CN110088324A

CN110088324A - 铁素体系不锈钢

Info

Publication number: CN110088324A
Application number: CN201780079113.7A
Authority: CN
Inventors: 中村彻之; 石川伸; 杉原玲子
Original assignee: NKK Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Engineering Corp
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2019-08-02
Also published as: EP3517647A1; WO2018116792A1; US20190316236A1; JPWO2018116792A1; KR20210062721A; KR20190085029A; KR102400403B1; MX2019007483A; JP6665936B2; EP3517647A4; TWI645051B; TW201827624A

Abstract

本发明提供氧化皮密合性和热疲劳特性优良、耐凝结水腐蚀性也优良的铁素体系不锈钢板。具有如下组成：以质量％计含有C：0.010％以下、Si：1.0％以下、Mn：1.0％以下、P：0.040％以下、S：0.030％以下、Cr：17.0％以上且18.5％以下、N：0.015％以下、Nb：0.40％以上且0.80％以下、Ti：0.10％以上且0.40％以下、Al：0.20％以下、Ni：0.05％以上且0.40％以下、Co：0.01％以上且0.30％以下、Mo：0.02％以上且0.30％以下、Cu：0.02％以上且0.40％以下，并且满足下式(1)，余量由Fe和不可避免的杂质构成。C％+N％：0.018％以下…(1)式(1)中，C％、N％分别表示C、N的含量(质量％)。

Description

铁素体系不锈钢

技术领域

本发明涉及氧化皮密合性、热疲劳特性和耐凝结水腐蚀性优良的铁素体系不锈钢。

背景技术

汽车的排气系统构件中，直接连接在上游侧、特别是发动机上的排气歧管在最高使用温度达到800～900℃的严苛环境中使用。因此，对其材料要求优良的热疲劳特性，主要使用添加有Nb的铁素体系不锈钢。

铁素体系不锈钢中所添加的Nb通过固溶于钢中而提高高温强度，使热疲劳特性提高。但是，Nb容易与钢中的C、N结合而形成碳氮化物，有时固溶Nb量减少而热疲劳特性降低。作为其对策，也进行了如下研究：复合添加比Nb更容易与C、N结合的Ti，使C、N生成Ti碳氮化物，由此防止Nb碳氮化物的生成。该Nb-Ti复合添加钢的代表性示例为Type441铁素体系不锈钢(18％Cr-0.5％Nb-0.2％Ti)(EN10088-2：EN1.4509)，该钢广泛用于汽车的排气歧管等。

排气歧管在每次发动机的启动和停止都要经受反复加热和骤冷的严苛的反复氧化的环境中使用，因此，氧化皮剥离时，钢基直接暴露于高温的废气中，氧化发展而使板厚减少，根据情况有时会形成孔或者发生变形。因此，对汽车的排气歧管中使用的Nb-Ti复合添加铁素体系不锈钢也要求氧化皮不发生剥离的优良的氧化皮密合性。

作为提高Nb-Ti复合添加铁素体系不锈钢的高温强度、热疲劳特性的方法，在专利文献1和2中公开了Mo的添加。在专利文献3～5中公开了Mo、Cu、W的添加。作为改善氧化皮密合性的方法，在专利文献3中公开了REM、Ca、Y、Zr的添加。在专利文献5中公开了REM、Ca的添加。在专利文献6中公开了通过添加Co和Ni而改善了氧化皮密合性和热疲劳特性的Nb-Ti复合添加铁素体系不锈钢。

另一方面，对于配置于汽车排气管部件的下游侧的消声器、管道等，例如包含撒在道路上的融雪盐的水飞散于其上，或者暴露于废气被冷却而产生的包含腐蚀性离子的凝结水，因此，大多要求耐腐蚀性(以下记作耐凝结水腐蚀性)，使用添加有Ti、Mo的铁素体系不锈钢。作为示例，可以列举JIS G4305中规定的SUS436L(18％Cr-0.2％Ti-1％Mo)、SUS430LX(18％Cr-0.2％Ti)。

如上所述，上游侧的排气歧管等和下游的消声器等所要求的特性不同，因此，一直使用适合于各个用途的铁素体系不锈钢，但若能够利用共通的铁素体系不锈钢制造上述构件，则能够减少钢种数量，而且对不同材质的部件进行焊接的部位减少，部件的制造性稳定，能够使汽车制造变得高效。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平4-224657号公报

