JPH09118961A - 加工性および耐熱性に優れたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

加工性および耐熱性に優れたフェライト系ステンレス鋼

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JPH09118961A
JPH09118961A JP27459795A JP27459795A JPH09118961A JP H09118961 A JPH09118961 A JP H09118961A JP 27459795 A JP27459795 A JP 27459795A JP 27459795 A JP27459795 A JP 27459795A JP H09118961 A JPH09118961 A JP H09118961A
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JP
Japan
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high temperature
workability
stainless steel
steel
ferritic stainless
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JP27459795A
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English (en)
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Nobuhiro Fujita
展弘 藤田
Tetsuya Shimada
鉄也 島田
Akio Yamamoto
章夫 山本
Yukihiro Kure
幸弘 久禮
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、自動車排気系用等の材料として、
加工性および耐熱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する。 【解決手段】 C:0.0030%以下、N:0.00
50%以下、Nb:3×93/12×C+93/14×
N〜1.0%とし、最終焼鈍後にNb炭化物としてFe
3 Nb3 Cを形成することによって、高温使用に伴う高
温強度の低下抑制および加工性向上の両立が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車排気系等の
材料として用いられる、加工性および耐熱性に優れたフ
ェライト系ステンレス鋼および該鋼から製造された自動
車排気系部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車の燃費向上および高出力化に伴
い、排気ガス温度は900℃にまで達しており、今後さ
らに上昇すると言われている。このような背景から、自
動車排気系材料には、さらなる耐熱性向上およびそれが
適用される部品をコンパクトにするための加工性の向上
が求められている。
【0003】従来、自動車排気系材料には、SUH40
9,SUS430J1LやSUS436L等が用いられ
ている。成形加工性向上の観点から、製造工程において
熱延板焼鈍を施すことや、冷間圧延にて圧下率を高くす
る等の手法が用いられている。例えば、特開平3−26
4652号公報に記載の発明には熱延板焼鈍を施すこと
を条件としている。
【0004】このように、加工性を改善させるために
は、熱延板を焼鈍しさらに冷延圧下率を高めることが重
要な条件として取り上げられている。しかし、これらは
経済的に不利であるとともに、自動車排気系材料は薄板
の中でも比較的厚物が多く、板厚にして1.0〜2.0
mmがよく使用され、冷延での高圧下率はとりにくいのが
現状である。さらに、耐熱性、特に高温強度に関して
は、TiやNbの析出物の形態が大きく影響する。従っ
て、熱履歴が多岐に渡ることや複雑になることは析出物
制御の観点から望ましいことではない。また、自動車は
長期間(〜約10年)に渡り使用されるため、長時間使
用に伴う材質劣化(高温強度の低下)について充分考慮
されるべきである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】高温材料の成分設計を
行う上で、従来は強化元素を多量に添加し、高温強度の
向上を図ることが行われていた。しかし、一方でこれは
製造性を劣化させ、コストの高騰を招く原因となってい
た。さらに、高温長時間強の向上を短時間側の強度向上
で捕捉すると言う考え方からの合金の多量添加であり、
効率的な材料設計と言えるものではない。このように、
従来技術には、高温長時間使用と成形加工性を充分考慮
した材料設計が行われていない。
【0006】そこで本発明では、初期の析出物を制御す
ることで高温長時間使用での耐熱性の確保および部品を
コンパクトにするための加工性の向上の両立を図るもの
である。すなわち、通常の焼鈍条件で初期のNb析出物
をFe3 Nb3 CやFe2 Nbとすることで材料が長時
間使用されても、充分な高温特性を確保できること、お
よびこれら析出物をより微細にすることで部品加工時の
加工性を阻害しないこと同時に確保した耐熱性および加
工性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では、特にNbの
炭化物の形態を制御することで、高温長時間使用に伴う
高温強度の低下抑制および加工性の確保を図った。ま
ず、常温での延性を35%程度以上に高めることに着目
