JP2014214321A - 熱疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
熱疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014214321A JP2014214321A JP2013089886A JP2013089886A JP2014214321A JP 2014214321 A JP2014214321 A JP 2014214321A JP 2013089886 A JP2013089886 A JP 2013089886A JP 2013089886 A JP2013089886 A JP 2013089886A JP 2014214321 A JP2014214321 A JP 2014214321A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- thermal fatigue
- range
- stainless steel
- fatigue characteristics
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
Abstract
Description
以下に本発明の鋼の成分組成を規定した理由を説明する。なお、以下に示す成分%は、特に断りのない限り、全て質量%を意味する。
Cは、鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが、0.020%を超えて含有すると、靭性、加工性が著しく低下するので0.020%以下とする。なお、加工性を確保する観点からはCは低いほど好ましく、0.015%以下とするのが望ましい。さらに望ましくは0.010%以下である。一方、排気系部材としての強度を確保するには、0.001%以上であることが好ましく、より好ましくは0.003%以上である。
Siは、耐酸化性向上のために有効な元素である。その効果は0.1%以上含有することで得られる。より優れた耐酸化性を必要とする場合は0.3%以上の含有が望ましい。しかし、3.0%を超える含有は、加工性を低下させる。よって、Si量は3.0%以下とする。なお、好ましくは2.0%以下である。より好ましくは1.0%以下である。
Mnは、鋼の強度を高める元素であり、また、脱酸剤としての作用も有する。その効果は0.02%以上の含有で現れる。しかし、Mnは強力なγ相形成元素であり、昇温時にγ相を形成しやすくなる。γ相を形成すると熱膨張係数が増加するため、Mn量は0.2%以下とする。好ましくは0.05〜0.15%の範囲である。より好ましくは、0.08〜0.12%の範囲である。
Pは、靭性を低下させる元素であり、可能な限り低減するのが望ましく、P量は、0.040%以下とする。好ましくは、0.035%以下である。
Sは、成形性と耐食性を低下させるのでできるだけ低減するのが望ましく、S量は、0.030%以下とする。好ましくは、0.010%以下である。より好ましくは0.006%以下である。
Alは、脱酸に有効な元素である。Alは脱酸に用いられるのみならず、鋼の耐酸化性や高温疲労特性を向上させる効果を有する。その効果は0.01%以上の含有で現れる。一方、3.0%を超えて含有すると鋼を硬質化させて加工性を低下させるので、Al量は、0.01〜3.0%の範囲とする。好ましくは0.2〜2.0%の範囲である。より好ましくは0.3〜0.5%の範囲である。
Crは、フェライト系ステンレス鋼の耐酸化性を向上させるために必要な元素であり、良好な耐酸化性を得るためには、10.0%以上の含有が必要である。一方、30.0%を超えて含有すると鋼が硬質化して製造性や加工性が低下する。従って、Cr量は10.0〜30.0%の範囲とする。好ましくは、12.0〜21.0%の範囲である。より好ましくは15.0〜19.0%の範囲である。
Niは鋼の靭性を向上させる元素であり、その効果は0.01%以上の含有で現れる。Niが添加されていないと、鋼の靭性、延性不足により亀裂が生じやすくなり、優れた熱疲労特性が得られない。特許文献2において、Co添加によって熱膨張係数が低減されている場合でも、優れた熱疲労特性が得られないのはこのためと考えられる。しかしMnと同様γ相形成元素であるため、Ni量は0.01〜0.9%の範囲とする。好ましくは0.05〜0.5%の範囲である。より好ましくは0.1〜0.3%の範囲である。
Nは、鋼の靭性および成形性を低下させるので、できるだけ低減するのが望ましく、0.020%以下とする。好ましくは、0.003〜0.015%の範囲である。より好ましくは0.003〜0.010%の範囲である。
Nbは、固溶強化によって高温強度を著しく上昇させて熱疲労特性を向上させる効果を有する元素である。一方でC、Nと結びついて炭窒化物として析出することで耐粒界腐食性を向上させる効果も有する。従って、高温強度を上昇させる効果は0.2%を超えて含有した場合に現れる。Nbが0.2%以下の場合、後述するようにCo添加によって熱膨張係数を低減させても、鋼の高温強度が不足するため優れた熱疲労特性は得られない。一方、1.0%を超える含有は鋼の靭性を低下させるのみならず、高温においてLaves相(Fe2Nb)を形成して却って高温強度を低下させる。従って、Nb量は0.2%超え1.0%以下の範囲とする。好ましくは0.30〜0.60%の範囲である。より好ましくは0.35〜0.55%の範囲である。
Coは、本発明において重要な元素である。Coを添加することで昇温時の磁気変態温度近傍の熱膨張量が大きく低下し、熱膨張係数を低減することができる。鋼の熱膨張係数を低減させるためには0.3%以上の含有が必要である。一方、10.0%を超えて含有しても熱膨張係数低減効果は飽和する。従って、Co量は0.3〜10.0%の範囲とする。好ましくは0.6〜7.0%の範囲である。より好ましくは3.0%超え7.0%以下の範囲である。
Bは、加工性、特に二次加工性を向上させるのに有効な元素である。0.0001%未満ではその効果がない。一方、0.0050%を超えて含有すると鋼の加工性、靭性が低下する。従って、B量は0.0001〜0.0050%の範囲とする。好ましくは0.0003〜0.0010%の範囲である。より好ましくは0.0005〜0.0010%の範囲である。
Moは、固溶強化により鋼の強度を増加させて熱疲労特性を向上させる元素であり、その効果は0.01%以上の含有で得られる。しかし、3.0%を超えて含有しても熱疲労特性向上効果は飽和する上、表面欠陥が発生する。よって、Moを含有する場合は、Mo量は0.01〜3.0%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは0.3〜2.0%の範囲である。さらに好ましくは0.5〜1.0%の範囲である。
Wは、Moと同様に固溶強化により鋼の強度を増加させる元素であり、その効果は0.3%以上含有することで得られる。しかし、5.0%を超えて含有しても熱疲労特性向上効果は飽和する上、表面欠陥が生じる。良好な表面性状を得るために、5.0%以下とする。従って、Wを含有する場合は、W量は0.3〜5.0%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは1.0〜3.5%の範囲である。さらに好ましくは2.0〜3.0%の範囲である。
