RU2458175C1

RU2458175C1 - Ferrite stainless steel with high hot-resistance

Info

Publication number: RU2458175C1
Application number: RU2011149077/02A
Authority: RU
Inventors: Тецуюки НАКАМУРА (JP); Тецуюки НАКАМУРА; Хироки ОТА (JP); Хироки ОТА; Ясуси КАТО (JP); Ясуси КАТО; Такуми ЮДЗИРО (JP); Такуми ЮДЗИРО
Original assignee: ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2012-08-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: steel contains the following, wt %: C about 0.015 or less, Si from about 0.4 to 1.0, Mn about 1.0 or less, P about 0.040 or less, S about 0.010 or less, Cr from about 16 to 23, Al from about 0.2 to 1.0, N about 0.015 or less, Cu from about 1.0 to 2.5, Nb from about 0.3 to 0.65, Ti about 0.5 or less, Mo about 0.1 or less, W about 0.1 or less, Fe and unpreventable impurities the rest. Si and Al content satisfies the ratio Si (wt %) ≥ Al (wt %).

EFFECT: steel has high oxidation stability, thermal fatigue indices and fatigue at high temperatures.

7 cl, 10 dwg, 2 tbl, 2 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к Cr-содержащим сталям, в частности к ферритным нержавеющим сталям, которые характеризуются высокими уровнями показателей термической усталости (или сопротивления термической усталости), стойкости к окислению и усталости при высоких температурах (или сопротивления усталости при высоких температурах), и могут использоваться соответствующим образом в высокотемпературных элементах конструкции таких вытяжных систем, как выхлопные трубы и кожухи нейтрализаторов автомобилей и мотоциклов, а также трубопроводы отработанного воздуха тепловых электростанций.The present invention relates to Cr-containing steels, in particular ferritic stainless steels, which are characterized by high levels of thermal fatigue (or resistance to thermal fatigue), resistance to oxidation and fatigue at high temperatures (or fatigue resistance at high temperatures), and can be used accordingly, in high-temperature structural elements of exhaust systems such as exhaust pipes and covers of automobile and motorcycle converters, as well as piping dy waste heat power air.

Уровень техникиState of the art

Необходимо, чтобы элементы конструкции выхлопной системы автомобиля, включая выхлопной коллектор, выхлопную трубу, кожух нейтрализатора и глушитель, характеризовались высокими уровнями стойкости к окислению, термической усталости и усталости при высоких температурах (в дальнейшем они обобщенно называются «жаропрочностью»). После запуска и остановки работы двигателя элементы конструкции вытяжной системы многократно нагреваются и охлаждаются. Данные элементы удерживаются окружающими их элементами конструкции, и, таким образом, их тепловое расширение и сжатие ограничены. В результате сам материал испытывает термическую деформацию, и данная термическая деформация вызывает явления усталости. Термическая усталость, упомянутая здесь, представляет собой тип явления усталости. Во время работы двигателя элементы конструкции выхлопной системы нагреваются и подвергаются вибрации. Вибрация приводит к накоплению деформации, также ведущему к возникновению явлений усталости. Усталость при высоких температурах, упомянутая выше, представляет собой тип явления усталости. Первый тип является малоцикловой усталостью, тогда как последний является многоцикловой усталостью; они представляет собой совершенно разные типы явлений усталости.It is necessary that the structural components of the vehicle’s exhaust system, including the exhaust manifold, exhaust pipe, converter casing and silencer, are characterized by high levels of oxidation resistance, thermal fatigue and fatigue at high temperatures (hereinafter referred to collectively as “heat resistance”). After starting and stopping the operation of the engine, the design elements of the exhaust system are repeatedly heated and cooled. These elements are held by the surrounding structural elements, and thus their thermal expansion and contraction are limited. As a result, the material itself experiences thermal deformation, and this thermal deformation causes fatigue. Thermal fatigue mentioned here is a type of fatigue phenomenon. While the engine is running, the structural elements of the exhaust system heat up and vibrate. Vibration leads to the accumulation of deformation, which also leads to the appearance of fatigue phenomena. Fatigue at high temperatures, mentioned above, is a type of fatigue phenomenon. The first type is low-cycle fatigue, while the latter is high-cycle fatigue; they are completely different types of fatigue phenomena.

В качестве материалов для таких элементов конструкций, к которым предъявляются требования жаростойкости, как указано выше, в настоящее время широко используются такие Cr-содержащие стали, как Type 429, включающие Nb и Si (система 14Cr-0,9Si-0,4Nb). Однако улучшенные характеристики двигателей привели к увеличению температуры выхлопного газа до значения, превышающего 900°С, что делает невозможным достижение в полном объеме требуемых эксплуатационных характеристик, в частности характеристик термической усталости, при использовании стали Type 429.As materials for such structural elements, which are required to be heat-resistant, as described above, Cr-containing steels such as Type 429, including Nb and Si (14Cr-0.9Si-0.4Nb system) are currently widely used. However, the improved characteristics of the engines led to an increase in the temperature of the exhaust gas to a value exceeding 900 ° C, which makes it impossible to fully achieve the required performance characteristics, in particular thermal fatigue characteristics, when using Type 429 steel.

Для решения данной проблемы был разработан ряд материалов, включая Cr-содержащие стали, в состав которых входят Nb и Si для повышения условного предела текучести при высоких температурах, стали SUS444 (19Cr-0,5Nb-2Mo), указанные в стандартах JIS G4305, и ферритные нержавеющие стали, содержащие Nb, Mo и W (например, см. патентный документ 1). Однако резкое повышение и колебания цен на Mo, W и другие редкие металлы в последнее время привели к необходимости разработки материалов, которые можно получать из недорогого сырья и которые характеризуются жаростойкостью, сравнимой с жаростойкостью в случае материалов, упомянутых выше.To solve this problem, a number of materials have been developed, including Cr-containing steels, which include Nb and Si to increase the conditional yield strength at high temperatures, SUS444 (19Cr-0.5Nb-2Mo) steels specified in JIS G4305 standards, and ferritic stainless steels containing Nb, Mo and W (for example, see patent document 1). However, the sharp increase and price fluctuations for Mo, W and other rare metals recently led to the need to develop materials that can be obtained from inexpensive raw materials and which are characterized by heat resistance comparable to that of the materials mentioned above.

Примером материала, характеризующегося высокой стойкостью при нагревании и не содержащим таких дорогостоящих элементов, как Mo и W, является материал, раскрытый в патентном документе 2, ферритная нержавеющая сталь для элементов сечений проходных каналов выхлопных газов автомобиля на основе стали, содержащей Cr в количестве от около 10 до 20% мас., которая дополнительно содержит Nb в количестве около 0,50% мас. или менее, Cu от около 0,8 до 2,0% мас., и V от около 0,03 до 0,20% мас. Другим примером является материал, раскрытый в патентном документе 3, ферритная нержавеющая сталь с высоким показателем термической усталости на основе стали, содержащей Cr в количестве от около 10 до 20% мас., которая дополнительно содержит Ti в количестве от около 0,05 до 0,30% мас., Nb от около 0,10 до 0,60% мас., Cu от около 0,8 до 2,0% мас. и B от около 0,0005 до 0,02% мас. Еще одним примером является материал, раскрытый в патентном документе 4, ферритная нержавеющая сталь для компонентов выхлопной системы автомобиля на основе стали, содержащей Cr в количестве от около 15 до 25% мас., которая дополнительно содержит Cu в количестве от около 1 до 3% мас. Все данные марки стали содержат Cu для повышения показателя термической усталости.An example of a material that is highly resistant to heat and does not contain such expensive elements as Mo and W is the material disclosed in Patent Document 2, ferritic stainless steel for cross-sectional elements of exhaust ducts of an automobile exhaust gas based on steel containing Cr in an amount of about 10 to 20% wt., Which further comprises Nb in an amount of about 0.50% wt. or less, Cu from about 0.8 to 2.0% wt., and V from about 0.03 to 0.20% wt. Another example is the material disclosed in patent document 3, ferritic stainless steel with a high thermal fatigue based on steel containing Cr in an amount of from about 10 to 20 wt.%, Which additionally contains Ti in an amount of from about 0.05 to 0, 30% wt., Nb from about 0.10 to 0.60% wt., Cu from about 0.8 to 2.0% wt. and B from about 0.0005 to 0.02% wt. Another example is the material disclosed in Patent Document 4, ferritic stainless steel for components of an automobile exhaust system based on steel containing Cr in an amount of from about 15 to 25 wt.%, Which further comprises Cu in an amount of from about 1 to 3% wt. . All of these steel grades contain Cu to increase thermal fatigue.

К сожалению, добавление Cu, как сделано в патентных документах 2, 3 и 4, по общему признанию, обеспечивает повышение показателя термической усталости, но, с другой стороны, приводит к значительному снижению стойкости к окислению, что в конечном итоге обусловливает снижение общей жаростойкости. Еще хуже, что показатель термической усталости марок стали, содержащей Cu, может несколько снижаться при использовании в определенных температурных условиях.Unfortunately, the addition of Cu, as is done in patent documents 2, 3, and 4, admittedly, provides an increase in thermal fatigue, but, on the other hand, leads to a significant decrease in oxidation resistance, which ultimately leads to a decrease in overall heat resistance. Even worse, the thermal fatigue index of steel grades containing Cu may decrease somewhat when used under certain temperature conditions.

В некоторых других патентных публикациях раскрыты ферритные нержавеющие стали, содержащие Al для улучшения их характеристик. Одним из примеров является сталь, раскрытая в патентном документе 5, ферритная нержавеющая сталь для выхлопных систем автомобилей на основе стали, содержащей Cr в количестве от около 13 до 25% мас., которая дополнительно включает Ni в количестве около 0,5% мас. или менее, V около 0,5% мас. или менее, Nb от около >0,5 до 1,0% мас., Ti от около 3×(C+N) до 0,25% мас. и Al от около 0,2 до 2,5% мас.; добавление Al способствует повышению жаропрочности. Другим примером является сталь, раскрытая в патентном документе 6, служащая в качестве подложки катализатора жаростойкая ферритная нержавеющая сталь на основе стали, содержащей Cr в количестве от около 10 до 25% мас., которая дополнительно включает Al в количестве от около 1 до 2,5% мас. и Ti от около 3×(C+N) до 20×(C+N); добавленный Al образует защитный слой из Al₂O₃, что обеспечивает высокую стойкость к окислению. Еще одним примером является сталь, раскрытая в патентном документе 7, жаростойкая ферритная нержавеющая сталь, предназначенная для установки гидроформинга, на основе стали, содержащей Cr в количестве от около 6 до 20% мас., которая дополнительно содержит Ni около 2% мас. или менее, O около 0,008% мас. или менее, а также любой один, или два, или более элементов, выбранных из металлов Ti, Nb, V и Al, в количестве около 1% мас. или менее в совокупности; добавленные Ti, Nb, V и/или Al связывают С и N с образованием карбонитридов для ослабления вредного воздействия C и N, что делает сталь более пригодной для формования.Some other patent publications disclose ferritic stainless steels containing Al to improve their performance. One example is the steel disclosed in Patent Document 5, ferritic stainless steel for automobile exhaust systems based on steel containing Cr in an amount of about 13 to 25% by weight, which further includes Ni in an amount of about 0.5% by weight. or less, V about 0.5% wt. or less, Nb from about> 0.5 to 1.0% wt., Ti from about 3 × (C + N) to 0.25% wt. and Al from about 0.2 to 2.5% wt .; the addition of Al increases the heat resistance. Another example is the steel disclosed in Patent Document 6, serving as a catalyst support, a heat-resistant ferritic stainless steel based on steel containing Cr in an amount of from about 10 to 25% by weight, which further includes Al in an amount of from about 1 to 2.5 % wt. and Ti from about 3 × (C + N) to 20 × (C + N); added Al forms a protective layer of Al ₂ O ₃ , which provides high resistance to oxidation. Another example is the steel disclosed in Patent Document 7, a heat-resistant ferritic stainless steel for hydroforming, based on steel containing Cr in an amount of from about 6 to 20 wt.%, Which additionally contains Ni about 2 wt.%. or less, O about 0.008% wt. or less, as well as any one, or two, or more elements selected from metals Ti, Nb, V and Al, in an amount of about 1% wt. or less in the aggregate; added Ti, Nb, V and / or Al bind C and N to form carbonitrides to reduce the harmful effects of C and N, which makes the steel more suitable for molding.

К сожалению, при добавлении к стали с низким содержанием Si, как в патентном документе 5, Al предпочтительно образует оксид или нитрид и формирует твердый раствор в ограниченном количестве, вызывая некоторое понижение жаропрочности стали. Al при высоком содержании в стали, превышающем 1,0%, как в патентном документе 6, также значительно снижает обрабатываемость стали при комнатной температуре и вызывает снижение стойкости к окислению, а не повышение ее, вследствие высокого сродства к кислороду. Сталь, раскрытая в патентном документе 7, которая не содержит ни Cu, ни Al или содержит их только в небольшом количестве, характеризуется некоторым снижением жаростойкости.Unfortunately, when added to low Si steel, as in Patent Document 5, Al preferably forms an oxide or nitride and forms a solid solution in a limited amount, causing a slight decrease in the heat resistance of the steel. Al with a high content in steel in excess of 1.0%, as in Patent Document 6, also significantly reduces the workability of steel at room temperature and causes a decrease in oxidation resistance, rather than an increase in it, due to its high affinity for oxygen. The steel disclosed in Patent Document 7, which does not contain either Cu or Al or contains only a small amount, is characterized by a slight decrease in heat resistance.

