CN103874779A

CN103874779A - 铁素体系不锈钢

Info

Publication number: CN103874779A
Application number: CN201280050516.6A
Authority: CN
Inventors: 中村彻之; 太田裕树; 尾形浩行
Original assignee: NKK Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Engineering Corp
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: EP2767603A1; WO2013054523A1; TW201321526A; JP5234214B2; US9365915B2; TWI460292B; EP2767603A4; JP2013100596A; ES2639544T3; KR101553789B1; KR20140066779A; CN103874779B; US20140294658A1; MY153580A; EP2767603B1

Abstract

本发明提供不添加作为昂贵的元素的Mo、W、并且使Nb含量为最低限度的热疲劳特性和耐氧化性优良的铁素体系不锈钢。一种铁素体系不锈钢，其特征在于，以质量%计含有C：0.020%以下、Si：3.0%以下、Mn：3.0%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：10～25%、N：0.020%以下、Nb：0.005～0.15%、Al：低于0.20%、Ti：5×(C%+N%)～0.5%、Mo：0.1%以下、W：0.1%以下、Cu：0.55～2.0%、B：0.0002～0.0050%、Ni：0.05～1.0%，余量由Fe和不可避免的杂质构成。在此，5×(C%+N%)中的C%、N%表示各元素的含量(质量%)。

Description

铁素体系不锈钢

技术领域

本发明涉及适合在汽车(automobile)、摩托车(motorcycle)的排气管(exhaust pipe)、催化剂外筒材料(也称为转换器箱(converter case))、火力发电厂(thermal electric power plant)的排气管道(exhaust air duct)等在高温环境下使用的排气***构件中使用的铁素体系不锈钢(ferriticstainless steel)。

背景技术

对于在汽车的排气***环境下使用的排气歧管(exhaust manifold)、排气管、转换器箱、***(muffler)等排气***构件，要求热疲劳特性(thermal fatigue resistance)、高温疲劳特性(high temperature fatigueresistance)、耐氧化性(oxidation resistance)(以下，将它们统称为“耐热性(heat resistance)”)优良。在要求这样的耐热性的用途中，目前多使用添加有Nb和Si的钢(例如，JFE429EX(15质量%Cr-0.9质量%Si-0.4质量%Nb系)(以下称为Nb-Si复合添加钢))这样的含Cr钢。特别是，已知Nb会大幅提高耐热性。但是，含有Nb时，不仅Nb本身的原料成本高，而且钢的制造成本也增加，因此，需要开发出使Nb含量为最低限度、并且具有高耐热性的钢。

针对该问题，专利文献1中公开了通过复合添加Ti、Cu、B而使耐热性提高的不锈钢板。

专利文献2中公开了添加有Cu的加工性优良的不锈钢板。

专利文献3中公开了添加有Cu、Ti、Ni的耐热铁素体系不锈钢板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-248620号公报

专利文献2：日本特开2008-138270号公报

专利文献3：日本特开2009-68113号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，专利文献1记载的技术中，由于添加有Cu，因此，耐连续氧化性(continuous oxidation resistance)差，并且Ti添加会使氧化皮的密合性降低。耐连续氧化性不足时，在高温下的使用中，氧化皮增大，母材的壁厚减小，因此，得不到优良的热疲劳特性。另外，氧化皮的密合性低时，在使用中产生氧化皮的剥离，对其他构件的影响成为问题。

通常，在对氧化皮的增加量进行评价的情况下，进行测定在高温下等温保持后的氧化增量(weight gain by oxidation)的连续氧化试验(continuous oxidation test in air)，将其称为耐连续氧化性。在对氧化皮的密合性进行评价的情况下，进行反复升温和降温并考察有无氧化皮的剥离(spalling of scale)的反复氧化试验(cyclic oxidation test in air)，将其称为耐反复氧化性。以下，在称为耐氧化性时，是指耐连续氧化性和耐反复氧化性两者。

专利文献2记载的技术中，未添加适量的Ti，因此，钢中的C、N与Cr结合，发生在晶界附近形成贫Cr层的敏化(sensitization)。发生敏化时，贫Cr层的耐氧化性降低，因此存在得不到作为钢的优良耐氧化性的问题。

