JP2000178693A - 断続加熱時の高温強度と剥離し難い酸化スケールを有するフェライト系ステンレス鋼板 - Google Patents
断続加熱時の高温強度と剥離し難い酸化スケールを有するフェライト系ステンレス鋼板Info
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Abstract
での高温強度の確保や生成酸化スケールが剥離し難いフ
ェライト系ステンレス鋼板を提供する。 【解決手段】 重量で、 C:0.002〜0.03%,Si:2.00%以
下,Mn:2.00%以下,P:0.040%以下,S:0.030%以下,Ni:0.50%
以下,Cr:10.5〜20.0%,N:0.015%以下,Al:0.005〜1%,Ti:
0.01〜1.0%,B:0.0003〜0.0070%,及び必要により,Mo:0.2
〜3.0%,或いは更にb:0.1〜1.0%、或いは更にまたZr:0.0
1〜0.10% 及び Mg:0.0010〜0.0050% のうち1種又は2
種を含み、かつTi/(C+N)≧6 を満足し、残部がFe及び
不可避的不純物から成る断続加熱時の高温強度と剥離し
難い酸化スケールを有するフェライト系ステンレス鋼
板。
Description
イのエンジンからの排気ガス用マフラー、センタパイプ
やエギゾーストマニホールドの排気系部材に使用される
際に、断続加熱によって生成した酸化スケールが剥離し
難いフェライト系ステンレス鋼板に関するものある。
高温強度に優れることから、自動車やオートバイのエン
ジンからの排気系部材としての使用量が増加している。
排気系部品は使用部位により、排出ガス温度・部品構造
・腐食環境などが異なるため、高温酸化・高温強度のほ
か、熱疲労特性・高温塩害腐食・湿式腐食などに対する
優れた材料特性が要求され、使用部位に応じた鋼材を適
用してきた。さらに排気系材料としてより適切化するた
め、実際に排気系部材が使用される状態での耐久性、す
なわち、断続的に加熱された状態での高温強度の確保や
生成酸化スケールが剥離し難い材料が強く望まれてい
た。
度や生成酸化スケールの剥離に関する従来の知見とし
て、特開平2−175843号公報では、C,Si,M
n,Cr,N,Nbの含有量を特定し、Nb/Cを調整
し、更に必要によりMo,Bを1または2種含有させる
ことにより、耐酸化性と高温特性を向上させることが記
載されている。
C,Si,Mn,P,S,Cr,Ni,Nb,Ti,
N,Al,及び必要によりMo,W,V,Bの内1種ま
たは2種以上の含有量を特定することで、排ガス温度6
00〜650℃にて優れた高温強度、耐熱疲労性を有
し、800℃までの耐酸化性と、優れた加工性と溶接部
耐食性、靭性を有し、自動車排気系部材に適したフェラ
イト系ステンレス鋼が開示されている。しかしながらこ
れらは、断続的に加熱された状態での高温強度の確保
や、生成酸化スケールが剥離し難い材料としては改善の
必要があった。
系材料として、断続的に加熱された状態での高温強度の
確保と、生成酸化スケールが剥離し難いフェライト系ス
テンレス鋼板を提供することを目的とする。
め、本発明の要旨とするところは次の通りである。重量
%で、 C :0.002〜0.03%、 Si:2.00%以下、 Mn:2.00%以下、 P :0.040%以下、 S :0.030%以下、 Ni:0.50%以下、 Cr:10.5〜20.0%、 N :0.015%以下、 Al:0.005〜0.1%、 Ti:0.01〜1.0%、 B :0.0003〜0.0070%、 及び必要により、 Mo:0.2〜3.0%、 あるいはさらに、 Nb:0.1〜1.0%、 あるいはさらにまた、 Zr:0.01〜0.10%およびMg:0.0010
〜0.0050% のうち1種または2種を含み、かつTi/(C+N)≧
6を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物から成る
断続加熱時の高温強度と剥離し難い酸化スケールを有す
るフェライト系ステンレス鋼板。
き詳細に説明する。供試材として、C:0.005重量
%(以下、成分量を%と略す)、Si:0.10%、M
n:0.09%、P:0.022%、S:0.002
%、Ni:0.03%、N:0.0070%、Al:
0.020%でCr濃度を変更し、さらにTi:0.2
3%とB:0.0008%を添加した鋼材を鋳造し、熱
間圧延、焼鈍酸洗、冷間圧延、焼鈍酸洗を行って鋼板と
した。
950℃で30分間保定した後に常温まで冷却する処理
を300回ほど繰り返した。この後0.2%耐力と引張
り強さを評価した結果を図1に示す。図1から、Cr濃
度が増えるとこれら強度は向上することがわかる。さら
にTi:0.23%を加えたり、B:0.0008%ま
で添加すると、高強度化できる。
増量を評価した結果である。Crが増えると酸化量は軽
減する。さらに、Tiを0.23%加えたり、Bを0.