专利文献2：日本特开平5-70897号公报

专利文献3：日本特开2004-218013号公报

专利文献4：日本特开2008-240143号公报

专利文献5：日本特开2009-174040号公报

专利文献6：日本专利第5505570号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，专利文献1～5中公开的方法中，具有Mo、W价格昂贵、并且使钢板的韧性等加工性降低的缺点。另外，Cu不仅使常温下的加工性大幅降低，而且具有使耐氧化性降低的缺点。另外，专利文献1～5中，并没有对排气歧管所需的热疲劳特性和耐氧化性(氧化皮密合性)、以及消声器等所需的耐凝结水腐蚀性同时进行评价。此外，在将SUS436L(18％Cr-0.2％Ti-1％Mo)、SUS430LX(18％Cr-0.2％Ti)用于排气歧管的情况下，存在热疲劳特性不足的问题。

可见，对于以往的铁素体系不锈钢而言，还不能说氧化皮密合性、热疲劳特性和耐凝结水腐蚀性的全部特性都是良好的。

本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于提供氧化皮密合性和热疲劳特性优良并且耐凝结水腐蚀性也优良的铁素体系不锈钢。

需要说明的是，本发明的“氧化皮密合性优良”是指：将研磨后的冷轧退火板在大气中进行400次循环的1000℃下的20分钟保持和100℃下的1分钟保持的反复氧化试验(加热速度：5℃/秒、冷却速度：1.5℃/秒)，在上述试验后的试验片表面发生了氧化皮剥离的面积小于5％。

另外，“热疲劳特性优良”是指：依据JSMS-SD-7-03，在200℃至900℃之间反复进行加热、冷却，同时以约束率0.6反复赋予应变，用在各循环的200℃下检测到的载荷除以试验片均热平行部的截面积，所得到的值(应力)相对于第5次循环的应力降低至75％的循环数(热疲劳寿命)为660次循环以上。

另外，“耐凝结水腐蚀性优良”是指：将研磨后的冷轧退火板在含有Cl^-：500ppm、SO₄ ^2-：1000ppm、pH为4、温度为80℃的恒温槽内保持，1组设定为溶液浸渍2小时和干燥6小时，进行30组，腐蚀减量为10g/m²以下。

用于解决问题的方法

本发明人对C+N量给Nb-Ti-Co-Ni复合添加铁素体系不锈钢的热疲劳特性带来的影响进行研究后发现，通过在含有Ti的钢中将C+N量、Ti量限定为适当量，可以得到更优良的热疲劳特性。

进而，对Nb-Ti-Co-Ni复合添加铁素体系不锈钢的耐凝结水腐蚀性进行研究后发现，通过适量添加Mo、Cu这两者，能够改善耐凝结水腐蚀性，能够用于消声器等下游侧的部件。

本发明是基于上述见解而完成的，其主旨如下所述。

[1]一种铁素体系不锈钢，其具有如下组成：

以质量％计含有C：0.010％以下、Si：1.0％以下、Mn：1.0％以下、P：0.040％以下、S：0.030％以下、Cr：17.0％以上且18.5％以下、N：0.015％以下、Nb：0.40％以上且0.80％以下、Ti：0.10％以上且0.40％以下、Al：0.20％以下、Ni：0.05％以上且0.40％以下、Co：0.01％以上且0.30％以下、Mo：0.02％以上且0.30％以下、Cu：0.02％以上且0.40％以下，并且满足下式(1)，余量由Fe和不可避免的杂质构成。

C％+N％：0.018％以下…(1)

式(1)中，C％、N％分别表示C、N的含量(质量％)。

[2]如上述[1]所述的铁素体系不锈钢，其中，以质量％计还含有选自Ca：0.0005％以上且0.0030％以下、Mg：0.0002％以上且0.0020％以下、B：0.0002％以上且0.0020％以下中的一种或两种以上。

[3]如上述[1]或[2]所述的铁素体系不锈钢，其中，以质量％计还含有选自V：0.01％以上且0.50％以下、W：0.02％以上且0.30％以下、Zr：0.005％以上且0.50％以下中的一种或两种以上。

