CN111684092A - 铁素体系不锈钢 - Google Patents

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Abstract

本发明提供耐蠕变特性和热疲劳特性优异的铁素体系不锈钢。铁素体系不锈钢具有下述成分组成，该成分组成以质量％计含有C：0.020％以下、Si：0.1～1.0％、Mn：0.05～0.60％、P：0.050％以下、S：0.008％以下、Ni：0.02～0.60％、Al：0.001～0.25％、Cr：18.0～20.0％、Nb：0.30～0.80％、Mo：1.80～2.50％、N：0.015％以下、Sb：0.002～0.50％，且满足以下的式(1)，余量为Fe及不可避免的杂质。Nb+Mo：2.3～3.0％(1)(式(1)中的Nb、Mo表示各元素的含量(质量％)。)。

Description

铁素体系不锈钢
技术领域
本发明涉及铁素体系不锈钢，特别是涉及下述具有优异的耐蠕变特性和热疲劳特性的铁素体系不锈钢，其适用于汽车、摩托车的排气管、转换器壳体、火力发电厂的排气管道等在高温下使用的排气***构件。
背景技术
对于汽车的排气歧管、排气管、转换器壳体及消音器等排气***构件，要求优异的耐热性。耐热性包括若干种类，能够举出热疲劳特性、高温疲劳特性、高温强度(高温屈服强度)、耐氧化性、蠕变特性、耐高温盐害腐蚀特性(hot salt corrosion resistance)等。其中，热疲劳特性是特别重要的耐热性之一。排气***构件随着发动机的起动及停止而反复受到加热及冷却。此时，排气***构件由于与周边的部件连接而使得热膨胀及收缩受到限制，在材料自身中产生热应变。将因反复受到该热应变而达到破坏的低循环疲劳现象称为热疲劳。
作为要求上述热疲劳特性的构件所使用的材料，目前大多使用添加有Nb和Si的Type429(14％Cr-0.9％Si-0.4％Nb系)这样的铁素体系不锈钢。但是，当随着发动机性能的提高而使得排气温度上升至超过900℃的温度时，Type429不再能够充分满足尤其是所需的热疲劳特性。
作为能够应对该问题的材料，例如开发了作为添加Nb和Mo来提高高温屈服强度的铁素体系不锈钢的、JIS G4305规定的SUS444(19％Cr-0.5％Nb-2％Mo)或者添加有Nb、Mo及W的铁素体系不锈钢等(例如参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-018921号公报
发明内容
发明要解决的课题
为了应对近年来的排气限制强化、提高燃料效率，排气温度具有高温化的趋势，SUS444等也出现了耐热性、特别是热疲劳特性不足的情况。另外，若排气温度高温化至超过900℃，则不锈钢将容易蠕变变形，因此耐蠕变特性也变得必要。
SUS444在铁素体系不锈钢中具有最高级别的耐热性，但是，随着近年来的排气限制强化、燃料效率提高而使得排气温度上升的情况下，并不能说耐热性是充分的。由于随着排气温度的高温化，排气***构件在升温时的热膨胀变大，因此被施加更严苛的热应变，导致排气***构件所使用的铁素体系不锈钢变得容易发生热疲劳破坏。此外，在高温区域保持长时间的情况下，铁素体系不锈钢容易产生蠕变变形，若产生蠕变变形，则因蠕变变形而以减薄的部分为起点发展至破坏，因此还需要提高耐蠕变特性。
像这样，在包括SUS444在内的现有技术中，未能获得在排气温度高温化时热疲劳特性也充分的铁素体系不锈钢。另外，也没有充分地对在排气温度超过900℃的情况下尤为必要的耐蠕变特性进行评价。
因而，本发明目的在于解决上述课题，提供耐蠕变特性和热疲劳特性优异的铁素体系不锈钢。
需要说明的是，本发明的“耐蠕变特性优异”是指于900℃进行蠕变试验时的断裂时间优于SUS444。另外，“热疲劳特性优异”是指具有优于SUS444的特性，具体来说，是指在200～950℃间反复升温和降温时的热疲劳寿命优于SUS444。
