【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、耐銹性、耐酸化性および溶接性に優
れたフエライト系ステンレス鋼に関するものであ
る。
近年VA志向によりオーステナイト系ステンレ
ス鋼を用いた機器がフエライト系ステンレス鋼を
用いたものに変更される傾向にあり、さらにフエ
ライト系ステンレス鋼の中でも価格の安い鋼種が
要望されるようになつた。
従来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し一般的にプレス成形など
の加工性、溶接部の靭性および高温強度などの点
で劣つているが、AOD法あるいはVOD法などの
炉外精錬法を用いて高純度化することができるよ
うになり、加工性と溶接部靭性は大幅に改善する
ことができるようになつているものの、上記特性
についてもオーステナイト系ステンレス鋼には依
然として及ばないので、フエライト系ステンレス
鋼への切換時には設計変更を余儀なくされること
となる。
さらにまたフエライト系ステンレス鋼の中でも
安価な低クロム系鋼種はCr量が低いため耐銹性
および耐酸化性においてもオーステナイト系ステ
ンレス鋼のそれに比し十分ではない。
例えば自動車排ガス材はサーマルリクター方式
から触媒方式へ転換されたことによりSUS410L
あるいはSUS409などの低クロム・フエライト系
ステンレス鋼が使用されているが、大型車などに
おけるように排熱量が大きい場合には、上記鋼種
は耐酸化性、高温強度の点で使用することはでき
ない。また排気管には高周波溶接管が用いられて
いるが、造管工程において溶接部に酸化物が巻き
込まれ易く、また一方溶接部の靭性が十分でない
ことと重量してバルジ又はベンド加工により溶接
部から割れが発生することがあつた。このため造
管時にアルゴンガスシールあるいは後熱処理が施
されているが、上記手段は何れも非常に困難な作
業であり、素材の耐酸化性ならびに溶接部靭性の
改良が望まれている。
また建築内装材にはSUS430を用いた化粧管が
かなり使用されているが、簡単な曲げ加工が施さ
れても溶接部から割れが発生することがあり、ま
た溶接部の耐銹性も十分ではない。
またガス、石油器具のバーナー材はプレス成形
性の面で従来オーステナイト系ステンレス鋼が使
用されていたが、近年成形技術の改善などによ
り、SUS430など多く用いられるようになつてい
る。しかし発熱量の高い器具にあつてはバーナ火
口が800℃以上の高温に加熱されるため、耐酸化
性の面でSUS302Bなどのオーステナイト系ステ
ンレス鋼が依然として使用されている。
本発明は、従来のフエライト系ステンレス鋼の
有する前記諸欠点を除去、改善した耐酸化性、高
温強度、溶接部靭性および耐銹性に優れたフエラ
イト系ステンレス鋼を提供することを目的とする
ものであり、特許請求の範囲記載の鋼を提供する
ことによつて前記目的を達成することができる。
すなわち本発明はC0.03％以下、Si1.0超〜5.0％、
Mn2.0％以下、Ni0.5〜3.0％、Cr12〜20％、
N0.02％以下、Ti0.1〜1.0％であつてかつTiはＣ
とＮの和の10倍量以上であり、残部Feおよび不
可避的不純物からなる耐銹性、耐酸化性および溶
接性に優れたフエライト系ステンレス鋼に関する
ものである。
次に本発明を詳細に説明する。
本発明者は従来のフエライト系ステンレス鋼の
有する前記諸欠点が生ずる原因について成分組成
の影響を詳細に検討した結果下記の事実を発見し
た。
(1) フエライト系ステンレス鋼の耐銹性はNiと
Siを複合添加するとその相乗作用により顕著に
向上する。
(2) Siを添加すると耐酸化性の他に高温強度も非
常に向上する。
(3) 高周波溶接管の溶接部を加工すると、従来の
フエライト系ステンレス鋼は割れの他に点状欠
陥を発生し易い欠点があつたが、SiとNiを複
合添加することにより、上記割れならびに点状
欠陥を同時に防止することができる。
本発明者は上記(1)〜(3)の新規な知見に基いて本
発明を完成したのである。
本発明において成分組成を限定する理由を説明
する。
Ｃは耐銹性および溶接部靭性を害するので少な
い程よいが、0.03％より多いと上記性質が劣化す
るので、Ｃは0.03％以下にする必要がある。
Siは耐酸化性を向上させ、Niと相乗して耐銹
性を向上させ、さらに高周波溶接管を加工する際
発生することのある点状欠陥を防止する作用を有
する元素であるがSiが1.0％以下だと上記特性が
発揮されず、一方5.0％より多いと溶接部の靭性
が劣化するのでSiは1.0超〜5.0％の範囲内にする
必要がある。
Mnは耐銹性の点では少ないほどよいが、製鋼
上どうしてもいくらかは残留する。Mnは2.0％よ
り多いと耐銹性が劣化するので2.0％以下にする
必要がある。
NiはSiと共に含有されることによつて耐銹性
ならびに溶接部靭性の向上に寄与する元素である
が、Niが0.5％より少ないと上記両特性に乏しく、
一方3.0％より多いと高温でオーステナイト相を
生成して上記両特性を劣化させるので、Niは0.5
〜3.0％の範囲内にする必要がある。
Crはフエライト系ステンレス鋼にあつて、耐
銹性の面から必須の主要元素であるが、Crは12
％より少ないと十分な耐銹性に乏しく、一方20％
より多いと溶接部の靭性が劣化するので、Cr12
〜20％の範囲内にする必要がある。
Ｎは耐銹性ならびに溶接部の靭性の点からは低
いことが好ましく、Ｎは0.02％より多いと上記両
特性が劣化するのでＮは0.02％以下にする必要が
ある。
TiはＣおよびＮと結合して溶接部の靭性およ
び耐銹性を向上させるのに寄与する元素である
が、Tiは0.1％より少なく、かつＣとＮと和の10
倍より少ないと上記両特性が劣化し、一方1.0％
より多いと、脆いシグマ相やラーベス相が発生し
易く、特に溶接部の靭性が劣化するので、Tiは
0.1〜1.0％の範囲内で、かつＣとＮの和の10倍量
以上にする必要がある。
次に本発明を実験データについて説明する。
第１表に示す成分組成を有するフエライト系ス
テンレス鋼よりなる、1.5mm厚のNo.2B表面仕上げ
板材を供試材とし、耐銹性、耐酸化性および高温
強度を調べた。