专利文献3记载的技术中，未公开复合添加有Cu、Ti、Ni元素并同时复合添加有B的例子。在不添加B时，得不到ε-Cu析出时的微细化效果，存在得不到优良的热疲劳特性的问题。

本发明中，为了解决上述问题，不添加作为昂贵元素的Mo、W，并且使Nb含量为最低限度，通过适量添加Ni来改善添加Cu和Ti时降低的耐氧化性，由此，提供热疲劳特性和耐氧化性优良的铁素体系不锈钢。

用于解决问题的方法

本发明人为了改善添加Cu和Ti时的耐氧化性的降低而反复进行了深入研究，结果发现，通过添加适量的Ni，能够改善添加Cu和Ti时的耐氧化性的降低。

在此，本发明中所称的“优良的热疲劳特性”具体而言是指在以0.5的约束率(restraint ratio)反复于800℃和100℃的热疲劳试验中具有与Nb-Si复合添加钢同等以上的热疲劳寿命。另外，“优良的耐氧化性”是指即使在大气中在950℃下保持300小时也不会引起异常氧化(氧化增量低于50g/m²)，进而即使在大气中在950℃和100℃反复400个循环后也不会产生氧化皮的剥离。

本发明对上述见解进一步进行研究而完成，其主旨如下所述。

[1]一种铁素体系不锈钢，其特征在于，以质量%计，含有C：0.020%以下、Si：3.0%以下、Mn：3.0%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：10～25%、N：0.020%以下、Nb：0.005～0.15%、Al：低于0.20%、Ti：5×(C%+N%)～0.5%、Mo：0.1%以下、W：0.1%以下、Cu：0.55～2.0%、B：0.0002～0.0050%、Ni：0.05～1.0%，余量由Fe和不可避免的杂质构成，

在此，5×(C%+N%)中的C%、N%表示各元素的含量(质量%)。

[2]如[1]所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，以质量%计，还含有选自REM：0.001～0.08%、Zr：0.01～0.5%、V：0.01～0.5%、C_o：0.01～0.5%中的一种以上。

[3]如[1]或[2]所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，以质量%计，还含有选自Ca：0.0005～0.0030%、Mg：0.0002～0.0020%中的一种以上。

发明效果

根据本发明，能够得到不添加昂贵的Mo、W、使Nb含量为最低限度、而且具有与Nb-Si复合添加钢同等以上的热疲劳特性和耐氧化性的铁素体系不锈钢，因此，对汽车用排气***构件极为有效。

附图说明

图1是对热疲劳试验片进行说明的图。

图2是对热疲劳试验中的温度、约束条件(restraint conditions)进行说明的图。

图3是对Cu量给热疲劳特性(寿命)带来的影响进行说明的图。

图4是对Ni量给耐连续氧化性(氧化增量(weight gain by oxidation))带来的影响进行说明的图。

图5是对Ni量给耐反复氧化性(氧化增量和氧化皮剥离的有无)带来的影响进行说明的图。

具体实施方式

首先，使用附图对本发明的基础试验进行说明。

1.基础试验

以下，规定钢的成分组成的成分%全部是指质量%。

将成分组成以C：0.010%、N：0.012%、Si：0.5%、Mn：0.4%、Cr：14%、Ti：0.25%、B：0.0015%为基础并在其中使Cu、Ni的含量分别在0.3～3.0%、0.03～1.3%的范围内发生各种变化的钢以实验室规模进行熔炼，制成30kg钢锭(ingot)。加热到1170℃后，进行热轧(hotrolling)，制成厚度35mm×宽度150mm的薄板坯。将该薄板坯分为两份，将其中一个通过热锻制成截面为30mm×30mm的方棒。在900～1000℃的温度范围内进行退火后，通过机械加工制作图1所示尺寸的热疲劳试验片(thermal fatigue test specimen)，供于热疲劳试验。另外，关于退火温度，在记载的范围内，在确认组织的同时按照各成分进行设定。