用于解决课题的方案
本申请的发明人为了开发出耐蠕变特性和热疲劳特性优于SUS444的铁素体系不锈钢，关于多种元素对耐蠕变特性及热疲劳特性的影响反复进行了深入研究。
其结果发现，通过以质量％计含有Nb：0.30～0.80％、Mo：1.80～2.50％、Nb和Mo的合计含量：2.3～3.0％，从而高温强度在宽温度区域内上升、热疲劳特性提高。此外，发现通过以0.002～0.50质量％的范围含有Sb，从而耐蠕变特性提高。
基于以上发现，通过成为适量含有Cr、Nb、Mo、Sb中的全部的特定的成分组成而完成了本发明。在本发明中，上述元素是重要的，而为了实现本发明效果，需要将全部的必需元素调整为规定的含量。
本发明的主旨如下。
[1]铁素体系不锈钢，其具有下述成分组成，上述成分组成以质量％计含有C：0.020％以下、Si：0.1～1.0％、Mn：0.05～0.60％、P：0.050％以下、S：0.008％以下、Ni：0.02～0.60％、Al：0.001～0.25％、Cr：18.0～20.0％、Nb：0.30～0.80％、Mo：1.80～2.50％、N：0.015％以下、Sb：0.002～0.50％，且满足以下的式(1)，余量为Fe及不可避免的杂质。
Nb+Mo：2.3～3.0％(1)
(式(1)中的Nb、Mo表示各元素的含量(质量％)。)
[2]根据[1]所述铁素体系不锈钢，上述成分组成以质量％计进一步含有从Ti：0.01～0.16％、Zr：0.01～0.50％、Co：0.01～0.50％、B：0.0002～0.0050％、V：0.01～1.0％、W：0.01～5.0％、Cu：0.01～0.40％、Sn：0.001～0.005％中选择的1种或2种以上。
[3]根据[1]或[2]所述铁素体系不锈钢，上述成分组成以质量％计进一步含有从Ca：0.0002～0.0050％、Mg：0.0002～0.0050％中选择的1种或2种。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的铁素体系不锈钢，其用于因来自发动机的排气而升温至700℃以上的排气歧管。
发明效果
根据本发明，能够提供具有优于SUS444(JIS G4305)的耐蠕变特性和热疲劳特性的铁素体系不锈钢。因此，本发明的铁素体系不锈钢能够适用于汽车等的排气***构件。
附图说明
图1是说明蠕变试验片的图。
图2是说明热疲劳试验片的图。
图3是说明热疲劳试验中的温度及约束条件的图。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式。需要说明的是，本发明并不限定于以下的实施方式。
本发明的铁素体系不锈钢以质量％计含有C：0.020％以下、Si：0.1～1.0％、Mn：0.05～0.60％、P：0.050％以下、S：0.008％以下、Ni：0.02～0.60％、Al：0.001～0.25％、Cr：18.0～20.0％、Nb：0.30～0.80％、Mo：1.80～2.50％、N：0.015％以下、Sb：0.002～0.50％，且满足以下的式(1)，余量为Fe及不可避免的杂质。
Nb+Mo：2.3～3.0％(1)
(式(1)中的Nb、Mo表示各元素的含量(质量％)。)
在本发明中，成分组成的均衡性非常重要，通过采用上述成分组成的组合，从而能够获得耐蠕变特性和热疲劳特性优于SUS444的铁素体系不锈钢。上述成分组成中的必需元素(C、Si、Mn、Ni、Al、Cr、Nb、Mo、N、Sb)的含量的范围即使在只有一种发生偏离的情况下，也无法获得期望的耐蠕变特性和热疲劳特性。
接下来，说明本发明的铁素体系不锈钢的成分组成。以下，作为成分含量的单位即％，只要没有特别说明则表示质量％。