0008%まで添加することで、酸化増量を低減でき
た。このように、製品の強度をCr量により制御するこ
とは可能であるが、鋼種を限定するとCr量はほぼ一定
となるので、Cr量によらない向上技術が必要であり、
これをTi,Bの添加で有効に作用させることができ
る。
た状態での高温強度が確保できる理由は、極低C,Nの
状態でのステンレス鋼のCとNをTiが固定し、余った
Tiが鋼中のP,Feと結合して微細析出物FeTiP
を形成し、800℃程度の断続加熱でも安定して存在す
るため、強度が確保できる。また、BはTiにより固定
されたC,Nに変わり粒界に偏析して、粒界強度を上昇
させる効果があるためと考えている。
ールが剥離し難くなる理由は、Tiを添加することでメ
タル/酸化スケール界面の凹凸が激しく互いに入り組む
ようになる。このため、保護性皮膜の固着作用を大きく
し、800℃と常温を繰り返す熱歪みに耐えるスケール
となる。Bの改善作用は不明確な点もあるが、保護性皮
膜に作用して組成を緻密な皮膜化させるものと考えてい
る。Nb,Zr,Mgについては、メタル/酸化スケー
ル界面の凹凸が激しくさせる作用がある。
下に述べる。Cは、ステンレス鋼の耐食性が0.03%
以下になると著しく向上する。Cは低いほど好ましい
が、0.002%未満にすることは溶製コストが高くな
る。したがってC含有量を0.002〜0.03%と限
定した。
元素であり多いことが望ましいが、過剰の含有は冷間加
工性を低下させるため、その上限を2.00%とした。
Mnは、脱酸剤として、またSの結晶粒界への偏析によ
る粒界脆化を防ぐために必要であるが、あまり多いと鋼
板の冷間加工性を低下させるため、その上限を2.00
%とした。
晶粒界へ偏析し粒界脆化を起こしやすく、低減する必要
があるが、溶製時に高価な原料を使用したりする必要か
らコスト高となるので、0.040%以下とした。S
は、0.030%を超えて含有すると結晶粒界へ偏析し
粒界脆化を起こしやすいので、0.030%以下とし
た。
抑制に効果的であるが、0.50%を超えるとその効果
は飽和し、また経済的にも高価となる。Crは、高いほ
ど耐食性、耐酸化性、断熱加熱後の引張り特性、断熱加
熱後の耐スケール剥離性が向上する。しかし、20.0
%を超えると熱延工程での製造が難しく経済的にも高価
となる。また、10.5%未満では優れた耐食性が発揮
されないため、その範囲を10.5〜20.0%とし
た。
と共に、NをTiNとして固定するのに多量のTiを必
要とし製造コストの上昇を伴うため、その上限を0.0
15%とした。Alは、TiO2 の生成による鋼板の表
面疵を避けるため、脱酸剤として0.005%以上必要
であるが、多すぎるとAlに起因する疵が問題となるた
め、上限を0.1%とした。
れた状態での高温強度を確保したり、生成酸化スケール
が剥離し難い材料とするために重要な成分元素の一つで
あり、0.01%以上で作用する。また、CおよびNを
固定し耐食性を向上させる。耐食性についてはさらにT
i/(C+N)≧6とすることで有効に作用するTi量
を確保することにより、著しい効果が得られる。しか
し、1.0%を超えると熱間加工性を劣化させるため、
1.0%以下とした。
た状態での高温強度の確保や生成酸化スケールが剥離し
難い材料とするために重要な成分元素の一つであり、そ
の効果は0.0003%以上で発揮される。しかし多す
ぎるとスラブ段階での割れが発生し熱延疵を多発するた
め上限を0.0070%とした。有効に作用させるため
には、好ましくは0.0050〜0.0070%が良
い。
で製造された鋼板は耐酸化性・耐食性・高温強度に優
れ、尚かつ、断続的に加熱された状態での高温強度や生
成酸化スケールが剥離し難い性質が優れている。
するため、必要に応じてMo,Nbなど下記の鋼成分を
適宜含有させる。Moは、本発明ステンレス鋼の選択添
加成分である。CrやNiと共存の形で添加され、加工
性を向上し、またマフラー内に排ガス中の水分が、燃焼
排ガス中のCO3 3-,NH4 + ,SO4 2-,NO3 - ,
Cl- や微量の有機物を含有し、局部腐食を発生し進展
させるのを抑制するために必要な元素である。0.2%
以上3.0%以下の添加で、Crおよびその他の特許請
求の範囲に記載の各成分との共存で極めて効果的とな
る。0.2%未満では耐食性は不充分となるが、3.0
%を超えても耐食性の改善にそれほど寄与しないし、か