した。これまで、TiおよびNbを単独または複合添加
し、CおよびNを固着することで加工性を向上させてき
た。その場合、TiおよびNbの添加量を、C+N量に
対して過剰になるように下限を制限していたものの、M
C型およびMN型の炭窒化物のみを念頭においていた。
この従来からの考え方では、飛躍的な延性の向上を図る
ことができない。
【0008】Nb添加鋼では、MC型の炭化物NbCを
形成する場合よりもM6 C型の炭化物Fe3 Nb3 Cを
形成する場合やこれらに加えてFe2 Nbが析出する場
合に高延性であることを見いだした。また、発明者ら
は、既に高温強度の向上に固溶Nbが有効であること、
高温使用時にはNbCが粗大なM6 C型の炭化物に変化
することにより高温強化元素である固溶Nbが消費さ
れ、高温強度が低下することを明らかにしている。この
ことを考え合わせると、焼鈍直後からNb炭化物をM6
C型やFe2 Nbとしておくことは、高温長時間使用に
伴う高温強度の低下抑制の観点からも有効である。
【0009】一方、Nb添加のフェライト系ステンレス
鋼での析出に関しては中村ら(材料とプロセスvol.4
(1991))や宮崎ら(材料とプロセスvol.4(19
91))がその存在を、C量が100ppm 程度と本発明
請求範囲よりも3倍以上高い場合に確認している。この
場合、Nb炭化物は比較的大きいサイズであることに加
え、析出形態と延性や時効後の強度低下についての言及
がない。
【0010】本発明者らは、析出形態と延性や時効後の
強度低下を念頭に、焼鈍直後からM6 C型のNb炭化物
やFe2 Nbをより微細に生成させる条件として、C:
0.0030%以下、Nb:(3×93/12×C+9
3/14×N)%〜1.0%を見い出し、高温長時間使
用に伴う高温強度の低下抑制と加工性の向上を同時に達
成するものとした。
【0011】すなわち、本発明の要旨は、重量%でC
:0.0030%以下、 N :0.0050%以
下、Si:0.05〜2.0%、 Mn:0.1〜
2.0%、Cr:10〜22%、Nb:(3×93/1
2×C+93/14×N)%〜1.0%を含有し、残部
がFeおよび不可避不純物から成る鋼において、最終焼
鈍後に形成されたNb析出物として、Fe3 Nb3 Cを
有する加工性および耐熱性に優れたフェライト系ステン
レス鋼にある。
【0012】上記本発明鋼には、必要に応じて、重量%
でTi:(48×(N/14))%〜0.5%、Al:
(27×(N/14))%〜0.020%の1種または
2種を、あるいはさらに必要に応じて重量%でMo:
0.1〜2.0%またはW:0.1〜2.0%の1種ま
たは2種を添加することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
C:Cは成形加工性を劣化させるとともに、Tiおよび
Nbとの親和力が強く高温強度を低下させる。従って、
高温長時間使用に伴う高温強度の低下抑制と加工性とを
両立させる観点から、焼鈍直後にM6 C型の炭化物とし
て析出させることが特に有効である。このため、0.0
030%以下とし、Nb量もこれと併せて(3×93/
12×C+93/14×N)%以上とした。
【0014】N:C同様、成形加工性を劣化させ、Ti
およびNbとの親和力が強く高温強度を低下させる。従
って、低いことが望ましく、0.0050%以下とし
た。 Si:脱酸元素であり、耐酸化性確保のため0.05%
以上とした。また、2.0%以上の添加は、著しく硬化
するため、これを上限とした。 Mn:脱酸元素であるため0.1%以上とした。一方、
耐酸化性を劣化させ、オーステナイトフォーマーでもあ
るためマルテンサイト生成を抑制させる観点から上限を
2.0%とした。
【0015】Cr:ステンレス鋼の基本性能である耐食
性を確保するとともに、自動車の排気ガス温度の高温化
に対応可能な耐酸化性を確保するために少なくとも70
0℃における耐酸化性を確保するために10%以上と
し、22%を超える添加は、加工性も劣化するため上限
を22%とした。また、1000℃までの耐酸化性と加
工性の両立を考慮すれば19%以下が望ましい。
【0016】Nb:C,Nを固着し、成形加工性および
高温強化に有効である。Cを焼鈍直後にM6 C型の炭化
物として析出させることおよびNb自身がFe2 Nbと
して析出することが高温長時間使用に伴う高温強度低下
抑制と加工性とを両立させる観点から特に重要である。
このため、3×93/12×C+93/14×N≦Nb
とした。また、固溶Nbの増加で高温強化に寄与するが
1.0%を超える添加は靭性を劣化させるため1.0%
以下とした。
【0017】本発明においては、必要に応じてさらにT
iやAlの少なくとも1種を含有させる。 Ti:特にNを固着させる目的で添加し、成形加工性を
向上させるため48×(N/14)%以上とした。一
方、耐酸化性評価項目の1つである皮膜の密着性を劣化
させるため、0.5%以下とした。 Al:特にNを固着させる目的で添加し、成形加工性を
向上させるため27×(N/14)%以上とした。一
方、0.020%を超える添加は高温使用中に伴う針状
の内部粒界酸化の生成を促進するため、0.020%を
上限とした。
【0018】さらには、MoやWの少なくとも1種も必
要に応じて含有させる。 Mo:高温強度や耐高温塩害性を高める元素であるが、
延性や溶接性を劣化させるため、0.1〜2.0%の範
囲とした。また、高温強度や耐高温塩害性の観点から
0.4%以上が望ましい。 W:高温強度や耐高温塩害性を高める元素であるが、延
性や溶接性を劣化させるため、0.1〜2.0%の範囲
とした。また、高温強度や耐高温塩害性の観点から0.
