JP2002080943A - 溶接部の耐二次加工脆性および高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
溶接部の耐二次加工脆性および高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶接部の耐二次加工脆性および高温疲労特性
の両特性を兼ね備えたフェライト系ステンレス鋼を提供
する。 【解決手段】 フェライト系ステンレス鋼において、C
o，ＶおよびＢをそれぞれ Co：0.01〜0.3 mass％、 Ｖ：0.01〜0.3 mass％および Ｂ：0.0002〜0.0050mass％ の範囲で複合含有させる。
の両特性を兼ね備えたフェライト系ステンレス鋼を提供
する。 【解決手段】 フェライト系ステンレス鋼において、C
o，ＶおよびＢをそれぞれ Co：0.01〜0.3 mass％、 Ｖ：0.01〜0.3 mass％および Ｂ：0.0002〜0.0050mass％ の範囲で複合含有させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接管あるいは溶
接した鋼板を成形加工して使用する用途に供して好適
な、溶接部の耐二次加工脆性および高温疲労特性に優れ
たフェライト系ステンレス鋼に関するものである。
接した鋼板を成形加工して使用する用途に供して好適
な、溶接部の耐二次加工脆性および高温疲労特性に優れ
たフェライト系ステンレス鋼に関するものである。
【０００２】ここで二次加工とは、 例えば溶接管を曲げ
加工（一次加工）したのち、 さらにそれを拡管する（二
次加工）場合のように、２回以上の成形加工を特定箇所
に施すことをいう。 フェライト系ステンレス鋼は、この
ような二次加工を施した際に、脆化割れを生じる場合が
良く見受けられる。また、 高温疲労とは、600 ℃以上の
高温での繰り返し曲げによって材料が疲労破壊する現象
である。溶接部で二次加工と高温疲労を受ける例とし
て、例えば自動車の排ガス系部品がある。その中でも加
工が厳しく、かつエンジンからの排ガスで 600℃以上の
高温に加熱された状態で激しい振動を受けるエキゾース
ト・ マニホールド（図１参照）はその最たるものであ
り、本発明は例えばこのような部材に用いて好適なもの
である。
加工（一次加工）したのち、 さらにそれを拡管する（二
次加工）場合のように、２回以上の成形加工を特定箇所
に施すことをいう。 フェライト系ステンレス鋼は、この
ような二次加工を施した際に、脆化割れを生じる場合が
良く見受けられる。また、 高温疲労とは、600 ℃以上の
高温での繰り返し曲げによって材料が疲労破壊する現象
である。溶接部で二次加工と高温疲労を受ける例とし
て、例えば自動車の排ガス系部品がある。その中でも加
工が厳しく、かつエンジンからの排ガスで 600℃以上の
高温に加熱された状態で激しい振動を受けるエキゾース
ト・ マニホールド（図１参照）はその最たるものであ
り、本発明は例えばこのような部材に用いて好適なもの
である。
【０００３】
【従来の技術】複雑な曲げ加工や拡管、 縮径加工を施さ
れた溶接管を、例えば自動車のエキゾースト・マニホー
ルドに使用した場合、二次加工を受けて脆化した溶接部
で割れが生じたり、あるいは溶接部が高温での強度不足
のため使用中に疲労割れを起こすという問題があった。
このように、母材よりも溶接部で割れが生じ易い理由
は、 溶接時の入熱による溶接部の結晶粒の粗大化によっ
て、 溶接部の靱性および強度が低下することが主な原因
である。
れた溶接管を、例えば自動車のエキゾースト・マニホー
ルドに使用した場合、二次加工を受けて脆化した溶接部
で割れが生じたり、あるいは溶接部が高温での強度不足
のため使用中に疲労割れを起こすという問題があった。
このように、母材よりも溶接部で割れが生じ易い理由
は、 溶接時の入熱による溶接部の結晶粒の粗大化によっ
て、 溶接部の靱性および強度が低下することが主な原因
である。
【０００４】上記の問題を解決するものとして、特開平
11−172369号公報には、溶接部の高温疲労特性に優れた
Cr含有フェライト鋼として、Al2O3 介在物を低減した成
分系が提案されている。しかしながら、この鋼種の、溶
接部割れのもう一つの原因である二次加工脆化に対する
性能は十分とはいえず、高温疲労特性は良好であって
も、二次加工脆化によって割れを起こす場合があった。
また、Al2O3 介在物を低減するには、製鋼工程でSiやMn
を脱酸剤としなければならず、脱酸剤として広く使われ
ているAlを使用することができないという、製造上の制
約もあった。
11−172369号公報には、溶接部の高温疲労特性に優れた
Cr含有フェライト鋼として、Al2O3 介在物を低減した成
分系が提案されている。しかしながら、この鋼種の、溶
接部割れのもう一つの原因である二次加工脆化に対する
性能は十分とはいえず、高温疲労特性は良好であって
も、二次加工脆化によって割れを起こす場合があった。
また、Al2O3 介在物を低減するには、製鋼工程でSiやMn
を脱酸剤としなければならず、脱酸剤として広く使われ
ているAlを使用することができないという、製造上の制
約もあった。
【０００５】また、特開平７−126812号公報には、りん
化物のサイズおよび量を制御することによって、耐二次
加工脆性を改善したフェライト系ステンレス鋼が提案さ
れている。しかしながら、Ｐを添加すると溶接部の靱性
劣化が避けられない。これは、溶接時の入熱により、 溶
接部の結晶粒界にＰが偏析したためと考えられる。ま
た、溶接部の高温疲労特性は、りん化物の制御によって
は向上せず、従って高温疲労割れを防止することはでき
なかった。
化物のサイズおよび量を制御することによって、耐二次
加工脆性を改善したフェライト系ステンレス鋼が提案さ