Cuは、ε−Cuとして析出して鋼を強化して熱疲労特性を向上させる。その効果を得るためには、0.4%以上含有することが必要である。しかし、2.0%を超えて含有しても熱疲労特性向上効果は飽和するのみならず、鋼が硬質化し加工性が低下する。従って、Cuを含有する場合は、Cu量は0.4〜2.0%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは0.75%以上1.5%未満の範囲である。さらに好ましくは1.1〜1.4%の範囲である。
Vは、高温強度の向上に有効な元素である。その効果は、0.01%以上の含有で得られる。しかし、1.0%を超えて含有すると、粗大なV(C,N)が析出して靭性が低下する。従って、Vを含有する場合は、V量は、0.01〜1.0%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、0.05〜0.5%の範囲である。さらに好ましくは0.1〜0.3%の範囲である。
Tiは、C、Nを固定して、Nb炭窒化物の生成を防ぐとともに耐食性や成形性、溶接部の粒界腐食性を向上させる。そのためには0.01%以上の含有が必要である。一方で0.50%を超えて含有すると鋼の靭性が著しく低下し、熱疲労特性を低下させるので、Tiを含有する場合は、Ti量は0.01〜0.50%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは0.05〜0.20%の範囲である。さらに好ましくは0.10〜0.15%の範囲である。
Zrは、耐酸化性を改善する元素である。その効果を得るためには、0.005%以上の含有が好ましい。しかし、0.50%を超える含有はZr金属間化合物が析出して鋼を脆化させるため、Zrを含有する場合は、Zr量は0.005〜0.50%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは0.01〜0.30%の範囲である。さらに好ましくは0.05〜0.10%の範囲である。
REM(希土類元素)は、耐酸化性を向上させる元素である。その効果を得るためには、0.001%以上の含有が好ましい。しかし、0.1%を超える含有は鋼を脆化させるため、REMを含有する場合は、REM量は0.001〜0.1%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは0.005〜0.05%の範囲である。さらに好ましくは0.01〜0.03%の範囲である。
Caは、連続鋳造の際に発生しやすいTi系介在物析出によるノズルの閉塞を防止するのに有効な成分である。0.0005%未満ではその効果がない。表面欠陥を発生させず良好な表面性状を得るためには0.0030%以下とする必要がある。従って、Caを含有する場合は、Ca量は0.0005〜0.0030%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは0.0005〜0.0020%の範囲である。さらに好ましくは0.0005〜0.0015%の範囲である。
Mgはスラブの等軸晶率を向上させ、加工性や靭性の向上に有効な元素である。本発明のようにNbやTiが添加されている鋼においては、NbやTiの炭窒化物の粗大化を抑制する効果も有する。その効果は0.0002%以上の含有で現れる。Ti炭窒化物が粗大化すると、脆性割れの起点となるため靭性が大きく低下する。Nb炭窒化物が粗大化すると、Nbの鋼中固溶量が低下するため、熱疲労特性の低下に繋がる。一方で、Mg含有量が0.0020%超えとなると、鋼の表面性状を悪化させてしまう。したがって、Mgを含有する場合は、Mg量は0.0002〜0.0020%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは0.0002〜0.0015%の範囲である。さらに好ましくは0.0004〜0.0010%の範囲である。
次に、本発明の熱疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼の製造方法について説明する。
上記熱疲労試験用試験片を用いて、最高温度を930℃、最低温度を200℃とし、拘束率を0.35として熱疲労試験を行った。図2に熱疲労試験方法を示す。まずはじめに、熱疲労試験片を200℃〜930℃間で加熱速度10℃/s、冷却速度10℃/sとして加熱・冷却を応力無負荷で3サイクル繰り返した。熱膨張の挙動が安定する3サイクル目の変位計の読みから熱膨張量を測定し、熱膨張係数を求めた。引き続き、得られた熱膨張量を元に拘束率が0.40となるような歪量を求め、熱疲労試験を行った。熱疲労試験は、200℃〜930℃間で加熱速度10℃/s、冷却速度10℃/sとして加熱・冷却を繰り返すと同時に、拘束率0.40となるように歪を繰り返し付与し、熱疲労寿命を測定した。200℃および930℃での保持時間はいずれも2minとした。なお、上記熱疲労寿命については、日本材料学会標準 高温低サイクル試験法標準に準拠し、200℃において検出された荷重を、図1に示した試験片均熱平行部の断面積で割って応力を算出し、5サイクル目の応力値に対して75%まで低下したときのサイクル数を熱疲労寿命と定義した。なお、比較として、Nb−Si複合添加鋼(15%Cr−0.9%Si−0.4%Nb)についても、同様の試験を行った。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.020%以下、Si:3.0%以下、Mn:0.2%以下、P:0.040%以下、S:0.030%以下、Al:0.01〜3.0%、Cr:10.0〜30.0%、Ni:0.01〜0.9%、N:0.020%以下、Nb:0.2%超え1.0%以下、Co:0.3〜10%、B:0.0001〜0.0050%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熱疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
- さらに、質量%で、Mo:0.01〜3.0%、W:0.3〜5.0%、Cu:0.4〜2.0%、V:0.1〜1.0%の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の熱疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
- さらに、質量%で、Ti:0.01〜0.50%、Zr:0.005〜0.50%、REM:0.001〜0.1%の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の熱疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
- さらに、質量%で、Ca:0.0005〜0.0030%、Mg:0.0002〜0.0020%の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の熱疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013089886A JP5958412B2 (ja) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | 熱疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013089886A JP5958412B2 (ja) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | 熱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 |
