铁素体系不锈钢热轧退火钢板、其制造方法和铁素体系不锈钢冷轧退火钢板技术

本发明专利技术提供一种高温疲劳特性和抗氧化性优异的铁素体系不锈钢冷轧退火钢板以及适合作为该冷轧退火钢板的板坯的铁素体系不锈钢热轧退火钢板。一种具有如下组成且维氏硬度小于205的铁素体系不锈钢热轧退火钢板：以质量％计，含有C：0.015％以下、Si：1.00％以下、Mn：1.00％以下、P：0.040％以下、S：0.010％以下、Cr：12.0％～23.0％、Al：0.20％～1.00％、N：0.020％以下、Cu：1.00％～2.00％、Nb：0.30％～0.65％，Si和Al满足Si≥Al，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。通过对该热轧退火钢板实施冷轧和退火处理，可得到高温疲劳特性和抗氧化性优异的铁素体系不锈钢冷轧退火钢板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及含Cr钢，尤其涉及适合用于汽车或摩托车的排气管或转换器箱、火力发电厂的排气管道等在高温下使用的排气系统构件的兼具优异的抗氧化性和高温疲劳特性的铁素体系不锈钢热轧退火钢板及其制造方法以及通过对该铁素体系不锈钢热轧退火钢板实施冷轧和退火处理而得到的铁素体系不锈钢冷轧退火钢板。
技术介绍
汽车的排气歧管或排气管、转换器箱等在高温下使用的排气系统构件在发动机每次启动和停止时被加热和冷却而反复热膨胀和热收缩。此时，排气系统构件被周边零件约束，因此热膨胀和热收缩被限制而其板坯产生热应变。由于该热应变而产生热疲劳。此外，发动机运转之际被保持在高温下时由于振动而产生高温疲劳。因此，这些构件的板坯要求优异的抗氧化性以及优异的热疲劳特性和高温疲劳特性(以下将这3个特性统称为“耐热性”)。作为在要求耐热性的排气系统构件中使用的板坯，目前大多使用如添加有Nb和Si的Type429(14质量％Cr-0.9质量％Si-0.4质量％Nb)的含Cr钢。然而，若随着发动机性能的提高而排气温度上升至大于900℃的温度，则Type429无法充分满足所要求特性，尤其是热疲劳特性、高温疲劳特性。作为可应对上述问题的板坯，例如开发有除添加Nb以外还添加Mo而提高高温耐力的含Cr钢、JIS G 4305所规定的SUS444(19质量％Cr-0.5质量％Nb-2质量％Mo)或如专利文献1所提出的那样添加有Nb、Mo和W的铁素体系不锈钢等。尤其是如SUS444、专利文献1所提出的铁素体系不锈钢由于耐热性和耐腐蚀性等各特性优异，广泛用作在高温下使用的排气系统构件的板坯。然而，以最近Mo、W等稀有
金属的异常的价格急剧上涨、变动为契机，迫切希望开发出使用廉价的原料且具有与添加有Mo、W的含Cr钢同等的耐热性的材料。针对这种要求，提出有大量的不使用昂贵的Mo、W而实现铁素体系不锈钢的耐热性提高的技术。例如，专利文献2中提出有在10～20质量％Cr钢中添加了Nb：0.50质量％以下、Cu：0.8～2.0质量％、V：0.03～0.20质量％的汽车排气流路构件用铁素体系不锈钢。然后，专利文献2中记载有通过V和Cu的复合添加而可改善铁素体系不锈钢在900℃以下的高温强度、加工性和低温韧性，得到与添加有Nb和Mo的钢相同的水平。此外，专利文献3中提出有在10～20质量％Cr钢中添加Ti：0.05～0.30质量％、Nb：0.10～0.60质量％、Cu：0.8～2.0质量％、B：0.0005～0.02质量％，且具有长径0.5μm以上的ε-Cu相(Cu的析出物)被调整为10个/25μm2以下的组织的铁素体系不锈钢。并且，专利文献3中记载有通过将ε-Cu相的存在形态设为某特定的状态而改善铁素体系不锈钢的热疲劳特性。进而，专利文献4中提出有在15～25质量％Cr钢中添加Cu：1～3质量％的汽车排气系统零件用铁素体系不锈钢。并且，专利文献4中记载有通过添加规定量的Cu，在中温度区域(600～750℃)可得到由Cu所致的析出强化，在高温度区域可得到由Cu所致的固溶强化，从而提高铁素体系不锈钢的热疲劳特性。专利文献2～4所提出的技术的特征在于，添加Cu而使铁素体系不锈钢的热疲劳特性提高。然而，添加Cu时，虽然铁素体系不锈钢的热疲劳特性提高，但抗氧化性显著下降。即，添加Cu而改善铁素体系不锈钢的耐热性时，虽然热疲劳特性提高，但钢自身的抗氧化性反而下降，因此综合来看耐热性下降。另一方面，也提出有通过积极地添加Al来实现铁素体系不锈钢的耐热性的提高的技术。例如，专利文献5中提出有在13～25质量％Cr钢中添加有0.2～2.5质量％的作为固溶强化元素的Al，进一步添加有Nb：大于0.5且1.0