れている。しかしながら、Ｐを添加すると溶接部の靱性
劣化が避けられない。これは、溶接時の入熱により、 溶
接部の結晶粒界にＰが偏析したためと考えられる。ま
た、溶接部の高温疲労特性は、りん化物の制御によって
は向上せず、従って高温疲労割れを防止することはでき
なかった。
【０００６】上述したように、溶接部の耐二次加工脆性
および高温疲労特性を改善することについては、これま
で種々の提案がなされているが、両特性を兼ね備えたフ
ェライト系ステンレス鋼については現在までのところ見
出されておらず、その開発が望まれていた。
および高温疲労特性を改善することについては、これま
で種々の提案がなされているが、両特性を兼ね備えたフ
ェライト系ステンレス鋼については現在までのところ見
出されておらず、その開発が望まれていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の要望
に有利に応えるもので、鋼成分の適正化を図ることによ
って、 溶接部の耐二次加工脆性および高温疲労特性の両
者を併せて改善したフェライト系ステンレス鋼を提案す
ることを目的とする。
に有利に応えるもので、鋼成分の適正化を図ることによ
って、 溶接部の耐二次加工脆性および高温疲労特性の両
者を併せて改善したフェライト系ステンレス鋼を提案す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、 上記
の目的を達成すべく、 フェライト系ステンレス鋼の溶接
部の耐二次加工脆性および高温疲労特性に及ぼす各種添
加元素の影響について綿密な検討を行った。その結果、
微量のCo，ＶおよびＢを複合添加することによって、溶
接部の耐二次加工脆性および高温疲労特性が同時に顕著
に向上することが新たに見出された。
の目的を達成すべく、 フェライト系ステンレス鋼の溶接
部の耐二次加工脆性および高温疲労特性に及ぼす各種添
加元素の影響について綿密な検討を行った。その結果、
微量のCo，ＶおよびＢを複合添加することによって、溶
接部の耐二次加工脆性および高温疲労特性が同時に顕著
に向上することが新たに見出された。
【０００９】図２に、 溶接部の二次加工脆性遷移温度に
及ぼす、 Co，ＶおよびＢの影響について調べた結果を整
理して示す。同図に示したとおり、Co，ＶおよびＢの３
元素を複合添加した場合には、いずれか２元素しか添加
しなかった場合と比較して、脆性遷移温度が低下してお
り、より低温で使用しても脆化割れが起こらないことを
示している。特に、これらの元素の含有量が、次式 0.1 ≦〔Co〕＋ 0.5×〔Ｖ〕＋ 100×〔Ｂ〕≦ 0.5 ここで、〔Ｍ〕はＭ元素の含有量（質量百分率）の範囲
を満足する場合には、一層低い脆性遷移温度が得られて
いる。
及ぼす、 Co，ＶおよびＢの影響について調べた結果を整
理して示す。同図に示したとおり、Co，ＶおよびＢの３
元素を複合添加した場合には、いずれか２元素しか添加
しなかった場合と比較して、脆性遷移温度が低下してお
り、より低温で使用しても脆化割れが起こらないことを
示している。特に、これらの元素の含有量が、次式 0.1 ≦〔Co〕＋ 0.5×〔Ｖ〕＋ 100×〔Ｂ〕≦ 0.5 ここで、〔Ｍ〕はＭ元素の含有量（質量百分率）の範囲
を満足する場合には、一層低い脆性遷移温度が得られて
いる。
【００１０】同様に、溶接部の高温疲労特性とCo，Ｖお
よびＢとの関係についても調査したところ、これに対し
てもCo，Ｖ，Ｂの複合添加は効果があることが判明し
た。図３に、溶接部の高温疲労特性（107 疲労限：107
回曲げを繰り返しても疲労割れが生じない最高曲げ応
力）に及ぼす、 Co，ＶおよびＢの影響について調べた結
果を整理して示す。同図に示したとおり、Co，Ｖおよび
Ｂの３元素を複合添加した場合には、いずれか２元素し
か添加しなかった場合と比較して、107 疲労限が向上
し、より高い繰り返し曲げ応力に耐えられることを示し
ている。特に、これらの元素の含有量が、次式0.1 ≦
〔Co〕＋ 0.5×〔Ｖ〕＋ 100×〔Ｂ〕≦ 0.5の範囲を満
足する場合には、より高い 107疲労限を得ることができ
た。本発明は、上記の知見に立脚するものである。
よびＢとの関係についても調査したところ、これに対し
てもCo，Ｖ，Ｂの複合添加は効果があることが判明し
た。図３に、溶接部の高温疲労特性（107 疲労限：107
回曲げを繰り返しても疲労割れが生じない最高曲げ応
力）に及ぼす、 Co，ＶおよびＢの影響について調べた結
果を整理して示す。同図に示したとおり、Co，Ｖおよび
Ｂの３元素を複合添加した場合には、いずれか２元素し
か添加しなかった場合と比較して、107 疲労限が向上
し、より高い繰り返し曲げ応力に耐えられることを示し
ている。特に、これらの元素の含有量が、次式0.1 ≦
〔Co〕＋ 0.5×〔Ｖ〕＋ 100×〔Ｂ〕≦ 0.5の範囲を満
足する場合には、より高い 107疲労限を得ることができ
た。本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００１１】すなわち、本発明の要旨構成は次のとおり
である。 １．質量百分率で、Ｃ：0.02％以下、Si：0.2 〜1.0
％、Mn：1.5 ％以下、Ｐ：0.04％以下、Ｓ：0.01％以下、C
r：11.0〜20.0％、Ni：1.0 ％以下、Mo：1.0 〜2.0 ％、A
l：1.0 ％以下、Nb：0.2 〜0.8 ％、Ｎ：0.02％以下、C
o：0.01〜0.3 ％、Ｖ：0.01〜0.3 ％およびＢ：0.0002〜
0.0050％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組
成になることを特徴とする、溶接部の耐二次加工脆性お
