耐热性和加工性优异的铁素体系不锈钢制造技术

本发明专利技术提供一种防止由Cu导致的抗氧化性的降低，并且在不添加Mo、W等高价的元素的情况下就能使耐热性（抗氧化性、热疲劳特性和高温疲劳特性）和加工性均变优异的铁素体系不锈钢。具体而言，所述铁素体系不锈钢以质量%计含有C：0.015%以下、Si：0.4～1.0%、Mn：1.0%以下、P：0.040%以下、S：0.010%以下、Cr：12%以上且小于16%、N：0.015%以下、Nb：0.3～0.65%、Ti：0.15%以下、Mo：0.1%以下、W：0.1%以下、Cu：1.0～2.5%、Al：0.2～1.0%，并且满足Si≥Al，余量由Fe和不可避免的杂质构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种铁素体系不锈钢，其适用于汽车(automobile)和摩托车(motorcycle)的排气管(exhaust pipe),催化剂外筒材料(也称为催化转化器壳(converter case))或火力发电设备(thermal electric power plant)的排气管道(exhaust air duct)等在高温环境下使用的排气系统部件,并且兼备高的耐热性(热疲劳特性、抗氧化性、高温疲劳特性)和加工性。
技术介绍
对于汽车的在排气系统环境下使用的排气歧管(exhaust manifold)、排气管、催化转化壳、消声器(muffler)等排气系统部件要求热疲劳特性(thermal fatigueproperty)、1 温疲劳特f生(high—temperature fatigue property)、抗氧化f生(oxidationresistance)(以下,将它们统称为“耐热性(heat resistance property)”)优异。排气歧管等由于反复进行发动机的启动和停止(initiation and stop of engine operation)而受到加热和冷却，且因与周边部件的关系而呈被约束的状态，因此原材料自身的热膨胀、热收缩被限制，产生热应变(thermal strain)。由该热应变引起的疲劳现象即为热疲劳(thermal fatigue)。另一方面，在发动机启动中在加热的状态下连续受到振动。由该振动导致的应变的积蓄所引起的疲劳现象(fatigue phenomena)即为高温疲劳(high-temperature fatigue)。前者为低循环疲劳(low-cycle fatigue),后者为高循环疲劳(high-cycle fatigue),是完全不同的疲劳现象。对于要求这样的耐热性的用途，现在大多使用添加有Nb和Si的例如像Type429(14Cr-0.9S1-0.4Nb系)这样 的含Cr钢。但是，伴随发动机性能的提高，如果排气温度(exhaust gas temperature)上升至超过900°C的温度,则Type429的热疲劳特性将变得不充分。针对该问题，开发有添加Nb和Mo而提高高温耐力的含Cr的钢、JIS G4305规定的SUS444 (19Cr-0.5Nb_2Mo)、降低Cr的含量且添加有Nb、Mo、W的铁素体系不锈钢等(例如，专利文献I参照)。然而，最近Mo、W等稀有金属(rare metal)原料的价格异常高涨,因已开始需要使用廉价的原料来开发出具有同等的耐热性的材料。作为不使用高价元素Mo、W的耐热性优异材料，例如，已知专利文献2 4中公开的材料。专利文献2中公开了在10 20质量％Cr钢中添加有Nb:0.50质量％以下、Cu:0.8 2.0质量％、V:0.03 0.20质量％的汽车排气管部件用铁素体系不锈钢。专利文献3中公开了在10 20质量％Cr钢中添加有T1:0.05 0.30质量％、Nb:0.10 0.60质量％、&1:0.8 2.0质量％、B:0.0005 0.02质量％的热疲劳特性优异的铁素体系不锈钢。专利文献4中公开了在15 25质量％Cr钢中添加有Cu:1 3质量％的汽车排气系统部件用铁素体系不锈钢。这些专利文献中公开的钢的特征是均通过添加Cu来提高热疲劳特性。专利文献1:日本特开2004-018921号公报专利文献2:国际公开2003/004714号册子专利文献3:日本特开2006-117985号公报专利文献4:日本特开2000-297355号公报
