CN108779532A - 耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板、涡轮增压器部件和排气部件用奥氏体系不锈钢板的制造方法 - Google Patents

耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板、涡轮增压器部件和排气部件用奥氏体系不锈钢板的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的课题在于提供一种成为要求特别优异的耐热性和加工性的涡轮增压器的壳体原材料的奥氏体系不锈钢板。本发明的奥氏体系不锈钢板的耐热性优异，其特征在于，以质量％计含有C：0.005～0.2％、Si：0.1～4％、Mn：0.1～10％、Ni：2～25％、Cr：15～30％、N：0.01以上且小于0.4％、Al：0.001～1％、Cu：0.05～4％、Mo：0.02～3％、V：0.02～1％、P：0.05％以下、S：0.01％以下，余量包含Fe和不可避免的杂质，退火孪晶的频率为40％以上。

Description

耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板、涡轮 增压器部件和排气部件用奥氏体系不锈钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及成为要求耐热性和加工性的耐热部件的原材料的奥氏体系不锈钢板，尤其是应用于汽车的排气保持件、转换器、涡轮增压器部件中的奥氏体系不锈钢板。另外，其中尤其涉及对于汽油车和柴油车所搭载的涡轮增压器的喷嘴支架、喷嘴板、叶片、后板(背板、back plate)等内部精密部件和壳体来说最适合的材料。
背景技术
汽车的排气歧管、前管、中心管、消音器和用于净化排气的环境应对部件为了稳定地使高温排气通过，使用耐氧化性、高温强度、热疲劳特性等耐热性优异的材料。另外，由于有时也处于冷凝水腐蚀环境，所以也要求耐蚀性优异。
从排气限制的强化、发动机性能的提高、车体轻量化等观点来看，这些部件大多使用不锈钢。另外，近年来，除了排气限制的强化进一步增强之外，从燃料效率性能的提高、小型化等的动向来看，尤其在发动机正下方的排气歧管通气的排气气体温度倾向于上升。并且，搭载涡轮增压器那样的增压器的情况也变多，用于排气歧管和涡轮增压器的不锈钢要求耐热性的进一步提高。关于排气温度的上升，以往估计900℃左右的排气温度会上升至1000℃左右。
另一方面，公开了：涡轮增压器的内部构造复杂，提高增压效率并且确保耐热可靠性是重要的，主要使用耐热奥氏体系不锈钢。除了代表性的耐热奥氏体系不锈钢即SUS310S(25％Cr－20％Ni)和Ni基合金等之外，在专利文献1中还公开了高Cr、Mo添加钢。另外，在专利文献2中公开了使用添加2～4％的Si的奥氏体系不锈钢的喷嘴叶片式涡轮增压器的排气引导部件。
在专利文献2中考虑钢制造时的热加工性而规定钢成分，但不能说充分满足上述部件所要求的高温特性。另外，维持冲裁孔的扩孔加工性是重要的，但靠根据热加工性而规定的钢成分无法得到充分的扩孔性。而且，涡轮增压器的壳体使用不锈钢铸钢，但由于壁厚较厚，所以有薄壁轻量化的需求。
在专利文献3中公开了：通过确定Nb、V、C、N、Al、Ti含量的最适合范围并使制造工艺最优化，从而提高耐热奥氏体系不锈钢板的高温强度和蠕变特性。但是，专利文献3公开的发明的技术课题是提高800℃下的高温强度和蠕变特性，专利文献3公开的发明对于应对超过900℃的排气并不充分。
另外，在专利文献4中公开了一种耐热奥氏体系不锈钢，通过使材料组成和处理条件最优化而使700℃下400小时热处理后的室温下的硬度为40HRC以上。但是，专利文献4公开的发明课题是具有能够耐受550℃以上的使用环境的高温强度，在专利文献4中只是示出了700℃下的高温强度，专利文献4公开的发明的耐热奥氏体系不锈钢对于应对超过900℃的排气并不充分。
另外，在专利文献5中公开了：通过控制低ΣCSL晶界频率和晶体平均粒径等，能够用小粒径的材料实现耐晶界腐蚀性的提高和高温强度的改善。但是，专利文献5中的“高温强度”是指水中的高温强度，其并未公开用于达成针对超过900℃的排气的强度的具体解决手段。
另外，专利文献6公开的原子能用不锈钢，其特征在于：通过增加钢中的孪晶晶界比率，确保在高温水中优异的耐晶界腐蚀性。但是，专利文献6未公开所述原子能用不锈钢的高温强度，并且在专利文献6中，未公开用于达成针对超过900℃的排气的强度的具体解决手段。