よび高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
である。 １．質量百分率で、Ｃ：0.02％以下、Si：0.2 〜1.0
％、Mn：1.5 ％以下、Ｐ：0.04％以下、Ｓ：0.01％以下、C
r：11.0〜20.0％、Ni：1.0 ％以下、Mo：1.0 〜2.0 ％、A
l：1.0 ％以下、Nb：0.2 〜0.8 ％、Ｎ：0.02％以下、C
o：0.01〜0.3 ％、Ｖ：0.01〜0.3 ％およびＢ：0.0002〜
0.0050％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組
成になることを特徴とする、溶接部の耐二次加工脆性お
よび高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【００１２】２．上記１において、Co, ＶおよびＢ量
が、次式 0.1 ≦〔Co〕＋ 0.5×〔Ｖ〕＋ 100×〔Ｂ〕≦ 0.5 ここで、〔Ｍ〕はＭ元素の含有量（質量百分率）の範囲
を満足することを特徴とする、フェライト系ステンレス
鋼。
が、次式 0.1 ≦〔Co〕＋ 0.5×〔Ｖ〕＋ 100×〔Ｂ〕≦ 0.5 ここで、〔Ｍ〕はＭ元素の含有量（質量百分率）の範囲
を満足することを特徴とする、フェライト系ステンレス
鋼。
【００１３】３．上記１または２において、質量百分率
で、さらに Ti：0.5 ％以下、 Zr：0.5 ％以下および Ta：0.5 ％以下 のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成に
なることを特徴とする、フェライト系ステンレス鋼。
で、さらに Ti：0.5 ％以下、 Zr：0.5 ％以下および Ta：0.5 ％以下 のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成に
なることを特徴とする、フェライト系ステンレス鋼。
【００１４】４．上記１〜３のいずれかにおいて、質量
百分率で、さらに Cu：2.0 ％以下 を含有する組成になることを特徴とする、フェライト系
ステンレス鋼。
百分率で、さらに Cu：2.0 ％以下 を含有する組成になることを特徴とする、フェライト系
ステンレス鋼。
【００１５】５．上記１〜４のいずれかにおいて、質量
百分率で、さらに Ｗ：1.0 ％以下および Mg：0.1 ％以下 のうちから選んだ１種または２種を含有する組成になる
ことを特徴とする、フェライト系ステンレス鋼。
百分率で、さらに Ｗ：1.0 ％以下および Mg：0.1 ％以下 のうちから選んだ１種または２種を含有する組成になる
ことを特徴とする、フェライト系ステンレス鋼。
【００１６】６．上記１〜５のいずれかにおいて、質量
百分率で、さらに Ca：0.005 ％以下 を含有する組成になることを特徴とする、フェライト系
ステンレス鋼。
百分率で、さらに Ca：0.005 ％以下 を含有する組成になることを特徴とする、フェライト系
ステンレス鋼。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、 本発明のフェライト系ステ
ンレス鋼（以下、単に本発明鋼という) について具体的
に説明する。まず、本発明鋼の成分組成を上記の範囲に
限定した理由について説明する。なお、成分に関する
「％」表示は特に断らない限り質量百分率（mass％）を
意味する。 Ｃ：0.02％以下 本発明鋼において、Ｃは、適量であれば粒界を強化し、
溶接部の耐二次加工脆性を向上させる作用があるが、含
有量が増大し炭化物となって粒界に析出するようになる
と耐二次加工脆性に悪影響を及ぼす。特に含有量が0.02
％を超えると、その悪影響が顕著となるので、Ｃ量は0.
02％以下に限定した。特に、耐二次加工脆性の向上の観
点から好適な含有量は 0.003％＜Ｃ≦0.01％の範囲であ
る。
ンレス鋼（以下、単に本発明鋼という) について具体的
に説明する。まず、本発明鋼の成分組成を上記の範囲に
限定した理由について説明する。なお、成分に関する
「％」表示は特に断らない限り質量百分率（mass％）を
意味する。 Ｃ：0.02％以下 本発明鋼において、Ｃは、適量であれば粒界を強化し、
溶接部の耐二次加工脆性を向上させる作用があるが、含
有量が増大し炭化物となって粒界に析出するようになる
と耐二次加工脆性に悪影響を及ぼす。特に含有量が0.02
％を超えると、その悪影響が顕著となるので、Ｃ量は0.
02％以下に限定した。特に、耐二次加工脆性の向上の観
点から好適な含有量は 0.003％＜Ｃ≦0.01％の範囲であ
る。
【００１８】Si：0.2 〜1.0 ％ Siは、高強度化に有効に寄与し、それによって高温疲労
特性を向上させる有用元素である。この効果を得るため
には、少なくとも 0.2％の含有が必要であるが、 1.0％
を超えると鋼を脆化させ溶接部の耐二次加工脆性を劣化
させるので、Si量は 0.2〜1.0 の範囲に限定した。溶接
部の耐二次加工脆性の向上の観点からは0.6％以下とす
ることが望ましい。
特性を向上させる有用元素である。この効果を得るため
には、少なくとも 0.2％の含有が必要であるが、 1.0％
を超えると鋼を脆化させ溶接部の耐二次加工脆性を劣化
させるので、Si量は 0.2〜1.0 の範囲に限定した。溶接
部の耐二次加工脆性の向上の観点からは0.6％以下とす
ることが望ましい。
【００１９】Mn：1.5 ％以下 Mnは、耐酸化性の改善に有効であることから、高温で使
用する材料に含有させると有効な元素である。 しかしな
がら、過剰に含有されると鋼の靱性だけでなく、溶接部
の耐二次加工脆性を劣化させることから 1.5％以下に限
定した。溶接部の耐二次加工脆性の向上の観点からは
0.5％以下とすることが望ましい。また、耐酸化性を改
