JP6744740B2 - 排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板 - Google Patents
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C:0.001〜0.020%、
Si:0.10〜3.0%、
Mn:0.10〜2.0%、
P:0.010〜0.040%、
S:0.0001〜0.0100%、
Cr:10.0〜25.0%、
N:0.001〜0.030%、
B:0.0002〜0.0050%、
Al:0.003〜0.30%、および、
V:0.05〜1.0%と、
Tiおよび/またはNb:合計0.10〜0.80%と、
Ni:0〜1.0%、
Mo:0〜2.0%、
Cu:0〜3.0%、
Mg:0〜0.0030%、
Sn:0〜0.30%、
Sb:0〜0.30%、
Zr:0〜0.10%、
Ta:0〜0.10%、
Hf:0〜0.10%、
W:0〜2.0%、
Co:0〜0.2%、
Ca:0〜0.0030%、
REM:0〜0.050%、および、
Ga:0〜0.1%と、
残部:Feおよび不純物とであり、
表面に高さ1.0mm以下、かつ、立ち上げ角度が20°以下の凹凸を有する、排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板。
Ni:0.1〜1.0%、
Mo:0.1〜2.0%、
Cu:0.1〜3.0%、
Mg:0.0002〜0.0030%、
Sn:0.01〜0.30%、
Sb:0.01〜0.30%、
Zr:0.01〜0.10%、
Ta:0.01〜0.10%、
Hf:0.01〜0.10%、
W:0.01〜2.0%、
Co:0.01〜0.2%、
Ca:0.0001〜0.0030%、
REM:0.001〜0.050%、および、
Ga:0.0002〜0.1%、
から選択される1種以上を含有する、前記(1)に記載の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板。
<化学組成>
まず、本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板の化学組成について説明する。各元素の作用効果と、含有量の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
Cは、固溶Cによる硬質化、延性低下および炭化物析出による高温強度を低下させるため、その含有量は少ないほうが良い。そのため、C含有量は0.020%以下とする。一方、C含有量の過度の低減は、精錬コストの増加に繋がる。そのため、C含有量は0.001%以上とする。なお、製造コスト、耐食性および熱延板靭性を考慮すると、C含有量は、0.002%以上であることが好ましく、0.010%以下であることが好ましい。
Siは、脱酸元素として含有される場合がある他、耐酸化性および高温強度の向上をもたらす。前記効果を得るため、Si含有量は0.10%以上とする。一方、Si含有量が3.0%を超えると、延性および靭性が著しく低下する。そのため、Si含有量は3.0%以下とする。なお、Si含有量の過度の低減は、精錬コストの増加に繋がる。また、材質および耐初期錆び性を考慮して、Si含有量は、0.20%以上であることが好ましく、1.0%以下であることが好ましい。
Mnは、Si同様、固溶強化元素である他、低中温域の高温強度向上に有効な元素である。また、スケール密着性の向上にも有効な元素である。前記効果を得るため、Mn含有量は0.10%以上とする。一方、Mn含有量が2.0%を超える場合、延性の低下、MnS等の析出物生成に起因した靭性の低下、および、異常酸化の促進が生じる。そのため、Mn含有量は2.0%以下とする。なお、Mn含有量の過度の低減は、精錬コストの増加に繋がる。また、材質および製造コストを考慮すると、Mn含有量は、0.15%以上であることが好ましく、1.0%以下であることが好ましい。
Pは、固溶強化元素であり、材料を硬質化させる。そのため、延性および靭性の観点から、P含有量は少ないほうが良い。したがって、P含有量は0.040%以下とする。一方、P含有量の過度の低減は、原料コストの増加に繋がる。そのため、P含有量は0.010%以上とする。なお、製造コストおよび耐食性を考慮すると、P含有量は、0.015%以上であることが好ましく、0.030%以下であることが好ましい。
Sは、耐食性および耐酸化性を劣化させる元素である。そのため、S含有量は少ないほうが良い。そのため、S含有量は0.0001%以上とする。一方、S含有量が0.0100%を超える場合、MnS、Ti4C2S2等の析出物生成に起因して延性および靭性が劣化する。そのため、S含有量は0.0100%以下とする。精錬コスト、および、鋼板を排気部品とした際の隙間腐食抑制を考慮すると、S含有量は、0.0005%以上であることが好ましく、0.0030%以下であることが好ましい。
