JP2002212683A

JP2002212683A - 高温耐酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼板

Info

Publication number: JP2002212683A
Application number: JP2001009163A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Ozaki; 芳宏尾崎; Mineo Muraki; 峰男村木; Atsushi Miyazaki; 宮崎　　淳; Junichiro Hirasawa; 淳一郎平澤; Yoshihiro Yazawa; 好弘矢沢
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】常温においては軟質で加工性に優れるととも
に、従来にくらべ高温強度が高く、かつ高温での耐酸化
性にも優れたフェライト系ステンレス鋼板を提案する。【解決手段】Ｃ：0.02％以下、Si：0.1 ％以上0.5 ％
以下、Mn：1.5 ％以下、Ｐ：0.04％以下、Ｓ：0.01％以
下、Cr：10％以上16％以下、Ni：１％以下、Mo：１％以
上２％以下、Al：１％以下、Nb：0.2 ％以上0.8 ％以
下、Ｎ：0.02％以下を含み、かつSiとMoを、Mo×Si≦0.
6 を満足するように含有し、残部Feおよび不可避的不純
物からなる組成と、鋼板の表面粗さをRaで0.1 〜2.0 μ
m とする。Ti：0.5 ％以下、Zr：0.5 ％以下、Ｖ：0.5
％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、Ｂ：0.
003 ％以下、Cu：1.0 ％以下、Ｗ：1.0 ％以下のうちの
１種または２種以上を含有してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フェライト系ステ
ンレス鋼板に係り、とくに自動車やオートバイの排気
管、触媒外筒材等の自動車排気系部材用として好適な、
常温での加工性と、高温での強度および耐酸化性とを兼
ね備えたフェライト系ステンレス鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の排気系環境で使用される、例え
ば、エキゾーストマニホールド、排気パイプ、コンバー
ターケース、マフラー等に代表される排気系部材には、
高温と低温の繰り返しによる熱歪の問題から、オーステ
ナイト系ステンレス鋼よりも熱膨張率が小さいフェライ
ト系ステンレス鋼が適している。このような排気系部材
に使用される鋼板には、常温で、複雑な形状に加工でき
る高加工性を有するとともに、高温における強度が高
く、さらに耐酸化性にも優れることが要求され、現状で
は、常温では軟質であり成形性に優れ、高温耐力も比較
的高い、NbとSiを添加したフェライト系ステンレス鋼、
例えば、Type 429（14Cr-0.9Si-0.4Nb系) 鋼が多く使用
されている。

【０００３】また、排気部材用材料の高温強度を高める
ことは、部材の薄肉化を可能とし、自動車車体の軽量化
に大きく寄与できるため、高温強度の増加要求がますま
す強くなっている。さらに、排気系部材用材料には、排
ガス温度の上昇にともない、高温で異常酸化が発生しな
い優れた耐酸化性を具備することも併せて要求されるよ
うになってきた。エンジン性能の向上により排ガス温度
が現行温度より高い900 ℃程度まで上昇すると、Type 4
29鋼は、高温耐力や高温での耐酸化性が不足するいう問
題がある。

【０００４】このような問題に対し、NbとMoを添加し高
温耐力を向上させたフェライト系ステンレス鋼、SUS 43
6(19Cr-0.3Nb-0.9Mo) 鋼、SUS 444(19Cr-0.2Nb-1.8Mo)
鋼が開発されている。しかし、SUS 436 鋼、SUS 444 鋼
は、合金元素量が多く高価であるうえ、とくに常温にお
ける強度が高く、複雑な形状への加工が困難となるとい
う問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の問題を解決し、常温においては軟質で加工性に
優れるとともに、従来にくらべ高温強度が高く、かつ高
温での耐酸化性にも優れたフェライト系ステンレス鋼板
を提案することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
課題を達成するため、フェライト系ステンレス鋼板の、
常温での加工性、高温強度、高温での耐酸化性に影響す
る合金元素について鋭意研究した。その結果、本発明者
らは、常温での加工性、高温強度を損なうことなく、高
温での耐酸化性と、さらには高温での耐疲労特性を高い
レベルで両立させることができるフェライト系ステンレ
ス鋼板の組成範囲を見いだすことに成功した。本発明
は、上記した知見に基づいて完成されたものである。

