JP3067577B2 - Ferritic stainless steel with excellent oxidation resistance and high-temperature strength - Google Patents

Ferritic stainless steel with excellent oxidation resistance and high-temperature strength

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JP3067577B2
JP3067577B2 JP7060934A JP6093495A JP3067577B2 JP 3067577 B2 JP3067577 B2 JP 3067577B2 JP 7060934 A JP7060934 A JP 7060934A JP 6093495 A JP6093495 A JP 6093495A JP 3067577 B2 JP3067577 B2 JP 3067577B2
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ferritic stainless
stainless steel
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば600 ℃以上、95
0 ℃以下の高温燃焼排ガス雰囲気での耐酸化性と高温強
度とに優れたフェライト系ステンレス鋼に関する。特
に、本発明は、600 ℃以上、900 ℃以下で長時間にわた
って使用された場合に問題となるLaves相析出による脆
化と高温強度低下の程度が格段に軽微であることを特徴
とするNb含有フェライト系ステンレス鋼に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ferritic stainless steel having excellent oxidation resistance and high-temperature strength in a high-temperature combustion exhaust gas atmosphere at 0 ° C or lower. In particular, the present invention is characterized in that the degree of embrittlement due to precipitation of Laves phase and decrease in high-temperature strength, which are problematic when used at a temperature of 600 ° C. or more and 900 ° C. or less for a long time, are remarkably small. Related to ferritic stainless steel.

【0002】また、本発明は、10〜20%という高い水分
濃度の高温燃焼排ガス中で生成するスケールの密着性が
優れ、具体的には、液化天然ガスを燃料とする複合発電
用ガスタービンの出側排ガスダクトおよび排熱回収ボイ
ラーダクト等の燃焼排ガスダクト、自動車排気マニホー
ルドおよびフロントパイプ等の自動車排気系部材を構成
するのに好適である耐酸化性と高温強度に優れたフェラ
イト系ステンレス鋼に関する。
Further, the present invention has excellent adhesion of scales generated in high-temperature combustion exhaust gas having a high water concentration of 10 to 20%. The present invention relates to a ferritic stainless steel excellent in oxidation resistance and high-temperature strength, which is suitable for constituting exhaust gas ducts such as an exhaust gas exhaust duct and an exhaust heat recovery boiler duct, and automobile exhaust system members such as an automobile exhaust manifold and a front pipe.

【0003】[0003]

【従来の技術】フェライト系ステンレス鋼は、多量のNi
を含有しないことよりオ−ステナイト系ステンレス鋼に
比べ安価である特徴を有しているが、靱性と延性が低
く、溶接に際しての性能劣化が問題になり易い等の欠点
がある。
2. Description of the Related Art Ferritic stainless steels contain a large amount of Ni.
Is less expensive than austenitic stainless steel because it does not contain, but has drawbacks such as low toughness and ductility, and deterioration of performance during welding tends to be a problem.

【0004】例えば、耐熱用のフェライト系ステンレス
鋼としては、JIS においてSUH21 、SUH409、SUH409L 、
SUH446が規格化されているが、溶接組立等を含めて取扱
い易さにおいて、オ−ステナイト系ステンレス鋼および
Ni基合金の比較にならないが、現状では材料コストが安
いことから、わずかにSUH409および409L系が汎用鋼とし
て自動車排気系、低温ダクト内張り等で用いられている
にすぎない。
For example, ferritic stainless steels for heat resistance include SUH21, SUH409, SUH409L, and JIS in JIS.
SUH446 has been standardized, but in terms of ease of handling including welding and assembly, austenitic stainless steel and
Although this is not a comparison with Ni-based alloys, at present the SUH409 and 409L series are only used as general-purpose steels in automobile exhaust systems, low-temperature duct lining, etc. due to low material costs.

【0005】一方、フェライト系ステンレス鋼は熱膨張
が低い点で有利であるが、高温強度が低い点に問題があ
る。特に、650 ℃を越える温度域での高温強度低下はこ
の鋼種の適用範囲を限定している大きな要因の一つであ
る。さらに、850 ℃を越える温度域での耐酸化性も改善
が望まれている特性の一つである。
On the other hand, ferritic stainless steel is advantageous in that it has a low thermal expansion, but has a problem in that its high-temperature strength is low. In particular, the decrease in high-temperature strength in the temperature range exceeding 650 ° C. is one of the major factors limiting the applicable range of this steel type. Further, oxidation resistance in a temperature range exceeding 850 ° C. is one of the properties that are desired to be improved.

【0006】ところで、最近におけるフェライト系ステ
ンレス鋼の精錬技術の発達にはめざましいものがあり、
従来は困難であったような鋼中C、Nの低減 (以下、高
純度化という) と極低硫化、鋼中微量元素の添加量制御
が可能となっている。例えば、SUS 430L系、SUS 436L
系、SUS 444 系、SUS 447J1 系等のいわゆる高純度フェ
ライト系ステンレス鋼が規格化されている。したがっ
て、耐熱フェライト系ステンレス鋼においても、高度の
精錬技術に裏打ちされた高性能鋼の開発が盛んになって
きており、例えば、950 ℃程度の燃焼排ガスが通過する
自動車排ガス浄化用金属触媒担持用箔等の実用化があ
る。5%前後のAlと20%前後のCrを含有する高純度系フ
ェライトステンレス鋼であり、高Al化に伴う母材靱性低
下を鋼中C、Nを極低化することにより製造可能なレベ
ルまで改善している。
[0006] By the way, there has been remarkable progress in refining technology of ferritic stainless steel in recent years.
It has been possible to reduce C and N in steel (hereinafter, referred to as high purification), to achieve extremely low sulfuration, and to control the addition amount of trace elements in steel, which were difficult in the past. For example, SUS 430L, SUS 436L
So-called high-purity ferritic stainless steels such as stainless steel, SUS444 and SUS447J1 have been standardized. Therefore, in heat-resistant ferritic stainless steels, the development of high-performance steels backed by advanced refining technology has been actively pursued, for example, for supporting metal catalysts for purifying automobile exhaust gas through which combustion exhaust gas of about 950 ° C passes. There are practical applications such as foil. A high-purity ferritic stainless steel containing about 5% Al and about 20% Cr. The reduction in base metal toughness due to the increase in Al to a level that can be manufactured by minimizing C and N in steel. Has improved.

【0007】本系統の高Al含有フェライトステンレス鋼
は、高温での酸化に伴い鋼表面にAl2O3 皮膜を生成させ
ることにより、1000℃近傍で優れた耐酸化性を発揮して
いる。スケールの密着性改善は、微量のY、La等のREM
を添加することにより行なわれている。
The high Al-containing ferritic stainless steel of this system exhibits excellent oxidation resistance at around 1000 ° C. by forming an Al 2 O 3 film on the steel surface with oxidation at a high temperature. To improve the adhesion of the scale, use a small amount of REM of Y, La, etc.
Is carried out.

【0008】より低温用途向けの高Al含有フェライト系
ステンレス鋼としては、18Cr−3Al系が製品化されてお
り、家庭用の暖房器具等の部材として用いられている。
[0008] As a high Al-containing ferritic stainless steel for lower temperature applications, 18Cr-3Al series has been commercialized and used as a member of household heating appliances and the like.

【0009】フェライト系ステンレス鋼の耐酸化性を改
善する添加元素としては、AlとならんでSiがある。しか
しながら、Siは多量に添加すると母材の靱性を著しく低
下させるばかりでなく、熱間での製造性を著しく阻害す
ることより1%を越えて多量に添加することは鋳物材を
除いてはあまり行われてこなかった。
As an additive element for improving the oxidation resistance of ferritic stainless steel, there is Si in addition to Al. However, when Si is added in a large amount, it not only significantly lowers the toughness of the base material but also significantly impairs the hot workability. It has not been done.

