JPH07116557B2

JPH07116557B2 - 高温特性に優れたフェライト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH07116557B2
Application number: JP63329452A
Authority: JP
Inventors: 宮崎　　淳; 龍夫川崎
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1995-12-13
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPH02175843A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、高温での耐酸化性、サグ抵抗に代表される
クリープ特性および耐粗粒化性（高温使用時に粒成長し
ないこと）等の高温特性に対する要求の強い石油燃焼機
器や自動車排気系装置などの用途に用いて好適なフェラ
イト系ステンレス鋼に関するものである。

（従来の技術）従来、耐熱・耐酸化性材料としては、フェライト系ステ
ンレス鋼が使用される場合が多い。

というのはフェ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較べて、（１）熱膨張率が低い、（２）他の部品（鋼や鋳物）に対する接合が容易、（３）繰返し加熱を受けるような環境下での耐酸化性に
優れている、（４）安価である、などの利点があるからである。

しかしながらフェライト系ステンレス鋼はオーステナイ
ト系ステンレスに較べてクリープ強さが低いためその使
用上限温度も低く、したがって現状では低熱膨張率で高
温での耐酸化性に優れているという利点を十分に活用す
るには至っていない。

例えば日本工業規格（JIS）G4305に規定のSUS430LXは耐
酸化性の良好な温度域においても、クリープ強さを評価
するサグ抵抗が劣化する傾向にあり、又粗粒化の傾向も
著しい。

（発明が解決しようとする課題）そこでこの発明は、優れた耐酸化性を維持しつつ、クリ
ープ特性および耐粗粒化性の高温特性を大幅に向上させ
ることによって、より高温域での使用に耐えるフェライ
ト系ステンレス鋼を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段）さて一般にクリープ特性を向上させるには、炭窒化物の
析出に関係するTi,Zr,Nb,CおよびＮ量を増加させればよ
いと言われている。しかしながら一般にJIS G4305の如
く、TiとNbを対等のものとして扱っているように、Ti,N
b,Zr等の差違について述べてはいない。さらにクリープ
強さの向上にＣが寄与することが、特開昭49−99023号
公報に記載されている。しかしながら、発明者らは950
℃程度の高温においては、Ti,Zr等は効果がなく、Nbで
しかクリープ特性を改善できないことを新規に見出し、
さらに、むしろＣ量の低い方がクリープ特性すなわちサ
グ抵抗が向上するという、従来の知見とは異なる現象を
見出した。かような新規な知見を元に、広範な成分の見
直しを行った結果、従来にない高温特性に優れたフェラ
イト系ステンレス鋼を完成するに至った。

すなわちこの発明は、 C:0.02wt％以下、 Si:0.7wt％以下、 Mn:0.8wt％以下、 Cr:15〜20wt％および N:0.005〜0.015wt％を含み、さらにNb:0.6超〜1.0wt％でかつNb/C50を満
足する範囲にて含有し、残部はFeおよび不可避的不純物
からなることを特徴とする高温特性に優れたフェライト
系ステンレス鋼である。

（作用）次に各成分組成範囲を限定した理由を説明する。

C:0.02wt％（以下単に％と示す）以下Ｃは溶接性を悪化させるために極力抑制する必要があ
り、その上限を0.02とした。

Si:0.7％以下 Siは耐酸化性の向上に有効であるが、0.7％を超える
と、じん性および加工性を低下させるため上限を0.7％
とした。

Mn:0.8％以下 Mnは高温強度を高める上で有効であるが、0.8％を越え
ると、耐酸化性を劣化させるため上限を0.8％とした。

Cr:15〜20％ Crは耐酸化性を付与する主要元素であるが、15％未満で
は900℃〜1000℃において特性が十分に発揮されないの
で下限を15％とした。一方20％を超えるとじん性および
加工性の劣化が激しくなるため20％を上限とした。

N:0.005〜0.015％ＮはNbと窒化物を形成し、サグ抵抗を向上させる元素
で、表１に示すように、ほぼ0.005％を境にＮ量の増加
とともにサグ抵抗性が向上しかつ結晶粒の粗大化も抑制
されるため0.005％を下限とした。一方Ｎの含有が0.015
％をこえるとNb窒化物が多量に生成して清浄度の低下を
来たし加工性が低下するため、上限は0.015％とした。

