JP2923825B2 - 高温強度および溶接性に優れた耐熱用フエライト系ステンレス鋼板 - Google Patents
高温強度および溶接性に優れた耐熱用フエライト系ステンレス鋼板Info
- Publication number
- JP2923825B2 JP2923825B2 JP8387793A JP8387793A JP2923825B2 JP 2923825 B2 JP2923825 B2 JP 2923825B2 JP 8387793 A JP8387793 A JP 8387793A JP 8387793 A JP8387793 A JP 8387793A JP 2923825 B2 JP2923825 B2 JP 2923825B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- temperature
- steel sheet
- temperature strength
- weldability
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，各種内燃機関の排気ガ
ス系統の部材例えばエキゾーストマニホールドや排ガス
浄化用材料あるいは各種燃焼機器などに用いられる高温
強度および溶接性に優れたフエライト系耐熱用ステンレ
ス鋼板に関するものである。
ス系統の部材例えばエキゾーストマニホールドや排ガス
浄化用材料あるいは各種燃焼機器などに用いられる高温
強度および溶接性に優れたフエライト系耐熱用ステンレ
ス鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年，自動車あるいは工場から排出され
るガスによる大気汚染が大きな問題となっている。例え
ば自動車の排気ガスは公害防止の観点からＮＯX, Ｈ
Ｃ，ＣＯなどの量が規制されてきたが，最近では酸性雨
などの点から規制がより厳しくなる傾向にあり，排気ガ
ス浄化効率の向上が必要となっている。
るガスによる大気汚染が大きな問題となっている。例え
ば自動車の排気ガスは公害防止の観点からＮＯX, Ｈ
Ｃ，ＣＯなどの量が規制されてきたが，最近では酸性雨
などの点から規制がより厳しくなる傾向にあり，排気ガ
ス浄化効率の向上が必要となっている。
【０００３】他方, 自動車では浄化効率の向上に加え,
エンジンの高出力化あるいは性能向上の要求が高まり,
排ガス温度は上昇する傾向にある。このような背景か
ら, 排気ガス系統の部材, 特にエンジンに直結している
エキゾーストマニホールド (排気ガス管) などは，運転
中にきわめて高温になる。加えて，機械の振動や外部か
らの振動による機械的な応力変動, あるいは運転パター
ンに依存した冷熱サイクルによる熱応力変動など，きわ
めて過酷な状況下にさらされることになる。
エンジンの高出力化あるいは性能向上の要求が高まり,
排ガス温度は上昇する傾向にある。このような背景か
ら, 排気ガス系統の部材, 特にエンジンに直結している
エキゾーストマニホールド (排気ガス管) などは，運転
中にきわめて高温になる。加えて，機械の振動や外部か
らの振動による機械的な応力変動, あるいは運転パター
ンに依存した冷熱サイクルによる熱応力変動など，きわ
めて過酷な状況下にさらされることになる。
【０００４】ステンレス鋼などの耐熱鋼をこれらの用途
で使用する場合, 上述のように使用中に様々な応力を受
けるため, これに耐え得る高温特性, つまり高温強度特
性に優れることが重要となる。しかも排気ガス系統の部
材は，鋼板をプレス成形したのちに溶接したり，溶接造
管後, 加工を施して使用される。したがって，この用途
では，高温強度特性が顕著に優れ且つ鋼板での溶接性に
優れ, 加工性も良好であることが重要となる。
で使用する場合, 上述のように使用中に様々な応力を受
けるため, これに耐え得る高温特性, つまり高温強度特
性に優れることが重要となる。しかも排気ガス系統の部
材は，鋼板をプレス成形したのちに溶接したり，溶接造
管後, 加工を施して使用される。したがって，この用途
では，高温強度特性が顕著に優れ且つ鋼板での溶接性に
優れ, 加工性も良好であることが重要となる。
【０００５】SUS304に代表されるオーステナイト系ステ
ンレス鋼は加工性に優れかつ溶接性も良好である。これ
に加え, 高温強度がフエライト系ステンレス鋼に比べ高
いことから，耐熱性が要求される用途に対して有望な材
料であると考えられている。しかしオーステナイト系ス
テンレス鋼は熱膨張係数が大きいことから，加熱および
冷却の繰返しを受けるような用途では使用中に発生する
熱応力により熱疲労破壊することが懸念されている。ま
たオーステナイト系ステンレス鋼は熱膨張係数が大きい
ため，加熱および冷却の繰返しによって表面酸化物が剥
離し易い。
ンレス鋼は加工性に優れかつ溶接性も良好である。これ
に加え, 高温強度がフエライト系ステンレス鋼に比べ高
いことから，耐熱性が要求される用途に対して有望な材
料であると考えられている。しかしオーステナイト系ス
テンレス鋼は熱膨張係数が大きいことから，加熱および
冷却の繰返しを受けるような用途では使用中に発生する
熱応力により熱疲労破壊することが懸念されている。ま
たオーステナイト系ステンレス鋼は熱膨張係数が大きい
ため，加熱および冷却の繰返しによって表面酸化物が剥
離し易い。
【０００６】このようなことから一部の用途ではIncone
l 600 に代表されるＮi基の合金が使用されている。こ
の合金材料はオーステナイト系ステンレス鋼より熱膨張
係数が低く, また表面酸化物の密着性が良く, 耐高温酸
化特性に優れ, かつ高い高温強度を有しているので有望
な材料であるが，きわめて高価な材料であるため広く一
般に使用されるに至っていない。
l 600 に代表されるＮi基の合金が使用されている。こ
の合金材料はオーステナイト系ステンレス鋼より熱膨張
係数が低く, また表面酸化物の密着性が良く, 耐高温酸
化特性に優れ, かつ高い高温強度を有しているので有望
な材料であるが，きわめて高価な材料であるため広く一
般に使用されるに至っていない。
【０００７】一方, フエライト系ステンレス鋼は，オー
ステナイト系ステンレス鋼に比べて安価である。また熱
膨張係数が小さいので熱疲労特性に優れており，加熱お
よび冷却の繰返しを受ける用途ではこの点で優れた特徴
を示すものと考えられる。そのため一部の用途に対して
Tepe409やSUS430で代表されるフエライト系ステンレス
鋼が使用され始めている。しかしこれらの材料は，600
℃以上での高温強度が著しく低いので，この温度域では
強度不足による高温疲労破壊や熱疲労破壊などを起こす
可能性がある。さらに900℃以上の温度では，フエライ
ト相がオーステナイト相に変態することがあり, その後
の冷却で生成したマルテンサイトによって室温での靭性
が著しく低下する可能性がある。
ステナイト系ステンレス鋼に比べて安価である。また熱
膨張係数が小さいので熱疲労特性に優れており，加熱お
よび冷却の繰返しを受ける用途ではこの点で優れた特徴
を示すものと考えられる。そのため一部の用途に対して
Tepe409やSUS430で代表されるフエライト系ステンレス
鋼が使用され始めている。しかしこれらの材料は，600