技术实现思路
然而，根据专利技术人等的研究，发现如上述专利文献2 4中公开的技术那样添加Cu时，虽然热疲劳特性提高，但钢自身的抗氧化性反而降低，从总体来看，耐热性变差。另外，伴随汽车车体的轻型化，排气歧管可在发动机空间(engine space)中占有的空间变小，所以对于排气歧管还要求能够加工成复杂的形状。 本专利技术是鉴于上述情况而进行的，其目的在于，提供一种防止由Cu导致的抗氧化性的降低，并且在不添加Mo、W等高价元素的情况下，耐热性(抗氧化性、热疲劳特性和高温疲劳特性)和加工性也均优异的铁素体系不锈钢。应予说明，本专利技术的“耐热性优异”是指抗氧化性、热疲劳特性和高温疲劳特性为与SUS444同等以上。具体而言，对于抗氧化性，是指950°C的抗氧化性为与SUS444同等以上，对于热疲劳特性，是指在100-850°C之间重复时的热疲劳特性为与SUS444同等以上，关于高温疲劳特性，是指850°C的高温疲劳特性为与SUS444同等以上。另外，本专利技术的“加工性优异”是指室温下的三方向平均伸长率为36%以上。专利技术者人等为了开发防止现有技术所具有的由Cu导致的抗氧化性的降低，并且在不添加Mo、W等高价的元素的情况下也兼备抗氧化性和热疲劳特性的铁素体系不锈钢，进行了反复深入的研究。其结果发现，通过Nb以0.3 0.65质量％、Cu以1.0 2.5质量％的范围，将它们复合含有，则在广范围的温度区域可得到高的高温强度，改善热疲劳特性，另外还发现通过含有适量的Al (0.2 1.0质量％)而可防止因含Cu而导致的抗氧化性的降低，进而，通过将Nb、Cu和Al控制在上述适当范围，从而首次发现即使不添加Mo、W也能得到与SUS444同等以上的耐热性(热疲劳特性、抗氧化性)。另外，对在如作为实际的排气歧管等使用的情况那样的含有水蒸气的环境下的抗氧化性进行改善的手段进行了深入研究，其结果发现通过使Si量优化(0.4 1.0质量％)，从而能使水蒸气气氛中的抗氧化性(以下，称为耐水蒸气氧化特性(water vapor oxidation resistance))也成为与SUS444同等以上。另外，对于排气歧管这样的汽车排气系统部件等而言，因使用时的振动而导致的疲劳的特性也很重要。因此，专利技术人等对高温疲劳特性的改善手段进行了深入研究，发现通过使Si量和Al量的平衡优化(Si ^ Al)，能使高温疲劳特性也成为与SUS444同等以上。并且，专利技术者人等对影响加工性和抗氧化性的Cr量的影响进行了深入研究，其结果发现通过使Cr量降低而可提高加工性，并且对此时的抗氧化性不产生大的影响。以往以来已知通过减少Cr量来提高加工性，但仅减少Cr量则抗氧化性会降低，所以在以往如专利文献I那样通过添加Mo、W来代替Cr，从而弥补抗氧化性的降低。与此相对，在本专利技术中，发现通过适量添加Al，从而即使在不添加高价的元素Mo、W的情况下，减少Cr量也能够兼得优异的抗氧化性和加工性。本专利技术是基于本专利技术人的如上见解而完成的。S卩，本专利技术提供一种耐热性和加工性优异的铁素体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，含有 C:0.015% 以下、S1:0.4 1.0%、Mn:1.0% 以下、P:0.040% 以下、S:0.010% 以下、Cr:12% 以上且小于 16%,N:0.015% 以下、Nb:0.3 0.65%, Ti:0.15% 以下、Mo:0.1% 以下、W:0.1%以下、Cu:1.0 2.5%、A1:0.2 1.0%，并且满足Si彡Al，余量由Fe和不可避免的杂质构成。另外，本专利技术提供一种耐热性和加工性优异的铁素体系不锈钢，其特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村彻之，太田裕树，加藤康，尾形浩行，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：
国别省市：