JP5796398B2 - 熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 Download PDF

Info

Publication number
JP5796398B2
JP5796398B2 JP2011171178A JP2011171178A JP5796398B2 JP 5796398 B2 JP5796398 B2 JP 5796398B2 JP 2011171178 A JP2011171178 A JP 2011171178A JP 2011171178 A JP2011171178 A JP 2011171178A JP 5796398 B2 JP5796398 B2 JP 5796398B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
less
content
high temperature
thermal fatigue
steel
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.)
Active
Application number
JP2011171178A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2012107314A (ja
Inventor
徹之 中村
徹之 中村
太田 裕樹
裕樹 太田
加藤 康
康 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
Priority to JP2011171178A priority Critical patent/JP5796398B2/ja
Publication of JP2012107314A publication Critical patent/JP2012107314A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5796398B2 publication Critical patent/JP5796398B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Description

本発明は、自動車やオートバイの排気管、触媒外筒材や火力発電プラントの排気ダクト等の高温環境下で使用される部材用として好適な、熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼に関する。
自動車の排気系環境で使用される、例えば、エキゾーストマニホールド、排気パイプ、コンバーターケース、マフラー等に代表される排気部材には、耐熱疲労特性や耐酸化性のような耐熱性に優れることが要求されている。このような用途には、現状では、NbとSiを添加したCr含有鋼、例えば、Type429(14Cr−0.9Si−0.4Nb系)鋼が多く使用されている。しかし、エンジン性能の向上に伴って、排ガス温度が900℃を超えるような温度まで上昇すると、Type429鋼は、熱疲労特性が不足するという問題がある。
この問題に対しては、NbとMoを添加して高温耐力を向上させたCr含有鋼、JIS G4305に規定されるSUS444(19Cr−0.5Nb−2Mo)、Nb,Mo,Wを添加したフェライト系ステンレス鋼(例えば、特許文献1参照)等が開発されている。しかしながら、昨今におけるMo,W原料の異常なまでの高騰から、安価でSUS444と同等の耐熱性を有する材料の開発が要求されるようになってきた。
このような状況下で、高価な元素であるMoやWを用いない耐熱性に優れた材料が、例えば、特許文献2〜4に開示されている。これらに開示された鋼はいずれも、Cuを添加することによって、熱疲労特性を向上させているのが特徴である。
しかしながら、発明者らの研究によれば、上記特許文献2〜4に開示された技術のようにCuを添加した場合には、鋼自身の耐酸化性を低下させるという新たな問題があることが明らかとなった。
MoやWも、Cuも用いずに耐熱性を高めた鋼としては、特許文献5〜11に開示されたものがある。これら特許文献ではVNの析出強化を利用して高耐熱化を図っている。
特開2004−018921号公報 国際公開2003/004714号パンフレット 特開2006−117985号公報 特開2000−297355号公報 特許第4369596号公報 特開平7−70709号公報 特開2010−156008号公報 特開2000−248337号公報 特開2010−43327号公報 特開2002−30346号公報 特開平6−184637号公報
