JP2593750B2 - 高温疲労特性および耐高温塩害腐食性に優れたフレキシブルチューブ用オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
高温疲労特性および耐高温塩害腐食性に優れたフレキシブルチューブ用オーステナイト系ステンレス鋼Info
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Description
労強度および耐塩害腐食性を有する経済的なフレキシブ
ルチューブ用オーステナイト系ステンレス鋼に関する。
排気系の振動を吸収,緩和し、車内の静粛性を確保する
ために排気経路内に使用される部品であり、ステンレス
鋼パイプをベローズ(蛇腹状)に加工したものである。
このフレキシブルチューブは、排気ガスによって温度が
上昇するとともに、振動を受けることから、高温強度な
らびに高温疲労特性が必要とされる。また、フレキシブ
ルチューブは、床下に位置していることから、北ヨーロ
ッパ、北米、カナダのように冬期にNaClを主成分と
する道路凍結防止剤を散布する地域では、これがフレキ
シブルチューブに付着し、高温にさらされることにより
塩害腐食を生じる。一方、フレキシブルチューブはパイ
プ素管をベローズ加工して製品とするが、パイプ造管時
の溶接性の観点から溶接高温割れ感受性が低いととも
に、ベローズ加工に十分な成形性も必要である。
は加工性の点からオーステナイト系のSUS304が使
用されてきた。
はエンジンの高出力化や高性能化のみならず、燃費改善
や排ガス規制の強化に対応するためさらに上昇する傾向
にあり、フレキシブルチューブでは従来の400〜50
0℃から650℃以上になる場合もある。このため、高
度疲労特性および高温塩害腐食性の点で従来のSUS3
04では不十分であり、さらにこれら特性を向上させた
素材が必要とされるようになってきた。
点を解決するためSUS304をベースに高温疲労特性
および高温塩害腐食性に及ぼす各種合金元素の影響につ
いて系統的な調査、研究を行った。
めるとともに Nbを添加することが有効であり、また耐
高温塩害腐食性の改善にはSiが効果のあることを知見
した。また、このような高 N、Nb添加鋼においてパイ
プ造管時の良好な溶接性を確保するためにはδバランス
を制御することが有効であることを知見した。
成したものであり、その要旨とするところは重量%にお
いて、C:0.1%以下、Si:1.5〜4.0%、M
n:3%以下、Ni:6.0〜15.0%、Cr:1
2.0〜25.0%、N:0.05〜0.3%、Nb:
0.05〜0.2%を含有し、N+Nbが0.15%以
上であり、さらに必要に応じてREM、Y、Caの1種
または2種以上を合計で0.005%以上,0.1%以
下含有し、残部が鉄および不可避の不純物からなり、か
つ、下記式で定義されるδバランス=(Creq−Ni
eq)が7以上9以下を満足し、高温疲労強度が高く、
耐高温塩害腐食性に優れたフレキシブルチューブ用オー
ステナイト系ステンレス鋼である。 δバランス=Creq−Nieq =(Cr+1.5×Si+0.5×Nb)− (Ni+30×C+30×N+0.5×Mn)
明する。Cは高温強度を向上させるのに有効な成分であ
るが、0.1% を越えて過度に添加すると高温使用中に
粒界へクロム炭化物が析出して材料の脆化をひきおこす
のでC量は0.1%以下に限定する。
レス鋼の高温酸化性を著しく改善する効果を有する。そ
の効果は1.0%未満では有効でないので1.0%以上添
加する必要があるが、4.0%以上では成形性を低下さ
せる。また、Siは耐高温塩害腐食性に有効な元素であ
り、1.5%未満では効果が小さいことからSi量は1.5
〜4.0%に限定する。
の節約に利用でき熱間加工性ならびに溶接性の改善に有
効であるが、3%を越えるとそれ以上の効果の増大は期
待されず、かえって耐高温酸化性の劣化および高温疲労
強度の低下につながるので上限を3.0%とする。
要な元素であるとともに、耐高温塩害腐食性の向上に有
効である。そのためには少なくとも6.0%以上が必要
であるが、一方過剰に添加することは製品コストの上昇
を招くため 15.0%を上限とする。
最も基本的な合金元素である。12%未満では実用上有
効な効果が得られない。一方、25%を越えると適量の
Siを添加した場合δフェライトを多量に生成し、バラ
ンスを保つうえで多量の Niを必要とし、高価になる。
また、加工性が低下する。したがって、その範囲を1
2.0〜25.0%に限定する。
温疲労強度を向上させる成分として非常に有効である。
0.05%未満では高温疲労強度を向上させる効果が少
ない。また、0.3%を越えて添加すると加工性を劣化
させるので 0.05〜0.3%と限定する。
向上させる。この場合、0.05%未満では効果がな
く、また0.2%を越えて含有するとフレキシブルチュ
ーブを形成させる際に必要な加工性を十分満足できない
場合がある。したがって、Nbは0.05〜0.2%に
限定する。
5kgf/mm2以上の疲労限を得るためにN+Nb量を0.