C：0.020％以下
C为对于提高钢的强度有效的元素，但若含有超过0.020％的C，则韧性及成型性的降低变得显著。另外，与本发明中重要的Nb结合而生成的碳化物量变多，使得后述的Nb的提高热疲劳特性和耐蠕变特性的效果减弱。由此，C含量设为0.020％以下。需要说明的是，从确保成型性的观点出发，C含量优选0.010％以下。更加优选C含量为0.008％以下。另外，从确保作为排气***构件的强度的观点出发，C含量优选为0.001％以上。更加优选C含量为0.003％以上。进一步优选C含量为0.004％以上。
Si：0.1～1.0％
Si是对于耐氧化性提高而言必需的重要元素。为了确保在高温化的排气中的耐氧化性，必须含有0.1％以上的Si。另一方面，含有超过1.0％的过量的Si会降低在室温下的加工性，因此Si含量的上限为1.0％。优选Si含量为0.20％以上。更加优选Si含量为0.30％以上。进一步优选Si含量为0.40％以上。另外，优选Si含量为0.90％以下。更加优选Si含量为0.60％以下。
Mn：0.05～0.60％
Mn具有通过提高氧化皮的耐剥离性来提高热疲劳特性的效果。为了获得上述效果，需要含有0.05％以上的Mn。另一方面，含有超过0.60％的过量的Mn容易在高温下生成γ相而使耐热性降低。由此，Mn含量为0.05％以上且0.60％以下。优选Mn含量为0.10％以上。更加优选Mn含量为0.15％以上。另外，优选Mn含量为0.50％以下。更加优选Mn含量为0.40％以下。
P：0.050％以下
P为使钢的韧性降低的有害元素，期望尽可能减少。由此，P含量为0.050％以下。优选P含量为0.040％以下。更加优选P含量为0.030％以下。
S：0.008％以下
S也是使伸长率、r值降低、对成型性带来不良影响且使作为不锈钢的基本特性的耐腐蚀性降低的有害元素，因此期望尽可能减少。由此，在本发明中，S含量为0.008％以下。优选S含量为0.006％以下。
Ni：0.02～0.60％
Ni为提高钢的韧性及耐氧化性的元素。为了获得上述效果，Ni含量为0.02％以上。若耐氧化性不充分，则由于氧化皮的生成量变多导致的材料截面积的减少、氧化皮的剥离而使热疲劳特性降低。另一方面，Ni为强力的γ相形成元素，因此若过量含有Ni，则在高温下生成γ相而使耐氧化性降低，并因热膨胀系数变大而使得热疲劳特性降低。由此，Ni含量的上限设为0.60％。优选Ni含量为0.05％以上。更加优选Ni含量为0.10％以上。另外，优选Ni含量为0.40％以下。更加优选Ni含量为0.30％以下。
Al：0.001～0.25％
Al为具有提高耐氧化性的效果的元素。为了获得该效果，Al需要含有0.001％以上。另一方面，Al也是提高热膨胀系数的元素。若热膨胀系数变大，则热疲劳特性降低。此外，钢显著硬质化而使得加工性降低。因此，Al含量设为0.25％以下。优选Al含量为0.005％以上。更加优选Al含量超过0.010％。进一步优选Al含量超过0.020％。另外，优选Al含量低于0.20％。更加优选Al含量低于0.08％。
Cr：18.0～20.0％
Cr为对于提高作为不锈钢的特征的耐腐蚀性、耐氧化性而言有效的重要元素，但若Cr含量低于18.0％，则无法在超过900℃的高温区域中获得充分的耐氧化性。若耐氧化性不充分，则随着氧化皮生成量变多、材料的截面积的减少，热疲劳特性也降低。另一方面，Cr为在室温下使钢固溶强化而带来硬质化及低延展性化的元素，若Cr含量超过20.0％，则上述弊端变得显著，热疲劳特性反而降低，因此Cr含量的上限设为20.0％。优选Cr含量为18.5％以上。另外，优选Cr含量为19.5％以下。
Nb：0.30～0.80％