Патентные документыPatent documents

[Патентный документ 1] Не прошедшая экспертизу японская патентная заявка №2004-018921[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Application No. 2004-018921

[Патентный документ 2] Международная публикация №WO 2003/004714[Patent Document 2] International Publication No. WO 2003/004714

[Патентный документ 3] Не прошедшая экспертизу японская патентная заявка №2006-117985[Patent Document 3] Japanese Unexamined Patent Application No. 2006-117985

[Патентный документ 4] Не прошедшая экспертизу японская патентная заявка №2000-297355[Patent Document 4] Japanese Unexamined Patent Application No. 2000-297355

[Патентный документ 5] Не прошедшая экспертизу японская патентная заявка №2008-285693[Patent Document 5] Japanese Unexamined Patent Application No. 2008-285693

[Патентный документ 6] Не прошедшая экспертизу японская патентная заявка №2001-316773[Patent Document 6] Japanese Unexamined Patent Application No. 2001-316773

[Патентный документ 7] Не прошедшая экспертизу японская патентная заявка №2005-187857[Patent Document 7] Japanese Unexamined Patent Application No. 2005-187857

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Техническая проблемаTechnical problem

В исследованиях, проведенных авторами настоящего изобретения, показано, что как и в случае марок стали, раскрытых в патентных документах от 2 до 4, упомянутых выше, добавление Cu для повышения жаростойкости, по общему признанию, обеспечивает улучшение показателя термической усталости, но, с другой стороны, вызывает значительное понижение стойкости самой стали к окислению, а не ее повышение, и в конечном итоге часто обусловливает снижение общей жаростойкости. Кроме того, в исследованиях было также обнаружено, что показатель термической усталости марок стали, содержащей Cu, может несколько снижаться при использовании в определенных температурных условиях, например условиях, в которых максимальная температура ниже температуры образования твердого раствора фазы ε-Cu.In studies conducted by the inventors of the present invention, it was shown that, as in the case of steel grades disclosed in the patent documents 2 to 4 mentioned above, the addition of Cu to increase heat resistance, admittedly, provides an improvement in thermal fatigue, but, on the other hand, On the other hand, it causes a significant decrease in the oxidation resistance of the steel itself, and not its increase, and in the long run often leads to a decrease in the overall heat resistance. In addition, it was also found in studies that the thermal fatigue index of steel grades of steel containing Cu can slightly decrease when used under certain temperature conditions, for example, conditions where the maximum temperature is lower than the temperature of formation of the ε-Cu phase solid solution.

Несмотря на то что в патентных документах 5 и 6 утверждается, что добавление Al приводит к достижению высокой жаропрочности и высокой стойкости к окислению, в исследованиях авторов настоящего изобретения найдено, что простое добавление Al не оказывает в конечном итоге достаточного влияния и что важным является соотношение между количествами Al и Si. Стали, не содержащие ни Cu, ни Al или содержащие их только в небольшом количестве, как в патентном документе 7, характеризуются некоторым снижением жаростойкости.Although patent documents 5 and 6 claim that the addition of Al leads to high heat resistance and high oxidation resistance, it was found in the studies of the inventors that the simple addition of Al does not ultimately have a sufficient effect and that the relationship between amounts of Al and Si. Steels containing neither Cu nor Al, or containing only a small amount thereof, as in Patent Document 7, are characterized by a slight decrease in heat resistance.

Стойкость стали к окислению обычно определяют испытанием на окисляемость в сухой высокотемпературной атмосфере. Однако при практическом использовании выхлопной коллектор и другие элементы конструкции выхлопной системы подвергаются воздействию окислительной атмосферы, а такая среда содержит большое количество пара. Таким образом, с помощью существующих способов испытания на окисляемость невозможно адекватно определить реальную стойкость стали к окислению. Как видно из данного факта, стойкость стали к окислению следует определять и улучшать при рассмотрении ее в атмосфере паров воды (далее также называемой «стойкостью к окислению парами воды»).Oxidation resistance of a steel is usually determined by an oxidation test in a dry high temperature atmosphere. However, in practical use, the exhaust manifold and other structural elements of the exhaust system are exposed to an oxidizing atmosphere, and such an environment contains a large amount of steam. Thus, using existing oxidation test methods, it is not possible to adequately determine the actual oxidation resistance of steel. As can be seen from this fact, the oxidation resistance of steel should be determined and improved when considering it in an atmosphere of water vapor (hereinafter also referred to as “oxidation resistance to water vapor”).

Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в разработке способа получения стали без добавления таких дорогостоящих элементов, как Mo и W, при одновременном предотвращении потери стойкости к окислению после добавления Cu и улучшении характеристик при температурах, жестких для стали (температурах ниже температуры образования твердого раствора фазы ε-Cu), и получении таким образом ферритных нержавеющих сталей, характеризующихся высокими уровнями стойкости к окислению (включая стойкость к окислению парами воды), показателей термической усталости и усталости при высоких температурах. Авторы отмечают, что выражение «характеризующиеся высокими уровнями стойкости к окислению, показателей термической усталости и усталости при высоких температурах», используемое в настоящем изобретении, означает, что данные характеристики стали являются, по меньшей мере, эквивалентными характеристикам материала SUS444. Более конкретно, данное выражение означает следующее: в отношении стойкости к окислению - стойкость стали к окислению при 950°С является, по меньшей мере, эквивалентной соответствующему показателю материала SUS444; в отношении показателя термической усталости - сопротивление стали усталости при циклической термообработке в диапазоне температур от 100°С до 850°С является, по меньшей мере, эквивалентным соответствующему показателю материала SUS444; в отношении показателя усталости при высоких температурах - данный показатель стали при 850°С является, по меньшей мере, эквивалентным соответствующему показателю материала SUS444.Thus, the aim of the present invention is to develop a method for producing steel without adding expensive elements such as Mo and W, while preventing loss of oxidation resistance after addition of Cu and improving performance at temperatures that are hard for steel (temperatures below the temperature of the formation of the solid phase ε-Cu), and thus producing ferritic stainless steels characterized by high levels of oxidation resistance (including oxidation resistance by water vapor), thermal indicators cal fatigue and fatigue at high temperatures. The authors note that the expression “characterized by high levels of oxidation resistance, thermal fatigue and high temperature fatigue” used in the present invention means that these steel characteristics are at least equivalent to the characteristics of SUS444. More specifically, this expression means the following: in terms of oxidation resistance, the oxidation resistance of steel at 950 ° C is at least equivalent to that of SUS444; in relation to the thermal fatigue index, the resistance of fatigue steel during cyclic heat treatment in the temperature range from 100 ° C to 850 ° C is at least equivalent to the corresponding index of material SUS444; with respect to fatigue at high temperatures, this steel at 850 ° C is at least equivalent to that of SUS444.

Решение проблемыSolution

Авторы настоящего изобретения провели обширные исследования с целью получения ферритной нержавеющей стали, которая не содержит таких дорогостоящих элементов, как Mo и W, сохраняет стойкость к окислению при добавлении Cu, что представляет собой проблему, с которой столкнулись при использовании известных способов, и характеризуется высокими уровнями стойкости к окислению (включая стойкость к окислению парами воды), показателей термической усталости и усталости при высоких температурах. В результате исследований данных авторов были обнаружены следующие факты: в отношении показателя термической усталости - добавление комбинации Nb и Cu для достижения их содержания от 0,3 до 0,65% мас. и 1,0 до 2,5% мас. соответственно приводит к увеличению прочности стали при высоких температурах в широком диапазоне данного параметра, и, таким образом, показатель термической усталости повышается; потерю стойкости к окислению, обусловленную добавлением Cu, можно предотвратить добавлением соответствующего количества Al (от 0,2 до 1,0% мас.); следовательно, Cu-содержащие стали могут характеризоваться повышенным значением показателя термической усталости даже при температурах, при которых обычно наблюдается некоторое снижение данного показателя. Кроме того, в исследованиях авторов настоящего изобретения также найдено, что стойкость к окислению парами воды можно значительно улучшить добавлением соответствующего количества Si (от 0,4 до 1,0% мас.) и что показатель усталости при высоких температурах можно также повысить соблюдением надлежащего соотношения (Si≥Al) количеств Si и Al (% мас.). Исходя из данных результатов, авторы настоящего изобретения заключили, что Nb, Cu, Al и Si необходимо вводить в количествах, соответствующих надлежащим интервалам, указанным выше, с целью получения ферритной нержавеющей стали, характеризующейся высокой жаростойкостью, то есть жаростойкостью, по меньшей мере, эквивалентной жаростойкости в случае стали SUS444, без использования Mo или W. Это привело к созданию настоящего изобретения.The inventors of the present invention have carried out extensive studies to obtain ferritic stainless steel that does not contain such expensive elements as Mo and W, which maintains oxidation resistance when Cu is added, which is a problem encountered using known methods and is characterized by high levels resistance to oxidation (including resistance to oxidation by water vapor), indicators of thermal fatigue and fatigue at high temperatures. As a result of research by the authors, the following facts were discovered: in relation to the thermal fatigue index, the addition of a combination of Nb and Cu to achieve their content from 0.3 to 0.65% wt. and 1.0 to 2.5% wt. accordingly, it leads to an increase in the strength of steel at high temperatures in a wide range of this parameter, and, thus, the thermal fatigue index increases; the loss of oxidation resistance due to the addition of Cu can be prevented by the addition of an appropriate amount of Al (0.2 to 1.0% by weight); therefore, Cu-containing steels can be characterized by an increased value of the thermal fatigue index even at temperatures at which a slight decrease in this indicator is usually observed. In addition, in the studies of the authors of the present invention, it was also found that the resistance to oxidation by water vapor can be significantly improved by adding an appropriate amount of Si (from 0.4 to 1.0% by weight) and that the fatigue index at high temperatures can also be increased by observing the appropriate ratio (Si≥Al) amounts of Si and Al (% wt.). Based on these results, the authors of the present invention concluded that Nb, Cu, Al and Si must be introduced in amounts corresponding to the appropriate intervals indicated above, in order to obtain ferritic stainless steel characterized by high heat resistance, that is, heat resistance of at least equivalent heat resistance in the case of SUS444 steel, without using Mo or W. This led to the creation of the present invention.

Конкретно, настоящее изобретение представляет собой следующее:Specifically, the present invention is as follows:

(1) ферритная нержавеющая сталь, содержащая C около 0,015% мас. или менее, Si от около 0,4 до 1,0% мас., Mn около 1,0% мас. или менее, P около 0,040% мас. или менее, S около 0,010% мас. или менее, Cr от около 16 до 23% мас., Al от около 0,2 до 1,0% мас., N около 0,015% мас. или менее, Cu от около 1,0 до 2,5% мас., Nb от около 0,3 до 0,65% мас., Ti около 0,5% мас. или менее, Mo около 0,1% мас. или менее и W около 0,1% мас. или менее, при этом содержание Si и Al удовлетворяет соотношению Si (% мас.)≥Al (% мас.); a Fe и неизбежные примеси составляют остальное.(1) ferritic stainless steel containing C about 0.015% wt. or less, Si from about 0.4 to 1.0% wt., Mn about 1.0% wt. or less, P about 0.040% wt. or less, S about 0.010% wt. or less, Cr from about 16 to 23% wt., Al from about 0.2 to 1.0% wt., N about 0.015% wt. or less, Cu from about 1.0 to 2.5% wt., Nb from about 0.3 to 0.65% wt., Ti about 0.5% wt. or less, Mo about 0.1% wt. or less and W about 0.1% wt. or less, while the content of Si and Al satisfies the ratio of Si (% wt.) ≥Al (% wt.); a Fe and unavoidable impurities make up the rest.

Ферритная нержавеющая сталь по настоящему изобретению дополнительно содержит:The ferritic stainless steel of the present invention further comprises:

(2) один, два или более элементов, выбранных из группы, состоящей из B около 0,003% мас. или менее, РЗМ около 0,08% мас. или менее, Zr около 0,50% мас. или менее, V около 0,5% мас. или менее, Co около 0,5% мас. или менее и Ni около 0,5% мас.(2) one, two or more elements selected from the group consisting of B of about 0.003% wt. or less, REM about 0.08% wt. or less, Zr of about 0.50% wt. or less, V about 0.5% wt. or less, Co about 0.5% wt. or less and Ni about 0.5% wt.

(3) В ферритной нержавеющей стали по настоящему изобретению содержание Ti превышает 0,15% мас., но составляет не выше 0,5% мас.(3) In the ferritic stainless steel of the present invention, the Ti content exceeds 0.15% by weight, but is not higher than 0.5% by weight.

(4) В ферритной нержавеющей стали по настоящему изобретению содержание Ti составляет 0,01% мас. или менее.(4) In the ferritic stainless steel of the present invention, the Ti content is 0.01% wt. or less.

(5) В ферритной нержавеющей стали по настоящему изобретению содержание V находится в пределах от 0,01 до 0,5% мас.(5) In the ferritic stainless steel of the present invention, the V content is in the range from 0.01 to 0.5% wt.

(6) Кроме ингредиентов, описанных выше в (1), сталь содержит Co в количестве 0,5% мас. или менее.(6) In addition to the ingredients described above in (1), steel contains Co in an amount of 0.5% wt. or less.

Эффекты изобретения, обеспечивающие преимуществоAdvantageous Effects of the Invention

Настоящее изобретение позволяет получать ферритные нержавеющие стали, характеризующиеся жаростойкостью (показателями термической усталости, стойкости к окислению и усталости при высоких температурах), по меньшей мере эквивалентной жаростойкости материала SUS444 (JIS G4305), при низкой стоимости без добавления таких дорогостоящих элементов, как Mo и W. Таким образом, стали по настоящему изобретению можно использовать соответствующим образом для изготовления элементов конструкции выхлопной системы автомобилей и других подобных транспортных средств.The present invention allows to obtain ferritic stainless steels characterized by heat resistance (indicators of thermal fatigue, resistance to oxidation and fatigue at high temperatures), at least equivalent to the heat resistance of SUS444 (JIS G4305), at low cost without the addition of expensive elements such as Mo and W Thus, the steels of the present invention can be used accordingly for the manufacture of structural elements of the exhaust system of cars and other similar vehicles remedies.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 представляет собой чертеж, изображающий образец для испытаний термической усталости.Figure 1 is a drawing depicting a sample for testing thermal fatigue.

Фиг.2 представляет собой диаграмму, отображающую температурные и ограничивающие условия при испытании термической усталости.FIG. 2 is a diagram showing temperature and limiting conditions in a thermal fatigue test.

Фиг.3 представляет собой график, демонстрирующий влияние содержания Cu на показатель термической усталости.Figure 3 is a graph showing the effect of the Cu content on the indicator of thermal fatigue.

Фиг.4 представляет собой график, демонстрирующий влияние содержания Al на стойкость к окислению (увеличение массы в ходе окисления) при 950°С.Figure 4 is a graph showing the effect of Al content on oxidation resistance (weight gain during oxidation) at 950 ° C.

Фиг.5 представляет собой график, демонстрирующий влияние содержания Si на стойкость к окислению парами воды (увеличение массы в ходе окисления) при 950°С.Figure 5 is a graph showing the effect of the Si content on the oxidation resistance of water vapor (weight gain during oxidation) at 950 ° C.

Фиг.6 представляет собой чертеж, изображающий образец для испытаний термической усталости при высоких температурах.6 is a drawing depicting a sample for testing thermal fatigue at high temperatures.