1.1关于热疲劳试验

图2中示出了热疲劳试验方法。将热疲劳试验片在100℃～800℃之间以加热速度10℃/s、冷却速度10℃/s的条件反复进行加热、冷却，同时以0.5的约束率(restraint ratio)反复施加应变，测定热疲劳寿命。在100℃和800℃下的保持时间均设定为2分钟。另外，上述热疲劳寿命如下定义：根据日本材料学会标准高温低循环试验法标准，用在100℃下检测的载荷(load)除以图1所示的试验片均热平行部的截面积(cross-sectional area)而算出应力(stress)，将相对于第5个循环(cycle)的应力降低至75%的循环数作为热疲劳寿命。另外，作为比较，对Nb-Si复合添加钢(15%Cr-0.9%Si-0.4%Nb)也进行同样的试验。

图3中示出了热疲劳试验的结果。由图3可知，通过使Cu量为0.55%以上且2.0%以下，能够得到与Nb-Si复合添加钢的热疲劳寿命(约900次循环)同等以上的热疲劳寿命。

对于上述分为两份后的薄板坯中的另一个，经过热轧、热轧板退火(annealing hot rolled sheet)、冷轧(cold rolling)、最终退火(finishingannealing)的工序制成板厚2mm的冷轧退火板。从所得到的冷轧退火板上切下30mm×20mm的试验片，在该试验片上部开出4mmφ的孔，将表面和端面使用#320的金刚砂纸(emery paper)进行研磨，脱脂后，供于连续氧化试验和反复氧化试验。

1.2关于连续氧化试验

将上述试验片在加热至950℃的大气气氛的炉中保持300小时，测定保持前后的试验片的质量差，求出每单位面积的氧化增量(g/m²)。试验各实施2次，将即使有1次得到50g/m²以上的结果的情况评价为异常氧化。

图4是表示Ni量给耐连续氧化特性带来的影响的图。由该图可知，通过使Ni量为0.05%以上且1.0%以下，能够防止异常氧化的发生。

1.3关于反复氧化试验

使用上述试验片，在大气中，将反复加热、冷却至100℃×1分钟和950℃×20分钟的温度的热处理进行400个循环。测定试验前后的试验片的质量差，计算出每单位面积的氧化增量(g/m²)，并且确认有无从试验片表面剥离的氧化皮。将显著观察到氧化皮剥离的情况作为不合格，将观察不到氧化皮剥离的情况作为合格。另外，上述试验中的加热速度为5℃/秒，冷却速度为1.5℃/秒。

图5是表示Ni量给耐反复氧化特性带来的影响的图。由该图可知，通过使Ni量为0.05%以上且1.0%以下，能够防止氧化皮剥离。

由上可知，为了防止异常氧化和氧化皮剥离，需要使Ni量为0.05%以上且1.0%以下。

2.关于成分组成

接着，对规定本发明的铁素体系不锈钢的成分组成的理由进行说明。另外，以下所示的成分%也全部是指质量%。

C：0.020%以下

C是对提高钢的强度有效的元素，但含量超过0.020%时，韧性和成形性的降低变得显著。因此，本发明中，C设定为0.020%以下。另外，从确保成形性的观点出发，C越低越优选，优选设定为0.015%以下。进一步优选为0.010%以下。另一方面，为了确保作为排气***构件的强度，优选C为0.001%以上，更优选为0.003%以上。

Si：3.0%以下

Si是对于提高耐氧化性重要的元素。该效果通过含有0.1%以上而得到。在需要更优良的耐氧化性时，优选含有0.3%以上。但是，含量超过3.0%时，不仅会降低加工性，而且会降低氧化皮剥离性。因此，上限设定为3.0%。更优选为0.3～2.0%，进一步优选为0.4～1.0%的范围。

Mn：3.0%以下

Mn是提高钢的强度的元素，另外，还具有作为脱氧剂的作用。另外，会抑制含有Si时的氧化皮剥离。为了得到该效果，优选0.1%以上。但是，过量的添加不仅会使氧化增量显著增加，而且在高温下容易生成γ相而使耐热性降低。因此，本发明中，Mn量设定为3.0%以下。优选为0.2～2.0%的范围。进一步优选为0.2～1.0%的范围。

