JPH04147945A - 耐高温酸化性および靭性に優れた高Al含有フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

耐高温酸化性および靭性に優れた高Al含有フェライト系ステンレス鋼

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JPH04147945A
JPH04147945A JP2270521A JP27052190A JPH04147945A JP H04147945 A JPH04147945 A JP H04147945A JP 2270521 A JP2270521 A JP 2270521A JP 27052190 A JP27052190 A JP 27052190A JP H04147945 A JPH04147945 A JP H04147945A
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JP
Japan
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oxidation resistance
toughness
less
stainless steel
steel
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JP2270521A
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Naoto Hiramatsu
直人 平松
Yoshihiro Uematsu
植松 美博
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
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Nisshin Steel Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium

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  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車排ガス装置、暖房器具、その他耐熱用途
に使用されるAl含有フェライト系ステンレス鋼に関す
る。
〔従来の技術とその問題点〕
Al含有フェライト系ステンレス鋼は優れた耐高温酸化
特性を有し、ストーブのチムニ−材などの暖房器具また
は電熱用材料として広く使用されてきた。
最近では自動車の排ガス浄化装置の触媒コンバーター用
基材として使用する動きがある。従来、触媒コンバータ
にはセラミックを基材としたものが使用されてきたが、
熱衝撃に弱く、また、熱容量が大きいため、触媒反応温
度まで昇温するのに時間がかかるなどの問題点がある。
これに対して。
セラミック基材の欠点を改善した金属を基材としたメタ
リックコンバーターが注目されている。この基材には板
厚50μ鳳程度の箔材料が用いられ、触媒反応が起きて
いる排ガス雰囲気中で使用されるため、非常に優れた耐
高温酸化特性が要求されている。この点から、 20C
r−5Alをベースとして希土類、Yなどを添加した高
Al含有フェライト系ステンレス鋼が使用されている。
しかし、これらの鋼でも十分な耐高温酸化特性が得られ
ているとはいえず、長時間酸化させると、異常酸化が発
生する。また、エンジンの高出力にともなって、排ガス
温度が上昇する傾向にあり、さらに、最近では、従来の
コンバーターよりもエンジンにより近い場所に設置され
るマニホールドコンバーターが検討されており、これら
は必然的に排ガス温度が高く、ますます酸化条件が厳し
くなる。したがって、従来のメタリックコンバーター用
鋼の耐高温酸化特性では十分でなく、従来よりもさらに
耐高温酸化特性に優れた高Al含有フェライト系ステン
レス鋼が必要となってきた。
この種の鋼としては既に特開昭63−76850、同6
3−45351が知られているが、これらは1150℃
で200時間以内の酸化条件であり、この条件における
耐酸化性ではもはや十分とはいえなくなっている。
また、Al含有フェライト系ステンレス鋼はスラブおよ
び熱延板の靭性が非常に低いことが知られており、Cr
およびAI含有量が多いメタリックコンバータ用鋼は、
特に靭性が低く、量産ラインでの製造上の大きな問題点
となっている。
高Al含有フェライト系ステンレス鋼の耐高温酸化特性
を改善するためには、Cr、 AI、希土類元素、Yな
どの添加量を多くすることが有効である。しかし、耐高
温酸化特性の観点から、Cr、 Al、希土類元素およ
びY量を多くすると、スラブおよび熱延鋼板の靭性が低
下するため、製造性を悪化させ、製造不可もしくは歩留
りの低下をもたらす。また、希土類元素およびYは非常
に高価であるため、コストの著しい上昇をまねく。以上
の理由によって、Cr、 Al、希土元素およびY含有
量をあまり多くすることができないのが現状である。
以上の実情に鑑み、従来のメタリックコンバーター用ス
テンレス鋼の成分からCr、 Al、希土類元素添加量
またはYを増加させることなく、箔材料でも十分な耐高
温酸化特性を有し、また、靭性が良好で、製造性に優れ
たフェライト系ステンレス鋼が望まれる。
〔問題解決に関する知見〕
本発明は、メタリックコンバーター用フェライト系ステ