质量％以下、Ti：3×([％C]+[％N])～0.25质量％([％C]、[％N]分别是由质量％表示的C、N的含量。)的汽车排气系用铁素体系不锈钢。另外，专利文献5中记载有通过添加规定量的Al、Nb和Ti而提高铁素体系不锈钢的耐热疲劳性。此外，专利文献6中提出有在10～25质量％Cr钢中以Si和Al满足Al+0.5×Si：1.5～2.8质量％的方式添加有Si：0.1～2质量％和Al：1～2.5质量％，进一步添加有Ti：3×(C+N)～20×(C+N)质量％的催化剂载持用耐热铁素体系不锈钢。另外，专利文献6中记载有通过添加规定量的Si、Al和Ti，能够在发动机排气气氛下在催化剂层与母材的界面形成遮断性能高的Al2O3主体的氧化皮膜，提高铁素体系不锈钢的抗氧化性。此外，专利文献7中提出有在6～20质量％Cr钢中添加有总计1质量％以下的Ti、Nb、V和Al中的任1种或2种以上的含Cr铁素体系钢。并且，专利文献7中记载有通过Al等的添加而使钢中的C或N与碳氮化物固定，其结果，提高含Cr铁素体系钢的成型性。然而，在积极地添加Al的技术中，专利文献5所提出的技术中钢的Si含量低，因此即使积极地添加Al，Al也会优先形成氧化物或氮化物，Al的固溶量下降，其结果，无法对铁素体系不锈钢赋予规定的高温强度。专利文献6所提出的技术中添加有1质量％以上的大量的Al，因此不仅铁素体系不锈钢在室温下的加工性显著下降，而且由于Al容易与O(氧)结合，抗氧化性反而下降。专利文献7所提出的技术中，虽然可得到成型性优异的铁素体系不锈钢，但Cu、Al的添加量少或未添加，因此无法得到优异的耐热性。如上，即使欲通过添加Al而改善铁素体系不锈钢的高温强度、抗氧化性，但仅积极添加Al无法得到这些效果。此外，即使复合添加Cu和Al，在这些元素的添加量少时，也无法得到优异的耐热性。为了解决这种问题，本专利技术的专利技术人等开发了以满足Si≥Al的方式在专利文献8的16～23质量％Cr钢中添加有Si：0.4～1.0质量％和Al：
0.2～1.0质量％，进一步添加有Nb：0.3～0.65质量％、Cu：1.0～2.5质量％的铁素体系不锈钢。该钢中，通过复合含有规定量的Nb和Cu，而在广泛的温度区域使高温强度上升，改善热疲劳特性。若含有Cu则抗氧化性容易下降，但通过含有适当量的Al，可防止抗氧化性的下降。此外，含有Cu时有无法改善热疲劳特性的温度区域，但通过含有适当量的Al，在该温度区域的热疲劳特性也会改善。进而，通过使Si含量与Al含量的比适当化，高温疲劳特性也会改善。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2004－18921号公报专利文献2：国际公开第2003/004714号专利文献3：日本特开2006－117985号公报专利文献4：日本特开2000－297355号公报专利文献5：日本特开2008－285693号公报专利文献6：日本特开2001－316773号公报专利文献7：日本特开2005－187857号公报专利文献8：日本特开2011－140709号公报
技术实现思路
对排气系统零件要求轻量化、减少排气阻力，因此，正在研究进一步薄壁化、制成复杂的形状。若薄壁化而进行严格的加工，则有时板厚大幅度减少。板厚减少的部分由于高温疲劳而容易产生龟裂，因此不是在温度最高的部分而是即使温度低但通过严格的加工而壁厚减少的部分也会产生龟裂。因此，对用于排气系统零件的钢材要求不仅在最高温度而且在中间的温度区域(700℃附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁素体系不锈钢热轧退火钢板，具有如下组成：以质量％计，含有C：0.015％以下、Si：1.00％以下、Mn：1.00％以下、P：0.040％以下、S：0.010％以下、Cr：12.0％～23.0％、Al：0.20％～1.00％、N：0.020％以下、Cu：1.00％～2.00％、Nb：0.30％～0.65％，Si和Al满足下述式(1)，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，并且，维氏硬度小于205，Si≥Al…(1)，式(1)中，Si、Al为各元素的以质量％计的含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.05 JP 2014-0205411.一种铁素体系不锈钢热轧退火钢板，具有如下组成：以质量％计，含有C：0.015％以下、Si：1.00％以下、Mn：1.00％以下、P：0.040％以下、S：0.010％以下、Cr：12.0％～23.0％、Al：0.20％～1.00％、N：0.020％以下、Cu：1.00％～2.00％、Nb：0.30％～0.65％，Si和Al满足下述式(1)，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，并且，维氏硬度小于205，Si≥Al…(1)，式(1)中，Si、Al为各元素的以质量％计的含量。2.如权利要求1所述的铁素体系不锈钢热轧退火钢板，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，进一步含有选自Ni：...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村彻之，太田裕树，上力，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP