JPH07207462A - Manifold converter essentially comprising high al-containing ferrite stainless steel - Google Patents
Manifold converter essentially comprising high al-containing ferrite stainless steelInfo
- Publication number
- JPH07207462A JPH07207462A JP211894A JP211894A JPH07207462A JP H07207462 A JPH07207462 A JP H07207462A JP 211894 A JP211894 A JP 211894A JP 211894 A JP211894 A JP 211894A JP H07207462 A JPH07207462 A JP H07207462A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxide layer
- weight
- rem
- based oxide
- stainless 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、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を基材とするマ
ニホルドコンバータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manifold converter based on high Al content ferritic stainless steel which is excellent in high temperature oxidation resistance.
【0002】[0002]
【従来の技術】高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呈し、ストーブのチムニー
材を始めとして暖房器具,電熱用材料等として広く使用
されている。最近では、自動車用排ガス浄化装置の触媒
コンバータ用基材としても使用されている。触媒コンバ
ータには、セラミックスを基材としたものが従来から使
用されているが、熱衝撃に弱く、熱容量が大きいことか
ら触媒反応温度域まで昇温するのに時間がかかる。これ
に対し、ステンレス鋼等でできたメタリックコンバータ
は、セラミック基質の欠点がない。メタリックコンバー
タの基材として板厚50μm程度の箔材料が使用されて
いるが、箔材料は異常酸化が発生し易く、過酷な酸化条
件である排ガス雰囲気中で使用されることから、非常に
優れた耐高温酸化特性が要求される。このような要求特
性を満足する材料として、高Cr含有フェライト系ステ
ンレス鋼が注目されており、たとえば20Cr−5Al
をベースとして希土類元素(REM),Y等を添加した
フェライト系ステンレス鋼が使用されている。2. Description of the Related Art Ferritic stainless steels with high Al content exhibit excellent high temperature oxidation resistance and are widely used as heaters, electric heating materials, etc., including chimney materials for stoves. Recently, it has also been used as a base material for a catalytic converter of an automobile exhaust gas purifying apparatus. As a catalytic converter, a ceramic-based material has been conventionally used, but it takes time to heat up to a catalytic reaction temperature range because it is weak against thermal shock and has a large heat capacity. In contrast, metallic converters made of stainless steel or the like do not have the drawbacks of ceramic substrates. A foil material with a plate thickness of about 50 μm is used as the base material of the metallic converter, but the foil material is extremely excellent in that it is likely to undergo abnormal oxidation and is used in an exhaust gas atmosphere under severe oxidizing conditions. High temperature oxidation resistance is required. As a material satisfying such required characteristics, high Cr content ferritic stainless steel has been attracting attention, for example, 20Cr-5Al.
A ferritic stainless steel to which rare earth elements (REM), Y, etc. are added is used as a base.
【0003】最近の傾向としては、地球温暖化防止,公
害防止等の観点から自動車排ガス規制に対する要求が苛
酷になってきている。そのため、エンジン始動から触媒
作用温度域まで迅速に昇温させるため、排ガス温度の上
昇,エンジンに近いマニホルド直下でのコンバータ装着
等の対策が進められている。排ガス温度は、エンジンの
高出力化に伴っても高くなっている。その結果、コンバ
ータ基材の使用環境は、ますます苛酷になってきてい
る。従来のメタリックコンバータ用鋼は、このような過
酷な使用環境では十分な耐高温酸化特性を示さず、マニ
ホルドコンバータを開発する上でネックになっている。
そこで、従来よりも更に耐高温酸化特性に優れた材料が
要望されている。As a recent trend, from the viewpoint of prevention of global warming, pollution prevention, etc., demands for automobile exhaust gas regulations have become severe. Therefore, in order to quickly raise the temperature from the engine start to the catalytic action temperature range, measures such as a rise in exhaust gas temperature and a converter installation directly below the manifold close to the engine are being taken. Exhaust gas temperature is increasing with the increase in engine output. As a result, the environment in which the converter base material is used is becoming more and more severe. Conventional steels for metallic converters do not exhibit sufficient high-temperature oxidation resistance in such a severe environment of use, which is a bottleneck in developing manifold converters.
Therefore, there is a demand for a material that is more excellent in high temperature oxidation resistance than ever before.
【0004】従来では、たとえば、板厚50μmの材料
について1150℃で96時間の酸化試験を行い、異常
酸化を起こさない鋼材が使用されていた。しかし、使用
環境が苛酷になるに伴って、1150℃で500時間以
上保持した場合でも異常酸化を起こさない非常に優れた
耐高温酸化特性がメタリックコンバータ用箔に要求され
る。高Al含有フェライト系ステンレス鋼は、Cr,A
l,REM,Y等の添加量増加に応じて耐高温酸化特性
が向上する。たとえば、特開平4−128344号公報
には、0.01〜0.5重量%のYを添加することによ
り耐高温酸化特性を高めた高Al含有フェライト系ステ
ンレス鋼が紹介されている。また、特開平4−1283
45号公報には、成分コストを可能な限り低く抑えた条
件下で耐酸化性を改善するため、0.06〜0.15重
量%のランタニド族元素Lnを添加し、且つLnとの関
係で特定された量のPを含有させることにより、熱間加
工性を改善した高Al含有フェライト系ステンレス鋼が
紹介されている。Conventionally, for example, a steel material having a plate thickness of 50 μm and subjected to an oxidation test at 1150 ° C. for 96 hours and which does not cause abnormal oxidation has been used. However, as the usage environment becomes severe, the metallic converter foil is required to have very excellent high-temperature oxidation resistance that does not cause abnormal oxidation even when it is held at 1150 ° C. for 500 hours or more. High Al content ferritic stainless steel is Cr, A
The high temperature oxidation resistance improves as the amount of 1, REM, Y, etc. added increases. For example, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 4-128344 introduces a high Al-containing ferritic stainless steel whose high temperature oxidation resistance is improved by adding 0.01 to 0.5% by weight of Y. In addition, JP-A-4-1283
In Japanese Patent Publication No. 45-45, in order to improve the oxidation resistance under the condition that the component cost is kept as low as possible, 0.06 to 0.15% by weight of the lanthanide group element Ln is added, and in relation to Ln. A high Al-containing ferritic stainless steel having improved hot workability by containing a specified amount of P has been introduced.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】REM,Y等の合金元
素は、高Al含有フェライト系ステンレス鋼の耐高温酸
化特性を改善する上で有効であるが、多量添加したとき
却って耐高温酸化特性に弊害を及ぼすこともある。ま
た、高Al含有フェライト系ステンレス鋼は、一般にス
ラブ及び熱延板の靭性が低く、製造性に劣る。そのた
め、耐高温酸化特性を向上させるためにCr及びAl含
有量を多くすると、原料コストの上昇は勿論、靭性劣化
に起因して製造性が悪くなり、製造不可能又は歩留りの
低下による著しいコストの上昇を招く。メタリックコン
バータ用基材として使用されるフェライト系ステンレス
鋼は、板厚50μm程度の箔に加工される。この箔が高
温排ガスによる繰返し加熱及び冷却のヒートサイクルに
曝されるため、加熱・変形に起因した変形が問題とな
る。この点、メタリックコンバータ用基材としての材料
には、高温強度に優れていることも要求される。特に過
酷な使用雰囲気に曝されるマニホルドコンバータにあっ
ては、要求される特性が一段と厳しくなる。本発明は、
このような問題を解消すべく案出されたもので、コンバ
ータ基材として使用される鋼の表面に形成される酸化物
層を制御することにより、従来のメタリックコンバータ
よりも著しく優れた耐高温酸化特性を示すマニホルドコ
ンバータを提供することを目的とする。Although alloying elements such as REM and Y are effective in improving the high temperature oxidation resistance of high Al content ferritic stainless steels, when added in large amounts, they rather have high temperature oxidation resistance. It may have harmful effects. In addition, ferritic stainless steels with high Al content generally have low toughness of slabs and hot-rolled sheets and are inferior in manufacturability. Therefore, if the Cr and Al contents are increased in order to improve the high temperature oxidation resistance, not only the raw material cost is increased, but also the manufacturability is deteriorated due to the deterioration of the toughness, and it is impossible to manufacture the product or the yield is significantly reduced. Cause rise. The ferritic stainless steel used as the base material for the metallic converter is processed into a foil having a plate thickness of about 50 μm. Since this foil is exposed to the heat cycle of repeated heating and cooling by high-temperature exhaust gas, deformation due to heating and deformation becomes a problem. In this respect, the material as the base material for the metallic converter is also required to have excellent high temperature strength. Especially for a manifold converter exposed to a harsh working atmosphere, the required characteristics become more severe. The present invention is
It was devised to solve such problems, and by controlling the oxide layer formed on the surface of the steel used as the converter base material, it is significantly superior to conventional metallic converters in high temperature oxidation resistance. An object is to provide a manifold converter exhibiting characteristics.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明のマニホルドコン
バータは、その目的を達成するため、Cr:15〜28
重量%及びAl:3〜8重量%を含むフェライト系ステ
ンレス鋼の表面にCr系酸化物層及びAl系酸化物層が
順次形成されており、Cr系酸化物層/Al系酸化物層
の最大厚み比が1以下,好ましくは0.3以下である高
Al含有フェライト系ステンレス鋼を基材とする。基材
となるフェライト系ステンレス鋼は、具体的にはC:
0.03重量%以下,Si:0.25重量%以下,M
n:0.3重量%以下,P:0.04重量%以下,S:
0.003重量%以下,N:0.03重量%以下,C
r:15〜28重量%,Al:3〜8重量%,Mo:
0.5〜3重量%,希土類元素(REM)及びYの1種
又は2種以上:合計で0.01〜0.15重量%を含
み、REM+Y+Mo/10=0.35〜0.1(好ま
しくは、0.35〜0.22)を満足する。このステン
レス鋼は、更にTi及び/又はVを合計で0.01〜
0.5重量%含むことができる。SUMMARY OF THE INVENTION The manifold converter of the present invention, in order to achieve its purpose, has Cr: 15-28.
A Cr-based oxide layer and an Al-based oxide layer are sequentially formed on the surface of a ferritic stainless steel containing 1% by weight and 3 to 8% by weight of Al. A base material is a high Al-containing ferritic stainless steel having a thickness ratio of 1 or less, preferably 0.3 or less. The ferritic stainless steel as the base material is specifically C:
0.03 wt% or less, Si: 0.25 wt% or less, M
n: 0.3 wt% or less, P: 0.04 wt% or less, S:
0.003% by weight or less, N: 0.03% by weight or less, C
r: 15 to 28% by weight, Al: 3 to 8% by weight, Mo:
0.5 to 3% by weight, one or more kinds of rare earth element (REM) and Y: 0.01 to 0.15% by weight in total, and REM + Y + Mo / 10 = 0.35 to 0.1 (preferably Satisfies 0.35 to 0.22). This stainless steel further contains Ti and / or V in a total amount of 0.01 to
It may be included in an amount of 0.5% by weight.