Nb使高温强度上升、提高热疲劳特性、耐蠕变特性，是对于本发明而言重要的元素。在含有0.30％以上的Nb时，可呈现出这样的效果。在Nb含量低于0.30％的情况下，高温下的强度不足，无法获得优异的热疲劳特性、耐蠕变特性。但是，若含有超过0.80％的Nb，则作为金属间化合物的Laves相(Fe2Nb)等容易析出，高温强度降低，热疲劳特性和耐蠕变特性反而降低，不仅如此，还会促进脆化。由此，Nb含量为0.30％以上且0.80％以下。优选Nb含量为0.40％以上。更加优选Nb含量为0.45％以上。进一步优选Nb含量超过0.50％。另外，优选Nb含量为0.70％以下。更加优选Nb含量为0.60％以下。
Mo：1.80～2.50％
Mo为通过固溶于钢中、提高钢的高温强度来提高热疲劳特性、耐蠕变特性的有效元素。其效果在含有1.80％以上的Mo时得以呈现。在Mo含量低于1.80％的情况下，高温强度变得不充分，无法获得优异的热疲劳特性、耐蠕变特性。另一方面，若含有过量的Mo，则不仅使钢硬质化、使加工性降低，而且与Nb同样地作为Laves相(Fe2Mo)析出，钢中固溶Mo量减少，因此反而导致热疲劳特性降低。另外，在热疲劳试验中作为粗大的σ相析出，从而成为破坏的起点，热疲劳特性降低。因此，Mo含量的上限设为2.50％。优选Mo含量为1.90％以上。更加优选Mo含量超过2.00％。另外，优选Mo含量为2.30％以下。更加优选Mo含量为2.10％以下。
N：0.015％以下
N为使钢的韧性及成型性降低的元素，若含有超过0.015％，则不仅韧性及成型性的降低变得显著，而且由于Nb氮化物的形成而固溶Nb量减少，耐蠕变特性和热疲劳特性降低。由此，N含量设为0.015％以下。需要说明的是，从确保韧性、成型性的观点出发，优选N尽可能减少，期望N含量低于0.010％。
Sb：0.002～0.50％
Sb为本发明中对于提高耐蠕变特性而言重要的元素。Sb固溶于钢中，抑制高温下的钢的蠕变变形。Sb即使在高温区域中也不以碳氮化物、Laves相的形式析出，在长期间的使用后仍固溶于钢中抑制蠕变变形，因此能够提高耐蠕变特性。该效果可以在含有0.002％以上的Sb时获得。另一方面，若含有过量的Sb，则钢的韧性、热加工性降低，因此不仅在制造时容易产生裂纹，而且由于热轧性降低而热疲劳特性也降低。因此，Sb含量的上限设为0.50％。优选Sb含量为0.005％以上。更加优选0.020％以上。另外，优选Sb含量为0.30％以下。更加优选Sb含量为0.10％以下。
Nb+Mo：2.3～3.0％(1)
如上所述，Nb和Mo为对于热疲劳特性、耐蠕变特性提高而言有效的元素。在分别含有0.30％以上、1.80％以上时可呈现出其效果。但是，为了应对排气的高温化，实现在200～950℃间反复升温和降温时的热疲劳寿命优于SUS444的热疲劳特性、耐蠕变特性，在以规定的范围含有这两种元素的基础上，需要至少满足Nb+Mo≥2.3％、即将Nb+Mo量(Nb和Mo的合计含量)设为2.3％以上。在不满足该条件的情况下，例如即使添加规定量的Sb也无法获得优异的耐蠕变特性。优选Nb+Mo＞2.5％。另一方面，若Nb+Mo量增加过度，则钢变脆，无法获得优异的热疲劳特性、耐蠕变特性。因此，Nb+Mo量的上限为3.0％。优选Nb+Mo量为2.7％以下。
需要说明的是，上述式(1)中的Nb及Mo表示各元素的含量(质量％)。
在本发明的铁素体系不锈钢中，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明的铁素体系不锈钢在上述必需成分的基础上，能够进一步在下述范围内含有从Ti、Zr、Co、B、V、W、Cu、Sn中选择的1种或2种以上作为任意成分。
Ti：0.01～0.16％