℃以上での高温強度が著しく低いので，この温度域では
強度不足による高温疲労破壊や熱疲労破壊などを起こす
可能性がある。さらに900℃以上の温度では，フエライ
ト相がオーステナイト相に変態することがあり, その後
の冷却で生成したマルテンサイトによって室温での靭性
が著しく低下する可能性がある。
【０００８】このようなフエライト系ステンレス鋼特有
の問題に対し，フエライト生成元素でかつ高温強化元素
であるＭoやＷなどの添加によって高温強度を改善する
ことも考えられる。しかし単にこれらの元素を添加する
のみでは高温強度の十分な上昇は望めない。また高温強
度を高くすると室温においても硬質となり加工性が低下
することや過剰添加により溶接性が低下することなどの
問題も生じてくる。
の問題に対し，フエライト生成元素でかつ高温強化元素
であるＭoやＷなどの添加によって高温強度を改善する
ことも考えられる。しかし単にこれらの元素を添加する
のみでは高温強度の十分な上昇は望めない。また高温強
度を高くすると室温においても硬質となり加工性が低下
することや過剰添加により溶接性が低下することなどの
問題も生じてくる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上のように，今後の
排気ガス浄化効率の向上, 内燃機関の高出力化および高
性能化などの進展とともにますます厳しくなる使用条件
および環境に対応し得る高温強度特性や溶接性に優れた
材料が要望されているが，現状では前記のような課題が
完全には解決されていない。もし耐熱用フエライト系ス
テンレス鋼において, 最も重要視される高温強度特性に
優れた鋼が得られれば, 上記のような厳しい使用条件の
用途に対してきわめて有望な材料を得ることができるも
のと考えられる。本発明の目的はここにある。
排気ガス浄化効率の向上, 内燃機関の高出力化および高
性能化などの進展とともにますます厳しくなる使用条件
および環境に対応し得る高温強度特性や溶接性に優れた
材料が要望されているが，現状では前記のような課題が
完全には解決されていない。もし耐熱用フエライト系ス
テンレス鋼において, 最も重要視される高温強度特性に
優れた鋼が得られれば, 上記のような厳しい使用条件の
用途に対してきわめて有望な材料を得ることができるも
のと考えられる。本発明の目的はここにある。
【００１０】すなわち本発明は，耐熱用構造材料に最も
要求される耐熱性すなわち高温強度特性が従来の自動車
用エキゾーストマニホールド材である耐熱用フエライト
系ステンレス鋼のSUS430LX系鋼の２倍以上，つまり1000
℃の0.2％耐力が15N/mm2以上であるようなフエライト系
ステンレス鋼板の開発を目的としたものである。
要求される耐熱性すなわち高温強度特性が従来の自動車
用エキゾーストマニホールド材である耐熱用フエライト
系ステンレス鋼のSUS430LX系鋼の２倍以上，つまり1000
℃の0.2％耐力が15N/mm2以上であるようなフエライト系
ステンレス鋼板の開発を目的としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】 本発明は，質量％にお
いて，Ｃ：0.02％以下, Ｓi：0.6％未満, Ｍn：0.6％以
上2.0％以下, Ｓ：0.006％以下, Ｐ：0.04％以下, Ｃ
r：17.0％以上22.0％以下, Ｎb：0.6％を超え1.5％以
下, Ｍo：1.0％以上3.0％以下, Ｖ：0.01％以上0.5％以
下, Ｃu：0.1％以上0.3％未満, Ｎ：0.02％以下, Ａl：
0.005％以上0.05％以下, Ｏ：0.012％以下を含み，場合
によってはさらに，Ｔi：1.5％以下, Ｚr：2.0％以下,
Ｗ：5.0％以下, Ｂ：0.01％以下, Ｙ：0.1％以下, RE
M：0.1％以下, の一種または二種以上を含有したうえ，
前記の範囲において， Ｃ＋Ｎ≦0.03％ Ｍn／Ｓ≧200 16.8≦0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋8.2Ｎb≦24.0 ただし，Ｗを含む場合には， 16.8≦0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋1.5Ｗ＋8.2Ｎb≦24.0 の関係を満足するようにこれらの元素を含有し, 残量が
Ｆeおよび製造上の不可避的不純物からなり，1000℃の
0.2％耐力が15N/mm 2 以上である高温強度および溶接性に
優れたフエライト系ステンレス鋼板を提供する。
いて，Ｃ：0.02％以下, Ｓi：0.6％未満, Ｍn：0.6％以
上2.0％以下, Ｓ：0.006％以下, Ｐ：0.04％以下, Ｃ
r：17.0％以上22.0％以下, Ｎb：0.6％を超え1.5％以
下, Ｍo：1.0％以上3.0％以下, Ｖ：0.01％以上0.5％以
下, Ｃu：0.1％以上0.3％未満, Ｎ：0.02％以下, Ａl：
0.005％以上0.05％以下, Ｏ：0.012％以下を含み，場合
によってはさらに，Ｔi：1.5％以下, Ｚr：2.0％以下,
Ｗ：5.0％以下, Ｂ：0.01％以下, Ｙ：0.1％以下, RE
M：0.1％以下, の一種または二種以上を含有したうえ，
前記の範囲において， Ｃ＋Ｎ≦0.03％ Ｍn／Ｓ≧200 16.8≦0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋8.2Ｎb≦24.0 ただし，Ｗを含む場合には， 16.8≦0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋1.5Ｗ＋8.2Ｎb≦24.0 の関係を満足するようにこれらの元素を含有し, 残量が
Ｆeおよび製造上の不可避的不純物からなり，1000℃の
0.2％耐力が15N/mm 2 以上である高温強度および溶接性に
優れたフエライト系ステンレス鋼板を提供する。
【００１２】特に本発明鋼板は, その製造過程における
最終仕上げ焼鈍において, 該焼鈍を1050℃以上1200℃以
下の温度で10分以下の条件で行い, この焼鈍温度から60
0℃までを２℃／sec以上の速度で冷却することによって
優れた高温強度を具備するようになる。この鋼板素材は
所望径のパイプに溶接（高周波溶接）造管し，このパイ
プから，各種加工や溶接を適用して自動車エンジンのエ
キゾーストマニホールドを製作するのに適する。したが
って本発明はまた，前記の成分組成からなる自動車エン
ジンのマニホールド用鋼を提供するものである。
最終仕上げ焼鈍において, 該焼鈍を1050℃以上1200℃以
下の温度で10分以下の条件で行い, この焼鈍温度から60
0℃までを２℃／sec以上の速度で冷却することによって
優れた高温強度を具備するようになる。この鋼板素材は
所望径のパイプに溶接（高周波溶接）造管し，このパイ
プから，各種加工や溶接を適用して自動車エンジンのエ
キゾーストマニホールドを製作するのに適する。したが
って本発明はまた，前記の成分組成からなる自動車エン
ジンのマニホールド用鋼を提供するものである。
【００１３】
【作用】図１は，低C,N-18%Ｃr-1.0%Ｍn-2.0%Ｍo-0.25%
Ｃu鋼を基本成分とし，900℃および1000℃での高温強度
