JPS61235542A - 断続的加熱時の耐久性にすぐれたフエライト系ステンレス鋼 - Google Patents

断続的加熱時の耐久性にすぐれたフエライト系ステンレス鋼

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JPS61235542A
JPS61235542A JP7673185A JP7673185A JPS61235542A JP S61235542 A JPS61235542 A JP S61235542A JP 7673185 A JP7673185 A JP 7673185A JP 7673185 A JP7673185 A JP 7673185A JP S61235542 A JPS61235542 A JP S61235542A
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stainless steel
ferritic stainless
oxidation
steel
cooling
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JP7673185A
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Keiichi Omura
圭一 大村
Masayuki Tento
雅之 天藤
Mizuo Sakakibara
榊原 瑞夫
Mikio Yamanaka
幹雄 山中
Masaaki Kobayashi
雅明 小林
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/082Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
    • F28F21/083Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys from stainless steel

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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、断続加熱等の耐久性にすぐれたフェライト系
ステンレス鋼に係シ、さら忙詳しくは高温までの断続的
な加熱がくシ返される環境下にあっても、酸化に対する
耐久性はもとよシ、加熱・冷却のく少返しによる材料自
体の変形が小さいという性質を有するフェライト系ステ
ンレス鋼に関する。
(従来の技術) 一般K、例えば、石油、ガス等を燃料とする各種の燃焼
器具部品は、高温の燃焼排ガスにさらされて断続的な加
熱・冷却のくり返しを受けるため。
その構成材料には、高温の燃焼雰囲気下でも酸化に対す
る抵抗力はもとより、加熱・冷却のくシ返しによって生
ずる熱的な負荷に対しても構成材料としての耐久性を要
求される。
従来、こうした用途に多用されてきたフェライト系ステ
ンレス鋼はSO2430鋼に代表される。
しかし、この鋼は高温での耐酸化性に不十分な点がある
ばかシでなく、燃焼雰囲気下ではときとして局部的なこ
ぶ状の酸化物や、赤色ないしは褐色を呈した粉状の酸化
物が生ずるいわゆる異常酸化を起し、酸化が著しく加速
するという問題点があった二さらK、この種の鋼におい
ては、例えば950℃を超えるような高温では、金属組
織の−部がオーステナイト相に変態する量が多く、この
ような温度域までの高熱冷却を受けると変態がその都度
〈シ返され、これに起因して次第に材料そのものが変形
するのみならず、表面での酸化保護皮膜の密着性も低下
し耐酸化性が劣化するという、構成材料として好ましく
彦い問題点があった。とくに、この変態の〈シ返しに起
因する材料の変形は、加熱炉のシールプレートや暖房器
の熱交換部品などで、スポット溶接外れの原因にもなり
、酸化とは異なった意味で耐久性を落す。
従来、高温使用を目的としたフェライト系ステンレス鋼
開発は数多くなされ、例えば特公昭57−2267号公
報、あるいは同59−1783号公報等に開示されてい
るが、これらはいずれも酸化に対する抵抗力の増大を主
目的としたものであり、くり返し加熱・冷却下での材料
自体の変形に着目した例は見当たらないのが現状である
0(発明が解決しようとする問題点) 本発明者はかかる現状に鑑み、高温での酸化に対して抵
抗力をもつことけもとよシ、高温までの加熱・冷却のく
夛返しに際しても材料変形のきわめて少ないフェライト
系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは種々検討を重ねた結果、重量%でCr :
 10〜20 ToO範囲で、Cを0.02% NO,
08係含有せしめ、Slを高めたものに若干のAlを添
加することKより、大気中はもとより燃焼雰囲気中にお