发明效果

根据本发明，能够得到氧化皮密合性、热疲劳特性和耐凝结水腐蚀性优良的铁素体系不锈钢。本发明的铁素体系不锈钢的耐热性(氧化皮密合性、热疲劳特性)和耐凝结水腐蚀性这两者都优良，因此，能够适合用于汽车的排气系统构件的上游侧、下游侧这两者。

附图说明

图1是对热疲劳试验片进行说明的图。

图2是对热疲劳试验中的温度和约束条件进行说明的图。

具体实施方式

以下，对本发明详细地进行说明。

本发明的铁素体系不锈钢具有以质量％计含有C：0.010％以下、Si：1.0％以下、Mn：1.0％以下、P：0.040％以下、S：0.030％以下、Cr：17.0％以上且18.5％以下、N：0.015％以下、Nb：0.40％以上且0.80％以下、Ti：0.10％以上且0.40％以下、Al：0.20％以下、Ni：0.05％以上且0.40％以下、Co：0.01％以上且0.30％以下、Mo：0.02％以上且0.30％以下、Cu：0.02％以上且0.40％以下、并且满足下式(1)、余量由Fe和不可避免的杂质构成的组成，氧化皮密合性和热疲劳特性优良，并且耐凝结水腐蚀性也优良。

C％+N％：0.018％以下…(1)

式(1)中，C％、N％分别表示C、N的含量(质量％)。

接着，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。需要说明的是，只要没有特别说明，则成分％全部是指质量％。

C：0.010％以下

C是对提高钢的强度有效的元素，其效果通过含有0.001％以上的C而得到，因此，C含量优选为0.001％以上。另一方面，含有超过0.010％的C时，会发生氧化皮剥离，因此，C含量设定为0.010％以下。需要说明的是，从确保韧性、加工性的观点考虑，此外，从由于NbC粗大化、或者析出量增多而使钢中的固溶Nb量减少、热疲劳特性降低的观点考虑，C含量越少越优选，C含量优选设定为0.008％以下。C含量更优选为0.005％以上。

Si：1.0％以下

Si是对于提高耐氧化性有效的元素，其效果通过含有0.01％以上的Si而得到，因此，Si含量优选为0.01％以上。另一方面，含有超过1.0％的Si时，加工性降低，因此，Si含量设定为1.0％以下。Si含量更优选为0.20％以上，进一步更优选为0.30％以上。特别是，使Ni含量为0.20％以上且使Si含量为0.30％以上时，氧化皮密合性特别优良。另外，Si含量优选为1.00％以下，更优选为0.50％以下，进一步优选为0.40％以下。

Mn：1.0％以下

Mn是提高钢的强度的元素，并且还具有作为脱氧剂的作用。其效果通过含有0.01％以上的Mn而得到，因此，Mn含量优选为0.01％以上。另一方面，含有超过1.0％的Mn时，会使氧化增量显著增加，使耐氧化性降低，因此，Mn含量设定为1.0％以下。Mn含量更优选为0.20％以上，进一步更优选为0.30％以上。另外，Mn含量优选为1.00％以下，更优选为0.60％以下，进一步优选为0.50％以下。

P：0.040％以下

P是使韧性降低的元素，期望减少，P含量设定为0.040％以下。优选P含量为0.035％以下。更优选P含量为0.030％以下。

S：0.030％以下

S使成形性和耐腐蚀性降低，因此越少越优选，S含量设定为0.030％以下。优选S含量为0.006％以下。更优选S含量为0.003％以下。

Cr：17.0％以上且18.5％以下

Cr是用于提高耐腐蚀性和耐氧化性所需的元素，为了得到良好的耐腐蚀性和耐氧化性，需要含有17.0％以上的Cr。Cr含量低于17.0％时，氧化皮容易增大，氧化皮密合性降低，不仅如此，热疲劳特性有时也降低。此外，也无法充分得到凝结水中的耐腐蚀性。另一方面，含有超过18.5％的Cr时，钢发生硬质化，制造性、加工性降低，因此，Cr含量设定为18.5％以下。优选Cr含量为17.5％以上且18.5％以下的范围。