【０００７】すなわち、本発明は、mass％で、Ｃ：0.02
％以下、Si：0.1 ％以上0.5 ％以下、Mn：1.5 ％以下、
Ｐ：0.04％以下、Ｓ：0.01％以下、Cr：10％以上16％以
下、Ni：１％以下、Mo：１％以上２％以下、Al：１％以
下、Nb：0.2 ％以上0.8 ％以下、Ｎ：0.02％以下を含
み、かつSiとMoを、Mo×Si≦0.6 を満足するように含有
し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、
表面粗さがRaで0.1 〜2.0 μm であることを特徴とする
高温での耐酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼板
であり、また、本発明では、前記組成に加えてさらに、
mass％で、Ti：0.5 ％以下、Zr：0.5 ％以下、Ｖ：0.5
％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有す
る組成とすることが好ましい。

【０００８】また、本発明では、前記各組成に加えてさ
らに、mass％で、Ｂ：0.003 ％以下含有する組成とする
ことが好ましい。また、本発明では、前記各組成に加え
てさらに、mass％で、Cu：1.0 ％以下を含有する組成と
することが好ましい。また、本発明では、前記各組成に
加えてさらに、mass％で、Ｗ：1.0 ％以下を含有する組
成とすることが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明のフェライト系ス
テンレス鋼板の組成限定理由について説明する。なお、
mass％は単に％と記す。Ｃ：0.02％以下Ｃは、鋼の強度を増加させるとともに、適正量であれば
結晶粒界を強化し耐二次加工脆性を向上させる元素であ
るが、0.02％を超える含有は、結晶粒界に炭化物が多量
析出し、耐二次加工脆性や耐食性に悪影響を及ぼす。こ
のため、Ｃは0.02％以下に限定した。なお、好ましくは
0.002 〜0.010 ％である。

【００１０】Si：0.1 ％以上0.5 ％以下 Siは、固溶強化により鋼の強度を増加する元素であり、
高温強度の増加に有効に作用する。このような効果は、
0.1 ％以上の含有で認められる。しかし、本発明鋼板の
ような、Moを含有する場合には、Siを0.5 ％を超えて過
剰に含有すると、Mo析出物、Fe−Mo金属間化合物の析出
を促進するため、Siの固溶強化に加え、Mo析出物の析出
強化により、常温での強度が増加しすぎ、加工性が顕著
に低下する。また、Siの0.5 ％を超える過剰な含有は、
高温において固溶Mo量を減少させ、高温強度に加え高温
耐酸化性を低下させる。このため、Siは0.1 ％以上0.5
％以下に限定した。

【００１１】Mo：１％以上２％以下 Moは、耐食性、高温強度、および高温耐酸化性の向上に
有効な元素であり、このような効果は１％以上の含有で
認められる。なお、好ましくは、1.5 ％以上である。一
方、２％を超えて含有すると、靱性が劣化する。このた
め、Moは１％以上２％以下に限定した。

【００１２】本発明では、SiとMoを、上記したSiとMoの
含有範囲で、かつMo含有量とSi含有量との関係、Mo×Si
≦0.6 を満足するように、含有する。Moが固溶状態で存
在することにより、高温強度、高温耐酸化性が向上す
る。しかし、Si含有量が増加するとMoの化合物（析出
物）が増加し、固溶Mo量が減少する。このため、本発明
では、Mo×Siを、0.6 以下に限定した。なお、Mo×Si
は、固溶Moの安定性（活量）についての指標であり、Mo
×Siが0.6 を超えると、析出Mo量が増加し、固溶Moの減
少により高温強度および高温耐酸化性が劣化する。な
お、好ましくはMo×Siが0.3 〜0.5 である。

【００１３】Mn：1.5 ％以下 Mnは、固溶強化により鋼の強度を増加させ、さらに高温
での耐酸化性を改善する効果を有するため、高温用材料
には有効な元素である。このような効果を顕著に得るた
めには、0.1 ％以上含有するのが好ましいが、1.5 ％を
超える含有は、鋼の靱性を劣化させるとともに、製造性
の低下を招く。このため、Mnは1.5 ％以下に限定した。
なお、好ましくは、0.2 〜1.0 ％である。