善させる観点からは、その含有量は 0.1％以上とするこ
とが好ましい。
用する材料に含有させると有効な元素である。 しかしな
がら、過剰に含有されると鋼の靱性だけでなく、溶接部
の耐二次加工脆性を劣化させることから 1.5％以下に限
定した。溶接部の耐二次加工脆性の向上の観点からは
0.5％以下とすることが望ましい。また、耐酸化性を改
善させる観点からは、その含有量は 0.1％以上とするこ
とが好ましい。
【００２０】Ｐ：0.04％以下 Ｐは、粒界に偏析し易く、 後述するＢの粒界強化の効果
を低減させる。 従ってできる限り低い方が溶接部の耐二
次加工脆性および高温疲労特性の面で有効である。しか
しながら、あまりに低くすることは製鋼のコストの上昇
を招くため0.04％を上限とした。
を低減させる。 従ってできる限り低い方が溶接部の耐二
次加工脆性および高温疲労特性の面で有効である。しか
しながら、あまりに低くすることは製鋼のコストの上昇
を招くため0.04％を上限とした。
【００２１】Ｓ：0.01％以下 Ｓ量が低い方が、 ステンレス鋼の特徴である耐食性は向
上するが、製鋼時の脱Ｓ処理にかかる経済的制約から、
Ｓ量は0.01％以下とした。
上するが、製鋼時の脱Ｓ処理にかかる経済的制約から、
Ｓ量は0.01％以下とした。
【００２２】Cr：11.0〜20.0％ Crは、高温強度、 耐酸化性および耐食性の向上に有効な
元素であり、十分な高温強度、 耐酸化性および耐食性を
得るためには少なくとも11.0％の含有が必要である。一
方、Crは、鋼の靱性を劣化させ、 特に20.0％を超えて含
有させると靱性の劣化が著しく、 溶接部の耐二次加工脆
性をも劣化させるので、Cr量は11.0〜20.0％の範囲に限
定した。特に、溶接部の高温疲労特性向上の観点からは
14.0％以上、一方溶接部の耐二次加工脆性向上の観点か
らは16.0％以下とすることが好適である。
元素であり、十分な高温強度、 耐酸化性および耐食性を
得るためには少なくとも11.0％の含有が必要である。一
方、Crは、鋼の靱性を劣化させ、 特に20.0％を超えて含
有させると靱性の劣化が著しく、 溶接部の耐二次加工脆
性をも劣化させるので、Cr量は11.0〜20.0％の範囲に限
定した。特に、溶接部の高温疲労特性向上の観点からは
14.0％以上、一方溶接部の耐二次加工脆性向上の観点か
らは16.0％以下とすることが好適である。
【００２３】Ni：1.0 ％以下 Niは、ステンレス鋼の特徴である耐食性を向上させるの
で 1.0％以下の範囲で含有させる。というのは、1.0 ％
を超えて含有させると鋼が硬質化し、 溶接部の耐二次加
工脆性および高温疲労特性に悪影響を及ぼすからであ
る。 なお、耐食性向上の観点からは、Ni含有量は 0.1％
以上とすることが好ましい。
で 1.0％以下の範囲で含有させる。というのは、1.0 ％
を超えて含有させると鋼が硬質化し、 溶接部の耐二次加
工脆性および高温疲労特性に悪影響を及ぼすからであ
る。 なお、耐食性向上の観点からは、Ni含有量は 0.1％
以上とすることが好ましい。
【００２４】Mo：1.0 〜2.0 ％ Moは、高温強度および耐食性の向上に有効な元素であ
り、十分な高温強度および耐食性を得るためには少なく
とも 1.0％の含有が必要である。一方 2.0％を超えて含
有されると靱性が劣化し、 また溶接部の耐二次加工脆性
も劣化するので、Mo量は 1.0〜2.0 ％の範囲に限定し
た。なお、溶接部の高温疲労特性向上の観点からは 1.5
％以上含有させることが好ましい。
り、十分な高温強度および耐食性を得るためには少なく
とも 1.0％の含有が必要である。一方 2.0％を超えて含
有されると靱性が劣化し、 また溶接部の耐二次加工脆性
も劣化するので、Mo量は 1.0〜2.0 ％の範囲に限定し
た。なお、溶接部の高温疲労特性向上の観点からは 1.5
％以上含有させることが好ましい。
【００２５】Al：1.0 ％以下 Alは、製鋼上、脱酸剤として必要な元素であるが、過度
の添加は介在物の生成により耐二次加工脆性の劣化を招
くので、1.0 ％以下に限定した。耐二次加工脆性向上の
観点からは 0.1％以下とすることが好ましい。
の添加は介在物の生成により耐二次加工脆性の劣化を招
くので、1.0 ％以下に限定した。耐二次加工脆性向上の
観点からは 0.1％以下とすることが好ましい。
【００２６】Nb：0.2 〜0.8 ％ Nbは、高温強度の向上に有効な元素であり、十分な高温
強度を得るためには少なくとも 0.2％の含有が必要であ
る。一方 0.8％を超えて含有されると靱性が劣化し、ま
た溶接部の耐二次加工脆性も劣化するので、Nbは 0.2〜
0.8 ％の範囲に限定した。特に、溶接部の高温疲労特性
向上の観点からは 0.4％超え、一方耐二次加工脆性向上
の観点からは 0.6％以下とすることが好ましい。
強度を得るためには少なくとも 0.2％の含有が必要であ
る。一方 0.8％を超えて含有されると靱性が劣化し、ま
た溶接部の耐二次加工脆性も劣化するので、Nbは 0.2〜
0.8 ％の範囲に限定した。特に、溶接部の高温疲労特性
向上の観点からは 0.4％超え、一方耐二次加工脆性向上
の観点からは 0.6％以下とすることが好ましい。
【００２７】Ｎ：0.02％以下 Ｎは、適当量であれば粒界を強化し耐二次加工脆性を向
上させる働きがあるが、窒化物となって粒界に析出する
と耐二次加工脆性に悪影響を及ぼすようになる。特に0.
02％を超えるとその悪影響が顕著となるので、Ｎ量は0.
02％以下に限定した。溶接部の耐二次加工脆性の向上の
観点からは0.01％以下とすることが望ましい。
上させる働きがあるが、窒化物となって粒界に析出する
と耐二次加工脆性に悪影響を及ぼすようになる。特に0.
02％を超えるとその悪影響が顕著となるので、Ｎ量は0.