---|---|
JP2014214321A true JP2014214321A (ja) | 2014-11-17 |
JP5958412B2 JP5958412B2 (ja) | 2016-08-02 |
Family
ID=51940388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013089886A Active JP5958412B2 (ja) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | 熱疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5958412B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180043359A (ko) | 2015-09-29 | 2018-04-27 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 페라이트계 스테인리스강 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008144199A (ja) * | 2006-12-07 | 2008-06-26 | Nisshin Steel Co Ltd | 自動車排ガス流路部材用フェライト系ステンレス鋼および溶接鋼管 |
JP2008189974A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Nisshin Steel Co Ltd | 排ガス経路部材用フェライト系ステンレス鋼 |
JP2010156039A (ja) * | 2008-12-04 | 2010-07-15 | Jfe Steel Corp | 耐熱性に優れるフェライト系ステンレス鋼 |
JP2011157616A (ja) * | 2010-02-03 | 2011-08-18 | Nisshin Steel Co Ltd | ろう付け用フェライト系ステンレス鋼 |
-
2013
- 2013-04-23 JP JP2013089886A patent/JP5958412B2/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008144199A (ja) * | 2006-12-07 | 2008-06-26 | Nisshin Steel Co Ltd | 自動車排ガス流路部材用フェライト系ステンレス鋼および溶接鋼管 |
JP2008189974A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Nisshin Steel Co Ltd | 排ガス経路部材用フェライト系ステンレス鋼 |
JP2010156039A (ja) * | 2008-12-04 | 2010-07-15 | Jfe Steel Corp | 耐熱性に優れるフェライト系ステンレス鋼 |
JP2011157616A (ja) * | 2010-02-03 | 2011-08-18 | Nisshin Steel Co Ltd | ろう付け用フェライト系ステンレス鋼 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180043359A (ko) | 2015-09-29 | 2018-04-27 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 페라이트계 스테인리스강 |
KR102067482B1 (ko) * | 2015-09-29 | 2020-02-11 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 페라이트계 스테인리스강 |
US10975459B2 (en) | 2015-09-29 | 2021-04-13 | Jfe Steel Corporation | Ferritic stainless steel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5958412B2 (ja) | 2016-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5700175B2 (ja) | フェライト系ステンレス鋼 | |
JP4702493B1 (ja) | 耐熱性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
JP4386144B2 (ja) | 耐熱性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
JP5609571B2 (ja) | 耐酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼 | |
TWI460291B (zh) | 肥粒鐵系不銹鋼 | |
TWI460292B (zh) | 肥粒鐵系不銹鋼 | |
JP5152387B2 (ja) | 耐熱性と加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
JP2015096648A (ja) | フェライト系ステンレス鋼 | |
JP5505570B1 (ja) | フェライト系ステンレス鋼 | |
WO2015118855A1 (ja) | フェライト系ステンレス熱延焼鈍鋼板、その製造方法およびフェライト系ステンレス冷延焼鈍鋼板 | |
JP5958412B2 (ja) | 熱疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 | |
JP6624345B1 (ja) | フェライト系ステンレス鋼 | |
JP6665936B2 (ja) | フェライト系ステンレス鋼 | |
JP6624347B1 (ja) | フェライト系ステンレス鋼 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141121 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151022 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151027 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151202 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160524 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160606 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5958412 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |