JP2002322544A - 耐酸化性およびスケール密着性に優れたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

耐酸化性およびスケール密着性に優れたフェライト系ステンレス鋼

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JP2002322544A JP2001126077A JP2001126077A JP2002322544A JP 2002322544 A JP2002322544 A JP 2002322544A JP 2001126077 A JP2001126077 A JP 2001126077A JP 2001126077 A JP2001126077 A JP 2001126077A JP 2002322544 A JP2002322544 A JP 2002322544A
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明彦 高橋
Satoshi Akamatsu
聡 赤松
Ken Kimura
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形性を低下することなく、耐酸化性および
スケール密着性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提
供する。 【解決手段】 質量%で、Cr:10〜20%、Mg:
3〜60ppm含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物からなる耐酸化性およびスケール密着性に優れたフェ
ライト系ステンレス鋼。あるいはさらに必要に応じて、
質量%で、(Ti+Nb)≧4(C+N)%、Al≦
0.1%、好ましくはAl≦0.015%とし、さらに
Mo≦3.0%、Cu≦1.0%、C≦0.010%、
N≦0.015%の範囲でそれぞれ含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、希土類元素の添加
やSiの多量添加によるプレス成形性の低下を招くこと
なく、耐酸化性およびスケール密着性に優れたフェライ
ト系ステンレス鋼を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】ステンレス鋼の耐熱性の要件は、一般的
には高温強度が大きいこと、耐酸化性に優れることと解
釈できる。さらに耐酸化性に優れるためには、酸化増量
が少ないことと酸化で生じたスケールが剥離しにくいこ
とを兼備することが望ましい。オーステナイト系ステン
レス鋼は、フェライト系ステンレス鋼と比較して高温強
度が大きく、また、Cr量を上げれば耐酸化性にも優れ
るので、耐熱材料として汎用されている。
【0003】ところで耐熱材料には、その条件によって
は加熱・冷却が繰り返し負荷されることがある。典型的
な使用環境の例として、自動車のエキゾーストマニホー
ルドが上げられる。加熱・冷却のサイクルに繰り返しさ
らされた場合、熱膨張係数の大きいオーステナイト系ス
テンレス鋼は熱膨張・収縮が大きく、これに伴う熱歪の
結果、熱疲労が生じやすい。加えて、膨張・収縮により
スケールが剥離しやすく、結果的に耐酸化性が低下する
という問題もある。
【0004】そこで、膨張・収縮が問題となる部位にフ
ェライト系ステンレス鋼を適用することが行われてい
る。このようなフェライト系ステンレス鋼の耐酸化性を
改善する方法として、La,Ce,Yなどの希土類元
素を添加する、Si含有量を0.8〜1.2%と高
め、これに対応してMn添加量も多くすること(特開平
11−256287号公報)が開示されている。
【0005】前記の希土類元素の添加は、特にスケー
ル密着性の改善に効果がある。しかし希土類元素は偏析
しやすく、製造が難しい。さらに、加工性の低下を招く
ので、希土類元素を添加した鋼はメタル担体のように極
めて限定した用途に用いられているのみである。前記
のSiとMnの増量は、酸化増量を抑制し、同時にスケ
ールの密着性を高める効果的な方法である。しかし、そ
のような効果を得るためにはSiやMnの添加量を高め
ざるを得ず、その結果、成形性の低下を招くことが避け
がたい。フェライト系ステンレス鋼は、汎用のオーステ
ナイト系ステンレス鋼SUS304に比べて成形性に劣
ることは明白であるので、成形性を改善するために、固
溶強化元素であるSiやMnはできるだけ低減して軟質
化することが、フェライト系ステンレス鋼の成形性改善
に好ましい。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
抱える問題を克服して、耐酸化性およびスケール密着性
に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供することを課
