JP3242007B2 - 耐酸化スケール剥離性に優れた自動車排気系部材用フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

耐酸化スケール剥離性に優れた自動車排気系部材用フェライト系ステンレス鋼

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JP3242007B2 JP24384196A JP24384196A JP3242007B2 JP 3242007 B2 JP3242007 B2 JP 3242007B2 JP 24384196 A JP24384196 A JP 24384196A JP 24384196 A JP24384196 A JP 24384196A JP 3242007 B2 JP3242007 B2 JP 3242007B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マフラー、エキゾ
ーストマニホールド等の自動車排気系部材に用いられる
ものとして有用な、耐酸化スケール剥離性に優れたMo含
有フェライト系ステンレス鋼に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車の排気系部材には、耐食性、耐酸
化性に優れたステンレス鋼が多く使用されている。特
に、エキゾーストマニホールド等、温度が1000℃程度ま
で上昇する部位については、昇、降温を繰り返してもス
ケールの剥離が少ないフェライト系ステンレス鋼を使用
するのが普通である。また、このような部位は、耐酸化
性とともに高い高温強度をも必要としており、そのため
に、鋼中にMoやNbを積極的に添加することで高温強度を
高めたフェライト系ステンレス鋼も提案されている。た
とえば、特開平 6−100990号公報や特開平 6−136488号
公報に開示の鋼がそれである。
【0003】これらの刊行物の記載によれば、Mo含有量
が増加すると、耐酸化性が向上することが明らかであ
る。つまり、Mo含有量が増加すると高温酸化における酸
化増量が減少するのである。しかしながら、このMo含有
量の増加は酸化スケールの剥離を促進するために、むし
ろ不利である。とくに、繰り返し酸化を受ける状況下で
は材料の減肉を誘発することが懸念される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
フェライト系ステンレス鋼が現在抱えている上述した問
題に対し、こうした問題を克服することが、この鋼を自
動車排気系部材として適用するために必要である。そこ
で、本発明の主たる目的は、自動車排気系部材用として
好適な、フェライト系ステンレス鋼を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、高い高温強度を付与するため
にMoを含有したフェライト系ステンレス鋼について、そ
れの耐酸化スケール剥離性を改善することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、上記
の課題解決のために、スケール剥離量に及ぼすMo含有量
とSi含有量の関係に着目して研究を進めた結果、市販レ
ベルのフェライト系ステンレス鋼に含まれるSi含有量を
もっと低減させることにより、酸化スケール剥離量が著
しく低減することを知見した。とくに、Mo含有量を増加
させた場合には、Siの含有量をさらに低減する必要があ
ることがわかった。要するに、このSiとMoとは、単にこ
れらの合計含有量を調整すればよいというのではなく、
少なくともいずれか一方の成分を調整成分として、他の
成分量との関連においてスケール剥離性を制御すること
が有効であることから、その積算量で制御することにし
たのである。
【0006】このような知見に基づき、本発明では、
C:0.025 wt%以下、Si:0.10wt%以下、Mn:0.50wt%
以下、Cr:16.0〜25.0wt%、Ni:0.01〜0.60wt%、Mo:
0.50〜3.00wt%、Cu:0.50wt%以下、N:0.03wt%以下、
P:0.030 wt%以下、S:0.010 wt%以下含有し、残部
がFeおよび不可避的不純物からなるものであって、Nbま
たはTi,Zrのいずれか1種または2種以上の成分
記式; 8× (wt%C+wt%N) ≦wt%Nb+wt%Ti+wt%Zr≦1.
00wt% の関係を満足するように制御し、さらに、 SiとMoの積算含有量下記式; (wt%Si) × (wt%Mo) ≦ 0.15 の関係を満足するように制御して、1000℃において2時
間加熱し、10分間空冷する処理を繰返す酸化試験(200
時間)を実施したときのスケール剥離量が0.1mg/cm 2
下の特性を示すようにしたことを特徴とする耐酸化スケ
ール剥離性に優れた自動車排気系部材用フェライト系ス
テンレス鋼。
【0007】
【発明の実施の形態】まず、本発明鋼を開発するに至っ
た実験の結果を通じ、本発明の基本的な考え方について
説明する。供試材として表1に示す18Cr−0.5 〜3Mo −
0.4Nb フェライト系ステンレス鋼を基本として、Si×Mo
の積算含有量を変化させたものを、1000℃において2時
間加熱し10分間空冷する処理を繰り返す酸化試験 (加熱
総時間 200時間) を実施し、スケール剥離量 (mg/cm2)
を測定した。その結果を図1に示す。図1に明らかなと
おり、スケール剥離量が 0.1mg/cm2以下になる領域はほ
ぼ (wt%Si) × (wt%Mo) ≦0.15を満足する範囲内であ
る。もし、Si×Moの含有量がこれ以外の範囲にあると、
スケール剥離が著しく増加する。従って、フェライト系
ステンレス鋼の酸化スケールの剥離を低減するには、Mo
とSiの積算含有量を規制し、特にMo含有量が高い場合に
は、Si含有量を低減させることが必要であることが有効
でる。この理由は、Mo, Siともに連続加熱下では保護性
を有するCr2O3 とともに耐酸化性の向上に寄与するが、
特にSi酸化物とCr 2O3 との密着性が悪く、このことが繰
り返し加熱条件下での剥離に繋がるものと考えられる。
【0008】次に、本発明における各成分の作用と含有
量の限定理由を説明する。 C:0.025 wt%以下 Cは、フェライト系ステンレス鋼において耐酸化性を劣
化させる元素であるから低減する必要がある。しかし、
極端な低減は製造コストの上昇を招くので、その含有量
を0.025 wt%以下とした。好ましくは0.020 wt%以下と
する。
【0009】Si:0.10wt%以下 Siは、本発明において最も重要な役割を担う元素であ
る。一般的にはSiは、耐酸化性を向上させる元素として
知られているが、それは酸化増量を抑える効果であっ
て、本発明のような酸化スケールの剥離を抑制する作用
に対しても有効かというとそうではない。Siの作用によ
って酸化スケールの剥離を抑制させるためには、図1に
示すように、Si含有量を0.10wt%以下にすることが必要
である。好ましくは0.05wt%以下である。
【0010】Mn:0.50wt%以下 Mnは、耐酸化性に有害な元素であるので、その含有量は
低い方が望ましいが、極端な低減は製造コストを上昇さ
せるので、その含有量を0.50wt%以下とした。
【0011】P:0.030 wt%以下 Pは、製鋼精錬時に主として原料から混入してくる不純
物であり、含有量が高くなると耐酸化性が劣化するの
で、その含有量を0.030 wt%以下とした。
【0012】S:0.010 wt%以下 Sは、溶接性を向上させる元素であるが、極端な添加は
MnSを形成し、これを起点として異常酸化を誘発するの
で、その含有量を0.010 wt%以下とした。
【0013】Ni:0.01〜0.60wt% Niは、耐酸化性にはとくに影響を与えないが、0.60wt%
以上になると鋼の高度を増し加工性を劣化させるので、
その含有量を0.60wt%以下とした。好ましくは0.01〜0.
30wt%とする。
【0014】Cr:16.0〜25.0wt% Crは、保護性のあるCr2O3 を形成し耐酸化性を向上させ
る元素であり、少なくとも16.0wt%以上の含有量が必要
であるが、25.0wt%を超えると鋼の強度が増し加工性が
劣化するとともに、熱延板の延性を低下させ製造が困難
になるので、その含有量を16.0〜25.0wt%とした。
【0015】Mo:0.5 〜3.0 wt% Moは、フェライト系ステンレス鋼においては耐酸化性を
向上させる元素であり、同時に耐食性を向上させるが、
0.50wt%以下ではその効果が顕著に現れず、また3.00wt
%を超えると酸化スケールの剥離が顕著になり、また、
鋼の強度が増し加工性が劣化するとともに熱延板の延性
を低下させ製造が困難になるので、その含有量を0.50〜
3.00wt%とした。なお好ましくは1.00〜3.00wt%であ
り、さらに好ましくは1.50〜2.50wt%である。
【0016】Cu:0.5 wt%以下 Cuは、耐銹性の向上に効果があるが、含有量が増加する
と耐酸化性を劣化させるので、その含有量を0.50wt%以
下とした。
【0017】N:0.03wt%以下 Nは、含有量が増加するとCrとの化合物を形成して有効
なCr量を低減させ耐酸化性の劣化を招くことから、低い
ほど好ましいが、極端な低減は製造コストの上昇を招く
ので、その含有量を0.030 wt%以下とした。
【0018】Nb, Ti, Zr:8×(wt%C +wt%N) ≦ wt%Nb
+wt%Ti +wt%Zr ≦1.00wt% Nb, Ti, Zrは、耐酸化性に有害なC, Nを安定化させ、
また高温強度を上昇させる作用があることから、これら
の1種または2種以上の合計で、少なくとも8× (wt%
C+wt%N) を超える量の添加が必要である。しかし、
過剰な添加は製造コストの上昇を招くとともに鋼の硬さ
を増し加工性を劣化させるので、その上限を 1.0wt%と
した。なお、これらの成分は必要に応じて1種または2
種のみを含有させるものであってよい。
【0019】Si×Mo:0.15wt%以下 上述したように、本発明において、耐酸化スケール剥離
性を向上させるために最も有効な方法は、SiとMoの積算
含有量で制御することである。すなわち、図1に示すよ
うに、その積算含有量が0.15wt%を超えるようだと、ス
ケール剥離量が目立って多くなる。
【0020】
【実施例】表1に示す各種フェライト系ステンレス鋼を
溶解して鍛造し、熱処理、冷間圧延を繰り返して1mm厚
の供試材を作製した。これを20mm×25mmの大きさに切り
出して試験片とし、これを1000℃の大気雰囲気中におい
て2時間加熱し、10分間空冷する繰り返し酸化試験を実
施した。その結果を表2に示す。この表2に示す結果か
ら明らかなように、発明鋼 (No.1〜9)の場合はいずれも
酸化増量が少なく、また酸化スケール剥離量も著しく低
減しており、酸化スケール剥離性が改善されていること
がわかった。これに対し、Si×Moの量が0.15wt%を超え
る比較例No.10 〜15は、いずれもスケール剥離量が多く
なった。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のMo含有フ
ェライト系ステンレス鋼は、極低SiとするとともにMoと
Si量を特定の範囲に規制することで、高温長時間の環境
下でも酸化スケールの剥離が少なく、耐酸化性が良好で
ある。従って、本発明によれば、自動車排気系のような
厳しい高温環境下でも十分使用に耐えうる材料を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Mo含有フェライト系ステンレス鋼の1000℃にお
ける繰り返し酸化試験における酸化スケール剥離量とM
o, Si含有量との関係を示したものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−2355(JP,A) 特開 平5−171360(JP,A) 特開 平5−86440(JP,A) 特開 平7−292446(JP,A) 特開 平7−233451(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.025 wt%以下、Si:0.10wt%以
    下、Mn:0.50wt%以下、Cr:16.0〜25.0wt%、Ni:0.01
    〜0.60wt%、Mo:0.50〜3.00wt%、Cu:0.50wt%以下、
    P:0.030 wt%以下、S:0.010 wt%以下、N:0.03wt
    %以下含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる
    ものであって、NbまたはTi,Zrのいずれか1種または2
    種以上の成分下記式; 8× (wt%C+wt%N) ≦wt%Nb+wt%Ti+wt%Zr≦1.
    00wt% の関係を満足するように制御し、さらに、 SiとMoの積算含有量下記式; (wt%Si) × (wt%Mo) ≦ 0.15 の関係を満足するように制御して、1000℃において2時
    間加熱し、10分間空冷する処理を繰返す酸化試験(200
    時間)を実施したときのスケール剥離量が0.1mg/cm 2
    下の特性を示すようにしたことを特徴とする耐酸化スケ
    ール剥離性に優れた自動車排気系部材用フェライト系ス
    テンレス鋼。
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