Ti为将C及N固定以提高耐腐蚀性、成型性且防止焊接部的晶界腐蚀的元素，在本发明中，能够根据需要含有。通过含有Ti，与Nb相比，Ti优先与C及N结合，因此能够确保对于高温强度有效的钢中固溶Nb量，对于耐热性提高也有效。上述效果可在含有0.01％以上的Ti时获得。另一方面，含有超过0.16％的过量的Ti会导致韧性降低，例如，由于在热轧板退火生产线上反复受到的弯曲-弯曲恢复而发生断裂等对制造性造成不良影响。另外，由于Nb的碳氮化物容易以Ti的碳氮化物为核析出，因此反而会减少对于高温强度有效的钢中固溶Nb量，导致热疲劳特性、耐蠕变特性降低。由此，在含有Ti的情况下，Ti含量为0.01～0.16％。优选Ti含量为0.03％以上。另外，优选Ti含量为0.12％以下。更加优选Ti含量为0.08％以下。进一步优选Ti含量为0.05％以下。
Zr：0.01～0.50％
Zr为提高耐氧化性的元素，在本发明中，可根据需要含有。该效果可在含有0.01％以上的Zr时获得。但是，若Zr含量超过0.50％，则Zr金属间化合物析出而使钢脆化。因此，在含有Zr的情况下，Zr含量为0.01～0.50％。优选Zr含量为0.03％以上。更加优选Zr含量为0.05％以上。另外，优选Zr含量为0.30％以下。更加优选Zr含量为0.10％以下。
Co：0.01～0.50％
Co已知为对于钢的韧性提高有效的元素。该效果可在含有0.01％以上的Co时获得。另一方面，若含有过量的Co则反而使钢的韧性降低，因此Co含量的上限设为0.50％。由此，在含有Co的情况下，Co含量为0.01～0.50％。优选Co含量为0.03％以上。另外，优选Co含量为0.30％以下。
B：0.0002～0.0050％
B为对于提高钢的加工性、特别是二次加工性而言有效的元素。这样的效果能够在含有0.0002％以上的B时获得。另一方面，若含有过量的B，则生成BN而使得加工性降低。因此，在含有B的情况下，B含量为0.0002～0.0050％。优选B含量为0.0005％以上。更加优选B含量为0.0008％以上。另外，优选B含量为0.0030％以下。更加优选B含量为0.0020％以下。
V：0.01～1.0％
V为对于钢的加工性提高而言有效的元素，且为对于耐氧化性的提高也有效的元素。这些效果在V含量为0.01％以上时变得显著。但是，含有超过1.0％的过量的V会导致粗大的V(C、N)析出，不仅使韧性降低，而且使表面性状降低。由此，在含有V的情况下，V含量为0.01～1.0％。优选V含量为0.03％以上。更加优选V含量为0.05％以上。另外，优选V含量为0.50％以下。更加优选V含量为0.20％以下。
W：0.01～5.0％
W与Mo同样地为通过固溶强化来大幅度提高高温强度的元素。该效果可在含有0.01％以上的W时获得。另一方面，若含有过量的W则不仅使钢显著硬质化，而且在制造时的退火工序中生成牢固的氧化皮，酸洗时的脱氧化皮变得困难。因此，在含有W的情况下，W含量设为0.01～5.0％。优选W含量为0.05％以上。另外，优选W含量为3.5％以下。更加优选W含量为1.0％以下。进一步优选W含量低于0.30％。
Cu：0.01～0.40％
Cu为具有提高钢的耐腐蚀性的效果的元素，在需要耐腐蚀性的情况下含有。其效果可在含有0.01％以上的Cu时获得。另一方面，若含有超过0.40％的Cu，则氧化皮容易剥离，耐反复氧化特性降低。因此，在含有Cu的情况下，Cu含量设为0.01～0.40％。优选Cu含量为0.03％以上。更加优选Cu含量为0.06％以上。另外，优选Cu含量为0.20％以下。更加优选Cu含量为0.10％以下。
Sn：0.001～0.005％
Sn为对于钢的高温强度提高而言有效的元素。其效果可在含有0.001％以上的Sn时获得。另一方面，若含有过量的Sn，则随着钢的脆化，反而使热疲劳特性降低。因此，在含有Sn的情况下，Sn含量设为0.001～0.005％。优选Sn含量为0.001％以上且0.003％以下。
本发明的铁素体系不锈钢可进一步作为任意成分而以下述范围含有从Ca、Mg中选择的1种或2种。