The present invention relates to a ferritic stainless steel that has excellent rust resistance, oxidation resistance, and weldability. In recent years, due to the VA trend, there has been a tendency for equipment using austenitic stainless steel to be replaced with equipment using ferritic stainless steel, and even among ferritic stainless steels, there has been a demand for cheaper steel types. Conventional ferritic stainless steels are generally inferior to austenitic stainless steels in terms of workability such as press forming, toughness of welds, and high-temperature strength. Although it has become possible to improve the processability and weld toughness significantly by using austenitic stainless steel, the above characteristics are still inferior to austenitic stainless steel. Switching to ferritic stainless steel will require design changes. Furthermore, among the ferritic stainless steels, low-chromium steels, which are inexpensive, have a low Cr content, so their rust resistance and oxidation resistance are not as good as those of austenitic stainless steels. For example, the automobile exhaust gas material has been converted from a thermal reactor method to a catalyst method, and as a result, SUS410L
Alternatively, low chromium ferritic stainless steel such as SUS409 is used, but in cases where the amount of exhaust heat is large, such as in large vehicles, the above steel types cannot be used due to oxidation resistance and high temperature strength. In addition, high-frequency welded pipes are used for exhaust pipes, but oxides tend to get caught up in the welds during the pipe-making process, and on the other hand, the toughness of the welds is not sufficient, and the welds are heavy and can be bulged or bent. Cracks sometimes occurred. For this reason, argon gas sealing or post-heat treatment is performed during pipe manufacturing, but all of the above methods are extremely difficult operations, and it is desired to improve the oxidation resistance of the material and the toughness of the welded joint. In addition, decorative pipes made of SUS430 are widely used in architectural interior materials, but even after simple bending, cracks may occur at the welded parts, and the rust resistance of the welded parts is not sufficient. do not have. In addition, austenitic stainless steel has traditionally been used for burner materials for gas and oil appliances due to its press formability, but due to recent improvements in forming technology, SUS430 and other materials are increasingly being used. However, in the case of appliances with a high calorific value, the burner nozzle is heated to a high temperature of 800°C or higher, so austenitic stainless steels such as SUS302B are still used due to their oxidation resistance. An object of the present invention is to provide a ferritic stainless steel that eliminates and improves the above-mentioned drawbacks of conventional ferritic stainless steels and has excellent oxidation resistance, high-temperature strength, weld toughness, and rust resistance. The above object can be achieved by providing the steel described in the claims.