4%以上が望ましい。
【0019】焼鈍直後のNb析出物の種類については、
高温長時間使用に伴う高温強度の低下抑制と成形加工性
の向上を両立させるための条件として、Nb添加鋼にお
いて、高温強度および成形加工性に有害な固溶C量を極
力低減させるため、焼鈍直後のNb炭化物をMC型炭化
物ではなくM6 C型とすることまたNb自体もFe2
bとすることで、高温長時間使用中の高温強度確保と成
形加工性の飛躍的向上との両立を図った。
【0020】
【実施例】表1に示す化学成分の供試鋼を、真空溶解に
て各20kg溶製し、熱間圧延〜酸洗〜冷間圧延〜焼鈍〜
酸洗を行い1.5mmt の鋼板を作製した。それらの鋼板
の常温における機械的性質を同じく表1に示す。次に、
得られた鋼板から各試験片を採取し各種高温特性の評価
試験を行った。評価条件は以下の通り。 (1)高温引張:950℃における0.2%耐力を求め
た。
【0021】(2)酸化試験:950℃×200hrの大
気中連続酸化後に、950℃での0.2%耐力を求め
た。そして、連続酸化による高温強度の低下率を求め
た。また、高温引張中の酸化膜の剥離状況を目視観察し
た。さらに、連続酸化後の断面観察により内部酸化の有
無も調査した。以上の評価試験結果を表2に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】D1〜D8の本発明鋼は、高温長時間に伴
う高温強度の低下率が10%以下と低く、常温において
も低耐力で35%以上の破断延性を確保している。比較
鋼のC1〜C4については、3×93/12×C+93
/14×N≧Nbとなっており、高温長時間使用に伴う
高温強度の低下率が20%以上と大きい。また、高Si
のC1、高CrのC6、高Mo高WのC6,C7,C8
は常温で高耐力−低延性である。高TiのC6は酸化試
験後の酸化皮膜剥離が激しい結果となっている。また、
高NbのC9は熱延板靭性が低いため冷延1パス目に表
層より割れが多発し、冷延不可能であった。
【0025】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のフェラ
イト系ステンレス鋼は、最終焼鈍後にNb炭化物として
Fe3 Nb3 Cを形成させるので、加工性および耐熱性
を両立して確保でき、自動車排気系用等の材料として、
好適である。また、本発明鋼を自動車排気系部品に適用
すれば、それらの部品をコンパクト化できるという効果
も得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久禮 幸弘 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で C :0.0030%以下、 N :0.0050%以下、 Si:0.05〜2.0%、 Mn:0.1〜2.0%、 Cr:10〜22%、 Nb:(3×93/12×C+93/14×N)%〜
    1.0% を含有し、残部がFeおよび不可避不純物から成る鋼に
    おいて、最終焼鈍後に形成されたNb析出物として、F
    3 Nb3 CまたはFe2 Nbを有することを特徴とす
    る加工性および耐熱性を改善したフェライト系ステンレ
    ス鋼。
  2. 【請求項2】 重量%でさらに Ti:(48×(N/14))%〜0.5%、 Al:(27×(N/14))%〜0.020% の1種または2種を含むことを特徴とする請求項1記載
    の加工性および耐熱性に優れたフェライト系ステンレス
    鋼。
  3. 【請求項3】 重量%でさらに Mo:0.1〜2.0%、 W :0.1〜2.0% の1種または2種を含む請求項1または2記載の加工性
    および耐熱性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
  4. 【請求項4】 請求項1,2,3のいずれかに記載のス
    テンレス鋼からなる自動車排気系部品。
JP27459795A 1995-10-23 1995-10-23 加工性および耐熱性に優れたフェライト系ステンレス鋼 Pending JPH09118961A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20020108