【0010】この点、しかしながら、特公昭62−14626
号公報は、Siを1%を越えて添加する耐高温酸化性に優
れたフェライト系ステンレス鋼を開示し、鋼中のS、O
をO:0.005 %未満、S+O:0.008 %未満とすること
により高温での耐酸化性が改善されるとしている。
In this respect, however, Japanese Patent Publication No. 62-14626
Discloses a ferritic stainless steel excellent in high-temperature oxidation resistance to which Si is added in excess of 1%, and contains S, O in steel.
Is defined as O: less than 0.005% and S + O: less than 0.008% to improve oxidation resistance at high temperatures.

【0011】上記発明によれば、通常、鋼中に0.01%前
後含有されるSは、同じく鋼中に存在するMnと結合して
MnS を形成するが、MnS は、鋼が高温にさらされた場合
には、分解してCr−Mn−Oの酸化物に分解し、遊離した
Sが鋼表面および結晶粒界に濃化し、且つ介在物周囲に
Cr欠乏層を形成することで耐酸化性を劣化させるとして
いる。SとOは、完全に除去することが望ましいが、不
可避不純物として混入してくるため完全除去が困難であ
り、上記公報開示の発明では、鋼中のSとO量をO:0.
005 %未満、S+Oで0.008 %未満とすることで顕著な
改善効果があるとしている。また、Ca、Mg、希土類元
素、Y等のMnよりもSとの結合力が強く、高温でもより
安定な硫化物を添加することによる改善効果についても
明らかにしている。
[0011] According to the above invention, S, which is usually contained in steel at about 0.01%, combines with Mn also present in steel.
When steel is exposed to high temperatures, MnS decomposes and decomposes to Cr-Mn-O oxides, the free S concentrates on the steel surface and grain boundaries, and Around inclusions
It is stated that formation of a Cr-deficient layer deteriorates oxidation resistance. Although it is desirable to completely remove S and O, it is difficult to completely remove S and O because they are mixed as unavoidable impurities. In the invention disclosed in the above publication, the amounts of S and O in the steel are set to O: 0.
When the content is less than 005% and the content of S + O is less than 0.008%, a remarkable improvement effect is obtained. In addition, the improvement effect by adding a sulfide that has a stronger binding force with S than Mn such as Ca, Mg, a rare earth element, and Y, and is more stable even at a high temperature is also clarified.

【0012】また、特開昭60−145359号公報は、周期的
な高温酸化と冷却が繰り返される自動車排気装置の部
品、粉末冶金製品ならびに溶接製品用として1.0 〜2.0
%のSiを含有し、6.0 〜20.0%のCrを含有する高温用フ
ェライト鋼を開示している。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-145359 discloses that a high-temperature oxidation and cooling cycle is repeated for parts, powder metallurgy products, and welding products of automobile exhaust systems.
A high temperature ferritic steel containing 0.1% Si and 6.0 to 20.0% Cr is disclosed.

【0013】この発明では、鋼中へのSi添加が高温での
優れた酸化抵抗性と強度、ならびに優れた溶接性を実現
するとしている。鋼中C、N安定化元素としては、Ti、
Zr、Ta、Nbの少なくとも1種を含有し、少なくともC%
+N%の化学量論的量に等しい量存在し、かつNbについ
ては、上限を0.3 %とし、少なくとも0.1 %の不結合Nb
を含有させる。また、Alを0.5 %以下添加するが、それ
は816 ℃以上での高温酸化抵抗を確保するために必要と
されている。
According to the present invention, the addition of Si to steel achieves excellent oxidation resistance and strength at high temperatures and excellent weldability. As C and N stabilizing elements in steel, Ti,
Contains at least one of Zr, Ta, and Nb, and has at least C%
+ N% is present in an amount equal to the stoichiometric amount and for Nb the upper limit is 0.3%, at least 0.1% of unbound Nb
Is contained. Also, Al is added in an amount of 0.5% or less, which is required to ensure high-temperature oxidation resistance at 816 ° C. or higher.

【0014】ところで、発電用タービンの燃焼温度は近
年の技術革新に伴って上昇する傾向にあり、特に液化天
然ガスを燃料とすることから、従来の1100℃級より1300
℃級、1400℃級が実際に計画、設置されるようになりつ
つある。こうした中でタービン出側での高温排ガスの熱
を回収する熱回収ボイラーも高温化する傾向にある。例
えば、1100℃級では従来550 ℃前後であった排ガス温度
が600 ℃を越えるようになり、排ガスダクト表面温度も
650 ℃近傍まで上昇することとなった。
By the way, the combustion temperature of a power generating turbine tends to increase in accordance with recent technological innovation. In particular, since liquefied natural gas is used as fuel, the combustion temperature is 1300 ° C. higher than the conventional 1100 ° C. class.
℃ class and 1400 ℃ class are actually being planned and installed. Under such circumstances, the heat recovery boiler for recovering the heat of the high-temperature exhaust gas on the turbine outlet side also tends to be heated to a high temperature. For example, in the 1100 ° C class, the exhaust gas temperature, which was conventionally around 550 ° C, now exceeds 600 ° C, and the exhaust gas duct surface temperature also increases.
The temperature rose to around 650 ° C.

【0015】このような環境にあっては、従来の409L系
材料では以下の点において性能が十分と言えない点があ
る。すなわち、ガスタービン方式の事業用発電では、終
日連続運転することは極めてまれであり、電力消費が増
加する昼間のみタービンを起動し夜間は停止することが
普通に行われている。このような運転形式を採用した場
合には、夜間の停機時に、燃焼排ガスがダクト内で凝結
することとなり、赤錆の発生を促すこととなる。また、
凝結液腐食がないとしても、従来の409L系では、水分を
多量に含む燃焼排ガス雰囲気で使用すると密着性の悪い
赤色スケールが生成するため、燃焼排ガスを再加熱して
発電用タービンに戻すような発電方式では、剥離スケー
ル起因のタービン損傷等の問題が発生するおそれがあ
る。また、高温強度の点においても、600 ℃を越えるよ
うな温度域で長時間使用するには、Ti添加の409L系材料
では問題があった。
In such an environment, the conventional 409L-based material may not have sufficient performance in the following points. That is, in commercial power generation of the gas turbine system, it is extremely rare to operate continuously all day, and it is common to start the turbine only during the day when power consumption increases and to stop it at night. When such an operation mode is adopted, the combustion exhaust gas is condensed in the duct when the vehicle is stopped at night, which promotes the generation of red rust. Also,
Even if there is no condensate corrosion, the conventional 409L system generates red scale with poor adhesion when used in a flue gas atmosphere containing a large amount of water, so the flue gas is reheated and returned to the power generation turbine. In the power generation system, there is a possibility that problems such as turbine damage caused by the peeling scale may occur. Also, in terms of high-temperature strength, there is a problem with the use of Ti-added 409L-based materials for prolonged use in a temperature range exceeding 600 ° C.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】本発明の一般的な目的
は、こうした従来技術の諸問題を解決して、高温での耐
酸化性、高温強度、熱疲労特性、凝結液腐食性いずれに
おいても十分の性能を有するフェライト系ステンレス鋼
を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is a general object of the present invention to solve the problems of the prior art and to improve the oxidation resistance at high temperature, the high temperature strength, the thermal fatigue properties and the condensate corrosion. An object of the present invention is to provide a ferritic stainless steel having sufficient performance.

【0017】本発明のより具体的な目的は、例えば600
℃以上、950 ℃以下の高温燃焼排ガス雰囲気での耐酸化
性と高温強度とに優れたフェライト系ステンレス鋼、特
に、600 ℃以上、900 ℃以下で長時間にわたって使用さ
れた場合に問題となるLaves相析出による脆化と高温強
度低下の程度が格段に軽微であり、また、10〜20%とい
う高い水分濃度の高温燃焼排ガス中で用いた場合にも、
生成するスケールの密着性が優れており、例えば、液化
天然ガスを燃料とする複合発電用ガスタービンの出側排
ガスダクトおよび排熱回収ボイラーダクト等の燃焼排ガ
スダクト、自動車排気マニホールドおよびフロントパイ
プ等の自動車排気系部材に好適である耐酸化性と高温強
度に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供することで
ある。
A more specific object of the present invention is to provide, for example,
Ferritic stainless steel with excellent oxidation resistance and high-temperature strength in a high temperature combustion exhaust gas atmosphere at a temperature of ℃ to 950 ° C, especially Laves which becomes a problem when used at a temperature of 600 ° C to 900 ° C for a long time The degree of embrittlement and decrease in high-temperature strength due to phase precipitation is extremely small, and even when used in high-temperature flue gas with a high water concentration of 10 to 20%,
It has excellent adhesion of the generated scale.For example, combustion exhaust gas ducts such as exit gas exhaust ducts and exhaust heat recovery boiler ducts of gas turbines for combined power generation using liquefied natural gas as fuel, automobiles such as automobile exhaust manifolds and front pipes An object of the present invention is to provide a ferritic stainless steel excellent in oxidation resistance and high-temperature strength suitable for exhaust system members.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる目
的を達成すべく、種々検討を重ね、上述のような過酷な
条件下で使用しても、所期の効果を発揮できる鋼組成を
見い出して、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted various studies in order to achieve the above object, and have obtained a steel composition which can exhibit the desired effect even when used under the above-mentioned severe conditions. And completed the present invention.

【0019】すなわち、本発明における知見は次の通り
である。 (i) 凝縮液に対する耐食性が十分であり、水分を10
から20%含有する600 ℃を越えるような高温環境でも密
着性の良好なスケールが生成させるためには、 Si: 0.80〜1.50%、Cr:11.0〜21.0%、Al:0.01〜0.10
% とすることが効果的であること。
That is, the findings in the present invention are as follows. (i) The corrosion resistance to condensed liquid is sufficient,
In order to produce a scale with good adhesion even in a high-temperature environment exceeding 600 ° C. containing 20% to 20%, Si: 0.80 to 1.50%, Cr: 11.0 to 21.0%, Al: 0.01 to 0.10%
% Should be effective.

【0020】(ii)優れた高温強度と熱疲労特性を付与
するためには、安定化元素であるNb、Tiを下記範囲内で
複合添加することにより、Nb系Laves 相析出を抑制しつ
つ、Nbによる固溶強化による高温強度確保が可能なこ
と。 Nb:0.10 〜0.40%、Ti: 0.05〜0.30%。
(Ii) In order to impart excellent high-temperature strength and thermal fatigue properties, Nb and Ti, which are stabilizing elements, are added in a combined manner within the following range to suppress Nb-based Laves phase precipitation. High temperature strength can be secured by solid solution strengthening with Nb. Nb: 0.10 to 0.40%, Ti: 0.05 to 0.30%.

【0021】(iii) Ti/S>15、C/S>0.5 とするこ
とにより、高温で安定なTi−C−S系介在物を形成させ
ることができ、これによりSの固定と同時に固溶Cが減
少し、加工性、靱性、溶接部耐食性が改善でき、また、
固溶Cの減少によって再結晶しやすくなると共に、Nb炭
化物として固定されない固溶Nbが増加して、高温強度、
熱疲労特性が改善されること。
(Iii) By setting Ti / S> 15 and C / S> 0.5, it is possible to form a Ti—CS—based inclusion that is stable at a high temperature. C is reduced, workability, toughness, corrosion resistance of welds can be improved,
The decrease in solid solution C facilitates recrystallization, and increases the amount of solid solution Nb that is not fixed as Nb carbide, resulting in high-temperature strength,
Improved thermal fatigue properties.

【0022】(iv)Nb に比べLaves 相形成傾向の小さい
Wを、必要に応じ、0.1 〜2.0 %添加することにより、
一層の高温強度確保が可能であること。
(Iv) By adding 0.1 to 2.0% of W, which has a smaller tendency to form a Laves phase than Nb, as required,
It must be able to ensure higher strength at high temperatures.

【0023】ここに、本発明の要旨とするところは、重
量%で、 C:0.015 %以下、N:0.015 %以下、Si:0.80〜1.50
%、 Mn:0.6 %以下、Cr:11.0〜21.0%、 Al:0.01〜0.10
%、 Ti:0.05〜0.30%、Nb:0.10〜0.40%、S: 0.0033〜0.
020 %、 Feおよび不可避不純物: 残部 から成る組成を有し、Ti/S>15、C/S>0.5 を満た
し、鋼中にTi 4 2 2 系介在物が析出したことを特徴
とする耐酸化性と高温強度に優れたフェライト系ステン
レス鋼である。さらに別の面からは本発明は、重量%で、 C:0.015 %以下、N:0.015 %以下、Si:0.80〜1.50
%、 Mn:0.8 %以下、Cr:11.0〜21.0%、Al:0.01〜0.10
%、 Ti:0.05〜0.30%、Nb:0.10〜0.40%、 Cu:0.80%以下および/またはNi:0.80%以下、 S: 0.0033〜0.020 %、 Feおよび不可避不純物: 残部 から成る組成を有し、Ti/S>15、C/S>0.5 を満た
し、鋼中にTi 4 2 2 系介在物が析出したことを特徴
とする耐酸化性と高温強度に優れたフェライト系ステン
レス鋼である。 本発明においてWは2.00%以下含有させ
てもよい。
Here, the gist of the present invention is that
%: C: 0.015% or less, N: 0.015% or less, Si: 0.80 to 1.50
%, Mn:0.6% or less, Cr: 11.0-21.0%, Al: 0.01-0.10
%, Ti: 0.05-0.30%, Nb: 0.10-0.40%, S: 0.0033-0.
020%, Fe and inevitable impurities: Remaining composition, satisfying Ti / S> 15 and C / S> 0.5
And into steelTi Four C Two S Two Characterized by precipitation of system inclusions
Ferritic stainless steel with excellent oxidation resistance and high-temperature strength
Less steel.From yet another aspect, the present invention provides C: 0.015% or less, N: 0.015% or less, Si: 0.80 to 1.50
%, Mn: 0.8% or less, Cr: 11.0 to 21.0%, Al: 0.01 to 0.10
%, Ti: 0.05 ~ 0.30%, Nb: 0.10 ~ 0.40%, Cu: 0.80% or less and / or Ni: 0.80% or less, S: 0.0033-0.020%, Fe and unavoidable impurities: balance With composition of Ti / S> 15 and C / S> 0.5
And Ti in steel Four C Two S Two Characterized by precipitation of system inclusions
Ferritic stainless steel with excellent oxidation resistance and high-temperature strength
Less steel. In the present invention, the content of W is 2.00% or less.
You may.

【0024】また、本発明は、上記鋼組成を有する、エ
ネルギー効率が48%以上という極めて高効率である液化
天然ガスを燃料とする複合発電のガスタービン出側ダク
トおよび排熱回収ボイラーダクト等に代表される燃焼排
ガスダクトである。
The present invention is also directed to gas turbine outlet ducts and exhaust heat recovery boiler ducts for combined power generation using liquefied natural gas as fuel, having the above steel composition and having an energy efficiency of at least 48%. This is a representative flue gas duct.

【0025】さらに、本発明は、高温強度と耐酸化性お
よび熱疲労特性に優れた自動車用の排気マニホールドお
よびフロントパイプ等に代表される自動車排気系部材で
ある。さらにまた、本発明は、同様な環境下で使用され
る排ガス系機器であり、溶接鋼管用素材である。
Further, the present invention is a vehicle exhaust system member represented by a vehicle exhaust manifold, a front pipe, and the like having excellent high-temperature strength, oxidation resistance and thermal fatigue characteristics. Furthermore, the present invention is an exhaust gas system device used in a similar environment, and is a material for a welded steel pipe.

【0026】[0026]

【作用】次に、具体的な実施例も含め、本発明において
鋼組成を上述のように限定した理由およびその作用効果
をより具体的に説明する。なお、本明細書において
「%」は特にことわりがない限り、「重量%」である。
Next, the reason why the steel composition is limited in the present invention as described above, including the specific examples, and the operation and effect thereof will be described more specifically. In this specification, “%” is “% by weight” unless otherwise specified.

【0027】C、N 鋼中C、Nは、フェライト系ステンレス鋼の靱性、加工
性、溶接性を劣化させる元素である。ただし、適正量の
Cの存在は、高温強度改善効果がある。特に、本発明鋼
においては、TiとともにTi−C−S系介在物を形成し、
熱的に安定な硫化物としてSを固定する効果も有する。
かかる効果を充分に発揮できるC量は、S量の1/2 倍以
上、好ましくは1/2 倍超である。Cの上限を0.015 %と
し、Nの上限を0.015 %とする。好ましくは、C、N共
0.010 %以下である。
C, N C and N in the steel are elements that deteriorate the toughness, workability and weldability of the ferritic stainless steel. However, the presence of an appropriate amount of C has an effect of improving high-temperature strength. In particular, in the steel of the present invention, Ti-CS-based inclusions are formed together with Ti,
It also has the effect of fixing S as a thermally stable sulfide.
The amount of C that can sufficiently exhibit such an effect is at least 1/2 times, preferably more than 1/2 times the amount of S. The upper limit of C is set to 0.015%, and the upper limit of N is set to 0.015%. Preferably, both C and N
0.010% or less.

【0028】Si:Siは、添加量の増加に伴い常温および
高温での強度を高め、伸びを減ずる傾向がある。しか
し、耐酸化性を顕著に改善すると共に、水分を10〜20%
含む燃焼排ガス環境での耐赤錆性改善に効果がある。
Si: Si tends to increase in strength at room temperature and high temperature and decrease in elongation as the amount of Si added increases. However, the oxidation resistance is significantly improved, and the water content is 10 to 20%.
It is effective in improving red rust resistance in a combustion exhaust gas environment.

【0029】図1は、後述する実施例における13Cr系フ
ェライトステンレス鋼の900 ℃でSi含有量を変化させた
ところ酸化増量の変化を示す。1%前後より耐酸化性の
改善効果が顕著である。本発明においては、鋼中Si量を
0.80%以上、1.50%以下とする。これは、鋼中Si量が0.
80%以上において、高Si化による耐酸化性改善効果が明
らかに認められるためであり、また、1.50%を越えて添
加する場合には、常温伸びの低下が顕著となり加工性を
要求される本発明鋼の用途にそぐわなくなるためであ
る。好ましくは0.80〜1.30%である。
FIG. 1 shows the change in the amount of oxidation increase when the Si content of the 13Cr ferritic stainless steel in Examples described later was changed at 900 ° C. The effect of improving oxidation resistance is more remarkable than about 1%. In the present invention, the amount of Si in steel
0.80% or more and 1.50% or less. This is because the amount of Si in steel is 0.
This is because at 80% or more, the effect of improving the oxidation resistance by increasing the Si content is clearly recognized, and when added in excess of 1.50%, the room temperature elongation is remarkably reduced and the workability is required. This is because it is not suitable for the use of the invention steel. Preferably it is 0.80-1.30%.

【0030】Mn:Mnは、上限を0.8 %とする。鋼中のMn
量を高めると異常酸化をおこしやすくする。好ましく
は、0.6 %以下である。
Mn: Mn has an upper limit of 0.8%. Mn in steel
When the amount is increased, abnormal oxidation is easily caused. Preferably, it is 0.6% or less.

【0031】Cr:Crは、極めて重要な基本元素であり、
本発明鋼の耐食性と耐酸化性を基本的に律する合金元素
である。11.0%未満では高温での赤錆状スケールが発生
しやすくなるとともに、常温での耐食性も大きく劣化す
るため、下限を11.0%とした。Cr量が高い程、高温での
耐酸化性は良好となり、耐食性も向上するが、コストパ
フォーマンスが低下する。また、母材、溶接部ともに靱
性が劣化し、製造の際の取扱い易さとユーザでの汎用鋼
としての取扱い易さを減ずるため、よって、上限を21.0
%とする。好適範囲は、12.0〜19.0%である。
Cr: Cr is a very important basic element,
It is an alloying element that basically determines the corrosion resistance and oxidation resistance of the steel of the present invention. If it is less than 11.0%, red rust-like scale tends to be generated at a high temperature, and the corrosion resistance at room temperature is greatly deteriorated. Therefore, the lower limit is set to 11.0%. The higher the Cr content, the better the oxidation resistance at high temperatures and the better the corrosion resistance, but the lower the cost performance. In addition, the toughness of both the base metal and the welded part deteriorates, and the ease of handling during production and the ease of handling as general-purpose steel by the user are reduced.
%. A preferred range is 12.0 to 19.0%.

【0032】Nb:Nbは、Ti、Zrとならんで、鋼中Cを安
定化する効果を有する添加元素の一つであり、Nb炭化物
はTiに比べ高温での熱的安定性に優れているため、900
℃以上における結晶粒粗大化を抑制し、粗大化による耐
酸化性、靱性の劣化を抑える。また、置換型元素として
固溶強化による高温強度改善効果も有する。本発明鋼に
おいても、極めて重要な元素であり、それらの効果を発
揮するには、最低限0.10%以上の添加が必要となる。
Nb: Nb is one of the additional elements having an effect of stabilizing C in steel, similar to Ti and Zr, and Nb carbide is superior to Ti in thermal stability at high temperatures. Because 900
It suppresses crystal grain coarsening at a temperature of not less than ℃ and suppresses deterioration of oxidation resistance and toughness due to the coarsening. It also has the effect of improving high-temperature strength by solid solution strengthening as a substitution element. The steel of the present invention is also a very important element, and it is necessary to add at least 0.10% or more in order to exert those effects.

【0033】しかしながら、すでに知られているよう
に、Nbの存在は900 ℃以下、600 ℃以上の温度域で使用
した際に、Laves 相 (Fe2Nb)を生成し150 ℃以下での靱
性を著しく劣化させることがある。本発明は、液化天然
ガスを燃料とする複合発電用ガスタービンの出側排ガス
ダクトおよび排熱回収ボイラーダクト、あるいは自動車
排気マニホールドおよびフロントパイプに用いるのに好
適な素材を提供しようとするものであるが、これらの用
途におけるように、室温付近までの冷却と昇温が繰り返
されるような使用条件においては、室温付近まで冷却さ
れた状態での脆化は、極めて大きな問題となる。
However, as already known, the presence of Nb forms a Laves phase (Fe 2 Nb) when used in a temperature range of 900 ° C. or less and 600 ° C. or more, and reduces the toughness at 150 ° C. or less. May deteriorate significantly. The present invention seeks to provide a material suitable for use in an outlet exhaust gas duct and an exhaust heat recovery boiler duct of a combined cycle gas turbine using liquefied natural gas as a fuel, or an automobile exhaust manifold and a front pipe. Under use conditions in which cooling and heating to near room temperature are repeated, as in these applications, embrittlement in a state of cooling to near room temperature is a very serious problem.

【0034】本発明者らは、0.01C-13Cr-1Si-0.1Ti-0.0
1N系において鋼中のNb量を変化させて、Laves 相析出に
よる脆化挙動を詳細に検討したが、Nb量が0.40%を越え
て存在する場合に、実用上問題となるレベルまで脆化す
ることを確認した。
The present inventors have proposed 0.01C-13Cr-1Si-0.1Ti-0.0
The embrittlement behavior due to Laves phase precipitation was examined in detail by changing the amount of Nb in the steel in the 1N system, but when the Nb amount exceeds 0.40%, the embrittlement to a practically problematic level occurs. It was confirmed.

【0035】図2に、600 ℃×1000hr時効材を用いた25
℃でのシャルピー衝撃試験結果を示す。0.40%を越えて
Nbが存在する場合には実用上問題となることが確認され
る。ここで図中に示した「実用上問題となる衝撃吸収エ
ネルギー値」は、発明者らが長年の経験において試行錯
誤的に得た許容レベルであり、本発明の評価を行う上で
用いた指標の一つである。
FIG. 2 shows that the aging material at 600 ° C. for 1000 hours was used.
4 shows the results of a Charpy impact test at ℃. Beyond 0.40%
It is confirmed that there is a practical problem when Nb is present. Here, the “impact absorption energy value that is problematic in practical use” shown in the figure is an allowable level obtained by the inventors through trial and error over many years of experience, and is an index used in evaluating the present invention. one of.

【0036】図3に、上記Nb変化材における、600 ℃×
1000hr時効後の600 ℃の引張強度を示す。時効後の高温
強度に及ぼすNb量の影響は少なく、ほぼ同等の引張強度
を示した。Laves 相による脆化の影響の少ないNb量であ
る0.40%以下では、高温強度の低下が少ないことを示し
ている。
FIG. 3 shows that the above-mentioned Nb changing material is 600 ° C. ×
The tensile strength at 600 ° C after aging for 1000 hours is shown. The effect of the amount of Nb on the high-temperature strength after aging was small, and almost the same tensile strength was exhibited. When the Nb content is less than 0.40%, which is less affected by the embrittlement due to the Laves phase, the decrease in high-temperature strength is small.

【0037】Ti:Tiは、Nbとならんで鋼中C、Nを安定
化し、溶接部での結晶粒粗大化を抑制して、凝縮水環境
における耐粒界腐食性を改善させる。この効果は0.05%
以上の添加で現れる。必要以上に多い添加は、圧延疵が
顕著となり製造性を劣化させるので好ましくない。よっ
て上限を0.30%とした。
Ti: Ti, along with Nb, stabilizes C and N in steel, suppresses coarsening of grains in a weld, and improves intergranular corrosion resistance in a condensed water environment. This effect is 0.05%
Appears with the above additions. Addition in excess of necessity is not preferable because rolling flaws become remarkable and productivity is deteriorated. Therefore, the upper limit is set to 0.30%.

【0038】本発明においてはTiは、Nbとの複合添加元
素として用いられる。NbとTiを複合添加した場合には、
主としてTiはNと結合して窒化物を形成し、その後の冷
却過程においてNbと残りのTiはCと結合し、 (Nb、Ti)
炭化物を形成する。 (Nb、Ti) 炭化物は、NbあるいはTi
単独系の炭化物よりも高温で析出し、先に析出するTiN
を核として析出しやすい。よって、その周辺には固溶
C、Nの存在しない領域(Interstitial Free 領域) が
形成される。これにより鋼質は軟質となり良好な加工
性、成形性が得られる。本発明のようにSiが1%前後と
高めである場合には、硬質になりやすいため、この複合
添加は有効に作用する。
In the present invention, Ti is used as a composite additive element with Nb. When Nb and Ti are combined,
Mainly, Ti combines with N to form a nitride, and in the subsequent cooling process, Nb and the remaining Ti combine with C to form (Nb, Ti)
Form carbides. (Nb, Ti) Carbide is Nb or Ti
Precipitated TiN precipitates at a higher temperature than single carbides
Nuclei easily precipitate. Therefore, a region (Interstitial Free region) where no solid solution C and N exist is formed around the periphery. Thereby, the steel becomes soft and good workability and formability can be obtained. When the content of Si is as high as about 1% as in the present invention, the composition tends to be hard, so that this composite addition works effectively.

【0039】図4は本発明の範囲内および範囲外の一連
の鋼組成について、600 ℃×1000hr時効後の600 ℃引
張強度が150 N/mm2 を示す組成例、600 ℃×1000hr時
効後の25℃の衝撃値が20J/cm2 以上である組成例、なら
びに圧延疵が顕著か否か、つまり製造性が良好な組成
例を、鋼中Ti量およびNb量で整理したグラフである。図
中、斜線領域が上述の〜の特性をいずれも満足する
Ti、Nbの組成例の範囲である。
FIG. 4 shows, for a series of steel compositions within and outside the range of the present invention, a composition example in which the tensile strength at 600 ° C. after aged at 600 ° C. for 1000 hours shows 150 N / mm 2, and the tensile strength after aged at 600 ° C. for 1000 hours. FIG. 2 is a graph in which the composition examples in which the impact value at 25 ° C. is 20 J / cm 2 or more and whether the rolling flaws are remarkable, that is, the composition examples in which the manufacturability is good, are arranged by the amounts of Ti and Nb in steel. In the figure, the hatched area satisfies all of the above characteristics (1) to (4).
This is the range of composition examples of Ti and Nb.

【0040】Al:次に、本発明鋼におけるAl添加効果に
ついて説明する。Alは、Si濃度が0.80%以上、1.50%以
下であるフェライト系ステンレス鋼において、スケール
密着性を改善するために添加する。
Al: Next, the effect of adding Al in the steel of the present invention will be described. Al is added to a ferritic stainless steel having a Si concentration of 0.80% or more and 1.50% or less to improve the scale adhesion.

【0041】図5は、13Cr−1.2 Si系のフェライト系ス
テンレス鋼の900 ℃×200 h、大気中でのスケール剥離
量に対する鋼中Al量の影響を示す。Al量が増加するにつ
れてスケール剥離量は顕著に減少している。これは、Al
の微量添加により、内部酸化傾向がみられ、スケールが
“根を生やす”ようにして固着されることに起因してい
ることを確認している。
FIG. 5 shows the effect of the Al content of the 13Cr-1.2 Si ferritic stainless steel on the amount of scale peeling in the air at 900 ° C. for 200 hours. As the amount of Al increases, the amount of scale peeling decreases significantly. This is Al
It has been confirmed that, due to the addition of a small amount of, an internal oxidation tendency is observed, which is caused by the scale being fixed so as to “grow root”.

【0042】本発明では、鋼中Al量を0.01%以上、0.10
%以下とした。これは、0.01%程度の微量Alでもその改
善効果が認められるためであり、一方0.10%を越えて添
加してもそれ以上の改善効果が認められないためであ
る。さらに、鋼中に微量のAlが存在することによる高温
での強度を改善する効果を有する。
In the present invention, the content of Al in steel is set to 0.01% or more and 0.10% or more.
% Or less. This is because the improvement effect is recognized even with a small amount of Al of about 0.01%, whereas no further improvement effect is recognized even if the content exceeds 0.10%. Further, it has the effect of improving the strength at high temperatures due to the presence of a small amount of Al in the steel.

【0043】図6に、13Cr-1.2Si-Nb 系の700 ℃での高
温引張強度を示す。Al添加によって、高温強度が高くな
る傾向にあり、高温疲労特性ならびに熱疲労特性改善に
有効である。Al量として、望ましいと判断される添加量
は、0.02〜0.08%である。
FIG. 6 shows the high-temperature tensile strength of 13Cr-1.2Si-Nb at 700 ° C. Al addition tends to increase high-temperature strength, and is effective in improving high-temperature fatigue properties and thermal fatigue properties. The addition amount determined to be desirable as the Al amount is 0.02 to 0.08%.

【0044】Cu、Ni:CuとNiは、常温引張強度を高める
効果を有すると共に、耐高温塩害性を改善する所望添加
元素である。通常、不可避不純物として混入してくる程
度の微量のCu、Niも含め有効であるが、好ましくはそれ
ぞれの下限は0.10%である。特に、Niは微量の添加でも
靱性改善に有効である。0.80%超では金属間化合物生成
により脆化する場合があるため、それぞれ上限を0.80%
とする。
Cu, Ni: Cu and Ni are desired additive elements that have the effect of increasing the tensile strength at room temperature and improve the high-temperature salt damage resistance. Usually, it is effective to include trace amounts of Cu and Ni that are mixed as unavoidable impurities, but the lower limit of each is preferably 0.10%. In particular, Ni is effective for improving toughness even with a small amount of addition. If it exceeds 0.80%, embrittlement may occur due to the formation of intermetallic compounds, so the upper limit is 0.80% for each.
And

【0045】W:Wも所望添加元素であり、フェライト
系ステンレス鋼においては、置換型固溶元素であって固
溶強化による高温強度改善に効果がある。Wは、Nbより
も著しく拡散速度が遅いため、ラーベス相に代表される
Feとの金属間化合物の生成が格段に遅く、長期にわたり
固溶強化作用が保持されて、高温強度が維持される。た
だし、W添加は常温における加工性も減ずるため多量の
添加は好ましくない。
W: W is also a desired additive element. In ferritic stainless steel, it is a substitution type solid solution element and has an effect of improving high temperature strength by solid solution strengthening. W has a significantly lower diffusion rate than Nb, and is therefore represented by the Laves phase
The formation of an intermetallic compound with Fe is extremely slow, so that the solid solution strengthening action is maintained for a long time, and the high-temperature strength is maintained. However, addition of a large amount of W is not preferable because workability at room temperature is also reduced.

【0046】本発明においてWは添加する場合、高温強
度改善が確認される0.10%を下限とし、製造性とスクラ
ップ再利用問題を発生しない2.00%を上限とする。スク
ラップ再利用の観点よりは低い方が好ましく、望ましく
は0.30〜1.50%である。なお、O (酸素) は不可避不純
物であるが、耐酸化性と靱性に悪影響を及ぼすため、望
ましいO量としては0.005 %以下である。
In the present invention, when W is added, the lower limit is set to 0.10% at which improvement in high-temperature strength is confirmed, and the upper limit is set to 2.00% which does not cause the problem of productivity and scrap recycling. It is preferably lower than the viewpoint of scrap recycling, and desirably 0.30 to 1.50%. O (oxygen) is an unavoidable impurity, but has an adverse effect on oxidation resistance and toughness. Therefore, a desirable O content is 0.005% or less.

【0047】TiとS:次に、本発明鋼の大きな特徴であ
るTiとSの共存効果について述べる。本発明鋼において
は、Ti:0.05〜0.30%とし、Ti/S>15を満たすSを0.
020 %以下までとする。これを満たすS量の下限は約0.
0033%となる。
Ti and S: Next, the coexistence effect of Ti and S, which is a major feature of the steel of the present invention, will be described. In the steel of the present invention, Ti: 0.05 to 0.30%, and S satisfying Ti / S> 15 is 0.1%.
020% or less. The lower limit of the amount of S that satisfies this is about 0.
0033%.

【0048】一般的には、特公昭62−14626 号公報の明
細書中にも詳細に記述されているように、Sは鋼中で硫
化物として存在し、高温では分解し酸化を促進すると考
えられている。本発明者らは、適正量のTiを添加するこ
とと、精錬上容易に極低化できる鋼中SをTi/S>15
で、上限を0.020 %以下と高めに制御することで、鋼中
Sを熱的に安定なTi−C−S系のTi系介在物として固定
することにより、極低S化した際に得られる高温特性以
上に優れた特性が得られることを発見した。Ti−C−S
系非金属介在物は、1000℃超付近の温度域においても熱
的に安定であり、分解することによる耐酸化性の劣化の
原因となりにくい。
Generally, as described in detail in the specification of Japanese Patent Publication No. 62-14626, S exists as sulfide in steel and is considered to decompose at high temperatures to promote oxidation. Have been. The present inventors have found that the addition of an appropriate amount of Ti and the reduction of S in steel, which can be extremely reduced in refining, to Ti / S> 15
By controlling the upper limit to be as high as 0.020% or less, S in the steel is fixed as a thermally stable Ti-CS-based Ti-based inclusion, thereby obtaining an extremely low S. It has been discovered that superior properties can be obtained over high-temperature properties. Ti-CS
The system nonmetallic inclusions are thermally stable even in a temperature range around 1000 ° C., and are unlikely to cause deterioration of oxidation resistance due to decomposition.

【0049】また、鋼中に微細に分散するTi−C−S系
介在物は高温強度を高める効果をも有し、熱疲労特性を
改善する。これは以下の理由による。
The Ti-CS-based inclusions finely dispersed in steel also have the effect of increasing the high-temperature strength and improve the thermal fatigue characteristics. This is for the following reason.

【0050】すなわち、Ti−C−S系介在物の生成によ
り固溶Cが減少すると、Nb炭化物として固溶されない固
溶Nbが確保されて高温強度を保持すると共に、再結晶し
やすい鋼質となり熱疲労特性を改善する。また、固溶C
の減少は、鋼を軟質にして加工性、成形性を改善する。
That is, when the solid solution C decreases due to the formation of Ti-CS-based inclusions, the solid solution Nb which is not solid-solved as Nb carbide is secured, the high temperature strength is maintained, and the steel is easily recrystallized. Improves thermal fatigue properties. In addition, solid solution C
The reduction of the steel makes the steel soft and improves workability and formability.

【0051】Ti−S系介在物を含むTi−C−S系介在物
を析出させるには、圧延前に1050℃以上、1180℃以下の
温度域で1時間以上保持した後に圧延加工すればよく、
加熱保持時ならびに圧延過程において析出する。
In order to precipitate Ti-CS-based inclusions including Ti-S-based inclusions, rolling may be performed after holding at a temperature range of 1050 ° C or more and 1180 ° C or less for one hour or more before rolling. ,
Precipitates during heating and rolling and in the rolling process.

【0052】図7(a) 、(b) に、供試鋼No.5の組成 (実
施例、表1) の供試鋼を1150℃加熱した時に、TiNの周
辺に析出したTi4C2S2 および (Nb、Ti)Cの析出例をスケ
ッチで示す。
FIGS. 7 (a) and 7 (b) show that Ti 4 C 2 precipitated around the TiN when the test steel having the composition of the test steel No. 5 (Example, Table 1) was heated at 1150 ° C. An example of the precipitation of S 2 and (Nb, Ti) C is shown in a sketch.

【0053】図8に、図7の場合の析出物を化学的に析
出後、析出物中のS量を分析し、析出S量と加熱温度の
関係を示す。図8において、加熱温度1100℃、1150℃、
1200℃、1230℃で熱間圧延した材料を、熱延板
焼鈍−冷間圧延−仕上焼鈍して板厚2mmの冷延板を作製
し、常温引張試験、熱疲労試験を行った。なお、試験方
法は実施例と同様であった。
FIG. 8 shows the relationship between the amount of S deposited and the heating temperature after the precipitate of FIG. 7 was chemically deposited and the amount of S in the precipitate was analyzed. In FIG. 8, the heating temperature is 1100 ° C., 1150 ° C.,
The material hot rolled at 1200 ° C. and 1230 ° C. was subjected to hot-rolled sheet annealing-cold rolling-finish annealing to produce a cold-rolled sheet having a thickness of 2 mm, and subjected to a normal temperature tensile test and a thermal fatigue test. The test method was the same as in the example.

【0054】その結果を図9、図10に示す。図9、図10
より、析出S量、すなわちTi−C−S系介在物が多いほ
ど、常温伸び、熱疲労強度が改善していることがわか
る。さらに、付け加えるならば、Nb、Ti複合添加とTi−
C−Sの形成によってもたらされる固溶Cの減少は、鋼
を軟質にして加工性、成形性を改善させると共に、溶接
部での鋭敏化を抑制して凝縮水環境における耐粒界腐食
性を改善させる効果も有する。
The results are shown in FIG. 9 and FIG. 9 and 10
From this, it is understood that the larger the amount of precipitated S, that is, the more Ti-CS-based inclusions, the more the room temperature elongation and the thermal fatigue strength are improved. Furthermore, if added, Nb and Ti compound addition and Ti-
The decrease in solid solution C caused by the formation of CS improves the workability and formability by softening the steel, and also suppresses the sensitization at the welded portion to improve the intergranular corrosion resistance in a condensed water environment. It also has the effect of improving.