P：0.040%以下

P是使韧性降低的有害元素，优选尽可能地降低。因此，本发明中，P量设定为0.040%以下。优选为0.030%以下。

S：0.030%以下

S使伸长率、r值降低而对成形性产生不利影响，并且也是使作为不锈钢的基本特性的耐腐蚀性降低的有害元素，因此优选尽可能地减少。因此，本发明中，S量设定为0.030%以下。优选为0.010%以下。进一步优选为0.005%以下。

Cr：10～25%

Cr是对于提高作为不锈钢的特征的耐腐蚀性、耐氧化性有效的重要元素，但低于10%时，得不到充分的耐氧化性。另一方面，Cr是在室温下将钢固溶强化而硬质化、低延性化的元素。特别是，含量超过25%时，上述弊端变得显著，因此，上限设定为25%。因此，Cr量设定为10～25%的范围。更优选为12～20%的范围。进一步优选为14～16%的范围。

N：0.020%以下

N是使钢的韧性和成形性降低的元素，含量超过0.020%时，成形性的降低变得显著。因此，N设定为0.020%以下。另外，从确保韧性、成形性的观点出发，优选尽可能减少N，优选设定为0.015%以下。

Nb：0.005～0.15%

Nb是与C、N形成碳氮化物而固定从而具有提高耐腐蚀性、成形性、焊接部的耐晶界腐蚀性的作用、并且使高温强度上升而具有提高热疲劳特性、高温疲劳特性的效果的元素。特别是，本发明中，能够使ε-Cu更微细地析出，从而能够大幅提高热疲劳特性、高温疲劳特性。该效果在0.005%以上时出现，优选含有0.01%以上，进一步优选含有0.02%以上。但是，Nb为昂贵的元素，并且在热循环中会形成莱夫斯(Laves)相(Fe₂Nb)，该相粗大化时，存在不能对高温强度作出贡献的问题。另外，Nb的添加会使钢的再结晶温度上升，因此，需要提高退火温度，从而导致制造成本增加。因此，Nb量的上限设定为0.15%。因此，Nb量设定为0.005～0.15%的范围。优选为0.01～0.15%的范围。更优选为0.02～0.10%的范围。

Mo：0.1%以下

Mo是通过固溶强化使钢的强度显著增加、从而使耐热性提高的元素。但是，Mo为昂贵的元素，并且在本发明这样的含Ti、Cu钢中使耐氧化性降低，因此，根据本发明的主旨不主动添加。但是，有时从作为原料的废金属等中混入0.1%以下。因此，Mo量设定为0.1%以下。优选为0.05%以下。

W：0.1%以下

W与Mo同样地是通过固溶强化使钢的强度显著增加、从而使耐热性提高的元素。但是，与Mo同样地是昂贵的元素，并且还具有使不锈钢的氧化皮稳定的效果，增加将退火时生成的氧化皮除去时的负荷，因此不主动添加。但是，有时从作为原料的废金属等中混入0.1%以下。因此，W量设定为0.1%以下。优选为0.05%以下。更优选为0.02%以下。

Al：低于0.20%

Al是对提高耐氧化性和耐高温盐害腐蚀性有效的元素。但是，添加0.20%以上时，钢发生硬质化，加工性降低，因此，Al量设定为低于0.20%。优选为0.02%～0.10%的范围。

Cu：0.55～2.0%

Cu是对提高热疲劳特性非常有效的元素。这是由ε-Cu的析出强化而引起的，如图3所示，需要使Cu量为0.55%以上。另一方面，Cu会使耐氧化性和加工性降低，并且，超过2.0%时，会导致ε-Cu的粗大化，反而会使热疲劳特性。因此，上限设定为2.0%。优选为0.7～1.6%的范围。如后所述，仅含有Cu得不到充分的热疲劳特性提高效果。通过复合添加B，可使ε-Cu微细化，提高热疲劳特性。