【0007】[0007]
【作用】高Al含有フェライト系ステンレス鋼の耐高温
酸化特性は、鋼材表面に形成されるAl系酸化物によっ
て付与される。このステンレス鋼にY又はREMを添加
するとき、酸化皮膜の密着性が改善されると共に、異常
酸化が抑制される。本発明者等は、非常に厳しい酸化条
件に耐える鋼材を開発するため、酸化雰囲気で1150
℃に500時間加熱したとき箔表面に形成される酸化皮
膜について調査した。Fe−Cr−Al系合金箔を高温
に加熱すると、箔表面にAl系酸化物層が形成される。
薄い板厚の合金箔では、鋼材の単位表面積当りに供給さ
れるAl量が少なく、短時間で鋼中のAlが全て表層酸
化物として消費され、鋼中のAlが無くなる。たとえ
ば、板厚50μmの箔を1150℃に加熱したとき、1
00時間以内で鋼中のAlが全て酸化された。鋼中のA
lが消費された後で更に酸化が進行すると、Al系酸化
物層と下地鋼との間にCr系酸化物層が形成される。こ
のCr系酸化物層が酸化に対し安定でない場合、局部的
に厚い塊状の酸化物が形成され、塊状酸化物を起点とし
て酸化が進行する。その結果、下地鋼のFeが酸化さ
れ、板厚方向に貫通した酸化状態に達する。The high temperature oxidation resistance of the high Al content ferritic stainless steel is provided by the Al oxide formed on the surface of the steel material. When Y or REM is added to this stainless steel, the adhesion of the oxide film is improved and abnormal oxidation is suppressed. The present inventors have developed a steel material that can withstand extremely severe oxidative conditions, so that the
The oxide film formed on the foil surface when heated to 500 ° C. for 500 hours was investigated. When the Fe-Cr-Al alloy foil is heated to a high temperature, an Al oxide layer is formed on the foil surface.
With thin alloy foils, the amount of Al supplied per unit surface area of steel is small, and all Al in the steel is consumed as surface layer oxides in a short time, and Al in the steel disappears. For example, when a 50 μm thick foil is heated to 1150 ° C.,
All Al in the steel was oxidized within 00 hours. A in steel
When the oxidation further proceeds after 1 is consumed, a Cr-based oxide layer is formed between the Al-based oxide layer and the base steel. If the Cr-based oxide layer is not stable against oxidation, a thick lumpy oxide is locally formed, and the oxidization proceeds from the lumpy oxide as a starting point. As a result, Fe of the base steel is oxidized and reaches an oxidized state that penetrates in the plate thickness direction.
【0008】この点、従来の材料は、異常酸化の抑制を
目的として、REM,Y等の添加によってAl系酸化物
の密着性及び安定性を改善していた。しかし、更に耐高
温酸化性を改善するためには、Al系酸化物の改質だけ
ではなく、Cr系酸化物の改質が必要である。本発明者
等は、このような前提に基づき調査・研究を進めた結
果、Cr系酸化物が塊状に成長していないとき、耐高温
酸化特性が向上することを見い出した。Cr系酸化物の
塊状成長は、Al系酸化物層に対するCr系酸化物層の
最大厚み比で定量的に表すことができる。最大厚み比が
1以下のとき、実質的なCr系酸化物の塊状成長がな
く、優れた耐高温酸化特性が得られる。最大厚み比が1
を超えるようになると、下地鋼とAl系酸化物層との間
にできたCr系酸化物層の随所に大きな塊状に成長した
部分がみられる。このような塊状のCr系酸化物層をも
つものでは、耐高温酸化特性が低下している。In this respect, the conventional materials have improved the adhesion and stability of the Al-based oxide by adding REM, Y, etc. for the purpose of suppressing abnormal oxidation. However, in order to further improve the high temperature oxidation resistance, not only the Al-based oxide but also the Cr-based oxide must be modified. As a result of investigations and studies based on such a premise, the present inventors have found that the high-temperature oxidation resistance is improved when the Cr-based oxide does not grow in a lump. The bulk growth of the Cr-based oxide can be quantitatively expressed by the maximum thickness ratio of the Cr-based oxide layer to the Al-based oxide layer. When the maximum thickness ratio is 1 or less, substantial Cr-based oxide bulk growth does not occur, and excellent high temperature oxidation resistance is obtained. Maximum thickness ratio is 1
When it exceeds the range, large lump-shaped portions are found everywhere in the Cr-based oxide layer formed between the base steel and the Al-based oxide layer. Those having such a lumpy Cr-based oxide layer have low high temperature oxidation resistance.
【0009】Cr系酸化物層の塊状成長は、REM,Y
とMoとの複合添加によって抑制できる。更に、Ti,
Vを添加するとき、局部的な酸化の進行が抑制される。
その結果、優れた耐高温酸化特性を示す箔が得られる。
表1に示した鋼A及びBから製造された板厚50μmの
箔を、1150℃で200時間酸化させた。鋼Aは、メ
タリックコンバータ用に使用されている従来鋼である。
鋼Bは、2重量%のMo及び微量のREMを添加した鋼
である。生成した酸化皮膜が欠落しないようにNiめっ
きを施した後、表層の断面組織を観察した。鋼Aの箔
は、図1に示すようにAl系酸化物層の下でCr系酸化
物が局部的に著しく成長していた。鋼Bの箔は、図2に
示すように薄く均一な厚みを持つCr系酸化物層がAl
系酸化物層の下に形成されており、塊状酸化物が検出さ
れなかった。The bulk growth of the Cr-based oxide layer is REM, Y
It can be suppressed by the combined addition of Mo and Mo. Furthermore, Ti,
When V is added, the local progress of oxidation is suppressed.
The result is a foil that exhibits excellent high temperature oxidation resistance.
The foils with a thickness of 50 μm produced from the steels A and B shown in Table 1 were oxidized at 1150 ° C. for 200 hours. Steel A is a conventional steel used for metallic converters.
Steel B is a steel added with 2 wt% Mo and a trace amount of REM. After Ni plating was performed so that the generated oxide film was not lost, the cross-sectional structure of the surface layer was observed. In the foil of Steel A, Cr-based oxide was significantly grown locally under the Al-based oxide layer as shown in FIG. In the steel B foil, the Cr-based oxide layer having a thin and uniform thickness is Al as shown in FIG.
It was formed under the system oxide layer, and no lumpy oxide was detected.