【００１４】Ｐ：0.04％以下Ｐは、粒界に偏析しやすく鋼の脆化を助長するため、で
きる限り低減することが望ましい。しかし、過剰な低減
は精錬コストを高騰させるため、0.04％以下に限定し
た。なお、好ましくは、0.03％以下である。Ｓ：0.01％以下Ｓは、伸びを低下させ加工性を劣化させるとともに、ス
テンレス鋼の基本特性である耐食性を低下させる元素で
あり、できるだけ低減することが望ましい。しかし、過
剰な低減は、製鋼時の脱Ｓ処理が高価となり経済的に不
利となる。このため、Ｓは0.01％以下に限定した。な
お、好ましくは、0.001 〜0.007 ％である。

【００１５】Cr：10％以上16％以下 Crは、耐食性、高温強度、および高温耐酸化性の向上に
有効な元素であり、本発明では重要な元素である。通
常、ステンレス鋼の重要な特性の一つである耐食性のた
めに11％以上のCr含有が必要とされるが、本発明では、
Moを必須含有とするためCr量の下限は10％でよい。また
Crは高温強度を上げる一方で、常温での強度も高くし、
加工性の劣化を招くためその上限を16％とした。なお、
耐食性および高温強度の確保の観点から、好ましくは12
％以上である。

【００１６】Ni：１％以下 Niは、靱性を向上させ、ステンレス鋼の重要な特性の一
つである耐食性を向上させる元素であるが、１％を超え
て含有すると常温強度が増加し鋼が硬質化して、加工性
に悪影響を及ぼす。このため、Niは１％以下に限定し
た。 Al：１％以下 Alは、脱酸剤として作用し、製鋼上必要であるが、過度
の含有は酸化物系介在物の生成が顕著となり、製造性や
表面品質に悪影響を与える。このため、Alは１％以下に
限定した。

【００１７】Nb：0.2 ％以上0.8 ％以下 Nbは、Ｃ、Ｎと結合し、高温強度の向上に有効な元素で
あり、所望の高温強度を確保するためには0.2 ％以上の
含有を必要とする。なお、溶接部の高温耐疲労特性向上
の観点からは、0.4 ％以上含有することが好ましい。一
方、0.8 ％を超えて含有すると靱性が劣化する。このた
め、Nbは0.2 ％以上0.8 ％以下に限定した。なお、好ま
しくは0.3 〜0.6 ％である。

【００１８】Ｎ：0.02％以下Ｎは、粒界を強化し耐二次加工脆性を向上させる元素で
あるが、過剰に含有すると、窒化物となって粒界に析出
し、加工性に悪影響を及ぼす。このため、Ｎは0.02％以
下に限定した。なお、好ましくは0.005 〜0.015 ％であ
る。 Ti：0.5 ％以下、Zr：0.5 ％以下、Ｖ：0.5 ％以下のう
ちから選ばれた１種または２種以上 Ti、Zr、Ｖは、成形性の向上に有効な元素であり、必要
に応じ選択して含有できる。しかし過剰に含有すると、
炭化物、窒化物が多量に形成され、熱間圧延時に表面疵
を生じやすくなる。このため、それぞれ、Ti：0.5 ％以
下、Zr：0.5 ％以下、Ｖ：0.5 ％以下とするのが好まし
い。

【００１９】Ｂ：0.003 ％以下Ｂは、二次加工脆性を改善する効果を有する元素であ
り、必要に応じ含有できるが、0.003 ％を超えて過剰に
含有すると、二次加工脆性の改善効果が飽和し、却って
表面性状や加工性を劣化させる。このため、Ｂは0.003
％以下とするのが好ましい。