Ti：5×(C%+N%)～0.5%

Ti与Nb同样地具有将C、N固定而提高耐腐蚀性、成形性、焊接部的晶界腐蚀性的作用。本发明中，不主动添加Nb，因此，为了固定C、N，Ti成为重要的元素。为了得到该效果，需要含有5×(C%+N%)以上。在此，5×(C%+N%)中的C%、N%表示各元素的含量(质量%)。含量少于5×(C%+N%)时，不能将C、N完全固定，发生敏化，结果，耐氧化性降低。另一方面，超过0.5%时，会使钢的韧性和氧化皮的密合性(=耐反复氧化性)降低，因此，Ti量设定为5×(C%+N%)～0.5%的范围。优选为0.15～0.4%的范围。更优选为0.2～0.3%的范围。

B：0.0002～0.0050%

B不仅会提高加工性、特别是二次加工性，而且在含Cu钢中使ε-Cu微细化从而使高温强度升高，因此在本发明中是对提高热疲劳特性有效的重要元素。不添加B时，ε-Cu容易粗大化，不能充分得到通过含有Cu而产生的热疲劳特性提高效果。该效果可以在含有0.0002%以上时得到。另一方面，过量的添加会使钢的加工性、韧性降低。因此，将上限设定为0.0050%。优选为0.0005～0.0030%的范围。

Ni：0.05～1.0%

Ni在本发明中是重要的元素。Ni是不仅提高钢的韧性、而且还提高耐氧化性的元素。为了得到该效果，需要含有0.05%以上。不添加Ni或者含量少于0.05%时，由于含有Cu和含有Ti而使耐氧化性降低。耐氧化性降低时，在高温下的使用中氧化量增加，由此使母材的板厚减小。另外，由于氧化皮剥离而成为裂纹的起点，由此得不到优良的热疲劳特性。另一方面，Ni是昂贵的元素，并且是强力的γ相形成元素，因此，过量添加会在高温下生成γ相，反而使耐氧化性降低。因此，将Ni量的上限设定为1.0%。优选为0.08～0.5%的范围。更优选为0.15～0.25%的范围。

以上是本发明的铁素体系不锈钢的基本化学成分，从提高耐热性的观点出发，可以进一步以下述范围含有选自REM、Zr、V和Co中的一种以上作为选择元素。

REM：0.001～0.08%、Zr：0.01～0.5%

REM(稀土元素)和Zr均为改善耐氧化性的元素，本发明中，根据需要进行添加。为了得到该效果，优选REM为0.001%以上、Zr为0.01%以上。但是，REM的含量超过0.08%时，会使钢脆化，另外，Zr的含量超过0.5%时，析出Zr金属间化合物而使钢脆化。因此，在含有REM的情况下，优选将其量设定为0.001～0.08%的范围，在含有Zr的情况下，优选将其量设定为0.01～0.5%的范围。

V：0.01～0.5%

V是不仅提高耐氧化性、而且对提高高温强度有效的元素。为了得到该效果，优选0.01%以上。但是，含量超过0.5%时，析出粗大的V(C,N)而使韧性降低。因此，在含有V的情况下，优选将其量设定为0.01～0.5%的范围。更优选为0.03～0.4%的范围。进一步优选为0.05～0.25%的范围。

Co：0.01～0.5%

Co是对提高韧性有效的元素，并且是提高高温强度的元素。为了得到该效果，优选0.01%以上。但是，Co是昂贵的元素，另外，即使含量超过0.5%，上述效果也会饱和。因此，在含有Co的情况下，优选将其量设定为0.01～0.5%的范围。更优选为0.02～0.2%的范围。

此外，从提高加工性、制造性的观点出发，还可以以下述范围含有选自Ca、Mg中的一种或两种作为选择元素。

Ca：0.0005～0.0030%

Ca是对防止连铸时容易发生的、由于Ti系夹杂物析出而引起的喷嘴堵塞有效的成分。低于0.0005%时，该效果不出现。另一方面，为了不产生表面缺陷而得到良好的表面性状，优选将上限设定为0.0030%。因此，在含有Ca的情况下，优选将其量设定为0.0005～0.0030%的范围。更优选为0.0005%～0.0020%的范围。进一步优选为0.0005%～0.0015%的范围。