【0010】[0010]
【表1】 [Table 1]
【0011】鋼A及びBを改めて1150℃で酸化試験
したところ、1000時間以上の加熱後も鋼Bに異常酸
化は検出されなかった。加熱後の鋼断面を観察したとこ
ろ、Cr系酸化物層の成長がほとんどみられず、初期酸
化皮膜形成後の酸化増量の変化も極めて少なかった。他
方、鋼Aでは、加熱が230時間継続した時点で部分的
な異常酸化が始まり、その後の加熱で試験片全体にわた
って異常酸化が進行した。加熱された鋼の断面を観察し
たところ、Cr系酸化物層が塊状に板厚方向に沿って成
長した部分を起点として異常酸化が発生していた。鋼A
及びBの酸化試験結果から、異常酸化の発生原因は、A
l系酸化物層の下に形成されるCr系酸化物の塊状化に
あるといえる。また、Cr系酸化物の塊状化は、Moと
共にREM及び/又はYを複合添加することにより抑制
される。その結果、耐高温酸化特性が著しく改善された
鋼材が得られる。When the steels A and B were again subjected to an oxidation test at 1150 ° C., abnormal oxidation was not detected in the steel B even after heating for 1000 hours or longer. When the steel cross section after heating was observed, almost no growth of the Cr-based oxide layer was observed, and the change in the amount of oxidation increase after the initial oxide film formation was extremely small. On the other hand, in Steel A, partial abnormal oxidation started at the time when heating continued for 230 hours, and abnormal oxidation proceeded over the entire test piece by subsequent heating. When the cross section of the heated steel was observed, abnormal oxidation had occurred starting from the portion where the Cr-based oxide layer was massively grown along the plate thickness direction. Steel A
From the results of the oxidation test of B and B, the cause of the abnormal oxidation is A
It can be said that the Cr-based oxide formed under the l-based oxide layer is agglomerated. Further, the agglomeration of the Cr-based oxide is suppressed by adding REM and / or Y together with Mo. As a result, a steel material having significantly improved high-temperature oxidation resistance can be obtained.
【0012】そこで、20Cr−5Al−REM,Yを
基本組成とする種々の鋼箔を1150℃に200時間保
持した後、表層の断面組織を観察し、Al系酸化物層及
びCr系酸化物層の厚みを調査した。調査結果は、Al
系酸化物層に対するCr系酸化物層の最大厚み比が1以
下のとき、Cr系酸化物層が塊状化していないことを示
した。Al系酸化物層に対するCr系酸化物層の最大厚
み比は、REM+Y+Mo/10に影響され、図3に示
すようにREM+Y+Mo/10≧0.1のとき最大厚
み比が1以下になることが判った。この知見に基づき、
表2に示す鋼から板厚50μmの箔材料を作成し、11
50℃の酸化試験に供した。表2に掲げた鋼は、何れも
REM+Y+Mo/10≧0.1を満足しており、11
50℃に500時間以上加熱しても異常酸化を起こさな
かった。特に、REM+Y+Mo/10≧0.22の鋼
E及びFは、1000時間を超える加熱でも異常酸化を
発生しなかった。しかし、REM+Y+Mo/10の値
が大きくなるに従って鋼材の靭性が低下し、製造が困難
になることから、REM+Y+Mo/10の上限を0.
35とすることが好ましい。Then, after holding various steel foils having a basic composition of 20Cr-5Al-REM, Y at 1150 ° C. for 200 hours, the cross-sectional structure of the surface layer was observed and the Al-based oxide layer and the Cr-based oxide layer were observed. Was investigated. The survey result is Al
When the maximum thickness ratio of the Cr-based oxide layer to the system-based oxide layer was 1 or less, it was shown that the Cr-based oxide layer was not agglomerated. It was found that the maximum thickness ratio of the Cr-based oxide layer to the Al-based oxide layer was affected by REM + Y + Mo / 10, and as shown in FIG. 3, the maximum thickness ratio was 1 or less when REM + Y + Mo / 10 ≧ 0.1. It was Based on this knowledge,
A foil material having a plate thickness of 50 μm was prepared from the steel shown in Table 2 and
It was subjected to an oxidation test at 50 ° C. The steels listed in Table 2 all satisfy REM + Y + Mo / 10 ≧ 0.1, and
Abnormal oxidation did not occur even when heated to 50 ° C. for 500 hours or more. In particular, the steels E and F of REM + Y + Mo / 10 ≧ 0.22 did not cause abnormal oxidation even when heated for over 1000 hours. However, as the value of REM + Y + Mo / 10 increases, the toughness of the steel material decreases, making manufacturing difficult. Therefore, the upper limit of REM + Y + Mo / 10 is set to 0.
It is preferably 35.
【0013】[0013]
【表2】 [Table 2]
【0014】REM及び/又はYと共にMoを、更にT
i,Vを複合添加することによって異常酸化が抑制され
る理由は明確でない。しかし、Cr系酸化物中に固溶し
たMo等によって酸素の内方拡散が抑制され、酸化がほ
とんど進行しないことによるものと推察される。実際、
REM,Y,Mo等を複合添加した鋼を高温に保持した
とき、初期の酸化皮膜が形成した後では酸化増量の経時
変化が著しく小さくなっている。このことは、酸化皮膜
中の酸素が内方に拡散する速度が非常に小さいことを示
す。Mo together with REM and / or Y, and further T
The reason why abnormal oxidation is suppressed by the combined addition of i and V is not clear. However, it is presumed that the inward diffusion of oxygen is suppressed by Mo and the like which are solid-dissolved in the Cr-based oxide, and the oxidation hardly progresses. In fact
When the steel to which REM, Y, Mo, etc. are added in combination is kept at a high temperature, the change with time in the increase in oxidation amount becomes significantly small after the initial oxide film is formed. This means that the inward diffusion rate of oxygen in the oxide film is very small.