いても、高温での酸化に対して十分な抵抗を有するのみ
ならず、950℃を超える高温までの加熱・冷却に際し
ても材料自体の変形がきわめて小さく、構成材料として
このような環境下にあっても優れた耐久性を具備したフ
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・作用) すなわち本発明は重量%で C:0.02〜0.08係 Si:1.5 〜3.0  チ Mn : 1. Oチ以下 Cr:10 〜20  % Al: 0.05〜1.O%未満 で残部がF@および製鋼上下可避的に混入する不純物か
らなることを特徴とする断続的加熱時の耐久性にすぐれ
たフェライト系ステンレス鋼である。
以下に本発明の詳細な説明する。
最初に本発明鋼の成分限定理由について述べる。
まず、Cは耐酸化性を劣化させる元素であシ、耐酸化性
に主眼を置いた場合よシ低減することが従来行なわれて
来た。しかしながら、Cは同時にフェライト系ステンレ
ス鋼の高温強度を改善する元素でもある。フェライト系
ステンレス鋼は高温での強度がごく小さいため、材料の
板厚が1m以下程度の薄いものでは、高温時に表面に生
成する酸化皮膜と金属素地との体積差や熱膨張率の差に
起因して発生する応力によって材料そのものが変形しや
すい。ことに、保護性の強い強固な酸化皮膜が生ずる場
合はどこの傾向が強い。したがって、本発明にあっては
、耐酸化性を大きく劣化させない範囲で、上述の材料変
形を抑制するためにCをある程度確保する必要がある。
ところが、Cは高温においてr相を形成しやすくする元
素であシ、多量添加は前述の加熱・冷却に際しての材料
の経時変形を促進し、かつ酸化保護皮膜の密着性をも低
下させる。このCをある程度以上含有せしめた場合に生
ずる悪影嘗を除くには、高温でα相を安定化する必要が
あシ、この意味で検討の結果若干のAl添加が有効であ
る。
すなわち、本発明鋼にあっては、cFi有害な作用と有
用な作用とを併せもち、有害な作用をAl添加によりて
除去するものであるから、C量はAl量とのかねあいで
決定されるが、C量が重量%でo、oss超含まれると
耐酸化性が極度に低下する上、1俤以上Alを添加して
も加熱・冷却による変形を抑える効果が小さく製造性も
低下する等の弊害が大きくなるためCの上限を0.08
%とした。
またC:0.02%未満では前述の酸化皮膜と素地との
間に発生する応力による変形が著しく大きくなる他、製
鋼設備も限定され経済的でない。以上の事情を考慮しC
Vio、02〜0.08チとした。
次に、Siは、耐酸化性を改善するのに有効な元素であ
シ、ことに本発明鋼にありては、異常酸化を防止するの
に効果が大きい。この意味で1.5チ以上の添加が必要
であるが、多量の添加は材料のしん性、加工性を劣化さ
せ、製造が困難となるため、上限金3.01とした。
また、Mnは通常、製鋼上下可避的に含有され、また脱
酸及び加工性の改善の点から若干量の添加が必要である
が、1チを超えて含まれると、耐酸化性に悪影響を及ば
ずばかりでなく、高温でγ相を形成しやすくするため、
本発明鋼にあっては1チ以下とする必要がある。
さらに、Crはフェライト系ステンレス鋼にあっては最
も基本的な元素であシ、耐酸化性を確保するKは必須で
ある。本発明にあっては保護皮膜の形成の点でStとの
相乗作用があり、最低限必要な耐酸化性の確保には10
%以上の添加を要するし、量が増すほどその効果がある
が、20%を超えて添加しても本発明鋼にあっては効果
が小さく、むしろ製造性を劣化させるので上限を20係
とした。
ま九、 Alは、本発明にありては最も重要な元素であ
シ、添加の主目的は、高温でのα相を安定化し、γ相形
成を防ぐことKある。この意味で、本発明鋼にあっては
、ことに高温でのγ相形成を著しく促進するC量との関
係からAl量が決定されるが、C量が前記範囲にありて
はAlけ少なくともo、oss以上必要である。しかし
、多量に添加しても、γ相抑制効果が飽和する傾向をも
ち、前述の通り製造性をも著しく低下するので上限を1
チ未満とした。
以上の如く構成された本発明鋼は例えば石油又はガス暖
房器の熱交換器、あるいは加熱炉のシールプレート等9
00℃を超えるような高温までの加熱・冷却を受ける恐
れのある部位に用いた場合、材料の変態の〈シ返しKよ
って生ずる酸化抵抗の劣化のみならず、変形をも抑制し
、これらの構成材としてすぐれた耐久性を示す。
なお、本発明の鋼は通常のフェライトステンレス鋼の製
造手段によシ、溶製、鋳造、圧延、焼鈍。
加工、溶接を行なって所望の形状の部材とすることがで
きる。
次に、本発明の効果を実施例によりさらに具体的に説明
する。
(実施例) 第1表は供試鋼の成分を示す。すなわち、A1〜6が本
発明鋼であう、屋7〜12は比較鋼である。これらの鋼
はいずれも冥験室的に溶製した後、鍛造、熱延、焼鈍、
冷延、焼鈍の各工程を経て、短柵状の試料を作成し九。
酸化試験及び断続加熱時の耐久試験としては(1)大気
中で30分加熱、15分冷却(2)ガソリンエンジンの
排気ガス中で6時間加熱のくシ返しを行ない、耐久性の
指標として試験後の長手方向への板の伸び率を測定した
さらK、板厚1 mm、IPil 50 m、長さ10
0m+7)板を2ツノ代35電で2枚重ねとし、ラップ
部中央に1点スポット溶接を、円錐台形型5.6 wm
φの電極を用い、加圧力200に&、電流4800Aで
冥施した継手の両端を固定し、大気中で加熱・冷却を〈
シ返した場合スポット溶接部が外れるか、またはその近
傍に割れが入るまでのくシ返し数を調べた。
第2表に大気中の950および1ooo℃での〈シ返し
加熱・冷却300回後の重量変化と、1000℃での板
の伸び率及びエンジン排% 、f ス中、900〜95
0℃の加熱・冷却10回くり返し後の重量変化を示す。
なお、同表中重量変化とは試験前後の重量差を試料面積
で除した値(■/−)であシ、伸び率とは、試験後の試
料を板厚方向にプレスして平面状に戻したときの試料の
長さから、試験前の試料長さを差し引いて、試験前の長
さで除した値を百分率で表示したものである。
第2表から明らかな如く、本発明鋼は大気中、エンジン
排ガス中でも比較鋼に比べ酸化による重量変化が小さい
のみ々らず、1000℃での〈シ返し加熱300回後で
も材料自体の変形が極めて小さく、構成材としての耐久
性に優れていることが明らかである。
次に、前述のスポット溶接部を大気中の1000℃で3
0分加熱し、15分間強制空冷するサイクルをくシ返し
た場合、スポット溶接部の溶接外れあるいはその近傍部
の割れ等の損傷が生ずるまでのくり返し数及びそのとき
の損傷状況について第3表に示す。第3表により、本発
明鋼は500回以上の〈シ返しでも目立りた損傷はない
が、比較鋼はいずれも400回以下でスポット外れある
いは割れといりた損傷が発生する。このことは、本発明
鋼が高温部品の構成材として耐久性に優れていることを
示すものである。
(発明の効果) 以上の実施例からも明らかな如く本発明鋼は、高温の大
気中及び排ガス中においても酸化に対する抵抗力が優れ
ているのみならず、加熱・冷却のくシ返しを受けても材
料自体が徐々に変形する量がごく小さく、構成材として
重要な形状の維持に優れておシ、したがって加熱炉のシ
ールプレートや暖房器の熱交換器、等高温までの加熱・
冷却が〈シ返される環境下で使用される部品として適用
した場合、構成材としての耐久性の向上効果が大きいも
のであシ、産業上の効果は極めて顕著である。
第    3    表

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 重量%で C:0.02〜0.08% Si:1.5〜3.0% Mn:1.0%以下 Cr:10〜20% Al:0.05〜1%未満 で残部がFeおよび製鋼上下可避的に混入する不純物か
    らなることを特徴とする断続的加熱時の耐久性にすぐれ
    たフェライト系ステンレス鋼。
JP7673185A 1985-04-12 1985-04-12 断続的加熱時の耐久性にすぐれたフエライト系ステンレス鋼 Granted JPS61235542A (ja)

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JPH0238655B2 JPH0238655B2 (ja) 1990-08-31

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7882827B2 (en) * 2005-11-18 2011-02-08 Behr Gmbh & Co. Kg Heat exchanger for a combustion engine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5230213A (en) * 1975-09-03 1977-03-07 Sumitomo Metal Ind Ltd Ferritic stainless steel of excellent oxidation resistance
JPS56150161A (en) * 1980-04-18 1981-11-20 Sumitomo Metal Ind Ltd Al containing high si ferrite steel with excellent corrosion resistance and erosion resistance
JPS574699A (en) * 1980-06-11 1982-01-11 Clarion Co Ltd Detecting device of sound balance center

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