(引張強さ, 0.2％耐力) に及ぼす鋼中のＮb量の影響を
調べた結果を示したものである。試験片は４mmtの各鋼
の熱延板を1000℃にて焼鈍した後, ２mmtまで冷延し，1
100℃で焼鈍したものを用いた。
Ｃu鋼を基本成分とし，900℃および1000℃での高温強度
(引張強さ, 0.2％耐力) に及ぼす鋼中のＮb量の影響を
調べた結果を示したものである。試験片は４mmtの各鋼
の熱延板を1000℃にて焼鈍した後, ２mmtまで冷延し，1
100℃で焼鈍したものを用いた。
【００１４】図１の結果から，Ｎb量が0.6％まではＮb
量の増加に伴って高温強度 (引張強さと0.2％耐力）は
僅かに上昇するが，Ｎb量が0.6％を超えると, これを境
にして高温強度が急激に上昇し，1000℃での0.2％耐力
は15N/mm2以上という非常に高い値を示すことがわか
る。
量の増加に伴って高温強度 (引張強さと0.2％耐力）は
僅かに上昇するが，Ｎb量が0.6％を超えると, これを境
にして高温強度が急激に上昇し，1000℃での0.2％耐力
は15N/mm2以上という非常に高い値を示すことがわか
る。
【００１５】すなわち，本発明者らはこの成分系におい
て0.6％を超えるＮbを添加すると高温強度が飛躍的に上
昇するという知見を得た。高温強度の上昇をもたらして
いる理由は，後述するように (Ｃ＋Ｎ) 量や焼鈍温度の
影響もあるが，添加したＮb量のうち強化元素として有
効に作用するＮb量が増加したためと考えられる。
て0.6％を超えるＮbを添加すると高温強度が飛躍的に上
昇するという知見を得た。高温強度の上昇をもたらして
いる理由は，後述するように (Ｃ＋Ｎ) 量や焼鈍温度の
影響もあるが，添加したＮb量のうち強化元素として有
効に作用するＮb量が増加したためと考えられる。
【００１６】図２は 18%Ｃr-1.0%Ｍn-2.0%Ｍo-1.0%Ｎb-
0.25%Ｃu 鋼を基本成分とし，図１と同様の1100℃焼鈍
材について，1000℃での高温強度に及ぼす鋼中の (Ｃ＋
Ｎ）量の影響を調べたものである。
0.25%Ｃu 鋼を基本成分とし，図１と同様の1100℃焼鈍
材について，1000℃での高温強度に及ぼす鋼中の (Ｃ＋
Ｎ）量の影響を調べたものである。
【００１７】図２の結果から，0.2％耐力は,(Ｃ＋Ｎ)量
が0.03％以下の領域において, 15N/mm2以上の高い値を
示すものの， (Ｃ＋Ｎ)量が0.03％を超えると低下する
ことがわかる。このことは，フエライト系ステンレス鋼
にＮbを多量に添加するだけでは高温強度の飛躍的上昇
は確保できないことを示唆している。つまり, 高温強度
に優れたフエライト系ステンレス鋼を得るためには，Ｎ
b量に加え(Ｃ＋Ｎ)量も厳しく規定する必要があること
を示している。なお, このような (Ｃ＋Ｎ)量の増加に
伴う高温強度の低下は, (Ｃ＋Ｎ)量が増加するとＮbが
炭窒化物として析出し，強化に有効な固溶Ｎb量が減少
するからであると考えられる。
が0.03％以下の領域において, 15N/mm2以上の高い値を
示すものの， (Ｃ＋Ｎ)量が0.03％を超えると低下する
ことがわかる。このことは，フエライト系ステンレス鋼
にＮbを多量に添加するだけでは高温強度の飛躍的上昇
は確保できないことを示唆している。つまり, 高温強度
に優れたフエライト系ステンレス鋼を得るためには，Ｎ
b量に加え(Ｃ＋Ｎ)量も厳しく規定する必要があること
を示している。なお, このような (Ｃ＋Ｎ)量の増加に
伴う高温強度の低下は, (Ｃ＋Ｎ)量が増加するとＮbが
炭窒化物として析出し，強化に有効な固溶Ｎb量が減少
するからであると考えられる。
【００１８】図３は, 低C,N-18%Ｃr-1.0%Ｍn-1.0%Ｍo-
0.6%Ｎb-0.25%Ｃu 鋼を基本成分とし，前例と同様に110
0℃焼鈍材についての1000℃での高温強度に及ぼすＣr,
Ｍo,Ｗの影響について調べたものである。また，Ｎb量
についての図１の結果も合わせて図中に示した。
0.6%Ｎb-0.25%Ｃu 鋼を基本成分とし，前例と同様に110
0℃焼鈍材についての1000℃での高温強度に及ぼすＣr,
Ｍo,Ｗの影響について調べたものである。また，Ｎb量
についての図１の結果も合わせて図中に示した。
【００１９】図３の結果から，本成分系における高温強
度は各元素のこの範囲の添加量に応じて比較的単調に増
加することがわかる。ここで，σ0.2：1000℃での0.2％
耐力 (N/mm2)とし，Ｃr,Ｍo,Ｗ,Ｎb：各添加元素量 (質
量％) とすると， σ0.2＝−1.8＋0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋1.5Ｗ＋8.2Ｎb ・・・(1) で表し得る。この(1) 式からも，各元素のσ0.2への寄
与率 (各元素の係数) はＣr,Ｍo,Ｗ,Ｎbの順に大きくな
り，とりわけＮbは大きく, Ｎbの添加はＭoやＷに比べ
て高温強度上昇に非常に有効であることがわかる。
度は各元素のこの範囲の添加量に応じて比較的単調に増
加することがわかる。ここで，σ0.2：1000℃での0.2％
耐力 (N/mm2)とし，Ｃr,Ｍo,Ｗ,Ｎb：各添加元素量 (質
量％) とすると， σ0.2＝−1.8＋0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋1.5Ｗ＋8.2Ｎb ・・・(1) で表し得る。この(1) 式からも，各元素のσ0.2への寄
与率 (各元素の係数) はＣr,Ｍo,Ｗ,Ｎbの順に大きくな
り，とりわけＮbは大きく, Ｎbの添加はＭoやＷに比べ
て高温強度上昇に非常に有効であることがわかる。
【００２０】図４は 18%Ｃr-1.0%Ｍn-2.0%Ｍo-0.25%Ｃu
-0.45%Ｎb鋼 (以下0.45％Ｎb鋼と記す) および 18%Ｃr-
1.0%Ｍn-2.0%Ｍo-0.25%Ｃu-1.0%Ｎb鋼 (以下1.0％Ｎb鋼
と記す) について，1000℃における高温引張特性に及ぼ
す最終仕上げ焼鈍の焼鈍温度の影響を調べたものであ
る。
-0.45%Ｎb鋼 (以下0.45％Ｎb鋼と記す) および 18%Ｃr-
1.0%Ｍn-2.0%Ｍo-0.25%Ｃu-1.0%Ｎb鋼 (以下1.0％Ｎb鋼
と記す) について，1000℃における高温引張特性に及ぼ
す最終仕上げ焼鈍の焼鈍温度の影響を調べたものであ
る。
【００２１】図４の結果から，0.45％Ｎb鋼は，最終仕
上げ焼鈍温度の影響をほとんど受けず, ほぼ一定の強度
値を示すのに対し，1.0％Ｎb鋼は，1050℃焼鈍までは0.
45％Ｎb鋼のものと実質的な差は認められないが，1050
℃以上の焼鈍温度になると高温強度は急激に上昇し，11
00℃焼鈍では0.45％Ｎb鋼の２倍程度の0.2％耐力が得ら
れるようになることがわかる。このような高温強度の上
昇は，前述のような強化に有効な固溶Ｎb量が焼鈍温度
の上昇によって増加したことによると考えられる。以上
の事実は, 適切なＮb量および (Ｃ＋Ｎ) 量の選択と,
これに加えて1050℃以上の最終仕上げ焼鈍を行なうこと
が高温強度に優れたフエライト系ステンレス鋼板を得る
上で重要であることを示している。
上げ焼鈍温度の影響をほとんど受けず, ほぼ一定の強度
値を示すのに対し，1.0％Ｎb鋼は，1050℃焼鈍までは0.
45％Ｎb鋼のものと実質的な差は認められないが，1050
℃以上の焼鈍温度になると高温強度は急激に上昇し，11
00℃焼鈍では0.45％Ｎb鋼の２倍程度の0.2％耐力が得ら
れるようになることがわかる。このような高温強度の上
昇は，前述のような強化に有効な固溶Ｎb量が焼鈍温度
の上昇によって増加したことによると考えられる。以上
の事実は, 適切なＮb量および (Ｃ＋Ｎ) 量の選択と,
これに加えて1050℃以上の最終仕上げ焼鈍を行なうこと
が高温強度に優れたフエライト系ステンレス鋼板を得る
上で重要であることを示している。
【００２２】図５は，低C,N-18%Ｃr-1.0%Ｍn-2.0%Ｍo-
1.0%Ｎb-0.25%Ｃu鋼について，熱処理条件を種々変えて
固溶Ｎb量を変化させた場合の，固溶Ｎb量と1000℃での
0.2％耐力との関係を示したものである。なお固溶Ｎb量
は，添加したＮb量から析出物としてのＮb量を引いたも
のである。析出物はＸ線回折にて同定したところ，Ｆe3
Ｎb3ＣとＦe2Ｎbが主体であることが明らかになった。
この析出物としてのＮb量は各熱処理材を非水溶媒系抽
出液にて電解抽出することによって求めた。なお各熱処
理材の結晶粒度番号は５番程度のほぼ一定である。
1.0%Ｎb-0.25%Ｃu鋼について，熱処理条件を種々変えて
固溶Ｎb量を変化させた場合の，固溶Ｎb量と1000℃での
0.2％耐力との関係を示したものである。なお固溶Ｎb量
は，添加したＮb量から析出物としてのＮb量を引いたも
のである。析出物はＸ線回折にて同定したところ，Ｆe3
Ｎb3ＣとＦe2Ｎbが主体であることが明らかになった。
この析出物としてのＮb量は各熱処理材を非水溶媒系抽
出液にて電解抽出することによって求めた。なお各熱処
理材の結晶粒度番号は５番程度のほぼ一定である。
【００２３】図５の結果から，この鋼の高温強度は0.5
％以上の固溶Ｎb量の領域で急激に上昇していることが
わかる。
％以上の固溶Ｎb量の領域で急激に上昇していることが
わかる。
【００２４】Ｎb添加フエライト系ステンレス鋼に焼鈍
工程を組合わせてクリープ強度を上昇させる方法は例え
ば特開昭60-145359号公報や特公平1-41695号公報に記載
されている。両公報とも強化に有効な固溶Ｎb量は，添
加Ｎb量からＮbＣまたはＮbＮとして析出したＮb量を引
いたものとしており，また，クリープ強度を上昇させる
ためには或る程度の炭窒化物の存在が必要であるとして
いる。しかし本発明の成分系つまり0.6％を超えるＮbを
添加した場合には，ＮbＣやＮbＮなどのような析出物の
存在は認められず，Ｆe3Ｎb3ＣおよびＦe2Ｎbが析出す
る。したがって上記公報に掲載された固溶Ｎb量の算出
式は本発明の成分系では適用できない。また該公報の教
示とは異なり，適量の炭窒化物を存在させるためにＣや
Ｎを含有させることは本発明の成分系では必要ではな
く，前記の図２の結果に見られるように，むしろ強化に
有効なＮb量を確保するために（Ｃ＋Ｎ）量の上限を厳
しく限定する必要がある。
工程を組合わせてクリープ強度を上昇させる方法は例え
ば特開昭60-145359号公報や特公平1-41695号公報に記載
されている。両公報とも強化に有効な固溶Ｎb量は，添
加Ｎb量からＮbＣまたはＮbＮとして析出したＮb量を引
いたものとしており，また，クリープ強度を上昇させる
ためには或る程度の炭窒化物の存在が必要であるとして
いる。しかし本発明の成分系つまり0.6％を超えるＮbを
添加した場合には，ＮbＣやＮbＮなどのような析出物の
存在は認められず，Ｆe3Ｎb3ＣおよびＦe2Ｎbが析出す
る。したがって上記公報に掲載された固溶Ｎb量の算出
式は本発明の成分系では適用できない。また該公報の教
示とは異なり，適量の炭窒化物を存在させるためにＣや
Ｎを含有させることは本発明の成分系では必要ではな
く，前記の図２の結果に見られるように，むしろ強化に
有効なＮb量を確保するために（Ｃ＋Ｎ）量の上限を厳
しく限定する必要がある。
【００２５】以上のような知見事実に基づき，本発明は
高温強度および溶接性に優れた耐熱用フエライト系ステ
ンレス鋼板を提供するものであり，特にこれからの高出
力自動車エンジンに直結しても充分に信頼性のあるステ
ンレス鋼製のエキゾーストマニホールドとなり得る材料
を提供するものである。
高温強度および溶接性に優れた耐熱用フエライト系ステ
ンレス鋼板を提供するものであり，特にこれからの高出
力自動車エンジンに直結しても充分に信頼性のあるステ
ンレス鋼製のエキゾーストマニホールドとなり得る材料
を提供するものである。
【００２６】以下に，本発明鋼の各成分の作用とその化
学成分値の含有量範囲を定めた理由の概要を個別に説明
する。
学成分値の含有量範囲を定めた理由の概要を個別に説明
する。
【００２７】ＣおよびＮ：ＣおよびＮは一般的にはクリ
ープ強度およびクリープ破断強度などの高温強度に対し
ては最も有効な元素とされているが，その反面，含有量
が多くなると耐酸化性，加工性ならびに靭性が低下す
る。したがって，ＣおよびＮは本成分系においては低い
ことが望ましく，それぞれ0.02％以下とする。また，Ｃ
およびＮはＮbとの化合物を生成しやすいのでフエライ
ト相の固溶強化に有効のＮb量，より具体的には，高温
での0.2％耐力および引張強さを上昇させる有効Ｎb量を
減少させる。図２で示したように (Ｃ＋Ｎ) 量を0.03％
以下とすることにより1000℃で15N/mm2以上の0.2％耐力
を確保することができる。
ープ強度およびクリープ破断強度などの高温強度に対し
ては最も有効な元素とされているが，その反面，含有量
が多くなると耐酸化性，加工性ならびに靭性が低下す
る。したがって，ＣおよびＮは本成分系においては低い
ことが望ましく，それぞれ0.02％以下とする。また，Ｃ
およびＮはＮbとの化合物を生成しやすいのでフエライ
ト相の固溶強化に有効のＮb量，より具体的には，高温
での0.2％耐力および引張強さを上昇させる有効Ｎb量を
減少させる。図２で示したように (Ｃ＋Ｎ) 量を0.03％
以下とすることにより1000℃で15N/mm2以上の0.2％耐力
を確保することができる。
【００２８】Ｓi：Ｓiは耐酸化性の向上には有効な元素
である。しかしＳiを過剰に添加すると硬さが上昇し，
加工性および靭性が低下することから，Ｓiは0.6％未満
とする。
である。しかしＳiを過剰に添加すると硬さが上昇し，
加工性および靭性が低下することから，Ｓiは0.6％未満
とする。
【００２９】Ｍn：Ｍnは溶接高温割れに有害なＳをＭn
Ｓの形で固定し，溶接金属中のＳを除去, 減少させる。
溶接高温割れを防止するためには，鋼中に含まれるＳに
対応したＭnの添加が必要であり，Ｍn／Ｓが200以上で
割れ防止効果が現れる。またＭnを添加することによっ
て耐スケール剥離性も改善されるが，過剰の添加は加工
性および溶接性が問題となる。このようなことから，十
分な耐スケール剥離性を有し, なおかつ加工性および溶
接性に影響を及ぼさぬようにＭnの範囲は0.6％以上2.0
％以下とする。
Ｓの形で固定し，溶接金属中のＳを除去, 減少させる。
溶接高温割れを防止するためには，鋼中に含まれるＳに
対応したＭnの添加が必要であり，Ｍn／Ｓが200以上で
割れ防止効果が現れる。またＭnを添加することによっ
て耐スケール剥離性も改善されるが，過剰の添加は加工
性および溶接性が問題となる。このようなことから，十
分な耐スケール剥離性を有し, なおかつ加工性および溶
接性に影響を及ぼさぬようにＭnの範囲は0.6％以上2.0
％以下とする。
【００３０】Ｓ：Ｓは上述のごとく溶接高温割れに対し
て有害であるので可能な限り低いほうが望ましいが，低
く押さえるほど製造コストの上昇を招く。本発明鋼にお
いてはＳは0.006％まで許容しても十分な耐溶接高温割
れを有するため，Ｓの範囲を0.006％以下とする。
て有害であるので可能な限り低いほうが望ましいが，低