【0015】以下、基材として使用するフェライト系ス
テンレス鋼に含まれる合金成分,含有量等を説明する。 C:0.03重量%以下 C含有量の増加に従って、異常酸化が発生し易くなり、
耐高温酸化特性が劣化する。また、高Al含有フェライ
ト系ステンレス鋼においては、C含有量の増加によりス
ラブ又はホットコイルの靭性が劣化する。したがって、
本発明においては、C含有量の上限を0.03重量%に
規定した。 Si:0.25重量%以下 通常のステンレス鋼では、耐高温酸化特性を改善するた
めに有効な元素として扱われており、耐高温酸化用ステ
ンレス鋼に積極的に添加されていた。しかし、高Al含
有フェライト系ステンレス鋼では、Si含有量が少ない
ほど耐高温酸化特性が良くなり、異常酸化が発生しにく
くなる。したがって、本発明においては、Si含有量の
上限を0.25重量%に規定した。The alloy components and contents contained in the ferritic stainless steel used as the substrate will be described below. C: 0.03 wt% or less As the C content increases, abnormal oxidation easily occurs,
High temperature oxidation resistance deteriorates. Further, in the high Al content ferritic stainless steel, the toughness of the slab or the hot coil deteriorates due to the increase of the C content. Therefore,
In the present invention, the upper limit of the C content is specified to be 0.03% by weight. Si: 0.25 wt% or less Ordinary stainless steel is treated as an element effective for improving the high temperature oxidation resistance, and has been positively added to the high temperature oxidation resistant stainless steel. However, in a high Al content ferritic stainless steel, the higher the Si content, the better the high temperature oxidation resistance and the less likely abnormal oxidation will occur. Therefore, in the present invention, the upper limit of the Si content is defined as 0.25% by weight.
【0016】Mn:0.3重量%以下 熱間加工性を改善する元素であるが、耐高温酸化特性に
悪影響を及ぼす。Mn含有量の低減により、耐高温酸化
特性が改善され、異常酸化が発生しにくくなる。靭性
も、Mn含有量が低いほど改善される。しかし、Mn
は、原料スクラップから混入するため、低くコントロー
ルすることが困難である。したがって、本発明では、M
n含有量の上限を0.3重量%とした。 P:0.04重量%以下 耐高温酸化特性に悪影響を及ぼすため、低い含有量ほど
好ましい。また、熱延板の靭性に悪影響を及ぼすことか
ら、P含有量の上限を0.04重量%に規定した。 S:0.003重量%以下 REM,Y等と結合し、介在物となって鋼の表面性状を
劣化させるばかりでなく、耐高温酸化特性に効果がある
REM,Y等の有効量を減少させる。この弊害は、S含
有量が0.003重量%を超えるとき顕著になる。した
がって、本発明においては、S含有量を0.03重量%
以下,好ましくは0.002重量%以下にした。Mn: 0.3% by weight or less It is an element that improves hot workability, but adversely affects the high temperature oxidation resistance. By reducing the Mn content, the high temperature oxidation resistance is improved and abnormal oxidation is less likely to occur. The toughness also improves as the Mn content decreases. However, Mn
Is mixed from raw material scraps, so it is difficult to control it low. Therefore, in the present invention, M
The upper limit of the n content is set to 0.3% by weight. P: 0.04% by weight or less Since it adversely affects the high temperature oxidation resistance, a lower content is preferable. Further, since it adversely affects the toughness of the hot rolled sheet, the upper limit of the P content is specified to be 0.04% by weight. S: 0.003 wt% or less Combined with REM, Y, etc. to form inclusions and deteriorate the surface properties of steel, as well as reduce the effective amount of REM, Y, etc. which has an effect on high temperature oxidation resistance. . This adverse effect becomes remarkable when the S content exceeds 0.003% by weight. Therefore, in the present invention, the S content is 0.03% by weight.
Hereafter, it is preferably 0.002% by weight or less.
【0017】N:0.03重量%以下 靭性を低下させ、異常酸化の起点となるAlNを形成す
る有害元素である。したがって、N含有量は、上限を
0.03重量%とした。 Cr:15〜28重量% 耐高温酸化特性を改善するために必要な基本元素であ
り、その効果を発揮させる上でCr含有量を15重量%
以上にすることが必要である。しかし、28重量%を超
えて多量のCrが含まれると、スラブ及びホットコイル
の靭性が劣化し、製造性が悪くなる。 Al:3〜8重量% Crと同様に、鋼の耐高温酸化特性を維持するために不
可欠な合金元素である。Alの含有により、鋼表面にA
l系酸化物層が形成され、優れた耐高温酸化特性が付与
される。特に、板厚が100μm以下のような箔材料で
は、異常酸化が発生し易い。十分なAl系酸化物を成長
させるためには、3重量%以上のAl含有量が必要であ
る。しかし、Al含有量が8重量%を超えると、スラブ
及びホットコイルの靭性が低下し、量産が困難になる。N: 0.03% by weight or less It is a harmful element which forms AlN which lowers toughness and becomes a starting point of abnormal oxidation. Therefore, the upper limit of the N content is 0.03% by weight. Cr: 15 to 28% by weight It is a basic element necessary for improving the high temperature oxidation resistance, and in order to exert its effect, the Cr content is 15% by weight.
It is necessary to do above. However, if a large amount of Cr is contained in excess of 28% by weight, the toughness of the slab and the hot coil deteriorates and the manufacturability deteriorates. Al: 3 to 8 wt% Like Cr, it is an essential alloying element for maintaining the high temperature oxidation resistance of steel. Due to the inclusion of Al, A on the steel surface
An l-type oxide layer is formed, and excellent high temperature oxidation resistance is imparted. In particular, with a foil material having a plate thickness of 100 μm or less, abnormal oxidation is likely to occur. In order to grow a sufficient Al-based oxide, an Al content of 3% by weight or more is necessary. However, when the Al content exceeds 8% by weight, the toughness of the slab and the hot coil deteriorates, and mass production becomes difficult.