N：0.015％以下

N使钢的韧性和加工性降低，因此越少越优选，另外，N含量多时，析出粗大的TiN，随着TiN而大量析出NbC，钢中固溶Nb量减少，由此使热疲劳特性降低。此外，容易以粗大的TiN为起点发生氧化皮剥离，氧化皮密合性也降低，因此，N含量设定为0.015％以下。优选N含量为0.012％以下。更优选N含量为0.010％以下。

Nb：0.40％以上且0.80％以下

Nb是具有固溶于钢中而使高温强度显著升高、使热疲劳特性提高的效果的元素。其效果通过含有0.40％以上的Nb而得到。另一方面，超过0.80％的Nb的过量含有不仅使钢的韧性降低，而且在高温下形成拉夫斯(Laves)相(Fe₂Nb)，反而使高温强度降低，因此，Nb含量设定为0.80％以下。Nb含量优选为0.43％以上，更优选为0.45％以上。另外，Nb含量优选为0.60％以下，更优选为0.50％以下。

Ti：0.10％以上且0.40％以下

Ti优先地与C、N结合而生成碳氮化物，由此防止Nb碳氮化物的生成，并且使耐腐蚀性、成形性和焊接部的晶界腐蚀性提高。为了得到这些效果，需要含有0.10％以上的Ti。Ti含量低于0.10％时，无法使C、N完全生成Ti碳氮化物，形成Nb碳氮化物而使Nb固溶量减少，热疲劳特性降低。另一方面，超过0.40％的过量的Ti的含有会使Ti碳氮化物的析出量增加，随之容易析出Nb碳氮化物，由此使Nb固溶量减少，因此，热疲劳特性降低。此外，由于Ti碳氮化物的析出量增加而使氧化皮密合性也降低，以粗大的Ti碳氮化物为起点而发生腐蚀，因此，耐凝结水腐蚀性也降低。因此，Ti含量设定为0.40％以下。Ti含量优选为0.15％以上。另外，Ti含量优选为0.30％以下，更优选为0.25％以下。

Al：0.20％以下

Al是对脱氧有效的元素，其效果通过含有0.01％以上而得到，因此，Al含量优选为0.01％以上。另一方面，使钢硬质化而使加工性降低，因此，Al含量设定为0.20％以下。Al含量更优选为0.02％以上。另外，Al含量优选为0.10％以下，更优选为0.06％以下。

Ni：0.05％以上且0.40％以下

Ni在本发明中是用于确保氧化皮密合性的重要元素，为了得到其效果，需要含有0.05％以上的Ni。Ni低于0.05％时，氧化皮密合性降低，存在氧化皮发生剥离的点成为起点而发生热疲劳破坏的情况。另外，如后所述，本发明的钢通过含有适量的Co而使热膨胀系数减小，因此，与未添加Co的钢或Co的含量不足的钢相比，可以以更少量的Ni含量得到上述效果。另一方面，Ni是昂贵的元素，另外，含有超过0.40％的Ni时，在高温下生成γ相，反而使氧化皮密合性降低。因此，Ni含量设定为0.05％以上且0.40％以下的范围。Ni含量优选为0.10％以上，更优选为0.20％以上。另外，Ni含量优选为0.30％以下，更优选为0.25％以下。

Co：0.01％以上且0.30％以下

Co在本发明中是重要的元素。Co是用于提高热疲劳特性所需的元素，为此，需要含有至少0.01％以上的Co。Co使钢的热膨胀系数减小而使升温时的膨胀量减少，减小升温和冷却时产生的应变量，由此能够使热疲劳特性提高。此外，通过减小钢的热膨胀系数，钢与氧化皮的热膨胀系数的差异减小，在冷却时，氧化皮不易发生剥离。因此，具有能够通过更少量的Ni的含有来防止氧化皮的剥离的效果。另一方面，含有超过0.30％的Co时，Co富集在氧化皮膜与钢基的界面，氧化皮密合性降低。含有超过0.30％的Co时，该界面富集的副作用抵消上述的热膨胀系数减小所带来的氧化皮剥离防止效果，在冷却时氧化皮发生剥离。因此，Co含量设定为0.01％以上且0.30％以下。Co含量优选为0.02％以上，更优选为0.03％以上。另外，Co含量优选为0.10％以下。

