、W：0.02～0.3％中的1种以上。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％计含有选自REM：0.001～0.10％、Zr：0.01～0.5％、V：0.01～0.5％、Co：0.01～0.5％中的1种以上。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％计含有选自B：0.0002～0.0050％、Mg：0.0002～0.0020％、Ca：0.0005～0.0030％中的1种以上。

7.根据权利要求5所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％计含有选自B：0.0002～0.0050％、Mg：0.0002～0.0020％、Ca：0.0005～0.0030％中的1种以上。