JPH0474852A - 耐熱疲労性の優れたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、例えば自動車用排気マニホールドや家庭用
熱器具等の素材として好適な耐熱疲労性の優れたフェラ
イト系ステンレス鋼に関する。

〈従来技術とその課題〉 例えば自動車の排気マニホールドは、エンジンが始動し
ている間中高温の燃焼ガスに曝される部材であるため優
れた耐熱性や高温耐食性が要求されるものの１つである
が、従来から前記排気マニホールドの素材としてはダク
タイル鋳鉄が主流を占めていた。

ところが、近年、自動車車体の軽量化やエンジン性能の
向上要求が厳しくなったこともあってマニホールド用材
も従来の鋳鉄からステンレス鋼を採用する気運が高まり
、一部では実用段階の検討に入るまでになっている。そ
して、この用途に供されるステンレス鋼としてはＪＩＳ
に規格されるＳＵＳ４０９Ｌｍが最も有力視されていた
。

しかしながら、上記５ＵＳ４０９Ｌ鋼は確かに７０．０
℃付近までは良好な耐酸化性、耐熱疲労特性を示し、ま
たマニホールド形状への成形性にも優れてはいたが、使
用環境温度が８００℃を超えて９００℃付近になった場
合には耐酸化性も耐熱疲労特性も劣化することが指摘さ
れていた。そのため、益々高性能化するエンジンに対応
して使用環境温度も著しく上昇しているマニホールドの
状況を考えると、将来的には５ＵＳ４０９Ｌ鋼では使用
に耐えなくなることが予想された。

そこで、既存材料の中から上記５ＵＳ４０９Ｌ鋼よりも
耐熱性が優れるステンレス鋼を探すと上位鋼種の５ＵＳ
４３０ＬＸが見付かるが、これに属する鋼種は耐酸化性
は９００℃付近でも良好であるものの、耐熱疲労特性や
成形性が十分でない上に価格も高く、マニホールド用材
として満足できるものではなかった。

このようなことから、本発明が目的としたのは、耐酸化
性、耐熱疲労特性並びに成形性の面で既存の５ＵＳ４０
９Ｌ鋼を凌駕し、例えば高性能化するエンジンに適用さ
れるマニホールド用材等としても十分に満足できる特性
を備えたステンレス網を提供することであった。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、上記目的を達成すべく、数多くの実験を繰り
返しながら研究を重ねた本発明者等によって完成された
ものであり、 「ステンレス鋼を、 Ｃ：　０．０３％以下（以降、成分割合を表わす％は重
量％とする）。

Ｓｉ　：　０．５％以下、　　　Ｍｎ　：　０．４％以
下。

Ｃｒ：１３〜１６％、　　　　　Ｎｂ　：　０．１〜０
．５％Ｔｉ　：　０．０５〜０．３％ を含むと共に、残部がＦｅ及び不純物から成り、かつ ａ）Ｎｂ（χ）／Ｔｉ（χ）〜２〜６゜ｂ）不純物中の
０とＳの合計量：　５Ｑｐｐｍ以下なる条件を満たす構
成とすることによって、優れた耐熱疲労性、耐酸化性、
成形性を兼備せしめた点」 に特徴を有している。

以下、本発明において綱の成分割合を前記の如くに限定
した理由を、その作用と共に詳述する。

く作用〉 Ｃは、鋼の強度確保に有効な成分ではあるが、０．０３
％を超えて含有させるとフェライトの安定性。

耐酸化性、耐熱性、成形性及び溶接性を劣化する傾向を
見せることから、Ｃ含有量は上記特性を維持するために
０．０３％以下と定めた。

針 Ｓｉには鋼の耐酸化性を向上させる作用があるが、０．
５％を超えて含有させると耐熱疲労性及び成形性の劣化
が顕著となることから、Ｓｉ含有量は（Ｌ５％以下と定
めた。

Ｍｎ Ｍｎは製鋼時の脱酸成分として必要な元素ではあるが、
その含有量が０．４％を超えると熱疲労特性に悪影響を
及ぼすようになることから、Ｍｎ含有量は０．４％以下
と定めた。

Ｃｒ Ｃｒは耐酸化性、耐熱疲労性を改善する作用を有してい
るが、その含有量が１３％未満では前記作用による所望
の効果が得られず、一方、１６％を超えて含有させると
耐熱疲労性や成形性の劣化を招く上、コスト的にも不利
となることから、Ｃｒ含有量は１３〜１６％と定めた。

Ｎｂ Ｎｂには、後述する所定の割合でＴｉと複合添加した場
合に鋼の耐熱疲労性と成形性とを著しく改善する作用が
ある。しかし、その含有量が０．１％未満では上記作用
による所望の効果が得られず、−方、０．５％を超えて
含有させると耐熱疲労性や成形性は却って劣化する傾向
見せることから、Ｎｂ含有量は０．１〜０．５％と定め
た。

