JP2907673B2 - 耐高温塩害性に優れたフェライト系ステンレス鋼とその製造方法 - Google Patents
耐高温塩害性に優れたフェライト系ステンレス鋼とその製造方法Info
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Description
パイプやセンターパイプ、エキゾーストマニホールドの
インシュレータ等の高温かつ塩害環境にさらされる高温
または中温部材として用いられ、かつ耐高温塩害性に優
れたフェライト系ステンレス鋼とその製造方法に関す
る。
まれている。また、公害規制の強化から、排ガスの浄化
も強く要請されている。このような背景から、自動車の
排気ガス温度は最高温度が900℃前後にまで上昇して
きている。これらの薄板構造物に使用される耐熱材料に
は、高い高温強度と熱疲労特性と高温疲労特性が要求さ
れ、さらにはこれらの構造物は軽量化の観点から薄肉化
傾向にある。
散布等によって高温下での塩に対する腐食性が、高温強
度に加えて重要な特性の1つになってきている。高温塩
害腐食は一般的には全面腐食であり、板厚の全面的な減
肉につながる。このような使用環境にある部材としては
エキゾーストマニホールドのインシュレーターやフロン
トパイプ・センターパイプ等がその典型例であると言え
る。従来、これらの用途にはAISI409やSUS4
30JILやこれらのAlメッキ材が使用されている。
Alメッキ材については、Al自体融点が低いため、高
温部材としては600℃程度までしか使用できず、今後
の排ガス温度の上昇に耐え得るものではない。また、A
ISI409やSUS430JILの裸材についても十
分な耐高温塩害特性を有したものではなく、高温強度や
疲労強度の観点から既存材として使用されているのが現
状である。
向にあるため、高温強度のみならず高温塩害による全面
減肉量を抑制する必要があり、既存材以上の耐高温塩害
性を有した材料が必要となってくる。かゝる耐高温塩害
性に関する公知例は、特に自動車フレキシブルチューブ
用材料に関するものがほとんどで、例えば、「材料とプ
ロセス」(1991)vol.4,p.1808〜1815
に示されている。しかしこれらの公知例はいずれもオー
ステナイト系ステンレス鋼に関するものであり、フェラ
イト系ステンレス鋼に関するものはほとんど無いのが現
状である。
公知例中には、耐高温塩害特性を特に考慮したフェライ
ト系ステンレス鋼やその製造方法に関する例はほとんど
ない。本発明者らは、フェライト系ステンレス鋼の耐高
温塩害性について以前より注目し、特願平4−0891
21号明細書に示すように耐高温塩害性に優れるフェラ
イト系ステンレス鋼を見出している。
るための成分と製造方法に関するもので、排気系部品の
軽量化(薄肉化)および高耐熱化に対応可能なフェライ
ト系ステンレス鋼を提供する。
で、C:0.003〜0.015、N:0.02以下、
C+N:0.03以下、Si:0.5超〜2以下、M
n:0.1〜1、P:0.01〜0.1、S:0.01
以下、Cr:13〜17未満、Al:0.02〜0.
3、Mg:0.001〜0.05、Nb:0.1〜0.
5未満を含み、Zr:0.01〜0.5またはTi:
0.01〜0.5の1種を、あるいは2種の場合は0.
01≦Ti+Zr≦0.5の範囲で含み、さらに、M
o:0.1〜2.0またはW:0.1〜2.0の1種
を、あるいは2種の場合は0.1≦Mo+W≦3.0の
範囲で含み、残部実質的にFeからなる耐高温塩害性に
優れたフェライト系ステンレス鋼、および上述の化学成
分を有するフェライト系ステンレス鋼に、残留酸素濃度
が2vol.%以上の雰囲気中にて930〜1000℃の温
度範囲で焼鈍を施し、その後ソルト酸洗・硝酸電解・硝
沸酸の順に酸洗して耐高温塩害性に優れたフェライト系
ステンレス鋼を製造するところにある。
らは耐熱フェライト系ステンレス鋼の耐高温塩害性の向
上に主にMo,WおよびSiが効果的であることを見出
し、さらに、製造工程の中で最終製品の表面状態を決定
する最終焼鈍工程および酸洗工程の条件を最適化するこ
とで、一層耐高温塩害性に優れた表面状態を造り込むこ
とに成功した。
常温延性を劣化させない程度の添加量とし、さらにMo
およびWについては、過剰添加は耐高温塩害性を劣化さ
せるため最適値範囲を設けた。また、Mo,WおよびS
iの耐高温塩害性の向上効果を阻害することなく、さら
なる耐高温塩害性向上を図るために、AlおよびMgを
常温延性を劣化させない程度の添加量とした。これら元
素の添加は、特に中温から高温での表面の酸化皮膜を強
固にするとともに母材金属との密着性を向上させるた
め、耐高温塩害性を向上させると考えられる。
系ステンレス鋼スラブを、熱間圧延し、または熱延板と