く押さえるほど製造コストの上昇を招く。本発明鋼にお
いてはＳは0.006％まで許容しても十分な耐溶接高温割
れを有するため，Ｓの範囲を0.006％以下とする。
【００３１】Ｐ：Ｐは本発明が目的とする高温強度の向
上には特に悪影響を及ぼさないが，0.04％を超えて含有
されると鋼板の靭性を著しく損なう。したがって，Ｐの
範囲は0.04％以下とする。
上には特に悪影響を及ぼさないが，0.04％を超えて含有
されると鋼板の靭性を著しく損なう。したがって，Ｐの
範囲は0.04％以下とする。
【００３２】Ｃr：Ｃrはフエライト相を安定させるとと
もに，高温用材料で重要視される耐酸化性の改善に不可
欠の元素である。しかし17.0％未満では上記の効果が十
分に発揮されない。耐酸化性の面からはＣrは高いほど
望ましいが22.0％を超えて過剰に添加すると鋼の脆化を
招き, また硬さの上昇によって加工性も劣化する。した
がって，Ｃrの範囲は17.0％以上22.0％以下とする。
もに，高温用材料で重要視される耐酸化性の改善に不可
欠の元素である。しかし17.0％未満では上記の効果が十
分に発揮されない。耐酸化性の面からはＣrは高いほど
望ましいが22.0％を超えて過剰に添加すると鋼の脆化を
招き, また硬さの上昇によって加工性も劣化する。した
がって，Ｃrの範囲は17.0％以上22.0％以下とする。
【００３３】Ｎb：Ｎbは前述の図１の高温引張試験結果
に示したように，高温強度を維持するのに必要な元素で
ある。しかも強力な炭窒化物生成元素であるため，固溶
強化による著しい高温強度の上昇を図るためには，Ｃお
よびＮの低減化に加え，0.6％を超えるＮbの添加が必要
である。またＮbの添加は加工性および耐酸化性の改善
に好影響を及ぼす。しかしＮbを過剰に添加すると溶接
高温割れ感受性が高くなる。十分な高温強度を維持し，
なおかつ溶接高温割れ感受性にさほど影響を及ぼさない
ようにＮbの範囲は0.6％を超え1.5％以下とする。
に示したように，高温強度を維持するのに必要な元素で
ある。しかも強力な炭窒化物生成元素であるため，固溶
強化による著しい高温強度の上昇を図るためには，Ｃお
よびＮの低減化に加え，0.6％を超えるＮbの添加が必要
である。またＮbの添加は加工性および耐酸化性の改善
に好影響を及ぼす。しかしＮbを過剰に添加すると溶接
高温割れ感受性が高くなる。十分な高温強度を維持し，
なおかつ溶接高温割れ感受性にさほど影響を及ぼさない
ようにＮbの範囲は0.6％を超え1.5％以下とする。
【００３４】Ｍo：Ｍoは固溶強化によって高温強度を上
昇させる元素である。また耐高温酸化性および耐食性の
改善にも有効である。一方，過剰に添加すると低温での
靭性を著しく低下させ，また溶接性および加工性の低下
をきたすため，その成分範囲を1.0％以上3.0％以下, 好
ましくは1.0％を越え3.0％以下とする。
昇させる元素である。また耐高温酸化性および耐食性の
改善にも有効である。一方，過剰に添加すると低温での
靭性を著しく低下させ，また溶接性および加工性の低下
をきたすため，その成分範囲を1.0％以上3.0％以下, 好
ましくは1.0％を越え3.0％以下とする。
【００３５】Ｖ：Ｖは炭窒化物生成元素であり，高温強
度およびクリープ破断強度を上昇させ，加工性を改善す
る。またＣおよびＮと結合することによって, 高温強度
上昇に有効な固溶Ｎb量を増加させる。さらにＶはＮbと
の共存によって耐粒界腐食性を向上させると共に溶接熱
影響部の靭性を向上させる。これらの効果はＶ量が0.01
％未満では十分ではない。他方0.5％を越えて過剰に添
加すると逆に加工性の低下を招くため, Ｖの範囲は0.01
％以上0.5％以下とする。
度およびクリープ破断強度を上昇させ，加工性を改善す
る。またＣおよびＮと結合することによって, 高温強度
上昇に有効な固溶Ｎb量を増加させる。さらにＶはＮbと
の共存によって耐粒界腐食性を向上させると共に溶接熱
影響部の靭性を向上させる。これらの効果はＶ量が0.01
％未満では十分ではない。他方0.5％を越えて過剰に添
加すると逆に加工性の低下を招くため, Ｖの範囲は0.01
％以上0.5％以下とする。
【００３６】Ａl：製鋼工程において脱炭を行なう際に
酸素吹錬を行なうが，このとき鋼中の残存した酸素は，
溶接性に著しい悪影響を及ぼす。このため脱酸材として
Ａlが必要不可欠な元素となる。しかし過剰の添加は逆
に溶接性の低下を招く。十分な脱酸を行なうことがで
き，なおかつ溶接性に影響を及ぼさぬようＡlの範囲は
0.005％以上0.05％以下とする。
酸素吹錬を行なうが，このとき鋼中の残存した酸素は，
溶接性に著しい悪影響を及ぼす。このため脱酸材として
Ａlが必要不可欠な元素となる。しかし過剰の添加は逆
に溶接性の低下を招く。十分な脱酸を行なうことがで
き，なおかつ溶接性に影響を及ぼさぬようＡlの範囲は
0.005％以上0.05％以下とする。
【００３７】Ｏ：Ｏは上述のように, 溶接性に悪影響を
及ぼすためできる限り低いことが望ましいが低く押さえ
るほど製造コストの上昇を招く。本成分系においては，
Ｏは脱酸Ａlの添加によって0.012％以下に容易に低減で
き，しかもこのとき十分な溶接性を有するため，Ｏの範
囲は0.012％以下とする。
及ぼすためできる限り低いことが望ましいが低く押さえ
るほど製造コストの上昇を招く。本成分系においては，
Ｏは脱酸Ａlの添加によって0.012％以下に容易に低減で
き，しかもこのとき十分な溶接性を有するため，Ｏの範
囲は0.012％以下とする。
【００３８】Ｃu：Ｃuは靭性面で非常に有効に作用し，
室温での靭性改善効果を得るためには0.1％以上必要で
ある。一方, 過剰に添加すると硬質となり加工性を害
し, また溶接性も低下する。この理由からＣuの範囲は
0.1％以上0.3％未満とする。
室温での靭性改善効果を得るためには0.1％以上必要で
ある。一方, 過剰に添加すると硬質となり加工性を害
し, また溶接性も低下する。この理由からＣuの範囲は
0.1％以上0.3％未満とする。
【００３９】Ｔi：ＴiはＮbと同様に強力な炭窒化物生
成元素であり，高温強度およびクリープ破断強度を上昇
させ，加工性も改善する。しかしＡlと同様, 過剰添加
すると製造性および溶接性で問題となるため1.5％以下
とする。
成元素であり，高温強度およびクリープ破断強度を上昇
させ，加工性も改善する。しかしＡlと同様, 過剰添加
すると製造性および溶接性で問題となるため1.5％以下
とする。
【００４０】Ｚr：Ｚrは高温強度を上昇させ，高温酸化
特性を改善する。しかし過剰に添加すると加工性および
溶接性の低下を招くので2.0％以下とする。
特性を改善する。しかし過剰に添加すると加工性および
溶接性の低下を招くので2.0％以下とする。
【００４１】Ｗ：ＷもＴiやＶと同様, 高温強度を上昇
させ，加工性を改善する。しかし過剰に添加すると加工
性および溶接性の低下を招くので5.0％以下とする。
させ，加工性を改善する。しかし過剰に添加すると加工
性および溶接性の低下を招くので5.0％以下とする。
【００４２】Ｂ：Ｂは熱間加工性を改善し，高温強度も
上昇させ，加工性をも改善する。しかし過剰に添加する
と熱間加工性の低下を招くため，0.01％以下とする。
上昇させ，加工性をも改善する。しかし過剰に添加する
と熱間加工性の低下を招くため，0.01％以下とする。
【００４３】ＹおよびREM：ＹおよびREM(希土類元素)は
微量添加によって熱間加工性を改善し，耐酸化性特にス
ケールの密着性を改善する。しかし過剰に添加とする逆
に熱間加工性の低下を招くため0.1％以下とする。
微量添加によって熱間加工性を改善し，耐酸化性特にス
ケールの密着性を改善する。しかし過剰に添加とする逆
に熱間加工性の低下を招くため0.1％以下とする。
【００４４】以上のような成分組成に加えて，本発明の
目的を達成するには，すなわち1000℃での0.2％耐力を1