ンレス鋼Fe−Cr−AI−REM、Y系鋼において箔
材料でも表面に形成されるAl□03が異常酸化を起す
ことなく、十分な耐高温酸化特性を有し、また靭性が良
好で、製造性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供
することを目的とし、課題解決に関し、異常酸化が発生
する直前に1系の酸化物が表層酸化物Al□03中に混
入していることを認め。
Mn系酸化物を抑制することを想到し、Mn量と同時に
Si量を夫々0.25%未満とし、V、Ti、Nbを添
加することによって極薄材料でも非常に優れた耐高温酸
化特性を有し、なおかつ、優れた靭性を有し製造性の良
好なフェライト系ステンレス鋼が得られることを知見し
た。
〔発明の構成〕 本発明は C: 0.03%以下 Si : 0.25%未満 阿n : 0.25%未満 P : 0.03%以下 S : 0.001%未満 N : 0.03%以下 Cr:15〜25% Al:3〜6% REM、 Yもしくはアルカリ土類元素を1種または2
種以上: 0.01〜0.2% を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるフェ
ライト系ステンレス鋼、 または上記成分組成に、さらにNb、 VもしくはTi
を1種または2種以上を0.05〜1%含有する鋼によ
って構成されるフェライト系ステンレス鋼を提供する。
つぎに本発明における鋼組成の限定理由を以下に説明す
る。
C:耐酸化性に対する影響としてC量が増すと異常酸化
を発生しやすくなる。また、高Al含有フェライト系ス
テンレス鋼においてC量が高くなるとスラブまたはホッ
トコイルの靭性が悪化するので上限を0.03%以下と
する。
Si : Siは本発明鋼において非常に重要な元素で
ある。一般にSiは耐高温酸化性に対して有効であると
されているが、高Al含有フェライト系ステンレス鋼に
おいて含有量を低減することによって、耐高温酸化性が
著しく改善される。また、本系鋼においてMnと同時に
低減すると、著しく耐高温酸化性が改善されることがわ
かった。また、Si量を低減することによって、高Al
含有フェライト系ステンレス鋼の靭性が著しく改善され
る0以上の効果は0.25未満であると、顕著であるた
め、本発明では範囲を0.25%未満とする。
にn : Knも本発明鋼においてはMnの含有量が非
常に重要な意味を持つ、 Mnは熱間加工性を改善する
効果があるが1本発明の耐高温酸化特性に対して悪影響
を及ぼし、低減させることによって著しく耐高温酸化特
性が改善され、Cr、 Al.希土類元素およびYなど
の添加量を多くすることなく耐高温酸化特性を改善する
ことが可能である。また、Mnを低減させることによっ
て、本系鋼の靭性が著しく改善される、その効果は0.
25%未満であると顕著である。したがって、Mn量は
少ない方がよく、0.25%未満とする。
P:耐高温酸化特性に悪影響を及ぼすため低いほうが好
ましく、また、熱延板の靭性に悪影響を及ぼすため0.
03%以下とする6 S:希土類元素およびYなどと結合し、介在物となって
錆の表面性状を悪くする原因となるほか、耐高温酸化特
性に有効な希土類元素およびYなどの有効量を低減させ
る。この弊害は0.001%以上であると顕著であり、
 0.001%未満とすることによって著しく耐高温酸
化性が良好になる。したがって、本発明鋼においては0
.0012%未満とする。
N二Nは本系鋼の靭性を低下させ、また、AINを形成
して、耐高温酸化特性を付与するために有効なAl量を
低減させ、異常酸化発生を促進するため、少ないほうが
好ましく、0.03%以下とする。
Cr:耐高温酸化特性を改善するために必要な基本元素
であるが、その効果を発揮するためには15%以上の添
加が必要である。しかし、25%を超えて添加するとス
ラブおよびホットコイルの靭性を劣化させ、製造性を劣
化させるので上限を25%とする。
Al : Crと同様に本発明鋼の耐高温酸化特性を維
持させるために不可欠な元素である0本用途のような箔
材料では異常酸化を発生しやすく、シたがって、3%以
上の添加を必要とする。しかし、本発明鋼ではあまりA
l含有量を多くしなくても十分な耐高温酸化特性が得ら
れ、また、6%を超えると、鋼のスラブおよびホットコ
イルの靭性を劣化させるので上限を6%とする。
REM、 Y、アルカリ土類元素: Fe −Cr−A
l合金の耐高温酸化特性を改善するために重要な元素で
ある。
本発明鋼で形成される酸化度膜の保護性を著しく改善し
、極薄材料で発生しやすい異常酸化を抑制し、また、密
着性を良好にする。 0.01%未満ではその効果はな
く、逆に0.2%を超えて添加すると、熱間加工性およ
び靭性を悪くし、製造が困難になるほか、介在物となり
、表面性状を悪くする原因になりやすいので・0.01
%〜0.2%の範餠とする。
Nb、V、 Ti :本発明鋼におイテv、Ti、 N
bを適量添加すると鋼中のCまたはNと結合して、錆の
靭性を著しく改善する効果がある。また、本発明鋼は厳
しい高温環境下で用いられるため、高温強度に優れてい
ることが必要であり、高温強度を改善するためにはこれ
らの元素を添加することが非常に有効である。このため
には0.05%以上添加することが必要であり、逆に、
必要以上に添加すると、鋼を硬質にするため、最高1%
とする。
〔発明の具体的開示〕
以下に本発明を具体的に説明する。