【0018】Mo:0.5〜3重量% Moは、揮発性の高い酸化物を形成し易いことから、鋼
の耐高温酸化特性を劣化させる有害元素として扱われて
きた。しかし、本発明で使用する鋼においては、Mo添
加によってCr系酸化物の安定性が向上し、塊状酸化物
の生成が抑制される。その結果、耐高温酸化特性が著し
く改善される。Mo添加は、高温強度の改善にも有効で
ある。このような効果は、0.5重量%以上のMo含有
量で顕著になる。しかし、3重量%を超える多量のMo
が含有されると、鋼の靭性が劣化し、製造性が悪くな
る。 REM及びYの1種又は2種以上:合計で0.01〜
0.15重量% Fe−Cr−Al系合金の耐高温酸化特性を改善する上
で、重要な合金元素である。La,Ce,Nd等のRE
M及びYは、高Alフェライト系ステンレス鋼の表面に
形成される酸化皮膜の安定性を著しく改善し、箔材料に
発生し易い異常酸化を抑制する。REM及びYは、酸化
皮膜の密着性を良好にする作用も呈する。このような効
果を得るためには、REM及びYの1種又は2種以上を
合計で0.01重量%以上を含ませることが必要であ
る。逆に、0.15重量%を超える多量のREM及び/
又はYを添加すると、熱間加工性及び靭性が著しく劣化
し、製造が困難になる。多量に添加されたREM,Y
は、異常酸化の起点となる介在物を生成し、却って耐高
温酸化特性を劣化させる。Mo: 0.5 to 3 wt% Mo has been treated as a harmful element that deteriorates the high temperature oxidation resistance of steel because it easily forms a highly volatile oxide. However, in the steel used in the present invention, the addition of Mo improves the stability of the Cr-based oxide and suppresses the formation of massive oxides. As a result, the high temperature oxidation resistance is significantly improved. The addition of Mo is also effective in improving the high temperature strength. Such an effect becomes remarkable when the Mo content is 0.5% by weight or more. However, a large amount of Mo exceeding 3% by weight
If it contains, the toughness of the steel deteriorates and the manufacturability deteriorates. One or more of REM and Y: 0.01 to a total of
0.15 wt% It is an important alloying element for improving the high temperature oxidation resistance of the Fe-Cr-Al alloy. RE such as La, Ce, Nd
M and Y remarkably improve the stability of the oxide film formed on the surface of the high Al ferritic stainless steel, and suppress abnormal oxidation that easily occurs in the foil material. REM and Y also have the effect of improving the adhesion of the oxide film. In order to obtain such an effect, it is necessary to contain one or more of REM and Y in a total amount of 0.01% by weight or more. On the contrary, a large amount of REM exceeding 0.15% by weight and / or
Alternatively, when Y is added, the hot workability and the toughness are significantly deteriorated and the production becomes difficult. REM and Y added in large amounts
Generates an inclusion that becomes the starting point of abnormal oxidation, and rather deteriorates the high temperature oxidation resistance.
【0019】 REM+Y+Mo/10:0.35〜0.1重量% Al系酸化物層に対するCr系酸化物層の最大厚み比に
影響を与えるファクターである。本発明者等の調査・研
究によるとき、REM+Y+Mo/10が0.1重量%
以上,好ましくは0.22重量%以上であれば、Cr系
酸化物層/Al系酸化物層の最大厚み比が1以下にな
り、Cr系酸化物層の塊状化が防止される。しかし、R
EM+Y+Mo/10が0.35重量%を超えるように
なると、靭性の低下に起因して製造性が悪くなる。 Ti及び/又はV:合計で0.01〜0.5重量% マニホルドコンバータとして使用される箔材料は、酸化
性雰囲気下で冷熱サイクルを繰返し受ける。すなわち、
箔表面に生成した酸化皮膜が剥離し易い環境で使用され
る。酸化皮膜の密着性はREM,Y等の添加によって改
善されるものの、多量添加は原料コストの上昇を招く。
この点、Ti及び/又はVを添加するとき、REM,Y
等を多量に添加しなくても非常に優れた密着性を持つ酸
化皮膜が得られ、異常酸化が発生しなくなる。このよう
な効果を得るためには、合計で0.01重量%以上のT
i及び/又はVを含有させる。Ti及び/又はVを添加
する場合、その含有量の上昇に従って鋼材が硬質化する
ことから、含有量の上限を0.5重量%に規制する。REM + Y + Mo / 10: 0.35-0.1 wt% This is a factor that affects the maximum thickness ratio of the Cr-based oxide layer to the Al-based oxide layer. According to the investigation and research by the present inventors, REM + Y + Mo / 10 is 0.1% by weight.
As described above, if it is preferably 0.22% by weight or more, the maximum thickness ratio of Cr-based oxide layer / Al-based oxide layer becomes 1 or less, and the agglomeration of the Cr-based oxide layer is prevented. But R
When EM + Y + Mo / 10 exceeds 0.35% by weight, the manufacturability deteriorates due to the decrease in toughness. Ti and / or V: 0.01 to 0.5 wt% in total The foil material used as the manifold converter is repeatedly subjected to a thermal cycle under an oxidizing atmosphere. That is,
Used in an environment where the oxide film formed on the foil surface is easy to peel off. Although the adhesion of the oxide film is improved by adding REM, Y, etc., addition of a large amount causes an increase in raw material cost.
At this point, when adding Ti and / or V, REM, Y
Even if a large amount of etc. is not added, an oxide film with excellent adhesion can be obtained, and abnormal oxidation will not occur. In order to obtain such effects, 0.01% by weight or more of T is added in total.
i and / or V is contained. When Ti and / or V is added, the steel material hardens as its content increases, so the upper limit of the content is limited to 0.5% by weight.
【0020】[0020]
【実施例】表3及び表4に示す各種鋼を真空溶解し、鍛
造,切削及び熱延した後、焼鈍及び冷間圧延を繰返し、
板厚50μmの箔材を製造した。この箔材料から切り出
された試験片を1150℃の酸化試験に供し、異常酸化
が発生した時間を測定した。試験結果を、表3及び表4
に併せ示す。EXAMPLES Various steels shown in Tables 3 and 4 were vacuum melted, forged, cut and hot rolled, and then annealed and cold rolled repeatedly,
A foil material having a plate thickness of 50 μm was manufactured. The test piece cut out from this foil material was subjected to an oxidation test at 1150 ° C., and the time at which abnormal oxidation occurred was measured. The test results are shown in Table 3 and Table 4.