Фиг.7 представляет собой график, отображающий влияние содержания Si и Al на показатель усталости при высоких температурах.7 is a graph depicting the effect of Si and Al content on fatigue at high temperatures.

Фиг.8 представляет собой график, отображающий влияние содержания Al на относительное удлинение при комнатной температуре.Fig. 8 is a graph showing the effect of Al content on elongation at room temperature.

Фиг.9 представляет собой график, показывающий влияние содержания Ti на стойкость к окислению (увеличение массы в ходе окисления) при 1000°С.Fig. 9 is a graph showing the effect of the Ti content on oxidation resistance (weight gain during oxidation) at 1000 ° C.

Фиг.10 представляет собой график, показывающий влияние содержания V на ударную вязкость (процент хрупкого разрушения).10 is a graph showing the effect of V content on impact strength (percentage of brittle fracture).

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

В данном разделе прежде всего описан основной эксперимент, который служил основой для разработки настоящего изобретения.This section primarily describes the basic experiment, which served as the basis for the development of the present invention.

К стали, содержащей С в количестве от около 0,005 до 0,007% мас., N от около 0,004 до 0,006% мас., Si около 0,5% мас., Mn около 0,4% мас., Cr около 17% мас., Nb около 0,45% мас. и Al около 0,35% мас., как к исходной композиции, добавляли Cu для получения материалов с содержанием данного металла от 0 до 3% мас., полученные композиции стали формовали в лабораторном масштабе в 50-килограммовые стальные слитки, нагревали их до 1170°С и прокатывали в горячем состоянии в плоские заготовки, 30 мм толщиной и 150 мм шириной каждая. Затем данные плоские заготовки штамповали в бруски с поперечным сечением 35 мм на 35 мм каждый, полученные бруски отжигали при температуре 1030°С и подвергали обработке резанием. Таким способом получали образцы для испытаний термической усталости, характеризующиеся размерами и формой, описанными на фиг.1.To steel containing C in an amount of from about 0.005 to 0.007% wt., N from about 0.004 to 0.006% wt., Si about 0.5% wt., Mn about 0.4% wt., Cr about 17% wt. , Nb about 0.45% wt. and Al about 0.35 wt.%, as Cu to the initial composition, Cu was added to obtain materials with a metal content of 0 to 3 wt.%, the resulting steel compositions were molded on a laboratory scale into 50 kg steel ingots, heated to 1170 ° C and hot rolled into flat billets, 30 mm thick and 150 mm wide each. Then these flat billets were pressed into bars with a cross section of 35 mm by 35 mm each, the obtained bars were annealed at a temperature of 1030 ° C and subjected to cutting. In this way, samples were obtained for testing thermal fatigue, characterized by the size and shape described in figure 1.

Затем каждый из данных образцов для испытаний повторно подвергали термообработке, описанной на фиг.2, в ходе которой образец нагревали и охлаждали в интервале температур от 100°С до 850°С при заданном ограничительном отношении, равном 0,35, и определяли долговечность в условиях термической усталости. В данном описании долговечность в условиях термической усталости представляет собой число циклов, при котором напряжение начинало непрерывно уменьшаться по сравнению с напряжением в предыдущем цикле; напряжение вычисляли как частное от деления нагрузки, определенной при 100°С, на площадь поперечного сечения выдержанной в печи цилиндрической части образца для испытаний, показанного на фиг.1. Это также соответствует числу циклов, при котором на образце для испытаний появлялась трещина. Для сравнения материал SUS444 (сталь, содержащую Cr в количестве около 19% мас., Nb около 0,5% мас. и Mo около 2% мас.) также подвергали испытаниям тем же способом.Then, each of these test specimens was repeatedly subjected to the heat treatment described in FIG. 2, during which the specimen was heated and cooled in the temperature range from 100 ° C to 850 ° C at a given restrictive ratio of 0.35, and durability was determined under conditions thermal fatigue. In this description, durability under thermal fatigue is the number of cycles at which the voltage began to continuously decrease compared to the voltage in the previous cycle; the stress was calculated as the quotient of dividing the load determined at 100 ° C by the cross-sectional area of the cylindrical part of the test specimen held in the furnace shown in FIG. 1. This also corresponds to the number of cycles at which a crack appeared on the test specimen. For comparison, the material SUS444 (steel containing Cr in an amount of about 19% wt., Nb about 0.5% wt. And Mo about 2% wt.) Was also tested in the same way.

На фиг.3 представлено соотношение между долговечностью в условиях термической усталости и содержанием Cu, полученное при данном испытании термической усталости. Как можно видеть из данного графика, добавление Cu по достижении ее содержания 1,0% мас. или более обеспечивает долговечность в условиях термической усталости, по меньшей мере, эквивалентную долговечности материала SUS444 (приблизительно 1100 циклов), и показатель термической усталости можно эффективно повышать добавлением Cu при достижении ее содержания 1,0% мас. или более.Figure 3 shows the relationship between durability under thermal fatigue and the Cu content obtained from this thermal fatigue test. As can be seen from this graph, the addition of Cu upon reaching its content of 1.0% wt. or more provides durability under thermal fatigue conditions, at least equivalent to the durability of the material SUS444 (approximately 1100 cycles), and the rate of thermal fatigue can be effectively increased by the addition of Cu when its content reaches 1.0% wt. or more.

Затем к исходной композиции стали, содержащей C в количестве около 0,006% мас., N около 0,007% мас., Mn около 0,2% мас., Si около 0,5% мас., Cr около 17% мас., Nb около 0,49% мас. и Cu около 1,5% мас., добавляли Al для получения материалов с содержанием данного металла от 0 до 2% мас., и полученные композиции стали формовали в лабораторном масштабе в 50-килограммовые стальные слитки. Стальные слитки прокатывали в горячем состоянии, полученные горячекатаные листы подвергали горячекатаному, а затем холоднокатаному отжигу и подвергали полученные холоднокатаные листы окончательному отжигу. Таким способом получали холоднокатаные отожженные листы толщиной 2 мм. Затем каждый холоднокатаный отожженный лист разрезали с целью получения образца для испытаний размером 30 мм на 20 мм. Каждый образец для испытаний просверливали в верхней части для получения отверстия диаметром 4 мм, шлифовали наждачной бумагой 320 обе стороны и торцы, обезжиривали и подвергали длительному испытанию на окисляемость, описанному ниже. Для сравнения материал SUS444 также подвергали испытаниям тем же способом.Then, to the initial steel composition containing C in an amount of about 0.006 wt.%, N about 0.007 wt.%, Mn about 0.2 wt.%, Si about 0.5 wt.%, Cr about 17 wt.%, Nb about 0.49% wt. and Cu about 1.5 wt.%, Al was added to obtain materials with a metal content of 0 to 2 wt.%, and the resulting steel compositions were molded on a laboratory scale into 50 kg steel ingots. The steel ingots were hot rolled, the obtained hot rolled sheets were hot rolled and then cold rolled annealed, and the resulting cold rolled sheets were finally annealed. In this way, cold-rolled annealed sheets 2 mm thick were obtained. Then, each cold-rolled annealed sheet was cut to obtain a test sample measuring 30 mm by 20 mm. Each test sample was drilled in the upper part to obtain a hole with a diameter of 4 mm, sanding both sides and ends with sandpaper 320, degreasing and subjected to a lengthy oxidation test, described below. For comparison, SUS444 was also tested in the same way.

Длительное испытание на окисляемость в атмосфере воздуха при 950°СLong-term test for oxidizability in air at 950 ° C

Печь, заполненную воздухом, нагревали до 950°С, и каждый из образцов для испытаний, описанных выше, оставляли в данной печи на 300 часов. Образец взвешивали до и после данного термического испытания, вычисляли изменение массы и преобразовывали в увеличение массы при окислении на единицу площади (г/м²). Данной величиной оценивали стойкость к окислению.The furnace, filled with air, was heated to 950 ° C, and each of the test samples described above was left in this furnace for 300 hours. The sample was weighed before and after this thermal test, the change in mass was calculated and converted to an increase in mass during oxidation per unit area (g / m ² ). This value was evaluated oxidation resistance.

На фиг.4 показано соотношение между увеличением массы в ходе окисления и содержанием Al, полученное при испытании, описанном выше. Как можно видеть из данного графика, добавление Al по достижении его содержания 0,2% мас. или более обеспечивает стойкость к окислению, по меньшей мере, эквивалентную стойкости материала SUS444 (увеличение массы в ходе окисления: 27 г/м² или меньше).Figure 4 shows the relationship between the mass increase during oxidation and the Al content obtained in the test described above. As can be seen from this graph, the addition of Al upon reaching its content of 0.2% wt. or more provides oxidation resistance of at least equivalent to that of SUS444 (weight gain during oxidation: 27 g / m ² or less).

Затем к исходной композиции стали, содержащей около 0,006% мас. C, около 0,007% мас. N, около 0,2% мас. Mn, около 0,45% мас. Al, около 17% мас. Cr, около 0,49% мас. Nb и около 1,5% мас. Cu, добавляли Si для получения материалов с различным содержанием данного элемента и формовали полученные композиции стали в лабораторном масштабе в 50-килограммовые стальные слитки. Стальные слитки прокатывали в горячем состоянии, полученные горячекатаные листы подвергали горячекатаному, а затем холоднокатаному отжигу и подвергали полученные холоднокатаные листы окончательному отжигу. Таким способом получали холоднокатаные отожженные листы толщиной 2 мм. Затем каждый холоднокатаный отожженный лист разрезали с целью получения образца для испытаний размером 30 мм на 20 мм. Каждый образец для испытаний просверливали в верхней части для получения отверстия диаметром 4 мм, шлифовали наждачной бумагой 320 обе стороны и торцы, обезжиривали и подвергали испытанию на окисляемость, описанному ниже. Для сравнения материал SUS444 также подвергали испытаниям тем же способом.Then to the original steel composition containing about 0.006% wt. C, about 0.007% wt. N, about 0.2% wt. Mn, about 0.45% wt. Al, about 17% wt. Cr, about 0.49% wt. Nb and about 1.5% wt. Cu, Si was added to obtain materials with different contents of this element and the resulting steel compositions were molded on a laboratory scale into 50 kg steel ingots. The steel ingots were hot rolled, the obtained hot rolled sheets were hot rolled and then cold rolled annealed, and the resulting cold rolled sheets were finally annealed. In this way, cold-rolled annealed sheets 2 mm thick were obtained. Then, each cold-rolled annealed sheet was cut to obtain a test sample measuring 30 mm by 20 mm. Each test sample was drilled in the upper part to obtain a hole with a diameter of 4 mm, sanding both sides and ends with sandpaper 320, degreasing and subjected to the oxidation test described below. For comparison, SUS444 was also tested in the same way.

Длительное испытание на окисляемость в атмосфере паров водыLong-term test for oxidizability in the atmosphere of water vapor

Газовую смесь, содержащую около 10% CO₂, около 20% H₂O, около 5% O₂, остальное N₂, подавали в печь со скоростью 0,5 л/мин, печь, заполненную данной средой, содержащей пары воды, нагревали до 950°С, и каждый из образцов для испытаний, описанных выше, оставляли в данной печи на 300 часов. Образец взвешивали до и после данного термического испытания, вычисляли изменение массы и преобразовывали в увеличение массы при окисления на единицу площади (г/м²). Данной величиной оценивали стойкость к окислению парами воды.A gas mixture containing about 10% CO ₂ , about 20% H ₂ O, about 5% O ₂ , the rest N ₂ , was fed into the furnace at a rate of 0.5 l / min, the furnace filled with this medium containing water vapor was heated to 950 ° C, and each of the test samples described above was left in this oven for 300 hours. The sample was weighed before and after this thermal test, the change in mass was calculated and converted to an increase in mass during oxidation per unit area (g / m ² ). With this value, the oxidation resistance by water vapor was evaluated.

На фиг.5 представлено соотношение между увеличением массы в ходе окисления в атмосфере, содержащей пары воды, и содержанием Si, полученное при испытании, описанном выше. Как можно видеть из данного графика, добавление Si по достижении его содержания 0,4% мас. или более обеспечивает стойкость к окислению, по меньшей мере, эквивалентную стойкости материала SUS444 (увеличение массы в ходе окисления: 51 г/м² или меньше).Figure 5 presents the relationship between the increase in mass during oxidation in an atmosphere containing water vapor and the Si content obtained in the test described above. As can be seen from this graph, the addition of Si upon reaching its content of 0.4% wt. or more provides oxidation resistance of at least equivalent to that of SUS444 (weight gain during oxidation: 51 g / m ² or less).

Затем к исходной композиции стали, содержащей около 0,006% мас. C, около 0,007% мас. N, около 0,2% масс Mn., около 17% мас. Cr, около 0,49% мас. Nb и около 1,5% мас. Cu, добавляли Si и Al с целью получения материалов с различным для каждого отдельного элемента содержанием и формовали полученные композиции стали в лабораторном масштабе в 50-килограммовые стальные слитки. Стальные слитки прокатывали в горячем состоянии, полученные горячекатаные листы подвергали горячекатаному отжигу, а затем холоднокатаному и подвергали полученные холоднокатаные листы окончательному отжигу. Таким способом получали холоднокатаные отожженные листы толщиной 2 мм. Затем каждый холоднокатаный отожженный лист разрезали с целью получения образца для испытаний на усталость, характеризующегося формой и размерами, описанными на фиг.6, и данные образцы подвергали испытанию на усталость при высоких температурах, описанному ниже. Для сравнения материал SUS444 также подвергали испытаниям тем же способом.Then to the original steel composition containing about 0.006% wt. C, about 0.007% wt. N, about 0.2% of the mass of Mn., About 17% wt. Cr, about 0.49% wt. Nb and about 1.5% wt. Cu, Si and Al were added in order to obtain materials with different contents for each individual element and the resulting steel compositions were molded into laboratory scale into 50 kg steel ingots. The steel ingots were hot rolled, the hot-rolled sheets obtained were subjected to hot-rolled annealing, and then cold-rolled, and the obtained cold-rolled sheets were subjected to final annealing. In this way, cold-rolled annealed sheets 2 mm thick were obtained. Then, each cold-rolled annealed sheet was cut to obtain a fatigue test specimen characterized by the shape and dimensions described in FIG. 6, and these samples were subjected to high temperature fatigue test described below. For comparison, SUS444 was also tested in the same way.