Ｔｉ ＴｉもＮｂとの共存で同様の作用を発揮するので、本発
明鋼において欠かせない成分であるが、その含有量がＯ
，０５％未満では十分な効果が得られず、一方、０．３
％を超えて含有させるとやはり耐熱疲労性や成形性が劣
化傾向を見せることから、Ｔｉ含有量は０．０５〜０．
３％と定めた。

独■ルσ旦Ｕ至ル 本発明鋼においてＮｂ／Ｔｉの比率は極めて重要な要件
であり、Ｎｂ／Ｔｉの比率が２未満であっても、逆に６
を超えても耐熱疲労性改善効果を確保することができな
い。従って、Ｎｂ／Ｔｉの比率は２〜６と限定した。

第１図は、Ｃ：０．０１％、Ｓｉ：０．２％、Ｍｎ：０
．１％。

Ｃｒ　：　１４．０％、　　Ｏ：　１５ｐｐｍ、　　Ｓ
　：　５ｐｐｍを含むと共に、更にＮｂ及びＴｉを種々
の［Ｎｂ／Ｔｉ比率〕で含有するフェライト系ステンレ
ス網を完全拘束し、この状態で２００℃と９００℃の間
の加熱冷却を繰り返す熱疲労性試験に供した結果を示し
ている。なお、第１図における“熱疲労寿命”とは割れ
発生までの加熱冷却回数である。この第１図に示される
結果からも、Ｎｂ／Ｔｉの比率が２〜６の範囲内にある
場合に初めて、優れた耐熱疲労性改善効果を確保できる
ことが確認できる。

○、　Ｓ Ｏ及びＳは何れも非金属介在物を形成する不純物元素で
あるが、これらの合計量が５０ｐｐｍを超えると耐熱疲
労性及び成形性が共に劣化する傾向を見せることから、
０．Ｓの含有量を合計で５０ｐｐｍ以下と定めた。

なお、本発明に係るフェライト系ステンレス網において
は、通常のフェライト鋼程度の量であればＮｉの含有が
許容される。

続いて、本発明の効果を実施例によって更に具体的に説
明する。

〈実施例〉 まず、第１表に示す各成分組成の鋼を溶製し、熱間圧延
及び冷間圧延を経て板材とした。

次に、得られた銅板から試験片を採取し、耐熱疲労性、
耐酸化性、成形性並びに溶接性を調査した。

なお、耐熱疲労性の評価は、試験片を完全拘束して２０
０℃と９００℃の間の加熱冷却を繰り返す熱疲労性試験
に供し、その際の割れ発生までの回数（熱疲労寿命）を
測定して実施した。

耐酸化性の評価は、試験片を大気中で９００℃に加熱し
、２００時間保持したときの酸化状態を調査して実施し
た。

成形性は、試験片をエリクセン試験に供し、得られたエ
リクセン等を基に評価した。

溶接性は、ＴＩＧ溶接した試験片を曲げ試験に供し、溶
接部の割れ発生の状況を観察して評価した。

これらの結果を第１表に併せて示す。

第１表に示される結果からも明らかなように、本発明鋼
では何れも５ＵＳ４０９Ｌ相当の優れた成形性、溶接性
を確保した上で、耐熱疲労性、耐酸化性面において５Ｕ
Ｓ４０９Ｌを凌駕した評価が得られており、しかも１６
％を超えるＣｒ量の高価な鋼種（ＳＵＳ４３０ＬＸ等）
では期待できない良好な成形性、溶接性を示し、９００
℃程度の高温域でも十分な性能を発揮する構造材となる
ことが分かる。

これに対して、成分組成条件が本発明で規定する条件か
ら外れた比較材では、耐熱疲労性、耐酸化性、成形性或
いは溶接性面の性能に劣ることが明らかである。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、従来のダクタ
イル鋳鉄よりも高温での使用が可能な比較的低コストの
自動車排気マニホールド用材料を提供できるほか、例え
ば家庭用熱器具耐熱部材等に本発明鋼を適用してその性
能・使用寿命を大幅に向上することも可能となるなど、
産業上極めて有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、フェライト系ステンレス綱のＮｂ／Ｔｉ比と
熱疲労寿命との関係を示したグラフである。 出願人　日本ステンレス株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量割合にて Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．
   ４％以下、Ｃｒ：１３〜１６％、Ｎｂ：０．１〜０．５
   ％、Ｔｉ：０．０５〜０．３％を含むと共に、残部がＦ
   ｅ及び不純物から成り、かつ ａ）Ｎｂ（％）／Ｔｉ（％）＝２〜６、 ｂ）不純物中のＯとＳの合計量：５０ｐｐｍ以下なる条
   件を満たしていることを特徴とする、耐熱疲労性の優れ
   たフェライト系ステンレス鋼。