Mg：0.0002～0.0020%

Mg是提高钢坯的等轴晶率、对提高加工性、韧性有效的元素。在如本发明这样添加有Ti的钢中，还具有抑制Ti的碳氮化物的粗大化的效果。该效果在含有0.0002%以上时出现。Ti碳氮化物粗大化时，成为脆性裂纹的起点，因此钢的韧性大幅降低。另一方面，Mg含量超过0.0020%时，会使钢的表面性状变差。因此，在含有Mg的情况下，优选将其量设定为0.0002～0.0020%的范围。更优选为0.0002～0.0015%的范围。进一步优选为0.0004～0.0010%的范围。

3.关于制造方法

接着，对本发明的铁素体系不锈钢的制造方法进行说明。

本发明的不锈钢的制造方法只要是铁素体系不锈钢的通常的制造方法则可以适当使用，没有特别限定。例如，优选利用转炉(steelconverter)、电炉(electric furnace)等公知的熔炉(melting furnace)将钢熔炼，或者进一步经过钢包精炼(ladle refining)、真空精炼(vacuum refining)等二次精炼(secondary refining)，制成上述的具有本发明的成分组成的钢。接着，通过连铸法(continuous casting)或者铸锭(ingot casting)-开坯轧制法(blooming rolling)制成钢片(钢坯，slab)，然后，经过热轧(hotrolling)、热轧板退火(hot rolled sheet annealing)、酸洗(pickling)、冷轧(cold rolling)、最终退火(finishing annealing)、酸洗(pickling)等各工序，制成冷轧退火板(cold rolled and annealed sheet)。

另外，上述冷轧可以进行一次冷轧或者夹着中间退火(processannealing)的两次以上的冷轧，另外，冷轧、最终退火、酸洗各工序可以反复进行。此外，可以根据情况省略热轧板退火，在要求钢板表面的光泽性的情况下，可以在冷轧后或最终退火后实施表面光轧(skinpass rolling)。

更优选的制造方法中，优选将热轧工序和冷轧工序的一部分条件设定为特定条件。炼钢中，优选将含有上述必要成分和根据需要添加的成分的钢水使用转炉或电炉等熔炼，通过VOD法(Vacuum OxygenDecarburization method，真空氧脱碳法)进行二次精炼。熔炼后的钢水可以通过公知的制造方法制成钢原材，从生产率和品质的观点出发，优选通过连铸法制造。

连铸得到的钢原材例如加热到1000～1250℃，通过热轧制成期望板厚的热轧板。当然也可以加工为板材以外的形式。该热轧板根据需要实施600～900℃的罩式退火(batch annealing)或900℃～1100℃的连续退火(continuous annealing)后，通过酸洗等进行脱氧化皮，成为热轧板制品。另外，可以根据需要在酸洗前通过抛丸清理(shot blasting)进行氧化皮除去(descale)。

进而，为了得到冷轧退火板，将上述得到的热轧退火板经过冷轧工序制成冷轧板。该冷轧工序中，根据生产上的情况，可以根据需要进行包含中间退火的两次以上的冷轧。包含一次冷轧或两次以上冷轧的冷轧工序的总轧制率设定为60%以上，优选为70%以上。

冷轧板实施850～1150℃、进一步优选850～1050℃的连续退火(最终退火)，接着实施酸洗，制成冷轧退火板。另外，根据用途，也可以在酸洗后施加轻度轧制(表面光轧等)，对钢板的形状、品质进行调整。

使用以上述方式制造而得到的热轧板制品或冷轧退火板制品，根据各自的用途实施弯曲加工(bending work)等，成形为汽车、摩托车的排气管、催化剂外筒材料和火力发电厂的排气管道或者燃料电池相关构件(例如，隔板、内部连线、重整器等)。