高Al含有フェライト系ステンレス鋼の耐高温酸化性は
表面に形成されるAl2O3によって付与される。した
がって、Al含有量を高くすれば、ある程度、耐高温酸
化性が改善されると考えられるため、第1表に示す成分
の板厚50μ重の供試材を用いて、1150℃で酸化試
験を行い、異常酸化が発生した時間を調べた結果をあわ
せて第1表に示す。この結果より、CrおよびAl含有
量を多くすること、および希土類元素を添加することに
よって異常酸化が発生しにくくなり、耐高温酸化特性が
改善されることがわかる。そこで、Cr、 Alおよび
希土類元素添加量をさらに多くした第2表に示す鋼につ
いて30kg真空溶解を行った。しかし、鋼塊を熱間鍛
造するときに割れが生じ、以後の工程を進めることが不
可能であった。したがって、耐高温酸化特性を改善する
ことを目的として、 Cr、 Alおよび希土類元素添
加量等を多くすることは、製造性の観点から困難である
ことがわかった。そこで、本発明者らは、Cr、AIお
よび希土類元素添加量等を多くせずとも、耐高温酸化特
性に優れた鋼を開発すべく、種々の検討を行った。その
結果、異常酸化が発生する直前に、Mn系の酸化物が表
層のAl2O3中に混入していることが詔められ、耐高
温酸化性に悪影響を及ぼしていると考えられた。そこで
、肚系酸化物を抑制することについて調べた結果、 S
iおよびMn量を低くすることによって、1系の酸化物
の形成が抑制され、耐高温酸化性が著しく改善されるこ
とがわかった。第3表に示す成分の板厚50μ膳の供試
材を用いて1150℃で酸化試験を行い、異常酸化発生
時間に及ぼすSiおよびMn含有量の影響を調べた。そ
の結果を第3表にあわせて示す。
この表より、SiおよびMn量を低減することによって
異常酸化が発生する時間が長時間側に移行しており、著
しく耐高温酸化特性が改善され、とくに。
SiおよびMnを0.25%未満にすることによってそ
の効果は著しくなることがわかる。したがって、従来の
メタリックコンバーター用材料よりも、 Cr、 Al
および希土類元素添加量を増加させることなく、単に、
SiおよびMn量を低減させることにより、著しく耐高
温酸化性が改善された鋼が得られる。
次に、熱延鋼板の靭性を改善するために、靭性に及ぼす
KnおよびSiの影響について調べた。20Cr−5A
l−0. lTi−0,ILaを基本成分とし、肚およ
びSi量を変えた鋼について100kg真空溶解し、熱
間鍛造を行った後、熱間圧延した鋼について、シャルピ
ー衝撃試験を行った。その結果を図に示す。肚添加量が
少なくなると、衝撃値が高くなり、また、さらに、Si
を低減させることによって、衝撃値が著しく改善されて
いることがわかる。
以上のように、箔材料の耐高温酸化特性の点から、種々
の検討を行った結果、SiおよびMnを低減した高Al
含有フェライト系ステンレス鋼は、従来よりも、Cr、
 AI−および希土類元素添加量を増加せずとも、非常
に優れた耐高温酸化特性を有する。
また、優れた靭性を示し、従来は非常に困難であった量
産設備での製造が容易になり、なおかつ、安価な鋼の提
供が可能になったものである。
〔実施例〕
第4表に示す鋼を30kg真空溶解し、鍛造、切削。
熱延を行った後、焼鈍および冷間圧延を繰り返して、5
0μm厚の板材を製造した。この供試材について115
0℃で酸化試験を行い、異常酸化が発生した時間をあわ
せて第4表にあわせて示す。この結果より、本発明鋼は
比較鋼に対して、著しく異常酸化が発生する時間が長時
間側に移行しており、耐高温酸化特性が改善されている
ことがわかる。
また、あわせて熱延鋼板の衝撃靭性を調べた結果につい
て、第4表に示す。この結果より、比較鋼に対して、著
しく靭性が改善されていることがわかる。
〔発明の効果〕
以上の実験結果が示すように、 MnおよびSi量を低
減した本発明鋼によって、必要以上にCr、 Alおよ
び希土類元素、Y等を添加せずども非常に優れた耐高温
酸化特性を示し、靭性に優れた鋼を安価に提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
図は20Cr−5Al−0,lTi−0,ILa鋼の室
温における衝撃値に及ぼすMnおよびSlの影響につい
て示したグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、C:0.03%以下 Si:0.25%未満 Mn:0.25%未満 P:0.03%以下 S:0.001%未満 N:0.03%以下 Cr:15〜25% Al:3〜6% REM、Yもしくはアルカリ土類元素を1種または2種
    以上:0.01〜0.2% を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるフェ
    ライト系ステンレス鋼。 2、C:0.03%以下 Si:0.25%未満 Mn:0.25%未満 P:0.03%以下 S:0.001%未満 N:0.03%以下 Cr:15〜25% Al:3〜6% REM、Yもしくはアルカリ土類元素を1種または2種
    以上:0.01〜0.2% Nb、VもしくはTiを1種または2種以上:0.05
    〜1% を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるフェ
    ライト系ステンレス鋼。
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