JPH06136488A - 加工性、耐高温塩害性および高温強度に優れたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、自動車排気系材料として、高燃費
比・高出力化・排ガス浄化性能等の向上に対応可能な、
比較的安価で、加工性、耐高温塩害性および高温強度に
優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。 【構成】 高温強化にはＭｏおよびＷの固溶強化を用
い、耐高温塩害性向上にもＭｏおよびＷを用いる。加工
性と高温強度との両立を図るため、Ｃ＋Ｎを低くし、さ
らにＴｉを添加し固溶Ｃ＋Ｎ量を低下させる。これによ
り高温における固溶強化を充分有効に働かせ、かつ長時
間安定した高温強度や耐高温塩害性の確保を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車排気管や触媒外
筒材等の高温部材として用いられ、比較的安価なフェラ
イト系ステンレス鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の燃費向上、高出力化の観
点から、排気ガス温度は最高９００℃付近まで上昇しつ
つある。また、排ガス浄化もその規制の強化から、強く
要求されている。このような背景から、排気系材料には
軽量化、高温高強度化および低熱容量化が望まれてい
る。これに伴い排気マニホールドやフロントパイプに
は、従来の鋳物からＳＵＳ４３０ＬＸやＡＩＳＩ４０９
と言った材料の鋼板および鋼管が現状使用されている。
排気ガス温度は、近い将来、９００℃付近まで上昇する
ことが考えられる。

【０００３】ＳＵＳ４３０ＬＸは、高温強度の観点から
ＴｉよりＮｂを添加したものが高温部材には使用されて
いる。Ｎｂを添加することで高温強度は向上するが再結
晶温度が上昇する。また、ＮｂはＣおよびＮとの親和力
が強く炭窒化物を形成し易く、加工性、靭性および高温
強度といった特性は製造工程条件に大きく影響され、多
くの工程条件を厳しく管理する必要がある。また、Ｃｒ
量も比較的多く１６以上と高めであり、経済的に不利な
場合が多い。ＡＩＳＩ４０９は、Ｃｒ量が低く経済的に
は安価であるが、耐酸化性、耐高温塩害性および高温強
度等がＳＵＳ４３０ＬＸにくらべ非常に劣る。このよう
に現状使用材では、経済性または特性面に問題をかかえ
ている。

【０００４】また、関連する公知例については、自動車
排気系用材や石油燃焼機用材に関するものと、エネルギ
ープラントの高温部材用の２つに大別でき、内容は次の
ようである。まず、自動車排気系用材や石油燃焼機用材
に関するものでは、特開昭６４−８２５４号、特開平２
−１７５８４３号や特開平３−２７４２４５号等が挙げ
られる。これらの化学成分範囲では高温強度は優れてお
り、加工性についても一部考慮されているが、Ｃｒ含有
量が重量％（以下％と称する）で１５％以上、Ｎｂも
０．２〜１．０％と上限を高くし、さらに耐食性の観点
からＭｏを添加しており、経済的に不利である。また、
排気マニホールドやフロントパイプの使用性能の１つで
ある耐高温塩害性に関しては特に考慮されていない。

【０００５】また、エネルギープラントの高温部材用、
例えばボーラーチューブや熱交換機用材料では、特開平
３−５９１３５号や特開平４−５７４４号公報がある。
これらは、Ｍｏ，Ｎｂ，ＷおよびＶを添加し、Ｃまたは
Ｎを高め、炭窒素化物や金属間化合物による析出強化で
主に高温強度を向上させており、排気マニホールドやフ
ロントパイプの製造時の加工性や、耐高温塩害性につい
て充分考慮されていない。また、使用温度は７００℃以
下であり、排気マニホールドやフロントパイプとは使用
環境、すなわち使用温度（最高８００〜９００℃）や排
ガス中使用等の点で成分設計が異なっている。この種の
材料を自動車排気管等に長時間用いるのは、高温強度を
支えている析出形態の長時間安定維持は困難であると言
える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、現状使用
材および公知例は、自動車排気管や触媒外筒材等の高温
部材としては、使用環境下での性能もしくは経済面での
問題がある。そこで、本本発明者らは、特性面および経
済性を両立させるべく、種々の研究開発を行い、製造性
が良く、加工性、耐高温塩害特性および高温強度が従来
のＳＵＳ４３０ＬＸ以上の特性を持つ優れた耐熱性フェ
ライト系ステンレス鋼を完成させた。