15%以上に規定する。
善する元素であり、熱間加工中の割れを防止するのに有
効である。また、耐酸化性の改善にも有効である。これ
らの効果は0.005%以上で得られるが、0.1%を越
えて含有させてもその効果は飽和するとともにむしろ弊
害をもたらすので、REM、Yおよび Caの合計量で
0.005%〜0.1%の範囲に規定する。
は溶接高温割れ感受性および加工性から上記のように定
義されるδバランスを7以上9以下に規制する。δバラ
ンスが7未満では溶接高温割れが発生する。9を越える
とδフェライト量が多くなり、加工性が悪くなる。前記
式は回帰分析によって得られた。
って具体的に説明する。
た後、熱間圧延により板厚 3.8mmの熱延板とした。高
温疲労試験および高温塩害腐食試験に用いた試験片は板
厚3.8mmの熱延板から板厚2.0mmに冷間圧延し、10
80℃×8分の焼鈍を行い、デスケール後、採取した。
高温疲労特性は圧延方向に採取した試験片を用い、高温
曲げ疲労試験により繰り返し曲げ応力と疲労寿命の関係
を求めることによって評価した。高温塩害腐食性の評価
は全面400番研磨した幅25mm×長さ35mmの試験片
を用い、26%NaCl水溶液中に5分間浸漬し、650
℃で2時間加熱後5分間空冷する方法を10回繰り返
し、腐食による重量の減少を測定することによって行っ
た。
をベースに400℃の高温疲労特性に及ぼすN,Nb量の
影響を示す。なお、高温疲労特性は繰り返し曲げ応力と
破損繰り返し数の関係から、破損繰り返し数1×106
における繰り返し曲げ応力を疲労限として評価した。図
1からわかるように、N量が増加するとともに疲労限は
上昇し、また、Nb量の高い方が疲労限は高い。また
N,Nbの疲労限の向上効果は、両者とも1%当たりほぼ
40kgf/mm2であることがわかる。図中には、従来のS
US304の疲労限をあわせて示す。
したのが図2である。フレキシブルチューブなどにおい
て必要とされる疲労限は、構造や使用条件によっても異
なるが、本発明においてはSUS304を上まわる25
kgf/mm2以上を目標とする。したがって、25kgf/mm2
以上の疲労限を得るには、図2からN+Nb量で0.15
%以上とする必要があることがわかる。
17%N−0.1〜0.22%Nb鋼の高温塩害腐食試験
の腐食減量に及ぼすSi量の影響を示す。Si量の増加
に伴い腐食減量は減少し、0.7%Siでは腐食減量が1
40mg/cm2であるが、2.5%Siでは70mg/cm2であ
り、1/2まで減少する。しかし3%以上のSiでは飽和
状態となる。図3から、SUS304よりも優れた10
0mg/cm2以下の腐食減量を得るには1.5%以上のSi添
加が必要であることがわかる。
る。
鋼を溶製し、熱間圧延により板厚3.8mmの熱延板とし
た。常温の引張試験には板厚3.8mmの熱延板から板厚
0.4mm に冷間圧延し、1080℃×2分の焼鈍後、デ
スケールを行い、JIS 13B号試験片に加工したも
のを使用した。試験では圧延方向の0.2%耐力、引張
強さおよび伸びについてそれぞれ平均を求めた。高温疲
労試験および高温塩害腐食試験に用いた試験片は板厚
3.8mmの熱延板から板厚2.0mmに冷間圧延し、108
0℃×8分の焼鈍後デスケールし、採取した。高温疲労
特性については圧延方向に採取した試験片を用い、高温
曲げ疲労試験により400℃における破損繰り返し数1
×106 の繰り返し曲げ応力を疲労限として評価した。
高温塩害腐食性については全面400番研磨した幅25
mm×長さ35mmの試験片を用い、26%NaCl水溶液中
に5分間浸漬し、650℃で2時間加熱後5分間空冷す
る方法を10回繰り返し、腐食による重量の減少を測定
することによって評価した。溶接高温割れ感受性につい
ては板厚1.2mm×幅 40mm×長さ200mmの試験片を
引張型高温割れ試験機を用いて、引張応力35kgf/mm2
を強制的に付加し、次に示す条件でTIGナメ付け溶接
をその応力付加方向に行った。評価は溶接ビードを染色
浸透探傷法により検査し、溶接ビード内における割れの
有無を判定した。 TIGナメ付け溶接条件 電 極 : 2.4mmφ シールドガス: アークシールドおよびバックシールド
にそれぞれArガスを10リットル/分および5リットル/分供
給 溶接電流 : 65A アーク長さ : 2mm 溶接速度 : 30cm/分
温塩害腐食性および溶接高温割れ感受性を示す。表3か
らわかるように、本発明鋼はいずれも常温で55%以上
の伸びを有し、加工性に優れている。400℃における
高温疲労特性はいずれも25kgf/mm2以上の疲労限を有
しているとともに高温塩害腐食試験における腐食減量も
100mg/cm2以下の優れた耐高温塩害腐食性を有して
いる。また、溶接高温割れもなく、良好である。
7%、N+Nbが0.023%であり、本発明のSiおよ
びN+Nbの成分範囲を外れているため、高温疲労特性
および耐高温塩害腐食性が劣る。比較鋼No.2は、N+
Nbが0.081%であり、本発明のN+Nbの成分範囲
を外れているため、高温疲労特性が劣る。比較鋼No.3
は、N+Nbが0.121%、δバランスが11.6であ
り、本発明のN+Nbの成分範囲およびδバランス範囲
を外れているため、疲労限が目標の下限にあるとともに
加工性(伸び)が劣る。比較鋼No.4は、δバランスが
6.4であり、本発明のδバランスを外れているため、
溶接高温割れが発生する。 比較鋼No.5は、Siが0.
72%であり、本発明のSiの成分範囲を外れているた
め、耐高温塩害腐食性が劣る。比較鋼No.6は、δバラ
ンスが 10.5であり、本発明のδバランス範囲を外れ
ているため、加工性(伸び)が劣る。
よびNの効果により良好な加工性、引張強度、高温疲労
強度および耐高温塩害腐食性を有する。また、溶接高温
割れ感受性も低い。
とにより、SUS304より引張強度、高温疲労強度お
よび耐高温塩害腐食性の優れたオーステナイト系ステン
レス鋼が得られ、自動車用フレキシブルパイプなどの高
い高温疲労強度,耐高温塩害腐食性を要求される材料に
最適といえる。
すグラフ。
影響を示すグラフ。
Siの影響を示すグラフ。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、 C :0.1%以下、 Si:1.5%〜4.0%、 Mn:3.0%以下、 Ni:6.0%〜15.0%、 Cr:12.0〜25.0%、 N :0.05%〜0.3%、 Nb:0.05%〜0.2% を含有し、,N+Nbが0.15%以上、残部が鉄およ
び不可避の不純物からなり、かつ、δバランス=(Cr
eq−Nieq)=[Cr+1.5×Si+0.5×N
b]−[Ni+30×C+30×N+0.5×Mn]が
7以上9以下を満足する高温疲労特性および耐高温塩害
腐食性に優れたフレキシブルチューブ用オーステナイト
系ステンレス鋼。 - 【請求項2】 重量%で、 C :0.1%以下、 Si:1.5%〜4.0%、 Mn:3.0%以下、 Ni:6.0%〜15.0%、 Cr:12.0%〜25.0%、 N :0.05%〜0.3%、 Nb:0.05%〜0.2% 並びにREM,Y,Caの1種または2種以上を合計量
で0.005%以上0.1%以下含有し、N+Nbが
0.15%以上、残部が鉄および不可避の不純物からな
り、かつ、δバランス=(Creq−Nieq)=[C
r+1.5×Si+0.5×Nb]−[Ni+30×C
+30×N+0.5×Mn]が7以上9以下を満足する
高温疲労特性および耐高温塩害腐食性に優れたフレキシ
ブルチューブ用オーステナイト系ステンレス鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3173393A JP2593750B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 高温疲労特性および耐高温塩害腐食性に優れたフレキシブルチューブ用オーステナイト系ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3173393A JP2593750B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 高温疲労特性および耐高温塩害腐食性に優れたフレキシブルチューブ用オーステナイト系ステンレス鋼 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0598395A JPH0598395A (ja) | 1993-04-20 |
JP2593750B2 true JP2593750B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=15959575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3173393A Expired - Lifetime JP2593750B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 高温疲労特性および耐高温塩害腐食性に優れたフレキシブルチューブ用オーステナイト系ステンレス鋼 |
Country Status (1)
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JPH0834202A (ja) * | 1994-07-26 | 1996-02-06 | Kazuhiko Ida | ホイール |
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KR101301331B1 (ko) * | 2011-08-01 | 2013-08-29 | 주식회사 포스코 | 고온 내산화성 및 고온 강도가 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 |
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JPS5947360A (ja) * | 1982-09-09 | 1984-03-17 | Daido Steel Co Ltd | オ−ステナイト系ステンレス鋼 |
JPS63157840A (ja) * | 1986-12-18 | 1988-06-30 | Daido Steel Co Ltd | オ−ステナイト系ステンレス鋼 |
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-
1991
- 1991-06-19 JP JP3173393A patent/JP2593750B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
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日本学術振興会製鋼第19委員会編「鉄鋼と合金元素 上」(昭41−2−28)誠文堂新光社 P.378−379 |
日本学術振興会製鋼第19委員会編「鉄鋼と合金元素 下」(昭41−325)誠文堂新光社 P.160 |
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