題とする。特に、成形性を低下しやすいSiの過度の添
加を抑制し得る、耐酸化性およびスケール密着性を改善
する鋼成分を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を有
利に解決するものであり、その要旨は次のとおりであ
る。 (1) 質量%で、 Cr:10〜20%、 Mg:3〜60ppm を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする耐酸化性およびスケール密着性に優れた
フェライト系ステンレス鋼。 (2) 質量%でさらに、Ti,Nbの1種または2種
を(Ti+Nb)≧4(C+N)%の範囲で含有するこ
とを特徴とする前記(1)記載の耐酸化性およびスケー
ル密着性に優れたフェライト系ステンレス鋼。 (3) 質量%でさらに、Al≦0.1%を含有するこ
とを特徴とする前記(1)または(2)記載の耐酸化性
およびスケール密着性に優れたフェライト系ステンレス
鋼。 (4) 質量%でさらに、Al≦0.015%を含有す
ることを特徴とする前記(1)または(2)記載の耐酸
化性およびスケール密着性に優れたフェライト系ステン
レス鋼。 (5) 質量%でさらに、Mo≦3.0%を含有するこ
とを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれか1項に記
載の耐酸化性およびスケール密着性に優れたフェライト
系ステンレス鋼。 (6) 質量%でさらに、Cu≦1.0%を含有するこ
とを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれか1項に記
載の耐酸化性およびスケール密着性に優れたフェライト
系ステンレス鋼。 (7) 質量%でさらに、 C ≦0.010%、 N ≦0.015% を含有することを特徴とする前記(1)〜(6)のいず
れか1項に記載の耐酸化性およびスケール密着性に優れ
たフェライト系ステンレス鋼。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明者らは、フェライト系ステ
ンレス鋼において、酸化増量の抑制とスケール剥離の改
善に効果的な添加元素の効果を種々検討した結果、鋼中
にMgを確保することにより、耐酸化性が顕著に向上す
ることを知見した。図1に11%Cr鋼の、また図2に
17%Cr鋼の、大気中酸化試験による酸化増量と鋼中
のMg量の関係を示す。
【0009】ここで、11%Cr鋼の主な成分は、0.
005C−0.45Si−0.20Mn−11Cr−
0.17Ti−0.010Al−0.0075Nであ
る。また17%Cr鋼の主な成分は、0.0025C−
0.05Si−0.15Mn−17Cr−0.15Ti
−0.012Al−0.0085Nである。酸化試験
は、11%Cr鋼については大気中で900℃で200
時間の連続加熱を、17%Cr鋼については1000℃
で200時間の連続加熱を行い、酸化増量を計測した。
【0010】いずれの例でも、Mgを含有しない場合
は、局部的に酸化スケールが厚い部分であるノジュール
が形成され、いわゆる異常酸化が生じ、その結果酸化増
量は増大した。しかし、5〜60ppmのMgを含有す
ることにより異常酸化が見られなくなり、酸化増量は顕
著に抑制された。さらに、Mg含有量が60ppmを超
えると酸化増量は増大に転じる。酸化の初期過程におけ
るスケールの観察結果から、5〜60ppmのMgを含
有する鋼では、スケール中にCr・Mgスピネルを含有
すると推定され、これが酸化増量の抑制に寄与している
ものと考えられる。Mg含有量が60ppmを超える
と、Cr・Mgスピネル層自体が厚くなり、再び酸化増
量が増大するものと解釈している。
【0011】次に、本発明の成分限定理由を説明する。
Crは、使用環境に応じてステンレス鋼としての必要な
耐食性、耐酸化性を得るために、10〜20%の範囲で
添加する。
【0012】Mgは、本発明において優れた耐酸化性を
得るための本質的な添加元素である。3〜60ppmの
添加により、酸化増量が抑制されると共にスケールの密
着性が向上する。Mg含有量が60ppmを超えると、
かえって酸化増量が増大し耐酸化性が低下するので、M
gの上限は60ppmとする。
【0013】上記成分の他に、必要に応じて以下の成分
を含有させることができる。TiならびにNbは、1種
または2種を(Ti+Nb)≧4(C+N)%の範囲で
添加することにより、CやNを固定してプレス成形性や
耐粒界腐食性を高めることができる。
【0014】Alは、脱酸のために0.1%以下の範囲
で添加することができる。本発明では、鋼中にMgを3
〜60ppm歩留らせることが必要であるが、Alによ
る脱酸が強すぎると、Mgが鋼中に歩留りにくい傾向が
あるので、安定的にMg歩留を確保するには、Al量を
0.015%以下の範囲で脱酸することが望ましい。
【0015】Moは、3.0%以下の範囲で添加するこ
とにより、塩化物環境中での耐孔食性を高める。
【0016】Cuは、1.0%以下の範囲で添加するこ
とにより、硫酸や亜硫酸ガスに対する耐食性を高める。
【0017】C,Nは、プレス成形性や耐食性の観点か
らは低いほうが望ましいため、必要な特性に応じてC≦
0.010%、N≦0.015%とするのが好ましい。
【0018】
【実施例】(実施例1)表1に化学成分を示す鋼の冷延
・焼鈍・酸洗板を素材として、酸化試験の試験片を作製
した。試験片形状は、t1.5×w20×l25mm
で、6面を#600番研磨後、脱脂、乾燥して連続酸化
試験に供した。酸化試験は大気中で200時間連続、9
00℃と1000℃で行った。表2に示すように、本発
明鋼1〜3は900℃で酸化増量が小さい。これに対し
て比較鋼1,2は、異常酸化の結果酸化増量が大きい。
また表3に示すように、本発明鋼4,5,8は、100
0℃で若干ノジュールが形成されるものの、酸化増量自
体は低く抑制される。しかし比較鋼3,4,7では異常
酸化が著しく、酸化増量も大きい。
【0019】(実施例2)実施例1と同様に、表1に化
学成分を示す鋼の冷延・焼鈍・酸洗板を素材として、酸
化試験の試験片を作製して断続酸化試験を行い、スケー
ルの密着性を評価した。試験は、昇温5分+保持30分
+空冷15分を1サイクルとし、300サイクルまでの
試験を実施した。表4に示すように、本発明鋼6,7
は、1025℃、1050℃でもスケール剥離が認めら
れず、優れたスケール密着性を示す。これに対して比較
鋼5,6ではスケール剥離が発生しており、スケール密
着性に劣る。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】
【表4】
【0024】
【発明の効果】本発明によって、希土類元素の添加やS
iの多量の添加によるプレス成形性の低下を招くことな
く、耐酸化性およびスケール密着性に優れたフェライト
系ステンレス鋼を提供できるようになり、その工業価値
は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】11%Cr鋼の大気中900℃、200時間の
連続酸化試験結果を示す。
【図2】17%Cr鋼の大気中1000℃、200時間
の連続酸化試験結果を示す。
フロントページの続き (72)発明者 木村 謙 富津市新富20−1 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%で、 Cr:10〜20%、 Mg:3〜60ppm を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるこ
    とを特徴とする耐酸化性およびスケール密着性に優れた
    フェライト系ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】 質量%でさらに、Ti,Nbの1種また
    は2種を(Ti+Nb)≧4(C+N)%の範囲で含有
    することを特徴とする請求項1記載の耐酸化性およびス
    ケール密着性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
  3. 【請求項3】 質量%でさらに、Al≦0.1%を含有
    することを特徴とする請求項1または2記載の耐酸化性
    およびスケール密着性に優れたフェライト系ステンレス
    鋼。
  4. 【請求項4】 質量%でさらに、Al≦0.015%を
    含有することを特徴とする請求項1または2記載の耐酸
    化性およびスケール密着性に優れたフェライト系ステン
    レス鋼。
  5. 【請求項5】 質量%でさらに、Mo≦3.0%を含有
    することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記
    載の耐酸化性およびスケール密着性に優れたフェライト
    系ステンレス鋼。
  6. 【請求項6】 質量%でさらに、Cu≦1.0%を含有
    することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記
    載の耐酸化性およびスケール密着性に優れたフェライト
    系ステンレス鋼。
  7. 【請求項7】 質量%でさらに、 C ≦0.010%、 N ≦0.015% を含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1
    項に記載の耐酸化性およびスケール密着性に優れたフェ
    ライト系ステンレス鋼。
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