Ca：0.0002～0.0050％
Ca为对于防止因在连续铸造时容易发生的Ti系夹杂物析出所导致的喷嘴堵塞而言有效的成分。其效果可在含有0.0002％以上的Ca时获得。另一方面，为了不产生表面缺陷而获得良好的表面性状，需要将Ca含量设为0.0050％以下。因此，在含有Ca的情况下，Ca含量设为0.0002～0.0050％。优选Ca含量为0.0005％以上。另外，优选Ca含量为0.0030％以下。更加优选Ca含量为0.0020％以下。
Mg：0.0002～0.0050％
Mg为对于提高钢坯的等轴晶率、提高加工性、韧性而言有效的元素。在像本发明这样含有Nb、Ti的钢中，Mg还具有抑制Nb、Ti的碳氮化物的粗大化的效果。该效果可在含有0.0002％以上的Mg时获得。若Ti碳氮化物粗大化，则由于成为脆性裂纹的起点而韧性大幅度降低。若Nb碳氮化物发生粗大化，则Nb的钢中固溶量降低，因此导致热疲劳特性降低。另一方面，若Mg含量超过0.0050％，则钢的表面性状恶化。因此，在含有Mg的情况下，Mg含量设为0.0002～0.0050％。优选Mg含量为0.0003％以上。更加优选Mg含量为0.0004％以上。另外，优选Mg含量为0.0030％以下。更加优选Mg含量为0.0020％以下。
余量为Fe及不可避免的杂质。在所含的上述任意成分低于上述下限值的情况下，以低于下限值的含量所含的任意成分作为不可避免的杂质。
接下来，说明本发明的铁素体系不锈钢的制造方法。
对于本发明的不锈钢的制造方法而言，当为铁素体系不锈钢的通常的制造方法时均能够适当地采用，并无特别限定。
例如，能够以下述制造工序来制造：使用转炉或电炉等已知的熔炉对钢进行熔炼，或者进一步经过钢包精炼或真空精炼等二次精炼来制成具有上述的本发明的成分组成的钢，使用连续铸造法或者铸锭-开坯轧制法制成钢片(钢坯)，之后经由热轧、热轧板退火、酸洗、冷轧、最终退火(finish annealing)及酸洗等各工序制成冷轧退火板。对于上述冷轧而言，可以采用1次冷轧或隔着中间退火的两次以上的冷轧，另外，冷轧、最终退火及酸洗中的各工序也可以反复进行。此外，也可以省略热轧板退火，或者在要求钢板的表面光泽、粗糙度调整的情况下，在冷轧后或者最终退火后实施表皮光轧。
说明上述制造方法中的优选的制造条件。
关于对钢进行熔炼的制钢工序，优选的是，利用VOD法、AOD法等对将用转炉或者电炉等熔解后的钢进行二次精炼，制成含有上述必需成分及根据需要添加的任意成分的钢。熔炼而得的钢液能够使用已知的方法制成钢材料，但从生产率及品质方面出发，优选使用连续铸造法。之后，钢材料优选加热至1050～1250℃，通过热轧制成期望板厚的热轧板。在制造上，期望热轧板的板厚为5mm以下。当然，也能够热加工为板材以外的其他材料。之后，根据需要，优选上述热轧板于900～1150℃的温度进行连续退火、或于700～900℃的温度实施分批退火，然后，通过酸洗、研磨等进行脱氧化皮，制成热轧制品。需要说明的是，也可以根据需要在酸洗前通过喷丸处理除去氧化皮。
此外，也可以经冷轧等工序将上述热轧制品(热轧退火板)制成冷轧制品。该情况下的冷轧可以进行1次，但从生产率、要求品质的观点出发，也可以采用夹着中间退火的两次以上的冷轧。1次或两次以上的冷轧的总压下率优选60％以上，更加优选70％以上。此后，冷轧后的钢板于优选900～1200℃、进一步优选1000～1150℃的温度进行连续退火(最终退火)，并进行酸洗或研磨，制成冷轧制品(冷轧退火板)。最终退火也可以在还原性气氛中进行，在该情况下，也可以省略最终退火后的酸洗或研磨。此外，也可以根据用途在最终退火后实施表皮光轧等，进行钢板的形状、表面粗糙度及材质的调整。