5N/mm2以上とするには，前記(1) 式の右辺を15以上とす
ることが必要である。すなわち, 15.0≦−1.8＋0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋1.5Ｗ＋8.2Ｎb の関係を満足するように，これらの元素の含有量を規制
することが必要である。しかしこれらの元素を過剰に添
加すると加工性および溶接性が低下する可能性があり，
特に(1) 式の右辺が22.2を超えると溶接性の劣化が認め
られた。この理由から, これらの元素の添加量は， 15.0≦−1.8＋0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋1.5Ｗ＋8.2Ｎb≦22.2 すなわち, 16.8≦0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋1.5Ｗ＋8.2Ｎb≦24.0 の関係を満足するように含有させるのがよい。
目的を達成するには，すなわち1000℃での0.2％耐力を1
5N/mm2以上とするには，前記(1) 式の右辺を15以上とす
ることが必要である。すなわち, 15.0≦−1.8＋0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋1.5Ｗ＋8.2Ｎb の関係を満足するように，これらの元素の含有量を規制
することが必要である。しかしこれらの元素を過剰に添
加すると加工性および溶接性が低下する可能性があり，
特に(1) 式の右辺が22.2を超えると溶接性の劣化が認め
られた。この理由から, これらの元素の添加量は， 15.0≦−1.8＋0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋1.5Ｗ＋8.2Ｎb≦22.2 すなわち, 16.8≦0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋1.5Ｗ＋8.2Ｎb≦24.0 の関係を満足するように含有させるのがよい。
【００４５】次に本発明鋼板の製造に当たっては, 既述
のように最終仕上げ焼鈍において固溶強化元素を十分固
溶させるためには焼鈍温度はできる限り高い方が好まし
い。すなわち図４に示したように, 焼鈍温度が1050℃未
満では, Ｎbの固溶が十分でないことがその理由である
と考えられるが，顕著な高温強度の改善は期待できな
い。また図４は高温強度の上昇は焼鈍温度が1200℃を超
えると飽和することを示している。加えて，焼鈍温度が
高すぎると結晶粒が粗大化し，靭性が低下するなどの不
利な点も生じる。以上のことから最終仕上げ焼鈍温度の
範囲は1050℃以上1200℃以下とする。
のように最終仕上げ焼鈍において固溶強化元素を十分固
溶させるためには焼鈍温度はできる限り高い方が好まし
い。すなわち図４に示したように, 焼鈍温度が1050℃未
満では, Ｎbの固溶が十分でないことがその理由である
と考えられるが，顕著な高温強度の改善は期待できな
い。また図４は高温強度の上昇は焼鈍温度が1200℃を超
えると飽和することを示している。加えて，焼鈍温度が
高すぎると結晶粒が粗大化し，靭性が低下するなどの不
利な点も生じる。以上のことから最終仕上げ焼鈍温度の
範囲は1050℃以上1200℃以下とする。
【００４６】最終仕上げ焼鈍後の冷却速度は，焼鈍時に
固溶したＮbが冷却中に析出しないように焼鈍温度から6
00℃までの間を２℃/sec以上とするのがよい。
固溶したＮbが冷却中に析出しないように焼鈍温度から6
00℃までの間を２℃/sec以上とするのがよい。
【００４７】最終仕上げ焼鈍時間については，1050℃以
上1200℃以下の温度で長時間焼鈍すると結晶粒および析
出物が粗大化すること，連続焼鈍を行なう際に焼鈍工程
に時間を要し, 生産性が低下することから，10分以下と
するのが実際的である。
上1200℃以下の温度で長時間焼鈍すると結晶粒および析
出物が粗大化すること，連続焼鈍を行なう際に焼鈍工程
に時間を要し, 生産性が低下することから，10分以下と
するのが実際的である。
【００４８】なお最終仕上げ焼鈍とは素材メーカーでの
製造過程において熱間圧延および冷間圧延を経て目標板
厚にまで圧延した後の鋼帯または鋼板を仕上げ焼鈍する
ことを意味する。場合によってはこの最終仕上げ焼鈍の
あとに軽度のスキンパス圧延を施すこともある。
製造過程において熱間圧延および冷間圧延を経て目標板
厚にまで圧延した後の鋼帯または鋼板を仕上げ焼鈍する
ことを意味する。場合によってはこの最終仕上げ焼鈍の
あとに軽度のスキンパス圧延を施すこともある。
【００４９】
【実施例】表１および表２（表１の続き）に供試材の化
学成分値および最終仕上げ焼鈍温度を示した。表中のＡ
01からＡ20は本発明鋼，Ａ21からＡ30は比較鋼である。
いずれの鋼も真空溶解炉にて500kg溶製し，鍛造, 熱延
により4.0mmtの熱延鋼帯とした。これを950〜1250℃で
焼鈍し2.0mmtまで冷延した。ついでこれを切断し，表中
に示した最終仕上げ焼鈍温度で焼鈍し，鋼板とした。こ
れを高温引張試験片に切削加工後, 試験に供した。表３
に本発明鋼板および比較鋼板の高温強度特性を示した。
高温強度特性はJIS G 0567に準拠した高温引張試験にお
ける0.2％耐力および引張強さで評価した。
学成分値および最終仕上げ焼鈍温度を示した。表中のＡ
01からＡ20は本発明鋼，Ａ21からＡ30は比較鋼である。
いずれの鋼も真空溶解炉にて500kg溶製し，鍛造, 熱延
により4.0mmtの熱延鋼帯とした。これを950〜1250℃で
焼鈍し2.0mmtまで冷延した。ついでこれを切断し，表中
に示した最終仕上げ焼鈍温度で焼鈍し，鋼板とした。こ
れを高温引張試験片に切削加工後, 試験に供した。表３
に本発明鋼板および比較鋼板の高温強度特性を示した。
高温強度特性はJIS G 0567に準拠した高温引張試験にお
ける0.2％耐力および引張強さで評価した。
【００５０】また溶接高温割れ性を臨界ひずみ量で評価
した。すなわち, 各鋼について厚さ1.2mmtまで冷延した
以外は前記同様の冷延焼鈍板を作製し，40mm×200mmの
試験片に加工後, 試験片の両端を保持して長手方向に引
張応力を付与した状態でTIG溶接を行い, 割れが発生し
始める最小のひずみ量を臨界ひずみ量とし，これを溶接
割れ感受性の指標とした。この溶接高温割れ特性につい
ても表３に併記した。
した。すなわち, 各鋼について厚さ1.2mmtまで冷延した
以外は前記同様の冷延焼鈍板を作製し，40mm×200mmの
試験片に加工後, 試験片の両端を保持して長手方向に引
張応力を付与した状態でTIG溶接を行い, 割れが発生し
始める最小のひずみ量を臨界ひずみ量とし，これを溶接
割れ感受性の指標とした。この溶接高温割れ特性につい
ても表３に併記した。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
【表３】
【００５４】表３の結果に見られるように，本発明例の
鋼板はいずれも高温強度が非常に高いことがわかる。つ
まりＮbを0.6％以上添加し，(Ｃ＋Ｎ)量を0.03％以下と
しかつ1050℃以上の高い温度で最終仕上げ焼鈍を行った
鋼板は，従来のフエライト系ステンレス鋼では得られる
ことのできなかった高温高強度特性を示し, 1000℃の0.
2％耐力で15N/mm2以上の強度値が得られる。これは自動
車用エキゾーストマニホールド材に使用された従来のSU
S430LX系鋼 (表２のＡ21鋼に相当するもの)の２倍以上
の高温強度特性を有している。
鋼板はいずれも高温強度が非常に高いことがわかる。つ
まりＮbを0.6％以上添加し，(Ｃ＋Ｎ)量を0.03％以下と
しかつ1050℃以上の高い温度で最終仕上げ焼鈍を行った
鋼板は，従来のフエライト系ステンレス鋼では得られる
ことのできなかった高温高強度特性を示し, 1000℃の0.
2％耐力で15N/mm2以上の強度値が得られる。これは自動
車用エキゾーストマニホールド材に使用された従来のSU
S430LX系鋼 (表２のＡ21鋼に相当するもの)の２倍以上
の高温強度特性を有している。
【００５５】また，溶接性についてみると, 本発明例の
鋼はすべて3.5％以上の臨界ひずみ量を示し, 溶接性が
良好であることがわかる。したがって溶接高温割れ抵抗
の優れた製管品 (例えば自動車用エキゾーストマニホー
ルド) が得られることがわかる。
鋼はすべて3.5％以上の臨界ひずみ量を示し, 溶接性が
良好であることがわかる。したがって溶接高温割れ抵抗
の優れた製管品 (例えば自動車用エキゾーストマニホー
ルド) が得られることがわかる。
【００５６】これに対し, 比較例Ａ21, Ａ22およびＡ28
〜Ａ30は，いずれも高温強度を左右する元素 (Ｃ＋Ｎ,
Ｎb, Ｍo) の範囲が本発明で規定する範囲から外れてい
るものであるが，これらは高い温度で焼鈍を施しても，
高温強度が本発明例の鋼より劣り, 1000℃の0.2％耐力
は全て15N/mm2未満である。
〜Ａ30は，いずれも高温強度を左右する元素 (Ｃ＋Ｎ,
Ｎb, Ｍo) の範囲が本発明で規定する範囲から外れてい
るものであるが，これらは高い温度で焼鈍を施しても，
高温強度が本発明例の鋼より劣り, 1000℃の0.2％耐力
は全て15N/mm2未満である。
【００５７】また比較例Ａ26のように，成分範囲が本発
明の範囲内であっても, 焼鈍温度範囲が本発明の範囲か
ら外れると十分な高温強度特性は得られない。さらにＡ
23〜Ａ25, Ａ31のようにＭn,Ｓ,Ａl,Ｏ, Ｃuの含有量が
本発明の範囲から外れていると，高温強度は高いもの
の，鋼板の溶接性が劣っていることがわかる。この点に
ついては前記の(1)式の範囲から外れるＡ27も同様であ
り，高温強化元素の過剰添加が溶接性を低下させたもの
と考えられる。
明の範囲内であっても, 焼鈍温度範囲が本発明の範囲か
ら外れると十分な高温強度特性は得られない。さらにＡ
23〜Ａ25, Ａ31のようにＭn,Ｓ,Ａl,Ｏ, Ｃuの含有量が
本発明の範囲から外れていると，高温強度は高いもの
の，鋼板の溶接性が劣っていることがわかる。この点に
ついては前記の(1)式の範囲から外れるＡ27も同様であ
り，高温強化元素の過剰添加が溶接性を低下させたもの
と考えられる。
【００５８】さらに，本発明鋼の電縫溶接管を用いて実
際のエキゾーストマニホールドを以下に述べるようにし
て試作し，自動車エンジンにて冷熱サイクルを行った。
その結果，従来の試験温度よりも 100〜200℃高い高温
試験においても従来材以上の耐久性を示し, 本発明鋼が
エキゾーストマニホールド用素材として実用性が非常に
高いものであることが確認された。
際のエキゾーストマニホールドを以下に述べるようにし
て試作し，自動車エンジンにて冷熱サイクルを行った。
その結果，従来の試験温度よりも 100〜200℃高い高温
試験においても従来材以上の耐久性を示し, 本発明鋼が
エキゾーストマニホールド用素材として実用性が非常に
高いものであることが確認された。
【００５９】試作したエキゾーストマニホールドの概略
を図６に示した。１は主管であり，この主管１に対して
枝管２ａ〜２ｅが接続されている。主管１および枝管２
とも素材鋼板として前記実施例のＡ５相当の厚みが2.0
mmの冷延焼鈍板を使用した。この鋼板から主管１の径の
パイプと枝管２の径のパイプに高周波溶接で造管し，必
要長さに切断し，主管１の穴あけと縮径加工, 枝管２の
曲げ加工, 拡管およびフランジ取付け端のフレア加工を
行ったうえ，ＭＡＧ溶接で主管１の穴に各枝管２を接続
し，端部にフランジをＭＡＧ溶接で取付けた。
を図６に示した。１は主管であり，この主管１に対して
枝管２ａ〜２ｅが接続されている。主管１および枝管２
とも素材鋼板として前記実施例のＡ５相当の厚みが2.0
mmの冷延焼鈍板を使用した。この鋼板から主管１の径の
パイプと枝管２の径のパイプに高周波溶接で造管し，必
要長さに切断し，主管１の穴あけと縮径加工, 枝管２の
曲げ加工, 拡管およびフランジ取付け端のフレア加工を
行ったうえ，ＭＡＧ溶接で主管１の穴に各枝管２を接続
し，端部にフランジをＭＡＧ溶接で取付けた。
【００６０】試験は温度が９００℃または９４０℃のエ
ンジン排ガスで加熱したあと空冷する冷熱サイクルを実
施した。比較のために，前記比較例のＡ２１相当鋼を用
いた以外は同じエキゾーストマニホールドを試作し，同
じ試験を行った。その結果，本発明例のものはいずれの
試験温度でも，比較例のものに対し約２倍のサイクル回
数まで耐久性を有した。
ンジン排ガスで加熱したあと空冷する冷熱サイクルを実
施した。比較のために，前記比較例のＡ２１相当鋼を用
いた以外は同じエキゾーストマニホールドを試作し，同
じ試験を行った。その結果，本発明例のものはいずれの
試験温度でも，比較例のものに対し約２倍のサイクル回
数まで耐久性を有した。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように，本発明のフエライ
ト系ステンレス鋼板は，600℃以上特に900℃〜1000℃の
高温強度が他のフエライト系ステンレス鋼と比較して極
めて高く, 溶接性にも優れている。またこの鋼板は最終
仕上げ焼鈍を再結晶以上の温度で行っているため，高温
高強度に加え加工性にも優れる。
ト系ステンレス鋼板は，600℃以上特に900℃〜1000℃の
高温強度が他のフエライト系ステンレス鋼と比較して極
めて高く, 溶接性にも優れている。またこの鋼板は最終
仕上げ焼鈍を再結晶以上の温度で行っているため，高温
高強度に加え加工性にも優れる。
【００６２】したがって本発明によれば，溶接造管，曲
げ加工や縮径拡管加工，溶接接合等の多くの工程を経て
製造され，また600℃以上の高温度域で使用される場合
にも強度不足に起因する高温疲労破壊や熱疲労破壊など
の材料特性が改善された自動車エンジンのマニホールド
材料が提供され，自動車の高出力化と性能向上に大きく
貢献できる。
げ加工や縮径拡管加工，溶接接合等の多くの工程を経て
製造され，また600℃以上の高温度域で使用される場合
にも強度不足に起因する高温疲労破壊や熱疲労破壊など
の材料特性が改善された自動車エンジンのマニホールド
材料が提供され，自動車の高出力化と性能向上に大きく
貢献できる。
【図１】表示の成分系における900℃および1000℃短時
間引張試験における0.2％耐力および引張強さに及ぼす
Ｎb添加量の影響を示した図である。
間引張試験における0.2％耐力および引張強さに及ぼす
Ｎb添加量の影響を示した図である。
【図２】表示の成分系における1000℃短時間引張試験に
おける0.2％耐力および引張強さに及ぼす (Ｃ＋Ｎ) 量
の影響を示した図である。
おける0.2％耐力および引張強さに及ぼす (Ｃ＋Ｎ) 量
の影響を示した図である。
【図３】表示の成分系における1000℃短時間引張試験に
おける0.2％耐力に及ぼす各種合金元素の影響を示した
図である。
おける0.2％耐力に及ぼす各種合金元素の影響を示した
図である。
【図４】表示の成分系における1000℃短時間引張試験に
おける0.2％耐力に及ぼす最終仕上げ焼鈍温度の影響を
示した図である。
おける0.2％耐力に及ぼす最終仕上げ焼鈍温度の影響を
示した図である。
【図５】表示の成分系における1000℃短時間引張試験に
おける0.2％耐力に及ぼす固溶Ｎb量の影響を示した図で
ある。
おける0.2％耐力に及ぼす固溶Ｎb量の影響を示した図で
ある。
【図６】自動車エンジンのエキゾーストマニホールドの
例を示す概略図である。
例を示す概略図である。
１ 主管 ２ 枝管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 定幸 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新 製鋼株式会社鉄鋼研究所内 (72)発明者 奥 学 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新 製鋼株式会社鉄鋼研究所内 (72)発明者 杉野 智幸 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 柴田 新次 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−274245（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 9/46
Claims (4)
- 【請求項１】 質量％において， Ｃ：0.02％以下, Ｓi：0.6％未満, Ｍn：0.6％以上2.0％以下, Ｓ：0.006％以下, Ｐ：0.04％以下, Ｃr：17.0％以上22.0％以下, Ｎb：0.6％を超え1.5％以下, Ｍo：1.0％以上3.0％以下, Ｖ：0.01％以上0.5％以下, Ｃu：0.1％以上0.3％未満, Ｎ：0.02％以下, Ａl：0.005％以上0.05％以下, Ｏ：0.012％以下, ただし前記の範囲において， Ｃ＋Ｎ≦0.03％ Ｍn／Ｓ≧200 16.8≦0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋8.2Ｎb≦24.0 の関係を満足するようにこれらの元素を含有し, 残量が
Ｆeおよび製造上の不可避的不純物からなり，1000℃の
0.2％耐力が15N/mm 2 以上である高温強度および溶接性に
優れた耐熱用フエライト系ステンレス鋼板。 - 【請求項２】 質量％において， Ｃ：0.02％以下, Ｓi：0.6％未満, Ｍn：0.6％以上2.0％以下, Ｓ：0.006％以下, Ｐ：0.04％以下, Ｃr：17.0％以上22.0％以下, Ｎb：0.6％を超え1.5％以下, Ｍo：1.0％以上3.0％以下, Ｖ：0.01％以上0.5％以下, Ｃu：0.1％以上0.3％未満, Ｎ：0.02％以下, Ａl：0.005％以上0.05％以下, Ｏ：0.012％以下, を含有し，さらに次の元素の一種または二種以上，すな
わち， Ｔi：1.5％以下, Ｚr：2.0％以下, Ｗ：5.0％以下,
Ｂ：0.01％以下, Ｙ：0.1％以下, REM：0.1％以下の一
種または二種以上，を含有したうえ，前記の範囲におい
て， Ｃ＋Ｎ≦0.03％ Ｍn／Ｓ≧200 16.8≦0.6Ｃr＋1.1Ｍo＋1.5Ｗ＋8.2Ｎb≦24.0 の関係を満足するようにこれらの元素を含有し, 残量が
Ｆeおよび製造上の不可避的不純物からなり，1000℃の
0.2％耐力が15N/mm 2 以上である高温強度および溶接性に
優れた耐熱用フエライト系ステンレス鋼板。 - 【請求項３】 鋼板は，製造過程における最終仕上げ焼
鈍において，1050℃以上1200℃以下の温度に10分以下加
熱され，この加熱後600℃まで２℃／sec以上の速度で冷
却されたものである請求項１または２に記載のフエライ
ト系ステンレス鋼板。 - 【請求項４】 鋼板は，自動車エンジンのエキゾースト
マニホールドを構成する材料として使用される請求項
１，２または３に記載のフエライト系ステンレス鋼板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8387793A JP2923825B2 (ja) | 1992-03-19 | 1993-03-19 | 高温強度および溶接性に優れた耐熱用フエライト系ステンレス鋼板 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-92453 | 1992-03-19 | ||
| JP9245392 | 1992-03-19 | ||
| JP8387793A JP2923825B2 (ja) | 1992-03-19 | 1993-03-19 | 高温強度および溶接性に優れた耐熱用フエライト系ステンレス鋼板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0688168A JPH0688168A (ja) | 1994-03-29 |
| JP2923825B2 true JP2923825B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=26424920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8387793A Expired - Lifetime JP2923825B2 (ja) | 1992-03-19 | 1993-03-19 | 高温強度および溶接性に優れた耐熱用フエライト系ステンレス鋼板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2923825B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005206944A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-08-04 | Jfe Steel Kk | フェライト系Ｃｒ含有鋼材及びその製造方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005064030A1 (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Jfe Steel Corporation | フェライト系Cr含有鋼材 |
| JP5462583B2 (ja) * | 2008-10-24 | 2014-04-02 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | Ｅｇｒクーラ用フェライト系ステンレス鋼板 |
| JP2012036867A (ja) | 2010-08-10 | 2012-02-23 | Nisshin Steel Co Ltd | マニホールド用熱伝達体 |
| JP6166540B2 (ja) * | 2013-01-28 | 2017-07-19 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | 高温プレス成形に適する自動車排気系部材用のフェライト系ステンレス鋼板およびフェライト系ステンレス鋼成形部品の製造方法 |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP8387793A patent/JP2923825B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005206944A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-08-04 | Jfe Steel Kk | フェライト系Ｃｒ含有鋼材及びその製造方法 |
| JP4604714B2 (ja) * | 2003-12-26 | 2011-01-05 | Ｊｆｅスチール株式会社 | フェライト系Ｃｒ含有鋼材及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0688168A (ja) | 1994-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9279172B2 (en) | Heat-resistance ferritic stainless steel | |
| EP2264202B1 (en) | Ferritic stainless steel with excellent heat resistance and toughness | |
| TWI531665B (zh) | 耐氧化性優異之肥粒鐵系不鏽鋼 | |
| JP5396752B2 (ja) | 靭性に優れたフェライト系ステンレス鋼およびその製造方法 | |
| WO2011111871A1 (ja) | 耐酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼板並びに耐熱性に優れたフェライト系ステンレス鋼板及びその製造方法 | |
| JP2009120894A (ja) | 自動車排ガス経路部材用フェライト系ステンレス鋼材 | |
| JP4185425B2 (ja) | 成形性と高温強度・耐高温酸化性・低温靱性とを同時改善したフェライト系鋼板 | |
| JP3269799B2 (ja) | 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 | |
| JP2001303204A (ja) | 耐熱性フェライト系ステンレス鋼とその鋼板 | |
| JP3219099B2 (ja) | 耐熱性， 低温靭性および溶接性に優れたフエライト系耐熱用ステンレス鋼 | |
| JP2923825B2 (ja) | 高温強度および溶接性に優れた耐熱用フエライト系ステンレス鋼板 | |
| 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 | |
| JPH08239737A (ja) | 熱間加工性および耐σ脆化性に優れた耐熱用オーステナイト系ステンレス鋼 | |
| JP3705391B2 (ja) | 熱延板の低温靱性に優れたＮｂ含有フェライト系ステンレス鋼 | |
| JP5428397B2 (ja) | 耐熱性と加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
| JP2009235572A (ja) | 耐熱性と形状凍結性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
| JP7468470B2 (ja) | フェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法 | |
| JP2005200746A (ja) | 自動車排気系部材用フェライト系ステンレス鋼 | |
| JPH11229034A (ja) | フェライト系ステンレス鋼管の加工方法 | |
| JP6624347B1 (ja) | フェライト系ステンレス鋼 | |
| JP3844662B2 (ja) | マルテンサイト系ステンレス鋼板およびその製造方法 | |
| JPH09118961A (ja) | 加工性および耐熱性に優れたフェライト系ステンレス鋼 | |
| JPH0741917A (ja) | 自動車排気系用鋼 | |
| JPH0741905A (ja) | 自動車排気系用鋼 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990406 |
|
| 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 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090507 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090507 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100507 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110507 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120507 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130507 Year of fee payment: 14 |