That is, the present invention has C0.03% or less, Si over 1.0 to 5.0%,
Mn2.0% or less, Ni0.5~3.0%, Cr12~20%,
N0.02% or less, Ti 0.1-1.0%, and Ti is C
This relates to a ferritic stainless steel with excellent rust resistance, oxidation resistance, and weldability, with the balance being Fe and unavoidable impurities. Next, the present invention will be explained in detail. The inventors of the present invention have investigated in detail the effects of component composition on the causes of the above-mentioned drawbacks of conventional ferritic stainless steels, and have discovered the following facts. (1) The rust resistance of ferritic stainless steel is
When Si is added in combination, the performance is significantly improved due to its synergistic effect. (2) Adding Si greatly improves not only oxidation resistance but also high-temperature strength. (3) Conventional ferritic stainless steel had the disadvantage of easily generating point defects in addition to cracks when processing the welded part of high-frequency welded pipes, but by adding Si and Ni in combination, the above cracks and Point defects can be prevented at the same time. The present inventor completed the present invention based on the above novel findings (1) to (3). The reason for limiting the component composition in the present invention will be explained. C impairs rust resistance and weld toughness, so the less it is, the better; however, if it exceeds 0.03%, the above properties deteriorate, so it is necessary to keep the C content at 0.03% or less. Si is an element that improves oxidation resistance, works synergistically with Ni to improve rust resistance, and also has the effect of preventing point defects that may occur when processing high-frequency welded pipes. If it is less than 5.0%, the above characteristics will not be exhibited, while if it is more than 5.0%, the toughness of the weld will deteriorate, so it is necessary to keep Si in the range of more than 1.0% to 5.0%. In terms of rust resistance, the less Mn is, the better, but some amount remains for steelmaking purposes. If Mn exceeds 2.0%, rust resistance deteriorates, so it must be kept at 2.0% or less. Ni is an element that contributes to improving rust resistance and weld toughness when contained together with Si, but if Ni is less than 0.5%, both of the above properties are poor.
On the other hand, if the Ni content exceeds 3.0%, an austenite phase will be formed at high temperatures and both of the above properties will deteriorate;
Must be within the range of ~3.0%. Cr is an essential main element in ferritic stainless steel from the viewpoint of rust resistance.
If it is less than 20%, it will lack sufficient rust resistance.
Cr12
Must be within ~20%. It is preferable that N be low in terms of rust resistance and the toughness of the welded part.If N is more than 0.02%, both of the above properties will deteriorate, so N must be kept at 0.02% or less. Ti is an element that combines with C and N and contributes to improving the toughness and rust resistance of welds, but Ti is less than 0.1% and the sum of C and N is 10%.
If the amount is less than 1.0%, both of the above characteristics deteriorate, while 1.0%
If the amount is higher, brittle sigma and laves phases are likely to occur, and the toughness of welds in particular deteriorates, so Ti is
It is necessary to make the amount within the range of 0.1 to 1.0% and at least 10 times the sum of C and N. Next, the present invention will be explained using experimental data. A 1.5 mm thick No. 2B surface-finished plate material made of ferritic stainless steel having the composition shown in Table 1 was used as a test material, and its rust resistance, oxidation resistance, and high temperature strength were examined.
【表】【table】
【表】
耐銹性は塩水噴霧試験をJIS Z2371に準拠して
行ない発銹の程度１（全面発銹）から10（発銹な
し）のレイテイング・ナンバーで評価した。また
耐酸化性は900℃の大気中で100時間酸化後の増量
により評価した。
13Cr−Ti鋼の耐酸化性および耐銹性に及ぼす
SiおよびNi添加の影響を調べ、その結果を第１
図に示す。同図よりSiは耐酸化性向上に顕著な効
果を発揮することが判る。かかる効果が向上する
理由はスケール内層に緻密なSiO2が生成し酸化
の進行が阻止されるためであるが十分な耐酸化性
を得るためにはSiは1.0％超にする必要があるこ
とが判る。
一方Niは耐銹性を改善するのに寄与するが単
独ではその寄与率が小さく、フエライト系ステン
レス鋼の中でも最も一般的なSUS430並みの耐銹
性を得ることができない。しかしNiはSiと複合
添加されると相乗効果が発揮され、Ni0.5％以上
含まれるとSUS430と同等以上の耐銹性が得られ
ることを新規に知見した。一方Niが多量、すな
わち3.0％より多いと耐酸化性が急激に劣化する。
この原因は高温でCrが低く熱膨張率の大きいオ
ーステナイト相を生成するためであり、さらにこ
のオーステナイト相は室温で脆いマルテンサイト
相に変態するので溶接部などの靭性劣化をも引き
起すからであり、このため耐酸化性が急激に劣化
を生ずるNiはSi、Crと関連して定まるが、本発
明鋼にあつては3.0％より多いときである。従つ
てNiは耐銹性の点で0.5以上に、一方耐酸化性の
点で3.0％以下にする必要があり、またNiはオー
ステナイト生成元素であり、一方Si、Cr、Tiな
どのフエライト生成元素であるので、上記オース
テナイトあるいはフエライト生成元素の量的バラ
ンスを計る点でもNiは3.0％以下にする必要があ
る。
本発明鋼No.13と比較鋼No.９とについて耐力、引
張強さと温度との関係を調べた結果を第２図に示
す。Siの低い比較鋼に比べて本発明鋼は高温強度
が高く、耐酸化性が良好であるので、本発明鋼は
自動車排ガス系などの高温用途に用いるに必要な
特性を備えていることが同図より判る。
第１表に示す鋼のうち数種を高周波溶接により
1.5t×42.7φ×の管に製作し扁平試験により溶
接部の靭性を、また塩水噴霧試験により主として
溶接部の耐銹性を調べた。尚高周波溶接はアルゴ
ンシールあるいは後熱処理を施さずに行なつた。
溶接部を加工すると割れの他に点状欠陥を発生
することがあり、扁平試験において長さ１ｍの
TPを密着まで扁平になし、溶接部の点状欠陥の
数および割れの累計長さを調べた。また塩水噴霧
試験において主として溶接部の発銹状態を調べ
た。
SUS410L、SUS409およびSUS430はSiとNiが
低いため扁平試験後割れと点状欠陥が併発し、
SUS410LおよびSUS430はTiを含有しないので溶
接部が粒界腐食により発銹し易い。
上記扁平試験により生ずる点状欠陥についてさ
らに詳細に調べた結果高周波溶接の加熱過程で生
成するCr−Si−Mnの巨大酸化物がその後のアプ
セツトで排出されずに溶接部に残り、加工時にこ
の部分が開口して点状欠陥となることを知見し
た。この欠陥対策としては造管時に特殊Arシー
ルで酸化を極力抑える方法とアプセツトを強くし
て排出量を多くする方法があるが、何れも操業性
又は歩留りの点で好ましくなく、特に後者によれ
ば溶接ビードの靭性が劣化するので後熱処理など
が必要となる。
本発明によれば、Siを適量添加することにより
溶接の過熱過程における巨大酸化物の生成を抑制
し、溶鋼の流動性を増してアプセツトでの排出を
容易にし、さらにNi複合添加により溶接ビード
の靭性向上を図ることができる。
一方Siの低い比較鋼No.９にあつては扁平試験に
より溶接部に点状欠陥が発生し、またNiの低い
比較鋼No.６にあつては割れが発性した。これに対
して本発明鋼にあつてはSiおよびNiが適正に添
加されていることから扁平試験によつて全く欠陥
を発生せず、またＣとＮを規制しTiが適量添加
されているので溶接部の耐銹性も十分である。但
しSiがあまりに多くなると靭性が劣化し、比較鋼
No.12に見るようにNiを複合添加しても割れが発
生するので、Siは5.0％より多いことは好ましく
ないことが判る。
次に本発明鋼の適用分野について説明する。
自動車排ガス系の触媒容器あるいは排気管は取
付ける車種の大型化に伴ない使用温度が上昇する
ため、従来使用されて来たSUS410Lあるいは
SUS409によつては前記温度に対応することが困
難であつたが、本発明鋼を用いるとこのような高
温環境に十分対応することができる。また排気系
に高周波溶接管の使用量が非常に多いが、本発明
鋼は十分な加工性の溶接部を有する高周波溶接管
を容易に製造することができる。よつて本発明鋼
を、優れた品質の高周波溶接管を製作する素材と
して使用するため安定供給することができる。
建築内装材である化粧管などに従来SUS430が
用いられていたが、溶接部の耐銹性に問題があつ
た。またガス、石油器具のバーナー材としても耐
酸化性の良好なフエライト系ステンレス鋼が要望
されて今日に及んでいるが、本発明鋼は溶接部の
耐銹性が良好であり、耐酸化性もSUS430より優
れており、かつ安価に製造できるため、VA志向
の要求に十分対応することができる。[Table] Rust resistance was evaluated by conducting a salt spray test in accordance with JIS Z2371 and rating the degree of rust from 1 (full surface rust) to 10 (no rust). Oxidation resistance was evaluated by weight gain after 100 hours of oxidation in air at 900°C. Effect on oxidation resistance and rust resistance of 13Cr-Ti steel