Mo：0.02％以上且0.30％以下

Mo是通过固溶强化使钢的强度增加、使热疲劳特性提高并且通过使耐盐害腐蚀性提高而提高耐凝结水腐蚀性的元素，其效果通过含有0.02％以上的Mo而得到。但是，Mo是昂贵的元素，并且大量含有Mo时，不仅产生表面缺陷，而且室温下的加工性也降低。为了不产生表面缺陷而得到良好的表面性状，需要将Mo含量设定为0.30％以下。因此，Mo含量设定为0.02％以上且0.30％以下的范围。Mo含量优选为0.04％以上。另外，Mo含量优选为0.10％以下。

Cu：0.02％以上且0.40％以下

Cu具有如下效果：通过以ε-Cu的形式微细析出而将钢强化，使热疲劳特性提高，并且通过使耐硫酸腐蚀性提高而提高耐凝结水腐蚀性。为了得到这些效果，需要含有0.02％以上的Cu。另一方面，含有超过0.40％的Cu时，氧化皮密合性降低，耐反复氧化性降低。此外，ε-Cu容易粗大地析出，耐凝结水腐蚀性也降低。因此，Cu含量设定为0.40％以下。因此，Cu含量设定为0.02％以上且0.40％以下的范围。Cu含量优选为0.04％以上。另外，Cu含量优选为0.10％以下。

在本发明中，Mo和Cu分别通过使耐盐害腐蚀性、耐硫酸腐蚀性提高而提高耐凝结水腐蚀性，因此，Mo或Cu的单独含有时，得不到充分的耐凝结水腐蚀性。本发明中，正因为适量含有Mo和Cu这两者才得到优良的耐凝结水腐蚀性。

C％+N％：0.018％以下…(1)

式(1)中，C％、N％分别表示C、N的含量(质量％)。

如前所述，从韧性、加工性、耐氧化皮剥离性的观点考虑，将C和N各自的含量设定为0.010％以下、0.015％以下。此外，在本发明中，从热疲劳特性的观点考虑，将C％+N％如上述式(1)所示限定为0.018％以下。C％+N％大于0.018％时，粗大的Ti氮化物(TiN)大量生成，随之在TiN的周围析出NbC，因此，NbC的析出量增多。NbC的析出量增多时，固溶于钢中的Nb量减少，钢的高温强度降低，因此，无法充分得到热疲劳特性提高效果。因此，复合添加有Nb和Ti的本发明中，为了充分得到Nb的固溶强化量，将C％+N％设定为0.018％以下。优选C％+N％为0.015％以下。C％+N％为0.015％以下时，析出的TiN、NbC变得微细，并且，由于TiN微细化，在其周围析出的NbC的析出量减少，钢中固溶Nb量增加。此外，NbC本身微细地析出，由此，也可以得到析出强化效果。通过这些效果，热疲劳特性提高。更优选将C％+N％设定为0.013％以下。

本发明为氧化皮密合性和热疲劳特性优良并且耐凝结水腐蚀性也优良的铁素体系不锈钢，其特征在于，含有上述必需成分且余量由Fe和不可避免的杂质构成。此外，可以根据需要在下述的范围内含有选自Ca、Mg和B中的一种或两种以上、和/或选自V、W和Zr中的一种或两种以上。

Ca：0.0005％以上且0.0030％以下

Ca是对于防止连续铸造时容易发生的Ti系夹杂物析出所致的喷嘴堵塞有效的成分。其效果通过含有0.0005％以上的Ca而得到。另一方面，为了不产生表面缺陷而得到良好的表面性状，Ca含量优选设定为0.0030％以下。因此，在含有Ca的情况下，Ca含量优选设定为0.0005％以上且0.0030％以下的范围。更优选Ca含量为0.0005％以上且0.0020％以下的范围。进一步优选Ca含量为0.0005％以上且0.0015％以下的范围。

Mg：0.0002％以上且0.0020％以下

Mg是对于提高加工性、韧性有效的元素。此外，Mg是对于抑制Nb、Ti的碳氮化物的粗大化有效的元素。Ti碳氮化物粗大化时，成为脆性破裂的起点，因此韧性降低。另外，Nb碳氮化物粗大化时，Nb的钢中的固溶量降低，因此导致热疲劳特性的降低。上述的提高加工性和韧性、或者抑制Nb和Ti的碳氮化物的粗大化的效果通过含有0.0002％以上的Mg而得到。另一方面，Mg含量超过0.0020％时，有时会使钢的表面性状变差。因此，在含有Mg的情况下，Mg含量优选设定为0.0002％以上且0.0020％以下的范围。Mg含量更优选为0.0004％以上。另外，Mg含量更优选为0.0015％以下，进一步更优选为0.0010％以下。

B：0.0002％以上且0.0020％以下

B是对于提高加工性、特别是二次加工性有效的元素。这些效果通过含有0.0002％以上的B而得到。另一方面，含有超过0.0020％的B时，钢的加工性、韧性有时降低，因此，B含量设定为0.0020％以下。因此，在含有B的情况下，B含量优选设定为0.0002％以上且0.0020％以下的范围。B含量更优选为0.0003％以上。另外，B含量更优选为0.0010％以下。

V：0.01％以上且0.50％以下

V是对于高温强度的提高有效的元素。另外，还具有抑制Ti、Nb的碳氮化物粗大化的效果。其效果通过含有0.01％以上的V而得到。另一方面，含有超过0.50％的V时，析出粗大的V(C、N)，韧性有时降低。因此，在含有V的情况下，V含量优选设定为0.01％以上且0.50％以下的范围。V含量更优选为0.02％以上。另外，V含量更优选为0.20％以下。

W：0.02％以上且0.30％以下

W与Mo同样，是通过固溶强化使钢的强度增加的元素，其效果通过含有0.02％以上的W而得到。但是，W是昂贵的元素，并且大量含有W时，不仅产生表面缺陷，而且韧性等加工性大幅降低。为了得到良好的表面性状，W含量优选设定为0.30％以下。因此，在含有W的情况下，W含量优选设定为0.02％以上且0.30％以下的范围。

Zr：0.005％以上且0.50％以下

Zr是使耐氧化性提高的元素。为了得到其效果，优选将Zr含量设定为0.005％以上。另一方面，Zr含量超过0.50％时，析出Zr金属间化合物，钢容易发生脆化。因此，在含有Zr的情况下，Zr含量优选设定为0.005％以上且0.50％以下。

接着，对本发明的铁素体系不锈钢的制造方法进行说明。

本发明的铁素体系不锈钢可以使用通常的不锈钢的制造方法。将由上述成分组成构成的钢利用转炉、电炉等熔化炉进行熔炼，进一步经过钢包精炼、真空精炼等二次精炼，通过连续铸造法或铸锭-分坯轧制法制成钢片(钢坯)，实施热轧、热轧板退火、酸洗而制成热轧退火酸洗板。此外，推荐经过冷轧、最终退火、酸洗等各工序制成冷轧退火板的方法。一例如下所述。

利用转炉或电炉等进行熔炼，通过AOD法或VOD法进行二次精炼，对上述成分组成的钢水进行熔炼，通过连续铸造法制成钢坯。将该钢坯加热至1000～1250℃，通过热轧制成期望板厚的热轧板。将该热轧板在900℃～1100℃的温度下实施连续退火后，通过喷丸和酸洗进行脱氧化皮，制成热轧退火酸洗板。可以将该热轧退火酸洗板直接用于排气歧管、法兰、管道、消声器等本发明作为对象的用途，但也可以进一步进行冷轧和退火-酸洗而制成冷轧退火酸洗板。该冷轧工序中，可以根据需要进行包含中间退火的两次以上的冷轧。包含一次冷轧或两次以上的冷轧的冷轧工序的总压下率设定为60％以上，优选设定为70％以上。冷轧板退火温度为900～1150℃，优选为950～1100℃。另外，根据用途，也可以在酸洗后施加轻度的轧制(表面光轧等)而进行钢板的形状、品质调整。另外，也可以在含氢气的还原气氛中进行退火而制成省略了酸洗的BA精加工品。

使用这样制造而得到的热轧退火板制品或冷轧退火板制品，实施与各用途相对应的弯曲加工等，成形为汽车、摩托车的排气管、催化剂外筒材料和火力发电厂的排气管道或燃料电池相关构件。用于焊接这些构件的焊接方法没有特别限定，可以应用TIG、MIG、MAG等各种电弧焊接方法、点焊、缝焊等电阻焊接方法、和缝焊方法等高频电阻焊接、高频感应焊接。

实施例

将具有表1所示的成分组成的No.1～40的钢利用真空熔化炉进行熔炼、铸造，制成30kg钢块。接着，加热至1170℃后，进行热轧，制成厚度35mm×宽度150mm的薄板坯。将该薄板坯分成两半。将其中一半通过锻造制成断面为30mm×30mm的方棒，在950～1050℃的范围内进行退火后，进行机械加工，制作图1所示的热疲劳试验片。使用该试验片来进行后述的热疲劳试验。关于退火温度，在950～1050℃的温度范围内在确认组织的同时根据成分进行设定。关于以后的退火也同样。

使用上述分成两半的另一半薄板坯，加热至1050℃后，进行热轧而制成板厚5mm的热轧板。然后，在900～1050℃的温度范围内进行热轧板退火，进行酸洗，制作热轧退火酸洗板。在该阶段，对钢板的表面性状进行肉眼观察。将该钢板通过冷轧使板厚为2mm，在900～1050℃的温度范围内进行最终退火，制成冷轧退火板。将其供于下述的反复氧化试验和凝结水浸渍试验。

＜反复氧化试验＞

从上述的冷轧退火板上切下20mm宽度×30mm长度的尺寸，将全部6个面用#320砂纸研磨，供于试验。关于氧化试验条件，在大气中中，将1000℃下保持20分钟和100℃下保持1分钟反复进行400次循环。加热速度和冷却速度分别为5℃/秒、1.5℃/秒。试验后，目视观察氧化皮的剥离的有无，对氧化皮密合性进行评价。将所得到的结果一并示于表1中。

＜热疲劳试验＞

对于上述热疲劳试验用试验片，在200℃至900℃之间反复进行加热、冷却，同时以图2所示的约束率0.6反复赋予应变，测定热疲劳寿命。测定方法依据日本材料学会标准高温低循环试验法(JSMS-SD-7-03)。首先。用在各循环的200℃下检测到的载荷除以图1所示的试验片均热平行部的截面积(50.3mm²)，作为该循环的应力。将该循环中的应力相对于行为稳定的第5次循环的应力降低至75％的循环数作为热疲劳寿命。利用该寿命循环数对热疲劳特性进行评价。将所得到的结果一并示于表1中。

需要说明的是，关于上述的约束率，如图2所示，约束率η＝a/(a+b)，a为(自由热膨胀应变量-控制应变量)/2，b为控制应变量/2。另外，自由热膨胀应变量是指在根本不提供机械应力的情况下升温时的应变量，控制应变量表示相对于在室温下并不负荷应力的状态的应变量。通过约束而在材料中产生的实质上的约束应变量为(自由热膨胀应变量-控制应变量)、即相对于自由热膨胀应变量的应变量。

＜凝结水浸渍试验＞

从上述中制作的冷轧退火板上切下60mm宽度×80mm长度的尺寸，将全部6个面用#320砂纸研磨，供于试验。试验时，将端部用保护胶带覆盖。试验溶液模拟凝结水，含有Cl^-：500ppm、SO₄ ^2-：1000ppm，并调节至pH：4。在恒温槽内保持以使温度达到80℃。试验中，将溶液浸渍2小时和干燥6小时设为1组，进行30组。试验后，将腐蚀生成物除去，测定试验前后的重量，由此计算出腐蚀减量。

需要说明的是，表1中，各试验的判定基准如下所述。

(1)氧化皮密合性：将在反复氧化试验后的试验片表面发生了氧化皮剥离的面积为0％(目视观察中没有发现氧化皮剥离)的试验片判定为◎(合格)，将上述面积大于0％且小于5％的试验片判定为○(合格)，将上述面积为5％以上的试验片判定为×(不合格)。

(2)热疲劳特性：将热疲劳寿命为750次循环以上的试验片判定为◎(合格)，将热疲劳寿命为660次循环以上且少于750次循环的试验片判定为○(合格)，将热疲劳寿命少于660次循环判定为×(不合格)。

(3)耐凝结水腐蚀性：将腐蚀减量为5g/m²以下的试验片判定为◎(合格)，将腐蚀减量大于5g/m²且为10g/m²以下的试验片判定为○(合格)，将腐蚀减量大于10g/m²的试验片判定为×(不合格)。