Испытание на усталость при высоких температурахHigh temperature fatigue test

Каждый из образцов, описанных выше, подвергали испытанию на усталость на установке Schenck, в котором поверхность стального листа подвергали воздействию (обратного) напряжения изгиба, равному 75 МПа, при 850°С с заданной частотой 1300 об/мин (22 Гц), и определяли число циклов колебаний до появления излома (усталостная долговечность). При помощи данного расчета оценивали показатель усталости при высоких температурах.Each of the samples described above was subjected to a fatigue test at a Schenck installation, in which the surface of a steel sheet was subjected to a (reverse) bending stress of 75 MPa at 850 ° C with a predetermined frequency of 1300 rpm (22 Hz) and determined number of oscillation cycles until a break occurs (fatigue life). Using this calculation, we evaluated the fatigue indicator at high temperatures.

На фиг.7 показано соотношение между усталостной долговечностью при высоких температурах и разницей концентраций Si и Al, полученное при испытании, описанном выше. Как можно видеть из данного графика, усталостной долговечности при высоких температурах, эквивалентной или превышающей соответствующий показатель материала SUS444 (1,0Е+06), можно достичь только в случае, если содержание Si и Al удовлетворяет соотношению (Si (% мас.) ≥ Al (% мас.)).Figure 7 shows the relationship between fatigue life at high temperatures and the difference in Si and Al concentrations obtained from the test described above. As can be seen from this graph, fatigue life at high temperatures, equivalent to or greater than the corresponding index of SUS444 (1.0E + 06), can only be achieved if the content of Si and Al satisfies the ratio (Si (% wt.) ≥ Al (% wt.)).

Затем каждый из холоднокатаных отожженных листов толщиной 2 мм, приготовленных для длительного испытания на окисляемость в атмосфере воздуха, описанного выше, разрезали с целью получения образца для испытаний на растяжение по стандартам JIS 13В, характеризующегося следующими тремя направлениями растяжения: направлением вращения (направление L); направлением, перпендикулярным направлению вращения (направление C); и направлением под углом 45° направлению вращения (направление D). Образцы подвергали испытанию на растяжение при комнатной температуре, в ходе которого измеряли удлинение после излома в каждом направлении и вычисляли среднее удлинение Е1 при помощи следующего уравнения:Then, each of the 2 mm thick cold-rolled annealed sheets prepared for the long-term air oxidation test described above was cut to obtain a tensile test specimen according to JIS 13B standards, characterized by the following three directions of tension: direction of rotation (direction L); direction perpendicular to the direction of rotation (direction C); and a direction at an angle of 45 ° to the direction of rotation (direction D). The samples were subjected to a tensile test at room temperature, during which the elongation after breaking in each direction was measured and the average elongation E1 was calculated using the following equation:

Среднее удлинение El (%)=(E_L+2E_D+E_c)/4Elongation El (%) = (E _L + 2E _D + E _c ) / 4

где E_L представляет собой El (%) в направлении L, E_D представляет собой El (%) в направлении D и E_c представляет собой El (%) в направлении C.where E _L represents El (%) in the direction L, E _D represents El (%) in the direction D and E _c represents El (%) in the direction C.

На фиг.8 представлено влияние содержания Al на удлинение при комнатной температуре. Данный график показывает, что удлинение при комнатной температуре уменьшается с ростом содержания Al и что добавление Al по достижении его содержания выше 1,0% мас., приводит к недостаточному удлинению в сравнении с соответствующим показателем материала SUS444 (31%).On Fig presents the effect of Al content on elongation at room temperature. This graph shows that elongation at room temperature decreases with increasing Al content and that the addition of Al when it reaches a content above 1.0 wt% leads to insufficient elongation compared to the corresponding index of SUS444 (31%).

Затем авторы настоящего изобретения провели исследование влияния содержания Ti на стойкость к окислению при температуре (1000°С), повышенной по сравнению с температурой 950°С для аналогичных испытаний, описанных выше.Then, the authors of the present invention conducted a study of the effect of the Ti content on oxidation resistance at a temperature (1000 ° C), increased compared with a temperature of 950 ° C for similar tests described above.

К исходной композиции стали, содержащей около 0,006% мас. C, около 0,007% мас. N, около 0,7% мас. Si, около 0,2% мас. Mn, около 0,5% мас. Al, около 17% мас. Cr, около 0,49% мас. Nb и около 1,5% мас. Cu, добавляли Ti для получения материалов с содержанием данного металла от 0 до 1,0% мас. и формовали полученные композиции стали в лабораторном масштабе в 50-килограммовые стальные слитки. Стальные слитки прокатывали в горячем состоянии, полученные горячекатаные листы подвергали горячекатаному отжигу, а затем холоднокатаному и подвергали полученные холоднокатаные листы окончательному отжигу. Таким способом получали холоднокатаные отожженные листы толщиной 2 мм. Затем каждый холоднокатаный отожженный лист разрезали с целью получения образца для испытаний размером 30 мм на 20 мм. Каждый образец для испытаний просверливали в верхней части для получения отверстия диаметром 4 мм, шлифовали наждачной бумагой 320 обе стороны и торцы, обезжиривали и подвергали испытанию на окисляемость при 1000°С, описанному ниже. Для сравнения материал SUS444 также подвергали испытаниям тем же способом.To the original steel composition containing about 0.006% wt. C, about 0.007% wt. N, about 0.7% wt. Si, about 0.2% wt. Mn, about 0.5% wt. Al, about 17% wt. Cr, about 0.49% wt. Nb and about 1.5% wt. Cu, Ti was added to obtain materials with the content of this metal from 0 to 1.0% wt. and molded the resulting steel compositions on a laboratory scale into 50 kg steel ingots. The steel ingots were hot rolled, the hot-rolled sheets obtained were subjected to hot-rolled annealing, and then cold-rolled, and the obtained cold-rolled sheets were subjected to final annealing. In this way, cold-rolled annealed sheets 2 mm thick were obtained. Then, each cold-rolled annealed sheet was cut to obtain a test sample measuring 30 mm by 20 mm. Each test sample was drilled in the upper part to obtain a hole with a diameter of 4 mm, sanding both sides and ends with sandpaper 320, degreasing and subjected to oxidation testing at 1000 ° C, described below. For comparison, SUS444 was also tested in the same way.

Длительное испытание на окисляемость в атмосфере воздуха при 1000°СLong-term test for oxidizability in air at 1000 ° C

Печь, заполненную воздухом, нагревали до 1000°С, и каждый из образцов для испытаний, описанных выше, оставляли в данной печи на 300 часов. Образец взвешивали до и после данного термического испытания, вычисляли изменение массы и преобразовывали в увеличение массы при окислении на единицу площади (г/м²). Данной величиной оценивали стойкость к окислению. В случае образцов, на которых имело место отслаивание оксида (отслаивание окалины), отделившуюся окалину также собирали и учитывали при определении массы после испытания.The furnace, filled with air, was heated to 1000 ° C, and each of the test samples described above was left in this furnace for 300 hours. The sample was weighed before and after this thermal test, the change in mass was calculated and converted to an increase in mass during oxidation per unit area (g / m ² ). This value was evaluated oxidation resistance. In the case of samples on which there was an exfoliation of the oxide (exfoliation of the scale), the separated scale was also collected and taken into account when determining the mass after the test.

На фиг.9 представлено соотношение между увеличением массы в ходе окисления и содержанием Ti, полученное при испытании на окисляемость при 1000°С, описанном выше. Данный график свидетельствует о следующих фактах: при содержании Ti, равном 0,01% мас. или меньше, в значительной степени имеет место отслаивание окалины, что приводит к увеличению массы в ходе окисления до значения 100 г/м² или больше, а именно к разрушающему окислению; однако добавление Ti при его содержании выше 0,01% мас. предотвращает протекание разрушающего окисления и обеспечивает достижение эквивалентной или более высокой стойкости к окислению (увеличение массы при окислении: 36 г/м² или меньше) по сравнению с соответствующим показателем материала SUS444 (увеличение массы при окислении: 36 г/м²), хотя и происходит частичное отслаивание окалины; добавление Ti при его содержании выше 0,15% мас. предотвращает протекание и разрушающего окисления, и отслаивания окалины, а также обеспечивает высокую стойкость к окислению.Figure 9 shows the relationship between the mass increase during oxidation and the Ti content obtained from the oxidation test at 1000 ° C described above. This graph indicates the following facts: with a Ti content of 0.01% wt. or less, to a large extent, scale exfoliation takes place, which leads to an increase in mass during oxidation to a value of 100 g / m ² or more, namely, destructive oxidation; however, the addition of Ti when its content is above 0.01% wt. prevents the occurrence of destructive oxidation and ensures the achievement of equivalent or higher oxidation resistance (increase in mass during oxidation: 36 g / m ² or less) compared to the corresponding indicator of material SUS444 (increase in mass during oxidation: 36 g / m ² ), although partial exfoliation of scale occurs; the addition of Ti when its content is above 0.15% wt. prevents the occurrence of both destructive oxidation and exfoliation of the scale, and also provides high oxidation resistance.

Затем авторы настоящего изобретения провели исследование влияния содержания V на ударную вязкость с одним из образцов Ti-содержащей стали, описанной выше.The authors of the present invention then investigated the effect of the V content on the toughness with one of the samples of the Ti-containing steel described above.

К исходной композиции стали, содержащей около 0,006% мас. С, около 0,007% мас. N, около 0,7% мас. Si, около 0,2% мас. Mn, около 0,5% мас. Al, около 17% мас. Cr, около 0,49% мас. Nb, около 1,5% мас. Cu и около 0,3% мас. Ti, добавляли V для получения материалов с содержанием данного металла от 0 до 1,0% мас. и формовали полученные композиции стали в лабораторном масштабе в 50-килограммовые стальные слитки. Стальные слитки прокатывали в горячем состоянии, полученные горячекатаные листы подвергали горячекатаному отжигу, а затем холоднокатаному и подвергали полученные холоднокатаные листы окончательному отжигу. Таким способом получали холоднокатаные отожженные листы толщиной 2 мм. Данные холоднокатаные отожженные листы разрезали для получения образцов с V-образной канавкой шириной 2 мм для испытаний ударной вязкости в соответствии со стандартами JIS Z0202. Затем проводили испытание на ударную вязкость по Шарпи при -40°С в соответствии со стандартами JIS Z2242, контролировали визуально излом и определяли процент хрупкого разрушения.To the original steel composition containing about 0.006% wt. C, about 0.007% wt. N, about 0.7% wt. Si, about 0.2% wt. Mn, about 0.5% wt. Al, about 17% wt. Cr, about 0.49% wt. Nb, about 1.5% wt. Cu and about 0.3% wt. Ti, V was added to obtain materials with the content of this metal from 0 to 1.0% wt. and molded the resulting steel compositions on a laboratory scale into 50 kg steel ingots. The steel ingots were hot rolled, the hot-rolled sheets obtained were subjected to hot-rolled annealing, and then cold-rolled, and the obtained cold-rolled sheets were subjected to final annealing. In this way, cold-rolled annealed sheets 2 mm thick were obtained. These cold rolled annealed sheets were cut to obtain samples with a 2 mm wide V-groove for impact tests in accordance with JIS Z0202 standards. A Charpy impact test was then carried out at -40 ° C in accordance with JIS Z2242 standards, visual fracture was monitored, and the percentage of brittle fracture was determined.

На фиг.10 показано соотношение между процентом хрупкого разрушения и содержанием V, полученное при испытании на ударную вязкость, описанном выше. Как можно видеть из данного графика, добавление V по достижении его содержания 0,01% мас. или выше обеспечивает значительное улучшение ударной вязкости, и процент хрупкого разрушения становится равным 0%; однако добавление V по достижении его содержания выше 0,5% мас. приводит к повышению процента хрупкого разрушения и снижению ударной вязкости, а не к ее увеличению.Figure 10 shows the relationship between the percentage of brittle fracture and the V content obtained in the impact test described above. As can be seen from this graph, the addition of V upon reaching its content of 0.01% wt. or higher provides a significant improvement in toughness, and the percentage of brittle fracture becomes equal to 0%; however, the addition of V upon reaching its content above 0.5% wt. leads to an increase in the percentage of brittle fracture and a decrease in toughness, and not to its increase.

Вышеизложенные данные послужили для авторов настоящего изобретения основой для дополнительных исследований.The above data served as the basis for additional research for the authors of the present invention.

Ниже следует описание ингредиентов, входящих в состав ферритных нержавеющих сталей по настоящему изобретению.The following is a description of the ingredients that make up the ferritic stainless steels of the present invention.

C: 0,015% мас. или меньшеC: 0.015% wt. or less

С является элементом, эффективным для повышения прочности стали; однако добавление его по достижении содержания выше 0,015% мас. приводит к значительному снижению ударной вязкости и формуемости. Следовательно, в настоящем изобретении содержание C составляет 0,015% мас. или меньше. С точки зрения обеспечения формуемости, содержание С предпочтительно составляет 0,008% мас. или меньше.C is an element effective in increasing the strength of steel; however, adding it upon reaching a content above 0.015% wt. leads to a significant reduction in toughness and formability. Therefore, in the present invention, the content of C is 0.015% wt. or less. From the point of view of providing formability, the content of C is preferably 0.008% wt. or less.

С точки зрения обеспечения прочности стали для использования в качестве элемента конструкции выхлопной системы содержание С предпочтительно составляет 0,001% мас. или больше. Более предпочтительно, содержание C находится в пределах от 0,002 до 0,008% мас.From the point of view of ensuring the strength of the steel for use as an element of the design of the exhaust system, the content is preferably 0.001% wt. or more. More preferably, the content of C is in the range from 0.002 to 0.008% by weight.

Si: от 0,4 до 1,0% мас.Si: from 0.4 to 1.0% wt.

Si является важным элементом, который необходим для повышения стойкости к окислению в атмосфере, содержащей пары воды. Как показано на фиг.5, его должно содержаться около 0,4% мас. или больше для того, чтобы обеспечить стойкость к окислению парами воды, по меньшей мере, эквивалентную соответствующему показателю материала SUS444. Однако избыточное добавление Si по достижении его содержания выше 1,0% мас. обусловливает пониженную формуемость, и, таким образом, верхний предел составляет 1,0% мас. Предпочтительно, содержание Si находится в пределах от 0,4 до 0,8% мас.Si is an important element that is necessary to increase oxidation resistance in an atmosphere containing water vapor. As shown in figure 5, it should contain about 0.4% wt. or more in order to provide resistance to oxidation by water vapor, at least equivalent to the corresponding indicator of the material SUS444. However, the excess addition of Si upon reaching its content above 1.0% wt. causes a lower formability, and, thus, the upper limit is 1.0% wt. Preferably, the Si content is in the range from 0.4 to 0.8% wt.