【００２０】Cu：1.0 ％以下 Cuは、耐食性および靱性を向上する効果を有する元素で
あり、必要に応じ含有できるが、1.0 ％を超える過剰な
含有は加工性を劣化させる。このため、Cuは1.0 ％以下
とするのが好ましい。Ｗ：1.0 ％以下Ｗは、高温強度を向上する効果を有する元素であり、必
要に応じ含有できるが、1.0 ％を超える過剰な含有は靱
性を劣化させる。このため、Ｗは1.0 ％以下とするのが
好ましい。

【００２１】上記した成分以外の残部は、Feおよび不可
避的不純物である。なお、アルカリ金属、アルカリ土類
金属、希土類元素および遷移金属などを少量含有するこ
とは、本発明の効果を妨げるものではない。また、本発
明では、上記した組成のフェライト系ステンレス鋼鋼板
の表面粗さを、JIS B 0601で規定される算術平均粗さＲ
a 表示で、0.1 〜2.0 μm に調整する。通常、フェライ
ト系ステンレス鋼鋼板は、Ｒa ：0.05 〜5.0 μm の範
囲で表面仕上げされるが、本発明では、部品加工時の成
形性と高温での耐酸化性確保の観点から、Ｒa ：0.1 〜
2.0 μm に調整する。鋼板の表面をＲa で0.1 〜2.0μm
とすることにより、加工性を損なうことなく高温耐酸
化性劣化を抑制する効果を有する。鋼板の表面がＲa で
0.1 μm 未満では、成形加工時の工具との接触で、油膜
切れを生じやすく複雑な形状への加工が困難となる。一
方、2.0 μm を超えると、高温での耐酸化性が著しく劣
化する。

【００２２】なお、鋼板表面の表面粗さの調整は、冷間
圧延ロールにより調整するか、冷延板焼鈍処理後に、酸
洗、ショットブラスト、調質圧延、ブラシ研削等の通常
の調整方法で行えばよく、表面粗さの調整方法はとくに
限定されない。つぎに、本発明のフェライト系ステンレ
ス鋼板の製造方法について説明するが、製造方法は、と
くに限定されるものではなく、一般的に採用されている
ステンレス鋼板の製造方法がいずれも好適に適用でき
る。

【００２３】例えば、上記した組成の溶鋼を、転炉ある
いは電気炉等の通常公知の溶製炉を利用し、あるいはさ
らに取鍋精錬、真空精錬等により二次精錬を行って溶製
したのち、連続鋳造法、造塊法等の鋳造方法で熱間圧延
用の鋼素材とすることが好ましい。なお、鋳造方法とし
ては、生産性および品質の観点から、連続鋳造法を採用
するのがより好ましい。

【００２４】得られた鋼素材は、さらに1000〜1250℃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、必要に応じ好ましくは900 〜1100℃
の連続焼鈍（熱延板焼鈍）を施された後、酸洗、冷間圧
延を施され冷延板とされる。ついで、冷延板は、好まし
くは焼鈍温度：900 〜1100℃の連続焼鈍（冷延板焼鈍）
と、酸洗とを順次施されて冷延焼鈍板とされ、製品板と
されるのが好ましい。なお、鋼板の表面粗さの調整は、
冷延後の冷延板に、及び／または冷延焼鈍後の冷延焼鈍
板に、施すのが好ましい。

【００２５】また、用途によっては、熱延板焼鈍後に酸
洗等により脱スケール処理を施され、あるいはさらに鋼
板表面の粗さを調整された熱延焼鈍板は、そのまま使用
に供することも可能である。

【００２６】

【実施例】以下、実施例に基づき、本発明をより具体的
に説明する。表１に示す組成を有する溶鋼を転炉で溶製
し、さらに真空脱ガスにより二次精錬を行ったのち、連
続鋳造法で、200mm 厚の連続鋳造製スラブとした。これ
らスラブ（鋼素材）を、1150℃に加熱したのち、熱間圧
延により板厚５mmの熱延板とした。ついで、これら熱延
板に、焼鈍温度：940 ℃の熱延板焼鈍、酸洗、冷間圧
延、焼鈍温度：920 ℃の連続焼鈍（冷延板焼鈍）、酸洗
を順次施し、板厚２mmの製品板（冷延焼鈍板）とした。
なお、表面粗さの調整は酸洗後、調質圧延、ショットブ
ラストによった。