Crは、耐食性および耐酸化性を向上させる元素である。排気マニホールドの温度環境を想定すると、Cr含有量は10.0%以上である必要がある。一方、Crの過度な含有は、鋼板が硬質となり加工性および靭性を劣化させる。そのため、Cr含有量は25.0%以下とした。なお、初期錆び性、製造コストおよび靭性劣化による製造時の板破断を考慮すると、Cr含有量は、10.5%以上であることが好ましく、20.0%以下であることが好ましい。
Nは、Cと同様に靭性および耐食性を劣化させる。そのため、N含有量は少ないほうが良い。しかしながら、N含有量の過度の低下は、精錬コストの増加に繋がる。そのため、N含有量は0.001%以上とする。一方、N含有量が0.030%を超える場合、窒化物生成に起因して著しく低延性および靭性化する。そのため、N含有量は0.030%以下とする。なお、製造コスト、加工性および初期錆び性を考慮すると、N含有量は、0.005%以上であることが好ましく、0.020%以下であることが好ましい。
Bは、粒界に偏析することで製品の2次加工性を向上させる元素である。本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板の場合、該鋼板表面に凹凸が形成されており、プレス加工時のR部での割れ抑制の点から、必須な元素である。また、高温強度向上にも有効な元素であり、Cuとの複合添加ではε−Cuの微細析出強化、NbおよびMoとの複合添加ではLaves相の微細析出強化、TiおよびPとの複合添加ではFeTiPの微細析出強化が効果的に作用する。これらの効果を得るため、B含有量は0.0002%以上とする。一方、B含有量が0.0050%を超えると、延性が低下する他、ホウ化物が析出して脆性破壊の起点となる。そのため、B含有量は0.0050%以下とする。なお、コストおよび延性低下を考慮すると、B含有量は0.0005%以上であることが好ましく、0.0020%以下であることが好ましい。
TiおよびNbは、C、NおよびSと結合して加工性、耐食性、耐粒界腐食性および靭性を向上させるため、1種以上を含有する。特に、Nbは、高温強度を向上させる効果が強く、TiとNbとの複合添加により、この効果が大きく得られる。これらの作用は、Tiおよび/またはNbの含有量の合計が0.10%以上で発現する。そのため、Tiおよび/またはNbの含有量の合計を0.10%以上とする。一方、TiおよびNbの過度な含有は、粗大な炭窒化物および硫化物の形成に繋がり、低延性および低靭化をもたらす。そのため、Tiおよび/またはNbの含有量の合計を0.80%以下とする。なお、製造コストなどを考慮すると、Tiおよび/またはNbの含有量の合計は、0.20%以上であることが好ましく、0.60%以下であることが好ましい。
Alは、脱酸元素として有効な元素である。その作用は、Al含有量が0.003%以上から発現する。そのため、Al含有量は0.003%以上とする。一方、Al含有量が0.30%を超えると、延性および靭性の低下、ならびに、溶接性および表面品質の劣化をもたらす。そのため、Al含有量は0.30%以下とする。なお、精錬コストを考慮すると、Al含有量は、0.010%以上であることが好ましく、0.10%以下であることが好ましい。
Vは、隙間腐食を抑制させる他、微量添加によって靭性向上に寄与する。この作用は、V含有量が0.05%以上から発現する。そのため、V含有量は0.05%以上とする。一方、Vの過度な含有は、鋼板を硬質化し、加工性を劣化させる他、粗大なV(C、N)が析出することによって、靭性劣化につながる。そのため、V含有量は1.0%以下とする。なお、原料コストおよび初期錆び性を考慮すると、V含有量は、0.07%以上であることが好ましく、0.2%以下であることが好ましい。
Niは、隙間腐食の抑制および再不働態化を促進することにより、耐初期錆び性を向上させるため、含有させてもよい。この作用は、Ni含有量が0.1%以上で発現する。そのため、Ni含有量は0.1%以上であることが好ましい。一方、Niの過度な含有は、鋼板を硬質化し、延性を低下させる。そのため、Ni含有量は1.0%以下とする。なお、原料コストを考慮すると、Ni含有量は、0.2%以上であることがより好ましく、0.5%以下であることが好ましい。
Moは、耐食性および高温強度を向上させる元素であり、特に、隙間構造を有する場合には、隙間腐食を抑制するために必要な元素であるため、含有させてもよい。この作用は、Mo含有量が0.1%以上で発現する。そのため、Mo含有量は0.1%以上であることが好ましい。一方、Mo含有量が2.0%を越えると、著しく加工性が劣化し、かつ、製造時の靭性が劣化する。そのため、Mo含有量は2.0%以下とする。なお、製造コストを考慮すると、Mo含有量は、0.2%以上であることがより好ましく、1.2%以下であることが好ましい。
Cuは、高温強度向上の他、隙間腐食の抑制および再不働態化を促進させるため、含有させてもよい。高温強度向上は、ε−Cuの析出によるものである。この作用は、Cu含有量が0.1%以上で発現する。そのため、Cu含有量は0.1%以上であることが好ましい。一方、Cuの過度な含有は、固溶Cuにより鋼板が硬質化することにより、加工性および靭性を劣化させる。そのため、Cu含有量は3.0%以下とした。なお、製造時の酸洗性等を考慮すると、Cu含有量は、0.2%以上であることがより好ましく、1.2%以下であることが好ましい。
Mgは、脱酸元素として有効な元素である他、スラブの組織を微細化させ、加工性向上に寄与する元素であるため、含有させてもよい。また、Mg酸化物は、Ti(C、N)およびNb(C、N)等の炭窒化物の析出サイトになり、これらを微細分散析出させる効果がある。この作用は、Mg含有量が0.0002%以上で発現し、靭性向上に寄与する。そのため、Mg含有量は0.0002%以上であることが好ましい。一方、Mgの過度な含有は、溶接性および耐食性の劣化につながる。そのため、Mg含有量は0.0030%以下とする。なお、精錬コストを考慮すると、Mg含有量は、0.0003%以上であることがより好ましく、0.0010%以下であることが好ましい。
Sb:0〜0.30%
SnおよびSbは、耐食性および高温強度の向上に寄与するため、含有させてもよい。前記効果を得るため、SnおよびSbの含有量は、それぞれ0.01%以上であることが好ましい。一方、SnおよびSbの含有量がそれぞれ0.30%を超えると、鋼板製造時のスラブ割れおよび排気マニホールドの低靭化が生じる。そのため、SnおよびSbの含有量は、それぞれ0.30%以下とする。なお、精錬コストおよび製造性を考慮すると、SnおよびSbの含有量は、それぞれ0.02%以上であることがより好ましく、それぞれ0.15%以下であることが好ましい。
Ta:0〜0.10%
Hf:0〜0.10%
Zr、TaおよびHfは、CおよびNと結合して靭性の向上に寄与するため、含有させてもよい。前記効果を得るため、Zr、TaおよびHfの含有量は、それぞれ0.01%以上であることが好ましい。一方、Zr、TaおよびHfの含有量がそれぞれ0.10%を超えると、コスト増になる他、製造性を著しく劣化させる。そのため、Zr、TaおよびHfの含有量は、それぞれ0.10%以下とする。なお、精錬コストおよび製造性を考慮すると、Zr、TaおよびHfの含有量は、それぞれ0.02%以上であることがより好ましく、0.08%以下であることが好ましい。
Wは、耐食性および高温強度の向上に寄与するため、含有させてもよい。前記効果を得るため、W含有量は0.01%以上であることが好ましい。一方、W含有量が2.0%を超えると、鋼板製造時の靭性劣化につながる。そのため、W含有量は2.0%以下とする。なお、精錬コストおよび製造性を考慮すると、W含有量は、0.02%以上であることがより好ましく、1.0%以下であることが好ましい。
Coは、高温強度の向上に寄与するため、含有させてもよい。前記効果を得るため、Co含有量は0.01%以上であることが好ましい。一方、Co含有量が0.2%を超えると、靭性劣化につながる。そのため、Co含有量は0.2%以下とする。なお、精錬コストおよび製造性を考慮すると、Co含有量は、0.02%以上であることがより好ましく、0.1%以下であることが好ましい。
Caは、脱硫元素として有効な元素であるため、含有させてもよい。この効果を得るため、Ca含有量は0.0001%以上であることが好ましい。一方、Ca含有量が0.0030%を超えると、粗大なCaSが生成し、靭性および耐食性を劣化させる。そのため、Ca含有量は0.0030%以下とする。なお、Ca含有量は、精錬コストおよび製造性を考慮すると、0.0003%以上であることがより好ましく、0.0020%以下であることが好ましい。
REMは、種々の析出物の微細化による靭性向上および耐酸化性の向上の観点から、含有させてもよい。前記効果を得るため、REM含有量は、0.001%以上であることが好ましい。一方、REM含有量が0.05%を超えると、鋳造性が著しく低くなり、かつ、<011>方位の発達を抑制する。そのため、REM含有量は0.05%以下とする。なお、精錬コストおよび製造性を考慮すると、REM含有量は、0.003%以上であることがより好ましく、0.01%以下であることが好ましい。
Gaは、耐食性向上および水素脆化抑制のため、含有させてもよい。前記効果を得るため、Ga含有量は0.1%以下とする。一方、硫化物および水素化物形成の観点から、Ga含有量は、0.0002%以上であることが好ましい。なお、製造性およびコストの観点、ならびに、延性および靭性の観点から、Ga含有量は、0.0005%以上であることがより好ましく、0.0020%以下であることが好ましい。
図1(a)は、本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板1の一部を正面から見たときの模式図であり、図1(b)は、図1(a)に示す排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板1のA−A線断面図である。排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板1は、表面に凹凸2を有する。
本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板は、常温の破断伸びが20%以上であることが好ましい。常温の破断伸びが20%以上であると、排気マニホールドへの加工性を確保することができる。常温の破断伸びは、24%以上であることがより好ましい。ここで、常温の破断伸びとは、圧延方向と直角方向とにJIS13号B試験片を採取し、JISZ2241に準拠して算出した値をいう。
本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、通常のフェライト系ステンレス鋼板製造プロセスで鋳造、熱延、冷延、焼鈍および酸洗される。表面凹凸は、冷延または調質圧延工程で凹凸付きのロールを鋼板に転写して、付与させればよい。また、製品板をプレス成型して凹凸を付与しても構わない。材料の延性を確保する点では、冷延過程で凹凸を付与し、焼鈍を施すことが望ましいが、調質圧延またはプレス成形で凹凸を付与し、その後に歪取り焼きなましを施してもよい。さらに、焼鈍は、大気雰囲気で処理してもよいし、窒素または水素雰囲気で処理してもよい。焼鈍の温度および時間は、適宜選択すればよい。冷延工程は、ゼンジミア圧延、および、タンデム圧延のいずれでもよい。また、圧延条件は適宜設定すればよい。
本発明の排気マニホールドには、本発明のフェライト系ステンレス鋼板を用いる。そのため、本発明の排気マニホールドは、加工性および耐熱性に優れる。また、本発明の排気マニホールドは、表面に凹凸形状を有するため、熱損失が少ない。さらに、本発明の排気マニホールドは、表面に形成された凹凸の形状が高さ1.0mm以下、かつ、立ち上げ角度が20°以下であるため、内部を流動する排気ガスの圧力損失が小さい。
表1に示す成分組成の鋼を溶製することにより、スラブに鋳造した。その後、熱延、冷延、焼鈍および酸洗を行い、1.2mm厚のフェライト系ステンレス鋼板を製造した。これらに、表2に示す種々の形状の表面凹凸を付与し、常温での破断伸びを上述の方法で測定した。また、実際に排気マニホールド形状に加工および溶接し、他主要部品と結合した排気部材を構築することにより、実施例1〜32および比較例1〜33の排気マニホールドを作製した。
図2では、SUS444(19%Cr−0.007%C−0.2Si−0.2%Mn−0.02%P−0.001%S−0.16%Ni−19.4%Cr−1.85%Mo−0.013%N0.4%Cu−0.47%Nb、2mm厚)の鋼板について、凹凸の有無による高温引張強度を比較した結果を示す。ここで、凹凸有は、鋼板が図1に記載した凹凸パターンを有し、前記凹凸は、高さが1.0mm、かつ、立ち上げ角度が20°である。また、高温引張試験は、圧延方向と直角方向とが引張方向になる様に、JIS13号B試験を採取し、JISG0567に準拠して高温引張を実施して、引張強度を求めた。
2 凹凸
Claims (2)
- 化学組成が、質量%で、
C:0.001〜0.020%、
Si:0.10〜3.0%、
Mn:0.10〜2.0%、
P:0.010〜0.040%、
S:0.0001〜0.0100%、
Cr:10.0〜25.0%、
N:0.001〜0.030%、
B:0.0002〜0.0050%、
Al:0.003〜0.30%、および、
V:0.05〜1.0%と、
Tiおよび/またはNb:合計0.10〜0.80%と、
Ni:0〜1.0%、
Mo:0〜2.0%、
Cu:0〜3.0%、
Mg:0〜0.0030%、
Sn:0〜0.30%、
Sb:0〜0.30%、
Zr:0〜0.10%、
Ta:0〜0.10%、
Hf:0〜0.10%、
W:0〜2.0%、
Co:0〜0.2%、
Ca:0〜0.0030%、
REM:0〜0.050%、および、
Ga:0〜0.1%と、
残部:Feおよび不純物とである、鋼板であって、
前記鋼板が、その両面に凹凸を有し、
前記凹凸が、厚さ方向において、一方の表面にある凸部に対応する位置に凹部を備え、
前記凹凸の高さが0.1mm以上1.0mm以下、かつ、前記凹凸の立ち上げ角度が1°以上20°以下の凹凸を有する、排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
Ni:0.1〜1.0%、
Mo:0.1〜2.0%、
Cu:0.1〜3.0%、
Mg:0.0002〜0.0030%、
Sn:0.01〜0.30%、
Sb:0.01〜0.30%、
Zr:0.01〜0.10%、
Ta:0.01〜0.10%、
Hf:0.01〜0.10%、
W:0.01〜2.0%、
Co:0.01〜0.2%、
Ca:0.0001〜0.0030%、
REM:0.001〜0.050%、および、
Ga:0.0002〜0.1%、
から選択される1種以上を含有する、請求項1に記載の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板。
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