Причина повышения стойкости к окислению парами воды при добавлении Si не ясна до конца; однако при содержании около 0,4% мас. или больше Si, по-видимому, формируется непрерывный плотный слой оксида Si на поверхности стального листа и предотвращает проникновение газообразных компонентов извне. В случае если необходима стойкость к окислению в более сильной коррозионной среде, содержащей пары воды, нижний предел содержания Si составляет предпочтительно 0,5% мас.The reason for the increase in resistance to oxidation by water vapor upon addition of Si is not completely understood; however, with a content of about 0.4% wt. or more Si, apparently, a continuous dense layer of Si oxide is formed on the surface of the steel sheet and prevents the penetration of gaseous components from the outside. If resistance to oxidation is required in a stronger corrosive medium containing water vapor, the lower limit of the Si content is preferably 0.5% by weight.

Si (% мас.) ≥ Al (% мас.)Si (% wt.) ≥ Al (% wt.)

Кроме того, Si является элементом, важным для эффективного использования способности Al придавать прочность стали образованием твердых растворов. Как описано ниже, Al представляет собой элемент, который оказывает воздействие на прочность стали образованием твердых растворов при высоких температурах и влияет на улучшение показателя термической усталости при высоких температурах. Однако, если содержание Al выше содержания Si, Al при высоких температурах предпочтительно образует оксид или нитрид и формирует твердый раствор в уменьшенном количестве и, таким образом, не может в полной мере способствовать повышению прочности стали образованием твердых растворов. С другой стороны, при содержании Si выше содержания Al, Si предпочтительно окисляется и формирует непрерывный плотный слой оксида на поверхности стального листа; данный оксидный слой оказывает влияние на предотвращение проникновения кислорода и азота извне, а также диффундирование внутрь материала, вследствие этого Al можно сохранять в состоянии твердого раствора без образования оксида или нитрида. В результате обеспечивается стабильное состояние твердого раствора Al, и показатель термической усталости при высоких температурах повышается. Следовательно, в настоящем изобретении Si добавляют для удовлетворения соотношению Si (% мас.) ≥ Al (% мас.) с целью достижения показателя термической усталости при высоких температурах, по меньшей мере, эквивалентного соответствующему показателю материала SUS444.In addition, Si is an element important for the effective use of the ability of Al to impart strength to steel by the formation of solid solutions. As described below, Al is an element that affects the strength of steel by the formation of solid solutions at high temperatures and affects the improvement of thermal fatigue at high temperatures. However, if the Al content is higher than the content of Si, Al at high temperatures preferably forms an oxide or nitride and forms a solid solution in a reduced amount and, therefore, cannot fully contribute to the increase in the strength of steel by the formation of solid solutions. On the other hand, when the Si content is higher than the Al content, Si is preferably oxidized and forms a continuous dense oxide layer on the surface of the steel sheet; This oxide layer has an effect on preventing the penetration of oxygen and nitrogen from the outside, as well as diffusion into the material; as a result, Al can be maintained in a solid solution state without the formation of oxide or nitride. As a result, a stable state of Al solid solution is ensured, and the thermal fatigue index increases at high temperatures. Therefore, in the present invention, Si is added to satisfy the ratio Si (% wt.) ≥ Al (% wt.) In order to achieve a thermal fatigue index at high temperatures that is at least equivalent to that of SUS444.

Mn: 1,0% мас. или меньшеMn: 1.0% wt. or less

Mn представляет собой элемент, добавляемый в качестве восстанавливающего агента, а также для повышения прочности стали. Для проявления данных эффектов его добавляют предпочтительно до достижения содержания 0,05% мас. или больше. Однако избыточное добавление Mn создает условия для более легкого формирования γ-фазы при высоких температурах и приводит к пониженной жаростойкости. Следовательно, содержание Mn составляет 1,0% мас. или меньше. Предпочтительно, оно составляет 0,7% мас. или меньше.Mn is an element added as a reducing agent, as well as to increase the strength of steel. To manifest these effects, it is added preferably until a content of 0.05% wt. or more. However, excessive addition of Mn creates the conditions for easier formation of the γ phase at high temperatures and leads to reduced heat resistance. Therefore, the content of Mn is 1.0% wt. or less. Preferably, it is 0.7% wt. or less.

P: 0,040% мас. или меньшеP: 0.040% wt. or less

P является нежелательным элементом, который снижает ударную вязкость стали, и, следовательно, его содержание желательно уменьшать в максимально возможной степени. Таким образом, в настоящем изобретении содержание P составляет 0,040% мас. или меньше. Предпочтительно, оно составляет 0,030% мас. или меньше.P is an undesirable element that reduces the toughness of steel, and therefore it is desirable to reduce its content as much as possible. Thus, in the present invention, the content of P is 0.040% wt. or less. Preferably, it is 0.030% wt. or less.

S: 0,010% мас. или меньшеS: 0.010% wt. or less

S представляет собой нежелательный элемент, который оказывает вредное воздействие на формуемость уменьшением удлинения и величины r, а также отрицательно влияет на коррозионную стойкость, основную характеристику нержавеющей стали, и, следовательно, его содержание желательно уменьшать в максимально возможной степени. Таким образом, в настоящем изобретении содержание S составляет 0,010% мас. или меньше. Предпочтительно, оно составляет 0,005% мас. или меньше.S is an undesirable element that has a detrimental effect on formability by decreasing elongation and r value, and also negatively affects the corrosion resistance, the main characteristic of stainless steel, and therefore it is desirable to reduce its content as much as possible. Thus, in the present invention, the content of S is 0.010% wt. or less. Preferably, it is 0.005% wt. or less.

Al: от 0,2 до 1,0% мас.Al: from 0.2 to 1.0% wt.

Как показано на фиг.4, Al является элементом, необходимым для улучшения стойкости Cu-содержащей стали к окислению. В частности, для достижения цели настоящего изобретения, или более конкретно, для достижения стойкости к окислению, по меньшей мере, равной соответствующему показателю материала SUS444, Al должен содержаться в количестве около 0,2% мас. или более. Однако, как показано на фиг.8, добавление Al по достижении его содержания выше 1,0% мас. приводит к тому, что сталь становится тверже, чем необходимо, и ее формуемость уменьшается до уровня ниже соответствующего показателя материала SUS444 (31%), также наблюдается снижение стойкости к окислению, а не ее улучшение. Следовательно, содержание Al находится в пределах от 0,2 до 1,0% мас. Предпочтительно, оно находится в пределах от 0,3 до 1,0% мас. Если преимущество отдается формуемости, содержание Al предпочтительно находится в пределах от 0,3 до 0,8% мас. Более предпочтительно, оно находится в пределах от 0,3 до 0,5% мас.As shown in FIG. 4, Al is an element necessary to improve the oxidation resistance of Cu-containing steel. In particular, to achieve the objective of the present invention, or more specifically, to achieve an oxidation resistance of at least equal to that of SUS444, Al should be contained in an amount of about 0.2 wt%. or more. However, as shown in Fig. 8, the addition of Al upon reaching its content above 1.0% wt. leads to the fact that the steel becomes harder than necessary, and its formability decreases to a level below the corresponding indicator of the material SUS444 (31%), a decrease in oxidation resistance, and not its improvement, is also observed. Therefore, the Al content is in the range from 0.2 to 1.0% wt. Preferably, it is in the range from 0.3 to 1.0% wt. If formability is preferred, the Al content is preferably in the range of 0.3 to 0.8% by weight. More preferably, it is in the range from 0.3 to 0.5% wt.

Кроме того, Al представляет собой элемент, который образует в стали твердый раствор и придает прочность стали формированием твердого раствора, а также оказывает воздействие на увеличение прочности при высоких температурах, особенно при температурах, превышающих 800°С. Таким образом, в настоящем изобретении Al является важным элементом для улучшения показателя термической усталости при высоких температурах. Как упомянуто выше, если содержание Al выше содержания Si, Al предпочтительно образует оксид или нитрид при высоких температурах и формирует твердый раствор в уменьшенном количестве, и, таким образом, не может в полной мере способствовать повышению прочности стали. В отличие от этого, если содержание Al ниже содержания Si, Si предпочтительно окисляется и формирует непрерывный плотный слой оксида на поверхности стального листа; данный оксидный слой служит барьером для диффундирования кислорода и азота внутрь материала, вследствие этого Al можно сохранять в стабильном состоянии твердого раствора. Таким образом, в последнем случае повышение прочности стали, обусловленное присутствием Al в состоянии твердого раствора, обеспечивает повышение прочности при высоких температурах и улучшение показателя усталости при высоких температурах. Следовательно, для улучшения показателя усталости при высоких температурах в настоящем изобретении необходимо соблюдать соотношение Si (% мас.) ≥ Al (% мас.).In addition, Al is an element that forms a solid solution in steel and imparts strength to steel by forming a solid solution, and also affects the increase in strength at high temperatures, especially at temperatures exceeding 800 ° C. Thus, in the present invention, Al is an important element for improving thermal fatigue at high temperatures. As mentioned above, if the Al content is higher than the Si content, Al preferably forms an oxide or nitride at high temperatures and forms a solid solution in a reduced amount, and thus cannot fully contribute to increasing the strength of steel. In contrast, if the Al content is lower than the Si content, Si is preferably oxidized and forms a continuous dense oxide layer on the surface of the steel sheet; This oxide layer serves as a barrier for diffusion of oxygen and nitrogen into the material; therefore, Al can be maintained in a stable state of a solid solution. Thus, in the latter case, an increase in the strength of steel, due to the presence of Al in the solid solution state, provides an increase in strength at high temperatures and an improvement in fatigue at high temperatures. Therefore, to improve the fatigue index at high temperatures in the present invention, it is necessary to observe the ratio Si (% wt.) ≥ Al (% wt.).

N: 0,015% мас. или меньшеN: 0.015% wt. or less

N является элементом, который вызывает снижение ударной вязкости и формуемости стали, и если его содержание превышает 0,015% мас., данные неблагоприятные эффекты становятся значимыми. Следовательно, содержание N составляет 0,015% мас. или меньше. С точки зрения обеспечения высокой ударной вязкости и формуемости содержание N предпочтительно уменьшают в максимально возможной степени, желательно ниже 0,010% мас.N is an element that causes a decrease in toughness and formability of steel, and if its content exceeds 0.015% by weight, these adverse effects become significant. Therefore, the content of N is 0.015% wt. or less. From the point of view of providing high impact strength and formability, the N content is preferably reduced as much as possible, preferably below 0.010% by weight.

Cr: от 16 до 23% мас.Cr: from 16 to 23% wt.

Cr является важным элементом, который эффективен для улучшения коррозионной стойкости и стойкости к окислению, основных характеристик нержавеющей стали; однако при содержании ниже 16% мас. он не обеспечивает достаточной стойкости к окислению. С другой стороны, Cr также является элементом, который придает прочность стали при комнатной температуре образованием твердого раствора и делает сталь более твердой и менее пластичной, чем это необходимо; в частности, добавление Cr по достижении его содержания выше 23% мас. приводит к тому, что указанные выше проблемы становятся серьезными, и, таким образом, верхний предел составляет 23% мас. Следовательно, Cr содержится в количествах, находящихся в пределах от 16 до 23% мас. Предпочтительно, содержание Cr находится в пределах от 16 до 20% мас.Cr is an important element that is effective for improving corrosion and oxidation resistance, the main characteristics of stainless steel; however, when the content is below 16% wt. it does not provide sufficient oxidation resistance. On the other hand, Cr is also an element that gives strength to steel at room temperature by the formation of a solid solution and makes the steel harder and less ductile than necessary; in particular, the addition of Cr upon reaching its content above 23% wt. leads to the fact that the above problems become serious, and, thus, the upper limit is 23% wt. Therefore, Cr is contained in amounts ranging from 16 to 23% wt. Preferably, the Cr content is in the range of 16 to 20% by weight.

Cu: от 1,0 до 2,5% мас.Cu: from 1.0 to 2.5% wt.

Как показано на фиг.3, Cu представляет собой очень эффективный элемент для улучшения показателя термической усталости, и для достижения показателя термической усталости, по меньшей мере, эквивалентного соответствующему показателю материала SUS444, медь должна содержаться в количестве около 1,0% мас. или более. Однако добавление Cu по достижении ее содержания выше 2,5% мас. является причиной образования фазы ε-Cu, которая осаждается во время охлаждения после процесса термообработки и делает сталь более твердой, чем это необходимо, и более чувствительной к охрупчиванию, вызванному горячей обработкой. Более важно, что добавление Cu, по общему признанию, обеспечивает улучшение показателя термической усталости, но, с другой стороны, вызывает понижение стойкости самой стали к окислению, а не ее повышение, и в конечном итоге обусловливает снижение общей жаростойкости. Причина данного явления не ясна до конца; однако Cu, по-видимому, концентрируется в слое, обедненном Cr, на участках, где на нем образовалась окалина, и предохраняет от повторного диффундирования Cr, элемент, который должен повышать собственную стойкость нержавеющей стали к окислению. Следовательно, содержание Cu находится в пределах от 1,0 до 2,5% мас. Предпочтительно, оно находится в пределах от 1,1 до 1,8% мас.As shown in FIG. 3, Cu is a very effective element for improving thermal fatigue, and to achieve a thermal fatigue of at least equivalent to that of SUS444, copper should be contained in an amount of about 1.0 wt%. or more. However, the addition of Cu upon reaching its content above 2.5% wt. causes the ε-Cu phase to form, which precipitates during cooling after the heat treatment process and makes the steel harder than necessary and more sensitive to embrittlement caused by hot working. More importantly, the addition of Cu, admittedly, provides an improvement in thermal fatigue, but, on the other hand, causes a decrease in the oxidation resistance of the steel itself, rather than an increase in it, and ultimately leads to a decrease in overall heat resistance. The reason for this phenomenon is not completely clear; however, Cu, apparently, is concentrated in the layer depleted in Cr, in the areas where scale has formed on it, and prevents Cr from diffusing again, an element that should increase the oxidation resistance of stainless steel. Therefore, the Cu content is in the range from 1.0 to 2.5% wt. Preferably, it is in the range from 1.1 to 1.8% wt.