【００２７】これらの製品板（冷延焼鈍板）について、
表面粗さ、常温引張試験、高温引張試験、耐酸化性試験
を実施し、加工性、高温強度、耐酸化性を評価した。試
験方法は次のとおりとした。（１）表面粗さ各冷延焼鈍板から、試験片（２mm厚×100 mm×100 mm）
を採取し、触針式粗度計を用いて、JIS B 0601の規定に
準拠して、算術平均粗さＲa を測定した。（２）常温引張試験各冷延焼鈍板から、圧延方向を引張方向としたJIS 13号
B 引張試験片を採取して、JIS Z 2241の規定に準拠し
て、常温引張試験（試験温度：25℃）を実施し、降伏強
さ（YS）、引張強さ（TS）、伸び（El）を測定した。な
お、常温における降伏強さYS、引張強さTSを加工性の指
標とした。YS、TSが低いほど加工性は良好であると評価
した。（３）高温引張試験各冷延焼鈍板から、圧延方向を引張方向としたJIS 13号
B 引張試験片を採取して、JIS G 0567の規定に準拠し
て、引張温度：900 ℃、歪速度：0.3 ％／min の条件で
高温引張試験を実施し、900 ℃における0.2 ％耐力（σ
_0.2at900℃）を測定した。（４）耐酸化性試験各冷延焼鈍板から、試験片（２mm厚×20mm×30mm）を採
取し、該試験片を、試験温度：900 ℃、雰囲気：大気
中、で100 ｈ保持した。試験前後で試験片の重量を測定
し、試験前後の重量変化を算出し、単位面積当りの酸化
量（mg/cm²）を算出した。

【００２８】得られた結果を表２に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】本発明例はいずれも、常温におけるYS、TS
が低く良好な加工性を有し、またσ _0.2at900℃ が高く
高い高温強度を有し、かつ酸化量も少なく高温耐酸化性
にも優れている。これに対し、本発明の範囲を外れる比
較例は、YS、TSが高く加工性が劣化しているか、高温強
度が低いか、耐酸化性が低下しているか、で所望の特性
が得られていない。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、常温での
加工時には軟質で、高温での使用時には高強度で耐熱性
に優れ、かつ高温での耐酸化性に優れた、自動車排気系
部材用として好適なフェライト系ステンレス鋼板が安価
に製造でき、産業上格段の効果を奏する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮崎淳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)発明者平澤淳一郎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)発明者矢沢好弘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

【特許請求の範囲】

【請求項１】 mass％で、Ｃ：0.02％以下、 Si：0.1 ％以上0.5 ％以下、 Mn：1.5 ％以下、Ｐ：0.04％以下、Ｓ：0.01％以下、 Cr：10％以上16％以下、 Ni：１％以下、 Mo：１％以上２％以下、 Al：１％以下、 Nb：0.2 ％以上0.8 ％以下、Ｎ：0.02％以下を含み、かつSiとMoを、Mo×Si≦0.6 を満足するように
含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有
し、かつ表面粗さがRaで0.1 〜2.0 μm であることを特
徴とする高温での耐酸化性に優れたフェライト系ステン
レス鋼板。
【請求項２】前記組成に加えてさらに、mass％で、T
i：0.5 ％以下、Zr：0.5 ％以下、Ｖ：0.5 ％以下のう
ちから選ばれた１種または２種以上を含有する組成とす
ることを特徴とする請求項１に記載のフェライト系ステ
ンレス鋼板。
【請求項３】前記組成に加えてさらに、mass％で、
Ｂ：0.003 ％以下含有する組成とすることを特徴とする
請求項１または２に記載のフェライト系ステンレス鋼
板。
【請求項４】前記組成に加えてさらに、mass％で、C
u：1.0 ％以下を含有する組成とすることを特徴とする
請求項１ないし３のいずれかに記載のフェライト系ステ
ンレス鋼板。
【請求項５】前記組成に加えてさらに、mass％で、
Ｗ：1.0 ％以下を含有する組成とすることを特徴とする
請求項１ないし４のいずれかに記載のフェライト系ステ
ンレス鋼板。