用于焊接这些构件的焊接方法没有特别限定，可以应用MIG(Metal Inert Gas，金属惰性气体电弧焊)、MAG(Metal Active Gas，金属活性气体电弧焊)、TIG(Tungsten Inert Gas，钨极惰性气体电弧焊)等通常的电弧焊(arc welding)方法、点焊(spot welding)、缝焊(seamwelding)等电阻焊(resistance welding)方法和电阻缝焊(electric resistancewelding)方法等高频电阻焊(high frequency resistance welding)、高频感应焊(high frequency induction welding)。

实施例1

将具有表1-1所示成分组成的No.1～19、23～32的钢利用真空熔炉进行熔炼，铸造，得到30kg钢锭。加热至1170℃后，热轧，制成厚度35mm×宽度150mm的薄板坯。将该薄板坯分为两份，将其中一个通过锻造制成截面为30mm×30mm的方棒，在850～1050℃下退火后，进行机械加工，制作图1所示尺寸的热疲劳试验片。然后供于下述热疲劳试验。关于退火温度，在记载的范围内，在确认组织的同时按照各成分进行设定。对于以后的退火也同样。

热疲劳试验(thermal fatigue test)

在将上述试验片在100～800℃之间反复进行加热、冷却的同时，以图2所示的0.5的约束率反复施加应变，测定热疲劳寿命。在100℃和800℃下的保持时间均设定为2分钟。另外，关于上述热疲劳寿命，根据日本材料学会标准高温低循环试验法标准，用在100℃下检测的载荷除以图1所示的试验片均热平行部的截面积而算出应力，将相对于初始应力降低至75%的循环数作为热疲劳寿命。另外，作为比较，对Nb-Si复合添加钢(15%Cr-0.9%Si-0.4%Nb)也进行同样的试验。

使用上述分为两份后的薄板坯中的另一个，加热至1050℃后，进行热轧，制成板厚5mm的热轧板。然后，在900～1050℃下进行热轧板退火，将酸洗后的热轧退火板通过冷轧使板厚为2mm，在900～1050℃下进行最终退火，制成冷轧退火板。将其供于下述氧化试验。另外，作为参考，对Nb-Si复合添加钢(表1的No.23)也与上述同样地制作冷轧退火板，并供于评价试验。

连续氧化试验(continuance oxidation test)

从以上述方式得到的各种冷轧退火板上切下30mm×20mm的样品，在样品上部开出4mmφ的孔，将表面和端面使用#320的金刚砂纸进行研磨。脱脂后，在加热保持于950℃的大气气氛的炉内保持300小时。试验后，测定样品的质量，求出其与预先测定的试验前的质量的之差，算出氧化增量(g/m²)。另外，试验各实施2次，将较大的值作为该钢的评价值。将得到50g/m²以上的结果的情况评价为异常氧化。

反复氧化试验(cyclic oxidation test)

将所得到的结果示于表1-2中。

[表1-2]

**:合格：无氧化皮剥离，不合格：有氧化皮剥离带下划线表示在本发明的范围外。

由表1-2可以明确，本发明例均显示出与Nb-Si复合添加钢同等以上的热疲劳特性和耐氧化性，确认实现了本申请发明的目标。

产业上的可利用性

本发明的钢不仅适合作为汽车等的排气***构件使用，而且还能够适合作为要求同样特性的火力发电***的排气***构件或固体氧化物型燃料电池用构件使用。

Claims

1.一种铁素体系不锈钢，其特征在于，以质量%计，含有C：0.020%以下、Si：3.0%以下、Mn：3.0%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：10～25%、N：0.020%以下、Nb：0.005～0.15%、Al：低于0.20%、Ti：5×(C%+N%)～0.5%、Mo：0.1%以下、W：0.1%以下、Cu：0.55～2.0%、B：0.0002～0.0050%、Ni：0.05～1.0%，余量由Fe和不可避免的杂质构成，

在此，5×(C%+N%)中的C%、N%表示各元素的质量%含量。

2.如权利要求1所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，以质量%计，还含有选自REM：0.001～0.08%、Zr：0.01～0.5%、V：0.01～0.5%、Co：0.01～0.5%中的一种以上。

3.如权利要求1或2所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，以质量%计，还含有选自Ca：0.0005～0.0030%、Mg：0.0002～0.0020%中的一种以上。