根据表1，作为本发明例的No.1～20和36～40的全部例子的氧化皮密合性和热疲劳特性、耐凝结水腐蚀性均优良。Si和Ni的含量为优选范围(Si≥0.30％和Ni≥0.20％)的本发明例No.2～4、6、9、10、12、14～16、19、20、36～40的氧化皮密合性特别优良。C+N和Ti、Co、Mo、Cu的含量为优选范围(C+N≤0.015％、Ti≥0.15％、Co≥0.02％、Mo≥0.04％、Cu≥0.04％)的本发明例No.1、2、6～11、16、38的热疲劳特性特别优良。Mo和Cu的含量为优选范围(Mo≥0.04％和Cu≥0.04％)的本发明例No.1、2、6～11、16、18、36～40的耐凝结水腐蚀性特别优良。另外，本发明例的全部的热轧退火酸洗板的表面性状都是没有表面缺陷、良好。

另一方面，Mo和Cu均低于本发明范围的下限值的比较例No.21、24、Cu低于本发明范围的下限值的比较例No.22、Mo低于本发明范围的下限值的比较例No.23的耐凝结水腐蚀性均不合格。

C+N超过本发明范围的上限值的比较例No.25的热疲劳特性不合格。Co低于本发明范围的下限值的比较例No.26的热疲劳特性不合格。Ni低于本发明范围的下限值的比较例No.27的氧化皮密合性和热疲劳特性不合格。

Ni和Co均低于本发明范围的下限值的比较例No.28的氧化皮密合性和热疲劳特性不合格。Cu超过本发明范围的上限值的比较例No.29的氧化皮密合性、耐凝结水腐蚀性不合格。

Ti超过本发明范围的上限值的比较例No.30的氧化皮密合性、热疲劳特性、耐凝结水腐蚀性均不合格。C超过本发明范围的上限值的比较例No.31的氧化皮密合性和热疲劳特性不合格，N超过本发明范围的上限值的比较例No.32的氧化皮密合性和热疲劳特性不合格。

Cr低于本发明范围的下限值的比较例No.33的氧化皮密合性、热疲劳特性、凝结水腐蚀性均不合格。Nb低于本发明范围的下限值的比较例No.34和Ti低于本发明范围的下限值的比较例No.35的热疲劳特性均不合格。

由上可知，本发明范围的钢的氧化皮密合性、热疲劳特性、耐凝结水腐蚀性均优良。

产业上的可利用性

本发明的铁素体系不锈钢板的氧化皮密合性、热疲劳特性、耐凝结水腐蚀性均优良，因此，不仅适合于排气歧管、各种排气管道、法兰、转换器箱、消声器等汽车等全部排气系统部件，还能够利用一个钢种构成全部排气管部件，从钢材的获取稳定性、焊接性的方面而言能够实现高效。此外，还适合作为火力发电系统的排气系统构件、燃料电池用构件。

Claims

1.一种铁素体系不锈钢，其具有如下组成：

以质量％计含有C：0.010％以下、Si：1.0％以下、Mn：1.0％以下、P：0.040％以下、S：0.030％以下、Cr：17.0％以上且18.5％以下、N：0.015％以下、Nb：0.40％以上且0.80％以下、Ti：0.10％以上且0.40％以下、Al：0.20％以下、Ni：0.05％以上且0.40％以下、Co：0.01％以上且0.30％以下、Mo：0.02％以上且0.30％以下、Cu：0.02％以上且0.40％以下，并且满足下式(1)，余量由Fe和不可避免的杂质构成，

C％+N％：0.018％以下…(1)

式(1)中，C％、N％分别表示C、N的质量％含量。

2.如权利要求1所述的铁素体系不锈钢，其中，以质量％计还含有选自Ca：0.0005％以上且0.0030％以下、Mg：0.0002％以上且0.0020％以下、B：0.0002％以上且0.0020％以下中的一种或两种以上。

3.如权利要求1或2所述的铁素体系不锈钢，其中，以质量％计还含有选自V：0.01％以上且0.50％以下、W：0.02％以上且0.30％以下、Zr：0.005％以上且0.50％以下中的一种或两种以上。