Also shown in.
【0021】[0021]
【表3】 [Table 3]
【0022】[0022]
【表4】 [Table 4]
【0023】表3から明らかなように、本発明鋼では、
何れも異常酸化が起きるのは500時間以上経過した後
であり、非常に優れた耐高温酸化特性を示した。したが
って、1150℃で500時間以上保持しても異常酸化
を起こさないというマニホルドコンバータ用材料として
要求される目標特性を満足している。特に、REM+Y
+Mo/10≧0.22でCr酸化物層/Al酸化物層
の最大厚み比が0.3以下のNo.3,5〜11は、11
50℃で1000時間を超える長時間保持した場合で
も、異常酸化が発生しない極めて優れた特性を示した。
これに対し、比較鋼は、表4に示すように何れも500
時間以内に異常酸化が発生しており、目標特性を満足し
なかった。たとえば、Moを含んでいないNo.12〜1
4は、短時間で異常酸化が発生した。Mo,V及びRE
Mを含むもののREM+Y+Mo/10が0.1%未満
であるNo.15,Al含有量が少ないNo.16及びY,
REMが添加されていないNo.17は、本発明鋼と比較
して耐高温酸化特性が劣っている。それぞれの鋼を11
50℃で200時間加熱酸化したときに生成した酸化皮
膜を構造回折し、Cr系酸化物層/Al系酸化物層の最
大厚み比を求めた。本発明鋼では、表3に示されている
ように何れも最大厚み比が1以下で、均一な薄いCr系
酸化物層が形成されていた。比較鋼は、表4に示すよう
に最大厚み比が1以上になっており、Cr系酸化物層に
局部的な塊状成長が検出された。また、200時間以内
に異常酸化が発生したNo.12,13及び17の鋼箔で
は、板厚を貫通する酸化が生じていたため、最大厚み比
の測定ができなかった。As is clear from Table 3, in the steel of the present invention,
In all cases, abnormal oxidation occurred after 500 hours or more, and exhibited extremely excellent high temperature oxidation resistance. Therefore, the target characteristic required as a material for a manifold converter that abnormal oxidation does not occur even if kept at 1150 ° C. for 500 hours or more is satisfied. Especially REM + Y
+ Mo / 10 ≧ 0.22 and the maximum thickness ratio of Cr oxide layer / Al oxide layer is 0.3 or less No. 3, 5 to 11,
Even when it was kept at 50 ° C. for a long time of more than 1000 hours, it exhibited extremely excellent characteristics without abnormal oxidation.
On the other hand, the comparative steels are all 500% as shown in Table 4.
Abnormal oxidation occurred within the time, and the target characteristics were not satisfied. For example, No. 12 to 1 containing no Mo
In No. 4, abnormal oxidation occurred in a short time. Mo, V and RE
No. 15, which contains M but has REM + Y + Mo / 10 of less than 0.1%, No. 16 and Y having a small Al content,
No. 17 to which REM was not added was inferior in high temperature oxidation resistance to the steel of the present invention. 11 for each steel
The oxide film formed when heated and oxidized at 50 ° C. for 200 hours was subjected to structural diffraction to determine the maximum thickness ratio of Cr-based oxide layer / Al-based oxide layer. In the steels of the present invention, as shown in Table 3, all had a maximum thickness ratio of 1 or less, and a uniform thin Cr-based oxide layer was formed. As shown in Table 4, the comparative steel had a maximum thickness ratio of 1 or more, and localized lump growth was detected in the Cr-based oxide layer. In addition, in the steel foils Nos. 12, 13 and 17 in which abnormal oxidation occurred within 200 hours, the maximum thickness ratio could not be measured because the oxidation occurred through the plate thickness.
【0024】[0024]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のマニホ
ルドコンバータは、Cr系酸化物層/Al系酸化物層の
最大厚み比が1以下となる高Al,Mo含有フェライト
系ステンレス鋼を基材とすることにより、1150℃で
500時間以上の加熱に曝されても異常酸化が発生する
ことがない優れた耐高温酸化特性を呈する。そのため、
極めて過酷な酸化条件下でも、長期間にわたって安定し
た性能を呈するコンバータとして使用される。As described above, the manifold converter of the present invention is based on the high Al, Mo-containing ferritic stainless steel in which the maximum thickness ratio of Cr-based oxide layer / Al-based oxide layer is 1 or less. When used as a material, the material exhibits excellent high-temperature oxidation resistance in which abnormal oxidation does not occur even when exposed to heating at 1150 ° C. for 500 hours or more. for that reason,
Used as a converter that exhibits stable performance over a long period of time even under extremely severe oxidizing conditions.
【図1】 一部が塊状に成長したCr系酸化物層をもつ
鋼材の表層断面FIG. 1 Surface layer cross-section of a steel material having a Cr-based oxide layer partially grown in a block
【図2】 本発明に従ってCr系酸化物層の塊状成長を
押さえた鋼材の表層断面FIG. 2 is a surface layer cross-section of a steel material in which massive growth of a Cr-based oxide layer is suppressed according to the present invention.
【図3】 Cr系酸化物層/Al系酸化物層の最大厚み
比に与えるREM+Y+Mo/10の影響FIG. 3 Influence of REM + Y + Mo / 10 on the maximum thickness ratio of Cr-based oxide layer / Al-based oxide layer
Claims (4)
8重量%を含むフェライト系ステンレス鋼の表面にCr
系酸化物層及びAl系酸化物層が順次形成されており、
Cr系酸化物層/Al系酸化物層の最大厚み比が1以下
である高Al含有フェライト系ステンレス鋼を基材とす
るマニホルドコンバータ。1. Cr: 15 to 28% by weight and Al: 3 to
Cr on the surface of ferritic stainless steel containing 8% by weight
An oxide-based layer and an Al-based oxide layer are sequentially formed,
A manifold converter based on a high Al content ferritic stainless steel having a maximum thickness ratio of Cr-based oxide layer / Al-based oxide layer of 1 or less.