つ高価となる。
ステンレス鋼の耐食性の劣化を防ぐ効果がある。耐食性
を向上するため0.1%から1.0%の範囲で添加され
る。1.0%を超えると熱間加工性を劣化させ、0.1
%未満では効果がない。
性、局部腐食性を向上させるので、必要に応じて0.1
0%以下で添加する。0.10%を超えるとその効果は
飽和し、0.01%未満では効果がない。Mgの共存添
加は、ステンレス鋼の耐食性、局部腐食性を向上させる
ので、必要に応じて0.0050%以下で添加する。
0.0050%を超えるとその効果は飽和し、0.00
10%未満では効果がない。
転炉で粗溶製したあとVODやAODの仕上げ精錬炉等
の通常の製鋼炉で溶製し、連続鋳造法あるいは通常の造
塊法で鋼片とした後、熱間圧延−焼鈍酸洗(状況に応じ
て焼鈍省略)−冷間圧延−焼鈍酸洗、必要に応じて更に
冷間圧延−焼鈍酸洗等を繰り返し行うという通常の製造
工程を経て製造される。
転炉−VODで溶製し、連続鋳造で鋼片とした後、熱間
圧延により板厚4.0mmの熱延コイルとした。次いで熱
延板の焼鈍酸洗を行った後、冷間圧延・焼鈍酸洗を1回
行い、0.7mmの冷延鋼帯とした。次いで該鋼帯を95
0℃で30分間保定した後、常温まで冷却する処理を3
00回繰り返した後の、材料の950℃での0.2%耐
力、引張り強さ、酸化増量および皮膜剥離の有無の評価
結果を表2に示す。表2の結果より、本発明鋼板は従来
鋼と比べ、断続的に加熱された状態での高温強度が高
く、生成酸化スケールが剥離し難く、これらの特性にお
いて非常に優れていることがわかる。
熱疲労特性,高温塩害腐食,湿式腐食などへの優れた材
料特性に加え、実際に排気系部材が使用される状態での
耐久性、すなわち、断続的に加熱された状態での高温強
度の確保や生成酸化スケールが剥離し難い材料を製造す
ることができる。
する処理を300回繰り返す断続加熱後の、Cr濃度と
引張り特性との関係を示す図。
する処理を300回繰り返す断続加熱後の、Cr濃度と
酸化増量との関係を示す図。
Claims (4)
- 【請求項1】 重量%で、 C :0.002〜0.03%、 Si:2.00%以下、 Mn:2.00%以下、 P :0.040%以下、 S :0.030%以下、 Ni:0.50%以下、 Cr:10.5〜20.0%、 N :0.015%以下、 Al:0.005〜0.1%、 Ti:0.01〜1.0%、 B :0.0003〜0.0070% を含み、かつTi/(C+N)≧6を満足し、残部がF
eおよび不可避的不純物から成ることを特徴とする断続
加熱時の高温強度と剥離し難い酸化スケールを有するフ
ェライト系ステンレス鋼板。 - 【請求項2】 請求項1記載の成分の鋼に、さらに重量
%で、 Mo:0.2〜3.0% を含むことを特徴とする断続加熱時の高温強度と剥離し
難い酸化スケールを有するフェライト系ステンレス鋼
板。 - 【請求項3】 請求項1記載の成分の鋼に、さらに重量
%で、 Nb:0.1〜1.0% を含むことを特徴とする断続加熱時の高温強度と剥離し
難い酸化スケールを有するフェライト系ステンレス鋼
板。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
成分の鋼に、さらに重量%で、 Zr:0.01〜0.10% および Mg:0.0010〜0.0050% のうち1種または2種を含むことを特徴とする断続加熱
時の高温強度と剥離し難い酸化スケールを有するフェラ
イト系ステンレス鋼板。
Priority Applications (1)
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JP35029598A JP3926492B2 (ja) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | 断続加熱時の高温強度に優れ、断続加熱時にも剥離し難い酸化スケールを有するフェライト系ステンレス鋼板 |
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-
1998
- 1998-12-09 JP JP35029598A patent/JP3926492B2/ja not_active Expired - Lifetime
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