ほゞ同等の厚さの連続鋳造鋳片を得、必要によって焼鈍
した後、酸洗を施して冷間圧延し、その後最終焼鈍とし
て、残留酸素濃度が2vol.%以上の雰囲気で930℃〜
1000℃の温度範囲にて焼鈍し、これにより酸洗前の
酸化皮膜および皮膜形成に伴うCr欠乏層の厚さを制御
し、次いで下記に示す工程の酸洗を施して、耐高温塩害
性に優れた表面状態を造り込むものである。 酸洗工程(→→の順に行う3段階の酸洗): ソルト酸洗:アルカリ濃度30〜40%(重量
%)、含水率50〜60%、温度350〜450℃ 硝酸電解:硝酸濃度80〜120g/l、温度45
〜75℃、電流3〜60mA/cm2 硝沸酸 :硝酸濃度30〜100g/l、沸酸濃度
10〜80g/l、温度40〜70℃ 以上のように、本発明は、耐高温塩害性を向上させる観
点からSi,W,Mo,MgおよびAlの添加範囲を設
定し、さらにその製造工程条件を提示するものである。
部を支えており、0.003%以上は必要であるが、低
温から高温に至る耐粒界腐食性を考慮するとともに加工
性および熱延板靱性の向上の観点から上限を0.015
%とした。また、Nと合わせて;C+N≦0.03%と
した。 Si:脱酸材として有効であると共に、耐酸化性および
耐高温塩害性を向上させる元素である。特に耐高温塩害
性にも有効な元素であるので0.5%超は必要である。
また、本発明鋼は、SUS430J1Lに比べ低Crと
しているため耐酸化性の保持、特に排ガス中での耐酸化
性の確保の点からも必要な添加元素である。また、一方
では、加工性や溶接性を低下させるため2%以下とし
た。 Mn:脱酸元素であるので最低0.1%は必要である。
また、オーステナイト形成元素でありマルテンサイト変
態を阻止するために上限を1%とした。 P:高温高強度化(固溶強化)に有用であるが、溶接性
劣化を招くので0.01〜0.1%とした。 S:MnSの形成元素で、ステンレス鋼の基本特性であ
る耐食性を低下させるため0.01%以下とした。 Cr:耐酸化性および耐高温塩害性向上に有効であり、
900℃付近での耐酸化性を確保するため13%以上と
した。また、本鋼の使用環境として最高温度を900℃
付近と考えると17%以上の添加はあまり有効ではない
ので、上限を17%未満とした。 Nb:溶接部および溶接影響部での粒成長の防止および
高温強度の確保のための添加元素である。しかし、C,
NおよびFeとの親和力が強く、使用中に析出物を形成
するため、Nbの固溶強化の効果をより有効に働かせる
範囲として0.1〜0.5%未満とした。 Ti:C+Nを固着し、加工性の向上および母相組織の
長時間安定性の確保のために必要な元素である。Ti
は、W,MoおよびNbよりもC,Nとの親和力が強い
ため、使用中のNb,MoおよびWの炭窒化物の析出を
抑える働きがある。これにより、使用中の固溶W,Mo
およびNbを確保でき、使用中の高温強度および耐高温
塩害性を確保できる。母相中に固溶しないCおよびNを
固着するために、最低添加量を0.01%とした。ま
た、使用前の高温強度の一部をTiの炭窒化物で支えて
いることから、0.5%を越えるTiの添加は炭窒化物
を粗大化させるため使用前の高温強度を低下させる。こ
のため、上限を0.5%とした。また、Zrとの複合の
場合は0.01≦Zr+Ti≦0.5とした。 Zr:C+Nを固着し、加工性の向上および母相組織の
長時間安定性の確保のために必要な元素である。Zr
は、W,MoおよびNbよりもC,Nとの親和力が強い
ため、使用中のNb,MoおよびWの炭窒化物の析出を
抑える働きがある。これにより、使用中の固溶W,Mo
およびNbを確保でき、使用中の高温強度および耐高温
塩害性を確保できる。母相中に固溶しないCおよびNを
固着するために、最低添加量を0.01%とした。ま
た、使用前の高温強度の一部をZrの炭窒化物で支えて
いることから、0.5%を越えるZrの添加は炭窒化物
を粗大化させるため使用前の高温強度を低下させる。こ
のため、上限を0.5%とした。また、Tiとの複合の
場合は0.01≦Zr+Ti≦0.5とした。 W:高温強度および耐高温塩害性を高める添加元素であ
り、0.1%以上の添加は必要である。また、Nbに比
べ、析出しにくいため使用中でも固溶量を確保できるた
め、使用中の高温強度および耐高温塩害性の保持に有効
である。しかし、過剰添加は耐高温塩害性を劣化させる
ため単独で2%を、Moと複合で3%を上限とした。ま
た、Wは再結晶温度を上昇させる元素の1つであり、か
つFeとの金属間化合物や炭窒化物が析出し易い元素な
ので、これらが多量に析出し難い範囲も考慮して上記範
囲が定められた。 Mo:高温強度および耐高温塩害性を高める添加元素で
あり、本発明鋼は低Crとしているためステンレス鋼の
基本的特性である耐食性の確保からも0.1%以上の添
加は必要である。また、Nbに比べ、析出しにくいため
使用中でも固溶量を確保できるため、使用中の高温強度
および耐高温塩害性の保持に有効である。しかし、多量
添加は耐高温塩害性を劣化させるため単独で2%を、W
と複合で3%を上限とした。また、Moは再結晶温度を
上昇させる元素の1つであり、かつFeとの金属間化合
物や炭窒化物が析出し易い元素なので、これらが多量に
析出し難い範囲も考慮して上記範囲が定められた。 Al:脱酸材として有効であると共に、耐酸化性および
耐高温塩害性を向上させる元素である。耐高温塩害性に
も有効な元素であるので0.02%以上は必要である。
また、本鋼はSUS430J1Lに比べ低Crとしてい
るため耐酸化性向上、特に排ガス中での耐酸化性向上の
観点から必要な添加元素である。また、一方では、加工
性の劣化や溶接ビード形状を悪くするため0.3%以下
とした。 Mg:耐高温塩害性を向上させる元素であるので0.0
01%以上は必要である。また、一方では、延性・靱性
を悪くするため0.05%以下とした。 N:本発明鋼はTiまたはZrの炭窒化物にて高温強度
の一部を支えているが、低温から高温に至る耐粒界腐食
性を考慮するとともに加工性および熱延板靱性の向上の
観点から上限を0.02%とした。また、Cと合わせ
て;C+N≦0.03とした。
前述の化学成分を有する溶鋼からスラブを形成し、加熱
処理を施した後熱間圧延して所望の板厚を得るか、また
は連続鋳造によっで熱延板に相当する厚さの薄鋼板を鋳
造した後、必要により焼鈍を施して冷間圧延を行い、か
ゝる鋼板に最終焼鈍を施す。この焼鈍は酸洗前に改質し
易い酸化皮膜およびCr欠乏層を生成させるため、残留
酸素濃度を2vol.%以上の雰囲気中で930〜1000
℃の温度範囲で行う。この条件で焼鈍することで、脱ス
ケール性に優れた酸化皮膜およびCr欠乏層が形成する
と考えられる。このメカニズムは明らかされてはいない
が、酸化皮膜がソルト酸洗時に改質し易い状態、すなわ
ち強アルカリ中(ソルト中)でCrが6価になり易い状
態で存在していると推定できる。このため、後の酸洗で
の脱スケール性が極めて良好なものとなるのである。酸
洗工程条件は下記の条件により、→→の順で行わ
れる。これにより十分な溶削量を確保すると共に耐高温
塩害性に優れた表面状態にすることができる。 ソルト酸洗:アルカリ濃度30〜40%(重量
%)、含水率50〜60%、温度350〜450℃ 硝酸電解 :硝酸濃度90〜120g/l、温度4
5〜75℃、電流3〜60mA/cm2 硝沸酸 :硝酸濃度30〜100g/l、沸酸濃
度10〜80g/l、温度40〜70℃ 上記条件での脱スケールの機構についても明かではない
が、つぎのように考えられる。
形成された酸化皮膜を脱スケール性を良好な状態に改質
するものと考えられる。すなわち、酸化皮膜形成元素で
あるCrを3価から6価に酸化させることで、後工程で
の脱スケール性を高めていると現在は推定されている。 硝酸電解酸洗においては、ソルト後、脱スケール性
が良好な状態に改質された表面皮膜を取り除く。さら
に、最表面近傍のCr欠乏層を溶解し、表面近傍のCr
欠乏層の領域を減少させる。
r欠乏層を完全に取り除く。このように、上記請求項
(2)にある処理工程を行うことで脱スケールが良好と
なり、またCr欠乏層をほぼ取り除くことで表面Cr濃
度が均一な表面を作ることができると考えられ、耐高温
塩害性に優れた表面になっていると考えられる。
溶製しスラブ形状とし、その後、スラブ加熱−熱間圧延
−最終焼鈍−酸洗を経て4mmの板を作製した。また、K
l、3および5についてはスラブ加熱−熱間圧延−ショ
ットまたは酸洗−冷延−最終焼鈍−酸洗を施し2mmの冷
延焼鈍板も作製した。引張り試験および高温塩害試験を
行い、その諸特性を表2に示す。また、表3にKl、K
3およびK5について製造条件と耐高温塩害性との関係
について示す。
無添加のH2に比べ耐高温塩害性が良好である。Siの
低いH1、A1およびMgの低いH2、Moの高いH
3、Wの高いH4は、本発明鋼に比べ耐高温塩害性が劣
っている。一方、H5はMgが多量添加されているため
耐高温塩害性は良好であるが、常温延性が低い値となっ
ている。
と、K1−4の例から判るように、酸洗条件を満たして
いても耐高温塩害性が悪くなる傾向にある。また、焼鈍
温度が930℃より低くてもK5−1の例から判るよう
に酸洗条件を満たしていても耐高温塩害性が悪くなる傾
向にある。本発明の請求範囲を満たす焼鈍および酸洗条
件であるK1−3、K3−3およびK5−4は耐高温塩
害性が良好であることが判り、3段階の酸洗条件を1つ
でも欠く条件は、耐高温塩害性が悪くなる。
延板についても表2より熱延板同様の耐高温塩害性特性
が得られていることが判り、また、表3から焼鈍温度を
930〜1000℃にすることで耐高温塩害性特性を向
上可能なことが判る。
らされる部材、特に自動車排気系材料として、使用環境
を考慮し、かつ耐高温塩害性の優れたフェライト系ステ
ンレス鋼を提供するもので、これにより今後の自動車の
高熱費化・高出力化・排ガス浄化性能等の向上に十分対
応できるものである。
Claims (4)
- 【請求項1】 重量%で、 C:0.003〜0.015 N:0.02以下 C+N:0.03以下 Si:0.5超〜2以下 Mn:0.1〜1 P:0.01〜0.1 S:0.01以下 Cr:13〜17未満 Al:0.02〜0.3 Mg:0.001〜0.05 Nb:0.1〜0.5未満を含み、 Zr:0.01〜0.5、Ti:0.01〜0.5の1
種を、また2種の場合は0.01≦Ti+Zr≦0.5
の範囲で含み、 さらに Mo:0.1〜2.0、W:0.1〜2.0の1種を、
また2種の場合は0.1≦Mo+W≦3.0の範囲で含
み、残部実質的にFeからなることを特徴とする耐高温
塩害性に優れたフェライト系ステンレス鋼。 - 【請求項2】 請求項1記載の化学成分を有するフェラ
イト系ステンレス鋼スラブを熱間圧延し、次いで該熱延
板に残留酸素濃度が2vol.%以上の雰囲気中にて930
〜1000℃の温度範囲で焼鈍を施し、その後ソルト酸
洗・硝酸電解・硝沸酸の順に酸洗することを特徴とする
耐高温塩害性に優れたフェライト系ステンレス鋼の製造
方法。 - 【請求項3】 前記熱延板に必要により焼鈍した後酸洗
を施して冷間圧延し、次いで残留酸素濃度が2vol.%以
上の雰囲気中にて930〜1000℃の温度範囲で焼鈍
を施し、その後ソルト酸洗・硝酸電解・硝沸酸の順に酸
洗する請求項2記載の製造方法。 - 【請求項4】 前記化学成分を有し、かつ熱間圧延板と
ほゞ同等の厚さを有する連続鋳造鋳片を必要により焼鈍
した後酸洗を施して冷間圧延する請求項2又は3記載の
製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6551493A JP2907673B2 (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 耐高温塩害性に優れたフェライト系ステンレス鋼とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6551493A JP2907673B2 (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 耐高温塩害性に優れたフェライト系ステンレス鋼とその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06279949A JPH06279949A (ja) | 1994-10-04 |
JP2907673B2 true JP2907673B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=13289227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6551493A Expired - Lifetime JP2907673B2 (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 耐高温塩害性に優れたフェライト系ステンレス鋼とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2907673B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102690997A (zh) * | 2011-03-25 | 2012-09-26 | Posco公司 | 具有优良的高温强度的铁素体不锈钢及其制造方法 |
MX2020001521A (es) * | 2017-09-29 | 2020-03-20 | Jfe Steel Corp | Lamina de acero inoxidable ferritico laminada en caliente y recocida y metodo para la fabricacion de la misma. |
-
1993
- 1993-03-24 JP JP6551493A patent/JP2907673B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06279949A (ja) | 1994-10-04 |
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