【０００７】すなわち、Ｃｒ量を１１〜１７％と低Ｃｒ
とし、これによる耐食性や耐高温塩害性の低下をＭｏお
よびＷの複合添加により補うと共に、高温強化をも同時
に向上させることを図るものである。また、再結晶温度
を著しく上昇させ、他の元素との親和力が強く析出相を
つくり易いＮｂは無添加とし、Ｔｉの添加でＣおよびＮ
を固着することで耐食性を向上させ、さらにはＭｏおよ
びＷの炭窒化物の析出反応抑制させることでＭｏおよび
Ｗの耐食性、耐高温塩害性および高温強化の効果を長時
間にわたり有効利用することを図るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】高温強化には、Ｍｏまた
はＷの固溶強化を用い、耐高温塩害性向上にもＭｏまた
はＷを用いる。また、加工性と高温強度との両立を図る
ため、Ｃ＋Ｎを低くし、さらにＴｉを適量添加すること
でこれらを固着し、固溶Ｃ＋Ｎ量を低下させる。これは
同時にＭｏおよびＷの高温における固溶強化を充分有効
に働かせ、かつ長時間安定した高温強度や耐高温塩害性
の確保を図っている。また、Ｔｉの添加で溶接部および
溶接影響部の粒径粗大化阻止も図るものである。

【０００９】一方、ＭｏおよびＷはＦｅとの金属間化合
物を作り易い。この析出により使用中の靭性や高温強度
等が低下する。さて、ＭｏおよびＷは、耐高温塩害性を
向上させるが、表１に示すようにＳｉ，ＭｏおよびＷが
耐高温塩害性を高める効果がある。しかし、Ｓｉは加工
性を劣化させ、ＭｏおよびＷの過剰添加（４％以上）
は、逆効果である。また、これら高温強化または耐高温
塩害性向上元素は再結晶温度を上昇させるので、製造性
を考慮した場合不利になる。以上の特性を考慮し、本発
明は特にＣ，Ｎ，Ｔｉ，ＭｏおよびＷの最適範囲を定め
た。

【００１０】

【作用】

Ｃ：本鋼は固溶強化にて高温強度を主に支えており、さ
らに加工性および熱延板靭性の向上の観点からも極力低
く抑えたい。しかしながら、極低化は経済性に不利であ
るため、高温強度を低下させないレベルとして０．０３
％以下とし、かつＮと合わせて；Ｃ＋Ｎ≦０．０４％と
した。 Ｓｉ：脱酸元素であるので最低０．１％は必要である。
また、耐酸化性・耐高温塩害性を向上させるが、加工性
を低下させるため１％以下とした。 Ｍｎ：脱酸元素であるので最低０．１％は必要である。
また、オーステナイト形成元素でありマルテンサイト変
態を阻止するために上限を１％以下とした。

【００１１】Ｐ：高温高強度化（固溶強化）に有用であ
るが、溶接性劣化を招くので０．０１〜０．１％とし
た。 Ｓ：ＭｎＳの形成元素で、耐食性を低下させるため０．
０１％以下とした。 Ｃｒ：耐酸化性および耐高温塩害性向上に有効であり、
耐酸化性および耐高温塩害性は最低でもＡＩＳＩ４０９
以上とするため最低値を１１％とした。また、本鋼の使
用環境として最高温度を９００℃付近と考えると１７％
以上の添加はあまり有効ではないので、これを上限とし
た。

【００１２】Ｔｉ：Ｃ＋Ｎを固着し、加工性の向上、溶
接性向上および高温強度の長時間安定性の確保のために
添加するものである。ＴｉはＷおよびＭｏよりもＣ，Ｎ
との親和力が強く、ＷおよびＭｏの高温での固溶強化の
効果を使用中にも長時間保持するための重要な添加元素
である。母相中に固溶しないＣおよびＮを固着するため
に、最低添加量を０．０１％とした。また、０．５％を
超えるＴｉの添加は高温強度を低下させるため、上限を
０．５％とした。 Ｍｏ：高温強度および耐高温塩害性を高める添加元素
で、３％を超えると耐高温塩害性が劣化してくるため３
％以下とし、さらに、本鋼はＣｒ量を低下させているた
めステンレスとしての基本特性である耐食性の確保から
も必要添加元素である。また、高温強度の向上の観点か
ら０．５％≦（Ｍｏ＋Ｗ）≦４％とした。

【００１３】Ｗ：Ｍｏ同様、高温強度および耐高温塩害
性を高める添加元素で、３％を超えると耐高温塩害性が
劣化してくるため３％以下とし、高温強度の向上の観点
から０．５％≦（Ｍｏ＋Ｗ）≦４％とした。 Ｎ：本鋼は固溶強化にて高温強度を主に支えており、さ
らに加工性および熱延板靭性の向上の観点からも極力低
く抑えたい。しかしながら、極低化は経済性に不利であ
るため、高温強度を低下させないレベルとして０．０３
％以下とし、かつＣと合わせて；Ｃ＋Ｎ≦０．０４％と
した。

【００１４】

【実施例】表１に示す化学成分の供試鋼を真空溶解にて
各８kg溶製し、その後熱間圧延−冷間圧延−焼鈍酸洗を
経て２mmの薄板を作製した。この薄板を用いて、引張り
試験、サイクル時効、高温塩害試験および高温引張り試
験を行い、その諸特性について表２に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】ＭｏおよびＷの添加は、高温強度の向上に
有効で、サイクル加熱後の高温強度の確保を考えると、
中でもＭｏおよびＷが有効であることがＮＵＳ１および
５の結果からわかる。しかし、比較鋼のＮＵＳ２４，２
６および２７からわかるように単独では３％以上複合で
は４％以上の添加で耐高温塩害性が劣化し始める。Ｎｂ
の高温強化効果はＭｏやＷより大きいことは、材料とプ
ロセス４（１９９１）６，１７９６からもわかってい
る。一方、Ｎｂの単独添加は、サイクル加熱後の高温強
度の確保を考えると、比較鋼のＳＵＳ４３０ＬＸの例か
らわかるようにあまり良くない。

【００１８】また、Ｔｉの添加量は、比較鋼のＮＵＳ２
９からもわかるように、０．５％を超えると初期の高温
強度を低下させてしまうので、Ｔｉ添加量の上限は０．
５％とした。以上のように本発明鋼は、高温強度、サイ
クル時効後の高温強度、耐高温塩害および常温での延性
の各項目について良好であることがわかる。また、再結
晶温度が何れも比較鋼にあるＳＵＳ４３０ＬＸより５０
℃近く低いことも確認している。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、特に自動車排気系材料とし
て、使用環境を充分考慮し、必要特性のバランスのとれ
た成分を見いだしたもので、今後の自動車の高燃費比・
高出力化・排ガス浄化性能等の向上に対応可能な比較的
安価なフェライト系ステンレス鋼を提供できるものであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で Ｃ ：０．０３％以下 Ｓｉ：０．１〜１％ Ｍｎ：０．１〜１％ Ｐ ：０．０１〜０．１％ Ｓ ：０．０１％以下 Ｃｒ：１１〜１７％ Ｔｉ：０．０１〜０．５％ Ｍｏ：０．０１〜３％以下 Ｗ ：３％以下 Ｎ ：０．０３％以下 の組成範囲で０．５％≦（Ｍｏ＋Ｗ）≦４％、（Ｃ＋
   Ｎ）≦０．０４％を満たし、残部が鉄および製造上不可
   避的に混入し得る不純物から成ることを特徴とする加工
   性、耐高温塩害性および高温強度に優れたフェライト系
   ステンレス鋼。