5重量%以下,Mn:0.3重量%以下,P:0.04
重量%以下,S:0.003重量%以下,N:0.03
重量%以下,Cr:15〜28重量%,Al:3〜8重
量%,Mo:0.5〜3重量%,希土類元素(REM)
及びYの1種又は2種以上:合計で0.01〜0.15
重量%を含み、REM+Y+Mo/10=0.35〜
0.1を満足するフェライト系ステンレス鋼を基材とす
る請求項1記載のマニホルドコンバータ。2. C: 0.03 wt% or less, Si: 0.2
5 wt% or less, Mn: 0.3 wt% or less, P: 0.04
Wt% or less, S: 0.003 wt% or less, N: 0.03
Weight% or less, Cr: 15 to 28% by weight, Al: 3 to 8% by weight, Mo: 0.5 to 3% by weight, rare earth element (REM)
And one or more of Y: 0.01 to 0.15 in total
Including wt%, REM + Y + Mo / 10 = 0.35-
The manifold converter according to claim 1, wherein a ferritic stainless steel satisfying 0.1 is used as a base material.
〜0.5重量%含む請求項2記載のフェライト系ステン
レス鋼を基材とするマニホルドコンバータ。3. Further, the total content of Ti and / or V is 0.01.
A manifold converter based on ferritic stainless steel according to claim 2, wherein the manifold converter contains 0.5 to 0.5% by weight.
0.22で、Cr系酸化物層/Al系酸化物層の最大厚
み比が0.3以下である請求項1〜3の何れかに記載の
高Al含有フェライト系ステンレス鋼を基材とするマニ
ホルドコンバータ。4. REM + Y + Mo / 10 = 0.35
The high Al-containing ferritic stainless steel according to any one of claims 1 to 3, which has a maximum thickness ratio of 0.22 and a Cr-based oxide layer / Al-based oxide layer of 0.3 or less. Manifold converter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00211894A JP3301845B2 (en) | 1994-01-13 | 1994-01-13 | Manifold converter based on high Al content ferritic stainless steel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00211894A JP3301845B2 (en) | 1994-01-13 | 1994-01-13 | Manifold converter based on high Al content ferritic stainless steel |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07207462A true JPH07207462A (en) | 1995-08-08 |
JP3301845B2 JP3301845B2 (en) | 2002-07-15 |
Family
ID=11520442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP00211894A Expired - Fee Related JP3301845B2 (en) | 1994-01-13 | 1994-01-13 | Manifold converter based on high Al content ferritic stainless steel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3301845B2 (en) |
-
1994
- 1994-01-13 JP JP00211894A patent/JP3301845B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3301845B2 (en) | 2002-07-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5286442A (en) | High-aluminum-containing ferritic stainless steel having improved high-temperature oxidation resistance | |
EP2554700B1 (en) | Stainless steel foil and catalyst carrier for exhaust gas purification device using the foil | |
JP3247162B2 (en) | Fe-Cr-Al-based alloy excellent in oxidation resistance and foil thereof | |
EP0625585B1 (en) | Fe-Cr-Al alloy foil having high oxidation resistance for a substrate of a catalytic converter and method of manufacturing same | |
JP3200160B2 (en) | Fe-Cr-Al alloy excellent in oxidation resistance and high-temperature embrittlement resistance, catalyst carrier using the same, and method for producing alloy foil | |
JP3335647B2 (en) | Fe-Cr-Al alloy excellent in durability and catalyst carrier using the same | |
EP0480461B1 (en) | Aluminum-containing ferritic stainless steel having excellent high temperature oxidation resistance and toughness | |
JPH0672287B2 (en) | Heat-resistant ferritic stainless steel foil with excellent acid resistance in combustion exhaust gas | |
JP2002507249A (en) | Ferritic stainless steel and its use as a substrate for catalytic converters | |
JPH1088285A (en) | Molybdenum-containing ferritic stainless steel excellent in oxide scale peeling resistance | |
JPH07207462A (en) | Manifold converter essentially comprising high al-containing ferrite stainless steel | |
JPH07252608A (en) | Ferritic stainless steel alloy amenable to hot working | |
JP4259151B2 (en) | Heat resistant material | |
JP3351837B2 (en) | Al-containing ferritic stainless steel with excellent manufacturability and high-temperature oxidation resistance | |
JP3491334B2 (en) | Fe-Cr-Al alloy for catalytic converter carrier excellent in oxidation resistance and method for producing alloy foil using the same | |
JPH07113118A (en) | Production of fe-cr-al alloy foil excellent in oxidation resistance | |
JPH0953156A (en) | Iron-chrome-alum. alloy foil for electrothermal catalyst | |
JP2002105606A (en) | Fe-Cr-Al BASED ALLOY | |
JPH0835043A (en) | Hot-workable ferritic stainless steel alloy | |
JP3351836B2 (en) | High Al content ferritic stainless steel with excellent high temperature oxidation resistance | |
JPH04147944A (en) | High al-containing ferritic stainless steel excellent in high temperature oxidation resistance | |
JP4222217B2 (en) | Steel material for exhaust gas purification systems with excellent deformation resistance. | |
JPH06220587A (en) | Fe-cr-al alloy excellent in oxidation resistance and minimal in electric resistance reduction rate | |
JPH06248395A (en) | Ferritic stainless steel for automotive catalytic carrier excellent in oxidation resistance | |
JP2571895B2 (en) | Ferritic stainless steel with excellent oxidation resistance, toughness and hot workability |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020409 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080426 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090426 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090426 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100426 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100426 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110426 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |