JP2801779B2 - 高温強度と溶接部の加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

高温強度と溶接部の加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼

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JP2801779B2 JP2407856A JP40785690A JP2801779B2 JP 2801779 B2 JP2801779 B2 JP 2801779B2 JP 2407856 A JP2407856 A JP 2407856A JP 40785690 A JP40785690 A JP 40785690A JP 2801779 B2 JP2801779 B2 JP 2801779B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温強度と溶接部の加
工性に優れたフェライト系ステンレス鋼に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、耐熱・耐酸化性材料として、フェ
ライト系ステンレス鋼が使用される場合が多い。その理
由は、フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系
ステンレス鋼に比べて、 (1)熱膨張率が低い、即ち熱疲労特性に有利である、 (2)他の部品(鋼+鋳物)に対する接合が容易であ
る、 (3)繰り返し加熱を受けるような環境下での耐酸化性
に優れている、 などの利点があるからである。
【0003】しかしながら、フェライト系ステンレス鋼
は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて高温強度及
び溶接部の加工性の点で劣っているため、おのずと使用
範囲が限定され、高温強度と溶接部の加工性が問題とさ
れる用途には適合し難い。
【0004】例えば、近年の自動車部品でいえば、エン
ジンの高性能化、即ち出力アップ、燃費向上の要求か
ら、排気系パイプの中では従来の850℃を超え、90
0℃程度の使用環境になる場合もあり、高温強度の向上
が望まれている。
【0005】さらに、排気系パイプはますますその形状
が複雑化し、溶接部の加工性が十分でない場合、パイプ
加工中にその溶接部が脆化割れする場合がみられる。強
度が上昇すれば、加工性は劣る傾向になるため、強度の
み向上しても、排ガス系パイプのような部品には使用で
きない。
【0006】現状は、一般にSUH409L(0.01
C−11Cr−0.2Ti)又はSUS430LX
(0.01C−18Cr−0.3Nb)が用いられてい
るが、溶接部の加工性に優れ、かつ、高温強度の改善が
強く望まれていた。
【0007】ところで、改良された高温特性を有するフ
ェライト鋼合金として特開昭56-25953が知られている。
しかし、この鋼は、クリープ特性を改良したものであ
り、必ずしも高温強度が高いとは言えず、溶接部の加工
性も十分とは言えない。
【0008】また、特開昭64-8254 において高温強度、
溶接高温割れ感受性を改良した素材が開示されている
が、これとてもMnとSの関係から溶接高温割れ感受性
を改良していると言っても、溶接部加工性の問題は依然
として残っている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、フェライト系ステンレス鋼の高温強度を高め、同時
に溶接部の加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼を
提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点、
即ち、(1)高温強度(2)溶接部加工性について、各
種実験、検討を行い、(1)については、C,N,Nb
の成分バランスとMo量、(2)については、極低C,
Nにした上でVの添加によって高温強度および溶接部加
工性を著しく向上する事を見出し本発明に至った。
【0011】すなわち、本発明は、 C :0.007 wt%以下、 Si:1.0wt%以下、 V :0.05wt%以上0.4wt%以下、 Mn:0.4wt%以下、 P :0.03wt%以下、 Mo:0.05wt%以上2.5wt%以下、 S :0.004 wt%以下、 Cr:16wt%以上20wt%以下、 N :0.007 wt%以下、 O :0.005 wt%以下 を含み、さらにNbを0.4wt%以上1.0wt%以
下でかつNb≦−107×(C+N)+2.0を満足す
る範囲にて含有し、残部はFeおよび不可避的不純物か
らなることを特徴とする高温強度と溶接部の加工性に優
れたフェライト系ステンレス鋼を提供するものである。
【0012】上記発明において、Coおよび/またはA
lを0.2wt%以下添加してもよい。
【0013】
【作用】以下に本発明をさらに詳細に説明する。
【0014】まず本発明において各成分組成範囲を限定
した理由を説明する。
【0015】C:0.007 wt%以下 Cは母材、溶接部加工性に有害なため、特に0.007 wt
%以下とする。
【0016】Si:1.0wt%以下 Siは耐酸化性の向上に有効であるが、1.0wt%を
越えると靭性、加工性を低下させるため上限を1.0w
t%とした。
【0017】Mn:0.4wt%以下 Mnは加工性の点で少ない程よいが、本用途では、0.
4wt%まで許容できる。
【0018】P:0.03wt%以下 加工性の点で少ない程よいが、本用途では0.03wt
%まで許容できる。
【0019】S:0.004 wt%以下 溶接部加工性の点からSは低い程好ましいが、Nb,
V,C,Nを適性にバランスさせているため、上限とし
ての0.004 wt%まで許容できる。
【0020】Cr:16〜20wt% Crは耐酸化性を付与する主要元素であるが、16wt
%未満では900℃程度での耐酸化性が不十分であるの
で下限を16wt%とした。一方20wt%を越えると
靭性、加工性の劣化が激しくなるため20wt%を上限
とした。
【0021】N:0.007 wt%以下 Cと同じく母材、溶接部加工性に有害なため、特に0.00
7 wt%以下とする。
【0022】O:0.005 wt%以下 C,N同様にOも溶接部加工性に大きな影響を及ぼす。
そのため0.005 wt%以下にする。
【0023】Nb:0.4〜1.0wt% 高温強度向上のために添加される。図1に示すようにM
o−V添加系において、式Nb≦−107×(C+
N)+2.0を満足しない場合、溶接部加工性が著しく
劣化する。Nbが0.4wt%未満では高温強度が低い
ため、又1.0wt%を超えると著しく溶接部のエリク
センが劣化するため、Nb量を0.4〜1.0wt%に
限定する。
【0024】Mo:0.05〜2.5wt% Moは高温強度を向上させるために添加するが、0.0
5wt%以上の添加によりその効果が現れる。一方、多
量に含有すると溶接部加工性が劣化するため、Moは
0.05wt%以上2.5wt%以下とする。
【0025】V:0.05〜0.4wt% Vは本発明において非常に重要な元素である。溶接部の
加工性は、Mo−Nb含有鋼の場合、極低C,Nとした
上で、V含有によって著しく向上する。この点について
は、実施例において説明するが、この効果はV0.05
wt%によって現れる。しかし、Vが0.4wt%を越
えると、むしろ溶接部加工性を劣化させるため、Vを
0.05wt%以上0.4wt%以下に制限する。
【0026】Coおよび/またはAlは上記成分に選択
的に加えるものである。
【0027】Co:0.2wt%以下 Coはオーステナイトフォーマ元素であり、フェライト
鋼の加工性、靭性を改善する。しかし、0.2wt%を
越えると、逆に加工性が低下するので上限を0.2wt
%とする。
【0028】Al:0.2wt%以下 Alは脱酸剤として一般に用いられるが、0.2wt%
までは鋼中のNの固定にも有効であり、加工性を向上さ
せる。0.2wt%を越えると、逆に加工性を劣化させ
るため、0.2wt%を上限とする。
【0029】
【実施例】以下実施例により、この発明を具体的に説明
する。
【0030】(実施例1)表1に示す種々の組成の供試
料を、実験室にて30kg鋼塊から熱間圧延、焼鈍、冷
間圧延により1.5mm厚、2.0mm厚の冷延板とし
てつくり、これらを1000℃で焼鈍し、酸洗した後、
1.5mmの鋼板を母材部と、溶接部のエリクセン試験
へ、2.0mmの鋼板を900℃高温引張試験に供し
た。
【0031】通常、高温強度は熱延板又は鋳造後丸棒に
よって測定されることが多いが、強度は素材の析出状態
に大きく影響されるため、実使用される状態即ち冷延焼
鈍板を用いて測定した。
【0032】溶接は、電圧10V、電流130A、溶接
速度600mm/min、片面Ar15リットル/mi
n雰囲気の条件でおこなった。
【0033】図1には、高温強度と溶接部加工性の結果
をNbとC+Nに関してまとめて示す。これらは、すべ
て18Cr−V−Mo系である。優れた溶接部加工性お
よび高い高温強度を有するには、Nb0.4〜1.0w
t%かつNb≦−107×(C+N)+2.0を満たす
必要があることがわかる。
【0034】表1に示す組成は、図1中に番号を付して
ある代表例およびCo,Al添加鋼、ならびにSUH4
09L,SUS430LXのものである。
【0035】表2には、供試材の高温引張強度(TS,
900℃)と、母材部、溶接部の加工性(エリクセン
値)を示す。特にSUS430LXは850℃の強度
2.6kgf/mm2 も同時に示した。
【0036】エリクセン値の評価方法は以下の通りであ
る。 ◎ 10mm以上 ○ 5〜10mm × 5mm未満
【0037】発明鋼の900℃の強度は、すべてTS≧
2.6であり、SUS430LXよりも50°高温まで
使用できることがわかる。図1のような適切なNbとC
+Nのバランスを満たしていてもV無添加(No11)
の場合、溶接部加工性が低い。又V過剰添加(No1
3)の場合、母材、溶接部共に加工性が低い。
【0038】さらに、No12のように、C,N,Nb
バランスが本発明範囲からはずれている場合、例えVを
添加したとしても、溶接部加工性が低いことがわかる。
このように、V添加の効果は、C,N,Nbを特にバラ
ンスさせた時にはじめて明確になる。
【0039】又No6,7,14の比較から、Mo添加
による高温強度向上は0.05wt%以上で著しい。又
No15のようにMo過剰添加はたとえC,N,Nb,
Vが本発明範囲に入っていても、溶接部、母材部の加工
性が劣化する。さらにNo1とNo8,No9の比較に
より、CoまたはAlの添加は、母材部の加工性を向上
させることがわかる。
【0040】従って高温強度を向上させ、かつ溶接部加
工性をエリクセン値で5mm以上得るには、適切なC,
N,Nbのバランス上で、Mo添加しかつ微量Vも添加
すればよいことがわかる。
【0041】
【表1】
【0042】
【表2】
【0043】
【発明の効果】本発明によれば、C,N,Nbのバラン
スを保ち、Vの複合添加により高温強度の向上と共に、
溶接部の加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提
供できる。さらにCoおよび/またはAlを添加するこ
とにより、より母材の加工性に優れたフェライト系ステ
ンレス鋼を提供できる。従って、例えば900℃程度に
おいて使用される自動車排気装置に本発明鋼は特に好適
に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】18Cr−Mo−V添加系において、Nb,C
+N量が高温強度と溶接部加工性にどのような影響をす
るかを示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−1312(JP,A) 特開 昭54−87629(JP,A) 特開 平1−8254(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C :0.007 wt%以下、 Si:1.0wt%以下、 V :0.05wt%以上0.4wt%以下、 Mn:0.4wt%以下、 P :0.03wt%以下、 Mo:0.05wt%以上2.5wt%以下、 S :0.004 wt%以下、 Cr:16wt%以上20wt%以下、 N :0.007 wt%以下、 O :0.005 wt%以下 を含み、さらにNbを0.4wt%以上1.0wt%以
    下でかつNb≦−107×(C+N)+2.0を満足す
    る範囲にて含有し、残部はFeおよび不可避的不純物か
    らなることを特徴とする高温強度と溶接部の加工性に優
    れたフェライト系ステンレス鋼
  2. 【請求項2】 さらに、0.2wt%以下のCo、0.
    2wt%以下のAlを少なくとも1種含有する請求項1
    に記載のフェライト系ステンレス鋼
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JPS511312A (ja) * 1974-06-22 1976-01-08 Nippon Steel Corp Kotaishokuseifueraitosutenresuko
JPS5941487B2 (ja) * 1977-12-23 1984-10-08 新日本製鐵株式会社 溶接構造用フエライトステンレス鋼の製造法
JP2514367B2 (ja) * 1987-06-27 1996-07-10 日新製鋼株式会社 自動車エンジンのマニホ−ルド用鋼

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