【0055】[0055]

【実施例】【Example】

[実施例1]真空溶解炉において表1に示す各供試鋼を20
Kg溶解し、丸インゴットを造塊した。次いで熱間鍛造に
より、30mm厚さとした後、熱間圧延により厚さ6mmの熱
延鋼板とした。熱間圧延の加熱条件は、1140℃×1.5 時
間、大気中であった。熱延板焼鈍は、980 ℃、3分保持
後、強制空冷とした。硝フッ酸水溶液で脱スケール処理
した後、冷間圧延にて2mm厚さの板とし、980 ℃、1分
保持の仕上焼鈍を実施した。これより、常温引張用JIS1
3B号試験片をT方向に、酸化試験および高温塩害試験用
として厚さ2mm×幅20mm×長さ25mmの試験片を採取し
た。さらに、上記冷延板から電縫溶接により製管し、図
11のような熱疲労試験管を作製した。
[Example 1] Each of the test steels shown in Table 1
Kg was melted to form a round ingot. Next, after being formed into a thickness of 30 mm by hot forging, a hot-rolled steel sheet having a thickness of 6 mm was formed by hot rolling. The heating condition of the hot rolling was 1140 ° C. × 1.5 hours in the air. The hot-rolled sheet annealing was carried out by forced air cooling after holding at 980 ° C. for 3 minutes. After descaling treatment with an aqueous nitric hydrofluoric acid solution, a cold-rolled plate having a thickness of 2 mm was subjected to finish annealing at 980 ° C. for 1 minute. From this, JIS1 for room temperature tensile
A test piece having a thickness of 2 mm, a width of 20 mm and a length of 25 mm was sampled from the No. 3B test piece in the T direction for an oxidation test and a high-temperature salt damage test. Furthermore, pipes were made from the cold-rolled sheet by electric resistance welding,
A thermal fatigue test tube such as 11 was prepared.

【0056】図11において、1が試験に供する試験管
で、2ヶ所に径8mmの穴をあけ、それぞれ冷却用エアー
の供給口2および排出口3とした。4は管の内面からの
保持具(芯金) 、5は試験片のホルダーへの取付部であ
る。管1と保持具4は固定用ピン6と端部の溶接部によ
って固定されている。
In FIG. 11, reference numeral 1 denotes a test tube to be used for the test, and holes having a diameter of 8 mm were formed at two places, and the holes were used as a supply port 2 and a discharge port 3 for cooling air, respectively. Reference numeral 4 denotes a holder (core bar) from the inner surface of the tube, and reference numeral 5 denotes a portion for attaching the test piece to the holder. The tube 1 and the holder 4 are fixed by a fixing pin 6 and an end weld.

【0057】酸化試験条件は 900℃×200hr 、大気中連
続加熱とした。高温塩害試験条件は、図12に示すサイク
ルとした。熱疲労試験は、図11に示す熱疲労試験片を使
用し、コンピューター制御の電気油圧式高温熱疲労試験
機により、図13に示す温度サイクル、機械的歪波形履歴
をとる条件で、200 〜900 ℃、50%拘束 (η=0.501)に
て実施した。
The oxidation test conditions were 900 ° C. × 200 hr and continuous heating in air. The conditions for the high-temperature salt damage test were the cycle shown in FIG. In the thermal fatigue test, the thermal fatigue test specimen shown in FIG. 11 was used, and the temperature cycle and mechanical strain waveform history shown in FIG. The test was performed at 50 ° C. and 50% constraint (η = 0.501).

【0058】表2に、これらの試験結果をまとめて示
す。常温伸び30%以上、酸化増量1.5mg/cm2以下、スケ
ール剥離性0.5 mg/cm2以下、塩害試験後の板厚減少量45
0 μm以下、そして熱疲労寿命800 サイクル以上をそれ
ぞれ合格とした。
Table 2 summarizes the results of these tests. Room-temperature elongation of 30% or more, oxidation weight gain 1.5 mg / cm 2 or less, the scale peelability 0.5 mg / cm 2 or less, the thickness after the salinity test decrease 45
Passes of 0 μm or less and a thermal fatigue life of 800 cycles or more were accepted.

【0059】本発明鋼は、常温伸び、耐酸化性、高温塩
害腐食性、熱疲労特性いずれについても優れた特性を有
することがわかる。本発明鋼は、比較鋼24、25と比較す
ると明らかなように、S<0.020 %で、Ti/S>15を満
たすSを含有することによって、常温伸び、熱疲労特性
が改善されている。また、発明鋼2、9、10、12、14に
示したように0.1 %以上、0.2 %以下のWを添加するこ
とによって、熱疲労特性がさらに改善されている。
It can be seen that the steel of the present invention has excellent properties in all of room temperature elongation, oxidation resistance, high temperature salt corrosion and thermal fatigue properties. As is clear from comparison with the comparative steels 24 and 25, the steel of the present invention contains S that satisfies S / 0.020% and Ti / S> 15, thereby improving the room temperature elongation and the thermal fatigue properties. Further, as shown in Invention Steels 2, 9, 10, 12, and 14, the addition of W of 0.1% or more and 0.2% or less further improves the thermal fatigue characteristics.

【0060】比較鋼18は、SUH409L 相当鋼であるが、耐
酸化性、耐高温塩害性、熱疲労特性共に劣る。比較鋼19
は、Siが0.8 %未満であるために耐酸化性に劣る。比較
鋼20は、Siが1.5 %を越えるため常温伸びが低く加工性
に劣る。比較鋼21は、Nbを0.65%含むものの熱疲労特性
改善効果は認められず、常温伸びが低く加工性に劣る。
比較鋼22は、Alが0.01%未満であるため、酸化スケール
がほとんど剥離しスケール密着性に劣る。すでに述べた
ように本例の結果は図1ないし図6にグラフで示してあ
り、各グラフにおいて添数字は供試鋼No.を示す。
The comparative steel 18 is a steel equivalent to SUH409L, but is inferior in oxidation resistance, high-temperature salt damage resistance and thermal fatigue properties. Comparative steel 19
Is inferior in oxidation resistance because Si is less than 0.8%. The comparative steel 20 has a low room temperature elongation since Si exceeds 1.5%, and is inferior in workability. Comparative steel 21 contained 0.65% of Nb but did not show any effect of improving thermal fatigue properties, and had low room temperature elongation and poor workability.
Since the comparative steel 22 contains less than 0.01% of Al, almost all of the oxide scale is peeled off and the scale adhesion is poor. As described above, the results of this example are graphically shown in FIGS. 1 to 6, and in each graph, the subscript indicates the test steel No.

【0061】[実施例2]本例では80トンのAOD 精錬炉を
用いて、量産規模の試作を行った。2種の供試鋼の組成
成分を表3に示す。試作方法は、実施例1と同じ条件
で、VOD 精錬、連続鋳造を実施後、厚さ6mmの熱延鋼板
を製造し、さらに厚さ2mmまで冷間圧延した。冷延鋼板
は980 ℃×1分の仕上焼鈍を行い、次いで硝フッ酸水溶
液で脱スケール処理を施した。
Example 2 In this example, a trial production of a mass production scale was performed using an 80-ton AOD refining furnace. Table 3 shows the composition of the two test steels. The prototype was manufactured under the same conditions as in Example 1 by performing VOD refining and continuous casting, then manufacturing a hot-rolled steel sheet having a thickness of 6 mm, and further cold-rolling the steel sheet to a thickness of 2 mm. The cold-rolled steel sheet was subjected to finish annealing at 980 ° C. × 1 minute, and then subjected to descaling treatment with an aqueous nitric hydrofluoric acid solution.

【0062】上記の量産試作材は、いずれの鋼種ともLN
G を燃料とするガスタービンと排熱回収ボイラーと蒸気
タービンとより構成される事業用複合発電所の排熱回収
ボイラダクトの脱硝装置前側の高温側(600℃近傍) に適
用され、問題なく使用に供された。また、同様に、溶接
ハイフィンチューブのフィン部分にも、冷間の優れた加
工性により問題なく製造され、適用された。
[0062] The above-mentioned mass-produced prototype materials are LN
It is applied to the high-temperature side (near 600 ° C) in front of the denitration device of the exhaust heat recovery boiler duct of a commercial combined cycle power plant consisting of a gas turbine using G as fuel, an exhaust heat recovery boiler, and a steam turbine. Provided. Similarly, the fin portion of the welded high fin tube was manufactured and applied without any problem due to excellent cold workability.

【0063】[0063]

【表1】 [Table 1]

【0064】[0064]

【表2】 [Table 2]

【0065】[0065]

【表3】 [Table 3]

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明したように、本発明鋼は、600
℃以上、950 ℃以下の高温燃焼ガス雰囲気での耐酸化性
と高温強度に優れ、排熱回収ボイラーダクトおよびフィ
ン用材料としてその他特性も十分に満足でき、大幅なコ
スト上昇を伴うことなく材料の耐久性改善を行うことが
できる。また、本発明鋼は自動車用排気マニホールドや
フロントパイプ等の自動車排気系材料として、優れた特
性を発揮することができる。
As described above, the steel of the present invention has a
It has excellent oxidation resistance and high-temperature strength in high-temperature combustion gas atmospheres of 950 ° C or higher and 950 ° C or lower, and can fully satisfy other properties as a material for exhaust heat recovery boiler ducts and fins. Durability can be improved. Further, the steel of the present invention can exhibit excellent characteristics as an automobile exhaust system material such as an automobile exhaust manifold and a front pipe.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】900℃×200 h、大気中連続加熱後の鋼中Si量
と酸化増量の関係を示したグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of Si in steel and the increase in oxidation after continuous heating in air at 900 ° C. for 200 hours.

【図2】600℃×1000hr時効後の25℃の衝撃値に及ぼす
鋼中Nb量の影響を示したグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the effect of the amount of Nb in steel on the impact value at 25 ° C. after aging at 600 ° C. for 1000 hours.

【図3】600℃×1000hr時効後の600 ℃の引張強度に及
ぼす鋼中Nb量の影響を示したグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the influence of the amount of Nb in steel on the tensile strength at 600 ° C. after aging at 600 ° C. for 1000 hours.

【図4】本発明にかかるフェライト系ステンレス鋼にお
けるTi量とNb量との相関を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a correlation between the amount of Ti and the amount of Nb in the ferritic stainless steel according to the present invention.

【図5】900 ℃×200h 、大気中連続加熱後の鋼中Al量
とスケール剥離量の関係を示したグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of Al in steel and the amount of scale peeling after continuous heating in air at 900 ° C. for 200 hours.

【図6】700 ℃における鋼中Al量と高温引張強度の関係
を示したグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of Al in steel and the high-temperature tensile strength at 700 ° C.

【図7】図7(a) 、(b) はTi4C2S2 および (Nb、Ti)Cの
析出例をそれぞれ示すスケッチである。
FIGS. 7A and 7B are sketches showing examples of precipitation of Ti 4 C 2 S 2 and (Nb, Ti) C, respectively.

【図8】抽出残渣分析によるSの定量分析値と加熱温度
の関係を示したグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a quantitative analysis value of S by an extraction residue analysis and a heating temperature.

【図9】析出S量と常温伸びの関係を示したグラフであ
る。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the amount of precipitated S and room temperature elongation.

【図10】析出S量と熱疲労強度の関係を示したグラフ
である。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the amount of precipitated S and the thermal fatigue strength.

【図11】熱疲労試験片の形状を示したものである。FIG. 11 shows the shape of a thermal fatigue test specimen.

【図12】高温塩害腐食試験サイクルを示すグラフであ
る。
FIG. 12 is a graph showing a high-temperature salt damage corrosion test cycle.

【図13】熱疲労試験時の温度およびひずみ波形を示し
たものである。
FIG. 13 shows temperature and strain waveforms during a thermal fatigue test.

フロントページの続き (72)発明者 柘植 信二 大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友 金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−70709(JP,A) 特開 平5−239600(JP,A) 特開 平8−144021(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (72) Inventor Shinji Tsuge 4-5-33 Kitahama, Chuo-ku, Osaka City Inside Sumitomo Metal Industries, Ltd. (56) References JP-A-7-70709 (JP, A) JP-A-5-239600 (JP, A) Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-144012 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C22C 38/00-38/60 JICST file (JOIS)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 重量%で、 C:0.015 %以下、N:0.015 %以下、Si:0.80〜1.50
%、 Mn:0.6 %以下、Cr:11.0〜21.0%、 Al:0.01〜0.10
%、 Ti:0.05〜0.30%、Nb:0.10〜0.40%、S: 0.0033〜0.
020 %、 Feおよび不可避不純物: 残部 から成る組成を有し、Ti/S>15、C/S>0.5 を満た
し、鋼中にTi422系介在物が析出したことを特徴
とする耐酸化性と高温強度に優れたフェライト系ステン
レス鋼。
1. In weight%, C: 0.015% or less, N: 0.015% or less, Si: 0.80 to 1.50
%, Mn: 0.6% or less, Cr: 11.0 to 21.0%, Al: 0.01 to 0.10
%, Ti: 0.05-0.30%, Nb: 0.10-0.40%, S: 0.0033-0.
020%, Fe and incidental impurities: having the composition and the balance, satisfied the Ti / S> 15, C / S> 0.5, wherein the Ti 4 C 2 S 2 inclusions are precipitated in the steel Ferritic stainless steel with excellent oxidation resistance and high-temperature strength.
【請求項2】 重量%で、 C:0.015 %以下、N:0.015 %以下、Si:0.80〜1.50
%、 Mn:0.8 %以下、Cr:11.0〜21.0%、Al:0.01〜0.10
%、 Ti:0.05〜0.30%、Nb:0.10〜0.40%、 Cu:0.80%以下および/またはNi:0.80%以下、 S: 0.0033〜0.020 %、 Feおよび不可避不純物: 残部 から成る組成を有し、Ti/S>15、C/S>0.5 を満た
し、鋼中にTi422系介在物が析出したことを特徴
とする耐酸化性と高温強度に優れたフェライト系ステン
レス鋼。
2. In% by weight, C: 0.015% or less, N: 0.015% or less, Si: 0.80 to 1.50
%, Mn: 0.8% or less, Cr: 11.0 to 21.0%, Al: 0.01 to 0.10
%, Ti: 0.05 to 0.30%, Nb: 0.10 to 0.40%, Cu: 0.80% or less and / or Ni: 0.80% or less, S: 0.0033 to 0.020%, Fe and inevitable impurities: balance A ferritic stainless steel that satisfies Ti / S> 15 and C / S> 0.5 and is excellent in oxidation resistance and high-temperature strength, characterized in that Ti 4 C 2 S 2 inclusions are precipitated in the steel.
【請求項3】 さらに、W:2.00%以下を有することを
特徴とする請求項1または2記載の耐酸化性と高温強度
に優れたフェライト系ステンレス鋼。
3. The ferritic stainless steel having excellent oxidation resistance and high-temperature strength according to claim 1, further comprising W: 2.00% or less.
【請求項4】 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より造られた燃焼排ガスダク
ト。
4. A flue gas duct made of the ferritic stainless steel according to claim 1.
【請求項5】 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より造られた自動車排気系部
材。
5. An automobile exhaust system member made of the ferritic stainless steel according to claim 1.
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