另外，专利文献7公开的耐蚀性奥氏体系合金，其特征在于：是对奥氏体系合金实施超过30％的冷加工和加热处理，在奥氏体晶粒内形成孪晶边界，并且在奥氏体晶界和/或孪晶边界上分散形成析出物而成的。根据所述特征，可抑制晶界滑动，晶界强度提高，所以所述耐蚀性奥氏体系合金具有更高的耐应力腐蚀开裂进展性。但是，专利文献7所示的耐应力腐蚀开裂进展性是高温水中的特性，在专利文献7中未公开用于达成针对超过900℃的排气的强度的具体解决手段。
现有技术文献
专利文献1：国际公开第2014/157655号
专利文献2：专利第4937277号公报
专利文献3：日本特开2013-209730号
专利文献4：日本特开2005-281855号
专利文献5：日本特开2011-168819号
专利文献6：日本特开2005-15896号
专利文献7：日本特开2008-63602号
发明内容
在将以往的薄壁不锈钢板暴露于背景技术所记载的高温环境时，会产生如下课题：由于高温强度和/或刚性不足而产生变形，与涡轮内部部件的接触和/或排气的流动性变得不良。并且，也存在产生由振动导致的疲劳破坏和/或由热循环导致的热疲劳破坏的课题。在以往的奥氏体系不锈钢板中，当为了提高高温强度而进行合金元素添加时，常温延展性不足，不能够进行向复杂形状的壳体的成形加工。本发明的目的在于：解决所述问题而提供一种要求尤其在汽车排气部件中作为涡轮增压器的部件用、尤其是壳体合适的耐热性和加工性的奥氏体系不锈钢板。
只要是构成涡轮增压器的各部件，则均相当于成为本申请想要解决的课题的对象的部件。具体而言，为构成涡轮增压器外框的壳体、喷嘴叶片式涡轮增压器内部的精密部件(例如被称为后板、挡油圈、压缩机轮、喷嘴支架、喷嘴板、喷嘴叶片、驱动环、驱动杆的部件)。尤其适合于要求最高温强度且成型性也重要的壳体的部件为对象。
为了解决上述课题，本发明人对奥氏体系不锈钢板的金属组织和高温特性以及常温加工性的关系进行了详细研究。结果发现，例如针对在涡轮增压器那样的暴露于极其严苛的热环境的部件中要求耐热性的原材料，利用钢成分确保耐热性，并且控制金属组织中的结晶晶界性质，由此得到高温强度显著优异的特性。另外，在加工性方面，仅靠专利文献2记载那样的钢成分则不满足，而通过控制上述结晶晶界性质，成功地兼顾了加工性与高温强度。
解决上述课题的本发明的要旨为：
(1)一种耐热性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板，其特征在于，以质量％计，含有C：0.005～0.2％、Si：0.1～4％、Mn：0.1～10％、Ni：2～25％、Cr：15～30％、N：0.01％以上且小于0.4％、Al：0.001～1％、Cu：0.05～4％、Mo：0.02～3％、V：0.02～1％、P：0.05％以下、S：0.01％以下，余量包含Fe和不可避免的杂质，退火孪晶的频率为40％以上。
(2)根据(1)记载的耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板，其特征在于，以质量％计，所述钢板还含有N：超过0.04％且小于0.4％和/或Si：超过1.0％～小于3.5％。
(3)根据(1)或(2)记载的耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板，其特征在于，以质量％计，所述钢板还含有N：超过0.15％且小于0.4％。
(4)根据(1)～(3)中任一项记载的耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板，其特征在于，以质量％计，所述钢板还含有Ti：0.005～0.3％、Nb：0.005～0.3％、B：0.0002～0.005％、Ca：0.0005～0.01％、W：0.1～3.0％、Zr：0.05～0.30％、Sn：0.01～0.50％、Co：0.03～0.30％、Mg：0.0002～0.010％、Sb：0.005～0.3％、REM：0.002～0.2％、Ga：0.0002～0.3％、Ta：0.01～1.0％中的一种或两种以上。
(5)根据(1)～(4)中任一项记载的耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板，其特征在于，以质量％计，所述钢板还含有Ti：超过0.03％且0.3％以下和/或Nb：0.005～0.05％。
(6)根据(1)～(5)中任一项记载的耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板，其特征在于，所述钢板在900℃的高温屈服强度为70Mp以上。
(7)一种耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板的制造方法，是制造(1)～(6)中任一项记载的不锈钢板的方法，其特征在于，在冷轧工序中将压下率设为60％以下，在冷轧板退火中将900℃之前的加热速度设为小于10℃/秒，将900℃以上的加热速度设为10℃/秒以上，并将最高温度设为1000～1200℃。
(8)根据(1)～(6)中任一项记载的奥氏体系不锈钢板，其特征在于，被用于构成涡轮增压器外框的壳体和/或喷嘴叶片式涡轮增压器内部的精密部件中的至少一个。
(9)根据(1)～(6)中任一项记载的奥氏体系不锈钢板，其特征在于，被用于喷嘴叶片式涡轮增压器内部的后板、挡油圈、压缩机轮、喷嘴支架、喷嘴板、喷嘴叶片、驱动环、驱动杆中的至少一个。
(10)一种排气部件，其特征在于，是使用(1)～(6)中任一项记载的不锈钢板制作的。
(11)一种排气部件，其特征在于，构成涡轮增压器外框的壳体和/或喷嘴叶片式涡轮增压器内部的精密部件中的至少一个是使用(1)～(6)中任一项记载的奥氏体系不锈钢板制作的。
(12)一种构成涡轮增压器外框的壳体，其特征在于，是使用(1)～(6)中任一项记载的奥氏体系不锈钢板制作的。
(13)一种喷嘴叶片式涡轮增压器，其特征在于，后板、挡油圈、压缩机轮、喷嘴支架、喷嘴板、喷嘴叶片、驱动环、驱动杆中的至少一个是使用(1)～(6)中任一项记载的奥氏体系不锈钢板制作的。
根据本发明，能够提供一种常温成型性和高温特性优异的奥氏体系不锈钢板，通过应用于汽车排气部件(尤其是涡轮增压器的壳体)，大大有助于轻量化和高排气温化。
附图说明
图1是示出不锈钢板的退火孪晶的频率与900℃下的高温屈服强度的关系的图。
具体实施方式
以下，说明本发明的限定理由。作为用作耐热用途的奥氏体系不锈钢板的特性，重要的是高温强度，但在考虑尤其是用于上述那样的涡轮增压器的壳体的情况下，加工性也极其重要。如上所述，涡轮增压器的壳体具有复杂形状，并且当在高温环境下过度产生变形时，会产生部件彼此的接触和/或气体流动不良等，引起破损和/或热效率下降，导致部件性能的可靠性下降。因此，为了确保它们的可靠性，专心进行奥氏体系不锈钢的结晶晶界构造的微观研究，得到了以下见解。
首先，说明将结晶晶界中的退火孪晶的频率设为40％以上这一点。在奥氏体系不锈钢中，已知在冷轧、退火后产生退火孪晶。退火孪晶是在金属组织利用冷轧工序及退火工序再结晶时形成的孪晶。处于退火孪晶的关系并相邻的晶粒具有相对的取向差，在所述晶粒间的晶界面(以下简单称为“孪晶界面”)中具有绕<111>轴约60°(60°±8°以内)的相对取向差。所述退火孪晶与堆叠层错能有关，堆叠层错能小的材料产生许多孪晶。然而，该孪晶界面会对高温变形和强度带来何种影响还不清楚。
孪晶界面在材料截面中作为孪晶边界被观察。考虑这点，本发明人对退火孪晶的频率与高温强度的关系进行了调查。在此，“退火孪晶的频率”是指存在于观察到的材料截面的范围内的退火孪晶的孪晶边界的长度相对于结晶晶界的总长度的比例。为了算出所述退火孪晶的频率，使用EBSP(Electron Back-Sccetering Difraction pattern)在距材料的板厚中心为板厚1/4左右的范围，对约300μm厚度×约100μm宽度的区域进行结晶取向分析，对存在于观察到的范围内的结晶晶界的总长度进行测定，并且求出结晶晶界的相对取向差。接着，相对于所述结晶晶界的总长度，算出绕<111>轴具有相对取向差为60°±8°的界面的孪晶的孪晶长度的比例。
另外，在高温拉伸试验中，以轧制方向与拉伸方向平行的方式准备拉伸试验片，将加热速度设为100℃/分钟，将保持时间设为10分钟，在十字头速度1mm/分钟下进行等速拉伸试验，得到轧制方向上的0.2％屈服强度。在图1中示出在900℃下对具有各种退火孪晶的频率的奥氏体系不锈钢板进行高温拉伸试验时的高温强度。
从图1的结果可知，退火孪晶的频率高时900℃的高温强度高，在退火孪晶的频率为40％以上能够得到70MPa以上的高强度材料。此外，涡轮增压器的壳体的材料温度在汽油车中被推定为900℃左右，根据其构造在本试验方法的0.2％屈服强度下需要70MPa以上。
在本发明中，发现高温强度由于退火孪晶的频率上升而提高，作为其主要原因，可认为孪晶界面的晶界能低有影响。即，由于孪晶界面的晶界能比处于多取向关系的结晶晶界低，所以高温环境下的界面移动变慢。本发明人研究了高温下的通常晶界、孪晶界面的高温环境下的移动，结果发现：通常晶界的移动快，容易产生晶粒粗大化，但由于孪晶界面的移动慢，所以赶不上晶粒粗大化的过程，在高温环境下示出特殊的组织形态。结果，发现孪晶界面多的材料由于赶不上晶粒粗大化的过程的孪晶界面而在高温下显现与由一种晶粒微细化带来的强化类似的强化。
另外，在耐热奥氏体系不锈钢中，由于添加元素而使各种析出物(σ相、Cr碳氮化物、Laves相等)在高温加热时析出，它们在结晶晶界容易析出、成长。当析出物微细地析出时，由于析出强化起作用，高温强度提高，但一般而言，晶界析出物容易粗大化，几乎没有高温强度的强化能力。另一方面，由于孪晶界面的析出物的界面能小，所以与一般晶界相比难以粗大化。结果发现：由在孪晶界面析出的析出物产生的析出强化在高温下被维持，长时间暴露于高温后的强化能力也较高。此外，由于在孪晶晶界的频率为60％以上时900℃的0.2％屈服强度达到约80MPa，所以将退火孪晶的频率的上限设为60％。而且，从高温蠕变和/或疲劳的观点来看，优选为80％以上。
接着，说明本发明的奥氏体系不锈钢的成分范围。
C为了确保奥氏体组织形成和高温强度而将0.005％设为下限。另一方面，过度的添加除了导致硬质化之外，由于形成Cr碳化物而发生耐蚀性、尤其是焊接部的晶界腐蚀性的劣化、由碳化物导致的高温滑动性劣化、由于形成冷轧退火板酸洗时的晶界侵蚀槽而使表面粗糙度***糙。另外，C提高堆叠层错能使退火孪晶的频率下降，因此将上限设为0.2％。而且，当考虑制造成本和热加工性时，C含量优选为0.008％以上且0.15％以下。
Si除了作为脱氧元素添加的情况以外，还利用Si的内部氧化而带来耐氧化性、高温滑动性的提高，由退火孪晶的频率增加带来高温强度的提高，所以添加0.1％以上。另一方面，由于添加4.0％以上而发生硬质化，并且生成粗大的Si系氧化物，部件的加工精度显著下降，因此将上限设为4％。此外，当考虑制造成本、钢板制造时的酸洗性、焊接时的凝固开裂性时，Si含量优选为0.4％以上且3.5％以下。从堆叠层错能的观点来看，优选将下限设为超过1.0％，将上限设为小于3.5％。而且，当考虑高温滑动性时，优选为2.0％以上且小于3.5％。
Mn除了用作脱氧元素之外，还确保奥氏体组织形成和氧化皮密合性。另外，为了降低堆叠层错能带来退火孪晶的频率增加，添加0.1％以上。另一方面，由于添加超过10％，夹杂物洁净度显著劣化且扩孔性降低，此外酸洗性显著劣化且产品表面***糙，因此将上限设为10％。另外，在本发明钢中，当含有超过10％时，导致退火孪晶的频率下降。而且，当考虑制造成本、钢板制造时的酸洗性时，Mn含量优选为0.2％以上且5％以下，从异常氧化特性的观点来看，更优选为0.2％以上且3％以下。
Ni是奥氏体组织形成元素，并且是确保耐蚀性和耐氧化性的元素。另外，小于2％时晶粒粗大化显著地产生，因此添加2％以上。另外，为了使孪晶充分地生成，也需要2％以上。另一方面，由于过度添加导致成本上升和退火孪晶的频率下降，所以将上限设为25％。而且，当考虑制造性、常温延展性和耐蚀性时，Ni含量优选7％以上且20％以下。
Cr是使耐蚀性、耐氧化性和高温滑动性提高的元素，且是考虑排气部件环境时从抑制异常氧化的观点来看必需的元素。另外，为了使孪晶充分地生成，需要15％以上。另一方面，过度添加除了成为硬质而使成型性劣化之外，还会导致成本提高，因此将上限设为30％。而且，当考虑制造成本、钢板制造性和加工性时，Cr含量优选为17％以上且25.5％以下。
与C同样地，N是对形成奥氏体组织和确保高温强度、高温滑动性有效的元素。关于高温强度，其作为固溶强化元素而已知，但此外，N对孪晶生成也有效。在本申请中，在N单独的效果以外也考虑其与Cr形成簇带来的高温强度，添加0.01％以上。另一方面，在添加超过0.4％时，除了常温材质显著硬质化且钢板制造阶段的冷加工性劣化之外，部件加工时的成型性和部件精度变差，因此将上限设为0.4％。此外，从软质化、焊接时的针孔抑制、焊接部的晶界腐蚀抑制的观点来看，N含量优选为0.02％以上且0.35％以下。而且，从高温强度、滑动性和常温延展性的观点来看，优选超过0.04％且小于0.4％。另外，从蠕变特性的观点来看，优选使N含量超过0.15％且小于0.4％。
Al作为脱氧元素而添加，通过提高夹杂物洁净度来提高扩孔性。除此之外，具有氧化皮的剥离抑制、通过微量内部氧化而有助于提高高温滑动性的效果，该作用从0.001％起显现，因此下限为0.001％。另外，由于是铁素体生成元素，所以添加1％以上除了使奥氏体组织的稳定性降低之外，还会由于酸洗性下降而导致表面粗糙度增加，因此上限为1％。而且，当考虑精炼成本和表面缺陷时，Al含量优选为0.007％以上且0.5％以下，从焊接性的观点来看更优选为0.01％以上且0.1％以下。
Cu是对奥氏体相的稳定化和软质化有效的元素，添加0.05％以上。另一方面，过度添加会导致耐氧化性的劣化和制造性的劣化，因此将上限设为4.0％。另外，在本发明钢中，当含有超过4.0％时，导致退火孪晶的频率下降。而且，当考虑耐蚀性或制造性时，Cu含量优选为0.3％以上且1％以下。
Mo是使耐蚀性提高的元素，并且有助于高温强度的提高。高温强度提高以固溶强化为主体，但其是σ相等的析出促进元素，因此也有助于向孪晶界面的微细析出强化。在本发明中，除了固溶强化之外，为了有效利用由Mo碳化物带来的析出强化，将下限设为0.02％。但是，过度添加使退火孪晶的频率下降，所以将上限设为3％。而且，考虑Mo是昂贵的元素的情况、由上述析出物带来的强化稳定性和夹杂物洁净度时，Mo含量优选为0.4％以上且1.6％以下，考虑异常氧化特性时，更优选为0.4％以上且1.0％以下。
V是使耐蚀性提高的元素，并且为了促进V碳化物和/或σ相的生成来提高高温强度，添加0.02％以上。另一方面，过度添加导致合金成本增加和/或异常氧化临界温度降低，因此将上限设为1％。而且，当考虑制造性和夹杂物洁净度时，V含量优选为0.1％以上且0.5％以下。
P是杂质，除了是促进制造时的热加工性和凝固开裂的元素之外，还会硬质化而使延展性下降，因此其含量越少越好，但考虑精炼成本，也可以在上限为0.05％且下限为0.01％的范围内含有。而且，当考虑制造成本时，P含量优选为0.02％以上且0.04％以下。
S是杂质，且是除了使制造时的热加工性下降之外还使耐蚀性劣化的元素。另外，当形成粗大硫化物(MnS)时，洁净度显著变差，使常温延展性劣化，因此，也可以将0.01％作为上限而含有。另一方面，过度降低会导致精炼成本增加，因此，也可以将0.0001％作为下限而含有。而且，当考虑制造成本和耐氧化性时，S含量优选为0.0005％以上且0.0050％以下。
发明的排气部件用奥氏体系不锈钢板除了上述元素以外还可以含有下述成分。
Ti是为了与C、N结合以提高耐蚀性、耐晶界腐蚀性而添加的元素。C、N固定作用从0.005％起显现，因此可以将下限作为0.005％而根据需要进行添加。另外，超过0.3％的添加容易产生铸造阶段中的喷嘴堵塞，使制造性显著劣化，此外还会由于粗大Ti碳氮化物而导致延展性劣化，因此将上限设为0.3％。而且，当考虑高温强度、焊接部的晶界腐蚀性和合金成本时，Ti含量优选为0.01％以上且0.2％以下。另外，从蠕变特性的观点来看，Ti含量优选设为超过0.03％且0.3％以下。
与Ti同样地，Nb是与C、N结合以提高耐蚀性、耐晶界腐蚀性，此外还使高温强度提高的元素。除了C、N固定作用之外，由固溶Nb带来的高温高强度化、由Laves相的孪晶界面析出带来的高强度化从0.005％起显现，因此可以将下限作为0.005％而根据需要进行添加。另外，添加超过0.3％会使钢板制造阶段下的热加工性显著劣化，而且还会由于粗大Nb碳氮化物导致延展性劣化，因此将上限设为0.3％。而且，当考虑高温强度、焊接部的晶界腐蚀性和合金成本时，Nb含量优选为0.01以上且0.20％以下。另外，从蠕变特性的观点来看，Nb含量优选设为超过0.005％且0.05％以下。
B是使钢板制造阶段下的热加工性提高的元素，可以设为0.0002％以上而根据需要进行添加。另外，由B的孪晶界面偏析带来的高强度化也起作用。但是，过度添加会由于形成硼碳化物而导致洁净度和延展性的下降、晶界腐蚀性的劣化，因此将上限设为0.005％。而且，当考虑精炼成本和延展性下降时，B含量优选为0.0003％以上且0.003％以下。
Ca为了脱硫而根据需要进行添加。若小于0.0005％，则该作用未显现，因此可以将下限设为0.0005％而根据需要进行添加。另外，当添加超过0.01％时，生成水溶性的夹杂物CaS而导致洁净度的下降和耐蚀性的显著下降，因此将上限设为0.01％。而且，从制造性、表面品质的观点来看，Ca含量优选为0.0010％以上且0.0030％以下。
W有助于提高耐蚀性和高温强度，因此可以根据需要添加0.1％以上。由于添加超过3％会导致硬质化、钢板制造时的韧性劣化和成本增加，因此将上限设为3％。而且，当考虑精炼成本和制造性时，W含量优选为0.1％以上且2％以下，当考虑异常氧化特性时，更优选为0.1％以上且1.5％以下。
Zr与C和/或N结合使焊接部的晶界腐蚀性和耐氧化性提高，因此可以根据需要添加0.05％以上。但是，由于添加超过0.3％使成本增加，而且还会使制造性和扩孔性显著劣化，因此将上限设为0.3％，而且，当考虑精炼成本和制造性时，Zr含量优选为0.05％以上且0.1％以下。
Sn有助于提高耐蚀性和高温强度，因此可以根据需要添加0.01％以上。若是0.03％以上则效果变得显著，而且若是0.05％以上，则更为显著。由于添加超过0.5％会产生钢板制造时的铸坯开裂，因此将上限设为0.5％。而且，当考虑精炼成本和制造性时，Sn含量优选为0.05％以上且0.3％以下。
Co有助于提高高温强度，因此可以根据需要添加0.03％以上。由于添加超过0.3％会导致硬质化、钢板制造时的韧性劣化和成本增加，因此将上限设为0.3％，而且，当考虑精炼成本和制造性时，Co含量优选为0.03％以上且0.1％以下。
Mg是作为脱氧元素进行添加，而且由于氧化物的微细化分散化而有助于铸坯组织的夹杂物洁净度提高和组织微细化的元素。这是从0.0002％以上起显现，因此可以将下限设为0.0002％而根据需要进行添加。但是，过度添加导致焊接性和耐蚀性劣化、由粗大夹杂物导致的扩孔性下降，因此将上限设为0.01％。当考虑精炼成本时，Mg含量优选为0.0003％以上且0.005％以下。
Sb是向晶界偏析而发挥提高高温强度的作用的元素。为了得到添加效果，也可以根据需要进行0.005％以上的添加。但是，当超过0.3％时，产生Sb偏析，在焊接时产生开裂，因此将上限设为0.3％。当考虑高温特性、制造成本和韧性时，Sb含量优选为0.03％以上且0.3％以下，更优选为0.05％以上且0.2％以下。
REM(稀土元素)对耐氧化性和高温滑动性的提高有效，可以根据需要添加0.002％以上。另外，即使添加超过0.2％，其效果也饱和，产生由REM粒化物导致的耐蚀性下降，因此添加0.002％以上且0.2％以下。当考虑产品的加工性和制造成本时，优选将下限设为0.002％，将上限设为0.10％。此外，REM(稀土元素)遵循一般的定义。是指钪(Sc)、钇(Y)这两种元素和从镧(La)至镥(Lu)的15种元素(镧系)的统称。既可以单独添加，也可以是混合物。
Ga用于提高耐蚀性和抑制氢脆，可以根据需要添加0.3％以下，但由于添加超过0.3％会生成粗大硫化物而使r值劣化。从硫化物和氢化物形成的观点来看，将下限设为0.0002％。而且，从制造性和成本的观点来看，更优选为0.002％以上。
关于其他成分在本发明中没有特别规定，但为了提高高温强度，可以将Ta、Hf添加0.01％以上且1.0％以下。另外，根据需要也可以含有0.001～0.02％的Bi。此外，优选尽可能减少As、Pb等一般的有害元素和杂质元素。
接着，说明制造方法。本发明的钢板的制造方法包括制钢-热轧-退火和酸洗-冷轧-退火和酸洗。
在制钢中，优选如下方法：对含有所述必要成分和根据需要添加的成分的钢进行电炉熔炼或者转炉熔炼，接着进行2次精炼。熔炼的钢液按照公知的铸造方法(连铸)做成铸坯，按照公知的热轧方法，将所述铸坯加热至预定温度，在连续轧制下热轧为预定板厚。如上所述，本发明对作为对象的部件设定在热轧以后的工序中按照公知方法确保预定的晶粒度、截面硬度、表面粗糙度的制造条件。
热轧后的钢板在实施热轧板退火和酸洗处理后，以60％以下的压下率进行冷轧。这是因为：当压下率超过60％时，在之后的退火工序中再结晶过度进展，随机晶界增加，阻碍退火孪晶的形成。当考虑材料延展性时，优选晶体粒径粗大，当也考虑制造性和板形状时，压下率优选为2～30％。
接着，在对成为预定板厚的冷轧钢板进行退火时，本发明人发现了用于增加孪晶界面的新的退火方法。具体而言，特征在于，在冷轧板退火中将在900℃之前的加热速度设为小于10℃/秒，将900℃以上的加热速度设为10℃/秒以上，并将最高温度设为1000～1200℃。
通过在900℃之前的温度范围设为低加热速度，在不产生再结晶的温度范围内使孪晶界面的生成增加，通过在900℃以上的温度范围进行快速加热，使钢板的金属组织成为再结晶组织。通过在900℃之前的温度范围内以小于10℃/秒的加热速度进行加热，能够防止再结晶晶界的移动变得容易而使孪晶界面被再结晶界面侵蚀的情形。当考虑材料的延展性时，优选晶体粒径粗大，因此，将最高温度设为1000～1200℃。而且，为了防止未再结晶组织且提高孪晶频率，优选最高温度为1030～1130℃。当延长最高温度下的保持时间时，在再结晶晶粒的粒生长阶段下孪晶界面消失，因此，优选将最高温度下的保持时间设为30秒以下。
在本申请中，在热轧板退火和酸洗后实施冷轧，之后进行冷轧板退火和酸洗处理，由此能够得到更平滑的表面。冷轧工序以串联轧制、森吉米尔轧制、簇轧制等进行即可。作为涡轮增压器部件那样的功能用途，一般而言应用2B或者2D产品，但在要求高表面平整度和/或光泽的情况下，也可以在冷轧后实施光辉退火而做成BA产品。酸洗处理适当选择中性盐电解和熔化碱处理这样的预处理或者硝氟酸和硝酸电解这样的酸洗处理即可。
实施例
在对表1-1和表1-2所示的成分组成的钢进行熔炼而铸造成铸坯并进行热轧、热轧板退火和酸洗后，在表2-1和表2-2所示的条件下进行冷轧和最终退火，进而实施酸洗而得到厚度为2.0mm的产品板。此外，表1-2中带标记“＊”的栏内的值表示相应成分不满足本发明的必要条件。另外，表1-2中带标记“＊”的栏内的值表示相应制造条件不满足本发明的制造方法的必要条件。
针对表2-1和表2-2所示的各产品板，利用在先记载的方法测定退火孪晶的频率(％)，并且在900℃下利用在先记载的方法进行高温拉伸试验。另外，通过以拉伸试验片的轧制方向成为拉伸方向的方式选取JIS13号B试验片，在应变速度为10-3/秒下进行拉伸试验并测定断裂伸长率，由此进行常温的延展性测定。
在表2-1和表2-2中示出对表2-1和表2-2所示的各产品板进行了所述试验结果或者测定结果。此外，在表2-2的项目“退火孪晶的频率(％)”一栏内带标记“＊”的值表示不满足本发明中的退火孪晶的频率的必要条件。另外，在表2-2的项目“900℃的0.2％屈服强度(MPa)一栏内带标记“＊”的值表示小于70MPa。另外，在表2-2的项目“常温延展性(％)”一栏内带标记“＊”的值表示常温的延展性小于40％。
另外，将表2-1和表2-2所示的各产品板中的每一个成形加工为涡轮增压器的壳体。在表2-1和表2-2的“向部件形状的成型性判定”的项目示出此时的成形加工性的好坏。此外，所述项目的相应栏内的“○”表示向涡轮增压器的壳体的成形良好，“×”表示不能应用作为壳体。具体的判定方法以成形部件有无开裂和板厚减少率(30％以下为合格)为判定基准。
而且，针对将表2-1和表2-2所示的各产品板成形加工得到的涡轮增压器的壳体反复进行加热(900℃)-冷却(150℃)，对2000次循环后的变形状态和有无氧化损伤进行了确认。在表2-1和表2-2的“耐久试验中的变形程度判定”和“耐久试验中有无氧化损伤”的项目中示出该结果。此外，将耐久试验后相对于耐久试验前的变形程度小的情形设为“○”，将大的情形用“×”示出。在此，对于耐久试验中的变形程度，关于耐久试验前后的壳体形状，例如用三维形状测定器进行形状比较，将形状变化率为±3％以内的情况设为合格(○)，将超过±3％的情况设为不合格(×)。另外，在耐久试验后，将用目视未确认到异常氧化和氧化皮剥离的发生等氧化损伤的情形设为“○”，将确认到氧化损伤的情形作为“×”示出。
在表2-1所示的制造条件下制造的结果，确认到本发明例(实施例1～23)的钢的加工性、耐热性优异。
与之相对，如表2-2所示，在比较例1～28的钢中，大多出现常温的延展性小于40％的情形。这样，常温的延展性小于40％的产品板向涡轮增压器的壳体的成形不良，不能作为壳体应用。另外，比较钢在耐久试验中变形过度，在应用于壳体的情况下排气性能不良、和/或由于与其他部件接触而使涡轮增压器破损，不能应用于涡轮增压器。而且，在耐久试验中，在产生异常氧化和/或氧化皮剥离、产生壁厚减少的情况下，导致由剥离氧化皮引起的后级催化剂的损伤和/或壳体的破损，但在本发明中未确认到氧化损伤。另外，在比较例的一部分中氧化损伤剧烈，存在未实现作为壳体的功能的情况。
以上，在本发明例中，确认到向壳体的成型性、之后的耐久试验中的变形也减少，满足涡轮的性能。
[表1-1]
[表1-2]
[表2-1]
[表2-2]
此外，在使用奥氏体系不锈钢板制造涡轮增压器外框等的排气部件时，制造工序中的其他条件适当选择即可。例如，铸坯厚度、热轧板厚等适当设计即可。在冷轧中，辊粗糙度、辊径、轧制油、轧制道次次数、轧制速度、轧制温度等适当选择即可。也可以在冷轧的中途加入中间退火，既可以是间歇式退火，也可以是连续式退火。另外，作为酸洗时的预处理，可以实施中性盐电解处理和盐浴浸渍处理中的任一个，也可以省略，酸洗工序也可以进行除了硝酸、硝酸电解酸洗之外还使用硫酸和/或盐酸的处理。在冷轧板的退火和酸洗后，也可以利用调质轧制和/或张力校平机等进行形状和材质调整。而且，也可以对本产品板实施润滑喷涂，进而提高压制成型，润滑膜的种类适当选择即可。并且，也可以在部件加工后实施氮化处理和/或渗碳处理等特殊的表面处理而使耐热性进一步提高。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种针对除了耐热性之外还要求加工性的排气部件具有优异特性的奥氏体系不锈钢板。通过将应用本发明的材料用作尤其是汽车的涡轮增压器用，与以往的铸物相比，可实现大幅的轻量化，能够实现排气限制、轻量化、燃料效率提高。另外，也能够省略部件的切削和磨削加工、表面加工处理，也大大有助于低成本化。此外，本发明对于用作涡轮增压器用的各部件中的任一个均能够设为应用对象。具体而言，为构成涡轮增压器外框的壳体、喷嘴叶片式涡轮增压器内部的精密部件(例如被称为后板、挡油圈、压缩机轮、喷嘴支架、喷嘴板、喷嘴叶片、驱动环、驱动杆的部件等)。而且，不限于汽车、二轮车，也能够应用于在各种锅炉、燃料电池***等高温环境下使用的排气部件，本发明在产业上极其有益。

Claims (13)

1.一种耐热性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板，其特征在于，
以质量％计，含有C：0.005～0.2％、Si：0.1～4％、Mn：0.1～10％、Ni：2～25％、Cr：15～30％、N：0.01％以上且小于0.4％、Al：0.001～1％、Cu：0.05～4％、Mo：0.02～3％、V：0.02～1％、P：0.05％以下、S：0.01％以下，余量包含Fe和不可避免的杂质，退火孪晶的频率为40％以上。
2.根据权利要求1所述的耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板，其特征在于，
以质量％计，所述钢板还含有N：超过0.04％且小于0.4％和/或Si：超过1.0％且小于3.5％。
3.根据权利要求1或2所述的耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板，其特征在于，
以质量％计，所述钢板还含有N：超过0.15％且小于0.4％。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板，其特征在于，
以质量％计，所述钢板还含有Ti：0.005～0.3％、Nb：0.005～0.3％、B：0.0002～0.005％、Ca：0.0005～0.01％、W：0.1～3.0％、Zr：0.05～0.30％、Sn：0.01～0.50％、Co：0.03～0.30％、Mg：0.0002～0.010％、Sb：0.005～0.3％、REM：0.002～0.2％、Ga：0.0002～0.3％、Ta：0.01～1.0％中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板，其特征在于，
以质量％计，所述钢板还含有Ti：超过0.03％且0.3％以下和/或Nb：0.005～0.05％。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板，其特征在于，
所述钢板在900℃的高温屈服强度为70Mp以上。
7.一种耐热性和加工性优异的排气部件用奥氏体系不锈钢板的制造方法，是制造权利要求1～6中任一项所述的不锈钢板的方法，其特征在于，
在冷轧工序中将压下率设为60％以下，在冷轧板退火中将900℃之前的加热速度设为小于10℃/秒，将900℃以上的加热速度设为10℃/秒以上，并将最高温度设为1000～1200℃。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的奥氏体系不锈钢板，其特征在于，
被用于构成涡轮增压器外框的壳体和/或喷嘴叶片式涡轮增压器内部的精密部件中的至少一个。
9.根据权利要求1～6中任一项所述的奥氏体系不锈钢板，其特征在于，
被用于喷嘴叶片式涡轮增压器内部的后板、挡油圈、压缩机轮、喷嘴支架、喷嘴板、喷嘴叶片、驱动环、驱动杆中的至少一个。
10.一种排气部件，其特征在于，
是使用权利要求1～6中任一项所述的奥氏体系不锈钢板制作的。
11.一种排气部件，其特征在于，
构成涡轮增压器外框的壳体和/或喷嘴叶片式涡轮增压器内部的精密部件中的至少一个是使用权利要求1～6中任一项所述的奥氏体系不锈钢板制作的。
12.一种构成涡轮增压器外框的壳体，其特征在于，
是使用权利要求1～6中任一项所述的奥氏体系不锈钢板制作的。
13.一种喷嘴叶片式涡轮增压器，其特征在于，
后板、挡油圈、压缩机轮、喷嘴支架、喷嘴板、喷嘴叶片、驱动环、驱动杆中的至少一个是使用权利要求1～6中任一项所述的奥氏体系不锈钢板制作的。
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