しかしながら、上記特許文献5、7、8の技術では、Nb、V、Nの全てが適量添加されていないため熱疲労特性が未だ十分とはいえない上、鋭敏化が発生し、耐食性や耐酸化性が著しく低下する問題も有している。また、特許文献6ではV、Nが適量添加されていてもMnが適量でないため耐酸化性のみならず熱疲労特性も十分ではない。
さらに、特許文献10、11についてはV、Nが適量添加されていないため優れた熱疲労特性は得られない。
また、自動車の排気系部材はエンジンからの排ガスで高温に曝された状態で振動を受けるため、高温疲労特性も重要な特性となる。しかしながら、上記特許文献5〜9のようにV、Nを添加しても高温疲労特性は向上しないことが明らかになった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、Mo、W、Cuを用いずに、熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
なお、本発明でいう「熱疲労特性と高温疲労特性に優れた」とは、SUS444と同等以上の熱疲労特性および高温疲労特性を有することをいう。具体的には、200/850℃の熱疲労特性および800℃での高温疲労特性がSUS444と同等以上であることとする。
発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、VNの析出強化を有効に活用して熱疲労特性を向上させるためには、Nb、V、N含有量を最適なものにする必要があること、また、優れた耐酸化性を得るためにはMn量を最適化する必要があること、さらに、優れた高温疲労特性を得るためにはSi量とAl量を最適化することが有効であることを見出した。
具体的には、mass%で、Si:1.0%以下、Mn:0.5%以下、Nb:10×(C+N)〜0.6%をベースとして、Nを0.015〜0.040%の範囲で、同時にVを0.15〜0.6%の範囲で、かつV×Nが0.003〜0.015となるように含有させることにより長時間に亘って高温における強度を維持することができ、Mo、W、Cuを含有させなくてもSUS444と同等の熱疲労特性が得られることを見出した。また、Mnを0.5mass%以下とすることで1000℃における耐酸化性についてもSUS444と同等以上となることを見出した。さらに、Alを0.3%超1.0%以下とし、Si≧Alを満たすようにすることにより、SUS444と同等以上の800℃における高温疲労特性が得られることを見出した。
本発明は、本発明者らの以上のような知見に基づいて完成されたものである。
すなわち、本発明は、mass%で、C:0.015%以下、Si:1.0%以下、Mn:0.5%以下、Al:0.30%超1.0%以下、P:0.040%以下、S:0.010%以下、Cr:14.4〜14.8%、Ni:0.5%以下、N:0.015〜0.040%、Nb:10(C+N)〜0.60%、V:0.15〜0.60%、Ti:0.01%以下(0を含む)、Zr:0.01%以下(0を含む)、Ta:0.01%以下(0を含む)、Mo:0.1%以下(0を含む)、W:0.1%以下(0を含む)を含有し、かつ0.003≦V×N≦0.015、Si≧Alを満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。
また、本発明は、上記の成分組成に加えてさらに、mass%で、B:0.0004〜0.0020%、Co:0.05〜0.1%の1種または2種を含有することを特徴とする熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。
さらに本発明は、Siを0.4〜1.0%の範囲で含有することを特徴とする熱疲労特性と高温疲労特性と耐水蒸気酸化性に優れた加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。
本発明によれば、高価なMoやW、およびCuを含有させることなくSUS444と同等以上の熱疲労特性および高温疲労特性を達成することができ、自動車排気部材用等として好適なフェライト系ステンレス鋼を得ることができる。
熱疲労特性に及ぼすN含有量の影響を示すグラフである。 熱疲労特性に及ぼすV含有量の影響を示すグラフである。 熱疲労特性に及ぼすV×Nの影響を示すグラフである。 熱疲労特性に及ぼすZr、Ti、Ta含有量の影響を示すグラフである。 耐酸化性(酸化増量)に及ぼすMn含有量の影響を示すグラフである。 高温疲労試験片を説明する図である。 高温疲労寿命に及ぼすAl含有量の影響を示すグラフである。 高温疲労寿命に及ぼすSi含有量−Al含有量(Si−Al)の影響を示すグラフである。
まず、本発明を完成するに至った基礎的な実験について、説明する。なお、以下の説明において、成分における%表示は全てmass%である。
最初に、熱疲労特性に及ぼすN含有量の影響を検討した。
0.005〜0.010%C−0.75〜0.85%Si−0.15〜0.30%Mn−0.35〜0.45%Al−14〜15%Cr−0.35〜0.45%Nb−0.25〜0.35%Vの成分系をベースとして、N含有量を0.007〜0.046%の範囲で種々変化させた鋼を、実験室的に溶製して鋼塊とし、この鋼塊を鍛造し、熱処理して鋼材とし、この鋼材から熱疲労試験片を作製した。そして、拘束率0.8で200/850℃の加熱・冷却を繰り返し、熱疲労寿命を評価した。熱疲労寿命は、200℃において検出された荷重が初期の荷重の80%を下回ったサイクル数とした。なお、比較として、SUS444(18%Cr−2%Mo−0.5%Nb鋼)についても同様に評価した。
図1は上記熱疲労試験における熱疲労寿命に及ぼすN含有量の影響を示したものである。この図から、N含有量が0.015〜0.040%の範囲でSUS444の熱疲労寿命より優れた熱疲労寿命が得られることがわかる。したがって、優れた熱疲労特性を得るためには、N含有量が0.015〜0.040%であることが必要である。
次に、熱疲労特性に及ぼすV含有量の影響を検討した。
0.005〜0.010%C−0.75〜0.85%Si−0.15〜0.30%Mn−0.35〜0.45%Al−14〜15%Cr−0.35〜0.45%Nb−0.015〜0.025%Nの成分系をベースとして、V含有量を0.08〜0.77%の範囲で種々変化させた鋼を、実験室的に溶製して鋼塊とし、この鋼塊を鍛造し、熱処理して鋼材とし、この鋼材から熱疲労試験片を作製した。同様に、拘束率0.8で200/850℃の加熱・冷却を繰り返し、熱疲労寿命を評価した。
図2は上記熱疲労試験における熱疲労寿命に及ぼすV含有量の影響を示したものである。この図から、V含有量が0.15〜0.60%の範囲でSUS444の熱疲労寿命より優れた熱疲労寿命が得られることがわかる。したがって、優れた熱疲労特性を得るためには、V含有量が0.15〜0.60%であることが必要である。
次に、V×Nの最適値を検討した。
図1、2に示した実験結果に加え、同様な組成をベースとしてV、N量を変化させ、同様にして鋼塊を作製した後、鍛造し、熱処理して鋼材とし、この鋼材から熱疲労試験片を作製し、同様に、拘束率0.8で200/850℃の加熱・冷却を繰り返し、熱疲労寿命を評価した。
図3は上記熱疲労試験における熱疲労寿命に及ぼすV×Nの値の影響を示したものである。この図に示すように、V、Nがそれぞれ上記範囲内であっても、V×Nの値が0.003未満または0.015超であると熱疲労寿命がSUS444よりも低くなることがわかった。したがって、優れた熱疲労特性を得るためには、V、Nの含有量が上記範囲を満たすとともに、V×Nの値が0.003〜0.015の範囲であることが必要である。
次に、熱疲労特性に及ぼすZr、Ti、Ta含有量の影響を検討した。
0.005〜0.010%C−0.75〜0.85%Si−0.15〜0.30%Mn−0.35〜0.45%Al−14〜15%Cr−0.35〜0.45%Nb−0.25〜0.35%V−0.015〜0.025%Nの成分系をベースとして、Zr、Ti、Taの含有量を、それぞれ0.003〜0.023%、0.004〜0.014%、0.004〜0.014%の範囲で変化させた鋼を、実験室的に溶製して鋼塊とし、この鋼塊を鍛造し、熱処理して鋼材とし、この鋼材から熱疲労試験片を作製した。同様に、拘束率0.8で200/850℃の加熱・冷却を繰り返し、熱疲労寿命を評価した。
図4は上記熱疲労試験における熱疲労寿命に及ぼすZr、Ti、Ta含有量の影響を示したものである。この図に示すように、V、N、V×Nが上記範囲内であっても、Zr、Ti、Taのいずれかの含有量が0.01%を超えると熱疲労寿命がSUS444よりも低くなることがわかった。したがって、優れた熱疲労特性を得るためには、Zr、Ti、Taの含有量がいずれも0.01%以下であることが必要である。
次に、耐酸化性に及ぼすMn含有量の影響について検討した。
0.005〜0.010%C−0.75〜0.85%Si−0.35〜0.45%Al−14〜15%Cr−0.35〜0.45%Nb−0.25〜0.35%V−0.015〜0.025%Nの成分系をベースとして、Mn量を0.09〜0.98%の範囲で変化させた組成の鋼板から試験片を作製し、この試験片の表面を#320のエメリー紙で研磨後、大気中1000℃で200時間の連続酸化試験を行った。耐酸化性は、酸化増量により評価した。なお、比較として、SUS444(18%Cr−2%Mo−0.5%Nb鋼)についても同様に評価した。
図5は上記1000℃連続酸化試験における酸化増量に及ぼすMn含有量の影響を示したものである。この図から、Mn含有量が0.5%以下でSUS444と同等以上の耐連続酸化特性が得られることがわかる。したがって、耐酸化性の観点から、Mn含有量は0.5%以下とすることが必要である。
次に、高温疲労特性に及ぼすAl含有量、Si含有量の影響について検討した。
0.005〜0.010%C−0.15〜0.30%Mn−14〜15%Cr−0.35〜0.45%Nb−0.25〜0.35%V−0.015〜0.025%Nの成分系をベースとして、Si、Alの含有量を種々に変化させた鋼を実験室的に溶製して研究鋼塊とし、この鋼塊を、熱間圧延し、熱延板焼鈍し、冷間圧延し、仕上げ焼鈍して、板厚2mmの冷延焼鈍板とした。次いで、上記冷延焼鈍板から図6に示した形状、寸法の疲労試験片を作製し、下記の高温疲労試験に供した。なお、比較として、SUS444についても、同様の試験を行った。
<高温疲労試験>
800℃において、上記試験片に1300Hzで鋼板表面に85MPaの曲げ応力(両振り)を付与するシェンク式疲労試験を行い、破断までの振動回数(疲労寿命)を測定し、高温疲労特性を評価した。
図7は上記高温疲労試験における高温疲労寿命に及ぼすAl含有量の影響を示したものであり、図8は上記高温疲労試験における高温疲労寿命に及ぼすSi含有量−Al含有量(Si−Al)の影響を示したものである。これらの図から、Al含有量が0.30%超でかつSi≧Alを満たせばSUS444の高温疲労寿命(30×10サイクル)と同等以上が得られることがわかる。したがって、優れた高温疲労特性を得る観点から、Al含有量が0.30%超でかつSi≧Alを満たすことが必要である。
本発明は、以上のような基礎実験の結果に基づき、さらに検討を加えた結果完成されたものである。
以下、本発明に係るフェライト系ステンレス鋼について詳細に説明する。
まず、本発明の成分組成について説明する。
C:0.015%以下
Cは、鋼の強度を増加させる元素であるが、0.015%を超えて含有すると、靭性および成形性の低下が顕著となる。よって、本発明では、C含有量を0.015%以下とする。なお、成形性の観点からは、C含有量は低いほど好ましく、0.010%以下とするのが望ましい。
Si:1.0%以下
Siは、耐酸化性を向上させる元素であり、脱酸材としても用いられる。また、Siは、後述するように、Alとともに高温疲労特性向上に有効な元素である。しかし、1.0%を超えて含有させると加工性が低下する。このため、Si含有量を1.0%以下とする。
一方、自動車排気系部材は実際には水蒸気を含んだガス中で使用されるため、耐水蒸気酸化特性も重要となる。Siは耐水蒸気酸化特性向上に有効な元素であり、0.4%以上含有することでその効果が得られる。Siによって耐水蒸気酸化性が改善される理由は十分に解明されているわけではないが、Si含有量を0.4%以上とすることにより、鋼板表面に緻密なSi酸化物層が連続的に生成し、外部からのガス成分の侵入が抑制されるためと考えられる。したがって、耐水蒸気酸化特性が必要とされる場合にはSi含有量を0.4〜1.0%とすることが好ましい。より厳しい水蒸気含有雰囲気下での耐酸化性が求められる場合には、Si含有量を0.5%以上とすることが好ましい。
Mn:0.5%以下
Mnは、脱酸剤として作用するが、過剰に含有すると高温でγ相が生成しやすくなり、耐熱性を低下させるだけでなく、耐酸化性も低下させる。このため、Mn含有量を0.5%以下とする。好ましくは、0.35%以下であり、さらに好ましくは0.3%以下である。
P:0.040%以下
Pは、靭性を低下させる元素であり、できるだけ低減するのが望ましい。このため、P含有量を0.040%以下とする。好ましくは、0.030%以下である。
S:0.010%以下
Sは、伸びおよびr値を低下させ、成形性を劣化させるとともに、ステンレス鋼の基本特性である耐食性を低下させる元素でもあり、できるだけ低減するのが望ましい。このため、S含有量を0.010%以下とする。
Cr:12〜23%
Crは、耐酸化性を向上させる元素であり、本発明では重要な元素である。しかし、その含有量が12%未満では、十分な耐酸化性が得られない。一方、Crは、室温において固溶強化により鋼を硬質化・低延性化し、23%を超えて含有するとこれらが顕著となって加工性が劣化する。このため、Cr含有量を12〜23%の範囲とする。
N:0.015〜0.040%、V:0.15〜0.60%、かつV×N:0.003〜0.015
V、Nは本発明で重要な元素である。V、Nを含有することにより600〜800℃でこれらがVNとして微細に析出し、鋼材を高強度化することで熱疲労特性を向上させる。その効果はN含有量が0.015%以上およびV含有量が0.15%以上で認められる。しかし過剰に含有することにより鋼の靱性および成形性を劣化させるだけでなく、VNが粗大化し熱疲労寿命を低下させてしまう。このため、Nの含有量を0.015〜0.040%の範囲、Vの含有量をV:0.15〜0.60%の範囲とする。また、V、Nがそれぞれ上記の範囲内であってもV×Nが0.003〜0.015を満たさなければ所望の熱疲労寿命が得られない。このため、V×Nを0.003〜0.015とした。
Nb:10(C+N)〜0.60%
Nbは、C、Nを固定し、耐鋭敏化特性、成形性、溶接部の耐粒界腐食性を高める作用を有するとともに、高温強度を上昇させて熱疲労特性を向上させる有益な元素である。しかし、その含有量が10(C+N)よりも少ないとC、Nの固定が不十分となり、鋼材の鋭敏化が認められるようになる。鋭敏化が発生すると溶接部における耐食性、耐酸化性が著しく低下するため、Nbを10(C+N)以上添加することが必要となる。Nb量によっては母材部でも同様の現象が発生することがある。一方、その含有量が0.60%を超えると、Laves相が析出しやすくなり、脆化するのみならず、本発明で重要なVNの析出が抑制され、熱疲労特性が低下してしまう。このため、Nb含有量を10(C+N)〜0.60%の範囲とする。好ましくは、0.55%以下であり、さらに好ましくは0.50%以下である。
Mo:0.1%以下(0を含む)
Moは、高価な元素であり、本発明の目的からも積極的には添加しない。溶解原料であるスクラップ等からの混入量は高々0.1%であるため、Mo含有量を0.1%以下(0を含む)とする。
W:0.1%以下(0を含む)
Wは、Moと同様に高価な元素であり、本発明の目的からも積極的には添加しない。溶解原料であるスクラップ等からの混入量は高々0.1%であるため、W含有量を0.1%以下(0を含む)とする。
Ti、Zr、Ta:0.01%以下(0を含む)
Ti、Zr、Taは、C、Nを固定して、耐食性、成形性、溶接部の粒界腐食性を向上させる作用を有するが、本発明で重要なVNの析出を抑制し、たとえ本発明で規定するV、N量を満たしていても、これらが0.01%を超えて含有されると熱疲労特性を低下させてしまう。このため、Ti、Zr、Taの含有量をいずれも0.01%以下(0を含む)とする。
Al:0.30%超1.0%以下
Alは、耐酸化性および耐高温塩害腐食性の向上に有効であるのみならず、固溶強化元素として働いて高温疲労特性を向上させる効果を有する元素であり、本発明において重要な元素である。しかし、その含有量が0.30%以下では、高温疲労特性を向上させる効果が不十分となる。一方、Al含有量が1.0%超えでは、鋼が硬質化し、加工性が著しく低下する。このため、Al含有量を0.3%超1.0%以下とする。より好ましくは0.35〜0.80%であり、さらに好ましくは0.35〜0.50%である。
Si≧Al
上述のように、Alは固溶強化元素として働き、高温疲労特性を向上させるが、高温で窒化物や酸化物を形成しやすいため、固溶強化元素として効果を発揮させるためにはSiとともに含有させる必要がある。そして、Si含有量をAl含有量以上とすることで、Siを優先的に酸化させ、鋼板表面に緻密な酸化被膜を形成する。そのため窒素や酸素の金属内部への侵入が抑制され、Alは固溶状態を保つことができる。逆にSi含有量がAl含有量よりも少ない場合は、Alが優先的に酸化物や窒化物を形成するため、固溶強化元素としての効果は得られず、高温疲労特性を向上させることはできない。このため、本発明ではSi≧Alを満たすことが必要となる。
Ni:0.5%以下
Niは、靱性を向上させる元素であるが、高価であるばかりか、強力なγ相形成元素であり高温でγ相が生成し耐酸化性を低下させる。このため、Ni含有量を0.5%以下とする。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、上記成分に加えてさらに、下記の成分を含有させてもよい。
B:0.0004〜0.0020%、Co:0.05〜0.1%の1種または2種
Bは、加工性、特に二次加工性を向上させる有効な元素である。このような効果は0.0004%以上で有効に発揮されるが、0.0020%を超えて含有すると、BNを生成し、加工性が低下する。このため、Bを含有させる場合には、その含有量を0.0004〜0.0020%の範囲とする。
Coは、靭性の向上に有効な元素である。このような効果は0.05%以上で発揮されるが、Coは高価な元素であり、また、その含有量が0.1%を超えても上記効果は飽和する。このため、Coを含有させる場合は、その含有量を0.02〜0.1%とする。
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼の製造方法について説明する。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、一般的なフェライト系ステンレス鋼の製造方法により製造することができ、その製造条件は特に限定されるものではない。例えば、本発明範囲内の組成の溶鋼を、転炉、電気炉等の溶製炉を利用し、あるいはさらに取鍋精錬、真空精錬等の精錬を利用した溶製方法で溶製し、連続鋳造法、造塊法で鋼片としたのち、熱間圧延、熱延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上げ焼鈍、酸洗の各工程を順次経て冷延焼鈍板とするのが好ましい。また、冷間圧延は、1回または中間焼鈍を含む2回以上の冷間圧延としてもよい。冷間圧延、仕上げ焼鈍、酸洗の工程は繰り返し行ってもよい。なお、場合によっては、熱延板焼鈍は省略してもよい。さらに、鋼板表面の光沢性が要求される場合にはスキンパス等を施しても加工性の良好な鋼板として製造できる。