なお表１に示した実験の共試材はを満足した成分に対し、Ｎ含量を種々に変化させたもの
である。

またサグ抵抗の測定はいわゆる自重によるクリープ試験
の１種で、第３図（ａ）に示すジグ１に同図（ｂ）に示
す試験片２をかけわたし、100時間後の垂れ下がり量
（同図（ｃ）参照）を測定して、この測定値が50mm以内
の場合は良好（○）と判定した。

このサグ試験後の粒度測定は、JIS G0552切断法を用い
た。

さらに加工性の指標として行った破断伸びは、JIS 13号
引張試験片に加工した後引張試験（JIS Z2241）に供し
て、伸びが25％以上の場合は良好（○）と判定した。

Nb:0.6超〜1.0％かつNb/C50 Nbはサグ抵抗を向上するのに第１図に示すように、50×
Ｃ以上必要であり、かつ第２図に示すように、高温長時
間の加熱後の結晶粗大化を防ぐには、Nb絶対量として0.
60％を超えることが必要である。一方多量の含有は加工
性を劣化させることから上限を１％とした。なお第１図
はC,Nb量を種々に変化させた供試材に、950℃で100時間
のサグ抵抗試験を行った結果を、第２図は同様の供試材
を980℃で100時間加熱後に粒度測定を行った結果をそれ
ぞれ示す。なお図中の符号は後述の表２に対応する。

（実施例）以下実施例によりこの発明を詳細に説明する。

表２中に示した化学成分を有するフェライト系ステンレ
ス鋼を熱間圧延、焼鈍、そして冷間圧延し、1.5mm厚と
し、950℃の仕上げ焼鈍を行った後、サグ抵抗試験、繰
り返し酸化試験、サグ試験後の粒度（No）および980℃1
00時間加熱後の粒度（No）をそれぞれ調べた。その結果
を表３に示す。なお繰り返し酸化試験は30分間加熱して
15分間冷却するサイクルを500回行って、酸化増量を測
定して評価した。

比較鋼として（No.12、13）Ti入り、Zr入りでかつＣを
低めた鋼を示すが、表３からわかるようにTi,Zrを高
め、Ｃを低めてもサグ抵抗及び耐粗粒化性を向上させる
ことができないことがわかる。

表３から明らかなように、この発明に従う鋼はすべて第
１図のC,Nbの関係を満たし、950℃でのサグ抵抗および
サグ試験後の粒径の増大もほとんどなかった。

これに対して比較材No.4〜６はNbが0.5％以上であるた
め、980℃100時間加熱後の粒径の増大は少ないが、であるため、サグ抵抗は劣っていた。このようにNbのみ
で高温特性を改善することはできず、通常の概念とは逆
に、Nbによって決まるある臨界値よりＣを下げることに
よってはじめてサグ抵抗を改善され、高温での使用が可
能となる。

又、No.11はＣ0.02％、およびNb0.5を満たしているが、Ｎ＜0.005％であるた
め、第１図および表３に示した如く、サグ抵抗が劣化、
又結晶粒も粗大化する。

さらに表３に示したように、No.7.9はを満たすため、950℃でのサグ抵抗は良好であり、又980
℃100時間加熱後の粒成長も少なく良好であるが、Ｎが
0.015％を越えるため、又はNbが1.0％を越えるため、室
温での加工性（破断伸び）が低く、実用に耐えない。

（発明の効果）この発明に従いC,N,Nbおよびの成分バランスを調整することによって、サグ抵抗の大
幅改良、じん性劣化の原因となる高温長時間加熱後の粗
粒化を防ぐことができ、例えば900〜1000℃において使
用される自動車排気系装置等に好適に用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はを満たす鋼におけるＮ量と、破断伸び、サグ抵抗、サグ
試験後の粒度No.の関係を示すグラフ、第２図はNb量と980℃高温長時間加熱後の粒度No.の関係
を示すグラフ、第３図はサグ試験の説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】C:0.02wt％以下、 Si:0.7wt％以下、 Mn:0.8wt％以下、 Cr:15〜20wt％および N:0.005〜0.015wt％を含み、さらにNb:0.6超〜1.0wt％でかつNb/C50を満
足する範囲にて含有し、残部はFeおよび不可避的不純物
からなることを特徴とする高温特性に優れたフェライト
系ステンレス鋼。