Nb: от 0,30 до 0,65% мас.Nb: from 0.30 to 0.65% wt.

Nb представляет собой элемент, который образует карбонитрид с C и N для связывания данных элементов и в силу этого действует в направлении повышения коррозионной стойкости, формуемости и стойкости к межкристаллитной коррозии на сварных швах, а также приводит к повышению высокотемпературной прочности и таким образом обеспечивает улучшение показателя термической усталости.Nb is an element that forms carbonitride with C and N to bind these elements and therefore acts in the direction of increasing corrosion resistance, formability and resistance to intergranular corrosion on welds, and also leads to an increase in high-temperature strength and thus provides an improvement in thermal fatigue.

Данные эффекты наблюдаются при содержании Nb около 0,30% мас. или больше. Однако добавление его по достижении содержания выше 0,65% мас. способствует осаждению фазы Лавеса и является причиной того, что сталь становится более хрупкой. Следовательно, содержание Nb находится в пределах от 0,30 до 0,65% мас. Предпочтительно, оно находится в пределах от 0,40 до 0,55% мас. Если ударная вязкость является существенным показателем, содержание Nb предпочтительно находится в пределах от 0,40 до 0,49% мас. Более предпочтительно, оно находится в пределах от 0,40 до 0,47% мас.These effects are observed when the Nb content is about 0.30% wt. or more. However, adding it upon reaching a content above 0.65% wt. promotes the deposition of the Laves phase and causes steel to become more brittle. Therefore, the Nb content is in the range from 0.30 to 0.65% wt. Preferably, it is in the range from 0.40 to 0.55% wt. If the toughness is a significant indicator, the Nb content is preferably in the range from 0.40 to 0.49% wt. More preferably, it is in the range from 0.40 to 0.47% wt.

Ti: 0,5% мас. или меньшеTi: 0.5% wt. or less

В Al-содержащих сталях по настоящему изобретению Ti представляет собой очень эффективный элемент для улучшения стойкости к окислению. В частности, стали, используемые при высоких температурах, превышающих 1000°С, от которых требуется высокая стойкость к окислению, должны содержать Ti как существенный элемент добавок. Для достижения такой стойкости к окислению при высоких температурах, или более конкретно, для того, чтобы стойкость к окислению при 1000°С была эквивалентной или более высокой, чем соответствующий показатель материала SUS444, Ti предпочтительно содержится в количестве выше 0,01% мас., как можно видеть на фиг.9. Однако избыточное добавление по достижении его содержания выше 0,5% мас. не только завершается эффектом насыщения в отношении улучшения стойкости к окислению, но и вызывает понижение ударной вязкости, а пониженная ударная вязкость отрицательно влияет на производительность несколькими путями, например на появление изломов вследствие осуществления циклов сгибания и выпрямления на линии горячекатаного отжига. Следовательно, верхний предел содержания Ti составляет 0,5% мас.In the Al-containing steels of the present invention, Ti is a very effective element for improving oxidation resistance. In particular, steels used at high temperatures exceeding 1000 ° C, which require high oxidation resistance, must contain Ti as an essential element of the additives. In order to achieve such an oxidation resistance at high temperatures, or more specifically, so that the oxidation resistance at 1000 ° C. is equivalent to or higher than the corresponding index of SUS444, Ti is preferably contained in an amount above 0.01% by weight, as can be seen in Fig.9. However, the excess addition upon reaching its content above 0.5% wt. not only ends with a saturation effect with respect to improving oxidation resistance, but also causes a decrease in toughness, and a lower toughness adversely affects productivity in several ways, for example, the appearance of kinks due to bending and straightening cycles on the hot-rolled annealing line. Therefore, the upper limit of the Ti content is 0.5% wt.

В этой связи, при существующих марках стали для использования в элементе выхлопной системы или связанных с ней компонентах автомобильных двигателей, воздействие высокой температуры на элемент может вызвать появление окалины, которая образуется на поверхности элемента конструкции, отделяется и таким образом приводит к неисправности в работе двигателя. Добавление Ti также очень эффективно для предотвращения такого отслаивания окалины, и добавление Ti по достижении его содержания выше 0,15% мас. кардинально уменьшает отслаивание окалины, которое имело бы место при высоких температурах, 1000°С или выше. Если сталь предназначена для использования в тех областях применения, в которых отслаивание окалины имеет значение, следовательно, содержание Ti предпочтительно должно находиться в количестве выше 0,15% мас., но не выше 0,5% мас.In this regard, with existing grades of steel for use in an element of the exhaust system or related components of automobile engines, the influence of high temperature on the element can cause the formation of scale, which forms on the surface of the structural element, detaches and thus leads to malfunction of the engine. The addition of Ti is also very effective in preventing such delamination of the scale, and the addition of Ti when it reaches a content above 0.15% by weight. dramatically reduces the flaking of scale that would occur at high temperatures, 1000 ° C or higher. If the steel is intended for use in those applications in which peeling of scale is important, therefore, the Ti content should preferably be in an amount above 0.15% wt., But not higher than 0.5% wt.

Причина повышения стойкости Al-содержащей стали к окислению при добавлении Ti не ясна до конца; однако возможным объяснением является следующее. При добавлении к стали Ti соединяется с N при высокой температуре и таким образом предохраняет Al от связывания с N и осаждения в форме AlN. Это приводит к увеличению доли свободного Al, и данный свободный Al присоединяется к O с образованием оксида Al (Al₂O₃) на границе между плотным слоем оксида Si, упомянутым выше, который образовался на поверхности стального листа, и основной долей металла. Полученная в результате этого двухслойная структура, состоящая из слоя оксида Si, упомянутого выше, и оксида Al, предотвращает проникновение O в стальной лист и обеспечивает повышенную стойкость к окислению.The reason for the increase in oxidation resistance of Al-containing steel upon addition of Ti is not completely understood; however, a possible explanation is as follows. When added to steel, Ti combines with N at high temperature and thus prevents Al from binding to N and precipitation in the form of AlN. This leads to an increase in the fraction of free Al, and this free Al joins O to form Al (Al ₂ O ₃ ) oxide at the boundary between the dense layer of Si oxide mentioned above, which was formed on the surface of the steel sheet, and the main metal fraction. The resulting two-layer structure, consisting of a layer of Si oxide mentioned above and Al oxide, prevents the penetration of O into the steel sheet and provides increased oxidation resistance.

Кроме того, подобно Nb, Ti связывает C и N и в силу этого действует в направлении сохранения коррозионной стойкости, формуемости и стойкости к межкристаллитной коррозии на сварных швах. Однако в системах из нескольких составных частей по настоящему изобретению, в которых содержится Nb, добавление Ti по достижении его содержания выше 0,01% мас. завершается эффектом насыщения, а также является причиной образования твердого раствора, что делает сталь тверже, чем это необходимо. Неблагоприятно то, что Ti, который с большей вероятностью связывается с N, чем Nb, образует крупнозернистый TiN, из которого будут появляться трещины, приводя таким образом к снижению ударной вязкости. Если сталь предназначена для областей применения, в которых отдается приоритет коррозионной стойкости, формуемости и межкристаллитной коррозионной стойкости на сварных швах, тогда как стойкости к окислению при высоких температурах (например, 1000°С или выше) особенно не требуется, или сталь предназначена для использования в областях применения, в которых особенно необходима высокая ударная вязкость, следовательно, не требуется активного добавления Ti; предпочитают уменьшать содержание Ti в максимально возможной степени. Если сталь предназначена для использования в указанных выше областях применения, следовательно, содержание Ti предпочтительно составляет 0,01% мас. или меньше.In addition, like Nb, Ti binds C and N and therefore acts in the direction of maintaining corrosion resistance, formability and resistance to intergranular corrosion at welds. However, in systems of several components of the present invention, which contain Nb, the addition of Ti upon reaching its content above 0.01% wt. culminates in a saturation effect, and also causes the formation of a solid solution, which makes the steel harder than necessary. Unfavorable is that Ti, which is more likely to bind to N than Nb, forms a coarse-grained TiN, from which cracks will appear, thus leading to a decrease in toughness. If steel is intended for applications where priority is given to corrosion resistance, formability and intergranular corrosion resistance at welds, while oxidation resistance at high temperatures (e.g. 1000 ° C or higher) is not particularly required, or steel is intended to be used in scopes in which high impact strength is especially necessary, therefore, active addition of Ti is not required; prefer to reduce the Ti content as much as possible. If the steel is intended for use in the above applications, therefore, the Ti content is preferably 0.01% wt. or less.

Mo: 0,1% мас. или меньшеMo: 0.1% wt. or less

Mo представляет собой дорогостоящий элемент, и, таким образом, как можно также видеть из сущности настоящего изобретения, следует избегать его активного добавления. Однако в некоторых случаях сталь может содержать Mo, привнесенный из металлолома и другого сырья, в количестве около 0,1% мас. или меньше. Содержание Mo, следовательно, составляет 0,1% мас. или меньше.Mo is an expensive element, and thus, as can also be seen from the essence of the present invention, its active addition should be avoided. However, in some cases, the steel may contain Mo, introduced from scrap metal and other raw materials, in an amount of about 0.1% wt. or less. The Mo content, therefore, is 0.1% wt. or less.

W: 0,1% мас. или меньшеW: 0.1% wt. or less

Как и Mo, W представляет собой дорогостоящий элемент, и, таким образом, как можно также видеть из сущности настоящего изобретения, следует избегать его активного добавления. Однако в некоторых случаях сталь может содержать W, привнесенный из металлолома и другого сырья, в количестве около 0,1% мас. или меньше. Содержание W, следовательно, составляет 0,1% мас. или меньше.Like Mo, W is an expensive element, and thus, as can also be seen from the essence of the present invention, its active addition should be avoided. However, in some cases, the steel may contain W, introduced from scrap metal and other raw materials, in an amount of about 0.1% wt. or less. The content of W, therefore, is 0.1% wt. or less.

Кроме основных ингредиентов, описанных выше, ферритные нержавеющие стали по настоящему изобретению могут дополнительно содержать один, или два, или более компонентов, выбранных из B, РЗМ, Zr, V, Co и Ni, в пределах, указанных ниже.In addition to the basic ingredients described above, the ferritic stainless steels of the present invention may additionally contain one, or two, or more components selected from B, REM, Zr, V, Co and Ni, within the limits indicated below.

B: 0,003% мас. или меньшеB: 0.003% wt. or less

B является эффективным элементом для улучшения обрабатываемости стали, в частности вторичной обрабатываемости. Данный эффект получают при содержании B около 0,0005% мас. или более; однако избыточное добавление по достижении его содержания выше 0,003% мас. вызывает образование BN и, таким образом, приводит к снижению обрабатываемости. Следовательно, при добавлении B его содержание предпочтительно составляет 0,003% мас. или меньше. Более предпочтительно, оно находится в интервале от 0,0010 до 0,003% мас.B is an effective element for improving the workability of steel, in particular secondary machinability. This effect is obtained with a B content of about 0.0005% wt. or more; however, the excess addition upon reaching its content above 0.003% wt. causes the formation of BN and, thus, leads to a decrease in workability. Therefore, when adding B, its content is preferably 0.003% wt. or less. More preferably, it is in the range from 0.0010 to 0.003% wt.

РЗМ: 0,08% мас. или меньше; Zr: 0,50% мас. или меньшеREM: 0.08% wt. or less; Zr: 0.50% wt. or less

РЗМ (редкоземельные металлы) и Zr являются элементами, которые улучшают стойкость к окислению, и в настоящем изобретении могут содержаться как необходимые. Для осуществления их воздействия они содержатся предпочтительно в количестве около 0,01% мас. или более и 0,05% мас. или более соответственно. Однако добавление РЗМ по достижении их содержания выше 0,080% мас. придает стали хрупкость, а добавление Zr по достижении его содержания выше 0,50% мас. вызывает осаждение интерметаллидов Zr и таким образом приводит к понижению ударной вязкости стали. Следовательно, при добавлении РЗМ и Zr их содержание предпочтительно составляет 0,08% мас. или меньше и 0,5% мас. или меньше соответственно.REM (rare earth metals) and Zr are elements that improve oxidation resistance, and may be contained as necessary in the present invention. To exercise their effects, they are preferably contained in an amount of about 0.01% wt. or more and 0.05% wt. or more, respectively. However, the addition of rare-earth metals to achieve their content above 0.080% wt. gives the steel brittleness, and the addition of Zr upon reaching its content above 0.50% wt. causes the precipitation of Zr intermetallic compounds and thus leads to a decrease in the toughness of steel. Therefore, when adding REM and Zr, their content is preferably 0.08% wt. or less and 0.5% wt. or less, respectively.

V: 0,5% мас. или меньшеV: 0.5% wt. or less

V представляет собой эффективный элемент для улучшения как обрабатываемости стали, так и стойкости стали к окислению. Данные результаты становятся значительными при содержании V 0,15% мас. или более. Однако избыточное добавление V до содержания выше 0,5% мас. вызывает осаждение крупнозернистых соединений V (C, N) и таким образом приводит к поврежденной текстуре поверхности. Следовательно, при добавлении V его содержание предпочтительно находится в интервале от 0,15 до 0,5% мас. Более предпочтительно, оно находится в интервале от 0,15 до 0,4% мас.V is an effective element for improving both machinability of steel and oxidation resistance of steel. These results become significant when the content of V of 0.15% wt. or more. However, the excessive addition of V to a content above 0.5% wt. causes the precipitation of coarse-grained compounds V (C, N) and thus leads to a damaged surface texture. Therefore, when adding V, its content is preferably in the range from 0.15 to 0.5% wt. More preferably, it is in the range from 0.15 to 0.4% wt.

Кроме того, V является также эффективным элементом для улучшения ударной вязкости стали; в частности, как показано на фиг.10, при использовании Ti-содержащих сталей в областях применения, в которых требуется стойкость к окислению при 1000°С и более высоких температурах, воздействие V на улучшение ударной вязкости дает значительное преимущество. Данный эффект получают при содержании V около 0,01% мас. или более; однако добавление V по достижении его содержания выше 0,5% мас. приводит к понижению ударной вязкости, а не к ее повышению. Если сталь является Ti-содержащей сталью для использования в областях применения, в которых необходима высокая ударная вязкость, следовательно, V предпочтительно содержится в количестве от 0,01 до 0,5% мас.In addition, V is also an effective element for improving the toughness of steel; in particular, as shown in FIG. 10, when using Ti-containing steels in applications that require oxidation resistance at 1000 ° C and higher temperatures, the effect of V on improving toughness gives a significant advantage. This effect is obtained with a V content of about 0.01% by weight. or more; however, the addition of V upon reaching its content above 0.5% wt. leads to a decrease in toughness, and not to its increase. If the steel is Ti-containing steel for use in applications that require high toughness, therefore, V is preferably contained in an amount of from 0.01 to 0.5% wt.

В этой связи, описанное выше влияние V на улучшение ударной вязкости Ti-содержащих сталей, по-видимому, реализуется следующим образом: Ti, существующий в форме TiN, кристаллизующегося в стали, частично замещается ванадием и осаждается в форме медленно растущих соединений (Ti, V) N, и, таким образом, предотвращается осаждение крупнозернистого нитрида, являющегося причиной понижения ударной вязкости.In this regard, the influence of V described above on improving the toughness of Ti-containing steels is apparently implemented as follows: Ti, which exists in the form of TiN, crystallizes in steel, is partially replaced by vanadium and precipitates in the form of slowly growing compounds (Ti, V ) N, and thus precipitation of coarse-grained nitride, which causes a decrease in toughness, is prevented.

Co: 0,5% мас. или меньшеCo: 0.5% wt. or less

Co представляет собой эффективный элемент для улучшения ударной вязкости стали. Для осуществления воздействия Со содержится предпочтительно в количестве около 0,0050% мас. или более. Однако Co является дорогостоящим элементом и, что еще хуже, добавление Co по достижении его содержания выше 0,5% мас. завершается данным эффектом насыщения. Следовательно, при добавлении Co его содержание предпочтительно составляет 0,5% мас. или меньше. Более предпочтительно, оно находится в интервале от 0,01 до 0,2% мас. Если требуются холоднокатаные листы, характеризующиеся высокой ударной вязкостью, содержание Co предпочтительно находится в интервале от 0,02 до 0,2% мас.Co is an effective element for improving the toughness of steel. To implement the effect, Co is preferably contained in an amount of about 0.0050% wt. or more. However, Co is an expensive element and, even worse, the addition of Co when it reaches a content above 0.5% wt. ends with this saturation effect. Therefore, when adding Co, its content is preferably 0.5% wt. or less. More preferably, it is in the range from 0.01 to 0.2% wt. If you want cold-rolled sheets, characterized by high toughness, the Co content is preferably in the range from 0.02 to 0.2% wt.

Ni: 0,5% мас. или меньшеNi: 0.5% wt. or less

Ni представляет собой элемент, который обеспечивает улучшение ударной вязкости стали. Для осуществления воздействия Ni содержится предпочтительно в количестве около 0,05% мас. или более. Однако Ni является дорогостоящим, а также сильным γ-фазообразующим элементом; он образует γ-фазу при высоких температурах и таким образом вызывает понижение стойкости к окислению. Таким образом, при добавлении Ni его содержание предпочтительно составляет 0,5% мас. или меньше. Более предпочтительно, оно находится в интервале от 0,05 до 0,4% мас. Однако могут иметь место отдельные случаи непреднамеренного и неизбежного присутствия примеси Ni в количестве от значения около 0,10 до 0,15% мас., что обусловлено составом металлолома или сплава.Ni is an element that improves the toughness of steel. To effect the Ni is preferably contained in an amount of about 0.05% wt. or more. However, Ni is an expensive as well as strong γ-phase forming element; it forms the γ phase at high temperatures and thus causes a decrease in oxidation resistance. Thus, when Ni is added, its content is preferably 0.5% wt. or less. More preferably, it is in the range from 0.05 to 0.4% wt. However, there may be isolated cases of the unintentional and inevitable presence of Ni impurities in an amount of from about 0.10 to 0.15% by weight, due to the composition of the scrap metal or alloy.

Ниже следует описание способа получения ферритной нержавеющей стали по настоящему изобретению.The following is a description of the method for producing ferritic stainless steel of the present invention.

Способ получения ферритной нержавеющей стали по настоящему изобретению особо не ограничен; можно использовать все обычные способы получения ферритной нержавеющей стали. Например, ее можно производить следующим способом: готовят сталь с химическим составом по настоящему изобретению, указанному выше, плавлением в конвертере, электрической печи или любой другой известной плавильной печи и, необязательно, подвергают сталь посредством ковшовой обработки, вакуумной обработки или любого другого процесса вторичной обработки; формуют сталь в слябы непрерывным литьем или литьем-прокаткой слитков на обжимном стане; перерабатывают сляб в холоднокатаные отожженные листы посредством горячей прокатки, горячекатаного отжига, травления, холодной прокатки, окончательного отжига, еще одного цикла травления и других необходимых процессов. Процесс холодной прокатки, упомянутый выше, может представлять собой один цикл холодной прокатки или включать два или более циклов, перемежающихся с процессом отжига, и можно осуществлять повторно процессы холодной прокатки, окончательной прокатки и травления.The method for producing ferritic stainless steel of the present invention is not particularly limited; all conventional methods for producing ferritic stainless steel can be used. For example, it can be produced in the following way: steel is prepared with the chemical composition of the present invention described above by melting in a converter, an electric furnace, or any other known melting furnace, and optionally, steel is subjected to ladle treatment, vacuum treatment, or any other secondary processing process ; forming steel into slabs by continuous casting or casting-rolling of ingots on a crimping mill; the slab is processed into cold-rolled annealed sheets by hot rolling, hot-rolled annealing, pickling, cold rolling, final annealing, another etching cycle and other necessary processes. The cold rolling process mentioned above may be a single cold rolling cycle or include two or more cycles interspersed with the annealing process, and cold rolling, final rolling and pickling processes can be repeated.

Кроме того, процесс горячекатаного отжига можно исключить. При необходимости изменения полировки поверхности и шероховатости стальных листов процессы холодной прокатки или окончательной прокатки могут сопровождаться дрессировкой листов.In addition, the hot-rolled annealing process can be eliminated. If it is necessary to change the surface polishing and roughness of the steel sheets, the processes of cold rolling or final rolling may be accompanied by tempering of the sheets.

Здесь приведено пояснение совокупности рабочих условий, предпочтительных в способе получения, описанном выше.Here is an explanation of the combination of operating conditions preferred in the production method described above.

В процессе производства стали, в котором сталь плавят и, необязательно, обрабатывают, предпочтительной процедурой является следующее: плавят сталь в конвертере, электрической печи или тому подобном и получают расплавленную сталь посредством вторичной обработки способом VOD (способ вакуумного кислородного обезуглероживания) или любым другим подходящим способом получения стали, содержащей основные ингредиенты, описанные выше, и необходимые добавочные компоненты. Расплавленную сталь можно переработать в стальное сырье любым известным способом; однако, с точки зрения производительности и качества, предпочитают непрерывное литье. Затем, предпочтительно, стальное сырье нагревают до температуры от значения около 1000 до 1250°С и прокатывают в горячем состоянии в горячекатаные листы желаемой толщины. Конечно, стальное сырье можно подвергнуть горячей обработке в любую форму, отличную от листов. Затем, предпочтительно, горячекатаные листы подвергают отжигу в камерной печи при температуре в интервале от 600 до 800°С или непрерывному отжигу при температуре в интервале от 900 до 1100°С, в зависимости от необходимости, и удаляют окалину травлением или любым другим подходящим способом обработки с целью получения горячекатаного продукта. При необходимости горячекатаные листы можно очищать от окалины дробеструйной обработкой до процесса травления.In the steelmaking process in which steel is melted and optionally processed, the preferred procedure is to: melt the steel in a converter, an electric furnace, or the like, and produce molten steel by secondary treatment using the VOD method (vacuum oxygen decarburization method) or any other suitable method obtaining steel containing the basic ingredients described above, and the necessary additional components. The molten steel can be processed into steel raw materials by any known method; however, in terms of productivity and quality, continuous casting is preferred. Then, preferably, the steel feed is heated to a temperature of about 1000 to 1250 ° C. and hot rolled into hot rolled sheets of the desired thickness. Of course, the steel raw materials can be subjected to hot processing in any form other than sheets. Then, preferably, the hot-rolled sheets are subjected to annealing in a chamber furnace at a temperature in the range from 600 to 800 ° C or continuous annealing at a temperature in the range from 900 to 1100 ° C, as necessary, and the scale is removed by etching or any other suitable processing method in order to obtain a hot rolled product. If necessary, hot-rolled sheets can be cleaned of scale by bead-blasting before the etching process.

Кроме того, горячекатаные отожженные листы, описанные выше, можно подвергать холодной прокатке и другим необходимым процедурам для получения холоднокатаного продукта. В данном случае процесс холодной прокатки может представлять собой один цикл холодной прокатки или включать два или более циклов холодной прокатки, перемежающихся с процессом отжига, для обеспечения высокой производительности и требуемого качества. Суммарная степень обжатия после одного, или двух, или более циклов холодной прокатки составляет предпочтительно 60% или выше, и более предпочтительно 70% или выше. Затем, предпочтительно, холоднокатаные стальные листы подвергают непрерывному отжигу (окончательному отжигу) при температуре предпочтительно в интервале от 900 до 1150°С, более предпочтительно от 950 до 1120°С, и затем травлению для получения холоднокатаного продукта. В зависимости от предназначенных областей применения готовые отожженные стальные листы можно подвергать дрессировке и другим необходимым процедурам для придания формы, шероховатости поверхности и изменения характеристик.In addition, the hot rolled annealed sheets described above can be cold rolled and other necessary procedures to obtain a cold rolled product. In this case, the cold rolling process may be a single cold rolling cycle or include two or more cold rolling cycles interspersed with the annealing process to ensure high productivity and required quality. The total reduction ratio after one, or two, or more cold rolling cycles is preferably 60% or higher, and more preferably 70% or higher. Then, preferably, the cold-rolled steel sheets are subjected to continuous annealing (final annealing) at a temperature preferably in the range from 900 to 1150 ° C, more preferably from 950 to 1120 ° C, and then etching to obtain a cold-rolled product. Depending on the intended areas of application, the finished annealed steel sheets can be trained and other necessary procedures for shaping, surface roughness and changing characteristics.

Горячекатаный или холоднокатаный продукт, полученный таким способом, который описан выше, затем формуют различными способами в зависимости от предназначенных областей применения посредством резания, изгибания, растяжения, отпуска и других необходимых процессов для получения выхлопных труб и кожухов нейтрализаторов автомобилей и мотоциклов, а также трубопроводов отработанного воздуха тепловых электростанций, элементов топливных ячеек, таких как сепараторы, соединительные детали, реформеры и так далее. Способ сваривания данных элементов не имеет особых ограничений; подходящие способы включают обычные способы дуговой сварки с газовой защитой MIG (металл - инертный газ), MAG (металл - активный газ), TIG (вольфрам - инертный газ) или любым другим соответствующим газом, способы контактной сварки, такие как точечная сварка и роликовая сварка, и способы высокочастотной сварки сопротивлением или высокочастотной индукционной сварки, такие как контактная сварка сопротивлением.The hot-rolled or cold-rolled product obtained in such a way as described above is then molded in various ways, depending on the intended application, by cutting, bending, stretching, tempering and other necessary processes for producing exhaust pipes and covers of automobile and motorcycle converters, as well as waste pipelines air from thermal power plants, fuel cell elements such as separators, fittings, reformers, and so on. The method of welding these elements is not particularly limited; suitable methods include conventional gas-shielded arc welding methods MIG (metal-inert gas), MAG (metal-active gas), TIG (tungsten-inert gas) or any other suitable gas, resistance welding methods such as spot welding and roller welding and methods for high frequency resistance welding or high frequency induction welding, such as resistance resistance welding.

Пример 1Example 1

Образцы стали, характеризующиеся химическими составами, указанными как номера с 1 по 34 в таблицах 1-1 и 1-2, расплавляли в вакуумной плавильной печи и отливали в 50-килограммовые стальные слитки. Каждый стальной слиток прокатывали в горячем состоянии и затем разделяли на две части. Затем одну из двух разделенных частей нагревали до 1170°С и прокатывали в горячекатаный лист толщиной 5 мм, полученный горячекатаный лист подвергали горячекатаному отжигу при температуре 1020°С с последующим травлением, полученный лист прокатывали в холодном состоянии с обжатием 60%, полученный холоднокатаный лист подвергали окончательному отжигу при температуре 1030°С и подвергнутый окончательному отжигу лист охлаждали со средней скоростью охлаждения 20°С/с и затем травили для получения холоднокатаного отожженного листа толщиной 2 мм. Холоднокатаные отожженные листы, полученные данным способом, подвергали двум испытаниям на окисляемость и испытанию на усталость при высоких температурах, описанным ниже. Для противопоставления материал SUS444 (№35) и стали, соответствующие по химическому составу материалам по изобретениям, раскрытым в патентных документах от 2 до 7 (№№от 36 до 41), также перерабатывали в холоднокатаные отожженные листы тем же способом, что описан выше, и подвергали оценочным испытаниям.Steel samples, characterized by the chemical compositions indicated as numbers 1 to 34 in tables 1-1 and 1-2, were melted in a vacuum melting furnace and cast into 50 kg steel ingots. Each steel ingot was hot rolled and then divided into two parts. Then, one of the two separated parts was heated to 1170 ° C and rolled into a 5 mm thick hot-rolled sheet, the obtained hot-rolled sheet was hot-rolled annealed at a temperature of 1020 ° C, followed by etching, the obtained sheet was cold-rolled with 60% compression, and the obtained cold-rolled sheet was subjected the final annealing at a temperature of 1030 ° C and the final annealed sheet was cooled with an average cooling rate of 20 ° C / s and then etched to obtain a cold-rolled annealed sheet with a thickness of 2 mm. The cold rolled annealed sheets obtained by this method were subjected to two oxidation tests and a fatigue test at high temperatures, described below. To contrast, the material SUS444 (No. 35) and steel, corresponding in chemical composition to the materials of the inventions disclosed in patent documents from 2 to 7 (No. 36 to 41), were also processed into cold-rolled annealed sheets in the same manner as described above, and subjected to evaluation tests.

Длительное испытание на окисляемость в атмосфере воздухаContinuous air oxidation test

Каждый из холоднокатаных отожженных листов, полученных способом, описанным выше, разрезали с целью получения образца для испытаний размером 30 мм на 20 мм. Каждый образец для испытаний просверливали в верхней части для получения отверстия диаметром 4 мм, шлифовали наждачной бумагой 320 обе стороны и торцы, обезжиривали, помещали в печь, заполненную воздухом, подогревали до постоянной температуры 950°С или 1000°С и оставляли в таком состоянии на 300 часов. Каждый образец для испытаний взвешивали до и после испытания, вычисляли изменение массы по величине измеренной массы и массы исходного материала, которую определяли предварительно, и рассчитывали увеличение массы при окислении (г/м²). Для каждого вида стали данное испытание проводили дважды, и для оценки ее длительной стойкости к окислению использовали среднюю величину. При длительном испытании на окисляемость в атмосфере воздуха при 1000°С образцы стали оценивали в соответствии со следующими критериями, учитывающими и увеличение массы при окислении, и отслаивание окалины:Each of the cold-rolled annealed sheets obtained by the method described above was cut to obtain a test sample of 30 mm by 20 mm. Each test sample was drilled in the upper part to obtain a hole with a diameter of 4 mm, both sides and ends were ground with sandpaper 320, degreased, placed in an oven filled with air, heated to a constant temperature of 950 ° C or 1000 ° C, and left in this state for 300 hours. Each test sample was weighed before and after the test, the change in mass was calculated from the measured mass and the mass of the starting material, which was determined previously, and the increase in mass during oxidation was calculated (g / m ² ). For each type of steel, this test was performed twice, and an average value was used to evaluate its long-term oxidation resistance. During a long-term test for oxidizability in an air atmosphere at 1000 ° С, steel samples were evaluated in accordance with the following criteria, taking into account both the increase in mass during oxidation and peeling of scale:

x: наблюдали разрушающее окисление (увеличение массы при окислении ≥100 г/м²);x: destructive oxidation was observed (weight gain during oxidation ≥100 g / m ² );

Δ: не наблюдали разрушающего окисления, но отмечали частичное отслаивание окалины;Δ: no destructive oxidation was observed, but partial exfoliation of the scale was noted;

O: не наблюдали разрушающего окисления или отслаивания окалины.O: did not observe destructive oxidation or delamination of the scale.

Каждый из холоднокатаных отожженных листов, полученных способом, описанным выше, разрезали с целью получения образца для испытаний размером 30 мм на 20 мм. Каждый образец для испытаний просверливали в верхней части для получения отверстия диаметром 4 мм, шлифовали наждачной бумагой 320 обе стороны и торцы, обезжиривали и подвергали испытанию на окисляемость, в ходе которого в печь подавали газовую смесь, содержащую около 10% CO₂, около 20% H₂O, около 5% O₂, остальное N₂, со скоростью 0,5 л/мин; печь, заполненную данной средой, содержащей пары воды, нагревали до 950°С, а затем образец для испытаний оставляли в данной печи на 300 часов. Каждый образец взвешивали до и после испытания, вычисляли изменение массы по величине измеренной массы и массы исходного материала, которую определяли предварительно, и рассчитывали увеличение массы при окислении (г/м²).Each of the cold-rolled annealed sheets obtained by the method described above was cut to obtain a test sample of 30 mm by 20 mm. Each test sample was drilled in the upper part to obtain a hole with a diameter of 4 mm, both sides and ends were ground with sandpaper 320, degreased and subjected to an oxidation test, during which a gas mixture containing about 10% CO ₂ , about 20%, was fed into the furnace H ₂ O, about 5% O ₂ , the rest N ₂ , at a rate of 0.5 l / min; the furnace filled with this medium containing water vapor was heated to 950 ° C, and then the test sample was left in this furnace for 300 hours. Each sample was weighed before and after the test, the mass change was calculated from the measured mass and the mass of the starting material, which was determined previously, and the mass increase during oxidation was calculated (g / m ² ).

Каждый из холоднокатаных отожженных листов, полученных способом, описанным выше, разрезали с целью получения образца для испытаний, характеризующегося формой и размерами, показанными на фиг.6. Каждый образец для испытаний подвергали испытанию на усталость на установке Schenck, в котором поверхность стального листа подвергали воздействию (обратного) напряжения изгиба, равного 75 МПа, при 850°С с заданной частотой 1300 об/мин (22 Гц), и определяли число циклов колебаний до появления излома (усталостная долговечность). При помощи данного расчета оценивали показатель усталости при высоких температурах.Each of the cold-rolled annealed sheets obtained by the method described above was cut to obtain a test specimen characterized by the shape and dimensions shown in FIG. 6. Each test specimen was subjected to a fatigue test at a Schenck apparatus, in which the surface of a steel sheet was subjected to a (reverse) bending stress of 75 MPa at 850 ° C. with a predetermined frequency of 1300 rpm (22 Hz), and the number of vibration cycles was determined until a break occurs (fatigue life). Using this calculation, we evaluated the fatigue indicator at high temperatures.

Испытание на растяжение при комнатной температуреTensile test at room temperature

Каждый из холоднокатаных отожженных листов толщиной 2 мм, описанных выше, разрезали с целью получения образца для испытаний на растяжение по стандартам JIS 13В, характеризующегося следующими тремя направлениями растяжения: направлением вращения (направление L); направлением, перпендикулярным направлению вращения (направление C); и направлением под углом 45° к направлению вращения (направление D). Образцы подвергали испытанию на растяжение при комнатной температуре, в ходе которого измеряли удлинение после излома в каждом направлении и вычисляли среднее удлинение El при помощи следующего уравнения:Each of the 2 mm thick cold-rolled annealed sheets described above was cut to obtain a tensile test specimen according to JIS 13B, characterized by the following three directions of tension: direction of rotation (direction L); direction perpendicular to the direction of rotation (direction C); and a direction at an angle of 45 ° to the direction of rotation (direction D). The samples were subjected to a tensile test at room temperature, during which the elongation after breaking in each direction was measured and the average elongation El was calculated using the following equation:

где E_L представляет собой El (%) в направлении L, E_D представляет собой El (%) в направлении D и E_c представляет собой El (%) в направлении С.where E _L represents El (%) in the direction L, E _D represents El (%) in the direction D and E _c represents El (%) in the direction C.

Пример 2Example 2

Оставшуюся одну из двух частей каждого 50-килограммового стального слитка, разделенного в примере 1, нагревали до 1170°С и прокатывали в горячем состоянии в плоскую заготовку 30 мм толщиной и 150 мм шириной. Плоские заготовки, полученные таким способом, штамповали в бруски, каждый в сечении с квадратом со стороной 35 мм, отжигали полученные бруски при температуре 1030°С и подвергали обработке резанием для получения образцов, характеризующихся формой и размерами, описанными на фиг.1. Образцы для испытаний на термическую усталость, полученные таким способом, подвергали испытанию на термическую усталость, описанному ниже. Для противопоставления материал SUS444 и стали, соответствующие по химическому составу материалам по изобретениям, раскрытым в патентных документах от 2 до 7 (стандартные примеры от 1 до 6), также перерабатывали в образцы для испытаний тем же способом, что описан выше, и подвергали испытаниям на термическую усталость.The remaining one of the two parts of each 50 kg steel ingot split in Example 1 was heated to 1170 ° C and hot rolled into a flat billet 30 mm thick and 150 mm wide. Flat billets obtained in this way were stamped into bars, each in cross section with a square with a side of 35 mm, the obtained bars were annealed at a temperature of 1030 ° C and subjected to cutting treatment to obtain samples characterized by the shape and dimensions described in Fig. 1. Samples for thermal fatigue tests obtained in this way were subjected to the thermal fatigue test described below. To contrast, the material SUS444 and steel, corresponding in chemical composition to the materials of the inventions disclosed in patent documents from 2 to 7 (standard examples from 1 to 6), were also processed into test samples in the same manner as described above, and subjected to tests for thermal fatigue.

Испытание на термическую усталостьThermal fatigue test

Испытание на термическую усталость проводили, как показано на фиг.2; каждый из образцов для испытаний, описанных выше, повторно нагревали и охлаждали в интервале температур от 100°С до 850°С при заданном ограничительном отношении, равном 0,35. Скорости нагревания и охлаждения задавали равными 10°С/с, время выдержки при 100°С устанавливали равным двум минутам, а время выдержки при 850°С устанавливали равным пяти минутам. Долговечность в условиях термической усталости определяли как число циклов, при котором напряжение начинало непрерывно уменьшаться по сравнению с напряжением в предыдущем цикле; напряжение вычисляли как частное от деления нагрузки, определенной при 100°С, на площадь поперечного сечения выдержанной в печи цилиндрической части образца для испытаний (смотрите фиг.1).A thermal fatigue test was performed as shown in FIG. 2; each of the test samples described above was reheated and cooled in the temperature range from 100 ° C to 850 ° C with a given restrictive ratio of 0.35. The heating and cooling rates were set equal to 10 ° C / s, the exposure time at 100 ° C was set equal to two minutes, and the exposure time at 850 ° C was set to five minutes. Durability under thermal fatigue conditions was defined as the number of cycles at which the voltage began to decrease continuously compared to the voltage in the previous cycle; stress was calculated as the quotient of dividing the load, determined at 100 ° C, by the cross-sectional area of the cylindrical part of the test specimen aged in the furnace (see Fig. 1).

В таблице 2 обобщены результаты испытаний, описанных в примере 1, или более конкретно, длительных испытаний на окисляемость в атмосфере воздуха при 950°С и 1000°С, длительного испытания на окисляемость в атмосфере паров воды и испытания на усталость при высоких температурах, а также результаты испытания на термическую усталость, описанного в примере 2. Как видно из таблицы 2, все образцы стали, подвергнутые испытаниям как примеры настоящего изобретения (№№ с 1 по 15), которые удовлетворяли требованиям по химическому составу, установленным в настоящем изобретении, характеризовались эквивалентными или более высокими уровнями стойкости к окислению при 950°С, показателем термической усталости и показателем усталости при высоких температурах, в сравнении с соответствующими показателями материала SUS444 (№35), и таким образом достигалась цель настоящего изобретения. По результатам длительного испытания на окисляемость в атмосфере воздуха при 1000°С, образцы стали, подвергнутые испытаниям как примеры настоящего изобретения, в которых Ti содержался в количестве выше 0,01% мас., но не выше 0,15% мас. (№№9, 12 и 13), были сравнимы с материалом SUS444 (№35), и образцы стали, подвергнутые испытаниям как примеры настоящего изобретения, в которых содержание Ti превышало 0,15% мас. (№№10, 11, 14 и 15), были лучше, чем материал SUS444. С другой стороны, образцы стали, подвергнутые испытаниям в качестве сравнительных примеров (№№ с 16 по 34), которые выходили за рамки объема настоящего изобретения, и образцы стали, соответствующие некоторым стандартным примерам предшествующего уровня техники (№№ с 36 по 41), уступали по всем показателям: стойкости к окислению при 950°С, термической усталости и усталости при высоких температурах; и цель настоящего изобретения не достигалась.Table 2 summarizes the results of the tests described in example 1, or more specifically, lengthy tests for oxidizability in the air at 950 ° C and 1000 ° C, long-term tests for oxidizability in the atmosphere of water vapor and fatigue tests at high temperatures, and the results of the thermal fatigue test described in example 2. As can be seen from table 2, all steel samples tested as examples of the present invention (Nos. 1 to 15), which met the requirements for chemical composition established in the table. The present invention was characterized by equivalent or higher levels of oxidation resistance at 950 ° C., a thermal fatigue index and a fatigue index at high temperatures, in comparison with the corresponding indicators of SUS444 (No. 35), and thus the object of the present invention was achieved. According to the results of a long test for oxidizability in an atmosphere of air at 1000 ° C, steel samples tested as examples of the present invention, in which Ti was contained in an amount above 0.01 wt.%, But not higher than 0.15% wt. (Nos. 9, 12 and 13) were comparable with SUS444 (No. 35), and steel samples tested as examples of the present invention in which the Ti content exceeded 0.15% wt. (Nos. 10, 11, 14 and 15) were better than SUS444. On the other hand, steel samples tested as comparative examples (Nos. 16 to 34) that were outside the scope of the present invention, and steel samples corresponding to some standard examples of the prior art (Nos. 36 to 41), inferior in all respects: oxidation resistance at 950 ° C, thermal fatigue and fatigue at high temperatures; and the purpose of the present invention has not been achieved.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Ферритные нержавеющие стали по настоящему изобретению пригодны для использования не только в элементах выхлопной системы автомобилей и других подобных транспортных средств, но их также можно использовать надлежащим образом в элементах вытяжной системы тепловых электростанций и в элементах твердо-оксидных топливных ячеек, к которым предъявляются аналогичные требования по стойкости.The ferritic stainless steels of the present invention are suitable for use not only in elements of the exhaust system of automobiles and other similar vehicles, but they can also be used appropriately in elements of the exhaust system of thermal power plants and in elements of solid oxide fuel cells that have similar requirements for persistence.

Claims

1. Ferritic stainless steel containing:
C about 0.015 wt.% Or less;
Si from about 0.4 to 1.0 wt.%;
Mn about 1.0 wt.% Or less;
P about 0.040 wt.% Or less;
S about 0.010 wt.% Or less;
Cr from about 16 to 23 wt.%;
Al from about 0.2 to 1.0 wt.%;
N about 0.015 wt.% Or less;
Cu from about 1.0 to 2.5 wt.%;
Nb from about 0.3 to 0.65 wt.%;
Ti about 0.5 wt.% Or less;
Mo is about 0.1 wt.% Or less and
W about 0.1 wt.% Or less, while the content of Si and Al satisfies the ratio of Si (wt.%) ≥ Al (wt.%); and
Fe and inevitable impurities rest.

2. Ferritic stainless steel according to claim 1, which additionally contains one, two or more elements selected from the group consisting of B of about 0.003 wt.% Or less, rare-earth metals of about 0.08 wt.% Or less, Zr of about 0.50 wt.% Or less, V about 0.5 wt.% Or less, Co about 0.5 wt.% Or less, and Ni about 0.5% wt. or less.

3. Ferritic stainless steel according to claim 1 or 2, in which the Ti content exceeds 0.15 wt.%, But is not higher than 0.5 wt.%.

4. Ferritic stainless steel according to claim 1 or 2, in which the Ti content is 0.01 wt.% Or less.

5. Ferritic stainless steel according to claim 2, in which the V content is in the range from 0.01 to 0.5 wt.%.

6. Ferritic stainless steel according to claim 1, which additionally contains Co of about 0.5 wt.% Or less.

7. Ferritic stainless steel according to claim 3, in which the V content is in the range from 0.01 to 0.5 wt.%.