02％以下に限定した。溶接部の耐二次加工脆性の向上の
観点からは0.01％以下とすることが望ましい。
【００２８】Co：0.01〜0.3 ％、 Ｖ：0.01〜0.3 ％、
Ｂ：0.0002〜0.0050％ Co，ＶおよびＢは、複合添加することによって、溶接部
の耐二次加工脆性のみならず、高温疲労特性を顕著に向
上させる。 その効果は、 Co，Ｖについてはそれぞれ0.01
％以上、 Ｂについては0.0002％以上で発揮される。 特に
優れた効果を得るためには、Co：0.02％以上、Ｖ：0.05
％以上、 Ｂ：0.0005％以上で含有させることが好まし
い。 一方、Coが 0.3％超え、 Ｖが 0.3％超え、 Ｂが0.00
50％を超えて含有させても、 その効果は飽和に達し、 コ
ストの上昇を招くだけであるので、Co，Ｖ, Ｂはそれぞ
れ上記の範囲で含有させるものとした。
Ｂ：0.0002〜0.0050％ Co，ＶおよびＢは、複合添加することによって、溶接部
の耐二次加工脆性のみならず、高温疲労特性を顕著に向
上させる。 その効果は、 Co，Ｖについてはそれぞれ0.01
％以上、 Ｂについては0.0002％以上で発揮される。 特に
優れた効果を得るためには、Co：0.02％以上、Ｖ：0.05
％以上、 Ｂ：0.0005％以上で含有させることが好まし
い。 一方、Coが 0.3％超え、 Ｖが 0.3％超え、 Ｂが0.00
50％を超えて含有させても、 その効果は飽和に達し、 コ
ストの上昇を招くだけであるので、Co，Ｖ, Ｂはそれぞ
れ上記の範囲で含有させるものとした。
【００２９】Co，Ｖ，Ｂの複合添加が、耐二次加工脆性
および高温疲労特性の改善に有効に寄与する機構につい
ては、まだ明確に解明されたわけではないが、次のとお
りと考えられる。Coは、溶接時の入熱によって粗大化し
た粒の粒内の靱性を高め、そこでの割れを防止している
ものと推定される。またＢは、入熱時に粒界に偏析して
粒界を強化し、粒界割れを防止しているものと推定され
る。さらにＶは、入熱時に炭化物を作ることによって、
粒界の移動を抑制し結晶粒の粗大化を抑えるのと同時
に、Ｃを固定し、Ｂが炭化物となって析出し、Ｂの粒界
強化の効果が消失することを防止しているものと考えら
れる。
および高温疲労特性の改善に有効に寄与する機構につい
ては、まだ明確に解明されたわけではないが、次のとお
りと考えられる。Coは、溶接時の入熱によって粗大化し
た粒の粒内の靱性を高め、そこでの割れを防止している
ものと推定される。またＢは、入熱時に粒界に偏析して
粒界を強化し、粒界割れを防止しているものと推定され
る。さらにＶは、入熱時に炭化物を作ることによって、
粒界の移動を抑制し結晶粒の粗大化を抑えるのと同時
に、Ｃを固定し、Ｂが炭化物となって析出し、Ｂの粒界
強化の効果が消失することを防止しているものと考えら
れる。
【００３０】本発明は、これらが関与し合って著しい効
果を生むもので、Co，Ｖ，Ｂのどれか一つでも欠けると
その効果は得られない。このように、 Co，Ｖ，Ｂの複合
添加効果は、溶接部の耐二次加工脆性において顕著にそ
の効果が見られるもので、溶接を含まない加工部の耐二
次加工脆性としては見られなかったものである。 また、
溶接部の高温疲労特性に対するCo, Ｖ,Ｂの複合添加効
果についても、 上記の粒内、粒界の強化が寄与している
ものと考えられる。
果を生むもので、Co，Ｖ，Ｂのどれか一つでも欠けると
その効果は得られない。このように、 Co，Ｖ，Ｂの複合
添加効果は、溶接部の耐二次加工脆性において顕著にそ
の効果が見られるもので、溶接を含まない加工部の耐二
次加工脆性としては見られなかったものである。 また、
溶接部の高温疲労特性に対するCo, Ｖ,Ｂの複合添加効
果についても、 上記の粒内、粒界の強化が寄与している
ものと考えられる。
【００３１】 0.1 ≦〔Co〕＋ 0.5×〔Ｖ〕＋ 100×〔Ｂ〕≦ 0.5 さらに、前掲図２，３に示したとおり、Co，Ｖ，Ｂが上
記の範囲を満足する範囲で複合添加すると、 耐二次加工
脆性および高温疲労特性の一層の向上を図ることができ
るので、これらの元素は、上記の範囲を満足する範囲で
含有させることがより好適である。
記の範囲を満足する範囲で複合添加すると、 耐二次加工
脆性および高温疲労特性の一層の向上を図ることができ
るので、これらの元素は、上記の範囲を満足する範囲で
含有させることがより好適である。
【００３２】以上、本発明鋼の必須成分について説明し
たが、本発明では、その他にも以下に述べる元素を適宜
含有させることができる。 Ti：0.5 ％以下、 Zr：0.5 ％以下、Ta：0.5 ％以下 Ti，ZrおよびTaはそれぞれ、溶接時の入熱の際に炭化物
として析出し、その析出強化効果によって高温疲労特性
の向上に寄与する有用元素である。しかしながら、いず
れも、含有量が 0.5％を超えると効果が飽和するだけで
なく、 鋼板の表面性状が著しく劣化するので、それぞれ
0.5％以下で含有させるものとした。なお、高温疲労特
性向上の観点からは、Ti，Zr，Taはそれぞれ0.05％以上
含有させることが好ましい。
たが、本発明では、その他にも以下に述べる元素を適宜
含有させることができる。 Ti：0.5 ％以下、 Zr：0.5 ％以下、Ta：0.5 ％以下 Ti，ZrおよびTaはそれぞれ、溶接時の入熱の際に炭化物
として析出し、その析出強化効果によって高温疲労特性
の向上に寄与する有用元素である。しかしながら、いず
れも、含有量が 0.5％を超えると効果が飽和するだけで
なく、 鋼板の表面性状が著しく劣化するので、それぞれ
0.5％以下で含有させるものとした。なお、高温疲労特
性向上の観点からは、Ti，Zr，Taはそれぞれ0.05％以上
含有させることが好ましい。
【００３３】Cu：2.0 ％以下 Cuは、耐食性および鋼の靱性を向上させる有用元素であ
る。しかしながら、 含有量が 2.0％を超えると鋼の加工
性が劣化するため、2.0 ％を上限として含有させるもの
とした。 なお、耐食性および靱性を向上させる観点から
は、0.1 ％以上含有させることが好ましい。
る。しかしながら、 含有量が 2.0％を超えると鋼の加工
性が劣化するため、2.0 ％を上限として含有させるもの
とした。 なお、耐食性および靱性を向上させる観点から
は、0.1 ％以上含有させることが好ましい。
【００３４】Ｗ：1.0 ％以下、Mg：0.1 ％以下 ＷおよびMgはいずれも、高温疲労特性の向上に有効な元
素である。しかしながら、 Ｗ, Mgがそれぞれ 1.0％,
0.1％を超えて含有されると靱性が劣化し、 また溶接部
の耐二次加工脆性も劣化するので、それぞれ上記の範囲
で含有させるものとした。なお、Ｗ, Mgを含有させる場
合には、それぞれ0.05％以上、0.001 ％以上とすること
が好ましい。
素である。しかしながら、 Ｗ, Mgがそれぞれ 1.0％,
0.1％を超えて含有されると靱性が劣化し、 また溶接部
の耐二次加工脆性も劣化するので、それぞれ上記の範囲
で含有させるものとした。なお、Ｗ, Mgを含有させる場
合には、それぞれ0.05％以上、0.001 ％以上とすること
が好ましい。
【００３５】Ca :0.005 ％以下 Caは、スラブ鋳造時においてTi系介在物によるノズル詰
まりを防止する効果があり、必要に応じて添加する。し
かしながら、含有量が 0.005％を超えると効果が飽和す
るばかりでなく、 Caを含む介在物が孔食の起点となり、
耐食性を劣化させるので、Caは 0.005％以下で含有させ
るものとした。なお、Caを含有させる場合には、0.0005
％以上とすることが好ましい。
まりを防止する効果があり、必要に応じて添加する。し
かしながら、含有量が 0.005％を超えると効果が飽和す
るばかりでなく、 Caを含む介在物が孔食の起点となり、
耐食性を劣化させるので、Caは 0.005％以下で含有させ
るものとした。なお、Caを含有させる場合には、0.0005
％以上とすることが好ましい。
【００３６】本発明鋼において、残部はFeおよび不可避
的不純物からなる。ここに、Feおよび不可避的不純物か
らなるとは、Fe以外に、混入成分として、例えばアルカ
リ金属やアルカリ土類金属、希土類元素、遷移金属など
が不可避的に微量含有される場合もあることを意味す
る。なお、これらの元素が微量含有されたとしても、本
発明の効果は何ら妨げられるものではない。
的不純物からなる。ここに、Feおよび不可避的不純物か
らなるとは、Fe以外に、混入成分として、例えばアルカ
リ金属やアルカリ土類金属、希土類元素、遷移金属など
が不可避的に微量含有される場合もあることを意味す
る。なお、これらの元素が微量含有されたとしても、本
発明の効果は何ら妨げられるものではない。
【００３７】次に、本発明鋼の製造方法について説明す
る。本発明鋼を製造する方法は、 特に限定されず、 フェ
ライト系ステンレス鋼の製造に一般的に採用されている
製造法をそのまま適用することができる。 例えば、製鋼
は、上記した好適成分組成範囲の溶鋼を、 転炉あるいは
電気炉等で溶製し、ＶＯＤ（Vacuum Oxygen Decarburiza
tion)によって２次精錬を行う方法が好適である。溶製し
た溶鋼は、公知の鋳造方法に従って鋼素材とすることが
できるが、生産性および品質の観点から連続鋳造法を適
用するのが好ましい。連続鋳造して得られた鋼素材は、 1
000〜1250℃に加熱され、熱間圧延により所望の板厚の
熱延板とされる。 この熱延板は、 必要に応じて好ましく
は 900〜1100℃の温度で連続焼鈍を施したのち、酸洗、
冷間圧延を施して冷延板とされる。 冷延板は、 好ましく
は 900〜1100℃の連続焼鈍後、 酸洗を施して、 冷延焼鈍
板とされ、 製品となる。
る。本発明鋼を製造する方法は、 特に限定されず、 フェ
ライト系ステンレス鋼の製造に一般的に採用されている
製造法をそのまま適用することができる。 例えば、製鋼
は、上記した好適成分組成範囲の溶鋼を、 転炉あるいは
電気炉等で溶製し、ＶＯＤ（Vacuum Oxygen Decarburiza
tion)によって２次精錬を行う方法が好適である。溶製し
た溶鋼は、公知の鋳造方法に従って鋼素材とすることが
できるが、生産性および品質の観点から連続鋳造法を適
用するのが好ましい。連続鋳造して得られた鋼素材は、 1
000〜1250℃に加熱され、熱間圧延により所望の板厚の
熱延板とされる。 この熱延板は、 必要に応じて好ましく
は 900〜1100℃の温度で連続焼鈍を施したのち、酸洗、
冷間圧延を施して冷延板とされる。 冷延板は、 好ましく
は 900〜1100℃の連続焼鈍後、 酸洗を施して、 冷延焼鈍
板とされ、 製品となる。
【００３８】また、 用途によっては、 熱延焼鈍後、酸洗
等により脱スケールを行ったものを製品として使用に供
することも可能である。なお、溶接方法は、 ＴＩＧ、Ｍ
ＩＧ、ＭＡＧ等のアーク溶接、 電縫管の製造で使用され
る高周波抵抗溶接や高周波誘導溶接およびレーザー溶接
など、 通常の溶接方法が全て適用可能である。
等により脱スケールを行ったものを製品として使用に供
することも可能である。なお、溶接方法は、 ＴＩＧ、Ｍ
ＩＧ、ＭＡＧ等のアーク溶接、 電縫管の製造で使用され
る高周波抵抗溶接や高周波誘導溶接およびレーザー溶接
など、 通常の溶接方法が全て適用可能である。
【００３９】
【実施例】表１，２，３に示す成分組成になる50kg鋼塊
を、真空溶解炉で溶製し、 通常の熱間圧延により厚さ：
４mmの熱延板としたのち、1000℃，60秒の焼鈍を施し
た。ついで、酸洗により表面のスケールを除去した後、
冷間圧延により厚さ：1.5 mmの冷延板とした。 ついで10
00℃, 60秒の仕上げ焼鈍後、酸洗で脱スケールして、厚
さ：1.5 mmの冷延焼鈍酸洗板とし、供試材とした。これ
らの供試材に突き合わせＴＩＧ溶接を行ったのち、二次
加工脆化試験および高温疲労試験に供した。ＴＩＧ溶接
は、電流：240 Ａ、電圧：12Ｖ、溶接速度：10 mm/s 、
シールドガス：100%Arの条件で行った。
を、真空溶解炉で溶製し、 通常の熱間圧延により厚さ：
４mmの熱延板としたのち、1000℃，60秒の焼鈍を施し
た。ついで、酸洗により表面のスケールを除去した後、
冷間圧延により厚さ：1.5 mmの冷延板とした。 ついで10
00℃, 60秒の仕上げ焼鈍後、酸洗で脱スケールして、厚
さ：1.5 mmの冷延焼鈍酸洗板とし、供試材とした。これ
らの供試材に突き合わせＴＩＧ溶接を行ったのち、二次
加工脆化試験および高温疲労試験に供した。ＴＩＧ溶接
は、電流：240 Ａ、電圧：12Ｖ、溶接速度：10 mm/s 、
シールドガス：100%Arの条件で行った。
【００４０】図４に、耐二次加工脆性の評価方法を示
す。 すなわち、溶接ビードが円の中心を通るように打ち
抜いた49.5mmφの円板を、 33.0mmφの円筒ポンチで深絞
り加工(絞り比：1.5)し、 ついでその円筒カップを側面
溶接部が上を向くように置き、その真上800mm の高さか
ら重さ３kgの錘を落として衝突させ、 溶接部の割れの有
無を観察した。 この落重試験を、 円筒カップの温度を−
60〜＋50℃の範囲（10℃刻み）で変化させて行い、 割れ
が生じなくなる温度（二次加工脆化遷移温度）を調べ
た。
す。 すなわち、溶接ビードが円の中心を通るように打ち
抜いた49.5mmφの円板を、 33.0mmφの円筒ポンチで深絞
り加工(絞り比：1.5)し、 ついでその円筒カップを側面
溶接部が上を向くように置き、その真上800mm の高さか
ら重さ３kgの錘を落として衝突させ、 溶接部の割れの有
無を観察した。 この落重試験を、 円筒カップの温度を−
60〜＋50℃の範囲（10℃刻み）で変化させて行い、 割れ
が生じなくなる温度（二次加工脆化遷移温度）を調べ
た。
【００４１】また、 高温疲労試験は、図５に示すＴＩＧ
溶接ビードを中心とした試験片を用い、 JIS Z 2275に準
拠して 800℃での繰り返し曲げ（両振り）試験により、
107疲労限（107 回曲げを繰り返しても疲労割れしない
最高曲げ応力）を測定した。ここで、曲げ応力σは、試
験片に曲げ変形を加えた時に、最大応力を生じる断面
（図５におけるＴＩＧ溶接ビード部の断面）についての
曲げモーメントＭ（Ｎm)を測定し、その値を断面係数で
除した値である。上記の試験結果を表４，５に示す。
溶接ビードを中心とした試験片を用い、 JIS Z 2275に準
拠して 800℃での繰り返し曲げ（両振り）試験により、
107疲労限（107 回曲げを繰り返しても疲労割れしない
最高曲げ応力）を測定した。ここで、曲げ応力σは、試
験片に曲げ変形を加えた時に、最大応力を生じる断面
（図５におけるＴＩＧ溶接ビード部の断面）についての
曲げモーメントＭ（Ｎm)を測定し、その値を断面係数で
除した値である。上記の試験結果を表４，５に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
【表４】
【００４６】
【表５】
【００４７】表４，５から明らかなように、No.1〜36の
本発明鋼はいずれも、 溶接部の耐二次加工脆性および高
温疲労特性の両者とも優れている。これに対し、 No.37
〜56の比較鋼はいずれも、耐二次加工脆性または高温疲
労特性の何れかが本発明鋼に比べて劣っている。
本発明鋼はいずれも、 溶接部の耐二次加工脆性および高
温疲労特性の両者とも優れている。これに対し、 No.37
〜56の比較鋼はいずれも、耐二次加工脆性または高温疲
労特性の何れかが本発明鋼に比べて劣っている。
【００４８】
【発明の効果】かくして、本発明によれば、溶接部の耐
二次加工脆性および高温疲労特性の両者を兼ね備えたフ
ェライト系ステンレス鋼を安定して得ることができ、そ
の結果、溶接管あるいは溶接した鋼板を成形加工して使
用する場合に、使用中における割れの発生を効果的に防
止することができる。従って、本発明鋼は、例えば複雑
な曲げ加工を施した溶接管が高温で使用される自動車排
ガス系部品、特にエキゾースト・マニホールド等の用途
に供して好適であるが、本発明鋼は、溶接後、加工なし
あるいは一次加工のみの段階で使用しても、溶接部は良
好な靱性および高温疲労特性を示すので、そのような用
途にも有利に適用することができる。
二次加工脆性および高温疲労特性の両者を兼ね備えたフ
ェライト系ステンレス鋼を安定して得ることができ、そ
の結果、溶接管あるいは溶接した鋼板を成形加工して使
用する場合に、使用中における割れの発生を効果的に防
止することができる。従って、本発明鋼は、例えば複雑
な曲げ加工を施した溶接管が高温で使用される自動車排
ガス系部品、特にエキゾースト・マニホールド等の用途
に供して好適であるが、本発明鋼は、溶接後、加工なし
あるいは一次加工のみの段階で使用しても、溶接部は良
好な靱性および高温疲労特性を示すので、そのような用
途にも有利に適用することができる。
【図１】 エキゾ−スト・マニホールドを例示した図で
ある。
ある。
【図２】 溶接部の二次加工脆性遷移温度に及ぼす、 C
o，ＶおよびＢの影響を示したグラフである。
o，ＶおよびＢの影響を示したグラフである。
【図３】 溶接部の高温疲労特性に及ぼす、 Co，Ｖおよ
びＢの影響を示したグラフである。
びＢの影響を示したグラフである。
【図４】 耐二次加工脆性の評価試験方法を示した図で
ある。
ある。
【図５】 高温疲労試験片の形状とその曲げ方向を示し
た図である。
た図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村木 峰男 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 佐藤 進 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内
Claims (6)
- 【請求項１】 質量百分率で、 Ｃ：0.02％以下、 Si：0.2 〜1.0 ％、 Mn：1.5 ％以下、 Ｐ：0.04％以下、 Ｓ：0.01％以下、 Cr：11.0〜20.0％、 Ni：1.0 ％以下、 Mo：1.0 〜2.0 ％、 Al：1.0 ％以下、 Nb：0.2 〜0.8 ％、 Ｎ：0.02％以下、 Co：0.01〜0.3 ％、 Ｖ：0.01〜0.3 ％および Ｂ：0.0002〜0.0050％ を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる
ことを特徴とする、溶接部の耐二次加工脆性および高温
疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼。 - 【請求項２】 請求項１において、Co, ＶおよびＢ量
が、次式 0.1 ≦〔Co〕＋ 0.5×〔Ｖ〕＋ 100×〔Ｂ〕≦ 0.5 ここで、〔Ｍ〕はＭ元素の含有量（質量百分率）の範囲
を満足することを特徴とする、フェライト系ステンレス
鋼。 - 【請求項３】 請求項１または２において、質量百分率
で、さらに Ti：0.5 ％以下、 Zr：0.5 ％以下および Ta：0.5 ％以下 のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成に
なることを特徴とする、フェライト系ステンレス鋼。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、質量
百分率で、さらに Cu：2.0 ％以下 を含有する組成になることを特徴とする、フェライト系
ステンレス鋼。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、質量
百分率で、さらに Ｗ：1.0 ％以下および Mg：0.1 ％以下 のうちから選んだ１種または２種を含有する組成になる
ことを特徴とする、フェライト系ステンレス鋼。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかにおいて、質量
百分率で、さらに Ca：0.005 ％以下 を含有する組成になることを特徴とする、フェライト系
ステンレス鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182786A JP4608818B2 (ja) | 2000-07-04 | 2001-06-18 | 溶接部の耐二次加工脆性および高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-202296 | 2000-04-07 | ||
| JP2000202296 | 2000-07-04 | ||
| JP2001182786A JP4608818B2 (ja) | 2000-07-04 | 2001-06-18 | 溶接部の耐二次加工脆性および高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002080943A true JP2002080943A (ja) | 2002-03-22 |
| JP4608818B2 JP4608818B2 (ja) | 2011-01-12 |
Family
ID=26595350
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001182786A Expired - Fee Related JP4608818B2 (ja) | 2000-07-04 | 2001-06-18 | 溶接部の耐二次加工脆性および高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 |
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|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008048030A1 (en) * | 2006-10-20 | 2008-04-24 | Posco | Ferritic stainless steel having excellent formability of welded zone and corrosion resistance, and method for manufacturing the same |
| WO2008093888A1 (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-07 | Nisshin Steel Co., Ltd. | 排ガス経路部材用フェライト系ステンレス鋼 |
| WO2008151479A1 (fr) * | 2007-06-13 | 2008-12-18 | Weidong Chen | Tube flexible ultra fin constitué d'un alliage et son procédé de fabrication |
| EP2060650A1 (en) * | 2007-11-13 | 2009-05-20 | Nisshin Steel Co., Ltd. | Ferritic stainless steel material for automobile exhaust gas passage components |
| JP2013007484A (ja) * | 2011-05-13 | 2013-01-10 | Soc De Mecanique Magnetique | 耐食性被覆がなされたアクティブ磁気ベアリング |
| CN101528963B (zh) * | 2006-10-20 | 2013-02-13 | Posco公司 | 焊接区的可成形性优良并且耐蚀性优良的铁素体不锈钢及其制造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08291374A (ja) * | 1995-04-20 | 1996-11-05 | Kawasaki Steel Corp | 高温疲労特性に優れるフェライト鋼 |
| JPH11236650A (ja) * | 1998-02-20 | 1999-08-31 | Kawasaki Steel Corp | 加工性、耐粒界腐食性および高温強度に優れるエンジン排気部材用フェライト系ステンレス鋼 |
-
2001
- 2001-06-18 JP JP2001182786A patent/JP4608818B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN102392194A (zh) * | 2007-02-02 | 2012-03-28 | 日新制钢株式会社 | 排气通路部件用铁素体类不锈钢 |
| KR101473205B1 (ko) | 2007-02-02 | 2014-12-16 | 닛신 세이코 가부시키가이샤 | 배기가스 경로부재용 페라이트계 스테인레스강 |
| WO2008151479A1 (fr) * | 2007-06-13 | 2008-12-18 | Weidong Chen | Tube flexible ultra fin constitué d'un alliage et son procédé de fabrication |
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| JP2013007484A (ja) * | 2011-05-13 | 2013-01-10 | Soc De Mecanique Magnetique | 耐食性被覆がなされたアクティブ磁気ベアリング |
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|---|---|
| JP4608818B2 (ja) | 2011-01-12 |
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