We investigated the effects of Si and Ni additions and presented the results in the first
As shown in the figure. The figure shows that Si has a remarkable effect on improving oxidation resistance. The reason why this effect improves is that dense SiO 2 is generated in the inner layer of the scale and prevents the progress of oxidation, but in order to obtain sufficient oxidation resistance, the Si content must exceed 1.0%. I understand. On the other hand, although Ni contributes to improving rust resistance, its contribution rate is small when used alone, and it is not possible to obtain rust resistance comparable to SUS430, which is the most common ferritic stainless steel. However, when Ni is added in combination with Si, it exhibits a synergistic effect, and we have newly discovered that when Ni is contained at 0.5% or more, rust resistance equal to or higher than that of SUS430 can be obtained. On the other hand, if the amount of Ni is large, ie more than 3.0%, the oxidation resistance will deteriorate rapidly.
The reason for this is that an austenite phase with a low Cr content and a high coefficient of thermal expansion is generated at high temperatures, and furthermore, this austenite phase transforms into a brittle martensite phase at room temperature, causing deterioration in the toughness of welded parts. Therefore, Ni, which causes rapid deterioration of oxidation resistance, is determined in relation to Si and Cr, and in the case of the steel of the present invention, it is when the content is more than 3.0%. Therefore, Ni needs to be 0.5% or more in terms of rust resistance, and 3.0% or less in terms of oxidation resistance.Ni is an austenite-forming element, while ferrite-forming elements such as Si, Cr, and Ti are Therefore, Ni needs to be 3.0% or less in terms of the quantitative balance of the austenite- or ferrite-forming elements. FIG. 2 shows the results of investigating the relationship between yield strength, tensile strength, and temperature for Invention Steel No. 13 and Comparative Steel No. 9. Compared to comparative steels with low Si content, the inventive steel has higher high-temperature strength and better oxidation resistance, so the inventive steel also has the characteristics necessary for use in high-temperature applications such as automobile exhaust gas systems. It can be seen from the figure. Several types of steel shown in Table 1 are made by high-frequency welding.
A 1.5t x 42.7φ x tube was fabricated and the toughness of the welded part was investigated by a flat test, and the rust resistance of the welded part was mainly investigated by a salt spray test. High frequency welding was performed without argon sealing or post heat treatment. Machining the welded part may cause spot defects in addition to cracks, and in the flat test, a 1 m long
The TP was flattened until it adhered, and the number of point defects in the weld and the cumulative length of cracks were investigated. In addition, the rusting state of the welded parts was mainly investigated in the salt spray test. SUS410L, SUS409 and SUS430 have low Si and Ni content, so cracks and point defects occur together after the flattening test.
SUS410L and SUS430 do not contain Ti, so welds are susceptible to rusting due to intergranular corrosion. A more detailed investigation of the point defects caused by the above-mentioned flattening test revealed that giant Cr-Si-Mn oxides produced during the heating process of high-frequency welding remained in the welded area without being ejected during the subsequent upsetting, and this area remained during processing. It was discovered that the cracks open and become point-like defects. To counter this defect, there are two methods: one is to suppress oxidation as much as possible using a special Ar seal during pipe making, and the other is to increase the amount of discharge by strengthening the upset, but both are unfavorable in terms of operability or yield, especially the latter. Since the toughness of the weld bead deteriorates, post-heat treatment is required. According to the present invention, the addition of an appropriate amount of Si suppresses the formation of giant oxides during the overheating process of welding, increases the fluidity of molten steel and facilitates discharge at the upset, and furthermore, the combined addition of Ni suppresses the formation of large oxides in the weld bead. Toughness can be improved. On the other hand, in comparison steel No. 9 with a low Si content, point defects occurred in the welded part in the flat test, and in comparison steel No. 6 with a low Ni content, cracking occurred. On the other hand, in the steel of the present invention, Si and Ni are appropriately added, so no defects occur in the flattening test, and C and N are regulated and Ti is added in an appropriate amount. The rust resistance of welded parts is also sufficient. However, if Si increases too much, the toughness deteriorates, and compared to the comparative steel.
As seen in No. 12, cracks occur even when Ni is added in combination, so it is clear that it is not preferable for Si to be more than 5.0%. Next, the fields of application of the steel of the present invention will be explained. Catalyst containers or exhaust pipes for automobile exhaust gas systems are used in conventionally used SUS410L or
Although it was difficult for SUS409 to cope with the above-mentioned temperature, the steel of the present invention can sufficiently cope with such a high-temperature environment. Further, although a very large amount of high-frequency welded pipe is used in the exhaust system, the steel of the present invention can easily produce a high-frequency welded pipe having a welded portion with sufficient workability. Therefore, the steel of the present invention can be stably supplied for use as a material for producing high-frequency welded pipes of excellent quality. Previously, SUS430 was used for decorative pipes, which are interior materials for buildings, but there was a problem with the rust resistance of welded parts. In addition, ferritic stainless steel with good oxidation resistance is in demand as a burner material for gas and oil appliances, and the steel of the present invention has good rust resistance in welded parts and also has good oxidation resistance. Since it is superior to SUS430 and can be manufactured at a low cost, it can fully meet VA-oriented demands.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図はTiを含有する13Cr鋼の耐銹性および
耐酸化性に及ぼすSiおよびNi添加量の影響を示
す図、第２図は比較鋼No.９と本発明鋼No.３の耐力
および引張強さと試験温度との関係を示す図であ
る。
Figure 1 shows the influence of Si and Ni addition amounts on the rust resistance and oxidation resistance of 13Cr steel containing Ti, and Figure 2 shows the yield strength and It is a figure showing the relationship between tensile strength and test temperature.