对于按照上述方式获得的热轧制品或者冷轧制品而言，此后，可根据各用途实施切断、弯曲加工、拉伸加工及拉深加工等加工，成型为汽车、摩托车的排气管、催化剂外筒材料、火力发电厂的排气管道或者燃料电池关联构件、例如隔膜、中间连接器或者改质器等。这些之中，本发明的铁素体系不锈钢尤其适用于排气歧管、排气管、转换器壳体及消音器等排气***构件。特别是，特征之一在于，即使在使用时因来自发动机的排气而升温至700℃以上的情况下，也能够获得耐久性优异的排气歧管。
对这些构件进行焊接的方法并无特别限定，能够应用MIG(Metal Inert Gas：金属惰性气体)、MAG(Metal Active Gas：金属活性气体)、TIG(Tungsten Inert Gas：钨极惰性气体)等的通常的电弧焊、点焊、缝焊接等电阻焊及电缝焊等高频电阻焊、高频感应焊接等。
实施例
以下，基于实施例详细说明本发明。
将具有表1中示出的No.1～41、43、45～47的成分组成的钢在真空熔炉中进行熔炼，铸造成为50kg钢锭，在于1170℃加热后，通过热轧制成35mm厚的薄板坯(sheet bar)。将薄板坯分割为两部分，将其中一个薄板坯加热至1100℃，然后进行热轧以制成板厚为5mm的热轧板，于1000～1150℃范围的温度退火后进行研削，制成热轧退火板。接下来，进行压下率为70％的冷轧，于1000～1150℃的温度进行最终退火，然后通过酸洗或研磨除去氧化皮，制成板厚为1.5mm的冷轧退火板，用于进行蠕变试验。需要说明的是，作为参考，对于SUS444(以往例No.28)，也与上述同样地操作来制备冷轧退火板，用于进行蠕变试验。关于退火温度，一边在上述温度范围内对组织进行确认，一边针对各钢确定温度。
＜蠕变试验＞
从按照上述方式获得的各冷轧退火板裁切出图1所示形状的试验片，进行于900℃施加应力15MPa的蠕变试验。基于直至断裂的时间，按照下述方式进行评价。关于作为比较而进行的SUS444(以往例No.28)，直至断裂的时间为5.5hr。
◎：断裂时间≥10hr
○：6hr≤断裂时间＜10hr
×：断裂时间＜6hr
在上述评价中，将◎和○设为合格，将×设为不合格。将所得到的结果示于表1(参见表1中的蠕变900℃)。
接下来，使用上述分割为两部分的薄板坯中的另一个，在加热至1100℃后进行热锻，制成30mm见方的各棒。接下来，于1000～1150℃的温度退火，然后进行机械加工，加工为图2所示的形状、尺寸的热疲劳试验片，用于进行下述热疲劳试验。对于退火温度而言，将其设为针对各成分确认组织且再结晶完成后的温度。需要说明的是，作为参考，对于具有SUS444的成分组成的钢(以往例No.28)，也与上述同样地制备试验片，用于进行热疲劳试验。
＜热疲劳试验＞
如图3所示，热疲劳试验在下述条件下进行：在将上述试验片以0.5的约束率进行约束的同时，在200℃与950℃之间反复进行升温、降温。此时，升温速度为5℃/秒，降温速度为2℃/秒。然后，于200℃、950℃的保持时间分别设为30秒。需要说明的是，关于上述约束率，如图3所示，能够表示为约束率η＝a/(a+b)，a为(自由热膨胀应变量-控制应变量)/2，b为控制应变量/2。另外，所谓自由热膨胀应变量，是指完全不施加机械应力而升温的情况下的应变量，所谓控制应变量，是指试验中产生的应变量的绝对值。因约束而在材料中产生的实质的约束应变量为(自由热膨胀应变量-控制应变量)。
另外，对于热疲劳寿命而言，通过使于200℃检测到的荷重除以试验片均热平行部(参见图2)的截面积来计算应力，将热疲劳寿命设为应力值相对于初始的循环(试验稳定的第5个循环)的应力值降低至75％的循环数，并如下评价。对于作为比较而进行的SUS444(以往例No.28)，热疲劳寿命为650个循环。
◎：1000个循环以上(合格)
○：800个循环以上且少于1000个循环(合格)
×：少于800个循环(不合格)
在上述评价中，将◎、○设为合格，将×设为不合格。将所得到的结果示于表1(参见表1中的热疲劳寿命950℃)。
[表1]
Figure BDA0002609900910000151
根据表1可知，本发明例的No.1～27的铁素体系不锈钢(以下将铁素体系不锈钢简称为“钢”)在蠕变试验及热疲劳试验中均显示出优于SUS444(以往例No.28的钢)的特性。
No.29钢的Nb+Mo含量低于2.3质量％，蠕变断裂时间和热疲劳寿命不合格。No.30钢的Ni含量超过0.60质量％，热疲劳寿命不合格。No.31钢的Cr含量低于18.0质量％，热疲劳寿命不合格。No.32钢的Mo含量低于1.80质量％，蠕变断裂时间、热疲劳寿命不合格。No.33钢的Nb含量低于0.30质量％，蠕变断裂时间、热疲劳寿命均不合格。No.34钢的Si含量低于0.1质量％，蠕变试验、热疲劳试验中均显著观察到氧化，蠕变断裂时间、热疲劳寿命均不合格。No.35钢的Ti含量超过0.16质量％，蠕变断裂时间、热疲劳寿命均不合格。No.36钢的Cr含量超过20.0质量％，随着钢的脆化，热疲劳寿命变得不合格。No.37钢的Mn含量低于0.05质量％，在热疲劳试验中发生氧化皮的剥离，热疲劳寿命不合格。No.38钢的C含量超过0.020质量％，随着钢中Nb量的减少，蠕变断裂时间、热疲劳寿命均不合格。No.39钢的N含量超过0.015质量％，随着Nb氮化物的析出导致的钢中Nb量的减少，蠕变断裂时间、热疲劳寿命变得不合格。No.40的钢Sb含量超过0.50质量％，随着热轧性的降低，热疲劳寿命变得不合格。No.41钢的Mo含量超过2.50质量％，在热疲劳试验中析出粗大的σ相(Fe-Cr系金属间化合物)，热疲劳寿命不合格。另外，蠕变断裂时间也不合格。No.43钢的Sn含量超过0.005质量％，热疲劳寿命不合格。No.45的钢不含Sb，蠕变断裂时间、热疲劳寿命均不合格。No.46钢的Nb含量超过0.80质量％，蠕变断裂时间、热疲劳寿命均不合格。No.47钢的Nb+Mo含量超过3.0％，蠕变断裂时间、热疲劳寿命均不合格。
工业实用性
本发明的铁素体系不锈钢不仅适合用作汽车等的排气***构件，也适合用作要求同样特性的火力发电***的排气***构件、固体氧化物类型的燃料电池用构件。

Claims (4)

1.铁素体系不锈钢，其具有下述成分组成，所述成分组成以质量％计含有
C：0.020％以下、
Si：0.1～1.0％、
Mn：0.05～0.60％、
P：0.050％以下、
S：0.008％以下、
Ni：0.02～0.60％、
Al：0.001～0.25％、
Cr：18.0～20.0％、
Nb：0.30～0.80％、
Mo：1.80～2.50％、
N：0.015％以下、
Sb：0.002～0.50％，
且满足以下的式(1)，余量为Fe及不可避免的杂质，
Nb+Mo：2.3～3.0％ (1)
(式(1)中的Nb、Mo表示各元素的含量(质量％))。
2.根据权利要求1所述的铁素体系不锈钢，所述成分组成以质量％计进一步含有从
Ti：0.01～0.16％、
Zr：0.01～0.50％、
Co：0.01～0.50％、
B：0.0002～0.0050％、
V：0.01～1.0％、
W：0.01～5.0％、
Cu：0.01～0.40％、
Sn：0.001～0.005％
中选择的1种或2种以上。
3.根据权利要求1或2所述的铁素体系不锈钢，所述成分组成以质量％计进一步含有从
Ca：0.0002～0.0050％、
Mg：0.0002～0.0050％
中选择的1种或2种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的铁素体系不锈钢，其用于因来自发动机的排气而升温至700℃以上的排气歧管。
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