表1に示すNo.1〜39の成分組成を有する鋼を用いて、以下に示す試験を行った。No.1〜39の成分組成のうち、No.1〜14は本発明の範囲内の本発明例、No.15〜39は本発明の範囲から外れる比較例である。なお、比較例のうち、No.30、31、32、33、34は、それぞれ特許第4369596号公報(特許文献5)、特開平7−70709号公報(特許文献6)、特開平6−158162号公報、特開2000−144344号公報、特開2010−43324号公報で実施例として開示された成分組成に相当するものであり、No.35はSUS444に相当するものである。また、No.36、37、38、39は、それぞれ特開2010−156008号公報(特許文献7)、特開2010−43327号公報(特許文献9)、特開2002−30346号公報(特許文献10)、特開平6−184637号公報(特許文献11)で実施例として開示された成分組成に相当するものである。
上記No.1〜39の成分組成を有する鋼の50kg鋼塊を作製し、これら鋼塊を1170℃に加熱後、熱間圧延により5mm厚の熱延板とした。次いで、これら熱延板に対し、熱延板焼鈍(焼鈍温度:1040℃)−酸洗−冷間圧延(冷延圧下率:60%)−仕上げ焼鈍(焼鈍温度:1040℃、平均冷却速度:30℃/s)−酸洗を順次施し、2mm厚の冷延焼鈍板とした。
これら冷延焼鈍板から試験片を作製し、酸化試験に供した。酸化試験は、試験片の表面を#320のエメリー紙で研磨後、大気中1000℃で200時間の連続酸化を行い、耐酸化性はその際の酸化増量により評価した。
また、上記冷延焼鈍板から作製した試験片を、水蒸気雰囲気中酸化試験に供した。水蒸気雰囲気酸化試験は、各冷延焼鈍板から30mm×20mmの試験片を切り出し、試験片上部に4mmφの穴をあけ、表面および端面を#320のエメリー紙で研磨後、脱脂した。この試験片を、950℃に加熱された10%CO−20%HO−5%O−bal.Nガスを0.5L/minで流し、水蒸気雰囲気とした炉中に、200時間保持した。試験後、試験片の質量を測定し、予め測定しておいた試験前の質量との差を求め、酸化増量(g/m)を算出した。評価は2回実施し、その平均値で最終的に評価した。
さらに、上記冷延焼鈍板から15mm×10mmを切り出し、L断面において、シュウ酸エッチング(JIS G 571)を行った。エッチングには10%シュウ酸溶液を用い、室温で1A/cmの電流を90min間流した。その後の組織を観察し、粒界の著しい腐食(溝状組織)が見られたものを鋭敏化材と判断した。
さらに、上記冷延焼鈍板から、図6に示した形状、寸法の疲労試験片を作製し、高温疲労試験に供した。高温疲労試験では、800℃において、上記試験片に22Hzで鋼板表面に85MPaの曲げ応力(両振り)を付与するシェンク式疲労試験を行い、破断までの振動回数(疲労寿命)を測定し、高温疲労特性を評価した。
一方、上記No.1〜39の鋼塊を1170℃に加熱後、熱間圧延により150mm幅、35mm厚の熱延シートバーとした。鍛造加工により30mm□のバーとし、1040℃で焼鈍後、機械加工により熱疲労試験片に加工し、熱疲労寿命の評価に供した。
熱疲労試験は、拘束率0.8で200℃−850℃間を繰り返し昇温・降温させた。昇温・降温は5℃/s、850℃保持時間は1分の条件で実施した。熱疲労寿命の定義は図1の評価のときと同じである。
得られた結果を表2に示す。表2から明らかなように、本発明例は、いずれもSUS444と同等以上の熱疲労寿命および高温疲労特性を示しており、本願発明の目標が達成されていることが確認された。一方、本発明範囲を外れる比較例では両特性を同時に満足しておらず、本発明の目標が達成されないことが確認された。また、比較例のうちNbの含有量が10(C+N)より少ないものについては鋭敏化が発生した。
また、本発明例のうち、Siが0.4%以上であるものは、優れた耐水蒸気酸化性も得られることが確認された。
Figure 0005796398
Figure 0005796398
Figure 0005796398
本発明の鋼は、自動車等の排気系部材用として好適であるだけでなく、同様の特性が要求される火力発電システムの排気系部材や固体酸化物タイプの燃料電池用部材としても好適に用いることができる。

Claims (3)

  1. mass%で、C:0.015%以下、Si:1.0%以下、Mn:0.5%以下、Al:0.30%超1.0%以下、P:0.040%以下、S:0.010%以下、Cr:14.4〜14.8%、Ni:0.5%以下、N:0.015〜0.040%、Nb:10(C+N)〜0.60%、V:0.15〜0.60%、Ti:0.01%以下(0を含む)、Zr:0.01%以下(0を含む)、Ta:0.01%以下(0を含む)、Mo:0.1%以下(0を含む)、W:0.1%以下(0を含む)を含有し、かつ0.003≦V×N≦0.015、Si≧Alを満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
  2. 上記の成分組成に加えてさらに、mass%で、B:0.0004〜0.0020%、Co:0.05〜0.1%の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載の熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
  3. Siを0.4〜1.0%の範囲で含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱疲労特性と高温疲労特性と耐水蒸気酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
JP2011171178A 2010-10-26 2011-08-04 熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 Active JP5796398B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011171178A JP5796398B2 (ja) 2010-10-26 2011-08-04 熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010239504 2010-10-26
JP2010239504 2010-10-26
JP2011171178A JP5796398B2 (ja) 2010-10-26 2011-08-04 熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012107314A JP2012107314A (ja) 2012-06-07
JP5796398B2 true JP5796398B2 (ja) 2015-10-21

Family

ID=46493217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011171178A Active JP5796398B2 (ja) 2010-10-26 2011-08-04 熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5796398B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101930860B1 (ko) * 2013-03-19 2018-12-19 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 스테인리스 열연 강판
CN106636956A (zh) * 2016-12-22 2017-05-10 苏州劲元油压机械有限公司 一种高强度抗磨损液压油缸缸体

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4622171B2 (ja) * 2000-07-25 2011-02-02 Jfeスチール株式会社 常温加工性および高温での機械特性に優れたフェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法
JP5208450B2 (ja) * 2006-07-04 2013-06-12 新日鐵住金ステンレス株式会社 熱疲労特性に優れたCr含有鋼
JP4949122B2 (ja) * 2007-05-15 2012-06-06 新日鐵住金ステンレス株式会社 耐熱疲労性に優れた自動車排気系用フェライト系ステンレス鋼板
JP4386144B2 (ja) * 2008-03-07 2009-12-16 Jfeスチール株式会社 耐熱性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP5343446B2 (ja) * 2008-08-13 2013-11-13 Jfeスチール株式会社 熱疲労特性、耐酸化性および耐高温塩害腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012107314A (ja) 2012-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9279172B2 (en) Heat-resistance ferritic stainless steel
JP4702493B1 (ja) 耐熱性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP5387057B2 (ja) 耐熱性と靭性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP5141296B2 (ja) 高温強度と靭性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP5152387B2 (ja) 耐熱性と加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP5540637B2 (ja) 耐熱性に優れるフェライト系ステンレス鋼
WO2011118854A1 (ja) 耐熱性と加工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
JP5012243B2 (ja) 高温強度、耐熱性および加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP2012102376A (ja) 耐酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼
JP5125600B2 (ja) 高温強度、耐水蒸気酸化性および加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP5796398B2 (ja) 熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼
JP5239642B2 (ja) 熱疲労特性、高温疲労特性および耐酸化性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP5810722B2 (ja) 熱疲労特性と加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼
JP5417764B2 (ja) 熱疲労特性と耐酸化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
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
JP5343446B2 (ja) 熱疲労特性、耐酸化性および耐高温塩害腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP5239645B2 (ja) 熱疲労特性、高温疲労特性、耐酸化性および耐高温塩害腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP5796397B2 (ja) 熱疲労特性と耐酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼
JP5343445B2 (ja) 熱疲労特性、耐酸化性および靭性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP5343444B2 (ja) 熱疲労特性、耐酸化性および加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP5239644B2 (ja) 熱疲労特性、高温疲労特性、耐酸化性および靭性に優れるフェライト系ステンレス鋼
JP5239643B2 (ja) 熱疲労特性、高温疲労特性、耐酸化性および加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140220

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150212

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150217

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150331

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150721

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150803

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5796398

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250